대한치과보존학회지 :Vol. 27, No. 6, 2002 이경선 박광균 유윤정 이승종연세대학교대학원치의학과 ABSTRACT A STUDY OF IONIC DISSOCIATION ON VARIOUS CALCIUM HYDROXIDE PASTES USING MOLECULAR SIEVING MODEL Kyoung-Sun Lee D.D.S., M.S.D., Seung-Jong Lee, D.D.S., M.S.D., M.S., Ph D. Department of Dentistry. The graduate School, Yonsei University The purpose of this study was two-fold. First was to evaluate whether the molecular sieving model was appropriate for ionic dissociation experiment. Second was to compare the dissociation of calcium and hydroxyl ions from five types of calcium hydroxide pastes (Pure calcium hydroxide paste, DT temporary dressing, Metapaste, Chidopex, Metapex ) in three vehicles (aqueous, viscous and oily) and the antibacterial effect. Each calcium hydroxide pastes was placed into 0.65ml tube with cap and then 15% polyacrylamide gel was placed onto calcium hydroxide pastes. After the gel was hardened, the tubes were filled with tridistilled water (ph 7.14) and closed with cap. The tubes were stored in 37, 100% incubator. The ph reading and the concentration of calcium ions were taken at 1, 4, 7, 10, and 14 days. The brain heart infusion agar plates with S. mutans and A. actinomycetemcomitans were used for antibacterial activity test. Middle of agar plate was filled with the calcium hydroxide pastes. The plates were incubated at 37 and observations were made to detect the zones of inhibition. These data were evaluated statistically by use of the analysis of variance and duncan test. The results were as follows. 1. In fresh mixing state, the ph of five types of calcium hydroxide pastes were measured between 12.5 and 12.8. 2. The ph was increased in all five types of calcium hydroxide pastes compared with control group. In 14 days, Pure calcium hydroxide paste (11.45) and DT temporary dressing (11.33) showed highest ph, followed by Metapaste (9.49), Chidopex (8.37) and Metapex (7.59). 3. Calcium was higher in all five types of calcium hydroxide pastes compared with control group. In 14 days, Pure calcium hydroxide paste (137.29 mg%) and DT temporary dressing (124.6 mg%) showed highest value, followed by Metapaste (116.74 mg%), Chidopex (111.84 mg%) and Metapex (60.22 mg%). 4. The zones of bacterial inhibition were seen around all five types of calcium hydroxide pastes. Chidopex and Metapex groups which include iodoform were observed significantly larger zone of inhibition in A. actinomycetemcomitans compared with the other calcium hydroxide groups (p<0.05). However, Metapex showed the least antibacterial effect on S. mutans compared with other groups (p<0.05). The molecular sieving model was found to be acceptable in dissociation experiment of hydroxyl and calcium ions when compared with the previous tooth model study. But this model was not appropriate for the antibacterial test. Key words : molecular sieving model, calcium hydroxide, hydroxyl ion, calcium ion, ph, antibacterial effect 본연구는 2001 년도연세대학교치과대학연구비지원에의하여이루어진것임. 632
