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이나 형
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1 J Korean Orthop Assoc 2006; 41: 파열된전방십자인대잔류조직내기계적수용기 이병일 민경대 윤은수 김준범 최형석 이동화 * Mechanoreceptors in the Remnants of Ruptured Anterior Cruciate Ligaments in Human Knees Purpose: This study was performed to identify the presence of mechanoreceptors in the tibial remnants of injured anterior cruciate ligaments (ACLs) in human knees by immunohistochemistry. Materials and Methods: Twenty-one specimens of tibial remnants of ACLs from patients with ACL ruptures were obtained during arthroscopic ACL reconstruction procedures. As a control, two normal ACL specimens were taken from healthy men at the time of traumatic above the knee amputations. The ACL specimens were serially frozen-sectioned at a thickness of 40 m. The average number of sections from each specimen was 71.5 (total 1,502) in the remnant group and 132 (total 264) in the control group. Immunohistochemical staining was used for detection of the neural elements. The mechanoreceptors were identified under a light microscope and their locations and amounts were recorded. An independent sample t-test was used for analysis. Results: In the remnants of the ACLs, ten mechanoreceptors were identified in 7 (33.3%) out of 21 cases. Nineteen mechanoreceptors were detected in the two normal ACLs, which demonstrated an even distribution at both the tibial and femoral attachments. There was no significant difference between the MR-present group (7 cases) and the MR-absent group (14 cases) with respect to the number of sections, age, and time from injury to surgery. Conclusion: The identification of mechanoreceptors in the remnants of ruptured ACL specimens could support the necessity for the preservation of the tibial remnant during ACL reconstruction to improve joint proprioception. Key W ords: Knee, Anterior cruciate ligament, Remnant, Mechanoreceptors, Immunohistochemistry 서론슬관절의전방십자인대손상은근래진단및수술방법등의발전에힘입어술후만족할만한결과를보이고있다. 그러나재건술을통해전방십자인대의기계적안정성을복원하였음에도불구하고, 실제스포츠활동등의기능적결과와는일치하지않는경우들을경험하게된다. 그원인에대하여관절내고유수용감각 (proprioception) 기능의회복여부와관련이있을것이라는의견이있고 10) 여러저자들 7,10) 은전방십자인대재건술후임상적결과가기계적안정성의회복뿐아니라인대의고유수용감각의회복정도와관련이있을것으로추정하고있다. 이러한고유수용감각은관절의위치나움직임이중추신경계에전달되면, 근신경계의되먹임기전 (feedback mechanism) 에의해관절의반응을유도하는것으로관 통신저자 : 민경대경기도부천시원미구중동 1174 순천향대학교의과대학부천병원정형외과 TEL: FAX: kdmin@schbc.ac.kr Address reprint requests to Kyung-Dae Min, M.D. Department of Orthopedic Surgery, Soonchunhyang University, Bucheon Hospital, 1174, Jung-dong, Wonmi-gu, Bucheon , Korea Tel: , Fax: kdmin@schbc.ac.kr 811

