Strategies for the Prevention of Dental Caries as a Non-Communicable Disease

1. 치아우식증은 비전염성질환(Non-communicable disease, NCD)이다.

오랫동안 치아우식증의 병인론에 대한 연구 결과, 질환에 대한 개념이 지속적으로 변해 왔다. 과거에는 치아우식증이 병원성 박테리아에 의해 발생하는 전염성질환으로 간주되었으며, 대표적인 원인균으로서 Streptococcus mutans (S. mutans)는 출생과 함께 엄마로부터 전염되어 우식을 유발하는 박테리아로서 다른 전염성질환처럼 병원균을 제거하고, 사람 간의 전염을 방지하기 위해 노력을 기울여 왔다[4].

그러나 최근 바이오필름(biofilm) 형태로서 구강에서 다양하게 생존하던 미생물군(oral microbiome)에 과도한 당분이 공급됨에 따라 산 생성 박테리아가 우세종으로 전환되는 생태적 불균형(dysbiosis)을 일으키고, 구강내 산도(pH) 변화에 따른 치아 경조직의 탈회과정을 거쳐 치아우식증이 발생한다고 이해되고 있다[5,6].

2020년 발표된 유럽우식연구학회(ORCA)와 국제치과연구학회(IADR) 보고에서 “치아우식증은 바이오필름이 매개된, 식이 대사, 다인성, 비전염성, 역동적인 특성을 갖는 치아 경조직의 무기질이 소실되는 질환”으로 정의한 바 있다[7]. 이는 구강의 건강한 생태적 균형을 이루기 위한 바이오필름 역할의 중요성과 함께 단순한 박테리아 모델에서 박테리아, 식이, 숙주 감수성 및 구강위생 습관 등의 여러 요인들에 영향을 받는 다인자적(multifactorial) 모델로의 개념이 변화되었음을 의미한다[8].

치아우식증은 비전염성질환(NCD)으로 간주된다. 왜냐하면 어느 하나의 감염 병원체에 의해 발생하지 않을 뿐만 아니라 사람 사이에서 전파되지 않는 질병으로서 환경, 생활 습관, 유전 요인이 복합적으로 작용하여 발생하기 때문이다[9](Table 1).

Table 1.

Differences between dental caries and classical infections as non-communicable diseases

감염성 질환보다 오랜 기간에 걸쳐 발병하는 만성 질환으로서 치아우식증은 심혈관 질환, 암, 당뇨병, 만성호흡기 질환 등의 전신적 비전염 질환과 유사한 특성을 공유한다. 초기 우식발생에 관여하는 병원균으로서 S. mutans 는 유아기부터 가족으로부터 구강에 획득되어 건강한 사람에게 발견되기도 함에 따라 전통적인 의미에서 다른 사람에게 공기를 통해 전파되거나 감염자와 직접 접촉되어 전염되는 인플루엔자나 결핵과 같은 전염병 질환으로 분류되지 않는다. 오히려 과다한 당분 섭취, 열악한 구강 위생 습관, 숙주 감수성 및 유전 요인과 같은 위험 요인을 갖는 치아우식증은 불규칙한 식습관, 신체활동 부족, 음주와 흡연, 유전 요인 등의 위험요인을 갖는 당뇨병이나 비만과 같은 비전염성질환으로 분류하는 것이 합리적이라고 할 수 있다[10,11](Table 2).

Table 2.

Comparsion between general characteristics of common non-communicable diseases (NCDs) and dental caries

Koch의 가정(Koch’s postulates)은 특정 미생물이 특정 질병을 유발하는지 여부를 결정하는 기준으로서 1) 미생물은 질병의 모든 경우에 존재해야 하며, 건강한 개인에게는 존재하지 않아야 한다 2) 미생물은 순수 배양에서 분리 및 성장해야 한다 3) 미생물의 순수 배양물은 건강하고 감수성이 있는 숙주에 접종되었을 때 동일한 질병을 유발해야 한다 4) 미생물은 접종된 질병 숙주로부터 재분리되고, 원래 미생물과 동일한 것으로 식별되는 것이다[12].

치아우식증이 미생물의 인과관계에 대한 일련의 기준이 되는 Koch의 가정을 모두 충족하기는 어렵다. 즉, 질병의 모든 경우에 원인 미생물이 기본적으로 존재해야 하지만 S. mutans와 Lactobacillus 종은 모든 우식 병소에 항상 존재하는 것은 아니며, 구강에 존재한다 해도 전염력이 부족하고, 당분 섭취와 같은 위험 요인이 중요한 역할을 하기 때문이다. 또한 우식성 박테리아가 개체에서 분리 및 배양될 수 있지만 반드시 질병을 유발하지는 않으며, 감염원의 전파에 대한 증거 부족, 역학적 기전과 함께 복잡한 다인자성 원인요소들이 관여한다는 점에서 전염성 질환보다는 비전염성 질환의 특성을 가진다고 할 수 있다[13-15].

