牙齿美白及牙膏美白功效成分概述

唐伟月 邓全富 张 环 董海德 何家俊

(重庆登康口腔护理用品股份有限公司，重庆 江北 400000)

牙齿是人体最硬的器官，除担负切咬、咀嚼等功能外，还起保持面部外形和辅助发音的作用，一般由无机矿物和少量有机物组合而成。其无机矿物成分主要是羟基磷灰石Ca5(PO4)3(OH)以磷酸钙的形式而形成的[1-3]。从组织结构来看，牙齿主要由牙本质、牙釉质、牙骨质和牙髓四部分组成。牙本质存在于牙齿内部，是一种富含蛋白质的类骨生物复合材料，约含有70%的羟基磷灰石，其余部分为胶原蛋白和水[4-5]。牙釉质存在于牙齿外部，是一种高度矿化的复杂的分层组织结构，约含有97%的羟基磷灰石和少量的有机蛋白[6]。同时口腔中牙釉质表面还覆盖着一层由唾液蛋白、碳水化合物和脂类组成的薄膜[7]。

纯羟基磷灰石的颜色一般显示为无色或者白色，牙釉质中夹杂着少量的有机蛋白因此表现为白色或者半透明颜色。随着年龄的增长，牙釉质受到持续的外界机械磨擦、化学/物理作用会变得越来越薄，同时某些破损部位也会使牙本质暴露从而导致整颗牙齿颜色变深[8]。此外，人们吸烟、饮茶、喝咖啡及食用有色的食物时也会导致牙齿逐渐染色[9]。因此，家用美白产品(牙膏/牙刷)和专业牙科诊所(漂白/洗牙)都在试图解决牙齿染色的问题。在这种情况下，美白被定义为使牙齿的视觉白度增加。

口腔清洁护理产品主要用于预防龋齿和牙周炎，一般使用牙刷(电动牙刷)配合牙膏刷牙，健康的饮食习惯(低糖饮食、不过量饮用腐蚀性饮料)和生活方式(不吸烟)达到上述目的。目前牙膏配方中含有某些成分，例如氟化物(氟化钠、单氟磷酸钠等)、氯己定、亚锡、锌盐和钙磷酸盐 (羟基磷灰石或珍珠粉)、表面活性剂和磨擦剂等，这些成分能够帮助消费者预防龋齿和牙周炎达到口腔健康的效果[10]。

随着时代的进步与生活水平的提高，消费者对于牙齿亮白的要求日渐强烈，越来越多的口腔护理产品也关注着牙齿美白。一方面美容的兴起，越来越多的人喜欢洁白的牙齿和灿烂的笑容[11-12]；而另一方面吸烟、喝红酒或红茶等生活习惯以及牙齿衰老也会导致牙齿颜色的变深[13]。因此，许多口腔护理公司推出了多种不同的牙齿美白产品适应消费者的需求。本研究主要围绕牙齿着色、牙膏美白的主要成分和牙齿美白测试方法三方面对牙齿美白进行了总结，并对牙齿美白的潜在风险和有效性进行了分析。

1 牙齿着色

牙齿被有色化合物附着一般称为牙齿着色，牙齿中的有色化合物被称为有色基团，一般分为有机色团和无机色团。在可见光范围内有色基团吸收光能够反射出被眼睛识别的互补色，一般为黄色或棕褐色。有机色团主要来源于咖啡、茶、红酒或水果中的小分子单宁或糠醛，这些小分子中一般含有羧基、芳香基等不饱和键；而无机色团一般含有有色过渡金属离子(Fe2+/Fe3+、Cu2+或Mn2+)，同时无机色团以金属配合物的形式，也可以和有机色团结合共同使牙齿着色[14]。

