含氟牙膏修复牙体硬组织的研究

高 艳 肖 蕾 雷发玲 何陵玲 易 丹 黄金莲

(无限极(中国)有限公司，广东 广州 510623)

1 前言

1.1 龋齿现状

口腔健康与全身健康是一个密不可分的整体，口腔健康是全身健康的前提。世界卫生组织( WHO) 将龋病列在心血管疾病和癌症之后，居危害人类健康疾病的第3位。根据《2019年全球疾病负担研究》，估计全世界近35亿人患有口腔疾病，其中恒牙龋齿(蛀牙)最为常见[1]。

WHO建议以5岁年龄儿童的患龋状况来代表乳牙的患龋情况，以12岁年龄儿童的患龋状况来代表年轻恒牙的患龋情况。第四次全国口腔健康流行病学调查结果显示，5岁儿童患龋率71.9%，12岁儿童年轻恒牙龋患率为38.5%。与十年前的第三次全国口腔健康流行病学调查结果对比，5岁儿童患龋齿率上升5.9%，12岁儿童患龋齿率上升9.6%，我国儿童患龋齿率呈快速增长趋势[2]。

龋齿是发生在牙体硬组织上的渐进性感染性破坏性疾病，是最常见的口腔疾病，是造成人类失牙的主要原因。它是一种慢性疾病，儿童乳牙硬组织薄，矿化度低，溶解度高，渗透性强，釉质的强度和抗酸性较低，所以儿童龋齿发病早、进展快，对儿童牙齿发育影响较大。儿童龋病管理是要早预防、早控制、早治疗[3]。乳牙牙釉质厚度和牙本质厚度约为恒牙的1/2，乳牙更易受到酸的作用而脱钙，也易受氟化物的作用增加抗酸性。2010年WHO的报道提出在日常生活中应用氟来预防龋齿，如使用含氟牙膏、口腔清洗剂、饮水加氟、食用加氟盐和牛奶等[4]。含氟牙膏是世界范围内最易获得的氟化物来源，自20世界70年代以来，单独使用含氟牙膏或与饮水氟化一起，是减少龋齿发生的主要方法。在全球人口中，经常使用含氟牙膏被认为是减少龋齿患病率和严重程度并推迟其发展的主要手段[2]。

1.2 氟化物作用

氟在自然界中广泛分布，人体可以从饮水、食物中摄入氟，适量氟对维持人体的生理功能具有非常重要的作用。氟可以构建牙釉质，是牙齿重要成分。氟被牙釉质中的羟磷灰石吸附后，在牙齿表面形成一层坚硬的氟磷灰石保护层，具有抗酸性、抗腐蚀性作用，并能抑制嗜酸细菌的活性和抵抗某些酶对牙齿的损害，进而预防龋齿的发生。人体骨骼固体的60%为骨盐(主要为羟磷灰石)，氟能与骨盐结晶表面的离子进行交换，形成氟磷灰石而成为骨盐的组成部分。骨盐中的氟多时，骨质坚硬，而且适量的氟有利于钙和磷的利用及在骨骼中沉积，可加速骨骼的形成，促进生长，并维护骨骼健康。缺氟时，由于牙釉质中不能形成氟磷灰石保护层，牙釉质易被微生物、有机物和酶侵蚀而发生龋齿，也易发生骨质疏松。氟过量时，可引起氟中毒，不仅影响骨骼和牙齿，而且还会影响中枢神经、内分泌和生殖等多个系统。氟斑牙和氟骨症就是体内氟过量引发的慢性全身性疾病[4]。

基于居民日常用氟的安全性，我国对含氟牙膏中氟含量是有严格规定的，国家标准《牙膏(GB/T 8372-2017)》规定成人含氟防龋牙膏的氟含量为0.05%～0.15%，儿童含氟防龋牙膏的氟含量为0.05%～0.11%。同时，行业专家强调3岁以内婴幼儿每次牙膏用量米粒大小，约0.2g牙膏；3岁以上儿童每次用量豌豆大小，约0.5g牙膏。对于6岁以下儿童，要在家长的监督和指导下刷牙，鼓励孩子吐出牙膏，避免吞咽[3]。

经常使用含氟牙膏被认为是减少龋齿患病率和严重程度并推迟其发展的主要手段[2]。本文作者研制开发了一款含0.06%氟的植雅儿童牙膏，添加氟化钠提供氟源。除了氟化钠，植雅儿童牙膏还含有木糖醇、黄芩根提取物、忍冬花提取物等多种具有抑制口腔龋齿致病菌繁殖的成分。通过增加牙齿抗酸性、促进再矿化，以及抑制致病菌繁殖等多重角度来预防或控制龋齿。本研究重点介绍了采用体外牛牙牙釉质脱矿—再矿化试验，研究植雅儿童含氟牙膏修复脱矿牙釉质、促进牙齿再矿化的作用。

