自从1965年经典的牙龈炎试验研究以来，牙菌斑的致病作用已经被认为是导致牙龈炎的关键（图4.1）。如今，菌斑被认为是一个很好的生物膜例子，菌斑生物膜在牙周病病因学中的作用同时存在3种不同但是互相联系的假说（图4.2）。
图4.1 人体牙龈炎实验的经典研究（a）流程和（b）设计。
图4.2 非特异性、特异性和生态学菌斑假说
菌斑生物膜
牙菌斑定义为作为生物膜存在于牙齿表面的一个多样性的微生物菌落，嵌入宿主细胞外基质聚合物中和微生物起源处。生物膜是基质嵌入微生物种群，彼此之间黏附于表面或接合点。细胞外聚合物形成一种功能性基质。
图4.3 菌斑生物膜顶层的微生物群落，表现出各种各样的微生物形态。Marsh教授提供图片
形式与特性
在形成菌落多样性高峰之前，生物膜的形成包含多个阶段（表4.1）。微生物的内稳态是很关键的，并且保护自身抵抗外部种族的定植。宿主的拮抗、所处部位、全身的或其他因素可能导致其衰败。
图4.4 Noran奥德赛共聚焦激光扫描显微镜扫描到菌斑生物膜的微生物图像：一个完整的应用利兹原位装置在体外培养1周的菌斑生物膜。这个图像显示出口腔菌斑生物膜的3层结构和多样性：粉色区域为细菌生物菌体；黑色区域为空隙、通道或空间。这个图像为一系列的x-y横断面的容积再现。比例=50μm。
表4.1 菌斑生物膜形成的阶段
菌斑作为生物膜具有以下几种特性：
·它是一种具有三维立体结构的复合生物体并有通道穿透其中（图4.4）。
·它的物理结构保护其免受干燥和吞噬作用的影响。
· 它对于抗生素的敏感度很低，例如中性酶，龈沟液中的β-内酰胺酶可以降低抗生素的活性。
· 新基因表达，新蛋白表达。生物膜的生长可直接影响基因的表达——很多生物体附着于一个表面或宿主受体，与其他生物体共黏附或黏附于宿主蛋白后会拥有完全不同的表型。环境的改变会间接影响基因表达（例如，pH、糖浓度），基因表达的改变还可降低生物膜对抗生素的敏感性。
· 细胞与细胞间的交流方式有很多种，例如：（1）水平基因转移；（2）小的扩散性肽；（3）群体效应，应用信号复合物调整基因表达；（4）靶向自诱导信号分子（AI-2）可以在混合种群中传达阳性菌和阴性菌之间的信息；（5）宿z主细胞与细菌间的交叉效应。
· 生理上的异质性：相同种族的微生物在生物膜上可以显示出不同的生理状态，即使彼此间非常相似。
· 空间和环境的异质性：细菌在菌斑中的新陈代谢导致pH、氧张力、氧化还原电位和营养的梯度变化，这是微生物生长的关键，并且这些不同的环境为具有不同新陈代谢的生物体提供充分的异质性并为同一部位的共生提供生长所需。
· 菌落生活模式和作用，为生长和协同作用提供了一个更广泛的场所。早期定植者改变局部环境并且有助于后来者的黏附与生长，有时多个需要复杂营养的微生物，将导致微生物的传承和增加多样性，从而使得新陈代谢更多样性以及高效率。临近的细胞可产生中性酶（β-内酰胺酶），这些中性酶可保护易感微生物免受抗生素或环境压力的影响。菌斑生物膜团体的这种特性要高于单个生物膜。
· 致病的协同作用：形成生物膜菌落有利于病原体传递破坏宿主组织能力，有利于协同加强单个龈下微生物的毒力。致病的潜能在很多点上都可能受到影响：微生物黏附，宿主营养的获得，增殖，战胜或侵入宿主的防御系统，侵入组织和最终导致组织破坏。
菌斑假说
非特异性菌斑假说
这个菌斑假说包含如下的观点，如果菌斑的发育未被干扰，它将生长迅速并且会改变其组成，从存在于龈上的需氧革兰阳性球菌和杆菌变为厌氧程度高的革兰阴性球菌和杆菌并延伸到龈下；其中还可发现丝状菌、梭形杆菌和螺旋体菌。微生物群落产生毒力因子导致组织炎症/破坏。口腔卫生宣教后有效的刷牙或通过药物的控制可去除菌斑，这将恢复龈上的原始菌群并且同样影响龈下菌群。
特异性菌斑假说
这个假说是围绕与特异性微生物菌群有关的牙周病，如坏死性溃疡性龈炎和局限型侵袭性牙周炎。在这种情况下，去除特异性菌群将治愈疾病，通常搭配使用全身性抗生素。
生态学菌斑假说
在过去已识别出的700多种不同口腔微生物中，生物体需增长到一定数量才能使宿主致病。根据这个假说，在牙龈炎中菌斑堆积将会对系统产生压力，使炎症进展，这将引起环境的改变，从而导致微生物群落的生态学改变，激化更多炎症。这个原理认为可通过自身选择靶向病原体和驱推外来侵入力预防疾病（图4.5），如果失败则牙龈炎将进展为牙周炎。
图4.5 菌斑生态学假说的示意图
关键点
·菌斑是一种生物膜并且是牙周病的致病关键
·生物膜的形成分阶段并具有各种各样的特性
· 存在3种不同但是互相相关的菌斑假说：非特异性菌斑假说、特异性菌斑假说、生态学菌斑假说