Ⅰ. 서론 수산화칼슘 Ca(OH)2 은 1930년대에치과영역에처음으로소개된이래임상에서치수복조, 치수절단, 치근첨형성유도 1-3), 근관내소독 4-6), 지속적인삼출물조절 7) 그리고치아재식후의치근흡수치료 8) 등다양하게이용되어왔다 9,10). 특히염증성치근흡수치료에우수한영향을보이는데 11,12) 이작용기전은아직명확하게밝혀지지않았으나칼슘과수산화이온이관련된것으로알려졌다 13,14). Tronstad 등 13) 은근관내에있는수산화칼슘의수산화이온이상아세관을통하여확산되어치근주위 ph를증가시켜알칼리성환경을조성하고, 결과적으로높아진 ph는세균을죽이고파골세포의활성을억제한다고하였다. 또한 Hammarström등 14) 도수산화이온이주변조직의산성환경을알칼리환경으로바꾸어골형성을돕고, 칼슘은 Ca 2+ dependent adenosine triphosphatase를활성화시켜경조직형성을촉진시킨다고기술하여칼슘의중요성을보고하였다. 이에대해 Fuss등 15) 은무수치표백치아근관내에수산화칼슘을넣고관찰한결과, 치근면에서 ph의변화가없음을보고하여칼슘과수산화이온관련을반박하였으며 Wang등 16) 은 ph 변화가없는이유를상아질의 hydroxyapatite가 OH - 완충역할을하기때문이라고설명하였다. Javalet등 17) 은원숭이의치근첨형성유도를위하여 Ca(OH)2 (ph 11.8) 와 CaCl2 (ph 4.4) 를근관내에채운결과, Ca(OH)2 군에서만경조직형성을관찰하여칼슘이아닌수산화이온이경조직형성을유도한다고하였으며, Kawakami 18) 는 45 Ca-labeled 수산화칼슘을이용하여경조직침착을유도하는데있어서수산화칼슘자체성분의칼슘이아닌, 체내에있는칼슘으로부터경조직이침착됨을보고하였다. Foster등 19) 은수산화칼슘이근관으로부터치근외면으로확산됨을보고하였는데특히근관내도말층을제거한경우에확산이더잘됨을보고 20) 하였으며 Nerwich 21) 은치근상아질의치경부가근단부보다더빨리확산된다고하였는데이확산의차이는상아세관의직경, 상아세관의수, 용매가침투하는상아세관의표면장력의차이로설명하였다. 칼슘과수산화이온의확산은수산화칼슘을녹이는용매와도영향이있다. 지금까지수산화칼슘의효과를증진시키기위해다양한용매에녹여항균작용 22-24), 방사선불투과상 25,26), 점도와흐름성 27,28) 을비교평가하는연구가활발히진행되어왔다. Fava 29) 에따르면이상적인용매는첫째, Ca 2+ 과OH - 이온을서서히유리시키고둘째, 주위조직액에천천히확산되고낮은용해성을가져야하며마지막으로경조직침착유도에방해를주지말아야한다고하였다. 현재사용되고있는수산화칼슘제재는수용성 (aqueous), 점액성 (viscous), 유성 (oily) 의세종류로분류할 수있다. 수용성제재 (aqueous vehicle) 는물에잘녹고칼슘과수산화이온이빨리유리되며조직에접촉시빠르게용해가되는데대표적인제품으로는 Pure calcium hydroxide paste, DT temporary dressing 이있다. 점액성제재 (viscous vehicle) 는물에잘녹으나칼슘과수산화이온이서서히유리되며수용성제재보다조직액에대한용해도가낮고대표적으로 polypropylene glycol 을용매로한 Metapaste, Chidopex 가시판되고있다. 마지막으로유성용매 (oily vehicle) 는물에녹지않고가장낮은조직용해도를가지고있으며현재 Metapex 와 Vitapex 의상품명으로임상에서사용되고있다. Anthony 30) 는수산화칼슘의 ph 에대한용매의영향에대해연구하여 camphorated monochloro phenol (CMCP) 이 cresatin, saline 보다우수함을보고하였으나 Simon 31) 은칼슘이온확산과 ph 변화에대한 4 가지용매 ( 물, 식염수, CMCP, propylene glycol) 를비교한결과 propylene glycol 이가장우수하다고보고하였으며 propylene glycol 이조직에대한자극이적으면서항균작용이우수하였다고보고하였다. 지금까지의연구는주로수산화칼슘제재에서유리되는수산화이온의영향으로높아진 ph 가 alkaline phosphatase activity ( 적정 ph 는 10.0-10.2) 를증가시키고경조직형성을유도한다는기전 32) 에관심이집중되었으나결과적으로높아진 ph 가치근주위정상세포에미칠수있는영향에대해서는고려하지않았으며경조직형성을유도할수있는칼슘농도의적정량에대한연구도없었다. 이에 Lengheden 등 8) 은탈구된치아를재식한후, 즉시수산화칼슘으로근관을충전한경우건강한치주인대에서는정상치유를보이는반면에, 손상된치주인대부위는대체성치근흡수를동반한골유착 (ankylosis) 이나타남을관찰하였고, Lengheden 등 33) 은원숭이실험에서, 탈구된치아를재식한후, 3 주후에근관치료 (Delayed calcium hydroxide treatment) 를시작하고수산화칼슘제재를각각 3 주, 5 주간넣어둔결과, 5 주동안넣어둔치아에서대체성치근흡수가 3 배정도많이일어남을보고하였다. 또한, Lengheden 등 34) 은치주인대세포 (periodontal ligament cell) 의성장과부착 (attachment) 에 ph 와칼슘이미치는영향을연구한결과, 7.8 이상의 ph 에서세포의성장과부착이감소함을밝혀냈으며칼슘농도보다 ph 가치주인대세포의성장및부착에더많은영향을준다고하였으며 Lengheden 과 Jansson 35) 도실험적으로유도된손상의치유 (experimental wound healing) 에서치주인대섬유세포가 ph 7.8 이상의환경에서는 DNA 합성및세포이주 (migration) 가감소함을보고하여 Lengheden 34) 의연구를뒷받침하였다. 건전한치근백악질은세균과감염된근관내의부산물에 633
대한치과보존학회지 :Vol. 27, No. 6, 2002 대한방어벽을가지고있지만손상된백악질은세균의부산물뿐아니라근관내약제도상아세관을통하여치주인대세포에도달할수있다. 따라서손상된백악질을가진치아에서는근관내에충전된수산화칼슘제재에서유리되는수산화이온이치근외면으로확산되어치주인대세포의부착에부정적인영향을줄수있으므로 3 가지용매에따른수산화칼슘제재의수산화이온의평가가필요하다. 지금까지의연구는사람이나소, 원숭이의치아에서수산화칼슘의 ph 변화및칼슘농도를측정하였다. 그러나각치아마다의차이 36) 즉, 상아질의투과도, 상아세관의직경, 상아세관의수, 도말층의잔존상태, 백악질두께에따른영향을배제할수는없었다. 이에저자는치아모델에서의문제점을해결할수있는분자체모델을제작하여첫째, 분자체모델이수산화이온과칼슘이온의용출실험에적합한지를평가하고둘째, 분자체모델을이용하여현재상품화된 5 종의수산화칼슘제재 (Pure Calcium hydroxide paste, DT temporary dressing, Metapaste, Chidopex, Metapex ) 의 ph 변화, 칼슘농도및항균작용을비교분석하여이를임상에응용하고자하였다. 1. 분자체모델제작 Ⅱ. 연구재료및방법 마개가있는 0.65 ml tube (Labcon, San rafael, CA 94901 U.S.A) 에 5 종의수산화칼슘제재 50μl 를넣고그위에 15% 아크릴아마이드젤 200μl 를넣었다. 