牙釉质表面再矿化方法的研究进展

牙釉质表面再矿化方法的研究进展

汪仁涛1李伟2

汪仁涛1李伟2（1潜江市中心医院湖北潜江433100;2泰安市口腔医院山东泰安271000）

【中图分类号】R781.05【文献标识码】A【文章编号】1672-5085（2011）36-0014-02

【摘要】牙釉质表面脱矿是龋病及其他非龋性牙体病变（酸蚀症等）的主要病理改变之一，对脱矿牙釉质进行再矿化以恢复其应有理化特性的研究逐渐成为研究热点，本文对近年牙釉质表面再矿化方法的发展作一综述。

【关键词】牙釉质氟羟基磷灰石再矿化涂层

龋病是人类的常见病、多发病之一，在各种疾病的发病率中，龋病位居前列。龋病的发展虽然很少会危及患者生命，但是给人类造成的危害甚大，特别是病变向牙体深部发展后，可引起牙髓病、根尖周病、颌骨炎症等一系列并发症，以致严重影响全身健康。此外，龋病及其继发病作为一个病灶，引起远隔脏器疾病的案例也时有报告[1]。

龋病作为一种发生在牙体硬组织中的慢性疾病，开始时表现为表层釉质脱矿，随着龋病继续发展，最后表现为牙齿形态的破坏，龋洞形成。针对龋病发展阶段的不同特点，龋病治疗大致分为两大类：非手术治疗和手术治疗。前者是指采用药物或再矿化等保守方法使龋病病变终止或消除的治疗方法，主要应用于早期牙釉质龋未形成龋洞者。因为该法可以取得更佳的临床疗效，最少程度降低龋病治疗给社会各患者带来的经济、心理负担，一直以来都是人们研究的热点。

目前国内外使牙釉质表面硬化和再矿化的主要方法有：早期的氟处理技术，亚稳态的含钙磷的矿化液，及近期的纳米磷灰石晶体或含蛋白的纳米磷灰石晶体在牙釉质表面沉积技术等。

1氟处理技术

氟化物作为有效的防龋药物已经被众多学者研究证实，并在全世界得到广泛应用。氟化物的防龋机制主要表现在：使处于龋病形成阶段的牙齿从其外环境中吸收氟，替换牙齿硬组织中羟基磷灰石的羟基，变成氟磷灰石。氟磷灰石较羟基磷灰石有更强的耐酸能力，可以抑制釉质脱矿并促进已有龋损再矿化。早期龋损局部氟浓度的增加，会干扰致龋菌活性，抑制其生长，并有利于牙齿对矿物质的重吸收，从而减缓或逆转龋损过程[2]。

目前氟化物防龋的主要方法有氟添加剂、氟化钠、氟化氨银等[1]。口腔临床治疗过程中主要应用的氟化物形态有氟化物糊剂、含氟凝胶、氟离子溶液、氟化泡沫，此外氟离子还被广泛应用于充填材料及牙科粘接剂中[3]。

氟防龋效果与氟化物浓度及接触时间长短有关，增加局部氟离子浓度或延长接触时间均会增强牙釉质表面的有效摄取量，但氟摄入量过多对人体有害，而关于氟的最适浓度国内外文献报到一直存在分歧[4]。

2钙磷矿化液处理技术

龋病早期牙釉质表面存在磷酸钙盐的沉淀-溶解平衡，即处于脱矿和再矿化的交替动态过程。这一平衡与牙釉质内外环境的离子运动及钙、磷的重新分布有密切关系，如再矿化强于脱矿，则龋病有愈合的可能，这便是钙磷再矿化液得以成功应用的化学基础[5]。

早在1912年，Head等[6]发现人工酸蚀的牙齿浸泡于唾液中可发生再矿化现象。再矿化过程是唾液中的Ca2+、PO43-逐渐渗透到脱矿釉质中，充满脱矿羟磷灰石病变内部，修复因脱矿破坏的无机晶体结构，并与残留晶体结合形成新的晶体，而使釉质表面硬度升高、负光性加大、密度增强。同时，通过扫描电镜结果证实，牙釉质表面呈现明显无规律的矿物质沉积，使釉质孔隙变小，从而达到抵抗外界龋坏刺激的作用[7]。然而，唾液中钙离子和磷酸根离子浓度低，再矿化效率较低，故Eichmiller等[8]应用不定形磷酸钙（ACP）作为Ca2+、PO43-的另外来源，发现ACP可使牙本质小管再矿化。近年来，更是有学者们将ACP加入正畸用粘结剂中，在牙釉质表面形成较高的矿化离子库，可以有效防止正畸过程中釉质表面龋的发生[9]。

