골밀도와 슬관절 골관절염의 연관성

서 론

골관절염과 골다공증 사이의 연관성은 관심의 대상이 되어왔

다2,6,11,15,18). 두 질환이 모두 골과 연관이 있으며, 어떤 연구에서

는 두 질병사이에 역의 관계가 있다고 한다^2,6,11). 골관절염에 대 한 골밀도 측정의 보고는 상반되어 있다. 건강한 사람에 비하여

골관절염 환자는 요추 혹은 고관절의 골밀도가 높다는 보고가

있으며^11,15,18), 반면에 다른 부위에서는 골밀도에 차이가 없다는

보고도 있다^2,15). 슬관절 골관절염과 골밀도의 연관성은 확실하 지 않다. 슬관절의 골관절염에서 나타나는 골극은 요추 혹은 고 관절 골밀도의 증가와 연관이 있다는 보고^9,10,22)도 있지만, 슬관 절 골관절염환자와 골다공증과 연관이 있다는 보고도 있다^3,16).

718 목 적 :슬관절 골관절염과 골밀도와의 연관성을 확인하기 위하여 본 연구를 시행하였다.

대상 및 방법 : 슬관절통으로 내원한 297명의 여성을 대상으로 체중부하 전후 슬관절 방사선 촬영과 요추와 고관절의 골밀도를 측정하였다. 방사선적 골 관절염은 Kellgren-Lawrence grade 2 이상으로 정의하였다. 골밀도와 방사선적 골관절염 변화사이의 연관성을 연관분석 및 다층회귀분석 하였다.

결 과 : 슬관절 골관절염군(n=136)은 비골관절염군(n=161)에 비하여 평균 골밀도가 낮았다. 요추 골밀도는 골관절염군에서는 0.863±0.154 g/cm²로, 비 골관절염군이 0.896±0.131 g/cm²인 것에 비하여 낮았으나 통계학적으로 유의한 연관성은 없었다(r=-0.087, p=0.134). 고관절 골밀도는 골관절염군 0.610

±0.135 g/cm², 비골관절염군은 0.662±0.105 g/cm²이었으며, 골관절염군에서 통계학적으로 유의하게 골밀도가 낮았다(r=-0.227, p<0.001).

결 론 :슬관절의 방사선적 골관절염과 고관절 골밀도와 음의 상관관계를 갖는 것을 관찰하였다. 이는 서양인을 대상으로 한 연구와는 상반된 것으로 이에 대한 추가적 연구가 필요하리라 생각된다.

색인 단어 : 슬관절, 골관절염, 골밀도

Correlation between Bone Mineral Density and Knee Osteoarthritis

Woo Nam Moon, M.D., and Kyung Sang Lee, M.D.*

Department of Orthopedic Surgery and Diagnostic Radiology*, Samsung Cheil Hospital and Women’s Healthcare Center, Sungkyunkwan University, School of Medicine, Seoul, Korea

Purpose :To examine the correlation between bone mineral density (BMD) and radiographic changes in knee osteoarthritis (OA).

Materials and Methods :BMD of the lumbar spine and hip was measured, using dual x-ray energy absorptiometry, in 297 Korean women who visited our clinic with knee joint pain; anteroposterior weight bearing X-ray of the knees was also taken. Radiographic OA was defined as a Kellgren-Lawrence score of ≥2. The relationship between BMD and the radiographic changes of OA was examined using correla- tion and multiple regression analysis.

Results : Mean BMD was lower in subjects with knee OA (n=136) than in non OA subjects (n= 161): Mean BMD in the lumbar spine, OA group was 0.863±0.154 g/cm²and in the non OA group 0.896±0.131 g/cm², and there was no significant correlation between the BMD of the spine and radiographic knee OA (r= -0.087, p=0.134). Mean BMD in the hip, OA group was 0.610±0.135 g/cm²and in the non OA group was 0.662±0.105 g/cm², and the difference between the two groups was significant (r=-0.227, p<0.001).

Conclusion :Hip BMD and radiographic knee OA were found to be negatively correlated, although the mechanism remains unclear.

This result differs from that of a western study and further study is needed.

