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상아질

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목차

1. 개요

상아질은 치아의 주요 구성 성분으로, 상아질 소관이라는 미세한 통로로 구성되어 있으며, 치수에서 법랑질 또는 백악질 경계까지 뻗어 있다. 상아질은 무기질, 유기질, 수분으로 구성되며, 약 70~75%를 차지하는 무기질은 주로 히드록시아파타이트 결정 형태의 칼슘과 인으로 이루어져 있다. 상아질은 상아질 형성 과정을 통해 생성되며, 치아 발달 중 상아질-에나멜 경계에서 시작하여 치수 방향으로 진행된다. 상아질은 형성 시기에 따라 원생 상아질, 제2상아질, 제3상아질로 구분되며, 상아질 경화증과 같은 특성을 보인다. 코끼리의 상아는 단단한 상아질로 이루어져 있으며, 초식동물의 치아에서 마모를 통해 씹는 면의 능선을 형성하는 데 기여한다.

2. 구조

상아질은 일종의 골조직으로 분류되지만, 상아질을 만드는 상아모세포의 본체는 치수 속에 존재하고, 세포의 돌기 끝만 상아질 속으로 뻗어 있다는 특징이 있다. 상아질은 법랑질과 달리 탈회 및 염색하여 조직학적 연구를 할 수 있다.

상아질은 상아세관이라고 하는 미세한 통로로 구성되어 있으며, 자세한 내용은 #상아세관 문단을 참고하면 된다.

상아질은 뼈와 유사한 기질로, 다공성이며 황색을 띤다. 중량 기준으로 70~72%의 무기질(주로 수산화인회석과 일부 비정질 인산칼슘), 20%의 유기질(90%는 콜라겐 1형, 나머지 10%는 상아질 특이적 단백질을 포함하는 기질), 8~10%의 물(광물 표면이나 결정 사이에 흡착)로 구성된다.[5][13] 법랑질보다 부드럽기 때문에 더 빠르게 부식되며, 적절하게 치료하지 않으면 심각한 충치를 유발할 수 있지만, 탄성 특성으로 인해 법랑질에 좋은 지지대가 된다. 유연성은 깨지기 쉬운 법랑질이 파절되는 것을 방지한다.

1차 및 2차 석회화가 모두 발생하여 결정이 완전히 융합된 부위는 상아질 염색 절편에서 밝은 둥근 부위로 나타나며 구형 상아질로 간주된다. 반대로, 상아질 염색 절편에서 어두운 아치형 부위는 간구형 상아질로 간주된다. 이 부위에서는 전상아질 내에서 1차 석회화만 발생하며, 상아질의 구형체가 완전히 융합되지 않는다. 따라서 간구형 상아질은 구형 상아질보다 석회화 정도가 약간 낮다. 간구형 상아질은 상아법랑 경계(DEJ) 근처의 치관 상아질에서 특히 두드러지며, 상아질 형성 부전증과 같은 특정 치아 이상에서도 나타난다.[8]

2. 1. 상아세관

상아세관은 상아질을 관통하는 미세한 관이다.[38] 상아모세포의 돌기를 포함하고 있으며,[38] 상아질의 형성 및 형성 후 유지를 담당한다. 상아세관은 치수에서 외부 백악질 또는 법랑질 경계까지 상아질을 통해 방사형으로 뻗어 있다.[7] 치관 부위의 상아법랑 경계(DEJ) 또는 치근 부위의 상아백악 경계(DCJ)에서 치수의 바깥쪽 벽까지 뻗어 있으며, 바깥쪽 표면에서 치수에 가장 가까운 부위까지 S자 모양의 경로를 따른다.[8]

상아세관의 직경과 밀도는 치수 근처에서 가장 크다.[9] 안쪽에서 바깥쪽 표면으로 갈수록 가늘어지며, 치수 근처에서는 직경이 2.5μm, 상아질 중간에서는 1.2μm, 상아-법랑 경계에서는 0.9μm이다. 밀도는 치수 근처에서 제곱 밀리미터당 59,000~76,000개인 반면, 법랑질 근처에서는 절반에 불과하다.

소관 내부에는 상아모세포의 연장인 상아모세포 돌기와 알부민, 트랜스페린, 테네스신 및 프로테오글리칸의 혼합물을 포함하는 상아질액이 있다.[10] 또한 서로 연결되는 분지형 소관 시스템이 있는데, 크기에 따라 분류하면 다음과 같다.

