Received: July 30, 2015 Revised: August 23, 2015 Accepted: September 16, 2015
Corresponding Author: Seok Hyun Kwon, Department of Orthopedic Surgery, School of Medicine, Wonkwang University Hospital, 895 Muwang-ro, Iksan, Jeonlabuk-do 570-711, Korea
Tel: +82-63-859-1360, Fax: +82-63-852-9329, E-mail: [email protected]
* 이 논문은 2013 원광대학교의 연구 지원으로 이루어졌음.
혈청 표지자 분석을 통한 근위 대퇴 골절 형태 예측
원광대학교 의과대학 정형외과학교실 권병택․권석현
Prediction of Type of Proximal Femur Fracture by Analysis of Serum Makers
Byung Taek Kwon, Seok Hyun Kwon
Department of Orthopedic Surgery, School of Medicine, Wonkwang University Hospital, Iksan, Korea
Purpose: To analyze serum markers in proximal femur fracture patients, which are known to be accompanied with osteophorosis or metabolic diseases, and consider it as predictive factor and to study how it affects on the fracture form.
Materials and Methods: Vit. D3 known as serum marker of Vit. D, 25(OH)D, and 1,25(OH)2D of 152 patients from April, 2013 to March, 2014 who visited our hospital and diagnosed as proximal femur fracture(Femur neck fracture 73, Intertrochanteric fracture 79) were analyzed. Also, serum calcium level corrected by serum protein, phosphate, creatinine, alkaline phosphatase, estradiol, IGF-1, and PTH were compared and analyzed.
Results: Femur neck fracture group showed significantly low value of D3, 25(OH)D, and 1,25(OH)2D (P-value<0.05) as the values were 37.72±7.21 pg/mL, 27.05±8.43 ng/mL, 25.05±6.78 pg/mL in femur neck fracture group, and 40.36±6.97 pg/mL, 29.54±9.12 ng/mL, 28.87±7.43 pg/mL in intertrochanteric fracture group respectively. The number of patients who were diagnosed as hypovitaminosis D. due to serum 25(OH)D value lower than 30ng/ml were significantly high in femur neck fracture group as the numbers were 56 in femur neck fracture, and 44 in intertrochanteric fracture. Serum calcium level corrected by serum protein, phosphate, creatinine, alkaline phosphatase, estradiol, IGF-1 and PTH level showed no significant difference between two groups.
Conclusion: Serum 25(OH)D level was decreased in proximal femur fracture patiens, and was lower as the patient was older and BMD was lower. Therefore it is thought that proximal femur fracture is affected by vitamin D metabolism.
Key Words: Vitamin D, Osteophorosis, Femur intertrochanteric fracture, Femur neck fracture
골다공증에 의한 골절이 노인들의 사회적 경제적 활동을 제약하는 주된 요인이며, 특히 근위 대퇴 주 위 골절은 골절 후 환자의 활동 능력을 감소하게 하
여 사회 경제적인 부담이 되고 있다.1 또한 고관절 골절 후 1년 이내 사망률이 15~25%로 보고되어 있 으며, 이환율(morbidity)도 증가하는 것으로 보고되
Table 1. Demographic information and clinical data of the patients
Femur Neck Fx. Intertrochanteric Fx. P-value
Age (Yr) 65.8 (57~94) 67.5 (59~101) 0.495
Sex (M:F) 43:30 48:31 0.678
Body Mass Index (kg/m2) 22.1±8.32 21.2±9.31 0.254
BMD (T-score) -3.1±0.76 -2.9±0.83 0.127
고 있다.2-4 비타민 D와 칼슘의 감소는 골강도 저하 뿐만 아니라 근력 감소로 인하여 낙상 위험성이 증 가하여 고관절 골절과 관련성이보고 되었다.5-10 또한 부갑상선호르몬(PTH), IGF-1 (Insulin-like growth factor-1) 와 혈청 단백질 등이 골대사와 연관성이 있다고 알 려져 있다.5 그러나 골다공증 및 혈청 인자들이 고관 절 골절과 연관성에 대해서 보고되었으나 골절 형태 에 관한 보고는 부족하다. 현재까지 고관절 골절과 골다공증의 연관성에 대하여 여러 연구가 있었으 나,7-10 골절 형태에 따른 연관성에 대한 연구는 부족 하여, 이에 저자들은 근위 대퇴 골절 환자에서 혈청 표지자를 분석하여 예측인자로서의 의의와 골절 형 태에 미치는 영향을 알아보고자 하였다.
