The Relationship of Obesity and Bone Turnover Markers in Postmenopausal Women

폐경 여성에 있어서 비만과 골교체 표지자 (Osteocalcin, Total Alkaline Phosphatase, Cross-linked Telopeptide of Type I Collagen)와의 관련성

관동대학교 의과대학 제일병원 가정의학과, 경희대학교 의학전문대학원 경희의료원 산부인과학교실¹

이민우․정민형¹․박선영․주일우․오한진

The Relationship of Obesity and Bone Turnover Markers in Postmenopausal Women

Min Woo Lee, Min Hyung Jung¹, Seon Young Park, Il Woo Joo, Han Jin Oh

Department of Family Medicine, College of Medicine, Kwandong University, Cheil General Hospital, Seoul, Department of Obstetrics and Gynecology, School of Medicine, Kyung Hee University, Kyung Hee Medical Center

, Seoul, Korea

Objectives: The relationship between obesity and osteoporosis has been widely studied, and the

Methods: One hundred and sixty five postmenopausal Korean women were enrolled to determine the

<120% or waist circumference < 85 cm). We compared the bone turnover markers and bone mineral density of the lumbar spine of the two groups by the independent sample T-test.

Results: CTX was negatively correlated with the BMI (kg/m

0.1238, P=0.047).

Conclusion: The results of this study suggest that obesity might have an effect on the bone turnover rate;

however, further well-designed studies are needed to confirm this finding.

Key Words: Obesity, Bone turnover marker, Osteocalcin, Total alkaline phosphatase, CTX

논문접수일: 2009년 7월 6일, 심사일: 2009년 7월 15일 게재확정일: 2009년 9월 27일

책임저자: 오한진, 관동대학교 의과대학 제일병원 가정의학과 Tel: 02)2000-7366, Fax: 02)2000-7769

E-mail: [email protected]

비만한 여성은 그렇지 않은 여성에 비해 척추와 대 퇴골의 골밀도가 높고, 대퇴골 골절률이 낮다는 연구 결과가 널리 받아들여지고 있다. 이러한 결과는 뼈에 부하되는 체중의 효과와 체지방에서 생성되는 여성

호르몬에 기인한다고 보고되었다¹. 그러나 일부 다른 연구에서는 이와 일치하지 않는 결과를 보고하였는 데, 체지방률이 높은 군에서 골다공증의 위험이 더 높으며², 체지방의 증가는 골질량과 역의 관계에 있 다고 보고하였다³.

비만한 폐경 여성에 있어서 그렇지 않은 폐경 여성 에 비해, 골소실률이 감소되어 있는 것은 골교체율의 감소로 설명되고 있다. 실제로 체중이 증가함에 따라 골흡수가 감소하는 경향이 있다는 것을 보고한 연구 들이 있다^4-6. 최근 새로운 생화학적 방법을 이용하여 골교체율을 측정한 연구들에서도 신체질량지수 (Body mass index)가 골교체 표지자 (Bone turnover marker)와 음의 상관관계가 있다고 보고하였다^7,8. 그 러나 골흡수만 체중 증가와 관련되어 감소한다고 보 고한 연구도 있었고⁴, 뼈에 존재하는 골형성의 표지 자인 S-PICP (Serum Procollagen Type I C Propeptide) 가 비만과 체중 감소와 관련이 없다는 연구가 있었다⁹. 오히려 체중 증가가 골 재형성 과정과 골형성과 골흡 수의 결합을 방해한다는 연구도 있었다¹⁰.

따라서 비만과 골교체와의 관계는 아직 완전히 밝 혀지지 않았다. 이에 본 연구에서는 비만을 평가하는 신체질량지수, 체지방률 (Percent body fat), 비만도 (Obesity degree), 허리둘레를 사용하여 비만과 골교체 표지자인 serum osteocalcin, serum total alkaline phos- phatase (ALP), serum C-terminal cross linking telo- peptide of type I collagen (CTX)와의 연관성을 알아보 고자 하였다. 또, 이러한 연관성이 요추 골밀도와는 어떠한 관련성이 있는지를 확인하고자 하였다.

