건전한 치수 혹은 가역성 치수염이 있는 치아에서 우식, 외상 또는 의인성으로 치수가 노출된 경우, 치수생활력을 보존하기 위해 직접치수복조술을 시행할 수 있다. 직접치수복조술은 우식 등의 자극인자를 제거하고, 치수조직 치유와 수복상아질 형성이 이루어질 수 있도록 치수 상방에 생체적합성 재료를 적용하는 술식으로, 치아를 보존하고 미성숙 영구치일 경우 지속적인 치근발육을 가능하게 한다는 점에서 소아청소년치과에서 중요한 영역을 차지하고 있다[1,2].

직접치수복조술 시, 성공적인 치료결과를 얻기 위해서는 치수 상태의 정확한 진단, 우식 제거, 미세누출 방지, 무균적 술식이 필수적이며, 적절한 치수복조재를 선택해 적용해야 한다[1]. 이때 사용되는 치수복조재는 밀폐능력이 우수하고, 상아질교 형성을 촉진시킬 수 있어야 하며, 습윤한 환경에서도 경화되고, 적절한 압축강도와 경도를 가지는 생체친화성 재료이어야 한다[3]. 또한 치료 실패의 원인이 주로 잔존 세균에 의한 감염이나 수복물 변연의 미세누출로 인한 새로운 세균의 감염에서 비롯된다는 점에서, 상부 수복재와 안정적인 결합을 이룰 수 있어야 한다[4].

전통적으로 사용되어 온 수산화칼슘은 높은 pH와 항균력을 지니며 수복상아질 형성을 유도하는 특성을 가진다. 그러나 상아질교에 다공성 결함이 나타날 수 있고, 접착능력 저하와 함께 수용성으로 점차 용해되어 미세누출이 발생할 수 있다는 단점을 지니고 있어 근래에는 mineral trioxide aggregate(MTA)를 치수복조재로 선호하는 경향이 있다[5]. MTA는 수산화칼슘에 비해 보다 균일하고 두꺼운 상아질교를 빠르게 형성하며, 낮은 용해성과 우수한 밀폐능력을 보인다. 또한 경화 과정에서 산화칼슘이 조직액과 반응하여 수산화칼슘을 형성해 pH를 증가시킴으로써 항균 효과를 나타낸다. 하지만 치아 변색을 야기할 수 있고, 조작성이 좋지 않으며, 무엇보다도 경화시간이 길어 완전한 경화가 이루어진 뒤 최종수복하기 위해 임시수복 후 재내원해야 한다는 점이 단점으로 지적되어 왔다[2,6].

이러한 한계를 극복하면서 MTA에 비견할만한 성질을 가지는 다양한 치수복조재들이 개발되었고, 그 중 Theracal LC^™(Bisco Inc, USA)와 Biodentine^™(Septodont, France)이 전통적인 MTA의 대안으로 주목받고 있다. 광중합형 MTA인 Theracal LC^™는 기존 MTA보다 빠른 경화시간, 낮은 용해성, 높은 흐름성 등을 특징으로 하는 resin-modified calcium silicate-based MTA liner로, 직접 및 간접치수복조술을 위해 고안된 재료이다[7]. Biodentine^™은 상아질 대체재로 개발된 calcium silicated-based restorative cement로 우수한 밀폐능력, 압축강도, 생체적합성, 생활성, 광화유도능력, 그리고 짧은 경화시간을 가져 다양한 치수치료 영역에서 활용되고 있다[6]. Theracal LC^™는 광중합 직후, Biodentine^™은 약 12분 후 상부에 즉시 최종수복재를 위치시킬 수 있어, 임시수복 과정동안 미세누출 가능성이 있는 MTA에 비해 보다 안정적이고 바람직한 예후를 기대해 볼 수 있다[2,6].

치수복조재 적용 후 완전한 밀폐 여부는 치료의 성공을 좌우하는 요인이 될 수 있으며, 치수복조재가 치질과 상부 수복재 사이에 위치한다는 점에서 이들 각각에 대한 치수복조재의 결합력을 평가하는 것이 중요하다. 이에 tricalcium silicate 기반의 치수복조재들을 대상으로 치질 혹은 수복재에 대한 결합강도나 미세 누출 정도를 평가한 연구들이 이루어져왔으나[8], 새롭게 도입된 Theracal LC^™, Biodentine^™과 기존에 널리 사용되어온 MTA 상방에 통상적인 수복재들을 적용했을 때의 결합강도를 종합적으로 비교한 연구는 미비한 실정이다.

