英文名称 ：dental calculus

中文别名 ：牙石

牙结石（dental calculus）又称牙石，是钙化的菌斑，主要由钙、磷矿物盐沉积于早先牙面或义齿表面残留的微生物形成。

牙结石的量和沉积部位具有人群特异性，因口腔卫生习惯、年龄、饮食、人种、系统性疾病而不同。定期进行口腔卫生防护的人群，龈上牙结石主要局限在邻近唾液腺导管开口的牙面，量比较少，龈下牙石发生于牙周病发生牙位相符。对没有定期进行口腔卫生防护的人群，牙石可发生于全牙列，牙石程度也较严重。

1.牙结石的形成

（1）牙石形成的过程

牙石是唾液中的矿物质沉积于菌斑而形成的，牙石的形成总是以菌斑的形成为先导。菌斑为矿物质的沉积提供了有机基质。在牙石形成的最初阶段，可以看见一些很小的结晶体在细菌间的基质中形成，并与细菌的外表面平行。然后，细菌间的基质以及细菌自身逐渐被矿化直至完全被矿化。当腺体分泌的唾液随时间推移挥发二氧化碳后，唾液pH值升高，其对钙磷无机矿物质的溶解度减小，唾液中所含磷酸钙和碳酸钙等无机物逐步沉积到菌斑中，矿化形成牙石。

矿物质的结晶体在预先形成的菌斑中的沉积是牙石形成的通常模式。矿物质也可能沉积在龈上菌斑的表面，在这种情况下，结晶体呈杆状。龈上牙石的形成需要一定的时间。在某些个体，约需不到两周的时间。在两周左右时间内形成的沉积物已包含了成熟牙石约80%的无机物。菌斑的矿化在菌斑形成后的几天内就可发生，而形成具有结晶体成分的陈旧性牙石则需要数月或数年的时间。

牙石附着于已经钙化的菌斑，柔软的菌斑由于矿物盐的沉积而变得坚硬。这种矿物质的沉积通常开始于菌斑形成的第一到第十四天之间。有资料显示：钙化至少在菌斑形成的4～8小时后发生，正在钙化的菌斑在2天时约达到50%的矿化，而12天时有60%～90%的矿化。

并不是所有的菌斑都要经历完整的矿化过程。早期的菌斑包含有少量的无机物，随着菌斑向牙石的发展，无机物的含量也不断增加，那些不会发展成为牙石的菌斑在两天时达到最大矿物质含量。微生物并不总是牙石形成的基本要素，牙石也容易在无菌的啮齿动物身上发生。

唾液是龈上牙石中矿物质的主要来源，龈沟液或血清渗出物为龈下牙石提供了矿物质。菌斑可以聚集的钙的量为唾液中钙含量的2～20倍。重度牙石形成者与非牙石形成者相比，其早期菌斑中包含了更多的钙、3倍多的磷和较少的钾。这提示磷在菌斑矿化过程中的作用可能更加重要。钙化作用使钙离子与有机基质中的糖蛋白复合体连结，并有结晶形式的磷酸钙盐沉淀。结晶体最初形成于细胞间的基质中和细菌的表面，然后在细菌菌体内形成。

矿化是沿着邻近牙的龈上菌斑和龈下菌斑附着部分的内侧面开始的，多个分离的矿化中心逐步扩大并结合形成固体的牙石团块。矿化的过程也可能伴随着细菌含量和菌斑染色性质的变化。随着矿化的发生，丝状菌的数量增加，矿化中心由嗜碱性变为嗜酸性。

形成的牙石呈层状，层与层之间通常被薄的基质层分隔开。在矿化过程中，这种基质层被包埋在牙石中。

（2）牙结石的形成速率

牙石矿化和聚集的开始时间和速率因人而异，个体之间差异很大。同一个体的不同牙，同一个体在不同时期，差异也很大。基于这些差异，可将人群分为重度、中度和轻度牙石形成者和非牙石形成者。牙石形成者平均每天的牙石增长量占牙石干质量的0.10%～0.15%之间。牙石不断地沉积，直至达到最大的体积，之后，它的量可能减少。有文献报道，达到牙石形成的最大体积可能需要10周、18周或6个月。牙石从最大体积到减少，可能是由于巨大的牙石容易受到食物以及颊唇舌的机械摩擦所致。

