Modellierungs- und Remodellierungsvorgänge bei der pränatalen Morphogenese der Maxilla und des Os palatinum des Menschen unter Berücksichtigung benachbarter Strukturen: Computergestützte 3D-Rekonstruktionen und histologische Untersuchungen menschlicher Embryonen und Feten von 25 mm - 117 mm Scheitel-Steiß-Länge

Abstract

Ziel dieser Arbeit war die Darstellung der Gestaltentwicklung der Maxilla, des Os palatinum und des Vomer, sowie eine histomorphometrische Analyse mit anschließender 3D Veranschaulichung der pränatalen Knochenumbauvorgänge an den Konturen der Maxilla und des Os palatinum unter Berücksichtigung der ablaufenden Gestaltbildungsprozesse benachbarter, raumbeanspruchender Strukturen: Nasenkapsel, Nasenseptum, Zahnanlagen, Nerven und Augen. Es wurden 7 menschliche Embryonen und Feten der Scheitel-Steiß-Länge (SSL) 25 mm - 117 mm histologisch untersucht. 4 Schnittserien wurden dreidimensional rekonstruiert. Es ergaben sich folgende Befunde: 1\. Bei 25 mm SSL waren die knöchernen Strukturen vertikal ausgerichtet, das Nervengewebe und die ersten Knochenkerne von Maxilla und Os palatinum standen räumlich im Zusammenhang. Die Nasenkapsel wirkte im Verlauf der Entwicklung wie eine Leitstruktur für das knöcherne Wachstum. Der Proc. frontalis folgte ab SSL 54 mm der äußeren, die L. perpendicularis der inneren Nasenkapselwand. Der basale Anteil des Nasenseptums bestimmte die initiale V-Form des Vomer. Die horizontalen gaumenbildenden knöchernen Anteile ossifizierten ab SSL 54 mm seitensymmetrisch von lateral nach medial, bis zur SSL 117 mm konnte histologisch keine Verschmelzung in der Medianen beobachtet werden. Die L. horizontalis lag mit ihrem ventralen Anteil 200 µm - 350 µm über dem posterioren Abschnitt des Proc. palatinus maxillae. Das Os incisivum existierte als eigenständiger Knochen ab SSL 54 mm mit maximal drei Knocheninseln pro Seite. Im kaudalen Bereich beeinflussten die Zahnanlagen die transversale Breite und die anteroposteriore Ausdehnung der Maxilla. Die Länge des Alveolarbogens nahm von 3850 µm bis auf 15400 µm beim Fetus der SSL 117 mm zu. Erste Anzeichen von Alveolen mit einer Trennung in jeweils ein Fach für die Frontzähne, den Eckzahn und die Molarenzähne wurden ab SSL 87 mm sichtbar. Die Vergrößerung des Augendurchmessers verlangsamte sich zwischen 87 mm und 117 mm, gleichzeitig ossifizierte die Facies orbitalis maxillae entlang der Nasenkapsel, und ab 117 mm begann die Bildung einer dünnen Knochenplatte zwischen Augenanlage und N. infraorbitalis. Die Augen bildeten eine Grenze für die dorsale Ausdehnung des Proc. frontalis maxillae und beeinflussten den abfallenden Charakter des infrabulbären Knochens sowie die Form der Nasenkapsel, die auf Höhe der Augen Eindellungen aufwies. 2\. Knochenmodellierung: Erste morphologische Zelldifferenzierung unterschiedlichen Aktivitätsgrades (starke und schwache Apposition) an der Maxilla bei SSL 25 mm. 3\. Knochenremodellierung: Erste schwache Resorptionen an der Maxilla und am Os palatinum ab SSL 54 mm, größte Ausdehnung um die Anlagen der Milcheckzähne. 4\. Starke Resorptionen: Ab SSL 87 mm an der Maxilla, größte Ausdehnung um die Anlagen der ersten und zweiten Milchschneidezähne und eckzähne; am Os palatinum keine starken Resorptionen. 5\. Ruhezonen: Ab SSL 54 mm, bei 117 mm am stärksten, die inneren Wände des Alveolarbogens auskleidend. 6\. Ab SSL 117 mm dominierte an der Maxilla erstmalig die Kategorie des schwachen Anbaus, während in den vorherigen Stadien der starke Anbau vorherrschend war. 7\. Eine enge Beziehung zwischen Remodellierungsvorgängen und Lokalisation der umgebenden Strukturen ließ sich ab SSL 54 mm in allen weiteren Serien verfolgen. Im Allgemeinen folgte der Knochenanbau den knorpeligen Strukturen der Nasenkapsel und des Nasenseptums. Die Zahnanlagen und die Nerven übten einen lokal begrenzten formativen Einfluss auf den Knochen aus.

