牙菌斑生物膜

1、第10章噬菌斑生物膜、噬菌斑是口腔微生物的生长环境，是口腔常见的蛀牙和牙周病的起动因素。 噬菌斑内微生物以共生、竞争、拮抗等方式相互作用，构成与场所环境不同的微生态。 第一节噬菌斑的概念和分类、概念：噬菌斑是细菌性生物膜，是被基质包围的相互附着、附着在牙齿和修复体表面的非矿化细菌性群，不能被水和唾液冲刷而除去。 分类、噬菌斑、光滑的表面噬菌斑： g球菌和杆菌为优势菌牙龈上噬菌斑点裂缝噬菌斑： g球菌为优势菌群毗邻表面噬菌斑： g杆菌为优势菌群牙龈下噬菌斑附着性牙龈下噬菌斑： g球菌、杆菌， 丝状菌g-短杆菌和螺旋体非附着性牙龈下噬菌斑： g-无芽胞成熟噬菌斑从内至外一般可分为三层：一、噬菌斑结

2、构，一、底层为噬菌斑接近牙面的层，无细胞球的均质结构，he染色为红色，厚度为0.11.0，实际为获得性膜，少量细菌在其表面附着或2 .中间阶层是噬菌斑主体部分，主要由隔离栅状结构排列的细菌组成(附着在基底层的农杆菌和丝状菌垂直排列在牙面，分布或附着大量球菌、杆菌而形成)。 隔离栅状构造是噬菌斑的基本构造。 3、表层为噬菌斑最外层，结构松散，可见谷穗样结构或试管刷样结构。 微生物组成差别很大，主要包括球菌、短杆菌、脱落上皮细胞球和食物残渣。 二、噬菌斑的组成、噬菌斑基质的作用，是构成噬菌斑内部和外部物质交换通路的噬菌斑细菌生存的载体和营养物质贮藏库；噬菌斑表层的氧、抗微生物剂等限制细菌生长的物质

3、过多进入噬菌斑内层，并发挥保护作用。 噬菌斑细菌的组成特征、个体间存在差异。 同一个体口腔内不同部位之间存在差异。 根据噬菌斑形成的阶段，细菌的组成有很大的不同。 致病性噬菌斑和非致病性噬菌斑的细菌组成差别不大，只是各种细菌所占的比例不同。 影响噬菌斑生态平衡的因素1 .温度影响ph变化、络离子活性及微生物聚集。 口腔温度一般维持在3536左右，食物摄取时的温差为60左右，长期定植在口腔的细菌一般能够适应这个范围的温度变化。 2.ph值影响细菌酶催化剂的活性。 口腔内的平均ph为6.77.2，主要由唾液中的碳酸盐和磷酸盐缓冲系统来维持。 噬菌斑内ph变化幅度大，适合微生物生长的ph各不相同：

4、ph为6.08.0，大部分噬菌斑细菌可生长的ph为5.0，放线菌和链球菌也可生长的ph为4.6以下，只有乳杆菌和酵母菌可生存的ph达到9.5时3、氧化还原电势(oxidation-reduction potentials，eh )高的eh支持需氧菌或微需氧菌的生长，低的eh有利于厌氧菌的生长。 根据口腔内的部位不同，eh差大，光滑面的eh高，牙龈沟、牙周袋内的eh低。 健康牙龈沟的eh约为75mv，牙周袋为-50mv，深牙周袋可达300mv。 4 .营养唾液和齿龈沟液中含有丰富的蛋白质、糖蛋白、微量元素体等营养物质，是维持微生物生存的最基本的营养物质。 宿主摄取的食物的种类、频度、方式会影响微

