鋅與齲病關(guān)系的研究進(jìn)展

楊 旸 綜述;唐子圣 審校

(上海200011:1.上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院口腔醫(yī)學(xué)院; 2.上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院·牙體牙髓科;上海市口腔醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)

1 鋅在口腔內(nèi)的分布

鋅(Zincum，Zn)作為一種人體必需的金屬微量元素，自然廣泛地分布于唾液、釉質(zhì)和菌斑中［1］。臨床統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示:一個(gè)健康的成年人唾液中約含有(55±17)g/L鋅，且男性略高于女性［2］。在牙萌出前，釉質(zhì)表面就存在大量的鋅離子，而在萌出后的一段時(shí)間內(nèi)其含量仍在不斷上升，這可能是由于在不斷暴露于口腔環(huán)境的過程中，釉質(zhì)與唾液持續(xù)性接觸使更多的鋅離子附著并結(jié)合，但這部分新結(jié)合的鋅將在未來的20～30年間逐漸流失。鋅同樣存在于牙菌斑中，但由于定義的差異，其含量的測定結(jié)果眾說紛紜。也有學(xué)者認(rèn)為:黏膜是鋅在口腔內(nèi)最主要的儲(chǔ)備場所，但尚缺乏充分的依據(jù)。

2 鋅與牙體硬組織脫礦和再礦化的關(guān)系

齲病的發(fā)生發(fā)展實(shí)際上是一種牙體硬組織結(jié)構(gòu)的進(jìn)行性病損，表現(xiàn)為無機(jī)質(zhì)脫礦和有機(jī)質(zhì)分解，病變由牙釉質(zhì)表層逐步深入［3］，而釉質(zhì)表面的主要成分是羥基磷灰石晶體(Hydroxyapatite，HAP)，以羥磷灰石片作為模型可在體外模擬觀察釉質(zhì)的結(jié)構(gòu)和組分變化情況［4］。

研究發(fā)現(xiàn):鋅及其他一些金屬陽離子能有效降低甚至抑制釉質(zhì)羥基磷灰石的溶解［5］，在相同的酸性環(huán)境中，晶體表面含鋅量越高，其破壞程度越輕微，鈣與磷的丟失越少［6］。在鋅離子大量沉積的區(qū)域，釉質(zhì)的再礦化程度也較高，表明鋅同時(shí)參與釉質(zhì)的礦化過程;在已脫礦的釉面鋅還能促進(jìn)磷酸鈣的再沉積，改善羥磷灰石晶體的結(jié)構(gòu)，且其引發(fā)再礦化的能力具有濃度和時(shí)間依賴性［7］。

當(dāng)鋅與氟聯(lián)合應(yīng)用時(shí)，不但能增加釉質(zhì)對氟離子的吸收率，還能明顯減輕釉質(zhì)表面的脫礦程度［8］，在鋅達(dá)到一定濃度時(shí)能使已發(fā)生早期齲變的釉面重新再礦化從而延緩病變進(jìn)程［9］，這可能是因?yàn)閮烧叩慕Y(jié)合可使釉質(zhì)表層形成更多孔狀結(jié)構(gòu)而有利于鈣磷沉積［10］。然而當(dāng)鋅離子低于有效濃度時(shí)，釉面的脫礦程度又會(huì)重新回升，也就是說，只有在一定濃度水平上，鋅才能夠持續(xù)有效地防止釉質(zhì)脫礦溶解，并促進(jìn)其再礦化［11］。

另外，當(dāng)齲損深入牙本質(zhì)時(shí)，還可利用鋅離子對牙本質(zhì)小管的封閉作用而阻止感染和破壞的進(jìn)一步發(fā)展［12］。近年來，還有研究認(rèn)為在牙本質(zhì)脫礦過程中，膠原的降解作用占據(jù)至關(guān)重要地位［13］，而鋅或其螯合物能降低基質(zhì)金屬蛋白酶介導(dǎo)的膠原降解，增強(qiáng)牙本質(zhì)膠原的穩(wěn)定性［14］，但這一結(jié)論仍需更多的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

以上結(jié)果提示:盡管鋅還有一定的局限性，但不可否認(rèn)其一定程度上具有保護(hù)牙體組織和“促愈”的功效，展現(xiàn)出了良好的防齲和抗齲潛能。

3 鋅的抗微生物效應(yīng)

在齲病的發(fā)生發(fā)展過程中，微生物的產(chǎn)酸作用占據(jù)了十分重要的地位，而變異鏈球菌(S.mutans)有較強(qiáng)的產(chǎn)酸和耐酸性，能迅速發(fā)酵多種碳水化合物產(chǎn)生大量的酸，造成局部硬組織脫礦，是公認(rèn)最主要的致齲微生物［15］。

