* Graduate School of Clinical Dental Science, The Catholic University of Korea
** Department of Orthodontics, The Institute of Oral Health & Science, Samsung Medical Center, SungKyunKwan University School of Medicine
Abstract
The purpose of this study was to evaluate early bone healing process histologically at the defect gap between anodized implant and adjacent marginal bone, and to compare with the result of non-defect site, in case of immediate implant placement in the simulated extraction socket.
Two anodized implants with 3.3mm diameter, 7.0mm length were inserted in right or left tibia of a rabbit, which sites were selected randomly. Total 48 screw-shaped titanium implants with anodized surface (Warantec, Seoul, Korea) were inserted in rabbit tibia. Before implants insertion, artificial bone defects(2×2×5mm) were made adjacent to distal implant site. Implants inserted in non-defect sites were control group and implants inserted in defect sites were experimental group.
At 1, 2, 3, 7 weeks later, 6 rabbits were sacrificed at each stage and undecalcified sectional slides were made for histologic evaluation. With light microscope, histologic processes of bone healing were observed and compared. At the first week of experimental group, new bone formation was initiated from the endosteum of the marginal bone near the defect site and woven bone approached into the defect site gradually.
But the quantity was small. And solitary bone formation at implant surface was observed. At second week, new bone formation was very broad and rapid, and active bone healing response was observed. This appearance continued to third week.
At second and third week, though the bone density was low, the bone formation area of experimental group was larger than that of control group.
At seventh week, new bone formation was disappeared and lamellar bonewas observed, and the gap of cortical bone was healed with bone-bridge in 3 specimens among 6. Although, the covering cortical bones of defects of experimental group were thinner and less mature than those of control group, defects were covered and filled with bone and bone tissue, that means it could be concluded that defects were healed. But, in cases of other 3 specimens, defect gaps were remained.
Considering this result, 2mm marginal defect might not be healed with new bone, so, implants installation without any additional therapy -e.g) bone graft, GBR-would not be safe.
Bone healing process at the gap of anodized titanium implant and marginal bone
Duk Woong Kim*, Young Ho Kim**, Cheol Won Lee*
김 덕웅*, 김 영호**, 이 철원*
* 가톨릭대학교 임상 치과학 대학원 ** 성균관대학교 의과대학 삼성서울병원 치과진료부 교정과
머 머리 리말 말
Bra˚nemark에 의해 티타늄 임프란트의 골 유착 개념이 도입되고, 장기간의 성공이 보고된 이 후, 임프란트는 치과 분야에서의 적용이 확대 되어 왔고 많은 실험연구와 임상 결과의 뒷받침에 의해 예견성을 갖는 술식으로 자리 잡게 되었다(Adell, 1981
; Albrektsson, 1986).
Albrektsson들(1981)은 골유착 성공의 6가지 요소 중 하나로 임프란트의 표면 특성을 언급했는데, 이러한 표 면 특성의 개념은 여러가지 특성(화학적, 물리적, 기계 적, 형태적 특성)을 포괄하여 의미하였다.
임프란트 식립 후 주변골 조직의 치유과정에서, 거친 표 면 임프란트가 선반 가공 표면 임프란트에 비해 더 높은 골-임프란트 접촉률을 나타내는데(Wennerberg, 1998), 이러한 거친 표면을 만드는 방법으로는 여러 가 지가 있지만, 대표적인 것들로는 titanium plazma spray, hydroxylapatite coating, blasting, sand blasting-acid etching, dual thermo acid etching 등이 있다. 각각의 방법에 의해 제작된 거친 표면 임프 란트가 선반 가공 표면 임프란트에 비해 좋은 주변골 반 응을 보이는 것은 많은 연구자들이 보고하였다 (Gottlander, 1991; Weinlander, 1992; Lazzara 1999). 또한 Albrektsson들(2000)은 산화층의 두께를 증가시킨 임프란트가 선반 가공 표면 임프란트에 비해 더 높은 골-임프란트 접촉률과 removal torque 값을 갖는다고 보고하였다. Sul들(2001;2002)도 선반 가공 표면과 비교해 양극 산화된 티타늄 임프란트의 우수한 골 반응과 강한 골과의 결합력을 보고하였다.
