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口腔生物学

口腔微生物学

1.唾液对口腔细菌的非特异性抑制因素

1)溶菌酶:能水解G+细菌细胞壁的主要结构——肽糖,从而抑制细菌的形成。

2)乳铁蛋白:是与铁键合的蛋白质,由于Fe3+与蛋白质紧密键合而不被细菌利用,被称为“营养性免疫”。

3)乳过氧化物酶(LPO):与氰酸根和过氧化氢产生次氰酸盐,能抑制细菌的糖酵解酶,从而抑制细菌生长。

※2.细菌的粘附机制

1)钙桥学说:

以电荷间的静电引力为依据解释细菌与上皮表面或牙表面之间的粘附现象,牙表面所覆盖的获得性薄膜来自唾液糖蛋白,其中的磺酰基团和羧基均带负电荷,口腔链球菌、乳杆菌等胞壁中的脂磷壁酸(LTA)的终末磷酸集团亦带负电荷,而唾液中含有最丰富的钙可作为连接牙表面获得性膜与细菌之间的桥梁,使细菌与牙表面亲和。(该学说的主要实验依据为从变链菌株BHT提取的磷脂避酸对羟磷灰石有高度的亲和力,而用磷酸盐溶液可解脱这种吸附。在体外以钙和其他阳离子处理釉质表面可使粘附增加,而以阴离子处理却使之减少。)2)脂磷壁酸-葡聚糖-葡糖基转移酶复合学说:

当口腔中有蔗糖存在时,牙菌斑中葡萄糖和脂磷壁酸量均增多,无蔗糖存在时,这两种物质的量均少,并且将预先合成好的葡聚糖加入体外粘附系统中并不促进粘附,而如将葡聚糖和对其起催化作用的葡糖基转移酶同时加入,则促进粘附。(口腔链球菌菌体表面葡糖基转移酶受体的体外实验发现,脂磷壁酸抗血清可以抑制葡糖基转移酶与远源链球菌或血链菌的连接,从而提出菌体表面的脂磷壁酸和葡聚糖可能是糖基转移酶的受体,这些受体将三者结合成复合体,在细菌粘附中起作用。)

3)识别系统学说

3.牙菌斑的成熟

纤毛菌与牙面垂直排列呈栅栏状结构,为菌斑成熟的标志。光镜下可见成熟菌斑结构:基底层为无细胞的均质结构,为获得性膜,HE染色为粉红色。细菌层,丝状菌彼此平行且与牙面垂直呈栅栏状,其中间堆集大量球菌和短杆菌。表层为菌斑表面的G+、G-球菌、短杆菌,脱落的上皮和食物残屑及衰亡细胞。

4.口腔正常菌丛类型

1)固有菌丛:大量存在于某特殊部位与宿主稳定共存,适宜37℃生长,宿主饮食可为其提供营养,多为链球菌、放线菌、奈瑟菌等。(兼性厌氧或厌氧)

2)增补菌丛:常见,少量,当环境改变可成为固有菌,且具有致病性。

3)暂时菌丛

5.口腔链球菌属菌群分类

1)变链菌组群:变形链球菌,野鼠链球菌,远缘链球菌,猕猴链球菌,仓鼠链球菌,汗毛链球菌。

2)唾液菌组群:唾液链球菌,前庭链球菌。

3)咽峡菌组群:星座链球菌,中间链球菌。

4)轻链菌组群:血链球菌,口腔链球菌,革登链球菌,轻链球菌,副血链球菌,脊链球菌。6.韦荣菌致病性

为“基础牙菌斑微生物群落”成员,可利用菌斑中其他细菌产生的有机酸作为自己的能源,减少菌斑的致龋性。其产生的内毒素、硫化氢和乙酸等对牙和牙周组织的损伤有影响,在口腔感染中起协同作用。

7.羟磷灰石的组成——Ca

10(PO

4

6

(OH)

2

8.釉质晶体的表面化学

1)表层釉质具有一定的渗透性。釉质萌出前期,其表面晶体与邻近组织液之间处于动态平衡,生理体液中的离子进入晶体的水合层内和晶格表面。萌出期后,釉质表面和唾液之间持续的物质交换,使釉质无机组成从表到内部出现了浓度梯度。该成分差异随年龄增大趋于稳定。

2)表层釉质对龋损破坏有一定的抵抗力。(早期釉质龋损时,表层下出现明显脱矿,表层相对完整)

