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문제 정의
- 이러한 연구결과에 기초하여 많은 연구가들이 2 ppm 이하의 불소가 함유된 재광화용액으로 실험을 실시하였는데, 한 등8은 법랑질의 재광화 불소농도가 미치는 영향을 평가한 실험에서 1, 2, 4 ppm군 중 2 ppm군에서 심부까지 불소가 침착되어 재광화가 잘 일어남을 보고하였다. 본 실험에서는 법랑질에서 검증된 불소의 효과를 상아질에서도 관찰할 수 있는지를 확인하기 위하여 동일 조건의 용액을 상아질에 적용하여 관찰하였다.
- 이번 실험에서는 우식 형성 및 재광화 과정 중에 나타나는 상아질의 변화를 정성적으로 분석하고자 하였다. 이를 위하여 우선 시편의 부위에 따른 무기질 분포 양상을 편광현미경을 통하여 관찰한 후 각각의 층을 주사전자현미경으로 관찰하여 수산화인 회석 결정의 형태, 크기 및 배열양상의 변화를 추적 하였다.
- 이번 실험의 목적은 편광현미경과 주사전자현미경을 이용하여 불소농도가 상아질의 재광화 과정에 미치는 영향과 이에 따른 수산화인 회석 결정 형 태와 배열의 변화를 관찰하는데 있다.
제안 방법
- 항온조에 유지시켰다. 24시간 간격으로 7일간 증류수가 침윤된 상태에서 그 변화를 편광현미경을 통하여 관찰하였다. 병소의 깊이와 재광화양상을 기록하였으며 이 상태를 사진으로 촬영하였다.
- 24시간 간격으로 증류수가 침윤된 상태에서 그 변화를 편광현미경을 통하여 관찰하였다. 24시간, 48시간 경과 후대 안 렌즈에 있는 자를 이용하여 병소 깊이를 측정하여 기록한 후 이 상태를 사진으로 촬영하였다.
- 24시간 간격으로 증류수가 침윤된 상태에서 그 변화를 편광현미경을 통하여 관찰하였다. 24시간, 48시간 경과 후대 안 렌즈에 있는 자를 이용하여 병소 깊이를 측정하여 기록한 후 이 상태를 사진으로 촬영하였다.
- 유지시켰다. 48시간 경과 후 시편을 완충액에서 꺼내 증류수에 세척한 후 치아장축에 수직으로 osteotome 과 mallet을 이용하여 치근을 파절시켰다. 이때 파절된 시편을 증류수에 24시간 담근 후 건조하여 보관하였고, 나머지 치근은 다시 파절면을 nail varnish로 도포하여 window만 노출되도록 한 후, 완충액을 넣은 50cc 플라스틱 통에 다시 넣고 25℃ 항 온조에서 유지시켰다.
- 이때 파절된 시편을 증류수에 24시간 담근 후 건조하여 보관하였고, 나머지 치근은 다시 파절면을 nail varnish로 도포하여 window만 노출되도록 한 후, 완충액을 넣은 50cc 플라스틱 통에 다시 넣고 25℃ 항 온조에서 유지시켰다. 7일 후 시편을 완충액에서 꺼내 증류수에 세척한 후 치아장축에 수직으로 osteotome과 mallet을 이용하여 치근을 파절시켰다. 이렇게 준비된 정상상아질 시편 3개, 탈회 시편 3개, 각 군 당 3개씩 9개의 재광화 시편 등 총 15개의 시편을 aluminium stubs에 고정시킨 후진공상태에서 도금 처리하여 주사전자현미경 (Hitachi, S-800, Japan)으로 관찰하였다.
- 3으로 조절하여 제조하였다. CafPCV 이온농도를 자동분석기 (Hitachi 736-40, Hitachi, Japan)를 이용하여 정량 분석하였으며 Table 1은 탈회 완충용액의 조성이다.
- 3으로 조절하여 제조하였다. CatPOF이온농도를 자동분석기 (Hitachi 736-40, Hitachi, Japan)를 이용하여 정량 분석하였고 Table 2는 불소가 포함된 재광화 완충용액의 조성이다.
- 교정목적으로 일주일 이내에 발치한 소구치 10개를 아크릴 레진을 이용하여 치관부위만 매몰하고 경화 후 low speed diamond wheel saw (Minitom, Struers, Denmark)> 이용하여 근첨에서 5 mm 떨어진 위치에서 치아의 장축에 수직으로 절편을 만든 다음, 150 m 두께로 연마하였다. 연마된 시편을 입체 현미경 (OPMT, 동원, 대한민국) 하에서 bonding agent (Scotchbond™ Multi-Purpose, 3M Dental Product, U.
