All Glass Ionomer Materials
심미수복에 대한 관심은 날로 증대되고 있다. 특히 복합레진과 글래스아이오노머의 개발로 다양한 수복의 개념이 변화되고 그 발전은 앞으로도 끊임없이 이루어질 것이다. 특히 글래스아이오노머의 개발은 수복재료와 시멘트 등의 제품에 많은 물성의 변화를 가져왔다. 비록 레진 보다 심미적이지는 못하지만 치질접착성, 생체친화성, 불소방출, 변연봉쇄성, 강도 등에서 레진에 비해 뛰어난 물성을 자랑하며 빈번히 쓰이는 재료이기도 하다. 합착이외의 용도 뿐만아니라 최근에는 레진의 장점과 글래스아이오노머의 장점만을 결합시킨 Compomer 계열의 제품 등이 많이 출시되고 광중합형도 다양하게 시판되고 있어 다양한 술식에서 사용되고 있다. 이런 글래스아이오노머의 발전, 물성 등 전반적인 특성을 살펴보고 현재 국내 시판중인 글래스아이오노머 성분이 첨가된 재료에 대해서 소개하는 기회를 갖고자 한다.
글래스아이오노머는 산-염기 반응에 의해 경화되는 재료이며 역사적으로 이를 시멘트라고 부른다. 그 형태로는 다양한 분말과 용액이 사용되고 있다. 하지만 최근에는 paste나 capsule 형태로도 보급이 되고 있어 진료실의 편의를 가져왔다. 1969년 영국의 화학연구소 수석연구원인 윌슨과 동료인 켄트에 의해 개발되어 현재까지 치과에서 가장 많이 쓰이고 있는 재료이다.
글래스 아이오노머의 분류
글래스아이오노머는 그것을 만들기 위해서 사용된 글래스(glass) 필러와 이온성 고분자(ionic polymer) 기질로부터 그 이름이 만들어 졌다. 그것은 글래스 필러나 치질과 이온결합을 형성하는 독특한 기질을 가지고 있다. 아이오노머에 대한 분류 시스템은 상당히 많으나 단순화를 위해 두가지 분류방법을 알아보기로 한다.
먼저 첫 번째 분류법은 일반적으로 전통적인 분류방법이라고 불리는 것이다. 글래스아이오노머가 처음 소개되었을 때 가장 일반적인 분류는 자가중합형 글래스아이오노머에 대해 용도에 따라 Ⅰ형부터 Ⅳ형까지의 번호 시스템과 광중합형 글래스아이오노머를 나타내기 위한 Ⅴ형으로 분류하였다. 인레이, 온레이, 금관가공의치의 합착에 사용하는 Ⅰ형(Type I)은 20마이크론 이하의 피막도를 갖는다. 낮은 하중을 받는 부위의 수복에 사용되는 II형(Type II)은 45마이크론 이하의 피막도를 갖고 소아열구전색에 사용되는 III형(Type III)은 25~35마이크론의 피막도를 갖는다. 금속-강화 아이오노머를 함유한 Ⅳ형(Type Ⅳ)은 응력을 받는 부위에 사용되며 피막도는 45마이크론 이상이다. 이 분류방법의 장점은 간단하다는 것이다. 그러나 기술하는데 한계가 있으며 제품들의 다양성을 다뤄주지 못하는 단점이 있다.
다음으로 용도에 따른 분류를 살펴보면 크게 접착시멘트, 수복재, 와동이장재와 코어 형성에 주로 사용되는 금속-글래스아이오노머 혼합물, 서멧-아이오노머, 콤포짓이나 아말감 하방의 상아질 이장을 위하여 사용되는 급경화형 방사선 불투과성 재료인 이장재, 수복물 하방의 베이스, 전색제, 레진강화형 글래스아이오노머(RMGI) 등으로 분류를 할 수 있다.