3)表层的形成为早期龋的再矿化治疗提供了依据。表层无机物含量高,矿化程度高,密度及硬度大,溶解性小。龋损脱矿首先溶解镁和碳酸盐,而表层镁和碳酸盐含量仅为釉牙本质界处的1/3;钙、磷酸盐和氟(为表层下5~10倍)含量较高,同时氟和磷灰石结合成氟磷灰石,降低表层在酸中的溶解性。

9.唾液总蛋白

唾液总蛋白含量约150~250mg/100ml,约占血浆蛋白的1/30。其浓度与唾液流速等条件密切相关,腮腺及下颌下腺唾液的蛋白浓度随流速的增加而升高,同时昼夜存在生理性变化。

口腔中的蛋白大多为糖蛋白,其中氨基乙糖含量占4%以上者称黏多糖。糖蛋白又可分为富脯蛋白,富组蛋白,富酪氨酸,富半胱蛋白。这些蛋白参与获得性膜的形成,维持牙和黏膜的完整性,对微生物在口腔表面上粘附定居与清除,调节口腔菌丛平衡,牙的再矿化与牙结石形成有影响。

10.糖代谢产物-丙酮酸的代谢

在菌斑表层,有氧代谢,经需氧菌作用,丙酮酸进入三羧酸循环,经氧化脱羧作用彻底

氧化生成CO

2、H

2

O,产生大量热量。

在菌斑深层,氧气不易进入,同时菌斑外层需氧菌将氧气耗尽,使菌斑深层呈缺氧状态,为无氧酵解。

11.生物矿化(可能是名词解释)

指生物体内的钙磷等无机离子在多种生物因子的调控下通过化学反应产生难溶性盐与有机基质结合,形成机体矿化组织。(牙体硬组织矿化是有基因调控、细胞因子介导、矿化细胞完成的生物矿化过程。人类矿化组织包括釉质、牙本质、牙骨质和骨骼。无机成分主要是磷灰石晶体和非晶体化的磷酸钙。)

※12.生物矿化机制-成核

晶体的成核是晶体形成需要的最初基本诱导单位。晶核是在种晶的基础上经过离子的集聚,形成的具有晶体基本结构的最初结晶体,它是指导晶体生长的基础。

离子结晶必须先形成晶核,初始晶核由均匀溶液产生,称为均相成核。均相成核时离子相互结合,集聚成有序的簇状结构,达到临界簇时发展成晶核。

羟磷灰石作为晶核引起更多的钙磷沉淀和晶体的成长,此时形成的核为均相成核。

均相成核在没有固相存在时,初始固相形成需要一定的矿物饱和度、温度、压力、PH,且达到能阈。矿物离子过饱和度越高,表面能越低,成核越快。

人体组织液中含有固相组织,固体表面能促进饱和液中新的晶体形成,任何固体表面对促进晶核形成都有一定的作用,若固体表面与新形成的固体有相似的结构,将更易形成晶核,此时所形成的晶核为异象成核。

※13.生物矿化过程

(1)基质效应

在骨的有机成分或表面存在一定形式的电荷,与羟磷灰石的离子晶格配对时,作为晶体的晶核,Ca2+,HPO

4

2-由于静电引力而吸附到晶核表面,形成晶格,同时利用周围的过饱和溶液中的离子沉淀促进其增长,逐渐形成羟磷灰石晶体。

(2)细胞效应

组织细胞合成分泌基质,转运钙离子及浓缩钙磷离子,对生物矿化起重要调节作用。(矿化细胞包括:成釉细胞,成牙本质细胞,成牙骨质细胞,成骨细胞。)

3-浓度高于细胞内,进入细胞内,经细胞膜、线粒体膜内的磷脂浓集细胞外液的Ca2+,PO

4

作用,由不稳定的离子转换成针形晶体,失去水分后,沉淀为稳定的羟磷灰石。

※14.晶体结构的稳定性与F-

在牙发育过程中,当F-进入正在形成的矿化的磷灰石中,F-置换磷灰石中的羟基,碳酸根和枸橼酸根,形成氟磷灰石;同时,F-强负电荷与Ca2+形成强烈的静电引力增加了晶体结构的稳定性,使晶格排列更有序和致密,降低了釉质的溶解度,增强了釉质对口腔微生物产生有机酸的抵抗力。

