근위 대퇴골 해면골의 미세 구조의 변화

근위 대퇴골 해면골의 미세 구조의 변화

아주대학교 의과대학 정형외과학교실

손광현․김상환․박 진․원예연

Changes in Microstructure of Proximal Femoral Trabecular Bone

Kwang-Hyun Son, Sang Hwan Kim, Jin Park, Ye-Yeon Won Ajou University Hospital, Department of Orthopedic Surgery, Suwon, Korea

Objectives: We hypothesize that the age-related changes in trabecular bone microstructure appear to be varied from specific anatomic sub-regions of the proximal femur followed by non-uniform bone loss.

The purpose of this study was therefore to explore regional variations in the 3D microstructure of trabecular bone in human proximal femur, with respect to aging.

Methods: A total of 162 trabecular bone cores from six regions of 27 femora of male cadaver donors were scanned using micro-computed tomography (micro-CT). The following microstructural parameters were calculated: bone volume fraction (BV/TV), trabecular number (Tb. N), thickness (Tb.Th) and separation (Tb.Sp), structure model index (SMI), and degree of anisotropy (DOA).

Results: Age-related changes in trabecular microstructure varied from different regions of the proximal femur. There was a significant decrease in bone volume fraction and an almost identical decrease in trabecular thickness associated with aging at any region. Regional analysis demonstrated a significant difference in BV/TV, Tb.Th, Tb.Sp, Tb. N and DOA between superior and inferior neck, as well as a significant difference in BV/TV, Tb.Sp, Tb. N, SMI and DOA between superior and inferior trochanter.

Conclusion: Age-related changes in bone loss and trabecular microstructure within the male proximal femur are not uniform in this cadaveric population.

Key Words: Proximal femur, Trabecular bone

Received: November 29, 2009 Revised: December 1, 2009 Accepted: December 21, 2009

Corresponding Author: Ye-Yeon Won, Department of Orthopedic Surgery, Ajou University Hospital, San 5, Wonchon- dong, Yeongtong-gu, Suwon 443-721, Korea

Tel: +82-31-219-5223, Fax: +82-31-219-5229 E-mail: [email protected]

* 본 연구는 보건복지가족부 보건의료연구개발사업의 지원에 의하 여 이루어진 것임.(A 084120)

고관절 골절은 노인성과 폐경기 후 골다공증의 가 장 흔한 결과이며 노인에게서 매우 높은 유병률과 사망률을 보인다^1,2. 전 세계적으로 고관절 골절의 거

의 1/3 정도가 남성이며³ 여성과 마찬가지로 나이가 들면서 고관절 골절의 발생 빈도가 기하급수적으로 증가한다⁴. Gullberg⁵ 등의 추정에 의하면 125만 명 (남성 338,000명, 여성 917,000명)의 고관절 골절이 발생하는 것이 2025년경에는 남성은 310%, 여성은 240% 정도 증가할 것이라 한다. 더구나 많은 연구들 에서 남성 고관절 골절은 여성보다 초기 발생 연령 이 낮지만^6-8 사망률은 2배 이상 높다고 한다⁹. 그리 고 고관절 골절을 경험한 남성은 연속하여 고관절 골절이 발생할 위험이 3.2배 높으며, 다른 골절 발생

할 상대 위험도가 6.3이다¹⁰. 그럼에도 남성에게서 연령에 관련된 골 소실에 대한 연구는 매우 적었다.

근위 대퇴골 골절의 가능한 원인과 위험 요소에 대 한 여러 연구에서 골밀도와 낙상이 고관절 골절과 밀접한 관련이 있다고 하지만 두 가지 모두 누구에 게서 골절이 발생할지 명확히 구분하는 데 충분치 않다. 이전의 임상 연구들에서 골절 위험성을 가지 는 군과 그렇지 않은 군 사이에 골밀도 수치가 중첩 됨을 알 수 있다^11,12. 최근의 65세에서 84세 백인 여 성을 대상으로 한 장기간 연구에서 고관절 골절의 오직 28%만이 낮은 골밀도에 기인한 것이라고 하였 다¹³. 고관절 골절의 90%가 낙상 때문에 생기지만, 낙상의 5%만이 고관절 골절을 일으킨다¹⁴. 따라서 골밀도와 낙상 외의 여러 요인이 고관절 골절에 작 용할 것이 분명하다. 최근 국립보건원에서는 골량과 골질 두 가지를 반영하는 골강도를 강조하고 있다¹⁵. 골소주에 대해서는 삼차원 미세 촬영이 골강도를 결 정하는데 중요한 역할을 하며 골질을 이해하는 데 도움이 된다^16-19. 이러한 이유로 골소주의 연령과 관 련된 연구는 척추, 경골, 요골에 대해 이뤄졌다^19-21. 그럼에도 불구하고 근위 대퇴골을 특정 해부학적 하 위 부위로 나누어 골소주의 삼차원적 미세구조의 연 령별 연구는 없었다.

