Degeneration and establishment of occlusal wear facets

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2013.33.020

Abstract

Abstract:

BACKGROUND: Tooth wear is the physiological change that accompanied by a person’s life, type and nature, maxillary and mandibular occlusion status, physical status, and living environment may affect it.
OBJECTIVE: To review the occurrence and development of tooth wear, as well as research on the morphology of wear surface.
METHODS: The PubMed database was searched by the first author for the articles from January 1952 to December 2012. The articles on the generation of tooth wear facets, macroscopic and microscopic studies of occlusal wear facets, wear measurement method, relationship between tooth wear and oral diseases, and application of tooth wear facets in forensic research were included. The key words were “tooth, wear, diet, information, dentistry, anthropology” in English. A total of 59 articles were included according to the inclusion criteria for review.
RESUTLS AND CONCLUSION: With the development of wearing, some oral clinical symptoms may occur. Just as there are no same fingerprints in the world, the individual tooth wear facet is unique. Therefore, the research on occlusal wear facets has great significance for understanding the diet habits, cultural development, age and other information, as well as for dentistry, anthropology and forensic science. The macroscopic and microscopic study of tooth wear surface can provide a large amount of individual information. The current studies on tooth wear facets cannot fully exhibit all the implicated information, so the further studies are needed.

Key words: tissue construction, tissue construction review, tooth, wear facet, wear, etching, information, anthropology, forensic science, dentistry

CLC Number:

R318

Xiao Li-yuan, Zhang Jing, Liu Hao, Luo Yun . Degeneration and establishment of occlusal wear facets[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.2013.33.020.

