儿童牙齿外源性着色成因及防治的研究进展

高碧聪,杨 叶,范 宇

儿童牙齿外源性着色通常是由产色素细菌、饮料、食物在牙表面引起的牙着色。根据着色原因不同,有多种色素沉着,严重者覆盖整个牙面,极大影响美观。临床中儿童外源性着色牙常见,中国学龄前儿童的外源性着色率约为17%[1-2],部分口腔卫生极差患儿表现为牙面绿色或橙色着色,多数口腔卫生较好患儿表现为牙面黑斑[3],牙面黑斑发生率为12.4%[4]。其发生于乳牙或恒牙颈部1/3处,表现为不完全融合的黑点或黑线,是儿童牙齿外源性着色的主要形式。牙齿外源性着色影响美观,过去常因无明显自觉症状而被忽视,随着生活水平提高,越来越多家长因美观问题就诊。但大众缺乏对儿童牙面外源性着色的认知。因此,关于儿童牙齿外源性着色形成机制和防治需要加深研究。本研究根据国内外相关研究,着眼于儿童牙面外源性着色的菌群特征,对儿童牙齿外源性着色的原因及防治方法展开讨论,为其诊疗和口腔护理宣教提供理论参考。

1 儿童牙齿外源性着色原因

1.1 菌斑生物膜的形成

获得性膜是唾液蛋白或糖蛋白吸附至牙面所形成的生物膜,可修复和保护釉质表面,为釉质提供有选择的渗透性,同时影响微生物对牙面的附着,可以作为菌斑微生物的底物和营养。细菌利用获得性膜在釉质表面定植,形成菌斑生物膜,这是口腔微生态的重要组成部分。来自饮食中的有机色团和无机色团主要吸附在菌斑生物膜、粗糙的牙齿表面以及牙结石上,形成牙齿外源性着色[2]。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,刚形成时为乳白色软垢,逐渐会因矿物钙化而变硬。牙结石能够与含有色素的食物、饮料中的无机色团结合,表现出黄色、棕色或黑色等牙齿外源性着色。此外,产色素相关的菌群在菌斑生物膜中的富集是造成儿童牙齿外源性着色的主要原因。

1.2 铁离子参与黑斑形成

牙面黑斑是儿童牙齿外源性着色的主要形式,其是一种黑色的不溶性铁化合物,可能是由牙周组织中厌氧菌产生的硫化氢与唾液或牙龈渗出液中的铁相互作用形成的硫化铁[5]。早在1976年,Reid等[6]提出黑斑可能是由细菌产生的硫化氢与龈沟中的铁离子结合形成。铁离子在牙面黑斑中沉积的原因,主要是黑斑中的优势微生物组能代谢利用来源于食物、龈沟、唾液中的铁元素,从而产生铁化合物,进一步产生黑色沉淀。铁离子是黑斑的重要组分,黑色的含铁化合物也是牙面黑斑区别于其他牙面菌斑的特征。研究表明,在怀孕期间及婴幼儿期,经常食用富含铁的食物和使用铁补充剂,可能有利于着色微生物群的黏附生长。食用富含铁的食物或使用铁基药物可能导致儿童牙面黑斑[7]。

1.3 口腔菌群失衡

研究显示,黑斑和非着色菌斑的菌群总量相似而菌群组成存在差异[8]。被诊断患有黑斑的患儿可能具有特殊而稳定的细菌群落结构,而来自健康儿童的细菌微生物组结构则更加多变[9]。根据对菌斑中细菌功能基因的分析,着色斑块中的细菌与普通斑块中的细菌相比,差异功能基因富集于糖酵解、糖异生、淀粉和蔗糖代谢路径,这表明在着色菌斑中细菌代谢状态活跃,菌斑为细菌提供了营养物质,产生的代谢产物或进一步促进牙面色素沉着[10-11]。Veses等描述了牙面染色斑块中血红素生物合成途径的相对丰度增加,结合黑斑中铁丰度增加,表明血红素依赖性铁螯合和随后的代谢可能在黑斑生成中起作用[12]。