젤이경화된후삼차증류수 (ph 7.14) 300μl 를채운후마개를덮고 37, 100% 항온항습기 (Forma Scientific, Inc. Ohio, USA) 에보관하였다. 2. 연구재료 수용성제재인 PCH (Pure calcium hydroxide paste, Junsei chemical Co. Ltd, Japan) 와 DT (DT temporary dressing, Dental Therapeutics AB Nacka, Sweden), 점액성제재인 MTP (Metapaste, Meta Biomed. Ltd, Korea) 와 CHP (Chidopex, Meta Biomed. Ltd, Korea) 그리고유성제재인 MTX (Metapex, Meta Biomed. Ltd, Korea) 의 5 종류의수산화칼슘을사용하였으며수산화칼슘을넣지않은군을대조군 (control) 으로하였다. 3. ph 측정 각실험군당 20 개씩총 100 개의표본을제작하여 1, 4, 7, 10, 14 일에 ph 를측정하였으며대조군으로 5 개의표본을측정하였다. Digital ph meter (Orion Research, Inc. Beverly, USA) 로 combined ph electrode ( 직경 5mm) 를수산화이온이용출된증류수 (tube 직경 7.5mm) 에위치하고 ph 를측정하였다. ph 측정이끝난후 2% methylene blue (Shinyo chemical Co. Japan) 로젤의미세누출을평가하여미세누출이있는 5 개표본은제외하고, 새로운표본으로보충하였다. 또한실험에사용된 5 종의수산화칼슘제재 50μl 를 500μl 의증류수 (Metapex 군은 alcohol) 와혼합하여용출실험전의 ph 를별도로측정하였다. Table 1. The solutions for preparing 15% polyacrylamide gel (10ml) Components Volume ( ml ) H2O 2.4 30% acrylamide mix 5 1.5M Tris (ph 6.53) 2.5 10% ammonium persulfate 0.1 TEMED 0.004 Tridistilled Water 15% Polyacrylamide Gel Ca(OH)2 Fig. 1. Molecular sieving model using 15% polyacrylamide gel 634
Table 2. The components of the calcium hydroxide paste(%) aqueous vehicle viscous vehicle oily vehicle Ratio(%) PCH DT MTP CHP MTX control Calcium Hydroxide 50 N/A 40 40 37 Iodoform 20 36 Barium Sulfate 25 Polypropylene glycol 35 40 Silicone oil 27 Aqua (D.W) 50 N/A * N/A : Calcium hydroxide and distilled water are mixed, ph 12.6 4. 칼슘농도측정 1, 4, 7, 10, 14 일에칼슘농도를측정하였으며측정한날짜마다각각실험군당 20 개의표본을제작하여총 500 개의표본을사용하였다. 대조군은측정한날짜마다 5 개씩총 25 개의표본을제작하였다. ph 측정실험과마찬가지로실험이끝난후 2% methylene blue 로젤의미세누출을평가하여미세누출이있는 7 개표본은제외하고, 새로운표본으로보충하였다. 칼슘농도는 Sigma Diagnostics Calcium (No. 587) 시약 (Sigma Diagnostics, Inc. St. Louis, USA) 을이용하여측정하였다. Sigma Diagnostics calcium 시약은 o- cresolphthalein 을가지고있어서칼슘과만나면붉은색을나타내는데 spectrophotometry (Parmacia Biotech, U.K) 를이용하여파장 575nm 에서이러한붉은색의강도를측정하여칼슘농도를계산하였다. Calcium+o-cresolphthalein complexone Alkaline Medi um 5. 항균효과측정 Calcium-cresolphthalein complexone complex 통성혐기성인 S. mutans 와 A. actinomycetemcomitans 를 3 개의 Brain heart infusion 한천배지에 200μl 씩도말하고한천배지가운데직경 3.5 mm, 깊이 3.0 mm 의구멍을내어서그안에 5 종류 (Pure calcium hydroxide, DT temporary dressing, Metapaste, Chidopex, Metapex ) 의수산화칼슘제제를채웠다. 대조군은세균을도말하고수산화칼슘제재를채우지않았다. 세균이도말 된한천배지를 37 배양기 (Jeio Tech, Korea) 에서 2 일간배양하였다. 배양후 5 종류의수산화칼슘제재의세균증식억제대의직경을측정하였다. 용출액에대한항균력평가를위해 570 nm 의흡광도측정법으로 A. actinomycetemcomitans 에의한혼탁도를측정하여 5 종류의수산화칼슘제재의항균력을평가하였으나수산화칼슘제재를넣지않은대조군에서도세균증식이억제됨을관찰하여본실험모델인분자체모델에서는용출액에대한항균력을측정할수없었다. 6. 통계분석 1) ph 변화및칼슘농도 5 종류의실험군과대조군간의통계학적유의성을검사하기위해 ANOVA test 를시행하여 5% 유의수준으로검정하였다 (p<0.05). 또한실험군들과의비교는 Duncan 의다중비교를이용하여실험군들간의차이를분석하였다. 2) 항균력검사비모수검정방법인 Mann-Whitney U test 를이용하여실험군들간의차이를분석하였다 (p<0.05). 1. ph 변화 Ⅲ. 결과 5 종류의수산화칼슘제재의평균 ph 값이 Table 3 에나타나있다. 5 종류의수산화칼슘제재모두에서대조군에비해 ph 가증가하였다 (Fig.2). 1 일에서, Pure calcium hydroxide paste 의 ph 가높았으며그다음으로 DT temporary dressing, Metapaste, Chidopex, Metapex 635
