내반슬과 외반슬이 퇴행성관절염에 미치는 영향

[문형철]

 

Valgus 와 Varus 정렬과 방사선적 knee OA의 발생, 진행과의 관계

목표. 비록 무릎 부정렬이 knee OA와 관계가 있다고 생각 할 지라도 부정렬이 OA의 발생을 앞당긴것인지 OA의 결과 부정렬이 있는것인지는 알려지지 않았다. 이 연구의 목표는 부정렬과 knee OA의 발생, 진행과의 관계를 평가하는 것이다.

방법. total 1501 참가자는 Rotterdam study에서 무작위 선출되었다. 처음에 그리고 f/u에 나타난 knee OA는 K/L grading system에 따라 점수 매겼다. 정렬은 처음의 방사선 상 FT angle에 의해 측정 되었다. 반복되는 측정에 있어 다변화하는 logistic regression은 OA의 발생과 진행에 있어 부정렬의 관계 분석에 사용되었다.

결과. 2664 knees 중 1012(38%)는 정상 정렬을 가졌고 693(26%)는 내반 정렬을, 959(36%)는 외반 정렬을 가졌다고 생각된다. 외반 정렬과 정상 정렬의 비교는 다음과 같다. 외반 정렬은 knee OA의 발생에 있어 아슬아슬한 의미를 갖는 증가와 관련이 있고(교차비 1.54, 95% 신뢰구간 0.97-2.44), 내반 정렬은 2배 위험이 증가한다(교차비 2.06, 95% 신뢰구간 1.28-3.32). BMI 계층으로 보면 이러한 risk 증가는 특히 과체중과 비만에서 두들어 지고 과체중이 아닌 사람은 그렇지 않았다. OA 진행의 risk는 또한 정상 배열의 그룹과 비교해서 내반 정렬을 가진 그룹에서 명확하게 증가 된다(교차비 2.90, 95% 신뢰구간 1.07-7.88).

결론. 내반 정렬의 degree의 증가는 knee OA의 진행과 발생과 관련이 있다. 그러나 이러한 관계는 과체중과 비만인 사람들에게 특히 들어맞았다.

  knee OA는 가장 흔한 관절질환이고 비정상 관절 연골과 TF 관절의 연골하 bone에 의해 특성지어진다. 네덜란드에서는 1600백만 주민중 335000이상 Knee OA를 가진다. knee OA 단독으로 장애의 원인이 되는 위험은 cardiac ds가 기인하는 것만큼 크고, 중장년층에 어느 다른 의학적 상황이 기인하는 것 보다 더 크다. knee OA는 또한 다른 의학적 상황으로 기인한 장애의 위험을 증가시킨다. 모집단의 노화 때문에 향후 10년간 OA의 보급이 충분히 증가 할 것으로 기대된다.

  무릎의 부정렬(외반 혹은 내반)은 무릎의 unicompartmental OA와 연관이 있을 것이라 추정한다. 그러나 부정렬이 방사선 상 OA의 발생보다 앞서는지, 부정렬이 OA의 결과 인지 또는 부정렬과 OA 사이의 관계가 양방향성인지는 여전히 알려지지 않았다.

  어떤 연구에서는 부정렬과 knee OA의 진행사이의 긍정적인 관계를 보여준 반면, 비록 어떻게 이것이 평가되었는지 명확하지 않지만, 다른 연구에서는 내반 혹은 외반 기형의 존재가 OA가 진행된 환자와 OA가 진행되지 않은 환자에게 차이가 나지 않음을 찾았다. 부정렬과 OA의 발생과의 관계를 HKA angle의 측정으로 연구한 study는 없었다.

  AP 방사선에서 FT angle은 측정할 수 있고, 무릎의 해부학적 축을 정의할 수 있다. 이 방법은 full-limb 방사선 상 HKA angle의 측정과 적당히 상호관계있음을 최근 보여준다. 더 최근에 Himman 등 외는 anatomic axis는 frontal plane 무릎 정렬을 결정하기 위해 HKA angle로의 타당한 대안이라는 것을 다른 연구에서 확인하였다. 그러나, 이 방법은 knee OA의 발생에 정렬의 영향을 결정하는데 사용 된 적이 없다. 우리는, 보통의 knee OA가 있는 환자에게 MRI로 해마다 연골 감소 측정에 FT angle의 영향을 결정하는데 이런 방법을 이용한 연구를 확인하였다 ; 이 연구는 medial femoral cartilage loss와 처음 FT angle과의 의미있는 관계가 있음을 보여줬다.