Figures/Tables 1

2.1 牙齿磨耗面的产生牙齿磨耗面的产生包括3个方面的因素：磨耗、磨损和酸蚀[5, 10-11]。磨耗指牙齿与牙齿的接触面之间由于机械性摩擦而产生的磨耗，磨耗所产生的边界清楚的倾斜的平面叫做磨耗面，磨耗面的产生常常是由于牙齿在正常的咀嚼活动中相互接触而产生[12]。同时，磨耗面也可以由一些非咀嚼性的活动比如磨牙症等产生[10]。磨损是由外源性的物质与牙齿表面摩擦而形成的[9]，食物的性质，软硬和粗细程度对于磨损了说很重要，比如一些食物本身具有碾磨作用，比如种子的外壳、坚果等，同时，一些外物同样可以导致磨耗，比如环境中的灰尘，食物中夹杂的一些物质。酸蚀也是形成磨耗面的因素之一，酸的来源分为外源性酸和内源性酸。外源性酸来自于酸性的食物或药品，内源性酸主要来自呕吐物中的胃酸，如厌食症、贪食症、肿瘤患者化疗期、妇女妊娠期及胃食道反流患者。体外实验表明，被酸侵蚀的牙体会产生一个几微米深的牙釉质软化区域，这个区域对于物理磨损极为敏感[13-16]，因此在酸蚀的影响下会加速牙体组织的磨耗。Bartlett等[17]记录了1 010位测试者的牙齿磨耗情况和其饮食习惯，研究发现，饮食偏酸性的测试者的牙齿磨耗程度要普遍大于同年龄段的其他测试者。不同地区对磨耗、磨损和酸蚀三因素的认识情况有一定区别，目前许多欧洲国家的研究人员都认为酸蚀的形成牙齿磨耗的最重要组成部分，而其他一些国家则认为磨耗和磨损在牙齿磨耗的过程中起到主导地位[18-21]。另外，磨耗也可以是由于使用口腔卫生保健的工具产生[22] 。食物对牙齿表面的磨损作用没有解剖学特异性，它并不产生局部明确的磨耗面，而是磨损整个咬合面[5]。咀嚼周期开始于下颌的垂直运动(对食物的穿透和压碎)，在这个时间段里面食物形成浆状，而牙与牙的接触很少，接着进入有规律的咀嚼阶段，在这个时期内上下颌牙齿产生磨耗性接触而导致了磨耗面的产生。咀嚼周期分为两个阶段，阶段I发生在上下颌牙齿的牙尖嵴相互剪切直到食物被压入牙尖和牙窝内被压碎，然后到达牙尖交错牙合，阶段Ⅱ工作侧下颌向前内运动，离开牙尖交错牙合，食物被碾磨小。咀嚼周期随着下颌张开而结束[23]。在人不同的年龄时期，牙齿磨耗面的数量，大小和形状是呈动态变化的。从咬合接触开始到磨耗面完全形成，这一过程也就是建牙合完成，这段时期内，磨耗面的数量会逐渐增加。之后，由于牙冠高度降低的原因，相邻的磨耗面开始逐渐融合。在重度磨耗的牙齿中，磨耗面是无法辨认的，因为当牙齿重度磨耗时，牙齿咬合面上只有一个平的牙釉质边缘，包绕暴露的牙本质区域。被咀嚼的食物具有不同的物理特性，比如磨损性，韧性，硬度和脆性，因此人类需要不同的咀嚼形式[4] 。例如生肉具有韧性，纤维性的食物具有较低的磨损性[24-25]，植物的质地变化很大，即使是同一种植物的不同的部位，物理性质也是不一样的。花蕾，花和嫩枝通常比较软，树叶的叶柄，种子和根部较韧，为了咀嚼分解各种不同的食物如肉类和蔬菜，必然会有不同的咀嚼方式，也会产生各种不同的磨耗面模式[26]。磨耗面形成的3个重要因素并不是单独存在的，而是相互紧密联系，相互影响的。目前，有学者提出用提出用摩擦学的理论来解释牙齿磨耗根本的机制[27]。用这种方法，可以将牙齿磨耗的整个过程系统化，有助于更好的了解这一过程。另外，口腔中唾液的量也会直接影响牙齿磨耗的情况[28]，研究认为口腔较为干燥的环境牙齿磨耗速度比较唾液分泌正常的更快，如口干症的群体牙体磨耗程度与正常群体相比明显加重。 2.2 牙齿牙合面磨耗面的宏观研究 Maier和Schneck[29]于1981年发明了牙合面指南(occlusal compass)，用于标记磨牙牙合面磨耗面，方便对磨牙牙合面磨耗面进行分析。Maier和Schneck对安氏I类咬合关系的第1磨牙牙合面磨耗面进行了统计分析，对牙齿每一个磨耗区域出现的磨耗面进行了数字标记，同时对每个磨耗面分别是在上下颌何种运动中形成的也进行了分析。该系统一共标记了第1磨牙牙合面上的13个磨耗面，其中磨耗面1，4，5和8在下颌侧移(lateroretrusion，LT)运动时相互接触。