Key Words : Knee, Osteoarthritis, Bone mineral density

718

골밀도와 슬관절 골관절염의 연관성

문우남∙이경상*

성균관대학교 의과대학 삼성제일병원 정형외과학교실, 방사선과학교실*

718 718 통신저자 : 문 우 남

서울시 중구 묵정동 1-19 삼성제일병원 정형외과

TEL: 02-2000-7278∙FAX: 02-2000-7477 E-mail: chee96@samsung.co.kr

Address reprint requests to Woo Nam Moon, M.D.

Department of Orthopaedic Surgery, Samsung Cheil Hospital 1-19 Mookjung-dong, Chung-gu, Seoul 100-380, Korea Tel : +82.2-2000-7278, Fax : +82.2-2000-7477 E-mail: chee96@samsung.co.kr

위의 연구들은 전반적으로 정상보다 높은 골밀도는 골관절염 즉, 관절의 파괴와 연관이 있는 것 같으나 골밀도가 낮다고 해 서 골관절염의 변화를 배제할 수는 없다. 그리고 골관절염과 골 다공증의 연관성에 대한 이전의 많은 연구들은 백인이나 흑인에 초점이 맞추어져 있었으며 한국인에서는 다른 양상을 보일 수도 있을 것이다. 이에 요추 및 고관절의 골밀도와 슬관절 골관절염 의 연관성에 대하여 연구하였다.

재료와 방법

최소 1개월간 거의 매일 슬관절의 동통을 호소하여 내원한 40 세 이상의 여성 297명을 대상으로 하였다. 이들은 모두 체중부 하 전후 양측 슬관절 방사선 촬영과 DEXA (dual energy x- ray absorptiometry: Hologic QDR-2000 bone densitometer, Hologic, Inc., Waltham, MA, USA)를 이용한 요추 2-4번 사 이와 고관절의 골밀도 검사를 하였다. 고관절의 골밀도(g/cm²) 검사는 대퇴 경부, 전자부, 전자간부 및 Ward 삼각부의 4부위 에서 하였다.

임상증상을 근거로 염증성 류마티스 질환은 제외시켰다. 골다 공증 이외의 골격에 영향을 줄 수 있는 대사성 질환과 DEXA 의 골밀도 측정에 영향을 줄 수 있는 척추 혹은 대퇴골의 해부 학적 변화가 있는 경우도 제외시켰다.

모든 슬관절 방사선 사진은 체중부하 전후 경골-대퇴골간 관 절의 골관절염 변화를 Kellgren-Lawrence (KL) 등급을 이용 하여 저자 2명에 의해 각각 판독하였다¹³⁾. 각각의 슬관절은 KL grade 0 (정상)에서 4 (아주 심함)로 나누었다; grade 0= 정 상; grade 1= 골극의 가능성만 존재; grade 2= 확실한 골극 과 관절강의 좁아짐의 가능성이 있는 경우; grade 3= 중간크 기의 골극과/혹은 확실한 관절강의 좁아짐; 그리고 grade 4=

커다란 골극, 심한 관절강의 좁아짐과/혹은 골경화 양상의 존재 가 있는 경우로 나누었다. 최종 KL 등급은 가장 심하게 손상된 슬관절을 대표하기 위하여 심한 쪽 등급을 사용하였다. 방사선 적 골관절염의 정의는 KL 등급≥2으로 하였다.

통계학적 분석은 SPSS 8.0 (SPSS Inc., Chicago, IL, USA) 을 이용하였다. 모든 결과는 평균±표준편차로 표시하였다. 골 관절염군과 비골관절염군 사이의 골밀도 및 인구학적(demo-

graphic) 특징의 차이는 t-검사(t-test)와 ² 검사(chi-square test)를 하였으며, 골관절염의 정도에 따른 골밀도의 차이에 대 한 분석은 Analysis of variance (ANOVA)검사를 하였다. 골 관절염의 정도와 골밀도 간의 나이, 체적지수(BMI)를 조절한 부분 연관성검사를 하였으며, 전체적인 다층회귀분석(multiple regression analysis)을 하였다. 통계학적 유의성은 p<0.05로 하 였다.

결 과

40세에서 79세 사이의 297명 연구 대상자의 평균나이는 56.8

±7.9세였다. 골관절염군은 59.8±7.6세, 비골관절염군은 54.3± 7.3세 이었으며, 두 군간에 통계적으로 유의한 차이가 있었다(p

<0.001). KL grade 0는 88명, grade 1은 73명, grade 2는 69명, grade 3는 38명, grade 4는 29명이었다. 비골관절염군은 161명 (54.2%)였으며, 골관절염군은 136명(45.8%)이었다(Table 1, 2).

