자외선 조사가 골 대사에 미치는 영향: 백서에서 혈청학적, 방사선학적 연구

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Volume 9, Number 2,October, 2006

자외선 조사가 골 대사에 미치는 영향:

백서에서 혈청학적, 방사선학적 연구

경북대학교 의과대학 정형외과학교실, 대구대학교 물리치료학과*, 대구가톨릭의대 의학통계학교실^�, 경북대학교 의과대학 생화학∙세포생물학교실^�

전인호∙정재환^�∙이현기*∙진정숙^�∙정연관^�∙김효진^�∙진희정^� 박소현*∙박래준*∙신임희^�∙최제용^�

= Abstract =

Effect of Ultraviolet Irradiation on Bone Metabolism: Serologic &

Radiological Study in Mouse

In-Ho Jeon, M.D., Jae-Hwan Jeong, M.S.^�^�, Hyun-Kee Lee, Ph.D.*, Jung-Sook Jin, B.S.^�^�, Youn-Kwan Jung, M.S.^�^�, Hyo-Jin Kim, M.S.^�^�, Hee-Jung Jin, M.S.^�^�, So Hyun Park, B.S.*,

Rae-Joon Park, Ph.D.*, Im Hee Shin, M.D.^�^�, Je-Yong Choi, D.D.S., Ph.D.^�^�

Department of Orthopaedic Surgery, Kyungpook National University Hospital, Daegu, Korea Department of Physical Therapy, Daegu University, Daegu, Korea*

Department of Biochemistry & Cell Biology, School of Medicine, Kyungpook National University, Daegu, Koreau^� Department of Medical Statistics, School of Medicine, Catholic University of Daegu, Daegu, Korea^�

Purpose: The purpose of this study was to investigate the effects of low energy-ultraviolet B (UVB) irradia- tion on bone metabolism and turnover in mice.

Materials and Methods: Five-week old C57BL/6 mice were randomly allocated into two groups. Control group (n=35) was not exposed to UVB and experimental group (n=35) was exposed to low energy-UVB for 30 min a day during 7 days. Serological and radiological examination was performed at 0, 1, 2, 4, 8 week(s) of each group (n=7).

Results: Analysis of biochemical bone markers revealed that alkaline phosphatase (ALP) was detected high- er in the UVB group compared to control group. Serum level of osteocalcin was higher in UVB group at 1st week after UVB irradiation (p=0.031). The mean value of Vitamin D was significantly higher in UVB group than control group (p=0.032). Bone mineral density (BMD) from both 5th lumbar spine (p=0.124) and femur (p=0.862) showed higher in UVB group than control group from two weeks after irradiation, but they were not statistically significant.

※ 통신저자: 최 제 용

대구광역시 중구 동인동 101,

경북대학교 의과대학 생화학∙세포생물학교실

TEL: 053) 420-4823 FAX: 053) 422-1466 E-mail: [email protected]

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서 론

평균 수명의 연장과 노인 인구의 상대적, 절대 적 증가로 인해 골다공증에 대한 사회적 관심이 증가하고 있다. 특히 골다공증은 여러 가지 골절 을 야기해, 개인에게 고통을 줄 뿐 아니라, 사회 경제적으로도 중요한 문제로 대두되고 있다. 골대 사 및 골교체의 여러 가지 요인 중 자외선은 피하 비타민 D의 합성을 촉진하여, 골형성을 유도하는 것으로 알려져 있다¹⁷⁾. 일반적으로 신체 요구량의 90% 정도가 자외선 조사에 의해 피하에서 비타 민 D의 합성으로 이루어진다¹⁶⁾. 자외선 중 특히 290~315 nm 사이의 파장을 가진 중자외선 파가 피부에 조사되면 피부 표피와 진피의 7-dehy- drocholesterol이 비타민 전구체 D3로 이성화되 며 이는 간에서 25 hydroxyvitamin D3 (25(OH)D))로 수산화되고, 이후 신장에서 1,25-dihydroxyvitamin D3(1,25(OH)2D)로 수산화 된다. 이것이 장에서 칼슘 흡수를 촉진시 키는 활성 대사산물로 작용한다⁴⁾.

