柠檬酸锌在口腔护理用品中的应用研究进展

丁观军 程吉平 晏 明 张 凯

(1.杭州皎洁口腔保健用品有限公司；2.浙江大学医学院附属口腔医院综合门诊)

1 前言

锌，在化学元素周期表中位于第4周期、第ⅡB族，原子序数为30，是人体必需的微量元素之一，在人体生长发育、内分泌等重要的生理过程中都起着极其重要的作用。通常，一个人体大概含有2克的锌[1]，其中大约60%在肌肉组织中，约30%在骨组织中，大略5%在皮肤中，剩余的在其他器官组织。日常生活中的含锌化合物不仅补充人体的锌元素，还有预防和缓解疾病的作用。国内外都有使用含锌化合物治疗疾病的历史。古代中国，炉甘石是以碳酸锌为主的中药材。《本草纲目》记载炉甘石为“止血，消肿毒，生肌，明目，去翳退赤，收湿除烂，同龙脑点治目中一切诸病”[2]。古埃及也有以锌盐局部消炎杀菌的记载。

在口腔护理领域中，Hanke[3]在上世纪40年代首先发现含锌化合物具有抗牙菌斑的作用，能帮助防龋。随后，柠檬酸锌等化合物开始被加入牙膏中，帮助实现控制牙菌斑、缓解牙龈出血牙龈炎、抗牙结石等功能。按美国食品药品监督管理局对控制牙菌斑和缓解牙龈炎功效成分的分类，柠檬酸锌安全等级为Ⅰ，功效等级为Ⅲ[4]，是牙膏中一种安全有效的功效成分。本研究尝试总结和分析近年来柠檬酸锌在多个口腔功效方面的应用研究进展。

2 柠檬酸锌功效作用的研究和分析

2.1 抑制口腔细菌，控制牙菌斑

牙菌斑是一种细菌性生物膜，很难被水冲去或漱掉，是口腔内包裹基质表面、或粘附牙面、牙齿间或修复体表面的软而未矿化的细菌性群体[5, 6]。牙菌斑的生长，可分为三个阶段，即牙面获得性薄膜的形成、细菌的黏附和共聚、细菌大量繁殖产生拥有各种细菌微生物的复杂、成熟的 “社区”即牙菌斑。

活性物柠檬酸锌，主要是介入牙菌斑生长的第二、三阶段，通过抑制口腔细菌的生长，减少牙菌斑的形成。锌化合物抗菌机理较多，主要有锌离子溶出抗菌学说、接触抗菌学说和纳米抗菌学说等。柠檬酸锌主要是以锌离子溶出抗菌学说[7]为主，溶解的锌离子与细菌接触而产生抗菌作用。锌离子溶出抗菌可通过：①破坏细胞膜功能；②使细菌蛋白质或酶类变性；③进入细菌细胞内的锌离子也可能与核酸结合，破坏细胞的分裂繁殖能力，达到抑菌和杀菌的目的。一些体内和体外的实验[8]都表明，锌离子的抑菌作用可能是由于磷酸烯醇式丙酮酸磷酸转移酶系统(PTS)和醛缩酵解酶及甘油醛脱氢酶中硫醇基团的氧化所致，也可能是由于锌离子代替了激发酶活性所需的镁离子所致；也有人认为锌的抗菌作用可能是它与带负电荷的细菌蛋白质之问非特异性相互作用的结果。

基于锌离子溶出抗菌学说，许多文献研究发现实际使用含柠檬酸锌牙膏后，口腔锌浓度很快就能提高，甚至能保留较长时间。Sun等人[9]临床发现使用牙膏18小时后，含2%三水合柠檬酸锌(ZCT)牙膏能有效显著地提高牙菌斑内的锌浓度，比对照组(普通含氟牙膏组)高了8.3ppm。BradingMG[10]临床试验发现使用含2%柠檬酸锌和2%羟基磷灰石的牙膏(Anti-Age)10分钟后，测试者牙菌斑中锌离子平均浓度为253.3ppm，显著高于阳性对照，能有效帮助控制牙菌斑。

