哺乳动物头骨标本的牙齿及颞下颌关节病理系统评估

摘要

本方案描述了对颅骨标本进行系统性评估的技术，以表征牙齿的解剖学和发育变异及异常、牙周病、牙髓病以及颞下颌关节病变。

摘要

博物馆的头骨标本为研究多种哺乳动物的颞下颌关节（TMJ）病变、牙科病理以及解剖学变异提供了非侵入性、信息丰富且易于获取的手段。对多种物种的牙齿和颌骨进行研究可能带来挑战，需要细致入微的观察以及对物种正常解剖结构的深入理解。本文介绍了一种系统且精确的头骨标本检查方案，该方法已应用于多种哺乳动物，用于界定口颌面区域的特征性疾病。所描述的操作流程既精确又可重复，并可适应不同物种间差异显著的头骨形态与牙齿解剖结构。具体而言，检查内容包括牙齿缺失、牙周病、牙髓病、颞下颌关节病理变化以及解剖学变异。通过对博物馆标本开展研究所获得的结果，可反映个体及物种的自然历史、健康状况和疾病状态。此外，这些数据还可为生态学与保护生物学研究以及圈养个体的护理提供重要参考。

引言

颌骨和牙齿的发育标志着脊椎动物进化与发展过程中的一个关键时间点。尽管颌骨最初是作为水生和海洋物种呼吸机制的一部分而演化出来的，但牙齿则提供了一种全新的捕获和处理猎物的方式^1,2。自颌骨和牙齿出现以来，生物体在解剖结构上已演化出无数种变异，这些变异与其功能相对应，并反映了它们所处的生态角色。由于牙齿和头骨具有矿化特性，它们能够在环境中和化石记录中长期保存，为研究个体乃至物种的生态、健康状况和行为提供了大量信息。

获取有关动物牙齿和颌骨的信息并对其形态和病理特征进行表征具有诸多益处。识别常见的疾病过程有助于改善野生物种的保护工作，并优化圈养动物的护理^3,4,5。例如，研究人员已利用博物馆收藏的头骨标本，推断波罗的海灰海豹（Halichoerus grypus）和港海豹（Phoca vitulina）随时间推移对有机氯等环境污染物的暴露情况^6,7，尽管目前尚未证实口腔面部病变与污染物之间的因果关系。此外，口腔疾病是家养动物中最常见的疾病之一，了解野生物种的口腔健康状况可能促进家养动物临床医学和管理的发展^8,9。

由于动物在正常的颅面形态和齿列结构上存在显著差异，因此在不同物种之间对这些特征进行表征和比较具有挑战性。在尝试研究某一生物的头骨之前，必须充分了解其生态特征、自然行为及其典型生存环境。这些背景知识将有助于提出科学问题和假设，并最终丰富数据分析所得出的结论。例如，认识到南方海獭（Enhydra lutris nereis）的典型饮食包括硬壳软体动物、甲壳类动物和棘皮动物，对于理解其牙齿磨损和/或磨耗的程度及影响至关重要^10,11。尽管可以推测某一物种个体患特定牙科疾病的可能性，但建立一套系统化、精确且可重复的牙科病理评估方案仍极为关键。该方案应涵盖咬合关系评估、解剖与发育异常、牙周病、牙髓病变以及颞下颌关节（TMJ） 病理学等方面的检查。若能采用相似的统计分析方法建立此类方案，则可实现不同物种间牙科疾病与颞下颌关节疾病的详细比较。已有系统性方法被广泛应用于多种哺乳动物的牙科及颞下颌关节病理特征描述，并已被证实适用于形态差异较大的各类生物体^{11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24}。

为了比较未来关于其他物种的数据，建立一种公认的、可用于多种物种的牙齿和颌骨疾病评估方法至关重要。本文旨在详细阐述一种标准化且系统化的方法，用于评估颅骨标本的牙科及颞下颌关节 病理状况。

方案

本研究使用了来自旧金山加利福尼亚科学院鸟类与哺乳动物学部、加州大学伯克利分校脊椎动物学博物馆以及阿拉斯加大学费尔班克斯分校北方博物馆的标本。已获得各标本收藏和管理机构的许可，允许检查头骨标本并基于相关数据发表研究成果。

