3회차_법랑질_정원윤

법랑질 개요

• 법랑질 파트의 족보이며, 남은 4년 동안 잘 부탁드린다는 내용으로 시작
• 교수님이 강조하신 내용은 굵게 표시되었고, 이해를 돕기 위한 참고나 첨언은 회색, 빨간색, 파란색으로 표시
• 환절기 감기를 조심하고 행복한 일만 가득하길 바란다는 인사말 포함

치아와 치주조직 및 경조직의 성분

• 치아: 법랑질(치관의 표면을 감싸고 있는 조직) + 상아질(치아의 주요한 몸체) + 치수(신경 및 혈관 존재)
• 치주조직: 치아를 둘러싸고 있는 치은 + 치조골(잇몸뼈) + 치주인대 + 백악질로 구성된 조직
• 치아를 단단히 잡아주고 교합력에 대한 완충작용

치주조직의 종류

• 치은 (gingiva or gum): 치아 지지, 세균 침입 물리적으로 방어, 선천면역작용에 의한 세균에 대한 방어 작용
• 치조골 (잇몸뼈, alveolar bone): 치아를 단단하게 지지, 일반적인 뼈와 동일하지만 치아가 박혀 있음
• 치주인대 (periodontal ligament): 치근(치아 뿌리 부분)을 치조골과 결합, 저작력에 대한 완충작용
• 백악질 (시멘트질, cementum): 치근을 둘러싸고 있는 경조직, 세포성 및 무세포성 백악질 존재, 뼈와 유사하나 혈관과 신경이 없고, 교정력에 대한 흡수 저항성이 있음

경조직의 성분

• 척추동물의 뼈와 치아(경조직)는 인산칼슘, 특히 수산화인회석이 주성분
• 하위 생물에서는 탄산칼슘이 많이 존재
• 뼈는 칼슘이나 인산을 저장하는 저장소로 작용하여 생체 내 항상성에 중요
• 뼈, 상아질, 백악질 등 다른 경조직은 주로 1형 콜라겐을 유기성분으로 가지지만, 법랑질에는 1형 콜라겐이 없고 법랑질 단백질이 존재하며 석회화에 관여

석회화된 조직의 성분

• 뼈, 연골, 법랑질, 상아질, 백악질은 대표적인 석회화된 조직, 주된 무기성분은 수산화인회석(hydroxyapatite)
• 법랑질 제외 다른 경조직 주된 유기성분은 Collagen
• 법랑질에는 콜라겐 대신 Amelogenin이 주요 유기성분
• 수산화인회석은 칼슘(Ca)과 인(P)을 주원소로 포함

조직의 조성(WT%)

• 에나멜질: 무기물 97%, 유기물 1.5%, 물 1.5%
• 상아질: 무기물 70%, 유기물 20%, 물 10%
• 시멘트질: 무기물 60%, 유기물 25%, 물 15%
• 뼈: 무기물 65%, 유기물 25%, 물 10%
• 수산화인회석: 무기물 100%
• 석회화된 조직은 경조직이며, 무기성분은 수산화인회석으로 구성
• 경조직이어서 무기 성분이 많고 특히 에나멜의 경우 97%

수산화인회석(hydroxyapatite)

• 수산화인회석 단위포는 수산화인회석을 이루는 칼슘 등의 성분이 어떻게 배치되어 구조를 이루는지 설명하기 위해 도입된 개념
• 결정 격자에서 이온들 간의 상호관계를 간단하게 설명하기 위해 도입된 개념
• 수산화인회석을 구성하는 최소단위, 평행육면체 모양, Ca10(PO4)6(OH)2

단위포(Unit Cell) 구조

• unit cell들이 a1(가로), a2(세로)축을 따라서 모여서 폭이나 두께가 넓어지고, 또 c축을 따라서 확장되며 길이가 길어지는 형태
• 이것들이 모여 법랑 소주가 되고 법랑질이 형성
• a1(0.942nm) x a2(0.942nm) x c(0.688nm)
• 유닛 셀을 옆에서, 위에서 보았을 때 각각의 이온이 보이는 정도를 생각

