双生子颅面深度和上气道宽度的遗传和环境因素研究

吕靖 彭静 栗璞

1.北京市丰台区右安门社区卫生服务中心 北京 100069；

2.解放军总医院第三临床中心口腔科 北京 100039；

3.广东医科大学附属医院口腔科 中山 524000

儿童上气道形态、大小受软组织腺样体、扁桃体等和骨组织框架的影响，颅面部形态对上气道具有复杂的协调模式。很多研究[1]证实，颅面部深度和颌骨关系异常的患者，也会表现出异常的气道形态。很多功能矫正器拟通过改善气道宽度和颅面部深度来增加呼吸流速[2]，但其对气道宽度干预的稳定性和效果如何以及什么时机使用等问题还存有争议。

本研究选择6～12岁双生子女童进行头颅侧位片采集，并选取具有代表性的颅面部深度和上气道宽度的测量参数，深入探讨颌面部深度和上气道宽度的遗传和环境因素的作用。本研究对象6～12岁的女童正处于生长发育的高峰时期，将7～8岁、9～10岁、11～12岁3组每个纵向观察样本综合起来，可以全面研究6～12岁女童生长发育过程中颅面部上、下颌深度和上气道宽度的遗传、环境因素的影响结果。了解其生长发育过程以及遗传和环境因素对该性状的影响，对早期各类功能矫正设计具有重要意义。

1 材料和方法

1.1 研究对象

本研究收集了北京地区6～12岁双生子女童89对，通过DNA卵型鉴定为同卵双生子（monozygotic twin，MZ）58对，异卵双生子（dizygotic twin，DZ）25对，2例三胞胎中完全同卵和完全异卵各1例，按排列组合可配成异卵和同卵各3对，所有双生子采用“混合纵向研究方法”观察12个月，最终获得有效双生子对数为183对，其中同卵双生子110对，异卵双生子73对[3]。

根据哈佛大学提出方差分析经典双生子统计方法，其原理是用测量误差均数去比较同卵双生子对内均差，若比较差异呈显著性，则考虑为环境因素对该性状的影响；用同卵双生子对内均差和异卵双生子对内均差进行比较，若差异有显著性，则考虑为遗传因素对该性状的影响。据此，为便于对照计算，除MZ组和DZ组外，特将前后2次测量的计算分析后存在误差的152对样本单独设作为测量误差均数（measurement error，ME）组，连同同卵（MZ）组和异卵（DZ）组共3组的年龄分布情况，见表1。所有检查项目均通过伦理委员会审核批准，同时受检儿童均由家长签署知情同意书。

表1 研究样本中ME、MZ和DZ组的对数和年龄分布情况Tab 1 Number and age of twins in group ME, MZ and DZ

1.2 研究方法

1.2.1 主要材料和仪器 采用西门子公司开发的Orthophos CD系统，对每一对双生子女童都拍摄头颅侧位片。在硫酸透明纸上描片，扫描入计算机，确认并测量解剖标志点。间隔1个月后，相同X线片，采用同样方法测量第2次，对比前后描片测量值的差异值，评估测量误差均数（ME）大小：ME=∣X1-X10∣＋∣X2-X20∣＋∣Xn-Xn0∣/n。研究中测量误差均数普遍低于同卵双生子对内差异的平均值，说明该研究测量误差控制在很低的范围内。

1.2.2 选择测量项目 包括颅面深度测量指标和上气道深度测量指标。

1）颅面深度测量指标。

①上颌深度指标。L1：上齿槽座点（A）和颅底点（Ba）在眼耳平面（FH）上垂足间距离；L2：软组织鼻顶点（Prn’）和蝶鞍点（S）在眼耳平面（FH）上垂足间距离；L3：软组织上齿槽座点（A’）和蝶鞍点（S）在眼耳平面（FH）上垂足间距离。

②下颌深度指标。L4：下唇突点（Li）和耳点（P）在眼耳平面（FH）上的垂足间距离；L5：软组织下齿槽座点（B’）和蝶鞍点（S）在眼耳平面（FH）上垂足间距离；L6：软组织颏前点（Pos）和耳点（P）在眼耳平面（FH）上的垂足间距离。L7：软组织颏前点（Pos’）和颅底点（Ba）在眼耳平面（FH）上垂足间距离（图1）。

图1 颅面深度测量项目Fig 1 Craniofacial depth measurement project

2）上气道深度测量指标。

①鼻咽部。d1：鼻后棘点（PNS）与咽顶点（Ad）间的水平距离；d2：鼻后棘点（PNS）与鼻后棘点（PNS）-上咽后壁（UPW）间的水平距离。②腭咽部。d3：软腭后线中点（SPP）-软腭后咽壁（SPPW）间的水平距离；d4：悬雍垂尖点（U）与中咽后壁的交点（MPW）的水平距离。③喉咽部。d5：下颌角点连线至舌根部交点（TB）-与咽后壁交点（TPPW）间的水平距离；d6：会厌谷点（V）与下咽壁（LPW）间的水平距离（图2）。

