본 기사는 Scientific America 2003년 3월호를 토대로 작성되었습니다. 골조직을 이루는 주요 구성 세포에 관해 외래어를 사용한 점, 양해바랍니다.

골다공과 골절

작년 3월, 뉴욕 주 시라큐스 어느 의사 분이 발표한 일종의 진료 일지를 겸한 참 좋은 글 하나가 눈길을 끈다. 시기상으로 2002년 말, 고령의 새 여성 환자가 그 분 병원을 찾으셨단다. 늘 활기에 찼던 환자는 9명의 손주, 손녀들 응석 받아주는 것 쯤은 우습고, 남편과 함께 곧 다가올 크로스 컨트리 자전거 경기에 참가, 전국 일주에 도전할 작정이었는데, 당시 어깨 죽지가 결리는가 싶더니 마침내 참을 수 없는 통증이 지속되어 급기야 병원에 오게 되었노라고. 딱 우리네 부모님 연배의 그 환자분 증상을 듣고 할머니 어디가 이상이 있으신지 별도의 진단없이도 이내 병세를 알아차릴 수 있었다며 소견을 밝혔는데[Scientific America, 2003년 3월호].

가만있자. 건강히 잘 지내던 72세의 노인, 게다가 여성? 어깨죽지, 즉 어깨 뼈 부분 통증이라고? 뼈에 구멍이 송송, 얇아진 근접 골부위 금이 가 부러졌다는 얘기? 체내 골 밀도가 노화에 따라 점진적으로 감소, 급기야 뼈 조직이 손실되면서 많이 사용하지만 상대적으로 약해진 부위 먼저 부러진 상황이라는 얘기인데. 미국인 1천만명은 물론 얼마전 부터 장수와 함께 우리네 부모님들은 물론 미래 노인이 되어 있을 내 자신에게도 찾아온 반갑지 않은 손님, 골다공(osteoporosis)과 연이은 골절(fracture) 아닌가!

아이들이 놀다 넘어져 부러진 뼈와는 달리, 노화로 인해 엉치 뼈나 손목과 다리, 그리고 어깨 죽지 골의 일부가 부러진 경우 대책이 참 난감한 것처럼 보인다. 일단 거동 불편 내지 불가(동작 그만)에다 고통스럽지 않은가. 청소년기에는 대사도 활발하고 한번 부러졌다 해도 혈액 공급(blood supply or angiogenesis)과 접지의 안정성(stability)만 보장되면 상대적으로 단시일 내에 조직이 다시 달라 붙는다. 하지만, 나이들수록 그게 어디 말처럼 쉬운가.

그러기에 진작 규칙적 운동을 하시고 칼슘 보강제, 보태어 비타민 특히 ‘비타민 D’를 꾸준히 섭취하시라고 책망부터 할 수 있겠으나, 골다공이 왜 생기고 치유를 위한 노력은 어떠한 지, 소위 바이오 텍 세기(biotech era)를 맞아 골다공에 골절이라면 문제없다고 자신 만만해 하는 과학자들 최신 연구를 살펴보려 한다.

미국의 경우, 갱년기를 거친 여성 골다공 환자의 절반 가량은 골절로 뼈가 부졌다고 보고되어 있다. 참으로 다행스럽게도, 과학자들이 골다공과 연이은 골절에 관해 그토록 자신있어 할 만큼 손실된 뼈조직을 다시 복원시키고 골절로 부러지는 위험을 훨씬 줄여나갈 수 있는 신뢰할 만한 치료법과 약품이 등장한 게 사실이다.

더욱 고무적인 것은 요사이 ‘눈에 안보일만큼 작은 것’에 관한 호기심과 도전이 증폭되는 시기인만큼, 소위 나노 스케일(nano-scale) 연구와 맞물려 세포 및 분자 기술이 급성장하는 중이고 이로 인해 예전에 놓치고 지나갔던 것들을 기발한 발상과 접근 방식으로 풀어내는 사례가 속속 등장하고 있다.

