Die ontogenetische Entwicklung der Zähne ist ein komplexer Prozess, bei dem Zähne aus embryonalen Zellen entstehen, wachsen und im Mund hervortreten. Damit menschliche Zähne eine gesunde orale Umgebung haben, müssen sich während der Embryogenese Zahnschmelz, Dentin, Wurzelzement und die Wurzelhaut (Periodontium) entwickeln. Das Milchgebiss wird ab der sechsten bis achten Woche vor der Geburt, die bleibenden Zähne in der zwanzigsten Woche angelegt. Wenn die Entwicklung der Zähne nicht ungefähr zu dieser Zeit beginnt, findet sie gar nicht statt.
Die Stadien der Zahnbildung
Die Zahnbildung beginnt mit einer Verdickung des Epithels der Mundhöhle, die als Zahnleiste bezeichnet wird. Bei der weiteren Entwicklung der Zähne unterscheidet man folgende Stadien: Knospe, Kappe, Glocke und die Reife. Die Einteilung ist der Versuch, kontinuierlich ablaufende Veränderungen zu kategorisieren; die genaue Zuordnung ist im Einzelfall oft schwierig.
Das Knospenstadium
Dieses Stadium ist durch das Erscheinen der Zahnknospe ohne klare Anordnung der Zellen gekennzeichnet. Technisch gesehen beginnt das Stadium, wenn Epithelzellen aus der Zahnleiste in das Ektomesenchym des Kiefers vordringen.
Das Kappenstadium
Die ersten Zeichen einer Anordnung von Zellen in der Zahnknospe gibt es im Kappenstadium. Eine kleine Gruppe ektomesenchymaler Zellen beendet die Produktion extrazellulärer Substanzen, was zur Bildung der Zahnpapille führt. Zu diesem Zeitpunkt wächst die Zahnknospe rund um die ektomesenchymale Anordnung, nimmt die Form einer Kappe an und wird zum Zahnschmelzorgan. Ein Niederschlag ektomesenchymaler Zellen, den man als Zahnfollikel bezeichnet, umgibt das Zahnschmelzorgan und begrenzt die Papille.
Das Glockenstadium
Im Glockenstadium findet eine weitere Differenzierung statt. Das Zahnschmelzorgan hat in dieser Phase die Form einer Glocke und die meisten Zellen werden wegen ihrer sternförmigen Erscheinung als „sternförmiges Retikulum“ bezeichnet. Die Zellen an der Peripherie des Zahnschmelzorgans teilen sich in drei wichtige Schichten: das äußere Zahnschmelzepithel, das innere Epithel (welches sich aus den Zellen der Zahnpapille bildet) und die Zwischenschicht. Die dentale Lamina zerfällt, wodurch der entstehende Zahn vollständig vom Epithel des Mundes getrennt wird; die beiden verbinden sich erst wieder, wenn der Zahn im Mund hervortritt. Die Krone des Zahns, die von der Form des inneren Epithels beeinflusst wird, nimmt während dieses Stadiums ihre Form an.
Hypothesen zur Kronenformbildung
Warum Zähne unterschiedlich geformte Kronen bilden (z. B. Schneidezähne gegenüber Eckzähnen), ist noch unklar. Zwei Hypothesen dominieren:
- Eine Theorie besagt, dass es im Ektomesenchym während der Entwicklung Komponenten für jede Form gibt. Die Komponenten für einen bestimmten Typ (z. B. Schneidezähne) werden in einem Gebiet lokalisiert und in anderen Teilen des Mundes schnell abgebaut.
- Das andere Modell besagt, dass das Epithel eine Gruppe von ektomesenchymalen Zellen programmiert, um Zähne mit einer bestimmten Form zu produzieren. Diese Zellgruppe (Klon) regt die dentale Lamina an, eine Zahnknospe zu bilden. Der Wuchs der Lamina setzt sich in einer „Fortschrittszone“ fort. Sobald sich diese Zone weit genug von der ersten Zahnknospe entfernt hat, entwickelt sich eine zweite Knospe.
Diese beiden Hypothesen schließen sich nicht unbedingt gegenseitig aus.