  그래서, 이 연구에서 우리는 AP 방사선에 FT angle에 기초를 둔 부정렬과 애초에 knee OA를 가지고 있지 않은 자의 OA 발생과의 관계를 연구하였다. 우리는 또한 FT angle로 평가된 부정렬이 knee OA를 애초에 가진 자의 진행 요소인지를 연구하였다.

  knees는 3개 그룹으로 나위었다. 정상 정렬, 외반 정렬과 내반 정렬로 구분하였다. 정상 정렬은 FT angle이 182에서 184 사이이다. 184도 이상이면 외반정렬로, 182도 이하면 내반 정렬로 생각된다. 이러한 분류는 full-limb 방사선으로부터 기계적 축 각에서 Moreland 등 외에 기술된 정상, 내반, 외반 정렬의 값에 기초하였다. AP로 쭉 편 무릎 방사선에서 FT angle 측정시 Kraus외가 보고한, 외반 방향에 상쇄하기 위하여 조절 되었다(+4도).

  내반 혹은 외반 정렬과 knee OA의 발생과의 관계를 평가하기 위해 K/L grade 0과 1을 함께 그리고 0과 1을 각각 평가하였다.

  knee OA의 징행을 정의하는데는 f/u K/L grade에서 처음의 K/L grade를 뺀 결과가 l 이상일때로 정의하고 grade 2인 case로만 실험 하였다. 3과 4는 제외했는데 case수도 적고 진행 여부도 알기 힘들기 때문에 그랬다.

  BMI도 3개 그룹으로 나눴다 ; 25kg/m² 이하, 25kg/m²이상 30kg/m²미만, 30kg/m²이상.

과체중은 BMI 25-30kg/m²로 정의했고 비만은 30kg/m²이상으로 정의한다.

총 3002 knees 중 338(11%)는 방사선을 잊어버렸거나 판독이 어려워 제외했다. 남은 2664 knees는 3개 카테고리로 나뉘었다. 1012(38%)는 정상배열, 693(26%)는 내반 배열, 959(36%)는 외반 배열로 생각 된다.

  knee OA의 발생

  시작에 OA가 없는 무릎 사이에서 f/u시 OA가 발생한 경우는 외반 배열에서 5.5%, 내반 배열에서 7.4%, 정상 정렬에서는 3.9%였다. 처음 외반과 정상 정렬은 처음에 K/L grade가 0이나 1이었던 자들에 있어, OA의 아슬아슬한 의미를가진 위험 증가를 보였다. 내반 정렬은 처음에 K/L grade가 0이나 1이었던 자들에 있어 의미있는 위험 증가를 보였다.

  OA의 진행

  우리는 또한 처음 정렬과 knee OA 사이의 관계에 대하여 실험하였다(처음에 2이상이었던 K/L score를 가진 무릎에 있어 f/u시 1이상의 증가를 보이는). 진행은 외반 정렬에서 6.3%, 내반 정렬에서 11.6%, 정상 정렬의 4.8%에서 나타났다. 외반 과 정상 정렬은 의미있는 관계가 없었고, 내반 정렬에 있어서는 의미있는 증가를 보였다.

  BMI에 의한 통계적 분석

  처음에 K/L grade 0 또는 1인 123 knees 중 OA가 발생하였다 ; 30명은 BMI 25kg/m²미만이고, 62명은 25-29.99kg/m²이고, 31명은 30kg/m²이상 이였다. 외반 그룹과 정상 정렬 그룹을 비교하면, OA의 발생에 있어 의미 없는 1.42 교차비가 BMI 25이상 30미만에서 관찰되었고, 3.25의 의미있는 교차비가 BMI 30이상에 관련되었다. 과체중이 없는 그룹에서 의미없는 교차비가 관찰되었다.

  내반 정렬과 정상 정렬 그룹과 비교했을 때는 2.02라는 의미있는 OR이 BMI 25이상 30미만에서 관찰되었고 BMI 30이상에서는 더욱 강한 교차비가 나왔다. 과체중이 아닌 그룹에서는 의미없는 OR을 보여준다.

  우리의 연구는 부정렬이 knee OA의 발생에 위험요소라는 것을 처음으로 보여주었다. 이것은 또한 더 나아가 부정렬이 knee OA의 진행과 관계가 있다는 것을 강하게 나타낸다.

  명확한 이 실험의 한계는 모집단 연구에 있어 기계적 정렬의 정확한 측정을 위한 full-limb 방사선을 얻지 못했다는 것이다.