대상 및 방법

1. 연구 대상

2003년 3월부터 2007년 3월까지 서울 지역 일개 병원 건강검진센터에 처음으로 내원하여 건강 검진 을 받은 폐경 후 여성을 대상으로 하였다. 폐경은 마 지막 생리 후 1년이 경과하고 follicular stimulating hormone이 40 mIU/mL 이상인 경우로 정의하였다. 대 상자 중에서 혈액 검사 상 thyroid stimulating hor- mone (TSH)이 5μU/mL 이상이거나, aspartate amino- transferase 또는 alanine aminotransferase가 100 IU/L

이상인 경우, creatinine이 1.5 mg/dL인 경우는 제외하 였다. 또, 신경성 식욕부진, 암, 당뇨병, 갑상선 질환 과 같은 내분비 질환 등 골대사에 영향을 줄 수 있는 질환을 가지고 있는 경우도 제외하였다. 현재 비스 포스포네이트 등 골다공증의 약물치료를 받거나 호 르몬 대체요법 중인 경우도 제외하였다.

2. 연구 방법

모든 대상자에서 면담기록지를 통해 과거병력, 현 재병력 등을 조사하였다. 신장 및 체중은 가벼운 옷 을 입은 상태에서 신체계측기와 전자체중계를 사용 하여 체중은 0.1 kg 단위까지, 신장은 0.1 cm 단위까지 측정하였다. 체중(kg)을 신장(m)의 제곱으로 나누어 신체질량지수를 계산하였다. 체지방률과 비만도는 전기저항 체지방측정법(Inbody 3.0, Biospace, Korea) 을 이용하여 측정하였다. 허리둘레는 직립 자세에서 늑골의 최하위와 골반 장골능 상단 사이의 중간 부위 를 줄자로 측정하였다. 혈액 검사는 8시간 이상 금식 후에 채혈되었다. 골교체 표지자는 RIA(N-tactosteo SP, INCSTAR Corp., Stillwater, MN)로 측정하였다. 요 추 골밀도는 이중에너지 방사선 흡수계측법(QDR, Hologic Inc., USA)으로 측정하였고, 압박 골절이 있는 요추를 제외한 요추 1～4번의 평균 골밀도를 이용하 였다. 공복 혈당은 glucose oxidase법을 이용하여 측정 하였고, 지질 농도는 자동 분석기(Hitachi 7150, Tokyo, Japan)로 분석하였다. 고밀도 지단백 콜레스테롤은 효 소법으로 측정하였다. TSH는 immunometric assay (Vitros, Ortho-clinical Diagnostics, USA)로 분석하였다.

3. 통계분석

모든 측정치는 평균 ± 표준편차로 표기하였다. 신 체질량지수, 체지방률, 비만도, 허리둘레와 골교체 표지자인 osteocalcin, ALP와 CTX 사이에서 Pearson 상관계수를 이용하여 연관성을 확인하였다. 또, 나이 를 보정하여 편상관계수를 계산하였다. 신체질량지 수, 체지방률, 비만도, 허리둘레와 각 골교체 표지자 와의 관련성에 대해 선형회귀분석을 시행하였다. 신 체질량지수, 체지방률, 비만도, 허리둘레를 기준으로 각각 비만한 군과 그렇지 않은 군으로 나누었을 때, 두 군에서의 골교체 표지자의 평균을 비교하기 위해

Osteocalcin ALP CTX BMI (kg/m²)

Percent body fat (%) Obesity degree (%) Waist (cm)

Average of Lumbar BMD (g/cm²)

-0.114 (0.145) -0.105 (0.181) -0.113 (0.148) -0.090 (0.249) -0.210 (0.007)^†

-0.072 (0.363) -0.117 (0.135) -0.061 (0.439) -0.052 (0.510) -0.271 (0.001)^†

-0.190 (0.015)*

-0.199 (0.010)*

-0.191 (0.014)*

-0.155 (0.046)*

-0.330 (0.001)^†

* P<0.5, ^†

P<0.01, Pearson correlation coefficient, The P-value are given in parenthesis.

