OrthoMTA, ProRoot MTA 그리고 Portland cement의 경화 팽창과 경화 시간 비교

현재 시판되고 있는 ProRoot white MTA는 portland cement와 비슷한 성분으로 수분의 첨가로 인하여 경화 팽창하는 성질이 있고, 긴 경화 시간을 갖는다. 본 연구는 최근 개발된 OrthoMTA, 기존의 ProRoot white MTA 그리고 White portland cement를 대상으로 2008년에 개정된 치근관 충전재의 요구 사항 중에서 경화 팽창과 경화 시간에 대한 연구를 하였다. 연구 결과,OrthoMTA의 경화 팽창률은 0.08±0.02%이었고, ProRoot white MTA, White portland cement는 각각 0.28±0.06%,0.80±0.25%였다. 경화 시간은 각각 307.78±3.83분, 150.44±2.35분, 235.33±9.07분으로, ProRoot white MTA가 가장 짧았고, OrthoMTA가 가장 길었다. MTA는 친수성 입자로 구성되는 수경성 시멘트로써 물과 혼합되면서 콜로이드 겔을 형성하고, 수분의 존재 하에서도 경화가 가능하며, 경화 후 수산화칼슘과 유사한 알칼리성을 띄게 되어 항균 성질을 나타낸다. 용해도가 낮고, 미세 누출이 적으며, 생체 친화성이 있기 때문에 천공이나 내흡수, 치근단 충전에 사용될 수 있다. Lee 등은 치근 천공의 재료로 사용했을 때, MTA가 IRM이나 아말감에 비해서 미세 누출이 적었고, 과충전 경향이 낮음을 보고하였고, Torabinejad 등은 치근단 충전 재료로써 MTA의 우수한 예후를 발표한 바 있다. 성장 중인 아동의 치근단형성술이나 치근단유도술 등에 사용될 수도 있는데, 백 등과 염 등은 MTA의 백악질과 골의 성장을 촉진하는 성질을 이용하여 외상으로 실활된 상악 영구 전치에서 성공적으로 치근단형성술을 시행하였다고 보고했다. 하지만 변색 가능성으로 인하여 치관부 수복에 사용하지 못하고, 조작이 어려워서 치근단 충전 시에 MTA를 치근단에 적용하기가 용이하지 않다. 제거가 어려워 합병증 발생 시 외과적수술을 필요로 하며, 긴 경화 시간으로 인하여 환자의 내원 횟수가 증가하고, 고가의 재료라는 단점이 있다. 치근관 충전재의 요구 사항에는 MTA가 가진 장점들 외에도 체적 안정성이 포함되는데, 수축의경우 1.0%, 팽창의 경우 0.1%를 초과해서는 안 된다. 대부분의 치과 재료들은 계면을 따라 수축하는 경향을 가지기 때문에 오염 물질이 통과할 수 있는 틈새가 노출되지만, MTA는 반대로 팽창하는데 이러한 성질이 밀폐 효과를 향상시키고 누출을 최소화시키게 된다. 1998년에 Fischer 등은, MTA의 이상적인 밀폐 효과는 경화 시의 팽창 때문이라고 주장하였다. 본 연구에서 OrthoMTA의 경화 팽창률은 0.08%로 치근관충전재의 요구조건에 부합하는 결과를 얻었다. 이러한 팽창률이 나타나는 이유로 FCO의 비율이 적은 것을 들 수 있다. FCO는 시멘트의 수화 과정에서 반응하지 못하고 남아 있는 성분으로써, 함량이 높을 경우 팽창하여 균열을 야기한다. BioMTA 제조사는FCO의 비율을 0.7%로 낮추어서 ProRoot MTA의 1.7%보다 적은 비율을 나타낸다고 하였다. 