생화학분자생물학회

추간판의 퇴행성 변화에 의한 요통을 극복하기 위한 노력

이수빈

가톨릭관동대학교 국제성모병원 정형외과

sumanzzz@ish.ac.kr

서론

요통은 누구나 한번 이상 경험해 보았을 정도로 흔한 증상 중 하나이다. 다행히도 급성 요통은 일반적으로 치료의 종류와 상관없이 자연적으로 호전이 되는 경우가 많다. 하지만 3개월 이상 요통이 지속될 경우 만성 요통이라고 할 수 있고 다양한 원인이 있을 수 있다. 그 중 추간판의 퇴행성 변화는 만성 요통과 밀접한 관계가 있다고 많은 연구에서 보고되고 있다. 척추 MRI 상 추간판의 퇴행성 변화는 만성 요통이 없는 환자에서도 발견되는 소견이기에 추간판의 퇴행성 변화와 만성 요통 사이의 강력한 인과관계에 대해서는 아직 이견이 있으나, 만성 요통을 호소하는 젊은 환자에서 다른 해부학적 구조에 이상이 없이 추간판의 퇴행성 변화가 관찰된다면 이를 요통의 원인으로 생각할 수 있다. 이번 글에서는 추간판의 구조와 퇴행성 변화, 그리고 추간판 퇴행성 질환의 치료 방법에 대해서 살펴보고 중개 연구의 가능성을 찾아보고자 한다. 

본론

우리 몸에는 사람에 따라 약간의 변이가 있을 수 있으나 두개골 아래에서부터 꼬리 쪽까지 7개의 경추, 12개의 흉추, 5개의 요추, 5개의 천추 및 4개의 미추가 존재한다. 추간판은 척추체 사이의 섬유연골성 조직으로 제2-3경추 사이에서부터 제5요추-천추 사이까지 23개가 존재하여 척추체 사이에 움직임을 가능하게 하고 충격을 흡수하며 안정성을 유지시킨다. 추간판은 상∙하 인접 척추체의 종판을 덮고 있는 초자연골판(hyaline cartilage endplate), 중심부의 수핵 (nucleus pulposus), 그리고 수핵을 둘러싸고 있는 섬유륜(annulus fibrosus)으로 구성된다. (그림 1) 발생학적으로 척추동물에서 가장 처음 발생하는 축성 골격은 척색(notochord)인데, 중배엽에서 기원한 세포들로 이루어진 봉 모양의 구조물이다. 척색 주위의 간엽조직이 42~44쌍의 체절을 형성하며 분화되고 골분절과 척색이 응축되면서 척추골과 추간판이 형성된다. 척색세포가 응축되면서 남아 수핵이 되며 골분절 세포는 척추골과 섬유륜 및 초자연골판이 되는 것이다. 

그림 1. 추간판의 구조

인간의 추간판 수핵은 젤(gel)과 같은 무혈성 조직으로 확산에 의하여 물질의 이동이 일어나게 된다. 수핵을 구성하는 주요성분은 당단백, 수분, 제II형 콜라겐 섬유, 엘라스틴 섬유 등이다. 당단백은 주로 그라이코스아미노글리칸으로 이루어져 있고, 높은 삼투압을 유지함으로써 수핵이 많은 수분을 함유할 수 있게 한다. 수핵에 가해지는 압박력은 수핵을 둘러싸고 있는 섬유륜의 인장력으로 바뀌게 되고 섬유륜의 치밀한 판상구조와 콜라겐 섬유의 배열로 인해 인장력에 대해서 잘 견딜 수 있게 된다. 수핵 내의 세포는 주로 척색세포와 연골세포로 이루어져 있다. 출생 직후에는 척색세포가 대부분을 차지하지만 점차 연골세포의 비중이 늘어나 10세 이전에 척색세포는 모두 사라지고 연골세포만 남게 된다. 

추간판의 퇴행성 변화를 정상적인 노화와 구분하는 것은 아직 논란이 많은 부분이지만 정상적인 노화보다 조기에 급격하게 진행하여 임상증상을 일으킬 때 추간판의 퇴행이라고 볼 수 있다. 다른 원인이 배제되고 퇴행성 추간판이 요통의 원인으로 생각될 때 추간판 내장증(internal disc derangement), 퇴행성 추간판 질환(degenerative disc disease) 등의 질환으로 진단할 수 있다. 일반적으로“디스크가 터졌다”고 말하는 추간판 탈출증도 근본적으로는 퇴행성 변화가 원인이며, 외부적 요인이 복합적으로 작용하여 섬유륜의 균열이 발생하고 추간판 내부 조직이 탈출하게 되는 질환이다. 추간판의 퇴행성 변화는 움직임이 크고 하중이 가장 많이 실리는 요추 부위에서 가장 많이 나타나며, 경추 부위도 움직임이 많은 분절이기에 흔히 관찰된다. 흉추 부위는 움직임이 제한적인 분절로써 상대적으로 추간판의 퇴행성 변화도 적게 나타난다.