Table 3. Partial correlation coefficient between parameters of obesity and bone turnover markers (adjusting for age)

Osteocalcin ALP CTX

BMI (kg/m²) Percent body fat (%) Obesity degree (%) Waist (cm)

Average of Lumbar BMD (g/cm²)

-0.115 (0.145) -0.106 (0.177) -0.114 (0.146) -0.091 (0.249) -0.214 (0.006)^†

-0.077 (0.326) -0.135 (0.086) -0.066 (0.402) -0.074 (0.346) -0.258 (0.001)^†

-0.185 (0.018)*

-0.187 (0.017)*

-0.188 (0.016)*

-0.138 (0.080) -0.371 (0.001)^†

* P<0.5, ^†

P<0.01, The P-value are given in parenthesis.

Table 2. Relationship between parameters of obesity and bone turnover markers

N=165 Age (years)

Height (cm) Weight (kg) BMI (kg/m²) Percent body fat (%) Obesity degree (%) Waist (cm) FSH (mIU/mL) TSH (μU/mL) Osteocalcin (ng/mL) ALP (IU/L) CTX (ng/mL) FPG (mg/dL) TC (mg/dL) TG (mg/dL) HDL-C (mg/dL) SBP (mmHg) DBP (mmHg)

Average of Lumbar BMD (g/cm²)

56.5±5.8 154.5±4.5 58.1±7.1 24.3±2.8 31.8±5.2 119.7±16.0

80.8±7.7 66.5±27.6

1.9±1.2 6.7±3.0 77.35±20.9

0.5±0.2 103.3±17.0 214.7±37.8 137.0±75.5 52.2±12.9 129.2±17.8 79.8±11.5 0.8641±0.1342 BMI: body mass index, FSH: Follicular stimulating hor- mone, TSH: Thyroid Stimulating Hormone, ALP: Alka- line phosphatase, CTX: C-terminal cross linking telopep- tide of type I collagen, FPG: fasting plasma glucose, TC:

total cholesterol, TG: triglyceride, HDL-C: high-density lipoprotein cholesterol, SBP: systolic blood pressure, DBP:

diastolic blood pressure

Table 1. Characteristics of the study population (Mean

±S.D.)

모든 통계 분석은 SPSS version 12.0 for windows를 이용하여 분석하였고, P-value는 0.05 미만에서 의미 있는 것으로 간주하였다.

결 과

1. 연구대상자들의 일반적인 특징

전체 연구대상자는 165명이었으며, 평균 연령은 56.5±5.8세였다. 신체질량지수의 평균은 24.3±2.8 kg/m², 체지방률과 비만도의 평균은 각각 31.8±

5.2%, 119.7±16.0%였다. 허리둘레의 평균은 80.8±

7.7 cm이었다. Osteocalcin, ALP와 CTX의 평균은 각 각 6.7±3.0 ng/mL, 77.35±20.9 IU/L, 0.5±0.2 ng/mL였 다 (Table 1).

2. 신체질량지수, 체지방률, 비만도, 허리둘레와 골교체 표지와의 연관성

CTX는 신체질량지수, 체지방률, 비만도, 허리둘레 와 통계학적으로 유의한 음의 상관관계를 보였다 (r=-0.190, P=0.015; r=-0.199, P=0.010; r=

-0.191, P=0.014; r=-0.155, P=0.046). Osteocalcin과 ALP는 신체질량지수, 체지방률, 비만도, 허리둘레

Osteocalcin Osteocalcin

Body Mass Index Percent body fat

Rsq=0.013, Sigf=0.145 Rsq=0.011, Sigf=0.181

Osteocalcin Osteocalcin

Obesity degree Waist

Rsq=0.013, Sigf=0.148 Rsq=0.008, Sigf=0.249

Alkaline Phosphatase Alkaline Phosphatase

Body Mass Index Percent body fat

Rsq=0.005, Sigf=0.363 Rsq=0.014, Sigf=0.135

Fig. 1. Fitted to the linear model.