有研究指出:鋅離子能減緩細(xì)胞的分解和氧化代謝并消除過氧化氫產(chǎn)物，從而顯著抑制變異鏈球菌的生長、獲得性膜的形成和細(xì)菌的黏附［16］，極大程度地削弱菌斑生物膜中細(xì)胞的生理活動(dòng)［17］;同時(shí)還能通過改變細(xì)胞膜表面質(zhì)子自由能△p以減少鏈球菌葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶產(chǎn)物(主要是GtfB，GtfC)的生成，降低細(xì)胞的ATP效能和嗜碘性多糖水平來抑制細(xì)菌產(chǎn)酸［18］，與傳統(tǒng)的氟制劑相比，鋅具有更優(yōu)秀的抗菌性能［19］。

早期的實(shí)驗(yàn)結(jié)論認(rèn)為:在酸性環(huán)境下鋅離子與氟離子能共同作用殺滅變異鏈球菌，且環(huán)境pH值的降低并不能改變鋅離子抑制細(xì)菌產(chǎn)酸的效能。但近年來研究發(fā)現(xiàn):在pH=7.0的中性環(huán)境中，僅0.01 mmol/L Zn2+就能抑制變異鏈球菌產(chǎn)酸達(dá)20～40 min，同時(shí)減少高達(dá)76%的酸性產(chǎn)物;當(dāng)濃度達(dá)到0.3 mmol/L時(shí)，幾乎能完全阻斷細(xì)菌產(chǎn)酸;然而在pH=5.0的環(huán)境中Zn2+卻幾乎不發(fā)揮上述抑制作用［20-23］。因此有學(xué)者提出:鋅的抗微生物效應(yīng)受到其濃度和溶液pH值等條件的限制，隨著pH值的降低，鋅離子的抗菌效應(yīng)也隨之下降，大多數(shù)鋅鹽僅能起到抑菌作用而無法完全殺滅細(xì)菌，即使是效能最高的枸櫞酸鋅也只有在濃度高達(dá)10～20 mmol/L時(shí)才具有微弱的殺菌性［21］。

以上結(jié)果表明:當(dāng)鋅達(dá)到一定濃度且溶液的pH值合適時(shí)，能夠?qū)棺儺愭溓蚓捌渌恍┛谇恢慢x菌的生長、產(chǎn)酸、抑制菌斑生物膜的形成和粘附，是一種較有效的抗微生物成分。

4 鋅在口腔內(nèi)的結(jié)合方式和有效附著水平

在體外模型中，鋅離子能夠擴(kuò)散分布于羥磷灰石晶體的表面形成結(jié)晶層，在一種特殊的鈣空位復(fù)合物的幫助下與鈣離子競爭結(jié)合位點(diǎn)(主要是CaⅡ)而附著，這種復(fù)合物同時(shí)還能提高羥磷灰石晶體與周圍溶液的離子交換效率［3］。通過延伸X線吸收細(xì)微結(jié)構(gòu)(Extended X-ray Absorption Fine Structure，EXAFS)觀測發(fā)現(xiàn):晶體表面結(jié)合的鋅呈一種特異的四面體結(jié)構(gòu)，包括兩個(gè)～2.85-3.07?的磷原子和兩個(gè)～3.71-4.02?的鈣原子［23］，但由于鋅離子的半徑(0.074 nm)略小于鈣離子(0.099 nm)，致使形成的Zn-HAP層結(jié)晶度較低，耐熱性差，因此這樣的結(jié)合方式并不牢固，即使是在已結(jié)合的鋅離子中仍有近半數(shù)將在易致齲的酸性環(huán)境中重新脫落，并被鈣離子再次取代，越是結(jié)合得不牢固的鋅離子越容易因各種外界因素的作用如唾液的沖刷洗滌、酸性微環(huán)境或溫度升高等而被清除，同時(shí)，重新結(jié)合的鈣離子又將使鋅更難以吸附［24］。

臨床研究發(fā)現(xiàn):在使用含鋅牙膏刷牙后的12 h內(nèi)，約有30%的鋅制劑仍能存留于口腔中，唾液中的鋅離子濃度在30～60 min內(nèi)能維持在比較高的水平，之后出現(xiàn)明顯的降幅，在約2 h后，鋅離子濃度將重新恢復(fù)至基線水平。在菌斑中的情況則相對要好一些，附著的鋅離子在12 h內(nèi)都能維持在較高的濃度水平，含量可從 5.2 μg/g增加至84.3 μg/g，且當(dāng)增加鋅的含量或者使用次數(shù)后效果將更加明顯［25］。類似的結(jié)論在使用含鋅漱口水或是牙粉進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)中也得到證實(shí)［26］，然而目前尚缺乏藥物動(dòng)力學(xué)方面的相關(guān)研究報(bào)道。