하지만 이러한 팽창에는 제한점이 필요하다. MTA의 적응증인 치근단 충전이나 천공, 내흡수 치료는 장기적인 체적 안정성을 요하는 세밀한 작업이다. Shipper 등은 치근단 충전 재료로써 MTA가 좋은 변연 적합을 갖지만, 탈수가 진행되면서 상아질 계면에 파절이 발생할 수 있음을 지적하였다. Chng 등은 PC가 경화 시 발생하는 입자의 팽창으로 인하여 부서질 수 있음을 보고하였다. 최근 MTA의 경화 팽창에 대한 연구들이 보고되고 있지만, 측정 방식에 있어서 차이가 있으며, 결과 또한 다양하다. ProRoot MTA는 1998년 소개되었고, 75%의 포틀랜드 시멘트, 20%의 비스무트 산화물, 5%의 석고를 함유한다. WMTA는 2002년에 개발되었는데, 기존의 GMTA가 치아의변색 등을 야기한 것에 비해 심미성을 개선시켰으며, 철을 함유하지 않고, 철알민산 사석회의함량이 낮다. 포틀랜드 시멘트는 비스무트 산화물과 석고의 함량을 제외하면 MTA와 구성이 유사하지만, MTA보다 크고 불균일한 입자로 구성되어 있다. 다공성의 물질이기 때문에 주변 상대습도에따라서 체적 변화를 일으키는데, 습윤한 환경에서의 수화 과정은 결정의 성장과 수화 팽창으로 인하여 전체적인 팽창을 야기한다. Islam 등은 PC의 과도한 팽창에 대해서 언급한 적이 있으며, PC가 낮은 인장 강도와 유연성을 가지기 때문에 파절을 유발시킬 수 있다고 보고하였고, Steffen 등은 PC를 의학 재료로 사용하는 것에 대해 더 많은 연구가 필요하다고 주장하였다. 또한 PC는 납 및 비소 등 중금속을 포함하고, 높은 용해도로 인하여 장기적인 밀폐 효과가 의문시되고 있다. 그러므로 치근 파절의 위험성을 증가시키지 않으면서 효과적인치근관 밀폐가 가능하도록 PC를 개량하는 것이 필요한 것으로 사료된다. 본 연구에서 WMTA는 0.28%, WPC는 0.80%로, WMTA보다 PC에서 큰 경화 팽창률을 보였다. 이것은 Storm 등과 Camillery의 연구 결과와 같은데, 이러한 결과가 나타나는 이유 중의 하나로 성분 차이를 들 수 있다. WMTA는 PC에 비하여 수화 시 팽창에 관여하는 에트린자이트의 성분이 적고, 에트린자이트를 형성하는 산화알루미늄, 산화마그네슘, 산화철의비율이 적기 때문에, WMTA보다 PC에서 큰 경화 팽창률을 보이게 되는 것이다. 본 연구는 치근관 충전재의 실험 방법에 근거하여 진행하였는데, 직경 6 mm, 길이 12 mm의 시편을 제작하여 30일 동안 멸균 증류수에서 보관한 뒤 시편의 길이 변화를 측정하여 경화 팽창률을 계산하였다. 이전의 경화 팽창 연구에서 시편의 크기는 다양하게 보고되고 있다. Wiltbank 등은 직경 3 mm, 높이 6 mm의 시편을 사용하였고, Gandolfi 등이 사용한 시편은 직경 11 mm, 높이 5 mm였으며, Storm 등은 직경 5 mm, 높이 10 mm의 시편을 연구에 적용하였다. 재료의 길이 변화를 측정하는 시간도 다양하다. 경화 후 24시간 뒤의 길이 변화를 측정하여 경화 팽창률을 계산한 연구가 있고, 3시간 뒤의 길이 변화를 측정한 연구도 있으며, 7일뒤의 길이 변화를 계산하기도 하였다. Camilleri는 28일 동안의 길이 변화를 7일 간격으로 측정하였는데 7일 후에 팽창이 안정화되었다는 보고를 하였다. 