- 24시간 간격으로 7일간 증류수가 침윤된 상태에서 그 변화를 편광현미경을 통하여 관찰하였다. 병소의 깊이와 재광화양상을 기록하였으며 이 상태를 사진으로 촬영하였다.
- 실험군으로 각각 불소농도가 1, 2, 4 ppm인 재광화 완충용액을 제조하였다. 재광화완충용액은 각 군 당 필요한 Calcium, Phosphate, lactic acid 및 Fluoride의 정확한 양을 stock solution으로부터 취한 후 pH를 4.
- 7일 후 시편을 완충액에서 꺼내 증류수에 세척한 후 치아장축에 수직으로 osteotome과 mallet을 이용하여 치근을 파절시켰다. 이렇게 준비된 정상상아질 시편 3개, 탈회 시편 3개, 각 군 당 3개씩 9개의 재광화 시편 등 총 15개의 시편을 aluminium stubs에 고정시킨 후진공상태에서 도금 처리하여 주사전자현미경 (Hitachi, S-800, Japan)으로 관찰하였다.
- 변화를 정성적으로 분석하고자 하였다. 이를 위하여 우선 시편의 부위에 따른 무기질 분포 양상을 편광현미경을 통하여 관찰한 후 각각의 층을 주사전자현미경으로 관찰하여 수산화인 회석 결정의 형태, 크기 및 배열양상의 변화를 추적 하였다.
- 이번 실험에서는 편광현미경과 주사 전자현미경을 이용 한정 성적 관찰을 시행하였다. 그러나, 편광현미경에서 관찰된 복굴절 정도를 해석해서 그 부위의 정확한 탈회 및 재광화량을 정 량화 하는 것이 불가능하였고 주사전자현미경도 수산화인회석 결정 크기 등의 정성적 관찰만 가능하였다.
- 제조하였다. 재광화완충용액은 각 군 당 필요한 Calcium, Phosphate, lactic acid 및 Fluoride의 정확한 양을 stock solution으로부터 취한 후 pH를 4.3으로 조절하여 제조하였다. CatPOF이온농도를 자동분석기 (Hitachi 736-40, Hitachi, Japan)를 이용하여 정량 분석하였고 Table 2는 불소가 포함된 재광화 완충용액의 조성이다.
- 치아우식 병소의 무기질 분포를 확인하기 위한 편광현미경 관찰과, 편광현미경에서 확인된 복굴 절 정도가 다른 3개 층에서의 수산화인 회석 결정의 형태와 배열을 확인하기 위한 주사 전자현미경 관찰로 구별하여 연구를 시행하였다. 교정목적으로 일주일 이내에 발치한 소구치 10개를 아크릴 레진을 이용하여 치관부위만 매몰하고 경화 후 low speed diamond wheel saw (Minitom, Struers, Denmark)> 이용하여 근첨에서 5 mm 떨어진 위치에서 치아의 장축에 수직으로 절편을 만든 다음, 150 m 두께로 연마하였다.
- 편광현미경에서 확인한 무기질 분포 양상에 따라 각각 표면층, 병소본 체 상부층, 병소본 체 하부층의 세 개의 층으로 나누어 주사전자현미경 관찰을 시행하였다. 병소 상부에서는 무기질 침착의 양상이 뚜렷하였고 1, 2 ppm군의 병소본 체 하부에서는 탈회의 양상이 관찰되었다.
대상 데이터
- 30% 유산용액 (Sigma Co., 분자량 90.09, 밀도 1.080) 부터 1 M의 용액을 제조하였다. 염화칼슘 분말 (Sigma Co.
- 080) 부터 1 M의 용액을 제조하였다. 염화칼슘 분말 (Sigma Co., 분자량 147.0)로부터 0.3 M의 용액을 제조하였고, 인산칼륨 분말 (Sigma Co., 분자량 136.1)로부터 0.9 M 의 인산칼륨용액을 제조하였으며 염화불소분말 (Sigma Co., 분자량 41.99)로부터 100 ppm (5, 2632 mM)의 용액을 제조하였다.
