牙齒的琺瑯質比你想得更複雜：微量元素的分佈，如何影響蛀牙形成？

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• 文／陳儀珈、國立臺灣大學醫學院附設牙科醫院住院醫師郭宸輔 共同撰稿

明明都有乖乖刷牙，為甚麼我們還是會蛀牙？想要解答這個疑惑，必須了解蛀牙的原因和潔牙的原理。

當我們吃甜食，我們口腔內的細菌會將食物中的糖分轉換為酸，隨著酸性物質停留在牙齒表面，酸性物質會使得牙齒的礦物質流失，使琺瑯質「去礦化」進而造成蛀牙。所謂的牙菌斑，是細菌、食物殘渣、唾液⋯⋯等的集合體，為了避免蛀牙，我們就必須清除黏附在牙齒表面的牙菌斑。

由於牙菌斑會緊緊黏附在我們的牙齒上，無法光靠漱口來清除，也沒有辦法使用泡沫或藥劑將牙菌斑變不見，因此在清除牙菌斑的方法中，目前以「物理性清潔」為主，建議大家使用牙刷、牙線或牙間刷，才能儘量把牙菌斑從牙齒上面刷掉、刮掉。

雖然牙膏並不是清除牙菌斑的主力，但也是關鍵的輔助角色，透過牙刷和牙膏的相輔相成，有助於減少蛀牙率。

牙膏如何成為最強輔助？

牙膏的主要成分包括研磨劑、氟化物以及甜味劑。

目前牙膏中常見的研磨劑包括「碳酸鈣」和「水合氧化鋁」，可以協助牙刷移除牙齒上的牙菌斑以及染色區域。需要注意的是，雖然現今被添加在牙膏中的研磨劑通常都很溫和，不太會傷害到琺瑯質，但刷牙力道仍然需要控制，儘量不要太大力刷牙。

其中，氟化物能夠將琺瑯質的主要成分「羥磷灰石」中的氫氧根離子 (OH^–) 替換為氟離子 (F^–) ，當氫氧根離子被替換為氟離子後，溶度積常數（ Ksp 值）會降低，換句話說，就是讓琺瑯質更難被細菌產生的酸性物質酸蝕，進而達到預防蛀牙的效果。

為了讓大家更願意刷牙，牙膏中也添加了甜味劑，使民眾對刷牙的接受度更高，同時也能在刷牙後有擁有一口清新的口氣。請大家別誤會，添加甜味劑並不代表牙膏被摻雜了糖，而是使用糖精、山梨糖醇、木糖醇來增加甜味。

除了上述主要成分外，有些牙膏使用不同添加物，以此達到各式各樣的功效，但基本的作用大同小異。例如，美白牙膏會添加過氧化物，藉由氧化還原牙齒表面來美白牙齒；加入如硝酸鉀等成分後，可以藉由改變鉀離子濃度或封閉牙本質小管來改善敏感狀況，成為市面上常見的抗敏感牙膏。

每天至少使用含氟牙膏兩次！

根據衛生福利部口腔健康司「成人口腔保健手冊（專業版）」指出，只要有進食就要刷牙，其中，睡前的潔牙尤為重要。

我們每天至少要使用含氟離子濃度 1000 ppm 以上的牙膏潔牙 2 次，且每次不得少於 2 分鐘。含氟牙膏的使用量少於豌豆的大小即可，約 0.25 g 左右。刷牙時，須搭配「貝氏刷牙法」的潔牙順序，將刷毛傾斜，使刷毛與牙齒表面呈現 45° ~ 60° ，深入牙齦溝，每一次清潔兩顆牙齒，左右來回清刷十次後，再換下兩顆牙齒。

除了刷牙外，也建議使用牙線、牙間刷刮除牙縫沾黏的食物與牙菌斑。潔牙後避免漱口、喝水，維持口腔中氟離子的濃度，讓氟離子持續作用 30 分鐘以上。

此外，食藥署也提醒：選購一般牙膏時，記得選購標示完整的產品，不購買來路不明或標示不清的產品，使用時保留外包裝或說明書以便了解產品相關資訊。此外，以化粧品管理的一般牙膏如有添加含氟化合物，其氟總量不得超過 0.15% (1,500 ppm) ，且不具有醫療效能，不可治療牙周病等病症；若有嚴重口腔問題，應就醫治療。

