牙菌斑生物膜掌握：牙菌斑的定义、牙菌斑的基本结构、牙菌斑的形成和发育。

了解：牙菌斑的分类、牙菌斑的组成、牙菌斑的物质代谢、牙菌斑的致病性牙菌斑(dental plaque)：存在于牙面或牙周袋内的一个细菌生态环境，细菌在其中生长、发育和衰亡，并进行着复杂的物质代谢活动，在一定条件下，细菌及其代谢产物将会对牙齿和牙周组织产生破坏。

生物膜（biofilm）：各种细菌嵌于来自其自身和/或外界环境的胞外基质内，而在固相界面上结成的有着三维立体结构的微生态环境，牙菌斑就是一种经典的生物膜。

牙菌斑生物膜：牙菌斑生物膜是牙面上或牙周袋内的多种菌丛构成的生态系。

细菌在内生长、发育和衰亡。

其复杂的结构使它能包涵对氧不同敏感性的细菌，这些细菌嵌入在由多糖、蛋白质和矿物质组成的基质中。

细菌在其中的代谢活动，影响着细菌与宿主之间或细菌菌属之间的动态平衡生物膜的作用①节制细菌代谢活性和保护菌丛抵抗口腔苛刻环境，使细菌在不适合的条件中仍能存留。

②膜内的多聚物基质起约束网络作用，摄取和收藏食物，控制基质成分的移动速度。

③膜内高水平的巯基能中和氧基，保护菌细胞勉受氧化损伤。

④浓缩从环境中来的营养物质和其它元素，保留一些细胞内遗漏出来的溶解物质（如eDNA）。

⑤细菌耐药性二、分类（一）根据所在部位分类龈缘为界: 龈上菌斑、龈下菌斑：附着菌斑，非附着菌斑。

1．龈上菌斑（supragingival plaque）位于牙颈部龈缘以上牙面上的菌斑。

包括窝沟菌斑、光滑面菌斑、邻面菌斑、颈缘菌斑。

这种菌斑的结构比较完整，主要细菌是革兰阳性球菌、杆菌。

随着菌斑成熟，革兰阴性球菌、杆菌和丝状菌的数量增多。

2．龈下菌斑(subgingival plaque)位于龈缘以下，分布在龈沟或牙周袋内，分为附着龈下菌斑和非附着龈下菌斑。

附着龈下菌斑由龈上菌斑延伸到牙周袋内，附着于牙根面，其结构、成分与龈上菌斑相似，细菌种类增多，主要为格兰阳性球菌及杆菌、丝状菌，还可见少量格兰阴性短杆菌和螺旋体非附着龈下菌斑位于附着龈下菌斑的表面，为结构较松散的菌群，直接与龈沟上皮和袋内上皮接触，主要为格兰阴性厌氧菌，还包括许多能动菌和螺旋体。

龈上、龈下菌斑的主要特征：生长环境：有氧、兼性厌氧；兼性、专性厌氧。

优势菌：G+需氧菌和兼性菌；G-厌氧菌和能动菌。

唾液清洁：+；-。

食物摩擦：+；-。

代谢底物：糖类；血清蛋白、氨基酸、糖。

宿主防御机制：唾液Ig；血清Ig。

（二）根据致病作用分类1. 致龋菌斑与龋病发生有关的牙菌斑，多位于牙齿的咬合面、光滑面、邻面和颈缘。

主要的致病产物是各种有机酸，如乳酸。

致龋性菌斑的主要生物学特征:①利用蔗糖的速度快，乳酸产生速度快；②产生多糖的速度快，接触蔗糖15分钟内20%以上转化为细胞内多糖；③变链球菌的数量多，而非致龋性菌斑中血链球菌的数量多；④与产碱代谢相关酶（尿素酶、精氨酸脱亚胺酶）的活性较非致龋菌斑低。