Das Kronen- oder Reifestadium
Feste Gewebe, darunter Zahnschmelz und Dentin, entwickeln sich in der nächsten Stufe, die als Kronenstadium (oder Reifestadium) bezeichnet wird. Zu dieser Zeit finden wichtige zelluläre Veränderungen statt. Die schnelle Teilung der Epithelzellen (Mitose), die in früheren Phasen zur Vergrößerung der Zahnknospe geführt hatte, endet nun an der Stelle, wo sich die Spitzen der Zähne bilden. Hier entstehen die ersten mineralisierten festen Gewebe.
Dentinogenese
Die Bildung von Dentin, auch Dentinogenese genannt, ist das erste erkennbare Merkmal im Kronenstadium. Die dentinbildenden Odontoblasten differenzieren sich von den Zellen der Zahnpapille. Sie beginnen, eine organische Matrix rund um die zukünftige Spitze des Zahns nahe dem inneren Epithel abzusondern. Diese Matrix enthält Collagen-Fasern mit einem großen Durchmesser von 0,1-0,2 μm. Die Odontoblasten bewegen sich zum Zentrum des Zahns und bilden einen Ableger, den man als Odontoblasten-Prozess bezeichnet. Dieser führt zur Sekretierung von Hydroxyapatit-Kristallen und zur Mineralisation der Matrix. Die etwa 150 μm dicke Schicht ist das Manteldentin. Während das Manteldentin aus einer bereits existierenden Grundsubstanz der Zahnpapille entsteht, entwickelt sich das primäre Dentin auf andere Weise. Die Odontoblasten werden so groß, dass keine extrazellulären Ressourcen zu einer organischen Matrix beitragen können. Die größeren Odontoblasten sondern das Kollagen in kleineren Mengen ab, wodurch klarer strukturierte, heterogene Kerne entstehen. Darüber hinaus werden weitere Substanzen wie Lipide, Phosphoproteine und Phospholipide abgesondert.
Amelogenese
Die Bildung von Zahnschmelz, auch Amelogenese genannt, ereignet sich während des Kronenstadiums. Die Formation von Dentin und Zahnschmelz ist durch eine reziproke Induktion gekennzeichnet; Dentin entsteht immer vor dem Zahnschmelz. Letzterer bildet sich in zwei Phasen: In der sekretorischen Phase bilden Proteine und eine organische Matrix einen teilweise mineralisierten Zahnschmelz, in der Reifephase wird die Mineralisierung abgeschlossen. Die Mineralisierung in der ersten Phase erfolgt durch das Enzym Alkalische Phosphatase. In der Reifephase transportieren die Ameloblasten einige bei der Produktion von Zahnschmelz benutzte Substanzen nach außen. Dabei handelt es sich hauptsächlich um Proteine, die zur vollständigen Mineralisation am Ende dieses Stadiums verwendet werden. Die wichtigsten Proteine sind Amelogenin, Ameloblastin, Enamelin und Tuftelin.
Sekundäres und tertiäres Dentin
Das sekundäre Dentin wird - wesentlich langsamer - nach Abschluss der Wurzelformation gebildet. Die Entwicklung verläuft in der Nähe der Krone schneller ab als an anderen Stellen des Zahns. Sie dauert während des ganzen Lebens an und ist verantwortlich für die kleinere Pulpa bei älteren Menschen. Das tertiäre Dentin (auch als reparierendes Dentin bekannt) entsteht in Reaktion auf Reize wie Abkauung oder Zahnkaries.
Entwicklung der unterstützenden Gewebe
Zementogenese
Die als Zementogenese bezeichnete Bildung des Wurzelzements ereignet sich zu einem späten Zeitpunkt in der Entwicklung der Zähne. Zementoblasten sind die dafür verantwortlichen Zellen. Die azelluläre Variante bildet sich zuerst. Die Zementoblasten differenzieren sich von Follikel-Zellen, die die Oberfläche der Zahnwurzel erst erreichen können, wenn die Hertwig’sche Epithelscheide („Hertwig’s Epithelial Root Sheath“ - HERS) zu verfallen beginnt. Der azelluläre Wurzelzement enthält eine Sekret-Matrix aus Proteinen und Fasern. Der zelluläre Wurzelzement entsteht, wenn die Zahnbildung fast abgeschlossen ist und der Zahn (in Kontakt) mit einem gegenüberliegenden Zahn verschließt. Er bildet sich rund um die Faserbündel der periodontalen Bänder.
