一、牙菌斑
（一）牙菌斑是牙周病的始动因子
公元752年，我国的医书《外台秘要》中就有关于除去牙面沉积物以治疗牙龈疾病的记载。在西方，17世纪，Leeuwenhoek描述牙垢中有大量微生物，它们可使牙龈流血。但对于牙面沉积物及其中的微生物与牙周疾病的关系，则是在20世纪60年代以后才有了较多的了解。大量的流行病学调查表明，牙周疾病的罹患率及严重程度与口腔卫生状况和牙面的菌斑量成正比。口腔卫生差的人群与口腔卫生良好者相比，牙周疾病的患病率高，病情重。Loe等报告的实验性牙龈炎研究提供了细菌引起牙龈炎的有力证据。试验对12名牙龈健康的年轻男性受试者彻底进行牙齿清洁后，停止刷牙等一切口腔卫生措施，逐日对牙面的菌斑量、菌斑成分及牙龈炎症程度进行观察。结果发现全体受试者均在10～21天内发生了牙龈炎，菌斑中的细菌数量和成分也发生相应的变化。在恢复刷牙后5～7天内，全体受试者的牙龈均恢复正常。其他学者也观察到动物长期堆积牙菌斑可发生牙龈炎，并有一部分可发展为牙周炎。无菌动物即使在牙颈部结扎牙线，使食物残渣堆积，却不发生牙龈炎症；但接种细菌后，动物即发生炎症和形成牙周袋。临床上也见到对牙周病患者除去菌斑后可使病变停止或痊愈。此外，从牙周病患者的龈下菌斑中，可分离出多种毒性较大的细菌，这些细菌的数量与临床病情程度一致。将这些细菌接种于动物，可造成与人类牙周病相似的病变。从患者的血清中也可测得与这些细菌相应的特异抗体水平增高。上述事实有力地说明牙菌斑中的微生物是引起牙周疾病的主要病因，牙菌斑是引起牙周病的始动因子，是造成牙周破坏的必要因素。
（二）牙菌斑是生物膜
生物膜是微生物存在的一种实体，它形成在固体和液体的界面上，广泛存在于自然界，如船底、输水管路、海洋、湖泊等，也存在于动物和人体的口腔、肠道、呼吸道、泌尿系统与皮肤等部位。口腔的组织面、牙面或者修复体表提供了生物膜附着的固体表面，唾液、龈沟液提供了液体环境，使得牙菌斑生物膜得以形成。牙菌斑是由基质包裹的相互黏附或指黏附在牙面（或修复体）上的细菌性群体，它是软而不能被水冲掉或漱掉的堆积物。生物膜概念强调牙菌斑中的细菌是以整体生存的微生物生态群体，它不同于悬浮的单个细菌，是一个相对稳定的微环境。牙菌斑生物膜中，糖蛋白为主要成分的基质包裹着不同微生物形成的微克隆，中间有水性通道供微生物进行物质和信息交流，不同的微生物通过不同的代谢通路产生不同的代谢产物释放于细胞外基质中。牙菌斑中的微生物凭借生物膜这种独特结构黏附在一起生长，相互附着很紧，难以清除；生物膜结构有利于微生物的营养获得、有利于微生物间的相互依存；另外，电解质和化学分子很难进入生物膜深部，使得其中的微生物能抵抗宿主防御功能、表面活性剂或抗生素等的杀灭作用。因此，生物膜中的微生物能长期生存和繁殖，从而在合适的微环境中发挥不同的致病作用。对生物膜中致病微生物的杀灭也依赖于对生物膜结构的破坏。在临床上使用抗生素应在用机械方法破坏生物膜之后，即洁治和刮治之后。
（三）牙菌斑生物膜的成分