구분직경
주요 가지500nm ~ 1000nm
미세 가지300nm ~ 700nm
미세 소관300nm 미만



주요 가지는 소관의 말단이다. 약 1μm~2μm마다 상아질 소관에서 45도 각도로 갈라지는 미세 가지가 있으며, 미세 소관은 90도 각도로 갈라진다.

상아질 소관에는 상아질을 형성하고 유지했던 상아모세포의 세포질 연장이 들어 있다. 상아모세포의 세포체는 상아질 안쪽을 따라 전상아질 층에 정렬되어 있으며, 치수의 주변 경계를 형성한다.[11] 상아질 소관 때문에 상아질은 투과성을 가지며, 이는 통증 감각과 충치 속도를 증가시킬 수 있다. 상아질 과민증에 대한 가장 유력한 이론은 상아질액의 변화와 관련이 있으며, 이는 일종의 수력학적 메커니즘이다.[8][12]

3. 구성 성분

상아질은 무기질, 유기질, 수분으로 구성된다. 무게 기준으로 무기질이 70~75%, 유기질이 20%, 수분이 5~10%를 차지한다.

무기질은 주로 히드록시아파타이트 결정으로 구성되어 있으며, 일부 비정질 인산칼슘을 포함한다. 유기질은 대부분 콜라겐 섬유로 이루어져 있으며, 그 외에 다양한 비콜라겐성 단백질을 포함한다.

상아질은 상아모세포의 세포질 연장이 들어있는 상아질세관을 가지고 있어 어느 정도의 투과성을 가지며, 이는 통증 감각과 충치 속도를 증가시킬 수 있다.[8] 상아질 과민증에 대한 가장 유력한 이론은 상아질액의 변화와 관련되어 있으며, 이는 일종의 수력학적 메커니즘이다.[12]

1차 및 2차 석회화가 모두 발생하여 결정이 완전히 융합된 부위는 상아질 염색 절편에서 밝은 둥근 부위로 나타나며 구형 상아질로 간주된다. 반대로, 상아질 염색 절편에서 어두운 아치형 부위는 간구형 상아질로 간주된다. 간구형 상아질은 구형 상아질보다 석회화 정도가 약간 낮다. 간구형 상아질은 상아법랑 경계(DEJ) 근처의 치관 상아질에서 특히 두드러지며, 상아질 형성 부전증과 같은 특정 치아 이상에서도 나타난다.[8]

3. 1. 무기질

상아질의 무기질은 약 70~75%를 차지하며,[37] 주로 칼슘과 인으로 구성된 히드록시아파타이트 결정 형태이다.[37] 무기질에는 칼슘 27%, 인 13%, 이산화탄소 3.3% 등이 포함되어 있다.[40] 무기질의 기본 구조는 히드록시아파타이트이지만, 30~35%는 무정형 인산칼슘이다.[40] 인의 대사회전은 장골(長骨)의 약 1/6, 에나멜질의 15~20배이다.[40]

3. 2. 유기질

상아질의 유기질은 약 20%를 차지하며, 주로 제1형 콜라겐 섬유로 구성된다.[5][13][37] 콜라겐 외에도 인산단백질, 프로테오글리칸, 성장 인자, 알칼리성 인산 분해 효소, 기질 금속 단백분해 효소(MMP) 등 다양한 비콜라겐성 단백질이 유기질에 포함되어 있다.[13]

3. 3. 수분

상아질은 무게 기준으로 8~10%의 물을 포함하고 있다. 이 물은 광물 표면이나 결정 사이에 흡착되어 존재한다.[5][13]

4. 형성

상아질 형성은 상아질 형성이라고 알려진 과정을 통해 시작되며, 이 과정은 치아가 완전히 발달한 후에도 평생 동안 계속된다. 충치 및 치아 마모와 같은 경우에도 상아질 형성이 시작될 수 있다.[5][6]

상아질 형성은 치수 내 상아모세포에 의해 시작된다. 상아모세포는 미네랄화되지 않은 상아질(전상아질)을 생성하는 특수 세포이며, 미네랄화되지 않은 상아질은 이후 상아질로 광화된다.[5][6]

4. 1. 상아질 형성 과정

상아질 형성은 치아 발달 중 상아질-에나멜 경계에서 시작되어 치수 방향으로 진행된다.[5][6] 상아모세포는 미네랄화되지 않은 상아질을 생성하고, 이는 상아질로 성숙한다. 상아모세포의 세포체는 치수의 바깥쪽 벽을 따라 치수 내에 남고, 상아질 내의 작은 소관으로 돌출된다.