심혈관 질환, 암, 호흡기 질환 및 당뇨병으로 인해 연간 4천만 명 이상이 사망하는 비감염성 질환(NCD)은 질병 총 부담의 약 80%를 차지하여 엄청난 경제적 비용과 공중보건 문제를 초래하는데 잘못된 식이 습관, 음주 및 흡연, 영양실조, 낮은 신체 활동과 함께 심리적, 사회적, 문화적, 경제적 요인과 밀접하게 관련되어 있다[16,17].

2019년 세계보건기구(WHO) 총회 이후 치아우식증을 심혈관질환, 암, 그리고 당뇨병과 같은 비전염성 질환(NCD)으로 분류하였는데 한 사람에게서 다른 사람에게 직접 전염되지 않는다는 증거와 일치하는 분류 시스템에서 따른 것이다[18]. 비전염성 질환(NCD)으로 인해 세계적으로 매년 4,100만 명이 사망하고 있는데 이는 전체 사망자의 74%에 해당하며, 심혈관 질환, 암, 만성호흡기질환 및 당뇨병 순으로 저소득 국가에서 대부분 발생된다[19].

치아우식증은 치아 손실의 주요 원인이므로 그 결과로써 기능적 심미적 회복을 위한 경제적 부담이 증가하고, 전신건강에 영향을 미친다. 치아우식증을 포함한 치주질환은 심장질환 및 뇌졸중과 같은 심혈관 질환과 관련이 있으며, 당뇨병 발생 위험을 증가시키거나 악화될 수 있다고 하였다[20]. 또한 호흡기 감염위험이 증가하고, 임신 합병증, 알츠하이머병과 같은 인지장애를 유발할 수 있는 가능성이 제시되었는데 향후 구강건강과 전신 비감염성 질환(NCD)을 연결하는 근본적인 메커니즘에 대한 연구가 필요하다[21].

2. 치아우식증은 바이오필름 매개 질환(Dental biofilm-mediated disease)이다.

우리 인체의 정상 세균(normal flora)인 대부분의 미생물은 해로운 병원체로부터 우리 몸을 방어할 수 있는 보호기능을 한다. 즉, 인체는 미생물에게 서식 장소와 영양분을 제공하고, 미생물은 면역체계를 지원하며, 음식의 소화 및 대사 과정에서 중요한 역할을 하는 유익한 상생적 관계를 유지한다[22,23].

구강에는 700종 이상의 미생물이 다양하게 존재하며, 생존을 위한 공동체(consortium)를 형성하는데 이 중 치아우식증과 관련이 있는 바이오필름은 치아 표면에 고착하여 생존하는 박테리아 집단이다. 바이오필름은 분비된 세포외 다당류(extracellular polymeric substance, EPS) 매트릭스에 의해 보호, 접착, 안정화되어 영양소를 제공받는다[24]. 바이오필름 대부분은 물(91%)로 구성되고, 나머지는 5% 미생물, EPS 2%와 DNA, RNA, 단백질 순이다[25].

미생물이 타액 등에 부유하는 방식이 아니라 단단한 치아 표면이나 점막에 부착하는 바이오필름은 나름의 유리한 생존방식이기 때문이며, 복잡하고 고도로 분화된 공동체를 형성한다. 박테리아를 보호하는 장벽 역할로서 기계적 힘이나 항균제에 대해 저항성이 500배 이상 증가된다고 하니 개별적으로 부유하지 않고 바이오필름을 형성하는 이유를 알 수 있다[26].

치아의 표면에서 바이오필름의 형성 과정은 1) 법랑질 표면의 단백질과 획득막(pellicle)에 초기 박테리아의 부착 2) 세포 외 다당류(EPS) 합성에 의한 박테리아 증식 3) 바이오필름 성숙 과정을 통한 복잡한 3차원 구조 발달 4) 바이오필름 분산 등이다[27,28]. 바이오필름이 증식되어 클러스터 형태가 되면 영양공급 통로를 통해 영양분이 공급되고, 쿼럼 센싱(quorum sensing) 메커니즘으로 정보를 교환하면서 유전자 발현 패턴을 변경하여 환경 변화에 적응한다[29].

바이오필름은 인체를 구성하는 치아, 위장관, 기관지, 비뇨기관 등에서 형성되면서 만성 감염이나 염증성 질환을 일으키는데 전체 감염질환의 80%가 바이오필름이 매개되어 발생한다. 구강 바이오필름 관련 치과 질환은 치아우식증을 비롯한 치주 질환, 구취, 캔디다 감염증 등이 있다[30].