牙齿根据着色位置可以分为内源性着色和外源性着色。内源性着色一般指发生在牙釉质内部或牙本质的着色，牙齿在形成过程中摄入过量的氟化物或四环素以及牙齿在生长发育过程中的一些代谢性疾病或系统性因素均可能造成牙齿内源性着色。另外，牙髓出血导致血液渗入牙本质小管以及牙科手术中根管治疗或汞合金填充也可能导致内源性着色[15]。牙釉质作为一种坚固的结构，磨擦只能去除牙齿最外层牙釉质的一部分着色，即使化学漂白渗入牙釉质也不会完全去除牙齿内源性着色。而牙本质中含有许多微孔，对有色基团的黏附性非常强，一般物理/化学作用或机械磨擦去除颜色几乎也不可能，但使用过氧化物进行牙髓漂白等侵入性治疗的方式是可能去除内源性着色的[16]。

外源性着色主要是指在较难清洁的牙釉质表面和暴露牙本质的厚膜层上进行的着色。这些由有机色团和无机色团形成的牙渍主要吸附在粗糙的牙齿表面、牙结石或者牙齿表面薄膜上。从化学结构来看，大多数有机色团对蛋白质有很强的亲和性，更容易存在于牙菌斑或薄膜上。牙结石又称牙石，通常存在于牙齿表面磷酸钙(羟基磷灰石)等地方，刚形成时为乳白色软垢，逐渐会因矿物病理性钙化而变硬。同时牙结石能够与含有色素的食物、饮料或者吸烟过程中产生的无机色团结合表现出黄色、棕色或黑色等其它与牙齿不一致的颜色[17]。此外，口腔护理产品中的某些成分也可能会使牙齿表面发生外源性着色。因产品成分而导致的牙齿着色被称为间接着色，例如长期使用含有氟化亚锡及其亚锡盐、洗必泰等成分的口腔产品也可能产生牙齿着色等副作用[17]。值得注意的是，色斑也可以通过无色化合物氧化而形成。例如还原性金属也可能与口腔细菌产生的挥发性硫化合物形成有色硫化物而使牙齿间接着色。外源性着色是可以通过研磨技术(牙膏/牙刷)和化学方式(过氧化物)进行去除的[18]。

2 美白牙膏

目前市面上已有专为吸烟人士提供的美白牙膏。此外，还有许多“多效”或“X合一”等功效牙膏宣称有美白功效。通常牙膏成分中含有磨擦剂和特殊的美白成分，具体成分如表1所示[9]。为了验证美白牙膏的功效，一般采用体外(人或动物牙齿)和临床实验的方法进行分析。牙膏美白也有防渍和去渍的区分。

表1 牙膏中美白成分示例

磨擦剂是牙膏的主体原料，一般占配方的20%～50%，其最重要的作用就是去除牙渍。与普通牙膏相比，美白牙膏一般含有更多的较硬的磨料从而达到充分去除牙齿表面污渍的效果。牙膏中常用的磨擦剂如表2所示[19]。

表2 牙膏中常用磨擦成分示例

此外，牙膏中的磨擦剂需要有适当的硬度和磨擦值，从而避免对牙釉质、暴露的牙本质和牙龈有害。相比而言，用于牙齿敏感人群，温和清洁暴露牙本质的牙膏由于清洁效果较低也可能会导致牙齿表面的污渍增加。常用的磨擦剂主要有水合硅石、碳酸钙和二水合磷酸氢钙，但这些磨擦剂的磨擦性能也与颗粒大小、形态和硬度有关。

羟基磷灰石作为一种仿生成分广泛用于预防性口腔护理产品。此外，由于其与牙齿成分相似具有抛光效果，也被认为是一种很有前途的美白磨料成分。有研究表明，高浓度羟基磷灰石能够完全覆盖/附着在牙齿表面的牙釉质上，通过覆盖有色污渍达到牙齿美白的效果[20]。二氧化钛等白色颜料附着在牙齿表面通过折射光也可以达到增白牙齿的效果。

目前大多数研究主要集中于磨擦剂的去渍能力，同时降低对牙釉质的损害。一般牙本质磨擦值(RDA值)是一种公认的表达牙膏磨料性能的测试值，通常RDA值低于250的牙膏被认为是安全的。PCR值(薄膜清洁率)是一种常用于评估牙膏和磨料清洁效果的方法。一般来说，高RDA值与高PCR值相关，然而这两个参数之间的数学相关性却不明显[21]。此外，牙膏配方的清洁能力也受到其它诸多因素的影响，例如牙刷刷毛等。