대상 및 방법
2013년 4월부터 2014년 3월까지 본원에 내원한 환 자 중 대퇴 근위 골절로 진단 받은 환자 중 골종양, 신장 질환 및 간질환 등의 기저질환이 있으며, 이미 골다공증을 진단받고 약물 치료중인 환자들을 제외 한 152명(대퇴 경부 골절 73명, 대퇴 전자간 골절 79 명)을 대상으로 하였다. 단순 방사선 검사로 골절을 진단하였으며, 급성 골절이 확인된 경우에만 대상자 에 포함시켰다.
골절의 위치에 따라 대퇴 경부 골절 환자군(A군) 과 대퇴 전자 간 골절 환자군(B군)으로 구분하였고, 모든 환자의 나이, 성별, BMI (body mass index), BMD (bone mineral density) (T-score)를 조사하였다.
BMD는 대퇴 경부, 전자부, 전자부 사이를 측정하여 가장 낮은 T-score를 사용하였다. 혈청 단백질은 입 원 다음날 아침 공복상태에서 채혈한 혈액을 이용하 였다. Vit D3, 25(OH)D 및 1,25(OH)2D는 경쟁 단백 결합법(Diasorin, Stillwater, Minnesota)을 통해 측정되 었으며 분석 변동 계수는 9%였다. 혈청 PTH는 chemo-
luminescence assay (Nichols Institute, San Jran Capis- trano, California)를 통해 측정되었으며 분석 변동 계 수는 10%였다. 또한 혈청 단백질 수치로 보정된 calcium, phosphate, creatinine, alkaline phosphatase에 대하여 비교 분석하였고, IGF-1 (insulin-liked growth factor-1)는 acid-ethanol extraction 후 RIA (radioimmuno assay)방법을 통해 분석하였으며, 여성 환자의 경우 EIA (Evaluation of enzyme immunoassay) 방법의 화학 발광측정법(CMIA; Carbonylmetalloimmunoassay)을 이용하여 Estradiol 수치도 함께 분석하였다.
통계학적 분석을 위해 Kolmogorov-Smirnov test를 사용하여 집단의 정규성 여부를 파악한 후, 양 그룹 간 차이 분석은 Student t-test를 사용하였으며, 상관 관계 분석을 위해서는 chi-squared correlation analysis 를 사용하였다. 모든 통계학적 분석은 SPSS window version 12.0 (SPSS Inc., Chicago, IL, USA)을 이용하 였다.
결 과
각 군 환자의 평균 나이는 A군에서 65.8세(57~94 세), B군에서 67.5세(59~101세)로 유의한 차이는 보 이지 않았으며, 남녀 성비(F:M)는 A군 20:53, B군 31:48로, 양 군 간의 유의한 차이는 보이지 않았다.
신장과 체중으로 분석한 BMI의 평균값은 A군 22.1±8.32, B군 21.2±9.31였고, T-score를 통해 비교한 평균 BMD는 A군 -3.1±0.76, B군 -2.9±0.83이었으며 모두 유의한 차이는 없었다(Table 1).
