유기산 완충용액의 ph와 포화도가 - yonsei university · 2019-06-28 · 유기산...

유기산 완충용액의 pH와 포화도가

상아질 탈회에 미치는 영향

연세대학교 대학원

치의학과

손 선 정

유기산 완충용액의 pH와 포화도가

상아질 탈회에 미치는 영향

지도교수 이 찬 영

이 논문을 석사 학위 논문으로 제출함

2005년 12월 일


치의학과

손 선 정

손선정의 석사 학위 논문을 인준함

심사위원 인

심사위원 인

심사위원 인


2005년 12월 일

감사의감사의감사의감사의 글글글글

한 해를 마무리 할 즈음이면 바쁘게 지내왔던 시간 속에서 잠시 잊고 있던 고

마움과 감사함이 절로 밀려옵니다. 특히 올 후반기는 실험과 결혼준비로 때론 헤

매기도 했으나 이젠 그 결실을 얻게 되었습니다. 그 동안 마음속으로 간직했던

감사함을 글로 전하려 합니다.

부족한 논문이 완성되기까지 실험 준비과정부터 아낌없는 지도와 가르침을 주

신 이찬영 교수님, 대학원을 무사히 마칠 수 있도록 배려해 주신 목동 예치과 병

원의 김기태 원장님, 저의 부족함을 언제나 채워주신 송윤정 과장님, 가족 같이

따스한 예 가족 모두에게 감사의 말씀을 전합니다. 또한 바쁘신 와중에도 기꺼이

교정 및 심사를 맡아주신 정일영 교수님, 서정택 교수님께 감사 드리며, 임상 진

료에 많은 가르침을 주신 이승종 교수님, 금기연 교수님, 노병덕 교수님, 김의성

교수님, 박성호 교수님께 감사함을 전합니다. 그리고 대학원 수업과 실험에 많은

도움을 주신 보존과 의국 선생님들, 인턴 선생님들께 고마움을 전합니다.

언제나 아낌없는 사랑과 헌신으로 오늘의 저를 있게 해 주신 엄마, 아버지, 그

리고 가족이라는 든든함을 주는 오빠, 언니, 그리고 저에게 항상 따스함과 사랑

을 주시는 시부모님께 감사 드립니다.

그리고 논문 실험이 진행되는 동안 끝까지 희망을 잃지 않고 매진할 수 있도

록 함께 고생해 주었던 사랑하는 나의 동반자 채형도씨와 이 기쁨을 함께 하고

싶습니다.

2005년 12월

저자 씀

i

차차차차 례례례례

그림 및 표 차례 ……………………………………………………………ii

국문요약 …………………………………………………………………… iii

제1장 서 론 …………………………………………………………………1

제2장 재료 및 방법…………………………………………………………5

2.1 시편제작 …………………………………………………………… 5

2.2 실험용액의 제조…………………………………………………… 6

2.2.1 Stock solution 제조………………………………………… 6

2.2.2 탈회완충용액의 제조…………………………………………6

2.2.3 인공 치근 우식의 형성과 관찰 ……………………………7

2.2.4 실험 자료의 분석…………………………………………… 8

제3장 결 과 ………………………………………………………………… 9

3.1 편광 현미경 관찰 …………………………………………………9

3.2 우식 병소의 깊이 측정 ………………………………………… 10

제4장 고 찰………………………………………………………………… 16

제5장 결 론………………………………………………………………… 24

참고 문헌…………………………………………………………………… 25

영문요약 …………………………………………………………………… 31

사진부도 …………………………………………………………………… 33

ii

그림그림그림그림 및및및및 표표표표 차례차례차례차례

Fig.1. Tooth specimen……………………………………………………………………6

Fig.2. Position of tooth specimen………………………………………………………8

Fig.3. Polarizing microscopic view, imbibed in water(x100)

1day (3a) & 5day (3b) demineralization of Group 1 ……………………… 33

1day (3c) & 5day (3d) demineralization of Group 2 ………………………34

1day (3e) & 5day (3f) demineralization of Group 3 ………………………34

Fig.4. Polarizing microscopic view, imbibed in water(x100)

1day (4a) & 5day (4b) demineralization of Group 4 ………………………35

1day (4c) & 5day (4d) demineralization of Group 5 ………………………36

1day (4e) & 5day (4f) demineralization of Group 6 ………………………36

Fig.5. Mean depth of demineralization(㎛) ……………………………………… 12

Fig.6. Mean depth of demineralization(㎛)-1day (6a), 2day (6b) ……………… 13

3day (6c), 4day (6d) ……………………………………………………… 14

5day (6e) …………………………………………………………………… 15

Table 1. Composition of initial demineralized solution ……………………………7

Table 2. Mean depth of demineralization(㎛) …………………………………… 11

iii

국문국문국문국문 요약요약요약요약

유기산 완충용액의 pH와 포화도가 상아질 탈회에 미치는 영향

인구 고령화의 가속화로 치근이 노출되면서 치근 우식증이 점차 증가추세에

있다. 본 연구는 유기산 완충용액의 pH 와 포화도가 상아질 탈회에 미치는

영향을 알아보고자 하였다.

우식이 없고 탈회되지 않는 영구 소구치를 선택하여 치근의 연조직 및 백악

질을 curette 으로 제거하였다. 치아 장축에 수직이 되도록 400~500 ㎛의 절

편을 만든 후 #800 사포로 200㎛두께로 연마하였다. 연마면에는 탈회용액과

의 접촉을 차단하기 위해 bonding agent 를 도포 후 질소가스 하에서 광중합

하였고, 시편의 가장자리에는 폭 2~3mm 의 window 를 형성 후 나머지 부위

에는 nail varnish를 도포하였다. pH와 포화도에 변화를 준 6군(1군 : pH 4.3

& 포화도: 0.162, 2 군 : pH 4.3 & 포화도: 0.177, 3 군 : pH 4.3 & 포화도:

0.186, 4 군 : pH 5.5 & 포화도: 0.165, 5 군 : pH 5.5 & 포화도: 0.176, 6 군 :

pH 5.5 & 포화도: 0.186)의 유기산 완충용액을 이용하여 1,2,3,4,5 일 간 인공

치근 우식을 형성하고, 형성된 치근 우식 병소의 양상을 편광 현미경을 이용

하여 관찰하였다.

