Probenentnahme, -qualität und -auswertung

49 Je älter also ein Individuum, desto größer kann der Unterschied von Werten von Schnitten aus verschiedenen Bereichen der Zahnwurzel sein. Dies verdeutlichen die Bildaufnahmen der in Abb. 5.15C gezählten Dünnschnitte aus den verschiedenen Bereichen der Zahnwurzel (Abb. 5.17 A und B). Die Dicke der Zementschicht variiert deutlich zwischen den Schnitten in Kronennähe (A) und in Wurzelnähe (B gesamt). Die Aufnahmen von verschiedenen Schnittebenen des gleichen Zahnabschnittes zeigen deutlich, dass dem Schnitt aus der Kronennähe (A) Zementmaterial „fehlt“, das aber einige Millimeter in Richtung der Zahnwurzel angelagert wurde (B). Die Zählung des Schnittes aus Kronennähe (A) und des oberen Abschnittes des Dünnschnittes (B), die in etwa die gleich Breite haben, ergab eine ähnliche Anzahl an Zementringen. Da die Randstruktur der Aufnahme (A) relativ einheitlich ist, kann nicht davon ausgegangen werden dass es sich um einen Materialverlust handelt.

Mit Hilfe der automatisierten Auszählung der Zahnzementringe konnte verdeutlicht werden, dass das Ergebnis der Altersbestimmung unpräziser werden kann, je älter ein Individuum ist.

Die Wahl der Schnittebene ist daher entscheidend für die Validität des Ergebnisses.

Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass die Vergrößerung mit der das Bild aufgenommen wird Auswirkungen auf das Ergebnis haben kann (Abb. 5.16). In einem mit stärkerer Vergrößerung aufgenommen Bildabschnitt sind die Grauwertstufen besser unterscheidbar und deutlich mehr Ringe erkennbar (Czermak et al. 2006).

mittleren Drittels (Cool et al. 2002; Czermak et al. 2006a; Renz & Radlanski 2006; Wittwer-Backofen et al. 2004), aber auch des oberen Drittels (Charles et al. 1986; Condon et al.

1986; Großkopf 1990). Der Bereich des azellulären Fremdfaserzements erscheint wegen seines regelmäßigen Aufbaus, des überwiegenden Fehlens von Zellen, Einschlüssen und Resorptions- bzw. Reparaturprozessen für die TCA optimal. Es wird vorwiegend in der Nähe der Zahnkrone angelagert. In Richtung der Zahnwurzel wird der Anteil von zellulärem Zement größer und daher nehmen auch Unregelmäßigkeiten in Struktur und Breite der Zementschicht zu (Charles et al. 1986; Condon et al. 1986). Die Schnittqualität nimmt daher von der Krone zur Wurzel tendenziell ab (Grupe & Lippitsch 2007; Lippitsch 2007). Dies konnte auch hier beobachtet werden. Das mittlere Wurzeldrittel erwies sich auch hier als der Bereich, in dem die Ringe am deutlichsten erkennbar und am besten auswertbar waren (Cool et al. 2002; Czermak et al. 2006a; Kagerer & Grupe 2001a; Lippitsch 2007; Renz &

Radlanski 2006; Wittwer-Backofen et al. 2004).

Eine Erklärung für die bessere Sichtbarkeit der Ringe im mittleren Wurzelbereich ist der in diesem Bereich optimale Schnittwinkel. Die Ringe sind im Durchlicht am deutlichsten sichtbar, wenn der Schnitt genau in rechtem Winkel zur Wuchsrichtung der Wurzel erfolgt. In diesem Fall liegen die Ringe genau übereinander, es entsteht ein stärkerer Kontrast zwischen hellen und dunklen Linien. Weicht der Winkel zur Zahnwurzel von 90° ab, so erscheinen die Ringe im mikroskopischen Bild unschärfer (Maat et al. 2006). In der Regel werden die Dünnschnitte des Zahnes nicht dem Verlauf der Wurzel folgend angefertigt, sondern im rechten Winkel zur Achse der Zahnwurzel. Im oberen Bereich des mittleren Wurzeldrittels entspricht dies genau einem rechten Winkel zur Wuchsrichtung der Wurzel (Abb. 5.18).

