Ein Meilenstein in der Entwicklung der Kieferorthopädie

Gerade ältere Wissenschaftler scheinen sich bevorzugt damit zu beschäftigen, ihre persönlichen Erfahrungen Revue passieren zu lassen, aktuelle Entwicklungen zu hinterfragen und über die Zukunft nachzudenken. Ich selbst war fast 50 Jahre lang als Kieferorthopäde tätig. Jetzt bin ich im Ruhe­stand und tue das, was ich schon immer ­getan habe: ich verbringe Zeit mit dem Lesen (kieferorthopädischer) Fachliteratur. Für den Herausgeber dieser Zeitschrift war mein Status kein ­Hinderungsgrund mich darum zu bitten, einen ­Beitrag zu verfassen. Er war im Gegenteil sehr präzise bei der Formulierung seiner Fragestellung: Was war der maßgebliche Meilenstein für die Entwicklung der Kieferorthopädie als klinische Disziplin im vergangenen Jahrhundert? Ich machte mich nur widerstrebend daran, einen solchen Meilenstein zu finden. 

Der erste Schritt dazu bestand darin, Anforderungen zu formulieren, denen ein solcher Meilenstein gerecht würde. Ich bin der Meinung, dass es sich dabei um eine wissenschaftliche Leistung handeln sollte, die sehr einflussreich war und in der absehbaren Zukunft auch noch sein wird. Dies klingt, zugegebenermaßen ein wenig pedantisch, wie Charles Darwins Entdeckung der natürlichen Selektion als Motor der Evolution. Als sein Buch „The Origin of Species“ vor 151 Jahren veröffentlicht wurde, stießen seine Ideen auf großes Interesse. Die tatsächliche Bedeutung seiner Evolutionstheorie wurde jedoch erst ein Jahrhundert später erkannt. 

Meine Überlegungen sind persönlicher Natur. Sie stellen den Versuch dar, von außen auf unser Fachgebiet zu blicken, das in die Zahnheilkunde, die Sozial- und Naturwissenschaften und die „Schönheitsindustrie“ eingebettet ist. 

Lässt sich in unserer kleinen Welt der Kiefer­orthopädie etwas finden, das den oben aufgestellten Kriterien entspricht? Ja, so etwas gibt es! 

Bevor ich darauf eingehe, möchte ich zu einigen Punkten Stellung nehmen, die Ihnen vielleicht beim Lesen der obigen Zeilen eingefallen sind. Was ist beispielsweise mit der Entdeckung, dass wir Zähne ausrichten können? Nun, dies wurde bereits entdeckt, lange bevor irgendeine syste­matische Apparatur zur Bewegung von Zähnen entwickelt worden war. Seit über 100 Jahren entwickeln wir immer elegantere und ausgefeiltere Geräte. Es mag ihren Vorstellungen vielleicht widersprechen, aber vom wissenschaftlichen Standpunkt aus betrachtet scheint das Ende dieser Evolution bereits absehbar zu sein. 

Eine perfekte Korrektur von Fehlbisslagen, ich vermeide in diesem Zusammenhang bewusst den ­Begriff „ideal“, ist seit mehr als 50 Jahren möglich. Allerdings gibt es nur wenige Hinweise darauf, dass sich die Behandlungsergebnisse in Hinblick auf ihre Langzeitstabilität deutlich verbessern würden [1]. Eine Langzeit- oder Dauerretention als Folge einer von ästhetischen Überlegungen geleiteten Behandlung scheint inzwischen die funktionelle Balance als Behandlungsziel abgelöst zu haben. Die Zahnreihen werden eingescannt und genau wie alle anderen erforderlichen Unterlagen digitalisiert. Elektronische Diagnostik und Behandlungsplanung werden bald ebenso selbstverständlich sein wie die Konsultation von Experten auf elektronischem Weg. Digitale Technologien, am Computer entworfene und computergestützt angefertigte Apparaturen, die individuell auf die Bedürfnisse jedes einzelnen Patienten abgestimmt sind, werden die manuellen und technischen Fertigkeiten unserer Vorfahren ersetzen. Es ist nur eine Frage der Zeit, bis ausgefeilte Robo­ter das Einsetzen von Apparaturen übernehmen werden, und dass sie dies viel besser erledigen werden als sie es mit ihren eigenen Händen oder denen ­ihres Assistenten fertig bringen könnten. Forschungen zur Biologie von Zahnbewegungen ­haben bereits Auswirkungen auf die Feinheiten der Kraftausübung und führen zur Verkürzung von Behandlungszeiten und höherem Komfort für die Patienten. Diese grob skizzierte Entwicklung ist zwar eine sehr spannende Evolution, die große Auswirkungen auf die kieferorthopädische Ausbildung und die tägliche Arbeit in der Praxis haben wird. Es handelt sich dabei allerdings nicht um eine Revolution. Dieser Bereich mag zwar für den praktisch tätigen Kieferorthopäden sehr spannend sein, er erfüllt jedoch nicht die von mir definierten Kriterien. 

