含氟牙膏修復牙體硬組織的研究

高 艷 肖 蕾 雷發玲 何陵玲 易 丹 黃金蓮

(無限極(中國)有限公司，廣東 廣州 510623)

1 前言

1.1 齲齒現狀

口腔健康與全身健康是一個密不可分的整體，口腔健康是全身健康的前提。世界衛生組織( WHO) 將齲病列在心血管疾病和癌癥之后，居危害人類健康疾病的第3位。根據《2019年全球疾病負擔研究》，估計全世界近35億人患有口腔疾病，其中恒牙齲齒(蛀牙)最為常見[1]。

WHO建議以5歲年齡兒童的患齲狀況來代表乳牙的患齲情況，以12歲年齡兒童的患齲狀況來代表年輕恒牙的患齲情況。第四次全國口腔健康流行病學調查結果顯示，5歲兒童患齲率71.9%，12歲兒童年輕恒牙齲患率為38.5%。與十年前的第三次全國口腔健康流行病學調查結果對比，5歲兒童患齲齒率上升5.9%，12歲兒童患齲齒率上升9.6%，我國兒童患齲齒率呈快速增長趨勢[2]。

齲齒是發生在牙體硬組織上的漸進性感染性破壞性疾病，是最常見的口腔疾病，是造成人類失牙的主要原因。它是一種慢性疾病，兒童乳牙硬組織薄，礦化度低，溶解度高，滲透性強，釉質的強度和抗酸性較低，所以兒童齲齒發病早、進展快，對兒童牙齒發育影響較大。兒童齲病管理是要早預防、早控制、早治療[3]。乳牙牙釉質厚度和牙本質厚度約為恒牙的1/2，乳牙更易受到酸的作用而脫鈣，也易受氟化物的作用增加抗酸性。2010年WHO的報道提出在日常生活中應用氟來預防齲齒，如使用含氟牙膏、口腔清洗劑、飲水加氟、食用加氟鹽和牛奶等[4]。含氟牙膏是世界范圍內最易獲得的氟化物來源，自20世界70年代以來，單獨使用含氟牙膏或與飲水氟化一起，是減少齲齒發生的主要方法。在全球人口中，經常使用含氟牙膏被認為是減少齲齒患病率和嚴重程度并推遲其發展的主要手段[2]。

1.2 氟化物作用

氟在自然界中廣泛分布，人體可以從飲水、食物中攝入氟，適量氟對維持人體的生理功能具有非常重要的作用。氟可以構建牙釉質，是牙齒重要成分。氟被牙釉質中的羥磷灰石吸附后，在牙齒表面形成一層堅硬的氟磷灰石保護層，具有抗酸性、抗腐蝕性作用，并能抑制嗜酸細菌的活性和抵抗某些酶對牙齒的損害，進而預防齲齒的發生。人體骨骼固體的60%為骨鹽(主要為羥磷灰石)，氟能與骨鹽結晶表面的離子進行交換，形成氟磷灰石而成為骨鹽的組成部分。骨鹽中的氟多時，骨質堅硬，而且適量的氟有利于鈣和磷的利用及在骨骼中沉積，可加速骨骼的形成，促進生長，并維護骨骼健康。缺氟時，由于牙釉質中不能形成氟磷灰石保護層，牙釉質易被微生物、有機物和酶侵蝕而發生齲齒，也易發生骨質疏松。氟過量時，可引起氟中毒，不僅影響骨骼和牙齒，而且還會影響中樞神經、內分泌和生殖等多個系統。氟斑牙和氟骨癥就是體內氟過量引發的慢性全身性疾病[4]。

基于居民日常用氟的安全性，我國對含氟牙膏中氟含量是有嚴格規定的，國家標準《牙膏(GB/T 8372-2017)》規定成人含氟防齲牙膏的氟含量為0.05%～0.15%，兒童含氟防齲牙膏的氟含量為0.05%～0.11%。同時，行業專家強調3歲以內嬰幼兒每次牙膏用量米粒大小，約0.2g牙膏；3歲以上兒童每次用量豌豆大小，約0.5g牙膏。對于6歲以下兒童，要在家長的監督和指導下刷牙，鼓勵孩子吐出牙膏，避免吞咽[3]。

經常使用含氟牙膏被認為是減少齲齒患病率和嚴重程度并推遲其發展的主要手段[2]。本文作者研制開發了一款含0.06%氟的植雅兒童牙膏，添加氟化鈉提供氟源。除了氟化鈉，植雅兒童牙膏還含有木糖醇、黃芩根提取物、忍冬花提取物等多種具有抑制口腔齲齒致病菌繁殖的成分。通過增加牙齒抗酸性、促進再礦化，以及抑制致病菌繁殖等多重角度來預防或控制齲齒。本研究重點介紹了采用體外牛牙牙釉質脫礦—再礦化試驗，研究植雅兒童含氟牙膏修復脫礦牙釉質、促進牙齒再礦化的作用。

2 實驗方法

2.1 實驗材料及設備

36～48月齡牛的下頜中前磨牙、切牙或磨牙；1%乳酸；人工唾液；軟毛電動牙刷；掃描電鏡(日立S3400N)；顯微硬度計(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蒸餾水中，調整 pH 值至7.0，高壓消毒，置于4℃冰箱中保存備用。