한편, Sennerby들(2000)은 sand blasting-acid etching 표면(SLA surface) 임프란트와 산화 표면 임 프란트(TiUnite)와의 공진 주파수 분석치, insertion
torque 비교 실험에서 산화 표면 임프란트의 식립 후 더욱 빠른 골 결합력의 증가를 보고하였다. Gottlow들 (2000)도 dual thermo acid etching 표면(Osseotite) 임프란트와 산화 표면 임프란트(TiUnite)와의 비교 실 험에서 산화 표면 임프란트의 더 높은 골-임프란트 접 촉율과 골과의 더 강한 결합력 을 보고하였다.
발치 후 즉시 임프란트 시술은 치료 시간을 단축시키는 장점 때문에 일찍부터 시행되어 왔다(Lazzara, 1989).
그러나 발치와와 임프란트의 크기 차이 때문에 간격이 생기며 이는 골 결손 형태로 남게 된다. 임프란트와 주 변 골 결손 부위 간격에 대한 연구를 살펴보면, Carlsson들(1988)은 토끼에서 0.35mm, 0.85mm 결 손이 있었던 경우 치유 후에도 0.22-0.54mm의 간격 이 잔존함을 보고하였다. 그러나 Botticelli들(2003)이 개를 대상으로 한 실험에 의하면, 1-1.25mm의골 결손 간격 경우라도 SLA 표면 임프란트 사용 시 결손이 없었 던 대조군과 유사한 정도의 높은 골 유착과 신생골이 형 성됨을 보고하였다.
이 실험의 목적은 2mm의 임프란트 주변골 결손 상태에 서, 골 친화력이 뛰어난 양극 산화된 티타늄 임프란트에 대한 골 재생 반응을 조직학적으로 관찰 하는데 있다.
방 방 법 법
1. 재 료
1) 임프란트
임프란트는 직경 3.3mm 길이 7.0mm의 몸체와 외측 육각머리를 가진 양극 산화표면을 가진 48개의 나선형 티타늄 임프란트를 사용하였다(워렌텍, 서울, 한국). 양 극 산화 방법은, 0.15M의 칼슘아세테이트(calcium acetate)와 0.02M의 칼슘글리세로포스페이트
Ⅱ I
1 week 2 weeks 3 weeks 7 weeks Total Control group
(without defect) Experimental group
(with defect)
6
6
6
6
6
6
6
6
n=24
n=24 Table 1. Anodized implant numbers inserted in rabbit tibia without defect and with defect.
(calcium glycerophosphate)의 전해질 하에서 티타늄 임 프 란 트 는 양 극 에 부 착 하 고 스 테 인 레 스 스 틸 (stainless steel)은 음극에 부착하였고, 여기에 270V 전압을 가하여 3분간 양극 산화시켰다(박규화, 2003).
이후 증류수와 무수 알콜로 세척하였으며, EO gas로 멸균 소독하였다.
2) 동물
이 실험동물들은 연령이 9개월 이었고, 중량은 2.4kg 정도였으며, 가톨릭 대학교 성모임상의학연구소 동물실 험연구실 규정에 의거하여 사육된 집토끼 24마리를 사 용 하였고, 암수 구별은 없었다.
2. 방 법
Ketamin(Ketalar 유한양행, 서울, 한국)을 30mg/kg
으로 근육 내 주사로 마취한 후, 토끼의 양쪽 경골 부위 를 제모하고 2% 염산 리도케인(유한양행, 한국)으로 국 소마취를 시행하였으며, 5cm 정도 길이로 무릎관절 2cm 하방부터 경골 및 무릎관절 내측을 따라 피부를 절 개한 후, 근육과 인대를 박리하고 골막을 절개하여 골을 노출시켰다(좌, 우측 선택은 무작위로 결정). 임프란트 를 식립 할 대조군, 실험군 부위에 먼저 guide drill을 이용하여 피질골을 제거하였다. 다음 직경 2.0㎜ twist drill을 사용하여 7mm 깊이까지 골을 제거하고 2/3mm pilot drill을 사용하여 다시 피질골을 제거하 였다. 실험군 부위에는 임프란트 식립 직전 2mm 드릴 링을 원심 쪽으로 추가하여 직경 2mm의 인위적인 골 결손을 형성하였다. 그 다음 양극 산화 처리된 티타늄 임프란트를 식염수 주수 하에 대조군, 실험군에 각각 식 립하였다(그림 1).
Figure 1. Marginal bone defect(arrow) lateral to implant, immediately after implant insertion.
Defect size was about 2mm diameter.
골 결손이 없는 곳의 근심측 임프란트및 주변 조직을 대 조군(n=24)으로 하고 골 결손이 있는 곳의 원심측 임프 란트및 주변 조직을 실험군(n=24)으로 하였다(표1).