뼈의 구조는 해부학적 부위에 따라 다르다고 알려 졌기 때문에 골절 위험도가 높은 부위에 대해 체계 적이고 부위별로 특화된 삼차원적 구조 측정이 필요 하다. Lundeen 등은 백인 여성의 근위 대퇴골(대퇴 경부와 전자부)에서 해면골의 연령에 따른 변이를 조사하였고 연령에 따른 해면골 소실이 균일하지 않 다는 것을 보여주었다²². 본 저자들은 연령에 따라 근위 대퇴골의 해부학적 부위에 따른 골소주의 미세 구조가 다르다고 가정하였다. 본 연구의 목적은 남 성의 근위 대퇴골이 나이가 들어감에 따라 삼차원적 골소주 미세 구조의 변이를 알아보는 것이다.

대상 및 방법

1. 시편 선택 및 준비

27명의 우측 근위 대퇴골이 40～90세(평균 61.8세, 표준편차 13.5) 사이의 한국인 남성 시신 기증자에

게서 얻어졌다. 육안으로 병적인 변화나 근골격계 질환의 병력은 없었다. 대상자들은 사망 2주 전까지 는 활동적인 사람들로 외상이나 급성 질환이 사망의 원인이었다. 대사성 골 질환과 골격계에 영향을 미 치는 약물 복용이나 병리가 있었던 사람은 표준 골 조직 은행 절차에 따라 제외하였다. 그러나 흡연, 음 주 행태에 대한 정보는 확인할 수 없었다. 알려진 다 른 내과적인 질환은 없었으며 형광 투시법으로 골 시편을 다시 검사하여 가능한 병리 변화가 있었는지 확인하였다. 표준 골조직 은행 절차에 따라 대퇴골 을 선택하였다²³. 시신 기증자들은 심정지, 교통사고 나 다른 갑작스런 외상에 의해 사망하였다. 대퇴골 은 수작업으로 연부조직을 제거하고 70% 에탄올에 최소 2주 동안 각각 보관하였다. 모든 시편은 식염 수로 적신 거즈에 싸서 영상실에 보냈다.

Lundeen²²에 의해 기술된 골 측정 기술로 연구자 들은 각 대퇴골을 측정하고 다른 표본들과 비교하기 위해 대퇴 골두의 기저부, 경부-전자부 경계(경부 기 저부), 소전자부와 대전자부의 기저부를 표시하였다 (Fig. 1a).

연골하골 제1 압박 골소주는 형광 투시경상 전후 면과 측면에서 두드러진다(Fig. 1a). 시편들은 왕복 톱을 사용하여 각 대퇴골에서 골두, 경부와 전자부 의 세 절편을 얻었다(Fig. 1b). 골소주 시편은 대퇴골 두에서 압박력을 가장 많이 받는 부위와 대퇴 경부 의 상하면, 전자부의 상, 중, 하 부위에서 지름이 8 mm인 원통형 톱을 사용하여 채취하였다(Fig. 1b). 시 편들은 표시된 골소주가 뻗어나가는 방향을 따라 천 공하고, 경부와 전자부에서는 피질골을 피하여 피질 골 축에 평행하게 채취하였다. 따라서 27개의 대퇴 골두, 54개의 경부, 81개의 전자부 시편을 얻게 되었 다. 각각의 골소주의 원위부를 표시하였고 모든 시 편들은 70% 에탄올이 채워진 플라스틱 튜브에 넣어 보관하였다.