비타민 D3, 25(OH)D, 1,25(OH)2D 수치는 A군 각 각 37.72±7.21 pg/mL, 27.05±8.43 ng/mL, 25.05±6.78 pg/mL이었고, B군 각각 40.36±6.97 pg/mL, 29.54±
9.12 ng/mL, 28.87±7.43 pg/mL으로, A군에서 통계적 으로 유의하게 낮은 수치를 나타냈다(P-value<
0.05)(Fig. 1). 25(OH)D 수치가 30 ng/mL 미만으로 저
Table 2. Serum marker index of both groups
Femur Neck Fx. Intertrochanteric Fx. P-value
Vit D3 (pg/mL) 37.72±7.21 40.36±6.97 <0.05
25(OH)D (ng/mL) 27.05±8.43 29.54±9.12 <0.05
1,25(OH)2D (pg/mL) 25.05±6.78 28.87±7.43 pg/mL <0.05
PTH* (pg/mL) 51.05±12.37 62.37±11.79 0.249
Calcium (mg/dL) 8.9±2.73 9.2±2.36 0.169
Phosphate (mg/dL) 3.1±0.78 2.8±0.69 0.267
Creatinine (mg/dL) 2.2±0.62 2.3±0.59 0.459
Alkaline phosphatase (IU/L) 65.52±9.75 68.56±10.21 0.209
Estridol (E2, pg/mL)† 22.16±6.16 23.02±7.02 0.394
IGF-1 (ng/mL) 100.22±17.96 96.22±16.17 0.159
*PTH(parathyroid hormone), †only female
Table 3. Correlations between 25(OH)vitamin D3 and Other Variables
r P-value
Age (Yr) -0.196 <0.05
BMD (T-score) 0.203 <0.05
PTH 0.126 0.269
Fig. 1. Diagram of Vit D3, 25(OH)D, 1,25(OH)2D in both group.
비타민 D 혈증이 진단된 환자 수는 A군 56명, B군 44명으로 A군이 통계적으로 유의하게 많았다. 혈청 단백질 수치로 보정된 calcium, phosphate, creatinine, alkaline phosphatase, estradiol, IGF-1은 A군 각각 8.9±2.73 mg/dL, 3.1±0.78 mg/dL, 2.2±0.62 mg/dL, 65.52±9.75 mg/dL, 22.16±6.16 IU/L, 100.22±17.96 ng/mL였고, B군 각각 9.2±2.36 mg/dL, 2.8±0.69 mg/dL, 2.3±0.59 mg/dL, 68.56±10.21 mg/dL, 23.02±
7.02 IU/L, 96.22±16.17 ng/mL로, 모두 통계적인 유의 성은 보이지 않았다(Table 2). PTH 수치는 A군 51.05±12.37 pg/mL, B군 62.37±11.79 pg/mL로 통계적 인 유의성은 보이지 않았다.
전체 환자 군의 25(OH)D와 나이, BMD, PTH와의 상관관계 분석에서 25(OH)D는 PTH와는 유의한 상 관관계를 보이지 않았으나, 나이와는 유의한 음의 상관관계를(r=-0.196, P<0.05), BMD와는 유의한 양의 상관관계를 보여(r=0.203, P<0.05) 나이가 많을수록
BMD가 낮을수록 낮은 25(OH)D의 농도를 보였다 (Table 3).
고 찰
최근 평균 수명의 연장으로 노령 인구가 증가함에 따라 고관절 주위 골절의 빈도도 증가하는 추세이 다.6 골다공증으로 인한 고관절 부위의 골밀도 감소 는 고관절 골절을 일으키는 가장 중요한 위험 인자 로 알려져 있다. Melton 등7은 골밀도가 감소할수록 고관절 주위의 골절 위험성은 증가한다고 하면서, 골밀도가 0.6 g/cm2 이하일 때 1,000명의 35세 이상 여성에서 1년 이내에 대퇴 경부 골절과 대퇴 전자간 골절이 일어나는 수가 각각 8.3명, 16.6명이라고 보 고하였다. Schott 등8은 대퇴 경부 T-score가 -2.5 이 하에서 48% 고관절 골절이 발생한다고 하였다. 본 연구에서도 평균 BMD는 대퇴 경부 골절 군이 -3.1±0.76, 전자간 골절 군이 -2.9±0.83으로 모두 -2.5 이하에서 발생하여, BMD가 낮을수록 대퇴 근위 골 절의 위험성이 증가하는 것으로 관찰되었다. 그러나 골절의 양상을 예측하는데 도움을 주지는 못하였다.