대한치과보존학회지 :Vol. 27, No. 6, 2002 Table 3. ph values in released solution of calcium hydroxide (mean± S.D.) ph value Time(days) aqueous vehicle viscous vehicle oily vehicle 1 8.60±0.12 8.33±0.08 8.02±0.14 7.80±0.33 7.65±0.15 6.40±0.07 4 10.46±0.03 10.33±0.08 8.88±0.44 8.11±0.55 8.14±0.51 6.64±0.02 7 10.67±0.07 10.67±0.09 8.98±0.58 8.07±0.69 8.23±0.63 6.65±0.01 10 11.07±0.14 10.98±0.18 9.14±0.69 8.52±1.04 8.17±0.59 6.79±0.02 14 11.45±0.13 11.33±0.23 9.49±0.91 8.37±1.21 7.59±0.57 6.71±0.02 조군은실험기간동안 ph 변화가거의없었다. 본실험에사용된 5 종의수산화칼슘제재의용출시키기전의 ph 는 12.57 에서 12.85 를나타내었다 (Table 5). ph Time(days) Fig. 2. ph changes in released solution of calcium hydroxide 군순이었으며모든군간에는유의한차이를나타내었다 (p<0.05). 4, 7, 10일에서수용성제재인 Pure calcium hydroxide paste와 DT temporary dressing 군의 ph가높았으며 Metapaste, Chidopex, Metapex 군순으로나타났다. 점액성제재인 Metapaste 와 Chidopex 를보면 Metapaste 군은수용성제재인 Pure calcium hydroxide paste와 DT temporary dressing 다음으로 ph가높았으나 Chidopex 는 4, 7, 10일에서 Metapex 군과유의한차이를나타내지않았다. Metapex 군은매측정시마다나머지다른 4종류의수산화칼슘제재보다 ph가가장낮았으며특히, 7일이후부터현저한 ph 감소를보이다가 14일에서는 1일에서의 ph와비슷하였다. 마지막으로측정한 (14일) ph를높은순서대로보면, 수용성제재인 Pure calcium hydroxide paste (11.45) 와 DT temporary dressing (11.33) 군이가장높았고그다음으로점액성제재인 Metapaste (9.49) 와 Chidopex (8.37) 그리고유성제재인 Metapex (7.59) 군순으로측정되었다. 대 2. 칼슘농도측정 5종류의수산화칼슘제재의평균칼슘농도 (mg%) 가 Table 6에잘나타나있다. 1일에서, 수용성제재인 Pure calcium hydroxide paste가나머지 4종류의수산화칼슘제재보다칼슘농도가높게나타났으며 (p<0.05) 그다음으로 DT temporary dressing 군과 Metapaste 군이높았으며 Chidopex, Metapex 군순으로나타났다. 4일에서, 5종류의수산화칼슘제재모두의칼슘농도가큰폭으로증가하였고 Pure calcium hydroxide paste와 DT temporary dressing 군은 14일까지칼슘농도가꾸준하게증가하였다 (Fig. 3). 7, 10일에서수용성제재인 Pure calcium hydroxide paste와 DT temporary dressing 군이가장높게나타났으며그다음으로점액성제재인 Metapaste 와 Chidopex 그리고유성제재인 Metapex 군순으로나타났다. 14일에서칼슘농도가높은순서대로보면수용성제재인 Pure calcium hydroxide paste (137.29 mg%), DT temporary dressing (124.6 mg%), 점액성제재인 Metapaste (116.74 mg%), Chidopex (111.84 mg%) 그리고유성제재인 Metapex (60.22 mg%) 군순으로나타났다. 점액성제재인 Metapaste 와 Chidopex 군은 10일까지는수용성제재인 Pure calcium hydroxide paste와 DT temporary dressing 보다칼슘농도가낮았으나 (p<0.05) 10일이후에크게증가하여 14일에서는수용성제재와유의차는없었다. 유성제재인 Metapex 군은 1, 4, 7, 10, 14일측정시마다 Pure calcium hydroxide paste, DT temporary dressing, Metapaste, Chidopex 군들보다유리된칼슘농도가가장적었으며 14 636
Table 4. Statistical differences between test groups in ph by duncan test Statistically significant differences (p<0.05) are shown by *. PCH * * * * * DT * * * * * MTP * * * * * CHP * * * * * MTX * * * * * PCH * * * * DT * * * * MTP * * * * * CHP * * * * MTX * * * * 1 Day 4 Day PCH * * * * DT * * * * MTP * * * * * CHP * * * * MTX * * * * PCH * * * * DT * * * * MTP * * * * * CHP * * * * MTX * * * * 7 Day PCH * * * * DT * * * * MTP * * * * * Table 5. ph values of calcium hydroxide pastes (fresh mixing state) aqueous vehicle viscous vehicle oily vehicle PCH DT MTP CHP MTX ph 12.82 12.74 12.85 12.76 12.57 CHP * * * * * MTX * * * * * 14 Day Table 6. Concentration of calcium ion in released solution of calcium hydroxide pastes. (mean ± S.D.) calcium ion released (mg%) Time(days) aqueous vehicle viscous vehicle oily vehicle 1 17.23±6.37 12.48±5.55 13.64±3.78 9.36±2.19 7.50±1.60 0.00±0.00 4 60.68±5.65 64.33±5.08 54.73±12.63 59.63±16.62 19.25±2.79 0.00±0.00 7 78.19±16.67 79.55±5.63 60.56±22.00 62.79±12.22 28.45±11.06 0.00±0.00 10 104.41±17.86 108.45±14.32 80.74±8.12 70.08±19.17 32.27±14.77 0.00±0.00 14 137.29±46.41 124.60±25.58 116.74±24.97 111.84±30.34 60.22±17.05 0.00±0.00 637