2 812 절내에존재하는다양한기계적수용기 (mechanoreceptors) 가그역할을수행한다 10). 사람의전방십자인대내기계적수용기의존재에대하여는여러연구자들 7,10,11,19) 이보고하고있고, 주로대퇴및경골부착부인대의활막하층에서발견되는것으로알려져있다. 전방십자인대의손상은대부분이대퇴부착부또는인대실질내파열이기때문에파열후경골부착부의잔류조직이남아있는경우가많다. 이곳에기계적수용기가여전히존재한다면, 재건술시이를보존해줌으로써고유수용기능의회복에긍정적인효과를기대할수있을것이다. 저자들은파열된전방십자인대의잔류조직내에기계적수용기가존재하는지여부와그빈도를면역조직화학적방법을통하여분석하였다. 대상및방법 1. 연구대상슬관절의전방십자인대파열환자 29명에서재건술시경골부착부가포함된전방십자인대잔류조직을떼어내 Table 1. Demographics of the Patients and Number of Sections Demonstrating Mechanoreceptors with the Total Number of Sections No. of sections Case Sex/Age Duration from with MR/Total No. (years) injury to surgery No. of sections 1 Male/24 2 months 0/60 2 Male/47 7 years 9/43 3 Male/20 2 weeks 0/47 4 Male/30 4 weeks 0/70 5 Male/23 2 weeks 0/75 6 Male/23 5 months 0/55 7 Male/20 6 months 0/60 8 Male/20 4 years 14/50 9 Male/27 1 month 20/64 10 Male/23 2 months 0/70 11 Male/52 12 years 0/78 12 Female/42 1 year 0/81 13 Male/30 1 year 5/76 14 Male/42 1 year 0/69 15 Male/39 2 years 0/63 16 Male/57 3 weeks 16/ Male/18 3 weeks 11/ Male/37 1 year 0/52 19 Male/18 4 years 0/90 20 Male/55 1 month 0/77 21 Male/26 1 week 6/73 MR, mechanoreceptor; No., number. 고그중조직상태가양호하고염색이가능하였던 21예를대상으로하였다. 남자가 20명, 여자가 1명이였고연령은 18세에서 57세로평균 32세였다. 수상후수술까지경과된시간은최소 1주에서최대 12년으로다양하였다 (Table 1). 관절경하에서조직채취시파열된인대의경골부착부잔류조직을손상되지않게 suture hook을이용하여실로걸어놓은후제11번나이프를이용하여경골부착부를골면을따라절개하고떼어내었다. 대조군은각각 32세와 41세의건강한남자에서사고로대퇴상부절단시경골및대퇴골부착부를포함하여떼어낸전방십자인대 2개를대상으로하였다. 2. 연구방법 1) 면역조직화학염색수술장에서얻은전방십자인대잔류조직과대조군인대를바로 OCT (optimal cutting temperature) 배지에넣어액체질소로급속냉각후동결절편하였다. 동결인대조직을 40 m 두께로연속절편을만든후, 각절편을 probe on plus 슬라이드 (Fisher, USA) 에부착하고일련번호를붙여놓았다. 총절편수는잔류조직군이인대하나당평균 71.5절편으로총 1,502개였고, 두개의대조군인대는각각 104개와 160개절편으로총 264개였다. 동결절편슬라이드를알코올로잠시고정후 ultrastreptavidine detectin system (Signet, MA, USA) 을이용하여 avidin-biotin complex 법으로면역조직화학염색을시행하였다. 염색방법은 3% 과산화수소용액에서 10분간처리하여내인성과산화효소의활성을억제한후 PBS완충액으로세척하였다. 비특이적반응을방지하기위하여 3% 정상면양혈청에 10분간반응시켰다. 슬라이드를가볍게턴후일차항체로상온에서 1시간동안반응시켰다. 일차항체로는 neurofilament (Signet, MA, USA) 를 1 40 으로희석하여사용하였다. PBS 완충액으로세척한후이차항체인 streptavidin biotin complex와 15분간상온에서반응시킨후 PBS완충액으로세척하였다. 이후 streptavidin peroxidase를가하여 15분간반응시킨후완충액으로세척하였다. Acetyl ethyl carbamide (AEC) 로 3-5분간발색시킨후완충액으로세척하고 Meyer's hematoxylin으로대조염색하고 crystal mount (Biomeda, CA, USA) 로봉입하였다.

corpuscle with thick, lamellated capsule III Golgi 600 100 Fusiform corpuscle with thin capsule IV 0.5-1.5 Unmyelinated free nerve-endings *Modified from the system of Freeman and Wake 10).