우리의 경우도 제약 및 의료 분야 일부는 괄목할 만하게 성장해 왔고 정부에서도 ‘바이오 신약 및 장기’라는 이름 아래 ‘차세대 미래 기술’로 선정, 집중 육성할 계획이라고 발표한 바 있다. 의미있는 결정인데, 사실 10년 전까지만 해도 골다공 환자에게 주어진 치료방식은 세가지 정도가 고작이었다. 첫째, 뼈는 곧 칼슘이므로 칼슘 보충, 둘째, 진통제 투여, 그리고 마지막, 특히 여성을 위해, 갱년기 이후 급감할 ‘여성 발정 호르몬, 즉 에스트로겐(estrogen)’을 대체해 주는 정도였다. 세가지 모두 요긴하고 도움되는 치료법인 것은 맞지만, ‘완벽하지는 않다’.

왜 완벽하지 않은 방법인지, 에스트로겐 대체법을 예로 들면, 골다공에 의한 골절을 치료한다고 에스트로겐이라는 호르몬을 환자에게 투입한 경우 심장 발작(heart attack)과 뇌졸중(stroke), 그리고 유방암 및 혈액 응고(blood clot)의 가능성이 증가한다고 보고되었기 때문이다.

하지만, 이제는 위 세가지 방법 외에도 복용 시작 첫 해에 뼈에 금이 가 부러질 위험을 70% 줄여줄 수 있는 다양한 약품들이 시중에 쏟아져 나와 있다. 약물 치료와 병행해 병원에서 골절 진단하는 방식에도 발전이 있었는데, 예전에는 뼈가 부러진 노인 환자가 찾아왔을 경우에만, ‘이 환자의 뼈가 부러진 걸 보니, 골다공이 심한 가보구나.’라고 사태 발생후 진단 가능했다면 오늘날에는 병원에DEXA(dual-energy-X-ray-Absorptiometry)라고 하는 장비와 같은 고성능 촬영 장치가 보유되어 있어 특히 금이 가 약한 뼈 마디를 들여다 본 후 뼈 속 무기질(미네랄, mineral)의 밀도가 수치로 환산돼 나오는 수준에 이르렀다.

즉, ‘촬영해 보니, 귀하의 뼈는 100% 기준으로 현재 85% 가량만 차 있고 15% 가량은 조직이 손실, 세공이 발생한 상태이니 골절은 요원하나, 골의 다공 예방을 위해 지정해드린 약을 일정 기간 드시면 됩니다.’라는 진단도 가능해진 시절인 것이다.

의료 장비나 진단술의 발전 뿐 아니라, 골다공도 유전적 요인과 상관이 있는지 의문을 풀려는 연구가 발표되어 있다. 오랜동안 골다공이란 ‘외상(traumatic)’에 의해 생긴다고 여겨왔다. 골다공이 유전된다거나, 유전적 요인과 관계 있는 게 아니고, 나이 먹으며 골격 조직을 상당 기간 사용했으니 특히 많이 쓰는 부위에 마찰과 마모가 심해져 외상, 즉 상처가 나, 상한 뼈 조직 중 약한 부위부터 부러진 것이 골절이며, 따라서, 고통이 수반된다고 본 것이 지금까지의 중론이었다.

그러나, 유전과학자들이 지난 30여년 동안 연구해 최근 발표한 것을 보면 얘기가 좀 다르다. 유전학에 따르면, 골밀도에 관여하는 유전자가 분명히 존재하고 따라서, 밀도가 현격히 낮음으로 인해 발생한 골절도 결국 유전자(gene)의 영향에 기인한다는 것이다. 사람마다 뼈의 밀도가 판이하게 다른 이유 중 70 %는 저마다 서로 다른 유전자의 차이로 설명되며 그 나머지 요인만 운동 부족과 식생활 패턴 등에서 찾아야 한다는 의미인데.