대한치과보존학회지 :Vol. 27, No. 6, 2002 Table 7. Statistical differences between test groups in concentration of claciumions. Statistically significant differences (p<0.05) are shown by *. PCH * * * * * DT * * * MTP * * * * CHP * * * MTX * * * * PCH * * DT * * * MTP * * * CHP * * MTX * * * * * 1 Day 4 Day PCH * * * * DT * * * * MTP * * * * CHP * * * * MTX * * * * * 7 Day PCH * * * * DT * * * * MTP * * * * CHP * * * * MTX * * * * * 10 Day PCH * * * DT * * MTP * * CHP * * * Ca ++ (mg/dl) MTX * * * * * 14 Day Time(days) Fig. 3. Changes of calcium ions in released solution of calcium hydroxide 일에서는수용성, 점액성수산화칼슘제재의칼슘농도의절반정도에지나지않았다. 대조군은실험기간인 14 일동안칼슘이용출되지않았다. 3. 항균력검사 S. mutans 와 A. actinomycetemcomitans 에대한 5 종의수산화칼슘제재의항균력을측정한결과, 모든군에서세균의증식억제대를관찰할수있었다 (Table 8). Pure calcium hydroxide paste, DT temporary dressing, 638
Table 8. Inhibitory effect of calcium hydroxide pastes on proliferation of S. mutans and A. actinomycetemcomitans.(mean±s.e.) Bacteria aqueous vehicle viscous vehicle oily vehicle PCH DT MTP CHP MTX A. actinomycetemcomitans 12±0.52 13±0.29 13±0.63 34±2.63* 28±5.86* S. mutans 14±0.38 14±0.43 14±1.53 13±0.88 5±0.72* * : Statistically significant difference, p< 0.05 by Mann-Whitney U-test The data is expressed as diameter of inhibition zone (mm). Metapaste 군은세균의증식억제대가비슷하였으며 Metapex 와 Chidopex 군은 A. actinomycetemcomitans에서특히세균의증식억제대가크게나타났고 (p<0.05), S. mutans에서는 Metapex 군이다른 4가지실험군 (Pure calcium hydroxide paste, DT temporary dressing, Metapaste, Chidopex ) 들보다세균의증식억제대가작게관찰되었다 (p<0.05). Ⅳ. 총괄및고찰 본실험모델은단백질을분리하는폴리아크릴아마이드젤을이용한분자체모델로수산화칼슘제재가젤을통과하여유리되는칼슘과수산화이온을평가하고자하였으며, 마개가있는원심분리용 tube 를이용하여밀폐된공간에서의순수하게유리되는수산화이온과칼슘이온을측정할수있었다. 분자체모델은치아를이용한모델에서나타나는문제점인상아세관의수, 상아세관의직경, 상아질의투과성, 표면장력, 그리고치아자체에서나오는칼슘양등다양한변수를배제할수있으며젤은그들의점도와젤의구멍크기에의하여분자체 (molecular sieving) 역할을하게되며젤의분자체효과는젤을구성하는 bisacrylamide 와 acrylamide 의절대농도로결정되는구멍의크기에의해결정된다. 본실험에서는 15% 젤을사용하였는데이는 12,000 43,000 Dalton 의분자량을갖는단백질을분리할수있다. 따라서칼슘 ( 분자량 40.08) 과수산화이온 ( 분자량 17.0) 은아무런저항없이통과할수있다. Tamburic 37) 도치아가아닌 sintered glass membrane (90 150 micron 의 porosity) 을통과하는칼슘및수산화이온을 ion-analyser 를이용하여측정하였다. Larsen 38) 은내부직경이 2 mm 인폴리에틸렌튜브를사용하여수산화칼슘제재로부터유리되는수산화이온을측정하였다. 또한 Beltes 39) 는 dialysis tubing 을이용하여수산화칼슘제재의 ph 를측정하였다. 이와같이여러가지실험모델이연구되었으나모델자체가만들기가어렵고표본수가제한된다는단점이있다. 그러나 15% 폴리아크릴아마이드젤을이용한분자체모델은제작하기가간편하며많은표본을반복해서실험할수있고비용이저렴하다는점에서큰장점이있다. 본실험에사용된 5가지종류의수산화칼슘제재모두에서수산화이온이유리되었다. 특히수용성용매인증류수와혼합된 Pure calcium hydroxide paste와 DT temporary dressing 군은 4일에서부터 ph가 10.46, 10.33을보였고 14일에는 ph가 11.45, 11.33을나타냈다. Fava 등 29) 은물, 식염수, 치과마취액, 링거액을포함하는수용성용매 (aqueous vehicle) 와혼합한수산화칼슘제재는칼슘과수산화이온이빨리유리되고조직과접촉시높은용해도를갖는다고하였다. 점액성용매인 polypropylene glycol과혼합된 Metapaste 군은 14일동안관찰한결과, 9.49의 ph를나타냈으며 Chidopex 군은 8.37의 ph로 Metapaste 군보다 ph의증가가적었다. 반면에실리콘유를함유한 Metapex 군은 7일에서최고 ph 8.23을보였고, 그후점점감소하기시작하여 14일 (ph 7.59) 에는 1 일 (ph 7.65) 에서의 ph와비슷하였다. 위결과로보아근관내소독, 지속적인삼출물조절등의감염된근관치료가목적인경우에는수산화이온이빨리유리되는수용성용매나점액성의수산화칼슘제재가바람직할것으로생각된다. 또한 5종류의수산화칼슘제재모두가 7일까지는큰폭으로 ph가증가하였으나 7일이후부터는증가양상이적은것으로보아근관내에수산화칼슘제재를최소한 7일이상넣어두는것이효과적이라고생각된다. 본실험모델은외부와의소통이없는밀폐된공간에서의 ph 변화만을나타내기때문에실제치아에서과연 ph 가얼마나지속적으로유지될는지는말하기어렵다. 치관의미세누출, 상아세관을통한치근외면과의연결, 치근단공이나부근관 (accessory canal) 의통로등으로수산화이온이빠져나갈수있고 40) 치아자체의완충작용도있어실제로치아에서장시간동안높은 ph를유지할는지는명확하지 639