Alkaline Phosphatase Alkaline Phosphatase

Obesity degree Waist

Rsq=0.004, Sigf=0.439 Rsq=0.003, Sigf=0.510

CTX CTX

Body Mass Index Percent body fat

Rsq=0.036, Sigf=0.015 Rsq=0.040, Sigf=0.010

CTX CTX

Obesity degree Waist

Rsq=0.037, Sigf=0.014 Rsq=0.024, Sigf=0.046

Fig. 1. Fitted to the linear model (continued).

Osteocalcin (ng/mL) ALP (IU/L) CTX (ng/mL) Average of Lumbar BMD (g/cm²) BMI (kg/m²)

≥25

<25

P value

Percent body fat (%)

≥30

<30

P value

Obesity degree (%)

≥120

<120

P value

≥85

<85

P value

6.48±3.24 6.77±2.82

0.546

6.55±0.30 6.93±0.36

0.444

6.50±3.28 6.87±2.62

0.433

6.35±3.13 6.83±2.92

0.326

76.42±17.40 77.95±23.12

0.649

76.40±21.43 79.31±19.81

0.403

76.00±19.35 78.95±22.60

0.059

74.50±16.06 78.79±22.87

0.214

0.47±0.25 0.55±0.23 0.037*

0.50±0.02 0.57±0.03

0.086

0.49±0.26 0.56±0.22

0.368

0.46±0.26 0.55±0.23 0.019*

0.9088±0.1458 0.8355±0.1175

0.001^†

0.8813±0.0131 0.8288±0.1192

0.018*

0.8975±0.1367 0.8251±0.1206

0.001^†

0.8934±0.1498 0.8495±0.1238

0.047*

Table 4. Independent samples T-test between parameters of obesity and bone turnover markers (Mean±S.D.)

하지는 않았다 (Table 2). 나이를 보정한 편상관계수 (Partial correlation coefficient)는 신체질량지수, 체지 방률, 비만도와 CTX에서는 여전히 유의한 음의 상 관관계를 보였다 (r=-0.185, P=0.018; r=-0.187,

P=0.017; r=-0.188, P=0.016 )(Table 3).

Fig. 1은 골교체 표지자와 신체질량지수, 체지방률, 비만도, 허리둘레 사이의 연관성을 선형 모델을 이 용하여 나타낸 것이다.

3. 비만군과 정상군에서의 골교체 표지자의 평균 차이

대상군을 신체질량지수가 25 kg/m² 이상인 군과 미 만인 군, 체지방률이 30% 이상인 군과 미만인 군, 비 만도 120% 이상인 군과 미만인 군, 허리둘레가 85 cm 이상인 군과 이하인 군으로 각각 나누어 osteo- calcin, ALP와 CTX의 평균 차이를 비교하였다. 신체 질량지수와 허리둘레의 기준에 따라 비만인 군과 그 렇지 않은 군으로 나누었을 때에 CTX에서만 두 군 간에 유의한 차이가 있었다. 체지방률과 비만도의 기준에 따라 군을 나누어 비교하였을 때에는 비슷한 경향을 보였지만 통계학적으로는 의미가 없었다 (Table 4).

4. 신체질량지수, 체지방률, 비만도, 허리둘레, 골 교체 표지자와 요추 골밀도와 연관성

요추의 평균 골밀도는 osteocalcin (r=-0.210, P=

0.007), ALP (r=-0.271, P=0.001), CTX (r=-0.330,

P=0.001)와 유의한 음의 상관관계를 보였고, 나이를

(r=-0.214, P=0.006; r=-0.0258, P=0.001; r=

-0.371, P=0.001)가 있었다 (Table 2, 3). 또한 요추의 골밀도는 신체질량지수, 체지방률, 비만도, 허리둘레 로 비만한 군과 그렇지 않은 군으로 각각 나누어 평 균을 비교하였을 때에도 유의한 차이를 보였다 (Table 4).

