Review J Korean Orthop Assoc 2010; 45: doi: /jkoa 슬관절치환술후감염의치료 Treatment of Infections after Total Knee Arthr

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1 Review J Korean Orthop Assoc 2010; 45: doi: /jkoa Treatment of Infections after Total Knee Arthroplasty 경희수 문종욱경북대학교의학전문대학원정형외과학교실 일차슬관절전치환술후감염률은 1-2%, 재치환술후감염률은 4-8% 로알려져있고내성균주의출현빈도가증가함에따라인공관절감염의치료가더욱복잡해지고있다. 감염은역학적 (epidemiologic) 3요소 ( 세균- 숙주- 환경 ) 의불균형으로인하여발생한다. 목표는동통을없애고관절기능을회복시키며감염을제거하는것이다. 치료과정은전반적인예후, 동반질환, 골질의적절성, 연부조직피복, 신전기전의상태, 기능에대한환자의기대치등을고려하여환자개개인에맞추어이루어져야한다. 좋은결과를얻기위해서는술전계획을철저히세우고, 수술전에필요한정보 ( 이전수술시의진단, 수술한날짜, 치환물의종류, 이전에사용했던항생제의종류, 첫수술후재치환술까지의기간, 절제정도, 발생가능한합병증등 ) 를최대한확보해야한다. 색인단어 : 슬관절치환술, 감염, 치료 서론 슬관절전치환술후임상적성공률은 10 년추시 90% 이상으로알 려져있지만감염된환자의수는슬관절전치환술이시행되는만 큼증가하고있는추세이다. 1-3) 슬관절치환술후재치환술을한 경우 5 년이내의조기실패확률은 63% 정도로알려져있으며그 중감염이 38% 로가장많은원인으로알려져있다. 4) 저항균주의 빈도가증가하여전치환술후감염의문제를더욱복잡하게만든 다. 예방적항생제사용때문에감염의빈도가점차줄고있지만 감염은가장심각한합병증중하나이며감염률은 1 차치환술의 경우 1-2%, 재치환술의경우 4-8% 로알려져있다. 5-10) 감염을일으키는세가지요소로는세균 (bacteria), 숙주 (host), 환 경 (environment) 이있으며이세요소의불균형으로감염이발생 한다. 가장흔한 Staphylococcus aureus 는세포내에서생존할수 있는미생물로알려져있으며두가지기전에의해가능하다. 첫 번째는생체피막 (biofilm) 을만들어서부착 (adherence) 되고또하 나는세포내에침투 (cellular invasion) 하여서서히자라서세포를 죽이는기전이다. 11) 생체피막 (biofilm) 은세균의피막외구조물로 접수일 2010 년 4 월 18 일게재확정일 2010 년 5 월 18 일교신저자경희수대구시중구삼덕 2 가 50, 경북대학교병원정형외과 TEL , FAX hskyung@knu.ac.kr 삽입물 (implant) 의표면에화학적결합을통해붙어있어서일반적인농도의항생제로는생체피막 (biofilm) 을박멸하는데효과적이지않은것으로알려져있다. 감염된인공슬관절치료의목표는감염을박멸시키고통증을회복하며안정적이고기능적인관절을만드는것이며 Segawa 등 12) 은 2년동안임상적으로감염이없고인공관절치환술후기능적인관절을회복하는것을성공적인치료로보고하였다. 기능적이라는정의는최소한의통증으로보행할수있고방사선학적으로치환물의이완이없는것을말한다. 효과적인감염치료를위해서는정형외과의사, 성형외과의사, 감염내과의사의통합적인노력이필요하다. 성공적인치료는시간이오래걸리고비용이많이들고, 지연된진단은골소실을증가시키고, 결과가좋지않은구제술을하여야하는경우가많고, 절단술의위험이증가되고, 술자의부담이많아질수있다. 13) 슬관절전치환술후감염은환자및술자에심각한합병증이므로환자의상태에따라치료방침을결정해야한다. 예방적항생제사용, 수술시간의최소화, 세심한수술수기를통한감염이발생되지않도록최선을다해야한다. 그리고환자의위험요소를철저히조사하고, 내과적질환은수술전에처치되어야한다. 감염의분류 감염시점과임상증상에따라 4 가지형으로분류한다 (Table 1). 14,15) 대한정형외과학회지 : 제 45 권제 5 호 2010 Copyrights 2010 by The Korean Orthopaedic Association This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License ( which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

