부신피질 호르몬에 의해 진행되는 가토의 대퇴 골두 무혈성 괴사에서 Nitric Oxide 공여제의 효과

Abstract

[한글]

부신피질 호르몬에 의해 골소강내 골세포의 소실, 종동맥내 지방 색전증, 골다공증에 의한 이차적 연골하골의 붕괴등으로 골의 무혈성 괴사가 발생하는데 이에 대하여 골세포의 기능 유지, 파골세포의 증식 억제 및 기능 억제, 신생 혈관 형성, 혈관 화장 기능, 항 동맥경화기능을 가진 nitric oxide를 체외에서 지속적으로 유리시켜 nitric oxide 공여제가 대퇴골두 무혈성 괴사에 예방 효과가 있는지를 알아 보기위해 연구를 진행하였다.

실험 동물로는 성숙한 한국산 가토 75 마리를 암수 구별없이 사용하였다. 1군은 생리 식염수를 매주 근육 주사한 대조군이며, 2군은 methylprednisolone을 체중 1 kg 당 4.1 mg의 용량으로 일주일에 한 번씩 8주간 근육 주사하였으며, 3군은 methylprednisolone을 체중 1 kg 당 4.1 mg의 용량으로 일주일에 한 번씩 8주간 근육 주사하면서 nitroglycerine 16 mg을 24시간동안 지속적으로 경피적으로 유리하는 patch를 매일 피부에 부착한 군이고, 4군은 골소강 공동화 비율의 반대 대조군으로서 1 군과 칼이 아무 처치도 하지 않고 8주간 사육후 회생시켜 대퇴 골두를 적출하여 96시간 보관한후 시료를 염색하였다. 1, 2, 3군은 8주간 사육한 후 회생시켜 가토의 체중 변화, 치사율을 알아보고 적출된 대퇴 골두를 hematoxylin-eosin 염색하여 골소강 공동화 비율, 골소주의 구조적 조직계측 수치의 변화, 골수강내 세포 침윤, 파골세포의 수등을 비교하였고 Oil red 0염색하여 골수강내 지방세포의 구조적 조직계측 수치의 변화와 연골하 부위의 종동맥내 지방 색전증등을 비교하였다.

실험 기간중 1 군은 0%, 2 군은 43%, 3군은 50%의 치사율을 보였다(p<0.05). 1군은 8%의 체중 증가가 있었고, 2군은 32%의 체중 감소가 있었으며 3군은 35%의 체중 감소가 있었다(p<0.001). 골소강 공동화 비율은 1군은11.9 ± 4.2 %, 2군은 28.5 ± 4.0 %, 3군은 20.3 ± 5.1 %, 4군은 42.1 ±7.0 %로 의의 있게 차이가 있었고(p<0.01), 각군의 다중 비교에서도 각 군끼리 서로 유의한 차이가 있었다 (p<0.05). 골소주의 두께는 1, 2, 3 군이 각각117.1 ± 42.5 μm, 29.5 ± 14.2 μm, 60.1 ± 13.8 μm (p<0.01) 이고 현미경 시야 면적당 골소주 면적의 비율은 1, 2, 3 군이 각각 56.6 ± 10.5 %,29.1 ± 11.3 %, 40.3 ± 8.3 % (p<0.01)이며 골소주 사이의 거리는 1, 2, 3군이 각각 90.4 ± 13.9 μm, 207.5 ± 36.9 μm, 159.3 ± 29.2 μm(p<0.01)이었다. 지방세포의 직경은 1, 2, 3 군이 각각 65.6 ± 20.8 μm,76.7 ± 15.5 μm, 75.2 ± 19.8 μm (p<0.01)이고 지방세포 수는 각각 20.6± 3.5 개, 17.1 ± 2.3 개, 18.3 ± 2.8 개, (p<0.01) 이었으며 현미경 시야 면적당 지방 세포의 면적 비율은 각각 34.4 ± 8.4 %, 39.5 ± 9.2 %, 40.7 ±6.7 %으로(p<0.01) 다중 비교에서 제 1, 2군의 차이는 없었으나 1군과 3군, 2군과 3군사이에는 의의 있는 차이가 있었다(p<0.05). 골수강내 세포 침윤과 연골하 부위의 지방 색전증은 1군에 비해 2, 3군에서 증가된 소견을 보였다. 골수강내 파골세포의 숫자는 1, 2, 3군이 각각 3.2 ± 1.5 개, 11.7 ± 3.3 개,6.9 ± 3.8 개였다(p<0.01).