2 实验方法

2.1 实验材料及设备

36～48月龄牛的下颌中前磨牙、切牙或磨牙；1%乳酸；人工唾液；软毛电动牙刷；扫描电镜(日立S3400N)；显微硬度计(Ti980)。

人工唾液配制：NaCl 0.4g、KCl 0.4g、CaCl2·2H2O 0.759g、NaH2PO4·2H2O 0.78g、Na2S·2H2O 0.005g、尿素1g，溶于1L蒸馏水中，调整 pH 值至7.0，高压消毒，置于4℃冰箱中保存备用。

测试样品：植雅儿童含氟牙膏(0.06%氟，以F-计)。

2.2 实验过程

前处理：筛选40颗牙冠表面无裂痕、龋损及色斑的36～48月龄牛的下颌中前磨牙、切牙或磨牙。用抛光机打磨筛选合格的牛牙牙冠表面，使釉面光滑、色泽均匀，之后清洗干净。随机抽取3颗前处理好的牛牙，作为脱矿前样本，按2.3方法测扫描电镜、表面显微硬度。

脱矿：用1%乳酸溶液浸泡前处理好的牛牙，进行脱矿。每天两次，每次2min，持续浸泡2周。在间断期，将样本置于37℃人工唾液中，每24h更换1次人工唾液。脱矿结束后，随机抽取3颗牛牙，作为脱矿后样本，按2.3方法测扫描电镜、表面显微硬度。

再矿化：取0.5g测试样品均匀涂布于脱矿后牛牙釉质表面，用牙刷刷2min，每天两次，共刷8周。在间断期，将样本置于37℃人工唾液中，每24h更换1次人工唾液。再矿化处理2周、4周、6周、8周时，分别随机抽取3颗牙齿，按2.3方法测扫描电镜、表面显微硬度。

2.3 测试方法

牙釉质在被酸蚀脱矿、再矿化过程中，伴随着矿物质的流失、再结晶，其内部微观结构也会发生变化，如釉面形态、微孔。通过扫描电镜可观察到这种微观结构的改变。硬度是牙釉质重要的物理性能之一，是牙釉质功能的基础，也是釉质矿化程度和矿物质的含量的反映，硬度的变化可以反映牙釉质矿物质的获得和丢失。牙釉质发生脱矿时，钙磷等元素流失，矿质密度下降，牙齿表面硬度降低，牙釉质强健程度下降；牙釉质发生再矿化时，钙磷等元素重新形成晶体，矿质密度增加，牙釉质强健程度提高[1]。因此，本试验选用扫描电镜和表面显微硬度作为有效性评价指标。

2.3.1 扫描电镜(SEM图)

各组样本分别在脱矿前、脱矿后、再矿化2周、4周、6周及8周时，随机抽取3个样本，使用物理切割机将抽取的样本切割成大小为4mm×4mm×2mm体积的釉质方块，超声振荡清洗去除杂质与碎屑。室温下干燥，逐一固定于扫描电镜载物台上，在真空中喷金，扫描电镜下观察标本釉质表面孔隙及釉柱的改变情况。

2.3.2 表面显微硬度

各组样本分别在脱矿前、脱矿后、再矿化2周、4周、6周及8周时，随机抽取3个样本，使用物理切割机将抽取的样本切割成大小为4mm×4mm×2mm体积的釉质方块，超声振荡清洗去除杂质与碎屑。然后使用环氧树脂过夜梯度温度包埋釉质方块，再使用1500目细砂纸将釉质表面打磨光滑，最后将制作好的样本使用5/12HXD-1000TM型数字式显微硬度计测量牙釉质表面显微硬度(SMH)，50g负荷，加载15s。每个釉质块测量 2个点 SMH值，取3个平行样本的均值，单位Gpa。

3 结果

3.1 扫描电镜

3.1.1 脱矿前后对比

脱矿前和脱矿后，牛牙釉质SEM如图1。对比脱矿前后，牛牙釉质表面SEM图，脱矿前牙釉质表面形态排列整齐致密，未见微孔及凹凸不平的蜂窝状结构。脱矿后，可明显观察到牙釉质表面有大量的微孔与凹凸不平的蜂窝状结构。牙釉质是一种半透明的钙化组织，由无数密集的釉柱和少量柱间质组合而成，其构成成分中，无机物约占95%，有机物约占0.6%，水分约4%。牙釉质中无机物主要为羟基磷灰石，约占90%，其他为碳酸钙、磷酸镁和氟化钙，另有少量的钠、钾、铁、铅、锰、锶等。这些成分会被酸溶解，而流失掉[5]。用1%乳酸浸泡牛牙2周，牛牙硬组织中矿物质因酸的作用在水中溶度积变大，溶解在水中矿物质增多，釉质上的矿物质逐渐流失掉，表面变得凹凸不平，孔隙变大、增多，说明造模成功。

图1 脱矿前后牛牙釉质SEM图

3.1.2 再矿化2周的SEM图

经测试样品刷牙2周后，牛牙釉质SEM如图2。分析500倍镜和3000倍镜的SEM图，与脱矿后对比，再矿化2周釉质上的微孔明显变少，釉质表面有沉积物填充、覆盖，表面变得更平整；釉质中大蜂窝孔消失，釉质变得致密。这说明用测试牙膏刷牙，牙膏中氟在釉质上沉积，釉面上矿物质重结晶增多，生成沉淀，填充被酸蚀出现的微孔，以及与釉质中钙反应，生成更致密的氟化钙或氟磷灰石。与脱矿前的釉质表面相比，再矿化2周釉质上仍有微孔存在，釉质的致密感不如脱矿前。