Ein weiterer Bereich, der in Zeitschriften und auf Kongressen ­große Aufmerksamkeit erregt, sind die dreidimensionalen bildgebenden Verfahren. Prof. Lysle Johnston charakterisierte diese 3D-Verfahren als „offene Frage, die auf eine Antwort wartet“ [2]. In der Tat scheinen die neuen Verfahren gerade für die relativ kleine Gruppe von Patienten mit Entwicklungsstörungen und für kieferorthopädisch-kieferchirurgische Fälle geeignet zu sein. Für die überwiegende Mehrzahl der kieferorthopädischen Patienten scheinen solche fortschrittlichen Verfahren jedoch weder erforderlich noch von Vorteil zu sein. Die Industrie würde hier natürlich liebend gerne einen neuen und expandierenden Markt erschließen. Dem steht jedoch die Strahlenbelastung für die Patienten entgegen [3]. Für ein abschließendes Urteil ist es zwar noch zu früh, aber auch auf diesem Gebiet scheint es sich eher um eine Evolution als um eine Revolution zu handeln. 

Beim folgenden Thema liegen die Dinge anders, und es entspricht meinen definierten Kriterien. 

Im Jahr 1955 wurde die fundamentale Bedeutung von Arne Björks historischer erster Implantatstudie [4] nur von einigen wenigen erkannt ([Abb. 1] [2] ). 

Abb. 1 Gesamtüberlagerung des ersten im Jahr 1955 von Björk veröffentlichten Falles [4] (Junge 4 245 g) in der Originalfassung. Die Überlagerung wurde am Bereich der vorderen Schädelbasis ausgerichtet. Anhand der Linien, mit denen die Implantate verbunden sind, lassen sich in Lateralansicht die räumlichen Bewegungen, welche die 6 Implantate im Verlauf der beiden Jahre zwischen dem Alter von 4 Jahren 10 Monaten und 6 Jahren 10 Monaten vollzogen haben, erkennen. Man beachte die unterschiedlich gerichteten Bewegungen der Implantate im Oberkiefer (1–3) und im Unterkiefer (4–6). Als horizontale Referenzlinie verwendete Björk anstelle der Frankfurter Horizontalen die Sella-Nasion-Linie (S-Na) und das Lot auf die S-Na-Linie als sagittale Referenzlinie (aus Björk [4]).

