Zahn-Mund-Kiefer-Heilkunde

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3 Zahn-Mund-Kiefer-Heilkunde Lehrbuchreihe zur Aus- und Weiterbildung Bisher erschienen sind folgende Bände Georg Thieme Verlag Stuttgart New York

4 Kieferorthopädie Herausgegeben von Franz Günter Sander Norbert Schwenzer Michael Ehrenfeld Mit Beiträgen von M. Oliver Ahlers Hans-Peter Bantleon Adriano Crismani Jos Dibbets Robert Fuhrmann Holger A.Jakstat Constantin Landes Bernd Müller Ingrid Rudzki-Janson Robert Sader Christian Sander Franz Martin Sander Claudia Schleussner-Samuel Stefanie Steinhäuser-Andresen 2., neu erstellte und erweiterte Auflage 1324 Abbildungen 46 Tabellen Georg Thieme Verlag Stuttgart New York

5 IV Bibliographische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliographie; detaillierte bibliographische Daten sind im Internet über abrufbar. Die 1. Auflage hieß Band 5 Zahn-Mund-Kiefer-Heilkunde: Kieferorthopädie, Parodontologie und wurde von Norbert Schwenzer herausgegeben. Wichtiger Hinweis: Wie jede Wissenschaft ist die Medizin ständigen Entwicklungen unterworfen. Forschung und klinische Erfahrung erweitern unsere Erkenntnisse, insbesondere was Behandlung und medikamentöse Therapie anbelangt. Soweit in diesem Werk eine Dosierung oder eine Applikation erwähnt wird, darf der Leser zwar darauf vertrauen, dass Autoren, Herausgeber und Verlag große Sorgfalt darauf verwandt haben, dass diese Angabe dem Wissensstand bei Fertigstellung des Werkes entspricht. FürAngaben überdosierungsanweisungen und Applikationsformen kann vom Verlag jedoch keine Gewähr übernommen werden. Jeder Benutzer ist angehalten,durch sorgfältige Prüfung der Beipackzettel der verwendeten Präparate und gegebenenfalls nach Konsultation eines Spezialisten festzustellen, ob die dort gegebene Empfehlung fürdosierungen oder die Beachtung vonkontraindikationen gegenüber der Angabe in diesem Buch abweicht. Eine solche Prüfung ist besonders wichtig bei selten verwendeten Präparaten oder solchen, die neu auf den Markt gebracht worden sind. Jede Dosierung oder Applikation erfolgt auf eigene Gefahr des Benutzers. Autoren und Verlag appellieren an jeden Benutzer, ihm etwa auffallende Ungenauigkeiten dem Verlag mitzuteilen. 1987, 2011 Georg Thieme Verlag KG Rüdigerstraße Stuttgart Deutschland Telefon: +49/(0)711/ Unsere Homepage: Printed ingermany Zeichnungen: Roland Geyer, Weilerswist; Adrian Cornford, Reinheim-Zeilhardt und Martin Hoffmann, Neu-Ulm Umschlaggestaltung: Thieme Verlagsgruppe Umschlaggrafik: Martina Berge, Erbach Satz: primustype Robert Hurler GmbH, Notzingen, gesetzt inultraxml Druck: Offizin Andersen Nexö Leipzig GmbH, Zwenkau Geschützte Warennamen (Warenzeichen) werden nicht besonders kenntlich gemacht. Aus dem Fehlen eines solchen Hinweises kann also nicht geschlossen werden, dass es sich um einen freien Warennamen handelt. Das Werk, einschließlich aller seiner Teile, ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlages unzulässig und strafbar. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. ISBN

6 V Vorwort Während des Studiums lernt derstudentdie Kieferorthopädie als eines von 4 Hauptfächern der Zahnheilkunde kennen. Inhalt dieses Fachs ist das Verhüten, Erkennen und Behandeln von Kiefer-Gesichts-Anomalien. Oftsind es die Habits bzw. die schädlichen Gewohnheiten, die jetzt oder später zu Abweichungen im dentoalveolärenoderimskelettalenbereich führen.nicht selten resultieren aus einer behinderten Nasenatmung bei den Patienten größere Probleme, die dann gemeinsam mit dem Hals-Nasen-Ohren-Arzt gelöst werden müssen. Bei der Behandlung der Patienten wird von dem Fachzahnarzt oder dem Zahnarzt ein weites Spektrum erwartet. Vor der eigentlichen Behandlung steht selbstverständlich eine fundierte Diagnose. Für diese Aufgabe gibt es unterschiedliche Hilfsmittel, die je nach Problematik despatienten eingesetzt werden müssen. Eine gründliche Diagnose bereitet die einzuschlagende Therapie vor. Eine einmal erhobene Diagnostik muss nicht für die gesamte Therapie Gültigkeit haben. Sie muss im Sinne der fortlaufenden Diagnose immer wieder hinterfragt werden und die Therapie beeinflussen. Das Behandlungsspektrum reicht vom jungen Kind bis zum Erwachsenen. Dies macht es notwendig, dass der Behandler über eine große Vielfalt an Behandlungstechniken verfügen muss. Eine kontinuierliche Fortbildung ist sicher ein Garant für den Patienten, eine richtige Behandlung erwarten zu können. Für den Arzt ist esoft schwierig herauszufinden, welche Neuentwicklungen wirklich nützlich und anwendbar sind. Das alltägliche Leben muss mit und nach der Kieferorthopädie möglich sein. Dies gilt besonders bei der Behandlung von Kindern, die möglichst wenig beeinträchtigt werden sollen und trotz der Behandlung eine gute Mundhygiene praktizieren müssen. Die Kenntnis über den Wirkbereich und die Beeinträchtigung entscheidet über die Compliance und den Erfolg. In der Multibandtechnik gilt es zu überprüfen, ob die neuen und teuren Behandlungsbehelfe wirklich einen Vorteil bieten oder nur die Kassen der Hersteller füllen. Andererseits hat die Entwicklung neuer Materialien wie die NiTi-Drähte eine Verbesserung inder Behandlung gebracht. Die richtige Auswahl und die Kenntnis über die Materialien ist die Voraussetzung für eine gute Behandlung. Implantate, obwohl noch längst nicht ausgereift, können die Behandlungsmaßnahmen ergänzen. Es ist sicherlich schwierig, in einem Buch alle Behandlungsmöglichkeiten zu diskutieren. In diesem Lehrbuch entstand daher eine Mischung aus erprobten Behandlungen, dienachvollziehbar sind und dasinteresse deslesers wecken. Die Darstellung der Behandlungsergebnisse ist drastisch reduziert. Das Literaturverzeichnis ist so weit gekürzt, dass der Leser ob Student, Zahnarzt oder Fachzahnarzt nicht überlastet wird. Dem Herausgeber als Physiker und Fachzahnarzt möge der Leser verzeihen, dass die Ergebnisse vieler wissenschaftlicher Untersuchungen und Nachtschlafuntersuchungen und das Interesse an Kräften, Momenten, FEM- Berechnungen sowie an der Biologie der Zahnbewegungen einen breiten Raum in allen Betrachtungen einnehmen. Dies dient dem Ziel, in dem Wort Zahnarzt den Teil Zahn klein und den Teil Arzt groß zu schreiben. Ich hoffe, auch im Sinne der anderen Autoren, in dem aufregenden Fach Kieferorthopädie nicht nur Wissen, sondern auch Neugierde geweckt zu haben. Ulm, im November 2010 Franz Günter Sander

