5장 치아이동과 생역학

교정치료는 치아에 힘을 주고 치주조직이 반응하게 하는 일이다. 이 장은 그 힘이 어떤 종류이고(교정력), 치아가 어떻게 움직이며(이동 양식), 무엇에 기대어 미는지(고정원), 치주조직에서 무슨 일이 일어나는지(골흡수와 골형성)를 순서대로 다룬다. 이어서 부작용인 치근흡수(root resorption), 상악골에 힘을 주는 급속구개확장(rapid palatal expansion)과 헤드기어의 역학, 입술과 혀의 근육압이 치열을 정하는 원리, 악간 고무줄(intermaxillary elastic)과 공간폐쇄의 역학을 정리한다.

시험은 세 가지를 반복해서 묻는다. 이동 양식마다 회전중심(center of rotation)이 어디이고 모멘트 대 힘의 비(moment-to-force ratio)가 얼마인가, 압박측(pressure side)에서 파골세포(osteoclast)가 어디에서 와서 무엇을 흡수하는가(직접 골흡수와 간접 골흡수), 그리고 어떤 장치가 어느 방향으로 힘을 주면 무엇이 어떻게 움직이는가이다.

호선(archwire)과 스프링의 강성 계산은 6장 호선 역학, 장치별 적응증은 6장, 치료의 단계와 재발은 7장에서 이어진다. 두개안면 성장은 1장, 입 주위 악습관(oral habit)이 치열을 바꾸는 과정은 3장, 저작근(masticatory muscles)과 얼굴표정근(muscles of facial expression)의 해부는 구강생물학 1장, 파골세포와 조골세포(osteoblast) 같은 뼈의 세포는 구강생물학 2장, 치근흡수 일반은 보존학 5장에 있다.

5.1 교정력의 종류

교정력(orthodontic force)은 시간이 지나면서 어떻게 줄어드느냐로 나눈다. 지속력(continuous force)은 줄어도 0이 되지 않고, 단속력(interrupted force)은 다음 내원 전에 0이 되며, 간헐력(intermittent force)은 장치를 빼면 0이 되고 끼우면 다시 생긴다.

교정력의 세 가지 양상

	지속력continuous force	단속력interrupted force	간헐력intermittent force
힘의 변화	줄어들어도 0으로 떨어지지 않는다	치아가 움직이면서 줄어 0이 되고, 다시 활성화할 때까지 0으로 있다	장치를 착탈할 때마다 생겼다 사라진다
예	NiTi 코일 스프링	활성화한 탄선, 스프링 루프	가철식 장치, 악외견인장치(헤드기어 등)

함정 단속력과 간헐력은 둘 다 힘이 0이 되지만 이유가 다르다. 단속력은 장치가 입안에 그대로 있어도 치아가 움직이면서 0이 된다. 간헐력은 환자가 장치를 빼서 0이 된다.

필요한 힘의 크기는 이동 양식마다 다르다. 압하(intrusion)에는 가장 약한 힘이 들고, 치체이동(bodily movement)에는 경사이동(tipping)의 두 배 안팎이 든다. 어느 경우든 목표는 치주인대(periodontal ligament) 혈류를 막지 않는 약하고 지속적인 힘이다(아래 치주조직 반응). 브라켓 폭경이 호선(archwire)의 강성에 미치는 영향은 호선 역학에서 다룬다.

5.2 치아이동 양식과 회전중심 빈출

치아를 하나의 강체로 보면, 힘이 저항중심(center of resistance)을 지날 때만 회전 없이 평행하게 움직인다. 힘이 저항중심을 벗어나면 힘의 모멘트(moment of force)가 생겨 치아가 돈다. 어떤 이동이 나오는지는 브라켓에서 힘과 함께 주는 모멘트의 크기, 곧 모멘트 대 힘의 비(moment-to-force ratio)(M/F)가 정한다.