이에 본 연구에서는 3종의 치수복조재(ProRoot^™ White MTA, Theracal LC^™, Biodentine^™)와 3종의 수복재 (복합레진, 레진강화형 글래스아이오노머 시멘트, 전통적인 글래스아이오노머 시멘트) 간의 결합강도를 동일한 조건에서 비교 평가하고 파절 양상에 대해서 분석해보고자 한다.

치수복조재와 수복재 간 결합력은 치질과 수복재 간 결합력만큼 치료의 질적인 부분에 있어 중요한 요소이므로 모든 응력이 접착면에 평행하게 직접적으로 가해져 결합력 평가에 이상적인 전단결합강도 측정을 통해 이들 재료 간 결합력을 평가한 연구들이 다수 보고되어 왔다[2,9]. 그러나 전단결합강도는 측정시 시편의 상태나 하중이 가해지는 속도, 하중을 가하는 위치 등에 따라 결과 값에 영향을 줄 수 있어, 기존에 개별적으로 보고된 수종의 치수복조재와 수복재 간 결합력을 종합적으로 비교하기에는 다소 어려운 바가 있다[10]. 이에 본 연구에서는 Theracal LC^™, Biodentine^™, ProRoot^™ WMTA와 같은 tricalcium silicate 기반의 치수복조재와 임상에서 통상적으로 사용되는 수복재인 복합레진, 레진강화형 글래스아이오노머, 전통적인 글래스아이오노머 간의 전단결합강도를 동일선상에서 비교해보고자 하였다.

본 연구 결과, TLC-CR군이 평균 17.44 ± 2.95 MPa로 가장 높은 강도를 나타내며, BD 혹은 WMTA를 적용한 CR군과는 통계학적으로 유의한 차이를 보였다. TLC/MTA에 대한 CR/GIC의 전단결합강도를 비교한 Cathekin[2]의 연구 결과 역시 MTA-CR군(8.5 ± 5.3 MPa)에 비해 TLC-CR군의 전단결합강도가 평균 19.3 ± 8.4 MPa로 유의하게 높은 값을 보이는 것으로 나타났다. 복합레진은 우수한 물성과 심미성으로 인해 임상에서 우선적으로 선택되는 수복재로, 빈틈없는 변연을 형성하기 위해 수축력에 충분히 저항할 수 있는 결합강도의 범위는 17 MPa에서 20 MPa 사이로 추정된다[6]. 즉, 본 연구에서 수복재로 CR을 선택한 경우 TLC군만이 임상적으로 허용할만한 수준의 전단결합강도를 보인다고 할 수 있으며, 이러한 결과는 다음과 같이 TLC와 CR 자체의 특성뿐만 아니라 이들 사이에 적용된 접착시스템에 의한 것으로 사료된다. 우선 TLC와 CR 모두 광중합을 통해 초기 응집력을 확보할 수 있어 보다 안정적인 환경에서 재료 간 결합을 이룰 수 있다[7]. 또한 유사한 레진화합물로 구성되어 레진접착제 내 Hydroxyethyl methacrylate (HEMA)를 매개로 진성 화학결합을 형성함과 동시에, TLC와 CR의 산소저해층 내 미반응 methacrylate group 간 공중합(copolymerization)으로 부가적인 화합물을 형성함으로써 결합력이 강화되었을 것으로 생각된다[11,12]. 본 연구에서는 self etching보다 total etching 접착시스템 적용 시 더 유지력이 좋은 미세공극이 형성되어 최적의 전단결합강도를 얻을 수 있다는 보고를 토대로, CR군에 공통적으로 total etching 접착시스템을 적용하였다[2,13]. 그 결과, GIC와 RMGIC군에서의 약산을 이용한 전처치에 비해 인산을 이용한 산부식이 기질의 표면 거칠기를 현저하게 증가시켜 미세기계적 결합과 함께 접착제 침투를 효과적으로 유도함으로써 전단결합강도 증가에 기여한 것으로 보인다[14,15]. TLC-RMGIC군의 결합강도는 9.81 ± 4.04 MPa로 9개 군 중 두 번째로 높은 값을 나타냈는데, 이는 TLC-CR군과 비슷한 맥락에서 이해할 수 있다. 즉, RMGIC 역시 광중합 후 치수복조재와 결합하기 충분한 물성을 보이며, 표면 젖음성을 위해 첨가된 HEMA가 친수성과 소수성 층을 균일화시켜 결합강도를 증진시켰을 것이다[16,17]. TLC-GIC군이 가장 낮은 결합강도(1.11 ± 0.79 MPa)를 나타낸 것은 GIC군에는 HEMA와 같은 TLC와 상호작용할 수 있는 성분이 함유되지 않아 두 재료 간 화학적 결합이 아닌 미세기계적 결합이 결합강도를 결정했기 때문인 것으로 보인다[18].