7 VI Anschriften Herausgeber Prof. Dr. Franz Günter Sander Krummbögle Ulm Prof. Dr. Dr. Dr. Dr. h.c. Norbert Schwenzer Burgholzweg 85 / Tübingen Prof. Dr. Dr. Michael Ehrenfeld Klinikum Universität München-Innenstadt Klinik und Poliklinik für MKG-Chirurgie Lindwurmstr. 2a München Mitarbeiter Priv.-Doz. Dr. M. Oliver Ahlers CMD-Centrum Hamburg-Eppendorf Centrum für Innovative Medizin Falkenried 88, Haus C Hamburg O. Univ.-Prof. Dr. Hans-Peter Bantleon Sensengasse 2a 1090 Wien ÖSTERREICH Univ.-Prof. Dr. Adriano Crismani Medizinische Universität Innsbruck Universitätsklinik für Kieferorthopädie Anichstraße Innsbruck ÖSTERREICH Prof. Dr. Jos Dibbets Martinikerhof JH Groningen NIEDERLANDE Prof. Dr. Dr. Robert Fuhrmann Universitätsklinikum Halle (Saale) Universitätspoliklinik für Kieferorthopädie Große Steinstr Halle Prof. Dr. Holger A. Jakstat Universitätsklinikum Leipzig AöR Friedr.-Louis-Hesse-Zentrum für ZMK Heilkunde u. Orale Medizin Poliklinik für Zahnärztliche Prothetik und Werkstoffkunde Nürnberger Str Leipzig Priv.-Doz. Dr. Dr. Dr. Constantin Landes Klinikum der Johann Wolfgang Goethe-Universität Klinik für Mund-, Kiefer- und Plastische Gesichtschirurgie Theodor-Stern-Kai Frankfurt/Main Dr. Bernd Müller Poliklinik für Kieferorthopädie Georg-Voigt-Straße Marburg Prof. Dr. Ingrid Rudzki-Janson Klinik für ZMK-Krankheiten Poliklinik für Kieferorthopädie Goethestr München Prof. Dr. Dr. Dr. Robert Sader Klinikum der Johann Wolfgang Goethe-Universität Klinik für Mund-, Kiefer- und Plastische Gesichtschirurgie Theodor-Stern-Kai Frankfurt/Main Priv.-Doz. Dr. Christian Sander Zahnarzt für Kieferorthopädie Margit-Schramm-Str München Priv.-Doz. Dr. Franz Martin Sander Zahnarzt für Kieferorthopädie Vilbeler Landstr Frankfurt Dr. Claudia Schleussner-Samuel Klinikum der LMU München Poliklinik für Kieferorthopädie Goethestr München Dr. Stefanie Steinhäuser-Andresen Universitätsklinikum Erlangen Zahnklinik 3-Kieferorthopädie Glückstr Erlangen

8 Inhaltsverzeichnis VII Inhaltsverzeichnis 1 Postnatales Wachstum des Gesichtsschädels Jos Dibbets und Bernd Müller Definitionen... 2 Wachstumsregionen... 2 Periostund Endost... 3 Suturen Knorpelgewebe der Schädelbasis Sekundärer Knorpel der Kiefergelenke... 6 Desmodont... 7 Einfluss der Schädelbasis aufdie Entwicklung des Viszerokraniums... 7 Spheno-okzipitaleSynchondrosis... 7 Spheno-ethmoidaleSutur... 8 Vertikale Entwicklung des Mittelgesichts... 8 Vertikales und sagittales Maxillawachstum... 8 Vertikales Maxillawachstum Sagittales Maxillawachstum Mandibulawachstum Kieferorthopädische Diagnostik Franz Günter Sander Anamnese und ätiologische Beurteilung KlinischeUntersuchung Altersgerechte Entwicklung Morphologie Untersuchung der Mundhöhle Untersuchung des Kiefergelenks Untersuchung der Muskulatur Funktionsanalyse Untersuchung des interokklusalen Raumes Untersuchung des Kiefergelenks undder Unterkieferbewegungen Untersuchung auf orofaziale Dyskinesien mit Beurteilung von Schluckakt, Sprechen undatmung. 17 Abdrucknahme undmodellherstellung Abdrucknahme Modellanalyse Transversale Abweichungen Sagittale Abweichungen Vertikale Abweichungen Röntgendiagnostik Wachstumskurve Handwurzelaufnahme Fernröntgen Gesichtsanalyse Gesichtsfotos Befundbogen Prophylaxe und Zahnpflege in der Kieferorthopädie Franz Martin Sander Einleitung Manuelle Zahnbürsten Elektrische Zahnbürsten Zahnpasten Reinigungseffizienz Abrasion Inhaltsstoffe Reinigung herausnehmbarer Apparaturen Prophylaxe vor der festsitzenden Behandlung.. 52 Prophylaxetermine Allgemeinzahnärztliche Vorbereitung Prophylaxe am Bebänderungstermin und während der festsitzenden Behandlung Die Entbänderung/Debonding Ernährung Süßmittel... 51