Abb. 5.18: Schema der unterschiedlichen

mikroskopischen Erscheinungsbilder von Schnitten, die in verschiedenen Winkeln zum Wurzelverlauf stehen. Bei Dünnschnitten, die im 90°-Winkel zum Wachstumsverlauf der Wurzel gemacht wurden, liegen die Ringstrukturen direkt übereinander. Im Durchlicht entsteht dadurch ein stärkerer Kontrast zwischen hellen und dunklen Linien. Erfolgen die Schnitte entlang der Achse der Zahnwurzel, so erscheinen die Ringe an Stellen, die nicht lotrecht zur Wuchsrichtung der Wurzel liegen gegeneinander verschoben und wirken unscharf (Maat et al. 2006). Wenn, wie in der Regel üblich, der Schnitt entlang der Achse der Zahnwurzel erfolgt (schwarze Linie), liegt der Schnitt in etwa auf Höhe des mittleren Wurzeldrittels senkrecht zur Wuchsrichtung der Wurzel, bei Schnitten in diesem Bereich sind die Ringe demnach am deutlichsten sichtbar (schwarzer Pfeil). Abkürzungen: TCA’s = Tooth-cementum-annulations (Zahnzementringe), D = Dentin.

(Abbildung modifiziert nach Maat et al. 2006).

Die Anzahl der Zementringe erscheint, besonders bei älteren Individuen, in nahe an der Zahnkrone gelegenen Schnitten geringer als in Schnitten aus dem mittleren Wurzeldrittel (Czermak et al. 2006a; Lippitsch 2007; Pilloud 2004; Renz & Radlanski 2006) (siehe Abb.

5.15 C, D und 5.17). Die Dicke des Zahnzementes nimmt generell von der Wurzelspitze bis zur Zahnkrone ab.

Eine Erosion des Zementes könnte postmortal durch Liegemilleu oder Liegebedingungen auftreten (Kagerer & Grupe 2001b). Abrasion durch Zahn-auf-Zahn-Kontakte (Attrition) oder durch harte Nahrung (Demastikation) kann ebenfalls zu einer verminderten Ringanzahl führen (Lieberman et al. 1990). Der Rückgang des den Zahnhals schützenden Zahnfleisches wird jedoch als Hauptursache für die verminderte Anlagerung in den coronalen Zementabschnitten gesehen (Geppert & Müller 1951a; Geppert & Müller 1951b; Grupe &

Lippitsch 2007; Renz & Radlanski 2006; Schumacher & Schmidt 1990; Zander & Hürzeler 1958).

Im Bereich der Schmelz-Zement-Grenze, oberhalb des Gingiva-Saumes, ist bei Retraktion der Gingiva bzw. des Alveolarsaumes (altersbedingt oder durch peridontale Erkrankung) der

„offene“ Zahnhals den Umweltbedingungen (z.B. säurehaltigen Lebensmitteln oder verstärktem Abrieb) relativ ungeschützt ausgeliefert (Naylor et al. 1985).

51 Auch ein nicht intakter Zahnhalteapparat verursacht z.B. durch periodontale Erkrankungen (Parodontitis oder Parodontose) oder Nichtgebrauch eines Zahnes (z.B. hervorgerufen durch Schmerz oder fehlende Antagonisten) kann zu einer verminderten Anzahl der Zementringe führen. Ohne funktionelle und mechanische Beanspruchung, kommt es zum Abbau des Zahnhalteapparates und daraus folgend zu einer reduzierten Zementapposition (Condon et al. 1986). So können Gebiss- und Zahnfehlstellungen einen Einfluss haben, falls ihr Auftreten zu peridontaler Gewebszerstörung führt (Kagerer & Grupe 2001b). Ein Fehlen des biomechanischen Reizes kann zum Abbau des Desmodontes und der Alveolen führen (Schumacher & Schmidt 1990). Karies hingegen hat, sofern nicht am Zahnhals, kaum einen Einfluss auf die Bildung von Zementringen (Kagerer & Grupe 2001a; Kagerer & Grupe 2001b).

Die Folgen einer peridontalen Erkrankung und dem daraus resultierenden Zahnfleischrückgang ergeben sich aus den physikalischen Gegebenheiten. Physikalisch vereinfacht ist der Zahn mit einem zweiarmigen Hebel vergleichbar. Das Hebelgesetz:

(F_K * l_K = F_L * l_L) Kraft * Kraftarm = Last * Lastarm

besagt, dass bei gleich bleibender Last die Größe der Zugkräfte u. a. vom Verhältnis Lastarm zu Kraftarm abhängig ist. Je länger der Hebel an dem die Last angreift, desto größer werden die Zugkräfte auf der Gegenseite. Durch die beim Kauvorgang in horizontaler Richtung wirkenden Kräfte oder Rotationsbewegungen erfährt die Zahnwurzel im zervikalen und apikalen Bereich die größte mechanische Belastung. Der zervikale Hebel der Zahnwurzel ist im gesunden Zahnhalteapparat länger, daher wirken am apikalen Hebelende größere Kräfte (Schumacher & Schmidt 1990) (Abb. 5.19). Um dieser Kraft entgegen zu wirken sollte demnach an der Wurzelspitze die Zementschicht stärker ausgebildet sein („Puffermatrix“) als im oberen Bereich (Lippitsch 2007). Das Verhältnis von Kraft zu Lastarm beim Zahn kann sich durch Rückgang des Zahnfleisches und/oder des Alveolarknochens verändern und den Kraftarm verlängern und den Druck auf den unteren Bereich verstärken (Abb. 5.19 rechts) (Lippitsch 2007; Schumacher & Schmidt 1990).