牙石形成的速率可受到外界因素的影响。如刷牙的频率、饮食的习惯等都会对牙石的形成产生影响。

（3）牙石对牙面的附着

扫描电镜和透射电镜观察显示龈上牙石内部结构基本是均一的，但与釉质和牙骨质接触界面牙石晶体明显不同于牙石内部，表现为牙石晶体于釉质、牙骨质晶体的紧密结合或融合。有机成分完全不同于主要由微生物组成的牙石内部，界面主要是胶原成分。牙石对牙面附着通常牢固而难以去除。也有人认为牢固结合是菌斑下方的获得性膜也发生了矿化。因此，牙石的晶体与釉质、牙骨质和牙本质的结晶成为实质性的接触。除此之外，牙表面的不光滑部位也有利于牙石的渗入。所以，实质上牙石与牙是紧密连结在一起的，特别是在牙骨质暴露的情况下，由于已埋入的夏伯纤维的部位形成小的凹坑、根面的龋坏、小块的牙骨质丧失造成根面的不均一。在这类情况下，要去除所有的牙石，而又不造成牙体硬组织的损害是不可能的。

牙石与牙面附着的方式不同决定了牙石去除时的难易程度不等。目前认为牙石附着于牙面的可能模式有以下4种：①依靠有机的获得性膜；②牙石内的细菌渗透进入牙骨质（这种附着模式目前尚不被某些研究者所接受）；③牙石机械地附着在不规则的牙表面、内牙根表面吸收的凹陷和龋坏部位；④牙石表层下的凹陷与轻度成斜坡的牙骨质表面紧密适合，牙石深深地嵌入牙骨质内可能表现出与牙骨质形态学上相似的特征，因而被命名为“牙骨质牙石”。

2.牙结石的矿化机制

牙菌斑矿化形成牙结石的机制，主要包括以下三方面。

（1）菌斑通过与唾液中某些成分相互作用

局部钙、磷离子的饱和度增加从而引起钙磷沉积所形成的。菌斑矿化沉积与否取决于唾液，尤其是菌斑液中钙和磷酸盐离子积（ion product，Ip）和溶度积（solubility product，Ksp）的平衡。如果Ip＞Ksp，说明溶液过饱和，钙和磷酸盐沉积；若Ip＜Ksp，说明溶液未饱和，钙及磷酸盐溶解。最近有报道采用TEM研究龈上结石的超微结构，发现结石的未矿化牙菌斑区和结石区界面明显，结石在牙菌斑的基础上形成，但其持续生长不依赖于菌斑，因此推断龈上结石并非是简单的菌斑矿化，而是包括矿化区和非矿化区，牙结石的持续矿化和牙菌斑的成熟是两个不同的过程。

该矿化机制可能通过下列途径产生。

由于唾液pH的升高，沉淀常数下降，使磷酸钙盐沉淀。唾液pH的升高可能是由于唾液在口腔停留期间CO₂逸出和牙菌斑的细菌使蛋白质分解产氨所致。

唾液中的胶质蛋白结合钙、磷离子，并保持一种磷酸钙的过饱和溶液状态。当唾液滞留于口腔或牙面时，胶质释出，唾液中磷酸钙的过饱和状态不能继续维持，导致磷酸钙盐的沉淀。

牙菌斑及脱落的上皮细胞或细菌释放的磷酸酶，通过水解唾液中的有机磷使游离磷离子浓度升高，产生磷酸钙沉淀。存在于球菌、丝状菌、白细胞及吞噬细胞和脱落上皮细胞中的脂酶，可以水解脂肪，产生游离的脂肪酸。脂肪酸与钙和镁结合产生脂肪酸盐，之后转变成难溶的磷酸钙盐。

（2）引晶介质的作用

引晶介质（seeding agents）是指介导钙盐沉积的物质。该介质可导致小的矿化中心膨大并融合形成矿化团块。

牙菌斑的细胞间基质是矿物质沉淀的基础。其中的蛋白质—多糖复合体可以从唾液中螯合钙离子并将其移出而引发矿化过程，形成矿化的核心，并介导随后的矿物质沉积。牙菌斑中的细菌也被视为可能的引晶介质。