測試樣品：植雅兒童含氟牙膏(0.06%氟，以F-計)。

2.2 實驗過程

前處理：篩選40顆牙冠表面無裂痕、齲損及色斑的36～48月齡牛的下頜中前磨牙、切牙或磨牙。用拋光機打磨篩選合格的牛牙牙冠表面，使釉面光滑、色澤均勻，之后清洗干凈。隨機抽取3顆前處理好的牛牙，作為脫礦前樣本，按2.3方法測掃描電鏡、表面顯微硬度。

脫礦：用1%乳酸溶液浸泡前處理好的牛牙，進行脫礦。每天兩次，每次2min，持續浸泡2周。在間斷期，將樣本置于37℃人工唾液中，每24h更換1次人工唾液。脫礦結束后，隨機抽取3顆牛牙，作為脫礦后樣本，按2.3方法測掃描電鏡、表面顯微硬度。

再礦化：取0.5g測試樣品均勻涂布于脫礦后牛牙釉質表面，用牙刷刷2min，每天兩次，共刷8周。在間斷期，將樣本置于37℃人工唾液中，每24h更換1次人工唾液。再礦化處理2周、4周、6周、8周時，分別隨機抽取3顆牙齒，按2.3方法測掃描電鏡、表面顯微硬度。

2.3 測試方法

牙釉質在被酸蝕脫礦、再礦化過程中，伴隨著礦物質的流失、再結晶，其內部微觀結構也會發生變化，如釉面形態、微孔。通過掃描電鏡可觀察到這種微觀結構的改變。硬度是牙釉質重要的物理性能之一，是牙釉質功能的基礎，也是釉質礦化程度和礦物質的含量的反映，硬度的變化可以反映牙釉質礦物質的獲得和丟失。牙釉質發生脫礦時，鈣磷等元素流失，礦質密度下降，牙齒表面硬度降低，牙釉質強健程度下降；牙釉質發生再礦化時，鈣磷等元素重新形成晶體，礦質密度增加，牙釉質強健程度提高[1]。因此，本試驗選用掃描電鏡和表面顯微硬度作為有效性評價指標。

2.3.1 掃描電鏡(SEM圖)

各組樣本分別在脫礦前、脫礦后、再礦化2周、4周、6周及8周時，隨機抽取3個樣本，使用物理切割機將抽取的樣本切割成大小為4mm×4mm×2mm體積的釉質方塊，超聲振蕩清洗去除雜質與碎屑。室溫下干燥，逐一固定于掃描電鏡載物臺上，在真空中噴金，掃描電鏡下觀察標本釉質表面孔隙及釉柱的改變情況。

2.3.2 表面顯微硬度

各組樣本分別在脫礦前、脫礦后、再礦化2周、4周、6周及8周時，隨機抽取3個樣本，使用物理切割機將抽取的樣本切割成大小為4mm×4mm×2mm體積的釉質方塊，超聲振蕩清洗去除雜質與碎屑。然后使用環氧樹脂過夜梯度溫度包埋釉質方塊，再使用1500目細砂紙將釉質表面打磨光滑，最后將制作好的樣本使用5/12HXD-1000TM型數字式顯微硬度計測量牙釉質表面顯微硬度(SMH)，50g負荷，加載15s。每個釉質塊測量 2個點 SMH值，取3個平行樣本的均值，單位Gpa。

3 結果

3.1 掃描電鏡

3.1.1 脫礦前后對比

脫礦前和脫礦后，牛牙釉質SEM如圖1。對比脫礦前后，牛牙釉質表面SEM圖，脫礦前牙釉質表面形態排列整齊致密，未見微孔及凹凸不平的蜂窩狀結構。脫礦后，可明顯觀察到牙釉質表面有大量的微孔與凹凸不平的蜂窩狀結構。牙釉質是一種半透明的鈣化組織，由無數密集的釉柱和少量柱間質組合而成，其構成成分中，無機物約占95%，有機物約占0.6%，水分約4%。牙釉質中無機物主要為羥基磷灰石，約占90%，其他為碳酸鈣、磷酸鎂和氟化鈣，另有少量的鈉、鉀、鐵、鉛、錳、鍶等。這些成分會被酸溶解，而流失掉[5]。用1%乳酸浸泡牛牙2周，牛牙硬組織中礦物質因酸的作用在水中溶度積變大，溶解在水中礦物質增多，釉質上的礦物質逐漸流失掉，表面變得凹凸不平，孔隙變大、增多，說明造模成功。

圖1 脫礦前后牛牙釉質SEM圖

3.1.2 再礦化2周的SEM圖

經測試樣品刷牙2周后，牛牙釉質SEM如圖2。分析500倍鏡和3000倍鏡的SEM圖，與脫礦后對比，再礦化2周釉質上的微孔明顯變少，釉質表面有沉積物填充、覆蓋，表面變得更平整；釉質中大蜂窩孔消失，釉質變得致密。這說明用測試牙膏刷牙，牙膏中氟在釉質上沉積，釉面上礦物質重結晶增多，生成沉淀，填充被酸蝕出現的微孔，以及與釉質中鈣反應，生成更致密的氟化鈣或氟磷灰石。與脫礦前的釉質表面相比，再礦化2周釉質上仍有微孔存在，釉質的致密感不如脫礦前。

