광화학적 유도산화에 의한 치아미백원리

    류 희 성 
    스타화이트치과 원장

심미치과 분야에 대한 관심이 많아지면서 특히 심미치과학의 백미라 할수 있는 치아미백에 관련된 분야에서의 많은 발전이 되고 있고 실제 시중에 많은 장비와 약물들이 나타났다 사라지고 변화되고 있다.
최근 치아미백에 사용되는 라이트 장비와 약물들에 대해 어떤 장비가 유효한 장비인지 혹은 어떤 약물들이 좋은 약물인지에 대해 필자에게 물어오는 개원의들이 많다.

실제 질문들 속에서 느끼는 아쉬운 점은 치과의사들 조차 치아미백에 대해 정확한 이해 없이 단순하게 과산화수소를 도포하면 치아미백이 완성되는 것으로 생각하는 치과의사들이 대부분이라는 사실이다.
치아미백은 정도만 따른다면 쉽고 효과 좋은 치료임에 틀림없다. 치과의사들 스스로도 ‘치아미백은 치아를 하얗게 하는 것이다‘라는 생각을 가지고 있는 것은 잘못된 생각이다. 치아미백은 단순히 하얗게 하는 것이 아니라 치아를 맑고 밝게 하는 치료임을 환자에게 주지시키고 진료스텝 및 치과의사들 자신들도 명심해야 한다.

치아미백은 한 두 단계 밝아졌다고 끝낼 수 있는 것이 아니고 A1, B1의 밝은 shade도 종료시점이 아니다.
Bleaching Shade가 바로 치료의 끝시점이고 이시점이 relapse를 방지할 수 있는 최고효율의 종료시점이다. 하지만 현재 무분별하게 유통되어 지는 장비와 약물로 인해 치과의사의 피해 뿐만아니라 환자에게도 피해가 발생되는 사례가 증가하고 있다.
무분별한 장비와 약물을 사용하다가 문제가 발생하게 되면 그때는 이미 일반인들에게 치아미백에 대한 안 좋은 선입견과 편견만을 주게 된다.

치과의사에게는 불필요한 장비나 약물 구입에 따른 물질적인 손실이 크지만 실제 환자에게 발생되는 피해는 치과내에서의 치아미백에 대한 불신으로 시작해서 다른 치료에 대한 불신까지 발생되므로 신중하게 생각해야 되는 문제이다.

다음에 서술하는 내용은 2006년 최신치아미백세미나에서 발표했던 내용을 간략히 정리한 것이다
고전적인 치아미백원리에서부터 최신 치아미백에 사용되는 치아미백원리를 통해 앞으로 치아미백의 기전이 얼마나 어떤 방향으로 발전할지 알 수 있을 것이다.

아울러 최근에 많은 질문을 받는 치아미백에 사용되는 여러 가지 라이트장비의 효용성과 약물의 안정성 및 효용성에 대한 궁금증에 대한 해답 제시와 항상 필자가 강조하던 탈수미백을 방지하면서 미백폭발을 발생 시킬 수 있는 원리에 대한 해답을 찾을 수 있을 것이다.
우선 결론은 "치아미백에 과산화수소와 광원은 상호작용을 가능하게 하고 효과를 급진전시킨다"이다.차후 탈수미백과 미백폭발에 대한 내용은 발표하고자 한다.

광화학적 유도 산화(Photolytic induced oxidation)에 의한 치아미백원리-2006년 Ryu Hee-sung

1.치아미백에 적용되는 최신 치아미백 이론과 향후 개발되는 방향 제시

고전적인 치아미백원리(1)Acid 에 의한 산부식(2)기계적인 마모에 의한 법랑질 성형(3)과산화요소(CH6N2O3)-과산화수소(H2O2)+요소(CH4N2O)(4)과산화수소(H2O2)-H2O+O2(5)요소(CH4N2O)-CO2+NH3고전적인 이론에서는 변색물질의 주성분인 유기물질을 분해하는 것이 아니라 분리하는 방법이다. 즉 공기방울 세탁기의 원리로 보면 무리가 없을 것이다. 여러 약물들을 이용하여 산소를 발생시켜 유기변색 물질을 치아표면에서 분리하거나 기계적인 물리력을 가하여 치아표면에서 유기변색물질을 분리하는 원리이다.최신치아미백원리(1)유기물질의 분해

(2)H2O2의 분해에 의한 산화과정최신흐름은 치아미백에 가장 많이 사용되는 과산화수소를 분해하여 얼마나 많은 강력한 자유라디칼을 생성하느냐가 관건이며 자유라디칼이 유기변색물질에 분해하여 치아표면에서 탈색하거나 제거하는 원리이다.
결국 강력한 자유라디칼을 얼마나 많이 생성 할 수 있는가에 따른 장비와 약물의 개발에 초점이 맞추어져 있다.