미네랄화되지 않은 상아질은 90%의 제1형 콜라겐과 10%의 비콜라겐 단백질(인산단백질, 프로테오글리칸, 성장 인자, 알칼리성 인산 분해 효소와 같은 인산 분해 효소, 기질 금속 단백분해 효소(MMP) 포함)로 구성되며, 이러한 조성은 상아질로 광화될 때 현저하게 변경된다.[6]

상아질 전체에는 '''상아세관'''이라는 관이 뻗어 있다.[38] 이 관은 상아모세포의 돌기를 포함하고 있으며[38], 상아질의 형성 및 형성 후의 유지를 담당한다. 상아세관의 직경은 0.8um~2.2um이다.

상아모세포는 치아 맹출 후에도 상아질과 치수의 경계부에 존재하며, 필요할 때 치수강벽에 상아질을 형성할 수 있다. 치아의 치근 완성까지 만들어지는 상아질을 '''원생 상아질'''[39] 또는 '''제1상아질'''[39], 치근 완성 후에 만들어지는 상아질을 '''제2상아질'''[39][38]이라고 한다. 또한, 충치 등으로 인해 자극을 받았을 때 만들어지는 상아질을 '''제3상아질''' 또는 '''수복 상아질'''[39][38]이라고 부르며, 정상적인 상태에서 만들어지는 제2상아질을 '''생리적 제2상아질'''[39][38]이라고 부르며, 양자를 구별하기도 한다.

4. 2. 상아질의 종류

상아질은 형성 시기, 위치, 기능에 따라 여러 종류로 구분된다.

  • '''제1상아질 (원생 상아질)'''[39]: 치아의 치근이 완성될 때까지 만들어지는 상아질이다. 법랑질과 치수강 사이에 위치하며, 치아에서 가장 많은 부분을 차지한다.
  • '''맨틀 상아질''': 법랑질에 가장 가까운 바깥층에 있는 상아질이다. 두께는 15~20μm(마이크로미터) 정도이며, 다른 제1상아질과 구별되는 특징이 있다. 인산화가 없고, 콜라겐 섬유 배열이 느슨하며, 광화(무기질화) 정도가 낮다.[26]
  • '''순환 치수 상아질''': 맨틀 상아질 아래에 위치하며, 상아질 층의 대부분을 차지한다. 맨틀 상아질보다 광화 정도가 높다.
  • '''제2상아질 (생리적 제2상아질, 부가 상아질)'''[39][38]: 치근이 완성된 후, 생리적인 과정으로 인해 만들어지는 상아질이다. 제1상아질보다 훨씬 느리게 성장하지만, 점진적으로 계속 만들어진다. 치수강 주변에 균일하게 침착되지 않고, 치수강의 천장과 바닥에 더 많이 나타나 나이가 들면서 치수강 크기가 줄어든다.
  • '''제3상아질 (수복 상아질)'''[39][38]: 충치나 치아 마모 등 외부 자극에 대한 반응으로 만들어지는 상아질이다.[27] 자극의 강도와 지속 시간에 따라 구조가 달라진다.
  • '''반응성 상아질''': 기존의 상아모세포에서 형성된다.
  • '''수복 상아질''': 원래의 상아모세포가 죽은 후 치수 전구 세포에서 새로 분화된 상아모세포 유사 세포에서 형성된다.
  • '''골상아질''': 심한 충치와 같이 강한 자극이 있을 때 만들어지며, 세관 패턴이 희소하고 불규칙하며 일부 세포 내 함유물을 가진다.

5. 상아질의 특성

상아질은 법랑질과 달리 탈회 및 염색하여 조직학적 연구를 할 수 있다. 상아질은 상아모세포의 세포질 연장이 들어 있는 상아질 소관 때문에 어느 정도 투과성을 가지며, 이는 통증 감각과 충치 속도를 증가시킬 수 있다.

상아질 소관은 치수에서 외부 백악질 또는 법랑질 경계까지 방사형으로 뻗어 있다.[7] 이 소관은 S자 모양의 경로를 따르며, 직경과 밀도는 치수 근처에서 가장 크다.[9] 안쪽에서 바깥쪽 표면으로 갈수록 가늘어지며, 치수 근처에서는 직경이 2.5μm, 상아질 중간에서는 1.2μm, 상아-법랑 경계에서는 0.9μm이다. 밀도는 치수 근처에서 제곱 밀리미터당 59,000~76,000개인 반면, 법랑질 근처에서는 절반에 불과하다. 소관 내부에는 상아모세포 돌기와 알부민, 트랜스페린, 테네스신 및 프로테오글리칸의 혼합물을 포함하는 상아질액이 있다.[10] 또한 서로 연결되는 분지형 소관 시스템이 있는데, 크기에 따라 주요 가지는 직경이 500nm~1000nm, 미세 가지는 300nm~700nm, 더 미세한 가지는 300nm 미만이다.[9] 주요 가지는 소관의 말단이며, 약 1μm~2μm마다 상아질 소관에서 45도 각도로 갈라지는 미세 가지가 있고, 미세 소관은 90도 각도로 갈라진다. 상아모세포의 세포체는 상아질의 안쪽을 따라 전상아질 층에 정렬되어 있으며, 치수의 주변 경계를 형성한다.[11]