단위포 내 이온의 위치

• C축의 1/4과 3/4 위에 수산이온이 위치
• 각각의 수산이온 주위에 각 3개의 Ca2+이 위치, 하나는 정삼각형, 하나는 역삼각형으로 배치
• 이 칼슘을 triangular Ca2+
• a1과 a2축의 끝(c축의 제일 아랫부분)을 연결할 때 생기는 대각선을 3등분할 때 1/3위치와 2/3위치에 각 1개씩 Ca2+ 위치, c축의 0과 1/2지점에 각각 2개씩 위치하고 columnar Ca2+
• 위쪽에서 보았을 때 OH기가 똑같은 c축에 있기 때문에 하나만 보이지만 아래쪽에 OH기가 하나 더 존재
• c축의 1/4높이에서 Ca+가 이루는 정삼각형과 3/4높이에서 이루는 정삼각형은 60° 회전된 형태
• c축에서 바라보았을 때, 정삼각형과 그 역삼각형 형태로 Ca2+를 볼 수 있다, 이렇게 Ca2+ 배치를 Screw Axis

화학식 계산

• 1개의 c축은 4개의 unit cell 구성, c축 기준으로 1개의 OH는 4개의 unit cell에 공통적으로 들어감
• 1개의 unit cell은 1/4의 OH를 가짐, OH를 공유 c축 4개 존재
• 1개의 unit cell에 OH 1개, OH가 c축의 1/4과 3/4에 위치 2배, 1개의 unit cell에 2개의 OH를 가짐
• 1개의 OH는 1/4씩 기여, 1개의 unit cell에는 1개의 c축에 2개씩 총 8개의 OH를 가지기에 8x(1/4)=2
• 칼슘 이온(Ca2+) 개수 계산
• 칼슘은 c축과 c축을 이은 선에서 1/3과 2/3지점에 위치하고 c축의 0과 1/2지점에 위치, c축의 1/2지점에 존재하는 칼슘 2개는 다른 unit cell과 공유 없이 한 unit cell안에 속하기 때문에 온전히 2개
• c축의 0지점에 존재하는 칼슘 2개는 아래쪽의 unit cell 공유, 따라서 2개의 unit cell이 2개의 칼슘을 공유, 1개의 unit cell에 1개의 칼슘 존재, c축의 1지점이 위에 존재하는 unit cell의 0지점과 같음
• 상기 이유로 1개의 칼슘을 가져 2개, Columnar Ca2+는 4개
• 옆의 그림에서 작은 노란색 동그라미가 Triangular Ca2+이다, 수산이온 주위에 각 3개의 Ca2+이 하나는 정삼각형, 하나는 역삼각형 배치
• 먼저 그림과 같이 온전히 unit cell 안에 있는 칼슘은 2개이고, unit cell의 경계에 있는 다른 unit cell과 공유하는 칼슘은 8/2 = 4개; Triangular Ca2+는 6개 결과적으로 Ca2+의 개수는 10개
• 인산 이온 (PO43-) 개수 계산
• Triangular Ca2+이 존재하지 않는 공간에 인산이온이 대칭적으로 존재, Triangular Ca2+와 계산법 유사, 인산이온은 6개

이온화

• 이온화는 인회석 결정을 둘러싸는 흡착 이온층 및 수화층에 영향을 받음

이종이온치환 시 인회석 결정성 변화

• 칼슘이 마그네슘으로 바뀌면 결정성이 낮아져서 결정이 작아진다
• 결과적으로 표면적이 넓어지고 산 용해도는 올라간다.
• OH-자리 F가 치환되면 결정성 증가, 불소가 들어가면 치아우식을 억제

Ca/P 비율

• 칼슘과 인의 비율은 석회화 정도 지표, 상아질(2.05)이 법랑질(2.09)보다 밀도 낮은 조직(석회화 덜 됨)
• 법랑질, 상아질은 순수한 수산화인회석만으로 이루어진 조직 아님

법랑질 내 Ca/P 비 변화 요인

• 수산화인회석 칼슘/인산 이온이 이종이온으로 치환
• 결정 표면에 칼슘이온 흡착 법랑질 발생 과정에서 칼슘 일부 결여되어 있는 인회석 생성(유전적/영양적 이유)
• 수산화인회석 전구물질(OCP, TCP, DCP, ACP)이 법랑질에 존재