관찰 결과 pH 가 낮을 수록 상아질의 탈회는 빠르게 진행되었으며, pH 5.5

군에서는 병소 본체 내에 재광화 띠가 관찰되어 실험상의 포화도

(0.162~0.186)가 높은 것이 미약하나마 재광화를 유발시켰다고 사료된다.

iv

또 모든 군에서 병소는 초기 1 일에 급격하게 진행하였고 시간이 경과함에

따라 비례적으로 증가하였다.

핵심되는 말: 치근 우식증, 유기산 완충 용액, pH, 포화도

1

유기산유기산유기산유기산 완충용액의완충용액의완충용액의완충용액의 pH pH pH pH와와와와 포화도가포화도가포화도가포화도가 상아질상아질상아질상아질 탈회에탈회에탈회에탈회에 미치는미치는미치는미치는 영향영향영향영향

<지도교수 : 이찬영이찬영이찬영이찬영>

연세대학교 대학원 치의학과

손손손손 선선선선 정정정정

제제제제1111장장장장. . . . 서서서서 론론론론

치아 우식증은 구강 질환 중 가장 흔한 만성질환 중의 하나로, 이를 예방

하기 위한 많은 연구가 진행되어 왔다. 사회 경제적 발전과 인구 고령화의

가속화로 인해 치은이 퇴축되고, 치조골이 소실되며, 치근이 노출되면서 치근

우식증이 증가추세에 있다(Christensen 1996; Shay et al. 1997; US

Department of Health and Human Services 2000). Katz 등(1982)은 치근

우식증이 21.7%에서 55.9%의 범위를 보이며, 중년층(45~59세)에서보다 노

년층(70세 이상)에서 더 높은 decayed & filled surfaces 지수를 보여 연령이

증가할수록 치근 우식증이 증가함을 알 수 있다(Joshi et al. 1993). 인구 고

령화가 급속도로 진행되고 있는 우리나라에서도 치근 우식증은 날로 증가될

것으로 예상할 수 있다.

치아의 구성성분인 법랑질과 상아질은 조직학적, 화학적으로 서로 많은 차

2

이를 보인다. 법랑질은 무게비로 95~98%가 무기질이고, 단지 1~2%만이 유

기질이나, 상아질의 경우 무기질이 45~50%이고 유기질이 30%를 차지하고

있다. 법랑질은 고도로 광화된 결정구조이면서 enamel prism 이 존재하는 다

공성을 보이며 상아질의 경우에는 상아세관이라는 특징적인 관 구조가 있어

유기물이 특정부위에 밀집되어 존재하게 된다(Roberson et al. 2002). 이러한

상아질과 법랑질의 구조적인 차이로 인하여 치근 우식이 진행됨에 따라 법랑

질과는 다른 병소의 형성시간, 조직학적 형태, 화학적인 조성을 보일 것으로

예상할 수 있다.

치근 우식을 연구하기 위한 실험적인 인공 치근 우식 형성법으로는 탈회에

필요한 산을 형성하는 bacterial system 을 이용하여 법랑질 혹은 치근면에

균일한 표층하병소가 형성될 수 있게 하는 방법(Clarkson et al. 1984;

Clarkson et al. 1987), acidified gel system 을 사용하는 방법(Feagin et al.

1985; Silverstone 1967), partially saturated buffer system 을 이용하는 방법

(Moreno and Zahradnik 1974)등이 있다. Phankosol 등(1985a, 1985b)은

acidified gel system 에서 편광현미경을 사용하여 치근 우식이 법랑질과 유사

하게 형성된 것을 확인하였고, Hoppenbrouwers 등(1987)은 partially

saturated buffer system 을 이용하여 치근이 법랑질에 비해 용해도가 더 크

다는 것을 microradiography 로써 입증하였다. Wefel 등(1995)은 인공 치근

우식을 형성하는 방법들 중 acidified gel system 과 partially saturated buffer

system 을 비교한 결과 모두 유사한 병소를 형성하였다고 한다. 이 중

partially saturated buffer system을 이용했을 때의 장점은 단시간 내에 탈회

3

및 재광화 등의 실험을 진행시킬 수 있고 병소 형성에 관계하는 인자들을 분

리하여 정확하게 평가할 수 있다고 보고하였다.

치근 우식을 연구하는 방법으로는 우식 진행을 관찰하는 방법에서 정량적,

정성적으로 나누어 생각해 볼 수 있다. 정성적 방법에는 편광현미경, 조직현

미경, 전자현미경 등을 이용하는 방법이 있으며, 정량적 분석 방법에는

microradiography 나 Ca, F 등의 화학적 성분을 분석하는 방법, electron

probe microanalysis 등이 있다. 편광 현미경을 이용하는 경우에는 탈회된

각 층의 입자의 성질에 따라 복굴절의 변화를 나타내 병소의 진행에 따른

층의 구별이 가능하고, microradiography에서 나타나는 상아질 교원 섬유의

수축에 의한 영향을 줄일 수 있고, 잔존하는 백악질을 구별하기가 용이하다

(Wefel et al. 1995; Nyvad et al. 1989). 또한 편광현미경을 통한 정량적 분

석을 위해서는 birefringence curve 를 구하여 시행할 수 있다.

초기 치아 우식의 진행에 영향을 미치는 요소에 관하여 Gray 와

Francis(1963)는 이온화되지 않는 산의 농도와 pH, 산의 해리 상수 등이

영향을 준다고 하였으며 Featherstone 등(1978, 1981)은 이온화되지 않은

산의 농도가 가장 중요한 요소이며, 특히 p H 가 높을 경우에 pKa 수치가 높

은 식초산 등이 중요한 역할을 한다고 보고 하였다. Ca, P 이온은 pH 의

영향을 받아 각 pKa 에 따라 이온화 정도가 결정되는 산의 농도와의 관계에

의하여 포화도가 결정되며 이런 포화도는 우식병소를 유발하고 또 재광화를

일으키는 근본적인 힘이 된다. Margolis 와 Moreno(1985a, 1985b)는 완충

용액의 법랑질에 대한 Ca, P 등의 포화도(Degree of saturation)에 의하여,

4

우식표면하층의 생성여부가 결정된다고 하였다.

