医学北医口腔微生物口腔生态课件

口腔生物学 Oral Biology Oral Bioscience 1 医学基础口腔临床的桥梁课程 组合性 内容广泛 应用价值 富于活力 2 口腔微生物学 口腔生物化学 口腔免疫学 口腔分子生物学 牙周骨组织生物学 3 1 口腔生态系 2 口腔正常菌丛 3 口腔正常菌丛 4 牙菌斑代谢 5 口腔其他微生物 6 硬组织代谢 7 口腔组织代谢、唾液及龈沟液 8 口腔免疫学 9 口腔分子生物学 10 骨组织生物学 4 口腔微生物学 Oral Microbiology 5 口腔微生物学是研究口腔内微生物与人 体（健康及疾病）关系的科学。 着重研究口腔微生物的分布特点，生物学 性质及其在口腔内存在的病理和生理意义。 6 简史 Van Leeuwenhoek 在1676（1683）利用 简 易但精确的300X显微镜观察3 天不清洁的前牙 牙 龈附着物，看到一些活的“微小动物”。 这是人类第一次看见细菌。 7 Miller，美国牙医，口腔微生物学之父。 他在十九世纪后叶，去Robert-Koch那里学 习微生物学，目的是 进行寻找导致龋病“细菌” 的研究。 当时Koch创立用固体培养基培养细菌的方 法，并提出发现病原菌的三原则： 必须有规则地从可疑病例中发现并分离 同一种病原体； 该病原体能在体外培养并传代； 培养出的病原体能使易感动物发病，并 从发病的动物继续分离培养出该病原体。 8 Miller从多龋患者口腔培养出微生物，使这 些微生物作用于碳水化合物产酸，再让这样的酸 引起牙齿脱钙。根据一系列实验结果提出龋齿发 生的“细菌-化学学说”。指出牙菌斑由微生物组成。 在大量摄入糖类食物的易感宿主中，菌斑微生物 将糖类转化为酸，这些酸导致牙齿脱矿。提出去 除菌斑是口腔疾病治疗的基础。 “Micro-organisms of the human mouth” Miller，1889年 9 Clarke 在1924年成功地分离变形链球菌， 确认变链菌是龋齿的病原体。 10 第一节 口腔生态系 （Oral ecosystem） 11 一、口腔生态系的构成及特点 （Composition and characteristic of oral ecosystem) 口腔生态系 = 口腔生境 + 微生物 生境 (habitat) ：正常（固有、常居）微生物 群在机体特定部位生存环境。 口腔生境：口腔正常微生物群特定生存环境： 牙齿、粘膜、龈沟 (液)、唾液。 12 （一）牙齿 牙表面结构稳定，有利于微生物定植，形 成 微生物膜牙菌斑（dental plaque)。 Biofilm 牙滞留区： 天然滞留区：窝沟、邻面及牙颈部等 。 异常滞留区：牙列不齐、阻生齿等。 病源滞留区：牙周炎导致根面暴露。 医源滞留区：不良充填物、修复体。 由于局部环境的差异，不同滞留区菌斑形 成过程、栖息的细菌种类不同。 13 （二）粘膜表面 口腔粘膜： 唇、颊、腭、牙龈、口底及舌背粘膜。 被覆粘膜、咀嚼粘膜和口底粘膜由于咀嚼活动 及上皮更新，表面附着菌量相对较少。 舌背部有乳头结构，再加上舌苔的存在， 易使细菌滞留，易成致病菌（厌氧菌）的 寄居 部位。 14 （三）唾液 唾液的理化特征和物质成分是口腔微生物 赖于生存的重要环境和基础。 15 （四）龈沟及龈沟液 龈沟是游离龈和牙面间形成的一条狭窄 沟 隙，环绕牙颈部，向口腔开放。其中的液体即 龈沟液。 龈沟液对细菌生长有双重作用。 助长：丰富营养成分、适宜的氧含量， 适 合兼性（及专性）厌氧菌生长。 抑制：抑菌成分、龈沟液流动、排溢。 16 二、口腔生态系统的影响因素 (Factors affecting oral ecosystem) 温度 氧化还原电位（Eh） pH 营养 抗菌、抑菌物质 17 （一）温度 稳定而多变 正常温度：3536.5C 波动幅度大 适合对温度变化适应能力强的嗜温微生物 嗜温微生物：2537 嗜冷微生物：25 嗜热微生物：45 18 （二） 氧化还原电位（redox potential, oxidation- reduction potential, Eh) 电位: 指个电极间的电势差。 