功能性基質理論

功能性基質假說(functional matrix hypothesis)是 Melvin Moss 在 1962 年所提出(Moss, 1968)。Moss 的功能性基質理論中，指出顱顏骨 骼的大小、形狀、位置並不是受到基因直接的影響，基因所扮演的角色 僅在於骨骼鈣化作用的啟始。骨骼會發育成何種型態(在三度空間中的方 向、位置、尺寸、型態)皆是受到外在軟組織的影響。

功能性基質理論由功能性基質(functional matrix)和骨骼單位

(skeletal unit)所組成。功能性基質(functional matrix)是指提供特定功 能之軟組織如肌肉與空間，其可以完整表現出某一功能；骨骼單元(skeletal

種不同的功能性基質與兩種不同的骨骼單元。第一種稱為「骨膜功能性基質」

(periosteal functional matrix):意指此功能性基質藉由骨膜來影響骨骼的 發育，例如說肌肉附著在骨膜上，其肌肉活動可透過骨膜影響骨骼的發育。

2. Desmocranium (calvarium) 的發育則主要是被 epigenitic factor 所影響，如顱顏部的一些軟組織，如肌肉、神經、血管或軟骨。

3. Desmocranium 的發育亦可被 local environmental factor 影響，例 如為了行使功能所產生的張力或壓力。

4. General epigenetic and general environmental factor 則對於顱 顏部的骨骼生長發育影響極小。

第二節 骨骼肌功能改變後肌肉組織的變化

骨骼肌按肌纖維的生理特點可分為慢縮肌（slow twitch 或 Type I）及 快縮肌（fast twitch 或 Type II）；更有人把快縮肌再分為快縮紅肌（Type IIa）和快縮白肌（Type IIb）。各類肌纖維的生理機能特點見（表一）。

人體大部分肌肉都混有三種肌纖維，但在每一塊肌肉中兩者的比例並不 化能力較高的 Type IIa(Green et al., 1984; Slivka et al., 2008)，使 肌肉的特性轉變為收縮速度較快、收縮力量較大、抗疲勞性較強；而年老、

肥胖或限制運動會造成type IIb muscle fibers的比例增加(Kriketos et al., 1997)。

第三節 咀嚼功能改變後咀嚼肌肌肉組織的變化 ㄧ、動物研究觀察咀嚼功能改變後肌肉組織的變化

1988 年，S. Kiliaridis 等人發現，若以軟食餵養老鼠，其 deep masseter muscle 的肌纖維大小較餵食正常硬度飼料之老鼠來的小；且其 type IIa fibers 所佔比例會較小，type IIb fiber 所佔比例會較大(Kiliaridis et al., 1988)。

Vilmann 在 1990 年的實驗中也發現軟食餵食的老鼠，masseter muscle 及 digastric muscle 之大小較控制組為細(Vilmann et al., 1990)。

2004 年，Y. Kitagawa 等人以兔子為研究對象，研究結果顯示：軟食組 其 deep masseter muscle 的肌纖維大小和餵食正常硬度飼料之控制組相同；

但其 type I fibers 所佔比例會較少， type IIa fibers 所佔比例會較多，

type IIb fiber 所佔比例會較少(Kitagawa et al., 2004)。

以上的文獻回顧發現，以往的實驗降低咀嚼肌咬力後所得到的結論並不 一致。

二、人體的臨床研究觀察咀嚼功能改變後肌肉組織的變化

肌肉纖維的總橫切面與肌肉力量的大小有關。研究發現短臉型對象，其 咀嚼肌與內翼肌的肌橫切面較長臉型者大，解釋短臉型者其肌咬力相對也比 較強大(Newton et al., 1987; Weijs and Hillen, 1984)。顯示肌肉組織的

確實和咬力及臉型有一定的相關性。

第四節 咀嚼肌對顱顏發育及結構的影響 增加會加大皮質骨的厚度(Goodship et al., 1979)。力量的大小與骨質量的 增加呈線性關係(Rubin and Lanyon, 1985)，因此負荷過多也會造成骨小梁 (trabecular bone)質量的增加(Jee and Li, 1990)。 持續性地施力會導致 骨沉積速率加速、骨礦物化程度減少、造成骨骼結構上的改變(Meade et al.,

(Kiliaridis et al., 1996)。

2. 對顎骨發育方向的影響

咬合力量減小，會影響牙齒的萌發程度，因而影響下臉部高度(lower facial hieght)及深咬(deep bite)或開咬(open bite)的關係(Proffit and Fields, 1983)。

二、動物研究觀察咀嚼肌對顱顏發育的影響

過去的動物實驗中，用許多方式降低咀嚼功能，觀察頭顱顏面生長發育 的差異。例如改變飼料的軟硬質地，或切除、切斷肌肉，以及破壞運動神經 等等。

可以歸納出：以軟食飼養降低了咀嚼功能後，大鼠下顎骨骨枝大小下降 (Watt and Williams, 1951)；大鼠的髁頭(condyle)尺寸較小(Bouvier and Hylander, 1984)；肌肉纖維直徑降低(Bouvier and Hylander, 1984;

