含表面预反应玻璃离子（S-PRG）的预防性糊剂在致龋挑战下的抗菌斑效果：一项随机原位研究

《Clinical Oral Investigations》：Anti-plaque effect of a surface pre-reacted glass-ionomer-based prophylactic paste under cariogenic challenge: a randomized in situ study

　　

目的：在致龋挑战条件下，采用随机原位模型评估含表面预反应玻璃离子（Surface Pre-Reacted Glass-ionomer，S-PRG）填料的预防性糊剂的抗菌斑效果。材料与方法：本随机双盲研究纳入18名志愿者；参与者和结果评估者均对预防性制剂分配设盲。预防性制剂为基于S-PRG的Pro-Care Gel（Shofu Inc.；试验组）、Herjos（Vigodent；传统对照）以及浮石与水（阴性对照）。其他因素为致龋挑战（存在或不存在）和菌斑积累时间（24 h和7天）。在8天期间，志愿者佩戴含有釉质块的口内装置，釉质块分为2排（分口设计），其中一排施加致龋挑战（20%蔗糖，每日8次）。在基线和24小时评估后再次进行预防性处理。三个制剂阶段之间间隔7天洗脱期。菌斑积累通过菌斑覆盖面积（mm2）的定量数字图像分析和改良简化口腔卫生指数（OHI-S）评分进行评估。结果：三因素重复测量方差分析显示时间、致龋挑战和预防性制剂的主效应均显著（均p < 0.001）。时间×预防性制剂的交互作用显著（p = 0.022），表明不同制剂间存在不同的时间模式。所有组从24 h到7天菌斑积累均增加，而Pro-Care Gel在两次评估中均显示最低的菌斑覆盖面积；OHI-S分析显示相同的总体组别/时间模式。结论：在本短期原位研究的条件下，所测试的基于S-PRG的预防性糊剂（Pro-Care Gel）导致的染色菌斑积累低于所测试的传统糊剂（Herjos）和浮石/水。这些发现特定于所评估的产品和结局指标。临床相关性：S-PRG预防性糊剂表现出持续的抗菌斑效果，在7天评估期内相对于两种对照品显著减少牙菌斑积累。该策略对高龋风险患者可能特别有效，因为该材料的功效不受频繁蔗糖暴露的影响。

研究背景：当前牙菌斑管理策略主要依赖机械去除，然而对于高龋风险患者，该方法可能不够充分。因此，生物活性材料在当代牙科中日益受到重视，因其能够与口腔环境相互作用并在传统机械或化学方法之外贡献于牙菌斑控制。生物活性涵盖复杂的生物化学和生理相互作用，包括控制释放生物活性离子，这些离子可影响矿物质平衡、唾液相互作用和细菌行为。据此，预防性材料可能受益于整合超越再矿化的持续生物活性效应，主动调节表面-细菌相互作用和菌斑形成。在现有生物活性技术中，预反应玻璃离子（Pre-Reacted Glass ionomer，PRG）技术已成为一种有前景的方法。PRG技术以Giomer为商品名销售，来源于同名填料。这些填料呈现独特的多层结构，外层为二氧化硅修饰的表面层，中间为离子交换层，中心为多功能氟-硼-铝-硅酸盐玻璃核心。该结构在水性环境中暴露时能够实现持续离子交换。表面预反应玻璃离子（S-PRG）填料释放氟离子（F?）以及锶离子（Sr2?）、硼酸根离子（BO?3?）、钠离子（Na?）、硅酸根离子（SiO?2?）和铝离子（Al3?），其浓度通常高于传统牙科材料中所观察到的水平。这些离子与多种有益效应相关，包括酸缓冲、增强矿物质抵抗力和调节细菌粘附，提示其在控制牙菌斑积累中的潜在作用。