上颌骨性扩弓器的研究进展

张恺文 赵雪峰,2 舒睿,3 韩向龙,2

1.口腔疾病研究国家重点实验室 国家口腔疾病临床医学研究中心四川大学华西口腔医学院 成都 610041；

2.口腔疾病研究国家重点实验室 国家口腔疾病临床医学研究中心四川大学华西口腔医院正畸科 成都 610041；

3.口腔疾病研究国家重点实验室 国家口腔疾病临床医学研究中心四川大学华西口腔医院儿童口腔科 成都 610041

上颌横向发育不足（maxillary transverse deficiency，MTD）是临床上常见的一种错畸形。据MacGinnis等[1]报道，乳牙列期和混合牙列期MTD的患病率高达8%～23.3%，而成人患病率也达到9.4%[2]。主要临床表现为：上下牙弓宽度不协调、后牙反、牙列拥挤、切牙唇倾、颊侧前庭沟间隙变宽等[3-4]。Brunetto等[5]指出MTD的自发矫正率很低，如果不适时、适当地予以矫治，则可能导致牙周组织损伤、下颌骨功能性移位、关节肌肉功能紊乱等不良后果，对患者口颌系统功能及颜面部美观造成不良影响。更为严重的是造成鼻腔狭窄，通气功能障碍，继而引发阻塞性睡眠呼吸暂停综合征（obstructive sleep apnea syndrome，OSAS），极大地影响患者的生活质量和生命健康[5]。随着社会的发展，公众对口颌面健康和美观的重视及需求也越来越高。因此，及时、有效地矫治MTD具有十分重要的临床意义和社会价值。

上颌扩弓是矫治MTD的主要手段，可产生腭中缝扩张、牙槽骨扭曲的骨效应和后牙颊倾的牙效应。理想的扩弓效果是获得最大化骨效应和最小化牙效应[6]，但往往受到患者年龄、骨缝融合程度、扩弓装置类型、放置部位等因素的影响[7]。目前，临床上常用的扩弓方法有：快速上颌扩弓（rapid maxillary expansion，RME）、慢速上颌扩弓（slow maxillary expansion，SME）、手术辅助上颌快速扩弓（surgically assisted rapid palatal expansion，SARPE）、种植体辅助上颌快速扩弓（miniscrew assisted rapid palatal expansion，MARPE）。

RME主要用于青春前期MTD患者，它依靠机械矫形力来分离腭中缝，但可能引起牙槽突弯曲变形、牙周膜受损等不良反应[3]。SME可用于青春前期及后期的患者，它与RME类似，只是加力更小、更慢，从而缓慢地打开腭中缝，以减少腭部组织损伤，并获得更稳定的疗效。但对于腭中缝已经闭合的青春后期及成年患者，运用SME则主要产生牙效应，疗效较差；而SARPE通过外科手术解除扩弓阻力，再配合矫治器的使用，可较好地矫治这类患者。但手术创伤较大，患者往往难以接受，还存在感染、骨折及神经血管损伤等风险，且费用较高[3]。

近年来，MARPE方法的提出实现了非手术矫治MTD青春后期及成年患者的可能性。MARPE直接施力于微种植钉，而非牙齿或牙周组织，可显著增加骨效应、减少牙效应，且具有操作简单、创伤小、对软组织刺激小、牙根吸收少等技术优势。然而，目前关于MARPE的装置设计和植入部位尚未统一，不同MARPE设计的扩弓疗效及并发症也存在争议[8]。作为一种特殊类型的MARPE，上颌骨性扩弓器（maxillary skeletal expander，MSE）将4枚微种植钉植入上腭后部的双层骨皮质，矫治MTD青春后期及成年患者效果显著[9]。