Kiliaridis et al., 1988)；下顎骨的不同部位骨密度與皮質骨厚度都下降 (Kiliaridis et al., 1996)；且其顎骨之齒槽脊突(dentoalveolar process) 皮質骨與骨小樑的量皆降低(Bresin et al., 1999)；在鄰近肌肉附著處的上 顎骨橫向發育不良；，其顱顏部位的骨縫(suture)發育受到咀嚼功能降低極 大的影響(Bresin et al., 1999; Katsaros, 2001)。

而在咬肌被切開的猴子中，其咬肌與顳肌的肌纖維截面積較小(Maxwell et al., 1981)；而雙側咬肌切除的大鼠，下顎骨往下旋轉，髁頭的生長方向

也改變(Katsaros, 2001; Maxwell et al., 1981; Navarro et al., 1995)。

由此可知，將咀嚼功能降低，除了造成肌肉、骨骼本身上的差異外，也 會造成顱顏與下顎部位的生長發育在型態上有所改變；這符合 Moss 所提出的 functional matrix 的理論概念。

三、人體的臨床研究觀察咀嚼肌對顱顏發育的影響

人類學的研究中指出，與中古世紀的人類頭骨相較，現代人類的下顎骨 有較大的角點角(gonial angle)與較窄的下顎骨。這可能是因為現代人的食 物質地較軟，使咀嚼功能下降而造成如此的改變(Wedel et al., 1978)。人 類在食物質地上的改變，也可能造成上下顎變短、變窄，而使齒列擁擠、咬 合不正的機率增加(Corruccini, 1984)。

咀嚼肌活動力較大的人，如磨牙者，較少發生咬合不正之情形，且發現 其下臉部較短，上下顎間角度較小，下顎角較小(Kiliaridis et al., 1985;

Waltimo et al., 1994)。顎骨發育不正常的成年人，其咬肌厚度較正常人小，

且與長臉型有相關(Yamada and Kimmel, 1991)。下顎提肌(elevator muscle) 較強或較厚者，其頭顱在橫向之大小較寬，下顎角較小，下臉部較短，臉部 較方正(Kiliaridis et al., 1985; Waltimo et al., 1994)。

第五節 肉毒桿菌神經毒素作用之機轉

肉毒桿菌是神經毒素(Botulinum Neurotoxin)是由肉毒桿菌(Clostridium Botulinum)此菌種所分離出的一種神經毒素，依血清特性分類為七種亞型：

A、B、C、D、E、F、G(Hatheway, 1995)。每一種有其不同的分子大小、結構、

以及不同的強度。其中類型A 及類型B 在臨床實驗上已證實其毒性達到安全 而有效的可使用範圍(Naumann et al., 2006)。

肉毒桿菌最早用於醫學治療是在1977 年。美國眼科醫師Alan B. Scott，

肉毒桿菌素作用時，其分子是ㄧ個雙鏈的多肽形式，為重鏈 heavy chain(100KDa) 上接著一條輕鏈 light chain(50KDa)的結構，此輕鏈具有蛋 白質酶(protease)的功能，其功能為阻斷一種接合蛋白(binding protein) SNAP－25，使乙醯膽鹼無法附著在神經細胞膜上與細胞膜融合，如此便無法 融合及釋放(Setler, 2002)。

二、肉毒桿菌神經毒素的作用機轉

要 了 解 肉 毒 桿 菌 素 的 作 用 原 理 ， 則 必 須 先 了 解 神 經 肌 肉 接 合 處 (neuromuscular junction)的生理作用。神經終板藉由動作電位的傳導形成 電位差而造成突觸前細胞膜上的鈣離子通道開啟，釋放出儲存在膜內囊泡內 (presynaptic plasma vesicle)的神經傳導物質—乙醯膽鹼，造成肌肉收縮。

肉毒桿菌神經毒素附著在神經突觸終端的細胞膜上，可藉由胞飲作用 (endocytosis) 被 帶 入 神 經 細 胞 膜 內 ， 與 末 梢 神 經 中 的 膽 鹼 性 神 經 終 端 (cholinergic nerve ending)，阻斷鈣離子通道的正常釋放與回收作用，造

成突觸前神經之乙醯膽鹼素(acetylcholine)無法釋放出神經細胞膜外，使之 而不用自然地萎縮(Setler, 2002)。

三、肉毒桿菌素的作用時間

神經終端功能的復原速度與毒素經由神經末端代謝的速度，及神經細胞 替換受傷害的 SNARE 蛋白質的速度有關(Jurasinski et al., 2001)。

新的運動神經軸索終端在肉毒桿菌神經毒素施打後約 2 至 4 天開始 出芽生長，1 至 2 周內形成新的突觸，5 至 10 周達到高峰。 4 周後，出 芽生長的神經終端可使肌肉產生活動力。 8 周後，母體神經終端開始復 原，出芽生長的神經終端活動慢慢降低。 3 個月後，母體神經終端即可 恢復正常功能。