氧化还原: 指化学过程中电子的转移。 物质失去电子后本身被氧化， 得到电子则本身被还原。 物理过程中的电子移动、得失，就产生电位。 如果此电位和化学过程的氧化还原相关，称 氧化还原电位（Eh） 。 Eh值反映环境氧化还原趋势。Eh值越高, 氧含量越高。 19 阳性Eh 氧含量高，氧化环境,(物质)易失电子 ； 阴性Eh 氧含量低，还原环境,(物质)易得电子 。 不同Eh值环境适宜不同细菌生长。 20 根据细菌代谢与氧的关系进行细菌分类(五类) ： （1）专性厌氧菌（obligate anaerobe）： 只能在无氧环境中发酵生长，会被氧抑制 或杀灭的细菌。如牙龈卟啉单胞菌。 （2）兼性厌氧菌（facultative anaerobe）： 有氧条件下, 利用氧代谢生长。 缺氧以发酵方法进行代谢。如内氏放线菌 。 （3）专性需氧菌（obligate aerobe）： 必需以氧作为受氢体，无氧就不能生长的 细菌。如奈瑟菌。 21 （4）微需氧菌（microaerophiles ）: 生长时需氧，但所需氧的浓度比正常低的细 菌. 适合需氧菌生长的氧浓度即可抑制这类细菌 。 如变形链球菌。 （5）耐氧厌氧菌(aerotolerant anaerobes )： 耐氧，但不利用氧进行代谢作用。如破伤风 芽 孢杆菌。 口腔菌丛的主要成员为 兼性厌氧菌、专性厌氧菌和微需氧菌。 22 口腔不同部位的氧张力和氧化还原电势不同。 同一部位的氧化还原电位有无变化? 有。 牙面将形成牙菌斑的部位： 起始: 牙釉质表面 Eh值为 200mV , 适合细菌? 定居生长: 氧消耗? 氧含量? Eh值? 适合细菌? 延续: 细菌密度? 氧补充? 氧消耗? 氧含量? 6 7天后Eh值为 -140mV 。 23 新鲜唾液Eh约：240 400mV 粘膜表面Eh约: 200mV 釉质表面Eh约: 200mV 菌斑深层Eh约 -140mV 健康龈沟Eh约 50mV 牙周袋 Eh约 -50mV 厌氧菌适宜生长的Eh值为-50 -140mV。 24 （三）pH 口腔内平均pH 6.77.2，是适合多数微生 物 生长的中性环境。 影响口腔局部pH的因素： 外源性物质（食物、药物）： 细菌代谢(产物) 唾液缓冲作用 25 1. （直接的）外源性物质： 影响：直接、短暂 26 2. 细菌代谢： () 蛋白质分解： 牙周炎致病菌多为G- 厌氧菌, 产生氨基酸、 尿 素等, 牙周袋pH可能升到7.8, 有利于革兰阴性 厌 氧菌生长(牙龈卟啉单胞菌生长的适宜pH为7.5) 。 27 () 碳水化合物代谢: 产酸菌代谢产物乳酸、乙酸等 - pH下降至 pH5.0以下。酸性环境是牙表面脱钙的危险因素 。 28 3. 唾液稀释、缓冲作用： 碳酸盐系统: HCO3- / H2CO3 刺激性唾液中重要的缓冲系统唾液。 磷酸盐系统: HPO42- / H2PO4- 非刺激性唾液中主要的缓冲系统唾液。 29 （四）营养 1内源性营养( eudogenous nutrients ): 唾液及龈沟液成分, 如蛋白质、糖蛋白、微 量元素和气体等。 组织分解产物。 2外源性营养(exogenous nutrients) : 碳水化合物类食物供产酸菌代谢产酸，被 合 成胞内多糖和胞外多糖而促进菌 斑形成及龋病 的 发生。 蛋白质和氨基酸类食物，有助于分解利用 蛋 白质的细菌生长。 30 （五）抗菌及抑菌物质 唾液内抑菌成分，抑制细菌过度生长，保 持 口腔生态平衡作用。 抗菌药物，适量使用可控制感染和疾病。 不 适当使用则可能产生耐药菌株，也可能造成菌 群 失调，而出现继发性感染现象。 31 三、口腔生态系平衡 (Dynamic equilibrium in oral ecosystem) 在宿主和微生物之间、微生物之间相互依 存、相互制约的动态平衡关系。 同一个体口腔不同部位、同一部位不同时 间的微生物群分布不同。不同的微生物组成或 变化 决定口腔生态系的平衡或失调，决定口腔健康 或 疾病。 32 （一）微生物之间的作用 1. 协同作用 （synergetic interactions） （1）两种或更多细菌共同参与一种活动。 