9 VIII Inhaltsverzeichnis 4 Interzeptive Behandlung Franz Martin Sander Einleitung Habits Daumen- und Fingerlutschen Schnullerhabits Lippeneinrollen Autoaggressive Habits Der progene Formenkreis Dentoalveoläre progene Verzahnung Der skelettal progene Formenkreis Seitlicher Kreuzbiss Herausnehmbare Plattenapparaturen Transpalatinalbögen Gaumennahterweiterung Extreme Formen der Klasse II Der frontal offene Biss Zungendysfunktion Nasenatmungsprobleme (Mundatmung) Frontal offener Biss durch Trauma Überzählige Zähne Platzmangel Plattenapparaturen Franz Günter Sander und Christian Sander Aktive Platten und Sonderschrauben Herausnehmbare Behandlungsbehelfe Indikationen Kieferorthopädische Behandlungsmaßnahmen in Multibandtechnik Anhang Respondschienen Herstellung Einsatzbereiche Fallbeispiele Funktionskieferorthopädie Franz Günter Sander und Christian Sander Aktivator, Bionator und Derivate Aktivator Bionator Modifikationen Der Federaktivator (S-I-Apparatur nach Sander). 141 Einsatzbereiche Wirkungsweise Anwendungsbereiche Bestandteile Herstellung der S-I-Apparatur Vorschubdoppelplatte (S-II-Apparatur nach Sander) Entwicklung Einsatzbereiche der S-II-Apparatur Wirkungsweise Bestandteile ders-ii-apparatur Inklination der schiefen Ebene im Unterkiefer Kombination der S-II-Apparatur mit extraoralen Geräten Konstruktionsbiss Herstellung Kontrolle Rückschubdoppelplatte (S-III-Apparatur nach Sander) Einführung Indikationsstellung Wirkungsweise Elemente der S-III-Apparatur Herstellung der S-III-Apparatur Fallbeispiele undübersichten Aktivator/Bionator Federaktivator Vorschubdoppelplatte Dentale und skelettale Effekte von FKO-Geräten Dentoskelettale Effekte von S-II-Apparatur und Aktivator im Vergleich S-III-Apparatur Gaumennahterweiterung Christian Sander Historische Entwicklung Einsatzgebiete Anatomie Maxilla Sutura palatina mediana

10 Inhaltsverzeichnis IX Schrauben Veränderungen durch die Gaumennahterweiterung Auswirkungen auf die Zähne Auswirkungen auf die Mandibula Auswirkungen auf die Atmung Apparaturen Standardapparatur ModifikationimMilchgebissund im frühen Wechselgebiss Klinisches Vorgehen Vorbereitende Maßnahmen Befestigung anden Zähnen Aktivierung Chirurgisches Vorgehen Retention Laborschritte Komplikationen Extraorale Verankerung: der Headgear Franz Günter Sander und Christian Sander Geschichte des Headgears Einsatzbereiche Hauptindikationen Kontraindikation Biomechanik Kräfte Bewegung von Zähnen Bewegung eines Zahnes in Abhängigkeit vom Widerstandszentrum Rotation der Molarenunter veränderter Kraftrichtung Das Rollen der Molaren Bestandteile Auswahl der Züge Low-pull-Headgear Straight-pull-Headgear High-Pull-Headgear Headgear-Anwendung Skelettale Wirkung des Headgears Headgear-Modifikationen Herstellung eines asymmetrischen Headgears Fallbeispiele Multibandapparatur Franz Günter Sander, Franz Martin Sander und Christian Sander Einführungindie Multibandtechnik Einleitung Biomechanische und biologische Grundlagen der Zahnbewegung Edgewise-Technik (Idealbogen) Anwendungsbereich Eckzahneinordnung Teilbogentechnik mit elastischen Materialien Utility-Arch Straight-wire-Technik Wesentliche Merkmale der Straight-wire-Technik Behandlungsablauf Roth-Technik Behandlung der Klasse II/1 (Extraktion von 4Prämolaren) Nivellierung Gummizüge Klasse IIGummizüge Klasse III Elastics Up-and-down-Gummizüge Criss-Cross-Gummizüge Quadhelix Nanceappliance NiTi- und NiTi-Stahl-Materialien in der Multibandtechnik Begriffsbestimmung und Abgrenzung zu Stahlmaterialien Spezialapparaturen aus superelastischen Materialien NiTi-SE-Stahl-Kombinationen Der Positioner und Gnathologie Einleitung Positionerarten Einsatzbereiche Gnathologische Grundlagen Anhang

