正畸治疗对口腔细菌微生态的影响

李 菲 范 红 延泽宁

作者单位：030012 太原，山西医科大学口腔医学院口腔医院

口腔细菌微生态的改变可以诱发牙齿脱矿、龋坏、牙龈炎及牙周炎。正畸治疗过程中，致龋菌和牙周致病菌增多且导致微生态改变；在保持期间，细菌微生态恢复至矫治开始水平。尽管相关抗菌材料已被研发出来用于临床治疗且有一定疗效，但在整个治疗过程中我们仍要关注患者的口腔卫生，强调其重要性。本文就正畸治疗过程中口腔细菌微生态的变化及抗菌材料的应用作一综述。

一、常态下口腔微生态失调及其影响

微生态系统是指在一定结构的空间内，正常微生物群以宿主组织和细胞及其代谢产物为环境，在长期进化过程中形成的能独立进行物质、能量及基因相互交流的统一生态系统。口腔是一个独特的生态系统，包括牙齿、龈沟、舌头、脸颊、软硬腭、扁桃体等口腔组织器官和各种微生物群。牙菌斑是一种由多种细菌复合物组成的生物膜，是口腔细菌生存、代谢和致病的基础，并且通过共聚集、黏附和代谢相互作用共同受益[1]。口腔微生态的平衡和失调与口腔的健康和疾病密切相关。

1.龈上菌群失调

龈上生物膜以革兰氏阳性兼性球菌占优势，包括链球菌、放线菌、丝状菌和乳杆菌等。龋齿是一种由细菌介导的、可发酵的碳水化合物驱动的动态疾病。其中变异链球菌、乳杆菌属和放线菌属被认为是牙釉质和牙本质脱矿和龋病的主要菌属。但它也与牙周病密切相关的革兰氏阴性厌氧菌在晚期发生共聚集，在牙周疾病的发病机理中同样起作用[2]。目前龋病已由对变形链球菌等单一菌属的研究转向生态平衡和菌斑相关微生物组实体的复杂性研究[3]。Liu G[4]等采用宏基因组测序技术分析青少年第一恒磨牙深牙本质龋微生物群落组成，发现放线菌和厚壁菌最为普遍，其次是拟杆菌、变异链球菌和梭杆菌，同时乳酸菌属的存在或缺失可能不是龋病进展的必要因素。

2.龈下菌群失调

Socransky SS[5]等使用棋盘式DNA-DNA 杂交法（checkerboard DNA–DNA hybridization，CDDH）分析了一系列患有牙周炎和健康成年人的龈下微生物群，将40 种常见的龈下细菌根据它们与牙周状况的关系和聚集特性分为6 个主要微生物复合体，并用红、橙、黄、绿、紫、蓝进行标记，红（牙龈卟啉单胞菌、福赛坦氏菌、齿垢密螺旋）、橙（中间普氏菌、具核梭杆菌、变黑普氏菌、直肠弯曲菌、微小微单胞菌）复合体与牙周炎紧密相关。目前该分类仍用于评估每种特定细菌的牙周致病潜力。

伴放线聚集杆菌、侵蚀艾肯菌、具核梭杆菌、中间普氏菌、牙龈卟啉单胞菌和福赛坦氏菌是从牙周袋中分离出的最重要的细菌，常常与牙周病的发生关系紧密。牙周病的发生由细菌、宿主和环境三方面条件共同决定。牙龈炎仅涉及牙龈组织，通常在牙菌斑控制后恢复正常。

二、正畸治疗对口腔微生物的影响

正畸患者牙周病的发病可归因于：口腔卫生更难维持；菌斑在正畸装置上的滞留；正畸力作用下骨/牙周的移动和重塑，它们利于龈下菌斑的积累，提高牙周致病潜能[6，7]。在牙齿的表面，托槽粘结和正畸钢丝插入的地方比较复杂，牙面清洁受到阻碍。因此致龋和牙周致病菌的丰富度较高，发生龋病和软组织炎症的风险更高。有研究指出戴用固定矫治器后，口腔中的牙龈卟啉单胞菌、变异链球菌等牙周致病菌和致龋菌的构成比均明显增加[8，9]。

1.固定装置对致龋菌的影响

Lim BS[10]等通过将龋活跃（caries-active，CA）和龋不活跃（caries-free，CF）唾液与托槽材料（陶瓷、金属和塑料）共同培养，发现CA 唾液生物膜比CF 唾液生物膜含有更多的变异链球菌。结果还表明，在CA 和CF 唾液生物膜中，变异链球菌对陶瓷的黏附高于对金属和塑料的黏附。Topaloglu-Ak A[11]等研究发现配戴固定矫治器6 个月后变异链球菌和乳酸杆菌显著增加。