다음은 치아미백에 적용할 수 있는 이론들이고 현재 장비와 약물개발에 실제 적용이 되는 광화학적 유도산화와 관련된 이론들이다.①UV산화-유기물이 광에너지 흡수하여 들뜬 상태로 전환되며 산소와??반응하여??라디칼이온 생성 분해약물 없이 광선만으로 미백이 가능하다는 필자의 가설을 입증한 경우이다필자가 부산 세미나 전에 일본 연자와 토론 하면서 그동안 궁금했던 문제에 대해 질문을 했었다"혹시 약물 도포를 하지 않고 광원만으로 치아미백이 되는 걸 경험하신 적이 있습니까?"답변은 "처음 들어보는 말인데 연구해볼만한 가치가 있다"라고만 대답을 하였다. 필자가 이런 질문을 던진 이유는 실수로 미백 중에 약물도포를 하지 않고 광원만으로 미백을 한 케이스가 있었는데 치아미백이 진행이 되었던 경험이 있기 때문이다. 이 이론에서 본다면 광워만으로 치아미백이 가능하다는 것을 증명 할 수 있다.

②UV/H2O2-과산화수소+UV조사시 생성되는 OH라디칼이용 유기물 분해 현재 효과가 가장 우수한 이론이며 가장 접하기 쉬운 치아미백의 원리이다. 가장 저렴한 비용으로 치아미백을 할수 있는 방법이다.

③O3/UV-자외선 에너지에 의한 흡수성이 놓은 오존이용 광분해를 촉진 유기물분해 효과는 이론적으로 인정하지만 오존의 유해성으로 치아미백에는 이용하기 어려운 이론이다.

④TiO2/UV-반도체성질을 지닌 광촉매제 TiO2에 UV조사하여 활성되면 방출된 전자가 수중의 용존 산소 혹은 과산화수소와 반응하여 OH라디칼 형성 유기질 분해 이 이론은 최근 개발되고 있는 약물에 적용이 되고 있는 이론이다. 현재 이 이론을 근거로 제품이 출시되어 있지만 효용성의 문제에 있어서 성공하지는 못했으며, 2번째 이론과 비교하여 효율성 문제로 인해 아직 개발 진행 단계이다. 과산화수소를 배제한 광원만을 이용하여 치아미백을 가능하게 할 수 있다.

⑤Fenton 산화법-과산화수소와 Fe2+이온혼합하면 강한 산화력을 지닌 OH라디칼 형성 유기질 분해
현재와 미래 약물개발에 있어 광선을 배제할 수 있는 약물에 적용 가능한 이론이며, 이미 몇몇 외국에서 제조되는 약물에 적용된 이론이다. 역시 효용성에 있어 좀 더 발전되어야 한다.

2.치아미백에 사용되는 광선의 가장 효율적인 파장의 크기다음은 최신 치아미백 원리에 이용되는 광선과 약물에 의한 조합이론에서의 단순히 광원의 파장에만 관련한 실험결과이다.

 Human이나 치아를 상대로 한 임상 데이터는 아니지만 가장 쉽게 적용되고 이해될 수 있는 실험 데이터이다.광원과 약물과의 상호작용이 가능한가라는 문제에서 "치아미백에 가장 유용한 파장대는 무엇인가?"라는 의문에 대한 해답을 줄 수 있는 실험이다.이 실험에 사용된 benomyl은 전세계에서 일반적으로 사용되는 약품이다. 이 약품은 농약의 종류로 과일이나 기타 여러 생물체에 매우 강한 흡착력을 가지고 있어 air나 물에 의한 세척에도 제거가 되지 않는 약품이다. 이 약품의 흡착력에 주목을 하면서 이해하면 된다.benomyl을 치아변색물질로 이해하고 이 약품이 잔류되어 있는 식품을 치아로 보면 된다. 이 강한 흡착력이 있는 약품이 실험 조건(광원과 과산화수소)에서 얼마나 제거(분해)되는가를 볼 수 있을 것이고 치아미백의 원리에 적용 할 수 있을 것이다.