11 X Inhaltsverzeichnis 10 Biomechanik Christian Sander Einleitung Die Newton-Axiome Begriffserklärung Kraft Masse und Gewicht Moment Rechtssystem Mechanik starrerkörper Die sechsgeometrien nach Burstone Multiple Zähne Materialkunde Werkstoffkennwerte Gesetz von Hooke Friktion Metallverarbeitung Materialien Stahl Kobaltchromlegierungen TMA (Titan-Molybdän-Alloy) Nickeltitan Ästhetische, interdisziplinäre kieferorthopädische Behandlung Erwachsener Robert Fuhrmann Einleitung Behandlungsmotivation Psychische Ausgangssituation Anatomisch-biologische Ausgangssituation Ästhetische Diagnostik und Behandlungsplanung Erstattungsfähigkeit der Behandlungskosten Interdisziplinäre Behandlungssystematik Präorthodontische Therapie Orthodontische Therapie Postorthodontische Therapie Kieferorthopädische Therapiekonzepte bei Erwachsenen Orthodontisch-parodontale Rehabilitation Präimplantologische Kieferorthopädie Interzeptive Rehabilitation bei multiplen Aplasien. 335 Orthodontische Rehabilitation bei atrophiertem Alveolarkamm Orthodontische Rehabilitation nach Knochentransplantation Präprothetische Kieferorthopädie Pfeilerverteilung und Aufrichtung Komplexe Gebissdestruktion Forcierte Extrusion eines frakturierten Zahns Ästhetisch-funktionelle Frontzahnaufstellung Schlussfolgerung Implantate in der Kieferorthopädie Adriano Crismani und Hans-Peter Bantleon Die Verankerung inder Kieferorthopädie Definitionen Klassifikation Verankerungssituation Desmodontales Potenzial Mechanische Verankerungsmittel TemporäreskelettaleVerankerungselemente Definition Klinische Indikation Anforderungen an temporäre skelettale Verankerungselemente Osseointegration von dentalen und Gaumenimplantaten Definition der Osseointegration Physiologie der Osseointegration Einflussfaktoren auf die Osseointegration Implantatbelastung und -stabilität Weichgewebige Implantateinheilung Dentale Implantate Gaumenimplantate Resonanzfrequenzanalyse Direkte und indirekte Verankerung Verbindung zwischen Gaumenimplantat und Ankerzähnen Vom Gaumenimplantat zuminiplatten und Minischrauben InPlant (Nobel Biocare, Schweden) OnPlant (Nobel Biocare, Schweden) Skelettale Verankerung mit Miniplatten und Minischrauben Bollard Miniplatte (Tita-Link, Belgien) Minischrauben Schlussfolgerungen

12 Inhaltsverzeichnis XI 13 Kieferorthopädische Aspekte der orthognathen Chirurgie Ingrid Rudzki-Janson, Stefanie Steinhäuser-Andresen und Claudia Schleussner-Samuel Historischer und aktueller Stand Interdisziplinäres Koordinationskonzept Erster interdisziplinärerkontakt Zweiter interdisziplinärer Kontakt Dritter interdisziplinärer Kontakt Pathologie von Dysgnathien Interdisziplinäre Versorgung von Dysgnathien Zielsetzung Zeitpunkt Indikationsstellung Diagnostik von Dysgnathien Morphologische Diagnostik Funktionelle Diagnostik Ätiologieund Pathogenese Behandlungsindikation Prognose Dysgnathie-Sprechstunde Kephalometrische Operationsplanung Modelloperation Operative Profilplanung Durchführung der interdisziplinären Dysgnathiebehandlung Einleitende interdisziplinäre Behandlung Präoperative kieferorthopädische Maßnahmen Postchirurgische kieferorthopädische Maßnahmen Dysgnathie-Chirurgie Constantin Landes und Robert Sader Vorbemerkungen Geschichte Allgemeines Vorgehen Indikationsstellung Einteilung der Dysgnathien Beschreibung Einfluss der Skelettentwicklung Information undvorbereitung des Patienten Erstberatung Zahn- und Zahnfleischstatus Patienten-Compliance Problempatienten Zeitliche Planung und Behandlungsabfolge Operationsvorbereitung, Simulation und Planung Fotostatus Kephalometrie Allgemeine Operationsplanung Allgemeinmedizinische Patientenvorbereitung Grundsätze der chirurgisch-kieferorthopädischen Behandlung Präoperativ vorbereitendekieferorthopädie Präoperative Zahnbogenausformung Operationsplanung im Artikulator Operationsmethoden Grundlagen OsteotomienamUnterkiefer Andere Osteotomietechniken Osteotomien amoberkiefer Distraktionsosteogenese des Unterkiefers Distraktionsosteogenese des Oberkiefers Mittelgesichtsosteotomien Kortikotomien Profilkorrekturen Nachsorge und Risiken Rezidive Nervenschädigung Infektionen Schädigung von Zähnen Kiefergelenkserkrankungen Eingriffe amgelenk Mundöffnungsbehinderungen Ischämie Atypische Frakturen Velopharyngeale Insuffizienz Zusammenfassung

13 XII Inhaltsverzeichnis 15 Klinische und instrumentelle Funktionsdiagnostik vor und während kieferorthopädischer Behandlungen M. Oliver Ahlers und Holger A. Jakstat Einführung Kraniomandibuläre Dysfunktionen Entwicklungder Diagnosebegriffe Abgrenzung von CMDund orofazialemschmerz Relevanzfürdie Kieferorthopädie Befund- und Diagnoseschemata CMD-Screening Notwendigkeiteines CMD-Screenings Wissenschaftliche Grundlagen Durchführung Klinische Funktionsanalyse Spezielle Anamnese Klinischer Funktionsbefund Ergänzung durch Erfassung der Stressbelastung Ergänzung durch Ortho-Screening Ergänzung durch manuellestrukturanalyse Auswertung der klinischen Funktionsanalyse und der manuellen Strukturanalyse Konsequenzen aus der klinischen Funktionsanalyse InstrumentelleFunktionsanalyse Ziele der instrumentellenanalyseverfahren Simulation der Kaufunktion Registrierung der Oberkieferposition Registrierung der Unterkieferposition inruhe Registrierung der Unterkieferposition in Bewegung 468 Konsequenzen aus der instrumentellen Funktionsanalyse Einbindung in die kieferorthopädische Behandlung Sachverzeichnis