2. 미세 단층 촬영 영상

각각의 골 기둥을 표본 용기에 상하 방향을 일정 하게 하여 붙이고 미세 단층 촬영을 시행하였다 (Skyscan 1072, Aartselaar, Belgium). 영상은 11.23배의

Fig. 2. A-F: Variations in 3D trabecular microstructure in the femoral head (A), the neck superior (B) and inferior regions (C), and the trochanteric superior (D), middle (E) and inferior regions (F) with aging.

Fig. 1. A) The proximal femur was marked to identify three locations: base of the head, the neck-trochanter junction, and the base of the lesser and greater trochanters. B) The specimens were cut to provide three sections per femur, and trabecular cores were obtained from these three bone sections.

배율에서 1 mm 알루미늄 필터를 이용하여 80V, 100 μA에서 촬영하였다. 각 영상을 찍을 때마다 0.90도 회전시켰다. 이차원 영상을 각 골 시편을 재구성하 기 위해 재구성하였고 0에서 255까지의 그레이 레벨

을 표시하여 bmp 형식으로 저장하였다. 영상 소프트 웨어(CT analyser, Skyscan)를 사용하여 volume of interest (VOI)를 골소주 기둥의 근위 절단면 아래 3 mm에서 선택하였고 길이 5 mm, 높이 10 mm의 사각

A B

A B C

D E F

D

Fig. 3. A) Age-related decrease in BV/TV showed a proximate linear fashion in all regions at different baseline, except for NI. The trend was for NI to retain the relative high volume of trabecular bone after 50 years of age. B) Similar to BV/TV, Tb.Th decreased significantly with age in all regions, except for NS region. C) BV/TV and Tb.Th decreased with increasing age, while the trend for Tb.Sp was toward to increase in all regions. D) Only in FH and NS regions Tb.N significantly decreased with age, while the trend For NI and TI was toward to increase. E) With increasing age, SMI significantly increased in three regions of the trochanter. F) The trend for DOA was toward to increase with aging in all regions.

Table 1. Regression coefficient r values from linear regression analysis for regional variations in 3D microstructural properties of trabecular bone with aging

Microstructural parameters FH N=27 NS N=27 NI N=27 TS N=27 TM N=27 TI N=27 BV/TV (%)

Tb.Th (mm) Tb.Sp (mm) Tb.N (mm) SMI DOA

−0.54*

−0.47*

0.43*

−0.39*

−0.35 0.45*

−0.53*

−0.36 0.51*

−0.47*

−0.10 0.35*

−0.39*

−0.41*

0.21 0.05

−0.11 0.22

−0.38*

−0.62*

0.18

−0.08 0.5*

0.24

−0.51*

−0.58*

0.33

−0.21 0.42*

0.21

−0.43*

−0.49*

0.11 0.15 0.46*

0.16 FH femoral head, NS neck superior region, NI neck inferior region, TS trochanteric superior region, TM trochanteric middle region, TI trochanteric inferior region, BV/TV bone volume fraction. Tb.Th trabecular thickness, Tb.Sp trabecular separation, Tb.N trabecular number, SMI structure model index, DOA degree of anisotropy.

*Significant correlation between the microstructural indices and age, P<0.05

형으로 디자인하였다. ANT 소프트웨어(release 2.05;

Skyscan)을 사용하여 삼차원 모델링과 분석을 하였 다. 이 프로그램을 사용하여 2차원 영상으로부터 대 상을 재구성하고 구조적 척도를 분석할 수 있었다.

표면 렌더링 알고리즘을 사용하여 삼차원 모델을 재 구성할 수 있었다. 구조적인 패턴 확인 위해서 전형 적인 삼차원적 모델을 검은 바탕에 종축 평면으로 0.5 mm 두께의 얇은 슬라이드로 잘라냈다. ANT 소 프트웨어를 이용 해면뼈 체적비(BV/TV), 골소주 개 수(Tb. N), 골소주 굵기(Tb. Th), 골소주간 거리(Tb.

Sp), 구조 모델 지수(SMI), 해면뼈 이방성 정도(DOA) 등의 삼차원적 구조 척도를 구했고 이들 척도들은 기존의 알고리즘을 따라 결정하였다.

