임상 치의학(clinical dentistry)의 발전은 치과 재료(dental materials)의 발전과 그 궤를 함께 한다. 실제로 지난 반세기 동안 이룩한 임상 치의학 분야의 발전 양상은 그 이전 1,000년 동안 이룩한 것들보다 훨씬 더 크다. 그 이면에는 혁신적인 치과 재료와 기구 및 장비의 발명이 있었다. 그 동안 이룩한 많은 혁신들 가운데 현대의 임상 치의학 분야에 가장 큰 영향을 미친 중요한 혁신사례 가운데 하나로 ‘상아질 접착제(dentin bonding agent)’의 출현을 들 수 있다.

초창기에는 유지력(retention)이 부족한 수복물들의 고정에 필요한 여분의 유지력을 얻기 위한 방편으로 상아질에 대한 접착(bonding)이 모색되었으나, 이후 생활력을 가진 생체 조직(vital tissue)인 상아질-치수 복합체(dentin-pulp complex)에 대한 효과적인 보호 수단으로 활용됨으로써 이전에 이루어진 술식들에 비해 훨씬 더 생체 친화적(biocompatible)이고 우수한 품질의 수복 치료가 가능하게 되었다.

왜? 상아질 접착제인가?

그러면 그냥 ‘접착제(bonding agent)’라고 하면 될텐데, 왜? 굳이 ‘상아질 접착제(dentin bonding agent)’라고 콕 집어서 이야기하는 걸까? 그 이유는 접착의 대상 물질로서 상아질이 가지는 여러 가지 독특한 부분들 때문이다. 간단하게 말하자면 상아질 접착이 쉽지가 않기 때문이다.

실제로 법랑질을 위한 접착제를 굳이 ‘법랑질 접착제’라고 하는 것은 한 번도 들어 본 적이 없을 것이다. 그러면, 상아질 접착은 왜? 어려운 것일까? 먼저 상아질의 독특한 조성(composition) 때문이다. 일반적으로 치아 경조직은 법랑질(enamel)과 상아질(dentin) 그리고 백악질(cementum)로 구성되어 있다. 이들 가운데 임상적으로 수복 치과(restorative dentistry) 영역에 포함되는 부분은 법랑질과 상아질이다. 그런데, 바로 인접한 이 두 조직의 구성은 상당히 다르다. 거의 대부분이 무기질로 이루어진 법랑질과는 달리 상아질은 상당한 양의 수분과 유기질 성분을 포함하고 있다(그림 1).

따라서, 접착 술식을 시행함에 있어 비교적 술식이 단순한 법랑질과는 달리 고려하여야 할 사항들이 많다. 특히, 수분(water)을 많이 함유하는 표면 특성을 극복해야 하는 근원적인 어려움을 가지고 있다. 다음으로 상아질의 복잡한 구조(structure) 때문이다. 대부분이 무기질 성분의 법랑 소주(enamel rod)로 구성된 법랑질과는 달리 상아질은 다량의 수분(water)과 유기 물질(organic material)로 이루어져 있으며, 독특한 상아 세관(dentinal tubule) 구조를 통하여 치수(pulp)와 직접 연결되어 있다(그림 2).

생체에서는 상아 세관 내부가 혈장(plasma) 기원의 상아세관액으로 채워져 있으며, 치수와 인접한 심부 상아질 부분은 조상아세포의 돌기 부분(odontoblastic process)이 확장되어 있어, 이 부분의 상아질 구성은 더욱 복잡하다. 게다가, 생체에서는 혈압(blood pressure)이 작용하고 있으므로 상아 세관이 외부 환경에 개방되면 즉시 노출된 상아 세관으로부터 상아세관액이 밖으로 넘쳐흐르는 상황이 발생하게 되는데, 이러한 표면에 대한 접착 술식은 결코 간단하지가 않다. 따라서, 상아질 접착제는 이러한 여러 가지 어려운 상황들을 극복할 수 있는 다양한 안배를 가지고 있어야 한다.

중요한 것은 효과적인 침투이다!

재료학적으로 ‘접착(bonding)’이라는 현상은 ‘특정한 고체의 표면에 대한 부착 및 부착 상태의 유지’를 의미하며, 접착을 위한 기전으로 ‘물리적 기전’과 ‘화학적 기전’을 고려할 수 있다. 이론적으로는 공유 결합(covalent bond)이나 이온 결합(ionic bond)과 같은 원초적인 화학적 결합을 통하여 두 표면이 접착되는 것이 가장 이상적이나 실제 상황에서는 이러한 경우를 거의 찾아보기 힘들다. 대신, 접착을 위한 유지력의 상당 부분을 물리적인 기전에 의해 얻으면서 일부 화학적인 기전에 의해 도움을 받는 경우가 대부분이다. 따라서, 치과 영역에서의 접착 기전도 주로 미세기계적인 결합(micro-mechanical interlocking)과 같은 물리적인 접착 기전에 주로 의존하고 있다고 이해하면 되겠다.