图2 上气道测量项目Fig 2 Upper airway measurement project

2 结果

2.1 颅面深度环境因素作用分析结果

通过比较ME和MZ组的差异来分析环境因素的作用，从6岁到12岁受环境因素影响总体上呈逐步明显趋势：8岁和9岁期间，颅面部深度受环境影响差异均有统计学意义（P＜0.05），10岁组则L2、L4差异具有统计学意义（P＜0.05）。12岁组， L1、L4、L5受环境因素影响差异具有统计学意义（P＜0.05）。详见表2。

表2 颅面部深度测量项目的同卵双生子对内均差与测量误差均数的比较Tab 2 Comparisons of mean deviation and mean deviation between identical twins in craniofacial depth measurement

2.2 颅面深度遗传因素作用分析结果

通过比较MZ和DZ组的差异来分析颅面深度遗传因素的作用，L1、L2、L4可以见到遗传因素影响的散在作用。其中，L1受遗传因素显著影响的唯一年龄组为10岁段（P＜0.05），L2和L4为11岁段（P＜0.05），详见表3。

表3 颅面部深度测量项目的同卵双生子对内均差与异卵双生子对内均差的比较Tab 3 Vertical measurement project of monozygotic twins and dizygotic twins in the difference comparison

2.3 上气道测量项目环境因素的分析结果

对上气道测量结果的环境因素分析显示，上气道宽度受到散在的环境因素作用，其中，环境因素对d6的影响持续时间最长，除了10岁组外，剩余组差异均有统计学意义（P＜0.05）。d1组在11岁、d2组在9岁能显示有环境因素影响（P＜0.05），余下都没有显示环境因素对其的影响。d3、d4和d5的对比结果中，可以看到环境因素的散在分布且环境因素影响也较大，年龄分析中，9岁至11岁受到的环境影响逐步增大，详见表4。

表4 上气道测量项目的同卵双生子对内平均差值与测量误差对内平均差值的比较Tab 4 The mean difference between the mean value and the measurement error of the twins in the upper airway measurement project is compared with the average difference

2.4 上气道测量项目遗传因素的分析结果

对上气道测量结果的遗传因素分析显示，d1～d6的对比结果中，除了d1和d3在9岁年龄组检测到遗传因素影响（P＜0.05），其余都没有显示遗传因素对上气道水平向的影响结果，详见表5。

表5 上气道测量项目的同卵双生子对内平均差值与异卵双生子对内平均差值的比较Tab 5 Comparison of the mean difference between the mean value and the average value of the twins in the upper airway measurement program

3 讨论

大量研究显示，颅面部骨骼形态异常对气道产生较大的影响，颅面部深度异常引起的Ⅱ、Ⅲ类面型患者其上气道宽度也多数为异常[4]。与此同时，儿童气道异常也会造成颅面形态及舌骨位置的改变，包括颅面高度、深度增加，其位置改变程度也与儿童气道狭窄严重程度直接相关[5]，但二者的因果和影响机制尚有争议。本研究采用双生子女童进行X线头颅侧位投照的研究方法，将上气道的解剖形态分为鼻咽、口咽和喉咽三部分，将颅面深度分为上颌、下颌两部分进行研究。其效果成熟、操作简便、能在一定程度上反映咽腔和颅面深度的三维大小，明确两者矢状平面的解剖结构，有助于临床治疗方法的选择和疗效评估，具有较高的准确度。

本研究中发现，所有气道宽度（d1～d6）参数均受到环境因素作用的影响。其中，鼻咽部分（d1、d2）宽度受到遗传和环境因素的散在作用。d1代表鼻咽气道宽度，其上界为鼻咽顶，下界为腭平面以上，前界为鼻上颌复合体，后界为咽后壁。主要为骨性结构所支持。理论上说，该部位结构生长方式为稳定向前、向下生长，环境影响较小。d2为鼻咽与腭咽连接处宽度，上界为前鼻棘与枕骨连接点，下界为与其上界平行且通过软腭游离缘最低点的直线，前鼻也同样为骨性鼻咽所包绕。试验结果显示，两者（d1、d2）受到遗传因素和环境因素的双重影响，临床矫正过程中也要考虑到遗传因素对效果稳定性的影响。

本研究中腭咽部（d3、d4）和口咽部（d5、d6）在本试验的精度下大多数年龄组内都检测出很强的环境因素影响（P＜0.05）。这表明这些区域受环境影响十分的活跃，而遗传作用相对微弱。其中，气道变化区域最大的为下咽部（d6），其次为软腭尖后气道及舌根后气道（d5）环境因素作用最强。临床上，气道阻塞也多出现在这里，这也与Casale等[5]的研究近似。