본 연구에서 치수복조재가 BD일 때, CR, RMGIC, GIC 순으로 유의하게 높은 전단결합강도를 나타냈다. 그러나 이 중 가장 강한 결합력을 보인 BD-CR군(5.59 ± 1.23 MPa) 조차 CR의 중합수축력에 대항하기에는 부족한 전단결합강도를 보이고 있다. 이렇게 BD군의 낮은 전단결합강도는 낮은 초기 응집강도에서 비롯된 것으로 보인다. BD은 분말과 액체를 혼합한 후 약 12분 동안 초기 경화반응을 거치며 수화된 calcium silicate gel 구조를 형성하는 데, 이는 표면에 국한되어 있어 전체적인 물리기계적 강도는 약한 상태이다[6]. 다공성 재료인 BD가 중합수축에 저항하기 위한 물성을 지니기 위해서는 calcium silicate hydrate gel 구조의 결정화를 통한 성숙기간이 필요하며, 최소 2주간의 시간이 소요된다[18]. 본 연구에서는 1회 내원 임상 술식을 재현하기 위해 15분 후 BD 상방에 즉시 수복재를 위치시키고 24시간 후 전단결합강도를 측정하였는데, BD 내부의 성숙이 충분하게 이루어지지 않은 상태에서 전단력이 가해짐에 따라 상대적으로 낮은 결합강도와 응집성 파괴양상이 초래된 것으로 보인다. 한편 Cantekin 등[6]은 BD와 methacrylate-based (MB) composites 간 전단결합강도는 임상적으로 허용할만한 수치인 17.7 ± 6.2 MPa를, BD와 silorane-based (SM) composites 간 전단결합강도는 8.0 ± 3.6 MPa 라 보고한 바 있다. 이는 본 연구의 결과와 다소 차이가 있는데, 그 원인으로는 전단결합강도 측정 시 하중을 가하는 속도나 최대 하중의 크기 등 실험방법 상 차이와 더불어, 본 연구에서 BD를 아크릴 레진 블록에 충전하고 경화되는 15분간 특별한 처치를 하지 않은 것과 달리 Cantekin 등은 100% 습도에서 15분간 BD 표본을 보관하였다는 점에서 BD 초기경화시 습도의 영향을 생각해볼 수 있다. 치수복조재가 WMTA인 경우, 수복재가 CR일 때의 전단결합강도는 5.58 ± 1.24 MPa로, 수복재가 RMGIC이거나 GIC일 때보다 유의하게 높은 값을 보였으며, RMGIC군과 GIC군 간에는 유의한 차이가 없었다. WMTA는 레진 구조 없이 calcium silicate, tricalcium aluminate, tricalcium oxide, silicate oxide 등으로 구성되어 있어, 레진 구조가 함유된 TLC에 비해 생체친화적일 수 있으나 복합레진과의 관계는 온전히 미세기계적 결합에 의존하게 된다[19]. 미세기계적 결합은 표면의 물리적 양상과 직결되므로 산부식과 같은 표면 처치 방법이 결합력에 주요한 영향을 미쳤으리라 유추할 수 있다[14,15]. Ajami 등[4]은 MTA에 대한 산부식 효과를 SEM으로 관찰하였을 때, 산부식 중에 표면의 gel-유사 불규칙 구조와 축 형태의 결정이 제거되며 결정화 구조 주위 기질의 선택적 소실로 인해 벌집 형태가 형성되어 CR가 결합에 유리한 표면이 조성된다고 밝혔다. 반면 RMGIC군과 GIC군은 약산인 polyacrylic acid(dentin conditioner)로 표면 전처치를 시행해, 부식능력과 표면 거칠기 증가에 대한 영향력이 낮아져 결과적으로 미세기계적 결합이 결합력에 기여하는 비중은 적다고 볼 수 있다[20]. Polyacrylic acid의 카르복실기가 MTA의 칼슘과 상호작용하여, 칼슘염을 형성하거나 MTA의 silicate hydrate gel이 GIC의 silicate hydrate gel과 응축되어 부산물을 형성할 수 있다[19]. 이로부터 추정해 본다면 이들의 화학적 결합이 결합력에 기여하는 바가 클 것으로 보이며 이에 관해서는 추가적인 연구가 필요할 것으로 생각된다.