图2 再矿化2周牛牙釉质SEM图

3.1.3 再矿化4周的SEM图

经测试样品刷牙4周后，牛牙釉质SEM如图3。分析500倍镜SEM图，与脱矿后以及再矿化2周相比，再矿化4周釉质上的微孔显著减少，几乎没有，釉质表面变得更平整、更致密。对比再矿化2周和4周的3000倍镜SEM图，再矿化4周釉质表面微粒排列变得更加整齐致密。这说明继续使用测试牙膏刷牙，牙膏中的氟继续沉积，矿物质重结晶逐渐增多，牙齿流失的成分逐步被补充。与脱矿前釉质相比，再矿化4周釉质表面微粒平整度和致密感仍不如脱矿前。

图3 再矿化4周牛牙釉质SEM图

3.1.4 再矿化6周的SEM图

经测试样品刷牙6周后，牛牙釉质SEM如图4。分析500倍镜SEM图，与脱矿后、再矿化2周和4周相比，再矿化6周釉质上已观察不到微孔，釉质表面变得更平整、更致密。分析3000倍镜SEM图，再矿化6周釉质表面微粒排列变得更加整齐致密，与脱矿前几乎无明显差异。

图4 再矿化6周牛牙釉质SEM图

3.1.5 再矿化8周的SEM图

经测试样品刷牙8周后，牛牙釉质SEM如图5。由图可知，再矿化8周釉质表面更加平整、致密，覆盖物增多，且釉质表面微粒排列更平整、紧致，并优于脱矿前。由图5中F2和F3图片可以看出，釉质表面有沉积物覆盖、填充，使釉质质地变得更致密。

图5 再矿化8周牛牙釉质SEM图

由以上SEM图可知，脱矿后的牛牙经测试样品刷牙2周、4周、6周、8周后，釉质表面形态逐渐由稀松、凹凸不平、微孔多变得平整、致密、无微孔，且可明显观察到沉积物覆盖、填充。可能是牙膏中的氟残留在釉质中，促进矿物质在釉质上重结晶，釉质中沉积物增多，补充流失掉矿物质，填充微孔，覆盖凹凸不平釉面，使釉质逐渐变得平整、致密、无孔隙。

3.2 表面显微硬度

按2.3.2测试方法，测得样本的表面显微硬度值如表1。对比脱矿前后牙釉质的硬度值，脱矿后牙釉质的硬度值显著降低。牛牙经酸浸泡后，釉柱和柱间质流失，釉质崩塌，硬度降低。用测试样品刷牙2周、4周、6周、8周后，牛牙釉质硬度逐渐提高，均显著高于脱矿后的牙釉质表面硬度值。氟吸附或结合于脱矿釉质表面，生成沉积物，填充、沉积于损害的釉柱及釉柱间隙中，使釉质硬度提高。随着刷牙时间延长，硬度逐渐提高，说明随着含氟牙膏使用，沉积物越来越多，牙齿被修复增多，抵抗外力逐步增强。

表1 各组的表面显微硬度测量结果

由SEM图和釉质表面显微硬度结果可知，用测试样品分别刷牙2周、4周、6周和8周后，脱矿后牛牙的釉面形态由稀疏变得致密，微孔孔隙逐渐减少以及表面显微硬度逐渐提高。刷牙时，牙膏中氟被吸附或残留在牙齿中，诱导并参与矿物质在牙齿上重结晶。重结晶的矿物质填充、覆盖釉面及微孔，脱矿后的牛牙釉质得到修复。因此，测试样品具有修复牙釉质、促进牙齿再矿化作用。

4 结论

龋齿的发生是由于菌斑中的细菌产酸，造成牙体硬组织的缺损，钙的流失(脱矿)会由牙齿微环境中钙的沉积(再矿化)补偿。防止龋齿发展或进展的关键因素是在牙齿硬组织的再矿化和脱矿之间保持良好的平衡，不会随着时间推移而出现矿物损失，氟是可以帮助牙齿再矿化，减少脱矿过程中矿物流失[2]。牙膏中的氟会在釉质上沉积，与釉质中钙离子、磷酸根离子，生成氟化钙或氟磷灰石沉淀，覆盖填充被酸溶解的间质。氟也与釉质上钙反应生成更致密的氟化钙或氟磷灰石，提高牙齿硬度、增强抗酸性。通过体外牛牙釉质脱矿-再矿化试验模型，证明使用含0.06%氟的植雅儿童牙膏，可修复牙釉质、促进牙齿再矿化。使用植雅儿童含氟牙膏刷牙，可修护脱矿的牙釉质、促进牙齿再矿化、填充牙釉质微孔，以及提高牙釉质硬度。