为什么磷酸钙会成为牙石而沉淀出来？这个问题长期以来一直困扰着许多的研究者，至今尚未完全明了。有两方面的问题需要解释：即微晶体的集结及生长。唾液对某些磷酸钙盐而言，如磷灰石、磷酸八钙、白钙磷石等是一种亚稳定状态的溶液。在某些状态下，对二水磷酸钙也是一种亚稳定状态的溶液。这就意味着唾液对某些盐类来说处于一种过饱和状态，因而有条件为结晶体的生长提供矿物质。但是，它不会自发地产生沉淀，除非溶液发生引晶作用。由于结晶体的存在，在它的上面能够形成新的结晶体。结晶体的这种集结过程发生在牙面上，但是牙面上已被获得性膜覆盖，它们不可能很容易地发挥这一功能。有几个假说被用于解释矿化过程的初始，但是问题仍然没有根本解决。现讨论如下：①新鲜分泌的唾液在流出唾液腺导管口时，其CO₂张力为60mmHg（1mmHg=0.133kPa）。当它流入口腔后，CO₂张力急速下降。唾液中的CO₂逸出，致使唾液的pH升高，钙、磷离子的溶解度下降，随之发生磷酸钙和碳酸钙的沉淀。一旦有微晶体的存在，唾液的这种生理性钙、磷离子过饱和状态，自然就会促使这些微晶体生长。这一理论似乎合理地解释了为什么龈上牙石沉积量最大部位是在唾液腺导管开口处附近的牙面上。但是，它们不能解释龈下牙石的形成，因为龈下牙石中的钙盐可能来源于龈沟液。②还有研究发现，细菌矿化最初磷灰石的沉积与酸性磷脂有关。酸性磷脂在生理pH条件下有一带负电荷的网状结构，包含亲水头部和疏水尾部，因此可以形成球形分子团或者双分子层结构，与钙和磷酸盐形成钙-磷脂-磷酸盐复合物（caphospholipid-phosphate complex，CPLX）。一旦该复合物形成，在钙磷离子达到一定浓度时便会沉积形成新的晶体。③其他一些可能的机制是某些因素使唾液或菌斑中的pH升高，如氨的产物等。对那些牙石形成迅速的患者的研究发现，他们唾液中的尿素浓度升高，细菌可分解尿素产生氨，致使菌斑的pH升高，发生矿物盐沉淀。在菌斑矿化的过程开始后，菌斑本身也发生了某些变化。推测菌斑中的细菌可能是介导矿化的引晶介质。

对晶体成核、结晶生长的促进剂抑制因素的研究表明：①镁阻止磷灰石的结晶，使钙磷保持无定形矿物质状态；②某些包含负电荷序列的唾液蛋白能吸附在晶体表面的活性位点，从而阻止钙磷晶体的生长及溶解。富脯蛋白和富酪蛋白是两种最具代表性的晶体生长抑制剂。促进矿化的因素包括：①尿素通过调节菌斑内的pH值促进菌斑的矿化。Wong等观察了菌斑在模拟唾液中的矿化情况，菌斑在含有单氟脲磷酸钙（CPMU）的矿化液中发生矿化，对CPMU产生pH碱性偏移，对含糖溶液则产生pH酸性偏移，矿化过程依赖于尿素的存在。菌斑矿化后形成碳酰羟基磷灰石（CHA）。②氟则可促进钙磷沉积物的成熟。③酸性及碱性磷酸酶通过降解焦磷酸盐促进晶体生长。④硅酸也是钙磷沉积、成熟和晶体生长强有力的促进剂。

生物矿化的类型可分为两类：生物诱导矿化和生物控制矿化，前者是在生物的生理活动过程中，引起周围环境理化条件改变而发生的生物矿化作用，其形成的晶体任意取向，缺乏独特形态；后者则晶体大小均匀、形态一致、排列规则，有特定的细胞组织或生物大分子引导。扫描电镜研究的结果发现，牙结石的晶体构型尽管在不同区域存在一定的差异，但是在每一个区域的晶体大小均匀、形态一致、排列规则，符合生物控制矿化作用。由此推断，牙结石均相溶液中存在特定的生物大分子引导再沉积过程。

（3）微生物在牙石矿化中的作用

菌斑的矿化起始于环绕G+和G－菌的细胞外物质，也可能起始于细胞内物质。丝状菌、丝杆菌属、韦荣菌等都属于具有形成细胞内磷灰石能力的细菌。菌斑逐步被矿化，范围逐渐扩展至细菌和基质，形成牙石。

一部分学者相信，菌斑中的某些细菌通过形成磷酸钙改变菌斑的pH或积极地参与了牙石的矿化，或引导矿化的发生。但是，流行的观点是：这些细菌只是被动地卷入了矿化过程，与其他的菌斑成分一起矿化。在无菌动物身上的牙石样沉积物的发生支持这一观点。不管怎么说，其他的一些实验提示可传染的因子参与了牙石的形成，食物中加入青霉素饲养某些动物，其牙石的形成减少。

表1 龈上牙石和龈下牙石的比较

根据牙石沉积的部位不同可将牙石分为龈上牙石（supragingival calculus）和龈下牙石（subgingival calculus）两类。

1.龈上牙石

龈上牙石是指位于龈缘的冠方，肉眼可直接看到的牙石。龈上牙石一般为浅黄色或黄色，也可有较深的着色，其颜色来源于饮茶、吸烟及食物中的色素。龈上牙石质地像黏土，与牙面的附着不如龈下牙石紧密，易于从牙面剥离。牙面上的牙石被清除后，很快就会再沉积，特别是在正对唾液腺导管口的部位。龈上牙石的体积一般较大，分布可以局限于单个的牙，也可发生在一组牙，甚至广泛地出现于整个口腔中。龈上牙石中的钙离子和矿物质主要来源于唾液。龈上牙石最常发生的部位是上颌磨牙的颊面正对腮腺导管口的位置和下颌前牙的舌面正对舌下腺导管口的位置，并易在这些部位形成较大块的牙石。

