牙石是礦化了的菌斑和其他沉積物，其中的無機成分占70%-80%,主要有:鈣、磷，少量的鎂、鈉、碳酸鹽和微量元素；有機成分為蛋白質、碳水化合物以及極少量的脂肪。牙石中的無機鹽大部分是以結晶形式存在，主要為羥磷灰石、白磷酸鈣、磷酸氫鈣等。顯微鏡下可以看到牙石呈層板狀結構,各層的礦化程度不同。其中有各種形狀的結晶體和礦化了的菌斑，表面是一層未礦化的菌斑、脫落的上皮細胞、食物碎屑等。
對於牙石礦化的機制目前尚未明了。形成牙石礦化主要有兩個條件:一是必須存在礦化的核心，二是礦物質的沉澱。細菌和細胞是主要的核心物質，唾液中的鈣、磷在核心的基礎上發生沉積。具體的過程可能為:唾液中的鈣、磷等呈過飽和狀態，當唾液分泌人口腔後,內含的二氧化碳因張力降低而逸出，唾液堿性升高，鈣磷沉積。細菌代謝和蛋白質分解所產生的氨使唾液偏堿性，鈣、磷等發生沉積。還有一種可能為：菌斑和細胞釋放的一種物質可以水解唾液中的有機磷，使唾液中的磷離子增加。細菌和細胞中的酯酶還可分解脂肪，形成脂肪酸，促進牙石礦化。
牙石形成的速度因人而異，受唾液量、唾液成分、飲食習慣和口腔衛生習慣以及牙面粗糙度、牙齒排列關系、修複體等的影響。一般情況下,口腔衛生越好，牙石形成的速度就越慢;牙面粗糙、牙齒排列不齊，則容易形成牙石;經常咀嚼粗糙食物有助於阻止牙石的沉積;而經常吃軟性、粘膩的食物，則牙石沉積加快。對於容易形成牙石的人來說，潔牙後48小時，就會有新的牙石形成。男性較女性容易沉積牙石,可能與男性經常吸煙、喝茶有關。
牙石又分齦上牙石和齦下牙石，前者位於牙冠上，呈黃或白色，亦可因吸煙、喝茶或食物而染色;後者位於齦緣以下，呈褐或黑色，體積較小，與牙面的附著更為牢固。
牙石的危害不僅在於它本身對牙齦的機械性刺激作用,更主要的是它構成了細菌孳生的良好環境。牙石的多孔結構容易吸附細菌毒素，對牙齦造成刺激。大量牙石的存在妨礙了口腔衛生,促使形成更多的菌斑，菌斑鈣化後又形成更多的牙石。因此，在治療牙周病時,徹底清除牙石確實很重要。
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