치과 임플란트 표면과 조직의 계면 반응

임플란트는 골 내로 식립 되면 생체와 지속적인 상호작용을 한다. 임플란트의 성공여부는 골조직과 점막조직에 존재하는 세포들과 상호작용이 얼마나 생리적으로 조화롭게 이루어지는가에 좌우되며 신생골의 생성을 통한 골유착의 성공과 실패를 결정한다. 저작력은 구강 내에서 임플란트 지대치와 경부(연결부)를 통하여 임플란트 조직계면에 전달되는데 이러한 하중은 관련된 조직에 분산되며 기능을 할 때의 안정도는 시간이 경과함에 따라 계면의 안정성과 서로 관계가 있다. 식립 된 임플란트의 계면에서는 식립 시 생물학적 반응을 시작으로 섬유성 조직유착과 골조직 유착의 두 방향으로 진행된다. 

 

1) 임플란트의 식립 시 계면에서의 생물학적 현상

임플란트의 식립 시 악골의 피질골 및 해면골에 동시에 접촉하면서 불가피한 손상을 주게 되는데 피질골에서 약 1mm 두께정도의 골괴사가 일어나며 골유착이 일어나는 수개월 동안의 골개조(bone remodeling)를 통해서 신생골로 대체되는 것으로 알려져 있다. 또한 식립 직후 임플란트와 골조직 사이에는 미세틈(micro-gap, 10-100 ㎛)과 거대틈(macro-gap, 0.2-2 ㎜)이 형성되어 혈액이 채워진다. 

 

2) 섬유성 조직의 유착(Fibrous integration) 반응

일반적으로 임플란트 몸체의 주위에 섬유성 콜라제과 섬유아세포 조직이 배열된 상태를 말한다. 임플란트 식립 후 표면에 부착한 단백질들이 너무 많이 변성되어 물질이 비자기(non-self)로 인식되면, 외부물질을 제거하기 위한 파괴적인 염증반응이 진행되며 섬유성 조직으로 둘러싸이게 되는데 이러한 이유로 율동적인 운동을 증가시켜 계면에서의 움직임이 발생시킨다. 따라서 섬유상조직의 형성은 임플란트의 골유착을 방해하며 식립체의 초기고정력을 잃어 실패하게 된다. 

 

3) 골유착(Osseointegration) 반응

브레네막(1969)은 "골유착이란 광학현미경상에서 생활골과 하중을 전달하는 임플란트 사이에서 직접적 접촉"이라고 정의하였고 Meffert 등(1987)은 골유착을 접합성 골유착(adaptive osseointegration)과 생유착(biointegration)으로 나누어 정의하기도 하였다. 골유착은 섬유성 조직이 없는 직접적인 골과 티타늄이 유착된 계면(bone to biomaterial) 상태를 의미하며 임플란트 표면에 인접한 결합조직 골격을 통해서 조골세포가 임플란트 표면 주위로 이동하는 골전도와 골개조과정(bone remodeling)을 통해서 완성된다. 

임플란트 표면에서의 성공적인 골유착은 1) 골계면을 따라서 더 큰 하중을 전달할 수 있고(응력분산) 2) 부착물의 계면 운동을 없애주거나 최소화하며 3) 치주 연조직 부위가 생역학적으로 안정한 안정적인 뼈와 임플란트 연결을 만들어 준다. 즉 임플란트 표면에 연조직이 형성되지 않고 새로운 뼈가 단단하게 고정되는 것이며 이러한 골유착 반응은 임플란트에 성공적인 임플란트로 평가받기 위한 절대적인 조건이 되었다. 골유착은 뼈의 근접 근사치로 정의할 수 있으며, 뼈와 임플란트 사이의 공간은 섬유조직 없이 10㎚ 미만이어야 한다. 

이러한 골유착과정은 크게 골 친화기, 골 전도기, 골 적응기의 세 단계로 나뉜다. 

 

(1) 골 친화기(1개월 전후):

뼈의 형성에서 가장 중요한 단계

 - 임플란트와 주변골 사이에 혈액이 둘러싸이고 단백질(fibrinogen 등)이 흡착

 - 피브린 혈병(blood clot)이 형성, 혈소판(platelet)이 혈관생성 등을 위한 활성인자(platelet derived growth factor) 분비

 - 식립 1주 내에 조골세포가 이주하여 골화가 시작

 - 임플란트 식립 시 압축된 골의 조기흡수가 일어나고 BMP가 유리

 - 중간엽줄기세포의 조골세표(osteoblast)로의 분화, 조골세포가 유골(osteoid) 형성

 - 무층골(woven bone)이 형성되어 임플란트 표면과 접촉(골유착)

 

(2) 골 전도기 (2-3개월):

형성된 무층골이 더 강한 성숙골인 층판골(lamellar bone)로 치환되는 단계(골세포가 골기질을 일정한 장축으로 배열하고 밀도를 높임)

 

(3) 골 적응기(3-4개월 이후):

더 이상의 골 접촉의 증감 없이 부하에 반응하여 골 개조가 전 생애에 걸쳐 일어나는 단계

 

(4) 신생골 형성(12-18개월 이후):

골조직의 계면에서 창상치료가 12개월까지도 진행되고, 이후 18개월까지 골재형성과 기능 부하 사이에 평형상태가 이루어짐

 

4) 임플란트의 기계적 안정성(Mechanical stability)

임플란트가 골에 완전히 고정되기 전에 미세동요가 발생하면 계면 부착이 파괴되어 임플란트의 실패 중 가장 큰 원인이 되는 것으로 알려져 있다. 이를 기계적 고정(초기 고정 또는 1차 고정)이라 하며, 이는 임플란트 나사산의 형태, 표면상태, 골질 등에 영향을 받고, 그 힘은 시간이 지남에 따라 서서히 줄어든다. 골질이 좋지 않은 경우는 골이식재를 이용하여 충분한 골양과 골질을 확보한 후에 임플란트를 식립 한다. 이후 골유착 과정을 통해 고정되는 것을 생물학적 고정(2차 고정)이라 하며, 신생골 형성과 함께 서서히 증가한다. 즉 임플란트의 뼈에 대한 기계적 안정성은 기계적인 고정력과 생물학적 고정력의 합이 되며, 2-3주에서 1차 고정력이 약화되고 2차 고정력이 완성되지 않은 시기이므로 임플란트의 기계적인 안정성이 가장 취약한 시기(dip)가 나타난다.