2.龈下牙石

龈下牙石是指位于龈缘的根方，即位于龈沟或牙周袋内，肉眼不能直接看到的牙石。

龈下牙石通常呈灰黑色或墨绿色，这是由于龈下牙石被龈下游离缘覆盖，刺激龈沟壁发生溃疡出血，血色蛋白与硫化氢结合形成绿色的硫血色蛋白（sulfamethemoglobin）所致。龈下牙石质地坚硬，结构较致密，密度较高。龈下牙石与牙面的附着较牢固。由于根面在牙石沉积之前，牙龈的炎症充血引起牙骨质吸收，致使根面出现若干吸收凹陷，牙石沉积到根面凹陷内，更加强了附着的牢固性，去除较困难。龈下牙石中的钙及矿物质主要来源于血清。由于龈下牙石位于龈沟或牙周袋内，肉眼不能直接看见，必须用探针仔细地检查才能确定龈下牙石的位置和大小。龈下牙石通常较细小，可存在于龈沟或牙周袋内的任何部位。一般情况下，龈上牙石和龈下牙石同时存在，有时也可独立存在。光学显微镜研究证明：牙石的沉积通常可延伸至接近牙周袋底部，在有慢性牙周损害存在时，牙石可能会到达牙周袋底。龈上牙石和龈下牙石的比较见表1。

龈下牙石是牙周炎的主要局部刺激因素，因此，采用手持器械洁治加根面平整（SRP）是治疗牙周病最常用的方法之一，而且该方法成本低并能有效地减轻炎症造成的临床症状，减少局部微生物的水平。在传统的牙周基础治疗中，刮治器除了去除病变的牙骨质外，还可能过度地去除健康的牙骨质，产生治疗后敏感。袋内清创时，刮治器能够去除牙周袋内的肉芽组织，但对软组织的搔刮、牵拉，导致组织胺释放，引起出血、水肿、疼痛；对于一些深牙周袋和袋内特殊的解剖部位（如根分叉等），传统的器械很难到达，从而使治疗达不到预期效果。故在寻求更有效、操作难度更小的方法中，有学者提出使用激光替代传统的龈下刮治和根面平整，或者作为其辅助的治疗手段。

牙结石是多孔结构，含有大量水分和有机成分，是厌氧菌的绝好栖息场所，而清除牙结石是牙周治疗成功的关键。CO₂激光容易导致熔解和炭化，因此不能用于牙结石的清除。Nd：YAG激光在临床适用能量下去除牙结石并不理想，但也有研究表明Nd：YAG激光照射后牙结石更容易从根面分离，有利于后续的龈下刮治。

Er：YAG激光与其他激光相比有卓越的水吸收特性，牙结石内的水分和有机成分吸收的光能转化为热能出现热蒸发，同时水蒸气导致的内压升高引起微爆破，从而在没有热损伤下去除牙结石。由于Er：YAG激光去除牙结石的同时喷水冷却，牙结石下方的根面不会出现炭化，也不会造成牙髓的损害。Er：YAG激光去除牙结石的水平近似于超声刮治，激光工作尖对根面倾斜照射时，被去除的牙骨质大约厚15～30μm。Er，Cr：YSGG激光也可以去除牙结石。铒激光去除牙结石的方法很多，但也需要在喷水下，且激光需与牙面有一定的倾斜角度进行照射。这两点是在临床应用Er：YAG激光去除牙结石时务必要注意的。Schwarz等采用铒激光与手工根面平整术联合治疗中、重度慢性牙周炎时发现，与单独应用铒激光治疗相比，Er：YAG激光处理和SRP均是有效治疗牙周病的非手术治疗方法，但是Er：YAG激光对组织的创伤较小，两种方法对浅牙周袋的治疗效果无差异，而对较深牙周袋疗效差异更明显，提示较深牙周袋为Er：YAG激光治疗的临床适应证。Crespi等的研究结果显示，Er：YAG激光治疗侧的牙周袋和临床附着丧失改善程度较对照组更明显（图1）。

图1 Er：YAG激光用于牙结石去除（北京口腔医院王冬青提供）

1.激光使用前；2.激光使用后（参数：波长：2940nm，P=1W，20Hz，水：70%，气：90%）