관절강내 혈종이 관절연골 및 활막에 미치는 영향에 관한 연구

Abstract

[한글]

관절강내 지속적인 출혈은 많은 학자들의 관심과 흥미를 끌어왔다. 관절강내의 만성적

인 혈종이 관절연골 및 활막에 손상을 일으킬 수 있으리라는 근거는 혈우병과 같은 출혈

성 질환 및 활막혈관종 또는 융모결절활막염과 같은 국소적 질환의 연구에 기초를 두었으

며 이제까지는 관절연골보다는 활막에 대하여 집중적으로 연구되어 왔다.

성숙 관절연골은 소위 "고립"상태로서 무신경, 무임파성이며 혈관계와 접촉이 없는 특

수 조직이다.

Bollet(1969)는 퇴행성 관절염의 병인에 관하여 그 발생기전에 관계없이 연골의 퇴행변

성의 최종적인 결과는 동일하다고 하였다. 즉 그 기원이 영양이상, 독성물질, 혹은 물리

적 힘에 의하던 공통된 경로를 발아 관절연골이 퇴행변성된다고 발표하였다.

관절연골의 퇴행변성시 관찰되는 초기의 생화학적 변화는 연골기질의 proteoglycan이

감소되는 것이며 이는 조직화학적 방법으로 관찰할 수 있고 또한 화학적 분석으로 직접

측정할 수 있다(Mitchell 및 Shepard,1981).

Coelho 및 Chrisman(1960)을 위시한 여러 연구자들(Chrisman 및 vessel, 1962: Simmons

및 Chrisman, 1965)은 연골세포에서 생성되는 단백분해효소인 cathepsin을 구명하고 이

것이 protein-polysaccharide결합체를 분해하여 연골의 퇴행성 변화를 일으킨다고 보고하

였으며 또한 아스피린은 연골세포의 리소좀(lysosome)막을 안정시켜 연골기질의 변성을

억제한다고 발표하였다.

저자는 이상의 여러가지 점에 관심을 두고 실험적으로 토끼의 슬관절강내에 자기 혈액

을 반복 주사하여 지속성 관절혈종을 일으킨 후 이때 관절연골 및 활막에 나타나는 변화

를 광범위하게 관찰하고 또한 아스피린이 이에 미치는 영향을 검토하기 위한 목적하에 본

실험에 착수하였다.

실험동물로는 한국산 성숙 가토(1.5∼2kg) 102마리의 우측 슬관절을 사용하였으며 실험

기간중 동일한 사료로 온도 및 습도등이 같은 사육실에서 양육하였다. 실험군의 구분은

생리식염수를 주입한 군을 대조군으로 하고 혈액을 주입한 군을 실험군으로 대별하였고

양군은 각각 아스피린 투여군을 추가 구분하였다.

제Ⅰ군 : 생리식염수 주입군(21마리)

제Ⅱ군 : 혈액 주입군(30마리)

제Ⅲ군 : 생리식염수 주입 및 아스피린 투여군(21마리)

제Ⅳ군 : 혈액 주입 및 아스피린 투여군(30마리)

실험동물은 25mg/kg와 secobarbital로 정맥주사하여 마취시키고 heparin(10unit/ml)이

포함된 주사기로 귀정맥에서 채혈한 후 대퇴슬개골구를 통해 1∼1.5ml의 혈액을 관절이

팽만될 정도로 슬관절강내에 주사하였다. 대조군에서도 heparin이 포함된 주사기로 1∼1.

5ml의 생리식염수를 슬관절강내에 주사하였다. 아스피린은 100mg/kg씩 투여동물의 아침사

료에 혼합하여 희생시킬 때까지 매일 투여하였다.

관찰대상은 실험기간을 통하여 각 군에서 실험조작후 2주, 4주, 6주까지 1주일에 6회씩

주사하고 최종 주사후 2일에 희생시켜 관찰하였다.

관찰방법은 관절연골 및 활막을 택하였으며 육안적으로 관찰한 다음 조직학적 및 조직

화학적으로 관찰하였다. 채취된 연골을 소정의 방법으로 탈회한 다음 대퇴내과부를 절제

하여 paraffin에 포매하여 5μ두께의 절편을 작성한 후 hematoxylin-eosin염색과 safrani

n O-fast green염색을 하여 광학현미경으로 관찰하였다. 활막은 후슬개활막부위를 채취하

여 hematoxylin-eosin 염색과 methyl green-pyronin염색을 하였으며 또한 철분을 관찰하

기 위하여 Prussian blue염색을 하였다.

전자현미경적 검색은 채취된 연골을 formaldehyde와 glutaraldehyde의 혼합 인산염 완

충액(pH 7.4)으로 2시간 고정하고 같은 완충액으로 조절된 pH7.4의 osmium tetraoxide(Pa

lade, 1952)로 재고정한 후 소정의 양식에 의거 Epon 812로 포매, 세절하여 표본을 작성

하였다.

이상의 방법으로 관찰하였던 바 다음과 같은 결과를 얻었다.

1) 관절연골의 육안적 소견에서 연골면의 윤택도가 다소 감소되었다.