이상의 결과로 볼 때 체외에서 지속적으로 투여된 nitric oxide 공여제는 지방세포 형태계측 수치의 변화는 없었으나 골소강내 골세포의 생존성 증가와 골다공증 감소 등의 효과로 부신피질 호르몬에 의해 진행되는 대퇴 골두 무혈성 괴사에 대한 부분적인 보호 효과를 나타내었다.

[영문]

The steroid induced avascular necrosis of femoral head results from loss of osteocyte in lacuna, fat embolism in end artery of subchondral bone, and subchondral collapse from secondary osteoporosis. Nitric oxide(NO) has diverse biologic effects on bone metabolism, especially on maintenance of osteoblast activity, inhibition of osteoclast proliferation and activity, neo-angiogenesis, vasodilatation effect, antiresorptive effect, and anti-atherogenic effect. Such biologic effects of NO can protect harming effects of steroid, which were cytotoxicity for osteoblast, increasing osteoclastic bone resorption, defect in angiogenesis, and hyperlipidemia. The purposes of this study was to evaluate the protective effect of exogenously administered NO donor (nitroglycerine) on steroid-induced avascular necrosis of the femoral head in rabbits.

Seventy five Korean rabbits were used in this study. Group 1 received injection of the same amount of normal saline for 8 weeks. Group 2 had intramuscular injection of methylprednisolone (4.1 mg/kg/week for 8 weeks). Group 3 underwent same dose of methylprednisolone injection for 8 weeks and application of transdermal nitroglycerine releasing system(Deponit 5**(R)) daily. Group 4 underwent same protocol with group 1 and after 8 weeks rabbits were sacrificed and femoral head specimen were excised and stored 96 hours in 4 degree celcius. All rabbits had antibiotics prophylaxis. After 8 weeks, mortality and change of body weight of rabbits in group 1, 2, 3, were analysed and compared. Then rabbits were sacrificed and both femoral heads were removed. Hematoxylin-eosin and oil red 0 stain of femoral head were performed. Emptiness percentage of osteocyte in lacunae, histomorphometry of trabecular bone, histomorphometry of fat cells, intramedullary change, and fat embolism in end artery were evaluated.

There was high mortality in group 2(43%), group 3(50%) and while no mortality in group 1 (p<0.05), There was 8% weight gain in group 1 and 32% weight loss in group 2 and 35% in group 3. Emptiness percentage of lacunae in group 1, 2, 3, and 4 showed 11.9 ± 4.2 %, 28.5± 4.0 %, 20.3 ± 5.1 %, and 42.1 ± 7.0 % (p<0.01). The trabecular thickness were 117.1 ± 42.5 μm in group 1, 29.5 ± 14.2 μm in group 2,and 60.1 ± 13.8 μm in group 3 (p<0.01), The trabecular area percentage per microscopic field in group 1, 2, and 3 were 56.6 ± 10.5 %, 29.1 ±11.3 %, and 40.3 ± 8.3 % (p<0.01). The separation of trabeculae in group 1, 2, and 3 were 90.4 ± 13.9 μm, 207.5 ± 36.9 μm, and 159.3 ±29.2 μm (p<0.01). The diameter of fat cell in group 1, 2, and 3 were 65.6 ± 20.8 μm, 76.7 ± 15.5 μm, and 75.2 ± 19.8 μm(p<0.01) and number of fat cell per microscopic field in group 1, 2, and 3 were 20.6 ±3.5, 17.1 ± 2.3, and 18.3 ± 2.8 (p<0.01). The fat cell area per microscopic field in group 1, 2, and 3 were 34.4 ± 8.4 %, 39.5 ± 9.2 %,and 40.7 ± 6.7 %(p<0.01). In group 2 and 3, there were increased fat embolism in end artery of subchondral bone, and increased intramedullary cellular infiltraton comparing with those of group 1. The number of osteoclast in medullary space per microscopic field in group 1, 2, and 3 were 3.2 ± 1.5, 11.7 ± 3.3, and 6.9 ± 3.8 (p<0.01)

In conclusion, although there was no significant effect of NO donor on fat cell histomorphometry, there were partial but significant protective effects of NO donor on steroid-induced avascular necrosis in terms of increased survival of osteocytes

In lacunae and anti-resorptive effect.