2 336 경희수ㆍ문종욱 Table 1. Classification and Treatment of Infected Total Knee Arthroplasty Type Presentation Definition Treatment I Acute postoperative infection Acute infection within 4 weeks after the operation Debridement with retention of the prosthesis, intra ven ous antibiotics II Late chronic infection Chronic indolent infection, 4 weeks after the operation Two-stage revision III Acute hematogenous infection Acute onset of infection at the site of a previously wellfunctioning joint replacement Debridement with retention of the prosthesis, intravenous antibiotics IV Positive intraoperative culture 2 positive intraoperative cultures A course of appropriate antibiotics 제1 형 : 초기수술후감염 (Early postoperative infection) 첫수술후 4주이내에발생하는표재성또는심부감염이모두포함된다. 표재성감염은변연절제술과항생제로치료하는반면, 심부감염은치환물은그대로두고항생제염주를넣고폴리에틸렌삽입물을교체한후항생제정맥주사요법으로치료할수있다. 제2 형 : 후기만성감염 (Late chronic infection) 첫수술후 4주이후에발생한감염으로서대개동통이악화되고치환물의해리소견을보인다. 항생제함유시멘트스페이서 (spacer) 를사용하여 2단계재치환술로치료하는것이원칙이다. 제3 형 : 급성혈행성감염 (Acute hematogenous infection) 이전에잘기능하고있던인공관절에서균혈증으로인하여발생한다. 치환물의해리가없으면치환물은그대로두고서변연절제술을시행하고폴리에틸렌삽입물을교체한후항생제정맥주사요법으로치료할수있다. 제4형 : 임상적으로분명한감염은없으나수술중배양검사상양성인경우 (Positive intraoperative culture) 분명한감염은없으나무균성해리가의심되어재치환술을하면서수술중에시행한배양검사결과가양성인경우로서항생제정맥주사요법으로치료할수있다. 치료 일반적인치료경과를보면수차례의수술과장기간의항생제정맥주사요법이필요하다. 수술적치료의범위는감염의표재성 / 심부여부와급성 / 만성여부에달려있다. 만성감염에서는바이오필름의형성이특징적인반면초기수술후감염과급성혈행성감염에서는바이오필름의형성이나치환물의해리와관련성이적어서치환물을제거하지않고서도치료할수있는가능성이많다. 1. 초기표재성감염연부조직에대하여세심하게변연절제술을시행하고항생제치료를하면서균배양검사를하고배액하여치료한다. 변연절제 술은피부가장자리를타원형으로절제하여피하지방과관절낭까지포함시키는것이좋다. 모든배농동은일차봉합전에소파하여절제해야한다. 창상은철저히세척해야하고항생제를함유한시멘트염주를넣고봉합한다. 2주후에별도의작은절개를통하여시멘트염주를제거하고항생제정맥주사요법을 2주간더시행한다. 16) 2. 초기심부감염및급성혈행성감염변연절제술및치환물보존 (debridement with prosthesis retention) 법으로치료할수있는데적응증은감염증상이 4주이내의짧은경우, 항생제감수성이있는그람양성인균주, 수술후에지속적인배농이없는경우, 방사선학적으로이완이나감염의증거가없는경우에할수있다. 12,17-20) 하지만성공적인결과를얻기위해서가장중요한요소는증상이생긴이후 48시간이내에치료를하면좋은결과를얻을수있다고한다. 일반적으로관절경적변연절제술보다는개방성변연절제술이선호되는데이는관절의후방과폴리에틸렌의뒷면 (back-side) 을잘씻어낼수있기때문이다. 반흔은타원형태로절제하고이전절개선을이용하여관절낭절개술을시행한다. 활액막을절제하고감염된모든연부조직에대하여변연절제술을시행한다. 활액과활액막에대해서는그람염색과배양검사를시행한다. 폴리에틸렌삽입물을제거하고후방에서위막 (pseudomembrane) 과생존이불가능한모든조직을제거한다. 거터 (gutter) 역시변연절제술을시행한다. 창상은항생제를섞은생리식염수로철저히세척하고새폴리에틸렌삽입물로교체한다. 항생제염주를양측거터에위치시키고절개된관절을봉합한다. 2주간부목고정후에관절운동을시작한다. 시멘트염주는 2주후에작은절개를통하여제거한다. 처음변연절제술후 2주이내에균배양을재실시하여결과에따라재차변연절제술을시행할수있다. 일반적으로 6주간의항생제정맥주사요법을시행한다. 21,22) 결과는감염균의독성에따라차이가있는데 Staphylococcus epidermidis, Streptococcus species 같은독성이적은균에서는 56% 까지성공률의보고가있고, 독성이강한 Staphylococcus aureus 에서는 8% 정도의성공률을나타내어황색포도상구균의감염은이시술의상대적금기증이되고있다. 23,24) 치료의성공률은 Mont 등 19) 은이와같은치료를 24예를하여조기제1형 (10 예 ) 에서는모

