[장상건 박사의 지상강좌] 최적의 인공치아의 조건은
이번에 연재되는 주제는 그동안 저자가 인공치아의 임상과 관련된 진료를 하면서 느낀점과 왜, 라는 이유를 붙이면서 고민하고 있던 내용으로 어떤 결론을 내기보다는 견해를 밝히고 전달하는 수준임을 말씀드리고자 합니다. 지난 1981년부터 약 30 여 년간 인공치아의 연구개발과 수술법 및 임상적 결과의 미흡한 사항들과 단점들에 대해 무심히 지나쳐버린 부분이 많았다고 여러분은 생각지 않으셨습니까? 그럼, 변하지 않는 surgical protocol과 지금 시술하고 계신 결과는 스스로 만족하다고 여기십니까? 아니면, 지금의 결과에 만족을 하지 않고 계신가요? 다음의 인공치아는 어디로 가고 있다고 여기십니까? 저자도 오늘 이런 질문을 던지면서 다시 한 번 함께 생각하는 기회를 갖고자합니다. 그리고 주제의 성격상 재미있고 화려한 임상사진게재가 아니고 실험적 문헌 보고를 참고로 하였으며, 과거를 밑거름으로 미래를 보고자 합니다. 그러므로 일치하지 않는 견해도 있을 수 있음을 미리 말씀드립니다.
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지난 과거의 Titanium Eendosseous Implant
titanium implant의 성공적인 osseointegration은 무치악 혹은 치아결손환자의 만족스런 임상결과로 많은 사람들에게 치아결손의 해방으로부터 씹는 즐거움을 주어서 새로운 삶의 장을 열어주었으며, 이제 보편적 치과진료로 자리 잡고 있다.
1980년을 전후하여 인공치아 수술법은 submerged type의 external hexagon type이 주로 선택되어졌다. 그러나 한편으로는 1970년대 후반 Dr, Schroeder에 의한 cylindrical type의 non-submerged type의 소개(Schroeder et al. 1976; Schroeder et al. 1978; Schroeder et al. 1981)이래 상호 경쟁적 design으로 변화되면서 출시되었지만, external hex type이 시장을 주도한 느낌을 강하게 주었다. 그러나 1990년대를 지나면서부터 non-submerged type의 임상적 성공률에 대한 확고한 신뢰를 바탕으로 임상적용빈도가 증가하였으며, 이후, 1990후반부터는 이두가지 system이 보다 빠르게 저변확산되었으며, submerged type의 대표 격인 external hex type은 수많은 단점을 뒤로하고 internal connection type에 자리를 내주었다. 현재는 이들 두 가지 시술(sub or non-sub) 중 어떠한 방법으로 수술을 하더라도 장기간의 성공률에 영향을 주지 않는다고 Babbush et al. 1986; Buser et al. 1990 등은 보고 하였다. 그러나 이들 두 방법은 분명한 차이가 있으며, 임상적 유의성에 대하여 좀 더 많은 연구가 있어야 한다고 저자는 판단되며, 또한 non-submerged type은 hard and soft tissue 환경에 대하여 transmucosal part에서 submerged type 보다 나은 조직학적인 구성을 하고 있다고 저자는 판단되고 있다.(그림 1.)
초기 인공치아영역의 다수의 문헌보고는 일반적으로 골유착에 관한 criteria에 관한 사항으로 인공치아는 mobility, persistent infection or discomfort, pain, continuous periapical radiolucency 등이 없어야 한다. (Albrektsson et al. 1986; Smith & Zarb 1989; Buser et al. 1990)라고 정의 하고, 주로 골유착에만 기준을 두고 soft tissue integration에 관한 사항은 빠져있었다. 이유인즉, 아이러니컬하게도 당시의 인공치아 system은 submerged type 의 조직학적인 소견들이 주로 발표되고 있었기 때문 이였다.