Abb. 2 Die ersten lokalen Überlagerungen von Durchzeichnungen des Ober- und Unterkiefers mit Metallimplantaten bei einem Menschen überhaupt (Junge 4 245 g). Im Oberkiefer ist eine Knochenapposition in vertikaler und posteriorer Richtung im Bereich des Alveolarfortsatzes und des Tuber maxillae erkennbar. Im anterioren Bereich ist keine sagittale Knochenapposition erkennbar. Der Nasenboden zeigt eine Resorption mit einer Verschiebung der Spina nasalis anterior nach unten und geringgradig nach vorne. Die Bewegung des Oberkiefers nach unten geht mit einer Knochenapposition am Orbitaboden einher. Der vertikale Beitrag zur Höhe des Processus frontalis der Maxilla durch suturales Wachstum lässt sich durch die Zunahme im Bereich der Sutura nasofrontalis abschätzen. Die Bewegung des Oberkiefers nach unten auf Grund von suturalem Wachstum ist anhand der Verlagerung der Implantate 1, 2 und 3 abschätzbar. Das Wachstum der Kondylen ist nach oben und vorne gerichtet. Im Bereich des unteren Alveolarfortsatzes ist eine Knochenapposition zu erkennen und im Frontbereich kommt es zur Resorption oberhalb des Kinns. Im Bereich des Gonion und im oberen Teil des Hinterrandes des Ramus kommt es ebenfalls zum Knochenabbau. Diese erste Überlagerung mit Implantaten ließ bereits die grundlegenden Unterschiede zwischen Björks Implantatstudien und den Verfahren erkennen, die Broadbent [8] [9] und Brodie [10] verwendeten (aus Björk [4]).

Björk hatte das Verfahren, beim Menschen metallische Kno­chenmarkierungen einzusetzen, konsequent mit qualitativ sehr hochwertigen kephalometrischen Röntgenaufnahmen kombiniert. Bei Tieren wurden bereits seit dem 18. Jahrhundert metallische Markierungen und Lebendfärbungen zur Untersuchung eingesetzt [5] [6] [7] . Er legte das zu seiner Zeit bekannte Wissen über die speziellen Arten des Knochenwachstums zugrunde. Zu diesem Zeitpunkt hatte sich Björk bereits mit seiner berühmten Dissertation „The Face in Profile“ einen Ruf als Wissenschaftler auf diesem Gebiet erworben und war zu einem international anerkannten Experten für röntgenologische Kephalometrie geworden. 

Die Reaktionen auf seinen fundamentalen Durchbruch bei Untersuchungen des Gesichtswachstums, die seit den 1930er-Jahren durchgeführt wurden, fielen unterschiedlich aus. Viele Kol­legen fühlten sich dabei unwohl und glaubten ihm nicht. Schließlich schienen seine Ergebnisse bestehende und weitgehend akzeptierte Vorstellungen über den Haufen zu werfen [8] [9] [10] [11] [12] . Diese Ablehnung hatte vermutlich ethische und technische Gründe. Eine der wenigen Ausnahmen war die Arbeit von Rodney Mathews an der University of California, San Francisco. Er trug eine im Vergleich zum Material von Björk zwar kleine, aber sehr wertvolle Sammlung von Implantatfällen zusammen [13]. Diese Sammlung diente bei den Untersuchungen von Baumrind u. Mitarb. [14] [15] [16] als Stichprobe.

Die Untersuchungen von Björk bleiben einzigartig und können auch nicht wiederholt werden. Die aktuellen Standpunkte zur Gefährdung durch Strahlung verbieten longitudinal angelegte röntgenologische Wachstumsstudien. Aber es gibt noch mehr zu bedenken. Bis heute scheint es sehr unwahrscheinlich, dass grundlegend neue Daten erhoben werden könnten, durch die Björks Arbeit überholt werden würde. Diese Einschätzung wird durch eine neuere dreidimensionale Studie zum Wachstum des Unterkiefers gestützt [17]. Es erscheint fraglich, ob das normale Wachstum tatsächlich noch einmal mit breit angelegten 3D-Studien untersucht werden müsste. 

Die 2. Hälfte des vergangenen Jahrhunderts war Zeuge intensiver Kontroversen über die Beurteilung von Veränderungen durch Wachstum oder eine Behandlung mithilfe der Überlagerung von Fernröntgenseitenaufnahmen. Diese Meinungsverschiedenheiten dauern bis heute an. Die tatsächliche Bedeutung dieses Teils von Björks Arbeit wird erst heute langsam klar. Er machte aus der bis dahin induktiven kephalometrischen Überlagerung eine evidenzbasierte Methode. In diesem Zusammenhang bedeutet „induktiv“, dass der Vertreter eines Verfahrens zur Überlagerung die Validität seiner Referenzpunkte nicht wirklich nachweisen kann. Björks Implantatverfahren und die davon abgeleitete strukturelle Methode ist das einzige wirklich evidenzbasierte Ver­fahren. Seine Referenzpunkte für die Überlagerung sind nicht induk­tiv erschlossen, sondern ergeben sich aus den Daten selbst. Sämtliche anderen Verfahren beruhen auf induktiven Schlussfolgerungen und es fehlen wissenschaftliche Beweise. 