3. 통계 분석

선형 회귀 분석을 연령과 미세구조 척도 간의 관 련성을 조사하기 위해 사용하였다. 자료를 젊은 군 (40～59세), 초로(60～79세), 고령(80～90세)의 세 가 지 연령군으로 나누고 각각을 10년 단위로 세분화하 였다. 젊은 군은 9명, 초로 11명, 고령 7명이었으며 40대가 4명, 50대가 5명, 60대 5명, 70대 6명, 80대 4 명, 90대 3명으로 세분화할 수 있었다. 세 연령 군 사이의 구조 척도를 비교하기 위해 ANOVA를 사용 하였다.

결 과

미세 단층 촬영상 골소주의 조직형태는 연령뿐만 아니라 근위 대퇴골의 해부학적 부위에 따라서도 많 은 변화를 보였다. 근위 대퇴골을 6개의 부위로 나누 어 각 부위를 미세 단층 촬영을 이용하여 구한 전형 적인 삼차원 재구성이 연령에 따라 다르게 나타났다.

1. 해면뼈 체적비

나이가 들어감에 따라 해면뼈 체적비는 모든 해부 학적 부위에서 많이 감소하였다(Table 1). 해면뼈 체 적비 감소가 연령에 따라 거의 직선 형태를 보였으 나 대퇴골 경부 하부에서는 각 연령대별로 10.3%, 24%, 9.6%, 13.8%로 예외였다. 대퇴골 경부 하부는 50세 이후에 상대적으로 높은 골소주 볼륨을 갖고

있었다(Fig. 3A). 해부학적 부위별 체적비를 연령 군 에 따라 분석했을 경우 대퇴 골두에서는 모든 연령 에서 해면뼈 체적비가 높았으며 전자 하부에서는 젊 은 군, 초로군 모두 낮았고 경부 상부에서는 고령군 에서 낮았다(Table 2).

대퇴골두, 경부 상부, 전자 중부, 전자 하부에서는 젊은 군과 고령군 사이에 해면뼈 체적비간 통계적으 로 유의한 차이를 보였으며 각 부위에서 28.8%, 61.4%, 39.4%, 23.7%씩 고령군에서 낮게 측정되었 다. 경부 상부와 전자 중부에서만 초로 군과 고령군 사이에서 차이가 있었으며 각 부위에서 58.9%, 35.6%씩 고령군에서 낮았다. 젊은 군과 초로군 사이 에는 아무런 통계학적 차이가 없었다. 경부 하부에 서는 세 연령 군에서 전체 감소가 33.2%로 가장 작 은 감소를 보였다(Table 2). 모든 연령 군에서 경부 상부보다 하부의 체적비가 통계적으로 유의하게 컸 다(P<0.05). 해면뼈 체적비는 전자부보다 경부에서 젊은 군과 초로 군에서 유의하게 컸다. 각 연령 군에 서 전자부의 세 부위 간 통계학적 유의성은 보이지 않았다.

2. 골소주 굵기

해면뼈 체적비와 마찬가지로 골소주 굵기도 경부 상부를 제외한 다른 해부학적 부위 모두에서 연령에 따라 유의하게 감소하였다(Table 1, Fig. 3B). 대퇴골 두와 경부 하부 같은 압박력이 가해지는 부위에서 골소주가 굵었으며 전자부에서는 골소주 굵기가 작 았다. 경부 상부, 전자 중부, 전자 하부에서 젊은 군 이 고령군보다 높은 골소주 굵기를 보였으며 전자 상부, 전자 중부에서 초로 군에서 고령군에 비해 높 은 수치를 보였다(P<0.05). 그러나 젊은 군과 초로 군 사이에는 아무런 차이성이 없었다(Table 2).

3. 골소주 간격

골소주 간격은 모든 해부학적 부위에서 증가하였 다(Fig. 3C). 그러나 대퇴골두와 경부 상부에서만 통 계적으로 유의한 차이가 있었다(r=-0.43, -0.51, P<

0.05, Table 1). 전자 중부에서 골소주 간격이 가장 크고 대퇴 골두에서 가장 작았다. 모든 연령 군에서 대퇴 골두와 전자 하부에서 골소주 간격이 유의하게

Table 2. Microstructural parameters derived from 6 regions in the three age groups Microstructural

parameters Regions Young group (40～59 years) Old group (60～79 years) Elderly (80～90 years)