지금까지 초기 법랑질 우식 병소에 대해서는 많은 연구가 진행되어 왔으나,

조직학적, 화학적으로 차이가 있는 치근면 우식에 대한 연구는 아직 부족한

실정이다. 이에 본 연구의 목적은 유기산 완충용액에서 pH(4.3 & 5.5)와 포

화도 변화(0.162~0.186)에 따른 인공 우식 형성의 특성과 시간에 따른 탈

회의 변화를 편광현미경으로 관찰하고자 한다.

5

제제제제2222장장장장. . . . 재료재료재료재료 및및및및 방법방법방법방법

2.12.12.12.1 시편제작시편제작시편제작시편제작

교정을 목적으로 발거한 영구소구치 중 우식이 없고 탈회되지 않는 치아를

선택하여 치근의 연조직 및 백악질을 curette 으로 제거하고, 불소가 함유되

지 않은 pumice 로 치근면을 연마한 다음 초음파세척기로 세정 후 증류수로

세척, 건조하였다. 건조된 치아는 치관 부위를 자가중합형 아크릴릭 레진을

이용하여 치관 부위만 매몰하고, 경화 후 low speed diamond wheel

(Minitom, Struers, U.S.A.)를 이용하여 치아 장축에 수직이 되도록 400~500

㎛두께의 절편을 만든 다음 #800 사포를 이용하여 200 ㎛ 두께로 연마하였

다. 이 때 가능한 같은 치아에서 제작된 시편이 각 군에 골고루 분배되어 치

아로 인한 오차를 줄이고자 노력하였다.

연마된 시편은 입체 현미경하에서 검사하여 우식이나 결손부가 없고, 금이

가지 않은 부분을 확인하여 시편의 가장자리에 폭 2~3mm 의 window 를 형

성하였다. 연마면에는 탈회용액과의 접촉을 차단하기 위해 bonding resin

(Scotchbond MP®, 3M Dental product, U.S.A.)을 도포하였고 이 때 window

를 침범하지 않기 위해 입체현미경하에서 시행하였으며 이어 질소가스 하에

서 30 초간 광중합 하였다. window 부위를 제외한 나머지 가장자리는 nail

varnish 를 도포하였다.

6

FFFFigigigig.... 1 1 1 1. Tooth specimen

2.22.22.22.2 실험용액의실험용액의실험용액의실험용액의 제조제조제조제조

2.2.1 Stock solution 제조

30% lactic acid (Sigma Co., U.S.A., 분자량 90.08, 밀도 1.080) 로부터

1M 의 lactic acid 를, CaCl2 (Sigma Co., U.S.A., 분자량 147.0)로부터 0.1M

의 용액을, K3PO4 (Sigma Co., U.S.A., 분자량 136.1)로부터 0.1M 의 용액을

제조하여 용액의 농도가 각각 0.918M, 0.098M, 0.091M 임을

자동분석기(790 PersonalIC. Metrohm. Ion analysis., Switzerland)로

분석하였다.

2.2.2 탈회 완충용액의 제조

실험 용액을 만들기 위해 lactic acid, Ca, P의 stock solution 으로부터

각각의 군에 맞도록 정확한 양을 취하고, bacteriostatic 하게 하기 위해

nail varnish

bonding resin

window

7

0.0308M의 sodium azide를 추가하고, 8N KOH 표준용액을 이용하여 pH

meter (Advanced Ion Selective Meter 920. Orion Research, U.S.A.) 계측

하에 각 군에 맞게 pH 4.3이나 pH 5.5가 되도록 조절하였다. 이를 다시

정량분석하기 위하여 위의 용액을 자동분석기 (790 PersonalIC. Metrohm.

Ion analysis., Switzerland)로 분석하여 탈회 완충 용액을 제조하였다

(Table1).

Table 1.Table 1.Table 1.Table 1. Composition of initial demineralized solution

2.2.3 인공 치근 우식의 형성과 관찰

50cc 플라스틱 용기에 30cc 의 탈회 완충용액을 채운 후 인공 우식이 형

성될 치아의 시편을 통의 중앙에 고정하고 밀봉하였다. 25℃의 항온수조에

groupgroupgroupgroup 1111 2222 3333 4444 5555 6666

pHpHpHpH 4.34.34.34.3 4.34.34.34.3 4.34.34.34.3 5.55.55.55.5 5.55.55.55.5 5.55.55.55.5

CaCaCaCa (mM) 17.3117.3117.3117.31 17.0717.0717.0717.07 18.9518.9518.9518.95 1.531.531.531.53 1.711.711.711.71 1.851.851.851.85

PPPP (mM) 8.568.568.568.56 11.4911.4911.4911.49 11.3211.3211.3211.32 1.0131.0131.0131.013 0.970.970.970.97 1.0141.0141.0141.014

Lactic acidLactic acidLactic acidLactic acid

(mM) 100100100100 101010100000 100100100100 100100100100 100100100100 100100100100

Sodium azideSodium azideSodium azideSodium azide

(mM) 3.083.083.083.08 3.083.083.083.08 3.083.083.083.08 3.083.083.083.08 3.083.083.083.08 3.083.083.083.08

Degree of Degree of Degree of Degree of

Saturation Saturation Saturation Saturation 0.1620.1620.1620.162 0.1770.1770.1770.177 0.1860.1860.1860.186 0.1670.1670.1670.167 0.1760.1760.1760.176 0.1860.1860.1860.186

8

서 0 일, 1 일, 2 일, 3 일, 4 일, 5 일 경과 후 탈회가 일어난 것을 증류수와 공

기를 침윤시켜 편광 현미경(I221, 동원정밀, 한국)으로 관찰하고 이 상태를

디지털카메라(Coolpix 4500 Nikon Corporation. Japan)로 촬영하였다. 촬영

시 매 시편마다 동일한 부위를 채득하기 위해 이전에 촬영한 사진과 비교하

여 동일한 부위가 기록되도록 하였다. 촬영 후 우식 병소의 깊이는 표면에서

부터 양성복굴절 부위 끝까지의 수직길이로 정하고 임의의 각기 다른 다섯

부위를 선택하여 micrometer 로 측정하였다.