대한치과보존학회지 :Vol. 27, No. 6, 2002 않다. 그러나, Byström등 41) 은수산화칼슘을근관내에 30 일간넣어둔후에근관내에서세균이발견되지않았으며근관내의 ph가 12.5 이상이었다고하였다. 또한 Sjögren 등 42) 도 7일동안근관내에수산화칼슘제재를넣어둔군에서세균을발견할수없음을보고하였다. 이에건전한치근백악질을가진치아에서의근관내부는밀폐된공간과같다고생각해도될것으로사료된다. 수용성수산화칼슘제재와비교시점액성제재인 Metapaste 와 Chidopex 군의 ph가낮았는데이를점액성용매의분자량이크기때문에수산화이온의유리속도가느려서수용성제재보다낮은 ph를보였다고설명하였다 29). ph 측정실험에서 polypropylene glycol을용매로한 Chidopex 와 Metapaste 군을비교해보면 1, 4, 7, 10, 14일모두에서 Metapaste 군의 ph가 Chidopex 군보다높았다. 같은용매라하더라도방사선불투과성을위해 Metapaste 는 barium sulfate를첨가하였고 Chidopex 는 barium sulfate 대신 iodoform을첨가하였는데이 iodoform이수산화이온유리에영향을준것으로추측되며앞으로이부분에대한연구가더진행되어야할것으로생각된다. 실험군중가장낮은 ph를보이는군은 Metapex 군인데 Metapex 는실리콘유와혼합한수산화칼슘제재이다. 실리콘유는올리브유, camphor, metacresylacetate, fatty acid를포함하는유성용매로물에녹지않으며조직에대한용해도가가장낮고또한칼슘과수산화이온의유리가가장느리게진행되었다. 따라서본실험에서도 Metapex 군이 ph가 1, 4, 7, 10, 14일모두에서유의차있게낮았다. ph 측정결과에서 Pure calcium hydroxide paste와 DT temporary dressing 군은 14일에서 ph가 11을넘었는데, Lengheden, Lindskog등 34,35) 의 ph가 7.8 이상이되면섬유아세포의성장과부착이상당히감소한다는측면에서보면, 손상된백악질에서는수용성제재인 Pure calcium hydroxide paste와 DT temporary dressing 을사용하는데있어서고려해야할것이며높은 ph가치근주위염증을줄이는데도움이될수는있지만한편으론치근주위에존재하는정상치주인대세포에손상을주어조직의치유를지연시킬수도있음을생각해야할것으로생각된다. 그런점에있어서수용성제재보다낮은 ph를나타내는 polypropylene glycol을용매로한 Metapaste 와 Chidopex 군그리고실리콘유와혼합된 Metapex 군이임상에서는유용할것으로사료된다. 칼슘농도를비교해보면 ph 변화와마찬가지로수용성제재인 Pure calcium hydroxide paste와 DT temporary dressing 군이가장칼슘농도가높았으며그다음으로점 액성제재인 Metapaste, Chidopex, 그리고유성제재인 Metapex 군이가장칼슘농도가적었다. Heithersay 43) 는수산화칼슘작용중의하나인경조직침착형성기전을다음 3 가지로설명하였다. 첫째로유리된수산화이온이파골세포가분비하는 lactic acid 를중화시켜서 pyrophosphatase activity ( 적정 ph 는 10.2) 의적정 ph 를유지시켜서 Ca 2+ dependent pyrophosphatase level 을증가시키고 inhibitory pyrophosphatase level 은감소되어경조직이침착된다. 둘째로유리된칼슘이온이신생모세혈관의투과도를감소시켜서 intercellular serum flow 가감소되고 inhibitory pyrophosphatase level 을떨어뜨려경조직침착을유도한다. 셋째로유리된칼슘이온이 Ca 2+ dependent pyrophophatase activity 를증가시켜서경조직을침착시킨다. 즉수산화칼슘에서유리된칼슘이조직내에서경조직을침착하도록유도한다는것이 Kawakami 18) 에의해서입증되었다. 실리콘유를용매로한 Metapex 군은칼슘과수산화이온이서서히유리되었다. 이실리콘유는화학적으로불활성이며표면장력을낮추고윤활작용과습기로부터저항하기때문에장기간의치료시근관밀폐를해준다는장점이있지만근관내에서제거가잘되지않는단점이있다. 이러한제거하기가힘든단점을보완하기위하여 polypropylene glycol 을용매로한것이 Metapaste 나 Chidopex 이다. 또한 Metapaste 와 Chidopex 군은초기에는칼슘이온이서서히유리되다가 10 일이후에급격히증가하여 Pure calcium hydroxide paste 와 DT temporary dressing 과비슷한칼슘농도를나타냈는데이는 polypropylene glycol 의수화특성 (hygroscopic nature) 으로설명될수있다. 즉, 초기에는물을계속흡수하다가어느시점에서칼슘이온을다량으로유리시키는것이다. Propylene glycol 은투명하고무색, 무취용액으로글리세린과비슷하며화학적으로는시럽점도, 습윤제및무독성인 dihydric alcohol 이다. 미국약전 (1989) 에따르면구조식은 CH3CH(OH)CH2OH 이고분자량은 76.09 이다 29). 또한수분을흡수하는성질이장기간동안수산화칼슘의유리를유지시켜주고적절한점도를가지고있기때문에근관내에위치시키기가용이하고다루기가쉽다. Simon 등 31) 은이러한이유로수산화칼슘제재중에서 propylene glycol 을용매로한 paste 가가장좋다고하였다. 치근단질환에서근관내감염은 polymicrobial infection 으로 80 여종이상의세균이발견되고있으며 44) 감염된근관내세균은대다수가혐기성세균이고일부인 12% 정도가통성혐기성세균임을보고하였다 45). 특히혐기성세균중 Bacteroides, Fusobacterium 그리고 Peptostreptococcus 가주로발견되고통성혐기성세균은 Streptococcus 균종이우세하였다. 그가운데에통증및화농성 640
농양과관련된세균은 black-pigmented Gram-negative anaerobic rod로알려져있다. 이런종류의세균은 Porphyromonas endodontalis, Porphyromonas gingivalis, 그리고 Prevotella intermedia, Prevotella nigrescens이다. 한편으로 Macdonald등 46) 은생활치및괴사된치수에서 Streptococcus mutans, Streptococcus faecalis, Streptococcus sanguis, Streptococcus salivarius가주로발견됨을보고하였다. 본실험에서는근관내에분포되어있는그람양성세균으로 S. mutans와그람음성간균인a. actinomycetemcomitans 를배양하여그람양성세균과그람음성세균에대한 5가지종류의수산화칼슘제재의항균능력을평가하였다. 