5、生物的组成。 5 .唾液中的抗菌成分分泌细胞型iga(siga):可以与细菌合成的葡聚糖转移酶结合，限制细菌酶催化剂活性的siga可以与细菌表面蛋白质、脂磷壁酸等抗原结合，使微生物凝聚，降低与牙面的粘合能力。溶血工作团队：作用于g细菌细胞贴壁的主要结构肽聚葡萄糖破坏细菌细胞贴壁。 乳铁蛋白：可与fe3紧密结合，降低细菌生存所必需的fe3的利用，实现抗菌作用。 过氧化酶：主要催化唾液中过氧化氢和硫氰化物的氧化反应，产生毒性物质，使细菌糖代谢所需的酶催化剂失活从而停止糖代谢，阻碍有机酸的产生。 6、微生物之间的相互作用共生：一些细菌的代谢产物是其他细菌的营养物质/必要的生长因子一些细菌的存在是其他

6、细菌生存的必要条件共同完成物质代谢过程。 拮抗：细菌通过与营养物质竞争定植空间影响生态平衡的细菌本身可以合成和释放对其他微生物生存不利的代谢产物，使生物体产生天然抗体，抑制其他细菌的定植和生长。 链球菌产生的对氨基苯甲酸是变异链球菌生长所必需的生长因子，需氧菌和兼性厌氧菌在生长过程中消耗生境中的氧，降低局部eh，为专业性厌氧菌的生长提供条件，当噬菌斑中的细菌代谢唾液中的糖蛋白时，首先是口腔链球菌， 含有前体细菌等葡萄糖苷酶的细菌分解糖蛋白侧链，然后蛋白质被含有核心梭菌、中间体前体细菌等链蛋白水解作用酶催化剂的细菌分解，如变异链球菌所产生的噬菌体是变异链球菌，可以杀伤链球菌属的其他细菌和粘性放线

7、菌， 能杀伤共生的链球菌，7 .氟化物的作用氟可以抑制龋齿菌的附着，有利于唾液的清洗和外力的机械除菌，可以延长噬菌斑形成时间的噬菌斑中的氟可以以氢氟酸的形式扩散到细菌细胞球内，抑制糖代谢酶催化剂的活性，阻碍糖代谢，降低细菌的产酸能力。 第三节噬菌斑的形成和发育、噬菌斑生物膜的形成是规则连续的过程，不能完全分离，为了便于说明，一般分为3个阶段：1.获得性膜的形成2 .细菌黏附聚集3 .噬菌斑的成熟，1 .获得性膜的形成，获得性膜的部位不同，获得性膜的成分也不同。 釉表面的获得性膜以唾液成分为主，牙根表面的获得性膜以牙龈沟液成分为主。 获得性膜的形态和构造受到所支持的固体表面性的影响，其厚度在30

8、60m之间有很大差异。 获得性膜具有双重作用：1 .获得性膜有助于细菌的附着和生长，可以保护牙齿。 获得性膜提供细菌粘附在牙面的特殊接纳体，使细菌选择性地吸附定植在牙面的获得性膜中的接纳体与宿主免疫球蛋白(抗体、补体、溶血工作团队等)结合，抑制宿主的免疫应答，有利于微生物生长和繁殖的获得性膜为细菌的生长繁殖提供一盏茶营养。 2 .获得性薄膜还具有保护和修复牙齿矿化表面的功能。 获得性膜瞄准牙齿表面，缓冲酸性食物对牙齿表面脱矿作用的获得性膜能结合钙元素、磷、氟等矿元素，有利于牙齿表面矿化和再矿化的获得性膜上正常菌群定植抑制了外源性微生物的侵入。 二、细菌在牙面上的黏附和聚集；(一)细菌在牙面上的

9、黏附包括非特异性黏附和特异性黏附两个过程非特异性黏附：黏附初期，细菌和牙面以氢键、钙元素桥等方式黏附，这过程是可逆的。 特异性黏附：细菌细胞贴壁表面胶粘剂(adhesin )与获得性膜表面相应接纳体特异性结合。(二)细菌在牙面的聚集(aggregation) 1.自身合成的细胞球外聚合物相互黏附2 .通过与胶粘剂接纳体特异性结合使细菌聚集，3 .在噬菌斑成熟、噬菌斑成熟过程中，细菌定植有一定的顺序； 早期定植菌主要在革兰氏阳性球菌噬菌斑形成的第56天，噬菌斑内细菌重新排列形成隔离栅状结构，显示噬菌斑成熟，噬菌斑内细菌的组成比例和数量稳定、平衡。 噬菌斑中的微生物群落并非无限扩大，其中细菌的种类

