October 22, 1999 / 48(41);933-940

공중보건 업적들, 1990-1999 : 충치를 막기위한 수돗물 불소화

Achievements in Public Health, 1900-1999: Fluoridation of Drinking Water to Prevent Dental Caries

 

마시는 물에 불소를 첨가하는 것 (이하 간략하게 수돗물 불소화라 칭함)은 20세기 후반기에 충치 발생을 줄여준 가장 중요한 요인이다. 수돗물 불소화의 역사는 임상적인 관찰에서 역학조사로 이어지고 이것이 그 사회의 공중보건에 참여하게 되는 가장 고전적인 사례이다. 비록 불소를 함유하고 있는 다른 제품들이 사용가능하지만 수돗물 불소화만큼 한 지역의 거의 모든 사람들 특히 그들의 나이, 교육력, 경제적인 수입에 상관없이 불소를 이용하게 하는 효과적이고 쉬운 방법은 없다.

Dental Caries (충치)

충치는 감염성이고, 전염이 가능하고, 여러 가지 원인에 의해서 생기는 병으로 박테리아가 치아의 에나멜층을 녹여서 발생한다. 박테리아는 제거되지 않는다면, 계속 뚫고 들어가 그 아래의 dentin (상아질)에 도달하게 되고 계속 진행되면 연한 펼프조직에 도달한다. 충치는 치아를 잃어 버리고 매우 불편함을 초래한다. 치료되지 않은 충치들은 아무것도 하지 못하게 하는 통증을 유발하며, 박테리아의 감염은 펄프조직의 괴사, 치아가 빠지고 기능을 잃게 하며 급성으로 신체의 감염으로 진행할 수 있다. 충치를 일으키는 원인은 치아의 플라크의 특정한 박테리아 (특히 Streptococcus mutans and lactobacilli)가 치아의 감염이 쉬운 표면에 존재하고 이런 박테리아가 발효(fermentable)할 탄수화물 때문입니다.

20세기 초에는 미국과 대부분의 선진국에서는 심한 충치는 매우 흔했다. 이러한 질병을 막을 효과적인 조치 (measure)가 전혀 없었고 가장 흔하게 행하는 치료는 충치를 뽑는 것이었다. 최소한 6개의 치아가 서로 아래위 짝이 맞아야 한다는 규정은 1,2차 대전에 군인으로 복무를 원할 때 가장 큰 결격 사유로 작용했다. 선구자적인 구강 역학연구자들은 충치가 존재한다는 것 자체만으로는 미국의 거의 대부분의 사람들이 충치를가지고 있기 때문에 역학조사를 하기에 도움이 되지 않으므로 충치를 decayed, missing, filled teeth (DMFT) 혹은 decayed, mission, filled teeth surface 로 나누어서 정리하였다. DMFT index를 이용한 미국 전역에 걸친 역학조사는 1930년과 1940년대에 정량적으로 분명하게 지역마다 분명하게 차이가 있다는 것을 보여주었다. 이 방법은 치료제의 확인과 효과를 확인하는데 중요한 것으로 증명되었다.

History of Water Fluoridation

1901년 콜로라도주의 콜로라다 스프링스에 치과를 개업한 직후 Dr. Frederick S. McKay는 특이하게 자신의 환자중에는 많은 사람이 치아에 영구적인 색깔이 있거나 혹은 "에나멜에 반점이 생긴 것(이하 반점치라 함)"을 알았다(6).  그 지역 사람들은 이것을 "Colorado brown stain"이라고 불렀다. 그가 몇 년간을 조사한 결과 맥케이는 주민에게 공급되는 물이 반점치를 일으킨다고 결론을 내렸다. 맥케이는 이러한 현상을 보이는 치아가 충치에 덜 민감한 것으로 보이는 것 같다고 관찰했다(7).

알칸소주의 Bauxite의 치과이사인 Dr. F. L. Robertson은 그 지역에 물을 공급하기 위해서 깊은 우물을 판 1909년 이후로 어린이들 사이에 반점치가 존재하게 된 것을 지적했다. 물속의 어떤 성분이 반점치를 일으킨다는 가정은 결국 지역 공무원들이 1927년에 그 우물을 포기하도록 만들었다. 1930년대에 Aluminum Company of America 라는 알루미늄 제조 회사는 그 지역에 알루미늄의 원료가 되는 bauxite(보크사이트)의 광산을 가지고 있었는데 그회사의 화학자인 H.V. Churchill은 새로개발된 그 버려진 우물에서 spectrographic analysis 으로 그 우물물에 불소가 고농도(13.7 ppm)로 존재하는 것을 밝혔습니다. 불소이온 (불소원소의 이온형태)은 토양과 물에 흔하게 존재하는 것이지만 대부분의 경우에 매우 낮은 농도 (1.0 ppm 이하)로 존재한다. 새로운 분석방법에 대한 이야기를 들은 멕케이는 반점치가 나타나는 지역의 물 샘플을 처칠에게 보내서 분석을 의뢰했다.  이들 샘플들은 매우 높은 불소이온 농도 (2.0 - 12.0 ppm)을 보이고 있었다.