參考資料

• 蛀牙懶人包——認識齲齒的發生及正確潔牙方式
• 市面上的牙膏到底怎麼挑選？從牙齒保健觀點看牙膏
• 潔齒劑
• 成人口腔保健暨機構口腔照護輔導 (手冊、量表、檢核表及影片)

• 作者／照護線上編輯部
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• 文／國防醫學院牙醫學系黃耀慧臨床教授、高雄醫學大學口腔衛生學系何佩珊教授

一、識蛀牙

蛀牙的專業用語稱為齲齒。齲齒大部分看起來呈現黑色或深褐色，一開始的齲齒只在牙齒的表面，若沒有立即移除蛀蝕的齒質，進行齒質填補治療，細菌就會往牙齒深層侵犯。

一旦細菌穿過牙本質感染到牙髓腔（俗稱神經），變成牙髓炎或是牙髓壞死，此時就需要進行根管治療（俗稱抽神經），來解除疼痛和移除病灶。

二、牙齒的結構

一顆牙齒主要可分為牙冠和牙根兩大部份。在牙齦裡面的是牙根，而牙齦以上，一般肉眼可見的就是牙冠。牙冠是由牙釉質（又稱琺瑯質）、牙本質以及牙髓組成；牙根則是由牙骨質、牙本質以及牙髓組成；而牙齒表面可分為外側面、內側面、咬合面和鄰接面。

牙釉質（Enamel）：主要由鈣和磷酸鹽組成，是人體最堅硬的組織。牙釉質也是進食時直接接觸食物的部份，幫助咬碎食物以及保護牙本質。牙釉質破損是無法自行修復，因此出現蛀洞（又稱窩洞）後就不能再生，只能靠日常護理及定期的口腔檢查，才能預防或治療。

牙本質（Dentin）：一般是偏黃色，會影響到牙齒外觀的顏色。牙本質內有許多微細管道連接著牙髓，因為有這些微細管道，外界的冷、熱、觸覺變化時，會出現疼痛或酸痛的感覺。

牙髓（Dental pulp）：是牙齒的中腔部份，屬於軟組織，裡面滿佈血管和神經組織。牙髓可形成新的牙本質和維持牙齒生命，因裡面有痛覺神經，讓牙齒能感覺到物理、化學和細菌的刺激，過度的外來刺激會令牙髓發炎或壞死。

牙骨質（Cementum）：位於牙根部的最外層，質地比牙本質稍軟，經由牙周韌帶使牙齒與牙床骨連結，因此被歸類為牙周組織的一部份。牙骨質無神經血管分佈，常常因為牙齦退縮而暴露口腔中。

三、為什麼會蛀牙？

當我們吃甜食、喝含糖飲料或吃醣類食物，如米飯、麵食、馬鈴薯、蕃薯等五穀根莖類；少量來自奶類的乳糖，水果及蔬菜中的果糖及其他醣類時，口腔細菌會分解其中的糖分而產生酸，這些酸會侵襲牙齒表面，造成礦物質（特別是鈣與磷酸鹽）流失，經過長時期的脫鈣過程，在牙齒會出現蛀洞，形成蛀牙。因此，影響蛀牙的四大因素包括：

1. 牙齒：特別是牙齒的結構、排列。
2. 細菌：口腔中有好菌也有壞菌，容易形成蛀牙的細菌稱為「致齲菌」。致齲菌與正常菌種的比率、分佈會影響蛀牙形成。
3. 食物：不是所有的食物都容易造成蛀牙，只有「可發酵性碳水化合物」才是致齲菌可以利用來產生酸性物質的食物。這些食物不只包括甜食、含糖飲料，還包括吐司、白米等。
4. 時間：需要有足夠的時間，讓牙齒與來自致齲菌的酸性物質作用。

四、蛀牙的進程

放任齲齒不治療，最後的結果可能會造成殘留齒根或缺牙哦！

當我們吃甜食或喝含糖飲料時，口腔細菌會分解其中的糖分而產生酸。這些酸會造成牙釉質的礦物質（特別是鈣與磷酸鹽）流失，也就是「去礦物化」（簡稱「去礦化」），此階段的變化是不會有任何臨床症狀的。去礦化的初期可藉由氟化物的使用，加速口腔內再礦化的效率，使已經發生去礦化的牙釉質恢復原狀。