고령의 노인인구와 폐경기 여성에서 활성형 비 타민 D인 1,25 (OH)2 D 의 혈청 농도가 감소된 것으로 알려져 있다^5,11). 이러한 현상은 특히 고관 절 주위 골절이 있는 노인에서 더 빈번하게 관찰 되는데¹⁰⁾, 이는 비타민 D 부족이 부갑상선 항진증 을 유도하고, 부갑상선 호르몬이 피질골의 골소실 을 야기하는 것과 관련이 있다¹⁴⁾. Offermann 과 Biehle 등¹³⁾의 연구에 의하면 특히 노인 인구에 있어 비타민 D의 혈청 내 저농도가 흔히 관찰되 는데, 이는 노인 인구가 야외 활동 시간이 적어, 상대적으로 태양 광선의 노출에 제한이 있고, 피 부에서 비타민 D 합성 능력이 나이에 비례해 상 당한 감소가 되기 때문이다. 더불어 식이 내 비타 민 D의 섭취가 적고, 장내 흡수 능력이 제한 된 것도 또 다른 요인 중에 하나이다^7,12).

기존의 연구에 의하면 피부 홍반이 발생하지 않 는 양의 인공 자외선 조사가 이러한 노인 인구에

서 비타민 D 부족을 예방하는 효과가 있는 것으 로 알려져 있다^2,3). 하지만 고에너지 자외선 조사 로 인한 피부 홍반 또는 피부 노령화 등이 해결해 야 할 문제점으로 남아있다. 비타민 D의 골다공 증에 대한 보고는 많으나^8,9), 골대사 및 골교체율 에 대한 자외선 조사의 직접적인 효과는 연구된 적이 없다. 저자들은 저에너지 중자외선 파장대만 을 방사하는 특수 자외선 등을 제작하여 이 등으 로 조사한 자외선 실험동물 모델에서 골대사 및 골교체율의 변화를 혈청학적, 방사선학적 검사를 통해 조사하였다.

연구 대상 및 방법 1. 대상 및 방법

본 동물 실험 및 연구는 5주령 된 C57BL/6종 생쥐를 이용 하였고, 동물 실험과 관련된 동물 실 험윤리 위원회의 승인을 얻었다.

본 연구를 위해 실험용 동물은 실험실 우리 내 에 사육하고, 실험용 사육장의 온도는 23�± 1�C 의 온도를 유지하고 습도는 60±5%로 환경적 요 소를 갖추어 사육하였다. 실험동물은 대조군 (n=35), 실험군(n=35) 로 각각 나누었다.

대조군은 일상적인 자연 채광에 노출된 상태에 서 자외선 치료기의 조사 없이, 칼슘이 함유된 일 반적인 식이 사료 투여 후 실험 시작전, 1주, 2 주, 4주, 8주에 각각 7마리씩 희생하여 혈청학적 검사, 방사선학적 골밀도 검사를 시행하였다.

실험군은 일상적인 자연 채광에 노출된 상태에 서 자외선 치료기(Senia, NB tech사, 부산) 를 이용하여 매일 30분씩 1회, 7일에 걸쳐 자외선 조사 후 실험 시작전, 1주, 2주, 4주, 8주에 각각 7마리씩 희생하여 혈청학적 검사, 방사선학적 검 사를 시행하였다.

Conclusion: Our study with radiological bone mineral density and serological tests for biochemical bone turnover markers revealed that ultraviolet irradiation contributed positive effect on bone formation.

Key Words: Ultraviolet B, Mouse, Bone mineral density, Bone turn over markers

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2. 실험 절차 및 방법

자외선 조사 전,후 1주, 2주, 4주, 8주에 대조 군 및 실험군 각각 7마리씩 체중을 측정한 후 희 생하여 혈액 및 뼈를 분리하였다. 분리된 혈액은 얼음 상에서 20분 이상 굳힌 후 원심분리기 (12,000 rpm)를 이용하여 4�C에서 20분간 원심 분리하여 혈청만 분리하였다. 분리된 대퇴골과 제 5 요추는 피부를 제거한 후 뼈만 4% 포르말린 용 액에서 48시간 고정한 후 인산완충용액(Phos- phate buffered saline, PBS) 용액으로 세척하 였다.

1) 골 교체율의 생화학적 표지자

본 연구에서 분리된 혈청을 사용하여 생화학적 골형성 표지자 중 알카리성 인산 분해 효소 (Alkaline phosphatase, ALP) 와 오스테오칼 신(Osteocalcin, OC), 골 흡수 표지자 중 뇨 deoxypyridinoline (DPD), 그리고 혈청 칼슘 농도와 99% 이상 체내 비타민 D의 저장 형태인 25(OH) 비타민 D를 측정하였다.

