성장기 저칼슘 섭취가 척추 골다공증 발생과 척추사이원반 변성에 미치는 영향 평가 : 생체역학적 및 조직형태학적 연구 :생체역학적 및 조직형태학적 연구

박지형; 우대곤; 김치훈; 이법이; 김지현; 김한성

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자료유형: 학술저널

저자정보: 박지형 우대곤 김치훈 이법이 김지현 김한성 (연세대학교)

저널정보: 대한체질인류학회 해부·생물인류학 대한체질인류학회지 제22권 제3호

발행연도: 2009.9

수록면: 225 - 234 (10page)

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본 연구는 성장기 때 저칼슘 섭취가 최대뼈질량을 감소시키고 뼈엉성증의 요인이 된다고 가정하고 칼슘제거사료를 공급하여 실험을 구성하였다. 변성된 척추사이원반은 해면뼈에 압력분포를 줄여주고 겉질뼈와 척추뒤돌기(가시돌기)의 압력분포를 증가시키며 해면뼈 면적을 줄여주어 골다공증을 유발할 수 있다는 다수의 연구가 발표되었지만, 골다공증이 유발된 척추가 척추사이원반 변성에 영향을 준다는 연구는 적고 골다공증이 유발된 척추에 인접한 정상 척추사이원반은 변성될 가능성이 있다는 가정을 확인하고자 하였다.
골다공증이 유발된 척추를 확인하기 위하여 살아있는 암컷 흰쥐의 허리뼈 전체(L1~L6)를 생체 내 미세단층촬영 시스템으로 촬영하고 유한요소 모델생성 및 가상 압축실험을 통하여 허리뼈의 형태학적 및 기계학적인 특성을 평가하였다. 골다공증으로 인한 척추의 골량감소와 미세구조의 변형이 척추사이원반에 어떤 영향을 미치는지를 확인하기 위해 조직학적 방법으로 관찰하였다. 통계처리는 일변량 ANOVA검정, Tukey’B검정, 대응표본 T검정을 수행하였다(p＜0.05).
정상군의 해면뼈는 전체적으로 골량이 증가하였으나 칼슘제거군의 해면뼈는 골량이 감소하였다. 0주, 4주, 8주의 칼슘제거군에서 L3, L4, L5의 구조적 요소가 L1, L2, L6보다 모두 낮게 평가되었고, L3, L4, L5에서 해면뼈의 강도가 다른 부분에 비해 상대적으로 약한 구조임을 관찰할 수 있었다. 0주에서는 건강한 척추사이원반이 관찰되었다. 4주와 8주에서는 높이가 상대적으로 줄어들고 형태가 변하여 함몰된 모습을 관찰할 수 있다.
본 연구에서는 성장기에 칼슘을 섭취하지 못하면 뼈손실이 크게 발생됨을 확인할 수 있었다. 기존연구에서 더 나아가 첫째 허리뼈에서 여섯째 허리뼈까지(L1~L6) 골다공화에 따른 해면뼈의 구조적 및 기계적 특성 변화와 집중 하중을 받는 척추사이원반을 관찰하여 상호 연관성을 검토하였다. 골다공증은 뼈대계통 전체적으로 발생하나 허리뼈의 중심 부위인 L3, L4, L5가 외곽 부위인 L1, L2, L6에 비해서 약 1.8배 정도(중심부위: 122±101, 외곽부위: 224±118) 기계적 강도가 더 약하므로 L3, L4, L5의 해면뼈에서 골다공증이 가장 먼저 유발됨을 관찰하였고, 해면뼈의 뼈손실과 미세구조 변화에 따른 척추사이원반의 변성이 발생됨을 확인하였다.

The aim of the present study is to analyze the generation of osteoporotic vertebral bone induced by malnutrition during growth period and analyze its effects for disc degeneration, based on biomechanical and histomorphometrical study.
Mechanical and histomorphological characteristics of lumbar vertebral bones and discs of rats with calcium free diet (CFD) were detected and tracked by using high resolution in-vivo micro-computed tomography (in-vivo micro-CT), finite element (FE) and histological analysis. Twenty female Sprague-Dawley rats (6 weeks old, approximate weight 170g) were randomly divided into two groups (CFD group: 10, NOR group: 10). The CFD group was maintained on a refined calcium-controlled semisynthetic diet without added calcium, to induce osteoporosis. All lumbars (L1~L6) were scanned by using in vivo micro-CT with 35 μm resolution at 0, 4, 8 weeks to track the effects of CFD on the generation of osteoporosis.
The results of morphological characteristics showed that BV/TV, Tb.Th, Tb.N in CFD group were significantly decreased over time (p＜0.05), while those in NOR group were statistically increased over time (p＜0.05) in the most lumbars (L1~L6). We also investigated the contrary tendency in Tb.Sp and SMI, compared to the above results in each group. In the simulated compression test using FE models, the structural effective modulus of CFD group significantly decreased (p＜0.05), whereas that of NOR group was statistically increased, depending on the measuring time (p＜0.05). The present study observed remarkable histological changes of nucleus pulposus and annulus fibrous by water loss in CFD group, compared with NOR group.
These findings indicated that calcium insufficiency was the main factor in the generation of osteoporosis and it induced lumbar vertebral disc degeneration. This study is a valuable experiment to firstly evaluate osteoporotic vertebral bone and disc degeneration induced by malnutrition during growth period from a biomechanical and histomorphometrical point of view.

#칼슘제거 식이요법 #척추사이원반 변성 #골다공증 #생체 내 미세단층촬영 #유한요소해석 #조직학 #Calcium free diet #Disc degeneration #Osteoporosis #In-vivo micro-CT #Finite element analysis #Histology

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