Abb. 5.19: Verhältnis von Kraftarm zu Lastarm gemäß dem Hebelgesetz am Zahnlängsschnitt (links, Verhältnis 2/3) und die Verschiebung des Drehpunktes bei Rückgang des Zahnfleisches und des

Alveolarknochens (rechts, Verhältnis 1/1). Beim gesunden Zahnhalteapparat ist der Lastarm länger als der Kraftarm, somit ist der zervikale Hebel der Zahnwurzel länger und am unteren Ende der Wurzel wirken stärkere Kräfte. Bei Verlagerung des Drehpunktes (rechts) verkürzt sich der Lastarm und somit wird die Krafteinwirkung auf den unteren teil der Wurzel verstärkt (Abbildung modifiziert nach Schumacher & Schmidt 1990).

Bei einer funktionellen Belastung des Zahnes kommt es dadurch auch zu einer weiteren Verbreiterung des Peridontalspaltes. Fehlt die Verbindung zu den umliegenden Strukturen, fehlen auch die im Zement verankerten Sharpey’schen Fasern, die Zahn und Kieferknochen verbinden. Da die Mineralisierung entlang der Fasern erfolgt (Schroeder 2001), wird bei deren Fehlen die Zementschicht an diesen Stellen nicht weiter gebildet. Dadurch dürfte einerseits an der Wurzelspitze mehr Material angelagert werden, an der Kronenseite deutlich weniger.

Auch der alters- oder krankheitsbedingte Abbau der Gingiva wirkt sich auf die Zementbildung aus. An den Stellen am Zahnzement, die nicht mehr von Gingiva-Epithel umgeben sind, sind die Kollagenfasern komplett zerstört. In den Bereichen mit zerstörten Fasern verringern sich auch Anzahl und Größe der Kristalle in den äußeren Schichten des Zementes (Hallmon et al.

1996; Selvig 1966). In solchen Fällen sind an den pathologischen Bereichen weniger Zementringe vorhanden, da sie zerstört, resorbiert oder gar nicht erst gebildet werden.

(Kagerer & Grupe 2001a; Kagerer & Grupe 2001b; Kvaal & Solheim 1995; Zander &

Hürzeler 1958). Wenn die Oberfläche des Zementes der Mundflora ausgesetzt ist, kann außerdem die äußerste Zone der Zementschicht hypermineralisiert werden (Nanci &

Bosshardt 2006).

Welche Stelle am Zahn (Quadrant)?

In dieser Untersuchung wurden, wie in den meisten Studien, die Stellen des Zahnquerschnittes für die Auszählung verwendet, an denen die Zementringe deutlich sichtbar und an denen die meisten Ringe vorhanden waren (Czermak et al. 2006a; Großkopf 1990; Liebermann 1994; Stott et al. 1982; Wittwer-Backofen & Buba 2002; Wittwer-Backofen et al. 2004). Dies entspricht in der Regeln den von Lippitsch (2007) empfohlenen mesialen und buccalen Quadranden eines Zahnquerschnittes.

Die Zementdicke einwurzeliger Zähne steigt zwar mit dem Alter generell im Durchschnitt um das dreifache an, in den einzelnen Quadranten des Zahnes ist die Zunahme aber nicht immer gleich (Geppert & Müller 1951a; Geppert & Müller 1951b; Grupe & Lippitsch 2007;

Renz & Radlanski 2006; Schumacher & Schmidt 1990; Zander & Hürzeler 1958). An den buccalen und lingualen Bereichen des Zahnes ist die Zementschicht deutlich dünner. Die Zementstruktur erscheint an diesen Stellen im mikroskopischen Bild unscharf und die Ringe sind teilweise schwer zu differenzieren. In den Bereichen, die an benachbarte Zähne grenzen, ist die Zementschicht dicker und die Ringe sind klarer voneinander getrennt (Grupe

& Lippitsch 2007). Bei zu starker Druckbelastung kann die Zementschicht abgenutzt, abgebaut oder „komprimiert“ werden. Vermutlich ist aber an den Stellen mit dünnerer Zementschicht die Matrix lediglich kompakter und die Anzahl der Ringe somit nur scheinbar reduziert (Lippitsch 2007).