以往的体外研究报告了含S-PRG颗粒表面上的细菌粘附和菌斑积累减少，最初主要表明对单一菌种模型（如变形链球菌Streptococcus mutans）的抑制效应。然而，这些简化的实验室模型无法模拟天然牙科生物膜的微生物学和结构复杂性。为解决这一局限性，近期更稳健的研究使用微生态生物膜模型评估了S-PRG的抗菌功效，该模型更好地代表了口腔的生态多样性。虽然微生态研究提供了有价值的见解，但它们仍属于体外方法，不能完全复制口腔环境的动态条件，如获得性薄膜形成和持续唾液流。因此，通过原位模型向体内条件更进一步对于全面理解基于S-PRG的材料对菌斑形成的临床效果至关重要。虽然含S-PRG填料的预防性糊剂已证明可改善釉质表面硬度和光滑度，但尚未有原位研究评估该基于S-PRG的糊剂在模拟高龋风险患者的模型中控制牙菌斑积累的能力。因此，本随机原位研究的目的是评估含PRG技术的预防性糊剂在致龋挑战下对人釉质标本的抗菌斑效果。零假设为：在致龋挑战下，基于S-PRG的糊剂与浮石/水或传统预防性糊剂之间的菌斑积累无显著差异。研究人员开展了什么研究：本研究为随机、双盲、交叉、分口设计的原位研究。研究纳入18名健康志愿者（年龄21-35岁），无活动性牙病、无牙龈炎症且无相关病史。使用从当地人类牙齿库获得的拔除人恒磨牙制备釉质标本（n = 75），最终标本尺寸为4×4×2 mm，经伽马射线灭菌（25 kGy）。通过口内扫描制作个性化可摘上颌丙烯酸口内装置，每个装置包含两排垂直腔隙以容纳四个釉质标本。采用分口设计进行致龋挑战（一侧标本接受20%蔗糖溶液每日8次处理），预防性制剂以交叉方式测试。每个实验阶段为8天，阶段间间隔7天洗脱期。在基线和24小时评估后进行预防性处理。菌斑积累通过定量数字图像分析（ImageJ软件测量菌斑覆盖面积，mm2）和改良简化口腔卫生指数（OHI-S）评分评估。使用三因素重复测量方差分析（ANOVA）进行统计分析，显著性水平设为5%，并计算偏eta平方以确定效应量。得出什么结论：三因素重复测量方差分析显示时间（p < 0.001；偏eta平方 = 0.78）、致龋挑战（p < 0.001；偏eta平方 = 0.83）和预防性制剂（p < 0.001；偏eta平方 = 0.78）的主效应均显著。时间×预防性制剂交互作用显著（p = 0.022；偏eta平方 = 0.23），表明不同干预间菌斑积累的进展随时间不同。在24 h时，基于S-PRG的糊剂显示的菌斑覆盖面积显著低于传统预防性糊剂和浮石组，后两者之间无差异。在7天时，所有组间均存在显著差异；基于S-PRG的糊剂保持最低值，传统糊剂显示中间值，浮石组显示最高菌斑覆盖面积。在每个预防性制剂组内，7天时的菌斑积累显著高于24 h时。预防性制剂×致龋挑战交互作用不显著（p = 0.450；偏eta平方 = 0.016）。时间×致龋挑战交互作用亦不显著（p = 0.909；偏eta平方 < 0.001），时间×预防性制剂×致龋挑战交互作用也不显著（p = 0.895；偏eta平方 = 0.002）。总体而言，蔗糖暴露标本显示更大的菌斑积累，与致龋挑战的显著主效应一致。OHI-S评分分析显示与定量发现一致的结果：时间（p < 0.001；偏eta平方 = 0.68）、致龋挑战（p < 0.001；偏eta平方 = 0.62）和预防性制剂（p < 0.001；偏eta平方 = 0.76）的主效应均显著。时间×预防性制剂交互作用对OHI-S评分也显著（p = 0.027；偏eta平方 = 0.16）。在24小时评估时，基于S-PRG的糊剂组评分显著低于传统预防性糊剂和浮石组。在7天评估时，各组表现不同：基于S-PRG的糊剂保持最低评分，其次为传统预防性糊剂，浮石组达到最高评分。