성능/효과
- 1 ppm군에서 뚜렷하게 관찰되는 탈회소견인 결정들 사이에 무수히 많은 중앙부 결손이 그 빈도와 크기가 감소되었다 (Figure 5-B). 100, 000배로 확대하여 관찰했을 때, 관주 상아질은 관간상아질과 분명하게 구분되었으며 관주 상아질을 구성 하는 수산화인회석 결정의 크기도 약 10-30 nm정도로 정상 상아질이나 탈회상아질에서 관찰되는 결정의 크기보다 크게 관찰 되 었다. 관간상아질에서 관찰되는 수산화인 회 석 결정의 크기는 정상상아질에서 많이 관찰되는 10-20 nm정도의 결정보다 조금 큰 15-30 nm 정도이고 결정과 결정의 구분은 명확하지 않고 합쳐져 있는 듯한 양상으로 관찰되었다 (Figure 8-C).
- 이러한 관찰은 Arends 등或의 실험 결과와도 동일한 결과로 이들은 microradiograph와 주사전자현미경을 이용한 인체내 실험에서 정상상 아질의 50 vol%의 무기질 함량을 가진 경우에도 이러한 미세 구조의 견고성이 유지된다고 보고하였다. 또한 탈회상 아질의 파절면은 정상 상아질에 비해 다공성의 구조로 관찰되었고 표면의 거친 결정체들이 관찰되지 않아 결이 부드럽게 관찰되었으며 군데군데 유기 기질의 섬유가 노출되어 관찰되었다. 이러한 상아세관 내의 원 섬유의 존재는 Takumaml의 연구에서도 관찰되었다.
- 마지막으로 우식 병소본 체 하부에서는 병소 내의 무기질이 많이 소실된 형태로 관찰되었다. 특히 1 ppm의 불소를 포함한 재광화용액으로 처리했을 때, 가장 뚜렷하게 관찰되어 그물망 형태의 기질원 섬유를 둘러싼 수산화인 회석 결정만이 남아있는 형태로 관찰되었다.
- 무기질의 손실에 의해 뚜렷한 음성 및 양성복 굴절을 표현하는 법랑질과 달리 상아질의 경우 방향성을 갖는 콜라겐파이버의 존재와 재광화양상에서 나타나는 원형의 칼슘-포스페이트 결정체 등의 영향으로 복굴절정도가 매우 복잡하게 표현되었다. 완전히 제거하려고 노력하였으나 제거되지 않고 남은 백악질의 경우 초기에는 음성복굴절이 유지되었으나 시간의 경과에 따라 이러한 음성복 굴절이 소실됨이 관찰되었는데 .
- 법랑질의 재광화에 관한 이 전의 보고에서와 달리 상아질을 이용한 이번 실험에서는 4 ppm에서 가장 많은 재광 화가 일어났다. 이는 법랑질에서 동일 완충액으로 처리했을 때, 표면층이 두껍게 형성되어 더 이상의 재광화가 억제된 것과 달리 상아질에서는 상아세관을 통한 용액의 이동이 심부까지 비교적 자유롭게 일어나는 것과 상아질과 법랑질의 산에 대한 용해도 차이에 의한 것 등 복합적인 원인에 의한 것으로 생각된다.
- 병소본 체 하부의 경우에는 재광 화보 다 탈회가 진행되는 양상으로 관찰되었으며 양성복굴 절이 진행되어 상아세관의 형태가 관찰되지 않았다. 병소 전면과 연결되는 등 방성을 나타내는 층의 존재도 시간의 경과와 함께 소실되는 양상으로 관찰되었으며 정상 상아질보다 양성복 굴절을 보이는 병소본 체 하부는 시간의 경과에 따라 병소전면이 정상상 아질 쪽으로 이동하여 전체 병소 폭이 증가하였다 (Figure 1).
- 병소본 체 하부층에서는 상아세관, 관주상아질 및 관간상아질의 형태가 비교적 잘 유지되었다. 상아세관의 지름은 약 0.
- 100,000배 확대 사진에서 수산화인 회석 결정의 크기가 30-50 nm로 정상 상아질에서 관찰되는 결정의 크기보다 컸으며 결정들은 서로 뭉쳐져서 파이버 형태를 이루고 있으며 결정 사이의 빈 공간은 거의 관찰되지 않았다 (Figure6-A).병소본체 상부층을 10, 000배로 확대하여 관찰할 때 비교적 크기가 큰 (30 nm) 수산화인 회석 결정이 많이 관찰되었다 (Figure관간상아질에서는 전자밀도가 1, 2 ppm군과 비교시 높게 나타나지만 정상상아질에서 관찰되는 전자밀도보다는 낮게 관찰되었다. 관간상아질의 수산화인 회석 결정 크기도 정상 상아질에서 보다는 크게 관찰되었다.