임프란트 식립 후 cover screw를 연결하고 3-0 Vicryl 과 3-0 Silk로 층별 봉합을 하였다. 수술 후 7일간 감 염방지를 위하여 겐타마이신 (경동제약, 서울, 한국)을 근육 주사하였다.
3. 비탈회 연마 표본의 제작과 조직학적 관찰
임프란트 식립 1주, 2주, 3주, 7주 후에 토끼를 희생시 키고, 임프란트 식립 시와 동일한 방법으로 절개, 박리 하여 임프란트를 노출시킨 후에 임프란트를 주위 골과 함께 enbloc으로 제거한 후 고정액에 보관하였다. 채취 한 골 시편들은 4% 파라포름알데하이드 완충용액에 3 주간 담아 고정하였다. 고정된 조직 시편들은 Donath 방법(Donath, 1982,1993)을 사용하여 비탈회 표본을 제작하였다. 고정된 표본은 임프란트의 장축을 따라 임 프란트의 중앙을 다이아몬드로 처리된 띠 모양의 톱 (Exakt-Cutting grinding system, Exakt- Appratebau, Hamburg, Germany)을 이용하여 좌우 로 분리 후 시편의 두께가 2-3mm되는 박편을 만들었 다. 실험군 경우, 골 결손 부분이 양분 되도록 절단하여, 표본에 골 결손 부분의 절단면이 포함될 수 있게 하였 다. 탈수는 통법에 따라 50%, 70%, 90%, 95%, 100%
의 메탄올과 자일렌을 이용하였고, 100% 에탄올에 3일 간, 그리고 2일간 4℃에서 교반시켰으며 메틸메타아크 릴레이트 (Technovit 7200 VLC, Kulzer & Co., GmbH, Wehrheim, Germany)를 이용하여 포매하였다.
포매는 3단계로 실시하였는데, 1단계는 유리병에 포매 액만 놓고, 2단계는 포매액에 촉매제 (benzoyl peroxidase)를 1.0 w/v% 만큼 섞은 용액으로 하였고, 1,2단계의 포매는 2일에 한번씩 액을 교환해 주면서 4
℃냉장실에서 교반하면서 실시하였다. 3단계는 촉매제
를 2.5 w/v% 만큼 섞은 포매액에 담가 실온에서 1일간 둔 후 35℃의 진공오븐 (35℃, 25psi)에서 1일간 두었 다가 이후 55℃에서 4일간 완전히 경화시켰다. 중합이 완료된 시편이 든 유리병은 -70℃의 냉동실에 20분간 두었다가 종이타월로 싼 다음 망치를 이용하여 깨뜨려 포매가 완성된 블록을 얻었다. 이를 평행하게 직육면체 로 갈아서 만든 블록을 플라스틱 슬라이드에 시아노아 크릴레이트로 접착시키고 압력을 가한 상태로 24시간 두 었다. 블록이 붙은 슬라이드를 Exakt-micro grinding system (Exakt-Appratebau, Norderstedt, Germany)으로 연마하여 슬라이드 면과 블록의 반대면 이 완전히 평행하게 하였다. 또 다른 플라스틱 슬라이드 를 Exakt-precision adhesive system을 이용하여 불 록이 붙은 슬라이드와 평행하게 시아노아크릴레이트 (Technovit 7210 VLC, Kulzer & Co., GmbH, Wehrheim, Germany)로 고정하여 블록을 사이에 두 고 고정된 평행한 두개의 슬라이드를 얻었다. 먼저 고정 한 슬라이드를 Exakt-cutting and grinding system 의 진공장치를 연결하여 단단히 고정시킨 후 두께가 약 100㎛ 정도의 박편을 제작하였다. 절단된 표본은 Exakt-micro grinding system에다 #800, 1200, 2500, 4000의 사포를 차례로 이용, 연마하여 최종적 으로 두께 35㎛정도의 매끈하고 얇은 표본을 얻었다.
연마 후 염색은 Toluidine blue로 10분간 시행한 후 광 학현미경(Olympus BX-50, Olympus Co., Tokyo, Japan)으로 조직 소견을 관찰하였다.
결 결 과 과
1. 임프란트 식립 후 1주 소견
대조군에서는 골과 임프란트 사이에 골 파절편이 보이 고 간혹 적혈구도 관찰되었다. 이는 임프란트 수술 시
Ⅲ
외상과 출혈에 의해 생겨난 것이었다.