10、和数量达到一定限度后，噬菌斑内的细菌分泌细胞蛋白质释放酶催化剂使部分细菌脱落，多馀的细菌向周围扩散定植。 第四节噬菌斑的物质代谢，一、糖的代谢，一.糖的分解噬菌斑中细菌具有纤维素酶、淀粉酶、葡萄糖苷酶等粗多糖分解酶催化剂，将粗多糖分解为单糖或二糖后，通过通透性酶催化剂和磷酸转移酶系统积极输送到细胞内。 进入细胞球内的单糖、二糖首先通过各种代谢途径转化为焦磷酸，然后通过氧代谢及无氧摇镜头的种类分解生成各种代谢产物，释放能量。 细胞球内糖无氧摇镜头分解产生乳酸、甲酸、冰乙酸等有机酸，作为质子迁移到细胞球之外，降低环境中的ph。 2 .糖合成细胞球内粗多糖合成：当外源性糖的供应为一盏茶时，在糖原合成

11、酶催化剂的作用下，合成具有支链的糖原，贮藏能量。 胞外多糖合成：细菌在葡萄糖转换酶或果聚糖转换酶的作用下，利用蔗糖合成胞外多糖，主要有右旋糖酐、果聚糖和粘多糖蛋白复合物。 水溶性胞外多糖容易被细菌利用，是噬菌斑内能量的储存形式。 3、糖代谢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、果聚糖激酶和焦磷酸激酶是糖酵解途径的限速酶催化剂。 “乳酸阀门”的反应历程调节无氧摇镜头的分解，对抗糖致死。 二、氮气源物质代谢、氮气源物质对细菌生长起着重要作用：细菌以更新蛋白质所必需的氨基酸作为储能系统代谢的碱性产物，可调节噬菌斑基质的ph值，噬菌斑中的蛋白质被蛋白水解作用酶催化剂分解成蛋白胨、肽

12、，被肽酶分解成氨基酸，这个过程终点和中间产物是不同的细菌氨基酸的分解可以通过脱阿摩尼亚、阿摩尼亚转换、脱碳酸等进行。 (1)氨基酸丧失氨基化学基的脱阿摩尼亚作用是氨基酸分解代谢的主要方式，可分为氧化脱阿摩尼亚和非氧化脱阿摩尼亚两种形式。 代谢产物和诱导体包括酮酸、过氧化氢、阿摩尼亚、atp、奥尔多油酸等。 (2)氨基化学基转移作用是-氨基化学基酸通过转阿美娜酶作用将氨基化学基转移到-酮酸的酮化学基位置而生成对应的-酮酸。 氨基化学基转移作用是氨基酸降解的重要方式，也是氨基酸合成途径. (3)脱羧基化学基作用是在低ph环境下产生的氨基酸分解方式，氨基酸经脱碳酸酶催化剂分解为胺和二氧化碳，其代谢产

13、物为碱性，可提高噬菌斑的ph值。 三、噬菌斑内矿元素转换、1 .唾液和噬菌斑之间矿元素交换唾液是噬菌斑矿元素的主要来源。 唾液和噬菌斑中的矿元素以络离子扩散方式进行交换，这一过程是可逆的，扩散速度依赖于浓度差。 2、噬菌斑和牙面矿元素转化噬菌斑中的钙元素、磷主要以各种磷酸盐存在。 磷酸盐的性质主要取决于钙元素磷的相对浓度和噬菌斑基质的ph，但ca/p的比例越高，固相溶解度越低，酸性环境下磷酸盐的溶解度增加。 第五节噬菌斑的致病性、一、噬菌斑和龋齿，一、细菌在龋齿机制噬菌斑中的龋齿菌分解碳水化合物产生的有机酸是导致龋齿发生的直接原因.(1)噬菌斑中的碳水化合物在细菌的作用下分解代谢，生成乳酸、冰