當去礦化現象持續發展，牙齒的礦物質流失嚴重時，就會使蛀洞（或稱「窩洞」）從牙釉質延伸到牙本質，此時只需要將窩洞填補即可。到了這個階段如果沒有適時處置、放任蛀牙繼續往深部發展時，細菌或毒素會侵蝕牙齒神經組織（或稱牙髓），造成牙齒神經感染、發炎，甚至壞死，此時則需要進行根管治療。

若持續放任蛀牙發展，除了使牙齒內部神經受損外，連牙齒的牙冠結構也逐漸崩壞、瓦解，最後只剩下牙齦底下的牙根結構，即所謂的「殘留齒根」，此時則需要拔牙或製作假牙。

當牙齒神經組織壞死、產生膿腫，或是蛀蝕到只剩下「殘留齒根」時，出現在這些部位的細菌毒素可能會擴展到牙齒根部外的周邊組織，形成「蜂窩性組織炎」，更甚者會順著血液的流動而擴及全身，此時就必須藥物治療或住院了。

五、有效預防蛀牙的方法

（一）減少含糖飲食

當我們吃甜食、喝含糖飲料或吃醣類食物，如米飯、麵食、馬鈴薯、蕃薯等五穀雜糧類；少量來自奶類的乳糖，水果及蔬菜中的果糖及其他醣類時，容易被細菌利用產生酸性物質，因此減少含糖飲食的攝取量及頻率，可以有效降低蛀牙。儘量以開水取代飲料，甜食儘量在三餐飯後吃，吃完了就去刷牙。

（二）確實做好潔牙

每天都要以 1,000ppm 以上的含氟牙膏刷牙，至少 2 次，尤其是睡前的那次最重要。另外，每天至少要以牙線清潔牙齒鄰接面 1 次。

（三）使用氟化物

適當使用氟化物，像是使用含氟牙膏、含氟漱口水、氟碘鹽或是塗氟，可提升牙齒再礦化能力。經過再礦化的牙齒可以提升對酸性物質侵蝕的抵抗力，還可以加速修復因酸性物質產生的去礦化現象，同時氟化物還具有干擾致齲菌新陳代謝與產酸能力的作用。

（四）定期口腔檢查

即使沒有牙痛或不舒服症狀，也要定期檢查，因為初期的蛀牙是不會有疼痛感，通常自己無法察覺，而且越初期的蛀牙，治療的方式越不具侵入性，造成痛苦的經驗越低。

六、正確刷牙方式

建議成人以貝式刷牙法（Bass method）或改良式貝氏刷牙法來進行潔牙，一方面可達到適度按摩牙齦，同時確實清潔牙齦溝，達到預防牙周疾病的效果。潔牙頻率：一天至少二次，睡前一次是必須的，另一次可依個人狀況安排。

• 貝式刷牙法的重點

1. 刷毛朝牙根尖並涵蓋一點牙齦
2. 刷毛與牙齒表面呈 45 度角
3. 刷牙時兩顆兩顆來回震動約十次
4. 刷咬合面時，不需要求刷毛角度，前後來回刷動數次即可
5. 刷前牙內側時，可將牙刷刷頭擺直一顆一顆刷

七、正確使用牙線

牙齒的鄰接面主要靠牙線清潔，使用牙線的方法有兩種：分別是手指捲線操作法（Spool method）與環形操作法（Loop method）。

（一）手指捲線操作法

取牙線長約 45 公分（約大拇指到手肘處長度），牙線二端分別纏繞在雙手的中指上，前牙清潔操作利用大拇指和食指，而後牙則是利用雙手的食指來操作。

二手手指以前後（前牙） 或左右（後牙）拉動，使繃緊的牙線切入越過牙間接觸點後，將牙線輕靠一側牙面從牙龈最低處向咬合面，上下滑動最少 5 次來回，以清除牙面上的牙菌斑。結束後再清潔另一側的牙面。

（二）環形操作法

將牙線前後二端對疊打結三次，連成一大牙線圈。再以上述方法來清潔牙齒。清潔過程中可以變換使用牙線圈不同的位置，以避免重覆使用不潔線段。以環形操作法較簡單，且可改善手指捲線時，雙手中指被牙線緊纏不舒服的感覺。

八、其他潔牙輔助工具

（一）牙線棒

大專學生原則上建議以牙線清潔牙齒的鄰接面，當無法使用牙線時，可以牙線棒替代，但是牙線棒上有食物殘渣或牙菌斑時，就要更換，不可一支用到底，否則容易把細菌帶到另一個牙齒鄰接面。如果牙線棒使用不當時，容易造成施力過大而傷害牙齦。