신생골이 골내막(endosteum)에서부터 자라 나오는 모 습이 관찰 되었는데, 이 신생골은 임프란트로부터 1- 2mm 거리내의 골 내막 부위에서 형성되기 시작하여, 소주형태의 교직골(trabeculated, woven bone)의 층 판을 형성하면서 임프란트 쪽으로 접근하는 모습을 보 였다(그림 2).
실험군에서도 골과 임프란트 사이에 골 파절편이 보였 고 이 사이에는 적혈구가 관찰되었다. 결손부에 접하는 피질골의 골 내막 면에서, 대조군에 비해서는 미약하지 만 약간의 소주형태의 교직골의 층판이 자라 나옴을 볼 수 있었고, 독립된 교직골 형성이 임프란트 표면 근처에 서 관찰 되었다(그림 3).
2. 임프란트 식립 후 2주 소견
대조군에서 주변골과 임프란트 사이의 골 파편과 적혈 구는 거의 사라졌다. 골 내막에서의 소주형태의 교직골 (woven bone)의 층판 형성이 더욱 광범위해지면서 임 프란트 표면 근접해서 까지 진행되었고, 임프란트 표면 과 직접 접촉한 부위도 많이 관찰되었다. 따라서 임프란
트 표면 근처에서 독립적으로 형성되는 교직골과의 구 분이 사실상 불가능해졌다. 골막표면에서도 골 내막에 서보다는 적지만 교직골이 임프란트 상부로 뻗어 나가 는 양상이 관찰되었다(그림 4).
실험군에서도 골과 임프란트 사이의 골 파편과 적혈구 는 거의 사라졌다. 골 내막에서의 소주형태의 교직골의 층판 형성이 더욱 광범위해졌는데, 대조군에서는 주로 나선 하방으로 골 형성이 진행된 반면에, 실험군에서는 나선 하방 뿐 아니라 나선 상방 즉, 임프란트 머리 쪽으 로도 더욱 광범위하게 골 형성이 진행됨을 관찰할 수 있 다. 실험군에서도, 골 내막에서 유래된 교직골 층판 형 성이 임프란트 표면까지 진행되어, 임프란트 주변에서 독립적으로 형성되는 골과 합쳐짐으로써 두 가지 형태 의 골 형성은 거의 구별할 수 없게 되었다. 또한 대조군 에서 보다는 적지만 신생골과 임프란트의 직
접 접촉 부위도 많이 관찰 되었다(그림 5).
3. 임프란트 식립 후 3주 소견
대조군에서는 2주에 비해 골 형성 범위뿐 아니라 골 밀 도도 많이 증가된 소견을 보였다. 소주골(trabecular
Figure 2. After 1 week of implant insertion.
Control site without defect. The space between the implant and the cortical bone still contained bone fragments and some red blood cells. Bone formation was observed at the endosteal surfaces. The lattice of trabeculated, woven bone approached the implant (arrow).
(magnification ×40)
Figure 3. After 1 week of implant insertion.
Experimental site with defect. The space between the implant and the cortical bone contained less bone fragments and more red blood cells than control sites. Initiation of bone formation was observed from the endosteal surfaces and the lattice of trabeculated, woven bone approached the implant, although the amount was small (arrow).
(magnification ×40)
Figure 4. After 2 weeks of implant insertion.
Control site without defect. Red blood cells and bone fragments disappeared from the space between the cut cortical bone surface and the implants. Increased newly formed bone filled the 1, 2, 3 threads. At this stage, it was not possible to distinguish the trabecular bone originating from the endosteal surface from the bone formed locally close to the implant. Newly bone formation was observed at the periosteal surface (arrow).
(magnification ×40)
Figure 5. After 2 weeks of implant insertion.
Experimental site with defect. Red blood cells and bone fragments disappeared. Large amount of newly formed bone filled the 1, 2, 3 threads. At this stage, it was not possible to distinguish between the trabecular bone originating from the endosteal surface from the bone formed locally close to the implant. In control group, new bone was formed mainly to the apical direction, but, in experimental group, new bone was formed more broadly to the apical and coronal direction. (magnification ×40)
bone)은 임프란트 관찰 부위의 대부분의 표면 위로 형 성되었고, 나선의 많은 부분을 채웠다. 골과 임프란트의 직접 접촉도 더욱 증가하였다. 치밀골의 골 개조와 더불 어 부분적으로는 소주골의 층판화가 관찰 되었다. 그러 나 골은 아직 미성숙 상태 였다(그림 6).