1. 标本选择与记录

1. 记录标本信息，包括编号、物种、性别及来源地。
   注：特定收藏中所含标本的数量及标本详细信息可通过 Arctos 协作式收藏管理解决方案获取（见材料表）。本研究涉及以下物种的头骨：北象海豹（Mirounga angustirostris）、加州短尾猫（Lynx rufus californicus）、灰狐（Urocyon cinereoargenteus）、北海狗（Callorhinus ursinus）、南美洲海獭（Enhydra lutris nereis）、加州美洲狮（Puma concolor cougar）以及 kit 狐（Vulpes macrotis）。
2. 检查头骨解剖结构的完整性。若头骨严重碎裂，导致正常解剖结构在未经大量重建的情况下无法辨认，则不应纳入研究。
3. 如有可能，根据颅骨缝的闭合情况估算标本死亡时的年龄。参考相关文献以确定颅骨缝闭合的时间，因为不同目标物种的闭合时间存在差异。
4. 将松动的牙齿归位至相应的齿槽。参考所研究物种已发表的解剖学描述，以帮助识别每颗松动牙齿的类型^{25,26,27,28,29,30}。

2. 解剖学与发育学发现

1. 依次检查每个牙弓象限，并记录牙齿的有无情况。
2. 将每颗缺失牙齿的类型分类为先天性缺失、后天性缺失或人为缺失。检查缺失牙齿区域的骨缘形态：骨缘光滑者为先天性缺失，牙槽窝空虚且伴有牙槽骨改建者为后天性缺失，牙槽窝空虚但轮廓清晰锐利者为人为缺失。
3. 记录任何滞留的乳牙或额外牙（图1).
4. 检查每颗牙齿牙冠的形态及任何可见的牙根结构。通过观察脱离牙槽的松动牙齿来记录牙根的数量。
   注意：对于无法从牙槽中拔除的牙齿，额外牙根可通过牙齿腭侧或舌侧表面的额外突起识别，通常位于该位置。 通过 牙科X光片（图2).
5. 记录釉质发育不全的存在，其特征为牙齿白色、有光泽的釉质层变薄或缺失，暴露出较粗糙的棕黄色牙本质表面。

3. 牙周状况

1. 使用金属或塑料牙周探针和探查器（参见材料表）检查牙槽骨的质地，以判断是否存在牙周炎的证据³¹。
   注意：由于不存在软组织，因此无法诊断牙龈炎，但血管化程度增加（表现为血管孔数量增多）提示早期牙周炎（图3）。
2. 通过尝试将牙周探针插入每一多根牙的牙根之间，检测是否存在牙根分叉区受累或暴露。根据牙根数量的不同，可能需要在多个区域进行检测以评估牙根分叉情况。
3. 采用标准化方案识别牙周炎逐渐加重的不同阶段（表1）³²。

4. 牙齿折裂与根尖周病变

1. 检查每颗牙齿是否有折断，折断的特征是牙体组织缺损并伴有锐利边缘（图4）。
2. 通过尝试将探针从折断处插入牙髓腔，判断每个折断属于复杂性或非复杂性。若探针尖端进入牙髓腔，则提示为复杂性折断。
3. 根据标准化分类系统记录每种折断类型（表2）³³。
4. 检查牙齿是否存在根尖周病变的迹象，其特征是牙根尖区域的牙槽骨膨大，并伴有血管增生的证据（图5）。该区域表面可能存在或不存在骨开窗。

5. 磨损/磨蚀

1. 检查每颗牙齿是否存在磨耗/磨损，其表现为牙体组织丧失，表面光滑呈玻璃样，边缘圆钝（图6）。
2. 使用探针尝试将探针尖端插入牙髓腔，以确定磨损区域是否暴露牙髓腔。
3. 采用标准化分类系统对每颗牙齿的磨耗/磨损程度进行分级（表3）¹¹。
   ​注：由于自然行为的差异，某些物种可能比其他物种更易发生磨耗/磨损。因此，可能需要对磨耗/磨损的严重程度进行分期，或仅记录磨耗/磨损的存在与否即可。