5가지종류의수산화칼슘제재모두에서세균의증식억제대를관찰할수있었는데 S. mutans에서 Pure calcium hydroxide paste, DT temporary dressing, Metapaste, Chidopex 군은비슷한억제대를보였으나 Metapex 군은다른제재보다억제대가작게나타났다. 그러나, A. actinomycetemcomitans 에서는 Pure calcium hydroxide paste, DT temporary dressing, Metapaste 는비슷한억제대를보였으나 Metapex 와 Chidopex 군에서는훨씬더넓은억제대를보였다. 이는단지높은 ph만이아닌다른이유즉 Chidopex 와 Metapex 의공통점인 iodoform도세균의성장을방해할수있음을보여준것으로생각된다. 그러나, S. mutans 에서는 Metapex 의영향이적은것으로보아세균마다수산화칼슘제재에대한반응이다름을알수있었다. 따라서근관내세균종류에따른수산화칼슘제재의항균력평가도필요하리라사료된다. 본실험에사용된 5종류의수산화칼슘제재의원액상태에서의 ph를측정한결과, 모든수산화칼슘제재가 12.5이상의 ph를나타내었다. 높은 ph로인한알칼리가세균의세포막과단백질구조를파괴하며대부분의세균은 ph 9.5 에서파괴되지만몇몇은 ph 11이상에서도살아있기도한다. 따라서 12.5이상의 ph를나타내는실험에사용된 5종의수산화칼슘제재는한천배지확산법에서모두항균력이있음이관찰되었다. Stuart 22) 는 S. mutans, P. gingivalis, B. fragilis에대해 Pulpdent 와식염수를용매로한수산화칼슘제재가 CMCP, formocresol보다항균력이우수했다고보고하였으며세포독성이적은 Pulpdent 와식염수와혼합한수산화칼슘제재를근관내약제로사용할것을지지하였다. 종합해보면수산화칼슘의작용은경조직형성을유도하고근관내세균을파괴하며괴사된조직을용해시킨다 47). 즉, 수산화칼슘은항균 (antibacterial), 항흡수 (antiresorptive) 그리고조직용해 (tissue dissolving) 능력이있 으며작용기전은칼슘과수산화이온의유리에기인하는데, 본실험은밀폐된공간에서 5 종류의수산화칼슘제재 (Pure calcium hydroxide paste, DT temporary dressing, Metapaste, Chidopex, Metapex ) 로부터유리된수산화이온과칼슘이온의양을측정하여비교분석하였다. 그러나, 근관내에서완전히밀폐된공간을얻기란어렵다. 즉, Pure calcium hydroxide paste, Metapaste, DT temporary dressing, Chidopex 군들은 14 일간관찰한결과, Metapex 군들보다 ph 가높게나왔으나실제임상에서수개월간에걸쳐서관찰시에나타나는변화에대한연구가더필요할것으로생각된다. 또한본실험모델인분자체모델은수산화이온과칼슘이온의양은측정할수있었으나용출액에대한항균력을평가하는데는적합하지않았다. 흡광도측정법으로세균에의한혼탁도를측정하여 5 종류의수산화칼슘제재용출액의항균력을평가하였으나수산화칼슘제재를넣지않은대조군에서도세균증식이억제됨을관찰하였다. 이는폴리아크릴아마이드젤자체에서독성물질이유리되어세균증식을방해하는것으로생각된다. 젤의구성성분을보면, acrylamide 와 bisacrylamide 가혼합되는데이는세포에신경장애를일으키며 ammonium persulfate 와 TEMED 도세포에치명적인독성을지니고있어젤이굳은후에도세포성장에영향을미치는독성물질이유리되는것으로생각되어항균력연구에서는부적합한모델로생각된다. 이상의결과에서수용성용매와혼합된 Pure calcium hydroxide paste, DT temporary dressing 군은다른수산화칼슘제재보다훨씬높은 ph 를나타내지만항균력은점액성용매인 polypropylene glycol 을용매로한 Metapaste, Chidopex 군들과유의차를보이지않았다. 따라서단지빠르게높은 ph 를나타내는제재보다는서서히수산화이온을유리시켜정상치주인대세포에영향을주지않고일정하게 ph 를유지할수있도록하는용매의연구개발이필요하고이와동시에근관내세균대다수에항균력이있는약제의개발도필요하리라사료된다. 또한근관내소독, 지속적인삼출물조절등의감염된근관치료에서는 ph 가높은수용성제재및점액성제재가좋을것으로생각되며반면에탈구된치아의재식치료와같은손상된백악질을가진치아치료에서는장기간동안근관내에서 7.8 미만의 ph 를유지할수있는유성제재를사용함이좋을것으로사료된다. 그러나, 치근첨형성술 (apexification) 과같은경조직침착유도를위한치료에서는 12.5 이상의높은 ph 를나타내는수용성, 점액성, 유성제재의수산화칼슘제재모두를사용해도될것으로생각된다. 641
대한치과보존학회지 :Vol. 27, No. 6, 2002 Ⅴ. 결론 단백질을분리하는폴리아크릴아마이드젤을이용한분자체모델에서, 현재사용되고있는 5 종의수산화칼슘제재 (Pure calcium hydroxide paste, DT temporary dressing, Metapaste, Chidopex, Metapex ) 의 ph 변화, 칼슘농도및항균작용을관찰하여다음과같은결과를얻었다. 1. 5 종의수산화칼슘제재의용출시키기전 ph 는 12.5 에서 12.8 을나타내었다. 2. 5 종의수산화칼슘제재용출액모두에서 ph 가증가하였으며 14 일에서, 수용성제재인 Pure calcium hydroxide paste (11.45), DT temporary dressing (11.33), 점액성제재인 Metapaste (9.49), Chidopex (8.37), 그리고유성제재인 Metapex (7.59) 군순으로 ph 가높았다. 3. 수산화칼슘제재모두에서칼슘이온이유리되었다. 14 일에서, 칼슘농도가높은순서대로보면수용성제재인 Pure calcium hydroxide paste (137.29 mg%), DT temporary dressing (124.6 mg%), 점액성제재인 Metapaste (116.74 mg%), Chidopex (111.84 mg%), 그리고유성제재인 Metapex (60.22 mg%) 군순으로나타났다. 4. 5 종류의수산화칼슘제재모두에서 S. mutans 와 A. actinomycetemcomitans 에대한세균증식억제대가나타났다. A. actinomycetemcomitans 세균에서는 iodoform 을함유한 Chidopex 와 Metapex 군에의한세균증식억제대가크게나타났으며, S. mutans 에서는 Metapex 군의세균증식억제대가작게나타났다. 이상의실험결과에서, 본실험모델인분자체모델은치아모델에서측정된수산화칼슘제재의 ph 및칼슘농도와비슷한결과를나타낸것으로보아수산화이온과칼슘이온의용출실험에는적합하나용출액의항균력검사에는적합하지않은것으로판단되었다. 