BV/TV (%) FH

NS NI TS TM

TI

39.9±9.03 19.7±7.04 32.8±9.81 18.9±6.31 15.1±3.82 13.9±4.84

36.7±8.38 18.5±7.21 30.3±6.36 19.5±6.06 14.2±5.43 13.5±3.74

28.4±8.05^a 7.61±7.17^ab

27.4±9.35 14.4±6.08 9.15±0.96^ab

10.6±1.39^a

Tb.Th FH

NS NI TS TM

TI

0.25±0.04 0.18±0.04 0.25±0.05 0.15±0.02 0.16±0.02 0.19±0.05

0.22±0.03 0.17±0.03 0.23±0.04 0.14±0.02 0.15±0.02 0.17±0.05

0.21±0.07 0.15±0.01^a

0.19±0.04 0.12±0.01^b 0.12±0.02^ab

0.14±0.03^a

Tb.Sp FH

NS NI TS TM

TI

0.37±0.13 0.69±0.16 0.50±0.14 0.64±0.17 0.80±0.13 0.91±0.12

0.40±0.11 0.74±0.13 0.56±0.13 0.60±0.14 0.81±0.19 0.86±0.09

0.51±0.13 0.85±0.08^a

0.53±0.13 0.69±0.23 0.96±0.15^a

0.94±0.18

Tb.N FH

NS NI TS TM

TI

1.67±0.26 1.18±0.21 1.37±0.23 1.30±0.25 1.06±0.15 0.91±0.09

1.63±0.21 1.11±0.17 1.28±0.16 1.39±0.27 1.08±0.21 0.99±0.11

1.42±0.19^a 0.99±0.07^a 1.4±0.19 1.31±0.34 0.93±0.12 0.94±0.12

SMI FH

NS NI TS TM

TI

2.14±0.74 1.66±0.41 1.95±0.76 1.35±0.18 1.62±0.14 1.78±0.14

1.83±0.58 1.56±0.36 1.53±0.39 1.48±0.19 1.72±0.26 1.74±0.23

1.61±0.63 1.56±0.08 1.97±0.14^b

1.61±0.36 1.78±0.08^a 2.10±0.39^ab

DOA FH

NS NI TS TM

TI

0.20±0.06 0.18±0.04 0.13±0.06 0.38±0.07 0.42±0.07 0.32±0.11

0.23±0.05 0.21±0.07 0.19±0.07 0.41±0.08 0.44±0.07 0.36±0.10

0.27±0.03^a 0.21±0.05 0.16±0.06 0.43±0.12 0.46±0.05 0.38±0.04 Values are means±standard deviation. FH femoral head, NS neck superior region, NI neck inferior region, TS trochanteric superior region, TM trochanteric middle region, TI trochanter inferior region, BV/TV bone volume fraction, Tb. Th trabecular thickness, Tb.Sp trabecular separation, Tb.N Trabecular number, SMI Structure model index, DOA degree of anisotropy.

aSignificant difference between young group vs. elderly group, P<0.05, ^bSignificant difference between old group and elderly group, P<0.05

낮았다. 더구나 대퇴 경부가 전자부보다 모든 연령 군에서 유의하게 높은 골소주 간격 값을 보였다. 전 자 상부가 전자 중부와 하부보다 낮은 골소주 간격 을 보였다. 젊은 군과 고령군 사이에 경부 상부, 전 자 중부의 골소주 간격이 유의한 차이를 보였다 (P<0.05, Table 2). 다른 부위에서는 통계적으로 유 의한 차이를 보이지 않았다.

4. 골소주 개수

대퇴골두와 경부 상부에서만 골소주 개수가 연령 에 따라 유의하게 감소하였다(Fig. 3D). 경부 하부와 전자 하부에서는 증가 추세를 보였으나 통계적으로 유의한 값을 보이지는 않았다(Table 1). 해부학적 부 위별 골소주 개수는 대퇴골두에서 가장 많고 전자 하부에서 가장 적었다. 젊은 군과 고령군 사이에 대 퇴골두와 경부 상부에서 유의한 차이를 보였으나 다 른 부위에서는 아무런 유의성을 보이지 않았다.