2.2.4 실험 자료의 분석

각 군의 평균값과 표준편차를 계산하였다. One-Way ANOVA 와 Duncan’s

Multiple Range Test 를 통해서 군 간 시간에 따른 우식 병소 깊이 차이를

분석하였고, Repeated ANOVA 로 시간에 따른 병소 진행 속도를 비교 분석

하였다.

FigFigFigFig.... 2 2 2 2. Position of tooth specimen

9

제제제제3333장장장장. . . . 결결결결 과과과과

3.13.13.13.1 편광편광편광편광 현미경현미경현미경현미경 관찰관찰관찰관찰

병소의 모양은 모든 시편 관찰 시 대부분의 병소에서 깊이가 일정하고,

비교적 경계가 명확하게 관찰되었다(Fig. 3 & 4). 병소 본체는 건전 상아

질에 비해 양성복굴절의 양상을 나타내었다. 상아세관은 pH가 더 낮은

군(pH 4.3: 1,2,3군)에서는 분명하게 관찰되었으나(Fig.3b & 3d), pH가

5.5인 군(4,5,6군)에서는 다소 불분명하게 보였다(Fig.4b, 4d & 4f).

병소 본체 하방에는 띠 모양의 음성복굴절 양상인 병소전면이 관찰되

었으며 이는 pH에 따라서 다른 양상을 보였다. pH가 더 낮은 군(pH

4.3: 1,2,3군)에서는 시간이 경과함에 따라 초기 1일, 2일에 비해 다소

더 얇아지고 덜 분명하게 관찰되었다(Fig.3c & 3d). pH가 5.5인 군(4,5,6

군)은 오히려 초기에는 불명확하던 것이 시간이 경과함에 따라 다소 두

꺼워져서 명확하게 관찰되었다(Fig.4c & 4d). 그러나 pH가 5.5인 군

(4,5,6군)은 초기 병소 깊이 자체(l일 평균 28㎛)가 얕아서 병소전면을

명확하게 관찰 할 수는 없었다(Fig.4a, 4c & 4e).

pH가 5.5인 군(4,5,6군)에서는 병소 본체 내에서 병소 표면과 평행한

2~3개의 얇은 띠를 관찰할 수 있었으며, 시간이 경과할수록 더 분명하

게 관찰되었다(Fig.4b, 4d & 4f).

병소 본체의 표면은 포화도 변화(0.162~0.186)에 따른 다른 양상은

10

관찰 할 수 없었으며 pH 4.3과 pH 5.5군 모두 표면에서 큰 변화를 보이

지 않으면서 바로 병소 본체로 진행되는 것을 관찰 할 수 있었다.

3.23.23.23.2 우식우식우식우식 병소의병소의병소의병소의 깊이깊이깊이깊이 측정측정측정측정

우식 병소의 진행에 있어 포화도와 pH 변화를 비교시 병소 깊이의 가장

두드러진 차이는 pH 변화에서 관찰 되었다. 즉 병소 관찰 기간 동안 pH가

더 낮은 군(pH 4.3 : 1,2,3군)이 높은 군(pH 5.5 : 4,5,6군)보다 병소가 더 깊게

형성되었으며 통계적으로 유의하였다(p<0.05). 이는 비슷한 포화도를 가지는

군간(1군과 4군, 2군과 5군, 3군과 6군)의 비교에서도 pH가 낮은 군이 통계

적으로 유의한 차이(p<0.05)를 보이면서 더 깊은 병소를 형성하였다(Table 2,

Fig.5).

하지만 같은 pH를 가지면서 포화도가 다른 군간에는 시간이 경과함에 따

라 조금씩 다른 차이를 보였다. pH 4.3인 군(1,2,3군:포화도 0.162, 0.177,

0.186)간의 비교시에는 4일과 5일에 1군이 2,3군과 통계적으로 유의한 차이

를 보였다(p<0.05). pH 5.5인 군(4,5,6군:포화도 0.165, 0.176, 0.186)간을 비

교했을 때 1, 2일에는 4군과 6,5군간, 3일에는 4군과 5군간, 4일에는 4군과

5,6군간, 5일에는 4군과 6군간 유의차를 보였다(p<0.05)(Fig 6).

병소의 진행 속도는 일별로 비교하였는데 초기 1일은 2,3,4,5일과 통계적

으로 유의차이 있는(p<0.05) 급격한 증가를 보였고, 이 후 시간이 경과함에

따라 일정하게 유지되며 증가하는 양상을 보였다. 다만 3군에서만 1일이 2일

11

째의 병소 진행 속도와 유의차가 없었다(p>0.05). 전 날과의 병소 진행 속도

를 비교 시에는 3군(pH 4.3, 포화도 0.186)에서 1일과 2일, 2일과 3일 간에

는 유의차가 없었으며(p>0.05) 4군(pH 5.5, 포화도 0.167)과 5군(pH 5.5, 포

화도 0.176)은 4일과 5일에서 유의차이 없이(p>0.05) 비슷한 진행속도를 보

였다(Fig 5).

