牙菌斑生物膜

获得性膜的形态与结构受所支持的固体表面性 质影响，其厚度差异很大，一般在30～60μm 之间。
获得性膜具有双重作用：
1.获得性膜有助于细菌附着与生长，能够保护牙齿。
➢ 获得性膜提供细菌黏附牙面的特殊受体，使细菌选择性吸附定植 于牙面；
➢ 获得性膜中的受体与宿主的免疫球蛋白（抗体、补体、溶菌酶等） 结合，抑制宿主的免疫反应，利于微生物的生长与繁殖；
2.牙菌斑与牙面的矿物质转换
牙菌斑中的钙、磷主要以各种磷酸盐形式存在。 磷酸盐的性质主要由钙磷的相对浓度及牙菌斑基 质的pH值决定，Ca/P比例高时固相溶解度低，酸 性环境中磷酸盐的溶解度增加。
第五节 牙菌斑的致病性
一、牙菌斑与龋病
1.细菌致龋机制
牙菌斑中致龋菌分解碳水化合物产生的有机酸是导致龋病发生的 直接原因。
细菌生长的物质过多进入牙菌斑内层，从而起 到保护作用。
牙菌斑细菌组成特点
1. 不同个体之间存在差异。 2. 同一个体口腔内不同部位之间存在差异。 3. 牙菌斑形成的不同阶段细菌的组成存在很大差异。 4. 致病性牙菌斑与非致病性牙菌斑的细菌组成差异
却不大，仅是各种细菌所占的比例不同。
影响牙菌斑生态平衡的因素
第十章 牙菌斑生物膜
天津医科大学 靳趁心
牙菌斑是口腔微生物的生长环境，是口腔 常见病——龋病和牙周病的始动因子。牙菌斑 内微生物之间以共生、竞争和拮抗等方式相互 作用，与所处的环境构成不同的微生态。
第一节 牙菌斑的概念与分类
概念：
牙菌斑是一种细菌性生物膜，是被基质包裹的 互相黏附并附着于牙齿或修复体表面的未矿化的 细菌性群体，不能被水或唾液冲刷去除。
致龋牙菌斑内变异链球菌为优势菌，而能够 合成葡聚糖酶的细菌及韦荣菌数量少。
能够迅速分解蔗糖产生大量乳酸，并能够迅 速将蔗糖转化为细胞内多糖。
4.主要致龋菌
目前已经证实的致龋菌有：变异链球菌、远缘链球菌，乳酪乳杆菌、嗜酸性 乳杆菌和粘性放线菌。
（1）变形性链球菌：是最早确认的致龋菌，在病变早期发挥重要作用，具有强 致龋性。它能够合成非水溶性葡聚糖，对牙齿的釉质面及根面均有较强的黏 附力；它能够产生大量乳酸，并在pH低的酸性环境中生存。
牙菌斑中的微生物群落并不是无限扩增的，当其中细菌种类和数量达 到一定限度后，牙菌斑内的细菌可分泌蛋白释放酶使部分细菌脱落， 多余的细菌向周围扩散与定植。
第四节 牙菌斑的物质代谢
一、糖的代谢
1.糖的分解
➢ 牙菌斑中细菌具有纤维素酶、淀粉酶、糖苷酶等多糖降解 酶，可将多糖降解为单糖或双糖后，通过透性酶转运系统 和磷酸转移酶系统主动转运到细胞内。
2. 通过黏附素与受体特异性结合使细菌集聚在一 起
三、牙菌斑的成熟
在牙菌斑的成熟过程中，细菌的定植有一定顺序，早期定植菌主要是 革兰阳性球菌，其中链球菌为优势菌，而后是放线菌等细菌。
大约在牙菌斑形成的第5～6天，牙菌斑内的细菌重新排列，形成栅栏 状结构，标志牙菌斑成熟，此时牙菌斑内细菌的组成比例和数量趋于 稳定和平衡。
分类
光滑面牙菌斑：G+球菌和杆菌为优势菌
龈上牙菌斑 点隙沟裂牙菌斑： G+球菌为优势菌群
牙
邻面牙菌斑： G+杆菌为优势菌群
菌
斑
龈下牙菌斑 附着性龈下牙菌斑： G+球菌、杆菌、丝状菌+ G-短 杆菌和螺旋体