1차 및 2차 석회화가 모두 발생하여 결정이 완전히 융합된 부위는 구형 상아질로, 상아질 염색 절편에서 밝은 둥근 부위로 나타난다. 반대로, 간구형 상아질은 어두운 아치형 부위로 나타나는데, 이 부위에서는 전상아질 내에서 1차 석회화만 발생하며, 상아질의 구형체가 완전히 융합되지 않아 구형 상아질보다 석회화 정도가 약간 낮다. 간구형 상아질은 상아법랑 경계(DEJ) 근처의 치관 상아질에서 특히 두드러지며, 상아질 형성 부전증과 같은 특정 치아 이상에서도 나타난다.[8]

5. 1. 물리적 특성

상아질은 뼈와 비슷한 기질로, 다공성이며 황색을 띤다. 중량 기준으로는 70~72%의 무기질(주로 수산화인회석과 일부 비정질 인산칼슘), 20%의 유기질(90%는 콜라겐 1형, 나머지 10%는 상아질 특이적 단백질을 포함하는 기질), 8~10%의 물(광물 표면이나 결정 사이에 흡착)로 구성된다.[5][13] 법랑질보다 부드러워 더 빠르게 부식되며, 적절하게 치료하지 않으면 심각한 충치를 유발할 수 있지만, 탄성 특성으로 인해 법랑질의 좋은 지지대가 된다. 유연성은 깨지기 쉬운 법랑질이 파절되는 것을 방지한다.

상아질은 모스 굳기 척도로 5~6 정도이며, 법랑질보다 경도가 낮다.[37] 구성 성분은 70%가 무기질[37](히드록시아파타이트[37]), 20%가 유기물[37](콜라겐 섬유[37]와 비콜라겐성 단백질), 10%가 수분이다.

5. 2. 투과성

상아질은 상아질 소관이라고 하는 미세한 통로를 가지고 있어 어느 정도의 투과성을 가진다. 이 때문에 통증을 느끼거나 충치가 더 빨리 진행될 수 있다.[8][12] 상아질 과민증에 대한 가장 유력한 이론은 상아질액의 변화와 관련이 있는데, 이는 일종의 수력학적 메커니즘으로 설명된다.[8][12]

상아질 소관은 치수에서 바깥쪽 백악질 또는 법랑질 경계까지 방사형으로 뻗어 있으며,[7] 치관 부위의 상아법랑 경계(DEJ) 또는 치근 부위의 상아백악 경계(DCJ)에서 치수의 바깥쪽 벽까지 뻗어 있다.[8] 이 소관은 S자 모양의 경로를 따르며, 직경과 밀도는 치수 근처에서 가장 크다.[9] 상아질 소관 안에는 상아모세포의 연장인 상아모세포 돌기와 알부민, 트랜스페린, 테네스신 및 프로테오글리칸의 혼합물을 포함하는 상아질액이 있다.[10] 또한, 상아질 소관에는 서로 연결되는 분지형 소관 시스템이 존재한다.[9]

5. 3. 상아질 경화증 (투명 상아질 경화증)

'''상아질 경화증''' 또는 '''투명 상아질 경화증'''은 치아의 상아세관 석회화를 특징으로 하는 치아 구조 변화이다. 충치이나 마모로 인한 상아질 손상, 또는 정상적인 노화 과정의 일부로 발생할 수 있다.[8]

상아질 경화증

6. 임상적 의의

후천 상아질(부수 상아질)은 치근 형성이 완료된 후, 일반적으로 치아가 맹출하고 기능하게 된 후에 형성된다. 이는 일차 상아질보다 훨씬 느리게 성장하지만, 점진적인 성장 양상을 유지한다. 이러한 상아질의 성장으로 인해 나이가 들면서 치수강의 크기가 감소한다. 이는 임상적으로 치수 퇴축으로 알려져 있으며, 따라서 어린 환자에서 와동 형성 시 치수가 노출될 위험이 더 크다.[1] 이 경우, 직접 치수 복조와 같은 다양한 치료법으로 치수를 치료할 수 있다. 이전에는 치수 복조 후 스테인리스 스틸 크라운을 씌우는 것이 가장 성공적이라고 생각되었지만, 이 시술은 대부분의 경우 어린이에게 불필요하다. 치아의 수명에 중요한 법랑질을 불필요하게 제거해야 하기 때문이다.[1] 접착 치의학은 치아 구조의 손실을 최소화하는 보존적 복원 기술을 가능하게 하므로, 사용해야 한다. 유치열에서 공간을 유지하기 위해 치수 노출이 있는 경우에는 발치를 시도하지 않는다.[1]