인회석 전구물질

• 마그네슘이 존재할 때의 변화 잘 기억해야 하며, 그림 통해 전구물질 반응 확인 시 어려움 없음
• Octacalcium phosphate(OCP, Ca8H2(PO4)6·5H2O): 가수분해되어 수산화인회석 전환, Mg2+ 존재시 가수분해 후 TCP 전환
• 무정형인산칼슘(Amorphous calcium phosphate): 성숙한 법랑질에 미함유, 성숙한 사람 상아/쥐 뼈에 함유, 가수분해되어 수산화인화석으로 전환, 탄산이온 존재 시 탄산 함유 수산화인회석 전환, Mg2+ 존재 시 무정형인산칼슘 안정화 및 수산화인회석 전환 억제
• Tricalcium phosphate[TCP, Whitlockite (부수적 이름 기억), Ca3(PO4)2]: 생물계 존재 TCP는 항상 칼슘 일부 마그네슘으로 치환, Mg2+ 치환 TCP는 수산화인회석 전환 X, 치아우식증 이환 법랑질, 상아질, 건전 세관주위 상아질에서 발견
• Dicalcium phosphate dihydrate[DCPD, Brushite (부수적 이름 기억), CaHPO4·2H2O]: 산성 조건에서 DCPD가 수산화인화석보다 안정적 인산칼슘 형태, 치아표면 pH 5.5~5.6 미만 산 용액 노출 시 법랑질 용해 후 DCPD 생성
• 이 후, 구강 pH 회복 시 가수분해를 거쳐 수산화인회석 + OCP 생성, 용액 pH 낮을수록 생성 결정 크기 커지며 결정 양 증가, 산성 조건 지속 시 법랑질 인회석 용해 및 치아우식증 유발

인산칼슘의 종류 및 특징

• 수산화인회석, tricalcium phosphate(TCP), octacalcium phosphate(OCP), dicalcium phosphate dehydrate(DCPD)
• 수산화인회석은 여러 인산칼슘 거쳐 합성, 석회화 조직은 수산화인회석 비롯 다양한 인산칼슘 혼합
• 치석(dental calculus): 수산화인회석 55.3%, tricalcium phosphate 24.2%, octacalcium phosphate 20%, 무정형인산칼슘 8.9%

재광화

• 치아의 한 성분이 수산화인회석을 공급해주면 치아 재석회화에 도움을 줌
• 타액에 노출, 산성 시 치아 칼슘/인 빠져 용해되나 바깥 칼슘/인 농도 높아지면 재석회화
• 치아 우식 발생 후 수산화인회석 용해, 상아질세관 노출 시 자극 발생, 수산화인회석 채워 차단
• 외부 제공 수산화인회석에 미생물 바이오필름 형성시켜 흡착 촉진, 치태 형성 방지
• 치아 미백 활용

법랑질 미세구조

• 법랑질의 구조적 기본 단위는 법랑소주이며, 인회석 구조가 확장된 결정 형태
• 법랑소주는 수산화인회석 결정의 장축이 일렬로 배열된 것이며, 세관, 세관들이 모여 이 구조를 형성
• 법랑질은 인체 내 밀도 가장 높은 조직으로, 평균 밀도는 2.92 법랑소주의 외장은 유기성분 고농도, 결정과 결정 사이 공간 존재
• 결정과 세관 사이에는 수분/산이 드나들 수 있는 수용액 통로 작용
• pH 5.5~5.6 미만 산이 치태에서 생성 시 결정이 용해되어 치아우식증을 유발
• 용해된 자리는 수분으로 대체되며 우식 치아는 수분 함량 증가

법랑 소주의 횡단면

• 열쇠 구멍 모양(keyhole-shaped outline)이며, 위쪽 점처럼 보임, 아래쪽으로 사선 형태
• 법랑질 내 법랑소주 주행 방향은 머리 부분이 치아 교합면 향하도록 배열
• 외부 힘에 저항하는 구조