(1) 알카리성 인산분해효소 (ALP)활성 측정 본 연구에서 ALP검사는 BioAssay systems (Hayward, CA, USA) 사의 QuantiChrom Alkaline phosphatase Assay kit을 사용하여 제조사에 실험 방법에 의해 수행하였다. 먼저 분 리된 혈청 시료 5 μl를 Working Solution (200ul Assay Buffer, 5 μL Mg Acetate (5 mM), 2ul pNPP liquid substrate (10 mM)) 195 ul를 첨가하여 microplate reader (Biorad 사. 미국)로 405 nm에서 흡광도 (t=0)를 측정한 후 다시 4분 후 흡광도(t=4 min) 를 측정하였다.

ALP 활성도 계산은(ODsample4-ODsample0)

× 1000 × RV / 4 × e × L × SV 로 하였다.

여기서 ODSAMPLE 4 와 ODSAMPLE 0 는 각각 4분 후 흡광도와 0분 흡광도 값을 나타내고 1000은IU/mL를 IU/L로 환산한 변수이다. RV 는 전체 반응 부피를 나타내고 “4”는 반응시간 (분), e=18.75 mM-1 × cm-1, L는 light path (cm), SV는 sample 부피이다.

(2) 오스테오칼신(Osteocalcin) 정량 분석 오스테오칼신의 측정은 mouse osteocalcin

EIA kit (Biomedical Technologies Inc., MA, 미국)을 사용하여 제조사에 실험 방법에 의 해 수행하였다. 분리된 혈청 시료 완충액을 가지 고 1/20배로 희석하였다. 희석된 시료 및 표준액 을 오스테오칼신 항체로 표면 처리된 plate에 각 각 25 ul와 osteocalcin antiserum 100 ul를 각각 첨가하여 4�C에서 18시간 반응시켰다. 반응 이 종결된 후 plate에서 용액을 제거하고 PBS 세정 완충액 300 ul씩 5회 세척하였다.

Streptavidin-Horseradish Peroxidase reagent 100 ul를 첨가하여 실온에서 30분간 반 응시킨 후 plate를 PBS로 300 ul씩 5회 세척한 후 Tetramethyl benzidine (TMB) 용액과 Hydrogen Peroxide 용액을 동량씩 섞은 기질 용액을 즉시 100 ul 첨가한 후 빛이 차단된 실온 에서 15분간 반응 시켰다. 반응 종결액 100 ul를 첨가한 후 microplate reader (Biorad)로 450nm에서 흡광도를 측정하였다.

(3) 혈청 칼슘 정량(serum calcium level) 본 연구에서 칼슘 측정은 QuantiChrom Cal- cium Assay kit (BioAssay systems Co.

CA, USA) 을 사용하여 제조사에 실험 방법에 의해 수행하였다. 간단히 요약하면 먼저 분리된 혈청 5 ul를 Reagent A 와 Reagent B를 1:1 로 희석한 working reagent 200 ul를 첨가하여 실온에서 3분간 반응시킨 후 microplate reader (Biorad)로 570 nm에서 흡광도를 측정하였다.

(4) 뇨중 데옥시피리디놀린(DPD) 정량 뇨중 데옥시피리디놀린 (DPD)은 Metra DPD EIA assay kit (QUIDEL Co., San Diego, CA, USA) 을 사용하여 제조사의 실험 방법에 의해 수행하였다. 하루 전날 오후 5시부터 다음날 오전 9시까지 채취한 뇨시료를 1 :10 으로 희석 한 후 50 ul를 항체가 표면 처리된 plate에 첨가 한 후 다시 Enzyme Conjugate를 100 ul 첨가 하여 2~8�C의 빛이 차단된 장소에서 2시간 반응 시켰다. 2시간 반응 후 세척 완충액으로 3회 세척 한 후 기질용액 (20~28�C) 150 ul 첨가한 후 20~28�C에서 1시간 반응시킨 다음 반응 종결 용 액 100 ul 첨가 후 DPD농도를 분광광도계를 이 용하여 405 nm에서 측정하였다.

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(5) 25 OH 비타민 D 정량

ALPCO Diagnostics (Newington, NH, USA)사의 25 OH Vitamin D EIA assay를 사용하여 제조사의 실험방법에 의해 수행하였다.