  우리의 분석에 기초하여 우리는 부정렬이 knee OA이전에, 유전, 외상후 똔느 발생 요소에 기인할 수 있다. 불행하게도 우리의 연구는 knee injury나 다음에 meniscectomy가 가능한 어떤 데이터를 제공하지 않았다 ; 다음에는 부정렬의 background에 대한 연구가 필요할 것이다.

  우리의 결과는 과체중 그룹에서 부정렬과 knee OA의 발생 위험 사이의 관계가 더 강하게 나타남을 보여준다.

  결론적으로, 우리는 TF angle 측정을 사용하여 부정렬과 knee OA의 진행사이의 관계를 확인 하였다. 이 연구는 최초로 기존의 부정렬과 knee OA의 발생 위험과의 관계를 보여줜다 ; 이런 관계는 과체중과 비만인 사람에게 더 들어 맞는다.

Knee Alignment Does Not Predict Incident OA

목적.  무릎 부정렬과 에초에 방사선상 OA가 없는 대상 사이에서 knee OA의 발생과의 관계에 대한 실험은 부정렬이 흔한 질환의 위험 요소인지 단순히 질병의 심각성을 증가시키는 요인인지를 결정할 수 있다.

방법.  우리는 Framingham OA Study의 참여자 사이에서 110개의 흔한 TF OA case knees(76 대상들)를 선택하고 356개의 무작위 대조 knees(178 대상들)를 선택하였다. case knee는 기존에 OA를 가지고있지 않았다(1992-1994 실험). 그런데 f/u시(2002-2005실험) OA(K/L grade 2 이상)가 발생하였다(두 실험 사이 평균 8.75년). 대조군 knees는 기존에 OA를 가지고 있지 않았다. weight-bearing하는 완전히 신전된 무릎의 표준화된 디지털 방사선은 표준 프로토콜과 이필림 뷰얼 소프트웨어에 의해 읽혀졌다. 우리는 anatomic axis, condylar angle, tibial plateau angle과 condylar tibial plateau angle를 측정하였다. 검사자간 신뢰도에 대한 등급 내 상관계수는 0.93에서 0.96이고, 관찰자내 신뢰도에 대한 등급 내 상관계수는 0.94에서 0.97이다. knee-specific 분석에서, 우리는 각 배열 측정과 TF OA의 위험과의 관계를 실험하는데 일반화된 판단 오차를 사용하였고, 나이, 성, BMI를 맞추었다. 우리는 긱 배열 측정과 몸쪽 TF OA의 위험 사이의 관계를 평가하는데 같은 접근을 사용 하였다.

결과. case 모집단 대상은 대조군보다 더 나이가 많고 높은 BMI를 가졌다. 정렬 값은 정상적으로 분포되었고 케이스와 대조군 사이의 다름이 없었다. 나이, 성, BMI를 맞춘 후에는 어떤 정렬 측정치 중 가장 높은 quartile과 가장 낮은  quartile 카테고리 사이에, 흔한 OA의 명확한 증가가 없었다. 유사한 결과는 medial compartment OA에서도 관찰되었다.

결론.  우리는 기존에 무릎 배열이 흔한 방사선적 TF OA나 medial TF OA와 관례가 없음을 알았다. 이러한 결과는 부정렬이 OA의 위험요소가 아니라 차라리 질병의 심각성과 질병의 진행의 지표라는 것을 제안한다.

결과

  첫 실험에서 1705의 피실험자 중, 1279(75%) 에서 평균 8.75 ± 1 year의 사이를 두고F/U 실험의 일부로 무릎 방사선을 얻었다. 2259의 무릎 케이스는 시작과 f/u 실험까지 시행하여 우리는 흔한 TF OA(76명 대상)의 110 케이스를 확인하였다. 우리는 Framingham Osteoarthritis Study에 남아있는 참가자 중 임의로 356 대조군 무릎(178명대상)을 선택 하였다.

  연구 모집단의 특징은 표1에 나타나있다. 평균적으로, 케이스 모집단 대상자는 대조군 모집단 대상자보다 더 나이들고 높은 BMI를 가졌으며 이전의 무릎 질환에 더 많이 이환되었다. 모든 측정값은 tibial plateau angle만 제외하고, 두 그룹 사이에 비슷하였다. case knees는 대조군 보다 더 작은 tibial plateau angle를 가졌다. 그러나, tibial plateau angle로부터 얻어진 정렬 측정은 두 그룹 사이에 명확한 차이가 없었다.

  f/u 때, 흔한 무릎 OA 케이스는 대부분 K/L grade 2(73%) 였다. 나머지 중 25%는 grade3 이고 3% 이하는 grade 4였다. 대조군 샘플(처음에 OA가 없었던)은, f/u 때 대부분 K/L grade가 2 이하(91.8%)였다. 훨씬 적은 정도가 K/L grade 2(5.9%), grade 3 (1.7%)또는 grade 4(0.6%)였다.