3 813 Table 2. Classification of the Mechanoreceptors of the Joint* Type Eponyms Average size (μm) Morphology I Ruffini Globular or ovoid corpuscle with thin capsule II Pacini Cylindrical or conical corpuscle with thick, lamellated capsule III Golgi Fusiform corpuscle with thin capsule IV Unmyelinated free nerve-endings *Modified from the system of Freeman and Wake 10). 2) 염색결과판정 결과판정은광학현미경하에서단일한신경병리학자가각슬라이드마다 neurofilament 항체에염색되는신경섬유와자유신경종말및기계적수용기의형태를보고기계적수용기가나타나는슬라이드번호와위치를표시하였고, 신경섬유나기계적수용기는과립상으로적갈색염색이되는경우를양성으로판정하였다. 각전방십자인대마다기계적수용기의수를세었고, 한개의기계적수용기가보이는절편수를세어간접적으로크기를판정하였다. 기계적수용기는같은부위에서연속적으로두개이상의슬라이드에서볼수있는경우에기계적수용기로인정하였으며, 형태적분류는 Freeman과 Wake의분류 5) 를인용하였다 (Table 2). 3. 통계학적분석통계학적분석은 independent samples t-test를이용하였으며 p값이 0.05 이하일때통계학적의의가있는것으로판정하였다. 결과 1. 신경섬유와기계적수용기의분포및수신경섬유다발과자유신경종말은모든절편에서관찰되었다. 대조군에서신경섬유는주로경골과대퇴골부착부인대를둘러싸는활막하층 (subsynovial) 과섬유속사이 (interfascicular) 기질내에산재하였고특히혈관주위에많았다. 두개의대조군인대에서각각 9개와 10 개의기계적수용기를관찰하였고, 경골부착부에 10개, 대퇴골부착부에 9개가분포하였으며, 위치는활막하층 Table 3. The Status of the Mechanoreceptors in the Tibial Remnants of the Anterior Cruciate Ligaments Case Total No. No. of Type/sections No. of sections MR showing MR Location G/9 IF G/9 IF G/5 IF R/6 IF G/14 IF G/5 Subsyn G/16 IF (necrotic) R/7 Subsyn. R/4 Subsyn G/6 Subsyn. (necrotic) No., number; MR, Mechanoreceptors; IF, Interfascicular, subsyn., subsynovial tissue; G, Golgi organ; R, Ruffini corpuscle. A Fig. 1. Histologic appearance of a mechanoreceptor in the anterior cruciate ligament of the control. (A) A round Ruffini corpuscle, (B) A fusiform Ruffini corpuscle (Immunohistochemistry, 200). 에 16개, 섬유속사이에 3개였다. 기계적수용기를볼수있었던절편의수는대조군인대총 264절편중 106절편 (40.2%) 이었다. 잔류조직군에서는총 21예중 7예 (33.3%) 에서총 10개의기계적수용기가관찰되었는데, 한표본당 2개인경우가 3예, 1개인경우가 4예였다. 분포는중간섬유속에 6개, 활막하층에 4개가위치하였다 (Table 3). 기계적수용기가보였던 7예의총 555개절편중 81 절편 (14.6%) 에서기계적수용기가관찰되었으며, 기계적수용기가보이지않았던 14예의총 947절편과비교하여평균절편수는각각 79.3±33.1절편과 67.6±12.1절편으로통계적으로유의한차이는없었다 (p=0.390). B

814 이병일 민경대 윤은수 외 3인 Fig. 2. Histological appearance of the mechanoreceptors in the remnant of a ruptured ACL: A round Ruffini corpuscle is noted (immunohistochemistry for neurofilament, 200). Fig. 3. Histological appearance of the mechanoreceptors in the remnant of a ruptured ACL: A Golgi (spindle Ruffini) corpuscle is noted (immunohistochemistry for neurofilament, 200).

1)로 장경이 100μm 이하의 작은 것에서부터 700μm 정도로 다양하였고, 평 균 크기는 280±189.9μm였다. 잔류 조직군에서도 그 형태는 유사하였는데 10개 중 7개가 방추형의 Golgi소체 (spindle Ruffini)였고(Fig. 2) 나머지 3개는 성근 신경 섬유말단으로 구성되는 난원형의 Ruffini소체였다(Fig.