치과 분야의 접착에서 주된 유지력을 얻는 방법은 미세기계적인 결합 기전이며, 주로 10~35% 인산을 사용하여 법랑질 혹은 상아질의 표면을 처리함으로써 얻어지게 된다. 그런데, 법랑질의 표면은 산 부식 후 비교적 접착이 용이한 반면, 상아질의 표면은 산 부식 후 얻어진 표면이 접착에 상당히 불리한 특성을 가지게 되는데, 이러한 부분들을 극복하는데 30년 가까운 시간이 필요하였다.

실제로 상아질의 표면은 산 부식 후 콜라겐 미세 망상층(collagen micro-network)이 노출되고 상아 세관이 개방되며, 표면 자유 에너지(surface free energy)는 상당히 낮아지는 등, 매우 복잡한 양상을 나타낸다. 따라서, 이러한 부분들을 하나하나 극복해 나가는 것이 상아질 접착을 위해서 중요한 의미를 가진다고 할 수 있다. 즉, “접착에 불리한 악조건들을 극복하고 산 부식에 의해 얻어낸 미세 공간에 상아질 접착제를 효과적으로 침투시킨 다음 완벽하게 중합시키는 것이 상아질 접착의 요체”이다. 그 결과물이 바로 수지 함침층(resin infiltrated layer) 혹은 혼성층(hybrid layer)이라고 부르는 상아질 미세 결합층이다(그림 3).

상아질 접착제는 어떤 물질인가?

위에서 살펴본 바와 같이 상아질은 접착에 상당히 불리한 물질이다. 상아질은 다른 모든 피착재(adherend)들과 달리 표면이 습윤하며, 산 부식 처리 후 얻어지는 미세 공간 또한 많은 수분을 함유한 상태로 존재한다. 따라서, 상아질 접착제(dentin adhesive)는 이러한 불리한 상황들을 극복하기 위하여 특별한 조성을 가지고 있다. 먼저, 상아질 접착제를 구성하는 물질은 중합이 가능한 레진계 물질들인데, 상당히 습윤한 상아질 표면에 적합하기 위하여 친수성이 높은 단량체 (hydrophilic monomer)들로 이루어져 있다.

우리가 흔히 접착제의 주요 성분으로 알고 있는 HE- MA(2-hydroxyethyl methacrylate)가 대표적인 물질인데, 습윤한 상아질 표면에서 접착제가 효과적으로 작용할 수 있도록 해주는 대표적인 친수성 단량체(hydrophilic monomer)이다. 여기에 산 부식으로 얻어진 콜라겐 미세망상 구조(collagen micro-network structure) 내부로의 침투를 증진시키는 역할을 하는 4-META나 NTG-GMA와 같은 기능성 단량체들(functional monomers)과 광중합 개시제인 camphorquinone, 그리고 아세톤이나 알코올과 같은 휘발성 용매(volatile solvent)가 주된 성분으로 포함되어 있다.

어떻게 침투시킬 것인가?

효과적인 상아질 접착을 위하여 상아질 접착제를 상아질 기질 내부로 침투시키고자 할 때, 임상적으로 2가지 프로토콜에 의해 그 목적을 달성할 수 있다.

(1) 일괄 부식법(total etch protocol)

먼저 상아질의 표면을 35% 인산으로 5~10초 정도 산 부식한 다음 수세한다. 이후 표면을 촉촉한 상태로 부분 건조시킨다. 소위, 습윤 접착 개념(wet bonding concept)에 의해 접착 술식을 시행한다. 이 술식의 가장 중요한 전제 조건은 술자가 습윤 접착 개념을 완전하게 이해하는 것이다. 필자의 견해로는 지난 30년간 임상의들을 가장 오랫동안 혼란스럽게 한 개념들 가운데 하나라고 생각된다. 이 개념의 핵심은 “산부식된 상아질 표면에 물을 얼마나 남길 것이며 남은 물은 어떻게 처리할 것인가?”하는 것이다. 이 부분을 명확히 이해하는 것이 중요하다. 달리 말하면 “해결할 수 있을 만큼만 물을 남겨야 한다”는 것이다.

실제로 산부식된 상아질표면에 존재하는 물은 산 부식으로 얻어진 두께 5μm 내외의 콜라겐 미세망상 구조의 형태를 유지시키는 정도만 남기면 된다. 그리고 그 정도 분량의 물은 접착제에 포함되어 있는 아세톤 혹은 에탄올과 같은 휘발성 용매의 작용에 의해 충분히 처리될 수 있다. 따라서, 습윤 접착 개념에서는 접착제 내에 포함되어 있는 휘발성 용매의 양이 매우 중요하며, 이를 위한 접착제의 취급과 보관에 세심한 주의를 기울여야 한다. 좀 더 안정적인 술식을 선호한다면, 산 부식 후 별도의 상아질 프라이머(dentin primer)를 사용하는 접착 시스템(즉, 4세 대 접착제)이 추천된다(그림 4).