  흔한 무릎 OA의 위험에 대한 각 무릎 정렬 측정과의 관계는 표2에 나와있다. 흔한 무릎 OA의 위험은 해부학적 축의 내반, 외반 정도가 증가 하여도 증가하지 않았다. 가장 낮은 1/4을 reference 그룹으로 잡고, 나이, 성, BMI를 맞춘 해부학적 정렬의 2번째, 3번째, 4번째의 교차비는 1.1을 넘지 않았다.

  흔한 knee TF OA를 가진 110 케이스 knees 중 80(73%) knees는 f/u시 medial TF OA를 가졌다. 전체 샘플에 유사하게, medial TF OA를 가진 케이스 대상은 대조군 모집단보다 나이가 더 많고 높은 BMI를 가졌다(표3). 각각 측정값과 흔한 메디알 OA의 위험 사이의 관련은 표4에서 보여준다. 해부학적 축의 각 quartile의 흔한 메디알 knee OA의 위험에 관한 교차비는 1.0, 1.33, 1.35, 2.04였다.

결론

  우리는 baseline knee 해부학적 축 배열은 흔한 TF OA 나 흔한 내측 TF OA와 관련이 없다는 것을 알았다. 이와 유사하게 condylar tibial plateau angle로 흔한 무릎 OA를 예측할 수 없다. 이 결과는 부정배열은 흔한 knee OA의 초기 위험요소라기 보다는 차라리 질병의 심각성이나 진행의 기준임을 생각할 수 있다.

  외반슬과 내반슬 부정렬은 내측과 외측 knee OA 진행의 위험을 증가시킴을 보여줬다. 부정렬의 영향은 이것이 직접적으로 연골에 주는 영향을 넘어서 다른 무릎 조직뿐 아니라 주위 bone narrow 등의 구조적 붕괴와도 관련이 있음을 보여줬다. 국소 관절 환경에 확실한 site-specific 요소, 예를 들면 TF congruence, 전십자인대 통합과 meniscal의 퇴행과 위치 또한 부하가 걸린 관절의 관절 연골에 어떻게 부하가 분배되어지는지를 조절한다. 예전에, Cooke 외 다수는 knee OA의 케이스에 관찰된 관절 강의 소실은 부정배열의 많음으로 결정된다고 제안했다. 그러나 이러한 관찰은 정량화 되지 않았다. 우리는 요즘 단면 분석을 수행하여 연골 소실, meniscal 퇴행과 위치, 뼈의 마모, 골극 과 인대 손상을 포함한 다양한 요소들은 무릎의 부정배열에 기여할 수 있음을 제안하였다. 이러한 분석은 기존에 OA가 있는 사람의 모집단 하에서 시행되었는데 기존에 OA가 있는 사람의 모집단 배열의 측정에 있어서 다양성이 여기에 보여진 분석보다 더 greater 하다. OA의 병인학에 있어서 배열의 역할을 이해하는것은 중요하다. 왜냐하면 비만, 사두근의 긴장과 이완 그리고 질병의 stage를 포함한 knee OA 진행에 있어 일반적인 위험 요소의 결과가 부정배열의 존재 혹은 부재에 영향을 받기 때문이다.

  모든 이전의 연구와는 대조적으로 우리는 기존에 knee OA가 없는 사람에 있어 부정배열의 영향을 실험하였다. 우리는 이 연구의 결과에 기초하여, frontal plane 무릎 배열의 비정상은 일반적으로 중요하지만 OA의 primary cause는 아니다라는 것을 가정할수 있다. 그러나, 무릎에 구조적 손상이 증가하는 것은 부정배열이 일어나는 안좋은 순환이 계속되는 것을 도울 수 있다. 이로써 이미 손상된 조직에 염좌가 뒤따를 수 있다. 처음부터 부정교열의 존재는 건강한 무릎 조직에 위험을 명확하게 증가시키는 것은 나타나지 않는다. 이것은 ‘병 심각성이 증가하는 knee는 더 부정배열되어 있다는 것과 progression에 있어 배열의 association은 질병의 심각성에 따라 달라진다’라는 종전의 연구에서 제안한것과 일치한다. 부정배열과 흔한 knee OA 사이의 관계의 부재는, 배열이 골질 요소(anatomic axis) 사이에서 결정되었던지 인접한 관절 표면(condylar tibial plateau angle)에서 결정되었던지 고집한다.