생태 치태 가설(Ecological plaque hypothesis)은 정상적으로 상주하는 미생물군에서 병원균이 우세종으로 전환되어 생태적인 불균형(dysbiosis) 때문에 치아우식증이 발생된다고 주장하는 이론이다[31]. 즉, 과다한 당분 공급 때문에 산성화된 구강환경으로 생태적인 변화(ecological change)가 먼저 시작되고, 구강내 상주균이 S. mutans , S. sobrinus , Lactobacillus종과 같은 산 생성 박테리아로 교체되는 생태적 이동(ecological shift)이 일어남으로써, 지속된 산성 환경으로 치아가 탈회되어 우식병소가 발생하게 된다는 것이다. 이와 같이 생태적 변화를 주도하는 당분 섭취를 제한 또는 억제해야 하는 것이 중요한 이유가 된다[32,33](Fig. 1).

Fig 1.

The starting point for harming the ecological stability of the oral microbiota is frequent sugar intake, and acid-producing bacteria such as S. mutans and Lactobacillus species are converted to the dominant species, leading to an imbalance in the oral ecosystem, resulting in dental caries.

박테리아의 대사산물로서 산의 생성과 세포외 다당류(EPS) 증식은 생태적 이동(ecological shift)을 통한 구강 미생물군의 분포가 달라지게 된다. 구강내 박테리아는 Streptococcus, Actinomyces, Veillonella, Neisseria 및 Haemophilus 종 등으로 다양하게 구성되는 것이 정상이나 생태적 환경변화에 의해 S. mutans, S. sobrinus , Lactobacillus, Actinomyces 종 등 소수로 존재하던 우식병원성 박테리아로 대체되는 것이다[34]. S. mutans , Lactobacillus 종과 같은 산을 생성하는 병원균들의 우세는 타액의 산도를 더욱 낮추게 되고, 결국 법랑질 무기질의 탈회 과정으로 진행됨에 따라 우식병소가 발생하는 것이다. 정상 구강 환경에서 전체 미생물의 약 1 - 2%로 구성되던 S. mutans 와 Lactobacillus균이 포도당 공급 이후 pH 4에서 55%로 급속히 증가를 나타내는데 이는 낮은 산성 환경에서 내산성이 강한 박테리아가 주류를 이루며 생존함을 알 수 있다[35].

산성화된 구강 환경은 무기질이 손실되는 탈회(demineralization)와 타액의 완충능력에 따른 재석회화(remineralization)가 서로 평형을 이루는 역동적인 과정이며, 산생성과 내산성 단계를 거쳐 무기질 손실이 더 많이 진행됨에 따라 우식 병소가 발생한다. 내산성이 강한 뮤탄스 연쇄상구균(mutans streptococcus, MS)의 수에 비례하여 치아 경조직의 무기질 손실이 증가되기 때문에 반대로 무기질 획득에 유리한 비MS와 방선균(Actinomyces)과 같은 박테리아로 바이오필름이 구성된다면 무기질의 동적 안정성을 얻는 데 더욱 유리한 조건이 된다[36,37].

최근 생태계에서 중요한 역할을 하는 병원체(keystone pathogen)가 다른 박테리아의 생태학적 역할을 조절할 수 있다는 가설에 따르면 치아우식증의 경우 S. mutans 가 다른 산생성 박테리아의 성장을 촉진하여 구강 미생물군의 불균형을 초래하는 핵심 병원체로 판단된다. 구강 미생물군에서 핵심 병원체가 적은 수로 존재함에도 불구하고 생태적 변화의 연쇄반응을 유발할 수 있는 영향력은 훨씬 크기 때문에 반드시 다수가 존재할 필요는 없다는 것을 의미한다[38,39].

치아우식증의 병인론의 변화와 함께 바이오필름과 숙주(host)인 치아, 그리고 환경요인 사이의 복잡한 상호작용에 대한 이해가 필요하고, 구강 미생물군의 생태적 균형의 중요성이 더욱 강조되고 있다. 발효성 탄수화물의 빈번한 섭취와 열악한 구강 위생 습관과 같은 위험 요인들이 구강 미생물군의 생태적 불균형이 결과로써 발생하는 치아우식증은 바이오필름이 매개된 질환임이 분명하다.

3. 치아우식증 예방을 위한 생태적 접근(Ecological approach to prevention of dental caries)

구강 바이오필름의 생태적 균형을 유지하거나 복원하기 위하여 당분 공급의 제한과 칫솔질을 통한 구강위생 관리가 필수적이며, 항균제, 불소의 사용, 타액 강화 등의 예방적 전략이 필요하다[40](Table 3).

Table 3.

Caries-preventive strategies that can contribute to maintaining or restoring a balanced microbiome