非附着性龈下牙菌斑 ：G-无芽胞厌氧杆菌
第二节 牙菌斑的结构与组成
一、牙菌斑结构
镜下观察，牙菌斑为由大小不等的被覆基质或 获得性膜的细菌团块组成。成熟牙菌斑由内至外 一般分为三层：
高Eh支持需氧菌或微需氧菌的生长，而低Eh 有利于厌氧菌的生长。口腔中不同部位的Eh差别 很大，光滑面的Eh高，而龈沟、牙周袋内Eh很低。 健康龈沟的Eh约为+75mV，而牙周袋则为-50mV， 深牙与龈沟液中含有丰富的蛋白质、糖蛋白、 微量元素等营养物质，是维持微生物生存的最基 本营养物质。宿主摄入食物的种类、频率和方式 影响微生物的组成。
1.基底层
为牙菌斑紧靠牙面的一层，为无细胞的均质
结构， HE染色为红色，厚度为0.1～1.0μｍ，实
际上是获得性膜， 可见少量细菌黏附于其表面或 直接黏附于釉质表面。
2.中间层
为牙菌斑主体部分，主要由排列成栅栏状结 构的细菌组成（黏附于基底层的长杆菌及丝状菌 垂直于牙面排列，大量的球菌、杆菌分布或黏附 于其中形成）。栅栏状结构是牙菌斑的基本结构。
当pH值为6.0～8.0时，几乎所有的牙菌斑细菌都能生长； 当pH值为5.0时，放线菌和一些链球菌还可以生长； 当pH值达4.6以下时，只有乳杆菌和酵母菌能够生存; 当pH值高达9.5时，只有少量的韦荣菌、梭杆菌、酵母菌和 链球菌可以生存。
3.氧化还原电势（oxidation-reduction potentials, Eh）
➢ 细胞外多糖的合成：细菌在葡糖基转移酶或果糖 基转移酶的作用下，利用蔗糖合成胞外多糖，主 要有葡聚糖、果聚糖和粘多糖，以及多糖-蛋白复 合物。水溶性细胞外多糖易被细菌利用，是牙菌 斑内能源的贮存形式。
3.糖代谢的调节
通过调节糖酵解的速度调节糖代谢，己糖激酶、 葡萄糖激酶、果糖激酶和丙酮酸激酶是糖酵解途 径中的限速酶。
共生的血链球菌
7.氟化物的作用
氟可以抑制致龋菌的附着，有利于唾液的冲洗和 外力的机械清洁除菌，使牙菌斑形成的时间延长、 数量减少。
牙菌斑中的氟还能够以氢氟酸的形式扩散到细菌 细胞内，通过抑制糖代谢酶的活性而干扰糖代谢， 降低细菌的产酸能力。
第三节 牙菌斑形成与发育
牙菌斑生物膜的形成是一个有序的、连续 的过程，不能截然分开，为描述方便，一般将 其分为三个阶段：
“乳酸阀门”机制调节无氧酵解，对抗糖致死。
二、氮源物质代谢
氮源物质对细菌生长重要作用： ➢ 为细菌提供蛋白质更新所必需的氨基酸 ➢ 作为能源贮存 ➢ 代谢产生的碱性产物可调节牙菌斑基质的pH值
牙菌斑中的蛋白质经蛋白水解酶降解为胨、肽，再经肽酶 降解为氨基酸，该过程的终末及中间产物可被不同细菌所 利用。
(2)乳杆菌：能够产生大量乳酸，并具有强耐酸性，但是与牙面的亲和性很低， 因而主要在龋病发展中起促进作用。乳杆菌在深龋中检出率高，在无菌鼠口 腔中能产生点隙龋，与龋病密切相关的乳杆菌主要有乳酪乳杆菌和嗜酸乳杆 菌。
➢ 进入到细胞内的单糖或双糖首先通过各种代谢途径转变为 丙酮酸，然后经有氧代谢或无氧酵解产生各种代谢产物并 释放能量。
➢ 细胞内糖无氧酵解产生乳酸、甲酸、乙酸等有机酸，并以 质子的形式转移到细胞外，使环境中的pH值下降。