용어

용어	뜻
저항중심center of resistance	이 점을 지나는 힘은 치아를 회전 없이 평행 이동시킨다. 단근치에서는 치조정(alveolar crest)과 치근단 사이, 치조정에서 치근 길이의 약 1/3–1/2 지점이다
회전중심center of rotation	치아가 실제로 도는 점. 힘과 모멘트의 조합에 따라 위치가 바뀐다
힘의 모멘트moment of force	M = F × d. F는 힘의 크기, d는 힘의 작용선에서 저항중심까지의 수직거리다. 멀수록 회전 경향이 크다
우력couple	크기가 같고 방향이 반대인 평행한 두 힘의 쌍. 순힘이 0이어서 이동 없이 순수 회전만 일으킨다. 치아의 어디에 걸든 치아는 저항중심을 중심으로 돈다. 모멘트는 Mc = F × d (F는 한 힘, d는 두 작용선 사이 거리)

이동 양식

이동 양식	가하는 것	회전중심	M/F
단순 경사이동uncontrolled tipping	치관에 단일 힘	저항중심보다 치근단 쪽. 치관과 치근단이 서로 반대로 움직인다	0
조절 경사이동controlled tipping	힘 + 모멘트	치근단	약 5–7:1
치체이동bodily movement	저항중심을 지나는 힘, 또는 힘 + 모멘트	무한대. 치관과 치근이 같은 양으로 평행 이동한다	약 10:1
치근이동root movement	큰 모멘트	치관. 치관은 거의 그대로이고 치근단이 움직인다	12:1 이상

M/F는 모멘트(g·mm)를 힘(g)으로 나눈 값이라 단위가 mm다. 상악 전치를 치체이동시키려면 브라켓에서 저항중심까지의 거리 약 10 mm와 같은 값, 곧 약 10:1이 필요하다.

같은 숫자로 풀어 본 예

브라켓에서 저항중심까지 10 mm인 상악 중절치의 브라켓에 100 g의 힘을 건다.

구하는 것	계산	값
힘의 모멘트 (치관이 쓰러지는 경향)moment of force	100 g × 10 mm	1,000 g·mm
단순 경사이동에 주는 우력uncontrolled tipping · couple	M/F 0	0 g·mm
조절 경사이동에 주는 우력controlled tipping · couple	M/F 7 → 7 × 100 g	700 g·mm
치체이동에 주는 우력bodily movement · couple	M/F 10 → 10 × 100 g	1,000 g·mm
치근이동에 주는 우력root movement · couple	M/F 12 → 12 × 100 g	1,200 g·mm
한 쌍의 힘 50 g, 작용선 사이 6 mm일 때의 우력couple	50 g × 6 mm	300 g·mm

치체이동의 우력은 힘이 만드는 모멘트 1,000 g·mm를 정확히 되돌리는 크기다. 그래서 두 모멘트가 상쇄되어 회전이 없다. 치근이동은 그보다 큰 우력이라 치관 쪽이 고정점이 된다.

호선 굴곡의 차수

차수	굴곡	조절하는 것
1차	협설 방향 in-out 굴곡	치아의 협설 위치
2차	근원심 경사	치관·치근의 근원심 기울기(팁)
3차	토크	치근의 협설측(buccolingual) 경사

원형 호선(round archwire)은 브라켓 슬롯 안에서 유격이 있어 토크를 전달하지 못한다. 토크, 곧 3차 조절은 치료 후기에 각형 호선(rectangular archwire)으로 한다.

함정 회전중심은 치체이동이 무한대, 조절 경사이동이 치근단, 치근이동이 치관이다. 단순 경사이동은 저항중심 보다 치근단 쪽이지 치근단 자체가 아니다.

암기 M/F는 경사이동(tipping) 0, 조절 경사이동 약 5–7, 치체이동 약 10, 치근이동 12 이상으로 커진다.

5.3 고정원

고정원(anchorage)은 반작용을 받아내는 쪽이다. 고정원 치아가 이동 치아보다 저항이 크면 이동 치아만 움직인다. 종류는 고정원이 무엇에 저항하는지, 몇 개가 버티는지로 나눈다.