本文将就MSE的生物学及生物力学基础、装置设计、临床应用、对口颌面结构的影响、呼吸功能的治疗效果等方面进行综述。

1 上颌扩弓的生物学及生物力学基础

传统观念认为，腭中缝是产生扩弓阻力的主要部位[10]。随着年龄增长，患者骨骼成熟度越高，则腭中缝骨化交错程度也相应增加[11]。由于青春发育高峰期（女性14～15岁，男性15～16岁）腭中缝开始产生骨性结合，故在此期之后扩弓阻力较大而难以分离[3]。但是，有学者[5]指出，只要腭中缝未完全骨化融合则仍可进行分离，且完全骨化融合的时间也尚未确定。Angelieri等[12]利用锥形束计算机断层扫描（cone beam computed tomography，CBCT）对78名受试者（18～66岁）腭中缝成熟度进行评估，结果发现12%的受试者腭中缝未完全融合。Kwak等[13]观察了131名成人（18.1～53.4岁），则发现腭中缝未完全融合的比例达到41.9%。因此，年龄因素能较大影响但不能决定是否进行非手术上颌扩弓治疗，对于腭中缝未完全闭合、上颌横向不调5mm以内的成年患者仍可尝试非手术矫治[14]。

此外，一些学者[15]指出扩弓阻力可能并不主要来源于腭中缝，而是上颌骨周围结构，特别是蝶骨和颧骨。一些学者[1,16]通过有限元方法分析发现：颧弓支柱、眶外壁、颧额缝、上颌骨额突等处产生阻力较大。也有观点[17]认为翼腭缝连接紧密，是产生扩弓阻力的主要部位。由此可见，上颌骨性扩弓成功与否不仅取决于腭中缝，还受上颌骨周围结构的很大影响。

MSE通过微种植钉传递矫形力，以上颌骨作为支抗骨，与腭中缝、翼腭缝等结构所产生的阻力相抗衡，当矫形力大于阻力时，腭中缝便会打开，从而实现上颌骨性扩弓。本质上，这是一种缝牵张成骨，涉及膜内成骨和软骨内成骨2种成骨方式[18]。横向牵张力分离腭中缝，产生机械刺激可转化为生物学信号从而引发一系列反应，如：软骨细胞肥大、软骨组织退化、血管生成、腭中缝原有组织吸收、骨基质形成与钙化等，最终腭中缝软骨组织被骨组织取代，完成骨改建、骨量增加[18]。其中，内质网应激反应参与机械信号转换[18]，破骨细胞活化促进骨吸收，骨膜细胞增殖分化促进软骨和骨形成[19]。有报道[20]称，扩弓力作用也可使上颌骨周围骨缝的细胞密度出现不同程度的降低。

2 MSE的装置设计与临床应用

MSE由3部分组成：1）带有4个微种植钉就位孔（内径1.8 mm、厚2mm）的螺旋扩大器；2）4个伸展支撑臂；3）双侧上颌第一磨牙铸造带环。螺旋扩大器放置在上腭后部软、硬腭交界处附近，位于螺旋扩大器四角的就位孔可引导微种植钉植入正确部位并防止种植钉倾斜。支撑臂和磨牙铸造带环引导矫治器靠近腭黏膜，并增加扩弓时的稳定性[8]。首先，在上腭拟植入种植钉部位进行局部麻醉，可配合使用血管收缩剂，以减少出血。然后，通过上颌磨牙带环粘接的方式固定MSE，再利用驱动器将4枚微种植钉（直径1.8 mm，长度9、11、13mm）按就位孔植入，且在横向上保持相互平行。前方2枚轻微前倾，以植入骨质较厚的腭曲附近区域，后方2枚植入骨质较薄的区域以穿透双层骨皮质[21]。完成植入后随即开大螺旋器（2到3转）。

将MSE放置在上腭后部，产生水平向的矫形力并集中于腭骨板[22]，还可直接抗衡颧骨支柱、翼腭缝等部位产生的阻力，从而保证腭中缝的平行扩展[23]。选用直径1.8 mm的微种植钉，可具备良好的抗弯性能。根据患者腭盖的实际解剖情况，通过CBCT测量腭板及硬腭黏膜厚度，选用相应长度规格的微种植钉，从而实现穿透双层皮质骨[8]。与单皮质骨支抗相比，双皮质骨支抗的好处在于：微种植钉周围应力更小，可减少变形和断裂，提高其稳定性；双皮质骨支抗还可增大微种植钉与皮质骨的接触面积，使矫形力更均匀地传递，从而获得冠状面上更大、更平行的上颌骨横向位移[22]。

