口腔修复材料界面对菌斑生物膜的影响(1)
[摘要]随着口腔医学的发展，各种口腔修复材料被广泛应用于临床治疗中。修复材料不同的表面结构及化学性质会对细菌的黏附定植以及生物膜的发育成熟产生一定的影响。在唾液环境中，虽然获得性膜可在一定程度上弱化不同材料界面的固有特性，但材料界面的某些特性仍能通过远程作用力穿透获得性膜并作用于微生物的初始黏附，从而影响生物膜的发生发展。在生物黏附早期，材料界面主要通过各种力学因素从而对微生物黏附产生影响。此外，修复材料还可通过化学物质的释放来影响生物膜的代谢。复合树脂、玻璃离子黏固剂、陶瓷材料和金属材料是口腔常见的修复材料，探讨常见口腔材料界面对生物膜的影响机制，可为口腔材料的改性研发提供理论支持。
[关键词]口腔修复材料；生长界面；生物膜
[中图分类号]R 783.1 [文献标志码]A [doi]10.7518/gjkg.2015.03.025
生物膜广泛存在于牙体组织和口腔修复材料上，细菌在其中生长发育并进行着复杂的代谢活动，细菌及其代谢产物可造成口腔软硬组织的破坏。在口腔软组织表面，衬里上皮周期性脱落对细菌的大量聚集起着预防性作用；然而在牙面、修复材料、义齿和种植体等硬性材料表面，细菌可长期定植聚集，形成具有复杂生态结构的生物膜，引起龋病、牙龈炎、牙周病和种植体周围炎，成为当下菌斑性口腔疾病研究的重要问题之一。
口腔医学对材料有很大的依赖性，复合树脂、玻璃离子和陶瓷等材料被广泛用于口腔医学领域，但在牙菌斑控制方面的不足成为棘手的问题，即牙菌斑生物膜定植于牙体和修复体表面，参与着多种口腔疾病的发生发展。口腔修复材料与牙菌斑生物膜相互接触，其不同的表面结构及化学性质会对细菌的黏附定植以及生物膜的发育成熟产生影响。
1.材料界面通过获得性膜影响牙菌斑生物膜
在微生物的早期定植中，细菌并非直接吸附于牙面上，而是通过获得性膜附着其上。获得性膜是唾液糖蛋白选择性吸附于牙面形成的一层薄膜，与牙菌斑生物膜直接接触，为其定植提供界面。同理，在口腔环境中，材料界面也首先形成获得性膜，然后微生物黏附于获得性膜上。不同的材料界面可引起不同的表面获得性膜结构和成分，从而影响生物膜的发生发展。
1.1获得性膜形成过程
唾液的组分多种多样，但获得性膜的构成却具有高度的选择性，唾液仅有一部分蛋白质片段能够在获得性膜中检出。在牙面上，对羟磷灰石具有高度亲和力的蛋白质，如酪蛋白、组蛋白等首先进行黏附，使得获得性膜的最初形成几乎是即刻的。随后，唾液中的大分子物质持续聚集，获得性膜逐渐形成并达到一定程度。获得性膜一方面起着润滑作用并对牙面形成一个具有缓冲体系的保护屏障，获得性膜中的一些抗菌蛋白、溶菌酶等可保护牙体；另一方面，获得性膜也有利于细菌的定植，其表面一些组分可被细菌识别黏附。
1.2材料界面对获得性膜的影响
1.2.1表面物理性质改变 因为不同的材料具有不同的理化性质，材料界面对唾液蛋白组分的亲和力也不尽相同；所以在不同的材料界面上，获得性膜表面的物理性质可能存在着较大差异。将不同表面自由能的材料放置于口腔环境中，随着时间的延长，表面自由能趋于一致；获得性膜也可以影响材料界面的物理性质，导致不同材料表面的细菌定植差异降低，但其对界面的化学性质少有影响；因此，获得性膜在一定程度上降低了材料界面的固有特性，使不同生长界面的原有性质趋于一致；但是，获得性膜对界面的固有性质仅是一种掩饰作用，界面性质仍能穿过获得性膜对表面生物膜造成影响。
1.2.2超微结构 早期曾有研究利用透射电镜观察釉质和一些修复材料表面原位获得性膜的超微结构，并未发现明显差异；有研究者通过原子力显微镜发现，不同界面的表面自由能影响到获得性膜的形成速度，不同材料界面上沉积的蛋白质大小也不尽相同。Schwender等发现，将复合体于口内培养60 min，其上的获得性膜较釉质上的有明显的结构差异：复合体上的获得性膜较为均质，在釉质表面有较大的蛋白质团块聚集于获得性膜底层上。综上可见，材料界面对获得性膜的结构会产生一定的影响，但结论尚不统一，界面对获得性膜结构的影响还需进一步探讨。