연령에 따른 골관절염군의 비율은 40대에서 24%, 50대에서 43%, 60대에서 55%, 70대에서 83%였다.

체중은 비골관절염군은 57.8±6.8 kg, 골관절염군은 62.3± 8.6 kg이었으며, 두 군간에 통계적으로 유의한 차이가 있었다 (p<0.001). 체적지수(BMI: Body mass index (kg/m²))가 클 수록 방사선적 골관절염이 증가하는 통계학적 유의성을 볼 수

Knee OA grade non OA (n=161) OA (n=136)

0 (n=88) 1 (n=73) 2 (n=69) 3 (n=38) 4 (n=29)

Age (years) 53.23±6.91 55.53±7.63 58.04±7.10 60.76±8.05 62.90±7.17

Weight (kg) 57.47±6.43 58.10±7.23 60.70±7.21 65.29±10.03 62.10±8.72

Height (m) 1.55±0.04 1.56±0.06 1.54±0.05 1.54±0.06 1.53±0.06

BMI (kg/m²) 23.99±2.67 24.00±2.46 25.50±2.51 27.46±3.87 26.45±3.19 OA: osteoarthritis, BMI: body mass index.

Table 1.Demographic characteristics of study participants (n=297)

*t-test between non OA and OA gorup.

OA: osteoarthritis, BMD: bone mineral density.

non OA (n=161) OA (n=136) p-value*

Demographic

Age (years) 54.27±7.31 59.84±7.60 <0.001 Weight (kg) 57.75±6.79 62.28±8.57 <0.001 Height (m) 1.55±0.05 1.54±0.05 0.053 BMI (kg/m²) 23.99±2.57 26.25±3.18 <0.001 BMD (gm/cm²)

Spine (L2-4) 0.896±0.131 0.863±0.154 0.042

Hip 0.662±0.105 0.610±0.135 0.001

Femur Neck 0.717±0.101 0.686±0.126 0.025 Femur trochnater 0.561±0.008 0.529±0.108 0.006 Femur Intertrochanter 0.952±0.116 0.926±0.169 0.139 Ward Triangle 0.521±0.129 0.448±0.147 <0.001 Table 2.All characteristics of study participants (n=297)

있었다(p<0.001). 그러나 한국인을 대상으로 한 본 연구의 BMI 30 이상 비만은 10명으로 전체 연구 대상자 중 3.4%였으며, 과 체중이 140명(47%), 정상이 147명(49.5%)이었다. 과체중 환자 150명 중 92명(67.6%)에서, 정상체중환자 147명 중 44명 (32.4%)에서 방사선적 골관절염을 발견할 수 있었다. 과체중 환자에서 방사선적 골관절염이 증가하는 통계학적인 유의성을 볼 수 있었다(p<0.001; OR=3.713). BMI가 클수록 방사선적 골관절염의 grade가 증가하는 통계학적 유의성을 볼 수 있었다.

그러나 BMI와 골다공증 사이에는 통계적 연관성이 없었다 (p=0.208).

요추 평균 골밀도는 KL grade 2-4인 경우에 정상(KL grade 0-1)보다 약 3.8% 낮은 수치를 보였다(0.863±0.154 vs. 0.896

±0.131 g/cm²; p=0.042). 고관절의 평균 골밀도(4군데에서 측정한 골밀도의 평균)는 KL grade 2-4가 정상 슬관절인 경우 보다 7.8% 낮은 골밀도를 보였다(0.610±0.135 vs. 0.662± 0.105 g/cm²; p=0.001). ANOVA검사에 의한 골관절염군 내 의 KL 등급에 따른 고관절 및 요추에서 측정한 골밀도는 유의 한 차이가 없었다(Table 2, 3).

슬관절 골관절염의 심한 정도와 고관절 골밀도 사이에는 음의 상관관계가 있었다(r=-0.227, p<0.001). 요추의 골밀도와도 비 슷한 양상을 보이나 통계적 유의성은 없었다(r=-0.087;

p=0.067). 방사선적 골관절염의 심한 정도와 나이(r=0.402, p<0.001) 혹은 BMI (r=0.366, p<0.001)와는 유의한 양의 연관 성이 있었다.

