作者：刘宇涵，孟维艳，吉林大学口腔医院种植科

种植义齿因其美观性、舒适度和耐用性显著，已成为牙列缺损及缺失患者恢复口腔功能及美观的首选修复方式。尽管植入10 年后留存率已达96.4%，但种植牙失败时有发生。而引起种植牙失败的主要危险因素之一就是种植体周围感染，有研究报道，种植体周围黏膜炎和种植体周围炎发病率分别为23.9%～88.0%及8.9% ～ 45.0%。种植体周围黏膜炎是一种可逆的炎症反应，仅累及种植体周黏膜，无种植体周边缘骨丧失。当炎症继续发展累及种植体周硬组织，则进展为不可逆的种植体周围炎。目前的临床共识认为菌斑生物膜是种植体周围疾病的始动因素。

菌斑生物膜是一个具有高度异质性的细菌集合体，细菌常被嵌入在其自身产生的胞外聚合物基质( extracellular polymeric substances，EPS) 中。EPS由外源性多糖、细胞外DNA( extracellular DNA，eDNA)、蛋白质、脂质以及其他生物分子组成。生物膜的结构复杂，可以促进细菌的附着和生长，并使其能够抵御环境压力、抗菌治疗和宿主免疫反应。种植体表面生物膜常具有多重耐药性，对常规治疗手段有抵抗性，加之种植牙结构复杂，临床操作中难以深入感染区域。因此，了解种植体表面生物膜的形成对于成功开发新的抗菌涂层有重要意义。本文概述了种植体表面菌斑生物膜的形成过程，回顾了种植体表面与菌斑生物膜之间的相互作用，为菌斑生物膜的清除及提高种植体的成功率提供参考。

1. 种植体表面生物膜的形成

种植体表面生物膜的形成是一个复杂的多阶段过程，通常可以分为以下4 个阶段: 细菌初始附着、微菌落形成、生物膜成熟和扩散。种植体植入后，唾液中的蛋白质和其他大分子迅速在种植体表面形成一层薄膜，即获得性膜。获得性膜为细菌黏附提供了位点。初始定植的细菌稳定黏附之后通常会形成早期生物膜。随后，由表面蛋白质和细胞壁蛋白介导的细胞间相互作用导致细菌聚集在一起，形成微菌落，这种相互作用也促进了细菌的共聚集和生物膜积累。这些微生物群落逐渐嵌入EPS 中，生物膜逐渐成熟。最后，蛋白酶和核酸酶参与生物膜的扩散，细菌离开生物膜重新进入浮游阶段。

Siddiqui 等构建了一种体外生物膜模型，并用定量PCR 分析了种植体表面生物膜形成过程中菌种的动态变化。研究表明，最早定植的菌种主要是口腔链球菌( Streptococcus oralis) 和内氏放线菌( A.naeslundii) ，这些菌种在种植体表面附着后，迅速增殖形成初始生物膜。随后，具核梭杆菌( F.nucleatum)和韦荣氏球菌( Veillonella parvula) 等次级定植菌开始在生物膜中占据主导地位，这一过程通常在1 ～ 3 d 内发生。随着时间的推移，生物膜中出现了更复杂的细菌群落，晚期定植菌如牙龈卟啉单胞菌( P. gingivalis) 逐渐在14 d 后定植并在21 d 后成为主要菌种。Bermejo 等研究表明，晚期定植菌如牙龈卟啉单胞菌( P. gingivalis) 和伴放线聚集杆菌( A.actinomycetemcomitans) 在96 h 后大量增殖，120 h 后生物膜达到成熟状态。