고정원의 종류

종류	원리	요점
단순고정simple anchorage	고정원 치아가 경사이동(tipping)에 저항한다	이동 치아도 경사이동한다
정지성 고정stationary anchorage	고정원 치아가 치체이동(bodily movement)에 저항하게 장치를 짠다	같은 치아라도 치체이동시키려면 훨씬 큰 힘이 든다. 단순고정보다 단위 면적당 저항이 크다
상호고정reciprocal anchorage	양쪽 치아가 서로 반대 방향으로 같은 양을 움직인다	양쪽의 치근막 면적과 저항이 비슷할 때 성립한다. 양측 중절치를 서로 당겨 정중이개(diastema)를 닫는 경우가 대표적이다
강화고정reinforced anchorage	고정원의 저항을 키우려고 다수의 치아나 구외장치를 연결한다	치아 수를 늘려 치근막 면적을 늘리거나 헤드기어를 연결한다

함정 단순고정과 정지성 고정은 고정원 치아가 저항하는 이동이 다르다. 단순고정은 경사이동, 정지성 고정은 치체이동이다.

구외 고정원과 악간 고정원은 6장 헤드기어에서 다룬다.

5.4 치주조직 반응과 골흡수

치아를 미는 쪽(압박측)에서는 뼈가 흡수되고, 당겨지는 쪽(견인측)에서는 뼈가 생긴다. 약하고 지속적인 힘이면 압박측(pressure side) 혈류가 유지되어 직접 골흡수(frontal resorption)가 일어난다. 모세혈관압을 넘는 강한 힘이면 혈관이 막혀 치주인대(periodontal ligament)가 초자화(hyalinization)되고, 뼈는 골수강 쪽에서 간접 골흡수(undermining resorption)로 녹는다.

압박측의 두 가지 골흡수

	직접 골흡수frontal resorption	간접 골흡수undermining resorption
힘	약하고 지속적인 힘	모세혈관압을 넘는 강한 힘
압박측 치주인대pressure side · periodontal ligament	혈류가 유지된다	혈관이 폐쇄되어 무균성 괴사, 곧 초자화(초자양화라고도 한다)가 된다
파골세포osteoclast	치주인대 쪽에서 분화해 치조골(alveolar bone) 표면을 직접 흡수한다	초자화된 치주인대에서는 세포가 죽어 파골세포가 생기지 못한다. 인접 골수강의 파골세포가 치조백선(lamina dura)을 뒤쪽에서 흡수한다
치아이동	곧바로 일어난다	초자화 조직이 제거될 때까지 늦어진다

간접 골흡수의 순서는 퇴행성 변화(초자화), 괴사조직 제거와 골흡수, 지지조직 재형성이다. 괴사조직은 대식세포(macrophage)와 파골세포가 치운다.

견인측의 변화

단계	변화
치주인대periodontal ligament	섬유가 당겨지고 혈관이 확장되어 혈류가 늘어난다
골 표면	조골세포(osteoblast)가 활성화되어 미석회화 기질층인 유골층(osteoid)을 만든다
결과	유골층이 석회화되어 신생골이 된다

함정 직접 골흡수의 파골세포는 치주인대 쪽에서 오고, 간접 골흡수의 파골세포는 골수강 쪽에서 온다. 직접 골흡수의 조건은 혈관이 막히지 않는 약한 힘이라는 점도 같이 묻는다.

참고 교재와 시험은 직접 골흡수의 파골세포가 치주인대의 미분화 간엽세포(undifferentiated mesenchymal cell)에서 분화한다고 쓴다. 최근 교재는 파골세포의 전구세포를 혈액을 타고 오는 조혈계 단핵구로 설명한다. 감수

5.5 교정적 치근흡수

교정치료의 흔한 부작용은 치근단의 외흡수(external resorption)다. 상악 전치부에서 가장 잘 생기고, 힘이 크고 오래 쉬지 않을수록, 치주인대(periodontal ligament)가 넓게 초자화될수록 위험하다. 치수 감각은 대개 남아 있다.