글래스아이오노머 임상적용의 장점
글래스아이오노머는 이온 교환에 의해 법량질과 상아질 모두에 접착되는 확산에 기초한 진정한 화학적 결합이 일어날 수 있는 유일한 재료로 이것은 물을 기본으로 하는 시멘트이며 따라서 구강환경에 안정적이다. 또한 충전후 오랜기간동안 화학적 경화 반응이 지속되는 역동적인 재료이기도 하다. 글래스의 제조 방식의 결과로써 시멘트는 충전 후 주위 치질 내로 유리되는 불소를 함유하고 있다. 초기에는 강하게 나타나지만 초기 2개월이 지나면 감소되거나 최소한 5년 후에도 불소가 유리되는 것으로 밝혀진 바있다. 불소 함량은 국소도포에 의해 지속적으로 재충전 된다. 결과적으로 이재료는 재발성 우식증에 대하여 강한 저항성을 갖고 있으며 표면에 치태는 거의 형성되지 않는다.
글래스아이오노머는 분말과 액의 비율, 입자의 크기 및 경화반응의 화학식에 따라 다양한 형태가 있다. 이것은 크라운과 계속가공의치의 합착뿐만 아니라 다른 수복물 하방의 이장재와 상아질 대체재로 광범위하게 사용되고 있다. 이 형태의 시멘트는 모두 조기 경화형이며 수분 오염에 대해 초기에 강한 저항성을 갖도록 해준다.
가장 유용한 형태의 시멘트 중의 하나는 투명도와 색상 조화가 우수한 수복용 시멘트이며 이것은 접착 잠재성이 있어 기계적 유지를 부여하기 위해 와동설계를 변형할 필요성이 없다.
II형 수복용 시멘트와 III형 이장용 시멘트는 모두 광-활성 시스템과 원래의 화학활성(자가중합)시스템 모두 사용 가능하다. 이원-중합은 HEMA와 광개시제를 포함하는 레진을 첨가함으로써 만들어질 수 있으며 주요 장점은 시멘트가 경화된 직후부터 수분 오염에 대한 저항성이 있다는 것이다.
또한 열팽창계수가 치질과 유사하고 대부분 글래스아이오노머는 에칭이 필요 없기 때문에 조작성이 좋아 시술이 간단하다는 장점이 있다.
글래스아이오노머의 단점
글래스아이오노머의 단점은 특히 교합면이 부적절한 곳에 단독으로 사용될 수 없게 하는 낮은 파절 저항성이다. 변연융선이나 절단각을 축조하기에는 적당하지 않으나 주위 치질에 의해 잘 지지되고 있으면 이것의 물성과 마모저항성은 상당한 부하에도 충분히 견딜 수 있다. 또한 용해도도 낮으나 때로 자가중합 시멘트의 투명도가 색상조화를 충분히 이루지 못하여, 만족할만한 최종결과를 얻기 위해 복합레진에 의한 적응충전이 필요한 경우가 있을 수 있다.
순수 GI에서 혼합형 GI로의 변화
초기의 글래스아이오노머 시멘트는 실리케이트와 폴리카르복실산 시멘트의 결합체로 구성되었다. 글래스아이오노머는 실리케이트의 알루미노 실리케이트 가루와 폴리카르복실산의 폴리아크릴릭산을 사용했었다. 최초의 상품은 ASPA(alumino-silicate polyacrylic acid)라는 이름으로 시판되었으며 다른 성분과 여러 가지 새로운 물질들로 구성되었다. 액체 성분과 분말 성분의 변형은 대부분 물리적 물리적, 화학적, 기계적 성질의 향상을 가져왔으나 이런 변화에도 불구하고 초기 재료들은 술식에 민감하여 혼합, 적용, 구강내 환경 등에 많은 영향을 받았다.
액체 성분의 폴리아크릴릭산이 다른 용량의 말레익산, 이타코닉산, 타르타닉산 등과 혼합, 변형되어 안정성의 증가와 반응성의 향상을 가져왔으며, 분말 성분의 입자는 크기를 감소시켰다. 동시에 분말은 강화를 위하여 여러 가지 형태의 분말 입자를 첨가 시켰는데 아말감 대용물로 사용하기 위해 은-주석 입자를 첨가하여 1980년대에 아말감 내의 수은의 독성에 대한 의견이 팽배할 당시 미라클믹스라는 이름으로 등장했다. 그러나 미라클믹스의 물성은 아말감에 비해 현저히 떨어지는 것으로 나타나 임상적 사용빈도가 적었다. 또한 기질은 은-주석 합금 입자와 강하게 결합하지 않는 것도 문제점이었다.