- 이러한 결정성장이론은, 불소가 존재할 때, 불소이온이 수산화인 회석 같은 무기질의 crystalline내로 결합하고 이러한 결합이 수산화인회석 결정의 화학적, 물리적 특징을 변화시킨다고 하였으며, 불소농도의 증가와 함께, 결정 크기가 증가됨이 보고되었다. 본 실험에서도 1 ppm군에서의 병소본 체 하부의 주사 현미경 관찰에서 결정의 재광화양상이 뚜렷하게 관찰되었다.
- 형태가 비교적 잘 유지되었다. 상아세관의 지름은 약 0.6-0.8, um정도였고 동일 부위의 정상 상아질에서보다는 넓어져 있었으나 탈회상 아질보다는 축소되어 관찰되었다. 관주 상아질은 정상상 아질과 비교시 부분적인 상실이 관찰되었으나 탈회군과 비교시에는 상아세관 내로의 돌출이 보이고 그 폭도 증가되었다.
- 10Q 000배로 확대했을 때에는 관주 상아질이 관간상아질과 뚜렷하게 구분되지 않았으며 수산화인회석 결정의 크기도 큰 차이가 없었다 (Figure 7-B).수산화인회석 결정의 크기는 정상 상아질에서 많이 관찰되는 10-15 nm정도의 결정보다 조금 큰 15-30 nm 정도로 각각의 구분이 명확하지 않고 합쳐져 있는 듯한 양상으로 관찰되었다. 치근 표면에서 160-300 u m 떨어진 위치에서 관찰되는 병소본 체 하부층에서는 분명한 무기질 소실의 양상이 관찰되었다.
- 음성 복굴절로 관찰되는 우식 표면층은 시간의 경과와 함께 계속 증가하였다. 양성복 굴절로 관찰되는 병소본 체 상부에서는 음성 복굴절을 띠는 밴드 형태의 재광화증의 폭이 계속 증가하였고 음성복 굴절로 관찰되는 톱니 형태의 불규칙한 층이 기존 치근 표면 위로 침착되는 것이 관찰되었다 (Figure 3).
- 우식 상아질에서 주사 전자현미경으로 10, 000배 확대하여 관찰했을 때, 무기질의 상실에도 불구하고 상아세관, 관주상아질, 관간 상아질 등의 미세 구조의 견고성은 비교적 유지되었다. 이러한 관찰은 Arends 등或의 실험 결과와도 동일한 결과로 이들은 microradiograph와 주사전자현미경을 이용한 인체내 실험에서 정상상 아질의 50 vol%의 무기질 함량을 가진 경우에도 이러한 미세 구조의 견고성이 유지된다고 보고하였다.
- 1 ppm군에서 수산화인 회석 결정의 배열상태 관찰에서 상아질 우식의 재광화 과정을 유추해 볼 수 있었다. 우식 이 진행되어 유기기질 주변의 수산화인 회석 결정체만 남아있는 상태에서 불소와 함께 높은 농도의 칼슘과 포스페이트를 공급하면 기질원 섬유 주변의 수산화인 회석이 연장되어 스핀들 형태의 결정체를 형성하고 이러한 결정체가 섬 유간 구역 (interfibrillar region) 을 채우는 양상으로 관찰되었다. 이러한 관찰은 Watson과 Avery?"가 햄스터의 치아 발생 과정에서 상아 질의 무기질 침착을 관찰했을 때의 양상과 비슷하였다.
- 이러한 음성복 굴절의 상실은 주사 전자현미 경으로 관찰했을 때, 표면층에서 관찰되는 크고 작은 원형의 칼슘-포스페이트 결정체의 침착에 의한 것으로 생각된다. 이러한 구형의 결정은 형태적 복굴절을 야기하여 뚜렷한 양성복굴 절로 관찰되는데 세군 모두 시간의 경과에 따라 이층이 일정 두께로 증가하며 양성복 굴절의 정도가 뚜렷하게 증가함이 관찰되었다. 우식 본체의 경우에는 법랑질에서는우식의 진행에 따라 양성복 굴절이 음성복굴절로 변화되는데 상아질의 경우에는 우식의 진행에 따라 양성복굴절의 정도가 증가하였다.