对此，笔者认为，d3代表软腭后气道间隙，为从软腭后缘到咽后壁之间的距离；d4代表口咽气道间隙，为从悬雍垂尖至咽后壁之间的距离；d5代表舌咽气道间隙，从舌根部至咽后壁之间的距离；d6为会厌尖至咽后壁的距离，可代表喉咽气道间隙。口咽和喉咽部周围主要为以舌根、扁桃体、软腭、悬雍垂等软组织围成的一个肌肉管道，缺乏骨性支撑，其特性是倾向于收缩和塌陷，容易受到脂肪组织堆积、肌肉间隙增宽、呼气流速气压以及体位改变等多种环境因素的影响[6]，性状改变较为容易。也是目前功能矫正器最常用来改建的部位。但是其远期性还要结合软组织本身基因位点的性状进行深入研究和仔细分析。

在年龄分析中可以看到，气道宽度受环境作用随年龄增长呈现逐步增大的趋势，至8岁时环境因素作用最强烈，气道改变呈不规则现象。这与遗传因素作用关系不大。更多的外界作用参与了生长发育，导致某些观测值变化幅度较大，环境因素作用十分敏感。

通过对上气道（从鼻咽到会厌）六段宽度的双生子遗传与环境的研究，笔者认为整个上气道宽度均可以受环境因素影响，有强有弱。其中，鼻咽气道并非受很强遗传因素的影响，通过外力作用也可以改变，但相对于中下气道的改变稍显困难。软腭尖后气道及舌根后气道环境作用最强，改变最为容易。8岁到11岁是早期功能矫正的最佳时期。

本研究的颅面部深度测量，将颅面的深度分成颅面上颌深度（L1～L3）和颅面部下颌深度（L4～L7）进行分析，根据颅面发育的阶梯生长理论，颅面部深度越接近下部，生长发育越晚、生长时间越长，生长量越大，变异则增大[7]。本研究证实了这一理论。所有深度数据越接近下部，其环境影响越大。虽然所有深度指标均能检测到受环境影响的证据，但其环境作用敏感性和变化幅度却存在较大差异。

上颌颅面部深度中，L1代表上颌基骨的长度，上颌骨的发育是通过骨缝生长和上颌后壁骨沉积来完成。受到蝶枕软骨持续生长发育的影响，从整个观察期来看，L1的长度变化仍在继续增加，且后期有加快的趋势。L1深度环境影响大小可以为口咽结构改变幅度提供空间。但是Ptm点位于颌骨与牙槽骨的移行处，并不能全面反映上颌牙槽骨的真实长度大小。还有待上颌深度其他数据的综合评估。L2代表鼻尖的前后位置关系，它们在头影测量中的定点非常准确，所以它的测量精度高，细小的均差也容易测量出环境因素的作用，由于L2的均差不大，同时同卵与异卵的均差也检测出差异，且差异具有统计学意义，表明L2受遗传因素影响的证据，综合评估提示，鼻尖的前后位置关系主要是由遗传因素控制。L3代表软组织上颌基骨的长度，受到上颌切牙的解剖结构影响，其环境因素影响明显，几乎看不到遗传因素对它的作用，这也提示在基骨范围内的切牙位置改变具有可行性。

下颌深度中，L4～L7受到的环境影响大于上颌L1～L3。下颌深度中L4、L5、L6为以下颌唇顶点、下颏基骨凹点、下颏顶点位为标志点与蝶鞍垂线的连线所设计的深度指标，其变化受到髁突发育和旋转、下颌牙齿变异等复杂因素的影响。其中，下颌整体深度（L7）可以看到强烈环境因素的作用，其变化幅度是本研究中最大的。深度L7的变化与下颌骨的自身发育以及下颌骨的旋转生长方式等有关，在观察期内，下颌骨的主要生长区是升支部，下颌升支与下颌角区的改建引起下颌体部的前后生长发育[8]。可以认为，下颌整体深度的遗传控制力相对减弱，其环境作用效果在颅面骨骼中是较大的。众所周知，颅面结构中的许多不调是由下颌深度不调造成的，它通过下颌基骨、下颌牙槽骨、下颌牙齿唇舌向倾斜度以及下唇的丰满度来代偿调节[9]。正畸治疗主要是改变牙齿唇舌向倾斜度，从而改变牙槽骨位置和唇丰满度来调节深度不调的，如果其基骨的深度有较大幅度的环境作用效果，那么上述代偿机制的调节范围也就更大了。

总之，颅面深度受到环境和遗传双重因素共同作用，且影响存在不同。其中，下颌深度受环境影响更为突出，本研究结果有助于发现更易受环境因素影响的部位，提高临床治疗效果。