골관절염: 반월상 연골판 절제술이 관절 연골에 미치는 영향

앞서 언급했듯이, 관절 반월판은 정상적인 관절 기능에 중요한 역할을 합니다. 반월판은 대퇴골과 경골 관절면의 일치성을 높이고, 외측 안정성을 강화하며, 활액의 분포와 관절 연골과의 영양소 교환을 개선하는 구조물입니다. 반월판 전체 또는 부분 절제술은 경골 관절면에 가해지는 하중의 방향을 변화시켜 관절 연골의 변성을 초래합니다.

반월상 연골 절제술이 관절의 생체역학에 미치는 영향과 동물(주로 개와 양)의 관절 연골과 연골하골에 발생하는 퇴행성 과정의 유도에 대한 연구가 많이 진행되어 왔습니다. 초기에는 무릎 관절의 내측 반월상 연골 절제술을 시행했지만, 이후 외측 반월상 연골 절제술이 골관절염의 발생을 더 빠르게 유발한다는 사실이 밝혀졌습니다.

Little 등(1997)은 양에서 외측 반월상 연골절제술을 이용하여 무릎 관절 여러 부위의 관절 연골과 연골하골의 변화를 조사했습니다. 수술 6개월 후 관절 연골의 유도된 변화를 보여주는 전형적인 조직학적 소견은 연골 마모, 프로테오글리칸 농도 감소, 그리고 연골세포 수 감소였습니다. 연골하골의 연골 변형 부위 아래에서는 석회화된 연골 영역으로의 모세혈관 증식, "물결 모양 경계"의 외측 변위, 그리고 연골하골의 해면질 물질의 비후가 관찰되었습니다.

P. Ghosh 등(1998)의 연구에서 양에서 외측 반월판 절제술 9개월 후에 관절 연골 변성에 따른 연골하 골 재형성과 미네랄 밀도 증가의 징후가 나타났습니다. 외측 반월판(대퇴골의 외측 과두와 경골의 외측 판)을 제거하여 비정상적으로 높은 기계적 부하를 받는 부위에서 데르마탄 황산염을 함유하는 프로테오글리칸의 합성이 증가했지만, 내측 판의 연골에서도 같은 유형의 프로테오글리칸 합성이 증가했습니다. 데르마탄 황산염을 함유하는 프로테오글리칸은 주로 데코린으로 표현되는 것으로 밝혀졌습니다. 가장 높은 농도는 관절 연골의 중간 및 심부에서 발견되었습니다.

외측 반월판 제거로 인해 부하가 높은 연골 부위에서 데르마탄 황산염 함유 프로테오글리칸 합성이 증가함과 동시에, 연골 절편에서 영양 배지로 아그레칸 조각이 방출되고 MMP와 아그레카나아제의 활성이 증가하는 것으로 보아 아그레칸의 분해 작용이 증가한 것으로 확인되었다. 이 골관절염 모델에서 염증 활성이 미미했기 때문에, 저자들은 연골세포가 이 효소의 공급원일 것이라고 추정했다.

