婴儿出生时,颅面部的生长量基本达到了总生长量的一半,而且头重占体重的 1/4,然而成人的头重仅占体重的1/8。随着生长的不断进行,面部骨骼会向各个方向生长,其中,垂直向的生长量最多(可达 200%),其次是矢状向的生长(可达 150%),横向的生长量最小(可达 75%)。总的来说,随着年龄的增加,面部逐渐向前、向下生长。而且离颅脑越远的结构,生长量越多,生长时间就越长,所以,远离颅脑的下颌骨比离颅脑较近的上颌骨生长发育更晚,而且生长量也更多 [3] 。
正畸医生常习惯于使用颅底结构作为参考来评价面部的生长发育。在出生后,前颅底比后颅底的生长量更多,也更成熟。从出生到 17 岁,前颅底的生长量比后颅底的生长量多大约 36%(男性)和 53%(女性) [4] 。纵向研究表明,前颅底的发育在 4.5 岁时基本完成 86%~87% [5] ,相比于面部的其他骨性结构,前颅底的发育会最早结束 [6] 。因此,在头影测量中,前颅底一直被用来作为稳定的参考结构。前颅底由额骨(包括鼻根)、筛骨、前蝶骨和蝶鞍组成,主要通过骨沉积和软骨联合的生长来增加长度,其中,筛骨在 4 岁时基本发育结束,前蝶骨在 7 岁时基本发育结束,位于蝶骨和筛骨之间的蝶筛软骨联合,能够持续生长到 7 岁左右,之后失去软骨特征,变成骨缝,一旦这个转变完成,说明前颅底的生长基本完成。而额骨和蝶鞍会继续发生改建,直至成年早期 [5] 。
出生后,上颌骨的生长主要是通过骨膜内成骨进行的,主要表现为两种方式:①骨缝间的骨沉积;②骨表面改建。除此之外,颅底的生长也促使上颌骨被推向前方 [7] 。
当面中部发生位移时,上颌骨周边骨缝(图 1-4)便开始生长新骨,沉积的骨量与骨缝大小直接相关,一旦骨缝发生融合,生长即停止。所以,正是由于面中部发生向下、向前和侧方的移位以及骨缝的生长,才使得面中部在儿童期和青春期出现垂直向、矢状向和水平向的变化 [4] 。
上颌骨不同部位的骨表面,会发生不同方向上的骨改建(图 1-5),使得上颌骨整体呈现向前、向下的生长。上颌后部是一个主要的骨改建点,上颌结节后缘骨沉积,导致上颌骨前后向及牙弓的长度增加,为乳牙、恒磨牙的相继萌出提供足够的支持。上颌骨颧突的后面也会发生骨沉积,并随着上颌结节不断后移,从而保持其在上颌骨的相对位置不变。上颌骨腭突的口腔面发生骨沉积,而鼻腔面发生骨吸收,使腭突逐渐向下生长。对于上颌前部的骨改建,主要是外侧骨壁发生骨吸收,内侧骨壁发生骨沉积,使得上颌前部不断后退,这似乎与上颌骨向前、向下的生长方向截然相反,但需要明确的是,这是两种不同的生长,上颌骨总的生长变化是骨改建与上颌骨向前、向下位移共同作用的结果 [8] 。
图 1-4 环绕上颌骨的骨缝
(摘自Graber L.W.,Robert L. Vanarsdall Jr.,Vig K.W.L. [4] )
图 1-5 上颌骨改建示意图
箭头大小代表骨改建的量。深色箭头和浅色箭头分别代表骨吸收和骨沉积(摘自Graber L.W.,Robert L. Vanarsdall Jr.,Vig K.W.L. [4] )
下颌骨是面部骨骼中最具生长潜力的结构。在婴儿时期,下颌升支与下颌体都较短,下颌角角度较大;随着下颌骨的发育,下颌升支的高度和宽度明显增加,下颌体增长,下颌角角度减小(图 1-6)。
下颌骨出生后的生长主要通过软骨成骨和骨膜内成骨进行。髁突是下颌骨的一个主要生长中心,其表面被覆软骨,属于软骨成骨的生长方式,即通过软骨膜内层的未分化细胞向软骨表面不断分化增殖,形成成熟的软骨细胞,分泌富含Ⅰ型胶原纤维的基质,使软骨从表面向外扩大,继而矿化形成新骨,促进下颌骨在矢状向及垂直向的生长 [9,10] 。