Das Periodontium
Das Periodontium, die unterstützende Struktur eines Zahns, besteht aus dem Wurzelzement, den periodontalen Bändern, dem Zahnfleisch und dem alveolaren Knochen. Von diesen ist nur der Wurzelzement ein Teil des Zahns. Der Knochen umgibt die Wurzeln, um sie zu unterstützen und eine Art Sockel zu bilden. Die periodontalen Bänder entstehen aus Zellen der Zahnfollikel. Bei der Entstehung gibt es Unterschiede zwischen Milchgebiss und bleibenden Zähnen sowie bei verschiedenen Tierarten. Jedenfalls beginnt der Vorgang mit Fibroblasten aus der Zahnfollikel, die Collagen absondern, das mit den Fasern auf der Oberfläche der angrenzenden Knochen und des Wurzelzements interagiert. Daraus entsteht ein Anhang, der sich beim Hervortreten des Zahns im Mund entwickelt. Die Okklusion beeinflusst ständig die Bildung der periodontalen Bänder, was zur Entstehung von Faserbündel in verschiedener Ausrichtung (horizontal oder schräg) führt.
Alveolärer Knochen
Wenn Wurzel und Wurzelzement entstehen, bildet sich in der Umgebung Knochen. Knochenbildende Zellen bezeichnet man im ganzen Körper als Osteoblasten. Beim alveolaren Knochen stammen diese Zellen aus dem Zahnfollikel. Wie jeder andere Knochen im menschlichen Körper, verändert sich auch der alveolare Knochen während des Lebens. Osteoblasten erschaffen Knochen und Osteoklasten zerstören sie, vor allem wenn Druck auf einen Zahn ausgeübt wird. Wenn wie beim Versuch, durch Kieferorthopädie die Zähne zu bewegen, ein Zahn eine Kompressions-Kraft auf den Knochen darunter ausübt, erreicht man ein hohes osteoklastisches Level, was zu Knochenresorption führt.
Die dentogingivale Verbindung
Die Verbindung zwischen Zahnfleisch und Zahn nennt man dentogingivale Verbindung. Man unterscheidet dabei gingivale, sulkulare und Verbindungs-Epithel. Sie bilden sich aus den Zellen der Epithel-Manschette zwischen Zahn und Mund. Bezüglich der Entstehung des Zahnfleischs sind noch viele Fragen offen, aber man weiß, dass Hemidesmosome zwischen dem gingivalen Epithel und dem Zahn für die primäre Epithel-Anbindung verantwortlich sind. Sie verankern die Zellen durch kleine faserartige Strukturen, die Überreste von Ameloblasten darstellen. Sobald das geschieht, bildet sich das Verbindungsepithel aus dem reduzierten Zahnschmelz-Epithel, einem Produkt des Zahnschmelz-Organs, und teilt sich schnell. Das lässt diese Schicht schnell wachsen.
Entwicklung von Nerven und Blutgefäßen
Nerven und Blutgefäße verlaufen oft parallel zueinander im Körper und sie werden auch gleichzeitig und auf ähnliche Weise gebildet. Das gilt jedoch nicht in der Umgebung des Zahns, wo die Entwicklung unterschiedlich verläuft.
- Nerven: Axone nähern sich dem Zahn während des Kappen-Stadiums und wachsen auf die Zahnfollikel zu. Sobald sie dort angekommen sind, entwickeln sich die Nerven rund um die Zahnknospe und dringen in die Papille ein, sobald die Bildung von Dentin eingesetzt hat. Sie wachsen jedoch nicht in das Zahnschmelz-Organ.