2) 연골구조의 불규칙상 및 세열화와 연골세포의 괴사 및 열공의 확장이 나타났으며 연

골기질의 proteoglycan의 변성이 관찰되었다.

3) 전자현미경적 소견에서 과립내형질망(rough endoplasmic reticulum)의 구수조(ciste

rnae)의 확장, 사립체(mitochondria)의 종창, 핵막의 불규칙성 및 미세한 filaments의 축

적을 나타내었으며, 또한 지방적 및 공포체의 출현과 세포질돌기의 불규칙적인 돌출등이

관찰되었다.

4) 황막조직은 황막세포의 증식과 활막하조직의 염증세포침윤 및 섬유화현상을 나타내

었으며 또한 철분의 침착이 관찰되었다.

5) Methyl green-pyronin염색에서 활막세포의 pyronin양성반응이 증가되었다.

6) 아스피린 투여군에서 관절연골의 퇴행변성 및 활막염의 진행이 억제되었다.

[영문]

Chronic bleeding into a joint has justifiably aroused the concern and interest of

orthopedic surgeons for manly years, and a number of studies have defined the

affects of repeated hemarthroses in man and experimental animals. Chronic

hemarthrosis results from hemorrhages into the joint over a prolonged period of

time and is often dependent on the presence of a blood disease such as hemophilia

or some local lesion such as synovial hemangioma or villonodular synovitis.

Until now more detailed descriptions have been given of the effects of perfused

blood on synovial membrane than on articular cartilage.

Mature articular cartilage is an aneural, avascular, and alymphatic specialized

form of connective tissue.

Bollet postulated that, regardless of specific plausible multiple etiologies of

degenerative arthritis, there is a final common pathway of cartilage degradation.

By this view, the final common pathway leads to cartilage cellular injury whether

from physical, nutritional, or toxicologic sources.

It is commonly agreed that the earliest biochemical changes in degenerative

arthritis are loss of proteoglycan as evidenced by diminished staining with

cationic dyes or direct biochemical analysis of diseased cartilage(Mitchell and

Shepard, 1981).

Coelho and Chrisman(1960), Chrisman and Fessel(1962), and Simmons and

Chrisman(1965) described the activity of a protease(cathepsin) produced by

cartilage cells, which can split the subunit protein-polysaccharide bonds of

cartilage matrix. They also found that aspirin, in vitro and in vivo, can decrease

matrix degradation.

With this clinical problem in mind, the present investigation was undertaken to

study the disposition of experimental hemarthrosis in rabbit. This study is

essentially a repetition of previous works on experimental hemarthrosis but

attention was focused on the articular carilage.

One hundred and two healthy rabbits each weighing between 1.5 and 2 kg were uesd

for the experimental study.

The animals were divided into four groups as follows:

Group Ⅰ : normal saline injection group

Group Ⅱ : whole blood injection group

Group Ⅲ : normal saline injection and aspirin treated group

Group Ⅳ : whole blood injection and aspirin treated group

Under secobarbital anesthesia(25 mg/kg) 1∼1.5 ml of blood from an ear vein were

aspirated into a sterile syringe containing heparin(10 unit/ml). After wetting the

skin over the knee with alcohol, the blood was injected into the knee. The joint

cavity of a normal rabbit needs 1∼1.5ml of blood to form a tense hemathrosis. The

limb was not immobilized. The six-times weekly injections were continued for 2∼6

weeks, and for comparison physiological saline solution(1∼1.5 ml) was injected.

Aspirin (100 mg/kg a day) was given orally to aspirin treated groups for 2∼6

weeks. The animals were sacrified at intervals of 2, 4 and 6 weeks respectively.

The articular cartilages of the distal femora were stained with hematoxylin and

eosin for histological observation, safranin O-fast green for histochemical

observation, and Prussian blue for iron.

For electron microscopy, the cartilages were fixed in formaldehyde,

glutaraldehyde, and osmium tetraoxide(Palade, 1952). The sections were stained with

uranyl acetate and lead citrate.

The results of the histologic, histochemical and electron microscopic findings

are as follows:

1) The gross changes in the articular cartilage were loss of normal lustre of the

surface of cartilage.

2) The repeated injections of blood into the knee of rabbit revealed common

changes, consisting in cartilage fibrillation, enlarged cell lacunae, dead cell,

and a chemical degradation of proteoglycan of the intercellular matrix.

3) The ultrastructure of cartilage cells showed dilatation of cisternae of rough

endoplasmic reticulum, swelling of mitochondria with loss of cristae,

irregularities of nuclear membrane, elongation of cytoplasmic footlets,

accumulation of fine filaments, lipids and vacuoles.

4) The synovial tissue demonstrated: (1) synovial cell hyperplasia, (2)

inflammatory cellular infiltration of subsynovial tissue and fibrosis, (3)

deposition of iron.

5) Methyl green-pyronin stain for RNA demonstrated increase in staining reaction

of synovial cell.

6) Aspirin did inhibit matrix degradation of cartilage and inflammatory cellular

infiltration of synovium.