7. 동물 상아질

코끼리의 상아는 단단한 상아질이다. 상아세관의 구조는 상아질의 다공성과 탄성에 기여한다. 코끼리 엄니는 얇은 에나멜 덮개로 형성되는데, 이는 곧 닳아 없어지고 상아질이 노출된다.[29][30][31] 상아질은 에나멜보다 부드럽기 때문에 더 빨리 닳는다. 말, 사슴, 코끼리와 같은 일부 초식동물의 치아는 이러한 현상을 이용한다. 많은 초식동물에서 치아의 씹는 면은 상아질과 에나멜의 교대 영역으로 구성된다. 차등 마모로 인해 치아 표면(일반적으로 어금니)에 에나멜의 날카로운 능선이 형성되어 치아의 수명 동안 유지된다. 초식동물은 씹을 때 어금니를 서로 갈고, 능선은 질긴 식물 재료를 찢는 데 도움이 된다.

상아질과 유사한 물질은 상어 및 기타 연골어류의 피부 소치를 구성하는 경질 물질을 형성한다.

참조

[1] 웹사이트 Biology of the Human Dentition http://www.uic.edu/c[...] 2007-07-18
[2] 논문 The dentin substrate: structure and properties related to bonding 1997-11-01
[3] 서적 Oral Anatomy, Histology and Embryology Mosby 2002-01-01
[4] 논문 Odontoblast TRPC5 channels signal cold pain in teeth 2021-03-01
[5] 논문 Hereditary dentine disorders: dentinogenesis imperfecta and dentine dysplasia 2008-11-01
[6] 논문 Isolated dentinogenesis imperfecta and dentin dysplasia: revision of the classification 2015-04-01
[7] 서적 Histology: A Text and Atlas Lippincott Williams & Wilkins 2003-01-01
[8] 서적 Illustrated Dental Embryology, Histology, and Anatomy Elsevier 2011-01-01
[9] 서적 Oral histology: development, structure, and function Mosby 1998-01-01
[10] 논문 Matrix metalloproteinases (MMPs) and their specific tissue inhibitors (TIMPs) in mature human odontoblasts and pulp tissue. http://herkules.oulu[...] Institute of Dentistry, University of Oulu. 2007-07-18
[11] 논문 Dentin: microstructure and characterization 1993-09-01
[12] 논문 Dentine hypersensitivity: new perspectives on an old problem. 2002-10-01
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[15] 서적 Ten Cate's oral histology: development, structure, and function. Elsevier 2013-01-01
[16] 논문 On the incremental lines in human dentine as revealed by tetracycline labeling. 1977-01-01
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[23] 논문 Age-related transparent root dentin: mineral concentration, crystallite size, and mechanical properties 2005-06-01
[24] 논문 Tertiary dentine frequencies in extant great apes and fossil hominins. 2019-03-01
[25] 논문 Finned Vertebrates https://www.taylorfr[...] CRC Press 2021-01-01
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[28] 논문 Age-related transparent root dentin: mineral concentration, crystallite size, and mechanical properties 2005-06-01
[29] 논문 Finned Vertebrates https://www.taylorfr[...] CRC Press 2021-01-01
[30] 논문 A microanatomical and histological study of the postcranial dermal skeleton of the Devonian actinopterygian Cheirolepis canadensis 2015-01-01
[31] 논문 A microanatomical and histological study of the scales of the Devonian sarcopterygian Miguashaia bureaui and the evolution of the squamation in coelacanths 2021-01-01
[32] 논문 The skeleton and the mineralized tissues of the living coelacanths 2019-01-01
[33] 논문 The hidden teeth of sloths: evolutionary vestiges and the development of a simplified dentition 2016-06-14
[34] 문서 久米川ら
[35] 문서 久米川ら
[36] 서적 岩久ら
[37] 서적 中塚
[38] 서적 中塚
[39] 서적 久米川ら
[40] 서적 생명과학대사전 도서출판 여초 2014-00-00 # 개정판이 2014년이므로 2014년으로 설정, 정확한 날짜 정보가 없어서 00-00으로 설정


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