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레진을 기반으로 하는 수복재료는 심미성이 우수하고 취급이 용이하며 치질과 결합하는 능력이 뛰어나 다양한 치과 임상분야에서 사용되고 있다. 그 중 치면열구전색재(pit and fissure sealants)는 어린이의 구치부 우식예방을 위해 소와와 열구를 폐쇄하는데 사용되는 재료로 여러 종류의 전색재 중 광중합을 이용하는 Bis-GMA 레진 계열의 치면열구전색재가 주로 사용되고 있다(ValentiniI 등, 2009; Veiga 등, 2014; Zanatta 등, 2016).

이러한 Bis-GMA계 레진 수복재료의 임상적 성능은 구강 내의 환경 변화에 의해 크게 영향을 받는다(Kwon, 2015). 특히 산성식품이나 산성음료 등은 레진 수복물의 내구성과 수명에 영향을 주는 중요한 요인 중 하나로 낮은 산도에 의해 수복재료에 물리적 성질의 저하와 화학적인 분해를 일으킬 수 있다(Han 등, 2008). 이전의 많은 연구들에서 산성음료가 치아수복재료에 미치는 영향에 대해 보고 하고 있는데 Yanikoğlu 등(2009)은 커피, 차, 산성식품 및 저pH 음료가 레진계 복합재료의 표면 경도의 감소에 영향을 줄 수 있다고 보고하였고, Erdemir 등(2013)은 낮은 pH의 스포츠 음료와 에너지 음료가 수복재료의 분해과정을 촉진시키고 경도를 감소시켜 수명을 단축시킨다는 연구 결과를 보고하였다.

이처럼 산성음료들이 치아뿐만 아니라 치과수복재료에도 부정적인 영향을 끼친다는 연구보고가 증가함에 따라 소비자들의 인식도 변화하여 최근에는 음료 또한 건강에 이로운 것을 선호하고 있다(Parry 등, 2001). 그 중 탄산음료와 달리 칼로리가 낮고 카페인이 없는 탄산수가 건강음료라는 인식으로 인해 소비가 폭발적으로 증가하고 있다(Brown 등, 2007). 탄산수는 당이나 다른 합성 첨가물 없이 물에 이산화탄소만을 함유시킨 것으로 완제품으로 판매되는 상품뿐만 아니라 탄산수 제조기나 탄산수가 나오는 정수기와 같은 생활가전제품까지 출시되어 생수 대신으로 음용하고 있다. 또한 탄산수에 각종 음료 맛을 섞어 아이들이 좋아하는 탄산음료를 제조하는 등 가정에서의 선호도 또한 높아진 추세이다.

그러나 조사에 따르면 탄산수의 수소이온농도는 pH 5.5 정도로 생수보다는 낮고 최근에는 더 낮은 pH를 가지는 탄산수들도 국내에 시판이 되고 있다. 이로 인해 탄산수에 의한 치아 침식 우려가 제기가 되고 있으며 탄산수에 의한 치아 침식의 심각성을 보고하는 연구들이 발표가 되고 있다(Parry 등, 2001).

여전히 탄산수는 건강음료라는 소비자들의 인식에 의해 지속적으로 소비가 증가하고 있는 상황에서 탄산수가 치아수복재료에 미치는 영향에 대해 표면의 경도 변화와 같이 물리적인 성질을 비교한 연구는 있으나 아직까지 화학적인 분해에 대한 연구는 미비한 실정이다. 그리고 단지 물리, 기계적인 간접적 실험방법만으로 탄산수의 영향을 규명하는 것에는 한계가 있다. 이에 본 연구에서는 임상에서 사용중인 Bis-GMA 레진 계열의 치면열구전색재를 국내에 시판중인 탄산수에 침지하여, 시간경과에 따라 용출되는 레진의 성분을 고성능액체크로마토그래피(High performance liquid chromatography, HPLC)를 이용하여 확인하고 탄산수의 낮은 pH가 치면열구전색재의 화학적인 분해와 표면양상에 미치는 영향을 평가하고자 하였다.

레진을 기반으로 하는 수복재료는 다른 치과재료들과 마찬가지로 구강 내 환경변화에 대해 충분한 안정성과 내구성을 유지할 수 있어야 한다. 그러나 이 재료는 다양한 종류의 수용성 환경에 의해 기계적, 물리적 성질을 저하시킨다고 알려져 있다. 특히 낮은 pH를 가지는 산성용액에 지속적으로 노출될 경우 재료 내의 수분 흡수를 가속화 시켜 레진 기질을 분해하거나 표면 구조를 손상시킬 수 있다(Valinoti 등, 2008). 이러한 표면 손상은 세균의 부착을 용이하게 하고 결과적으로 구강질환의 위험을 증가시킬 수 있기 때문에 임상적으로 매우 중요하다(Kantovitz 등, 2009).

최근 우리나라에서는 산성음식과 음료의 소비가 지속적으로 증가하고 있고 탄산음료와 더불어 에너지 음료, 스포츠 음료, 주스, 커피 등의 음료들은 수소이온농도가 평균 pH 2.0~4.9로 대부분이 산성을 나타내고 있다(Valinoti 등, 2008). Ilday 등(2010)에 의하면 낮은 pH를 가지고 있는 코카콜라(pH 2.3)와 오렌지 주스(pH 3.2)에 침지시켰던 치과수복재료의 표면거칠기가 시간경과에 따라 증가하는 것을 확인하였고 Bajwa 등(2014)도 코카콜라에 침지된 치과수복재료의 표면에서 시간 경과에 따른 표면거칠기의 증가와 심각한 분해를 초래하였다고 보고하였다.