14 1 Postnatales Wachstum des Gesichtsschädels Jos Dibbets und Bernd Müller Definitionen 2 Wachstumsregionen 2 Periost und Endost 3 Suturen 5 Knorpelgewebe der Schädelbasis 6 Sekundärer Knorpel der Kiefergelenke 6 Desmodont 7 Einfluss der Schädelbasis auf die Entwicklung des Viszerokraniums 7 Spheno-okzipitale Synchondrosis 7 Spheno-ethmoidale Sutur 8 Vertikale Entwicklung des Mittelgesichts 8 Vertikales und sagittales Maxillawachstum 8 Vertikales Maxillawachstum 8 Sagittales Maxillawachstum 10 Mandibulawachstum 12

15 2 1 Postnatales Wachstum des Gesichtsschädels Für Diagnose und Therapie der verschiedenen kieferorthopädischen Probleme ist die Unterscheidung der Fehlentwicklungen in reine Fehlstellungen der Zähne bei normaler Stellung von Ober- und Unterkiefer zueinander und anormale Lagebeziehungen der skelettalen Basis von Maxilla und Mandibula zueinander von großer Bedeutung. Für diese Unterscheidung ist die Kenntnis der normalen Relationen der Kiefer zueinander und der normalen EntwicklungdesGesichtsschädelsunddesNeurokraniums notwendig. Die Entwicklung der einzelnen Knochen des Viszerokraniums, deren koordiniertes Wachstum das Erscheinungsbild des menschlichen Gesichts prägt, wird nachfolgend gemäß der von Enlow (1982, 1996) geprägten Terminologie beschrieben. Dazu werden in Abschnitt 1.1. zunächst die von Enlow für die Beschreibung der Entwicklung des Gesichtsschädels gewählten englischen Begriffe eingeführt und erklärt. Auf eine Übersetzung der Begriffe wird bewusst verzichtet, da dies zu Fehlinterpretationen führt. Definitionen Remodeling Remodeling ist der Umbau eines Knochens durch Anbau (Deposition) und Abbau (Resorption) von Knochensubstanz. Bei der Deposition wird neuer Knochen gebildet und in der Regel an einer Knochenoberfläche angebaut. Bei der Resorption wird bestehende Knochensubstanz abgebaut. Die beiden Prozesse werden auf zellulärer Ebene durch Osteoblasten (Deposition) bzw. Osteoklasten (Resorption) ermöglicht. Diese Prozesse finden an den äußeren und inneren Oberflächen der Knochen statt, d. h. in der Grenzregion zwischen Knochenoberfläche und Periost bzw. Endost. Das Remodeling bestimmt zu einem wesentlichen Teil das Größenwachstum, trägt aber auch zur Änderung der äußeren Knochenform während der Entwicklung bei. DadurchermöglichtesdieAdaptiondesKnochensanvon außerhalb des Knochens gestellte Anforderungen, d. h. die funktionelle Anpassung der Knochen. In der Regel tritt Remodeling nicht in allen Regionen des Knochens gleichzeitig auf, sondern ist meistens an bestimmten Stellen lokalisiert. Als Folge des lokalen Remodelings kann ein Knochenteilstück seine Lage gegenüber dem restlichen Teil des Knochens verändern. Dieser Vorgang wird von Enlow als Relocation bezeichnet. Relocation Die Veränderung der Lage einer Knochenkomponente in Relation zum Rest des Knochens durch Remodeling. Ein Beispiel für eine Relocation ist die Lageveränderung des Ramus in Relation zur gesamten Mandibula während der Wachstumsphase. Der Ramus wird durch Remodeling nach posterior verlagert, wobei die Distanz zwischen dem posterioren Ende des Unterkiefers und seinem Kinnbereich zunimmt. Die einzelnen Knochen des postnatalen Gesichtsschädels sind bis aufden Unterkiefer, derüber das Kiefergelenk mit der Schädelbasis Kontakt hat, über Suturen miteinander verbunden. Das Wachstum der einzelnen Knochen erfolgt normalerweise koordiniert, da bei fehlender Koordinierung die lebenswichtigen Funktionen wie Atmung und Ernährung gefährdet wären. Leichtere Störungen des koordinierten Wachstums von Ober- und Unterkiefer äußern sich in kieferorthopädischen Problemen, während stärkere Störungen sogar lebensbedrohend sein können. Displacement Der direkte Kontakt der Knochen untereinander bewirkt, dass durch die Vergrößerung eines Knochens die benachbarten Knochen ihre räumliche Lage verändern müssen. Enlow bezeichnet diesen Vorgang als Displacement,wobei er zwischen primärem und sekundärem Displacement unterscheidet. Primäres Displacement. Die mit der eigenen Größenänderung verbundene Änderung der Lage eines Knochens in Relation zu seinen benachbarten Knochen. Während der Wachstumsphase verlängert sich der Unterkiefer in sagittaler Richtung deutlich, wobei die Größenänderung zum größten Teil auf dem Remodeling bzw. der Relocation des Ramus beruht. Der Kinnbereich des Unterkiefers wird dabei nach anterior bewegt. Sekundäres Displacement. Eine Veränderung der Lage eines Knochens durch die Größenänderung bzw. das Wachstum eines benachbarten Knochens. Die Veränderung der Lage kann durch die Größenänderung eines im direkten Kontakt stehenden Knochens erfolgen oder durch einen nicht direkt benachbarten Knochen. Somit kann sich die Größenänderung eines Knochens über mehrereknochenaufdielageeinesanderenknochensauswirken. Ein Beispiel ist die Maxilla, die über Suturen mit der vorderen Schädelbasis verbunden ist. In den ersten Lebensjahren verlängert sich die mittlere Schädelbasis in sagittaler Richtung, wodurch die vordere Schädelbasis und die Maxilla nach anterior bewegt werden. Wachstumsregionen Das Wachstum des Gesichtsschädels wird durch das Zusammenspiel der Formveränderungen der einzelnen Knochen festgelegt, wobei das Wachstum dieser Knochen auf die Entwicklung der benachbarten Knochen abgestimmt sein muss, um die verschiedenen Funktionen des Gesichtsschädels nicht zu beeinträchtigen. Dabei bestimmt der Aufbau des Gesichtsschädels die grundlegenden Funktionen wie Ernährung (Kaufunktion), Sprache, Sehen (Orbita) und Atmung (Nase und Pharynx). Die einzelnen