应用含钙磷的矿化液促进脱矿牙釉质发生再矿化方法简单、成本较低，患者容易接受，但是一直存在两大问题限制了该法的普及应用：矿化层结构不规则和矿化周期长。因此，OnumaK等[10]创造性地制备出一种含钙、磷、氟离子的新型牙膏，它能较快在牙釉质表面形成化学成分与结构均类似于牙釉质的氟羟基磷灰石涂层，且矿化涂层与牙釉质表面结合紧密。但是，此方法所需的酸度较大，并且所用H2O2浓度很高，因此在临床应用时存在限制。

此后，有许多学者开始研究矿化过程中对晶体生长起调控作用的有机基质的作用机制[11]，但是磷酸钙的生物矿化在生物学因素方面的研究仍处于初级阶段，生物通过对矿化位的设置、微环境调节、离子搬运等来控制磷酸钙的矿化方向和过程的研究仍有待深入。

3纳米HA再矿化技术

羟基磷灰石（HA）是一种磷酸钙物质，人体主要分布于牙体、骨等硬组织中。目前，对羟基磷灰石的研究大量集中在其生物相容性和作为硬组织替代材料应用方面[12]。与相同材质的羟基磷灰石材料相比较，纳米HA则由于其晶粒直径的减小，界面增大，表面自由能和结合能也增高而具有优良的理化活性。目前，对纳米HA再矿化特性进行研究时多采用体外实验方法，首先按照一定方法制备人工龋损模型，在一定浓度的HA溶液进行再矿化处理后检测纳米HA对变形链球菌粘附状况的影响及人工龋再矿化前后牙釉质显微硬度及表面形貌等的变化[13]。

将纳米HA用于脱矿牙釉质表面再矿化的机制主要表现为在口腔环境中的化学吸附和机械沉积过程[14]。纳米HA具有微弱的溶解性和碱性，为脱矿区局部提供了更多的钙、磷及羟基，推动龋损向再矿化修复的方向发展；另一方面，纳米HA借助表面优良的吸附能力与脱矿区表面有机、无机组分中的活性基团发生化学结合反应，通过化学结合达到修复缺损的目的。此外，纳米羟基磷灰石晶粒直径很小，与釉质表层磷灰石晶粒直径接近，有可能进入表层崩解晶粒残余的胶原网状结构里通过机械沉积作用修复脱矿层而预防龋病和修复早期龋。除了直接参与脱矿区牙釉质组织的修复，纳米HA还可以竞争性地吸附变形链球菌、唾液中的酸性蛋白和葡聚糖，从而减少致龋性变形链球菌在牙釉质表面的吸附，通过抑制获得性膜和菌斑的形成而减少釉质表层脱矿[15]。

纳米HA的应用分为两种方法，一方面，将纳米HA应用于牙膏中，研究表明，HA粉体添加在牙膏中具有吸附口腔病原物质、抑菌、再矿化、脱敏和增白多种口腔保健作用，在预防牙周炎、牙龈炎方面会产生良好的效果[16]。另一方面，通过一定方式在基底表面形成生物相容性好的HA涂层，尤其是在人工骨组织替代材料改性方面一直是研究热点[17]。传统的人工骨材料是生物惰性的，如钛合金、钴合金等金属材料和氧化铝、氧化锆、氮化硅等陶瓷材料。生物惰性材料不能与骨组织产生化学结合，只能被纤维结缔组织所包围，其与骨组织的结合和对骨组织生长的促进都不理想，有的材料还可能溶出一些对人体有一定毒性的元素。纳米HA自身力学性能较差，抗弯强度和断裂韧性指标均较低，但是生物相容性好；在惰性替代材料表面制备HA涂层可使材料-骨界面达到生理结合，又可有效地利用生物惰性材料优良的力学性能。

目前对牙釉质表面HA涂层的研究着眼于仿生矿化领域，即通过调控有机大分子的组装，而促进HA晶体成核、定向及生长；该类方法模拟人体组织矿化微环境，通过控制反应条件（如温度、添加剂等）合成一定特征的矿化层，矿化过程对外界条件要求不高，且通过模板设计能形成类似人牙釉质理化性质的矿化涂层。BuschS[18]在牙釉质表面涂布一层含有磷酸根离子的明胶凝胶，借助胶原纤维NH3+末端与牙釉质表面PO43-的相互作用而使前者在釉质表面结合组装形成垂直于牙釉质表面的有机框架，在此基础上，凝胶中的Ca2+、PO43-离子通过双向扩散反应形成具有一定组装特征的HA矿化涂层。KunTian等[19]通过单分子生物膜技术在牙釉质表面构建有机高分子模板，在牙釉质原位形成了类似于釉柱中的晶体形貌，初步实现了高分子化合物在牙体组织原位引导羟基磷灰石仿生合成。FanY等[20]人应用电化学方法，以半导体硅片为基底，成功在硅片上合成自组装的成釉蛋白模板，以钙磷溶液提供矿化离子制备了仿牙釉质涂层。与BuschS和KunTian等人的方法相比，电化学方法制备涂层的周期较短，涂层成分与牙釉质相同，但是制备过程中影响涂层组成、结构和形貌的因素非常多，而且不易进行控制，如电解液成分的稳定性、pH值波动、温度及添加剂种类等。