먼저 분리된 혈청을 1.5 ml tube에 50 ul씩 첨 가 후 침전용액을 400 ul 첨가하여 잘 섞은 후 - 20�C에서 30분간 반응시켰다. 4�C 에서 3000 rpm으로 10분간 원심 분리한 후 추출된 용액 20 ul를 항체가 표면 처리된 plate에 첨가하고 100 ul VDBP (vitamin D binding protein) 첨가 했다. 항체(anti-VDBP antibody)를 100 ul 첨 가한 후 8~10�C의 빛이 차단된 곳에서 3시간 반 응 시킨 후 세척 완충액을 350 ul 첨가하여 5회 세척했다. conjugate 200 ul 첨가한 후 8~10�C 의 빛이 차단된 곳에서 1시간 반응시켰다. 세척 완충액을 350 ul 첨가하여 5회 세척한 후 기질을 200 ul 첨가한 후 상온 (18~26�C)에서 20~30 분간 반응시켜 반응 종결액 50 ul 첨가 후 450 nm에서 측정하였다.

2) 방사선학적 골밀도 측정

골밀도 측정은 동물 실험용 골밀도 측정기 lunar piximus2 mouse densitiometry (GE healthcare Co, city, 미국) 을 이용하여, 1주, 2주, 4주, 8주에 측정하였다. Scan time 은 일 반적으로 약 5분 정도로 하였다. 실제 임상에서 이용되는 부위인 해면골이 많은 요추부 중 제 5요 추체와 피질골과 해면골이 공존하는 대퇴골 전체 에 대하여 골밀도를 측정하였다. 골밀도 측정 시 오차를 줄이기 위해 연부조직은 모두 제거한 상태 로 수술적으로 제 5 요추체를 분리하여 측정하였 고, 대퇴골에 대해서도 연부조직 제거 후 전체 대

퇴골에 대한 골밀도를 측정하였다.

3) 자외선 조사기

본 연구를 위한 자외선 등은 200 nm~400 nm(최대 주파수 대역 297 nm)의 빛을 발산하는 붕소산 나트륨계 형광 물질에 일반 형광 물질을 배합해 특수형 형광 물질을 배합 후, 인체에 유해 한 280 nm이하의 파장은 차단할 수 있고, 자외 선이 잘 투과되는 유리에 이 형광 물질을 도포하 여서 제작된 Senia (NB-Tech사. 부산, 한국)기 기를 동물 실험 연구에 응용하여 사용하였다.

3. 자료 분석

통계학적인 유의성 검정을 위하여 SPSS Win.

ver 12.0 을 이용하였으며, 자외선 등의 효과를 알아보기 위하여 각 시점에 따른 실험군과 대조군 의 측정 변인의 평균 치간의 차이를 알아보기 위 해 반복측정 이요인 분석(repeated measures two factor analysis)방법을 이용하였다. 연구 가설을 검증하기 위해 유의수준 0.05로 설정하여, p＜0.05일 때 통계적으로 유의하다고 보았다.

결 과

1. 골 교체율의 생화학적 표지자(Bone turn over markers)

1) 알카리성 인산 분해 효소(ALP) 활성 골형성 표지자 중 알칼리성 인산 분해효소는 전 반적으로 생쥐 주령이 증가되면 감소하는 것으로 관찰되었다. 자외선조사 1주에서 2주 사이에는

Table 1A.알카리성 인산 분해 효소(ALP) 정량 분석

Variable 대조군(control) 실험군(UV)

source F P

Mean (S.D) Mean (S.D)

ALP (u/L) 0주 94.387 (17.510) 94.387 (17.510) group 00.101 0.758*

1주 67.498 (*7.955) 62.245 (*8.719) time 76.753 0.000*

2주 48.927 (*6.024) 47.848 (*8.652) G*T 00.780 0.545*

4주 41.068 (*5.324) 48.080 (*6.895) 8주 31.667 (*3.267) 35.828 (*5.113)

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차이가 없었으나, 4주에서 대조군의 평균이 41.068±5.324 (u/L), 실험군의 평균이 48.080

±6.895 (u/L)로 측정되었다. 하지만 각 시점에 서 그룹간의 변화는 통계적으로 유의하지 않았다

(p=0.545)(Fig. 1A & Table 1A).

2) 오스테오칼신(osteocalcin) 정량 분석 또 다른 골형성 표지자인 오스테오칼신 역시 정

A B

D

E

Fig. 1. Effect of UVB light on various biochemical bone markers. Samples were obtained as described in materials and methods at each time points. Alkaline phosphatase activity was decreased according to time course in both groups but its level was slightly higher in UVB group (A). Similary Osteocalcin was also decreased through out time course, however, its level was higher in UVB group at 1st week after UVB irradiation (B). Serum calcium (C) and urine DPD (D) were not significantly changed in both groups. However, vitamin D was sig- nificantly higher in UVB group than control group between 1st and 2nd week after irradiation (E). Each val- ues was expressed as means +/- SE in both control and UVB groups. *p<0.05 vs. control group.