2 与儿童牙齿外源性着色相关的产色素细菌

2.1 放线菌

放线菌属,包括内氏放线菌(Actinomycesnaeslundii)和溶牙放线菌(Actinomycesodontolyticus)可以产生棕色或黑色的色素。与其他未着色的乳牙龈上菌斑相比,着色乳牙的龈上菌斑中内氏放线菌的含量更高[13],对儿童牙齿龈上着色菌斑样本的分析显示,内氏放线菌的水平显著高于乳酸杆菌[7]。

2.2 产黑色素类厌氧杆菌

产黑色素类厌氧杆菌具有产生黑色素的功能,其中包括牙龈卟啉单胞菌(Porphyromonasgingivalis)和部分普氏菌属(Prevotellaspp.)。牙龈卟啉单胞菌是一种绝对需铁菌,利用外源性铁/亚铁血红素产生黑色素。普氏菌属在早期研究中被确定为黑色素沉着的主要细菌,而近期研究显示普氏菌属的丰度在外源性着色乳牙和其他乳牙龈上菌斑之间差异无统计学意义[14]。

2.3 凝聚杆菌

凝聚杆菌属(Aggregatibacterspp.)在外源性着色患儿唾液中和菌斑中的含量均高于健康组。基因测序技术定位到种,发现一种尚未被命名的菌种Aggregatibactersp_HMT_898在外源性着色患儿的龈上菌斑中富集[4]。伴放线聚集杆菌(Aggregatibacteractinomycetemcomitans,Aa)可以产生黑色素,有报道显示,着色菌斑中Aa的检出率明显高于未染色菌斑[15],但同样有研究显示牙齿外源性着色患儿不同牙位之间的伴放线聚集杆菌丰度差异无统计学意义[8]。这可能与初始定植细菌的类型以及细菌间的相互作用相关,但其中的机制还需要进一步研究。

2.4 Candidate_division_TM7

近年来对牙齿外源性着色患儿的牙面着色菌斑、非着色菌斑、唾液的细菌测序研究可对着色菌斑中的特异性高丰度菌群进行筛选。Candidate_division_TM7是一种尚未成功在体外分离培养的未确定分类的菌种,但在部分肠道菌群和口腔菌群的细菌宏基因组测序研究中可发现其差异表达。与未着色乳牙相比,着色乳牙龈上菌斑中Candidate_division_TM7水平显著提高,尚未确认其代谢作用,但它可作用于其他定植菌种,改变生物膜丰度和结构,提高生物膜的黏附力,使得生物膜更难被清理[16]。

2.5 其他菌群

有研究证实牙齿外源性着色患儿牙面上的奈瑟菌属(Neisseriaspp.)的丰度较高[17]。纤毛菌属(Leptotrichiaspp.)和梭杆菌属(Fusobacteriumspp.)的共生可能有助于乳牙牙面色素的形成。另外,梭杆菌可与产黑色素类厌氧杆菌共聚集,促进产黑色素菌的口腔定植[18]。黑斑患儿唾液中噬二氧化碳菌属(Capnocytophagaspp.)和棒状杆菌属(Corynebacteriumspp.)的丰度更高。口腔微生态失调导致的菌群失衡是牙面色素沉着的重要原因,细菌之间的复杂交互还需要进一步深入研究。

3 影响儿童牙齿外源性着色菌斑内优势菌群的因素

3.1 饮食

对相关社会人口因素和口腔健康习惯的分析表明,较少摄入果酱和蜂蜜以及经常使用氟化物的儿童患牙面黑斑的风险较低[4]。有研究观察到牙面黑斑的存在可能会限制龋齿的进展[19]。一方面,低碳水化合物饮食减少了致龋菌的底物,另一方面,定期使用氟化物可能会抑制致龋菌的生长[20]。因此,减少食用果酱和蜂蜜等致龋食物的频率,增加氟化物的使用可能会减少致龋细菌的生长,从而为与牙面外源性着色相关的细菌提供有利的环境。口腔环境中的高pH值会降低铁的溶解度,有利于细菌摄取利用铁离子,进而促进牙面黑斑的产生。在龋病的防治中发现,缺铁性贫血与龋病的高易感性相关,血清铁的升高有利于预防龋齿,但同时会带来牙齿着色的不良反应[21]。然而,这些假设需要验证和进一步调查。