1.2.3组成成分 不同的唾液蛋白对材料界面的亲和力不同，即界面的蛋白质黏附是有选择性的，因此材料界面的不同会影响获得性膜中的蛋白质组成。在获得性膜中存在的一些蛋白质，并不能在义齿材料获得性膜中检出；在钛金属获得性膜中，清蛋白的质量较其他材料低。也有研究认为：釉质、义齿、塑料以及不同修复材料界面上的获得性膜氨基酸组分并无明显差异；在不同材料界面的获得性膜中，淀粉酶和溶菌酶的检出量以及酶活性方面也没有明显差异。
总的来说，材料界面对获得性膜的结构和组分均能产生一定影响，但获得性膜在一定程度上也弱化了不同材料界面的固有特性。虽然获得性膜对材料界面的固有特性有掩饰作用，但材料界面的某些特性仍能通过远程作用力穿透获得性膜，作用于微生物的初始黏附；加之材料界面对获得性膜结构和组分的影响，材料界面仍能通过获得性膜来影响生物膜的发生发展。虽然这其中的机制尚未明确，但获得性膜确在材料界面对生物膜的影响中起着重要的作用。
2.材料界面通过细菌早期黏附影响生物膜
在口腔环境中，牙菌斑生物膜的形成依赖于微生物在口腔硬组织及修复材料表面的早期黏附，这种黏附是微生物定植乃至后期牙菌斑生物膜生长成熟的关键因素之一。了解材料界面对生物黏附的影响，对探讨两者之间的关系至关重要。因材料理化性质的不同，口腔材料界面主要影响生物黏附过程中的各种力学因素，从而对附着其上的牙菌斑生物膜的黏附产生影响。
2.1黏附的相关力学因素
与黏附相关的作用力，根据作用的范围分为远程作用力、中距离作用力和短距离作用力。范德华力为远程作用力的主要代表，作用范围为50-100 nm。疏水作用力是液相中最常见的中距离作用力，作用范围为10-50 nm。短距离作用力包括静电力、离子键力、刘易斯酸碱作用力、共价键力和氢键力等，其作用范围一般小于5 nm。其中，刘易斯酸碱作用力是黏附过程中的主导作用力，其产生的影响占所有非共价键力的90%，但作用距离相对较短。刘易斯酸碱理论认为，凡可以接受外来电子对的分子、基团或离子为酸；凡可以提供电子对的分子、离子或原子团为碱；因此简单地讲，刘易斯酸碱作用力实质上就是电子提供与接受过程中产生的作用力。上述作用力可以表现为吸引力，如范德华力、疏水作用力、氢键力和钙桥键力等，也可以表现为排斥力，如静电力，或者两者兼顾，如刘易斯酸碱作用力。这些不同方向不同作用距离的力相互影响，共同作用，既可直接吸引排斥口腔微生物，也可影响材料表面吸附蛋白质的种类和蛋白质的空间结构，从而影响口腔微生物在材料表面的黏附定植。, 百拇医药(王浩浩 程磊)
[关键词]口腔修复材料；生长界面；生物膜
[中图分类号]R 783.1 [文献标志码]A [doi]10.7518/gjkg.2015.03.025
生物膜广泛存在于牙体组织和口腔修复材料上，细菌在其中生长发育并进行着复杂的代谢活动，细菌及其代谢产物可造成口腔软硬组织的破坏。在口腔软组织表面，衬里上皮周期性脱落对细菌的大量聚集起着预防性作用；然而在牙面、修复材料、义齿和种植体等硬性材料表面，细菌可长期定植聚集，形成具有复杂生态结构的生物膜，引起龋病、牙龈炎、牙周病和种植体周围炎，成为当下菌斑性口腔疾病研究的重要问题之一。
口腔医学对材料有很大的依赖性，复合树脂、玻璃离子和陶瓷等材料被广泛用于口腔医学领域，但在牙菌斑控制方面的不足成为棘手的问题，即牙菌斑生物膜定植于牙体和修复体表面，参与着多种口腔疾病的发生发展。口腔修复材料与牙菌斑生物膜相互接触，其不同的表面结构及化学性质会对细菌的黏附定植以及生物膜的发育成熟产生影响。
1.材料界面通过获得性膜影响牙菌斑生物膜
在微生物的早期定植中，细菌并非直接吸附于牙面上，而是通过获得性膜附着其上。获得性膜是唾液糖蛋白选择性吸附于牙面形成的一层薄膜，与牙菌斑生物膜直接接触，为其定植提供界面。同理，在口腔环境中，材料界面也首先形成获得性膜，然后微生物黏附于获得性膜上。不同的材料界面可引起不同的表面获得性膜结构和成分，从而影响生物膜的发生发展。
1.1获得性膜形成过程