根据最大扩展量，MSE可分为3类：8 mm MSE、10mm MSE、12mm MSE，主要依据患者所需扩弓宽度来进行选择。螺旋扩大器每转打开0.2mm，因此8 mm MSE可激活40次，10mm MSE可激活50次，12mm MSE可激活60次。基于过往100余名患者的矫治经验，Brunetto等[5]建议：对于青春早期的患者，每周激活3～4次；对于青春晚期的患者，每天激活1次；对于较年轻的成年患者，每天激活2次；对于超过25岁的成年患者，每天至少激活2次。当成年患者出现中切牙间隙后，减至每天只激活1次。治疗时间为12～36 d，保持期一般至少3个月[23]。治疗期间，应时刻保持矫治器与腭黏膜的间隙，2mm左右较为适宜。间隙太小，易引起腭黏膜炎症；间隙太大，则种植钉长度有限无法到达鼻底皮质骨[5]。治疗结束后，手术摘取微种植钉，黏膜伤口一般于2～3d后愈合。

3 MSE对口颌面结构的影响

3.1 MSE对腭中缝的影响

MSE可成功打开青春晚期及成年患者未完全融合的腭中缝，结合过往文献报道[10,23-26]，MSE已成功矫治的患者年龄为13～54岁。Cantarella等[23]研究了15名患者（13.9～26.2岁）发现，经MSE矫治后，腭中缝在前鼻棘点平均扩展量为4.8 mm，在后鼻棘点平均扩展量为4.3mm，远大于Haas矫治器[27]及Lione等[28]的改良Hyrax矫治器；并且，其后部扩展量为前部扩展量的90%，解决了多年来Hyrax等传统矫治器无法平行扩展腭中缝的难题。此外，一些学者[9-10,29]的研究也得出了相似的结论。MSE实现基本平行扩展腭中缝的机制可能有：1）MSE的前2枚微种植钉与后2枚微种植钉在前后方向上相距较远，使矫形力得以沿整个腭中缝长度分布；2）MSE引起上颌骨外旋的旋转中心比Hyrax矫治器的旋转中心更靠后外方[24,30]；3）把MSE放置在上腭后部、颧弓支柱内侧，可直接抗衡颧骨支柱产生的阻力；4）Hyrax矫治器无法打开翼腭缝制约了腭中缝的平行扩展[31]，而Cantarella等[23]的研究发现，53%使用MSE的患者翼腭缝被打开，从而解除了上颌复合体部分阻力。

3.2 MSE对面中份的影响

在冠状面上，MSE可引起面中份的显著改变。Cantarella等[16]发现经MSE治疗后，患者颧骨和上颌骨都存在明显的侧方位移。左右两颧骨间距在颧骨上段平均增大0.5mm，在下段平均增大4.6 mm，远大于Hyrax矫治器的位移[32]；并且，越靠近扩弓装置，颧骨侧方位移越大，提示在扩弓过程中颧骨向外旋转，最终呈现出上窄下宽的梯形改变。而上颌骨基骨与颧骨在扩弓过程中保持相对位置不变，围绕额颧缝附近的旋转中心作为一个整体（上颌颧骨复合体）进行旋转[16]。此外，Brunetto等[5]指出，Hyrax矫治器将矫形力作用于牙齿，位于上颌骨阻力中心下方，可造成牙槽突颊倾和上颌骨倒“V”型开口；而MSE直接施力于上颌骨阻力中心，从而防止后牙颊倾且更加平行地扩展上颌骨。

在水平面上，MSE对面中份也存在类似影响。Cantarella等[24]发现，MSE可使前方的左右上颌骨间距平均增加2.8 mm，后方的左右颧骨间距平均增加2.4 mm。此外，作为颧弓最薄弱的区域之一，颞骨颧突近端区域在扩弓过程中受周期性扭曲力作用易于发生骨弯曲，而成为上颌颧骨复合体的旋转中心，比Hyrax矫治器的旋转中心更靠后外方。

