牙本质龋多由釉质龋发展而来。牙本质内含有机物较多，约占重量的2%，主要为胶原。
在牙本质小管内有成牙本质细胞突起，牙本质龋是沿着牙本质小管进展的，故发展较快，同时伴有牙髓一牙本质复合体的防御性反应。
随着釉质龋向深层发展，到达釉牙本质界时，则沿此界向两侧扩展，并由此沿牙本质小管深入，早期使紧接釉质病损前沿的牙本质发生脱矿，形成底向外，顶向内并稍圆突的三角形病损区，呈淡黄色。在脱矿区深部受累的牙本质细胞突起受到刺激后发生脂肪变性，在脂肪性变的基础上，有矿物盐沉积，使小管发生矿化而闭塞。矿化后的牙本质小管与牙本质基质的折光指数一样，因此，磨片在显微镜下用透射光观察时呈透明状，故称透明牙本质。
当釉质龋发展至釉质崩解而形成龋洞时，洞内充满细菌，这些细菌很快侵入邻近已脱矿的牙本质小管内，每一小管内常为一种细菌。细菌侵人进一步使牙本质脱矿，同时细菌产生的蛋白溶解酶使基质中的有机物溶解，相连的扩张小管破坏、融合成坏死灶和裂隙。由于坏死灶继续扩大，以致最后组织崩解，使龋洞在牙本质内扩大。
牙本质龋损时，成牙本质细胞受到刺激后，除形成硬化牙本质外，并在相应的牙髓端沉积一层钙化物，封闭牙本质小管，以防御有害物侵入牙髓，以后，在此基础上形成修复牙本质。形成龋洞后的牙本质龋自病损深部向表面可分为四层：
1.透明层（硬化层）
本层在病损深部脂肪变性层的表面，由于变性的牙本质小管内有矿物盐沉着，管腔被封闭，其中折光率与周围基质相似，故在透射光显微镜下观察呈透明状。有时，在细菌侵入之前，部分区域牙本质小管内成牙本质细胞突起在细菌酶的作用下，细胞膜等有机成分发生脂肪变性，光镜下呈云雾状，曾称此区域为脂肪变性层。在脂肪变性的基础上，也可发生矿物盐晶体的沉着，形成透明层。
2.脱矿层
位于透明层的表面，是在细菌进人前，酸已扩散至该区引起脱矿，故其中并无细菌。由于脱矿，有色素沉着而呈淡黄色。
3.细菌侵入层
该层在脱矿层表面，细菌侵入小管并繁殖，有的小管被细菌所充满，小管扩张呈串珠状。最先侵入的可能是产酸细菌，随后进入的可能是产酸和蛋白溶解的混合菌。小管壁脱矿后，有机物基质被蛋白溶解酶分解，小管相互融合形成大小不等的坏死灶。有的坏死灶呈卵圆形与牙本质小管平行，坏死灶内充满坏死的基质残屑和细菌。此外，细菌并可沿牙本质小管侧支扩张，因而形成的坏死灶与牙本质小管呈垂直，也可由于脱矿后基质内的纤维收缩而成为与小管垂直的裂隙。
4.坏死崩解层
这是牙本质龋损的最表层，也是龋洞底部的表层，此层内牙本质完全破坏崩解，只是一些坏死崩解的残留组织和细菌等。
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