일단 ‘골다공을 촉진시키는 유전자’는 발견이 된 상태이므로, 해당 유전자가 얼마나 뼈의 밀도를 낮추는 역할을 하는 지 밝혀낼 것이고 나아가 그놈의 작동을 차단시켜줄 약품이나 인자를 발견하려는 시도가 있을 것으로 보인다.

사진 좌측: 골다공으로 심하게 구멍이 난 성인의 척추 뼈 일부.
사진 우측: 정상인의 척추 일부. 가운데 밀도가 낮은 뼈가 해면골,
가장자리 빼곡히 들어찬 놈이 치밀골(compact bone)이라고.
‘뼈 세포와 리모델링’

적어도 골다공에 관한 한, 지난 10년간의 해당 분야 연구, 특히 현대의학에 있어서 우리 사전에 ‘골개형(骨改型)’이라고 번역된 ‘뼈의 리모델링(bone remodeling)’ 현상을 건드리는 일이 중점 탐험 과제였노라고 단언해도 지나치지 않다. ‘리모델링’하면, 인기를 끌었던 공중파 TV 프로그램이 연상된다.

바로 ‘러브 하우스!’ 물론 해당 프로그램에서는 방문한 시청자의 집을 변경, ‘리모델링’했다기 보다 거의 신축, 즉 ‘모델링’에 가까왔던 경우가 많았으나, 본디 ‘건물 리모델링’이라고 한다면, 집의 일부를 ‘부수고(break-down) 고쳐 새 것을 만드는(formation)’ 작업이다.

생체 내 뼈도 마찬가지. 덜 싱싱하고 약해져 흠집이 생겼거나 틈이 있고 상처난 부위를 생명 스스로 ‘흡수해(resorption) 녹여버린 후(dissolving), 다시 새 조직을 세우는(formation)’ 작업이 있고, 그게 뼈 조직에서 일어나면 골개형, 즉 뼈의 리모델링이다.

골다공 얘기 중에 웬 리모델링 타령인지? 그저 외관상 바라보면 ‘복지부동 모드’로 잠잠히 머물러 있는 듯 보이는 골조직, 즉 뼈는 성인이 된 후 죽을 때까지 중단없이 자체 조직을 파괴(destroy)한 후 다시 짓는(rebuild) 작업을 반복한다. 성장기에는 물론이고 어른이 되어 늙어서도 우리 뼈는 끊임없이 죽었다 다시 부활하는 중이다. 다만 시간이 문제.

본질적으로 뼈의 리모델링에 의해 몸의 골격은 10년에 한번씩 거의 완전히 새로운 조직으로 탈바꿈된다. 다시 말해, 생체 내 구식 뼈조직은 녹여(dissolving) 흡수(resorbing)해 사라지게 한 후 옛 뼈를 새 뼈로 바꾸는 ‘뼈 개혁’이 곧 골개형인 셈이다(불현듯 ‘개혁적 국민 골격’이라는 단어 연상!).

이렇듯 뼈의 리모델링 과정이 선순환을 이루면 몇 가지 유용한 기능을 발휘하게 되는데, 대표적인 것이 리모델링을 통해 타 조직에 필요한 칼슘을 뼈 속 저장고로부터 꺼내 공급하는 효과이고, 금이 간 부위도 흡수해 없애버리는 역할이다. 문제는 골개형 과정이 비정상적일 때 오는 후폭풍이다. 뼈의 리모델링 기능에 이상이 생겨 발전된 형태 중 하나가 바로 골다공(osteoporosis).

유아 및 소년기에는 뼈의 리모델링을 구성하는 주요 두 과정인 생성(bone formation)과 흡수(resorption) 중 생성이 흡수에 비해 훨씬 빠른 속도로 진행된다. 따라서, 뼈도 단단해 밀도도 높아지게 마련인데 이런 경향은 청소년기 때 최고조에 달해 대략 18세가 되면 그 밀도가 제일 높아진다.