TTTTable 2. able 2. able 2. able 2. Mean depth of demineralization (㎛)

GGGGroup 1roup 1roup 1roup 1 Group 2Group 2Group 2Group 2 Group 3Group 3Group 3Group 3

meanmeanmeanmean SDSDSDSD meanmeanmeanmean SDSDSDSD meanmeanmeanmean SDSDSDSD

1day1day1day1day 83.783.783.783.7 3.773.773.773.77 80.880.880.880.8 5.105.105.105.10 79.6479.6479.6479.64 3.213.213.213.21

2day2day2day2day 135135135135 6.006.006.006.00 135.3135.3135.3135.3 5.105.105.105.10 118.45118.45118.45118.45 17.1717.1717.1717.17

3day3day3day3day 178.6178.6178.6178.6 5.925.925.925.92 177177177177 6.226.226.226.22 169.5169.5169.5169.5 9.989.989.989.98

4day4day4day4day 214214214214 5.165.165.165.16 205.8205.8205.8205.8 2.202.202.202.20 202.38202.38202.38202.38 6.476.476.476.47

5day5day5day5day 241.1241.1241.1241.1 4.334.334.334.33 233.3233.3233.3233.3 2.152.152.152.15 232.2232.2232.2232.2 6.586.586.586.58

GGGGroup 4roup 4roup 4roup 4 Group Group Group Group 5555 Group Group Group Group 6666

meanmeanmeanmean SDSDSDSD meanmeanmeanmean SDSDSDSD meanmeanmeanmean SDSDSDSD

1day1day1day1day 30.9430.9430.9430.94 0.980.980.980.98 25.7525.7525.7525.75 0.940.940.940.94 27.6227.6227.6227.62 1.701.701.701.70

2day2day2day2day 52.5052.5052.5052.50 1.711.711.711.71 45.7345.7345.7345.73 1.381.381.381.38 45.7745.7745.7745.77 3.133.133.133.13

3day3day3day3day 61.2861.2861.2861.28 0.940.940.940.94 54.4854.4854.4854.48 2.822.822.822.82 56.6756.6756.6756.67 5.375.375.375.37

4day4day4day4day 77.4777.4777.4777.47 3.743.743.743.74 67.1467.1467.1467.14 2.132.132.132.13 66.4566.4566.4566.45 5.425.425.425.42

5day5day5day5day 84.5284.5284.5284.52 3.363.363.363.36 79.8979.8979.8979.89 4.004.004.004.00 76.7176.7176.7176.71 3.483.483.483.48

12

FFFFig.ig.ig.ig. 5555. . . . Mean depth of demineralization (㎛)

0000

50505050

100100100100

150150150150

200200200200

250250250250

300300300300

0000 1111 2222 3333 4444 5555 daydaydayday

Depth

Depth

Depth

Depth

Group 1Group 1Group 1Group 1






13

FigFigFigFig.... 6a 6a 6a 6a.... Mean depth of demineralization (㎛)-1 day

1day1day1day1day

0000

20202020

40404040

60606060

80808080

100100100100

120120120120

G1G1G1G1 G2G2G2G2 G3G3G3G3 G4G4G4G4 G5G5G5G5 G6G6G6G6

**** Statistically significant (p<0.05)

FigFigFigFig.... 6b 6b 6b 6b.... Mean depth of demineralization (㎛)-2day

2day2day2day2day

0000

20202020

40404040

60606060

80808080

100100100100

120120120120

140140140140

160160160160



****

****

14

FigFigFigFig.... 6c 6c 6c 6c.... Mean depth of demineralization (㎛)- 3day

3day3day3day3day

0000

20202020

40404040

60606060

80808080

100100100100

120120120120

140140140140

160160160160

180180180180

200200200200



Fig 6dFig 6dFig 6dFig 6d.... Mean depth of demineralization (㎛)-4day

4day4day4day4day

0000

20202020

40404040

60606060

80808080

100100100100

120120120120

140140140140

160160160160

180180180180

200200200200

220220220220

240240240240

260260260260


****

****

****

15


FigFigFigFig....6e6e6e6e.... Mean depth of demineralization (㎛)-5day

5day5day5day5day

000020202020404040406060606080808080

100100100100120120120120140140140140160160160160180180180180200200200200220220220220240240240240260260260260280280280280



****

****

16

제제제제4444장장장장. . . . 고고고고 찰찰찰찰

치아 우식은 치태 내의 세균이 생성한 유기산에 의해 치아 경조직의 일부가

용해되고 파괴되는 감염성 세균 질환이다(Roberson et al. 2002). 법랑질은

다공성이 비교적 많은 enamel prism이 이온 확산에 주요한 역할을 하게 되

며(Dibdin 1972; Hamilton et al. 1973), 산은 이러한 곳을 따라 침투하게 된

다. 유기산이 법랑질표면과 접촉하면 처음에는 interprismatic space로 침투

하여 calcium과 phosphate 이온을 밖으로 유리시키며(Holmen et al. 1985),

점차 inercrystallite pathway로 진행하여 hydroxyapatite를 녹이게 된다

(Shellis 1984). 상아질의 경우에는 법랑질과 조직학적 구조와 화학적 조성에

있어 차이가 있어 우식에 더 취약하다. Hoppenbrouwers 등(1986)은 상아질

은 상아 세관이라는 특징적인 구조로 법랑질에 비해 투과성이 더 크며 높은

carbonate와 magnesium의 함량으로 상아질의 무기질 용해도가 더 높다고

했고, Katz 등(1987)도 상아질의 무기질 함량이 낮아 법랑질에 비해 산 용해

에 대한 저항성이 더 낮을 것이라고 하였다. 우식이 형성되기 위한 임계 pH

또한 법랑질에서는 pH 5.5인데 비해 상아질에서는 pH 6.7로서 더 높다고 하

였다(Hoppenbouwers et al. 1986).

Moreno 등(1974)에 의하면 우식 병소 형성에 영향을 미치는 인자로 pH이

외에도 용액의 포화도(degree of saturation)가 중요한 요소라고 하였는데, 치

아 주위용액의 상태가 저포화 상태가 되면 치질에서 무기질이 빠져나가는 탈

17

회과정이 일어나게 되고 빠져 나온 용액의 calcium과 phosphate 이온이

dicalcium phosphate dehydrate(DCPD)의 형태로 침착이 일어나 표면하층을

형성한다고 하였다. 법랑질의 경우 용액의 pH, 완충농도, 이온강도, 포화도,

용해속도상수, enamel matrix의 다공성 등이 용해의 속도와 형태에 직접 혹

은 간접으로 영향을 주게 되는데(Patel et al. 1987), 탈회의 driving force는

탈회용액의 포화도에 의해 잘 기술되고 있다. Margolis and Moreno(1990)는

동역학적인 기전에 입각한 우식 형성 가설에서 완충액의 포화도는

thermodynamic solubility product constant에 대한 Ca, P 이온의 ionic

activity로 정의하였으며, 이것에 의해 법랑질의 탈회율이 결정된다고 하였고,

이는 상아질에서도 마찬가지일 것이라고 생각된다.