본 연구에서는 30일 뒤의 경화팽창률을 측정하였는데 이 기간은 팽창이 안정화될 수 있는 충분한 시간이라고 사료되지만 일정 간격으로 측정하여 팽창이중점적으로 일어난 시기를 확인하지 못한 것은 아쉬운 점이다. Camilleri는 linear variable displacement transformer를 사용하여 경화 팽창을 측정하였는데, 견고한금속 주형을 사용함으로써 수평 방향의 체적 변화는 제한시키고 수직 방향의 체적 변화를 관찰하였다. LVDT를 사용하여MTA의 경화 팽창을 측정한 보고들이 있으며, 두 개의LVDT에 몰드를 위치시키고 그 안에 재료를 넣는 방법도 사용되었고, 치근관 충전재 방법과 LVDT를 같이 사용하기도 하였다. LVDT는 치근벽으로 인한 수평 체적 변화의 제한을 모방한 것인데 상아질의 유연성과 상아세관으로 MTA가 침투할 수 있다는 점을 고려하면 수평 방향의 팽창을 완전히 배제시킬 수는 없다. 본 연구에서는 분리될수 있는 몰드를 사용함으로써 수평 방향의 팽창이 일어날 가능성을 남겨두었고, 클램프를 이용하여 고정하였다. 하지만 클램프를 사용한 고정력의 민감성이 일정하지 않고, 수평 체적 변화가 결과에 포함되지 않았다는 한계점이 있다. MTA의 초기 경화 시간은 정량화하기 어렵다. 초기 경화시간은 비카 침 또는 길모어 침을 사용하여 측정되는데 혼수비나 혼합의 정도뿐만 아니라 공기의 온도 및 습도에도 영향을 받으므로, 본 연구에서는 몰드를 항온항습기에서 전 처리를 시행함으로써 온도와 습도로 인한 오차를 최소화하였다. 긴 경화 시간은 MTA의 두드러진 단점이다. 치근단역충전을시행할 때 MTA는 조직부에 놓이므로 긴 경화 시간 동안 혈류에 의해 씻겨나갈 수 있으며, 물성의 변화가 생길 가능성이 있고, 체적 안정성이 저하될 수 있다. 또한 경화를 확인한 후 상부수복을 시행해야 하기 때문에 환자의 내원 횟수가 증가하게 된다. OrthoMTA의 경화 시간은 307분으로 ProRoot WMTA의 150분보다 2배 정도 길었고 유의성 있는 차이를 보였지만,MTA의 긴 경화 시간으로 인하여 환자가 한 번 더 내원해야 한다는 점은 ProRoot MTA와 OrthoMTA 사이에 차이가 없는 것으로 사료된다. 이전 연구에서 경화 시간을 줄이기 위한 방법들이 시도되었다. Ber 등은 GMTA에 1% 메틸셀룰로오스와 2% 염화칼슘을 첨가했을 때 경화시간이 3배 단축되었다고 주장하였으며,Wiltbank 등은 염화칼슘을 첨가했을 때, GMTA와 PC, WMTA 모두에서 경화가 가속화되었다고 보고하였고, AlAnezi 등은 KY Jelly와 염화칼슘 첨가 군에서 경화 시간감소를 발견하였다. Kogan 등은 차아염소산 나트륨, KYJelly, 염화칼슘의 첨가는 경화시간을 20 25분 감소시켰지만, 증류수를 사용했을 때보다 압축 강도는 감소하였다고 보고하였다. 이러한 방법들은 경화 시간을 단축시켰지만 수소 이온 농도의 증가, 과도한 칼슘 이온의 유리로 인한 세포 성장의 방해 등의 단점도 보고되었다. 따라서 MTA의 물성을 약화시키지 않는 범위에서 경화 시간을 단축시키는 방법에 대한 연구가 더 필요할 것으로 사료된다. OrthoMTA와 ProRoot MTA의 제조사는 모두 0.3의 혼수비를 권장하고 있다. Fridland 등은 혼수비가 증가할수록 다공성과 용해도가 증가하는데 0.33이상에서는 점도가 부족하며, 0.26은 혼합물을 조작하기 위한 최소의 혼수비라고 보고하였다. 