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3.3 MSE的牙效应

有限元分析研究[1]表明，Hyrax矫治器的应力主要集中于第一磨牙腭侧，而MSE的应力主要集中于微种植钉植入区域。MSE以腭骨板为支抗而并非以牙为支抗，将矫形力传至上颌复合体而并非磨牙，可有效防止磨牙颊倾，显著减少牙效应[1,8]。一些学者[29]发现，相比Hyrax矫治器，MSE引起骨板弯曲和磨牙颊倾等不良反应更小；Storto等[33]则指出，相较于Park等[34]设计的MARPE，MSE引起的磨牙倾斜度更轻微。

3.4 MSE对软组织的影响

患者经MSE大量扩弓后往往出现鼻孔和鼻翼宽度的增加，从而影响其颜面部美观及对治疗的耐受程度。Abedini等[25]的研究发现，经MSE矫治后，患者鼻旁、双颊、嘴唇等软组织区域出现了明显改变：鼻旁区域平均位移为1.5mm，右颊平均位移为2.5mm，左颊平均位移为2.9 mm，总矢量方向为前外侧且更偏前方，并在1年内保持稳定。Cantarella等[23]也通过CBCT在上部鼻平面、下部鼻平面及腭平面观察到患者面中份软组织改变，并提出这与上颌骨前部运动密切相关。此外，MSE引起软组织改变可能存在不对称性。

4 MSE对呼吸功能的影响

上气道包括鼻、咽、喉三部分，上气道结构狭窄可能会抑制呼吸功能，影响患者的生活质量和生命健康[26]。MTD患者的上气道较正常个体更狭窄，更易出现通气功能障碍[35]。

鼻腔后部和上部是产生通气阻力的重要部位，一些学者[10]的研究表明，MSE可促进鼻腔整体的扩张，但Hyrax矫治器只能影响鼻腔下部；MSE可使鼻腔宽度平均增加3.94 mm，而Hyrax矫治器只增加了1.95mm。也有研究[36]发现，MSE的鼻腔扩张量大于Haas矫治器及Park等[34]设计的MARPE。

MSE对咽部的影响还存在争议。Kim等[37]发现，MSE对咽部各部分容积无明显影响，推测原因可能为鼻咽后部及口咽部是半壁肌性管道，缺乏软骨或骨的支撑，而成人的软组织改建速度较慢，因此在短时间内无法观察到明显变化。而Garcez等[21]的研究却发现，MSE使鼻腔和咽部的气道体积增加了31%，并提出可能的机制为：1）鼻腔扩大后气流量增加，从而撑开咽部气道；2）MSE扩展上腭后部可使咽上部组织扩张，从而引起神经肌肉的改变；3）扩弓治疗后患者口腔空间增大，舌的位置及运动得到改善，使咽部组织扩张。

此外，鼻腔通气障碍的患者往往会张口呼吸，致使膈肌活动减弱，呼吸肌力降低。Storto等[33]对20名患者进行呼吸功能评估，发现经MSE矫治的患者鼻腔体积扩大，更倾向于鼻呼吸，其最大吸气压力和最大呼气压力均有一定增加，提示呼吸肌力增强；而且随着呼吸功能的改善，患者心肺功能和体能耐力也相应提高[21]。

过往的研究表明，RME可以有效地治疗伴有OSAS的MTD儿童患者。Vinha等[39]的研究发现，接受SARPE治疗的成年患者呼吸暂停低通气指数（apnea hyponea index，AHI）下降了56.2%，其OSAS相关症状也得到缓解。Brunetto等[5]对1名伴有轻度OSAS的MTD患者利用MSE矫治后，发现患者呼吸功能增强，睡眠质量提高，精力也更加充沛；多导睡眠图显示，AHI从7.9降至1.5。一些学者也期待利用MSE加强OSAS患者的口咽部肌肉，以控制其病情。虽然MSE可以改善气道狭窄引起的睡眠障碍，但不能作为主要手段进行治疗。