2.固定装置对牙周致病菌的影响

Pan S[12]等研究了牙龈卟啉单胞菌特异性fimA基因型的表达率与牙周健康状况之间的关联，发现戴用固定矫治器3 个月后牙龈卟啉单胞菌出现最高的增长且强致病性牙龈卟啉单胞菌特异性fimA 基因型显著增加，证明此亚型与正畸性牙周炎密切相关。Guo R[13]等对配戴金属固定矫治器患者正畸治疗前中后龈下菌斑微生物的变化进行了一项meta分析，重点研究牙龈卟啉单胞菌，中间普氏菌，福赛坦氏菌和放线共生菌。在这些细菌中，开始治疗后3个月只有福赛坦氏菌出现了统计学意义的增长，而在开始治疗后6 个月，所有菌种都出现了短暂的增长。Lemos MM[14]等利用CDDH 对戴用固定矫治器1年后的患者龈下生物膜样本进行研究发现，在治疗期间，中间普氏菌和其他橙色复合体增加而红色复合体的比例保持不变。同样的，Naranjo AA[15]等对患者放置托槽前后的龈下微生物样本研究发现，与对照组和基线相比，托槽放置3 个月后，牙龈卟啉单胞菌，中间普氏菌，变黑普氏菌，福赛坦氏菌和梭杆菌属水平升高。Choi DS[16]等基于PCR 的研究表明，与健康受试者相比戴用固定矫治器3 个月后的患者龈下菌群中福赛坦氏菌，直肠弯曲菌，侵蚀艾肯菌等牙周病原菌显著增加。

3.隐形装置对致龋菌的影响

Mummolo S[17]等通过CRT 细菌计数评估配戴隐形矫治器患者在正畸治疗开始前（t0）、治疗3 个月（t1）和6 个月（t2）唾液中变异链球菌和乳酸杆菌的水平，发现两种细菌在t2 增加至其致病的临界值，但三个时间的细菌变化没有统计学意义。此外，对于配戴隐形矫治器（clear aligners，CA）和正位器（removable positioner，RP）的患者来说，接受CA 和RP 治疗前6 个月内，CA 和RP 组变异链球菌和乳酸杆菌浓度都低于导致龋病发生的临界值。在治疗6 个月后，约10%的CA 和13.3%的RP 患者变异链球菌和乳酸杆菌计数达到细菌致病的临界值，细菌计数增加，但无统计学意义[18]。

4.隐形装置对牙周致病菌的影响

Guo R[19]等使用16S rRNA 基因测序研究接受隐形矫治的患者在正畸治疗前（T0）、开始正畸治疗1 个月（T1）和3 个月（T2）的龈下微生物群落变化，发现隐形矫治器可以通过降低整体微生物多样性和改变微生物结构来影响龈下微生物群落，但牙周病原菌（伴放线聚集杆菌、中间普氏菌、直肠弯曲菌、具核梭杆菌和齿垢密螺旋）和核心微生物群的相对丰富度没有显著差异，所以在隐形矫治早期不易患牙周病。

Lombardo L[20]等对使用隐形矫治器（clear aligners，CA）的患者在治疗前（T0）、治疗1 个月（T1）、3 个月（T3）和6 个月（T6）龈下微生物群的纵向变化进行研究，并采用实时荧光定量PCR 法检测细菌总负荷量（total bacterial load，TBL）和伴放线聚集杆菌、牙龈卟啉单胞菌、具核梭杆菌、直肠弯曲菌、齿垢密螺旋和福赛坦氏菌的数量。发现CA 组在各个时间点的TBL 没有显著变化。此外，在CA 组常检测到直肠弯曲菌和具核梭杆菌且细菌水平保持稳定，然而其他的牙周致病菌在该实验中没有检测到。同样的，Zhao R[21]等研究发现隐形矫治器治疗不会导致口腔细菌群落的生物多样性发生显著变化。

由此可见，隐形矫治器对致龋菌和牙周致病菌的影响小，利于口腔环境的维持。

5.其他正畸活动装置对微生态的影响

Ortu E[22]等在快速腭扩张期间评估变异链球菌和乳杆菌属的微生物水平。将30 名6～9 岁儿童分为10 名使用快速腭扩张器（rapid palatal expander，RPE）治疗的患者，10 名使用Mc Namara 扩张器治疗的患者，以及10 名未治疗者作为对照组。研究发现每组中链球菌和乳酸杆菌的数量显著增加，但组间没有显着差异，然而Mc Namara 组在治疗6 个月后显示出明显高于对照组和RPE 的乳酸杆菌数量。Rodríguez-Rentería M[23]等研究6～12 岁的儿童使用可移动正畸矫治器（removable orthodontic appliances，ROA）装置对微生态的影响，该实验中ROA 是由聚甲基丙烯酸甲酯（polymethyl methacrylates，PMMA）材质制作而成的不同类型（包 括Hawley，Schwartz，Bimler，Thurrow，SN3，SN7）矫治器。实验观察到，无论ROA 的类型和设计如何，金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌和白色念珠菌均会在口腔黏膜中定植，病原体在ROA 中出现的频率增加。