이러한 문제점의 해결책으로 은-팔라듐을 사용하게 되었는데 이는 산화팔라듐을 형성하여 폴리아크릴릭산과 화학적으로 반응할 수 있다. 이것을 도재금속 혼합물(cermet)라고 부르게 되었는데 이는 글래스아이오노머 시멘트 보다 강도는 높으나 심미성은 떨어지며 첨가물은 어느 이상 적용할 수 없는 등의 문제점이 있었다.
이들 변형재료들의 제한적인 성공에 직면하자 글래스아이오노머 성분들은 수복용이 아닌 다른 적용분야, 즉 이장재, 기저재, 시멘트, 코어, 근관충전재 등에 적합하도록 개발되었다.
1980년대에 들어 글래스아이오노머의 이러한 용도로의 쓰임은 증가하였으나 글래스아이오노머는 혼합, 술후 민감도, 완전한 2차 경화를 위한 철저한 방습 등이 기술적 민감성을 가지고 있어서 그 사용에 제한을 받았다. 술식의 세밀한 부분까지 조심스럽게 시술하면 글래스아이오노머는 임상적으로 많은 경우에 성공을 가져올 수 있으나 수복용에 있어서는 복합레진에 비해 심미성이 떨어진다.
1990년대 초에 재구성된 아이오노머 기반의 재료가 개발되었다. 그 변형된 재료는 복합레진과 더 유사하게 하기 위해 원래의 글래스아이오노머 조성을 다른 충전재 입자와 기질 경화 반응으로 대체하여 변형 되었으며 , 이재료들은 혼합형 또는 레진 강화형 글래스 아이오노머(RMGI)로 분류된다.
조성과 구조가 복합레진과 더욱 유사하지만 레진강화형 글래스아이오노머는 경화시 산-염기 반응을 하고 전통적인 글래스아이오노머의 화학반응과 유사한 특성을 갖는다. 전통적인 글래스아이오노머에 비해 강도가 높기 때문에 5급 와동은 물론 유치의 1, 2급 와동에도 사용이 가능하다.
글래스아이오노머 성분은 최근에 polyacid-modified 복합레진 혹은 compomer로 알려진 재료들에서 발전하고 있다. 이들 재료들은 다량체 기반의 복합레진과 글래스아이오노머의 물을 제외한 주요 성분들을 모두 포함하고 있다는 점에서 레진강화형 글래스아이오노머와 유사하다. 수분은 재료의 조기 경화를 막고 중합작용을 통해서만 경화가 일어나게 하기 위해 제외시켰다. 일단 재료가 수분에 노출되고 수분을 흡수할 때 제한된 산-염기 반응이 일어나기 때문이다.
Compomer라는 이름은 복합레진과 글래스아이오노머의 특성을 모두 갖고 있다는 것을 의미하지만 이 재료들은 본질적으로 글래스아이오노머의 잠재적인 불소방출 능력을 이용하기 위해 약간 변형된 다량체 기반의 복합레진이다. Polyacid-modified 복합레진의 기계적 특성은 전통적인 글래스아이오노머와 레진강화형 글래스아이오노머보다 우수하고 최근의 다량체 기반의 복합레진과 비슷하다.
글래스아이오노머 임상적 고려사항
글래스아이오노머의 사용에 있어서 화학적 결합과 불소방출 여부가 항상 논쟁거리였다. 빛을 쪼여주고 말고도 레진과 글래스아이오노머의 절대적 차이는 아니다. 최근의 제품들을 보면 레진도 자가중합형이 있고 글래스아이오노머도 광중합형 제품들이 있기 때문이다. 특히 불소방출은 글래스아이오노머의 가장 큰 특징이면서 아직까지 그 사용의 가장 큰 이유가 되고 있다. 위의 두가지 특성에 대해 장점이 있다고 믿을 수 있으나 임상적으로는 복합레진과 비교하여 우수하다고 말하기는 어려운 것이 사실이다.