5 鋅與齲病發(fā)病率的聯(lián)系

一項(xiàng)覆蓋全球176個(gè)國家的調(diào)查中發(fā)現(xiàn):中國人口平均每天通過食物攝入2.67 mg鋅，近14.1%的人群面臨缺鋅的風(fēng)險(xiǎn)［27］。然而，盡管有研究指出體內(nèi)鋅元素的長期缺乏可能會(huì)提高復(fù)發(fā)性唇皰疹、灼口綜合征等口腔疾病的發(fā)生率，但鋅攝入量與恒牙齲病發(fā)病率的關(guān)聯(lián)卻鮮有報(bào)道和陽性結(jié)論，釉質(zhì)表面的鋅濃度與牙體組織患齲率間也無顯著關(guān)聯(lián)［28］。

早期一項(xiàng)齲病臨床調(diào)查顯示:無論是否在含氟牙膏中加入鋅和鋅的濃度高低對齲病的發(fā)病率均無明顯影響。但值得注意的是，近年來一項(xiàng)對68名學(xué)齡前兒童的調(diào)查研究中發(fā)現(xiàn):口服補(bǔ)鋅可減少幼兒齲病的發(fā)生率，同時(shí)改善牙齦和菌斑指數(shù)［29］，在乳牙高齲、無齲組的唾液樣本檢測中，也發(fā)現(xiàn)鋅的含量存在明顯差異(0.17 ppm/12.33 ppm)［30］，說明鋅可能對預(yù)防乳牙齲病有一定積極的意義。

在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，被抑制鋅攝入的小鼠體內(nèi)含鋅量顯著下降，齲病發(fā)病率明顯升高，且釉質(zhì)平滑面形成了更多牙石?？紤]到小鼠釉質(zhì)的結(jié)構(gòu)與人類基本相似(差別僅僅表現(xiàn)在其釉質(zhì)表面的鋅濃度要更高些)，且嚙齒類動(dòng)物唾液的pH值要高于人類，加之鈣含量不同和受其他一些可能致齲的因素影響，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的結(jié)論也有一定的參考價(jià)值。

鑒于齲病是一種由口腔中多種因素復(fù)合作用所導(dǎo)致的牙體硬組織細(xì)菌感染性疾病，目前的研究現(xiàn)狀尚無法對鋅與齲病發(fā)病率間是否存在確切聯(lián)系給出明確的定論，因此，探討兩者間的關(guān)系并為日后提供切實(shí)有效的臨床手段仍是未來研究的重點(diǎn)所在。

［1］ Nikolic R，Kalicanin B，Krstic N.The release of zinc，copper，lead，and cadmium from the mineral tissue of teeth under the influence of soft drinks and sour-tasting food［J］.Connect Tissue Res，2012，53(3):229-235.

［2］ Burguera-Pascu M，Rodriguez-Archilla A，Burguera JL，et al.Flow injection on-line dilution for zinc determination in human saliva with electrothermal atomic absorption spectrometry detection［J］.Anal Chim Acta，2007，600(1-2):214-220.

［3］ 岳松齡.齲病的組織病理學(xué)研究—齲病研究百年回顧和展望之六［J］.牙體牙髓牙周病學(xué)雜志，2007，17(9):489-493.

［4］ Kosoric J，Hector MP，Anderson P.The influence of proteins on demineralization kinetics of hydroxyapatite aggregates［J］.J Biomed Mater Res A，2010，94(3):972-977.

［5］ Churchley D，Newby CS，Willson R，et al.Protection against enamel demineralisation using toothpastes containing o-cymen-5 -ol，zinc chloride and sodium fluoride［J］.Int Dent J，2011，61(3):55-59.

［6］ Abdullah AZ，Strafford SM，Brookes SJ，et al.The effect of copper on demineralization of dental enamel［J］.J Dent Res，2006，85(11):1011-1015.

［7］ Matsunaga T，Ishizaki H，Tanabe S，et al.Synchrotron radiation microbeam X-ray fluorescence analysis of zinc concentration in remineralized enamel in situ［J］.Arch Oral Biol，2009，54 (5):420-423.

［8］ Laucello M，Noel N，F(xiàn)erro R.The anti-caries efficacy of a silica-based fluoride toothpaste containing zinc citrate，triclosan，vitamin E and sunflower oil［J］.Int Dent J，2007，57(10): 145-149.

［9］ Lippert F.Dose-response effects of zinc and fluoride on caries lesion remineralization［J］.Caries Res，2012，46(1):62-68.

［10］ Lynch RJ，Churchley D，Butler A，et al.Effects of zinc and fluoride on the remineralisation of artificial carious lesions under simulated plaque fluid conditions［J］.Caries Res，2011，45 (3):313-322.