1. 인공치아의 연구 개발과 그리고 결과는
그러나 2007년, 아직까지도 여전히 Stefania C. Kano/Paul P. Binon/Donald A. Curtis 등은 인공치아의 상하부connection과 연관하여 vertical and horizontal misfit에 대한 discrepancy지적을 하고 있다.(A Classification System to Measure the Implant-Abutment Microgap; INT J ORAL MAXILLOFAC IMPLANTS 2007;22:879.885)
Martin Gross et al 등은 Microleakage at the Abutment-Implant Interface of Osseointegrated Implants: A Comparative Study(INT J ORAL MAXILLOFAC IMPLANTS 1999;14:94-100) 문헌보고에서, Microleakage 는 osseointegrated implants에서 abutment-implant (A-I) interface에서 일어날 수 있으며, 악취의 원인과 인공치아의 주위조직에 염증을 일으킬 수 있다고 하였다. 그들은 실험에서 5종류, Branemark, Sulzer Calcitek, 3i, ITI, 및 Steri-Oss implant 들의 A-I interface의 microleakage의 정도를 측정하기 위하여 다양한 closing torques를 주고 결합된 인공치아의 상부로부터 고무 로 된 폐쇄된 관을 통하여 2기압의 압력을 주었을 때 색깔이 누출되는 정도를 이용 미세침투여부를 평가하였다. Microleakage는 A-I interface를 통하여 모든 system에서 일어났으며, system에 따라, sample과 closing torques에 따라 다양하게 나타났다. closing torque를 제조회사의 지시대로 10 Ncm에서 20 Ncm 으로 증가 할수록 모든 system에서 microleakage 는 현저히 감소하였고 (P < .005), closing torque와 시간경과에 따른 미세침투여부와 system과 시간에 따른 미세침투결과 등이 다양하게 나타났다. 이 결과로 액체와 작은 미세물질(bacteria)들은 모든 A-I assembly에서 통과가능하다는 것을 지적하였다. 이와 같은 interface gap을 통하여 bacterial byproducts와 nutrient가 서로 침투하면서 궁극적으로 악취와 peri-impantitis의 부분적 원인이 될 수 있다고 여전히 지적하고 있다.(그림 3.)
그럼, 여기에 대한 해결의 방법은 없는 것인가? 2005년 Serge Dibart et al 등은 locking taper type implant의 bacterial hermetic sealing effect를 실험적 test 결과 bacterial leakage를 막을 수 있다고 보고하고 있다.(그림 4)
Scott E. Keith등은 Marginal Discrepancy of Screw-Retained and Cemented Metal-Ceramic Crowns on Implant Abutments(INT J ORAL MAXILLOFAC IMPLANTS 1999;14:369-378)에서 non-submerged 인공치아를 cemented 혹은 screw-retained 형태로 각 각 수복하여 implant-to-prosthetic-crown interface의 변연부오차를 실험을 통하여 측정한 결과, 20 ITI 4.1x 10 mm solid-screw titanium implants를 10개는octa abutments 상에screw-retained crowns을 장착하고, 나머지 10개의 인공치아는 5.5-mm solid abutments를 이용하여metal-ceramic crowns을 glass-ionomer 혹은 zinc phosphate luting agent로 각 각 cementation 하여 50확대를 하여 implant-crown interface 측정한 결과 screw-retained prosthesis는 (8.5 ± 5.7 μm)오차의 범위를, 그리고 cemented crown에서 glassionomer cement 전에는 (54.4 ± 18.1 μm)오차에서 cementation 후에는 (57.4 ± 20.2μm) 오차범위를, 그리고 zinc phosphste는 cementation 후 (67.4 ± 15.9 μm)로 나타나 screw retained 와 luted implant-supported crowns 간의 현저한 차이의 유의성(P <.001)을 관찰하였다. 현재도 치과의사의 편의성과 단순성에서는 cemented crown type을 선호 하지만 오차의 범위를 저자도 인정하지 않을 수 없으며, 다른 대안이 현재로선 어렵다는 사실이며, cemented type의 단점을 극복할 수 있게 가능한 한 film thickness를 최소화하는 궁극적인 retrievable cement type을 찾고 있다.