A. 화학적결합
전통적인 글래스아이오노머의 접착은 치질과의 결합강도는 6~12MPa 정도이다. 현재 시판되는 상아질 접착제의 결합강도는 22~35MPa이다. 대부분 글래스아이오노머는 친수성이므로 치질을 적실 수 있으나, 비교적 높은 점도로 인하여 미세 기계적인 요철에는 쉽게 들어가지 못한다. 반대로, 접착제는 소수성이기는 하나 친수성 프라이머를 사용하여 습윤, 유동성, 접착의 증가를 유도한다. 글래스아이오노머의 결합은 기계적 결합과 화학적 결합이 같이 일어난다. 치과용 재료에 있어서 화학적 결합에 의한 여러 가지 장점들이 관심을 끌지만 실제로 유지력을 일으키는 계면의 단위 면적당 결합밀도는 화학적 결합보다 기계적 결합이 휠씬 높은 것으로 나타났다. 따라서 화학적 결합만으로는 높은 결합강도를 보장할 수 없다. 대부분의 경우 좋은 기계적 결합이 화학적 결합보다 중요하다. 따라서 화학적 결합을 얻을 수 있는 글래스아이오노머의 특성은 미세 기계적 유지를 얻기 힘들거나 불가능한 곳에서만 장점으로 작용할 수 있다.
B. 불소방출 여부
역사적으로 수복물의 용해에 따른 변연 파괴가 보이는 경우에도 불소를 함유한 실리케이트 시멘트를 적용한 경우는 이차우식이 거의 없음을 보여주는 증거들이 많이 있었다. 글래스아이오노머의 경우도 마찬가지의 결과를 예상할 수 있지만 아직 그 양태를 직접 관찰한 예는 없다. 불소방출의 효과를 제한하는 두가지 요소가 있는데, 첫째는 불소가 방출되는 양은 기질이나 잔존 실리케이트 입자에서부터 표면을 통해 확산되는 농도에 비례한다. 일반적으로 초기 수일간은 불소 이온이 비교적 많이 방출되지만 글래스아이오노머의 표층에 농도 경사가 생기게 되면 방출량이 감소된다. 두 번째 더욱 중요한 점은 이차우식이 없다는 자체가 불소방출의 효과만이라고는 볼 수 없다는 것이다. 대부분의 수복물에서 글래스아이오노머의 심미적인 문제는 10년 내에 재 치료를 해야 하는 정도이므로 다른 요소들의 장기적 보장이 되지 않는다면 불소방출의 효과는 무용지물이 될 것이다.
그럼에도 불구하고 불소방출을 하는 글래스아이오노머와 같은 수복물들은 치료적 효과를 기대할 수 있다. 즉 아직 입증된 것은 아니지만 우식 이환율이 높은 환자의 경우에 효과적일 수 있다고 전문가들은 말한다. 다시말해 타액분비의 저하, 장애 또는 우식유발성 병원균을 촉진시키는 구강내 질환 등이 있는 환자에 적용할 수 있다는 것이다. 치은 부위의 법량질이 부족한 복합레진 와동변연부위에서 글래스아이오노머의 기저재를 변연 직전까지 도포하는 것을 권하고 있는데 이는 미세누출 발생시 우식발생을 저하시킬 수 있을 것이라고 기대하기 때문이다.
글래스아이오노머와 다른 성분들의 불소방출은 제한적 확산과 기질과 입자의 농도에 의해 영향을 받는다. 초기 불소방출이 높은 이유는 경화반응 직후에 기질의 불소 농도가 높기 때문이며 분말입자의 초기 산용해가 일어나는 동안 많은 양의 불소가 반응산물 기질의 일부가 된다. 이러한 불소 확산은 재료표면에 노출된 기질로부터 급속하게 일어나며 표면하부의 멀리 떨어진 기질로부터 확산되어 온 불소나 기질내의 입자로부터 확산된 불소에 의해 서서히 대체된다. 따라서 장기간에 걸친 불소방출은 더욱 느리게 일어난다.