위험 요인

요인	내용
호발 부위	상악 전치부, 특히 중절치와 측절치
과거력	치아 외상 병력이 있는 치아는 치주인대·치수 복합체의 반응성이 달라 흡수가 잘 생긴다
치근 형태	피펫 형태나 뾰족한 치근. 응력(stress)이 치근단에 몰린다
힘	과도하고 지속적인 교정력(orthodontic force). 쉬는 시간 없이 가해지면 압박과 허혈이 심해진다
치주인대 변화periodontal ligament	광범위한 초자화(hyalinization). 이를 제거하는 잠식성(undermined) 흡수 과정에서 인접한 백악질(cementum)과 상아질도 같이 흡수된다
저항 요인	미성숙 영구치(immature permanent tooth). 치근단이 열려 있고 혈류가 풍부하며 교정 중에도 치근 형성이 계속된다

감별

	교정적 치근흡수root resorption	만성 치근단치주염에 의한 흡수apical periodontitis
치수	대개 감각이 유지된다	실활되어 있다
방사선	치근단이 둥글고 뭉툭하게 짧아진다	치근단 방사선투과상(radiolucency)이 동반된다

함정 미성숙 영구치는 치근흡수에 약한 것이 아니라 저항성이 크다. 위험이 큰 쪽은 치근이 완성된 치아, 외상 병력이 있는 치아, 치근이 뾰족한 치아다.

5.6 급속구개확장과 헤드기어의 역학

급속구개확장(rapid palatal expansion)은 정중구개봉합(median palatine suture)을 벌려 상악을 옆으로 넓힌다. 벌어지는 모양은 위에서 보면 앞이 넓은 부채꼴이고, 앞에서 보면 아래가 넓은 삼각형이다. 헤드기어는 힘의 작용선이 상악의 저항중심(center of resistance)을 지나는지가 핵심이다. 치료의 임상 측면은 7장 급속구개확장, 헤드기어의 종류와 적응증은 6장에 있다.

급속구개확장의 역학

관점	양상	이유
직접 벌어지는 곳	정중구개봉합	성장기에는 봉합의 골격성 이개가 쉽다. 봉합이 골화된 뒤에는 외과적 급속구개확장(SARPE)이나 미니스크류 골고정원 확장(MARPE)을 고려한다
교합면에서 본 모양	앞이 뒤보다 넓은 부채꼴 (앞이 약 2배)	후방의 접형골(sphenoid bone)과 구개골이 저항해 회전중심(center of rotation)이 뒤에 있다
전두단면에서 본 모양	구개치조부가 비강 기저부보다 넓은 삼각형	전두비골봉합 부근을 중심으로 상악 복합체가 바깥으로 회전한다
상악 복합체의 변위	전방과 하방	하악은 후하방으로 회전해 하악하연각이 커지고 전치부 개방교합(open bite) 경향이 생길 수 있다

헤드기어의 역학

항목	내용
후상방 견인력이 상악 저항중심을 지날 때center of resistance	회전 모멘트가 없다. 상악이 회전 없이 병진하고, 전방과 수직 성장이 억제된다
하이풀 헤드기어	상악의 수직 성장을 억제해 하악이 반시계방향(전상방)으로 회전한다. 장안모와 개방교합 경향에 유리하다
악정형 목적의 힘	편측당 350–500 g (양측 700–1,000 g)
치아이동 목적의 힘	편측당 100–200 g

함정 급속구개확장 뒤의 하악은 후하방으로, 하이풀 헤드기어를 쓸 때의 하악은 반시계방향(전상방)으로 회전한다. 같은 상악 장치지만 하악의 회전 방향이 반대다.

5.7 협근기구와 치성보상

치열의 위치는 바깥의 입술·뺨과 안쪽의 혀가 주는 근육압이 평형을 이루는 곳에서 정해진다. 이 평형대를 중립대(neutral zone)라고 한다. 평형을 정하는 것은 연하나 저작의 크고 일시적인 힘이 아니라, 쉴 때 계속 작용하는 작고 오래 가는 압력이다. 이것이 평형이론(equilibrium theory)이다.

