Cortisone Arthropathy에 대한 실험적 연구

Abstract

[한글]

Corticosteroid의 관절강내 주입은 1951년 Hollander 등이 처음으로 시도한 이래 최근에 이르기까지 임상적으로 류마치스성 및 퇴행성 관절염등 만성관절 질환을 치료하는 목적으로 흔히 사용되어 왔다.

Chandler와 Wright(1958)는 hydrocortisone을 고관절강내 주입함으로써 대퇴골두의 진행된 파괴현상이 있음을 보고하면서 이것을 "Charcot arthropathy"라고 기술하였고 그 후 Sweetnam 등(1960), Edstrom(1961), Steinberg 등(1962), Sutton 등(1963), Alarcon Segovia와 Ward(1965) 및 Miller와 Restifo(1966)는 이와 유사한 보고를 하였다.

Sweetnam 등(1960)은 corticosteroid를 전신적으로 다량 투여함으로써 일어난 관절의 변화를 "steroid arthropathy"라고 처음으로 명령하였으며 관질의 심한 파괴현상이 있음에도 불구하고 비교적 동통이 없는 것이 특징이라고 하였다.

염증에 있어서 분해소체 효소(lysosomal enzyme)가 중요한 역할을 한다는 증거가 점점 확실히 되어가고 있으며(de Duve and Wattiaux, 1966; Weissmann, 1967; Houck, 1968; Fell, 1969; Dingle, 1969), Weissmann과 Thomas(1964)는 cortisone이 분해소체 효소의 방출을 부분적으로 억제시킴으로서 분해소체 기원의 이화효소를 안정시켜 연골을 보호한다고 보고하였고 반면 Silberberg 등(1966)은 cortisone이 파열인자(disruptive agent)로 직용하여 전자 현미경에서 연골세포내 분해소체의 수효가 종가하고 또한 세포질내의 소포체(endoplasmic reticulum) 확장이나 변화, 그리고 단백합성 및 저장에 밀접한 관계가 있는 Golgi체의 위축을 초래한다고 보고하였다.

최근에 Oka(1956), Shyster와 Williams(1961), Holden과 Kendall(1961), Bain(1967), Kopta와 Blesser(1969) 및 池崎(1975) 등은 관절강내에 cortisone을 투여하던 전신적으로 흡수되는 것이 확실하다고 보고하고 있다.

저자는 이러한 점을 참작하여 성숙가토의 정상 슬관절강내 및 퇴행성변화를 유발시킨 슬관절강내에 methyl prednisolone acetate(Depo-Medrol** )를 각각 주입하여 관절연골, 부신피질, 뇌하수체 등에 미치는 영향을 관찰하고 작용기전을 규명할 목적하에 본 실험에 착수하였다.

실험재료는 한국산 성숙가토(2.0kg 내외) 90마리를 사용하여 다음의 3개군으로 나누고 saline을 투여한 동물을 대조군으로 하고 methyl prednisolone을 투여한 동물을 실험군으로 하여 각각 비교 관찰하였다.

제Ⅰ군: 정상 슬관절강내 악물주입군

A : Saline 0.1 ml 주입군

B : Methyl prednisolone 2.0mg/kg 주입군

제Ⅱ군: 정상 슬관절강내 약물주입군

A : Saline 0.2ml 주입관

B : Methyl prednisolone 4.0mg/kg 주입군

제Ⅲ군: 실험적 관절염 유발군

A : 무처치군

B : Saline 0.2ml 주입군

C : Mettyl prednisolone 4.0 mg/kg 주입군

대퇴슬개골구(patello-femoral groove)를 통하여 정상 슬관절강 및 관절염이 유발된 슬관절강내에 약물을 주입하였다.

관절염을 유발시키기 위하여 대퇴골 원위부 관절 연골에 박편손상을 가하고 석고붕대 고정을 1개월간 시행하였다.

관찰대상은 실험시간을 급하며 제1군은 1주일에 2회 주입하여 1주, 2주, 4주, 8주, 2군은 1주일에 1회 주입하여 2주, 4주, 8주, 12주, 16주, 20주, 제3군은 1주일에 1회 구입하여 석고붕대 제거후 즉시, 2주, 4주, 8주간 약물을 주입한 후 각각 3마리씩의 희생시켜 관찰하였다.

관찰방법은 회생 후 관절연골, 부신피질, 뇌하수체를 육안적으로 관찰하고 채취한 각 조직은 조직별로 각종 검사에 제공하였다.