2.糖的合成
➢ 细胞内多糖的合成：外源性糖供给充足时，在糖 原合成酶的作用下，合成具有分支链的糖原，贮 存能量。
1.获得性膜的形成 2.细菌黏附集聚 3.牙菌斑的成熟
一、获得性膜的形成
获得性膜（acquired pellicle）是一层非发 育性的无细胞结构的薄膜，主要由唾液、龈沟 液中的粘蛋白或糖蛋白选择性的沉积、吸附于 牙齿、修复材料表面形成。
不同部位获得性膜的成分有所不同。釉质表面 的获得性膜的以唾液成分为主，而牙根表面的 获得性膜以龈沟液成分为主。
2.致龋菌的生物学特征
（1）对牙面有选择性黏附力； （2）可快速产生大量的酸，并具有强耐酸性； （3）具有合成细胞内或细胞外多糖的能力； （4）细菌的数量与龋病发生率密切相关，选择性的
抑制该菌可降低龋病发生率； （5）能引起实验动物传染性龋损。
3.致龋牙菌斑特征
致龋牙菌斑多位于牙齿的邻面和咬合面，致 龋产物主要是有机酸。
链球菌生长的必要生长因子
拮抗：细菌通过竞争营养物质和定植空间而影响生态平衡； 细菌自身能够合成并释放不利于其他微生物生存的代谢产物； 引发机体产生天然抗体而抑制其他细菌的定植与生长。
需氧菌和兼性厌氧菌在生长过程中消耗生境中的氧，使局 部Eh下降，为专性厌氧菌的生长提供了条件
牙菌斑中的细菌代谢唾液中的糖蛋白时，首先由 口糖腔蛋链白雷球侧沃菌链菌、，等如菌细普然含变素菌雷后有异，及沃蛋链链它粘菌白蛋球能性等质白菌杀放含被水产伤线有具解生 链 菌糖 核酶的 球 ，苷 梭的细 菌 也酶 杆细菌 属 能菌的菌素 中 杀、细降为 的 伤中菌解变 其 与间分链 它 其普解
（1）牙菌斑中碳水化合物在细菌的作用下分解代谢产生乳酸、乙酸、丙 酸等有机酸，氢离子和有机酸根离子扩散到釉质晶体周围，使釉质 表面钙和磷酸盐等矿物质溶解。
（2）致龋菌合成非水溶性的粘性多糖形成生物屏障，限制牙菌斑内外物 质的扩散，维持牙菌斑深层较低的pH值。当外源性糖缺乏时，细菌 可利用这些细胞内多糖和细胞外多糖继续产酸。
5.唾液中的抑菌成分
分泌型IgA（sIgA）: 能与细菌合成的葡聚糖转移酶结合， 限制细菌酶的活性；sIgA还能与细菌表面蛋白、脂磷壁酸 等抗原结合，使微生物凝集成簇，降低其对牙面的黏附能 力。
溶菌酶：作用于G+细菌细胞壁的主要结构肽聚糖而使细菌 胞壁崩解。
乳铁蛋白：能够与Fe3+紧密结合，从而降低了细菌对生存 必需的Fe3+的利用，实现抑菌作用。
（3）脱羧基作用是在低pH值环境中发生的一种氨基 酸分解方式，氨基酸在氨基酸脱羧酶的作用下分解为胺和 二氧化碳，其代谢产物为碱性，可升高牙菌斑pH值。
三、牙菌斑内矿物质转换
1.唾液与牙菌斑间矿物质交换
唾液是牙菌斑矿物质的主要来源。唾液与牙 菌斑中的矿物质以离子扩散的方式相互交换，该 过程可逆，扩散速度取决于浓度差。
1.温度 影响pH变化、离子活性及微生物的凝集。 口腔温度一般维持在35～36℃左右，摄入食物时的温差在
60℃左右，长期定植于口腔的细菌一般能够适应这一范围温度 变化。 2.pH值 影响细菌酶的活性。
口腔内平均pH 值为6.7～7.2，主要由唾液中的碳酸盐及磷 酸盐缓冲系统来维持。