뼈의 성장과 발달 및 뼈 질환의 다양한 종류

뼈는 우리 몸을 움직이고 내부의 장기를 보호하며 몸의 크기와 모양을 결정하는 역학적인 구조물 역할을 합니다. 이번 장에서는 이러한 병의 성장과 발달 과정에 대해 알아보고 대사장애로 인한 뼈질환, 골수염의 종류, 그리고 뼈에 생기는 종양의 종류에 대해 알아보겠습니다.

 

뼈의 성장과 발달

 

 

뼈의 성장과 발달

골격의 형태와 구조는 항상성 유전자에 의하여 결정됩니다. 항상성 유전자가 발현되면 골격 예정부위에 원시 중간엽세의 밀집현상이 일어나고 이 중간엽세포는 연골세포, 골모세포로 분화하여 연골 및 뼈를 만들게 됩니다. 연골 내 골형성과정은 중간엽조직이 우선 연골모형을 만들고 임신 8주경에 연골모형의 중심부에서 연골세포의 퇴행성 변화, 무기질화에 이어 파골 세포 유형세포에 의해 연골흡수가 일어납니다. 이 과정은 긴 뼈의 세로축을 따라 위아래로 진행합니다. 여기에 혈관이 뚫고 들어가면서 골선조세포가 따라 들어가 골형성을 시작합니다. 동시에 연골 기둥의 가장자리에서 골모세포가 만들어져 피질골을 만들기 시작합니다. 이 부분은 일차 골화중심이라고 합니다. 긴 뼈의 양쪽 골단에도 같은 양상으로 연골이 제거되면서 골조직으로 교체가 일어나는데 이를 이차 골화중심이라고 합니다. 일차와 이차 골화중심이 확장하면서 생기는 경계부가 골단판 또는 성장판입니다. 성장판의 연골세포는 FGF 수용체, 골형성 단백, hedgehog 단백 및 부갑상샘호르몬 관련 단백의 영향으로 연속적으로 증식, 성장, 성숙한 후 세포자멸사가 일어나고 바탕질은 점차 석회화가 일어납니다. 연골에서 석회화가 일어나면 곧바로 연골의 흡수로 이어지고 남겨진 석회화연골 바탕질에 새로운 뼈가 형성됩니다. 이렇게 하여 일차 해면질을 형성합니다. 관절연골의 기저부에서도 같은 방법으로 연골 내 골형성이 일어납니다. 연골 내 골형성으로 긴 뼈의 길이가 길어지고 연골 표면을 넓어집니다. 반면에 두개골, 안면골, 쇄골 등에서 일어나는 막내 골형성은 간엽조직에서 곧바로 골모세포로 분화하여 골형성을 시작합니다. 골조직의 크기가 커지는 것은 기존의 골조직에 새로 만든 골을 덧붙여 증가하는데 이를 부가성장이라고 합니다. 이는 골성장과 골모형화를 이해하는 데 중요한 기전입니다.

 

대사 장애로 생기는 뼈질환

1) 골화석증(Osteopetrosis)

골화석증은 파골세포의 기능이상으로 발생하는 뼈질환으로 미만성 대칭성 골경화증을 특징으로 하는 드문 유전질환입니다. 골화석증이란 명칭은 돌처럼 딱딱하면서도 분필처럼 쉽게 골절되는 이 질환의 특성 때문에 붙여진 이름입니다. 유전양상에 따라 상염색체우성 및 열성 유전으로 대별하며 전자는 임상양상이 경하고 성인에서 발견되는 경우가 많지만 후자는 유아기에 나타나며 치명적입니다. 골석화증의 돌연변이는 대부분 파골세포의 탄산 탈수효소 결핍으로 인한 대사 장애와 관련되고 CA2 유전자의 상염색체열성 결함이 대표적 예입니다. 탄산 탈수효소는 파골세포에서 수소이온을 배출하여 주변 환경을 산성으로 만들어 골흡수를 증가시키는 역할을 하므로 이 효소가 결핍된 경우 골흡수장애를 초래합니다. 주된 증상은 골수강 및 조혈조직의 감소로 빈혈, 감염, 출혈성 경향이 발생하고 골수 외 조혈기능의 증가로 간과 비장의 비대가 일어납니다. 연골 내 골형성의 장애로 키가 작고 막내 골형성을 하는 두개골은 커지는 반면 연골 내 골형성을 하는 두개저부는 장애가 발생하여 평탄한 모양을 하고 하악골 형성장애로 치열에 이상을 초래합니다. 비록 뼈의 양은 증가하지만 재모형화가 제대로 이루어지지 않아 쉽게 골절되는 경향이 있습니다.