  이 연구는 많은 한계점을 갖고 이런 한계점은 연구 결과의 해석을 해칠 것이다. OA의 발생이 더디고 방사선적 sign이 발생하기 까지는 수 년이 걸릴 수 있다. 따라서 우리의 cohort에 있는 다수의 방사선상 OA의 흔한 case들은 상대적으로 F/U이 짧은 기간에 이루어진 것에 비해 제한적이다.(평균 8.75년) 게다가, 방사선은 OA의 징조를 최대한 빨리 찾아낼 수 없다 ; 그래서 이 sample(case와 대조군)의 많은 참가자들은, 이 연구에서 사용된 방사선 실험 프로토콜에 의해 발견되지 않은 채 남아있는 더 작은 질병의 sign을 가지고 있었을 것이다. MRI와 같은 더욱 sensitive한 영상기술의 사용은 다른 결과를 나타낼 것이다.

  full-limb 방사선에서 측정된 기계적 축은 무릎 정렬에 접근하기위한 최적의 표준 방법이다. 이 연구에서 모든 정렬의 측정은 무릎에 있어서는 full-limb 방사선 대신에 short 방사선을 이용하였다. short 방사선으로의 측정은 proximal 과 distal anatomy를 캡쳐하지는 못하지만 원하지 않는 골반 상사와 높은 비용 그리고 전문 장비를 피할 수 있다. 무릎의 기계적 축의 습득과 측정(femur head의 중앙에서부터 tibial spine의 중앙까지와 ankle talus의 중앙에서 tibial spine까지의 교차에 의해 형성된 각으로 정의한다)은 기술적으로 힘들고 full-limb 방사선이 요구된다. 그러나, 최근 연구는 기계적 축의 full-limb 측정으로부터 얻어진 데이터와 해부학적 축의 short 방사선 측정 사이의 강한 상호작용을 논증하였다. 이 연구에서는, 해부학적 축은 기계적 축으로 부터 외반슬의 평균 4.21도가 절충된다.(여자에 있어서는 3.5도 남자는 6.4도) 높은 상호 연관은 무릎 정렬의 방사선적 평가 중에 성가신 full-length 방사선은 더 쉽게 얻어지는 표준 무릎 방사선으로 대체할 수 있음을 제안한다. 그러나, 그들은 아마 강하게 상호 연관되어지는 반면에 다르다. 그리고 정렬(기계적 축)과 흔한 OA사이 관계의 충분한 검사의 측정값을 이 연구에서는 어디에 이용할 수 있는지를 연구해야한다.

  부정렬은 단지 기대된 평면상 힘의 static impression이 활동시 관절에 나누어줌을 알려준다. 보행의 역학은 ‘무릎의 여러 planes에 동시에 stress’와 같은 다양한 힘을 포함한다. 보행 중 서서 있는 동안, 땅의 반작용 힘은 발에 작용하고 무릎 관절의 몸쪽 축에 전해진다. 이 힘의 작용선에서 부터 무릎 관절의 축까지의 수직 거리는, 무릎에 있어서 내전 moment 적용을 위해 팔의 moment를 구성한다. 내반슬 부정렬은 최대 내전 moment의 증가가 기대되고,  medial 부분 전역에 부하를 증가시킨다. 그러나, 정적인 정렬의 측정은 우리에게 무릎 주위의 어떤 기능적 moment가 일어날지 확실하게 말해주지 못한다. 내전 moment가 knee OA의 원인이 될지도 확실하게 말해주지 못한다. 내전 moment는 운동하는 동안의 습관적인 자세나 tibia 또는 calcaneal 내반 같은 말단의 부정렬에 영향을 받을 것이다. knee OA의 병인학에 있어서 말단 부정렬의 가능한 역할은 서툴은 이해와 더 많은 검사하여 보증해야하는 것이다.

  baseline 해부학적 축 정렬도 condylar tibia plateau angle도 흔한 TF OA와 관계가 없다. 단지 medial compartment Ds.가 고려되었을 때만 관계가 없음을 주장하였다. 이러한 결과들은 부정렬은 흔한 OA의 위험 요소가 아니라 차라리 질병 심각성 또는 진행의 marker로써 여겨진다는 것을 나타낸다. 다음 연구는 이러한 결과를 확인하는 것이 필요하다. 특히, 기계적 축과 흔한 knee OA사이 관계의 평가를 우리는 추천하고 싶다.