이후 성인이 되어서는 생성과 흡수라는 뼈의 리모델링 과정은 서로 보조를 맞추어 거의 같은 비율로 진행된다고 보여지며, 불혹의 40에 다다르면 노화로 인해 뼈조직 일부가 얇아지는 징후가 나타나기 시작한다. 중년 40대, 비로소 골개형의 주요 두 과정인 생성과 흡수 중, 흡수가 생성을 압도하기 시작하는 것이다.

막상 몸의 뼈는 계속 새 조직을 갈망해 스스로를 흡수해 갈아치우는 반면, 새 것으로의 보충 및 ‘생성’ 과정이 ‘흡수’로 인해 사라진 부분을 미쳐 채우지 못하는 현상이 ‘뼈의 노화’ 중 하나라고 할까. 안타까운 현실은 어떤 이유에서인지, 골흡수가 생성보다 많아 뼈 밀도가 떨어지는 골다공 환자의 80%를 여성이 점유한다는 ‘사실’이다.

평균적으로 여성의 뼈 밀도가 최고조에 달했을 경우에도 남성에 비해 5 % 가량 밀도가 낮은 것으로 밝혀져 있다. 즉, 중년이 되어 뼈의 노화라는 문제에 직면하고 보면 이것 만큼은 여성들이 남성보다 5% 불리한 상황에서 시작하는 셈. 더욱이 여성의 생리가 중단되는 갱년기 이후, ‘뼈를 보호하는 중요한 파수군’으로 불리울 ‘에스트로겐’이라는 호르몬 분비가 중단된다. 따라서, 월경 중단 후 에스트로겐 분비가 멈추어지는 시점으로부터 4년 내지 7년 내 여성 뼈의 조직 손실이 급격히 증가한다고 보고되고 있다.

문제의 뼈 리모델링에 관여하는 세포를 구분해 보자. 리모델링도 크게 생성과 흡수라는 2개 과정으로 세분되니 뼈 세포도 기능에 따라 크게 두 개. 하나는 생성, 다른 하나는 흡수 담당, 즉 오스테오 블라스트(osteoblast)와 오스테오 클라스트(osteoclast)라는 세포다.

‘오스테오(Osteo-)’는 ‘뼈(bone)’를 의미하고, ‘블라스트(-blast)’는 초기 세포 분열을 끝내 향후 분화 잠재성이 있는 원세포라는 뜻이니까 ‘골 생성’이 주요 기능이고, ‘클라스트(-clast)’는 지질학의 파편 또는 쇄설암이라는 의미니까 ‘골 파괴, 즉 흡수’가 주 임무인 세포라고 풀이된다(미식 발음은 ‘아스티오’와 흡사).

한마디로, 뼈의 리모델링은 생성과 흡수로 이루어지고, 두 기능별 담당 세포는 오스테오 블라스트와 오스테오 클라스트.

골다공은 ‘골 흡수가 골 생성’을 앞서 나가 생기는 뼈 조직의 노화 현상 중 하나로 질병의 원인 역시 ‘각 담당 세포의 기능에 문제가 생겨 발생’으로 요약.

추가로 2개의 다른 세포가 뼈 조직에 존재하지만 골다공과 골절 얘기할 때는 위 두 세포를 알면 우선 충분.

위 두 종류의 뼈 세포는 체내 3백만에서 4백만 개에 달하는 리모델링 현장에서 떼를 지어 군집을 이루며 기능을 발휘하는데, 이와 같이 골격 조직 곳곳에 배치되어 뼈의 리모델링에 관여하고 있는 세포들의 무리를 묶어 ‘기본적 다중세포 단위, BMUs(Basic Multicellular Units)’라고 한다[외과의 프로스트가 제안, Frost].

뼈의 리모델링에 통상 적용되는 시간 개념은 이렇다. 체내 골개형이 일어나면 2~3주 동안 골흡수가 있고, 그 다음 두 달에서 석 달 간 생성 진행. 어디에서는 흡수가 일어나고 다른 어디에서는 생성이 되는 것이 아니고, 적어도 리모델링을 이야기할 때는 동일 부위에서 순차적으로 흡수 현상이 있은 후 새 뼈가 생성되는 것. 즉, 비교적 단기간(2~3주)의 흡수(resorption), 그 다음 장기간(2~3달)에 걸친 생성(formation)이 ‘뼈 리모델링(bone remodeling)’이다.