- Blutgefäße: Blutgefäße wachsen in der Zahnfollikel und dringen während des Kappen-Stadiums in die Papille ein. Am Eingang der Papille bilden sich Gruppen von Blutgefäßen. Ihre Anzahl erreicht zu Beginn des Kronen-Stadiums ein Maximum und die Papille wird zur Pulpa des Zahns. Im Laufe des Lebens verringert sich das Pulpa-Gewebe im Zahn, weshalb die Blutversorgung des Zahns mit zunehmendem Alter abnimmt.
Der Zahndurchbruch (Dentition)
Obwohl sich die Forscher einig sind, dass es sich beim Hervortreten des Zahns (Zahndurchbruch) um einen komplexen Prozess handelt, streiten sie sich noch über die Mechanismen, die den Prozess kontrollieren. Einige gängige Theorien wurden bereits widerlegt. Der Zahn wird weder durch die wachsende Wurzel noch durch den wachsenden Knochen in den Mund geschoben. Er wird auch nicht durch Druck der Gefäße oder eine „gepolsterte Hängematte“ nach oben gedrückt. Nach der heute am weitesten verbreiteten Theorie sorgen die periodontalen Bänder für den hauptsächlichen Impetus bei diesem Prozess. Sie lassen den Zahn hervortreten, indem ihre Kollagen-Fasern schrumpfen und sich quer verbinden, während sich die Fibroblasten zusammenziehen.
Milchgebiss und bleibendes Gebiss
Menschen haben üblicherweise 20 Milchzähne und 32 bleibende Zähne.
Dentition des Milchgebisses
Bei der Dentition der Milchzähne sind nur die primären Zähne sichtbar. Die primäre Dentition beginnt mit dem Auftreten der zentralen Schneidezähne im Unterkiefer (im Alter von acht Monaten) und dauert, bis im Alter von sechs Jahren die ersten bleibenden Backenzähne erscheinen. Das Milchgebiss ist das einzige Organ, das der Körper komplett einmalig erneuert und ersetzt. Für die Entwicklung ist ein temporäres Gebiss wichtig, da im kleinen Kiefer eines Babys oder Kleinkindes nicht viel Platz vorhanden ist. Durch das Kieferwachstum rücken die Milchzähne auseinander und es entsteht ein lückig aussehendes Gebiss. Bei einem Kind besteht das Milchgebiss aus 20 Zähnen, und zwar fünf Zähnen pro Quadrant: dem mittleren und dem seitlichen Schneidezahn, dem Eckzahn sowie dem ersten und zweiten Milchmahlzahn. Das Herauswachsen („Durchbrechen“, Dentition) der Zähne ist für das Kind oft schmerzhaft. Es geschieht gewöhnlich in folgender Reihenfolge: Zuerst brechen etwa im 6. bis 8. Lebensmonat die unteren mittleren Schneidezähne, gefolgt von den oberen mittleren Schneidezähnen, den seitlichen Schneidezähnen, den Milcheckzähnen, den ersten Milchmolaren und zuletzt den zweiten Milchmolaren. Der Zeitpunkt des Durchbruchs ist sehr variabel. Im Durchschnitt sind bis zum 30. Lebensmonat alle Milchzähne durchgebrochen und erreichen bis zum Ende des 3. Lebensjahres die volle Verzahnung. Das Wurzelwachstum ist zu diesem Zeitpunkt aber noch nicht abgeschlossen und dauert weitere 1 bis 2 Jahre. In sehr seltenen Fällen sind bei Säuglingen schon bei der Geburt Milchzähne durchgebrochen, sogenannte dentes connati (auch Hexenzähne genannt).
Wechselgebiss
Wenn die ersten bleibenden Zähne erscheinen, findet die gemischte Dentition statt. Die gemischte Dentition beginnt mit dem Auftreten des ersten bleibenden Backenzahns (im Alter von sechs Jahren) und dauert, bis der letzte Milchzahn mit elf oder zwölf Jahren ausfällt. Da es bei der primären Dentition keine Prämolaren gibt, werden Backenzähne des Milchgebisses durch bleibende Prämolaren ersetzt. Wenn Milchzähne ausfallen, bevor bleibende Zähne als Ersatz bereitstehen, können bleibende Zähne nach vorne rutschen, wodurch Platz für weitere Zähne im Mund verloren geht.