临床研究发现使用牙膏提高口腔锌浓度的同时，能有效地抑制口腔细菌产生，能减少牙菌斑指数，并且减轻色素沉积。Sreenivasan等人[11]临床试验发现使用1%柠檬酸锌牙膏后，实验组中牙菌斑、口腔粘膜、舌和唾液等的厌氧菌和链球菌指数比基准线下降24%～52%，比对照组效果更显著，同时羟基磷灰石片上原位生成的生物膜也能被显著地抑制。Hu D等人[12]临床试验也发现类似结果：用1%柠檬酸锌牙膏刷牙14天后，其牙菌斑、舌、颊黏膜和唾液部位的厌氧菌数分别减少38.56%、23.57%、26.24%和29.1%，与对照组变化存在显著差异，这表明使用柠檬酸锌牙膏能有效地减少口腔全部位的细菌。周某等人[13]通过临床试验还发现与空白对照相比，含2%柠檬酸锌牙膏能显著地抑制住人牙邻面菌斑的出现，且牙膏使用后立即或连续使用7天后，采用原子吸收光谱法测定锌元素在菌斑的浓度分别是80.11ppm和44.63ppm。由于柠檬酸锌在抑菌方面的显著作用，李娜等人更是[14]发现临床使用较低柠檬酸锌浓度溶液(0.75%)也可显著抑制牙齿外源性色素沉积在牙面。

另外，柠檬酸锌作为活性物可与其他抑菌剂如三氯生互配，共同作用，有效抑制牙菌斑。Hall等人[15]临床试验证实使用含2%柠檬酸酸锌和0.3%三氯生牙膏12小时后，牙菌斑中的锌和三氯生浓度分别是149.1μg和8.6μg；经过早晨使用和一天设定的饮食后，牙菌斑中的锌和三氯生浓度仍然保持在94.7μg和4.1μg，高于其背景浓度，显示其有助于帮助口腔抑菌和缓解口腔环境pH值下降等问题。

控制和减少牙菌斑必定是个长期艰巨的日常任务。究其原因口腔不可能成为一个无菌的环境，也不能把所有的细菌都消灭。所以，坚持控制牙菌斑和细菌总量，平衡口腔细菌，构建健康的口腔微生物生态群是人类群体口腔护理的现实需要。

2.2 缓解口气问题

口气问题是指从口腔中散发出的臭气，它严重影响人们的社会交往和心理健康，WHO已将口臭作为一种疾病来进行归类。口气问题比较复杂，一般是指口腔细菌分解食物残渣等，造成难闻气味的散发，通常多数的口气问题都来自牙周袋、蛀牙洞和舌背[16, 17]。缓解口气问题一般可由四方面来解决：①清洁舌面、清除牙渍[17]；②刺激或促进刺激唾液分泌[18]；③抑制口气病源菌；④减少或抑制难闻气体的散发。

使用柠檬酸锌牙膏，口腔锌离子浓度能在一段时间内维持在一定的范围，其祛味功效作用分两方面：一方面，锌离子能抑制口气病源菌的生长，减少难闻气体的产生；另一方面，通过锌离子与巯基的结合，一些难闻气体变成非挥发性产物，减少了难闻气体的散发。

多项临床研究也证实了含柠檬酸锌牙膏能抑制口腔致臭细菌和缓解口气问题。P.X.U.等人[19]临床试验和实验研究发现含2%柠檬酸锌牙膏能有效地抑制口腔细菌和致臭细菌，效果至少持续12小时；锌元素能被吸附到羟基磷灰石(牙齿主要无机材料)表面，抑制细菌和牙菌斑生长。陈敏珊等人[20]临床试验发现柠檬酸锌及PVM/MA共聚物的牙膏能有效降低口腔中的挥发性硫化物(VSCs)水平及唾液、舌苔中产生硫化氢气体的细菌数量。X L.I.等人[21]临床发现使用一周后，跟普通含氟牙膏相比，含2%柠檬酸锌牙膏能有效显著地降低12小时(白天或黑夜)后的口气。