14、乙酸、丙酸等有机酸，氢络离子和有机酸络离子扩散至牙釉质结晶周围，溶解牙釉质表面的钙元素和磷酸盐等矿元素。 (2)龋齿菌能合成水溶性粘性粗多糖形成生物屏障，限制噬菌斑内外物质的扩散，保持噬菌斑深层的较低ph值. 外源性糖缺乏时，细菌可利用这些个的细胞球内粗多糖和细胞球外粗多糖继续产生酸。 2、龋齿菌的生物学特征(1)对牙面有选择性黏附力(2)能迅速产生大量酸，具有较强的耐酸性(3)能合成细胞球内或细胞球外的多糖体(4)细菌的数量与龋齿发生率密切相关，选择性抑制该菌是值得的3、龋齿噬菌斑的特征龋齿噬菌斑多位于牙齿的相邻面和咬合面，龋齿产物主要为有机酸。 龋齿噬菌斑内的变异链球菌属优势菌，但能合成葡

15、聚糖酶催化剂的细菌和韦荣菌数量很少。 可迅速分解蔗糖产生大量乳酸，迅速将蔗糖转化为细胞球内粗多糖。 4 .主要龋齿菌目前证实的龋齿菌为变异链球菌、远缘链球菌、干酪乳杆菌、嗜酸乳杆菌和粘性放线菌。 (1)变形性链球菌：是最早确认的龋齿菌，在病变早期发挥重要作用，具有较强的龋齿性。 可合成非水溶性右旋糖酐，生成对牙釉面及根面有较强黏着力的大量乳酸，可在ph值低的酸性环境中生存。 (2)乳杆菌能产生大量乳酸，具有较强的耐酸性，但与牙面亲和性低，主要对龋齿的发展起促进作用。 乳杆菌在深龋中检出率高，无菌小鼠口腔发生点隙龋齿，与龋齿密切相关的乳杆菌主要为干酪乳杆菌和嗜酸乳杆菌。 (3)粘性放线菌：粘性放

16、线菌对牙面有较强的粘附力，能产生大量乳酸，主要诱发根面龋和邻面龋。 二、噬菌斑和牙周病，(一)专一性噬菌斑说和非专一性噬菌斑说非专一性噬菌斑病因说：即牙周病是由于非特异性口腔正常菌群的混合感染所致。 该学说强调噬菌斑数的增加、微生物毒性的增大、宿主防御系统的功能降低是牙周病的发生原因。 专一性噬菌斑学说：即口腔微生物中的大多数细菌为口腔正常菌群，只有少数细菌具有毒力，能够损害宿主防御系统，这些个细菌在噬菌斑中存在或达到一定量时会引起特定类型的牙周病。 该学说强调噬菌斑细菌的质量，认为牙周健康区与病损区、不同类型牙周病的病损区之间的噬菌斑微生物组成不同，只有某些或某些细菌与相应类型的牙周病密切相

17、关，并对该类型的牙周病的发生发展起着重要作用。 (二)噬菌斑引起牙周病的反应历程1 .细菌及其代谢产物的直接破坏作用外毒素(exotoxin ) :细菌在生长过程中是从细胞球内分泌到细胞球外的毒性物质，能抑制宿主蛋白质的合成，对宿主具有细胞球毒和神经毒性作用。 细菌内毒素(endotoxin ) :是革兰氏阴性细菌细胞贴壁的脂粗多糖成分，也是一种强烈的炎症因子，完整的牙龈沟上皮通过进入血液循环系统扩散，对牙龈、牙骨质和牙槽骨有破坏作用。 酶催化剂：噬菌斑细菌可产生多种水解作用酶催化剂，破坏牙周组织扩散炎症。 其他代谢产物：细菌代谢过程中产生的一些物质对硫化氢、吲哚、有机酸铵盐等细胞球均有损伤作用。 2、噬菌斑引起免疫性病理损害的噬菌斑是多种抗原的集合体，可引起宿主的免疫应答，破坏作用远大于细菌直接引起的损害。(三)牙周致病菌特点1992年socransky总结的牙周致病菌条件为毒性爱沙尼亚克朗株，具有引起疾病的染色体基因，宿主对该致病菌必须具有易感性的数量在宿主阈值以