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Korea Academy of Occlusion, Orthodontics & Osseointegration.

Biomechanics of peri-implant bonee

Categories: 임플란트, Date: 2014.12.06 12:23:43


임플란트 치료의 성공과 실패는 교합 하중에 대한 bone biomechanics에 의해 결정된다(그림 14). 이런 이유로 임플란트 주위 bone의 형성과 유지 그리고 파괴에 대한 교합 하중과에 관계는 임플란트 치료의 예후에 결정적인 역할을 한다. 즉 골 조직의 생성과 유지 그리고 파괴에 교합 하중과 같은 mechanical stimulation에 반응과 적응 그리고 유지의 mechanism이 작용한다. 일반적으로 기능하지 않는 뼈는 disuse atrophy로 인한 fat degeneration의 상태로 이행한다. 즉 이론적으로 임플란트 식립 후 골유착이 일어나도 계속해서 기능하지 않으면 골유착의 정도는 감소한다. 이런 경우는 팔이나 다리 골절 후 immobilization을 시키면 근육 및 골 조직의 소실이 급속히 일어나는 현상에서 흔히 볼 수 있다. 이런 현상은 임플란트 치료에 있어서도 관찰 할 수 있다. 오래 동안 뼈 안에 놓아둔 픽스쳐의 경우 주위에 lamina dura와 같은 반응성 골 형성이 없는 것을 관찰할 수 있다. 즉 기능에 반응하는 뼈의 remodeling이 일어나지 않아 뼈에 붙어 있지만 기능적 뼈 구조를 갖추지 못한 경우이다.

실제 일상 생활의 활동 정도는 정상적인 뼈의 강도 및 활성을 유지한다. 즉 균형 상태인 것이다. 임상적으로 자연치 주위 조직의 건강이 유지 되고 교합 상태가 측두하악관절과 근신경계와 균형을 이루고 있으면 뼈의 파괴와 생성 그리고 remodeling되는 주기, 즉 bone의 turnover rate가 생리적으로 일정하게 유지된다. 다시 말하자면 향상성homeostasis의 원리가 작용하여 신체의 새포의 파괴와 생성이 균형을 이루고 있다.

실제 임플란트 주위 조직은 mild overload의 상태를 유지하고 있다. 즉 지속적인 운동 혹은 교합 하중 상태는 뼈를 강하게 하고 활성상태를 증진시킨다. 초기에는 woven bone drifting이 일어나지만 bone의 turnover rate가 향상성을 유지하기 위해 증가하여 lamellar bone drift의 균형을 이룬다. 대부분의 임플란트는 자연치 치근에 비교하면 적은 면적으로 교합력을 골 조직에 분산시킨다. 이런 이유로 임플란트 주위 조직은 어느 정도의 과부하 상태에 놓이게 된다. 특히 길이가 짧거나 직경이 적은 fixture를 사용하거나 보철적 수복물의 교합 면적이 넓으면 과부하過負荷 overload의 정도는 증가 한다. 교합학적으로 clenching 혹은 bruxism 등등의 parafunction이 존재하는 경우는 더욱 더 교합 하중이 가중 되고, 편측 저작, 강하거나 섬유질 성분이 많은 음식물 섭취, 잔존 자연치의 치주질환으로 인한 root support의 감소, 과도한 중심위 치아 접촉 및 편심위 치아 유도 등등이 임플란트 주위 조직의 overload를 유발한다.


그림 14. Bone biomechanics - Window theory.


그림 15. Distractive osteogenesis와 fracture gap repair의 차이.

Overload 된 임플란트 주위 골 조직은 woven bone drifting이 되고 bone의 turnover rate가 과도하게 증가하여 결국 lamellar bone이 형성되기도 전에 교합 하중을 받게 된다. 이런 과정이 일정 기간 진행되면 뼈의 micro-fracture가 일어난다. 이런 pathologic bone fracture는 갑자기 과도한 운동을 하면 몸이 아프게 되는 것과 유사한 과정이다. 과도하게 증가된 교합적 하중의 요구에 뼈가 반응한 결과 lamellar bone으로 maturation 되기도 전에 계속해서 하중을 견디기에 적합하지 않은 신생 골을 계속해서 생성한다. 결과적으로 뼈의 pathologic micro-fracture를 유발하게 된다. 그리고 골 파괴의 과정이 진행되면서 생성되는 endotoxin과 세균으로 인해 골 조직의 2차적 파괴가 동반되고 이런 과정은 악순환의 고리에 연쇄 반응을 일으킨다. 결국 임플란트 치료는 실패하게 된다.

이와 같은 골 조직의 교합 하중에 대한 생리적 및 병리적 action과 reaction의 biodynamics는 bone metabolism의 조절과 관련되어 있다. 즉 골 조직의 흡수와 생성이 힘 혹은 하중과 같은 mechanical stimulus에 의해 조절된다는 것이다. 이런 가설假說을 bone의 biomechanical theory라 하고 distractive osteogenesis에 적용하고 있다(그림 15). 이런 원리를 이용한 흔한 예는 일리자로프Ilizarove 수술을 들 수 있다. 우선 늘이고자 하는 뼈의 바깥에 원통형이나 막대기 모양으로 생긴 금속제 외 고정성 기구를 장착하고 늘리고자 하는 부위를 골절시킨다. 그리고 골절 부위를 양쪽으로 일정 기간 동안 일정한 양으로 당기면 새로운 골 조직이 형성된다. 쉽게 말하면, 일리자로프라는 체외 고정 기구를 이용하여 뼈의 길이를 확장하는 것이다. 이렇게 하면 늘이는 부위에서 새로운 뼈 조직이 자라나고, 신경이나 혈관, 근육도 함께 늘어난다. 이와 같이 뼈에 적절한 하중을 가하면 새로운 뼈를 만들어 내고 과도한 stress에 의해 뼈의 pathologic fracture가 유발하기도 한다. 그리고 교정 치료에 있어서 orthopedic appliance도 같은 원리를 이용한다. 임플란트 치료에서도 마찬가지다. 적절한 하중을 유지하면 osseointegration이 유지되거나 증가하기도 하고 과도한 교합하중은 임플란트 치료의 실패를 유발한다. 결국 임플란트 치료의 장기적 예후는 교합학적으로 결정된다.

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