반점치에 대한 원인물질이 발견되자 1931년 미국 보건연구소 (NIH)에 Dental Hygiene Unit이 만들어지고 Dr. H. Trendley Dean이 책임을 맡게 되었다. Dean의 가장 기본적인 책임은 과연 불소이온과 반점치와의 관계에 대한 것이었다. mottled enamel이라는 말은 fluorosis로 대체되었고, Dean의 광대한 역학관찰조사를 1942년까지 실시했다. 그는 dental fluorosis를 좀더 여러 단계로 구분하여 정리했는데 Very mile fluorosis는 작고 뿌연 "종이처럼 흰색"의 반점이 치아 전체의 25% 이내, Mild fluorosis는 26-50%, Moderate dental fluorosis는 치아전체가 반점이 생긴 것이며 갈색의 점들이 모이는 단계이고 Severe Fluorosis는 에나멜층에 구멍이 생기고 갈색으로 변하게 되고 조금씩 부식이 되는 단계로 정했다.

Dean은 반점치에 대한 자료를, 다른 연구자들에 의해서 어린이들의 충치에 대해서 26개주에서 조사한(DMFT로 측정) 자료와 비교하여 보았으며 충치와 반점치는 뚜렷하게 반대의 경향을 보이고 있었다(10) 이러한 상관관계는 콜로라도,일리노이즈, 인디아나, 오하이오의 21개 시에서 연구함으로써 재확인되었다(11). 충치는 그 지역의 물이 불소가 많이 공급되는 지역일수록 줄어들었으며 1.0 ppm 이상의 지역에서부터 이러한 효과가 나타나기 시작했다. 1.0 ppm의 농도에서는 반점치의 숫자는 낮았고 대부분이 very mild 하였다.

충치가 음용수의 불소의 농도를 거의 수준에서 1.0 - 1.2 ppm 정도로 조절하므로써 막을 수 있다는 가설은 실제 4쌍(불소화 및 안한 도시)의 도시를 기준으로 해서 1945년부터 테스트 되었습니다. (Grand Rapids and Muskegon, Michigan; Newburgh and Kingston, New York; Evanston and Oak Park, Illinois; and Brantford and Sarnia, Ontario, Canada.)

이후에 13-15년이 넘게 이 지역의 조사를 한 결과 불소화를 한 지역의 어린이들의 충치가 50-70% 줄어들었습니다(12). 불소화 지역의 반점치는 자연적으로 1 ppm의 물을 마시는 지역과 차이가 없었습니다. 또한 물의 소비량에 따른 불소의 농도에 대한 역학조사는 각기 다른 기후조건과 지리적인 요건을 갖춘 지역에서 1962년부터 실시했으며, 여기서 불소의 농도는 0.7 - 1.2 ppm이 적당한 것으로 알려졌습니다. 날씨가 더운 지역에서는 물의 소비가 많아지기 때문에 불소의 함량은 낮은 것이 좋고 추운 지역의 불소의 함량은 높게 권장되고 있습니다(13)

수돗물 불소화가 충치를 막아준다는 것은 미국 전역의 도시에 공중보건 조치로 빠르게 적용되었습니다. 결과적으로 20ㅔ기 후반에 충치의 발생은 급격하게 감소하게 되었습니다. 예를들면 12세의 DMFT 평균은 1966-1970년 4.0에서 1988-1994년 1.3으로 68%나 감소를 하였습니다(CDC, unpublished data, 1999) 이에 The American Dental Association, the American Medical Association, the World Health Organization과 다른 전문적이고 과학적인 기관에서 소돗물 불소화에 대해서지지를 표명했습니다. 수돗물 불소화에 대한 잇점에 대한 지식은 불소를 사용하게 하는 다른 방식 예를들어 치약, 겔, 가글, 알약, 물약등을 개발시켰습니다. 유럽과 라틴 아메리카에서는 몇몇 국가들이 table salt 에 불소를 첨가하고 있습니다.

 

Effectiveness of Water Fluoridation

불소화된 지역에서 살고 있는 사람들의 효과는 초기에는 50% - 70%로 보고되었습니다. 그러나 1980년대 평균 DMFS는 불소화 지역의 어린이는 비 불소화 지역의 어린이에 비해서 18% 정도 낮을 뿐입니다(15). 1979년-1989년 불소화에 대한 효과를 조사한 결과에 의하면 젊은 사람의 경우 충치가 8-37% 감소 (평균 26.%) 했다고 보고하고 있습니다(16).

