대한고관절학회창립 25 주년기념학술지 목 차 2 8) 하지부동이있는감염성고관절염후유증에서의인공고관절치환술 국립의료원 / 이중명 (181) 9) 인공고관절전치환술후합병증 골용해 - 발생기전과약리학적조정의현주소 - 울산의대 / 이수호 (190) 고관절전치환술후탈구 부산의대

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1 대한고관절학회창립 25 주년기념학술지 목 차 1 1. 발간사 한림의대 / 장준동 2. 축사 경희의대 / 유명철 3. 대한고관절학회 25 년의역사 서울의대 / 김영민 4. 종설 1) 고관절생체역학의이해 가톨릭의대 / 우영균 권순용 김용식 ( 85 ) 2) 무시멘트인공고관절전치환술 Cementless Femoral Stem 이화의대 / 김영후 ( 91 ) 무시멘트스템의표면처리 가톨릭의대 / 김용식 ( 95 ) 광범위세공피복주대 인하의대 / 문경호 ( 99 ) 근위부미세포말형대퇴스템 고려의대 / 박상원 (105) Taper형무시멘트대퇴주대를사용한고관절전치환술 -최소 9년추시결과- 연세의대 / 황성관 (111) 무시멘트형대퇴부스템 서울의대 / 구경회 (116) 3) 시멘트형인공고관절전치환술 인제의대 / 고한석 (120) 4) 대퇴골두무혈성괴사에서의양극성반치환술 한양의대 / 최일용 (127) 5) 인공관절면 Bearing Surface of Total Hip Arthroplasty 고려의대 / 손원용 (133) 고관절전치환술에서의금속-금속관절면 한양의대 / 김영호 (138) 세라믹-세라믹관절면 서울의대 / 김희중 김용래 (145) 고도교차결합폴리에틸렌 경희의대 / 조윤제 김강일 유명철 (151) 6) 고관절표면치환술 성균관의대 / 박윤수 (159) 7) 최소침습술 최소침습을이용한인공고관절전치환술- 총론 - 연세의대 / 한창동 (166) 미니절개술을이용한고관절전치환술 계명의대 / 민병우 (169) 최소침습인공고관절전치환술 전남의대, 화순전남대학교병원관절센터 / 윤택림 배봉현 (174) Vol.18, No.2, 2006

2 대한고관절학회창립 25 주년기념학술지 목 차 2 8) 하지부동이있는감염성고관절염후유증에서의인공고관절치환술 국립의료원 / 이중명 (181) 9) 인공고관절전치환술후합병증 골용해 - 발생기전과약리학적조정의현주소 - 울산의대 / 이수호 (190) 고관절전치환술후탈구 부산의대 / 서근택 (196) Infection after THR 조선의대 / 이상홍 (203) 10) 재치환술 골반골골용해의치료시잘고정된무시멘트비구컵의재치환술 한림의대 / 장준동 (214) 인공고관절재치환술에서조립형대퇴스템 전북의대, 광주기독병원 * / 박명식 정영률 * 송상헌 오상수 (220) 11) 대퇴골두괴사의비수술적치료법 경북의대 / 김신윤 (230) 12) 고관절주위절골술과관련된최신지견 울산의대 / 장재석 (235) 13) Arthroscopy of the Hip Joint 충남의대 / 황득수 (245) 14) 고관절골절의최신지견 포천중문의대 / 윤형구 (258) 5. 부록 1) 대한고관절학회연혁 (273) 2) 대한고관절학회약사 (274) 3) 역대회장및임원 (275) 4) 학회지게재논문현황 (279) 5) 역대학술대회및연제 (280) 6) 현임원명단 (314) 7) 회원명단 (315) 8) 회칙 (323) 9) 논문투고규정 (325) Vol.18, No.2, 2006