细菌在菌斑内分解唾液糖蛋白过程: 先由含糖苷酶的细菌，如口腔链球菌、普氏 菌分解糖蛋白侧链。 随后是有蛋白水解酶的具核梭杆菌、中间普 氏菌分解蛋白质部分。 33 （2）细菌产物互相利用： 利用 沃廉菌 甲酸类物质 产生 产生 血红素 产黑色素类杆菌 利用 34 2. 拮抗作用 (antagonistic interactions) 口腔生境中一种细菌产生的物质对其他菌种 产生的约束和抑制作用。 血链球菌、轻链球菌 过氧化氢 抑制厌氧菌 35 3. 细菌素对口腔微生物群的作用 细菌素是细菌所产生的能够影响（抑制） 其他细菌生长的蛋白质（肽类）毒素。 36 （1）几乎所有的细菌都可产生（多种）细菌素 。 与抗生素不同，细菌素的杀菌谱较窄，只对相关 细菌起作用。口腔内产生细菌素的能力最强的是 链球菌。许多口腔链球菌都可以产生细菌素。变 形链球菌可以产生至少5种细菌素：变链素至 。变链素抑制血链球菌的生长。这可能是变形 链球菌水平较高的菌斑中血链球菌水平较低的原 因之一。 37 （2）细菌素可通过作为信号分子相似物发挥作 用来影响种群间的相互作用。 如酿脓链球菌和唾液链球菌产生的细菌素 在结构上相似，可与彼此的双组分信号系统相 互作用。 （3）许多微生物都能使用细菌素成分与其他 种属的细菌竞争。由变黑普氏菌产生的细菌素 ， 对牙龈卟啉单胞菌、中间普氏菌，福赛菌及放 线菌有杀菌作用。 （组氨酸激酶和效应调节蛋白两部分组成 的信号系统） 38 （4）细菌素的产生受到细菌自身的严格调控外， 还受环境中细胞密度、营养供给、pH值，以及 遗传因素等共同影响。这些调节系统使得细菌 素在恰当的时间和部位产生，使之有效地在 （口腔）微生物群落生态平衡中发挥作用。 39 （5）细菌素有助于细菌彼此（双向）选择“邻居 ”， 促成建立特定细菌群落，在（口腔）生态系中微 生物群落之间的平衡中发挥重要的作用。 人体口腔微生物群的稳定只有在同一生物环境中 的不同种群间达到生态平衡才能获得，往往是生物 群落中生态活动的结果。 40 (二)宿主与微生物之间相互作用 1. 微生物对宿主的依赖 ( microbacterial dependent on host) （宿主给予微生物的生存条件） pH稳定 温度适宜 Eh值 营养 41 2. 宿主对微生物抑制作用 (host inhibit to microbacteria) 机械清洁作用 宿主对微生物的免疫 口腔免疫体系和功能 42 第二节 牙菌斑 （Dental plaque, Plaque，Biofilm） 定义： 堆积在牙齿或其他硬的口腔结构表面， 不能被中度水喷冲去的细菌团块。 - Black 微生物在口腔生态系里的一种存在形式。 能容纳多种微生物生存的 Biofilm (microbial film) 。 43 概念： 是细菌粘附于牙面、修复体或其他口腔结 构上的以细菌为主体的生态环境，细菌在其中 进行生长、繁殖和代谢，是口腔常见的感染性 疾病龋病和牙周病的主要病因。 44 生物学特点： 菌斑的内外环境保持动态平衡，参与维持 口腔正常生理功能。 菌斑生存环境发生改变时，菌斑内菌群数 量及比例失调。 致病菌成为优势菌，菌斑产生异常有害物质 ， 可能引起疾病。 45 一、牙菌斑形成(Formation of plaque) 获得膜形成 细菌 传递 细菌 初期附着 细菌 粘附 细菌 共聚 菌斑 形成 菌斑细菌 扩散 46 1获得膜形成 （ pellicle formation） 获得膜是被覆在牙表的不足1m的膜，由 混合唾液和细菌产物组成。 菌斑形成的基础。 细菌通过获得膜定植在牙表面。 获得膜是细菌附着的必须条件。 47 获得膜主要成分来自混合唾液和细菌及其产物。 来源于混合唾液： 粘蛋白、富脯蛋白、富组蛋白、球蛋白、 富酪蛋白、溶菌酶、淀粉酶、脂类、脂糖、 凝集素、纤维蛋白原 来源于细菌： 葡聚糖、葡糖基转移酶、果糖基转移酶、 细菌“碎片” ， 48 2细菌传递（microbial transport ） 细菌作为微粒悬于唾液中，多数以被动的 方式、少数有活动能力的细菌以主动运动方式 向牙表面靠近。 