C

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상적으로 주령이 증가함에 따라 전반적으로 감소 하였다. 하지만 자외선치료 직후 1주일에 실험군 의 평균이 16.784±2.305 (ng/ml)으로 대조군 의 평균인 12.432±2.651 (ng/ml)에 비해 통계 학적으로 의미 있게 증가되었다. 시점에 따른 그 룹 간 의 변 화 도 통 계 적 으 로 유 의 하 였 다 (p=0.031)(Fig. 1B & Table 1B). 이후 2주째 부터 8주째까지 감소의 폭은 양군에서 유사하게 관찰되었다.

3) 혈중 칼슘 정량

식이를 통한 칼슘의 농도를 조절하지 않은 상태

에서 두 군 간의 시점에 따른 그룹간의 변화에는 특별한 차이가 없었다(p=0.652)(Fig. 1C &

Table 1C).

4) 뇨중 데옥시피리디놀린(DPD) 정량 결과치 골 흡수 인자인 뇨중 데옥시피리디놀린은 치료 직후인 1주에 대조군에 비해 감소하였으나, 이후 대조군과 유사한 감소 양상이 관찰되었다. 통계학 적으로 의미있는 감소는 없었다(p=0.333)(Fig.

1D & Table 1D).

Table 1C.혈중 칼슘 정량 분석

source F P

Calcium 0주 10.417 (0.686) 10.417 (0.686) group 00.019 0.891*

(mmol/L) 1주 18.860 (1.181) 18.927 (0.783) time 10.094 0.000*

2주 18.537 (0.555) 18.838 (0.620) G*T 00.618 0.652*

4주 18.667 (0.582) 18.961 (0.354) 8주 19.551 (1.084) 18.997 (1.038) Table 1B.오스테오칼신(osteocalcin) 정량 분석

source F P

Osteocalcin 0주 19.565 (2.147) 19.565 (2.147) group 00.583 0.460*

(ng/ml) 1주 12.432 (2.651) 16.784 (2.305) time 73.323 0.000*

2주 11.924 (3.219) 19.984 (2.780) G*T 02.911 0.031*

4주 19.153 (1.759) 18.048 (2.571) 8주 16.257 (1.772) 14.172 (1.705)

Table 1D.뇨증 데옥시피리디놀린(DPD) 정량분석

source F P

DPD 0주 38.268 (08.868) 141.21 (10.994)0 group 0.476 0.516

(nmol DPD/ 1주 53.101 (43.71)0 29.77 (05.880) time 2.023 0.123

mmol creatine) 2주 28.764 (06.429) 34.05 (10.292) G*T 1.209 0.333

4주 29.334 (10.025) 30.57 (10.009) 8주 23.366 (09.854) 22.82 (05.322)

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5) 25 OH 비타민 D 정량 결과치

비타민 D 는 신장에서 1,25-dihydroxyvitamin D3(1,25 (OH)2D)로 수산화되어, 장에서 칼슘 흡수를 촉진시키는 활성 대사산물로 작용하 는데, 활성형 비타민 D 의 경우 짧은 인체내 반 감기로 인해 25 (OH)D가 체내 비타민 D의 생활 성도를 반영하는 지표로 이용되고 있다¹⁵⁾. 대표적 인 골 형성 표지자인 25 OH 비타민 D 정량은 자 외선 조사 직후인 2주부터 8주까지 대조군에 비 해 통계학적으로 의미있게 증가되었다. 특히 자외 선 치료 4주일에 실험군의 평균이 17.083±

3.396 (nmol/l)으로 대조군의 평균인 7.883±

5.766 (nmol/l)에 비해 유의한 증가 폭이 관찰되 었다. 시점에 따른 집단간의 변화 양상의 차이가 통계적으로 유의하였다(p=0.032)(Fig. 1E & T able 1E).