협근기구

항목	내용
구성	구륜근(orbicularis oris), 협근(buccinator), 익돌하악봉선(pterygomandibular raphe), 상인두수축근(superior pharyngeal constrictor)이 이어진 하나의 근육 고리. 구륜근에서 시작해 인두결절에 닿는다
익돌하악봉선의 역할pterygomandibular raphe	협근과 상인두수축근을 이어 고리를 완성한다
안쪽에서 맞서는 힘	혀

평형이 깨질 때

상황	치열의 변화
혀의 압력이 외압보다 지속적으로 크다 (거설증, 혀내밀기)	전치부 순측경사와 전방 돌출, 치간이개(tooth separation)
협근기구의 외압이 혀의 압력보다 크다 (구호흡, 비정상적인 구강주위근 활동)buccinator mechanism · mouth breathing	치열궁 협착과 총생(crowding)

함정 치열의 위치를 정하는 것은 힘의 크기가 아니라 지속 시간이다. 연하와 저작의 힘은 크지만 짧아서 평형을 바꾸지 못하고, 쉴 때의 입술·혀 압력은 작아도 오래 작용해 치아를 옮긴다.

치성보상

항목	내용
정의	골격성 부조화가 있을 때 치아가 스스로 기울어 교합과 저작 기능을 유지하는 현상
목적	정상적인 전치부 피개관계의 유지
예	골격성 III급에서 상악 전치는 순측경사, 하악 전치는 설측경사

치성보상(dentoalveolar compensation)을 일부러 풀거나(술전교정) 일부러 이용하는(절충치료) 치료는 7장에 있다.

5.8 악간 고무줄, 게이블 구부림, 공간폐쇄

악간 고무줄(intermaxillary elastic)은 윗니와 아랫니를 고무줄로 이어 맞서는 악궁을 고정원(anchorage)으로 쓴다. 걸리는 위치가 반대라서 II급과 III급이 정출시키는 치아도 반대다. 발치 공간을 닫을 때는 루프 호선(archwire)이나 슬라이딩 역학(sliding mechanics)을 쓰고, 치관이 공간 쪽으로 쓰러지지 않게 치근을 세워야 한다.

악간 고무줄

	II급 악간 고무줄intermaxillary elastic	III급 악간 고무줄intermaxillary elastic
거는 곳	상악 전방부(견치)에서 하악 후방부(대구치)	상악 후방부(대구치)에서 하악 전방부
하악	하악 대구치를 근심과 상방으로 견인(정출)	하악 전치가 설측경사·정출(extrusion)
상악	상악 전방부를 후방으로 견인	상악 대구치 정출, 상악 전치 순측경사
장기 착용의 결과	구치 정출로 수직고경(vertical dimension)이 늘고 하악이 후하방으로 회전	구치 정출로 하악이 후하방으로 회전해 하안면 고경이 길어진다

함정 정출되는 치아가 다르다. 하악 대구치의 정출은 II급 고무줄, 상악 대구치와 하악 전치의 정출은 III급 고무줄이다.

공간폐쇄

	루프 역학	슬라이딩 역학sliding mechanics
방법	호선에 폐쇄 루프를 넣고 활성화한다	호선을 따라 치아를 미끄러뜨린다
호선archwire	루프 호선	호선이 휘지 않고 팁과 토크를 조절할 만큼 단단한 각형 호선(rectangular archwire)(주로 스테인리스강)
문제	활성화하면 치관이 발치공간 쪽으로 쓰러진다	호선과 브라켓 사이의 마찰, 호선의 변형

루프 호선에는 게이블 구부림(gable bend)을 준다. 치관이 공간 쪽으로 기우는 모멘트를 되돌리는 반대 모멘트를 주어, 치근이 평행한 채로 치체이동(bodily movement)하게 하는 것이 목적이다.