2. 致牙周病菌斑指位于龈缘和牙周袋内，与牙周疾病发生有关的菌斑。

此类菌斑因所处的生态环境不同，含更多的专性厌氧菌，如螺旋体。

主要致病产物是破坏性酶和毒素三、基本结构（一）基底层牙菌斑紧靠牙面的获得性膜，无细菌的均质性结构，HE染色呈红色，厚度一般在1-10 μm。

（二）中间层牙菌斑的主体部分，由粘附在获得性膜上的丝状菌彼此平行排列，且与牙面垂直构成，丝状菌之间有大量球菌、杆菌分布或互相粘附。

有时平行排列的丝状菌迫使球菌排成链状，似栅栏，称为栅栏状结构(palisade structure)。

栅栏状结构是牙菌斑的基本结构，也为牙菌斑深层的细菌获得营养和氧气提供通道。

（三）表层菌斑的表层结构比较疏松，细菌组成复杂，变动较大，球菌和丝状菌互相交织，短杆菌穿插其间。

“谷穗状”结构(corncob)，以丝状菌为中心，周围有许多革兰氏阳性球菌粘附在其表面。

以“谷穗”为中心，周围有长杆菌粘附的“瓶刷样”结构(bristle brush)。

四、组成（一）微生物组成的特点1. 细菌的种类繁多。

2. 不同年龄阶段微生物种类差异较大，组成呈动态变化。

3. 致病性菌斑与非致病性菌斑的细菌种类差异不大，功能差异较大。

采集自正常人群相同部位的菌斑微生物组成种类差异较大，但代谢功能相似。

（致牙周病菌斑中可动菌和螺旋体较多，球菌较少）（二）化学组成1. 水占菌斑体积的30%-50%，重量的80%，其中50%在菌细胞内，30%在菌斑基质中。

基质中的水大约25%呈游离状态，剩余部分与蛋白质结合呈结合态。

2. 蛋白质和氨基酸蛋白质占牙菌斑干重40%-50%，主要来自宿主唾液和龈沟液，少量来自细菌。

细菌蛋白包括细菌本身以及细菌产生的酶，以及免疫球蛋白和少量的氨基酸。

3. 糖占牙菌斑千重的13%-18%，来源于食物和细菌，包括低分子可溶性糖，如单糖、双糖、低聚糖和多糖。

细胞内多糖（Intracellular Polysaccharides, IPS）：存在于细菌体内，作为一种储能形式，当外源性糖提供不足时，为菌斑细菌的新陈代谢提供能源。

主要为糖原和支链淀粉。

细胞外多糖（extracellular polysaccharides, EPS）：存在于细菌体外，主要有葡聚糖、果聚糖和少量的杂聚糖。

细胞外多糖分为水溶性和水不容性两种。

4. 脂质占菌斑干重10%-14%，多位于菌斑基质中，主要有磷脂、糖脂和中性脂。

菌斑中的脂质对菌斑的矿化和细菌对牙面的粘附有一定影响。

5. 无机物占菌斑干重的5%-10%，主要有钙、磷、镁、钠、钾及少量的铜、铁等。

无机物一部分位于菌细胞内，另一部分分布于菌斑液中。

菌斑具有集中钙、磷、氟的能力，菌斑中钙、磷、氟含量明显高于唾液五、形成和发育1、获得性膜的形成2、细菌的黏附和集聚3、生物膜的成熟4、生物膜的分散（一）获得性膜的形成唾液糖蛋白选择性吸附在牙齿表面所形成。

组成：糖蛋白、酸性富脯蛋白、富酪蛋白、白蛋白、氨基酸、脂类物质、碳水化合物、一些酶和免疫球蛋白等。

生物学作用：1）确定首先定植在牙面的细菌种类；2）细菌代谢的营养来源；3）保护釉质表面；4）牙面上的离子保护库。

（二）细菌的黏附和集聚1. 细菌的黏附：细菌在牙面上的附着。

1）钙桥作用；2）氢键作用；3）疏水作用；4）受体粘结素作用：黏附素与受体。

黏附素（Adhesin）：细菌表面的蛋白样成分，以立体化学的特异方式结合到组织表面的受体上。

受体（Receptor）：组织表面与黏附素结合的物质。

2. 集聚（aggregation）：一种细菌黏附于另一种细菌的表面称之为集聚。

1）细菌间通过自身合成的细胞外聚合物而相互粘附；2）不同种细菌直接粘附在一起；3）细菌与宿主的聚合物相互作用，使细菌容易聚集在菌斑中。

（三）牙菌斑生物膜的成熟1）牙菌斑的生长周期2）成熟牙菌斑的形态结构特征（四）生物膜的分散分散形式：1）主动分散（active dispersal）：在外来刺激下，如营养变化、代谢产物堆积、温度变化、噬菌体攻击、酰基高丝氨酸内酯(AHL)、右旋氨基酸等作用下进行；主动分散的细菌具有独特的生物学特性，如鞭毛相关编码基因被激活，细菌运动能力显著增强；2）被动分散（passive dispersal）：如唾液冲刷、食物咀嚼等，菌细胞无生物学特性改变环二鸟苷酸(c-di-GMP)是生物膜分散的核心分子六、物质代谢（一）糖代谢1. 分解代谢：产生多种有机酸，如乳酸、甲酸、乙酸、丙酸、丁酸和戊酸。