（二）牙間刷

當較大的牙縫、牙齦嚴重萎縮或是在牙齒矯治期間牙齒表面有矯正器時，才須使用牙間刷進行清潔，原則上還是建議以牙線清潔為主。

（三）牙線穿引器

牙線穿引器是一種牙線的輔助工具，由稍硬一點的尼龍材質製造的水滴狀穿引器，可以將牙線穿引到牙橋的下方和臼齒牙根的分叉處。在製作固定牙橋假牙和牙周病治療後使用。

• 指導單位：教育部
• 執行單位：國立臺灣師範大學、照護線上
• 諮詢專家：國防醫學院牙醫學系黃耀慧臨床教授、高雄醫學大學口腔衛生學系何佩珊教授
• 諮詢單位：衛生福利部、社團法人中華民國牙醫師公會全國聯合會、台灣口腔衛生科學學會

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來談談我們的敵人——蛀牙。

蛀牙的化學物語

導致蛀牙的主要原因有兩個。前面提過的蛀牙菌是其中一個因素，而蛀牙菌具體的名稱為「轉糖鏈球菌」，據說這種細菌常在孩童約三歲以前經由大人傳染，原因包括使用父母用過的筷子和湯匙，或輪流喝飲料等；另一個因素就是食物中所含的糖分，主要成分為「蔗糖」。

這兩個因素結合在一起時，就會發生以下情況：首先，轉糖鏈球菌利用蔗糖製造一種稱為「葡聚糖」的分子。葡聚糖的化學式為（C₆H₁₀O₅）n，後面會再詳細說明。葡聚糖附著在牙齒表面，會成為轉糖鏈球菌的棲息地。此外，口腔中的其他細菌（根據統計，口腔中的細菌有 600 多種）也會混入其中。

這些附著在牙齒上的組合物稱為「牙菌斑」，有時也被稱為「齒垢」或「生物膜」（biofilm，又稱菌膜）。你可能在牙膏等的廣告中有聽過這些名詞。

之後，獲得棲息地的轉糖鏈球菌會產生大量的「酸」，引發去礦質作用，最終導致蛀牙。這個過程如下列所示。

轉糖鏈球菌生活在溫暖的葡聚糖裡，並分解出乳酸；事實上它們也會分解出醋酸，及一種稱為甲酸（HCOOH）的酸，但乳酸所佔的比例較高。這些酸會引發強烈的去礦質作用，溶解牙齒並造成蛀牙。

在這種情況發生前，必須好好刷牙，以澈底清除黏附在牙齒上的牙菌斑（葡聚糖＋細菌）！即使是漱口，具黏性的牙菌斑也不易脫落，最有效的方法還是好好刷牙。而牙膏中含有研磨劑（可幫助去除汙垢的顆粒），能有效去除黏黏的牙菌斑。

不易蛀牙的甜食

上個單元我們說明了糖是如何引起蛀牙的。事實上也有一些分子的味道就和糖一樣甜，但卻不太容易引起蛀牙，其中最有名的分子之一就是「木糖醇」，你可能有聽過加了木糖醇的口香糖吧！這個分子的化學式為 C₅H₁₂O₅，詳細的結構如下圖。

為什麼木糖醇味道甜甜的，卻不容易引起蛀牙呢？在回答這個問題前，我們先回想一下為什麼蔗糖（糖）會導致蛀牙。蔗糖是轉糖鏈球菌用來製造葡聚糖的材料，而反應過程中產生的果糖，會被轉糖鏈球菌做為養分來源，並分解出乳酸分子。

那木糖醇呢？首先木糖醇不像蔗糖是製造葡聚糖的材料，另外轉糖鏈球菌不會把木糖醇當成養分來源，所以也不會分解出乳酸。因此它們的味道雖然很甜，但卻不容易引起蛀牙。

這裡出現了一個問題。木糖醇和蔗糖的結構看來截然不同，但為什麼味道也是甜甜的呢？若像下圖一樣，稍微改變一下木糖醇的畫法，就會發現它的結構與構成蔗糖的葡萄糖和果糖很像，具有許多羥基這點也非常相似。

