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서론
치아의 비생리적인 동요는 외상성 교합, 치아의 외상, 치주질환 등에 의해 발생한다. 임상에서 심한 동요를 보이는 치아에서 다양한 이유들로 인해 치아의 유지가 결정된 경우 치아에 대한 고정 술식이 행해질 수 있다. 고정(splinting)이란 두 개 혹은 그 이상의 치아를 고정성 혹은 가철성 수복물이나 장치를 이용하여 단단하게 고정시키는 것으로1 환자의 불편감을 해소하고 교합관계와 저작 기능을 회복시키며,2 저작 등의 기능 중 생기는 하중을 여러 치아와 넓은 면적으로 분산시키고 해로운 측방 하중을 수직적인 방향으로 바꿔줌으로써 동요치의 치주적 예후를 개선시키는 것을 목표로 한다.3
여러 방법 중, 인접치의 법랑질에 직접 재료를 접착시켜 고정을 도모하는 레진 치아 고정은 치아 삭제가 거의 필요하지 않아 보존적이고 임상에서 적용이 간편하고 술식 시간이 빠르며 심미적으로 우수하다는 장점을 지니며, 비교적 구강위생을 방해하지 않으며 추가적인 진단과 치료가 가능하다는 장점이 있다.4 이러한 장점들로 인해 레진 치아 고정은 동요치 고정을 위한 고정 방법 중 널리 사용되고 있는 방법 중 하나로 최근에는 레진 치아 고정을 위한 전용 제품도 개발되어 출시되어 사용되고 있다. 치아고정 재료를 포함한 구강내의 수복물은 온습한 환경에서 장기간 저작압에 노출되며 스트레스를 받으며 이로 인해 재료 자체의 파절 또는 치아와 수복재의 계면의 부착 실패의 중요한 원인이 될 수 있다.5 그러므로 구강 내 환경에서 파절되지 않기 위해 높은 강도와 법랑질에의 믿을만한 접합 강도가 요구된다. 법랑질 접착에 대한 연구는 1955년 Buonocore6에 의해 법랑질에 대한 산부식술이 소개되며 법랑질의 표면에 미세한 요철 구조가 생기게 되고 이 미세 구조로 레진이 침입하여 기계적 결합을 이룬다는 사실을 발견한 이후로 진행되어 왔다.
현재 치아 고정용으로 나오는 레진에는 G-FIX (GC, Tokyo, Japan)와 LightFix (Sun Medical, Shiga, Japan)가 있다. 두 종류의 치아 고정용 레진은 제조사의 지시에 따르면 산부식만 시행한 후 접착하게 되어있다. 그러나 현재 레진의 접착을 위해 사용하는 접착 시스템은 다양하다. 이에 본 연구에서는 동요치 고정에 사용될 수 있는 레진계 치아고정 재료의 사용 시 치면 처리 방법이 법랑질에 대한 접착력에 미치는 영향을 알아보기 위하여 4가지 치면 처리 방법을 이용하고 법랑질에 대한 전단결합강도와 파절 양상을 비교함으로써 임상에서의 유용성을 평가하고 임상가들이 재료를 선택함에 있어 도움이 되고자 하였다.
연구 재료 및 방법
실험군으로 2 종의 치아 고정용 레진을 사용하였다. 광중합 스플린트 재료인 G-FIX, LightFix를 사용했다. 접착을 위해 37% 인산인 Spot-On (Premier, Norristown, USA), 접착 레진인 Adper Scotchbond Multi-purpose Adhesive (3M, St Paul, USA), 자가부식 접착제인 G-premio bond (GC)를 사용했다. 각 재료의 구성성분은 Table 1에 나타내었다.
접착제와 레진의 중합을 위해 LED 광중합기인 G-Light (GC)를 사용하였다.