第六節 肉毒桿菌神經毒素作用於肌肉後肌肉組織的變化 量(muscle wet mass)顯著低於未施打側肌肉之濕量。 施打肉毒桿菌神 經毒素之肌肉有明顯萎縮情形，且平均肌肉纖維橫斷面積(mean fiber cross-sectional area)較小(Chen et al., 2002)。

在施打肉毒桿菌神經毒素於猴子眼外肌肉 42 至 56 天後的觀察則發現肌

纖維的形態趨於正常(Spencer and McNeer, 1987)。 施打肉毒桿菌神經毒素 於猴子眼瞼肌肉後 63 天的觀察中則發現，肌纖維的大小有顯著的恢復，但仍 比未施打肉毒桿菌神經毒素的肌纖維小(Porter et al., 1991) 。

第三章

研究材料與方法

第一節 研究對象

本實驗是選取 60 隻發育中 Long-evans 品種雄性大鼠，30 天年齡大，體 重約為 120 公克重。 隨機分成四組(Groups I~IV)、每組 15 隻，其中三組為 實驗組、另外一組為控制組。

第二節 研究材料

本實驗是使用肉毒桿菌素 A 型(BOTOX®, Allergan Pharmaceuticals, Ireland)，每一小瓶 100 U，添加無菌 0.9%生理食鹽水 4.0ml 作為稀釋劑，

調配成 25U/ml 濃度的製劑。

第三節 研究設計及步驟

ㄧ、全身麻醉與肉毒桿菌素注射

利用腹腔注射(intraperitoneal, IP)方式，以 Zoletil (50mg/kg) 麻醉 劑和 Rompun (10mg/kg)肌肉鬆弛劑兩種藥劑將大鼠麻醉，而後將 25U/ml (9U/kg body mass,by Ulgen M.(Ulgen et al., 1997))之肉毒桿菌素 A 型，

依部位隨機分成四組，其中三組為實驗組、另外一組為控制組，依部位注射

1. 顳肌(temporalis muscle)注射肉毒桿菌素之步驟:

2. 咬肌(masseter muscle)注射肉毒桿菌素之步驟:

1 大鼠兩側臉頰剃除毛髮。

2 在眼框與外耳道連線之中點處、垂直於口裂與下顎骨角連線處，作上記 號，此為 superficial masseter muscle 之進針點。

3 在眼眶與外耳道連線之眼眶後緣、垂直於口裂與下顎骨角連線處，作上 記號，此為 deep masseter muscle 之進針點。

4 於針頭上裝置 plastic stopper，針頭露出 3.5 mm，使進針量固定。

進針時，斜面朝下，碰到骨頭後停止，接著施打藥劑，每注射點施打 0.5U 之藥劑。（圖二）

二、大鼠的飼養

麻醉清醒後，大鼠將飼養於台北醫學大學動物實驗中心， 飼養環境維持 室溫 23℃，溼度 55%，自由飲水飲食。 食物成分為… 飼養天數為 45 天。

三、大鼠的犧牲與灌流手術

45 天後，將 75 天年齡大的大鼠用 Zoletil 麻醉劑和 Rompun 肌肉鬆弛劑 兩種藥劑利用腹腔注射將大鼠麻醉犧牲，進行灌流手術。

四、肌肉重量之量取

手術取下大鼠咬肌與顳肌，用電子天秤(Denver, USA)量取雙側咬肌與顳 肌的重量，比較四組之間咬肌和顳肌重量之差異。

五、肌肉組織切片觀察 1. 切片位置

取大鼠右側之咬肌，將之區分為淺層咬肌(superficial masseter muscle) 及深層咬肌(deep masseter mucsle)。切片位置為淺層咬肌的中心點，垂直 肌纖維走向。（圖三）

2. 切片製作：Immunohistochemistry

1 大鼠犧牲後，手術取下大鼠咬肌，以 4%福馬林液固定 7 天。接著將標 本放置 20% sucrose 溶液中保存。

2 切片位置為淺層咬肌的中心點，切片方向垂直肌纖維走向。

3 以單株抗體染MyHC-IIA、MyHC-IIX。

以Monoclonal Antibody to Myosin（A4.74）（ALX-805-503,Alexis^®, North America）染type IIa muscle fibers

以 Monoclonal Antibody to Myosin（MyH1）（LS-C11612,Alexis^®, North America）染 type IIa muscle fibers

因為大鼠咬肌只含 type II muscle fibers(Sano et al., 2007)，

所以本實驗先染出

所以本實驗先染出