<그림 1>Removal Efficiency of benomyl attendant upon wavelength of UV lamp(각각의 과산화수소 농도/60분) 자외선 파장대인 350nm이하의 파장대 중에서도 350nm의 파장대에서 급격하게 약품이 제거 되는 것을 볼 수 있다. 생물체에 영향을 주는 100~300이하의 파장대에서는 반응의 변화가 적었다. 다른 가시광선 영역에서는 거의 제거가 안되었다. 치료자외선으로 사용이 되는 안전한 파장대인 자외선이라 하여도 잇몸 태닝현상이 나타나는 것은 효과광원에 자외선이 포함이 되어 있는 이유 때문이다.그래서 치아미백에 사용하는 장비와 약물에는 Lip protect cream과 치은을 모두 완벽히 보호 할 수 있는 gingidam이 필요한 것이다.흔히 쉽게 생각하기를 gingidam의 기능이 과산화수소와 치은의 접촉에 의한 burning현상만을 예방하기 위한 재료라 생각하고 있는 경우가 많다. 하지만 치아미백시에 광원으로부터 완벽하게 치은을 보호하는 기능이 있음을 명심해야 한다.결론은 ‘각각의 과산화수소 농도에서 자유라디칼을 가장 많이 발생시키는 유효파장은 안전한 350nm의 파장이다’

3.치아미백에 사용되는 약물 중 "왜 과산화수소인가"와 안정성다음은 가벼운 마음으로 집고 넘어갈 내용이다.

내용은 가볍지만 현재 외국과는 달리 치아미백에 사용되는 과산화수소가 유해하다는 여론을 생각해 보면 마음이 무겁다. "치아미백에 사용되는 약물로 왜 과산화수소를 선택하였는가?"(1)여러 산화제중에서 화학적산화에 이용
우선 비용이 저렴하고 손쉽게 얻을 수 있고 보관상 문제점을 해결하기 쉬운 산화제이다.

(2)오존과는 다르게 손쉽게 다룰 수 있으며 물에 대한 용해도가 무한대 물에 대한 용해도가 무한대 이므로 친환경적이고 특별한 지식 없이 안정된 약물을 사용 할 수 있는 핸드링이 쉬운 약물이다.(3)Gas나 슬러지의 발생이 없는 환경친화적 물질 (4)강한 산화력과 색소제거 능력 탁월 색소나 기타 여러 화학적 유기적 물질을 제거 할 수 있는 저렴한 약물이다.(5)유기물질 뿐만 아니라 무기물질 처리에 널리 이용유기질 뿐만아니라 무기질 처리에도 널리 사용되는 안전한 약물이다.(6)안정성 자연 생체내에서 생성되며 human liver에서 270mg/hr, 6.48g/day정도  생성된다. 쉽게 접하는 자가미백제 10%의 의미는 “과산화 요소가 10%들어있다”란 의미이다.그렇다면 과산화수소는 3.6%가 포함이 되었다고 생각하면 된다. 법적으로 규제하는 과산화수소의 농도가 3%대 이상이기 때문에 국내에서 허가 받을 수 있는 유일한 농도라고 볼 수 있을 것이다. 자가미백을 하면서 아무리 많은 양을 사용한다고 하더라도 10g을 사용하는 것은 어렵다고 볼 수 있다.