실험군에서도 2주에 비해 골 내막과 골막 표면으로부터 소주형 신생골의 형성이 더욱 광범위해졌고, 신생골이
결손부 공간의 대부분을 채우면서 임프란트 상방 및 하 방 나선 부위로 뻗어나가는 양상을 보였다. 골 밀도와 골-임프란트 직접 접촉도 2주 때 보다 훨씬 증가된 소 견을 보였다. 또한 골 개조가 진행 되는 것이 관찰되었 다. 신생골 형성 면적은 대조군 경우에서 보다 넓었다 (그림 7).
Figure 6. After 3 weeks of implant insertion.
Control site without defect. Bone density, bone formation area and bone-implant contact was more increased compared to 2 weeks. Remodeling of cortical bone and lamellation of trabecular bone was also observed. (magnification ×40)
Figure 7. After 3 weeks of implant insertion.
Experimental site with defect. The increased bone density and bone-implant contact was observed compared to 2 weeks. New bone area was broader than that of experimental group. Remodeling of cortical bone and lamellation of trabecular bone was also observed. (magnification ×40)
Figure 8. After 7 weeks of implant insertion.
Control sites without defect.
New bone was consistently remodeled and more matured. It was still possible to distinguish the original bone from the new bone due to the interrupted lamella (arrow). (magnification x40)
Figure 9. After 7 weeks of implant insertion.
Experimental sites with defect. Although the new bone covering the gap was not fully matured and its thickness was thin, bone bridge was observed (arrow). The gap was covered with new bone and filled with marrow tissue. Continuous remodeling was observed. (magnification x40)
Figure 10. After 7 weeks of implant insertion.
Experimental sites with defect. Bone bridge between implant and marginal bone was not made, so the gap was existed. But the bone which contacted to implant surfacewas observed (arrow).
4. 임프란트 식립 후 7주 소견
대조군에서는 신생골이 골 개조되면서 치밀해진 소견을 보였다. 골 개조(remodeling)는 계속 관찰되었지만 어 떤 표본에서는 골 개조가 완료된 것도 있었다. 단절된 층판(interrupted lamella) 때문에 원래 골과 신생골의 구분이 가능한 상태였다. 미성숙된 교직골(woven bone)은 이제 거의 관찰하기 어려웠다. 임프란트 표면 과의 골 접촉도 더 증가했고 나선 사이에 차있는 골량도 더욱 많아진 소견을 보였다(그림 8).
실험군 경우 임프란트 표면에 형성된 신생골은 골 개조 되면서 짙어졌으며임프란트와 골의 직접 접촉도 증가되 었다. 피질골 결손부는 골 연결(bone bridge)이 형성되 어 결손부가 회복되었다. 그러나 골 연결부의 피질골은 대조군에 비해 두께도 얇고 덜 성숙된 상태였다. 이전에 생성되었던 골내막 안의 신생골은 골수로 대체되었다 (그림 9). 그러나 6개중 3개 표본의 경우 임프란트 표면 의 골과 주변 골과의 사이에 골 연결이 없이 결손 간격 이 잔존 하였다. 그러나 이 경우에도 임프란트 표면을 따라 얇지만 비교적 넓게 골 접촉을 이루는 소견을 볼 수 있었다(그림 10).
고 고 찰 찰
순수 티타늄 임프란트(cp titanium implant)는 1.5- 17nm의 본태성(native) 산화층을 갖는데, 이 층이 티타 늄 임프란트의 뛰어난 생체 적합성의 이유로 알려져 있 다(Albrektsson, 1983). 여러 문헌들에 의하면 산화층 의 인위적 증가가 골 반응을 매우 증대시킬 수 있다고 하 였 다 (Albrektsson, 2000; Henry, 2000).