Björks Ergebnisse werden auch dann noch ihre Bedeutung behalten, wenn dreidimensionale Schichtaufnahmen für die Diagnostik und die Beurteilung einer Behandlung zur Verfügung stehen werden. In begrenztem Maße konnte dies bereits gezeigt werden [18]. 

Die Bedeutung von Björks Arbeiten ist bislang nicht völlig klar geworden. 

In unserem Fachgebiet hat sich eine konservative Haltung ein­gebürgert. Diese ist durch die Anwendung einfacher klinischer kephalometrischer Verfahren und die zugehörigen Fachbegriffe gekennzeichnet. Dabei besteht der einzige praktische Nutzen ­darin, dass sich eine kleine Gruppe von Praktikern auf einfache Weise in der jeweiligen Fachsprache unterhalten kann. Was ­jedoch kommuniziert wird, hat selten wissenschaftliche Grundlagen. 

In Hinblick auf die kieferorthopädische Aus- und Weiterbildung ist diese Situation dramatisch. Verwirrung und ein falscher ­Glaube an den Wert von diagnostischen kephalometrischen ­Analysen und die Beurteilung von Behandlungsergebnissen mit Methoden, denen die biologische Grundlage fehlt, sind weit ­verbreitet. Im Speziellen werden einfache Vorher-Nacher-Vergleiche von Winkel- und Streckenmaßen verwendet, die anhand knöcherner Referenzpunkte durchgeführt werden. Die exakte Iden­tifizierung der Referenzpunkte wird als Argument für solche ­Verfahren ins Feld geführt. Deren Validität, also die biologische Realität, entbehrt jeder Grundlage, da solche knöchernen Referenzpunkte Veränderungen durch Umbauvorgänge des Knochens unterworfen sind. 

Dies scheint in einer Situation zu geschehen, in der die röntge­nologische Kephalometrie als kieferorthopädisches Werkzeug in Verruf gekommen ist. 

In den 1960er-Jahren hatte Robert Moyers [19] die Kieferorthopädie als eine klinische Disziplin verstanden, die sich mit wachstumsbedingten Veränderungen des Gesichts beschäftigt. Durch ein aus einer geringen Anzahl kanonisierter Strecken- und Winkelmaße bestehendes Netzwerk wurde jedoch wirksam verhindert, dass es zu einem konzeptuellen Fortschritt im Umgang mit dem Wachstum des Gesichts kommen konnte. Dies ist in erster Linie darauf zurückzuführen, dass bis vor kurzem die durch ­Behandlungsmaßnahmen oder Wachstum verursachten Veränderungen in den kraniofazialen Verhältnissen ziemlich verwirrend als Veränderungen in Größe und Form untersucht wurden. Die Möglichkeiten, Veränderungen mit den traditionellen Verfahren exakt zu untersuchen, sind sehr eingeschränkt [20] [21] . 

Es ist auch wichtig, auf die Grenzen von Björks Überlagerungsverfahren einzugehen. Die Interpretation beschränkt sich auf die ­Beurteilung morphologischer Veränderungen. Beim Vergleich der Röntgenaufnahmen eines Patienten lässt sich nur die Art der Veränderungen sowie Richtung und Ausmaß der Umbauvorgänge feststellen, die sich unter dem Einfluss von Behandlungsmaßnahmen oder wachstumsbedingt ergeben haben. Jede darüber hinausgehende Aussage wäre Spekulation. 

Moderne morphometrische Methoden wurden bislang nur vereinzelt angewandt, obwohl deren potenzielle Möglichkeiten auch für diagnostische Belange vielversprechend zu sein scheinen. 