하지만 10g을 무의식중에 다 마셔버렸다라고 가정해보자.자가 미백제10g을 마셨다 = 자가미백제 중 1g의 과산화요소를 마셨다 = 0.36g 의 과산화수소를 마셨다.한 시간에 간에서 생성되는 과산화수소 양과 비슷하다 또한 마셨다 하더라도 물에 대한 용해도가 높기 때문에 체외로 거의 다 배출된다.유해성의 논란은 이런 이유로 종식되어야 한다. 자가미백제도 과산화수소가 있고 카바마이드가 있다카바마이드는 밤에 착용하고 자는 overnight용이다, 왜 밤새 착용해야 하는지는 추후에 기회가 있으면 지면에 발표하고자 한다. 최근 모 기사에서 자가 미백제를 밤새 착용하지 말라고 했는데 2~3시간 착용시길 것이면 차라리 하지 않기를 바란다. 이유는 극히 효과가 없기 때문이다.과산화수소는 day용이다. 이것은 밤새 착용하면 안된다. 안되는 것이 아니고 밤새해도 되지만 효과가 없기 때문이다. 현재 일반인이 사용 할 수 있는 과산화수소의 허가농도보다 의료인이 사용 할 수 있는 과산화수소 농도가 낮다는 것은 문제가 있다.이미 활용도가 높은 과산화수소의 안정성을 입증하는 논문이 많이 나왔지만 옛 법규에 의해 제한이 되는 것을 풀지 못하고 법적인 잣대에 맞추어서 제한하려고 하는 움직임은 잘못된 것이라 본다.

4.치아미백에 사용되는 과산화수소의 최적 고효율의 농도

"왜 20%의 과산화수소인가?"다음 데이터에 사용된 화학 약품(치아변색물질)은 앞에서 사용된 benomyl과 chlorothalonil이다. 위 두 약품 역시 농약의 일종으로 유기질과 무기질에 흡착성이 매우 강한 물질로 물세척만으로는 제거가 되지 않을 정도의 강한 흡착력을 가지고 있다.실험은 앞서 실험에서 가장 효용성이 높은 350nm의 파장의 광선을 이용하여 광선을 이용하지 않고 과산화수소의 농도만을 증가시키면서 제거 효과를 실험하였으며, 350nm의 광선조합으로 다시 실험하여 최적의 제거 효과를 보이는 과산화수소 농도를 얻었다.

<그림2>과산화수소 농도에 따른 고체상 표면에서 잔류농약의 제거효율(λ=350nm, reaction time=60min)

첫번째 도표는 benomyl을 이용 광원사용유무에 따라 60분간 조사하면서 과산화수소 농도에 따른 변화이다.
광원을 사용하지 않았을 경우 농도에 따른 큰 제거효과차이는 없었다. 광원사용(앞선 실험에서 가장 효과가 높앗던 350nm파장)시 20%~30%농도에서 다른 농도에 비해 2배의 제거효과가 나타났다. 도표에는 나타나지 않지만 실제 30%이상의 농도에서는 20%대의 효과와 큰 차이가 없었다.두번재 도표는 chlorothalonil을 이용 광원사용유무/과산화수소 농도 변화/60분간에 따른 제거 변화이다.광원미사용시 과산화수소 농도의 변화에 다른 제거효과에 영향을 주지 않았다. 광원사용시 20%농도에서 급격히 제거 효과가 증가되어 30%의 농도에서 다시 효과가 감소됨을 알수 있다.이 표를 통해 다음을 알 수 있다.

① 최적의 효과를 나타내는 과산화수소 농도는 20%~30%이다.

② 광원(350nm)의 사용이 효과를 나타내는데 많은 역활을 한다.

③ 30%이상의 과산화수소와 광원의 사용은 효과를 변화시키지 않는다.

필자가 주장했던 35%의 고농도 과산화수소의 경우 탈수미백을 일으키는 위험한 농도이며 광원과 조합을 하지 않는 것이 탈수를 예방하는 방법이고, 또한 고농도의 과산화수소에 광활성재료를 넣는 것은 무의미 하며 과민증상만을 가중시킨다라는 가설에 대한 답변이 될 수 있을 것이다.필자가 주장하던 여러가지 가설들은 위 실험 데이터를 접하기 전에 임상 evidance를 통해  느끼고 정리했던 가설이었다.이론적으로의 가설을 이론으로 정립하기 위해 부족했던 임상데이터를 위 실험을 통해 어느정도 입증한 셈이 되었다고 볼 수 있다.시중에 나오는 장비와 약물들에 대부분은 ‘치아미백효과가 있다’라는 임상자료뿐이다. 이제는 치아미백장비나 약물은 치아미백의 되는가 안되는가의 문제가 아니라 얼마나 효용성이 있는가라는 질적인 관점에서 개발되고 진행이 되어야 할 것이고 치과의사에 의해 효용성이 검증되어야 한다.이제 두가지는 확실해 졌다고 볼수 있을것이다.첫 번째, 최적의 광원의 파장은 350nm이다.두 번째, 최적의 과산화수소 농도는 20%대이다