Sul(2002a)들은 산화층이 600-1000nm 두께인 산화 표면 임프란트 경우 선반 가공 임프란트에 비해 훨씬 유
리한 골 반응을 보인다고 하였다. 이러한 차이는 양극 산화된 티타늄 임프란트의 경우 선반 가공 임프란트와 는 다른 표면 특성을 갖게 되기 때문인데, 표면 특성의 요소로는 1)산화층 두께의 차이 2)표면 거칠음의 차이 3)표면 산화층 형태의 차이 4)임프란트 결정구조의 차 이에 기인한다고 하였다. 표면 특성들은 상호 작용을 하 는데. 예를 들면, 표면 형태의 변화는 표면 에너지, 산화 층의 두께, 표면 화학 구성을 변화시키고, 이는 임프란 트 주변 세포들의 활성도를 변화시킨다고 하였다 (Larsson, 1994). 또한 산화층 두께 증가는 산화층 표 면 결정도를 변화시키는데, 이는 amorphous oxide를 anatase와 rutile 형태로 바뀌게 하며, 유리한 골 반응 을 일으키게 된다고 보고했다(Sul, 2002b).
산화된 임프란트 표면의 효과가 어떤 한 가지 요소가 주 된 것인지, 아니면 상승적인 결과인지 확실치는 않지만, Sul(1998)들은 이러한 효과로 인해 기계적 결합과 더불 어 생화학적 결합이 일어날 것임을 제시하였다. 발치 후 즉시 임프란트는 치료 기간을 단축시킬 수 있는 등의 장 점으로 인해 일찍부터 시도되어 왔고, 여러 실험과 임상 결과에서 이 방법의 예견성(predictability)이 확인되었 다. 하지만, 발치와와 임프란트 크기는 차이가 있고, 이 는 임프란트와 주변골 사이의 간격을 만들게 된다. 크지 않은 간격은 별다른 처치가 필요치 않으나, 간격이 큰 경우는 인위적인 처치를 안 할 경우, 골 치유가 끝난 후 에도 잔존 간격이 존재하게 되며, 이는 임프란트의 안정 성과 장기성공률을 저하시킬 수 있는 요소가 될 수 있 다. 따라서 임프란트 식립 시 이러한 간격에 대한 처치 가 필요한데, 주로 자가골, 이종골, 인공골 등을 이용한 골 이식, 막을 사용한 골재생유도술을 단독 혹은 병행해 서 사용하게 된다. 인위적인 골 결손부 처치를 안 할 경 우 골 치유 후에도 결손 간격이 남는 처음의 결손 크기 는 여러 논문마다 다르게 보고하고 있다.
이러한 차이는 실험방법, 실험동물, 치유기간에 따라 영
Ⅳ
향을 받는 것 같다.Schenk와 Willengger(1977)는 토 끼 실험에서 변연골 결손이 1mm 이상인 경우 치유 후 에도 결손부 골 연결(bone bridging)이 불완전함을 보 고하였고, Carlsson(1988)들도 토끼에서 0.35mm, 0.85mm 결손이 있었던 경우 치유 후에도 0.22mm에 서 0.54mm의 간 격 이 잔 존 함 을 보 고 하 였 다 . Knox(1991)들과 Akimoto(1999)들도 개에 대한 실험 에서, 0.5mm 이상의 결손 시 간격이 치유 후에도 잔존 하며, 잔존 간격의 크기는 처음의 결손 크기에 비례한다 고 보고하였다. 위의 문헌들을 살펴보면 선반 가공 임프 란트 경우 실험동물이나 조건에 따라 다르지만 이러한 자연 회복 되지 않는 처음 결손 크기를 0.5-1.0mm 이 상으로 보고하고 있다. 그러나 Botticelli(2003)들의 개 에 대한실험에 의하면, 1mm 이상의 변연골 결손 경우 라도 SLA 표면 임프란트 사용 시는 결손이 없는 대조군 과 유사한 정도의 높은 골유착과 신생골이 형성됨을 보 고하였다. Persson(2001b)들의 실험에서도, 임프란트 주위염에 의해 변연 결손이 유도되고, 적절한 처치 후 일어난 재-골유착 (re-osseointegration )을 관찰해 보니 결손에서의 골-임프란트 접촉율이 SLA 표면 경우 는 83.7%인 반면, 선반 가공 임프란트 경우 21.8%였다 고 보고했다. 위의 보고들과 같이 임프란트 표면이 다른 경우 임계 결손 크기가 차이가 있을 수 있는데 이것은 Davies(1998)들의 연구에서도 뒷받침된다. Davies들은 선반 가공 임프란트에 비해 거친 표면 임프란트 경우 fibrin 부착을 용이하게 하여 골 전도성(osteoconduction) 을 증진시키며, 이에 따라 골 형성이 증가된다고 하였다.