임상의들은 MTA의 한 포장에 여러번 쓸 정도로 많은 용량이 들어 있기 때문에 용매와 재료의 양을 짐작해서 사용하는데이러한 차이는 MTA의 경화 팽창과 경화 시간에 영향을 미칠수 있다. Bentz 등은 혼수비가 작을수록 경화 시간이 단축된다는 것을 발견하였다. 한편 Hawley 등은 혼수비의 변화로인한 경화 팽창률의 차이는 없었다고 보고하였다. OrthoMTA와 ProRoot MTA는 용매로써 멸균된 증류수 또는 인산염완충식염수를 사용하는데 본 연구에서는 멸균된 증류수를 용매로 사용하였다. Han 등은 멸균 증류수와 혼합 시에는 탄산칼슘과 수산화칼슘이 형성되고, 인산염완충식염수과 혼합 시에는 용매 내의 인산염 성분이 MTA의 규산칼슘과 만나인산칼슘을 형성한다고 보고하였다. 이러한 칼슘 이온들은 변위에 대한 저항성을 증가시키며, 잠재적으로 체적 안정성의 변화에 기여할 수 있다. 체적 안정성은 사용된 용매에 따라서도 달라진다. Gandolfi 등은 WMTA가 탈염 증류수에서보다 인산염완충식염수에서팽창이 크게 나타남을 보고하였다. 인산염완충식염수에 소태아혈청을 혼합한 경우 팽창이 감소하였는데, 혈청 단백질이 시멘트에 흡수되어 표면 공극의 크기를 감소시키는 것으로 추정하였으며, 이는 외과적 시술 도중에 혈액 등의 오염이 시멘트의 팽창에 영향을 준다는 것을 의미한다. 2008년에 개정된 치근관 충전재는 근관충전재의 요구 사항과 시험 방법 그리고 규격이 명시되어 있다. 요구 사항에는 이물질이 없고, 생물학적 위험성을 배제해야 하며 치근관 충전재로써 갖추어야 하는 물리적 성질이 포함되어있다. 이에 근거하여 시험 검사가 이루어지며, 식약청의 허가가나오기 때문에 제품 개발 시 준수해야 하는 사항이다. 하지만 치근관 충전 물질이 ISO 기술 표준의 요구 사항을 만족시킬 필요가 없다는 주장도 있다. 이것은 최대 팽창률의 한도가 정해지지 않은 MTA나 다른 종류의 시멘트에서 의문점을 유발시킬 수 있다. 그리고 현재까지의 연구들이 측정기구나 시간, 시편의 크기, 사용된 용매에 있어서 차이가 있기 때문에 향후 진행될 연구들에 대한 표준화된 실험 방법이 필요한 것으로 사료된다. Mineral trioxide aggregate는 수경성 시멘트로써 경화 시 팽창하는 성질이 있고, 긴 경화 시간이 취약점으로 알려져 있다. 2008년에 개정된 치근관 충전재, 기존의ProRoot white MTA 그리고 White portland cement를 대상으로 경화 팽창과 경화 시간에 대한 비교 평가를 하고 다음과 같은 결론을 얻었다. OrthoMTA, ProRoot WMTA, WPC의 경화 팽창률은 0.08±0.02%, 0.28±0.06%, 0.80±0.25% 순으로 증가하였으며, 각 군 간의 통계적 유의성이 존재하였다. OrthoMTA, ProRoot WMTA, WPC의 경화 시간은 307.78±3.83분, 150.44±2.35분, 235.33±9.07분으로, ProRoot WMTA가 가장 짧았고, OrthoMTA가 가장 길었으며, 각 군 간의 통계적 유의성이 존재하였다. 이상의 결과에서 OrthoMTA는 체적 안정성이 다른 재료들에 비해 비교적 우수함을 확인할 수 있었으나, 경화 시간은 ProRoot WMTA에 비하여 두 배 정도 길었다. OrthoMTA의긴 경화 시간은 임상적으로 가장 큰 단점으로 사료되며, 이를 감소시키기 위한 추가 연구가 필요할 것으로 판단된다.