골절 치유에 대한 전하의 영향

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 15839(2022) 이 기사 인용

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골절 불유합은 흔하고 어려운 합병증입니다. 골절 치유를 촉진하기 위해 직류 자극이 제안되었지만, 직류 자극 중에 양극과 음극 근처의 세포 밀도의 차이가 보고되었습니다. 이 연구는 조골세포 증식과 골절 치유에 대한 이러한 차이의 영향을 조사하는 것을 목표로 했습니다. MC3T3-E1 세포를 양전하와 음전하로 자극하여 시험관 내에서 세포 증식, 세포사멸, 골형성 인자 발현을 관찰했으며, 생체 내 이중 발가락 골절 모델에서 골절의 키르쉬너 와이어에 양전하와 음전하를 연결했습니다. 뉴질랜드 흰 토끼와 골절 치유는 1일, 15일, 30일에 수행된 디지털 방사선 촬영(DR) 검사에서 평가되었습니다. 모든 토끼의 뼈 조직 샘플은 마지막 검사 후 조직학적으로 분석되었습니다. 그 결과, 대조군과 비교하여 DC 자극 후 양극 근처의 세포 수가 현저히 감소하고(P<0.05), 세포사멸이 증가하고(P<0.05), 오스테오칼신, 조골세포 특이적 유전자의 발현이 증가하고, 오스테오넥틴은 양극 근처에서 크게 감소했고(P < 0.05), 음극에서는 크게 증가했습니다(P < 0.05). 뉴질랜드 흰토끼의 양극 접합부 골절은 치유되지 않았습니다. 조직형태학적 분석 결과, 대조군과 음극군의 뼈 조직 단면에서는 양극군에 비해 골소주와 석회화된 뼈가 더 많이 나타났다. 골소주는 두껍고 양호한 연결을 보였다. 그러나 양전하는 조골세포 증식을 억제했으며 골절 부위의 양전하는 골절 치유를 촉진하지 못했습니다. 따라서 골절 부위 근처의 양전하는 골절 불유합의 원인이 될 수 있습니다.

골절 불유합은 골절 치료에서 흔하고 어려운 합병증입니다. 장골 골절의 약 5~10%에서는 불유합 또는 지연 유합이 나타날 수 있습니다1. 현재, 골절 불유합에 대한 통일된 정의는 없습니다. 미국 식품의약청(FDA)은 골절 불유합을 골절 후 9개월 이내에 치유가 불완전하고 3개월 연속 방사선 사진에서 치유의 진행 징후가 없는 것으로 정의합니다2. 골절 불유합은 장기적인 통증, 신체 장애, 정신 건강 문제, 지속적인 의료비 지출 등을 유발하며 이는 환자의 삶에 큰 영향을 미칩니다3.

골절 치유 과정에는 많은 내인성 및 외인성 요인이 관련되며 이러한 요인의 붕괴는 유합 지연 또는 불유합으로 이어질 수 있습니다4,5. 불유합의 원인으로는 연령, 성별, 의학적 동반질환, 약물, 영양 상태 등 환자 의존적 요인뿐만 아니라 골절 유형 및 특성, 감염, 골절 고정 임플란트, 의인성 등 환자 독립적 요인 등 많은 위험 요인이 고려됩니다. 요인6,7,8. 골절 불유합의 원인에 대한 많은 연구가 이루어지고 불유합 치료에 있어서 상당한 진전이 이루어졌으나 이러한 위험인자가 없는 안정적인 골절에서도 불유합이 발생할 수 있다. 후향적 연구에 따르면 다발성 골절이 불유합을 유발할 가능성이 더 높은 것으로 나타났습니다. 골절이 1회 발생한 환자에서는 불유합 발생률이 4.4%인 반면, 골절 횟수가 많을수록 발생률이 증가하며, 골절이 7회 이상인 환자에서는 24%로 나타났습니다9. 우리가 현재 알고 있는 영향 요인 외에도 불결합에 영향을 미치는 다른 고유한 요인이 있을 수 있습니다.

뼈 조직 복구 및 재건에는 손상된 부위의 골수 중간엽 줄기세포, 조골세포, 파골세포 및 기타 세포의 효과에 의해 매개되는 복잡한 생물학적 및 생체역학적 메커니즘이 포함됩니다. 고강도 기계적 변형 자극과 내인성 전류는 뼈 성장에 중요한 역할을 합니다10. 긴 뼈의 골단 부분은 전기 음성이고 뼈대는 전기 중성입니다. 골절이 발생하면 골단 부위가 더욱 음전하를 띠고 골절 부위도 음전하를 띠게 되는데, 이러한 전기음성 변화는 골절 치유 기간 내내 유지됩니다11. 골절 후 전기음성도 경향과 사이토카인 분비는 세포 증식, 이동, 분화 및 골형성에 영향을 미칩니다12. 따라서 전기양성 골절 부위 환경이 이러한 세포 활동의 변화를 유도할 것인가? 이 문제를 해결하기 위해 본 연구에서는 양전하와 음전하가 조골세포에 미치는 영향과 동일한 전압과 전류의 양전하와 음전하가 골절 치유에 미치는 영향을 관찰하는 것을 목표로 했습니다.