唾液的组分多种多样，但获得性膜的构成却具有高度的选择性，唾液仅有一部分蛋白质片段能够在获得性膜中检出。在牙面上，对羟磷灰石具有高度亲和力的蛋白质，如酪蛋白、组蛋白等首先进行黏附，使得获得性膜的最初形成几乎是即刻的。随后，唾液中的大分子物质持续聚集，获得性膜逐渐形成并达到一定程度。获得性膜一方面起着润滑作用并对牙面形成一个具有缓冲体系的保护屏障，获得性膜中的一些抗菌蛋白、溶菌酶等可保护牙体；另一方面，获得性膜也有利于细菌的定植，其表面一些组分可被细菌识别黏附。
1.2材料界面对获得性膜的影响
1.2.1表面物理性质改变 因为不同的材料具有不同的理化性质，材料界面对唾液蛋白组分的亲和力也不尽相同；所以在不同的材料界面上，获得性膜表面的物理性质可能存在着较大差异。将不同表面自由能的材料放置于口腔环境中，随着时间的延长，表面自由能趋于一致；获得性膜也可以影响材料界面的物理性质，导致不同材料表面的细菌定植差异降低，但其对界面的化学性质少有影响；因此，获得性膜在一定程度上降低了材料界面的固有特性，使不同生长界面的原有性质趋于一致；但是，获得性膜对界面的固有性质仅是一种掩饰作用，界面性质仍能穿过获得性膜对表面生物膜造成影响。
1.2.2超微结构 早期曾有研究利用透射电镜观察釉质和一些修复材料表面原位获得性膜的超微结构，并未发现明显差异；有研究者通过原子力显微镜发现，不同界面的表面自由能影响到获得性膜的形成速度，不同材料界面上沉积的蛋白质大小也不尽相同。Schwender等发现，将复合体于口内培养60 min，其上的获得性膜较釉质上的有明显的结构差异：复合体上的获得性膜较为均质，在釉质表面有较大的蛋白质团块聚集于获得性膜底层上。综上可见，材料界面对获得性膜的结构会产生一定的影响，但结论尚不统一，界面对获得性膜结构的影响还需进一步探讨。
1.2.3组成成分 不同的唾液蛋白对材料界面的亲和力不同，即界面的蛋白质黏附是有选择性的，因此材料界面的不同会影响获得性膜中的蛋白质组成。在获得性膜中存在的一些蛋白质，并不能在义齿材料获得性膜中检出；在钛金属获得性膜中，清蛋白的质量较其他材料低。也有研究认为：釉质、义齿、塑料以及不同修复材料界面上的获得性膜氨基酸组分并无明显差异；在不同材料界面的获得性膜中，淀粉酶和溶菌酶的检出量以及酶活性方面也没有明显差异。
总的来说，材料界面对获得性膜的结构和组分均能产生一定影响，但获得性膜在一定程度上也弱化了不同材料界面的固有特性。虽然获得性膜对材料界面的固有特性有掩饰作用，但材料界面的某些特性仍能通过远程作用力穿透获得性膜，作用于微生物的初始黏附；加之材料界面对获得性膜结构和组分的影响，材料界面仍能通过获得性膜来影响生物膜的发生发展。虽然这其中的机制尚未明确，但获得性膜确在材料界面对生物膜的影响中起着重要的作用。
2.材料界面通过细菌早期黏附影响生物膜
在口腔环境中，牙菌斑生物膜的形成依赖于微生物在口腔硬组织及修复材料表面的早期黏附，这种黏附是微生物定植乃至后期牙菌斑生物膜生长成熟的关键因素之一。了解材料界面对生物黏附的影响，对探讨两者之间的关系至关重要。因材料理化性质的不同，口腔材料界面主要影响生物黏附过程中的各种力学因素，从而对附着其上的牙菌斑生物膜的黏附产生影响。
2.1黏附的相关力学因素
与黏附相关的作用力，根据作用的范围分为远程作用力、中距离作用力和短距离作用力。范德华力为远程作用力的主要代表，作用范围为50-100 nm。疏水作用力是液相中最常见的中距离作用力，作用范围为10-50 nm。短距离作用力包括静电力、离子键力、刘易斯酸碱作用力、共价键力和氢键力等，其作用范围一般小于5 nm。其中，刘易斯酸碱作用力是黏附过程中的主导作用力，其产生的影响占所有非共价键力的90%，但作用距离相对较短。刘易斯酸碱理论认为，凡可以接受外来电子对的分子、基团或离子为酸；凡可以提供电子对的分子、离子或原子团为碱；因此简单地讲，刘易斯酸碱作用力实质上就是电子提供与接受过程中产生的作用力。上述作用力可以表现为吸引力，如范德华力、疏水作用力、氢键力和钙桥键力等，也可以表现为排斥力，如静电力，或者两者兼顾，如刘易斯酸碱作用力。这些不同方向不同作用距离的力相互影响，共同作用，既可直接吸引排斥口腔微生物，也可影响材料表面吸附蛋白质的种类和蛋白质的空间结构，从而影响口腔微生物在材料表面的黏附定植。, 百拇医药(王浩浩 程磊)