고 찰

비만은 신체질량지수, 체지방률, 비만도, 허리둘레 등을 사용하여 평가한다¹¹. 2006년 보건복지부 비만 심포지엄에서는 한국인의 비만 기준을 신체질량지 수 25 kg/m² 이상으로 정의하였다¹². 반면, 키가 작거 나 근육이 많은 사람은 비만하지 않더라도 신체질량 지수가 높게 나온다는 한계가 있다¹³. 전기저항 체지 방측정법은 체지방량, 제지방량 (Fat-free mass), 수분

량을 비교적 정확하게 측정하는 간단하고 안전한 방 법이다. 하지만 부종이나 전해질 불균형 상태에서는 결과가 부정확하고, 기온 변화와 전극 부착 위치에 따라 측정값이 달라질 수 있다는 단점이 있다¹³. 국 내 제품은 한국인의 신체 계측 자료를 바탕으로 한 공식이 이용되고 있다. 허리둘레는 직립 자세에서 늑골의 최하위와 골반 장골능 상단 사이의 중간 부 위를 측정해야 하며¹⁴, 한국 남성에서는 90 cm, 한국 여성에서는 85 cm 이상일 때 각종 만성 질환의 위험 이 높은 것으로 알려져 있다^15,16.

Osteocalcin은 단백질로서 골모세포와 상아질모세 포에 의해서 합성된다. 하지만, 골모세포의 수가 압 도적으로 많기 때문에 osteocalcin은 골모세포의 활성 을 나타낸다. 다른 많은 골교체 표지자들처럼 osteo- calcin의 골대사에 있어서의 정확한 역할은 알려져 있지 않지만, 뼈의 무기질 침착 과정에 관여하는 것 으로 알려져 있다. 또 골흡수 과정에도 어느 정도 관 여하는 것으로도 알려져 있지만, 많은 학자들은 osteocalcin이 골형성에 가장 좋은 표지자로 생각하고 있다¹⁷. ALP는 뼈에서의 기원이 골모세포와 관련이 있으며, 뼈의 무기질화의 촉진, 골파괴세포의 조절과 관련이 있다고 생각하고 있다¹⁷. 인접하고 있는 콜라 젠 분자 사이에 형성된 cross-links는 Type I 콜라젠을 강화시키고 안정화시킨다. 골흡수가 일어날 때 cross- links는 체내 순환으로 배출된다. 이것은 소변과 혈액 내에서 COOH-terminal telopeptide를 포함하고 있는 free cross-linking amimo acid와 large fragment로 존재 하게 된다. CTX는 칼슘 항상성에도 관여하는 것으 로 알려져 있으며, 골흡수 지표로 현재 사용되고 있 다¹⁸.

이전에 시행된 건강한 폐경 여성들을 대상으로 한 여러 연구들에서, 신체질량지수는 골교체에 음의 관 계로 영향을 주며, 체중이 증가할수록 골교체율은 감소한다고 보고하였다^4-6. 본 연구에서도 신체질량 지수를 비롯한 체지방률, 비만도, 허리둘레가 증가할 수록 골흡수 표지자인 CTX가 감소하였으며, 골형성 표지자인 osteocalcin과 ALP도 감소하는 경향을 보였 다. 나이를 보정하였을 때는 허리둘레를 제외한 신 체질량지수, 체지방률, 비만도에서만 유의한 음의 상 관관계를 나타내었다. 이것은 나이가 들면서, 피하지

방이 감소함에 따라 체지방이 주로 복부 내장 주위 와 장간막에 축적되어 중심성 비만이 증가되는 정상 노화과정과 연관이 있을 것으로 생각된다¹⁹.

본 연구에서도 신체질량지수, 체지방률, 비만도, 허리둘레에 의해 비만인 군과 비만하지 않은 군을 분류하였을 때, 비만한 군에서 그렇지 않은 군에서 보다 요추 골밀도 수치가 높은 것으로 나타났다. 그 러나 CTX는 신체질량지수, 허리둘레에 의해 비만을 분류하였을 때만 비만한 군에서 평균 수치가 낮았 다. 전기저항 체지방측정법은 몸통에서의 체지방량 의 변화는 상대적으로 민감하게 발견되지 않으며, 결국 같은 양의 체지방이 증가하더라도 체지방이 축 적되는 위치에 따라 결과가 달라질 수 있다^20,21. 이에 비만의 부위에 따라 골교체 표지자에 미치는 정도가 어느 정도 다를 것이라고 생각해볼 수 있다.