(2) 자가부식법(self-etch protocol)

산부식법으로 상아질 접착을 얻어낼 수는 있었으나 치러야 할 대가들도 있었다. 산부식법의 대표적인 부작용은 술 후 지각과민증(post-operative hypersensitivity)이다. 실제로 산부식법에 의한 습윤 접착 개념(wet bonding concept)은 정확한 개념의 이해가 어렵고, 시술 과정이 복잡하여 능숙하지 않은 술자들에게는 정확한 술식이 어려운 게 사실이다. 실제로 산부식을 시행하는 경우 산부식으로 얻어진 미세공간을 상아질 접착제로 완벽하게 채워주어야 하는데, 이러한 과정들이 임상적으로 쉬운 것은 아니다.

따라서, 여러 가지 단계를 거치는 산부식법은 그 가운데 한 단계라도 정확히 시술되지 못할 경우 술 후 문제를 야기할 가능성이 크다. 이러한 문제를 근본적으로 해결하기 위해 고안된 임상적 대안이 바로 자가부식법(self-etch protocol)이다. 이 개념은 부식 능력을 가지는 산성 접착 단량체(acidic adhesive monomer)가 상아질의 기질을 부식시키면서 침투해 들어간 다음, 그대로 중합되어 접착층을 형성한다는 개념이다. 따라서, 산 부식 후 수세 및 건조 과정이 생략되어 접착 과정이 단순하며, 산부식 후 접착제의 침투 부족으로 발생하는 초미세누출(nano-leakage) 현상을 방지할 수 있고, 술 후 지각과민증을 현저하게 감소시키는 장점을 가진다.

자가 부식 개념의 상아질 접착제들은 10-MDP와 같은 산성 기능성 단량체(acidic functional monomer)들을 사용하는데, 이러한 성분들은 상아질 표면에 적용하였을 때 반응 부산물로 상당한 양의 물을 형성하게 된다. 따라서, 자가 부식 접착제를 사용하는 경우 효과적인 접착을 얻어내기 위해서는 다음과 같은 방법이 추천된다. 먼저, 잘 건조된 상아질 표면에 자가 부식 접착제를 20초 정도 문지르는 동작으로 적용해준 다음, 압축 공기로 강하게 불어내어 접착면으로부터 반응 부산물인 물과 잉여 물질들을 깨끗하게 제거해 준다. 이후 충분한 시간 동안(10초 정도) 광중합을 시행하 여 접착 술식을 완료한다(그림 5). 자가부식 개념의 상아질 접착제들은 대부분 pH2.0~pH3.0 범위의 산성도를 가지는 약산(weak acid)이므로 법랑질 접착에는 적합하지 않다. 따라서, 효과적인 법랑질 접착을 위해서는 별도의 산부식 과정이 요구된다.

모든 시나리오의 완성, 중합!

치과 영역에서 사용되고 있는 모든 레진계 재료들은 ‘충분한 중합’을 전제로 물성(physical proper- ties)들이 설계되어 있다. 따라서, 아무리 우수한 재료라 할지라도 충분한 중합을 얻어내지 못하면 무용지물이다. 레진계 치과 재료의 중합을 위하여 사용되는 기전(mechanism of polymerization)은 자가 중합 기전(self-cure mechanism), 광중합 기전(light cure mechanism), 그리고 이중 중합 기전(dual cure mechanism)이 있다. 일반적으로 상아질 접착제들을 위한 중합 기전은 대부분 광중 합기전이며, 필요에 따라 이중중합기전을 사용할 수 있게 고안되어 있다. 이 경우 기본적으로는 광중합 기전을 가지는 상아질 접착제에 자가 중합을 허용하는 화학 물질들을 첨가하여 그 목적을 달성한다(그림 6).

일반적으로 상아질 접착제를 위한 충분한 중합 시간은 10초 정도이며, 가능한 광중합기의 끝부분을 상아질 접착제가 도포된 와동의 표면에 근접시켜서 광중합을 시행한다. 잔존 상아질의 두께가 얇은 경우 장시간 광조사 시 치수의 열손상 위험이 있을 수 있으므로 주의를 요한다. 상아질 접착제의 접착 강도는 상부에 축성되는 수복용 복합 레진의 중합 수축 응력에 대항하여 수복물의 변연 봉쇄를 확보하는 데 핵심적인 역할을 수행하므로 충분히 중합된 튼튼한 상아질 접착층이 가지는 임상적인 의의는 매우 크다고 할 수 있다.