4 814 이병일 민경대 윤은수 외 3인 Fig. 2. Histological appearance of the mechanoreceptors in the remnant of a ruptured ACL: A round Ruffini corpuscle is noted (immunohistochemistry for neurofilament, 200). Fig. 3. Histological appearance of the mechanoreceptors in the remnant of a ruptured ACL: A Golgi (spindle Ruffini) corpuscle is noted (immunohistochemistry for neurofilament, 200). 2. 기계적 수용기의 크기와 형태 및 단위 기계적 수용 Table 4. Statistical Analysis between the MR-present Group and the MR-absent Group 기 당 절편 수 기계적 수용기의 형태는 대조군 인대에서 구형(8개)과 방추상(11개)의 Ruffini소체(Fig. 1)로 장경이 100μm 이하의 작은 것에서부터 700μm 정도로 다양하였고, 평 균 크기는 280±189.9μm였다. 잔류 조직군에서도 그 형태는 유사하였는데 10개 중 7개가 방추형의 Golgi소체 (spindle Ruffini)였고(Fig. 2) 나머지 3개는 성근 신경 섬유말단으로 구성되는 난원형의 Ruffini소체였다(Fig. Duration from No. of Age Group injury to sections (years) surgery (days) MR-present 79.3±33.1* 32.1± ±99.6 group (n=7) MR-absent 67.6± ± ±11.6 group (n=14) p-value MR, mechanoreceptor; *: Mean±2SD (standard deviation). 3). 이들 기계적 수용기 중 2개는 퇴행성 관절염에서 보 이는 것으로 알려져 있는 염색 강도가 약하고 모양이 성 15) 근 괴사성 수용기 로 보였으나 나머지 8개는 거의 완 수상 후 경과된 기간은 각각 637.0±996.2일과 585.8± 전한 형태를 보였다. 대조군과 잔류 조직군 모두에서 동 일로 역시 양 군 간 유의한 차이는 없었다(p= 심원 구조인 Pacini소체는 볼 수 없었다. 한 개의 기계적 0.922). 수용기가 연속적으로 보이는 절편 수를 세어 기계적 수용 기의 크기를 간접적으로 평가하였는데, Golgi소체가 평 고 찰 균 9.14절편(최소 5, 최대 16), Ruffini소체가 평균 5.67 고유수용감각은 그 기능을 측정하는 임상적 검사들1,10) 절편(최소 4, 최대 7)으로 각 절편을 40μm의 두께로 환 이 다양하게 고안되어 있으나, 고유수용감각 기전 자체의 산시 각각 370μm과 230μm의 크기였다. 복잡성 때문에 측정시 변수가 많고 정확성에 문제가 있는 것으로 알려져 있다6,10). 따라서 보다 직접적인 방법으로 3. 기계적 수용기가 보이는 군과 보이지 않는 군 간의 조직 내에서 고유수용감각 기능을 담당하는 기계적 수용 나이 및 수상 후 경과 시간에 따른 차이(Table 4) 기의 존재를 규명하는 것이 보다 의미가 있을 것이다. 기 기계적 수용기가 발견된 군(7예)의 평균 나이는 32.1± 존의 기계적 수용기에 대한 연구는 대부분이 동물5)이나 14.4세 였고, 보이지 않았던 군(14예)은 32.0±12.3세 사체 로 두 군 간 통계적으로 유의한 차이가 없었고(p=0.981), 로 하였으나, 본 연구자는 사람의 전방 십자인대 파열 후 25) 10,11,19,22) 또는 정상적인 전방 십자인대 를 표본으