对于所有评估的预防性制剂，7天时的OHI-S评分显著高于24 h时。有什么重要意义：本研究首次通过原位研究评估Pro-Care Gel（本研究中测试的基于S-PRG的糊剂）预防性处理后菌斑积累情况。零假设被拒绝，因为Pro-Care Gel在因子分析中显示的OHI-S评分和定量菌斑覆盖率低于所测试的传统糊剂（Herjos）和浮石/水。这些发现提供了产品特异性原位证据，与以往描述含S-PRG材料相关生物膜形成减少或细菌行为改变的实验室报告一致。研究结果表明S-PRG预防性糊剂表现出持续的抗菌斑效果，在7天评估期内相对于两种对照品显著减少牙菌斑积累，该策略对高龋风险患者可能特别有效，因为该材料的功效不受频繁蔗糖暴露的影响。关键技术方法：本研究采用随机双盲交叉分口原位设计，纳入18名健康志愿者。使用人恒磨牙制备釉质标本（n = 75），安装于3D打印个性化可摘上颌丙烯酸口内装置中。采用分口设计施加致龋挑战（20%蔗糖溶液每日8次），预防性制剂以交叉方式测试，三个实验阶段各8天，间隔7天洗脱期。菌斑评估采用定量数字图像分析（ImageJ软件测量菌斑覆盖面积）和改良OHI-S评分两种方法。统计分析使用三因素重复测量方差分析（ANOVA）及Tukey事后检验，并计算偏eta平方评估效应量。样本来源为当地人类牙齿库提供的拔除人恒磨牙，志愿者从研究生牙科诊所筛选招募。研究结果：一、定量结果：通过数字图像分析定量评估菌斑覆盖面积，三因素重复测量方差分析揭示时间（p < 0.001；偏eta平方 = 0.78）、致龋挑战（p < 0.001；偏eta平方 = 0.83）和预防性制剂（p < 0.001；偏eta平方 = 0.78）的主效应均显著。时间×预防性制剂交互作用显著（p = 0.022；偏eta平方 = 0.23），表明不同干预间菌斑积累进展随时间不同。在24 h时，基于S-PRG的糊剂显示的菌斑覆盖面积显著低于传统预防性糊剂和浮石组，后两者之间无差异。在7天时，所有组间均存在显著差异；基于S-PRG的糊剂保持最低值，传统糊剂显示中间值，浮石组显示最高菌斑覆盖面积。在每个预防性制剂组内，7天时的菌斑积累显著高于24 h时。预防性制剂×致龋挑战交互作用不显著（p = 0.450），时间×致龋挑战交互作用不显著（p = 0.909），三因素交互作用亦不显著（p = 0.895）。总体而言，蔗糖暴露标本显示更大的菌斑积累，与致龋挑战的显著主效应一致。二、简化口腔卫生指数（OHI-S）评分：与定量发现一致，方差分析显示时间（p < 0.001；偏eta平方 = 0.68）、致龋挑战（p < 0.001；偏eta平方 = 0.62）和预防性制剂（p < 0.001；偏eta平方 = 0.76）的主效应均显著。时间×预防性制剂交互作用对OHI-S评分也显著（p = 0.027；偏eta平方 = 0.16）。在24小时评估时，基于S-PRG的糊剂组评分显著低于传统预防性糊剂和浮石组。在7天评估时，各组表现不同：基于S-PRG的糊剂保持最低评分，其次为传统预防性糊剂，浮石组达到最高评分。对于所有评估的预防性制剂，7天时的OHI-S评分显著高于24 h时。时间×致龋挑战交互作用不显著（p = 0.432），预防性制剂×致龋挑战交互作用不显著（p = 0.325），三因素交互作用亦不显著（p = 0.827）。总体而言，蔗糖暴露导致更高的OHI-S评分，与致龋挑战的显著主效应一致。讨论部分总结：据研究人员所知，这是首次评估Pro-Care Gel（本研究中测试的基于S-PRG的糊剂）预防性处理后菌斑积累的原位研究。