2) 골다공증(Osteoporosis)

뼈(골)의 기질과 인이나 칼슘을 함유하는 염분의 비율이 정상의 비율을 유지한 채 전체 골량이 감소해 가는 대사 장애 질환을 골다공증이라고 합니다. 대부분은 50세 이후의 고량자 특히 폐경 이후의 여성에게 볼 수 있으며 여성 호르몬의 결핍도 하나의 원인이라고 생각되고 있습니다. 부신피질 스테로이드 장기 투여시나 갑상선기능항진증, 쿠싱 증후군 등 호르몬의 균형이 무너졌을 때 2 차성으로 일어나는 경우도 있습니다. 육체적 운동량의 감소, 영양상태의 결핍, 비타민 결핍 등도 원인이 될 수 있습니다. 일부의 환자에서는 혈중 칼슘의 균형이 다소 깨져 있으나 혈중 칼슘이나 인산, 알칼리 포스파타제는 정상 범위입니다. 또 칼슘을 공급하면 골다공증을 서서히 진행시킬 수는 있으나 완전히 막을 수는 없습니다. 골다공증 환자의 골량이 현저히 감소하며 형태는 소주골이 감소하고 얇아진 것 외에는 정상적입니다. 그 결과 강도가 약해진 뼈는 전체적으로 약하고 골절되기 쉽습니다. 몸의 무게를 지탱하는 뼈는 척추의 체부와 대퇴골의 경부이기 때문에 척추가 압박을 받아 변형하고 등과 허리가 구부러지는 척추후굴증이 되어 노인 특유의 체형이 됩니다. 또는 대퇴골 경부에 골다공증이 오면 노인에서 대퇴골 골절이 잘 일어납니다.

3) 구루병(Rickets)과 골연화증(Osteomalacia)

비타민 D는 음식물을 통하여 흡수되거나 햇빛의 작용에 의해서 체내에서 합성되어 간에 25-OH-비타민 D로 저장됩니다. 그 후 신장에서 수산화 되며 주 활성물질인 1, 25-OH-비타민 D가 됩니다. 비타민 D의 작용은 주로 소화관으로부터의 칼슘과 인의 흡수에 관여하여 뼈의 석회화를 촉진합니다. 비타민 D의 대사 장애로 인해 결핍이 있으면 혈중의 칼슘과 인의 저하가 일어납니다. 성장기에 비타민 D가 부족하면 혈중 칼슘양이 저하되어 그 결과 골단 연골의 골화가 불충분하게 되고 연골 기질이나 유골 상태로 남아있는 부분이 많아 골이 단단하게 되지 못하는 골연화증이 발생하게 됩니다. 뼈는 부드럽게 때문에 O형 다리나 X형 다리로 변형되고 척추는 구부러져서 척추후굴증 또는 척추 후만을 초래하여 소위 꼽추가 됩니다. 이것을 구루병이라고 합니다, 

 

뼈에 생기는 염증질환, 골수염(Osteomyelitis)

골수염이란 뼈 및 골수를 침범하는 염증으로 원인균은 바이러스, 기생충, 진균, 세균 등 모든 종류의 미생물이 가능하며 일부 화농성 세균과 항산균이 가장 흔합니다. 항생제의 사용으로 합병증은 감소하였으나 발생률은 여전히 감소하지 않고 있습니다. 세계적으로 여행이 자유로워지고 후천면역결핍증이 증가함에 따라 드문 균종에 의한 감염 가능성이 더욱 높아지고 있습니다. 특히 우리나라의 경우 결핵이 감소 추세에 있기는 하지만 아직도 결핵성 골수염이 드물지 않게 있다느 점에서 많은 관심이 필요합니다.