5 815 남아있는잔류조직을표본으로하여기계적수용기의존재를규명하고자하였다. 인대내기계적수용기에대한연구는연구자간에그방법이서로달랐기때문에그결과또한다양하다. 10) 기계적수용기를보기위하여많은연구자들이이용하였던도금염색법 26) 은염색액에노출되는시간이나절편의두께에따라서배경에인공산물이다양하게형성되고신경섬유뿐만아니라혈관, 콜라겐과탄력섬유도비특이적으로염색되므로염색결과의신빙성이적다고한다 4,9). 따라서신경섬유에대한특이적항체를이용하는면역형광염색법 13,14) 이나면역조직화학염색법 2,3) 등이선택적으로기계적수용기의성분만을볼수있기때문에결과의신뢰도가높다고할수있다. 또한기계적수용기의적절한검색을위해서는검체를연속절편하여관찰하는것이중요한데, 그이유는기계적수용기가비교적크고때로는인대의부분절편에서만보면혈관등이기계적수용기처럼보일수있기때문이다 12). 기존의연구들중 3,14,16,17,22) 인대전체를절편으로만들어검색한연구는많지않았고, 이중 Shimizu 등 22), Wada 등 24) 그리고 Krauspe 등 14) 만이인대전체를연속절편하여검색한바있다. 그러나대부분이동물이나사체에서얻은표본이많고 3,17,23) 사람의인대를이용한연구 2,12,22) 도그표본수가제한적이었다. 본연구에서는실제사람을대상으로수술중에얻은전방십자인대표본 21예를분석하였고, 기존의도금염색법이아닌, 신경섬유만을선택적으로염색하는 neurofilament 단클론항체를이용한면역조직화학염색법을시행하였다. 전방십자인대의잔류조직을적출후급속동결하고즉시염색을시행하여항원성의보존을도모하였으며, 인대전체를일정한두께 (40 m) 로연속절편하여관찰함으로써보다정확한결과를얻고자하였다. 일반적으로가장많이알려진기계적수용기의분류는 Freeman 과 Wyke 분류 5) 를기초로하여 I형에서 IV형으로나누며, I형은구형이나난원형의 Ruffini 소체, II형은원주형의동심원상의 Pacini소체, III형은방추상의 Golgi소체, 그리고 IV형은수초화되지않은자유신경종말이다. 그러나이러한기계적수용기의분류에대하여는논란이많은바, 각수용기의유형이서로다른형태가아니며동일한수용기가국소적인환경에대하여적응하는데에따라서형태가다르게보이는것이라는견해도있다 8). 피부나다른장기에서는상기한기계적수용기가 모두관찰되는지는알수없으나, 전방십자인대의잔류조직을표본으로한본연구에서는 I, III, IV형만을관찰할수있었다. 각기계적수용기의기능중자유신경종말은염증과통증자극에반응하는통각수용체 (nociceptor) 이며, Pacini소체는압박 (compression) 자극에주로활성화되는반면, Ruffini소체는신연 (stretch) 자극에반응하는것으로알려져있다. 전방십자인대에 Ruffini 소체가많이발견되는것은전방십자인대에신연자극이많은것과관련이있을것으로생각되었다. Schultz 등 19) 은사람의전방십자인대에서최초로기계적수용기를관찰하였는데인대전체를검색하지는못하였으나, 각인대한개로부터평균세개의기계적수용기를보았다하였으며, 모양은 Golgi소체와유사하다고보고하였다. Zimny 등 26) 과 Schutte 등 21) 은전방십자인대의기계적수용기로자유신경종말외에 Ruffini소체와 Pacini소체를관찰하였고, 이중크기가큰 Ruffini 소체는 Golgi소체와유사하다하였으며이를 Ruffini 소체의변형으로간주하였다. 이는 Golgi소체가전자현미경검색에의하여 Ruffini 소체와유사하다는이전의연구들 20,24) 때문이고, 그이후에도인대에서보는 Ruffini 소체는 Golgi소체와동일하다는보고도있다 8). 여러연구에서전방십자인대의기계적수용기는주로 Ruffini 소체와자유신경종말이며, Ruffini소체가가장흔히기술되고있다. 본연구에서는 10개의기계적수용기중 7개는방추형의 Golgi소체 (spindle Ruffini) 였고, 3개는난원형의 Ruffini 소체로기존의연구들보다 Golgi 소체가많은것을관찰할수있었는데, Golgi 소체는그형태도방추형이고크기도커서 Ruffini소체와구분할수있었다. 전방십자인대내의기계적수용기의크기는보고에따라서 Golgi 소체가 m, Ruffini 소체는 120 m 이하 19) 라고도하고, 또는 Ruffini 소체가 m, Pacini 소체는 m 등 10) 으로다양하게보고하고있다. 본연구에서는기계적수용기의크기를기계적수용기한개가연속하여나타나는절편의수를이용하여간접적으로계산하였는데, Golgi 소체는평균 9.14절편, Ruffini 소체가평균 5.67절편에서보였으므로각절편을 40 m 의두께로환산시각각약 370 m 과 230 m 정도로기존의연구들 10,19) 과유사하였다. 전방십자인대에서기계적수용기는주로인대의경골과대퇴골부착부에분포하는데, 경골부착부에많다는