5. 구조 모델 지수

나이가 증가함에 따라 구조 모델 지수는 전자부 세 부위 모두에서 유의한 증가를 보였으나 다른 부 위에서는 나이에 따른 차이가 없었다. 10년 단위로 세분화하여 분석했을 경우 70세 이상의 고령에서 크 게 증가하는 것을 알 수 있었다(Fig. 3E). 이는 나이 가 듦에 따라 막대기 같은 구조가 나타나기 때문이 다. 전자 하부의 고령군에서 가장 큰 구조 모델 지수 를 보이고 연령 군에 따라 유의한 차이를 보였다. 전 자 중부에서는 젊은 군과 고령군 사이에 유의한 차 이를 보였고 전자 하부에서는 초로 군과 고령군 사 이에 유의한 차이를 보였다(Table 2).

6. 해면뼈 이방성 정도

대퇴골두와 경부 상부에서는 증가세를 보이나 다 른 부위에서는 연령 증가에 따라 해면뼈 이방성 정 도가 증가 추세를 보였다. 이는 나이가 듦에 따라 골 소주가 일차 방향으로 강하게 정렬하고 골 소실이 이어지기 때문이다. 이 척도는 70세까지는 상대적으 로 변화가 없으나 90대에서는 매우 큰 증가를 보였 다(Table 2. Fig. 3F). 젊은 군과 고령군 사이에 대퇴 골두에서는 유의한 차이를 보였으나 다른 부위에서

는 연령군별 차이가 없었다.

고 찰

본 연구는 노화에 따른 근위 대퇴골 골소주의 삼 차원적 미세 구조의 해부학적 부위별 변이를 조사한 첫 논문이다. 노화에 관련된 뼈 변화를 보이기 위해 연령을 10년 단위로 나누고 남성 시신의 근위 대퇴 골을 여섯 해부학적 부위로 구분해 골소주 시편을 얻은 후 3차원 미세 단층 촬영을 하였다. 이렇게 얻 은 미세 구조 척도가 골소주의 기계적 성질을 잘 보 여준다고 받아들여지고 있다. 본 연구 결과는 가장 흔하게 골절이 일어나는 근위 대퇴골의 6개 해부학 적 부위의 골소주 손실과 미세 구조의 노화에 관련 된 기전을 보여주고 있다.

골소주 구조에서 먼저 널리 알려진 노화와 관련된 변화는 석회화된 골 조직의 감소로 표현되는 골 소 실이다. 이러한 골 소실은 뼈가 부서지기 쉽고 노인 들의 골절 위험도를 증가시키는 중요한 인자로 받아 들여진다. 척추, 경골, 요골과 근위 대퇴골 등 여러 부위에서 골 소실을 연구한 다른 논문과 마찬가지로 본 연구도 전체적으로 비슷한 결과를 보인다. 흥미 롭게도 한국인 남성 시신에서는 노화와 관련된 골소 실이 일정치 않았다. 이 결과는 백인 여성의 근위 대 퇴골의 해면골을 대상으로 한 이전의 보고와 비슷하 다²². 나이가 듦에 따라 해면뼈 체적비가 모든 해부 학적 부위에서 감소하였고 기저치는 다르지만 대퇴 골두, 경부 상부, 전자 중부에서 전형적인 직선 경향 을 보였다. 그러나 50세 이후에 상대적으로 높은 골 소주 볼륨을 보인 부위는 경부 하부였다. 경부 상부 와 경부 하부 사이의 해면뼈 체적비는 고령군에 비 해 젊은 군에서 각각 61.4%, 33.2%의 감소를 보였다.

따라서 경부 상부는 대퇴골 경부 골절의 시작점일 뿐 아니라 낙상 시 가장 큰 스트레스를 받는 부위일 것이다²⁵. 이러한 부위별 이질성은 각 해부학적 부위 가 서로 다른 부하가 걸리기 때문이다. 대퇴골 경부 상부의 골소주는 장력을 받으며, 대퇴골 경부 하부 의 골소주는 압박력을 받는다. 골세포는 압박력에 더 취약한 것으로 알려져 있다. 골세포의 억제 신호 가 파골세포로 전해져 골 흡수를 예방한다²⁶. 해면뼈

체적비가 골밀도와 가장 비슷한 구조 척도이며 여러 연구에서 DXA, pQCT로 얻은 골밀도값을 multisec- tion CT나 미세 단층촬영에서 얻은 해면뼈 체적비와 비교하였고 상관계수가 각각 0.67, 0.94였다^27,28. 현재 DXA법으로 측정한 골밀도는 전체 대퇴골 경부 값 의 평균이며 각 해부학적 부위의 값은 보여주지 못 하므로 골절 위험도 예측이 정확하지 못할 수밖에 없다. 본 연구 결과에서 나이에 따라 경부 상부에서 가장 큰 해면뼈 체적비 감소를 보이므로 대퇴 경부 상부의 절대 골밀도 값이 임상적으로 유용한 척도일 것이다.