Die Zementapposition ist vermutlich eine Funktion der Kaudruckbelastung. An funktionellen Zähnen wird generell mehr Zement aufgelagert als an Zähnen, die nicht in Okklusion stehen (Kronfeld 1938). In Bereichen einwirkenden Zuges ist die Zementapposition stärker als auf den jeweils korrespondierenden Seiten, die Druck ausgesetzt sind (Geppert & Müller 1951a;

Geppert & Müller 1951b). Demnach müsste an den belastungsarmen Zonen der mesialen und distalen Quadranten die Zementanlagerung regel- und gleichmäßig erfolgen und die Ringe sollten klar voneinander abgrenzbar sein. Daher sollten bevorzugt die Bereiche, die in Richtung der benachbarten Zahne stehen, für die Auszählung der Ringe verwendet werden.

Diese Stellen werden aber vermutlich auch ohne besondere Erwähnung verwendet, da dort die Zementschicht in der Regel am dicksten und die Ringe am deutlichsten sichtbar sind (Grupe & Lippitsch 2007; Lippitsch 2007).

Sowohl die Zementdicke innerhalb eines Schnittes, als auch die Anzahl der Ringe bei Schnitten aus verschiedenen Wurzelbereichen variieren stark innerhalb eines Zahnes. So lag in einer systematischen Untersuchung die größte Differenz zwischen erstem und letztem Schnitt bei 34, im Mittel bei 10 Jahren. Vergleichbare Unterschiede ergaben auch Zählungen der verschiedenen Quadranten eines Schnittes (Grupe & Lippitsch 2007, siehe auch Renz und Radlinski 2006).

Die Anzahl der Ringe und die Validität der Altersbestimmung sind abhängig von Quadrat und Schnittebene. Werden also stets die Zementbereiche eines Schnittes mit der maximalen Anzahl an Ringen ausgewertet, so wird eine Unterschätzung innerhalb des Schnittes vermieden. Werden aber nur Schnitte aus dem oberen Drittel der Wurzel ausgewertet, muss von einer Unterschätzung des Alters ausgegangen werden (Czermak et al. 2006a; Lippitsch 2007). Bei weiteren, die Ringanzahl potentiell reduzierenden Faktoren kann es daher zu einer Mehrfachunterschätzung des Alters kommen. Aufgrund der vielen möglichen Faktoren sollte grundsätzlich von einer generellen Altersunterschätzung bei älteren Individuen ausgegangen werden.

Quantitative Auswertung

Sowohl bei der hier verwendeten Computerzählung, als auch bei manueller Zählung werden die Ergebnisse der Einzelzählungen entweder als Mittelwert, als Median oder als Modalwert verwendet. Es stellt sich die Frage, welcher dieser Werte verwendet werden sollte.

Die Anzahl der Zementringe kann an einigen Stellen erhöht sein durch Zementwucherungen, Doubling, Hyperzementosen und Zementeinschlüsse (Lippitsch 2007). Aber auch durch Sägespuren und optische Interferenzen (siehe Abb. 5.10) kann die Anzahl überschätzt werden (Czermak et al. 2006a; Lippitsch 2007; Pilloud 2004). Umgekehrt können weniger Ringe angelagert sein durch peridontale Erkrankung oder erhöhte Kaudruckbelastung (Kagerer & Grupe 2001a; Lippitsch 2007). Aber auch durch schlechte Erhaltung und

53 mikrobielle Dekomposition oder durch unscharfe Zementstrukturen, zu geringe Vergrößerung (vgl. Abb. 5.16) und methodisch bedingte Unschärfe der Bilder kann die Ringanzahl unterschätzt werden (Czermak et al. 2006a; Lippitsch 2007; Pilloud 2004). Median und Modalwert können daher mögliche Ausreißer und „verzerrte“ Ergebnisse verhindern, die bei der Verwendung des Mittelwertes mit einfließen.

Setzt sich die Datenmenge aus Zählungen der Zementbereiche zusammen, an denen die Ringe am besten zu sehen und am zahlreichsten vorhanden sind (also den mesialen und distalen Quadranten), sollten sowohl maximaler, als auch häufigster oder Mittelwert nicht stark voneinander abweichen. Bei Handzählung wird es daher als sinnvoll angesehen, gemäß des „Schnittebenen- und Quadranten-Trends“ den Maximalwert, also den höchsten gezählten Wert zu verwenden (Lippitsch 2007). Hier wurde bei der Handzählung gemäß Kagerer & Grupe (2001a) der Modalwert bevorzugt, um mögliche Ausreißer auszuklammern, die aufgrund der relativ geringen Anzahl der Einzelzählungen ins Gewicht fallen könnten.

Bei der automatischen Zählung wurde ebenfalls der Modalwert verwendet. Die Einzelergebnisse (ca. 400 pro ROI) sind normalverteilt (siehe Abb. 5.15) und der Modalwert entspricht der Spitze der Verteilungskurve. Bei dem Maximalwert würde es sich meist um eine einzige Zählung mit diesem „Maximalergebnis“ handeln, das häufig stark vom „peak“

der Kurve abweicht (Czermak et al. 2006a).