1) 화농성 골수염(Suppurative osteomyelitis)

화농성 골수염은 어느 연령에서나 가능하지만 주로 소아에서 발생합니다. 대부분 긴 뼈의 골단단을 침범하며 척추에서 발생하는 골수염은 주로 성인에서 발생합니다. 원인균은 80~90%가 황색포도알균에 의해 일어나지만 연령이나 기존 질환에 따라 균종에 차이가 있습니다. 요로감염이 있는 경우 대장균이 흔하고 마약상습자에게는 녹농균이 흔합니다. 낫적혈구질환에서는 살모넬라균이 흔히 감염을 일으킵니다. 수술 도중, 개방골절, 또는 주변 감염원으로부터 직접 감염되는 경우는 혐기성 세균을 포함한 여러 균이 원인이 됩니다. 정확한 치료를 위해서는 병터에서 원인균의 동정이 중요한데 환자의 약 50%에서 배양검사를 하더라도 균이 검출되지 않는 경우가 많습니다. 감염경로는 혈행성이 가장 흔하며 외상으로 인한 직접감염, 주변 조직으로부터의 전염으로도 발생됩니다. 골수염이 일어나는 골 내의 부위는 연령에 따라 다릅니다. 약 2세 이전에는 성장판을 통과하는 혈관이 존재하기 때문에 골간단의 감염이 쉽게 골단으로 파급되며 성장장애를 초래할 수 있습니다. 소아는 성장판을 관통하는 혈관이 없고, 성장판이 감염에 대한 방벽의 역할을 하므로 감염이 골단으로 파급되지 않습니다. 성인은 성장판이 없어지고 골기둥으로 서로 연결되어 있기 때문에 골간단의 염증이 골단으로 파급될 수 있습니다. 유아나 성인에서는 골단과 활액막에 동일한 혈액공급이 이루어지기 때문에 화농성 관절염으로 진행하기 쉽습니다.

2) 결핵성 골수염(Tuverculous osteomyelitis)

결핵성 골수염은 결핵균에 의해 발생되며 대부분은 폐나 림프절의 결핵으로부터 혈관을 타고 전파하여 발생합니다. 항결핵제의 발달과 영양상태의 향상으로 인하여 과거에 비해 발생빈도가 감소하였다가 최근 면역억제 환자의 증가 등으로 발생이 다시 증가하는 추세에 있습니다. 화농성 골수염보다 더욱 파괴적이고 치료하기가 어렵다는 점에서 조기진단과 치료가 매우 중요합니다, 호발부위는 척추와 긴 뼈이며, 척추는 전체 골관절 결핵의 50%를 차지합니다. 대개는 단일성으로 발생하지만 후천면역결핍증의 경우는 다발성으로 나타나기도 합니다. 척추에 발생하는 결핵을 포트병이라고 하는데 주로 흉추 하단이나 요추 상단을 침범하며 초기 병터는 주로 체부의 앞쪽에 위치하고 진행되면 추간판을 통과하여 주변 척추를 파괴하거나 앞쪽으로 파급되어 농양을 형성합니다. 이 농양을 한냉농양이라 하고 병리소견은 다른 부위의 결핵과 동일한 소견입니다. 임상 소견은 주로 잠행성 발열과 오한, 초점성의 통증과 압통, 체중감소가 나타날 수 있으며 드물게는 요근농양으로 인해 서혜부 종괴처럼 만져지기도 합니다. 합병증으로 결핵성 관절염이나 배농관을 형성할 수 있습니다.

 

뼈(골)에서 생기는 종양의 종류

뼈를 구성하는 조직인 골조직, 연골조직, 섬유조직 등으로부터 원발성으로 양성, 악성 종양이 발생합니다. 연령이나 호발 부위가 감별진단에 도움을 줍니다. 가장 많이 발생하는 종양은 전이성 암종이며 원발 부위는 유방, 신장, 갑상선, 폐, 전립선 등입니다. 중요한 원발성 종양은 골육과 연골육종입니다.

1) 연골성 종양(Cartilage tumors)

 - 연골종(Chondroma) : 비교적 흔한 뼈 양성 종양이며 골간부 수질에서 발생하는 경우는 내연골종이라고 합니다. 연골성 종양은 단발성 또는 다발성으로 발생하고 어느 뼈에서도 나타날 수 있습니다. 그러나 일반적으로 젊은 층에서 많이 발생하고 손가락과 발가락 뼈에서 많이 보입니다. 늑골과 장골에서는 발생이 드뭅니다.

 

 - 골연골증(Osteochondroma), 외골증(Exostosis) : 외골증은 돌출된 골조직에 연골이 덮여있어서 일명 골연골종이라고도 합니다. 양성 뼈에서 생기는 종양 중 가장 흔한 질환으로 대부분 젊은 층에서 발생하고 그 부위는 장관골의 골간 단부에 호발하고 골피질 밖으로 튀어나오며 위층이 유리질 연골로 덮여있는 골 질환입니다. 전체 뼈 종양의 약 30% 정도 차지하나 양성 종양입니다. 호발 부위는 대퇴골 하단, 장골상단, 상완골과 골반골 등이 있으며 대부분 단발성이지만 일부는 다발성으로 나타나기도 합니다.

