미성숙 수컷 쥐에서 사춘기 동안 골길이 성장에 따른 골밀도 및 조직 형태 계측학적 변화에 대한 연구

Abstract

Because experimental studies to determine developmental effects by various substances exposure in children are impossible, a lot of toxicology studies have been using male rats. However, to our knowledge, there are no interventional studies dedicated to assessing the longitudinal bone growth during the puberty in immature male rats. This study was to provide the standard reference for the longitudinal bone growth in relation to age and development in immature male rats. In order to evaluate long bone growth and mineralization we examined body composition using DXA (Dual-energy X-ray absorptiometry), and analyzed histomorphometry of the growth plate and serum hormones relevant to bone growth in male rats from PD20 (postnatal day) to PD60. Body weight increased in an age-dependent manner, accompanied by a rise in muscle and body fat, in particular, during the period of PD30 and PD40. Similarly, the length and weight of long bones are rapidly increased during the same period, and then slowly increased by PD50. However, after PD50, further increases in long bones were not observed. On the other hand, the growth plate height decreased sharply after PD50 along with reduction in the number of cells and columns, which probably leading to no more lengthening of long bones. Height of the spongiosa was continuously increased by the age, in particular prominent at PD40 and PD50. Similarly, parameters related to bone formation such as bone area ratio, thickness and number of trabeculae, and bone perimeters in the secondary spongiosa were significantly increased between PD40 and PD50. Furthermore, serum IGF1 (Insulin-like growth factor 1) and LH (Luteinizing hormone) begin to increase after PD30, and reach to peak levels at PD50, whereas estradiol and FSH (Follicle-stimulating hormone) begin to increase after PD40 and reach to peak at PD60. These results provided clear standard reference for the changes in body composition, histomorphometry of long bones, and hormones relevant to bone growth during the puberty, in which a growth spurt takes place with a dramatic increase in body height and weight. Our data will be useful for planning any animal toxicological studies, in particular, when choosing appropriate animal age depending on purposes of each experiment.|사춘기는 연골 내 골 형성을 통한 골 길이 성장이 급속하게 이루어지는 시기이다. 따라서 알코올이나 카페인과 같은 다양한 물질들이 골 성장 속도가 빠르게 나타나는 태아기나 사춘기 동안 골 길이 성장에 미치는 영향을 확인하기 위한 많은 연구가 진행되고 있으나, 임산부나 성장기의 아동과 청소년을 대상으로 실험적 연구를 하는 것은 윤리적으로 불가능한 일이다. 따라서 많은 연구자가 동물 모델로써 쥐를 이용하고 있다. 그러나 현재까지 쥐의 사춘기 동안 골 길이 성장과 관련된 상세하고 복합적인 변화 과정을 분석한 연령별 연구는 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구는 쥐의 사춘기시기로 알려진 postnatal day (PD) 20~60 사이에 골 길이 성장 변화를 확인하고자 미성숙한 수컷 쥐를 이용하여 PD20, PD30, PD40, PD50과 PD60에 연령별 변화를 관찰하였다. 장골 길이 성장과 무기질 침착을 평가하기 위해 DXA (Dual-energy X-ray absorptiometry)를 이용한 체성분 검사, 골조직 형태 계측학적 분석 및 골 성장과 관련된 호르몬을 측정하였다. 체중과 근육 및 지방량은 연령에 따른 지속적인 증가세를 보였으며, 특히 PD30과 PD40 사이에 가장 급격하게 증가하는 소견이 관찰되었다. 장골의 길이와 무게도 체중 증가와 유사한 양상으로 PD50까지 서서히 증가하는 소견을 보였다. 그러나 PD50 이후, 더 이상의 골 길이 증가는 관찰되지 않았다. 한편 성장판의 높이는 성장판 내 세포 수 및 세포 기둥의 감소와 더불어 PD50 이후 급격한 감소세를 보였으며, 이는 PD50 이후 골 길이 성장이 더 이상 관찰되지 않았던 결과와 일치하는 소견으로 보인다. 한편 해면골의 높이는 연령에 따라 지속적으로 증가하였으며 이차 해면골에서 분석한 골 면적 비율, 소주골의 두께와 수 및 골 둘레길이 등 골형성 지표들의 변화와 함께 PD40과 PD50 사이에서 가장 현저한 증가 소견을 보였다. 부가적으로, 혈중 IGF1 (Insulin-like growth factor 1)과 LH (Luteinizing hormone)는 PD30 이후 증가하기 시작하여 PD50에 최고치에 도달하였고, Estradiol과 FSH (Follicle-stimulating hormone)는 PD40 이후 증가하기 시작하여 PD60에 최고치에 도달하였다. 본 연구는 성장 급등이 일어나는 사춘기 발달 기간 동안 미성숙 수컷 쥐에서 연령에 따른 장골의 길이 변화와 조직 형태 계측학적 변화, 체성분 및 골 성장과 관련된 호르몬 변화를 분석하여 참조 가능한 기초 자료를 마련하였다. 이와 같은 결과는 향후 동물 모델을 이용한 독성연구에서 각각의 목적에 적합한 동물의 연령 선택과 실험 기간 설정 등 실험을 계획함에 있어서 유용한 자료가 될 것으로 생각한다.