미세구조 척도들 간에 상호작용이 있다고 알려져 있다. 해면체 체적비와 마찬가지로 골소주 두께도 나이가 듦에 따라 경부 상부를 제외하고 감소한다.

그러나 경부 상부에서는 젊은 군과 고령군 사이에 골소주 두께의 유의한 차이가 존재한다. 압박력이 가해지는데 대퇴골두와 경부 하부에는 연령 군에 따 른 골소주 두께 차이가 없었다. 노인에게서 골량의 소실에 따른 뼈 구조 악화가 생기나 골 강도를 유지 하기 위해 골소주 두께를 증가시켜 보완시키는 기전 이 있다고 추측할 수 있으며 이는 기계적 부하에 적 응하는 중요한 기능이다. 유사한 결과가 여러 동물 실험과 인간 척추에서 보이고 있다²⁹. 또한 가로 골 소주의 두께는 연령과 관련해 감소한다고 한다³⁰. 여러 실험에서 여성에서 골소주 소실은 골소주 요 소들의 소실과 관련되어 있고 골소주 분리를 증가시 킨다고 한다³⁰. 골소주 분리의 증가는 일반적으로 각 골소주 요소들이 서로 멀어지는 것이며 이는 골소주 간 거리가 증가하거나 골소주가 전혀 없는 공간이 발생하기 때문이다. 본 연구 결과 해면체 체적비와 골소주 두께는 나이가 듦에 따라 감소하며 골소주 분리는 모든 해부학적 구조에서 증가 경향을 보인 다. 그러나 대퇴골두와 경부 상부에서만 통계적으로 유의한 값을 보였다. 더구나 골소주 분리값이 전자 중부가 아니라 경부 상부에서 연령 군에 따른 유의 한 차이가 있었는데 이는 노인 여성보다 노인 남성 에서 골소주 분리가 적다는 최근의 한 연구 결과와 비슷하다³¹. 남성에서 미세 구조가 보다 잘 보존된다 고 생각된다.

구조 모델 지수는 판상과 기둥형 구조의 비율을 나

타낸다. 노화에 따라 골소주가 판상 구조에서 기둥형 구조로 바뀌는 것을 삼차원 영상에서 관찰할 수 있었 다. 본 연구 결과에 따르면 구조 모델 지수는 나이가 증가함에 따라 전자부 전 영역에서 증가하는데 이는 전자부에서는 골소주가 기둥형 구조를 보인다는 것 이다. 노화가 진행됨에 따라 골량이 주로 판상 밀도 가 감소함에 따라 줄어들게 된다. 파골 흡수강이 과 도하게 깊어지게 되어 판 제거가 시작되어 구멍이 생 기고 판형에서 기둥형 골소주로 전환이 이뤄지게 된 다. 이러한 변화가 기계적 강도의 소실을 일으킨다.

Ming³² 등의 경골 미세 단층 촬영 연구에서 구조 모 델 지수가 탄성률의 가장 좋은 예측 인자임을 보여주 고 있다. 게다가 cellular solid 이론으로 다른 구조 간 에 변형과 쇠퇴 기전을 예상할 수 있다³³. 예를 들어 기둥형 구조가 구부림이나 회전 등의 큰 변형력에 취 약하다. 이 이론은 Muller 등의 실험 자료에 의해 뒷 받침 되며 기둥형 골소주 표본에서 압박력 실험 시 큰 변형이 생기는 것을 관찰할 수 있다³⁴. 본 연구 결 과를 통해 고령 인구에서 전자부 골절이 잘 발생하는 이유를 알 수 있다. 연령별 해면골 체적비의 유의한 차이 없이 구조 모델 지수가 경부 하부에서 초로와 고령군 사이에 유의한 차이를 보이는 것은 해면골 체 적비는 약간만 감소하나 골소주의 미세 구조는 많이 변화함을 보여준다. 따라서 구조 모델 지수가 골소주 의 연령에 따른 변화를 보다 민감하게 반영한다. 또 한 이러한 구조 정보가 골밀도나 골량에 직접적으로 관련된 것은 아니다.