이와 유사하게 본 연구에서도 실험음료에 침지 전과 후의 레진계 치면열구전색제의 표면거칠기는 침지 시간이 경과함에 따라 증가하였다. 증류수에 침지한 경우는 표면거칠기에 변화를 보이지 않았고, pH가 2.42로 가장 낮은 코카콜라에서 가장 많은 표면거칠기 증가가 나타났다. 그리고 코카콜라보다는 표면거칠기의 증가가 낮았지만 탄산수에 침지되었던 레진 시편의 경우 pH 4.46으로 가장 낮은 트레비에서 페리에와 초정보다 표면 거칠기가 시간 경과에 따라 더 많이 증가하는 것을 확인하였다.

그리고 표면거칠기에 따른 레진 시편의 표면 변화를 주사전자현미경으로 관찰한 결과에서도 양성대조군인 코카콜라와 탄산수 중 pH가 낮은 트레비에서 거친 표면과 균열이 나타나고 레진 기질들이 탈락하는 현상을 보여 낮은 pH에 의해 레진 시편의 표면 변화가 더 많이 일어난 것을 확인할 수 있었다. 이러한 표면 거칠기의 변화는 레진 시편의 화학적인 용해의 결과라고 할 수 있다. Bagheri 등(2010)에 따르면 구강환경에서 재료의 열화는 온도 변화나 pH 변화 등 심각한 조건에 노출이 되었을 경우 재료의 기질에 먼저 작용하여 화학적인 분해를 일으키고 결과적으로 마모나 경도, 거칠기와 같은 기계적인 분해에 영향을 미친다고 보고하였다.

레진을 기반으로 하는 수복재료의 대부분은 Bis-GMA/TEGDMA 등과 같은 여러 단량체의 가교결합으로 형성된다(Silva 등, 2013). 하지만 Bis-GMA/TEGDMA 등으로 구성된 수복재료의 불완전한 중합과 높은 친수성은 수분흡수를 증가시킨다. 특히 Bis-GMA, UDMA 및 TEGDMA 단량체에 존재하는 에스테르기는 낮은 pH를 가진 환경에서 물질 내 수분 흡수 속도를 가속화하여 기질 내 분해를 촉진시키고 단량체들을 타액이나 다른 용매로 유출시킨다(Geurtsen, 1998; Jeon 등, 2004). Borges 등(2011)은 pH 사이클링 후 일부 레진 기반 수복재료의 더 높은 분해를 보여 주었고 이것이 산성 환경에서의 낮은 pH로 인한 것이라고 보고하였다. 또한, 산성 음료(pH 7.0, 3.9 및 3.1)에 담긴 일부 수복재료의 거동을 분석한 Rahim 등(2012)은 저pH 음료에 담그면 용해도가 더 높다는 것을 발견하였고(pH=3.1) 낮은 pH는 미반응 단량체 및 무기 충진제의 방출을 촉진시키는 데 영향을 미친다고 하였다.

본 실험에서도 각 실험용액에 침지시킨 후 용출되어 나온 레진 단량체들을 증류수를 제외한 모든 용액에서 확인할 수 있었다. Bis-GMA보다 분자량이 작고 친수성인 TEGDMA와 UDMA는 빠른 시간 내에 비교적 많은 양이 유출되었고 pH가 가장 낮은 코카콜라뿐만 아니라 탄산수들에서도 시간이 경과됨에 따라 유출량이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 이는 음료의 낮은 산도가 레진의 기질을 연화시켜 수분 흡수를 유도함으로써 레진 내에 있는 단량체들의 유출에 어느 정도 영향을 미쳤음을 시사한다. 반면에 중합 전 시료에 상당 부분의 Bis-GMA가 포함되어 있었으나 모든 침지 용액에서 유출성분으로 확인되지 않았다. 이는 Bis-GMA가 분자량이 크고 친수성이 높지 않으며 비교적 견고한 결합을 형성하고 있어 다른 단량체보다 유출량이 극히 적은 것으로 사료된다.

본 연구를 통해 레진계 치면열구전색재가 낮은 산도의 수분환경에서 레진 단량체들의 지속적인 용출과 표면 거칠기의 증가가 일어남을 확인할 수 있었다. 이는 외부적 응력이 없이도 구강 내의 다양한 수용액이나 낮은 산도에 의해 화학적인 분해와 물리적 저하가 진행될 수 있음을 의미하고 음료에 따라 차이는 있으나 산도 변화에 의해 그 차이는 클 것으로 예상된다.

이상의 결과로 pH가 낮을수록 치아수복재료의 표면 분해와 거칠기 변화에 더 큰 영향을 미치는 것으로 보이며 탄산수를 빈번하게 음용하는 것은 치아수복재료에 위험을 초래할 수 있으므로 탄산수 섭취 시 이를 고려해야 할 것으로 생각된다. 하지만 이번 연구에서는 다양한 구강환경을 재현해내지 못했고 단량체의 용출량의 비교만으로는 레진 수복재료의 화학적 분해와 약화된 정도를 판단하는 데에는 한계가 있다. 따라서 다양하게 구강 내 환경을 재현하고, 장기간 수분환경에 노출되었을 때 단량체의 유출량뿐만 아니라 기계적 분해와 유기물들이 미치는 생물학적 영향에 대한 더 많은 연구가 필요하다고 생각된다.

본 실험에서 국내 시판 중인 탄산수의 레진계 치면열구전색재에 대한 화학적인 분해와 표면양상에 미치는 변화에 대해 확인한 결과, pH가 낮은 탄산수는 치아수복재료의 표면 분해와 거칠기 변화에 더 큰 영향을 미치는 것으로 보이며 물 대용으로서 탄산수를 지속적으로 음용하는 것은 치아뿐만 아니라 치아수복재료의 침식과 분해에도 위험을 초래할 수 있으므로 소비자들의 인식에 변화가 필요할 것으로 생각된다.