정리하면, 골다공은 뼈의 리모델링에 이상. 리모델링은 크게 골흡수와 신생성의 두 과정. 리모델링의 두 과정 중 흡수 >> 생성이면 골다공의 전조. 어린이와 소년, 그리고 청소년기 18세까지 흡수 << 생성, 따라서 뼈 밀도 최고. 18세 이후 성인기를 거쳐 40세 이전까지는 흡수 = 생성. 따라서 뼈 밀도 보통. 40이후 흡수 >> 생성, 따라서 뼈 밀도 감소. 갱년기후 여성, 뼈밀도 급감. 65세 이후 남녀 공히 골절 주의. 골절은 뼈 부러지는 것. 왜? 밀도가 낮아져 약해지므로. 노화로 골흡수 >> 골생성이면, 뼈 밀도는 더욱 낮아지고 연이어 뼈 마디 얇아져 금이 가 결국 절단.

재작년까지만 해도, 골다공 치유를 위해 시판 허가를 받은 약품들이 만들어진 원리는 뼈의 리모델링 중 ‘흡수’를 방지하거나 지연시켜주는 작용을 응용한 것이 대부분이었다. 왜냐하면, 골다공이라는 것은 어찌되었든지 간에 ‘새로 만들어지는 생성’의 과정에 비해 ‘파괴되어 사라지는 흡수’에 기인하니까 새로 만들지 못할 바에야 ‘흡수’를 차단시켜 버리면 골다공도 중단될 것이라는 발상 아니겠는가?

그러나, 최근 알려진 바에 따르면 약을 써 하나만 꼭 집어 기능에 영향을 줄 수 있는 것이 아니고 한쪽 기능(흡수)을 차단시키면 다른 쪽 역할(생성)에도 일정 부분 예기치 못한 영향을 끼치게 마련인 것이 자연의 섭리이자 몸의 생리반응인 듯 싶다.

약 장사라는 인상 주는 구절은 삼가고 싶은데, 비스포스퍼네잇(bisphosphonate) 류의 인화합물이 함유된 약으로 뼈 세포 중 흡수를 담당하는 오스테오 클라스트의 기능을 차단, 해당 세포가 스스로 자신을 파괴하도록 유도하는 제품이 현재 가장 선호되는 골다공 치료제로 알려져 있다.

‘손목 마디, 발목 그리고 다리 관절 저리시단다’

과학이 많이 발전했다고는 하나, 이런 질병의 예방과 치료를 위한 보다 나은 기술의 개발은 여전히 절실하다고 한다. 골다공에 의해 노인분들이 골절을 경험할 주요 부위는 척추와 엉치뼈(특히 앉아서 오래 생활하신 분, 운동/체조 등한시한 사무직), 그리고 손목 관절이다.

특히 여성, 어머니들의 경우 가사 활동 등으로 결코 바람직하지 않은 자세, 이를테면, 손걸레로 바닥 닦기나 장기간 꾸부리고 앉아 있는 등의 활동은 여러 모로 관절과 몸에 무리를 주며, 운동 효과는 빵점인 것이므로 특히 주의를 요하며 아울러 특히 북반구, 즉 추운 지방에 사는 여성의 경우 일찍이 40, 늦어도 갱년기 이후엔 꼭 비타민 제와 골다공 예방약을 꾸준히 복용하시라고 서두의 시라큐스 병원 의사, 클리포드 로젠 박사(Clifford Rosen)는 권장하고 있다. 골절 사고 자체도 상대적으로 여름보다는 추운 겨울에 많은 것과 관련이 있는 권고로 들린다. 골다공 및 골절 치료를 위해 세포와 분자 기술이 유전자와 만나는 시점이 올 것을 기대하며.
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Scieng News Service 심준완