비타민 D부족은 근력 약화로 낙상 증가와 골밀도 감소로 고관절 골절 및 하지 골절 환자에서 관찰된 다고 하였다.5 Moniz 등9은 고관절 골절 환자의 94.2%에서 비타민 D가 28 ng/mL이하로 부족하였다 고 보고하였으며, 국내에서 골다공증성 고관절 골절 환자 80% 이상이 30 ng/mL 이하였다고 보고하였 다.10 본 연구에서는 25(OH)D 수치가 30 ng/mL 미만 으로 진단된 환자 수는 65.8%(대퇴 경부 골절 군:
76.7%, 전자간 골절 군: 55.7%)였으며, 대퇴 경부 골 절 군에서 Vit D 수치가 더 감소하였다. 대퇴 경부 환자 군에서 대퇴 전자간 골절 환자보다 젊은 연령 에서 발생하고 vit D 결핍은 젊은 연령에서 높게 보 고되기 때문으로 사료된다.17 그러나 다른 논문과 비 교하여 심한 비타민 D 결핍이 적은 이유는 여성 환 자가 적게 포함되었고, 65세 미만 환자가 포함되었 기 때문으로 사료된다.
고령 환자에서 햋빛에 의한 피부에서 Vit D생성 감소와 칼슘 장내 흡수 감소, 신장내 대사가 감소되 어 혈중 Vit D 농도가 감소되고 이는 골대사에 영향
을 미쳐 골다공증이 발생한다. 본 연구에서도 나이 가 많고 BMD가 낮을수록 혈중 25(OH)D가 낮게 측 정되었으며, 대퇴 경부 및 전자간 골절이 증가한 것 으로 사료된다.
Vit D가 감소하면 혈중 PTH가 증가하여 골흡수의 증가로 BMD가 감소하게 되나 골흡수가 증가하는 혈중 PTH 농도의 뚜렷한 기준점은 없으며 심한 Vit D 결핍에서만 PTH 분비가 증가하게 된다. 체내의 Vit D 상태를 반영하는 혈중 Vit D는 25(OH)D이고 biomarker로 흔히 이용되나, PTH, 인 및 칼슘과의 밀 접한 연관성을 갖는 Vit D는 1,25(OH)2이고, 이는 심 한 Vit D 결핍 시 감소하게 된다.11 본 연구에서도 PTH는 25(OH)D 뿐만 아니라 BMD와도 유의한 상관 관계를 보이지 않았다.
IGF-1은 BMD와 양의 연관성이 있고, 낮은 혈중 농도는 BMD와 독립적으로 골절 발생률과 연관성이 있는 것으로 보고되었으며,12-14 특히 Ohlsson15 등은 혈중 IGF-1가 낮은 경우 골절 위험성이 40% 증가한 다고 보고하였다. 그러나 다른 저자들은 고령 남자 환자 및 폐경 후 여성에서 골다공증이 혈중 IGF-1과 연관성이 없다고 보고하였다.16 본 연구에서는 혈중 IGF-1은 골절 위험성과 연관성이 없었고, 골절 양상 과도 연관성이 없는 것으로 관찰되었다.
본 연구의 제한점은 환자군이 적고, 계절별, 연령 대별, 성비 구별, 환자 활동력, 및 햋빛 노출 정도 등 을 고려하지 않은 점과 대조군이 없다는 것이다.
결 론
대퇴 근위부 골절 환자에서 25(OH)D가 감소된 소 견이 관찰되었으며, 나이가 많고 BMD가 낮을수록 더 낮게 측정되었다. 이는 대퇴 근위부 골절이 비타 민 D대사의 영향을 받는 것으로 사료된다.