美白牙膏中的漂白成分主要是指过氧化物。过氧化物因其化学不稳定水解形成过氧化氢(H2O2)，释放活性氧从而对有色污渍进行漂白。常用的过氧化物一般有H2O2、过氧化钙、过碳酸钠和过氧化镁。大多牙膏配方含水，因此确保货架期间漂白成分的稳定性也是一个重要的问题。过氧化物作为漂白剂在一些口腔护理产品中含量过高，不慎吞服后，会对口腔黏膜、食道及胃造成伤害。因此《化妆品卫生规范(2007版)》和《欧盟化妆品规范》中明确规定过氧化物在口腔卫生产品中的最大使用限量为0.1%。然而从化学角度来看，低浓度H2O2牙膏配方，仅通过2～3min短时间刷牙接触以及额外的唾液稀释后是否还有足够活性氧达到牙齿漂白的效果是不确定的[18]。

除了过氧化物，许多能够亮白牙齿的成分也在口腔护理产品中使用。包括表面活性剂、抗再沉积剂、着色剂、酶和聚天冬氨酸盐等[9]。表面活性剂通过其增溶性可以使牙齿表面的疏水性化合物去除，类似于肥皂、洗衣粉的清洁原理[9]。牙膏配方中常用的表面活性剂主要为十二烷基硫酸钠、月桂酰肌氨酸钠和椰油酰胺丙基甜菜碱。抗再沉积剂主要用于防止清洁后色渍再次沉积在牙齿表面，同时他们能够抑制牙结石与外源性色斑的结合。多聚磷酸盐和柠檬酸钠是常见的典型抗再沉积物质，他们的主要目的是阻止唾液中的不定形磷酸钙钙化形成牙结石。它们对牙齿表面有很强的吸附亲和力，同时也能结合有色无机离子防止它们沉积[9]。其它焦磷酸盐、三偏磷酸钠和六偏磷酸钠等物质也被证实有抗牙结石的效果，从而对牙齿进行美白[6]。美白配方中添加聚天冬氨酸钠进行牙齿美白也是一种相对新颖的方法，临床研究表明含有聚天冬氨酸钠的牙膏具有更优的防渍效果[7]。聚天冬氨酸钠中含有多个羧基基团，有可能对牙齿表面的薄膜进行了干扰，影响了不同颜色光的吸收和反射造成视觉增白的效果。

着色剂是一种特殊的染料，能够快速将黄色牙齿转换为“蓝色牙齿”，使牙齿表现出白色[22]。但目前还不清楚刷牙后着色剂是否附着在牙齿表面[9]。有文献曾报道了一种含有蓝色染料covarine的美白牙膏，能够使牙齿的反射光区域从黄色转变为蓝色，从而使牙齿外观更白。蓝色染料covarine的化学结构中主要含有酞青环，可以改变牙齿表面光的反射特性。这种改变可以通过表色系统中牙齿的蓝/黄彩度值(b*)和牙齿白度(WIO指数)表现出来。

生物蛋白酶通过水解肽键选择性降解蛋白质也可能是一种未来有效的牙齿增白方式[23]。以木瓜蛋白酶为例，它是从木瓜中提取分离得到的一种含有212种氨基酸的生物蛋白酶。它的活性部位含有半胱氨酸，能够共价附着在目标蛋白上从而使其裂解[9]。蛋白质降解过程中，色团最大吸收峰和消光系数等物理特征发生改变，从而导致可见光范围内吸收光的强度降低。溶菌酶和过氧化物酶也常被用于美白牙膏中[23]。然而，牙膏中添加生物酶作为美白成分时，限制因素较多。例如大多数酶在室温下只有短时间内是稳定的，在生产、运输和储存过程中，由于温度的变化也可能导致生物酶失活。

