자발성 고혈압 흰쥐의 대퇴골두 무혈성괴사에서 골성장판 내 연골세포의 세포역동학적 연구

Abstract

[한글]

Legg-Calvé-Perthes disease is characterized by the occurrence of ischemic necrosis of the secondary ossification center in the femoral head. Although metaphyseal growth plate are assumed to be affected by the disease process, the pathologic changes within the growth plate remains to be unknown. The present study was designed to investigate the histopathological changes in the growth plate using the spontaneously hypertensive rats(SHR). 60 SHRs and 30 Wister Kyoto rats(WKY) were sacrificed at each of 6, 9, 12, 15 and 18 weeks of age. Experimental SHR groups were divided into two groups, SHR-n and SHR+n, according to the histopathological changes of ischemic necrosis of the seconday ossification center of the femoral head and WKY were used as control.. 5-Bromo-2''-deoxydiuridin(BrdU) was injected and BrdU immunohistichemistry was performed for the cell kinetic analysis. TUNEL(transferase-mediated deoxyuridine triphosphate-biotin nick end labeling) assay was done for the investigation of apoptotic changes in the growth plate. In both TUNEL and BrdU staining, the positive cells were counted in each zones of the growth plate. The length of each zone of growth plate - resting, proliferation, and hypertrophic zone was measured by histomorphometric analysis. All the data were analyzed by two-way ANOVA. Total length of growth plate was found to be decreased overtime. At earlier growth stages, the length of the growth plate of the SHR+n group was shorter in the resting zone and proliferation zone than those of the SHR-n and WKY group. As aging, the hypertrophic zone of growth plate in the group of SHR+n was the mostly affected zone of the growth plate. The cell proliferation analysis of the growth plate of SHR group showed lower activity in resting zone than those of the WKY group at earlier growth stages. Apoptosis of the growth plate of SHR-n and SHR+n groups were observed mainly in the resting and proliferation zone at earlier stages, and hypertrophic zone at later stages than those of the WKY group. In conclusion, the metaphyseal growth plate in the femoral head in the SHR appears to be affected by the disease process of ischemic necrosis of the femoral head, and the growth of femoral head was found to be disturbed through the entire zone of the growth plate.

[영문]

Legg-Calvé-Perthes씨 병은 소아 대퇴골두의 골화중심에 무혈성 괴사가 발생하는 질환이다. 허혈성 괴사의 주요 손상부위가 대퇴골두의 골단 뿐 만 아니라 골성장판에도 미친다고 생각되나 실제 골성장판에서 일어나는 병적 변화에 대한 연구는 진행된 바 없다. 이를 밝히기 위한 동물모델로 자발성 고혈압 흰쥐(Spontaneously Hypertensive Rats, SHR)를 이용하여 Legg-Calvé-Perthes씨 병의 발생 및 치유과정 중 일어나는 골성장판내 병적 변화를 세포역동학(cellular kinetics) 방법을 통해 규명하고, 이를 통해 골성장판내 성장장애로 인한 임상적 문제에 대한 병인을 유추하고자 하였다.

각각 6, 9, 12, 15, 18주령의 자발성 고혈압 흰쥐 12마리씩 총 60마리를 실험군으로, 동일 주령의 WKY 각각 6마리씩 총 30마리를 대조군으로 하였다. 양쪽 대퇴골두를 적출하고 광학현미경 하에서 관찰하여 조직학적 검사 상, 자발성 고혈압 흰쥐의 골단에서 성장장애 및 괴사 소견이 관찰된 경우를 SHR+n군, 정상적인 골화현상을 보였던 경우를 SHR-n군, 대조군 WKY군 등 세 그룹으로 나누었다. 희생 전 5-bromo-2''-deoxyuridin(BrdU)를 주사하여 BrdU 면역화학조직염색법으로 세포동력학적 계측을 하였으며 세포고사도를 알기위하여 TUNEL(terminal deoxynucleotidyl transferase-mediated deoxyuridine triphosphate-biotin nick end labeling) assay를 수행하여 전체 골성장판 및 부위별로 나눈 정지대, 증식대 그리고 과성장대 각각의 양성인 세포의 백분율을 내었다. 조직형태학적 계측을 위하여 골성장판의 길이 역시 동일한 방법으로 각 부위별로 측정하여 모든 결과를 two-way ANOVA 처리하였다. 주령이 증가할수록 전체 골성장판의 길이가 짧아지는 것을 관찰하였으며 SHR+n군이 WKY군과 SHR-n군에 비하여 성장초기에는 정지대 및 증식대에서, 성장후기에는 과성장대에서 길이가 짧아지는 결과를 보였다. 세포증식도의 경우 SHR군이 WKY군 보다 성장초기의 정지대에서 낮은 증식률을 보였으며, 세포고사도의 경우 SHR-n군과 SHR+n군이 WKY군에 비하여 성장초기에는 정지대 및 증식대에서, 성장후기에는 과성장대에서 높은 세포고사율을 보였다. 결론적으로 자발성 고혈압 흰쥐의 대퇴골두 무혈성 괴사에서 이차골화중심 뿐 아니라 골성장판의 성장장애가 있음을 확인하였으며 이는 골성장판 전 부위에 영향을 미친 것으로 관찰되었다.