광학 현미경적 관찰을 위하여 관절연골은 hematoxylin-eosin 염색을 실시하였으며 acid mucopolysaccharide의 변성유무를 관찰키 위하여 alcian blue 염색을, acid phosphatase의 활성의 정도를 보기 위하여 Gomorie염색(Gomorie, 1941)을 실시하였으며 부신피질과 뇌하수체는 hematoxylin-eosin 염색을 실시하였다.

전자 현미경적 관찰을 위하여는 관절연골의 중간층을 피검물로 하여 이들을 4% glutaraldehyde와 1% osmium(Palace, 1952)이 고정하여 uranyl acetate(Watson, 1961)와 lead citrate(Remold, 1963)로 복염색을 하였고 acid phosphatase 활성도를 보기 위한 Gomorie방

법(Eranko et al., 1952)에 의한 염색을 시험하여 다음과 같은 곁과를 얻었다.

1. 정상 관절강내에 methyl prednisolone 주입군은 관절연골의 윤택이 감소되었고 장기간 주입함이 따라 연골표면에 경미한 미란(erosion)을 볼 수 있었으며 관절염이 유발된 관절강내 methrl prednisolone 주입군에서도 상기변화와 유사하였다.

2. 절상 관절강내에 methyl prednisolone 주입군은 연골구조의 불규칙상, 세열화(fibrillation), 연골세포수의 감소, 군집(cloning), acid mucopolysaccharide의 감소, acid phosphatase 활성의 증가를 보여주었다.

3. 퇴행성 관절염이 유발된 관절강내에 methyl prednisolone 주입군은 정상 관절강내 주입군과 유사한 변화를 보여주었고 무처치군과 saline 투여군에 비하여 다소 심한 변화이었다.

4. 전자 현미경적 소견에서 정상관절강내 methyl prednisolone 주입군은 관절연골에서 핵막의 불규칙상, 염색질의 응집, 조면소포체(rough endoplasmic reticulum)수의 감소, 확장, ribosome의 탈락, 미세한 섬유상 물질(fine filament)과 지방적의 축적 등을 관찰할 수 있었으며 또한 acid phosphatase 입자가 세포질내에 증가하여 있었으며 관절염이 유발된 관절강내에 methyl prednisolone을 주입한 군은 상기변화 이외에 세포표면에 fila

ment양 물질과 교원섬유가 밀착되어 있었다.

5. 관절강내에 장기간 methyl prednisolone을 주입한 결과 부신피질 두께의 감소, 속상대 (zone fasciculata) 세포수축, 세포원형질내 지방적의 감소 내지 소실 등의 부신지질위축이 있었으며 뇌하누체 전엽에 호염기성 세포(basophil cell)의 증가경향을 보여 주었다.

이상과 같이 methyl prednisolone을 관절강내 장기간 주입하던 관절연골에는 병적 변화(arthropathy)가, 부신피질 및 뇌하수체 전엽에 조직학적 변화가 초래됨으로 이 약물의 장기간 주입은 주의를 요하여야 할 것으로 사료된다.

[영문]

The intra-articular use of corticosteroids has become a common medical procedure for degenerative and rheumatoid arthritis since 1951 (Hollander et al.).

The complications resulting from this form of therapy have generally been fewer and considerably less severe than those from prolonged systemic administration of steroids.

However, Chandler and Wright (1958) reported "Charcot-like arthropathy" after use of intra-articular steroids and an increased number of similar reports have been published(Sweetnam et al., 1960; Edstrom, 1961; Steinberg et al., 1962; Sutton et

al., 1963; Alarcon Segovia and Ward, 196i; Miller and Restifo, 1966).

The term "steroid arthropathy" was first used in 1970 by Sweetnam, Mason and Hurray to designate the joint changes that were observed to be associated with intensive steroid therapy and the striking feature in each of their cases was the relative freedom from pain in the presence of severe joint disintegration.

Evidence is increasing that lysosomal enzymes play an important role in inflammation (de Duve and Wattiaux, 1976; Weissmann, 1967; Houck, 1968; Fell, 1969; Dingle, 1969).

Weissmann and Thomas(1964) have demonatrated that cortisone and its analogues stabiline lysosomal bodies against a variety of disruptive agents and thereby protect the cell against its own autophagic enzymes.