이상의 결과들을 종합하면 비만한 폐경 여성에서 골교체 표지자의 측정치가 비만하지 않은 사람에 비 해 낮게 나타났으며, 또한 비만한 군에서 비만하지 않은 군에 비해 골밀도가 유의하게 높게 나타났다.

따라서 폐경 후 여성에서 비만의 골밀도 감소 예방 효과는 골교체율의 감소와 연관성이 있을 것이라고 생각한다. 이러한 결과는 비만한 폐경 여성에서 그 렇지 않은 폐경 여성보다 더 많은 비만세포가 존재 하여 estrogen의 합성이 많아지게 되고²², 또 많은 인 슐린 저항성을 유발하여 혈중 인슐린의 농도를 증가 시켜 estrogen의 농도를 증가시키게 되는데^23,24, 이러 한 사실과 관련이 있을 것이라고 생각한다.

이 연구의 제한점으로 골교체 표지자는 호르몬, 자외선의 노출 등에 의해서 영향을 받고^25,26, 골밀도 는 유전적 요인뿐만 아니라 환경적 요인에 의해서도 결정되는데^18,28, 대상자들의 가족력, 과거의 운동습 관, 과거의 알코올 섭취량, 현재까지의 식이습관 등 을 고려하지 않은 것을 들 수 있다. 또 본 연구는 단 면적인 연구로 인과 관계를 명확히 유추할 수 없었 으며 이 부분에 대한 전향적인 연구가 더 필요하다.

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￭ 국문초록 ￭

목적: 폐경 여성에서, 비만을 평가하는 신체질량지수(BMI), 체지방률(Percent body fat), 비만도(Obesity degree), 허리둘레(Waist circumference)를 사용하여 비만과 골교체 표지자인 osteocalcin, total alkaline phosphatase(ALP), C-terminal cross linking telopeptide of type I collagen(CTX)와의 연관성을 알아보고자 하 였다. 그리고 이러한 연관성이 실제로 요추 골밀도(Bone mineral density)와는 어떠한 관련이 있는지 확 인하고자 하였다.

방법: 폐경 후 여성 165명을 대상으로 신체질량지수, 체지방률, 비만도, 허리둘레를 측정하고, 혈청에 서 osteocalcin, ALP와 CTX를 검사하였다. 또, 요추 골밀도를 측정하였다. 얻어진 결과를 토대로 통계학 적 방법을 사용하여 연관성을 검정하였다.

결과: CTX와 신체질량지수, 체지방률, 비만도, 허리둘레 (r=-0.190, P=0.015; r=-0.199, P=0.010;

r=-0.191, P=0.014; r=-0.155, P=0.046)는 유의한 음의 상관관계를 보였다 (P<0.05). 나이를 보정하였 을 경우에는, CTX와 신체질량지수, 체지방률, 비만도에서만 유의한 음의 상관관계가 있었다 (P<0.05). 신 체질량지수가 25 kg/m² 이상인 군과 이하인 군, 허리둘레가 85 cm이상인 군과 이하인 군으로 각각 나누 어, CTX의 평균을 비교하였을 때 두 군 간에 유의한 차이를 보였다 (P<0.05). 또한, 이러한 결과들이 요추 골밀도에서도 같은 결과를 보였다 (P<0.05).

결론: 신체질량지수, 체지방률, 비만도, 허리둘레의 기준에 의해서 비만으로 분류된 환자들은, 비만하 지 않은 환자들에 비해 골흡수 표지자(Bone resorption marker)인 CTX가 낮아져 있는 경향을 보였고, 요 추 골밀도도 증가되어 있는 경향을 보였다. 폐경 후 여성에서 비만의 골밀도 감소 예방 효과는 골교체 율의 감소와 연관성이 있을 것이라고 생각된다.

중심단어: 비만, 골교체 표지자, 골밀도