2. 방사선학적 골밀도 측정

1) 제 5 요추 골밀도

제 5 요추체의 골밀도 변화 평균값은 자외선 조 사 직후인 1주째 대조군에 비해 감소하였으나, 이 후 2주에서 8주까지 대조군에 비해 오차 범위 밖 의 증가된 소견이 관찰되었다. 하지만 8주째에는 대조군과 실험군 사이에 의미있는 차이는 없이 유 사한 골밀도 수치를 관찰할 수 있었다. 시점에 따 른 그룹간의 평균값의 변화양상의 차이가 통계적 으로 유의하지 않았다(p=0.124)(Fig. 2A & Ta ble 1B).

2) 우측 대퇴골 골밀도

척추체 보다 상대적으로 피질골이 많은 대퇴골의 경우 그 골밀도의 변화 백분율은 자외선 조사 후 2

B A

Fig. 2. Effect of UVB light on bone mineral density. BMD from 5th lumber spine and femur was measured by densit- ometer. BMD at lumbar spine was higher in UVB group than control group from 2nd week after irradiation, but it was not statistically significant (A). Same as lumbar spine, BMD at femur was not statistically signifi- cant between both groups (B). BMD value of 5th lumbar spine and femur was expressed as mean value +/- SE in both groups.

Table 1E. 25 OH 비타민 D 정량분석

source F P

Vit D data 0주 19.851 (4.922) 19.851 (4.922) group 3.195 0.104*

(nmol/L) 1주 110.571 (3.336)0 18.204 (6.344) time 7.569 0.000*

2주 19.921 (5.811) 13.021 (1.981) G*T 2.929 0.032*

4주 17.883 (5.766) 17.083 (3.396) 8주 12.035 (1.950) 14.980 (5.531)

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주에서 4주까지 대조군에 비해 오차 범위 밖의 증 가 폭이 관찰되었다. 하지만 8주째에는 골밀도 차 가 없었다. 또한 각 시점에서의 그룹간의 변화는 통계적으로 유의하지 않았다(p=0.862)(Fig. 2B

& Table 1B).

고 찰

본 연구에서는 일시적으로 자외선 조사를 한 후 골밀도와 여러 가지 골 교체율 관련 생화학적 지 표들을 조사한 결과, 생쥐의 골밀도 증가, 혈중 골형성 지표의 증가와 골흡수 인자의 감소를 나타 내어, 자외선 조사가 전반적인 골 건강에 좋은 영 향을 미치는 것으로 밝혀졌다.

본 실험에 lunar pirximus 2라는 dual pho- ton absorptiometry (DXA) 를 이용하여 골밀 도를 측정하였다. 주령 5주로 비교적 젊은 생쥐를 사용하여 13주까지 실험하였는데, 제 5요추체의 골밀도 측정에서, 주령이 증가함에 따라 골밀도 수치가 증가하는 양상을 보였고 약 2주 후에 골밀 도 수치가 실험 시작일 보다 높게 나타났다. 그러 나 주령 13주에는 처음과 유사한 골밀도를 나타내

었다. 자외선 조사군에서는 자외선 조사 직후 1주 에서 2주사이의 급격한 척추 골밀도 증가폭이 관 찰되었으나 시간이 갈수로 오히려 대조군 보다 감 소하는 경향을 나타내었다. 이는 자외선 조사를 짧게 하는 경우 골밀도 증가 효과를 보일 수 있으 나 조사 기간이 적당하지 않을 경우 오히려 골밀 도가 낮아질 수 있음을 나타낸다. 한편 대퇴골의 골밀도 변화를 살펴보면 조사 후 4주까지 지속적 인 골밀도 수치의 증가 양상을 확인 할 수 있다.

자외선 조사 후 증가폭은 2주에서 4주까지 대조군 에 비해 증가하는 경향이 나타났고, 대조군에 비 해 증감폭이 4주와 8주 사이에 둔화된 현상이 관 찰되었으나, 오차 범위 내의 차이로 분석되었다.

다음 방법으로는 골형성과 골흡수에 영향을 미 치는 생화학 표지자들을 측정하였는데 골형성 표 지자로 뼈특이 알카리성 인산 분해 효소(bone specific Alkaline phosphatase, BSAP), 오 스테오칼신(osteocalcin) 을, 골 흡수 표지자로 데옥시피리디놀린(Deoxypyridinoline, DPD)을 측정하였다. 가장 보편적으로 사용되는 골형성 지 표 중 하나인 알칼리성 인산 분해 효소는 전반적 으로 주령이 진행함에 따라 감소하는 것으로 관찰 Table 2B.우측 대퇴골 골밀도

source F P

Right Femur 0주 10.0487 (0.003) 0.0486 (0.002) group 0.254 0.624

(g/cm²) 1주 10.0533 (0.006) 0.0537 (0.004) time 6.350 0.000*

2주 10.0481 (0.002) 0.0510 (0.004) G*T 0.321 0.862 4주 10.0550 (0.009) 0.0559 (0.006)