三、保持器对口腔微生物的影响

Al-Lehaibi WK[24]等研究了配戴压膜式保持器患者3 个月内的口腔微生物群、生理和免疫的变化，发现变异链球菌和乳酸菌菌落数量有所增加且变异链球菌菌落数高于乳杆菌菌落数，变异链球菌对压膜式保持器的黏附量也最高。虽然细菌发生改变但压膜式保持器通过提高唾液中的IgA 水平和pH值，帮助平衡口腔微环境。Eroglu AK[25]等比较配戴舌侧固定保持器、压膜式保持器和Hawley 保持器的唾液微生物水平，通过使用实时聚合酶链反应对变异链球菌和干酪乳杆菌进行分析，发现三者唾液中变异链球菌和干酪乳杆菌水平没有差异。使用固定矫治器进行正畸治疗后无论配戴何种保持器，口腔卫生都会得到改善。Alrawas BM[26]等研究CAD/CAM镍钛舌侧保持器，多股麻花丝不锈钢舌侧保持器，单股无镍钛舌侧保持器和压膜式保持器对下颌前牙牙周健康的影响，在CAD/CAM 镍钛舌侧保持器组中观察到较少的菌斑积聚和牙龈炎症。也有研究发现由不同材质制作的不锈钢舌侧保持器导致牙菌斑和牙石的增加与保持器放置的时间有关，而不是与钢丝的类型有关[27]。

四、正畸装置损伤黏膜后对微生物的影响

微型种植体支抗（micro-implant anchorage，MIA）作为暂时的一种支抗装置，在正畸临床上的应用越来越广泛。微种植体的稳定性受多种因素影响，主要包括微种植体的自身因素、微种植体周围炎、微种植体的植入方式、角度、位置等。当发生微种植体周围炎时不仅会造成口腔微生物的改变还会导致微种植体松动脱落。闫娅霏[28]等研究发现与未植入MIA相比，MIA 治疗2 周未发生脱落组的口腔菌群没有显著变化。与MIA 未脱落组相比，MIA 脱落组口腔链球菌没有显著变化，韦荣球菌和奈瑟菌显著减少，放线菌和牙龈卟啉单胞菌增多。这说明当发生微种植体周围炎时，口腔内细菌会发生改变。口腔中主要的先天免疫细胞是多形核中性粒细胞（polymorphonuclear neutrophil，PMN），它是数量最多的白细胞，具有抗感染、调节炎症反应、吞噬和抵抗外来病原体的作用。中性粒细胞的多种抗菌机制形成强大的抗菌屏障可有效消除或灭活入侵微生物，作为宿主抵抗口腔微生物组的第一道防线在维持口腔健康中发挥重要作用。除了PMN，巨噬细胞在正常情况下，会通过模式识别受体感知细菌，并迅速吞噬杀死细菌。所以，白细胞参与免疫监测和维护口腔黏膜屏障完整性，会使失调的微生态环境调整为正常微生态环境。当宿主-微生物稳态被破坏，宿主防御功能低下时就会导致过度的炎症反应继而破坏软硬组织，严重者导致相关的不良全身并发症。

五、抗菌正畸材料对口腔微生态的影响

牙菌斑的增加会引起牙釉质脱矿和龋坏及牙周疾病的发生。抗菌正畸材料的研发为解决这一难题提供了新思路，减小了正畸装置在治疗过程中对口腔微生态的影响。

1.无机抗菌材料

无机金属纳米颗粒，如银、钛、锌或铜。纳米银颗粒具有穿透细菌细胞壁，改变细胞膜结构甚至导致细胞死亡的能力。纳米银添加到正畸弹性材料中对变异链球菌、干酪乳杆菌、金黄色葡萄球菌和大肠杆菌有杀菌作用[29]。Meyer-Kobbe V[30]等在正畸托槽与弓丝表面合成纳米银涂层，赋予托槽与弓丝良好的抗菌活性，具有减少正畸治疗过程中产生釉质脱矿、龋坏和牙周病的发生。TiO2纳米颗粒掺入复合树脂中可赋予粘接剂抗菌性能[31]。Ghasemi T[32]等采用物理气相沉积法制得的二氧化钛涂层不锈钢托槽能抑制变异链球菌的生长。