磨耗面2，3，6，和7在下颌侧前伸(lateroprotrusion,LPT)运动时相互接触。磨耗面9，10和12在下颌内移(mediotrusion，MT)运动和迅即侧移(immediate side shift,ISS)时相互接触。磨耗面11和13在下颌内前伸(medioprotrusion，MPT)运动时相互接触。下颌第1磨牙磨耗面7和10与上颌第2前磨牙相接触，上颌第1磨牙磨耗面2，7和10与下颌第2磨牙相接触。 Maier和Schneck发明的牙合面罗盘只能对牙齿牙合面磨耗面进行二维分析，因为具有一定的局限性，于是Kullme等[30]对牙合面磨耗面的研究方法进行了改进，发明的牙合面指纹分析系统。牙合面指纹分析可以对牙齿牙合面磨耗面进行三维的测量，可以对每个磨耗面的周长，面积大小，磨耗面相对于基准平面的方向进行定量的测量。牙合面指纹分析基于阶段I和阶段II磨耗面区域的比较，对磨耗面的倾斜和倾斜方向进行测量，分析个体的牙合面磨耗面，在三维空间内描述牙尖的运动，牙合面指纹分析方法提供了磨耗面方向，空间位置和扩大的信息。下颌运动和咬合接触是密切相关的，这意味着应用牙合面指纹分析对磨耗面的分析所得的信息可以用来理解磨耗面是如何产生的，以及牙合面磨耗面是在哪个运动中产生的[31]。牙合面指纹分析方法发明在考古学中得到了广泛的应用，考古学家应用牙合面指纹分析方法对不同时期的古代人类牙齿进行了测量分析，有效地鉴别了不同区域和不同时代古人的饮食结构[32]。Fiorenza等[33]应用牙合面指纹分析的方法分析了古人类上颌磨牙的磨耗面，通过扫描牙齿模型得到的3位数字模型来分析磨耗面和磨耗面的方向，通过重建下颌运动发现牙齿上的两个特异的磨耗面不是在咀嚼过程中形成的，进而推测，这两个磨耗面可能在牙齿作为工具进行食物加工和或者生产物品的过程中磨耗和磨损而产生的。 2.3 牙齿牙合面磨耗面的微观研究牙齿显微磨耗指的是用显微镜可以观察到的牙齿牙合面磨耗面上的凹面和刮痕。它是在咀嚼过程中由硬的磨耗性颗粒与牙齿的摩擦和牙齿与牙齿相互接触摩擦产生的[34]。例如凹面的形成是由于微粒被压入到釉质的表面而形成，刮痕是在咀嚼过程中压力作用下微粒在釉质表面的滑动和剪切形成的[35]。凹面与刮痕大小，出现频率，位置，和形态也就是牙齿显微磨耗模式的变化，与饮食中食物的硬度，磨耗性是密切相关的[36]。对牙齿显微磨耗的研究已经有半个世纪的历史了[37]，早期研究就已经发现牙齿的显微磨耗可以反映出下颌的运动和饮食结构[38]。早期的研究都是定性的，而且只是基于双筒的光学显微镜。早期学者也在寻找潜在的方法来通过牙齿显微磨耗重建古人或者灭绝动物的饮食结构以及生存方式。 20世纪70年代，研究者逐渐认识到以前的研究方法不能够提供足够的磨耗面的信息，因此引进了扫描电镜对牙齿磨耗面进行研究[39]。随着研究者开始对扫面图像上牙齿磨耗面显微磨耗的凹面和刮痕进行计数和测量，个体特征的显微磨耗图像技术才逐渐标准化和定量化[36]。随着研究的深入，越来越多的证据显示牙齿显微磨耗对重建古人类饮食结构的潜力。由于应用扫描电镜的方法，测量主观性较大，同时也比较费时，Boyde和 Fortelius[40提出需要新的设备来对牙齿显微磨耗进行研究分析，同时建议用共聚焦显微镜，因为它可以提供真实的三维的表面数据。Scott等[41]将共聚焦显微镜和规模敏感的分形分析方法(scale-sensitive fractal analysis结合起来，也就是现在的牙齿显微磨耗纹理分析方法(dental microwear texture analysis)。该方法的表面各向异性，异质性等参数可以定量化。排除了观察者主观因素产生的误差。 SSFA)] 传统的对牙齿牙合面磨耗面显微磨耗的分析方法，在动物饮食结构的重建和牙齿的使用的研究中运用广泛，也被证实是一个有效的方法[42]。这个方法也被证明是通过人类化石来推断古人类饮食的有效的工具[43]。磨牙牙合面磨耗面显微磨耗的分析也被成功的用来检测相近物种间以及不同区域古人类之间微小的饮食结构的差异[44]，磨牙显微磨耗的分析还可以用来检测一个物种短期内饮食结构的改变[45]，因为牙齿牙合面磨耗面的显微磨耗形态是动态的，它的更新速率很快，一般来说，根据个体的饮食可能几天到几个星期就被更新[46]。