1990년 후반으로 들면서, 인공치아의 다양한 표면처리방법의 발전과 함께 성공률에 대한 신뢰를 바탕으로 one stage type시술에 대한 확산을 가지고 왔으며, 이와 함께 progressive loading 과 early loading에 관한 성공률과 문헌보고들은 기존의 two stage type의 surgical protocol에 까지 영향을 끼쳐 일차 시술 시 (temporary 혹은 healing metal cap)abutment를 연결하여 2차 시술을 생략하는 one stage방법의 advantage를 적용했다. 그러나 여전히 implant-abutment interface를 문제는 그대로 둔 채 이를 bone crest 하부에 위치하거나 혹은 bone crest와 일치하여 심더라도 여전히 interface가 가지는 microleakage로 인한 micorbial colonization의 단점을 극복하기 보다는 여전히 이 connection의 방법에만 매달려 있었다. 1997년 Jansen et al 등의 연구 결과는 two stage system을 일회법 혹은 2회법으로 수술을 하더라도 bone loss의 결과는 거의 동일한 data를 보여 이들 둘의 차이에 대한 유의성은 없다고 보고하였다. 그리고 interface의 위치의 변화에 따르는 bone loss의 크기와 형태는 bone crest에 와 비교하여 상방으로 심어면 bone loss가 적어지며, 하방으로 내려 갈수록 bone loss의 양은 증가하였다고 보고하였다. 이러한 확실한 이유는 알 수 없지만 아마 microbial contamination과 micromovement를 원인으로 추측하였다. 이들의 결과는 후에 microleakage에 관한 실험을 통하여 뒷받침되고 있다.(그림 5-1,2)
2.초기 치유과정의 결정적 요소와 표면처리의 중요성
1990년대의 후반과 2000년 초를 거치면서 인공치아의 발전은 one stage의 surgical protocol 과 bone loss의 원인과 영향, 그리고 biologic width의 정의에 관한 다수의 연구실적들이 보고되었다. 이와 더불어 surface roughness 정도, contamination, chemical component, chemical information, chemical structure등을 밝히기 위하여 1. atomic force microscopy (AFM)를 이용한 미세표면의 형태학적인 특징, 2.표면장력의 value( s), 3. Auger electron spectroscopic (AES),4. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), 5. Raman spectroscopy등을 이용하고, 표면처리방법에 따르는 골세포의 분화와 증식에 관한 전자현미경적 이해와 조직학적인 소견의 결과를 바탕으로 표면처리에 대한 중요성과 그 효과에 대한 인식을 확인하는 계기가 마련되었다. 이러한 표면처리의 검증과 향상으로 early loading과 immediate loading을 위한 surgical technique방법과 성공적인 골유착 결과에 대한 동물실험을 통한 조직학적 결과의 타당성이 뒷받침이 되었다. 결국, 즉시부하란 일정한 한도 이상 (25- 35Ncm)의 insertion torque force를 지켜 primary stability얻은 이후 골계면의 골조직은 곧 생리적 반응이 유지되는 biologic stability유지하면서 bone remodeling과정을 일으키며 골계면에 new bone generation이 생긴다. 여기에 표면처리의 효과가 중요한 영향을 미치는 요소로 즉시부하의 성공에 영향을 미친다고 보고하였다. 그러나 2005년 Dennis P Tarnow et al 등에 의하면, 초기 즉시부하의 protocol을 설명하면서, transitional implants(TIs)(machined surface)를 이용 즉시부하를 하고 영구인공치아는 submerging 시켜는 소극적인 방법을 적용하였고(그림 6),
수술 후 6~27개월 동안 일시적으로 사용한 machined temporary implant를 조사해본 결과, 정상적인 골유착과 함께 조직방사선학적인 검사에서 일반적인 인공치아와 거의 동일한 BIC level, bone density를 보고하고 있다. 그는 이 보고와 함께 immediate loading 에 관한 지금까지의 진료방법을 바꾸어야 한다고 제안하고 있다. 저자 역시 immediate loading은 골세포의 재생에 관한 biologic bone regeneration 치유과정에 속한다고 보며, 외부의 stress로부터 골조직은 well adaptive zone~mild over load zone내의 범위에 속하는 micro strain역치의 한계 내에 있으면 골재생에는 문제가 없는 것으로 판단된다.(그림 7.)