5.치아미백에 사용되는 광선의 최적 고효율의 시간

<그림3> UV, H2O2, UV/H2O2에 따른 베노밀(benomyl)의 분해 (λ=350nm, H2O2=20%)

(1) non-UV without H2O2
아무런 처치 없이 실험을 하였을때 큰 변화량이 없었다.
(2) UV without H2O2
10분에서 15분 사이에 큰 변화량이 보였다.
(3) non-UV with H2O2
과산화수소 적용시간에 비례하여 변화량이 증가되었다. 
(4) UV with H2O2
초기서부터 많은 변화량이 관찰이 되며 20분정도 까지 큰변화량을 보였다.

<그림4> UV, H2O2, UV/H2O2에 따른 클로로타로닐(chlorothalonil)의 분해 (λ=350nm, H2O2=20%)

(1) non-UV without H2O2
반응을 보이지 않았다.
(2) UV without H2O2
위의 실험과는 달리 약간의 반응을 보였다.
(3) non-UV with H2O2
위의 실험과는 달리 거의 반응을 보이지 않았다.
(40.UV with H2O2
5분에서부터 유의할 정도의 변화를 보였다

위의 실험에서 보듯이 광선과 약물의 조합으로 했을 경우 큰 변화를 볼 수 있다. 적정시간은 약물만 사용시 20~30분 내외 복합치료시 20분 내외로 보면 될 것이다.

6.치아미백에 사용되는 광원의 치아와의 거리에 따른 효율

UV lamp 조사거리에 따른 제거효율 실험을 실시하였다. 최단 거리와 과산화수소 분사 각도 등을 고려하여, 25cm∼55cm의 범위에서 5cm 간격으로 거리에 따른 제거 효율실험을 하였다.
UV lamp의 조사거리가 30~35cm일 경우 기타 다른거리에서 결과에 비해 높은 제거효율을 보였고, 베노밀의 경우 조사거리가 30cm일 때 초기 농도가 4.3㎎/L에서 반응 후 잔류하는 benomyl의 농도가 1.25㎎/L로써 약 70%의 제거 효율을 나타냈으나 35cm이상의 조사거리에서는 제거효율이 대부분 60% 미만인 것으로 관찰되었으며, chlorothalonil의 경우에는 25cm에서 0.7㎍/㎠, 35cm에서는 0.53㎍/㎠의 chlorothalonil이 제거되었다. 위 실험을 통해 20~30cm정도의 거리가 유효거리라는 사실을 알수 있다.

위의 실험들을 보면 잔류농약제거에서의 효율을 치아에 적용해보면 치아미백에 있어 광선과 약물의 조합이 최근 치아미백의 술식에 있어 가장 효과가 좋은 방법이다라는 것을 알수있을 것이다.

(참고) A Study of Residual Pesticide Removals on the Surface of Solid Phase Using Photooxidation Process-Taejin Lee, Soojeung An* /Department of Environmental Engineering, Seoul National University of Technology / ENECO*

약력
강릉대학교 치과대학
스타화이트 네트워크 대표
해운대 스타화이트치과 원장
대한 치아미백 임상연구회 회장

발문 1 무분별한 장비와 약물을 사용하다가 문제가 발생하게 되면 그때는 이미 일반인들에게 치아미백에 대한 안 좋은 선입견과 편견만을 주게 된다. 치과의사에게는 불필요한 장비나 약물 구입에 따른 물질적인 손실이 크지만 실제 환자에게 발생되는 피해는 치과내에서의 치아미백에 대한 불신으로 시작해서 다른 치료에 대한 불신까지 발생되므로 신중하게 생각해야 되는 문제이다.

발문 2 시중에 나오는 장비와 약물들에 대부분은 ‘치아미백효과가 있다’라는 임상자료뿐이다. 이제는 치아미백장비나 약물은 치아미백의 되는가 안되는가의 문제가 아니라 얼마나 효용성이 있는가라는 질적인 관점에서 개발되고 진행이 되어야 할 것이고 치과의사에 의해 효용성이 검증되어야 한다.