8주 10.0548 (0.003) 0.0542 (0.004) Table 2A.제 5 요추 골밀도

source F P

Spine 0주 10.0428 (0.010) 0.0431 (0.011) group 0.569 0.467

(g/cm²) 1주 10.0433 (0.004) 0.0403 (0.001) time 1.617 0.187

2주 10.0439 (0.008) 0.0511 (0.010) G*T 1.919 0.124 4주 10.0405 (0.004) 0.0468 (0.006)

8주 10.0453 (0.004) 0.0436 (0.004)

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되었다. 하지만 실험군은 대조군에 비해 2주에서 거의 비슷한 농도가 측정되었으며, 이후 2주에서 4주까지 증가되는 양상이 나타났다. 주령이 증가 함에 따라 쥐의 전반적인 골대사 능력이 감소되지 만, 알칼리성 인산 분해 효소가 자외선 조사 후 증가 양상은 골형성에 긍정적인 영향을 미친다고 사료된다. 오스테오 칼신은 골 형성시 분비되는 단백이다. Bone gla protein (BGP) 라고도 불 리기도 한다. gamma carboxy glutamic acid 를 3분자 포함하는 것으로 알려져 있고, 비교적 민감도와 특이도가 높다고 알려져 있으며, 실온에 서 불안정한 특성을 가지고 있다. 오스테오칼신 역시 주령이 증가함에 따라 전반적으로 감소되는 양상을 보였지만, 실험군에서 자외선 치료 직후 1 주 동안 대조군에 비해 통계학적으로 의미 있는 증가폭이 관찰되었고 조사 후 2주에서 8주까지 대조군과 비교해 실험군의 감소폭은 유사하였다.

이는 오스테오칼신이 자외선 조사 직후에 유의하 게 증가함을 확인할 수 있었고, 이후 주령의 증가 에 따라 쥐의 전반적인 골대사 능력의 감소에 의 한 오스테오칼신의 감소라 생각할 수 있다. 혈중 칼슘 정량은 실험군의 자외선 조사 후 1주에서 8 주 사이에 특별한 변화를 나타내지 않았다. 이는 혈액 내의 칼슘을 일정하게 유지하기 위한 신체의 항상성 조절기전이지 자외선 조사로 인해 칼슘의 과잉이나 부족으로 인해 야기될 수 있는 여러 가 지 합병증에 기인된 것은 아니다. DPD 측정에서 는 콜라겐 섬유는 뼈 내에서 서로 교차결합을 하 고 있는데, 최근에 골흡수 과정에서 분비되는 여 러 가지의 콜라겐 교차 결합물을 측정하는 빠르고 값싼 면역측정법이 많이 개발되었다. 대표적인 콜 라겐 교차결합물로서 피리디놀린(pyridinoline, hydroxylysyl pyridinole)과 데옥시피리디놀린 (deoxypyridinoline, lysyl pyridinoline)은 세 포외기질에 서 콜라겐 섬유를 안정시키는 작용을 한다. 피리디놀린은 데옥시피리디놀린보다 뼈에 더 많지만 피리디놀린이 연골 등에 존재하는 제 2 형 콜라겐에도 어느 정도 있기 때문에 데옥시피리 디놀린이 혈액으로 방출된 후 간과 신장을 거쳐 소변으로 배출되는데, 약 40%는 유리형, 약 60%는 펩티드 결합형으로 구성되어 있다. 피리 디놀린과 데옥시피리디놀린은 초기에는 HPLC법

으로 전체 양을 측정하였는데, 시간이 많이 걸리 고 비싸서 현재 여러 가지 면역측정법이 개발되어 유리형 피리디놀린과 데옥시피리디놀린을 측정하 고 있다. 피리디놀린과 데옥시피리디놀린은 비교 적 뼈에 특이적이고, 이들은 완성된 세포외 콜라 겐에만 존재하며, 소변으로 배설되기 전에 대사되 지 않으며, 또한 음식에 포함된 피리디놀린과 데 옥시피리디놀린은 흡수되지 않기 때문에 음식을 제한하지 않아도 된다. 본 실험에서 데옥시피리디 놀린은 통계학적으로 의미있는 감소는 없었다.