牙菌斑是由大量细菌（占菌斑固体成分的70%～80%）及细胞间物质所组成的有一定结构的生态单位。在1 mm3的菌斑中约含1亿个以上的细菌，还有少量白细胞和口腔上皮细胞。细胞之间的基质约占菌斑固体重量的1/3，主要成分为多糖，也有蛋白质和脂类。糖类主要来源于细菌从食物合成细胞外多糖，有些细菌也可将唾液糖蛋白分解为糖和蛋白。变形链球菌能利用饮食中的蔗糖合成不溶性的多糖，葡聚糖，它是形成龈上菌斑的极好黏附基质。在这些基质中间有大小不等的水性通道，通道内有液体流动，细菌群体通过这些通道完成物质交换。
（四）牙菌斑生物膜的形成
人类的口腔是一个多种菌杂居的环境。婴儿口腔在出生后6～10小时就能分离出少量主要为需氧生长的细菌。牙齿萌出后，口腔细菌种类变得复杂，厌氧菌比例增加。口腔菌系的种类和数量因人而异，同一个体也随牙列情况、饮食类型、口腔卫生状况、疾病及健康状况而变化。目前已能从人类口腔分离出300～500多种微生物。按其生长条件，可分为需氧菌、厌氧菌和兼性厌氧菌，其中很多是正常口腔的常驻菌群。
唾液内的细菌附着于牙面是一个复杂的物理、化学过程。首先要求有合适的牙面。在经过彻底清洗和抛光的牙面上，数分钟内即开始形成一层无结构、无细胞的薄膜（1～3μm），并迅速增厚，称为获得性薄膜。它来源于唾液中的糖蛋白。该薄膜是细菌在牙面附着所必需的条件。在薄膜形成约1～2小时后，即可有细菌牢固地附着其上。只有少数几种细菌具有直接黏附于薄膜的能力。最初附着的主要是革兰氏阳性球菌，如血链球菌、缓症链球菌等。附着机制十分复杂，通过综合的识别系统使黏附具有特异性。一些菌体表面的附件，如菌毛、绒毛等，含有称为黏附素的蛋白样大分子物质，这种含黏附素的部位称为结合点，可与牙面上具有相应糖结合物的位点（受体）相连接而完成黏附过程。唾液中的阳离子，如Ca2+，能在带负电荷的牙面和菌体表面之间起架桥作用，从而有助于黏附。细菌的附着也受唾液成分及sIgA的影响，后者抑制细菌附着于牙面。关于龈下菌斑的形成机制尚不甚明确，该处获得性薄膜可能来源于龈沟液的成分。
细菌在牙面附着定居后，若不及时清除，则以极快的速度繁殖增多，形成小的集落并互相融合。这些细菌及其所产生的细菌间物质为其他菌种的定居附着提供了适当的条件。随着时间延长，菌斑增厚，其成分也日益复杂，致病相关的微生物增加。最初1～2天的菌斑以革兰氏阳性球菌为主，也可逐渐出现革兰氏阳性短杆菌和阴性球菌，2～4天后发展为大量丝状菌和厌氧杆菌，如梭形杆菌，4～7天时形成以黏性放线菌和梭形杆菌等为主的交织结构，7天以后开始出现螺旋体、牙龈卟啉单胞菌及厌氧的能自主运动的细菌等。随着时间延长，革兰氏阴性厌氧菌逐渐取代革兰氏阳性需氧菌，菌斑的毒性增大，能刺激牙龈发炎。新形成的菌斑在24小时后即可用染料来显示，在30天左右菌斑中微生物的量和种类达到最多，成为陈旧的成熟菌斑。滞留在龈缘附近的陈旧菌斑对牙龈的危害很大。因此，医师通过治疗彻底清除牙菌斑之后，仍需患者掌握有效的菌斑控制的方法并长期坚持，以保持健康。
在不同个体之间以及同一口腔内的不同部位，菌斑形成速度和成分差别很大。它受唾液的质和量、牙面光洁度、局部pH、氧和二氧化碳张力、饮食成分、龈牙结合部的免疫反应、细菌之间的竞争和相互依赖等条件的影响。特定的口腔环境、特定的部位和特定的牙周临床状况决定了该部位成熟菌斑的状态。唾液量少而黏稠者，以及夜间睡眠口腔静止时菌斑形成较快；进食时唾液流量增多，加上食物的摩擦作用，牙面菌斑的形成较慢。纤维性食物对牙的平滑面有一定的清洁作用，但对牙龈附近及牙齿邻面的菌斑量无影响。富含蔗糖的饮食为细菌提供了产生多糖的条件，有利于龈上菌斑的形成。其他如牙齿排列不齐、修复体表面粗糙、口腔卫生习惯不佳者，菌斑也易堆积甚厚。