6 816 보고 22,25) 와대퇴골부착부에많다는보고 18,19) 가있어서보고자에따라상이하다. 본연구에서는두개의정상전방십자인대에서발견된기계적수용기 19개중경골부착부에서 10개, 대퇴골부착부에서 9개가관찰되었다. 퇴행성관절염환자의전방십자인대를대상으로하여본연구와동일한조건으로행해진이등 15) 의연구에서는대부분 ( 경골부착부 2개, 대퇴골부착부 13개 ) 이대퇴골부착부에있었다고보고하였는데, 퇴행성인대의경우경골부착부의기계적수용기가매우적음을알수있다. 경골부착부잔류조직표본의총 21예에서발견된 10개의기계적수용기는대조군의정상인대 2예중경골부착부에서 10개가발견된것에비하면상대적으로기계적수용기의수가적다. 이는파열된잔류조직의양이적고, 표본채취시손상되었거나또는수상후시간이경과함에따라소멸하였기때문이아닌가생각되었다. 또한퇴행성관절염환자에서발견되는괴사성기계적수용기 15) 는많지않고, 그형태가잘유지되어있는것은환자의연령이젊은것에기인한것으로판단하였다. Georgoulis 등 7) 이유일하게전방십자인대잔류조직에대한연구를보고하였는데, 전방십자인대파열환자 17예중전방십자인대잔류조직의활막이후방십자인대에부착되어있었던 12예에서모두기계적수용기가발견되었고, 부착되어있지않은 (mushroom-like) 5예에서는발견되지않았다고보고하였다. 또한하나의잔류조직당기계적수용기가최대 50개까지보인다고하였는데, 그들의연구는비록연속절편은하였으나도금염색법에의한결과로서전술한도금염색법의문제점 27) 등을고려할때본연구와비교하기어려운점이있다. 본연구에서는기계적수용기가발견된군과보이지않는군간에연령이나수상후기간과통계학적유의성이없었으나, 까다로운검체처리과정의한계때문에전체표본수가많지않았고연령이나기간별로충분한예를검색하지는못하였기때문에그상관성에대하여단정할수없는한계가있다. 결론외상에의한전방십자인대손상후경골부착부잔류조직내에기계적수용기가일부소멸되지않고존재함을볼때, 임상적으로전방십자인대재건술시경골부착부잔류조직을보존해주는것이고유수용감각기능의회복 에도움이될수있지않을까생각한다. 추후잔류조직이보존된재건술에서관절내기계적수용기의생존및역할에대한지속적인연구가필요할것이다. 참고문헌

7 817 = 국문초록 = 목적 : 파열된전방십자인대잔류조직내기계적수용기의존재여부를알아보고자하였다. 대상및방법 : 전방십자인대파열환자 21 명에서전방십자인대재건술시경골부착부잔류조직을떼어내었다. 대조군으로각각 32 세와 41 세남자의외상성대퇴상부절단시얻은정상전방십자인대 2 예를대상으로하였다. 떼어낸표본을급속동결후 40μm 두께로연속절편하였다. 잔류조직의총절편수는 1,502 개, 대조군의총절편수는 264 개였다. 각절편에면역조직화학염색을한후광학현미경하에신경섬유와기계적수용기를관찰하고수와위치를분석하였다. 잔류조직에서는기계적수용기가보이는군과보이지않는군간의수상후수술까지의기간과평균절편수를비교하였다. 통계적분석은 independent sample t-test 를이용하였다. 결과 : 잔류조직에서는총 21 예중 7 예에서총 10 개가발견되었다. 두개의대조군인대에서는총 19 개의기계적수용기가관찰되었고, 분포는경골및대퇴골부착부에고루게분포하였다. 기계적수용기가보이는군 (7 예 ) 과보이지않는군 (14 예 ) 간의나이와평균절편수및수상후기간에따른차이는통계적으로유의하지않았다. 결론 : 파열된전방십자인대잔류조직내기계적수용기의존재는임상적으로전방십자인대재건술시잔류조직보존의필요성을시사해주는결과라생각한다. 색인단어 : 슬관절, 전방십자인대, 잔류조직, 기계적수용기, 면역조직화학염색

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untitled Clinical Article The Korean Journal of Sports Medicine 2012;30(2):130-136 http://dx.doi.org/10.5763/kjsm.2012.30.2.130 사람의슬관절전방십자인대에서감각신경의조직학적분포 초당대학교간호학과 1, 원광대학교의과대학정형외과학교실 2, 원광의과학연구소 3 김광미 1 ㆍ전철홍 2,3