복습

헷갈리는 쌍

쌍	가르는 기준
단속력 vs 간헐력interrupted force · intermittent force	치아가 움직여 0이 되면 단속력, 환자가 장치를 빼서 0이 되면 간헐력
단순 경사이동 vs 조절 경사이동uncontrolled tipping · controlled tipping	회전중심(center of rotation)이 저항중심(center of resistance)보다 치근단 쪽이고 M/F 0이면 단순, 회전중심이 치근단이고 M/F 약 5–7이면 조절
치체이동 vs 치근이동bodily movement · root movement	회전중심이 무한대이고 M/F 약 10이면 치체이동, 치관이고 M/F 12 이상이면 치근이동
단순고정 vs 정지성 고정simple anchorage · stationary anchorage	고정원(anchorage) 치아가 경사이동(tipping)에 저항하면 단순, 치체이동에 저항하면 정지성
상호고정 vs 강화고정reciprocal anchorage · reinforced anchorage	양쪽이 서로 반대로 같은 양을 움직이면 상호, 치아 수를 늘리거나 구외장치를 연결하면 강화
직접 골흡수 vs 간접 골흡수frontal resorption · undermining resorption	약한 힘, 치주인대(periodontal ligament)에서 온 파골세포(osteoclast), 혈류 유지 vs 강한 힘, 골수강에서 온 파골세포, 초자화(hyalinization)
압박측 vs 견인측pressure side · tension side	파골세포가 뼈를 흡수 vs 조골세포(osteoblast)가 유골층(osteoid)을 만들어 신생골 형성
교정적 치근흡수 vs 만성 치근단치주염에 의한 흡수root resorption · apical periodontitis	치수 감각 유지, 뭉툭한 단축 vs 실활, 치근단 투과상 동반
협근기구의 외압 과다 vs 설압 과다buccinator mechanism	치열궁 협착과 총생(crowding) vs 전치부 순측경사와 이개
II급 vs III급 악간 고무줄intermaxillary elastic	하악 대구치 정출(extrusion) vs 상악 대구치·하악 전치 정출

확인 문제

치아 이동에 따라 힘이 0이 되고 재활성화 전까지 0으로 있는 교정력은?
단속력
가철식 장치와 헤드기어가 내는 교정력은?
간헐력
단일 힘이 통과해야 치체이동이 일어나는 점은?
저항중심
힘의 모멘트는 힘의 크기와 무엇의 곱인가?
저항중심까지의 수직거리
우력이 일으키는 이동은?
저항중심을 중심으로 한 순수 회전
치체이동의 회전중심은?
무한대
치근이동에 필요한 M/F는?
12:1 이상
조절 경사이동의 회전중심은?
치근단
원형 호선으로는 못 하는 조절은?
토크(3차 조절)
고정원 치아의 치체이동 저항을 이용하는 고정은?
정지성 고정
압박측 치주인대 혈관이 막혀 생기는 무균성 괴사는?
초자화
간접 골흡수를 하는 파골세포가 있는 곳은?
압박측 치조골의 골수강
견인측에서 조골세포가 먼저 만드는 미석회화 기질층은?
유골층
교정적 치근흡수가 가장 흔한 부위는?
상악 전치부
치근흡수에 저항성이 큰 치아 상태는?
미성숙 영구치
급속구개확장 때 직접 벌어지는 구조는?
정중구개봉합
하이풀 헤드기어가 하악에 일으키는 회전은?
반시계방향 회전
협근기구에서 협근과 상인두수축근을 잇는 구조는?
익돌하악봉선
게이블 구부림의 목적은?
치근의 평행 유지
슬라이딩 역학으로 공간을 닫을 때 쓰는 호선은?
각형 호선

이 장은 치과의사 감수를 받는 중입니다. 틀린 곳이 보이면 아래 메일로 알려 주세요.

감수 목록

주소 끝이 #review일 때만 보입니다. 본문에 노란 감수 표시로도 붙어 있습니다.

5.4 치주조직 반응과 골흡수 — 카드는 기원을 치주인대의 미분화 간엽세포로 쓴다. 조혈계 기원을 함께 적어도 되는지 확인