나이와 체적지수를 potential compounder로 하여 슬관절 골 관절염과 요추 및 고관절 골밀도 사이에 다층회귀분석을 시행

하였다. 방사선적 슬관절 골관절염의 정도가 대퇴골 골밀도와 작지만 유의한 상관관계를 보였으나 요추 골밀도와는 유의한 상 관관계가 없었다(Table 4, 5).

136명의 골관절염군에서 49명(36%)은 요추 DEXA에서 T score가 -2.5 보다 작은 WHO 기준에 맞는 골다공증과 동반되 었으며, 37명(27.6%)은 고관절 DEXA에서 골다공증과 동반되 었다. 요추 DEXA상 골다공증인 87명 중 49명(38.2%)이 슬관 절 골관절염과 동반되었으며, 고관절 DEXA상 골다공증인 50 명중 37명(74%)이 슬관절 골관절염과 동반되었다. 297명의 전 체환자 중 49명(16.5%)은 요추 DEXA에서 37명(12.4%)은 고 관절 DEXA에서 골관절염과 골다공증이 동반되었다.

고 찰

골관절염과 골다공증의 연관성은 많은 연구의 대상이 되어왔으 나 언제나 비슷한 결과를 보여주지는 않았다1-3,6,9-12,14-16,18-20,22). 슬관절 골관절염에서 골밀도가 높다는 보고가 있을 뿐 아니라 반대의 보고도 있다. 슬관절 골관절염과 고관절의 골밀도를 보 면 Hannan 등⁹⁾과 Burr 등³⁾의 보고에 의하면 슬관절 골관절염 이 있는 환자에서 고관절 골밀도는 슬관절 골관절염이 없는 경 우보다 높았다고 하며, Lethbridge-Cejku 등¹⁵⁾은 슬관절 골관 절염과 고관절의 골밀도는 관계가 없다고 하여 차이를 나타내었 다. 골극이 있은 부위의 골밀도는 증가한다는 기본적 개념으로 볼 때 본 연구와의 차이는 서양인에서 골극을 갖는 고관절 골관 절염의 빈도가 동양인에 비하여 높은 점과 평균 골밀도가 동양 Kellgren’s

grade Numbers Spine AP (L2-L4) Hip

Neck Trochanter Intertrochanter Ward’s triangle non OA 0 88 0.899±0.141 0.720±0.105 0.567±0.084 0.966±0.112 0.525±0.134

1 73 0.893±0.119 0.713±0.095 0.555±0.081 0.934±0.120 0.517±0.123

OA 2 69 0.847±0.130 0.695±0.122 0.545±0.108 0.934±0.173 0.453±0.134

3 38 0.893±0.192 0.693±0.131 0.535±0.113 0.939±0.174 0.458±0.175 4 29 0.861±0.150 0.659±0.129 0.489±0.094 0.892±0.153 0.425±0.141 Total 297 0.881±0.143 0.703±0.114 0.547±0.096 0.940±0.142 0.488±0.142 OA: osteoarthritis, AP: anteroposterior.

Table 3.Mean bone mineral density (gm/cm²) at the spine and hip according to radiographic knee OA grades

R square=0.082. OA: osteoarthritis, BMI: body mass index, BMD: bone mineral density, SE: standard error.

Coefficient

Independent variable SE t p

Intercept 0.897 0.088 10.246 <0.001

age 0.0041 0.001 -3.744 <0.001

BMI 0.0092 0.003 3.277 0.001

Knee OA grade -0.0074 0.007 -1.038 0.3 Table 4.Multiple regression analysis of the effects of age, BMI, knee OA on lumbar spine BMD

R square=0.323. OA: osteoarthritis, BMI: body mass index, BMD: bone mass density, SE: standard error.

Coefficient

Independent variable SE t p

Intercept 0.822 0.065 12.678 <0.001

age -0.0077 0.001 -9.416 <0.001

BMI 0.0109 0.002 5.275 <0.001

Knee OA grade -0.0113 0.005 -2.138 0.033 Table 5.Multiple regression analysis of the effects of age, BMI, knee OA on hip BMD

인에서 낮은 점에 기인한 것으로 여겨진다.