불소화를 시작한 초기엔 충치는 불소화 지역뿐만 아니라 비불소화지역에서 같이 감소하는데 이것은 음식이나 음료수에 불소가 포함된 물을 이용해서 만들어져서 불소화가 되지 않은 지역으로 판매된 것과 불소가 함유된 치약등이 널리 사용되었기 때문이다(17). 불소치약은 충치를 막는 효과적인 방법이다. 그러나 그 효과는 사용하는 사람들이 얼마나 자주 사용하는가와 부모의 관심에 달려있다. 이와는 반대로 수돗물 불소화는 그 지역사회의 모든 주민에게 퍼지게 되고 그 사람의 습관에 영향을 받지도 않는다.

비록 초기의 연구들이 어린이를 대부분이 어린이를대상으로 하고 있지만 불소화는 어른들의 충치를 막는데도 효과적이다. 불소화는 에나멜충치를 20-40% 막아주며(16) 특히 노인에게서 치아의 뿌리 표면 부분이 노출되었을 때 여기에 충치가 생기는 것을 막아줄 수 있다.

수돗물 불소화는 특히 사회경제적으로 빈곤한 사람이 살고 있는 지역에서 유익하다(18) 수입이 많은 사람들이 치아 치료나 다른 불소제품에 대해서 가지는 것보다 소득이 적은 지역의 사람들이 충치 치료에 훨씬 부담을 가지고 있다. 수돗물 불소화는 이러한 보건의 불균형을 감소시켜준다.

생물학적 기작 (Biologic Mechanism)

불소의 충치 예방 성질은 처음에는 불소가 치아가 발달중에 에나멜층에 변화를 주기 때문으로 생각했는데 이는 불소와 에나멜층의 표면의 변화의 관계와 치아가 발달하면서 에나멜층에 결함된 불소가 좀더 산에 강한 미네랄이라는 것에 근거를 두었다. 그러나 실험실과 역학조사결과는 불소는 불소는 특히 처음으로 치아가 나는 순간에 더욱 효과적이라는 것을 알 게 되었고 이것은 특히 어른과 어린이에게 매우 중요한 것이었다(1). 이 기작에는 1) 미네랄이 빠져나가는 것을 막아주고, 2) 미네랄이 결합하는 것을 도와주고 3)플라그에 박테리아의 활동을 막아주는 것을 포함하고 있다.

에나멜과 dentin은 미네랄 결정 (특히 칼슘과 인산염)으로 되어 있는데 이것들은 유기 단백질과 지질 matrix에 결합되어 있다. 치아의 미네날은 특히 탄수화물을 분해(발효)해서 살아가는 부식성 박테리아가 내놓은 산에 의해서 쉽게 녹게 되는데 물에 포함된 불소는 치아의 플라그에 농축되어서 산에 의해서 치아의 미네랄이 녹는 것을 충분히 막아주게 된다.

불소는 치아에 흡착되어 침속에 있는 칼슘을 끌어당기므로 재결정화를 촉진한다. 또한 불소는 칼슘이온과 인산염이 서로 결합하게 도와주며 화학반응에 참여하여 치아의 크리스탈 표면이 원래의 치아의 미네랄보다 더욱 산에 강하도록 도와준다(1).

불소화된 물등에게 공급받은 불소는 박테리아가 산을 내놓은 동안에 박테리아에 흡수된다. 불소가 박테리아의 세포안에서 박테리아의 효소의 활동을 방해하고 내부 pH를 변하게 해준다. 그렇게 함으로써 박테리아의 산의 형성을 줄여주게 되며 이것은 직접적으로 치아의 미네랄이 녹는 것을 줄여주게 된다 (19).

 

수돗물 불소화에 혜택을 받는 사람들

1992년 말 10,567 공중 수자원 시스템은 8573 지역 사회의 1억 3천 5백만의 사람에게 불소화 혜택을 주고 있다(20). 약 미국의 10만이 넘는 모든 도시의 70%가 수돗물 불소화의 혜택을 받고 있다. 게다가, 3784 공중 수자원 시스템은 1924 개의 지역 사회에 약 1천만 주민들에게 "자연적"으로 불소가 0.7 ppm 이상이 되는 음용수를 공급하고 있다. 결국 모두 합쳐서 1992년에 공중 수자원 시스템에서 공급받는 사람의 62%를 포함하여 1억 4천4백만 명의 사람(전인구의 56%)이 미국에서 불소화된 물을 공급받고 있다. 그러나 대략 42,000 공중수자원시스템과 미국의 5만명 이상 거주하는 시의 153곳에서는 불소화된 물을공급하지 않는다.