——本文摘自《生活中的東西都可以寫成化學式》，2021 年 11 月，快樂文化。

幾乎所有人都曾被蛀牙的痛苦所折磨，蛀牙也被 WHO 認證為最常見的病痛之一。這是因為包裹牙齒外層的琺瑯質雖然十分堅硬，卻無法由人體再生，因此當它被酸侵蝕，便會形成不可回復的蛀牙。

儘管如此重要，過去我們對於琺瑯質的了解卻十分有限。當蛀牙發生時，我們做的也只有被動地填補被侵蝕的部分。

琺瑯質的組成其實比想像中複雜。琺瑯質的主要成分是羥磷灰石（Ca₅(PO₄)₃(OH)），佔有96%的比例。羥磷灰石可以簡單地在實驗室中合成，不過剩下的 4% 包含鎂、碳、鈉、氟等微量元素，各元素在琺瑯質晶體中並非平均散落，形成獨特的濃度分布。

除此之外，琺瑯質是由晶粒這種較小的單位組成（圖 2 中的長米粒狀結構），而非統一的整齊晶格。從剖面圖的顏色深淺可以發現，晶粒之間與內部呈現不均勻的化學分布。

科學家過去曾經發現晶粒的中心顏色較深，也較容易受到腐蝕。不過一個晶粒的大小不過幾十奈米，要仔細探究其中的化學組成十分困難。

高科技建功！解開琺瑯質晶粒之謎

在最新一期的 Nature 期刊中，科學家利用電子穿隧顯微鏡與原子探針斷層掃描等高端科技，對琺瑯質晶粒的化學組成做出突破性的觀測。結果顯示微量元素濃度在晶粒之間較高，在晶粒外層較低（圖 3）。

另外，晶粒中心的元素分布大致上呈現一個三明治的結構。鎂元素濃度的兩個高峰較靠外側，其他微量元素則大約在中央達到最大值。

如此細微的化學成分變化似乎不是很重要，可是它對蛀牙的形成可是有重大的影響。由於不同元素的原子大小不一樣（圖 4），微量元素的加入會造成晶格本身受到拉伸或壓縮的應力。這些應力會改變局部化學鍵結的強度，進而影響該部分的可溶解性，較大的壓縮應力表示晶體更容易被溶解。

我們可以利用圖 4 想像：一個整齊方正的框架十分堅固；而一個邊長不均、歪歪斜斜的框架相較之下不堪一擊。這些脆弱的鍵結較容易被打破，也就是說，比較容易被溶解。根據上面這些線索，或許琺瑯質晶體的元素分布可以告訴我們蛀牙會從哪裡開始！

忘記刷牙？小心晶粒酸蝕找上門

琺瑯質晶體中的正離子大多是鈣，少部分由鎂或碳等其他元素取代。利用圖 3 的測量結果，科學家知道晶粒中間的微量元素含量較高。於是便建立了一個初步的模型，模擬微量元素分布對應到晶格應力的情形（圖 5）。

模擬結果呼應了先前提到的三明治結構，晶粒中心的雙層結構受到較高的拉伸應力（圖5a 紅色），圖 5c 顯示拉伸應力和鎂含量的高峰幾乎完美對應。相反的，外殼則主要是受到壓縮應力（圖5a 深藍色）。科學家推測，顯微鏡下晶粒中央的深色線條（圖 2e）便是來自於兩塊紅色區域之間的劇烈應力起伏。

當你忘記刷牙，琺瑯質晶粒暴露在酸性環境中，這時晶粒末端的中間部分會最先受到侵蝕，因為其受到最大的壓縮應力（圖 5b）。實際的蛀牙樣本也支持這個模擬結果（圖 5d），表示這個模型有其可信度。

在微觀尺度下，組成牙齒的琺瑯質有著精密的分層結構。這次的研究針對琺瑯質，奠定了原子尺度的成像與測量方法，有望推動牙齒的外部強化技術。除此之外，因為堅固的琺瑯質能在遺骸與化石中存活，相關的測定技術或許還能對過往生物的生存環境做出新的推斷。

研究原文

• DeRocher, K.A., Smeets, P.J.M., Goodge, B.H. et al.(2020) Chemical gradients in human enamel crystallites. Nature, 583, 66–71. https://doi.org/10.1038/s41586-020-2433-3

參考資料

• WHO Oral Health Fact Sheet
• 最新Nature發現蛀牙的奧秘：我們的目標是沒有蛀牙