Table 1
Composition of materials used in this study
법랑질 시편 제작
Ando 등7에 의한 시편 제작 방법을 참고하여 시편을 제작한 후 연마하였다. 치관부에 결함이 없는 소의 하악 절치 20개를 사용하였으며 발치 후 4°C 증류수에 보관하고 2개월 이내에 사용하였다. 치아를 임의로 10개씩 G-FIX군과 LightFix군으로 분류하였다. 백악법랑경계에서 치관을 자른 후, 치수강의 치수를 제거하고 2.5% NaOCl에 30분간 담근 뒤 임시 충전재인 Caviton (GC)으로 밀봉하였다. 치관의 순면이 노출되게 하여 25 × 18 × 8 mm 크기의 투명한 아크릴릭 레진에 매몰하였다. 320 grit, 600 grit의 실리콘 카바이드 페이퍼를 순서대로 이용하여 균일한 법랑질 표면이 노출되도록 주수 하에 연마하였다.
노출된 법랑질 표면을 4 부분으로 구획을 나누어 각각 다른 치면 처리를 한 뒤 내경 2 mm, 높이 3 mm 원기둥 모양의 Odontosil (Dreves, Unna, Germany)로 제작한 실리콘 주형을 위치시킨 후 치아 고정용 레진을 2 회에 걸쳐 LED 광중합기를 이용하여 20 초씩 적층 충전하였다.
치면 처리 방법에 따른 군 분류
E군(Etching군): 제조사의 지시에 따라 37% 인산을 법랑질 표면에 적용하여 30초간 산부식 처리하고 쓰리웨이 시린지로 세척한 후 건조하였다.
E+A군(Etching + Adhesive resin군): 제조사의 지시에 따라 37% 인산을 법랑질 표면에 적용하여 30초간 산부식 처리하고 쓰리웨이 시린지로 세척한 후 건조하였다. Adper Scotchbond Multi-purpose Adhesive의 component 3 adhesive를 마이크로브러쉬를 이용하여 도포한 후 10초간 광중합 하였다.
E+GP군(Etching + G-Premio Bond군): 제조사의 지시에 따라 37% 인산을 법랑질 표면에 적용하여 30초간 산부식 처리하고 쓰리웨이 시린지로 세척한 후 건조하였다. G-premio bond를 마이크로브러쉬를 이용하여 도포하고 10초 후 강한 바람으로 건조한 후 10 초간 광중합 하였다.
GP군(G-premio Bond군): G-premio bond를 마이크로브러쉬를 이용하여 도포하고 10초 후 강한 바람으로 건조한 후 10초간 광중합 하였다.
전단결합강도 측정
Bermudez 등8의 전단결합강도 측정 방법을 참고하여 만능 시험기(RB-306, R&B Inc., Daejeon, Korea)를 이용하여 최대 하중 800 kg의 조건에서 분당 1.0 mm의 cross-head speed로 치아 고정용 레진이 시편에서 탈락할 때까지 전단 하중을 주었다. 이 때의 최대 하중을 Helio X 프로그램(R&B Inc.)을 이용하여 구하고, 이를 단위 면적당 전단결합강도(MPa)로 환산하였다. 전단결합강도는 다음 공식에 따라 계산되었다.
파절 양상 분석
전단결합강도 측정 후, 시편의 파절된 표면을 현미경으로 40배 확대하여9 파절 양상을 관찰하였다. 파절 양상에 따라 접착제와 치아 계면에서 발생하는 부착성 파절 (Adhesive failure), 접착제 내에서 발생하는 응집성 파절(Cohesive failure in composite resin), 치아에서 발생하는 응집성 파절(Cohesive failure in enamel), 위의 양상들이 혼합되어 나타나는 혼합성 파절(Mixed failure)의 4가지 범주로 분류하였다.
결과
각 실험 재료의 전단결합강도의 평균과 표준편차를 Table 2에 나타내었다. 본 연구의 결과 G-FIX군에서 전단결합강도는 E군의 접착 강도(23.09 ± 1.67 MPa)와 E+A군의 결합강도(21.04 ± 2.12 MPa)가 가장 높게 나타났으며 GP군이 가장 낮은 결합강도(16.32 ± 2.64 MPa)를 나타냈다. LightFix군에서 전단결합강도는 E+A군이 가장 높은 결합강도(24.86 ± 2.50 MPa)를 나타냈으며 GP군이 가장 낮은 결합강도(9.48 ± 1.65 MPa)를 나타냈다.