이번 실험에서 백악질이 남아 있는 시편의 경우에는 초기 탈회용액에 담그

기 전에 편광현미경으로 관찰하여 실험 시편에서 제외시켜서 김 등(2005)의

실험에서 나타난 백악질의 초기 우식의 진행에 대한 억제 효과를 배제하려

하였다.

Silverstone(1968) 은 법랑질에서의 초기의 우식 병소를 관찰하여 조직학

적 소견에 따라 4개의 특징적인 zone으로 나누었다. 물을 용매로 편광 현미

경 관찰 시 음성복굴절형태로 나타나는 우식표면층, 양성복굴절의 형태로 관

찰되는 우식표면하층, quinoline을 용매로 관찰시 양성복굴절을 나타내는 암

층과 영구치의 약 50%에서 나타나는 투명층으로 분류하였다. 이 때 병소 본

체와 투명층은 탈회의 결과로 형성되며 우식표면층과 암층은 재광화의 결과

로 관찰된다. 치근 우식이 진행되어도 편광 현미경 관찰 시 병소 본체는 양

18

성 복굴절을 보이는데 이는 탈회 과정에 의해 형성된 미세 공간에 굴절률이

다른 매개가 침투하여 양성복굴절을 보이게 되는 것이다(Silverstone 1967).

병소 본체 하방에는 음성복굴절을 나타내는 띠 모양이 관찰되는데, 이는 병

소의 전방부에서 탈회가 일어나며 무기질이 유리되면서 보다 상부에서 탈회

된 collagen matrix에 느슨하게 재침착되어 무기질이 감소된 부위의 재광화

를 일으키게 되어 나타나는 zone of band로 여겨진다(Phankosol et al. 1985;

Furseth et al. 1970).

본 실험에서 진행된 우식 병소의 양상은 대부분의 병소에서 깊이가 일정하

고 비교적 경계가 명확하며 병소 본체는 건전 상아질에 비해 양성복굴절의

양상이 나타났다. pH와 포화도에 따른 변화에서 가장 두드러진 차이는 pH가

낮은 군에서 더 깊은 병소를 형성하였으며, 포화도에 따른 병소 깊이 차이는

pH 5.5에서만 포화도가 낮은 군이 유의차(p<0.05) 있게 깊은 병소를 형성하

였다.

즉, pH가 더 낮은 pH 4.3인 군(1,2,3군)이 pH 5.5인 군(4,5,6군)보다 병소

의 진행속도가 더 빨라서 더 깊은 병소를 형성하였다. 이는 오 등(1999)의

실험에서 pH를 변화시킨 실험에서 pH가 4.3에서 5.0, 5.5, 6.0으로 증가함에

따라 병소의 진행 속도가 현저히 느리게 나타났던 결과와 일치한다. Thenus

등 (1984)도 pH는 표층의 형성에 영향을 미치지 않으며 단지 탈회의 진행속

도에 영향을 미쳐 pH가 낮을수록 탈회는 더 빠르게 진행된다고 하였다. 이

는 pH가 높아짐에 따라 이온화되지 않은 형태의 산이 적어짐으로써 법랑질

의 표면부를 통과하는 산의 양이 줄어 들어, 병소의 진행이 느려질 수 있으

19

며, 또한 용해와 확산이라는 균형 사이에 영향을 주기 때문일 것이다.

Thenus 등(1984)은 낮은 pH(4.0, 4.5)에서는 더 높은 pH(5.0, 6.0)에 비해

법랑질의 용해작용이 활발해져서 porosity도 늘어날 것이며 산의 확산도 늘

어나서 탈회를 더욱 촉진시킬 것이라고 하였는데, 이는 상아질에서도 동일하

게 병소 진행에 영향을 주리라 생각된다.

같은 pH를 가지면서 포화도가 다른 군간에는 시간이 경과함에 따라 조금

씩 다른 차이를 보였으며 pH가 더 높은 군(pH 5.5) 에서 비교적 군 간 유의

차가 존재하였다. pH가 4.3인 군간에는 4일과 5일에만 1군이 2,3군과 통계

적으로 유의한 차이를 보였으나(p<0.05), pH가 5.5인 군간에는 1, 2일에는 4

군과 6,5군간, 3일에는 4군과 5군간, 4일에는 4군과 5,6군간, 5일에는 4군과

6군간 유의차를 보였다(p<0.05). 본 실험 영역에서 pH가 높은 군(pH 5.5:

4,5,6군)에서는 포화도가 비교적 낮았던 4군(포화도 0.167)이 5군(포화도

0.176)과 6군(포화도 0.186)에 비해 유의차(p<0.05) 있게 깊은 병소를 형성

하였으나, pH가 낮은 군(pH 4.5)에서는 포화도별로 군간 유의차가 존재하지

않으므로 포화도에 따른 탈회 깊이의 영향은 본 실험영역에서는 일관된 결론

을 도출하기는 어렵다.... 포화도를 달리한 강 등(2003)의 실험에서는 포화도가

0.157~0.1977에서의 탈회 영향을 관찰하였는데, 포화도에 따른 탈회 깊이

차이는 없었다고 보고하였다. 본 실험에서는 포화도가 군간 약 0.01 정도의

좁은 범위차를 보이므로 pH 5.5에서의 포화도에 따른 병소 깊이의 영향은 더

넓은 포화도 범위에서의 추가적인 실험이 필요하리라 사려된다. . . .

병소 진행 속도를 비교시 초기 1일이 유의차 있게 병소 진행이 빨랐으며

20

이 후에는 비교적 증가하는 양상이었다. 다만 3군에서만 1일과 2일째의 병소

진행 속도는 유의차가 없었다(p>0.05). 병소전면에 관찰되는 띠 모양의 음성

복굴절 양상인 zone of band는 병소의 진행이 빨랐던 pH 4.3군(1,2,3군)에서

시간이 경과함에 따라 초기 1일, 2일에 비해 다소 더 얇아지고 덜 분명하게

관찰되었다(Fig. 3c & 3d). 이는 초기 병소가 더 활발히 진행됨을 알 수 있다.