在牙膏中，柠檬酸锌可与一些活性物如精氨酸[22]、西吡氯铵和甘草酸二钾[23,24]共同作用，在缓解口臭和改善牙龈问题方面，能拥有比普通牙膏更显著的功效作用。

2.3 抗牙结石

牙结石是一种形成于自然牙面或牙修复体上黏附的、钙化的或正在钙化的团块，通常是由牙菌斑钙化形成的，其无机质占70%～90%，主要有磷酸钙75.9%，碳酸钙3.1%及少量其他物质，有机质为蛋白质和类脂质等[25, 26]。

文献研究[27]表明除了提前抑制牙菌斑外，锌离子能有效地缓解或减少牙结石的形成，可作用在磷酸钙矿化过程中，具体过程分三方面：①参与或干涉通常存在于牙结石中磷酸钙晶体的形成；②促进水溶解性更好的磷酸钙盐形成，如磷酸三钙等；③吸附在已经生成的磷酸钙晶面上，限制其进一步生长。Barrea等人[28]采用EXAFS方法揭示在人体环境合成磷酸钙过程中，锌离子有效参与，能与磷酸钙中的钙离子进行置换。Legeros等人[27]发现锌离子低浓度时可抑制二水合磷酸二钙、磷酸三钙等晶体的生长，高浓度时可帮助形成非晶态磷酸钙和锌取代的磷酸三钙。Bigi等人[29]通过XRD和IR方法研究发现锌离子能帮助抑制形成羟基磷灰石，同时参与磷酸钙的合成，帮助形成水溶性更好的白磷钙石(β磷酸三钙)。

多项临床试验也证实柠檬酸锌牙膏能有效地抑制牙结石。Stephen等人[30]三年临床实验发现含0.5%三水合柠檬酸锌牙膏与对照相比能显著地抑制口腔牙结石。Gilbert等人[31]发现含0.5%三水合柠檬酸锌牙膏能有效传递到牙面和牙菌斑上，能帮助抑制牙菌斑。Segreto等人[32]三个月临床试验得出含0.5%三水合柠檬酸锌牙膏能有效地抑制牙菌斑，期间没出现副作用。

在与其他活性物互配方面，柠檬酸锌也有不错的表现。叶馨俊等人[33]临床研究报道含0.3%柠檬酸锌和0.75%抑菌纯(三氯生)牙膏不仅能改善牙龈出血指数，减少菌斑指数，缓解牙龈炎，还能减少牙结石指数。

2.4 缓解牙龈问题

牙龈问题中，菌斑性牙龈炎中最常见的疾病，起因于牙菌斑，主要位于游离龈和龈乳头，进一步发展，可侵犯硬组织，最终可成为牙周炎。龈牙结合部堆积的牙菌斑及其中的有害物质长期作用于牙龈，引起炎症，加上牙石等其他因素，加重菌斑堆积及牙龈的炎症[25]。牙菌斑中主要致病菌为变形链球菌、黏放线菌、具核梭杆菌和中间普氏菌等。

柠檬酸锌在缓解牙龈问题方面的作用，主要体现在两个方面：①抑制牙菌斑，抑制牙结石的发展，尤其是龈下牙结石对牙龈组织的侵犯；②抑制牙龈炎致病菌(牙龈卟啉单胞菌、具核梭杆菌和中间普雷沃菌[34]等)生长，减少有毒物质的产生，缓解牙龈牙周问题。