49 3初期附着 (attached by long-range physico-chemical force) 细菌附着于获得膜。借助于细菌表面粒子 和 获得膜表面粒子间产生的范德瓦尔斯力（van der waals force）。属于一种“远距离”的、较弱 而可 逆的物理-化学性附着。 50 细菌 “远距离”的附着。 51 4细菌粘附 (molecular interactions between adhesins and receptors) 细菌表面粘附素与获得膜表面受体的结合 ， 是一种“近距离”、特异性的化学作用，粘附 是不 可逆的过程。 粘附素与受体之间是特异性结合。 52 细菌粘附素获得膜受体 链球菌种表面抗原 I / II唾液凝集素 链球菌种脂磷壁酸(LTA)糖蛋白 变形链球菌葡聚糖连接蛋白葡聚糖 内氏放线菌I 型菌毛 富脯蛋白 卢氏放线菌凝集素半乳糖 牙龈卟啉单胞菌150KDa protein纤维蛋白原 53 5细菌共聚（co-aggregation） 细菌之间的相互粘附。 细菌表面不仅有粘附素外，自身也有受体， 可以与其它细菌的粘附素特异性粘附。 54 55 细菌的粘附与共聚。 56 6菌斑基本形成(plaque formation) 大量细菌粘附和共聚； 逐渐从唾液和食物中获得营养过度至利 用细菌自身的细胞外酶将碳水化合物转变为葡 聚 糖、果聚糖等； 菌斑有结构（基质）能源储备和循环； 菌斑细菌间、菌斑与外界有物质交换； 菌斑成为微小的生态环境； 大约56天。 57 7扩散（diffusion, detachment from surface） 菌斑细菌不断增殖，部分细菌脱逸、扩散、 转移到其他部位定植。 细菌自身的一些酶能使共聚的细菌脱离菌斑。 变形链球菌-蛋白释放酶（protein-releasing enzyme）。 58 菌斑基本形成及扩散 59 阶段机制 1 获得膜形成唾液、龈沟液和细菌的分子物质吸 附在牙表面，形成获得膜 2 细菌传递细菌通过唾液流动传递获得膜上 3 细菌初期附着细菌表面和获得膜分子间的范德瓦 尔斯力的作用 4 细菌粘附粘附素与受体间的化学作用 5 细菌共聚细菌与已粘附的细菌聚集 6 牙菌斑形成细菌增殖，产生共同生长的生物膜 ，同时合成细胞外聚合物 7 扩散细菌从菌斑脱离进入新部位 60 二、菌斑结构、基质成分及变化 (一) 结构： 获得膜 （基底层） 细菌 + 基质 （细菌层） 散在细菌、食物残渣等（表层） 细菌排列特点: 纤毛菌、丝状菌及长杆菌垂直于获得膜表 面，栅栏样排列，球菌、短杆菌呈散在或链 状分布。 细菌间隙中有菌斑基质。 表面有散在细菌、脱落细胞，食物残渣等 61 菌斑构成（形态结构）： 基底层：即获得性薄膜 无细胞结构，HE红染。 细菌层：中层,以互相平 行的纤毛菌为主构成的 、与牙面垂直、呈栅栏 状的一层, 其间堆着球菌 、杆菌等。 表层：表面松散分布的 细菌，脱落细胞，食物 残渣等 62 63 64 谷穗样（corn-cob）结构：以纤毛菌为 轴心，球菌、短杆菌粘附在其周围，形似谷 穗。 65 66 菌斑细菌密度 21011个 / g 2000亿个 / g (200 billions / g) 固体培养基上细菌菌落的细菌密度 液体培养基培养细菌后离心沉淀的细菌密度 67 （二）菌斑基质成分： 水 基质 无机物：钙. 镁 .磷. 钠. 钾. 铁. 氟 固体 有机物：类 1. 糖类：葡萄糖、蔗糖、多糖 2. 蛋白质类：免疫球蛋白、白蛋白、乳铁蛋白，氨基酸 及糖蛋白（粘多糖） 3. 酶类：溶菌酶、淀粉酶、水解蛋白酶 4. 脂类：少量脂糖及磷脂 5. 代谢产物：乳酸、甲酸、乙酸、氨、吲哚、甲硫醇 68 （三）菌斑基质成分的变化： 69 三、菌斑分类和细菌成分（ Classification of plaque and components of bacteria ） 菌斑分类（）： 龈上菌斑（supra gingival plaque）： 光滑面、邻面、 窝沟。 龈下菌斑（sub gingival plaque） 附着性：附着于牙根表面； 非附着性