The aim of this work was to present the morphogenesis of maxilla, palatine bone and vomer, as well as a histomorphometric analysis with a following 3D visualization of the prenatal bone remodelling processes on the surface of maxilla and palatine bone under consideration of the morphogenetic processes of the neighbouring, space occupying structures: nasal capsule, nasal septum, tooth germs, nerves and eyes. Seven human embryos and fetuses ranging from 25 mm – 117 mm crown-rump length (CRL) were histologically evaluated. Four of these were reconstructed as three-dimensional graphics. Results: 1\. At the stage of 25 mm CRL the bony structures were vertically orientated, the initial bony deposits for maxilla and palatine bone were located near to the nerve fibres and the nasal capsule acted during the developmental processes as an important structure leading the bony growth. From the CRL of 54 mm, the frontal process ossified close to the outer surface of the nasal capsule and the vertical plate of the palatine bone followed the inner surface. The nasal septum determined with its basal part the initial V shape of the vomer. Starting with 54 mm CRL the palatine processes of the maxillae and the horizontal plates of the palatine bones ossified equally fast from lateral towards the base of the nasal septum, without bony connection in the median palatine suture. The horizontal plates of the palatine bones laid with their ventral part 200 µm – 350 µm over the posterior part of the palatine maxillary processes. The incisive bone existed as an independent bone from 54 mm CRL with maximally three ossification centres on each side. In the caudal area the tooth germs influenced the transverse extension and the anterior-posterior length of the alveolar base of the maxilla. The length of the alveolar arch increased from 3850 µm to 15400 µm at the stage of 117 mm CRL. The first alveoli were recognizable at the stage of 87 mm CRL. The incisors and the molars had common alveoli, without separating interdental septae in these individual dental groups. The expansion of the eye diameter slowed down between 87 mm and 117 mm, the orbital part of the maxilla started to ossify along the outer nasal capsule and from 117 mm CRL the eyes were partially separated from the infraorbital nerve by a thin bony plate. The eyeballs limited the dorsal growth of the frontal process and influenced the falling character of the infraorbital bony margin as well as the form of the nasal capsule, which showed a depressed outline. 2\. Bone modelling: first morphological cell differentiation of different activity levels (major and minor apposition) at the maxillary bone surface of 25 mm CRL. 3\. Bone remodelling: first minor resorption fields covering parts of maxilla and palatine bone at 54 mm CRL, biggest extension around the tooth germs of the deciduous canine. 4\. Major resorption: from stage of 87 mm CRL on the maxilla, biggest extension next to the deciduous incisors and canines; no major resorption fields on the palatine bone. 5\. Resting zones: from stage of 54 mm CRL, the biggest at 117 mm along the interior walls of the alveolar process. 6\. From stage of 117 mm CRL minor apposition dominated on the maxilla for the first time, after major apposition in the preceding stages. 7\. Beginning with the stage of 54 mm CRL up to the continuous series a close relation between bone remodelling processes and localization of surrounding structures could be recognized. In general, the bony formations followed the cartilaginous formations given by the nasal capsule and the nasal septum. Tooth germs and nerves had a locally limited influence on the bony form.