零假设被拒绝，因为Pro-Care Gel在因子分析中显示的OHI-S评分和定量菌斑覆盖率低于所测试的传统糊剂（Herjos）和浮石/水。这些发现提供了产品特异性原位证据，与以往描述含S-PRG材料相关生物膜形成减少或细菌行为改变的实验室报告一致。然而，目前的结果不应推广至所有基于S-PRG的或传统预防性糊剂。Pro-Care Gel处理后观察到的较低菌斑覆盖率可能与先前报道的含S-PRG材料的物理化学性质有关，包括多离子释放。然而，本研究未测量离子释放、细菌活力、细菌组成、细胞外基质和细菌粘附；因此，这些机制仍为假设而非已证明的解释。先前体外研究报告了S-PRG洗脱液或含S-PRG材料对细菌代谢、生物膜形成和粘附的影响，而其他离子释放生物活性玻璃系统未显示抑制细菌粘附。据此，本研究的染色菌斑测量不应被解释为杀菌或抗粘附活性的直接证据。氟化物、锶、硼酸盐或其他释放离子对观察到的发现的潜在贡献需要直接机制确认。表面形貌是另一个可能影响菌斑滞留的因素，先前研究报道了使用含S-PRG预防性材料后釉质表面性质的变化。然而，本研究未测量基线或处理后表面粗糙度、表面能、接触角和表面化学。由于基于S-PRG的糊剂配制有非研磨性超细填料，假设其促进更光滑的表面形貌，天然较不利于菌斑发展。因此，对照组在7天后观察到的菌斑覆盖率增加（经时间×预防性制剂显著交互作用证实）可能假设性地部分归因于较粗糙的表面微形态促进了快速细菌再定植，不同于S-PRG组更光滑、化学保护的表面。时间×预防性制剂的显著交互作用表明三种测试条件下菌斑积累的时间模式不同，但并未确立导致该差异的生物学机制。预防性制剂的高偏eta平方值（0.78）表明生物活性技术（PRG）解释了菌斑减少中超过75%的方差，代表稳健的临床效应。此外，时间与预防性制剂之间的交互作用显示大效应量（0.23），统计学上证实S-PRG组在7天内相对于本研究中使用的两种对照品遵循独特的且显著较慢的菌斑再定植模式。实验模型纳入了重复20%蔗糖挑战，这是在原位生物膜研究中增加致龋压力的成熟方法。致龋挑战的显著主效应表明蔗糖暴露与整个实验中更大的染色菌斑积累相关，支持模型的反应性。挑战的分口设计和预防性制剂的交叉设计减少了个体间变异。此外，OHI-S和定量菌斑面积分析显示相同的总体组别和时间效应模式。这支持序数视觉评分与数字面积测量之间的一致性；然而，未进行两种方法间的正式相关性或一致性分析。因此，它们应被视为互补的结局测量而非可定量互换的评估。尽管发现令人鼓舞，但应承认一些局限性：（1）8天的实验阶段不允许评估长期累积效应或材料在延长期间内的"离子再充"能力；（2）由于本研究评估了特定市售预防性产品，发现应在所测试材料的背景下解释，不应外推至具有相似组成或指示的其他产品；（3）天然釉质表面被有意保留，因此标本间基线粗糙度异质性可能导致了变异性；（4）X形保护丝网在所有条件下相同使用以限制舌相关机械干扰，但可能局部影响了菌斑滞留条件；（5）如同其他原位研究，方案依赖于参与者对装置佩戴和蔗糖施用指示的依从性，可能引入依从性相关变异性。最后，未来研究应比较多种商业产品，纳入微生物学验证和表面/离子释放变化的直接表征，并将观察扩展至临床终点。研究结论翻译：在本随机双盲交叉原位研究的局限性内，所测试的基于S-PRG的预防性糊剂（Pro-Care Gel）在两次评估期间导致的染色菌斑覆盖面积和OHI-S评分均低于所测试的传统糊剂（Herjos）和浮石/水。所有测试制剂的菌斑积累从24 h到7天均增加，时间×预防性制剂的显著交互作用表明治疗间存在不同的时间模式。这些短期发现特定于所测试的产品和结局测量，并未确立微生物学机制、长期龋病预防或含S-PRG材料的类别wide功效。