그러나 pH가 5.5인 군(4,5,6군)은 병소 진행 속도를 고려시 zone of band가

초기에 더 뚜렷하게 관찰되어야 하나 오히려 시간이 경과함에 따라 다소 두

꺼워져서 명확하게 관찰되었다(Fig.4c & 4d). 그러나 pH가 5.5인 군(4,5,6군)

은 초기 병소 깊이 자체(l일 평균 28㎛) 가 얕아서(Fig.4a, 4c & 4e) 병소전면

을 편광현미경으로 명확하게 관찰 할 수 없었던 한계점을 가진다.

병소 모양의 변화를 살펴보면 대부분의 병소에서 깊이가 일정하고 비교적

경계가 명확하며 pH 4.3과 pH 5.5군 모두 표면에서 큰 변화를 보이지 않으

면서 바로 병소 본체로 진행되는 것을 관찰 할 수 있었다. 포화도를 달리한

강 등(2003)의 실험에서는 포화도에 따라 병소 표면에서의 변화는 다르게

나타났다. 즉 용액의 포화도가 비교적 낮은 0.157이하에서는 모든 치아 표면

에서 erosion이 나타났고, 0.15969에서 0.17716 사이에서는 건전한 표면을

관찰 하였으며, 포화도가 가장 높았던 0.19774에서는 광화된 표면을 보고하

였다. 본 실험의 포화도는 0.162에서 0.186 사이였고, 강 등(2003)의 실험에

서 포화도 0.15969에서 0.17716에서 나타난 건전한 표면을 관찰 할 수 있

었으며 본 실험 영역 내에서 포화도에 따른 병소 표면 차이는 관찰할 수 없

었다.

21

pH가 5.5인 군(4,5,6군)에서 특이한 소견은 병소 본체 내에서 병소 표면과

평행한 2~3개의 얇은 띠를 관찰할 수 있었으며, 시간이 경과할수록 더 분명

하게 관찰되었다. 이런 재광화 띠 양상의 포화도에 따른 차이는 존재하지 않

았다. Phankosol 등(1985)과 오 등(1999)의 연구에서 pH가 높아질수록 병소

의 전방부에서 상아세관 내의 finger-like projection의 특이한 소견을 관찰

하였다고 보고하였다. 특히 pH 5.5와 6.0군에서 주로 관찰하였으며 이 현상

은 관주상아질과 관간상아질의 무기질 함량의 차이라고 분석하고 있다. 관주

상아질이 더 석회화 되어 더 항산성을 가지게 되며 in vitro system은 주로

physiochemical dissolution system으로 작용하고 병소의 전방부는 가장 항

산성이 낮은 부위로 선택적으로 진행하게 되어 결국 관간상아질의 용해로

finger-like projection 소견을 보인다고 한다. 하지만 본 실험에서 보여진 병

소 내의 띠 양상은 finger-like projection 과는 달리 병소 표면과 평행하게

관찰되었다. 병소의 재광화에 대해서는 Silverstone이 초기 우식을 quinoline

을 용매로 관찰하여 암층의 존재를 보고하였으나 Darling(1958)은 물을 용매

로 병소를 관찰하였기에 암층대신 isotropic zone으로 서술하고 있다.

Isotropic zone은 물을 용매로 편광현미경 관찰시 5%보다 적은 공간 존재시

는 음성복굴절 또는 고유복굴절로 관찰되고 5% 공간시는 isotropic한 복굴

절로 관찰되고 5%보다 많은 공간 존재시에는 양성복굴절로 관찰되어다고 보

고하였다. Silverstone 등(1981)도 이러한 isotropic zone이 재광화가 일어남

과 함께 우식 병소의 가장자리로부터 법랑질 표면 쪽으로 급격히 증가함을

보고하였으며 isotropic zone의 증가가 우식 병소의 재광화를 의미한다고 하

22

였다. 이러한 관찰을 통하여 양성복굴절을 보이는 우식 병소의 재광화는 이

러한 isotropic zone을 거쳐 음성복굴절로 관찰되는 정상법랑질에 이름을 알

수 있었다. Margolis 등(1985)에 의하면 solubility diagram에서 법랑질 표면

에서 약간의 법랑질 용해가 먼저 일어나면서 dicalcium phosphate

dehydrate(DCPD)를 형성하며 이 때 법랑질표면에서 법랑질, DCPD, 완충용

액 사이에 quasi-equilibrium을 형성하기 때문에 표층하병소를 형성할 수 있

다고 했다. 이 때 표층에서 정상법랑질과 같은 음성복굴절을 나타내게 되는

것이다. 상아질에서의 탈회과정도 법랑질에서와 같이 무기질의 용해와 재침

착이 동시발생적으로 일어나나, 상아 세관이라는 특징적인 구조와 법랑질과

다른 무기질 함량 차이로 인해 표층에서 재광화 양상을 보였던 법랑질과는

다른 반응을 나타날 수 밖에 없다. 병소 깊이가 상대적으로 얕았던 pH 5.5

군에서 병소 본체 내의 특징적인 띠 모양이 관찰되었으며, 이런 상아질 병소

내의 재광화 현상은 포화도(0.165~0.186)가 영향을 주었으리라 생각된다.

하지만 상아질 병소 본체 내의 특징적인 띠 양상에 대한 정확한 이해를 위해

서는 더 많은 연구가 필요할 것이라 사료된다.

본 실험은 용액의 pH와 포화도에 따른 변화를 편광현미경으로 관찰 하였

는데, 병소의 진행에 따른 층의 구별과 병소의 깊이는 비교적 명확하게 측정

할 수 있었으나, 병소 전면이나 상아세관의 경우에는 차이를 명확하게 구분

하기 어려웠다. 표층과 상아세관, 관간상아질, 관주상아질 등의 구조들은 서

로간 무기질 조성의 차이를 보이므로 이들에 있어 어떤 변화가 일어나는지를

자세히 알기 위해서는 추가적인 관찰이 더 필요할 것이며 이를 위해서 SEM,

23

TEM, AFM 등을 이용한다면 병소의 이해에 더 도움을 줄 수 있을 것으로

생각된다.