척추의 골밀도와의 관계를 보면 Belmonte-Serrano 등²⁾, Burr 등³⁾ 및 Lethbridge-Cejku 등¹⁵⁾의 보고에 의하면 슬관절 골관 절염은 정상 슬관절을 갖는 경우보다 높은 요추 골밀도를 갖는 다고 하여 일치하는 결과를 보여준다. 본 연구에서 골밀도와 관 계가 없는 것으로 나온 이유는 슬관절 골관절염의 심한 정도가 요추 골관절염의 심한 정도와 일치하지 않은 것과 슬관절 골관 절염과 요추 골밀도 측정상의 골다공증 동반 비율이 외국의 논 문들 보다 높은 것 때문으로 여겨진다.

요골에서 측정한 골밀도와 슬관절 골관절염을 보면 관계가 없 다고 하였다⁹⁾.

Karvonen 등¹²⁾은 평균 53.1세의 슬관절 골관절염 환자 38명 의 여성 62 슬관절의 관절주변의 연골하부위에서 DEXA를 이 용한 골밀도를 측정하였다. 이들 환자에서 척추 골밀도와는 관 계없이 비교적 심하지 않은 골관절염의 관절주변 연골하부위의 골밀도는 유의하게 낮았다. Terauchi 등²⁰⁾은 낮은 골밀도는 골 소주(trabecular) 미세골절을 유발하며, 결과적으로 관절연골의 부하가 증가하게 되며, 골밀도가 낮다고 해서 슬관절 골관절염 변화를 제외시킬 수는 없다고 하였다. 이상의 연구들 중 일부는 본 연구와 연구방법 및 대상은 일치하지 않지만 슬관절 골관절 염의 경우 골밀도가 낮은 본 연구와 일치하는 결과를 보여준다.

이에 본 저자 들은 슬관절 골관절염 환자에서 골극을 포함하지 않는 연골하골의 골밀도 측정에 의한 보다 정확한 연구의 필요 성을 제시하는 바이다.

Foss 등¹⁸⁾은 한 환자에서 골다공증과 골관절염이 같이 동반 되는 경우는 아주 드물다고 하였다. 운동을 더 많이 하고 그래 서 중요한 젊은 시기에 골격구조를 많이 만들고 나이가 들어서 는 관절의 손상이 잘 올 수 있는 골관절염 모집단과는 골다공증 환자집단은 다르다고 하였다. Pogrund 등¹⁷⁾은 일반 모집단 연구 에서 수부에서 골다공증과 골관절염이 3-4%에서 동반 되었다 고 한다. 그러나 Karvonen 등¹²⁾은 13%의 슬관절 골관절염 환 자는 척추에 골다공증이 있다고 하였다. Verstraeten 등²¹⁾은 척 추에 골다공증이나 골관절염만 있는 환자보다 골다공증과 골관 절염이 같이 있는 환자는 더 나이가 많고, 폐경기간이 길며, 체격 적으로 체중과 키가 작다고 하였다. 72명의 폐경기 여성 중 19명 (26.4%)이 골다공증과 골관절염을 동반한다고 하였다. Behrens 등¹⁾은 해면골의 압박력은 슬관절의 골밀도와 관계가 있으며, 해 면골은 압박력에 의해 미세 골절이 생기고 이것은 경골 근위부 의 내반 변형을 유발하고, 이러한 부정렬은 내측 경골과에 압박 스트레스를 증가시키고 해면골의 미세 골절은 연골하골을 딱딱 하게 만들어서 결과적으로 슬관절 골관절염의 내반을 만든다고 한다. 이것이 슬관절의 골다공증과 골관절염이 같이 동반하는 기전을 설명한다. 본 연구에서는 슬관절 골관절염 환자의 36%

가 척추에 골다공증을 갖고 있었으며 골관절염과 골다공증은 12-16%에서 공존하였다. 이것은 골다공성 골관절염이라는 다 른 질환의 존재를 암시한다고 할 수 있을 것이다.

결 론

슬관절의 방사선적 골관절염이 있는 환자에서 골관절염이 없 는 환자보다 낮은 요추 및 고관절 골밀도 소견을 보였으며 그 기 전은 확실하지 않지만 고관절 골밀도와는 음의 상관관계를 갖는 것을 관찰하였다. 이는 서양인을 대상으로 한 연구와는 상반된 것으로 이에 대한 보다 광범위의 연구가 필요하리라 생각된다.

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