3.2 口腔pH值

环境蛋白质组学结果显示,牙齿外源性着色患儿的唾液缓冲力更强,唾液的 pH值更高,钙离子、铁离子、铜离子含量以及总蛋白含量也更高[10]。患儿口腔环境中的离子浓度高,蛋白含量高,唾液蛋白能够与食物中的多酚结合,通过化学反应产生色素沉着,进而改变了斑块中的微生物组,促进外源性着色形成[11]。饮用水的类型也会影响产色素相关菌群的定植,高pH值水、高pH值唾液均可显著提高牙面外源性着色的风险[22]。

3.3 年龄

部分研究指出,儿童外源性着色牙数量随年龄的增长而增加,外源性着色与年龄之间存在一定相关性。在中国学龄前儿童中,5岁及以上儿童黑斑牙的数量是4岁及以下儿童的3倍,这可能与儿童的口腔卫生、碳水化合物饮食习惯有关[23]。4岁以上儿童拥有更好的口腔卫生,夜奶的减少也降低了碳水化合物的摄入,可能因此降低了口腔致龋菌的定植能力,使得口腔微生物菌群向产色素相关菌群发展。随着这些年轻受试者步入青春期,牙面黑斑逐渐消退[24]。但也有研究认为年龄与牙面色素之间不存在关联[25],目前缺乏对牙面外源性着色患儿的长期随访调查,对于牙面外源性着色随年龄变化的机制仍需进一步研究。

3.4 菌群相互作用

众多临床研究结果表明,患有牙齿外源性着色的幼儿患龋率低。有学者对过往发表研究进行Meta分析,结果显示牙面黑斑患儿的平均患龋率相对正常人群更低[7]。儿童外源性着色菌斑内优势菌群与致龋菌存在互相抑制的趋势。这可能与口腔菌群中变异链球菌(Streptococcusmutans)的占比较小有关。高铁离子、高pH值等口腔微环境因素有利于牙面黑斑相关菌群的定植,但抑制变异链球菌等致龋菌的生长[26]。黑斑中的变异链球菌相对较少,牙龈卟啉单胞菌相对较多[8]。黑斑内的放线菌属丰度大而链球菌属丰度小[27]。放线菌属可通过与牙龈卟啉单胞菌聚集促进其黏附,并通过释放琥珀酸盐促进其生长,间接抑制变异链球菌生长。同时,牙面黑斑内存在更高水平的变异链球菌基因多态性,但这些基因型对应的变异链球菌致龋率低,且不同个体的分离株之间存在相同的基因型和高度的遗传相似性[28]。对黑斑内菌群的基因研究将有助于对儿童牙齿外源性着色以及龋病的针对性预防。

4 儿童牙面外源性着色的防治

儿童牙面外源性着色的防治有其必要性。首先,严重牙面黑斑会影响美观,可能造成患儿心理障碍。其次,如前文所述,患有牙面黑斑的患儿患龋率低,但其中的因果尚未定论,可能是口腔内牙面黑斑的优势菌群定植减少了致龋菌的定植,也可能是口腔内环境导致致龋菌减少而增加了牙面黑斑菌群的定植优势。但无论是牙面黑斑还是龋病,都存在口腔微生态失调的情况。牙面黑斑优势菌群与牙周炎优势菌群存在交叉,目前缺乏对牙面黑斑患儿的纵向研究,以探究牙面黑斑菌群对牙周致病菌的定植影响。理想的儿童口腔微环境应是动态的,具有微生物多样性[29-31],因此临床仍需防治黑斑,以恢复口腔微生态平衡。