참 고 문 헌
1. Boonen S, Autier P, Barette M, Vanderschueren D, Lips P, Haentjens P. Functional outcome and quality of life following hip fracture in elderly women: a prospective controlled study. Osteo-
porosis Int 2004;15:87-94.
2. Davidson CW, Merrilees MJ, Wilkinson TJ, McKie JS, Gilchrist NL. Hip fracture mortality and morbidity--can we do better? N Z Med J 2001;
114:329-32.
3. Lee SR, Kim SR, Chung KH, et al. Mortality and activity after hip fracture: a prospective study. J Korean Orthop Assoc 2005;40:423-7.
4. Magaziner J, Lydick E, Hawkes W, Fox KM, Zimmerman SI, Epstein RS, Hebel JR. Excess mor- tality attributable to hip fracture in white women aged 70 years and older. Am J Public Health 1997;87:1630-6.
5. Sambrook P and Cooper C. Osteoporosis. Lancet 2006;367:2010-18.
6. Cummings SR, Rubin SM, Black D. The future of hip fractures in the United States. Numbers, costs and potential effects of postmenopausal estrogen.
Clin Orthop Relat Res 1990;(252):163-6.
7. Melton LJ 3rd, Wahner HW, Richelson LS, O’Fallon WM, Riggs BL. Osteoporosis and the risk of hip fracture. Am J Epidemiol 1986;124:254-61.
8. Schott AM, Cormier C, Hans D, Favier F, Hausherr E, et al. How hip and whole-body bone mineral density predict hip fracture in elderly women: the EPIDOS Prospective Study. 1998;8:
247-54.
9. Moniz C, Dew T, Dixon T. Prevalence of vitamin D inadequacy in osteoporotic hip fracture patients in London. Curr Med Res Opin 2005;21:1891-4.
10. Lee WS, Lee SH, Han SB, Jeong WK, Park SY.
Vitamin D inadequacy in patients with osteoporotic hip fractures. Korean J Bone Metab 2011;18:9-14.
11. Kuchuk NO, Pluijm SM, van Schoor NM, Looman CW, Smit JH, Lips P. Relationships of Serum 25-Hydroxyvitamin D to Bone Mineral Density and Serum Parathyroid Hormone and Markers of Bone Turnover in Older Persons. J Clin Endocrinol Metab 2009;94:1244-50.
12. Barrett-Connor E, Goodman-Gruen D. Gender diffe- rences in insulin-like growth factor and bone mineral density association in old age: the Rancho Bernardo Study. J Bone Miner Res 1998;13:1343-9.
13. Janssen JA, Burger H, Stolk RP, Grobbee DE, de Jong FH, Lamberts SW, Pols HA. Gender-specific relationship between serum free and total IGF-I and bone mineral density in elderly men and women.
Eur J Endocrinol 1998;138:627-32.
14. Garnero P, Sornay-Rendu E, Delmas PD. Low serum IGF-1 and occurrence of osteoporotic frac- tures in postmenopausal women. Lancet 2000;11;
355(9207):898-9.
15. Ohlsson C, Mellström D, Carlzon D, Orwoll E, Ljunggren O, Karlsson MK, Vandenput L. Older men with low serum IGF-1 have an increased risk of incident fractures: the MrOS Sweden study. J Bone Miner Res 2011;26:865-72.
16. Bennett AE, Wahner HW, Riggs BL, Hintz RL.
Insulin-like growth factors I and II: aging and bone density in women. J Clin Endocrinol Metab 1984;
59:701-4.
17. Bogunovic L, Kim AD, Beamer BS, Nguyen J, Lane JM. Hypovitaminosis D in Patients Scheduled to Undergo Orthopaedic Surgery: A Single-Center Analysis. J Bone Joint Surg Am 2010;92:2300-4.