圖2 再礦化2周牛牙釉質SEM圖

3.1.3 再礦化4周的SEM圖

經測試樣品刷牙4周后，牛牙釉質SEM如圖3。分析500倍鏡SEM圖，與脫礦后以及再礦化2周相比，再礦化4周釉質上的微孔顯著減少，幾乎沒有，釉質表面變得更平整、更致密。對比再礦化2周和4周的3000倍鏡SEM圖，再礦化4周釉質表面微粒排列變得更加整齊致密。這說明繼續使用測試牙膏刷牙，牙膏中的氟繼續沉積，礦物質重結晶逐漸增多，牙齒流失的成分逐步被補充。與脫礦前釉質相比，再礦化4周釉質表面微粒平整度和致密感仍不如脫礦前。

圖3 再礦化4周牛牙釉質SEM圖

3.1.4 再礦化6周的SEM圖

經測試樣品刷牙6周后，牛牙釉質SEM如圖4。分析500倍鏡SEM圖，與脫礦后、再礦化2周和4周相比，再礦化6周釉質上已觀察不到微孔，釉質表面變得更平整、更致密。分析3000倍鏡SEM圖，再礦化6周釉質表面微粒排列變得更加整齊致密，與脫礦前幾乎無明顯差異。

圖4 再礦化6周牛牙釉質SEM圖

3.1.5 再礦化8周的SEM圖

經測試樣品刷牙8周后，牛牙釉質SEM如圖5。由圖可知，再礦化8周釉質表面更加平整、致密，覆蓋物增多，且釉質表面微粒排列更平整、緊致，并優于脫礦前。由圖5中F2和F3圖片可以看出，釉質表面有沉積物覆蓋、填充，使釉質質地變得更致密。

圖5 再礦化8周牛牙釉質SEM圖

由以上SEM圖可知，脫礦后的牛牙經測試樣品刷牙2周、4周、6周、8周后，釉質表面形態逐漸由稀松、凹凸不平、微孔多變得平整、致密、無微孔，且可明顯觀察到沉積物覆蓋、填充。可能是牙膏中的氟殘留在釉質中，促進礦物質在釉質上重結晶，釉質中沉積物增多，補充流失掉礦物質，填充微孔，覆蓋凹凸不平釉面，使釉質逐漸變得平整、致密、無孔隙。

3.2 表面顯微硬度

按2.3.2測試方法，測得樣本的表面顯微硬度值如表1。對比脫礦前后牙釉質的硬度值，脫礦后牙釉質的硬度值顯著降低。牛牙經酸浸泡后，釉柱和柱間質流失，釉質崩塌，硬度降低。用測試樣品刷牙2周、4周、6周、8周后，牛牙釉質硬度逐漸提高，均顯著高于脫礦后的牙釉質表面硬度值。氟吸附或結合于脫礦釉質表面，生成沉積物，填充、沉積于損害的釉柱及釉柱間隙中，使釉質硬度提高。隨著刷牙時間延長，硬度逐漸提高，說明隨著含氟牙膏使用，沉積物越來越多，牙齒被修復增多，抵抗外力逐步增強。

表1 各組的表面顯微硬度測量結果

由SEM圖和釉質表面顯微硬度結果可知，用測試樣品分別刷牙2周、4周、6周和8周后，脫礦后牛牙的釉面形態由稀疏變得致密，微孔孔隙逐漸減少以及表面顯微硬度逐漸提高。刷牙時，牙膏中氟被吸附或殘留在牙齒中，誘導并參與礦物質在牙齒上重結晶。重結晶的礦物質填充、覆蓋釉面及微孔，脫礦后的牛牙釉質得到修復。因此，測試樣品具有修復牙釉質、促進牙齒再礦化作用。

4 結論

齲齒的發生是由于菌斑中的細菌產酸，造成牙體硬組織的缺損，鈣的流失(脫礦)會由牙齒微環境中鈣的沉積(再礦化)補償。防止齲齒發展或進展的關鍵因素是在牙齒硬組織的再礦化和脫礦之間保持良好的平衡，不會隨著時間推移而出現礦物損失，氟是可以幫助牙齒再礦化，減少脫礦過程中礦物流失[2]。牙膏中的氟會在釉質上沉積，與釉質中鈣離子、磷酸根離子，生成氟化鈣或氟磷灰石沉淀，覆蓋填充被酸溶解的間質。氟也與釉質上鈣反應生成更致密的氟化鈣或氟磷灰石，提高牙齒硬度、增強抗酸性。通過體外牛牙釉質脫礦-再礦化試驗模型，證明使用含0.06%氟的植雅兒童牙膏，可修復牙釉質、促進牙齒再礦化。使用植雅兒童含氟牙膏刷牙，可修護脫礦的牙釉質、促進牙齒再礦化、填充牙釉質微孔，以及提高牙釉質硬度。