多项临床试验已经证实柠檬酸锌牙膏能控制牙菌斑、抑制牙结石和缓解牙龈问题。Schafer等人[35]临床试验发现含使用18小时后，2%柠檬酸锌牙膏能比对照牙膏更显著地减少牙菌斑指数；使用3个月后，与阳性对照0.3%三氯生牙膏类似，能有效地抑制牙菌斑，更能比其显著地改善牙龈指数。Negovetic Vranic等人[36]临床试验发现与对照组相比，采用含5%硝酸钾和0.5%柠檬酸锌牙膏能显著地减小牙菌斑指数和缓解牙龈出血。牙菌斑的逐步累积，能导致牙龈出血和牙龈炎问题。Sidharth Shankar等人[37]临床发现与含硝酸钾和三氯生牙膏相比，使用含5%硝酸钾、0.3%三氯生和2%柠檬酸锌牙膏1周能显著地减低牙菌斑指数和牙龈指数，改善口腔健康状况。Kim等人[38]采用临床试验发现睡前使用含0.5%三水合柠檬酸锌、0.05%氯化十六烷吡啶(西吡氯铵)和0.01%甘草酸二钾牙膏2周或4周后，除了牙石指数(CL)，所有指数包含龈乳头、龈缘、附着龈指数(PMA)，牙龈指数(按Loe和Silnes方法，LGI)、牙龈指数(按Talbott, Mandel和 Chilton方法，TGI)、病人口腔卫生实施指数(PHP)和菌斑指数(PI)，都显著地改善，优于对照组，表明其在减轻牙龈牙周问题方面有着巨大的作用。

2.5 对龋齿问题的作用

在防龋方面，含氟牙膏是现有公认的黄金选择。柠檬酸锌既能抑菌产酸，又能减少羟基磷灰石(牙釉质主要无机材料)的溶解度，似乎是一个潜在的防龋活性物。但在含氟牙膏的基础上，一些体外和临床试验没发现柠檬酸锌对牙齿脱矿和再矿化存在公认的一致的积极结果。在一些体外试验[39]、龋病动物试验[40]和临床试验[41]中, 添加柠檬酸锌和氟的牙膏没有一致性地显示出更佳的防龋能力。这缘由可能是锌离子存在双面作用，某种程度上既可帮助抑制牙齿的脱矿，又减弱了牙齿的再矿化[42]。一方面，柠檬酸锌可通过抑菌改变口腔酸环境或参与牙齿磷酸钙作用，帮助减少或抑制牙齿脱矿。Delfanti等人[43]临床试验发现口腔牙菌斑中锌的浓度基线是19.0 ppm，但使用2%三水合柠檬酸锌牙膏12后，牙菌斑中锌浓度变成183.7 ppm，前后两者存在统计学意义的差异；采用先刷牙、后吃碳水化合物和检测乳酸的方法，发现与阴性对照组相比，2%三水合柠檬酸锌牙膏能显著地减小牙菌斑中乳酸的浓度。Mohammed等人[44]采用体外实时试验验证了少量锌离子即可帮助抑制牙齿的脱矿，并且锌离子浓度与脱矿程度的对数线性关系说明牙釉质表面磷酸根位点的饱和度限制了其溶解和脱矿。另一方面，柠檬酸锌也参与氟对牙釉质再矿化的进程，影响氟的功效[45]。在未来，进一步研究如何增强含锌牙膏在氟防龋过程中的积极作用，仍然有积极意义。

3 总结

几十年来，体外实验和临床试验文献都证实在口腔护理产品中柠檬酸锌能有效地抑制口腔致病菌、控制牙菌斑、缓解口气问题、抗牙结石、缓解牙龈问题等功效作用，更能与其他多种抑菌成分(三氯生、西吡氯铵等)共同作用，取得类似的功效作用。在防龋方面，柠檬酸锌对含氟牙膏防龋功效(再矿化和抑制脱矿方面)的作用没有出现行业一致公认的积极效果。这归因于柠檬酸锌材料的两个因素：①柠檬酸锌本身的抑菌消炎作用；②柠檬酸锌与牙齿硬组织之间的生物物理化学作用。文献调研发现在牙膏配方中，柠檬酸锌的含量一般在0.5%～2%之间，才能在抑制口腔致病菌、控制牙菌斑、缓解口气问题、抗牙结石、缓解牙龈问题等功效方面有积极作用。