16 Wachstumsregionen 3 Abb. 1.1 Bildung von Kollagenfasern (nach Bonadio und Goldstein 1992). Erläuterungen siehe Text. Schädelknochen sind meistüber Suturen mit den benachbarten Knochen verbunden. Nach Abschluss des Knochenwachstums bleiben die meisten Suturen offen. Die einfachste aber falsche Vorstellung vom Knochenwachstum ist die Annahme von interstitiellem oder expansivem Wachstum, wobei sich der Knochen proportional vergrößern würde. Die Proportionen des Unterkiefers ändern sich zum Beispiel vom Kleinkind bis zum Erwachsenen deutlich, d. h. die Mandibula kann sich nicht expansiv vergrößern. Die kalzifizierte Knochenmatrix verhindert ein expansives Wachstum, da Knochen und damit auch der Unterkiefer nicht interstitiell wachsen kann. Die sich während des Wachstums neu gebildete Knochensubstanz verteilt sich ungleichmäßig über den Knochen. Das Knochenwachstum findet somit in bestimmten Regionen bzw. Knochenstrukturen statt, d. h. die Entwicklung der einzelnen Knochen des Gesichtsschädels wird durch eine oder mehrere der folgenden Wachstumsregionen bestimmt: Periost und Endost Suturen Knorpelgewebe der Schädelbasis (enchondrales Wachstum) sekundärer Knorpel der Kiefergelenke (enchondrales Wachstum) Desmodont (parodontales Knochenwachstum) Periost und Endost Die Größen- und Formveränderungen der Knochen werden zu einem beträchtlichen Teil durch die Fähigkeit zur Deposition bzw. Resorption von Knochensubstanz an den äußeren oder inneren Oberflächen des Knochens realisiert (Remodeling). Diese Vorgänge finden in der Bindegewebsschicht statt, die den Oberflächen der Hartsubstanz direkt aufliegt. In der Periostschicht der äußeren Oberflächen und der Endostschicht der inneren Oberflächen laufen Depositions- bzw. Resorptionsprozesse ab, bei denen durch Osteoblasten Knochensubstanz aufgebaut und durch Osteoklasten abgebaut wird. Kollagenfasergerüst. Bei der Bildung von Knochensubstanz entsteht zunächst der organische Anteil, d. h. Kollagenfasern (Abb. 1.1). Die Kollagenfasern werden von den Osteoblasten gebildet, in deren Innerem zunächst relativ kurze Proteinketten gebildet werden (Abb. 1.1, Teil A). Diese Proteinketten werden mit einer Membranhülle umgeben, sodass die entstehende Blase aus der Zelle ausgeschleust werden kann. Anschließend werden die einzelnen Proteinketten außerhalb der Zelle zu Fibrillen zusammengesetzt, wobei mehrere Fibrillen jeweils eine Kollagenfaser bilden (Abb. 1.1, Teil B). Die ausgeschiedene Proteinkette wird jeweils an das Ende einer Kollagenfaser

17 4 1 Postnatales Wachstum des Gesichtsschädels Abb. 1.2 Schematische Darstellung eines Bündels kollagener Fibrillen mit eingelagerten Hydroxylapatitkristallen (nach Nanci 2008). Remodeling von Knochensubstanz. Abb. 1.3 zeigt das durch Remodeling stattfindende periostale Wachstum am Jochbogen einer Ratte. Zur Vitalfärbung wurde der Ratte in den ersten 19 Lebenswochen abwechselnd ein roter bzw. ein blauer Farbstoff injiziert. Die Farbstoffe wurden in die neu gebildete Knochensubstanz eingebaut und haben diese gefärbt. Die verschiedenen Schichten an der Außenseite des Jochbogens sind deutlich zu erkennen. Die von der 4. bis zur 19. Lebenswoche stattfindende Verlagerung (Relocation) des Arcus zygomaticus nach lateral (im Bild nach rechts) ist eine Folge der Deposition von KnochenanderAußenseite und Resorption an der Innenseite. Auch in dem angefärbten Schnitt eines Knochenpräparates in Abb. 1.4 ist die Deposition von Knochensubstanz in Form einzelner Lagen gut zu erkennen. Gezeigt ist ein Schnitt durch die Außenfläche eines Knochens mit aufliegender Periostschicht. Die Lagen sind immer gleich stark, d. h. die Ablagerung der Knochensubstanz erfolgte mit konstanter Rate. Aus der Oberflächenstruktur eines entsprechend präparierten Knochens lässt sich schließen, ob an der Oberfläche Deposition oder Resorption stattgefunden haben (Abb. 1.5 und Abb. 1.6). Die Untersuchung der Oberflächenstruktur der Knochen zu verschiedenen Lebensaltern ermöglicht die Bestim- Abb. 1.3 Histologischer Schnitt des Jochbogens einer Ratte mit Darstellung des periostalen Wachstums. Die Zahlen geben das AlterinWochenan (nach Baer et al. 1983). Abb. 1.4 Mikroskopische Aufnahme eines angefärbten Knochenpräparates eines amerikanischen Eichhörnchens (nach Simmons 1992). angebaut. Mit dieser Methode zur Faserbildung kann eine Zelle Kollagenfasern bilden, die vielfach länger und dicker sind als sie selbst. Die Kollagenfasern bilden zunächst die nicht mineralisierte Knochengrundsubstanz (Osteoid). Die Festigkeit der späteren Knochensubstanz wird durch die Einlagerung von länglichen Hydroxylapatit-Kristallen in die Fibrillen erreicht (Abb. 1.2). Diese werden in die Zwischenräume der Fibrillen und in Leerstellen eingelagert. In dem so neu gebildeten Knochen (Geflechtknochen) sind die Kollagenfasern noch nicht entlang einer Vorzugsrichtung orientiert. Die Festigkeit des Knochenmaterials wird durch dessen Umbau in der folgenden Zeit erhöht, indem die Kollagenfasern zunehmend entlang der Hauptbelastungslinien verlaufen. Das Auftreten von sekundären und tertiären Osteonen und die Bildung einer Lamellenstruktur sind Folgen dieses Umbauprozesses (Lamellenknochen).