这个现象也被称为最后晚餐现象。这个现象也可以用来分析物种在不同生态环境中饮食的适应性。因此可以通过牙齿磨耗面的显微磨耗来提供个体死前一段时间内的饮食情况。目前，由于技术的限制，对牙齿显微结构的分析具有一些局限性[47]。但是它还是能为饮食结构的重建提供重要的信息。一般对牙齿显微磨耗的分析主要包括凹面出现的比例，凹面的宽度，凹面的长度以及刮痕的长度和宽度的分析。Ungar等[43]通过对显微磨耗的研究。推测了非洲古代人类的饮食结构。同时还发现牙齿的显微结构可以反映饮食结构，硬的食物可以导致比较大的显微磨耗的凹面，然而比较韧的食物则牙齿显微磨耗条纹比较直。 2.4 磨耗的测量方法 2.4.1 磨耗测量指数在临床实践和科研活动当中都需要用一个具体的标准来衡量牙齿磨耗程度称之为磨耗测量指数[48]，文献上记载了很多相关的方法，大致分为定量和定性两类。定量的方法依靠物理的客观测量方法，如用具体的测量值来记录牙齿上磨耗形成沟的深度，牙冠的高度等。而定性的测量方法，往往更依赖于检查人员的描述，更具有主观性。在临床口腔内检查当中，用于操作简便的原因，常常倾向于使用一个描述性的评价措施，比如轻度、中度、重度等，而不是得到一个量化的数值。然而量化的数值恰恰对于建立模型和实验室研究更具有可靠性。但是定量的检测方法不容易在临床上推广，特别是在流行病学调查的时候，调查人员所处的环境经常缺乏必要的检测设备。一个理想的指标应该是易于理解并使用的。所以虽然用于临床坚持牙齿磨耗的指数不少，但都具有一定缺点。 2.4.2 表面测绘系统是较早运用于测量牙体的磨耗程度的仪器[49-50]。该系统也被称为轮廓仪，或者扫描仪，它能记录的牙体轮廓上的坐标的X，Y轴和Z轴，在牙体上取得多个单独的数据点，将它们连接在一起，以形成网状。通过计算机分析和处理数据，使用相应的软件呈像，精确度在15 μ左右，根据所使用的系统精度，可以测量牙齿的磨耗量。但是它很难在口腔内直接采集信息，而直接在口腔中采集所需信息却是理想的测量方式。该方法目前使用得最多的是口外法，即通过硅橡胶取模型之后再采集所需信息。在此过程中应做到标准化，能尽量减小采集信息过程中带来的误差。 2.4.3 CAD/CAM激光扫描仪目前，最新的CAD/ CAM激光扫描仪已经投入临床使用，它更加先进可靠。它的精度在10 μ左右[51-52]，可直接在口腔扫描采集所需牙齿的信息，而且效率很高。取得数据后通过直连计算机处理后使牙体3D重建，建立立体模型，是临床分析牙体磨耗的利器。的但是它的缺点是花费比较高，不易于普及。 DeLong[53]的结论是3D图像是测量磨损最准确的方法。三维立体图像采用接触式扫描仪，而非传统的接触式白光、CT扫描仪、传统扫描仪和CAD/CAM系统，如CEREC和Cercon系统等方法。三维扫描是记录牙齿磨耗的首选技术，因为它是精确的，并能量化，适用于诊所和实验室，同时提供最新的存储3D数据库[54]。但是，采用3D扫描技术是比较昂贵的，需要一个专门的硬件和软件。然而，随着扫描仪的普及和测试患者的增加，越来越多的临床研究可能会在今后使用到这项技术。另外，直接在口腔内的扫描牙齿比起以往的采集牙齿信息的方式更准确性，并且减少了其间的操作步骤，较之间接方法相比有更好的潜力。传统的采用CEREC CAD / CAM系统的和锥束CT scanning系统在口内扫描异常困难。并且CEREC因为它必须用白色粉末喷涂牙齿，所以会影响测量的精度。而锥束CT扫描仪的测量精度达到几百微米，因此在确定牙齿的磨耗面上显然做得不好。 2.5 牙齿磨耗与口腔疾病 2.5.1 食物嵌塞食物嵌塞是临床上很常见的一种症状，它的形成原因大多与不良的牙体磨耗面的形成有关。正常的牙齿拥有一些特有结构，能辅助避免食物嵌塞，如磨牙牙合面的颊、舌侧的食物溢出沟，咀嚼时能使食物顺利逸出；牙合面的边缘嵴有限制食物的作用，阻止食物向牙间隙挤入；正常的邻牙接触关系也能起到阻止食物嵌塞的作用。