여러 실험 논문들이 뒷받침하듯, 거친 표면의 임프란트 는 주변골에 유리한 초기 반응을 유도할 수 있으며, 특 히 현재까지 가장 진전된 표면 처리 방법인 양극 산화 처리 표면은 가장 유리한 초기 골 반응을 얻을 수 있으 리라 예상 되었다.
따라서 이 실험에서는 양극 산화된 티타늄 임프란트를
사용하여, 임프란트 주변 초기 골 반응과 2mm 결손 간 격에서의 골 치유 과정을 시간 경과에 따라 조직학적으 로 관찰하고자 하였으며, 또한 2mm라는 비교적 큰 결 손 인 경우에 선반 가공 임프란트에서는 골 치유 과정 후에도 간격이 남지만, 양극 산화된 티타늄 임프란트를 사용하면 간격이 골로 채워질 수 있는지 여부를 알아보 고자 하였다.1주 소견을 살펴보면, 대조군에서는 신생골 이 임프란트로부터 1-2mm 거리내의 골 내막 부위에서 형성되기 시작하여, 소주형태의 교직골(trabeculated,
woven bone)의 층판을 형성하면서 임프란트 쪽으로 접근하는 모습을 잘 볼 수 있었다. 실험군 경우 대조군 보다는 약하지만 결손 인접 골 내막에서의 골 형성의 시 작을 관찰할 수 있었고, 임프란트 표면에서 독립적으로 형성되는 신생골의 소견도 볼 수 있었다.
2주 소견을 살펴보면, 대조군에서는 골 내막에서의 소 주형태의 신생골의 층판 형성이 더욱 광범위해졌고, 이 신생골 소주가 임프란트 표면 근접해서 까지 뻗어 나감 을 볼 수 있었다. 골막표면 상방에서도 신생골 형성이 관찰되었다. 실험군 경우 결손부위 인접골에서 부터 신 생골 소주가 임프란트 표면 쪽으로 발을 뻗는 형태 (finger-like)로 진행하는 것이 관찰 되었으며, 이것은 임프란트 표면에서 독립적으로 형성되는 골과 합쳐져서 이 둘을 구분하기는 어려웠다. 2주 이후부터는 대조군, 실험군 모두 골막 상방으로도 광범위한 신생골 형성이 관찰 되었는데, 이는 Roberts (1988)가 기술한 토끼에 서 골 수술과 관련되어 나타나는 인접 피질골의 폭발적 인 골 개조 반응인 RAP(regional accelatory phenomena)로 보여 졌다. 2주 때 골밀도는 대조군에 서 더 높았지만, 실험군 경우 대조군에 비해 더욱 광범 위한 부분으로 나선의 상부 쪽으로 신생골의 골 소주가 뻗어 나감을 관찰할 수 있었다. 이러한 소견은 3주 때도 지속되었다.
3주 때 소견을 살펴보면, 대조군에서는 2주에 비해 골
형성 범위도 증가했지만, 골 밀도도 많이 증가된 소견을 보였다. 소주골(trabecular bone)은 임프란트 관찰 부 위의 대부분의 표면 위로 형성되었고, 나선의 많은 부분 을 채웠다. 골과 임프란트의 직접 접촉도 증가했다. 실 험군에서는 2주에 비해 골 내막과 골막 표면으로부터 소주형 신생골의 형성이 더욱 광범위해지면서 피질골 결손부 공간의 대부분을 채웠고, 임프란트 머리 및 하방 나선 부위 대부분에도 차게 되었다. 골 밀도와 골-임프 란트 직접 접촉도 2주 때 보다 훨씬 증가된 소견을 보였 다. 또한 골 개조도 관찰되었다. 골 형성 범위 경우는 2 주 때와 마찬가지로 대조군에 비해 더 넓게 나타났다.
7주 때 소견을 살펴보면, 대조군경우 신생골은 골 개조 되면서 치밀해졌고, 미성숙된 교직골(woven bone)은 이제 거의 관찰하기 어려웠다. 실험군 경우 6개 중 3개 표본에서는 처음에 있던 결손 간격이 치밀골의 골 연결 에 의해 막혀진 소견을 보였다. 비록 대조군에 비해 치 밀골의 성숙도와 두께는 떨어졌지만, 골-임프란트 접촉 율도 대조군과 많이 차이가 없어 보였다.
장기적으로는 계속적인 골 개조를 통해 성숙되면서, 정 상 부위 골질과 차이 없는 결과를 나타내리라 예상되었 다. 그러나 나머지 3개 표본의 경우 임프란트 표면을 따 라 얇지만 비교적 넓게 골 접촉을 이루는 소견을 보였지 만, 임프란트 표면의 골과 주변골과의 사이에 골 연결이 없이 간격이 잔존함을 볼 수 있었다.