아직 풀리지 않은 의문들이 많이 남아 있지만, 위에서 설명한 연구들은 골관절염 발병 기전에서 생체역학적 요인의 잠재적 역할을 밝혀냈습니다. 연골세포는 환경의 기계적 특성을 "감지"하여 변화에 반응하여 더 큰 부하를 견딜 수 있는 ECM을 합성하고, 이를 통해 연골 손상을 예방할 수 있다는 것은 분명합니다. 어린 동물에서 적당한 운동은 아그레칸이 풍부한 ECM의 합성을 유도했습니다. 이러한 연골세포 반응의 비대(또는 적응) 단계는 수년간 지속될 수 있으며, 관절 연골에 안정적인 수준의 기계적 부하를 제공합니다. 그러나 부하 강도나 지속 시간 증가, 부상이나 수술 후 정상적인 관절 생체 역학 변화, 또는 부하 증가에 반응하여 연골세포가 ECM 합성을 강화하는 능력 감소(노화 중)로 인해 이러한 균형이 깨지면 내분비 인자의 작용으로 세포 및 기질 수준에서 상당한 변화가 수반됩니다. 프로테오글리칸과 II형 콜라겐의 합성이 억제되고 데코린과 I, III, X형 콜라겐의 합성이 자극됩니다. 생합성 변화와 동시에 ECM 분해대사가 증가하고 MMP와 아그레카나제 수치도 증가합니다. 기계적 부하가 연골세포에 의한 주변 ECM의 재흡수를 어떻게 촉진하는지는 알려져 있지 않습니다. 이 과정은 프로스타노이드, 사이토카인(IL-1p 또는 TNF-a 등), 자유 산소 라디칼에 의해 매개되는 것으로 추정됩니다. 여기서 골관절염에서 활막염의 역할을 언급할 필요가 있는데, 위에서 언급한 이화작용 매개체의 가장 가능성 있는 출처는 관절의 활막에 침투한 대식세포와 유사한 활막세포와 백혈구일 수 있기 때문이다.

OD Chrisman 등(1981)의 연구에 따르면 외상성 관절 손상은 프로스타글란딘 전구체인 아라키돈산의 생성을 자극합니다. 손상된 연골세포의 세포막은 아라키돈산의 공급원으로 간주됩니다. 아라키돈산은 효소 사이클로옥시게나제(COX)에 의해 빠르게 프로스타글란딘으로 전환된다는 것은 잘 알려진 사실입니다. 특히 PGE2와 같은 프로스타글란딘은 연골세포 수용체와 상호작용하여 유전자 발현을 변화시키는 것으로 밝혀졌습니다 _. 그러나 아라키돈산이 단백질 분해 효소와 아그레카나제의 생성을 자극하는지 억제하는지는 아직 불분명합니다. 이전 연구에서는 PGE2가 MMP 생성을 증가시키고 관절 연골의 분해를 유발한다는 것이 밝혀졌습니다 _. 다른 연구 결과에 따르면 PGE2 _는 ECM에 동화 작용을 하며 ECM의 무결성을 촉진하여 연골세포의 사이토카인 생성을 억제합니다. 이러한 연구들의 상충되는 결과는 연구에 _사용된 PGE2의 농도 차이로 인해 발생했을 가능성이 있습니다.

관절 연골이 손상되면 소량의 IL-1β(MMP의 합성과 방출을 자극하고 자연적 억제제의 활동을 억제하는 주요 사이토카인)가 형성되어 조직이 더욱 악화될 수 있습니다.

따라서 이 절에서 설명하는 연구들은 관절에 역치 미만의 동적 부하를 유지하면 새로운 기계적 조건을 견딜 수 있는 연골세포가 증식하여 골관절염의 비대기가 시작됨을 시사합니다. 비대된 연골세포는 분화의 마지막 단계에 있는 세포로, 이는 연골세포 내 주요 기질 요소의 유전자 발현이 변화됨을 의미합니다. 따라서 아그레칸 프로테오글리칸과 II형 콜라겐의 합성이 억제되고, 데코린, I형, III형, X형 콜라겐의 합성이 증가합니다.

합성과 분해 과정의 불균형으로 인해 세포외기질(ECM) 내 아그레칸과 II형 콜라겐 함량이 감소하면 관절 연골은 기계적 스트레스에 적절히 반응하지 못하게 됩니다. 결과적으로 연골세포는 보호받지 못하게 되고, 이 과정은 과도한 단백질 분해 활성과 자가분비 및 측분비 조절 인자의 분비를 특징으로 하는 세 번째 이화 단계로 진행됩니다. 형태학적으로 이 단계는 관절 연골 세포외기질의 파괴를 특징으로 하며, 임상적으로는 골관절염의 징후에 해당합니다. 물론 이 가설은 골관절염에서 발생하는 모든 복잡한 과정을 단순화한 관점이지만, 골관절염의 병태생리학에 대한 현대적 개념을 일반화한 것입니다.

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