2. 合成代谢：1）细胞内多糖：糖原、支链淀粉；2）细胞外多糖：（二）碱性物质代谢当牙菌斑处于饥饿状态时，菌斑内尿素酶能够将唾液中尿素分解为氨，二氧化碳，使牙菌斑pH上升。

同时，菌斑中细菌可以利用氨基酸，使菌斑pH下降/上升。

目前认为，细菌的产碱代谢是龋病发生的保护因素，口腔主要的产碱细菌包括格式链球菌、唾液链球菌、血链球菌、内氏放线菌等。

尿素酶(urease)及精氨酸脱亚胺酶(arginine deiminase)是口腔细菌最主要的两条产碱代谢通路，对维持口腔微生态平衡具有重要意义（三）无机物代谢在酸性环境中，磷酸盐会变为易溶解的相，钙释放到基质中。

当菌斑pH下降到临界时(低于pH5.5)，羟磷灰石就会转化为钙/磷比值低的盐；当牙菌斑pH 上升，这时牙菌斑的钙/磷比值又将增高。

七、致病性牙菌斑是造成人类两大口腔疾病------龋病、牙周病的始动因子。

（一）牙菌斑与龋病1. 龋病是发生于牙齿硬组织的慢性细菌性疾病，表现为牙体硬组织色、形、质的改变。

2. 致病性（1）产酸性（2）合成细胞外多糖对牙面的粘附能力（3）耐酸性（二）牙菌斑与牙周病牙周病是发生在牙的支持组织的疾病，主要临床症状是牙龈出血、溢脓、牙齿松动、牙槽骨吸收以及牙周袋形成，该病是造成成年人失牙的主要原因之一。

1. 牙菌斑代谢产物的直接破坏作用（1）酶（2）毒素（3）其他产物2. 牙菌斑引起的免疫病理损害免疫反应的类型是以细胞免疫为主，体液免疫参与，补体系统加入反应两个方面，在牙周炎症的不同阶段，各有特点。

龋病微生物学主要内容1.细菌与龋病发生的关系。

2.致龋菌的生物学特性。

3.为什么说变异链球菌是主要致龋菌？龋病：是发生于牙硬组织的慢性细菌感染性疾病，造成牙硬组织的颜色、形态、质地的改变。

病因：1.化学细菌学说chemico-parasitic theory1）Miller人工龋实验牙齿+面包（糖）+唾液——龋牙齿+面包（糖）+煮沸唾液——无龋牙齿+脂肪（肉）+唾液——无龋细菌酵解碳水化合物产酸是龋病的病因2）Keyes龋病传播动物实验无龋仓鼠与患龋鼠混合喂养，或感染患龋鼠的排泄物，会发生龋齿给妊娠期或哺乳期的患龋鼠使用青霉素，可减少子代患龋率。

微生物是龋病发生发展中的关键因素，没有微生物的参与就不会有龋病的发生3）化学细菌学说的评价总结了龋病发生中的主要因素：口腔微生物在产生酸方面的作用；微生物发酵碳水化合物底物；产生的酸导致牙矿物质溶解；第一次阐明了口腔微生物、食物、酸与龋病发生的关系，抓住了龋病发生的本质局限性：未阐明牙面微生物的存在形式不能解释龋发生的特异性部位不能解释龋发生的个体差异未确定致龋的病原菌2.龋病的四联因素1）细菌致龋的必要条件：牙面附着：GTF，FTF，GBP等产酸：LDH，Enolase等耐酸：F-ATPase，AgDS等毒力调控相关因子：QS，TCSs2）食物碳水化合物（致龋）：能量；胞外多糖（EPS）和胞内多糖（IPS）；选择。

含氮化合物（抗龋）：尿素酶（Urease）、精胺酸脱亚胺酶（ADS）、精氨酸脱羧酶（ADC）3）宿主牙齿：矿化程度，窝沟深浅，牙齿位置唾液：缓冲能力，唾液免疫球蛋白，乳铁蛋白，过氧化氢酶，唾液溶菌酶等全身因素：血糖浓度与牙本质小管液流动方向遗传因素：单基因遗传关联（唾液分泌及免疫球蛋白合成），全基因组关联（GWAS）4）时间Stephan 曲线：进食后菌斑原位pH的变化过程；甜食频率vs 甜食的量；再矿化vs 龋病形成所需时间龋病生态病因学口腔中没有特异性的致龋菌，引起龋病发生的细菌属于口腔的正常菌群，正常情况下口腔细菌与人体之间处于动态的生态平衡。