但是随着磨耗的牙体组织越来越多，牙齿的一些特有结构，如牙合面的咬合嵴、边缘嵴、发育沟失去凸面外形，溢出沟消失，产生由于磨耗形成的充填式牙尖；相邻两牙由于边缘嵴磨耗不一致，形成高低不平的“台阶状”；这些都会导致临床食物嵌塞。因此临床上需要通过调牙合来消除引起食物嵌塞的不良牙体形态，或者做瓷冠来重建正确的牙体形态和牙的邻接关系。 2.5.2 牙齿过敏对于一些有不良饮食习惯或者有夜磨牙等情况的群体，其牙齿的磨耗的量大，修复性牙本质形成的速度达不到牙体磨耗的速度，进而发生牙齿敏感的症状。当牙齿受到冷热酸甜刺激的时候会引起较为严重的不适感。 2.5.3 美观的影响磨耗会改变牙齿原有的正常形态，并暴露出黄色的牙本质，会直接影响到美观。牙列的磨耗会引起颅面部的高度发生变化，从而改变正常的面型。 2.5.4 对口腔软组织的影响磨耗的牙齿往往会形成尖锐的牙尖和切缘，这些结构会刺激周围的口腔软组织，如黏膜和舌部，容易造成创伤性溃疡。如果长期处于这种状态，局部黏膜组织可能发生增生。因此，临床上要将这些特殊的磨耗面以调牙合的方式进行调改，形成正常的磨耗面。 2.5.5 对颞下颌关节的损害研究表明，人类的颌面系统会逐渐改变和适应不断变化的牙齿磨耗，体现了颅面部复杂的动态改变。而颞下颌关节也会随之不断改建，在此过程中可能会对这一关节造成损伤。 2.6 牙齿磨耗面在法医学方面的运用在法医学上，Gustafson的评价系统用人类牙齿来估计其实际的年龄段[55]，这一系统曾多次改进其评价方法，然而，还是有一些步骤需要拔牙和对牙体进行显微切片的制备[55-57]。这些方法不光耗费时间而且效率低下。此外，该方法有违人类的道德，宗教和文化。而通过牙齿的磨耗来估计个体的年龄是非常简单和方便的方法。此方法不需要任何的破坏性操作，如拔牙或组织准备。牙齿的磨耗情况对于判断一个人的年龄非常有帮助。现代法医学中，牙齿的磨耗面形态经常用来作为判断受害者年龄的工具[58]。因为当人体所有其他组织，包括骨骼都都分解消失的时候，牙齿仍然具有比较完整的形态[55-57]。而牙列记录在人们生前又是较为容易记录到的。正常情况下，一颗典型的牙齿按正常的时间顺序发育，并完全形成，逐步磨耗，那它就能反应出一个人的成长衰老过程。因此，牙列检查可以提供个人成长和变化的有价值的信息。牙齿可以通过估计年龄而用于法医学取证，而磨耗面又是其中最重要的判断标准。由于每个人的牙齿磨耗面都不同，利用此点也可用来鉴别个体的身份。 2.7 牙齿磨耗在人类学和考古学方面的研究牙齿不光能反映个体的年龄，同时还可以记录人群的食物结构、食物制作技术、牙齿及整个咀嚼器官的健康状态、上下颌骨咬合关系、人类行为特征等。由于牙齿是哺乳动物体内保留最久的组织，考古学家可以通过牙齿上的信息来分析几千甚至几万年前人类的生存环境、生活习俗、咬合习惯等等，进而推断出当时的社会文明发达程度和社会经济的类型。远古时期的人由于生产力发展水平底下，食物坚韧，牙齿的磨耗很严重，而现代人的生活条件得到了极大的改进，食物柔软，易于咀嚼，因此磨耗程度小。例如，有学者利用2 378颗来自不同时期远古人类的牙齿，按照牙齿磨耗的程度以及磨耗面的形态对其进行分类，统计和处理，推断出穴居人的颅面面型与新石器时代，中石器时代和旧石器时代的人类相比，更加宽大，更为特殊[59]。在上个世纪里，人类学研究表明，许多当代和现代人的牙齿磨耗虽然磨损严重，但是依然具有功能，他们将其视为是正常现象。群体之间牙齿磨耗的程度和磨耗面形态的差异，归因于其咀嚼食物的强度和是否将牙齿作为工具使用。可以利用古代居民死亡后留下的牙齿，通过对当时人类牙齿磨耗程度与的方式、牙齿疾病、生活习俗和环境有关的咬合习惯及牙齿修饰等的对比研究以获得当时人类食物构成、健康状况、行为模式等方面的信息，进而可以推测当时的社会经济类型，论证一些考古学的伦理问题。在这些古代居民牙齿提取的信息中，牙齿的磨耗最为重要[59]。这种食物与牙齿磨耗之间的关系同样可以适用于其他物种，例如，可以通过对史前脊椎动物的牙齿磨耗面进行研究，可以分析出同时期它的食物类型和所处的环境等等。"

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