Table 2
Shear bond strength of Resin splinting materials [Mean (MPa) and standard deviation]
| Group | MPa, Mean ± standard deviation | |
|---|---|---|
| G-FIX | LightFix | |
| E | 23.09 ± 1.67 | 21.90 ± 2.50 |
| E+A | 21.04 ± 2.12 | 24.86 ± 1.38 |
| E+GP | 19.41 ± 2.81 | 13.83 ± 2.70 |
| GP | 16.32 ± 2.64 | 9.48 ± 1.65 |
재료와 표면처리 방법 사이의 교호작용의 검증 결과는 Table 3에서 제시하였으며, 사후검정시행 결과는 Fig. 1, Fig. 2에서 나타내었다. G-FIX군에서 각 치면 처리 방법 간의 전단결합강도를 scheffe’s test로 사후 검정한 결과, E군의 결합강도는 E+GP군과 GP군보다 높게 나타났고, E+A군의 결합강도는 GP군보다 높게 나타났으며, GP군은 다른 모든 군보다 낮게 나타났다(P < 0.05). LighFix군에서 각 치면 처리 방법 간의 전단결합강도를 scheffe’s test로 사후 검정한 결과, 전단결합강도는 E+A군, E군, E+GP군, GP군 순으로 나타났으며 각각 통계학적인 차이가 나타났다(P < 0.05). Independent t-test를 시행하여 재료 사이의 전단결합강도를 비교한 결과를 Fig. 3에 나타내었다.
Table 3
Result of Two-way ANOVA test on shear bond strength of resin splinting materials
| Source | Sum of squares | df | Mean square | F | Sig. |
|---|---|---|---|---|---|
| Corrected Model | 1878.554a | 7 | 268.365 | 53.206 | .000 |
| Intercept | 28097.632 | 1 | 28097.632 | 5570.622 | .000 |
| Material | 119.977 | 1 | 119.977 | 23.786 | .000 |
| Surface | 1409.019 | 3 | 469.673 | 93.117 | .000 |
| Material * Surface | 349.559 | 3 | 116.520 | 23.101 | .000 |
| Error | 363.160 | 72 | 5.044 | ||
| Total | 30339.347 | 80 | |||
| Corrected Total | 2241.715 | 79 |
Fig. 1
Scheffe’s test result of shear bond strength of G-FIX. The same alphabet characters on the bars indicate not significantly different (P < 0.05). E: Etching; E+A: Etching+Adhesive resin; E+GP: Etching+G-Premio Bond; GP: G-premio Bond.
Fig. 2
Scheffe’s test result of shear bond strength of LightFix. The different alphabet characters on the bars indicate the significant difference (P < 0.05). E: Etching; E+A: Etching+Adhesive resin; E+GP: Etching+G-Premio Bond; GP: G-premio Bond.
Fig. 3
Independent T-test result of shear bond strength of resin splinting materials. Statistical significantly different groups are denoted by an asterisk (P < 0.05). E: Etching; E+A: Etching+Adhesive resin; E+GP: Etching +G-Premio Bond; GP: G-premio Bond.
G-FIX의 파절 양상을 Table 4에 나타내었다. 모든 군에서 대부분 혼합성 파절(mixed failure)이 관찰되었으며, E군에서 법랑질의 응집성 파절(cohesive failure in enamel)이 1개의 시편에서 관찰되었고, E+GP군, GP군에서 접착성 파절(adhesive failure)이 1개씩 관찰되었다.
Table 4
Failure mode of G-FIX
| Cohesive failure in enamel | Cohesive failure in resin | Adhesive failure | Mixed failure | No. of specimen | |
|---|---|---|---|---|---|
| E | 1 | 0 | 0 | 9 | 10 |
| E+A | 0 | 0 | 0 | 10 | 10 |
| E+GP | 0 | 0 | 1 | 9 | 10 |
| GP | 0 | 0 | 1 | 9 | 10 |
LightFix의 파절 양상을 Table 5에 나타내었다. 모든 군에서 대부분 혼합성 파절(mixed failure)이 관찰되었으며, E+GP군, GP군에서 접착성 파절(adhesive failure)이 2개씩 관찰되었다.