- 이번 실험에서는 우식 시편에서 미세구조의 견고성이 유지된 것과 달리 1 ppm의 불소가 포함된 재광화 용액으로 처리했을 때, 미세구조의 파괴가 병소본체에서 관찰되었다. 이러한 부위는 편광현미경으로 관찰했을 때, 양성 복굴절 정도가 증가하고 상아세관과 평행하게 주행하는 음성 복굴절이 사라진 부위로 병소 본체의 심부였다.
- 없었다. 자연적으로 형성된 치아우식에서 관찰되는 상아 세관의 폐쇄성 변화꿔> 도 일부에서 관찰되지만 비교적 상아 세관의 형태가 견고하게 유지되어 관찰되었으며 표면에 granular surface texture를 가지는 것도 관찰되었다. 이러한 원형의 표면 특징이 이층을 편광현미경 관찰했을 때 음성 복굴절이 증가하여 투명층으로 관찰되게 하는 것으로 생각되며 이러한 관찰은 Takuma가 법랑질에서 관찰한 양상과 유사하다'”.
- 주사 전자현미경으로 100,000배 또는 200, 000배로 관찰했을 때 , 정 상상아질과 탈회상 아질의 수산화인 회석결정 의 크기가 관간 상아질의 경우 10T5nm 정도인 것과 비교하여재광화 상아질의 수산화인 회석 결정은 그 크기가 1.5배에서 2배까지 증가하였고, 결정의 형태도 정상 상아질에 서는가로 축과 세로축의 크기가 비슷한 원형 또는 오각형 , 육각형의 결정형태가 관찰되는 것과 달리 약간 찌그러진 형태의 타원형과 비슷한 형태의 결정 형태가 관찰되었고 스핀들 형태의 결정 모임의 길이도 짧아짐이 관찰되었다. 이러한 관찰은 LeGeros"의 저술과 동일한 결과이다.
- 소실된 형태로 관찰되었다. 특히 1 ppm의 불소를 포함한 재광화용액으로 처리했을 때, 가장 뚜렷하게 관찰되어 그물망 형태의 기질원 섬유를 둘러싼 수산화인 회석 결정만이 남아있는 형태로 관찰되었다. 그러나, 전체 무기 질량의 감소에도 불구하고 수산화인 회석의 크기는 오히려 증가되어 관찰되었다.
후속연구
- 향후 실험에서는 정성적 분석뿐 아니라 X-ray microanalysis17' 등을 이용하여 부위에 따른 칼슘 및 불소 등의 정량적 분석도 같이 시행하면 우식 및 재광화 과정의 진행양상 해석에 도움이 될 것으로 생각된다. 또한 수산화인 회석 결정의 3차원적인 형태 변화의 관찰을 위하여서는 투과전자현미경을 이용한 연구가 필요하다고 생각된다. 이번 실험에서 가장 고농도인 4 ppm에서 가장 많은 재광화가 관찰되었으므로 더 높은 농도의 불소가 존재할 때의 재광화에 대한 연구와 pH가 좀 더 중성일 때의 재광화에 대한 연구도 필요하다고 생각된다.
- 또한 수산화인 회석 결정의 3차원적인 형태 변화의 관찰을 위하여서는 투과전자현미경을 이용한 연구가 필요하다고 생각된다. 이번 실험에서 가장 고농도인 4 ppm에서 가장 많은 재광화가 관찰되었으므로 더 높은 농도의 불소가 존재할 때의 재광화에 대한 연구와 pH가 좀 더 중성일 때의 재광화에 대한 연구도 필요하다고 생각된다.
- 그러나, 편광현미경에서 관찰된 복굴절 정도를 해석해서 그 부위의 정확한 탈회 및 재광화량을 정 량화 하는 것이 불가능하였고 주사전자현미경도 수산화인회석 결정 크기 등의 정성적 관찰만 가능하였다. 향후 실험에서는 정성적 분석뿐 아니라 X-ray microanalysis17' 등을 이용하여 부위에 따른 칼슘 및 불소 등의 정량적 분석도 같이 시행하면 우식 및 재광화 과정의 진행양상 해석에 도움이 될 것으로 생각된다. 또한 수산화인 회석 결정의 3차원적인 형태 변화의 관찰을 위하여서는 투과전자현미경을 이용한 연구가 필요하다고 생각된다.
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