Bei der Forschung nach einem besseren Verständnis für die ursächlichen Faktoren des kraniofazialen Wachstums liefern Cone-Beam-CT-Aufnahmen immer mehr interessante Ergebnisse. In neueren Studien wurden moderne morphometrische Verfahren systematisch dazu herangezogen, konventionelle kephalometrische Befundunterlagen erneut zu untersuchen [22] [23] . 

Neue kraniometrische Studien mithilfe von dreidimensionalen Scans virtueller Modelle des Neurokraniums, die mit modernen morphometrischen Verfahren untersucht worden sind, werfen ein neues Licht auf die Form- und Größenänderungen im Verlauf der Ontogenese. Das Gehirn wächst beispielsweise länger als ­bisher angenommen [24]. Seine seitlichen Anteile, also die me­dianen Fossae und die seitlichen Hirnlappen, scheinen über die ­gesamte Pubertät hinweg zu wachsen. Interessanterweise verändert sich die Form des Gehirns auch nach Abschluss des Größenwachstums während der Adoleszenz weiter [25]. Die zentralen Bereiche der Schädelbasis scheinen außerdem stärker mit dem naso-respiratorischen System in Verbindung zu stehen. Die beiden mittleren Schädelgruben und die Felsenbeine scheinen mit der Lage des Kiefergelenks verbunden zu sein [23]. Die zentralen Regionen der Schädelbasis gelten traditionellerweise als ausschlaggebend für die Gesichtsposition. Die neuen Ergebnisse ­lassen jedoch darauf schließen, dass der Oberkieferkomplex stärker mit der frontalen Schädelbasis und den Frontallappen verbunden ist, während der mandibuläre Komplex mit den mittleren Schädelgruben und den seitlichen Hirnlappen in Verbindung steht. Die seitlichen Hirnlappen wachsen länger und sind daher für Veränderungen in der Position des Unterkiefers von Bedeutung. 

Die zugrunde liegenden modularen und integrativen Konzepte [26] [27] ermöglichen neue Einsichten, sowohl in individuelle als auch in gruppenbezogene Variabilität, da sie darauf abzielen, die Interaktionen zwischen den Modulen zu erklären. 

Ich muss noch darauf hinweisen, dass die angesprochenen Forschungen ontogenetische Veränderungen untersuchen, um Licht in die evolutionären Veränderungen am Schädel von Hominiden zu bringen. Diese Untersuchungen haben ein großes Potenzial, völlig neue Einsichten in diejenigen Faktoren zu erhalten, die Unter­schiede im kraniofazialen Wachstum zur Folge haben, also in die Grundlagen der Kieferorthopädie. 

Im Rückblick auf meine 50 Jahre lange Beschäftigung mit Kie­ferorthopädie komme ich zu dem Schluss, dass Arne Björk im ­vergangenen Jahrhundert der einzig wirklich maßgebliche Durchbruch in unserem Fachgebiet gelungen ist. Für die Kieferortho­pädie ist damit der Zeitpunkt gekommen, eine vollständige ­Neubewertung der aktuellen kephalometrischen Verfahren anzugehen. 