 

 - 연골육종(Chondrosarcoma) : 연골의 악성 종양이며 원발성 악성 골종양 중 20%를 차지합니다. 남녀비는 2:1이며 중년 이후에 호발 합니다. 다발성 내연골종증과 내연골종증에서 일부에서는 이차적으로 발생할 수도 있습니다. 골육종에 비해 발육은 완만하고 전이의 빈도도 낮지만 난치성입니다.

호발 부위는 골반골, 견갑골, 늑골, 장골, 척추 등입니다. 육안적으로 크고 주변을 소엽상으로 침투하는 백색의 광택 있는 종괴입니다. 연골육종은 현미경으로 정상인 연골 조직의 구조를 잃어버리고 다형성을 나타냅니다. 악성 연골 세포가 연골 기질 내 세포밀도와 세포의 비정형성이 중요합니다. 유사분열수는 많지 않고 석회화가 흔하게 관찰됩니다. 

2) 골성 종양(Bone tumors)

 - 골종 : 골종은 골로만 구성된 비교적 드문 단발성의 양성 종양입니다. 가드너 증후군, 일명 가족성 대장 선종성 용종증에서 잘 발생합니다.

 - 유골골증 : 유골골증은 비교적 드문 골종양이며 10~30세에 호발 합니다. 호발 부위는 대퇴골, 상관골, 장골의 골피질이며 밤에 심한 뼈 통증을 느끼는 것이 특징입니다.

 - 골모세포종 : 골모세포종은 비교적 드문 골성 종양이며 10~30세에 호발 합니다. 척추에서 호발 하며 환자는 동통을 호소하고 X 선상 불규칙한 용해성 병변입니다.

 - 골육종 :  골육종은 대표적인 골성 악성 종양이고 골성 종양 중 약 10%를 차지합니다. 10~25세 청소년의 장관골의 골간단부에 골수질 내에서 호발하고 60대에서도 발생하는데 이 경우는 골기원의 파제트병인 변형성골염에서 기원합니다. 호발부위는 대퇴골 하단, 장골상단, 상완골 상단의 골간단부입니다. 조기에 혈행성으로 폐 전이를 일으키기 쉽습니다.

3) 전이성 골종양(Metastatic bone tumors)

뼈에 발생하는 전이성 골종양은 골격계통 악성 종양 중 가장 흔한 형태이며, 악성 종양의 전이장소 중 인체 장기중에서 세 번째로 전이가 잘 일어나는 곳입니다. 전파 경로는 직접적인 파급, 혈관을 통한 파급 또는 척추 주변의 정맥총에 의한 전파가 가능합니다. 가장 흔한 원발종양은 유방, 전립샘, 폐, 신장 및 갑상샘암으로 혈류를 통해 전이됩니다. 성인의 경우 75% 이상이 전립샘, 유방, 신장, 폐에서 전이한 것입니다. 소아의 전이성 종양은 신경모세포종, 윌림스 종양, 골육종, 유잉육종 및 횡문근육종 등이 흔한 원발종양입니다. 일반적으로 전이는 뼈에 다발성으로 나타나는 것이 특징이지만 신장과 갑상샘암은 고립성 전이를 하는 경향이 있습니다. 전이는 어떠한 뼈에도 발생할 수 있으나 주로 몸통골격(척추, 골반, 늑골, 흉골), 근위부 대퇴골, 상완골의 순으로 호발 하며 혈액공급이 풍부하여 종양세포의 착상과 성장이 유리한 것으로 알려져 있습니다. 전이성 종양의 방사선소견은 골용해성, 골형성성, 혹은 혼합형으로 나타나는데 골용해성 병변에서 전이된 암세포는 프로스타글란딘, 시토카인, 부갑상샘호르몬 연관 단백 등의 물질을 분비하여 파골세포에 의한 골흡수를 촉진합니다. 여러 성장인자가 풍부한 뼈조직이 용해되면 종양세포 성장에 유리한 환경이 조성됩니다. 신장, 폐, 위장관암 및 악성 흑색종 등은 흔히 골용해성 병변을 초래합니다. 전립샘암은 특히 골형성성 전이가 특징적인데 이경우는 WNT 단백을 분비하여 골모세포에 의한 골형성을 자극합니다. 대부분의 전이성 병변은 혼합형 형태로 나타납니다.