从下颌支来看,随着生长的不断进行,下颌支前缘发生骨吸收,而后缘出现新骨沉积,二者协调作用的结果使得下颌体部逐渐变长。在婴儿期,下颌支前缘大约位于第一乳磨牙将要萌出的位置,之后下颌支前缘逐渐吸收,为第二乳磨牙和后继恒磨牙的发育萌出提供足够的间隙。就下颌体而言,牙槽骨会随着牙齿的发育萌出而不断生长,下颌体内表面骨质吸收,外表面及后部新骨沉积,导致下颌体部增长、变宽。在下颌体前部,牙槽突旧骨吸收,颏部新骨沉积,使得颏唇沟外形逐渐形成(图 1-7) [4,7,10] 。
图 1-6 婴儿下颌骨与成年人下颌骨的比较
A、C:侧面观;B、D:正面观(摘自P.M. Som and T.P. Naidich [3] )
总之,下颌骨的生长是髁突软骨成骨和下颌骨表面改建综合作用的结果。髁突的生长和骨改建方向主要是向上、向后,从而导致下颌骨向下、向前的生长趋势,这一生长趋势与面中部的生长方向保持一致。
图 1-7 颌骨改建示意图
箭头大小代表骨改建的量。深色箭头和浅色箭头分别代表骨吸收和骨沉积(摘自Graber L.W.,Robert L. Vanarsdall Jr. and Vig K.W.L. [4] )
随着颌骨的生长和牙齿的萌出,牙槽突开始发育。牙槽突为上颌骨和下颌骨包绕牙根周围的突起部分,在牙根周围形成牙槽窝,是支持牙齿的重要组织,并通过牙齿的咬合将上、下颌骨连在一起。从面部的基本组成结构来看,牙槽突似乎并不是面部发育必不可少的部分,但却具有抵消颌骨轻度发育不调的潜力,从而维持上、下牙弓的稳定和协调。
上、下颌骨牙槽突的形成依赖于牙齿的萌出,一旦牙齿缺失,牙槽突则发生骨吸收。而牙齿的发育,包括牙齿的形态、细胞的分化,以及成釉细胞、成牙本质细胞和成牙骨质细胞的基质沉积,均受到严格的基因调控。在遗传因素和环境因素的共同作用下,颌骨、牙槽突和牙齿的发育会出现显著的个体差异,只有当各部分的发育协调一致时,才会形成安氏Ⅰ类咬合,反之则会导致各类错 畸形的发生。
研究显示,下唇的生长量明显多于上唇 [11,12] 。1 岁时,上、下唇的平均长度分别为 18.53mm和 16.8mm,而到 18 岁时,上、下唇的平均长度均增长到 25mm,在这一时期内,下唇比上唇多生长了约 1.7mm [12] 。同时,唇长度的生长存在着性别差异,在 7~17 岁时,男性唇长度的生长量多于女性,女性唇长度的生长大约在 14 岁时结束,而男性一般会持续到 18岁 [13] 。在儿童时期,由于唇的长度相对较短,休息位时容易出现唇分离,随着唇的不断生长,唇分离症状会逐渐得到纠正 [7] 。此外,在上、下中切牙完全萌出后,上、下唇能与相应的牙槽骨和中切牙切缘保持相对稳定的垂直关系不变 [12] 。
同唇长度的生长一样,唇厚度的生长也存在着性别差异,1~14岁时,男性和女性上唇的厚度不断增加,但是 14岁之后,只有男性的上唇会增厚;而在 1~18 岁之间,男性下唇增厚约 7mm,女性下唇增厚约 6mm [13] 。
鼻部骨骼的生长到 10 岁左右结束,之后均为鼻软骨和软组织的生长 [7] 。鼻部软组织的生长呈现向前、向下的生长趋势,并一直持续到 18 岁左右,大部分孩子鼻部软组织的生长发育高峰期在 13~14 岁 [13] 。鼻部软组织垂直向的生长显著大于前后向的生长,在 1~18 岁之间,男性和女性鼻部软组织垂直向的生长量分别为 26.1mm和 27mm [12] 。此外,鼻部的形态与面部侧貌相一致。Ⅱ类人群表现为凸面型,因此,Ⅱ类人群的鼻梁显著高于Ⅰ类人群,而Ⅲ类人群的鼻背更凹陷一些(图 1-8) [14] 。
图 1-8 不同人群的鼻部形态 A. Ⅰ类男性;B. Ⅰ类女性;C. Ⅱ类男性;D. Ⅱ类女性(摘自Spiro J.Chaconas [14] )