근관내소독, 지속적인삼출물조절등의감염된근관치료에서는 ph 가높은수용성제재및점액성제재가좋을것으로생각되며반면에탈구된치아의재식치료와같은손상된백악질을가진치아치료에서는장기간동안근관내에서 7.8 미만의 ph 를유지할수있는유성제재를사용함이좋을것으로사료된다. 그러나, 치근첨형성술 (apexification) 과같은경조직침착유도를위한치료에서는 12.5 이상의높은 ph 를나타내는수용성, 점액성, 유성제재의수산화칼슘제재모두를사용해도될것으로생각된다. 참고문헌 1. Binnie WH and Rowe AHR : A histological study of the periapical tissues of incompletely formed pulpless teeth filled with calcium hydroxide, Journal of Dental Research 1973 ; 52 : 1110-1116. 2. Erdogan G : The treatment of nonvital immature teeth with calcium hydroxide-sterile water paste, Quintessence International 1997 ; 28 : 681-686. 3. Mitchell DF and Shankwalker GB : Osteogenic potential of calcium hydroxide and other materials in soft tissues and bone wounds, Journal of Dental Research 1958 ; 37 : 1157-1163. 4. Hasselgren G, Olsson B and Cvek M : Effects of calcium hydroxide and sodium hypochlorites in the dissolution of necrotic porcine muscle tissue, Journal of Endodontics 1988 ; 14 : 125-127. 5. Türkün M and Cengiz : The effects of sodium hypochlorite and calcium hydroxide on tissue dissolution and root canal cleanliness, International endodontic journal 1997 ; 30 : 335-342. 6. Morgan RW, Carnes DL and Montgomery S : The solvent effects of calcium hydroxide irrigating solution on bovine pulp tissue, Journal of Endodontics 1991 ; 17 : 165-168. 7. a lişkan MK and Şen BH : Endodontic treatment of teeth with apical periodontitis using calcium hydroxide calcium hydroxide : a long-term study, Endodontic Dental Traumatology 1996 ; 12 : 215-221. 8. Lengheden A, Blomlöf L and Lindskog S : Effect of immediate calcium hydroxide treatment and permanent root-filling on periodontal healing in contaminated replanted teeth, Scand J Dent Res 1990 ; 99 : 139-146. 9. Chong BS and Pittford TR : The role of intracanal medication in root canal treatment, International endodontic journal 1992 ; 25 : 97-106. 10. Walton RE : Intracanal medications, Dental Clinics of North America 1984 ; 28 : 783-796. 11. Montgomery S : External cervical resorption after bleaching a pulpless tooth, Oral Surgery Oral Medicine Oral Pathology 1984 ; 57 : 203-206. 12. Gimlin DR and Schindler WG : The management of postbleaching cervical resorption, 1990 : 292-297. 13. Tronstad L, Andreasen JO, Kristerson L and Riis I : ph changes in dental tissues after root canal filling with calcium hydroxide, Journal of Endodontics 1981 ; 7 : 17-21. 14. Hammarstöm L : Effect of calcium hydroxide treatment on periodontal repair and root resorption, Endodontic Dental Traumatology 1986 ; 2 : 184-189. 15. Fuss Z, Szajkis S and Tagger M : Tubular permeability to calcium hydroxide and to bleaching agents, Journal of Endodontics 1989 ; 15 : 362-364. 16. Wang JD and Hume WR : Diffusion of hydrogen and hydroxyl ions from various sources through dentine, International Endodontics Journal 1988 ; 21 : 17-26. 17. Javelet J, Torabinejad M and Bakland LK : Comparison of two ph levels for the induction of apical barriers in immature teeth of monkeys, Journal of Endodontics 1985 ; 11 : 375-378. 18. Kawakami T, Nakamura C, Hasegawa H and Eda S : Fate of 45 Ca-labeled calcium hydroxide in a root canal filling paste embedded in rat subcutaneous tissues, 642
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