파절양상 분석 결과, TLC가 치수복조재로 선택된 군에서는 부착성 파절양상이 대부분이었던 반면 (GIC:70%, RMGIC:70%, CR:60%), BD가 치수복조재로 선택된 군에서는 부착성(GIC:60%, RMGIC:100%)과 혼합성(CR:60%) 파절 양상이, WMTA가 치수복조재로 선택된 군에서는 응집성(GIC:60%, CR:90%)과 혼합성(RMGIC:80%) 파절 양상이 주로 관찰되었으며, 응집성 파절은 모두 치수복조재 내에서 발생하였다. 일반적으로 응집성 파절이 많을수록 재료 간 결합력이 강하다고 볼 수 있는데 흥미롭게도 본 연구 결과, 높은 전단결합강도를 보였던 TLC군에서 대부분 부착성 파절이 관찰되고 상대적으로 낮은 전단결합강도를 보인 BD와 WMTA군에서는 혼합성과 응집성 파절 빈도가 높게 나타났다. 응집성 파절은 치수복조재와 수복재 간 결합력이 높은 것이라고 볼 수도 있지만, 다른 측면에서 보면 치수복조재의 압축강도가 결합강도에 비해 약해 치수복조재 내에서 파절이 발생한 것이라 해석할 수도 있다[21-23]. MTA와 수복재 간 파절양상을 다룬 한 연구에서도 이와 유사하게 MTA 내에서의 응집성 파절이 주로 나타났으며 시간이 경과함에 따라 MTA의 압축강도가 개선되어 응집성 파절 양상이 더 줄어들었다고 보고한 바 있다[4]. 즉, 상기 결과는 각 재료의 압축강도 차이에 기인한 것으로 사료되며 향후 재료별 압축강도 측정과 주사전사현미경 등을 이용한 표면 분석 등 후속 연구를 통해 이를 규명할 필요가 있다.

본 연구 결과 TLC-CR군의 전단결합강도가 가장 우수하고 임상적으로 허용할만한 특성을 보이고 있어 직접치수복조술 시 우선적으로 선택할 만하며, 치수복조재인 TLC, BD, WMTA 모두 CR과 결합하였을 때 가장 높은 전단결합강도를 보여, 상부 수복재로 CR을 선택하는 것이 바람직한 예후에 도움이 되리라 사료된다. 그러나 러버댐 등을 이용한 완벽한 방습에 어려움이 있고, 우식활성이 높은 환자와 같이 GIC 적응증에 해당되는 경우나 불확실한 예후로 경과관찰이 필요한 경우에서 직접치수복조술을 시행해야 할 때는 GIC와 가장 높은 결합력을 보였던 BD를 치수복조재로 선택하는 것이 유리할 수 있다.

치수복조재와 수복재 간 결합력은 재료의 물리화학적 특성, 치수복조재와 수복재 간 결합 특성, 그리고 사용된 접착시스템의 종류 및 전처치 과정에 영향을 받을 수 있다[7,24]. 본 연구는 3종의 tricalcium silicate 기반 치수복조재에 대한 다양한 수복재의 전단결합강도 비교를 목적으로 하여, 기존에 각 재료별로 경화시간이나 접착제 종류, 처치 방법을 변수로 전단결합강도를 평가한 논문들을 토대로 가능한 한 최적의 값을 나타낼 수 있는 조건으로 각 실험군을 설정하였다. 그러나 재료 각각에 대해 경화시간이나 접착시스템의 종류, 처치 방법 등에 따라 파절양상과 전단결합강도가 달라질 수 있다는 측면에서, 본 연구의 한계를 지적할 수 있으며 이러한 변수의 영향을 비교하기 위한 후속 연구가 필요하다. 또한 다양한 변수의 영향을 받는다는 것은 철저하게 통제된 실험조건 하에서 더 많은 수의 시편을 대상으로한 추가적인 연구의 필요성을 시사하며, 나아가 실제 임상에서는 본 연구에서 다룬 치수복조재와 수복재 간 결합력뿐만 아니라 치질에 대한 치수복조재와 수복재 각각의 결합력과 재료 자체의 응집력, 중합수축력 등 여러 가지 인자가 복합적으로 작용한다는 점에서 이들에 대한 후속 연구가 이루어져야 할 것이다.

Tricalcium silicate 기반 치수복조재(TLC, BD, WMTA) 와 임상에서 통상적으로 사용되는 수복재인 CR, RMGIC, GIC의 전단결합강도를 비교 평가한 결과, TLC-CR군이 가장 높은 전단결합강도를 나타냈으며, TLC-GIC군이 가장 낮은 전단결합강도를 나타냈다. CR이 수복재인 군들이 다른 수복재 군들에 비해 유의하게 높은 전단결합강도를 보였으며, GIC가 수복재인 경우 BD가 TLC나 MTA군에 비해 통계학적으로 유의하게 높은 전단결합강도를 보였다. 이상의 결과를 종합하여 볼 때, 치수복조재와 수복재 간 특성에 따라 결합력 차이가 존재하므로 직접치수복조술 시 이를 고려하여 재료를 선택해야 한다고 사료된다.