第 1 章 骨发育成熟度评价的理论基础
1.1儿童青少年发育成熟度的测量与评价
1.1.1身体发育成熟度的概念
人的生长是指细胞的繁殖、增大及细胞间质的增加，表现为身体各部分、器官、组织的大小和重量的增长。而发育是指身体各系统、器官和组织在功能方面的改变，即质的变化。成熟是指生长和发育的过程达到了一个比较完善的阶段，标志着个体形态、生理、心理等的发育达到成人阶段。
人的生长发育都经历由出生时的不成熟至完全成熟的过程。但是，由于遗传和环境因素的影响，个体发育的程度和速度不尽相同，同年龄的个体在身体的高矮、大小、心理发育水平的高低以及第二性征出现早晚等方面都存在非常大的个体差异，生活年龄不能完全反映个体的生长发育程度。因此，人们普遍使用发育年龄或生物年龄来反映个体的发育成熟程度。
不同个体不仅在一定时间上所达到的成熟水平不同，而且在一段时间内的成熟速度也不同，每一个体都有各自调节其达到成熟状态进程的生物钟。成熟度就是个体在生长发育到成熟状态过程中某一时刻所达到的成熟程度。成熟度的概念将生物时间和生活时间联系起来了，一名儿童的生物学生长和成熟进程不一定与其生活年龄一致，在同性别、同生活年龄的儿童中存在有生物年龄的差异，这一现象在青春期特别显著。
成熟度和身高、体重等人类学身体测量指标有很大的不同。不同个体生长发育至成熟的结束点都是相同的、可预知的；而人类学测量指标则不同，如身高、体重，只有在发育成熟后才能够得知其确切的数值(结束点)，而且不同个体间生长结束时的身高也各不相同。
1.1.2身体发育成熟度评价方法
自 20 世纪初，一些学者认识到儿童青少年生物成熟度存在相当大的个体差异后，曾相继提出了以身体形态、第二性征、牙齿、骨骼等生物学指标评价成熟度的方法，见表 1.1。综合不同生物成熟度评价方法的研究文献以及应用经验，可靠的生物学指标应满足下列条件:①反映生物学特征的变化；②每一个体都达到相同的最终阶段；③表现出连续、平滑的增长；④可应用于生长发育的全过程；⑤与身体的大小、形态无关。
1.形态年龄
身高曾一度用来评价儿童青少年的生长发育，但是由于不同个体身高的遗传因素不同以及青春期生长突增年龄的个体差异，使得身高难以确切反映儿童青少年的发育状况。在有纵向追踪材料的情况下，身高速度高峰(peak height velocity，PHV) 年龄是很有价值的发育程度评价指标，常用于青春期发育研究。另一个经常使用的身体形态指标是在一定年龄时所达到的成年身高的百分数，在相同生活年龄的儿童中，越接近其本身成年身高者成熟度越高。例如，两名 7 岁男孩有同样的身高，一名儿童的身高达到其成年身高的 72％，另一名仅达到 66％，由于前者更接近其成年身高，成熟度提前于后者。可以看到，成年身高百分数是一种距成年身高尚有多长距离的评价指标，是生长速度不同的结果。
表 1.1 评价生物成熟度的方法和指标方法
PHV 年龄和生长过程中某一年龄时的成年身高百分数的计算均需要有纵向测量数据，所以在实际应用中受到一定的限制。
2.第二性征年龄
性成熟度的评价主要依据第二性征发育表现，男性评价外生殖器、阴毛，女性评价乳房、阴毛和初潮年龄。1962 年，Tanner 提出了第二性征发育等级(分期)标准，将每一性征划分为 5 个等级，清楚地描述了各等级所达到的发育程度，并报告了男女儿童第二性征变化模式的变异(Marshall and Tanner，1969；1970)，在国际间广为应用。
对于男孩可以直接测量睾丸体积(testicular volume)估价性成熟度，睾丸体积可以采用卡尺、模型法或阴囊超声波检查法直接测量。阴囊超声扫描测量的睾丸体积更为精确，但因为普拉德睾丸测量计(Prader orchidometer)简便实用，应用最为普遍。普拉德睾丸测量计由相当于 1~25ml 睾丸体积的椭圆形球体所组成，将被测者睾丸与这些椭圆形球体相比较，大小相匹配的椭圆形球体的体积即为睾丸体积。