In contrast, Silberberg et al. (1966) have shown that cortisone, by itself, may act as a disruptive agent. In electron microscopy, an increase in the number of lysosomes in the chondrocytes, disruption of endoplasmic reticulum, atrophy of the

Golgi apparatus, structures which are intimately involved in the synthesis and storage of protein, were observed after the systemic administration of cortisone.

Evidence of absorption into the systemic circulation after intra-articular administration of steroids is consistent (Oka, 1955; Shuster and Williams, 1961; Holden and Kendall, 1961; Bain, 1967; Kopta and Blosser, 1969: Ikezaki, 1975).

The purpose of the research is to show effects of intra-articular methyl prednisolone administration on normal and arthritic articular cartilage, adrenal and pituitary glands.

Ninety mature albino rabbits, each Weighing about 2.0kg, were used for the experimental study. The animals were divided into three large groups as follows;

Group Ⅰ: intra-articular administration into normal articular joint (24 animals)

a) normal saline 0.1ml

b) methyl prednisolone acetate 2.0mg/kg

Grroup Ⅱ: intra-articular administration into normal articular joint (35 animals)

a) normal saline 0.2ml

b) methyl prednisolone acetate 4.0mg/kg

Group Ⅲ: intra-articular administration into induced arthritic joint (30 animals)

a) no administration

b) normal saline 0.2ml

c) methyl prednisolone acetate 4.0mg/kg

Intra-articular normal saline and methyl prednisolone acetate(Depo-Medrol** ) were injected into the patellar groove.

Fer experimental production of the arthritis, three longitudinal superficial incisions were made on the medial femoral condyle and immobilization of the knee joint was maintained for one month by plaster of Paris.

Group Ⅰ was injected twice a week and sacrificed at time intervals of 1, 2, 4, and 8 weeks. Group Ⅱ was injected weekly and sacrificed at time intervals of 2, 4, 8, 12, 16 and 20 weeds.

Group Ⅲ was injected weekly and sacrificed at time intervals of soon after cast removal, 2, 4 and 8 weeks.

The cartilages of the distal femora were stained with hematoxylin and eosin for histologic observation and alcian blue stain for the mucopolysaccharide and Gomorie stain (Gomorie, 1941) for the acid phosphatase activity. Adrenal and pituitary

glands were stained with hematoxylin and eosin.

For electron microscopy, the cartilages were fixed in 4 percent glutaraldehyde and 1 percent osmium tetraoxide(Palade, 1952) and stained with uranyl acetate (Watson, 1961) and lead citrate (Reynold, 1963) and for activity of acid phosphatase, incubated with Gomorie medium (Eranko et at., 1952).

The results of the histologic, histochemical and electron microscopic findings are as follows;

1. The cross changes in the articular cartilage from administration of methyl prednisolone into the normal joint were loss of normal lustre of the surface of the cartilage and mild erosion within the substance of the cartilage from prolonged

periods of injection. The gross changes in the articular cartilage from administration of methyl prednisolone into arthritic joints were similar to the a hove findings.

2. The effects on the articular cartilage from administration of methyl prednisolone into normal joint were irregularities and fibrillation of the structure of cartilage, hypocellularity, cloning of cells of cartilage, reduction of mucopolysaccharide and increased activity of acid phosphatase.

3. The effects on the articular cartilage from administration of methyl predniselone into arthritic joint were similar to the above findings and were a little more severe than those of the non injection and saline injection subgroups.

4. The ultrastructure of articular cartilage in the middle zones after administration of methyl prednisolone into normal joint showed irregularities of nuclear membrane, aggregation of chromatin, reduction in number, dilatation, detachment of ribosome of rough endoplasmic reticulum, accumulation of fine

filaments, lipids and acid phosphatase particles. The ultrastructure of articular cartilage from administration of methyl prednisolone into arthritic joint was similar to the above findings, with added filament-like materials and collagen

fibers around the cell membrane.

5. The effects on the adrenal gland from prolonged administration of methyl prednisolone into the synovial joint were atrophy of adrenal cortex, including narrowing of adrenal cortex, shrinkage of cells of zona fasciculata and fat

depletion. The effects on the pituitary gland from prolonged administration of methyl prednisolone into the synovial joint were a tendency to hypercellularity of basophil cells in the anterior lobe of the pituitary gland

Therefore intra-articular injection of corticosteroids for prolonged periods must be undertaken with caution.