［11］ Lingawi H，Barbour M，Lynch RJM，et al.Effect of zinc ions (Zn2+)on hydroxyapatite dissolution kinetics studied using scanning microradiography［J］.Caries Res，2011，45(6): 195.

［12］ Gu H，Ling J，LeGeros JP，et al.Calcium phosphate-based solutions promote dentin tubule occlusions less susceptible to acid dissolution［J］.Am J Dent，2011，24(3):169-175.

［13］ Boukpessi T，Menashi S，Camoin L，et al.The effect of stromelysin-1(MMP-3)on non-collagenous extracellular matrix pro-teins of demineralized dentin and the adhesive properties of restorative resins［J］.Biomat，2008，29(33):4367-4373.

［14］ Osorio R，Yamauti M，Osorio E，et al.Zinc reduces collagen degradation in demineralized human dentin explants［J］.J Dent，2011，39(2):148-153.

［15］ Bowen WH，Koo H.Biology of Streptococcus mutans-derived glucosyltransferases:role in extracellular matrix formation of cariogenic biofilms［J］.Caries Res，2011，45(1):69-86.

［16］ Sreenivasan PK，F(xiàn)urgang D，Markowitz K，et al.Clinical antimicrobial efficacy of a new zinc citrate dentifrice［J］.Clin Oral Investig，2009，13(2):195-202.

［17］ Aydin Sevinc B，Hanley L.Antibacterial activity of dental composites containing zinc oxide nanoparticles［J］.J Biomed Mater Res B Appl Biomater，2010，94(1):22-31.

［18］ Koo H，Sheng J，Nguyen PT，et al.Co-operative inhibition by fluoride and zinc of glucosyl transferase production and polysaccharide synthesis by mutans streptococci in suspension cultures and biofilms［J］.FEMS Microbiol Lett，2006，254(1):134-140.

［19］ Gu H，Mijares D，Zhao Z，et al.Experimental antibacterial and mineralizing calcium phosphate-based treatment for dentin surfaces［J］.J Biomater Appl，2011.

［20］ He G，Pearce EI，Sissons CH.Inhibitory effect of ZnCl(2)on glycolysis in human oral microbes［J］.Arch Oral Biol，2002，47(2):117-129.

［21］ Phan TN，Buckner T，Sheng J，et al.Physiologic actions of zinc related to inhibition of acid and alkali production by oral streptococci in suspensions and biofilms［J］.Oral Microbiol Immunol，2004，19(1):31-38.

［22］ Matsunaga K，Murata H，Mizoguchi T，et al.Mechanism of incorporation of zinc into hydroxyapatite［J］.Acta Biomater，2010，6(6):2289-2293.

［23］ Tang Y，Chappell HF，Dove MT，et al.Zinc incorporation into hydroxylapatite［J］.Biomater，2009，30(15):2864-2872.

［24］ Li M，Xiao X，Liu R，et al.Structural characterization of zincsubstituted hydroxyapatite prepared by hydrothermal method［J］.J Mater Sci Mater Med，2008，19(2):797-803.

［25］ Schafer F，Adams SE，Nicholson JA，et al.In vivo evaluation of an oral health toothpaste with 0.1% vitamin E acetate and 0.5%sunflower oil(with vitamin F)［J］.Int Dent J，2007，57 (52):119-123.

［26］ Chaknis P，Panagakos FS，DeVizio W，et al.Assessment of hypersensitivity reduction of a dentifrice containing 0.3%triclosan，2.0%PVM/MA copolymer，0.243%NaF and specially-designed silica as compared to a dentifrice containing 0.454%stannous fluoride，sodium hexametaphosphate and zinc lactate and to a dentifrice containing 0.243%NaF on dentin hypersensitivity reduction:an 8-week study［J］.Am J Dent，2011，24(1):14A-20A.

［27］ Wuehler SE，Peerson JM，Brown KH.Use of national food balance data to estimate the adequacy of zinc in national food supplies:methodology and regional estimates［J］.Public Health Nutr，2005，8(7):812-819.

［28］ Shashikiran ND，Subba Reddy VV，Hiremath MC.Estimation of trace elements in sound and carious enamel of primary and permanent teeth by atomic absorption spectrophotometry:an in vitro study［J］.Indian J Dent Res，2007，18(4):157-162.

［29］ Uckardes Y，Tekcicek M，Ozmert EN，et al.The effect of systemic zinc supplementation on oral health in low socioeconomic level children［J］.Turk J Pediatr，2009，51(5):424-428.

［30］ Zahir S，Sarkar S.Study of trace elements in mixed saliva of caries free and caries active children［J］.J Indian Soc Pedod Prev Dent，2006，24(1):27-29.