纳米HA凭借其优良的生物学和理化性能在预防、治疗牙体缺损方面得到越来越多的重视，一些新的制备方法不断出现。但是由于牙釉质特殊的理化性质和人体口腔环境的复杂性，很多方法虽然在体外或者其他基底材料表面成功制得了组装良好的的HA矿化层，但是真正应用于口腔临床之前还有赖于实验手段的不断提高和更多的实验数据的积累。

4其他

从氟离子的应用到最近的仿生纳米HA涂层制备，这些方法构成了牙釉质防龋、再矿化研究进展的核心内容。除了上述主要方法，很多学者对促进脱矿牙釉质的再矿化还从不同切入点开展了许多研究。

有研究报道，许多天然植物的有效成分如五倍子、蜂房提取物作为漱口剂、涂膜、含片等对口腔中与龋病发生相关的细菌有明显的抑制作用，五倍子还能抑制釉质脱矿，与氟具有协同的作用[21]；进一步的研究表明，五倍子能有效促进早期釉质龋再矿化，虽然效果不如氟化钠，但作为一种非氟的防龋、再矿化药物，表现出重要的研究前景和应用价值[22]。

微量元素防龋、促进再矿化的方法以氟元素的研究最多，目前，有研究将镧、锡等微量元素添加入牛奶、钙磷矿化液中，通过体外实验发现，镧奶具有促进脱矿釉质表面再矿化的作用，但是其再矿化能力低于氟奶，添加入其他微量元素的矿化液具有比单纯含氟矿化液更强的矿化能力，这可能是因为微量元素与氟元素之间具有协同作用的缘故[23]。

近年来，有学者们在小鼠龋模型中研究发现，牛奶、奶酪、奶制品具有抗龋、再矿化作用，并发现这种作用主要与奶酪中含有的磷酸钙和某种磷蛋白成分有关[24]。随着研究深入，大量体外及人体实验均证明，奶制品中含有酪蛋白磷酸多肽（CPP），该类多肽水解后能结合钙、磷形成酪蛋白磷酸肽钙磷复合体（CPP-ACP），后者不但具有抗龋性，还能有效促进脱矿牙釉质发生再矿化[25]。CPP具有广泛的应用前景，它已经证明可促进钙在体内的吸收，被用于儿童及绝经后妇女[26]。如果它成功添加到牙膏、口香糖、饮用水，甚至部分食物中，将降低龋病的发病率，产生极其深远的社会效益，节省经济成本。

5小结

目前，牙体组织缺损多采用异质的金属、复合树脂、陶瓷等材料修复,但它们的结构、组成和性质都与牙体组织相差较远。各类异质牙体修复材料都与牙体组织之间存在边缘微漏、牙本质过敏、继发龋等界面问题。此外，牙体修复时不可避免的牙体制备会造成牙体组织的破坏。再矿化方法经历早期氟处理技术、含钙磷矿化液处理技术及最新的仿生矿化技术三个阶段，旨在通过人为控制条件使龋损终止并恢复到牙体组织健康状态，可以有效避免异质材料修复技术的上述不足。

纵观再矿化技术发展历史，每一次进步都得力于对生物矿化机制的深入理解。为了在口腔内牙齿原位合成出类牙釉质样的结构，首先需要对釉质的生物学矿化机制加以研究，如釉质基质蛋白诱导HA晶体成核、取向、生长的研究，牙釉质多级结构形成过程中有机质自组装的作用机制等。目前，仿生合成牙釉质的研究还处在较初级阶段。理想的生物矿化模板的构建目前还存在许多问题，如模板与牙齿的结合，分子结构的设计及自组装行为的控制等。模拟生物体自身的矿化过程，在体外通过人工方法控制矿化反应的结果，相信以此为切入点有可能在口腔内牙齿原位合成出类牙釉质样的结构，用以修复龋病、牙周病、外伤等造成的牙体缺损和缺失。

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