3 337 두성공하였고, 제3형 (14 예 ) 급성혈행성감염에서는 71% 의성공율을보고하였다. 또한 Chiu 와 Chen 17) 은 40예의감염성재치환술을최소 3년추시하여제1형은 70%, 제2형은 0%, 제3형은 50% 의성공률을보고하기도하였다. 3. 만성감염 1) 2단계재치환술 (Two-stage reimplantation arthroplasty) 만성감염에서는 2단계관절치환술이표준치료법 (gold standard) 이다. 관절에대하여철저하게변연절제술을시행하고치환물과골시멘트를모두제거해야한다. 25) 타원형절개선을이용하여배농동과반흔을모두절제한다. 가능한한깊은곳까지접근하여괴사된조직과위막을완전히절제한다. 먼저폴리에틸렌삽입물을제거하고나서대퇴치환물, 경골치환물과남아있는시멘트를제거한다. 이때대퇴골과경골의골수강을포함하여여러부위에대한배양검사를시행해야한다. 골수강을확공하여위막을모두제거해야한다. 항생제함유시멘트스페이서 (spacer) 는다리의길이를유지하고, 연부조직구축을최소화하고, 재치환을쉽게하고국소에항생물질을잘전달하는기능을할수있다. 18) 항생제함유시멘트스페이서는비관절형 ( 블록또는고정형 ) 과관절형 ( 주형또는치환물- 주형혼합형 ) 의두가지가있다. 비관절형스페이서를사용하면국소적으로고농도의항생제를전달할수있으나대퇴사두근의단축과반흔형성및골소실등으로인하여재치환술시수술적노출이어려워질수있다. 18,26) 관절형스페이서를사용하면관절운동이좀더좋아지기때문에이와같은문제점을개선할수있다. 항생제함유시멘트관절형스페이서는상품으로된것을사용하거나수술실에서만들어사용할수도있다. 형태는온전히시멘트로만되어있거나시멘트가코팅된금속제품, 항생제함유시멘트가코팅된치환물등으로되어있다. 상품으로나와있는것은 PROSTALAC (DePuy, Warwaw, IN) 인데가격이비싸고일반적으로추천되는것보다항생제의농도가낮다. 비용문제때문에합성관절스페이서를직접만들어사용하기도한다. 대퇴치환물과폴리에틸렌을제거한후소독하여항생제함유시멘트와함께다시넣어주는방법이있다 ) 또제거한관절치환물을이용하여시멘트주형을만들고이를이용하여관절형스페이서를만들어사용하는방법도있다. 30) 시멘트의중합반응시상당한양의열이발생하기때문에항생제는반드시열에안정적인종류를선택해야한다. 또한주위조직으로확산되어점차살균작용이일어날수있도록수용성이어야한다. 가장흔히사용되는항생제로서는 tobramycin, gentamicin, vancomycin, cephalosporin 등이있다. 치환물주위감염을일으키는균주는대부분 S. aureus 과 S. epidermidis 등의그람양성균이다. 균주와항생제감수성이확실하다면한종류의항생제만사용해야한다. 그러나 원인균이불분명하면이러한원칙을적용하기가어렵고여러가지항생제를조합해야할수있다. 항생제함유시멘트는현재 gentamicin 또는 tobramycin 을함유한 polymethylmethacrylate (PMMA) 를사용할수있고, 시술자의기호에따라증량시킬수도있다. 일반적으로시멘트한포 (40 g) 당 1회용량의 4배가량에해당하는 vancomycin 과 tobramycin 을사용할수있고, 평균 3포정도의시멘트를사용한다. 환자의신장기능을고려하여스페이서를만들때사용되는항생제의양을잘조절하여안전하게사용해야한다. 9,31) 골시멘트로부터항생제가유리되는데영향을미치는인자는항생제의종류, 항생제의양과수, 시멘트의종류와다공성, 스페이서의표면적등이있다. 31) 손으로시멘트와항생제를혼합하였을때상품으로된항생제함유시멘트보다항생제유리가덜된다고하고, 진공혼합은큰영향이없다고한다. 시멘트에항생제를혼합할때는균등하게하는것이중요하다. 항생제함유기구의장점은감염이존재하는곳에항생제를국소적으로작용시킬수있다는점이다. 6) 변연절제술후재치환술사이기간의치료시항생제사용의기간은개개인마다다른데혈청학적표식자, 임상증상, 관절천자물의배양결과에따라기간이변경될수있다. 보통 4-6 주의항생제를쓰고, 최소 2주간항생제사용을중지하고관절액의배양, 그리고적혈구침강속도 (erythrocyte sedimentation rate (ESR)), C-반응단백 (C-reactive protein (CRP)) 의상황을보고재치환시기를결정해야한다. 14,26) 재치환술을할수있는조건으로는 CRP 는정상이어야하고, ESR 은정상또는정상에가까워져야하고, 창상은치유되어야하고, 관절천자액이정상이며균배양이음성이어야한다. 그리고수술중동결절편상에고배율시야 (high power field (HPF)) 당 5-10 개미만의호중구가있어야한다. 재치환술시수술절개는기존의절개선을따라하며, 항생제함유시멘트는 40 g 포당항생제 1-2 g 정도를섞어사용한다. 수술후항생제사용기간은확정된균배양결과가결과가나올때까지 5-7 일사용한다. 