※15.糖的转运途径

(1)EMP途径:此途径又称己糖二磷酸途径,即经1,6-二磷酸果糖的降解途径,是细菌中广泛存在的一种代谢途径。

此途径的特点是:<1>葡萄糖进入细菌后,被磷酸化作用激活,生成6-磷酸葡萄糖,如葡萄糖是通过细胞膜上磷酸化(PTS)方式进入细胞,则葡萄糖从胞外进入胞内时就生成了6-磷酸葡萄糖,此时磷酸直接来自细胞内的磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)。<2>催化6-磷酸菌EMP 途径中惟一不涉及到其他糖类讲解的一个酶。因此,它可能是EMP途径的速度限制因子。

<3>1,6-二磷酸果糖醛缩酶是EMP途径的第二个关键酶。它催化1,6-二磷酸果糖裂解成两个可以湖边的磷酸丙糖,即3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮。只要EMP途径运行,反应就朝着3-磷酸甘油醛方面进行。<4>PEP是关键的中间产物之一。<5>1分子的葡萄糖经EMP途径可净生成2分子ATP和2分子的NADH+H+(还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸),它们可在丙酮酸进一步降解时分别用于生物合成和作为氢供体。总反应式如下:

葡萄糖+2ATP+2NAD+ ——>2丙酮酸+4ATP+2(NADH+H+)

(2)HMP(Warburg-Dickens)途径:即己糖单磷酸途径,又叫己糖磷酸旁路或磷酸戊糖途径。其基本过程是,葡萄糖经磷酸化生成6-磷酸葡萄糖后,在6-磷酸葡萄糖脱氢酶的催化下,脱氢、水解生成6-磷酸葡萄糖酸。然后在6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶作用下,脱氢、脱羟生成5-磷酸核酮糖。5-磷酸核酮糖受两种异构酶作用,生成5-磷酸木酮糖和5-磷酸核糖。5-磷酸核糖是生物合成嘌呤、嘧啶和芳香族氨基酸的前体。5-磷酸木酮糖和5-磷酸核糖在转酮醇酶作用下,裂解成3-磷酸甘油醛和7-磷酸景天庚酮糖。此两个中间产物在转醛醇酶作用下,裂解成6-磷酸果糖和4-磷酸赤藓糖。4-磷酸赤藓糖与5-磷酸甘油醛在转酮醇酶作用下裂解成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖。

(由于转酮醇酶和转醛醇酶催化的裂解反应结果生成了3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖,骨HMP途径与EMP途径就能连接起来了)

(3)ED途径:此途径与上面两条途径的区别是,6-磷酸葡萄糖酸在磷酸葡萄糖酸水解酶作用下,脱水,生成2-酮-3脱氧-6-磷酸葡萄糖,然后在2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸醛缩酶作用下,裂解成丙酮酸和3-磷酸甘油醛,3-磷酸甘油醛可参与EMP途径形成丙酮酸,同时可利用HMP途径中相同的酶,反方向运转,生成嘌呤、嘧啶和芳香族氨基酸生物合成所需要的前体。

(4)磷酸乙酮醇酶途径(PK):除了上面所提到的三种主要途径外,少数细菌如双歧杆菌不存在或仅有微量的1,6-二磷酸果糖醛缩酶和6-磷酸葡萄糖脱氢酶,异(杂)发酵乳杆菌缺乏1,6-二磷酸果糖醛缩酶和转酮醇酶,它们基本上不存在EMP、HMP和ED途径。它们主要通过PK途径利用葡萄糖,分解葡萄糖,产生CO

、乳酸、乙醇或乙酸。

2

葡萄糖代谢的四种途径中,有许多酶和中间产物是共同的。然而,有些酶是个别途径所特有的,因它只存在于那个特定的途径中,这些酶称为关键酶。例如,磷酸果糖激酶(EMP)、

6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶(HMP)、2-酮-3-脱氢-6-磷酸葡萄糖酸醛缩酶(ED)、磷酸酮醇酶(PK)。这些酶在区分各种代谢途径中起着重要的作用。

四条不同的代谢途径中,每一条途径都能在代谢活动中的某些方面起作用。EMP途径可供给更多的ATP,但是它不能提供生物合成嘌呤、嘧啶等所需的重要前体5-磷酸核糖和4-磷酸赤藓糖。相反,HMP途径能产生生物合成嘌呤、嘧啶所必需的前体,但它产生的ATP只有EMP途径的一半。此途径不能直接产生丙酮酸,需要EMP途径的酶才能由3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖形成丙酮酸。ED途径可能存在逆向的HMP途径,但可直接形成丙酮酸,使它可能独立于其他两个途径。EMP、HMP和ED三条途径间联系如图。

16.细菌附着

当获得性薄膜覆盖牙面后,漂浮在口腔内的细菌即陆续附着其上,最早定植在获得性膜上的细菌被称为先锋菌。先锋菌初始定植后出现快速生长态势,链球菌生长成链并开始于牙表面垂直,如此导致牙表面坏境的改变,从而允许新的不同种属的细菌进入发育着的菌斑,这些后继菌中包括放线菌和韦荣菌,此即为生态系连续。对菌斑形成的组织学和其代谢的研究提示,菌斑厚度的增加是由于细菌的繁殖,其中包括含细菌对牙表面的黏附以及细菌间的聚集和共聚集。通过这些作用菌斑内拥有大量细菌,其数量可达每克牙菌斑内有1011个细菌。

17.