18 Wachstumsregionen 5 Abb. 1.5 Im Rasterelektronenmikroskop sichtbare Strukturen einer entsprechend präparierten Knochenoberfläche bei Deposition (aus Berkovitzet al. 1992). Abb. 1.6 Im Rasterelektronenmikroskop sichtbare Strukturen einer entsprechend präparierten Knochenoberfläche bei Resorption (aus Berkovitzet al. 1992). Abb. 1.7 Rattenschädel (15 Tage), vital gefärbt (Baer et al. 1983). Abb. 1.8 Aufbau einer Sutur nach dem 5-Schichtenmodell von Pritchard et al. (1956). mungdesablaufsvondepositionundresorptionwährend des Wachstums. Von den Ergebnissen derartiger Untersuchungen und anderer Studienergebnisse hat Enlow (1968, 1982) seine Beschreibung der Entwicklung des Gesichtsschädels abgeleitet. Suturen Abb. 1.7 zeigt das Ergebnis eines Experimentes, bei dem einer heranwachsenden Ratte zwei verschiedene Farbstoffe (1 Tag: blau, 8. Tag: rot) verabreicht wurden. Im Alter von 15 Tagen wurde die Ratte getötet und der Schädel freipräpariert. Die gefärbte Oberfläche der Schädelplatten zeigt, dass der Farbstoff beim periostalen Wachstum in die Knochensubstanz eingebaut wurde. Nach dem 8. Tag wurde kein Farbstoff mehr zugeführt, d. h. die nach dem Abbau des Farbstoffes gebildete Knochensubstanz wurde nicht mehr gefärbt. Die hellen Bereiche auf dem Schädel zeigen den Verlauf der Suturen am Rattenschädel. Abb. 1.8 zeigt den schematischen Aufbau einer Sutur entsprechend dem 5-Schichten-Modell nach Pritchard et al. (1956). Im Bereich der Kontaktstelle der beiden Knochenstücke gibt es auf beiden Seiten eine äußere, faserreiche Schicht, die dem Stratum fibrosum des Periost entspricht. Von dieser äußeren Schicht zweigt sich auf jeder Seite der Sutur eine ebenfalls faserige Bindegewebsschicht ab (Kapselschicht), die um die Enden der beiden Knochenteile läuft. Jedes Knochenstück auf den beiden Seiten der Sutur besitzt also seine eigene Kapsel. Diese zwei inneren Bindegewebsschichten, die von den äußeren Periostschichten abzweigen, sind über starke Kollagenfasern miteinander verbunden. In dem Bereich zwischen den beiden kapselförmigen Schichten in der Sutur befindet sich neben den Kollagenfasern noch lockeres, gefäßreiches Zellgewebe.So sind die beiden Knochenstücke zwar fest miteinander verbunden, trotzdem können die Knochenteile aber begrenzt gegeneinander bewegt werden. Zwischen den äußeren Bindegewebsschichten (orange) und dem Knochen (oliv) befindet sich die nerven- und gefäßreiche Kambiumschicht. Die äußere Schicht des Periosts wird über zahlreiche Kollagenfasern an die feste Knochensubstanz gebunden. Das Knochenwachstum an einer Sutur kann nach diesem Modell als eine Art spezielles periostales Wachstum aufgefasst werden. Nach dem 5-Schichten-Modell ist auf jeder Seite der Sutur in der Kambiumschicht eine Neubildung von Knochensubstanz möglich, solange sich die Sutur nicht komplett schließt. Das Ausmaß des Knochenwachstums kann dabei auf beiden Seiten der Sutur durchaus unterschiedlich sein. MERKE Die unterschiedlichen Wachstumsraten im Bereich der Suturen ermöglichen die Änderung von Form und Proportionen des sich entwickelnden Schädels.