2.有机抗菌材料

一类新型有机抗菌剂是可聚合的有机季铵盐化合物[33]。其分子结构中包括可聚合基团和抗菌功能基团，可聚合基团与树脂单体发生聚合反应后，抗菌功能基团随之被固定于树脂基质上，从而发挥接触性抗菌功能[34]。季铵盐的抗菌机制基于带正电荷的季铵离子对带负电荷的细菌细胞电荷平衡的干扰，打破细菌胞膜的电荷平衡后可以导致细菌在其自身渗透压的作用下破裂。Wang X[35]等将甲基丙烯酸十六烷基二甲铵添加到正畸粘接剂中，检测其粘接强度和抗菌性能，结果显示这种新型正畸粘接剂在不影响粘结强度的情况下能显著降低粘接剂表面附着菌斑的代谢活性和乳酸产量，表现出了良好的抗菌性能。谢兵伍[36]等以聚多巴胺涂层为介质接枝羧化壳聚糖修饰正畸不锈钢弓丝，比较修饰的不锈钢弓丝与未修饰的不锈钢弓丝的机械性能、抗腐蚀及抗菌性，扫描电镜图显示，与未经修饰的不锈钢弓丝相比，修饰后的不锈钢弓丝表面较少黏附金黄色葡萄球菌，证实羧化壳聚糖提高了正畸不锈钢丝的抗菌性能。

3.复合抗菌材料

复合抗菌材料是将不同的抗菌剂复合在一起形成的材料，能够使不同抗菌剂优势互补。马雁崧[37]等在体外模拟生物脱矿环境下，将抗蛋白制剂、抗菌性季铵盐单体和再矿化纳米颗粒添加到正畸粘接剂中形成多功能正畸粘接剂（multifunctional orthodontic cement，MOC），证明了MOC 可以减少托槽周围釉质脱矿，能够有效预防固定正畸釉质白斑。

阻止牙菌斑生物膜形成大致通过两种途径：一方面，通过在生物材料里加入天然抗菌物质或无机抗菌剂等，使细菌与材料表面接触时杀死细菌。另一方面，可以通过产生抑制细菌附着的特定表面化学物质来防止细菌黏附和生物膜形成。因此，除了在生物材料里添加抗菌剂外，应继续研究正畸装置的物理化学性质对抗菌的影响。可以通过调整材料表面化学，如亲水性、表面电荷和表面形态，如纳米和微观特征的粗糙度和分层排列来防止细菌黏附[38]。

六、小结

综上，正畸装置的存在会造成口腔微生物群的改变。在治疗过程中，致龋菌如变异链球菌、乳酸杆菌数量增多，牙龈卟啉单胞菌、福赛坦氏菌、具核梭杆菌、伴放线聚集杆菌等牙周致病菌数量增多。但这一改变是暂时的，当矫治结束，大多可以恢复到原有水平。隐形矫治器对口腔微生态的影响较固定矫治器低，这是因为固定矫治器患者不可以自行取戴，托槽及结扎丝周围容易黏附食物残渣，妨碍口腔卫生清洁，引起牙面脱矿、龋坏，刺激牙龈红肿、出血，出现牙龈炎、牙周炎。因此对于牙周健康状况不好的患者建议使用隐形矫治器。正畸装置可能会造成口腔黏膜损伤产生炎症反应，导致微生物数量改变。一般情况下，白细胞可以调节失衡的微生态。中性粒细胞是主要吞噬细胞，与口腔微生物群相互作用的结果是口腔健康的重要决定因素。当白细胞能力不足或伴有宿主免疫力低下，中性粒细胞过度激活可诱导组织损伤引发口腔乃至全身疾病。

在保持阶段，压膜式保持器、舌侧固定保持器、Hawley 保持器造成的细菌改变不同，但之间的差异没有统计学意义。可根据患者的矫治情况综合考量。口腔微生物失调的严重程度首要取决于口腔卫生控制情况，尽管抗菌材料的应用可以提高抗菌效能，降低矫治器带来的微生物改变。但是，在正畸治疗过程中仍要时刻关注患者的口腔卫生。

口腔微生物群是生活在口腔特定生态群中的700 多种微生物的集合，构成了人体中最多样化的微生物群落之一。本文着重分析了正畸患者口腔细菌的变化情况，然而对微生物群中病毒和原生动物的研究较少以及尚不清楚念珠菌对正畸治疗的影响，这些都需要今后进一步调查研究。