표면처리 방법으로 hydrofluoride 혹은 amonium hydrogen fluoride를 이용한 modified chemical treatment, oxidation의 방법으로 titanium oxide의 crystalization을 위한 thermal treatment, modified hydrophilic change를 위한 NaOH 적용 후 열처리 등, 다양한 방법의 표면처리의 효과로 골세포의 친화성과 부착능력증가, 골세포의 분화와 증식, 빠른 골세포성장과재생능력, 이상적인 골세포의 형태학적인 전자현미경적인 소견, 그리고 mineralization에 관한 효과 등 많은 문헌들의 보고로 다양한 표면처리방식들이 소개되고 있다. 그러나 저마다 각 각의 처리방법이 우수하다고 소개하지만, 비교우위에 있는 독보적인 처리방법이 유의성이 있다고 할 만한 확실한 비교문헌은 현재까지 없다고 판단되며, osteoblastic cell의 culture에서 다양한 비교검토를 하기 위하여 거의 대부분 SLA type의 double etching technique이 control group으로 소개되고 있다. 이는 곧 지금까지 표면처리 방법의 임상적 및 조직학적 검사에서 가장 오래동안 증빙되고 있는 방법 중에 하나로 인정된다. (그림 8.)
사진설명
<그림 1> sub & non-submerged type의 비교 시 아래와 같은 조건의 차이가 있다.
·Abutment connection에 따른 Microgap의 위치에 따른 bone crest의 영향
·골유착 후 fBIC의 위치 차이
2. Bone loss의 양과 영향
3. Crown /Root length ratio
4. Biologic width 길이의 차이
<그림 2> Passive abutment/implant hex connection과 rotation play
<그림 3> Dye leakage via the interface between implant and abutment.
<그림 4> screw type의 implant와 abutment 사이의 일어날 수 있는 Microleakage 예 및 Taper 방식의 hermetic sealing 예.
<그림 5-1> Schematic (to scale) of implants type A through F at the time of implant placement in relation to the crest of the alveolar bone. The solid black line shows the border between the rough and smooth Implant surface; dotted lines delineate the location of the interface(microgap). Small circle in type A, B and C indicate where implants were laser welded to prevent movements between components.
Microgap sizes; A and D,〈10 um; B and E. ~50um; C and F, ~100um.
<그림 5-2> In all laser-welded implants (type A. B, and C) the first bone-to-implant contact(fBIC) remodeled to about the level of the rough/smooth border irrespective of the appropriate size of the interface ( microgap; also see table 1). In all 2-piece implants (type D, E, and F), the first bone-to-implant contact (fBIC) remoldeled beyond the level of the rough/smooth border irrespective of the distinct size of the interface(microgap; Arrows depict the level of the crest of the bone at the time of implant placement.
<그림 6> ①, ② 는 7개의 Tis를 이용 임시보철물을 장착하고 영구 인공치아는 submerged type으로 시술한 예. 그리고 ③, ④는 최종 보철물을 위하여 2개의 Tis는 정상적인 골유착을 유지하고 있어 최종 보철물에 포함하여 영구보철믈을 제작한 예.
<그림 7> 즉시 부하를 위하여 optimal primary stability를 얻은 후 immediate(nonfunctional) loading과정 중 biologic stablility를 거치면서 bone remodeling이 일어나며 resonance frequency analysis( RFA) value 약 3개월 동안 떨어지다가 그 이후부터는 bone density의 증가로 RFA는 상승한다. real functional loading은 약 4개월이 지난 다음에야 조직학적으로 안정이 된다.
<그림 8> bone graft 없이 one body type 시술 후 4년 후 골재생을 보이며, 많은 장점이 있음이 인정된다.