Literatur

• 1 Al Yami E A, Kuijpers-Jagtman A M, van ’t Hof M A. Stability of ortho­dontic treatment outcome: follow-up until 10 years postretention.  Am J Orthod Dentofacial Orthop. 1999;  115 300-304
• 2 Johnston Jr L E. Foreword. In: Duterloo HS, Planché P-G. Handbook of Cephalometric Superimposition. Hanover Park, IL: Quintessence Publishing Co.; 2010 (im Druck)
• 3 Ludlow J B, Davies-Ludlow L E, White S C. Patient risk related to common dental radiographic examinations: the impact of 2007 International Commission on Radiological Protection recommendations regarding dose calculation.  J Am Dent Assoc. 2008;  139 1237-1243
• 4 Björk A. Facial growth in man, studied with the aid of metallic implants.  Acta Odontol Scand. 1955;  13 9-34
• 5 Duhamel du Monceau H L. Sur une racine qui a la faculté de teindre en rouge les os des animaux vivants. Mémoires de l’Académie Royale des Sciences de Paris 1739; 1–13
• 6 Baer M J, Bosma J F, Ackerman J L. The Postnatal Development of the Rat Skull. Ann Arbor, MI: University of Michigan Press; 1983
• 7 Vilmann H. The growth of the cranial base in the Wistar albino rat studied by vital staining with alizarin red S.  Acta Odontol Scand Suppl. 1971;  29 1-44
• 8 Broadbent B H. A new X-ray technique and its application to orthodontia.  Angle Orthod. 1931;  1 45-66
• 9 Broadbent B H. The face of the normal child.  Angle Orthod. 1937;  7 183-208
• 10 Brodie A G. On the growth pattern of the human head from the third month to eight years of life.  Am J Anat. 1941;  68 209-262
• 11 Ricketts R M. A four-step method to distinguish orthodontic changes from natural growth.  J Clin Orthod. 1975;  9 208-215 218-222
• 12 Ricketts R M, Bench R W, Gugino C F et al. Bioprogressive Therapy. Denver, CO: Rocky Mountain Orthodontics; 1979
• 13 The Mathews Acquisition Group . http://www.cril.org/cril_documents/acqDescription_mathews.htm. (aufgerufen 21.12.2009)
• 14 Baumrind S, Korn E L, Ben-Bassat Y et al. Quantitation of maxillary remodeling. 1. A description of osseous changes relative to superimposition on metallic implants.  Am J Orthod Dentofacial Orthop. 1987;  91 29-41
• 15 Baumrind S, Korn E L, Ben-Bassat Y et al. Quantitation of maxillary ­remodeling. 2. Masking of remodeling effects when an “anatomical” method of superimposition is used in the absence of metallic implants.  Am J Orthod Dentofacial Orthop. 1987;  91 463-474
• 16 Baumrind S, Ben-Bassat Y, Bravo L A et al. Partitioning the components of maxillary tooth displacement by the comparison of data from three cephalometric superimpositions.  Angle Orthod. 1996;  66 111-124
• 17 Krarup S, Darvann T A, Larsen P et al. Three-dimensional analysis of mandibular growth and tooth eruption.  J Anat. 2005;  207 669-682
• 18 Cevidanes L H, Heymann G, Cornelis M A et al. Superimposition of 3-dimensional cone-beam computed tomography models of growing ­patients.  Am J Orthod Dentofacial Orthop. 2009;  136 94-99
• 19 Moyers R E. Handbook of Orthodontics. 4th ed., Chicago, IL: Year Book Medical Publ.; 1988
• 20 Van der Linden F P. Sheldon Friel memorial lecture 2007: myths and ­legends in orthodontics.  Eur J Orthod. 2008;  30 449-468
• 21 Kamoen A, Dermaut L, Verbeeck R. The clinical significance of error measurement in the interpretation of treatment results.  Eur J Orthod. 2001;  23 569-578
• 22 Bastir M, Rosas A. Correlated variation between the lateral basicranium and the face: a geometric morphometric study in different human groups.  Arch Oral Biol. 2006;  51 814-824
• 23 Bastir M, Rosas A, Kuroe K. Petrosal orientation and mandibular ramus breadth: evidence for an integrated petroso-mandibular developmental unit.  Am J Phys Anthropol. 2004;  123 340-350
• 24 Giedd J, Blumenthal J, Jeffries N O et al. Brain development during childhood and adolescence: a longitudinal MRI study.  Nature Neurosci. 1999;  2 861-863
• 25 Neubauer S, Gunz P, Hublin J J. The pattern of endocranial ontogenetic shape changes in humans.  J Anat. 2009;  215 240-255
• 26 Klingenberg C P. Morphological Integration and developmental modularity.  Annu Rev Ecol Evol Syst. 2008;  39 115-132
• 27 Bastir M. A systems-model for the morphological analysis of integration and modularity in human craniofacial evolution.  J Anthropol Sci. 2008;  86 37-58