만약균배양이양성일때 6주간항생제를사용하거나, 재차변연절제술을하거나, 전신상태가좋지않은경우장기간의경구항생제억압요법을사용할수도있다. 일반적으로감염을박멸하는성공률을 95% 이상으로알려져있다. 21,22,25,28,32,33) 관절형과비관절형스페이서 (spacer) 에대해일부저자들은차이가없다고보고하고하지만, 34) 일반적으로재감염률의차이는없는것으로알려져있지만술후의기능적결과는관절형스페이서 (articulating spacer) 가더좋은것으로알려져있다. 26) 2) 1단계재치환술 ( Direct (single-stage) reimplantation arthroplasty) 이술식은독성이적은균주에의한감염그리고나이가많고활동이적은환자에게서적용할수있으며 2단계치환술에서 6주간

4 338 경희수ㆍ문종욱 기다리는방법보다는 povidone-iodine 을섞어적시면서 (soaking) 30분기다려서그사이에지혈대를풀고항생제를정맥주사하고그후에창상을닫는법을소개하고있다. 35) Silva 등 33) 은성공적인결과를얻기위해그람양성균이고배농공이없고, 철저한변연절제술을하고, 항생제함유시멘트를쓰고, 항생제치료를 12주이상하고, 뼈이식을하지않고건강한환자에게서좋은결과를얻을수있다고보고하고있다. 성공률은 3.95 년추시시 89.2% 로보고하고있다. Segawa 등 12) 은무균성해리가있는환자의재치환술후수술내균배양에서양성인 5예를대상으로 6주간정맥항생제를사용한후 5예모두에서회복되었다고보고하고있다. 3) 억압적항생제요법 (Suppressive antibiotics therapy) 적응증은환자의전신상태가좋지않아치환물을제거할수없는경우, 그리고치환물의이완이없는경우, 그리고감염균의독성이적고경구용항생제에반응할수있는경우에해당할수있다. 28,36) 이치료의목표는증상을줄이고관절기능을유지시키고감염의전신적인확산을예방하는데있다. 그러나금기증으로는다른관절에인공관절을치환받은사람으로서항생제억압요법이실패할경우에는감염되지않은관절에혈행적으로균이전파될수있기때문이다. 10,37) 항생제치료는보통 6주정도의고용량의정맥주사를하게되며항생제의감수성에따라적절한항생제를사용해야한다. 치료성공률은 10-25% 로보고되고있다. 38) 수술방법으로골수강내고정술 (intramedullary nailing), 외고정술 (external fixation) 및이중금속판고정술 (dual plating) 이있다. 급성감염이있는경우에는단계적으로감염제거후실시하는것이좋다. 골수강내고정술은심한골결손이있는경우골이식을하면서견고한고정으로유합을얻을수있다. 그러나감염이조절되지않는경우관절상 하골수강내로감염의전파가능성이있다. 감염재발시쉽게제거할수있도록긴골수강내정 (long intramedullary nail) 을사용한다. 외고정술은심한분절골결손이있는경우에는사용을피하는것이좋으나, 감염이완전히조절되지않은경우외고정술을실시하면서골이동술및골연장술을동시에병행하여실시할수도있다. 18) 외고정술은감염된삽입물제거와동시에사용할수있지만, 골수강내고정술은감염삽입물제거후골수정삽입까지감염소실된후까지기다려야하는단점이있다. 28) 이중금속판방법은외고정이나단일금속판방법보다는더효과적인것으로알려져있다. 43) Mabry 등 44) 에의하면감염제거율은 94% 라고하며관절유합성공률은골수강내고정의경우 96%, 외고정의경우 67% 라고하였으며출혈이골수강내고정시술시더많았다고하였다. 부가적인골이식술은 34% 였으며, 합병증은 41% 였으며, 이중핀부위감염 21%, 지연유합 10%, 핀부위골절 8%, 심부감염 5% 라고보고하였다. 합병증은외고정술은 20-50%, 골수강내고정술은 40-56% 라고보고되고있다. 45) 일반적인치료의성공률은 71-95% 이다. 8,28,40,46) 4) 절제관절성형술 (Resection arthroplasty) 감염된치환물과조직을모두제거하고재치환술을시행하지않는방법이다. 적응증은골과연부조직의상태가불량한경우, 다약제내성균감염, 재치환술을감당할만한전신상태가되지않는경우, 재치환술에여러차례실패한경우, 고령이나보행이불가능한환자, 보행이제한적인다발성류마티스관절염환자등이다. 단점은이동이나보행시동통을동반한슬관절불안정성이빈발하고다리가짧아지며기능이불량하여궁극적으로환자의만족도가낮다는점이다. 8,39) 치료의성공률은 50-89% 이다. 8,40-42) 5) 관절유합술 (Knee arthrodesis) 관절유합술은안정되고통증이없는다리를만들수있지만어느정도의하지단축이발생한다. 뼈의결손의정도가관절유합술성공을결정짓는데가장중요한요소이다. 적응증은기능적요구가큰환자, 한쪽관절, 젊은사람, 신전기전이없는사람, 연부조직이좋지않은사람, 면역상태가좋지않은사람, 독성이강한균에감염이된경우적응이된다. 상대적인금기증은동측의고관절또는족관절의관절염이있는경우, 반대쪽무릎의관절염이나절단된경우, 심한분절골결손이있는경우이다. 