2. 影响生物膜形成的因素

2.1 种植体表面形貌

种植体表面的微观结构和粗糙度对生物膜的形成具有重要影响。研究发现，在纳米尺度( 10～100 nm) 上，种植体表面的细菌黏附受到抑制；而在微米尺度上，随着表面粗糙度的增加，细菌黏附增加。然而，纳米级表面形貌如何影响细菌定植目前尚无清晰定论。一种可能的机制是纳米结构表面形貌通过机械力导致细菌细胞破裂，从而减少生物膜形成。Chopra 等表明，纳米柱状结构( 如棘突、尖峰等) 通过黏附力引起细菌膜拉伸，导致细菌死亡。另一种可能的机制是空间限制效应，将种植体表面形貌调节至纳米尺度，可以使细菌无法找到适合的附着位点，从而减少其在表面的黏附。抑制生物膜形成的效率取决于纳米结构的尺寸、纵横比及分布。例如，Gao 等报告说，纳米尖峰形貌减少了细菌附着。

2.2 种植体表面涂层

种植体表面涂层通过调控种植体表面理化特性或释放抗菌活性物质，可以有效抑制生物膜的初期形成及成熟过程。根据作用机制，涂层主要分为抗黏附涂层与杀菌涂层两类。Guo 等的研究表明，利用单宁酸和聚乙二醇制备的防污聚合物涂层，可以减少蛋白质和细菌的吸附，进而抑制生物膜的形成。金属涂层通过离子释放破坏细菌膜结构及代谢功能，Zuo 等在钛表面制备了锌掺杂的磷酸锶钙涂层，该涂层可显著杀灭金黄色葡萄球菌( S. aureus)和大肠埃希菌( E. coli) ，抑制生物膜的形成。尽管种植体表面涂层体外研究成效显著，但涂层在体内的长期稳定性、生物相容性及抗感染持久性仍需深入验证。

2.3 种植体表面自由能

种植体表面自由能与材料表面的润湿性有关。根据接触角( contact angle，CA) ，种植体表面可分为超亲水＜5°、亲水≤90°、疏水＞90°和超疏水＞150°。表面接触角越小，润湿性越高，亲水性越好，自由能越高。Gittens 等认为，亲水性细菌菌株更可能黏附在亲水表面，而疏水性细菌菌株更可能黏附在疏水表面。然而，Alam 等的研究中，没有观察到细菌对相同亲水性表面的偏好，其中疏水性的金黄色葡萄球菌在亲水表面的黏附力最高，这可能是由于细菌和亲水表面之间形成诸如氢键之类的生存机制。尽管细菌在疏水表面的初始黏附力高于亲水表面，但细菌的黏附力由于受到其他因素的影响，不能仅靠种植体表面自由能高低决定。

2.4 种植体及基台材料

钛和氧化锆是目前常用的种植体材料，不同的材料影响菌斑生物膜的形成。Roehling 等的体外研究表明，与钛植入物表面相比，氧化锆植入物表面的人牙菌斑生物膜形成显著减少。氧化锆能减少细菌生物膜的黏附，减轻炎症浸润，有利于软组织整合从而降低种植体周围疾病的风险。de Freitas等通过6 个月的随访表征了用钛或氧化锆基台修复的植入物的微生物谱，结果表明，不同基因型的细菌在钛和氧化锆表面的黏附有显著差异。

2.5 种植体周围环境

种植体周围环境的特性，如唾液、pH 和温度等，也会影响细菌的黏附及生物膜的形成。唾液中的蛋白质和其他成分可以促进细菌的初始附着和生物膜的成熟。口腔内的机械力，如咀嚼等，也会影响生物膜的形成和稳定性。pH 值、氧气含量、营养物质和代谢物等环境条件可导致微生物菌群失调，进而发生从健康到疾病的过渡过程。

3. 生物膜对种植稳态的影响

种植义齿在口腔内长期行使正常功能依赖于其周围软硬组织结合的稳定维持。然而，在生物膜形成后，其对基台与软组织的结合以及种植体表面骨结合的界面均产生影响，破坏种植体周建立的稳态。

3.1 影响种植体耐腐蚀性

生物膜的存在会显著影响种植体的电化学性能，降低种植体的耐腐蚀性。细菌在代谢过程中产生的酸性物质会降低局部pH 值，破坏种植体表面的保护性氧化层，促进金属离子的释放，加剧种植体表面的电化学腐蚀。变形链球菌已被证明会增加腐蚀电流，诱发钛腐蚀。此外，生物膜中的多糖和蛋白质基质也会形成物理屏障，阻碍腐蚀产物的扩散，从而加速局部腐蚀。Safioti 等发现，与健康种植体相比，种植体周围炎患者种植体周围黏膜下菌斑中检测到的钛腐蚀产物含量更高，表明钛腐蚀与生物膜的存在密切相关。此外，Daubert等通过16S rRNA 基因测序分析，提出钛腐蚀产物可能会影响种植体周围微生物组的结构和多样性。