牙齿主要由无机矿物和少量有机物组合而成。这两种成分之间的相互作用才决定了牙齿在硬度和磨擦性上的优越性能。因此，牙齿不仅仅是简单的无机矿物材料，而是高度优化的复杂有机/无机生物组分。过氧化物漂白牙齿剂会使牙齿表面产生微小的缺陷和孔隙，同时损害牙釉质和牙本质中的有机基质，从而导致牙齿敏感现象的产生[24]。因牙齿漂白引起的牙敏感现象一般在数周后可以消失，另外使用含有羟基磷灰石或硝酸钾的口腔护理产品也可以缓解牙齿漂白后的牙敏感现象[25]。

3 美白评价方法

牙齿美白被定义为使牙齿的视觉白度增加。在功效型牙膏标准中，牙膏的美白效果可以通过抑制牙菌斑、除渍增白和抗牙结石等方式实现。目前已有临床和体外测试法用于测定牙膏对牙齿的美白效果。在临床研究中，Lobene色斑指数是一种常见的基于肉眼检查评价牙齿颜色的方法。但其方法只适用于评估去除牙齿的外源性色斑效果，该指数一般用数字0～3来评价色斑部位的大小和色斑程度[26]。按照色斑染色面积可以分为未检测到染色、染色覆盖区域小于1/3、染色覆盖区域在 1/3至2/3之间和染色覆盖区域大于 2/3，按照色斑程度可以分为无染色、轻度染色、中度染色、重度染色4种强度，通过去除外源性色斑达到牙齿视觉白度增加的效果。此外，Vita牙齿比色卡也是临床研究中常用的一种评价牙齿美白的方法。临床评价牙齿美白功效是在牙膏功效成分完成安全性评价的基础上进行的。后期产品使用相同功效成分进行宣称时，功效成分添加量应不少于验证过的产品[27]。

体外测试法也能评价牙齿的着色性能和美白成分的美白效果，例如美国牙科协会ADA推荐的薄膜清洁率(PCR)就是一种评价产品清洁力非常显著的体外测试方法。PCR常用于评估牙膏和磨料的清洁能力,主要通过物理磨擦去除外源性色斑达到牙齿美白的效果。羟基磷灰石粉末实验室评价法常用于评估牙膏和美白功效成分的除渍和防渍能力，主要通过化学作用去除或防止牙齿外源性着色达到牙齿美白的效果[28]。牙齿美白体外测试法中使用的着色液通常包括咖啡、茶等成分用于模拟口腔的自然染色过程。同时牙齿的着色效果(颜色)一般可以用比色板、分光光度计、比色法或者数码摄影和计算机技术来进行评估[29]。

比色板可以用来对牙齿着色效果进行半定量评估。另一种定量方法需要测量光学反射光谱与不同光和强度之间的联系。国际照明委员会(CIE) L* a* b* 标准色度系统是牙科中最常用的表色系统，可以定量测定视感明度(L*)，红/绿色相(a*)和蓝/黄彩度(b*)。这些数字可以通过公式ΔE = (ΔL*2+ Δa*2+Δb*2)1 /2 计算色差ΔE。一般认为ΔE>2时，色差比较明显易分辨；当ΔE>3.3时，色差具有临床意义不可接受的变色[30]。

除了测定美白成分的绝对白度数值外，其美白效果也通过牙齿治疗前后的白度比较进行评估。

4 结论

对于美白牙齿，目前牙膏配方主要通过磨擦剂物理清洁和功效成分化学美白两种方式进行实现的。物理清洁对磨擦剂硬度有很大的要求，一般要比软垢、牙菌斑和牙结石的硬度大，但同时要比牙釉质的硬度低。在过去的几年里，二氧化硅牙膏配方通过持续优化RDA/PCR比在这方面已经取得了相当大的进展[24]，但目前的牙膏配方总是期望兼顾高清洁效率的同时降低牙齿的磨损。随着人们对牙齿美白兴趣的不断增加，新的美白技术和方法研究也将不断涌现，必将出现新一代更加先进的牙齿美白产品，美容口腔医学也将会有长足进步。