第二性征的发育评价较简单，但是在实际应用中性成熟度评价受到较大程度的限制，因为评定者必须由视觉观察裸体受试者才能够评定第二性征发育等级。虽然后来采用裸体照片的方法，但难以检查阴毛是否出现这一发育等级。最近，有人使用被评价者自己检查报告的方法，但其可靠性仍存在疑问。
性成熟度的应用范围有限，仅能够应用于青春期，而且第二性征发育也只能粗略地估价青少年的发育程度。
3.牙龄
最初牙龄的评价依据于乳牙或恒牙的萌出(eruption)。但牙齿的萌出仅为牙齿钙化过程中的一种事件，应用的年龄范围较窄。因此，Demirjian 等(1973)提出了根据恒牙钙化程度评价牙龄的方法。该方法与 TW 骨龄评价方法相似，通过评价左侧下颌骨 7 颗恒牙的 X线放射影像，将每颗恒牙钙化点出现至根尖闭合的发育过程划分为 8 个等级，使用 TW 骨发育等级分值的计算方法计算出每颗牙齿每发育等级的分值。根据被测者 7 颗牙齿的发育等级，查表得到分值，各分值之和为牙齿成熟度分值，再查成熟度分值与牙龄对照表而转换为牙龄。该方法适用于 3~16 岁儿童青少年发育程度的评价。目前，Demirjian 法已经成为国际间评价牙龄的主要方法，许多国家已将 Demirjian 牙齿发育等级分值系统转换为本国人群牙龄标准。
但是，牙龄不能完全反映全身的生物成熟度，因为所有其他生物年龄都说明，女孩发育提前于男孩，而乳牙在发育时间上却无明显的性别差异，依据恒牙钙化评价的牙龄，所反映出的性别差异也比其他生物年龄小许多。
在某些应用领域第三臼齿的发育具有特别的应用价值，例如在法医学，第三臼齿的发育是活体青少年法庭年龄推测(forensic age estimation)的主要依据之一。因为在 18 岁左右青少年身体其他组织系统均已发育成熟，而第三臼齿在 20 岁以后才完成根尖闭合的最后发育等级(Mincer et al.，1993；Olze et al.，2004)，所以第三臼齿的发育年龄特征引起国际法医学界的关注，而用于青少年刑事责任年龄的推测。
4.骨龄
骨龄是目前应用最广泛的评价生物年龄的方法。骨的发育贯穿全部生长发育期，在发育过程中所有个体的骨组织都由软骨逐渐骨化成骨。骨化开始点(骨化中心钙化点)和结束点(成熟状态)均为已知，不同骨或不同个体之间由软骨模型骨化开始到成年形态的渐进过程的速度不同，为骨成熟度评价提供了基础。
在骨龄评价方法的研究过程中，人体的肩、肘、手腕、髋、膝、足踝关节都曾作为 X 线摄片部位，用来评价骨龄。由于手腕部包括多种类型的众多骨化中心，反映了全身骨发育状况，而且易于摄片，节省人力物力，X 线照射剂量很小，所以手腕部骨龄得到了最为广泛的应用。
在发育年龄上与众不同的骨也有其特殊的用途，例如锁骨内侧骨骺融合开始、融合完成的中位数年龄分别为 20 岁和 29 岁(Schmeling et al.，2004；Schulz et al.，2008)，所以锁骨内侧骨骺发育成熟度也成为了法庭科学年龄推测的主要依据之一。
用来确定骨成熟度的特征称为成熟度指征每块骨的成熟度指征均以不可逆的顺序规律性地出现。手腕部骨成熟度指征所提供的信息可以分为三类:第一是骨化中心的出现，说明骨化中心软骨开始转化为骨组织；第二是每块骨在趋向其成年形状的过程中逐渐分化，长骨表现为骨骺和骨干干骺端的形状变化，腕骨表现为独特的形状的改变与增大；第三是长骨骨骺与骨干的融合以及腕骨达到成年形状。
1.1.3骨龄与其他组织系统成熟度指征的关系
既然身体形态、第二性征、牙龄和骨龄都能够评价儿童青少年的发育成熟度，那么必然会产生这样一个问题:对同一对象，以不同组织系统成熟度指征所评价的成熟度结果相同吗? 一般而言，在骨骼、第二性征、身体形态的成熟度指征出现年龄之间表现为中到高度的正相关，但牙龄与其他成熟度指征的相关程度较低，其发育进程具有一定的独立性。
