Effect of fiber post and restoration type on biomechanical behavior of endodontically treated premolars: Finite element analysis and in vitro evaluation

치아가 깊은 충치나 신경까지 도달하는 균열을 겪게 되면, 치과의사들은 이를 살리기 위해 종종 신경치료(root canal)를 시행합니다. 이 생명을 구하는 절차는 내부의 감염된 조직을 제거하지만, 이 과정에서 치아는 마치 신선하고 살아있는 가지와 비교했을 때 바싹 마른 나뭇가지처럼 더 건조하고 부서지기 쉬운 상태가 됩니다. 또한, 치아는 감염에 도달하기 위해 파낸 커다란 충치로 인해 약해지는 경우가 많은데, 특히 측면에서 가해지는 강한 저작력을 받는 입안의 상악 소구치 부위에서 그러합니다. 이를 해결하기 위해 치과의사들은 치아를 튼튼한 캡으로 덮어야 하지만, 그들은 어려운 선택에 직면합니다. 전체 크라운을 씌우기 위해 남은 건강한 치아를 상당 부분 갈아낼 것인지, 아니면 온레이(onlay)나 오버레이(overlay)라고 불리는 부분적인 덮개를 사용하여 더 많은 치아를 보존할 것인지 결정해야 합니다. 또 다른 흔한 논쟁은 뿌리 깊숙이 작고 유연한 섬유 기둥(fiber post)을 삽입하여 지지용 빔 역할을 하게 할 것인지 여부입니다. 수년간 치과계에서는 어떤 종류의 캡과 지지체가 결합했을 때 치아가 반으로 쪼개지는 실패(이는 종종 치아를 완전히 뽑아야 함을 의미함)로부터 가장 잘 보호할 수 있는지에 대해 논쟁해 왔습니다.

서창 협력 연구팀(West China Hospital of Stomatology)의 연구진은 인간의 입을 모방한 모델을 통해 이러한 다양한 전략들을 테스트함으로써 이 논쟁을 해결하고자 했습니다. 그들은 특히 신경치료 후 파손되기 쉬운 것으로 알려진 상악 소구치에 초점을 맞추었습니다. 연구팀은 두 가지 병행 조사를 수행했는데, 하나는 정교한 컴퓨터 시뮬레이션을 사용하여 치아 내부의 보이지 않는 힘을 매핑하는 것이었고, 다른 하나는 실제 추출된 인간의 치아를 사용하여 실제로 얼마나 많은 힘을 견딜 수 있는지 확인하는 것이었습니다. 그들은 여섯 가지 서로 다른 시나리오를 테스트했습니다. 어떤 치아에는 전체 크라운을 씌웠고, 어떤 치아에는 부분 온레이를, 또 어떤 치아에는 부분 오버레이를 적용했습니다. 이 세 가지 형태 각각에서, 그들은 섬유 기둥을 삽입한 경우와 삽입하지 않은 경우의 두 가지 변형을 테스트했습니다. 연구진은 각 모델과 치아의 저작면에 300뉴턴(Newtons)의 일정한 각도로 힘을 가했는데, 이는 일반적인 식사 중에 이 치아들이 직면하게 되는 측면 압력을 시뮬레이션하기 위해 설계된 힘입니다.

컴퓨터 시뮬레이션은 치아를 통해 스트레스가 어떻게 전달되는지에 대한 명확한 패턴을 보여주었습니다. 부분 오버레이 모델은 보철물과 치아 구조 모두에서 가장 낮은 수준의 내부 스트레스를 나타냈습니다. 흥론적이게도, 기둥(post)이 있는 그룹과 없는 그룹 사이에서 치아와 캡의 전반적인 스트레스 수준은 비슷하게 유지되었지만, 섬유 기형은 스트레스가 흐르는 방향을 크게 변화시켰습니다. 기둥의 존재는 레진 코어(resin core)에서의 스트레스를 극적으로 감소시켰으며, 소구치의 경부(cervical segment) 부분으로 스트레스를 분산시키는 결과를 낳았습니다. 기둥이 없을 때는 스트레스가 치아의 목 부분, 즉 뿌리와 머리가 만나는 지점에 위험하게 집중되었습니다. 기둥이 있을 때는 이 스트레스가 더 고르게 분산되어, 그 취약한 지점에서 균열이 시작될 위험을 줄여주었습니다.

연구진이 실제 치아를 이용한 물리적 테스트로 넘어갔을 때, 강도에 관한 결과는 놀라울 정도로 균일했습니다. 어떤 종류의 캡을 사용했는지, 혹은 섬유 기둥을 삽입했는지 여부와 상관없이 치아가 부서지는 데 필요한 힘은 통계적으로 동일했습니다. 모든 그룹에서 치아는 똑같이 잘 견뎌냈습니다. 그러나 연구진이 치아가 어떻게 부서졌는지를 살펴보았을 때 이야기는 달라졌습니다 파손의 유형은 가해진 힘만큼이나 중요했습니다. 어떤 파손은 크라운이나 치아의 윗부분에서만 발생하는 경미한 수준이었는데, 이는 치과의사가 새로운 캡을 만들어 수정할 수 있는 정도였습니다. 반면, 어떤 파손은 뿌리 깊숙이 균열이 생기는 치명적인 수준이었으며, 이는 치아를 살릴 수 없게 만듭니다. 오버레이 보철물과 섬유 기둥을 함께 사용한 그룹은 이러한 '수정 가능한 파손'의 비율이 가장 높았던 반면, 전체 크라운을 사용하고 기둥을 넣지 않은 그룹은 '수정 가능한 파손'의 비율이 가장 낮고 '전체 손실'의 비율이 가장 높았습니다.

섬유 기둥은 치아가 부서지는 데 필요한 총 힘을 변화시키지는 않았지만, 치아를 살리는 데 있어 결정적인 요소임이 증명되었습니다. 천연 치아 뿌리의 강성과 일치하는 유연한 지지체 역할을 함으로써, 기둥은 힘을 치아의 취약한 목 부분으로부터 유도하고 경부 및 협측 뿌리(buccal root)의 스트레스 집중을 줄여주었습니다. 이는 균열이 뿌리 깊숙이 진행되는 것을 방지하여, 치아를 잃게 될 상황을 수리가 가능한 상황으로 바꾸어 놓았습니다. 이 연구는 캡의 모양(전체인지 부분인지)이 치아가 견딜 수 있는 힘을 유의미하게 변화시키지는 않지만, 섬유 기둥을 사용할 것인지에 대한 결정이 치아를 단순 수리할 수 있는 상태로 남길 것인지 아니면 발치를 해야 하는 상태로 만들 것인지를 결정하는 차이가 될 수 있음을 시사합니다. 연구진은 결론적으로, 이렇게 약해진 치아들에 대해 치아를 입안에 계속 머물게 하는 최선의 전략은 섬로 기둥을 사용하는 것이며, 이는 선택된 세라믹 커버의 종류와 관계없이 스트레스를 분산시키고 수리가 가능한 형태의 파손을 유도한다는 점을 밝혔습니다.