비용 효과와 불소화의 비용 절약 (Cost Effectiveness and Cost Savings of Fluoridation)

수돗물 불소화는 미국에서 5만명 이상의 주민을 가진 지역에서는 일인당 31센트이지만 1명 이하의 지역사회에서는 일인당 $2.12 가 소요된다(21).  한 지역의 충치를 예방하는 다른 방법보다 수돗물 불소화는 미국의 거의 대부분의 지역에서 도움을 받는 것과 비교했을 때 가장 효과적인 방법이다 (22).

수돗물 불소화는 직접적으로 충치를 예방함으로써 health-care 비용을 줄여주었다. 불소화로 인한 일인당의 비용의 감소는 일년 기준으로 충치가 적었던 작은 지역사회에서는 얼마되지 않지만 충치가 많이 발생하는 큰 도시의 경우 $53 까지로 다양하다 (CDC, unpublished data, 1999). 경제적인 분석에의하면 수돗물 불소화와 불소 함유제품을 사용함으로써 미국에서 1979년과 1989년 사이에 390억불(1990년 가치)이 절약되었다고 한다(23).

불소화에 대한 안전성 (Safety of Water Fluoridation)

최초의 불소화에 대한 생리적인 효과에 대한 연구는 불소화 시행이전부터 있었다. 1950년대부터 불소화 반대주장자들은 불소화가 암의 위험과, 다운증후군, 심장병, 골다공증, 뼈의 골절, AIDS, 낮은 IQ, 알짜이머 치매, 알러지 반응등등을 일으킨다고 주장해왔다(24). 수돗물 불소화에 대한 안정성과 유효성에 대한 것은 다시 여러번 검증되었고 수돗물 불소화가 이런 질병을 일으킨다는 것을지지하는 믿을 만한 증거는 전혀 없었다(25).

21 세기에는 ..

20세기에 미국에서 충치의 발생과 심각성이 충분히 줄어들었다고 해도 대부분을 막을 수 있는 충치는 아직도 매우 흔하다. National data는 12-17 살 청소년의 67%(26)와 18세 이상의 어른의 94%는 영구치에 충치를 가지고 있는 것(27)으로 나타났다.

수돗물 불소화로 인한 가장 중요한 결과는 일반대중이 치아건강에 대해 생각하는 것이 바뀌었다는 것이다. 치아를 잃는다는 것은 더 이상 피할 수 없는 것이 아니며 미국에서 평생동안 치아의 대부분을 유지하는 사람들의 수가 늘어가고 있다(12). 예를들어 45-54세 사람중에서 치아를 전부 잃어 버린 사람은 1960년-1962년에는 20.0% 였지만 1988-1994년에는 9.1%로 줄어들었다(CDC, unpublished data, 1999). 2차대전 이후의 베이비붐 세대의 초기에 태어난 사람들이 21세기 초반에 60세가 된다. 이들은 역사적으로 어떤 시기에 살던 사람들보다 완전한 치아를 가진 세대들이다. 다음 세기에서도 수돗물 불소화는 미국에서 이 노인들에게 충치를 막아주는 역할을 계속하게 될 것이다.

미국 사회에 살고 있는 대부분의 사람은 수돗물 불소화를지지한다(29). 비록 1945년에서 1970년대 사이에 수돗물 불소화 지역이 급속히 늘었지만 증가속도는 최근에 있어서는 낮아지고 있다. 이렇게 불소화가 확대되는 것이 늦어지는 것은 몇가지 이유가 있다. 1) 공중, 혹은 일부 과학자들이나 정책입안자들은 충치를 더 이상 중요한 건강상의 문제로 생각하지 않는다. 2) 수돗물 불소화를 하기 위해서는 정치적인 과정을 거쳐야 한다. 3) 수돗물 불소화반대론자들은 충분한 증거도 없이 건강상에 나쁜 영향을 미친다는 주장을 하여서 일반일들의 의견에 영향을 주고 있다(24). 4) 대부분의 수돗물 불소화지역은 매우 작은 지역사회라서 일인당 비용이 매우 높다. 이러한 장벽들은 미국의 21세기의 수돗물 불소화에 있어서 심각한 도전들이다. 이러한 예방조치에 대한 도전을 극복하기 위해서, 국가나, 주, 그리고 지역단위의 보건 전문가들이 불소화에 대한 좀더 권장을 해야하며, 불소화에 필요한 장비와 사람과 훈련을 허가해야 한다.

Reported by Div of Oral Health, National Center for Chronic Disease Prevention and Health Promotion, CDC.

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