4.1 清除牙面菌斑

由于黑斑中的钙和磷酸盐含量高于未变色的斑块,矿化程度高,因此在牙面外源性着色斑块形成之后需要使用常见的诊间机械清除菌斑的手段才能有效清除。超声洁治,使用带有摩擦颗粒的抛光膏进行牙面光洁、喷砂等方法,可以去除包括黑斑在内的牙面色素沉着[32]。

4.2 日常口腔卫生维护

由于儿童牙面外源性着色的形成与宿主、口腔菌群密切相关,在诊间机械清除外源性着色斑块后仍有很大复发的概率,因此日常口腔卫生维护是预防儿童牙面外源性着色的主要方法[33]。使用含有预防菌斑形成功效成分的牙膏可以减少菌斑色素沉着,例如焦磷酸盐、多聚磷酸盐和植酸盐等成分,可以与已吸附在牙齿表面的色素和蛋白质竞争结合牙面的钙,形成“保护膜”,抑制牙面获得性膜的形成,起到防着色的功效;此外,牙膏中的去渍功效成分,例如焦磷酸盐、植酸盐,其多磷酸根阴离子是铁离子和铜离子的络合剂,可把有色重金属离子转化成稳定的可溶性络合物,从而促进色素脱离牙齿表面,预防牙面外源性着色的发生[34-35]。

4.3 改变饮食预防牙面黑斑形成

饮食会影响口腔微环境中的铁含量。减少含铁饮食的摄入可减少牙面黑斑的形成。研究显示,矿泉水的pH值和铁含量低于自来水,对于黑斑易感人群,可通过减少饮用自来水降低染色风险[22]。另外,乳铁蛋白是重要的铁结合蛋白,研究显示,补充含有乳铁蛋白的药物可以有效防止黑斑复发,其作用机制可能是其抑菌活性及铁螯合能力[24]。但也有研究发现牛奶和奶酪中含有大量乳铁蛋白,大量饮用牛奶和奶酪的个体易产生黑斑[36]。口腔铁离子含量和乳铁蛋白平衡可能是预防黑斑形成的突破点之一。

4.4 益生菌疗法预防口腔菌群失调

口腔菌群失衡是口腔疾病形成的重要原因,因此调节口腔菌群、恢复菌群多样化的口腔微环境是减少口腔疾病以及牙齿外源性着色的理想方法。使用含益生菌或益生元的生物制剂有望调节口腔菌群。活性益生菌能与致病菌竞争生物膜表面的结合位点,促进口腔中益生菌的增殖;益生菌增殖过程中的代谢产物,能抑制口腔致病菌的生长和活性,通过“养好菌、抑坏菌”的原理为牙齿防着色和口腔疾病的预防发挥积极作用[37]。体外研究显示,唾液链球菌(Streptococcussalivarius)M18和罗伊氏乳杆菌(LactobacillusreuteriProdentis)益生菌可以抑制放线菌和伴放线聚集杆菌的活性,竞争降低其定植能力[38]。一项随机对照临床研究显示,唾液链球菌M18益生菌疗法能够预防儿童牙面黑斑的形成[39]。口腔菌群的益生菌疗法还需要更加长期及深入地研究。

5 结 语

儿童牙齿外源性着色是由饮食、宿主、菌群共同作用形成的口腔疾病,其中儿童牙面黑斑占比较高。儿童牙面外源性着色的产生与口腔环境中的口腔菌群失衡有关,儿童外源性着色菌斑中的优势菌属有放线菌、产黑色素厌氧杆菌、凝聚杆菌等。含铁饮食、口腔pH值、年龄等因素都可能影响儿童牙面外源性着色菌斑中优势菌和致龋菌的占比。机械方法辅助化学制剂可有效防治牙面黑斑,日常使用含防着色成分牙膏刷牙,预防儿童牙面外源性着色更为有效;同时改变饮食和使用含益生菌的口腔护理用品调节口腔菌群有助于预防儿童牙齿外源性着色的形成。对牙面黑斑的深层形成机制和防治措施,还需要进一步的研究与长期随访。