앞으로 상아질의 탈회에 대한 많은 연구가 행해져서 치근 우식 진행에 대

한 이해를 더 높이고 이로써 우식 진행을 예방 혹은 늦출 수 있는 방안을 찾

을 수 있기를 기대한다.

24

제제제제5555장장장장. . . . 결결결결 론론론론

본 연구는 유기산 완충용액의 pH(4.3, 5.5)와 포화도(0.162~0.186)를 변화

시켜 1,2,3,4,5일간 인공 치근 우식 병소를 형성하고, 형성된 치근 우식 병소

의 양상을 편광 현미경으로 관찰하여 다음과 같은 결과를 얻었다.

1. pH가 낮은 군(pH 4.3: 1군, 2군, 3군)이 비슷한 포화도를 가지는 군간(1

군과 4군, 2군과 5군, 3군과 6군)의 비교에서 통계적으로 유의한 차이

(p<0.05)를 보이면서 더 깊은 병소를 형성하였다.

2. 포화도가 다른 군간의 병소 깊이 비교시 pH 5.5인 군에서만 유의차

(p<0.05)를 보였는데 포화도가 낮은 4군(0.167)이 시간이 경과함에 따

라 5군(0.176), 6군(0.186)과 유의차 있게 더 깊은 병소를 형성하였다.

또한 pH 5.5인 군은 주어진 포화도(0.165~0.186)내에서 병소 본체 내

의 재광화를 보이는 띠가 여러 개 관찰되었다.

3. 병소는 초기 1일에 2,3,4,5일과 유의차 있게(p<0.05) 가장 급격히 진행

하였고, 이 후 시간이 경과함에 따라 비교적 증가하는 양상을 보였다.

본 실험영역에서 pH(4.3, 5.5)가 낮을 수록 상아질의 탈회는 빠르게 진행되

었으며, 실험상의 포화도(0.162~0.186)가 높은 것이 미약하나마 병소 본체

내에서의 상아질의 재광화를 유발시켰다고 사료된다....

25

참고참고참고참고 문헌문헌문헌문헌

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ABSTRACTABSTRACTABSTRACTABSTRACT

TheTheTheThe effectseffectseffectseffects of of of of pH and pH and pH and pH and the the the the degree of saturation of degree of saturation of degree of saturation of degree of saturation of an an an an acid acid acid acid

buffer solution onbuffer solution onbuffer solution onbuffer solution on the demineralization of dentin the demineralization of dentin the demineralization of dentin the demineralization of dentin....

Son Sun-Jung

Dept. of Dentistry

The Graduate School

Yonsei University

The incidence of root caries is increasing due to the increased longevity

of the population. The aim of this study was to evaluate the effects of pH

and the degree of saturation of an acid buffer solution on the

demineralization of dentin.

Human premolars without any defects or cracks were selected and

cementum was removed. Each tooth was sectioned perpendicularly to the

long axis and ground with #800 sandpaper until were 200 ㎛ thick. The

whole surface of the specimen except for the 2~3mm window was covered

with a bonding agent under a microscope and light cured under N2 gas. Nail

varnish was applied to the edge of the specimens except for the window.

The specimens were divided into 6 groups according to the pH and the

32

degree of saturation (1G1G1G1G : pH 4.3/ D.O.S. 0.162, 2G2G2G2G : pH 4.3/ D.O.S. 0.177,

3G3G3G3G : pH 4.3/ D.O.S. 0.186, 4G4G4G4G : pH 5.5/ D.O.S. 0.167, 5G5G5G5G : pH 5.5/ D.O.S.

0.176, 6G6G6G6G : pH 5.5/ D.O.S. 0.186). Each group was immersed in the acid

buffer solution under a controlled temperature(25℃) and examined imbibed

in water using the polarizing microscope for 1,2,3,4 and 5 days.

The size of the lesion increased in acid buffer solution with the lower pH.

In the pH 5.5 groups, two or three thin bands were observed in the body of

the lesion, which were considered to be the result of a remineralization

process due to the high degree of saturation. In all groups, the lesion

progressed rapidly at initial stages but proportionally with time.

Key Word: root caries, acid buffer solution, pH, degree of saturation

33

사진부도사진부도사진부도사진부도

FFFFigigigig.... 3. 3. 3. 3. Polarizing microscopic view, imbibed in water(x100). The body of

the lesion was observed as a positive birefringent zone, which

deepened in 5th day. A negative birefringent zone, zone of band,

was observed in front of body of the lesion. 1day (3a) & 5day

(3b) demineralization of Group 1, 1day (3c) & 5day (3d)

demineralization of Group 2, 1day (3e) & 5day (3f)

demineralization of Group 3.

FFFFig. ig. ig. ig. 3a3a3a3a Fig.Fig.Fig.Fig.3b3b3b3b

34

FFFFig.ig.ig.ig. 3c 3c 3c 3c FFFFig.ig.ig.ig. 3d 3d 3d 3d

FFFFig.ig.ig.ig. 3e 3e 3e 3e FFFFig.ig.ig.ig. 3f 3f 3f 3f

35

FFFFigigigig.... 4. 4. 4. 4. Polarizing microscopic view, imbibed in water(x100). The body of

the lesion was observed as a positive birefringent zone, which

deepened in 5th day. Generally the depth of body of lesion and

zone of band were shallower than 1, 2 and 3 groups.

Characteristically negative birefringent thin bands were

observed in the body of lesion. 1day (4a) & 5day (4b)

demineralization of Group 4, 1day (4c) & 5day (4d)

demineralization of Group 5, 1day (4e) & 5day (4f)

demineralization of Group 6.

FFFFig.ig.ig.ig. 4a 4a 4a 4a FFFFig.ig.ig.ig. 4b 4b 4b 4b

36

FFFFig.ig.ig.ig. 4c 4c 4c 4c FFFFig.ig.ig.ig. 4d 4d 4d 4d

FFFFig.ig.ig.ig. 4e 4e 4e 4e FFFFig.ig.ig.ig. 4f 4f 4f 4f

유기산 완충용액의 ph와 포화도가 - yonsei university · 2019-06-28 · 유기산...

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