Permanente Dentition
Die permanente Dentition beginnt mit dem Verlust des letzten Milchzahns im Alter von 11 bis 12 Jahren. Zwischen dem sechsten und dem achten Lebensjahr verlieren die Kinder die mittleren Milch-Schneidezähne, dann die seitlichen. Zwischen dem 9. und dem 11. Lebensjahr werden die Eckzähne und die ersten Milchmahlzähne ersetzt, zuletzt im Alter von 12 Jahren die zweiten Milchmahlzähne. Anschließend bricht dann noch der zweite Backenzahn (7-er) durch. Weisheitszähne brechen in etwa ab dem 17. Lebensjahr durch und werden oft wegen kariöser Zerstörung oder Durchbruchsstörungen auf Grund von Platzmangel entfernt.
Herausforderungen und Besonderheiten
Zahnkaries
Die Zahnkaries (Karies) ist eine destruierende Erkrankung der Zahnhartgewebe, die durch Säureeinwirkung entsteht. Sie wird durch Mikroorganismen verursacht, die Kohlenhydrate aus der Nahrung zu organischen Säuren verstoffwechseln. Dies führt zur Demineralisierung des Zahnschmelzes. Die Übertragung kariogener Erreger erfolgt durch Speichelkontakt. Risikofaktoren sind eine zuckerreiche Ernährung und mangelnde Zahnpflege. Die beste Vorbeugung ist die Beschränkung der Zuckeraufnahme und eine gründliche Mundhygiene, einschließlich der Verwendung von Fluorid.
Kindlicher Bruxismus
Im Zuge des natürlichen Schädelwachstums ist das kindliche (meist nächtliche) Zähneknirschen (Bruxismus) normal und sinnvoll, auch wenn es sich manchmal für Eltern bedrohlich anhört. Es trägt zum richtigen Kieferwachstum bei. Das Milchgebiss ist von Natur aus ein Abrasionsgebiss. Ab dem Zahnwechsel sollen die Kinder allerdings damit aufhören. Für Bruxismus gibt es physische und psychische Ursachen wie beispielsweise Zahnfehlstellungen und Stress. Eine Entwöhnung vom Knirschen ist beim Erwachsenen häufig schwierig.
Persistierende Milchzähne
Bei Kindern und jungen Säugetieren kann es vorkommen, dass einzelne oder mehrere Milchzähne nicht von allein ausfallen und auch nicht zu einem Wackelzahn werden. Solche persistierenden Milchzähne müssen rechtzeitig vom Zahnarzt entfernt werden, damit die bleibenden Zähne Platz haben und sich korrekt entwickeln können.
Stammzellengewinnung aus Milchzähnen
Das Milchzahngebiss eignet sich als Quelle der Stammzellengewinnung. Die im Zahnmark befindlichen Zellen können extrahiert, mit einem speziellen Wachstumsmittel kultiviert und schließlich für medizinische Zwecke konserviert werden. Die Stammzellen können in der Zahnmedizin für die Regeneration der dentalen Pulpa bei Erwachsenen eingesetzt werden.
Entwicklung des Säuglings und Zahnen
Der Ablauf des Zahndurchbruchs unterliegt einer breiten Streuung. Während einige Kinder schon früh zahnen, kann sich der Ablauf auch um mehrere Monate nach hinten verschieben. In der Regel brechen im zweiten Lebenshalbjahr zuerst die mittleren Schneidezähne durch, die unteren vor den oberen, danach die seitlichen Schneidezähne. Es folgen, meist im zweiten Lebensjahr, die vier ersten Mahlzähne, anschließend die Eckzähne und schließlich die zweiten Molaren. Das Zahnen kann schmerzhaft und manchmal mit Fieberschüben verbunden sein. Die sensomotorische Entwicklung, die dynamische Wechselwirkung von Wahrnehmungen und reaktiver Bewegung, ist eng mit dem Zahnen verbunden. Die Entwicklung der Lungen- und Schluckfunktion, die für die Nahrungsaufnahme essentiell ist, steht ebenfalls in Zusammenhang mit der Entwicklung des Kiefers und der Zähne.