이 실험의 결과를 볼 때, 양극 산화된 임프란트의 초기 주변골 반응이 매우 빠르고 활발함을 조직학적으로 관 찰할 수 있었지만, 7주의 골 치유 후에도 처음 2mm 결 손이 반드시 회복되지는 않는다는 결과를 보였다. 이는 2mm 정도 결손 시는, 표면이 유리한 임프란트를 사용 하더라도 아무런 처치 없이 식립하는 것은 안전하지 않 을 수 있으므로 신중한 접근이 필요하리라 생각되었다.
초기 결손 회복에 대한 임프란트 표면의 효과에 대해서 는, 앞으로 여러 가지 표면과 여러 결손 크기를 조합하
여 비교 분석하는 세밀한 연구가 필요하리라 생각되었 다.
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교신저자 : 이철원
주소 : 서울시 영등포구 여의도동 62 가톨릭대학교 성모병원 치과 E-mail: [email protected]
국
국문문초초록록
이 연구의 목적은, 발치와에 즉시 임프란트 식립하는 경우와 유사한 상황에서, 양극 산화된 티타늄 임프란트를 사용할 때, 주 변골과 임프란트 사이에 생기는 골 결손 간격에서의 초기 시간 경과에 따른 골 치유과정을 조직학적으로 알아보고, 이를 골 결손이 없는 곳에서의 결과와 비교해 보는 것이었다. 총 24마리의 토끼 경골 좌, 우측 임의의 한쪽 편에 직경 3.3mm 길이 7.0mm의 양극 산화된 티타늄 임프란트 2개씩 총 48개를 식립하였다.
2군데 식립 부위 중 1곳은 임프란트 식립 직전, 식립 부위 원심 쪽에 드릴링을 추가하여 임프란트 주변에 직경 2mm의 인위 적인 골 결손을 만들었다. 골 결손이 없는 곳의 임프란트와 주변조직을 대조군으로 하고, 골결손이 있는 곳의 임프란트와 주 변 조직을 실험군으로 하였다. 임프란트 식립 1주, 2주, 3주, 7주 후에 6마리씩 토끼를 희생시키고 조직표본을 만들었다. 광 학현미경을 사용해서 이 결손 간격 부위에서의 시간 경과에 따른 골 치유과정을 조직학적으로 관찰했고 대조군과 비교해 보 았다. 대조군의 경우, 1주 때는 임프란트 주변골의 골내막으로부터 신생골이 소주형태의 층판을 형성하면서 임프란트 쪽으로 접근하는 것을 관찰할 수 있었다. 2, 3주 때는 소주형 신생골의 형성이 더욱 광범위해졌다. 7주 때는 신생골이 골 개조 되면 서 치밀해졌고 미성숙 교직골은 거의 관찰하기 어려웠다.
실험군의 경우, 1주 때는 결손 부위 인접 골의 골내막으로부터 미약하지만 신생골 형성이 시작되면서 점차 결손부로 자라 들 어옴을 관찰할 수 있었고, 임프란트 표면에서도 독립적인 신생골 형성을 볼 수 있었다. 2주 때는 결손 간격 사이에 신생골 형 성이 매우 광범위하게 나타나면서 왕성한 골 치유반응이 일어남을 관찰할 수 있었고 이것은 3주 때도 지속되었다. 2, 3주 경 우 실험군의 결손 부위에서는 대조군에서 보다 골 형성 범위가 오히려 더 넓게 나타나는 소견을 보였다. 7주 때는 신생골이 층판골로 골 개조되면서 치밀해졌고, 완전히 성숙되지는 않았지만, 결손부의 피질골 간격도 골 연결(bone bridging)이 형성 되어 결손이 메워졌다. 이때 연결된 피질골은 두께도 얇고 미성숙 상태였지만 계속적인 골 개조 과정이 이뤄지고 있는 소견을 보였다. 그러나 6개 중 3개 표본에서는 결손부의 골 연결이 실패하면서 결손 간격이 잔존하였다.
따라서, 산화된 티타늄 임프란트를 사용하는 경우에서도 골과 임프란트가 밀착되지 못하고 2mm 정도의 간격이 있을 때는 정상적인 골 재생을 위한 적절한 처치가 반드시 수반되어야 할 것이다.