고찰
결합강도 실험을 위하여서는 발거된 사람의 치아를 이용하는 것이 선호된다.10 그러나 소의 치아는 많은 양을 얻기 쉽고 상태가 좋으며 사람의 법랑질보다 조성 변수가 적다는 점과,11 크고 평평한 표면을 가지고 있으며 시험 결과에 영향을 줄 수 있는 우식증에 걸리지 않았을 가능성이 낮다는 장점이 있다. 또한 법랑질 결합강도 평가에서 소의 치아는 사람의 치아와 유사한 결과를 나타냈으며12 소의 치아가 사람의 치아의 대체재로의 가능성이 입증된 바 있다.13 따라서 본 연구에서는 소의 치아를 인간 치아의 대체재로 사용했다.
법랑질에 대한 복합 레진의 결합강도는 수복물의 수명에 영향을 주는 요소 중 하나이며, 치아 고정용 레진에서도 마찬가지이다. 레진 접착 술식은 Buonocore6에 의해 소개되었으며 산부식을 통하여 접착력을 개선할 수 있었다. 인산을 통한 산부식을 이용한 법랑질 접착은 수십 년 동안 치과에서 유용하고 성공적인 방법으로 입증되었다. 법랑질은 인산에 의해 표층에 미세한 함몰부가 형성되고, 이 부위에 접착 레진이 흘러 들어가, 레진 태그를 형성하고 미세기계적인 유지를 통해 법랑질과 복합 레진 간에 우수한 접착을 제공한다.14 따라서 법랑질에 대한 접착력은 법랑질의 표면에 형성되어 있는 함몰 형태의 형성 정도에 의해 좌우된다고 알려져 있다.6 반면에 자가부식 접착제의 경우 인산에 비해 낮은 산도의 친수성의 산성 단량체를 사용함으로써 법랑질의 부식 처리와 단량체의 침투를 동시에 수행한다.15 그러나 자가부식 접착제에 의해 탈회를 시행하면 프라이머의 산성이 법랑질에서 점차 중화되기 때문에 점차 탈회가 멈추게 된다.16 또한 산부식 과정을 시행한 경우 탈회 정도가 뚜렷한 양상을 보이지만, 자가부식 접착제는 불규칙한 양상을 보인다고 하였고 이는 결합강도 결과에 영향을 주는 요소 중 하나라고 평가되고 있다.17 그러나 현재 출시되고 있는 ‘universal’ 형태의 자가부식 접착제는 법랑질에 미세기계적인 유지 뿐만 아니라 10-MDP (10-methacryloyloxy-decyl-dihydrogen-phosphate), 4-MET (4-methacryloxyethyl trimellitate)와 같은 기능성 단량체와 수산화인회석의 칼슘 성분 사이에 화학적인 결합 반응을 기할 수 있는 장점을 가지고 있다.18 그러나 이전의 연구들에 의하면 자가부식 접착제의 사용시 추가적인 인산으로의 산부식을 시행하는 것이 법랑질 접착에 효과적이라는 것이 입증되었다.19-22
G-FIX의 경우 제조사에서는 인산 에스테르 모노머를 배합하여 접착제를 사용하지 않아도 산부식한 법랑질에 높은 접착성을 발휘한다고23 설명하고 있다. 본 연구의 실험 결과 G-FIX에서 E군이 E+A군과 E+GP군보다 더 높은 접착 강도를 보이며 제조사의 지시와 일치하는 결과를 보였는데, 이는 인산 에스테르와 같은 산성 단량체에 포함된 인산 기에 의해서 법랑질이 부식되고, 산성 단량체에 포함된 메타크릴산염기(methacrylate기)에 의해서 레진과 공중합 함으로써 접착을 이루게 되기 때문24으로 생각할 수 있다. 이 중, E군과 E+GP군 사이에만 유의한 차이를 나타내고 있는데, 이는 G-Premio Bond가 제조사의 설명에 의하면 pH 1.5로 표기되어 있으며 치아 표면에 남아 있는 자가부식 접착제의 낮은 pH가 접착층의 상부에서 레진의 중합을 억제할 수 있기 때문25으로 생각할 수 있다. 