环境这个名词可用来描写生物体周围许多不同复杂程度的实体。其范围大者可包括森林、湖泊等大环境,小者可局限于生物体内的微环境,如牙龈沟内的上皮表面。当环境遇到物理、化学或生物特征变化时,与其相联系的生物常可受到侵袭而被破坏,而环境本身又重新进入了有序的重建,其中的生物体如能利用新的条件就可以相适应地生存下去,而不适者则消亡。生态系建立的中心原则是生物体对其赖以生存的环境有影响,例如最先定植的菌种为先锋菌,先锋菌定植后改变了环境,给后继定植的细菌创造了定植的条件,使之能存活于新的环境中。生物体(或细菌)栖息在一个变化的环境中的过程称为生态连续。这个过程在一个小生境(niches)中继续演化就可组成一个多种多样的复杂的生物群(菌群),环境条件亦渐趋于稳定,具体表现为菌属数和组成比无明显改变,这个现象维持到环境中另一个干扰出现时为止,处于这种状态下的生物体的社会(群体)称为极期群落。在其间生态系中的成员之间呈相当稳定的平衡,各成员与其所处的环境之间呈动态平衡。极期群落的组成基本取决于环境条件和可利用食物的供给,以及各种成员对食物的竞争。自然条件的变化,或可利用食物的量或其物理、化学的变化均可破坏或干扰这个平衡,其结果是建立另一个新的具有不同特性的生态系。在扣钱微生物学中,生态连续是个重要的概念,牙菌斑形成和成熟的过程就是生态连续的典型范例。

二、口腔生态系

人类与许多细菌保持着永久和亲密的联系,在人体内部的表面上集聚着数以亿万计的细菌,这些寄主在人体各特殊部位或表面的生物群被称为正常菌丛(normal flora),或称为固有菌丛。正常菌丛中的成员可称之为常居菌或固有菌。迄今尚无关于人体内固有菌丛精确数量的报道,据保守的估计,其总数多余人体的细胞的总数,人体细胞数约为1023个,而人体内细菌数约为1014个。这些常居菌中的大多数寄居在口腔、肠道中,口腔正常菌丛之间以及它们与宿主之间的相互作用称口腔生态系(oral ecosystem)。许多正常菌丛和其宿主之间呈动力的平衡状态(dynamic equilibrium),这种平衡对于保持宿主的健康是重要的。一般正常菌丛对机体具有双重作用,在以帝国环境中,当机体与正常菌丛之间保持着相互平衡的状态时,正常菌丛显示对宿主起着有益的作用;但当环境中的某些因素干扰了这个平衡状态时,如放射线照射、过量激素的应用、抗生素的长期使用等而导致菌群失调,这就为正常菌群提供了显示其有害作用的机会,这些原来无致病性的活毒力很软的细菌,遂成为机会致

病菌而引起内源性感染疾病,如长期服用抗生素所致的葡萄球菌假膜肠炎、口腔中的念珠菌病。

正常菌丛是人体非特异性免疫因素之一,一般情况下,外来的致病菌侵入人体必须突破三个防御屏障,即健康的皮肤和黏膜为保护机体免受外源细菌侵袭的物理屏障;人体的各种分泌液如唾液、泪液、乳汁的杀菌作用可作为化学屏障;正常菌丛对外来细菌的拮抗做用那个则为人体的生物屏障。对生物屏障的确切机制尚未洞悉,但许多学者认为,这种拮抗作用是以各菌、属、群组间的竞争为表现形式,以宿主的体液和细胞介导的反应为机制。值得注意的事实是,在宿主体内不同部位的菌丛是不同的,但在不同个体中同样的部位上其菌丛的组成是基本相似的,因此可以对个不同部位按其特征给正常菌丛以命名,如鼻咽菌丛、小肠菌丛、皮肤菌丛等。

注:带※者与原书改动较大,可自行查阅。