6. 颞下颌关节病变

1. 检查颞下颌关节（TMJ）的骨性结构，包括下颌骨髁突的髁头以及颞骨鳞部的下颌窝，寻找颞下颌关节病变的证据，并排除死后创伤等伪影（如"抽屉样损伤"或制备过程中的技术伪影）³¹（图6）。
2. 分别检查双侧下颌骨髁头和下颌窝，并采用半定量评分系统对骨关节炎（OA）相关病变进行分类评估，针对每侧骨骼的病变进行评分（表4）³⁴。

7. 创伤

1. 检查颅骨是否有创伤性损伤的迹象。
   ​注意：可根据骨折边缘的锐利程度以及是否存在骨组织重塑的迹象，区分慢性创伤性损伤与急性创伤性损伤。此外，需注意某些野生动物可能遭受枪击伤，可识别出弹道的入口和出口伤口，以及残留的弹丸碎片。

8. 其他参数的检测

1. 根据物种不同，检查头骨是否存在其他异常。
2. 检查是否存在因特发性破牙骨质细胞破坏导致的牙齿吸收或牙体硬组织丧失，该情况最常见于猫科动物，可通过X线片诊断，表现为放射密度降低，伴或不伴有牙周韧带间隙的丧失^19,21,35。
   注：牙吸收性病变也可通过牙科探针在牙颈部探及粗糙感而发现，但诊断仍需X线影像学确认。
3. 检查是否存在棘色素沉着（echinochromasia），即头骨硬组织出现深紫色染色，因某些有色棘皮动物的摄食可在水獭中观察到此现象¹¹。
4. 检查是否存在龋齿，即由产酸细菌代谢饮食中的碳水化合物所引起的牙体表面破坏³⁶。
   注：龋损病变可通过牙科探针探查牙齿咬合面，发现任何凹陷或不规则区域而识别^17,18。
5. 记录骨髓炎或肿瘤性病变的证据，其特征为不规则的增生性或破坏性骨质病变³⁷。应以描述性方式记录这些数据，并包含对任何病变的客观测量结果。

结果

本方案将产生客观数据与半主观数据的结合，其积极结果依赖于对样本的准确且可重复的评估。为系统性地减少偏差，理想情况下应由多位熟悉目标物种正常解剖结构并掌握一般口腔颌面部病理学知识的观察者共同参与每一份样本的评估。每份样本的评估结果必须经过讨论，并达成共识。目前尚未提出确保样本具有代表性的最低数量阈值，但已发表的研究中包含的个体数量介于76至1,205例之间^11,20。此外，必须寻找并记录一份无任何可检测病理改变、仅有轻微疾病或解剖变异的样本，作为比较的标准（图7）。另外，成功的评估结果还取决于区分真正的病理改变与人为造成的损伤。样本在处理或储存过程中常会遭受人为损伤。因此，为实现准确的数据采集，研究人员必须熟悉口腔颌面部的一般解剖结构与病理生理学，以识别真正慢性或急性疾病过程的证据。若存在支持某一发现为人为所致的证据，例如死后使用人工工具篡改、或出现生前在生物力学上不可能发生的牙齿或结构损伤，则此类发现不得记录为真实病理改变。若使用X线片进行样本评估，则需获取适当...

讨论

牙齿和颌骨的解剖结构是趋异演化的典型范例，真实反映了物种的自然历史、行为特征及健康状况。个体的口腔健康可能直接影响其生存能力与适应性。本研究提出了一种系统化、可重复且详细的评估方法，用于检测博物馆标本的牙科健康状况及颞下颌关节（TMJ）异常，这些异常可能反映出活体种群中的病理状态。

尽管牙科疾病普遍影响着多种属的哺乳动物，但这一主题仍未得到充分探索。研究野生、圈养和家养物种的牙科及颅面疾病，对于保护工作、动物园饲养管理、伴侣动物医疗保健以及动物相关产业具有重要意义^{3,32,33,40,41}。因此，牙科疾病的研究可能是全面改善和理解动物健康的关键。

当前评估算法的关键步骤包括在数据收集前对物种的自然行为进行...

材料

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