추간판의 퇴행성 변화는 다음과 같은 과정으로 일어난다. 종판의 모세혈관으로부터 확산에 의해 영양과 산소를 공급받는 수핵은 모세혈관이 좁아지면서 영양과 산소 공급이 줄어들고 젖산이 축적되어 산성화된다. 염증 반응과 관계있는 인터루킨(IL-1, IL-6), 산화질소 (NO), 프로스타글란딘 등이 증가하고 전환 성장 인자 (TGF-b) 등이 감소하여 동화 효소의 활성은 떨어지고 이화 효소의 활성이 증가하게 되며 세포 외 기질의 분해와 합성의 균형이 깨지게 된다. 세포 증식 및 기질 합성이 감소되고 메탈로프로티네이즈의 합성은 증가한다. 당단백 응집체(proteoglycan aggrecan)와 글라이코스아미노글리칸의 감소는 삼투압의 감소로 연결되고, 수분 함유량이 감소하여 추간판의 높이가 낮아진다. 이것은 외부 하중에 대한 추간판의 생역학을 변화시켜 섬유륜의 균열을 일으키고 퇴행성 변화를 더욱 촉진한다. (그림 2)

그림 2. 정상 추간판과 퇴행성 변화가 나타난 추간판

퇴행성 추간판에 의한 요통에 대한 치료로는 약물치료, 운동치료, 주사치료 등의 보존적 치료가 일차적으로 이루어진다. 하지만 보존적 치료에 호전이 되지 않을 때에는 수술적 치료까지 고려하게 되며, 전통적으로 척추 분절의 움직임을 막아주는 유합술이 가장 많이 시행되어왔다. 유합술은 추간판의 퇴행에서 기인하는 통증을 감소시킬 수는 있으나 척추 분절의 움직임이 없어지고 장기적으로 인접 분절의 퇴행이 발생하는 등의 단점이 있다. 이후 인공 추간판 치환술, 역동적 기기 고정술 등 유합술을 대체하고 척추 분절의 움직임 및 생역학적인 기능을 보존하기 위한 새로운 수술법이 많이 개발되었으나 기존의 유합술 보다 뚜렷한 임상적 우월성을 보이는 수술법은 아직까지 없는 실정이다. 

최근에는 수핵이 퇴행성 변화로 인하여 수분 함유량이 낮은 섬유조직으로 변하게 되는 현상에 주목하여 수핵만을 치환하려는 시도도 이루어지고 있으며, 이는 필자가 관심을 갖고 있는 분야이기도 하다. 여러가지 소재 중 하이드로젤이 주목받고 있는데, 친수성 고분자로 높은 탄성과 수분 흡수력을 갖고 있어 수핵의 대체제로서 적합하다고 평가되고 있다. 친수성 표면처리를 한 실크 섬유로 보강하여 파괴인성과 내구성을 강화한 터프 하이드로젤 소재도 개발되었으며 현재 대형 동물 실험이 이루어지고 있다. 터프 하이드로젤 수핵 치환술이 실제 임상에 적용되기에는 앞으로 많은 단계가 남아 있겠지만, 미래에는 요통으로 고통받는 난치성 퇴행성 추간판 질환 환자들에게 효과적인 치료 옵션이 될 수 있을 것이라 기대된다. 

결론

추간판은 우리 몸을 지지하는 가장 중요한 기둥이라고 할 수 있는 척주(vertebral column)의 한 요소로서, 척추골 사이에서의 충격을 흡수하고 하중을 견디며 움직임을 가능하게 하는 중요한 기능을 한다. 추간판의 퇴행성 변화는 만성 요통과 관계가 있으며 이러한 만성 요통은 삶의 질을 크게 떨어트리게 된다. 추간판 퇴행성 질환에 의한 요통은 보존적 치료가 주로 이루어지나 호전이 없을 경우 수술적 치료가 필요할 수 있다. 하이드로젤을 이용한 수핵 대체술 등의 새로운 치료에 대한 연구가 현재 활발히 이루어지고 있으며, 앞으로 중개 연구를 통하여 최소 침습적으로 추간판 퇴행성 질환을 치료할 수 있는 날이 오기를 기대한다. 

참고문헌

1. 석세일 (2017). 척추외과학. 제4판. 최신의학사.

2. 석세일 (2020). 정형외과학. 제8판. 최신의학사.

3. Walker MH, Anderson DG (2004) Molecular basis of intervertebral disc degeneration. Spine J 4(6 Suppl):158S-166S.

4. Inoue N, Espinoza Orias AA (2011) Biomechanics of intervertebral disk degeneration. Orthop Clin North Am 42(4):487-499, vii.

5. Borenstein DG, O'Mara JW, Jr., Boden SD, Lauerman WC, Jacobson A, Platenberg C, Schellinger D, Wiesel SW (2001) The value of magnetic resonance imaging of the lumbar spine to predict low-back pain in asymptomatic subjects: a seven-year follow-up study. J Bone Joint Surg Am 83(9):1306-1311.

6. Waris E, Eskelin M, Hermunen H, Kiviluoto O, Paajanen H (2007) Disc degeneration in low back pain: a 17-year follow-up study using magnetic resonance imaging. Spine (Phila Pa 1976) 32(6):681-684.

7. van Uden S, Silva-Correia J, Oliveira JM, Reis RL (2017) Current strategies for treatment of intervertebral disc degeneration: substitution and regeneration possibilities. Biomater Res 21:22.

8. Tomaszewski, Krzysztof A. et al. (2015) The biology behind the human intervertebral disc and its endplates. Folia morphologica 74 2: 157-68.

9. Schuenke et al. (2010) Thieme Atlas of Anatomy. Thieme