C. 생체친화성
생체친화성은 전통적 글래스아이오노머 시멘트에서는 임상적으로 문제가 될 수 있었다. 왜냐 하면 혼합초기의 산도가 매우 높아 술후 민감도나 치수 자극을 유발할 수 있기 때문이다. 반응이 진행될수록 pH가 높아져 1이었던 것이 4~5 정도 까지 상승하며 중합이 거의 완료될 무렵 최종 pH는 6~7을 나타낸다. 산기는 확산도가 낮은 중합체 분자에 부착하기 때문에, 초기의 낮은 pH로 인한 치수자극은 재료에 인접한 부위에서만 문제가 된다. 만일 잔존 상아질의 두께가 0.5mm보다 적으면 수산화칼슘을 이장재로 사용하여 상아질을 보호해주는 것이 반드시 필요하다고 전문가들은 충고한다. 세관액으로 가득찬 상아세관이 중합된 시멘트에 직접 접촉했을 때는 두가지 문제점이 발생한다. 높은 이온농도로 인하여 세관액이 급속하게 시멘트쪽으로 이동하게 된다. 그래서 치수의 조상아세포 근처의 압수용기에 변화를 일으켜 치수 민감성, 동통 등을 야기한다. 동시에 수소이온과 같은 중합되지 않은 성분들이 상아세관 내로 이동하여 치수쪽으로 영향을 줄 수도 있어 상아질이 이러한 산을 완충시킬 만큼 충분히 두껍지 않다면 치수에 화학적인 자극으로 작용할 수 있다. 세관액 성분은 세관액이 치수에 침투하기 전에 산을 중화시키기에는 적절하지 않다.
재료의 성공적인 적용을 위한 열쇠는 시술과정의 정확함에 있다. 레진강화형 글래스아이오노머와 컴포머의 술후 민감성 위함도는 훨씬 낮은 것으로 나타난다.
역학적 강도를 증가시키기 위해 수복용 글래스아이오노머는 높은 분말/액체-비와 충전재/기질 비로 구성되며 기질의 감소로 술후 민감성 등의 치수문제를 감소시킬 수 있다. 또한 수산화칼슘같은 이장재를 사용하녀 중합되지 않은 글래스아이오노머 성분의 확산을 막을 수 있다.
국내 제품들의 특징
현재 국내에 글래스아이오노머 성분이 첨가된 재료에는 총 45가지 정도가 판매되고 있다. 순수 GI 시멘트, 레진성분을 강화한 RMGI 시멘트, 컴포머, 라이너 베이스, 실러, 흐름성 레진 등 다양한 제품들이 있다. 역시 글래스아이오노머는 불소 방출의 효과가 있다는 가장 큰 장점만으로도 아직까지 많은 사용을 보이고 있다. 특히 요즘에는 글래스아이오노머의 장점과 레진의 장점을 결합한 형태의 재료들이 많이 나오고 있고 그 사용도 늘어가고 있는 추세다. 뿐만 아니라 글래스아이오노머 성분에 Silver 성분을 첨가한 재료들도 나오고 있어 다양한 첨가물들의 형식은 각 제조사마다 다르다. 중합 형식에서도 광중합형 GI 재료들이 판매되고 있고 또 진료실의 편리를 위한 구성으로 capsule 형태의 제품들도 다양하게 출시되고 있으므로 구매시 따져볼 필요가 있다.
- 글래스아이오노머 사용시 주의할 점 -
1. 대부분 분말과 액으로 구성되어 있으므로 제조사가 추천하는 분액비를 지킨다. 액을 과다하게 첨가하면 물성 저하와 함께 과민증을 초래한다.(대부분 파우더와 리퀴드를 동량으로 사용한다)
2. 혼합시에는 플라스틱 스파츌라를 사용한다. 금속제 스파츌라는 글래스 분말과 마찰되어 변조변화를 초래한다.
3. 치면 청소제인 Dentin conditioner를 사용하여 스메아층을 제거하고 사용한다. 스메아층이란 다이아몬드 버의 회전력에 의해 치질 찌꺼기가 와벽에 접착되어 있는 층으로써 수세로는 제거되지 않으며 시멘트의 접착력을 저하시키는 원인이 된다.
4. 수복용의 표면 연마시에 있어서는 다이아몬드 버 ff type이나 metal strip을 사용하며 silicone point 사용을 금한다.
* 본문은「치아의 심미수복」(나래출판사),「치과보존학」(대한나래출판사),「치질의 보존과 치아수복」(나래출판사)의 내
용을 참고 했음을 밝혀둔다.