5 MSE的其他辅助用途、不良反应与局限性

MSE具有4枚微种植钉的绝对支抗，在正畸治疗中可内收前牙、近远中移动磨牙、整体移动牙列以实现矢状面控制，可压低上颌前牙、磨牙、对颌伸长磨牙以实现垂直向控制。同时，有学者[8,40]将MSE联合面具（facemask，FM）前牵引治疗骨性Ⅲ类错畸形尚存生长潜力的青少年患者；与RME联合FM治疗相比，前者能逆转患者上切牙前倾、磨牙颊倾和近中倾斜的牙列代偿作用，并实现垂直向控制，以矫治重度高角骨性Ⅲ类错畸形青少年患者。此外，有病例[8]报道，MSE通过微种植钉传递强大的扩弓力能有效破坏上颌骨周围骨缝，产生类似牵张成骨现象，进而促进FM前牵引上颌骨，优化治疗效果。

有学者[23-24]观察到部分患者经MSE矫治后左右上颌骨位移不对称，这可能与左右两侧颧弓存在差异、骨密度不均一、鼻中隔偏曲、单侧咀嚼等因素有关。临床研究[10,25]发现，MSE可引起患者面部软组织改变及轻微水肿的情况。此外，微种植钉的植入可引起切牙区不适、上腭局部组织肿胀、腭黏膜溃疡坏死等不良反应。若植入操作不当，则还可能损伤鼻腔、上颌窦、上切牙牙根和鼻腭神经血管等结构，所以应尽量选择在CBCT的引导下植入微种植钉[5-6]。

此外，患者硬腭生长情况可能会限制MSE的使用：对于腭盖高拱而狭窄的患者，MSE的垂直向定位容易受限而难以贴近腭黏膜；对于严重骨性不对称（如腭盖倾斜）的患者，使用MSE易穿破腭盖、损伤鼻腔；如果硬腭骨密度太大，则微种植钉植入困难，骨密度太小，则微种植钉稳定性不足。因此，需要根据患者的实际情况来调整MSE装置或采用其他改良式MARPE[5,9]。一些患者骨缝的骨化交错程度很高，MSE可能也无法实现有效扩弓。Suzuki等[11]报道，1名35岁女性患者在多次MSE扩弓失败后，尝试了骨皮质穿刺联合MSE治疗并获得了较好的疗效：腭中缝在前磨牙区开大3.14 mm，在磨牙区开大2.06 mm，牙齿平均倾斜度为1.2°。这表明沿腭中缝进行骨皮质穿刺可减弱腭中缝的连接力，从而有助于打开腭中缝，为这类患者的矫治提供了新思路。

6 小结

MSE在非手术矫治MTD患者的年龄限制上实现突破，为青春后期及成年MTD患者提供了一种优良的选择方案。相比RME、其他MARPE等矫治器，MSE能够更好地抗衡腭中缝、翼腭缝等结构产生的扩弓阻力，更大、更平行地扩开腭中缝，更加显著地扩展面中份结构[8]，实现最大化的骨效应和最小化的牙效应。并且，MSE能够更有效地扩张鼻腔、增加气道容积、减少通气阻力、增强呼吸肌力，以改善整个呼吸系统的功能，进而增强心肺功能、运动能力以及改善OSAS患者症状、提高其生活质量。此外，在高角患者的垂直向控制、与FM联合治疗骨性Ⅲ类错畸形青少年患者等方面，MSE也可能具备较好的疗效。但是，MSE的不良反应和局限性不容忽视。熟悉其不良反应，才能在临床上更好地控制和规避；掌握其优势和局限性，才能选择合理的治疗方案，获得满意的治疗效果。

7 展望

迄今为止，MSE扩弓后的复发率很低，稳定性较好，但由于其临床应用时间较短，因此有必要就MSE对口颌面结构、呼吸功能的影响进行更长期的追踪，评估其远期稳定性。此外，MSE的临床应用不够广泛，相关研究的样本量也相对较少，因此还需进一步研究来表明MSE的良好疗效是否具有普遍性。MTD的基因和表观遗传学机制，MTD如何早期发现和早期治疗[7]，MSE在扩弓过程中与眼眶的相互作用[26]，MSE矫治后软组织变化量与骨骼扩展量的关系[25]，骨皮质穿刺联合MSE治疗的适应证等方面仍有待进一步的研究[11]。