해면뼈 이방성 정도는 골소주의 오리엔테이션을 반영하는 지표로 기계적 환경에 대한 골소주 적응력 을 나타내기도 한다. 본 연구 결과 해면뼈 이방성 정 도가 모든 해부학적 부위에서 연령에 따라 증가하며 특히 대퇴골두와 경부 상부에서 많이 증가했다. 고 령의 골소주는 골 소실이 발생한 후 일차 방향으로 강하게 배열되는 것처럼 보인다. 최근 Ciarelli¹⁷ 등은 대퇴골 경부 골절 유무에 따라 여성의 나이에 따른 해면골 변화를 연구하였다. 골소주 개수, 연결성, 두 께 등의 구조 척도들은 유의한 차이가 없었고 하방 에서 상방으로의 최대 탄성 계수와 최대 스트레스는 같았다. 골절군에서 구조적 이방성이 유의하게 크게 나타났으며 골절 위험성 예측에 이방성 정도가 중요

하다는 것을 나타낸다. Ming 등은 해면뼈 이방성 정 도가 경골 해면골의 기계적 성질 결정에 가장 중요 한 인자라고 믿고 있다³². 골소주 정렬은 연령이 증 가하고 골 소실이 진행됨에 따라 점점 이방성이 증 가한다.

요약하면 경부 하부에서 해면골 체적비는 더 크나 경부 상부에서 골 소실이 더 많이 발생한다. 따라서 경부상부의 체적비가 노화에 따라 매우 크게 감소하 므로 경부 상부의 골밀도 절대치가 보다 유용한 임 상 수치이다. 해면골 체적비 감소는 약간 일어나도 골소주의 미세 구조는 큰 변화가 생긴다. 구조 모델 지수와 해면뼈 이방성 정도는 골소주 구조가 연령에 따라 변화하는 것을 민감하게 반영하는 것 같다.

결 론

남성 근위 대퇴골의 골소실과 골소주 미세 구조의 연령에 따른 변화는 한국인 시신에서는 균일하지 않았 다. 기계적 적응과 연령 관련 적응이 있기 때문에 해부 학적 부위에 따른 골소주의 변이는 근위 대퇴골의 기 계적 성질에 영향을 미치는 중요한 인자일 것이다.

국 문 초 록

목적: 연령에 따른 사람의 근위 대퇴골 골소주의 3차원적미세 구조를 부위별로 조사하는 것이다.

재료 및 방법: 남성 시신으로부터 얻은 27개 대퇴 골을 6 구역으로 나누고 각각에서 원통형 시편을 구 해 총 162개의 골소주를 얻었다. 미세 컴퓨터 단층 촬영기를 이용하여 영상을 얻어 해면뼈 체적비 (BV/TV), 골소주 개수(Tb. N), 골소주 굵기(Tb. Th), 골소주간 거리(Tb. Sp), 구조 모델 지수(SMI), 해면뼈 이방성 정도(DOA)를 분석하였다.

결과: 근위 대퇴골의 서로 다른 부위에 따른 골소 주의 미세구조의 변화는 나이에 따라 다르다. 해면 뼈 체적비의 유의한 감소와 연령과 관련하여 골소주 굵기의 감소를 보였다. 부위별로 분석한 결과 전자 부 상부와 하부 사이에 해면뼈 체적비, 골소주 굵기, 골소주간 거리, 골소주 개수, 구조 모델 지수, 해면 뼈 이방성 정도에 유의한 차이를 보였다.

결론: 본 연구에서는 남성 근위 대퇴골의 연령과 관련된 골 소실과 골소주 미세 구조의 변화의 변화 가 일정하지 않았다. 연령에 따라 근위 대퇴골의 서 로 다른 부위가 골소주의 미세 구조에 있어 많은 차 이가 있음을 보여주었다.

중심단어: 노화, 미세 구조, 근위 대퇴골, 골소주

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