（五）牙菌斑的结构
菌斑按其附着部位可分为龈上菌斑和龈下菌斑。(https://www.daowen.com)
1.龈上菌斑 龈上菌斑位于牙冠的近龈1/3处和其他不易清洁的部位，如窝沟、裂隙、邻接面、龋洞表面等。但对牙周组织有危害的主要是龈缘附近的龈上菌斑和龈下菌斑。菌斑量少时不易辨认，可将牙面吹干，见到乳白色无光泽的薄膜，较厚者可见表面粗糙呈小颗粒状。也可用碱性品红或四碘荧光素钠等染料使之着色而显示。龈上菌斑的量和成分虽因人、因牙而异，也因牙周健康状况而异，但总的来说其成分和结构比龈下菌斑相对简单。杆菌、丝状菌、球菌等与牙面垂直呈栅栏状成层排列，并可以从深部发生钙化形成牙石。在陈旧的菌斑内尚可见谷穗状的结构，由丝状菌构成中心，周围黏附大量球菌。口腔卫生较差者的牙面还可堆积大量的软垢或称白垢。其成分主要为细菌、白细胞、上皮细胞及食物碎屑等。它们松散堆积，无一定结构，易被水冲掉。软垢和菌斑对牙周组织的危害是相同的。
2.龈下菌斑 龈下菌斑位于龈沟内或牙周袋内，与袋内壁关系密切，菌斑与龈沟上皮之间有较多的白细胞。龈下菌斑最初可能是由附近的龈上菌斑向龈沟内延伸而形成的。健康的牙龈因龈沟较浅，龈下菌斑量少，其成分和结构与龈上菌斑无明显差别。但在牙龈有炎症使龈沟加深或形成牙周袋后，由于袋内的特定环境，使龈下菌斑的成分与龈上菌斑有较大不同。牙周袋内缺乏唾液的冲洗和自洁作用，是一个相对停滞的环境，一些已进入袋内的细菌（如唾液中有运动能力的、带鞭毛的细菌），虽然不能牢固地附于牙面，却也能在龈下菌斑中存活。此外，深袋内的氧化还原电势很低，有利于厌氧菌的生长。龈沟液内含有细菌生长所需的各种营养物质，这些都构成了有利于牙周致病菌生长的条件。因此，龈下菌斑中革兰氏阴性的厌氧微生物比例较高，如产黑色素普氏菌群、梭形杆菌、螺旋体等；革兰氏阳性菌及球菌的比例下降，革兰氏阴性厌氧菌的致病力较强。
（六）微生物的致病过程及机体反应性
菌斑堆积数小时后便可引起牙龈局部的小血管扩张充血，渗出增加，中性多形核白细胞贴壁并移出血管到达感染部位的结缔组织，并通过结合上皮进入龈沟。如果这种防御机制能够消灭致病菌并中和其毒性产物，则临床上表现为正常牙龈。反之，当炎症反应加重，白细胞移出增多时，在龈沟底附近的结缔组织中有以淋巴细胞为主的浸润，成纤维细胞变形，胶原纤维溶解消失，上皮内有大量中性多形核白细胞，上皮可有轻度增生，出现钉突但不向根方迁移。此种改变局限于龈沟底部，牙槽嵴不发生病理性吸收，无附着丧失。当机体防御能力足以将细菌所引起的这些炎症局限于此范围时，临床上表现为菌斑性龈炎。对于牙龈炎转变为牙周炎的机制尚不甚明确。菌斑微生物大致可通过下列三种途径使牙周组织患病（图5-7）。
图5-7 菌斑微生物的致病机制