또한, G-Premio Bond의 구성 성분 중 아세톤이 증발되며 법랑질의 미세 공포로 레진이 충분히 침투되지 못하였기 때문이라고 추측할 수 있으나 이에 대해서는 추가적인 연구가 필요하다. LightFix에서는 E+A군이 E군 보다 유의하게 높은 결합강도를 보였는데, 이는 산부식된 법랑질 표면에 미세한 함몰부가 형성되고, 이 부위에 접착 레진이 흘러 들어가 법랑질과 미세기계적인 결합을 이루었기 때문에26 접착 레진을 적용한 군에서 더 높은 전단결합강도를 보인다고 생각할 수 있다. LightFix의 E+GP군과 GP군은 G-FIX의 E+GP군과 GP군에 비해 낮은 결합강도를 보였다. 접착제 성분에 포함된 모노머들과 용매제 등 다른 요소가 법랑질에 대한 결합강도에 영향을 주었을 것으로 보이며,27 이를 밝혀내기 위한 LightFix와 G-Premio Bond의 성분에 관한 추가적인 연구가 필요하다. 본 연구에서 모든 치아 고정용 레진에서 별도의 산부식 없이 자가부식 접착제만으로 치면 처리를 한 경우, 유의하게 낮은 결합강도를 보였는데, 이전의 연구들과 같은 결과를19-22 보여주며 법랑질에 자가부식 접착제를 사용할 때 추가적인 산부식이 필요함을 입증하였다.
파절 양상을 살펴보면 대부분 혼합성 파절이 관찰되었는데, 결합강도가 높은 G-FIX의 E군에서 법랑질에서의 응집성 파절이 1개 관찰되었으며 상대적으로 낮은 결합강도를 보인 LightFix의 E+GP군, GP군에서 가장 많은 비율의 접착성 파절이 관찰되었다.
본 연구는 치면 처리 방법에 따른 법랑질에 대한 치아 고정용 레진의 전단결합강도와 파절 양상을 평가한 것으로, 동요치 고정을 목적으로 개발된 G-FIX와 LightFix는 제조사의 지시와 같이 산부식만 시행한 후 재료를 적용해도 충분한 접착이 이루어질 것으로 생각되며, 자가부식 접착제의 단독 사용은 추천되지 않는다. 그러나 이는 법랑질에 치아 고정용 레진을 접착한 24시간 이후에 실험한 것으로, 실제 구강내의 수복물은 온습한 환경에 장기간 노출된다는 점을 고려한 좀더 다양하고 장기적인 연구를 진행하면 더 정확한 임상적 의의가 있을 것으로 생각된다. 또한 성공적인 치아고정을 위해서는 이번 연구에서 조사한 결합강도뿐만 아니라 굴곡강도, 탄성계수, 용해도, 생체 적합성, 중합 수축, 심미성, 조작성 등 다양한 요소가 복합적으로 고려되어야 한다.
결론
동요치의 고정에 사용되는 레진계 치아고정 재료의 치면 처리 방법에 따른 전단결합강도를 측정한 결과는 다음과 같다.
동요치 고정을 위한 G-FIX는 산부식만 시행한 후 재료를 적용해도 접착 레진을 추가적으로 사용했을 때와 유사한 전단결합강도를 보였으며 LightFix는 산부식을 시행한 후 접착 레진을 추가적으로 사용했을 때 가장 높은 전단결합강도를 보였다.
동요치 고정을 위한 G-FIX와 LightFix는 자가부식 접착제만 단독 처리 후 사용했을 때 가장 낮은 전단결합강도를 나타내었다.
이상의 결과를 종합해 볼 때, 치아 고정용 레진인 G-FIX와 LightFix의 제조사의 지시와 같이 산부식만 시행한 후 재료를 적용해도 충분한 접착이 이루어질 것으로 생각되며, 자가부식 접착제의 단독 사용은 추천되지 않는다.
ORCID
Ye-Rim Lee https://orcid.org/0000-0001-6547-2605
Soo-Yeon Kim http://orcid.org/0000-0001-7437-6877
Jin-Woo Kim https://orcid.org/0000-0002-0004-0710
Se-Hee Park https://orcid.org/0000-0002-4052-4082
Kyung-Mo Cho https://orcid.org/0000-0003-3464-9425
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