6) 절단술 (Above- knee amputation) 대퇴부절단술 (above-knee amputation) 은다른모든치료방법에도반응하지않는슬관절전치환술감염에서적응증이될수있다. 요약 는환자개개인의상황에맞추어이루어져야하며, 수술전철저한계획을세우고수술에필요한정보를최대한확보한후실시한다. 급성감염의경우철저한변연절제술및항생제주사로치료할수있다. 그러나만성감염의경우 2단계재치환술이가장좋다. 항생제함유시멘트를적절히사용하고관절형스페이서를사용하면더기능적인결과를얻을수있다. 4) 참고문헌 1. Clayton RA, Amin AK, Gaston MS, Brenkel IJ. Five-year results of the Sigma total knee arthroplasty. Knee. 2006;13: Keating EM, Meding JB, Faris PM, Ritter MA. Long-term

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7 341 Treatment of Infections after Total Knee Arthroplasty Hee-Soo Kyung, M.D., and Jong-Uk Mun, M.D. Department of Orthopedic Surgery, School of Medicine, Kyungpook National University, Daegu, Korea The current infection rates after total knee arthroplasty (TKA) are reported to be 1% to 2% for primary TKAs and 4% to 8% for revision surgeries. The increased finding of resistant pathogens further complicates the problem of prosthetic joint infection. The infection occurs due to an imbalance between the epidemiologic triad of bacterium, host, and environment. The goals of treating an infected patient after TKA are eradicating infection, relieving pain, and providing a stable and functional prosthesis. The management of an infection after TKA should be based on the patient's condition, including the overall prognosis, associated disease, quality of bone, soft tissue coverage, extensor mechanism, and the patient s willingness and medical capability of undergoing multiple surgeries. For best results, the surgeon should make a careful pre-operative plan, and ensure the availability of pre-operative information including preoperative diagnosis, date of index operation, kind of implant, previously used antibiotics, time since index surgery, amount of resection, and complications. Key words: total knee arthroplasty, infection, treatment Received April 18, 2010 Accepted May 18, 2010 Correspondence to: Hee-Soo Kyung, M.D. Department of Orthopedic Surgery, School of Medicine, Kyungpook National University, 50, Samduk-2 ga, Jung-gu, Daegu , Korea TEL: FAX: hskyung@knu.ac.kr

세라뉴스-2011내지도큐

세라뉴스-2011내지도큐 2 2 8 17 18 22 23 24 Heinrich Wecker 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 예정된 이벤트 증례2 : 세라믹-폴리에틸렌 고관절 치환술후 발생한 비구-대퇴 해리로 세라믹-세라믹 관절면을 사용하여 재수술 진단 : 고관절 통증으로 내원한 65세 여자환자, 20년전 세라믹-폴리에틸