1.细菌的毒性产物直接刺激和破坏牙周组织 菌斑中某些细菌，如牙龈卟啉单胞菌、福赛坦菌、伴放线聚集杆菌、中间普氏菌、具核梭形杆菌等是牙周炎的重要致病菌。很多细菌可产生各种酶，如透明质酸酶，可破坏上皮和结缔组织的细胞间质；牙龈卟啉单胞菌和伴放线聚集杆菌等可产生胶原酶，溶解和破坏牙周软硬组织中的胶原；多种蛋白水解酶可破坏免疫球蛋白及组织；溶纤维素酶可使结缔组织中的纤维蛋白原溶解，有利于细菌和炎症的扩散等等。革兰氏阴性菌细胞壁的外膜可产生很多毒性产物，例如脂多糖内毒素大量存在于牙周炎患者的菌斑、牙石、唾液、龈沟液及暴露于牙周袋内的牙骨质中。体外试验表明，内毒素能降低人牙龈成纤维细胞的贴附能力和代谢活动，还能抑制骨组织的生长。伴放线聚集杆菌则能产生一种叫白细胞毒素的外毒素，在体外能于短时间内杀伤中性白细胞。细菌的多种代谢产物，如硫化氢、吲哚、胺、有机酸等，均能刺激和损伤袋上皮，引发炎症。
2.宿主对细菌及其产物的炎症和免疫反应 宿主对细菌及其产物的炎症和免疫反应在牙周病的发生和发展中具有极其重要的作用。机体对菌斑的免疫反应包括特异和非特异的、全身和局部的。宿主反应包括保护性和破坏性两个方面。
（1）中性多形核白细胞、抗体、补体在牙周防御系统中起重要作用：细菌产生趋化物质，使中性多形核白细胞移出到结缔组织和龈沟内吞噬和杀死细菌。而中性多形核白细胞的吞噬功能有赖于补体的激活和抗体对细菌等异物的调理作用。补体激活在破坏细菌、促进中性多形核白细胞功能发挥及激活B淋巴细胞方面有防御意义，但它又有释放组胺、破坏细胞等作用；中性多形核白细胞噬菌后也会释放出溶酶体酶等损害牙周组织的物质。
已有大量研究证明牙周炎患者的血清和龈沟液中有很高水平的针对牙周致病菌及其产物的特异抗体，以IgG为主，又分IgG1、IgG2、IgG3、IgG4四种亚类，分别中和不同的有害抗原。特异抗体的水平与龈下菌斑中相应细菌的检出量、牙周破坏程度等有密切关系。但龈沟液中抗体水平和治疗后的变化与血清中水平不同。近年来认为牙龈局部的免疫反应对牙周炎的临床表现及进程有重要影响。
（2）细胞介导的免疫反应在牙周炎过程中也十分重要：细菌的感染引起一系列防御细胞游走至牙周局部，随着中性多形核白细胞而来的是单核-巨噬细胞和淋巴细胞。它们被内毒素激活后产生一系列的细胞因子，其中重要者如白介素1-α、β；肿瘤坏死因子α；破骨细胞激活因子等。这些因子引发的炎症反应又产生大量炎症介质，加重了炎症并导致牙槽骨吸收。宿主的炎症和免疫反应产物对牙周组织所造成的损伤和破坏远远超过了细菌本身的毒力。这种长期存在的慢性炎症使深部组织的胶原破坏，有利于因炎症而增生的结合上皮向根方迁移，加重了附着丧失。
（3）细菌及其产物可抑制和削弱机体的防御功能：唾液和龈沟内的IgA可作用于细菌，阻止其在牙面黏附。而有些细菌可产生IgA酶，破坏IgA，从而有利于细菌附着。有的细菌能抑制中性多形核白细胞的趋化及吞噬功能，甚至杀伤白细胞。
近年来对人类和动物的大量研究表明，在同样存在菌斑的条件下，并非每个人都患牙周炎，各人的疾病类型和严重程度也不同。说明牙周病是一种机会性感染性疾病，除了致病菌的种类、数量和毒性因素之外，机体免疫反应的有效性还受到遗传和环境因素的影响。例如，吸烟和细胞因子的基因调控可影响宿主对细菌的反应，从而影响牙周病的易感性和临床表现（如进展速度、严重程度等）。一些危险因素的确认将丰富人类对牙周病本质的认识。