19 6 1 Postnatales Wachstum des Gesichtsschädels Abb. 1.9 Schematische Darstellung der chondralen Ossifikation auf Zellebene für die verschiedenen Bereiche der Metaphyse (nach Ten Cate 1994). BM = Knochenmatrix, BV = vaskuläre Invasion, MCC = mineralisierter Knorpel, OB = Osteoblast, OC = Osteozyt, OCL = Osteoklast, ZHM = Resorptionszone, ZM = Verknöcherungszone, ZP = Proliferationszone. Knorpelgewebe der Schädelbasis Im Bereich des Gesichtsschädels finden sich postnatal nur wenige Stellen, an denen Knorpel einen Beitrag zum Knochenwachstum liefert. Enchondrale Ossifikation findet unter anderem im Bereich des Nasenknorpels und in der spheno-okzipitalen Synchondrosis in der mittleren Schädelbasis (Clivus) statt. Letztere spielt eine wichtige Rolle bei der vertikalen und horizontalen Entwicklung des Gesichtsschädels beim Menschen. Das Wachstum im Bereich des Knorpelgewebes der Schädelbasis unterscheidet sich prinzipiell nicht vom WachstumdesKnorpelsindenWachstumsfugenderRöhrenknochen. Dort lassen sich die zellulären Vorgänge bei der Bildung der Knochensubstanz besonders deutlich erkennen. In der Wachstumsfuge sind bei histologischen Untersuchungen unterschiedliche Zonen erkennbar, die sich in ihrem Anteil an Knorpelzellen und Knochensubstanz unterscheiden. In Abb. 1.9 ist schematisch die chondrale Ossifikation dargestellt: In der Proliferationszone (oben in Abb.1.9)teilen sich die Knorpelzellen mit hoher Rate und ordnen sich säulenartig an. Im Vergleich zur nicht dargestellten Reservezone mit ihrem typischen Hyalinknorpel hat die Interzellularsubstanz abgenommen. In der Resorptionszone vergrößern sich die Chondroblasten und die Menge an umgebender Knorpelmatrix nimmt zu. In der Verknöcherungszone sterben die gereiften Knorpelzellen, Blutgefäße wachsen ein und Chondroklasten wandernindasknorpelgewebeein,wobeidiechondroklasten einen Teil der Knorpelmatrix abbauen. Die Bildung der Blutgefäße wird vom Auftreten von Osteoblasten begleitet, die mit der Bildung von Knochenmatrix beginnen. Es wird die primäre Spongiosa (Knochenbälkchen) gebildet, die zunächst durch sekundären Geflechtknochen und schließlich durch Lamellenknochen ersetzt wird. In der kalzifizierten Knochenmatrix wandeln sich eingeschlossene Osteoblasten zu Osteozyten um. Sekundärer Knorpel der Kiefergelenke Das Kieferköpfchen des Unterkiefers spielt eine wichtige Rolle beim Größenwachstum der Mandibula. Der Beitrag des Kieferköpfchens zur volumenmäßigen Knochenzunahme beim Wachstum des Unterkiefers ist zwar eher gering, doch ist sein Einfluss auf die Wachstumsrichtung groß. MERKE Die anteriore Verlagerung eines Unterkiefers durch ein kieferorthopädisches Gerät stimuliert das sagittale Wachstum des Unterkiefers. Der Knorpel im Kiefergelenkbereich unterscheidet sich in seiner Entstehung vom Knorpel in der Schädelbasis, indem die Knorpelzellen aus Mesenchymzellen der Faserschicht entstehen, welche die Knorpeloberfläche bedeckt. Somit entstehen die Chondrozyten des Gelenkknorpels nicht durch Teilung von Knorpelzellen, wie in den Knorpelregionen der Schädelbasis, sondern durch Differenzierung (Verwandlung und Spezialisierung) vom Mesenchym- in Knorpelzellen. Daher spricht man auch vom sekundären Kiefergelenkknorpel zur Unterscheidung von

20 Einfluss der Schädelbasis auf die Entwicklung des Viszerokraniums 7 direkt (primär) durch Zellteilung von Knorpelzellen gebildetem Knorpel. Desmodont Der Alveolarkamm von Mandibula und Maxilla entsteht parallel zur Zahnbildung. Die vertikale Höhe des Alveolarkamms vergrößert sich noch durch die vertikale Drift der Zähne, die mit dem Aufbau von Knochensubstanz verbunden ist. Im Gegensatz zum Knochen gibt es bei Zähnen kein Remodeling, obwohl sie ähnlich aufgebaut sind wie Knochensubstanz. Sie bestehen ebenso wie Knochen aus Kollagenfasern und Hydroxylapatit. Die Mesialdrift der Zähne ist daher nur möglich, weil die die Zahnwurzel umgebenden Knochenwände durch Resorption und Deposition ihre Lage in den Kiefern ändern können. Während der Zahn selbst sich somit nicht verändert, findet eine durch Remodeling ermöglichte Relocation der den Zahn aufnehmenden Knochenhöhle statt. Abb Schematischer Querschnitt der Schädelbasis mit Knorpelfuge und spheno-okzipitaler Synchondrosis (nach Virchow 1857). Einfluss der Schädelbasis auf die Entwicklung des Viszerokraniums Im Bereich der Schädelbasis liegt eine derbe Knorpelfuge, die spheno-okzipitale Synchondrosis (Abb. 1.10), die mithilfe einer speziellen Schichtaufnahmetechnik (Laminagramm bzw. englisch tomogram ) auch im Röntgenbild dargestellt werden kann (Abb. 1.11). Abb Schematische Darstellung der Schädelbasis; SOS = spheno-okzipitale Synchondrosis. Spheno-okzipitale Synchondrosis Einen wichtigen Hinweis auf die Bedeutung der sphenookzipitalen Synchondrosis für das Schädelwachstum liefert das Krankheitsbild der Achondroplasie. Diese häufigste Form des Kleinwuchses ist durch disproportionierte Extremitäten im Vergleich zur Rumpflänge gekennzeichnet. Die Ursache der Achondroplasie ist eine erblich bedingte Störung der Zellteilung im Knorpelgewebe. Dies hat eine verminderte Knorpelbildung zur Folge, woraus ein geringeres Längenwachstum der Röhrenknochen resultiert. Von dieser Störung der Knorpelzellteilung ist auch die spheno-okzipitale Synchondrosis betroffen (Abb. 1.12). Obwohl jedoch die Form des Neurokraniums vom normalen Bild abweicht (ballonartig), sind Gehirnvolumen und -funktion völlig normal. Somit ist die spheno-okzipitale Synchondrosis für die Formentwicklung des Neurokraniums von großer Bedeutung. MERKE Die Suturen des Neurokraniums ermöglichen die Anpassung der neurokranialen Knochen an das wachsende Gehirn. Abb ). Knöcherner Schädel bei Achondroplasie (nach Crawford