인공 자외선 조사가 피하 비타민 D 의 생성, 칼 슘의 대사, 골형성에 유익한 효과는 이미 잘 알려 져 있다. Falkenbach 등³⁾ 의 연구에 의하면 24 명의 건강한 남자 지원자에 대해 두 군으로 나누어 고에너지 조사군과 300 nm 이하의 자외선 조사군 으로 나누어 12일간 10회에 걸쳐 조사하였다. 25 OH 비타민 D 의 경우 양군에서 의미있게 증가하 였으나, 부갑상선 호르몬의 경우 300 nm 이하의 군에서만 의미있게 감소하였다. 저자들은 300 nm 이하의 자외선이 골형성에 더 양호한 효과를 가지 고 있다고 보고하였고, 본 실험에서도 이 연구와 상응하는 저에너지의 자외선을 조사하였다.

최근 활성형 비타민 D 의 섭취가 많이 이루어 지고 있으나, 덴마크에서 Glerup 등에 의해 시행 된 연구에 의하면⁶⁾ 태양광선을 차폐하는 베일을 쓰고 있는 회교 여성의 경우, 비교 군인 일반 덴 마크 여성들에 비해 비타민 D 의 부족이 심각한 상태이며, 이런 태양 광선의 노출에 제한된 사람 들에게는 일일 1000 IU 이상의 비타민 D가 추천 된다고 주장하였다.

Corless 등은²⁾ 노인 병동의 노인 환자를 대상으 로 해서 자외선 조사를 하고, 비타민 D 의 대사 물인 혈청 25 OH 비타민 D 생성을 연구하였다.

당시 환자의 평균 연령은 80세 이상이었고, FS 20 Sun lamp 기기를 이용하여, 여러 종류의 파 장을 가진 자외선을 3 m 높이에서 하루 3시간 조 사 하 였 다 . 결 론 에 서 평 균 60.0+/-1.06 mJ/cm²/week 을 조사한 군에서 가장 비타민 D 의 생성이 촉진되었는데, 저자들은 고찰에서 자외 선 조사로 비타민 D 투여가 제한적인 노인들에게 비타민 D 농도를 유지할 수 있을 것으로 제안하 며, 297 nm 이하의 자외선 조사로는 피부암 등

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의 위험도는 영국에서 미미할 것으로 보고하였다.

한편 Chel 등¹⁾ 임상 연구에서는 비타민 D 경구 투여와 자외선 조사가 골형성에 미치는 영향을 비 교 연구하였는데, 이들은 노인 정신과 병동에 장 기 입원 중인 노인 인구에 대하여 실험을 시행하 였다. 1주에 3회, 3주간 자외선을 조사하였으며, 하루 400 IU 의 비타민 D 를 투여하였는데, 결 론적으로 혈청 1,25 OH 비타민 D 의 농도는 자 외선 조사 군에서 의미있게 증가하였고, 혈청 캄 슘의 증가는 양군에서 의미있게 증가하였다. 골흡 수 지표로 이용된 혈청 부갑상선 호르몬의 경우 양군에서 30% 이상 감소하였다. 저자들은 결론 에서 노인 인구에서 하루 수분간의 자외선 조사로 충분한 양의 비타민 D 증가를 가져올 수 있고, 비타민 D 제제의 경구 투여로 기대할 수 있는 25 OH 비타민 D 의 증가, 이차적인 부갑상선 호르 몬 억제도 가능하다고 보고하였다. 또한 비타민 D 제제의 경구 투여는 일반적으로 장의 흡수 능 력에 의해 조절되는 단점이 있고, 과량의 투여로 인한 혈청내 고농도로 인한 독성이 가능한 반면, 자외선 조사는 그러한 합병증이 발생하지 않을 것 으로 기대하며, 비타민 제제와 비교해 더 유용한 또는 비슷한 효과를 가지고 올 수 있다고 하였다.

본 연구에서도 이용된 동물은 비교적 활동적인 젊 은 주령의 백서라는 단점이 있으나, 자외선 조사 로 일시적인 골밀도의 증가와 여러 가지 생화학적 골 교체율 인자중 골형성 지표의 증가와 골흡수 인자의 감소를 확인 할 수 있었다. 하지만 향후 치료기로서 조사 시간 등 표준화에 대한 연구가 요할 것으로 사료된다.

결 론

자외선 조사는 방사선학적 골밀도 검사와 생화 학적 골교체율 검사에서 대조군에 비해 골 형성을 촉진하는 효과가 관찰되었다.

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