由表 1.2(Marshall，1974)可见，第二性征的发育年龄与骨龄密切相关，但是骨龄的变异(标准差)较小，尤其是在初潮时和达到 95％ 的成年身高时，骨龄标准差的下降最为显著。因为在这两个成熟事件上骨龄的变异明显减小，所以相关系数也降低了。
表 1.2 达到各成熟度指征时的生活年龄、骨龄及其相关系数
Bielicki 等(1975；1984)曾研究了青春期不同成熟度指征之间的关系(表 1.3)，在性成熟开始时的骨龄与生活年龄的变异相似，因而在男 10 岁、女 11 岁时骨龄与第二性征年龄的相关程度较低；随生活年龄的增长和第二性征年龄、身高速度高峰年龄、初潮年龄、95％ 成年身高年龄的相关系数逐渐增大，在这些成熟事件出现的平均年龄前后，骨龄与出现年龄的相关系数相当高。这种现象可能与青春期前和青春期生长发育阶段的激素调节不同有关，青春期前身体生长和骨骼的发育主要依赖于生长激素的控制与调节，但在青春期，性的成熟、身高的生长突增、骨的发育则是在生长激素和性类固醇激素的共同影响之下。因骨发育与性成熟事件的密切关系，所以可根据骨成熟度指征来预测初潮年龄(张国栋等，1991)，见表 1.4。表 1.3 青春期骨龄与其他成熟度指征年龄之间的相关系数
表 1.4 估计初潮年龄(Y)的回归公式
在生长发育研究中，大都使用相关系数来观察不同成熟度指征的关系。但是，在生长发育的不同阶段，这些关系有不同程度的变化，因而有必要进行不同成熟度指征间相互关系的综合性研究。Bielicki 等(1984)对 111 名 8 ~ 18 岁波兰男孩的 21 项成熟度指征(包括第二性征年龄、骨龄、形态年龄、牙齿萌出年龄)作了聚类分析。结果发现，这些成熟度指征可以分为三类:第一类为青春期总体成熟度因素，包括身高速度高峰年龄、第二性征年龄、14 和 15 岁时的骨龄、85％、90％ 和95％ 成年身高年龄、身高生长突增开始年龄。这些总体成熟度因素说明了青春期生长发育速度是在共同因素的控制之下。第二类为 11、12、13 岁时的骨龄和达到 80％ 成年身高年龄，说明的是青春期的生长。第三类为牙齿的萌出年龄。第二、三类相互无关，也与其他成熟度指征无关。主成分分析进一步说明，第一主成分为青春期总体成熟度因素，所有变量都有高的正载荷，说明了样本变异的 77％；第二主成分与青春期前骨发育成熟速度有关，仅说明了样本青春期成熟度变异的 12％。在此之前，Bielicki(1975)对女孩青春期不同成熟度指征相互关系的研究结果相似。
所以，青春期生长和成熟速度依赖于总体成熟因子，这些因子可以区分不同个体青春期事件开始时间的早晚。另一方面，成熟度指征也存在有变异，提示单一组织系统不可能全面地描述男女少年青春期的生长发育速度。
1.1.4设计生长发育研究所采用的研究类型
在生长发育研究中可应用多种研究类型，采用何种类型取决于所研究的问题。归纳起来，基本的研究设计类型为:横断研究和纵断研究，以及两种基本研究方法的结合￣混合纵断研究。
横断研究中，在一定年龄上或几个年龄上测量大量的个体，每一个体仅测量一次，基本上是一定年龄或一定人群不同年龄的横断面。这样设计的研究可以得出调查时刻样本儿童的生长发育状况以及样本变异性的结果。在取样上，要特别谨慎，应使所取样本真正代表所要研究人群的横断面。横断资料的纵断应用，所得出的是平滑了的生长发育曲线，在一定程度上掩盖了实际宽大的个体变异，不能精确估价生长发育的速度与变化。
纵断研究中，在一段时间内对同一个体以特定的时间间隔重复测量。所得结果不仅可以提供由横断研究得到的现状资料，而且能够精确评价生长发育速度和变化的规律。但是，长时间纵断研究的实施比较困难，一项由出生至发育成熟的完全纵断研究约需20 年，需要长时间的人力与财力的投入，必须具备组织良好的科技人员队伍。但这类研究的最大问题是经常受到受
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