3.2 影响种植体周围骨组织及免疫反应

骨结合是种植体获得长期成功的关键过程，对种植体的稳定性至关重要。Ng 等提出了一种生物膜介导的炎症和骨失调假说，认为生物膜介导的炎症会引发种植体周围的骨质流失，导致骨重建过程的紊乱和骨结合失败。具体而言，生物膜中的病原微生物通过分泌各种毒素和酶，破坏周围组织并激发宿主的免疫反应，引发慢性炎症。这种炎症反应主要通过巨噬细胞的极化来实现。其中M1 型巨噬细胞在早期炎症反应中占主导地位，通过分泌肿瘤坏死因子( tumor necrosis factor，TNF-α) 、白介素( interleukin) IL-1、IL-6 等促炎细胞因子，导致局部炎症加剧，进而影响骨组织的正常愈合和再生； 而M2 型巨噬细胞通过分泌抗炎因子如IL-10 和转化生长因子β( transforming growth factor，TGF-β) ，促进骨整合。

巨噬细胞在生物膜形成初期即迅速积聚在种植体表面，参与调控新骨形成和矿化过程。当生物膜持续存在并诱导过度的M1 型巨噬细胞极化时，会导致骨吸收增加，进而破坏骨结合的稳定性。此外，生物膜中的病原菌通过Toll 样受体等模式识别受体激活宿主的先天免疫反应，进一步放大炎症级联反应。这些反应不仅会引起局部组织的损伤，还可能通过释放大量炎症介质导致系统性炎症反应，进而影响种植体周围骨结合。

3.3 影响种植体周围软组织密封

种植牙的成功与否不仅取决于骨结合，还取决于种植体周的软组织整合。从组织学上讲，健康的软组织整合由种植体周围上皮和下面的结缔组织组成，它们构成了软组织黏膜密封，充当物理和生理屏障，将钛种植体与口腔环境分开。一方面，一些病原菌，如具核梭杆菌( F. nucleatum) 、伴放线聚集杆菌( A. actinomycetemcomitans) 和牙龈卟啉单胞菌( P. gingivalis) ，通过产生包括脂多糖( Lipopolysaccharides，LPS) 在内的有毒代谢物在宿主组织中诱导免疫炎症反应来损害种植体周围软组织整合； 另一方面，定植在种植体及基台表面的菌斑生物膜与上皮细胞和成纤维细胞存在附着竞争，影响软组织整合。

4. 总结与展望

综上所述，种植体表面生物膜的形成是一个复杂的动态过程，受多种因素的影响，包括种植体表面的微观结构、表面涂层、自由能、材料性质和周围环境等。生物膜的存在不仅会降低种植体的耐腐蚀性，还会影响种植体与周围骨组织和软组织的结合，影响免疫反应，增加感染的风险，进而影响种植体的长期稳定性和功能。因此，深入研究和理解这些影响因素对于提高种植体的成功率和延长其使用寿命具有重要意义。

在未来的研究中，应重点关注以下几个方面: 首先，进一步探索不同种植体材料和表面处理技术对生物膜形成的影响，以期开发出更具抗生物膜性能的种植体材料和表面处理方法； 其次，研究种植体周围环境对生物膜形成的影响，尤其是口腔微生物群落的动态变化及其与宿主免疫系统的相互作用机制； 最后，探索有效预防和控制生物膜形成的策略，包括生物材料的表面改性、抗菌涂层的应用以及口腔卫生维护措施等。

来源：刘宇涵,孟维艳.生物膜在种植体表面的形成及其对种植稳态的影响[J].口腔医学,2025,45(08):637-640.DOI:10.13591/j.cnki.kqyx.2025.08.013.