3 종 설

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5 대한고관절학회지제 18 권제 2 호 Vol. 18, No. 2, June, 2006 고관절생체역학의이해 우영균 권순용 김용식 가톨릭대학교의과대학정형외과학교실 서론정형외과분야에서수술적치료를포함한제반임상적치료의발달은생체역학에대한보다명확하고근거있는조명과이해를요하고있으며, 이와연관된연구도최근 30여년사이에점진적으로증가하는추세이다. 생체역학은관절의정상적인기능뿐만아니라, 병적상태의뼈및관절에있어서치료의방향을제시하고, 새로운수술적기법및최신의진보된인공관절기기의개발에매우중요한기초지식이며, 중요한해법의열쇠를제공하는역할을하고있다 12, 22). 고관절분야에서도많은연구가진행중이며, 보행, 근육의기능적역할, 퇴행성관절의병리및절골술을포함한치료적접근, 골절및인공고관절분야에서특히많은생체역학적관심이이루어지고있다. 즉, 생체역학을통하여체중이관절면을통해전달되는기전의이해, 퇴행성관절질환의병태생리학과정상적인관절기능의생리학에의효과적인접근이체계적인접근이가능하며, 또한생활환경적측면에서생체역학의적용은만성적관절질환의진행을이해하거나관여하는병적요인의분석을가능하게할수있다 28). 특히고관절분야에서이런환경에대한지식은수술적술기나환자치료에도영향을줄수있는데, 이러한구체적인활용은지난 25 년간급진적인고관절치환술의설계, 재료의선택그리고구성물의고정에관련된눈부신발전을거론할수가있고, 최근의관절염, 외상, 고관절결함에대해해법을제시하고있다 26). 본저자는정형외과의사의측면에서반드시이해하여야할고관절의기초적인생체역학을크게관절의윤활성및적합도, 관절에가해지는힘, 관절면의역할, 관절부조화 의관절병태발현에대한기전, 체중부하및병적상태에서의체중부하의변화및고관절의운동시동적변화에대하여분야별로토론하고자한다. 본론 1. 고관절의기하학고관절은신체에서가장크고안정된관절중의하나로, 슬관절과는달리기하학적측면에서볼-소케트관절로분류되어내인성안정성을확보하고있다. 이러한관절의기학적특성은일상적인활동중광범위한운동범위를가지게되며, 주위의연부조직으로보강되어가동성측면에서안정되며견고한구조를형성하고있다. 표면의관절연골은하중전달에중요한기능을담당하는데, 일상적인관찰에서비구와대퇴골두의관절면은완벽하게일치하는것으로관찰되나, 사실각각에대한정밀한구면계측 (curvature measurement) 은체중이부하되지않거나, 다소저체중부하상태에서는완벽한상호간의구면 (sphericity) 은이루지않는즉관절의불일치성 (incongruity) 이확인되었다 14,7,19). 이러한비체중부하시의관절의불일치성으로인하여, 관절에부하가적절하게가해지는경우에는각각의관절운동각도및위치에따라특별히체중이부하되는영역이존재하게되며이러한영역의크기나위치는관절의상대적인위치에따라변하게되어적절한하중의분배와연관성을가지고관절을보호하는데긍정적인생역학적요인으로작용하게된다 15). 2. 고관절에가해지는힘 통신저자 : 우영균서울특별시영등포구여의도동 62 번지가톨릭대학교의과대학여의도성모병원정형외과 Tel: Fax: wooyk@catholic.ac.kr 일반적인힘이란물체를가속하거나또는변형시킬수있는물리적인양으로정의될수있는데, 두물체사이의작용 (action) 을의미하는데, 고관절에가해지는힘을이해하기위해서는두가지측면에서힘에대한이해가필요하다. 즉서로다른물체가표면을접촉함으로써발생되는 85

6 우영균 권순용 김용식 경우와중력 (gravitational force) 의경우처럼일정한거리를두고간접적으로발생되는경우로서, 이와같이근골격계에관절의상호작용을일으키는힘을외부효과 (external effect) 와내부효과 (internal effect) 로구분하여이해할있다. 여기서외부효과에포함되는요소로는지면과작용하는힘 (ground reaction force), 중력및관성 (inertia) 으로구성되며, 내부효과는주위근육과인대구조에서발생하는능동적, 수동적인장력에기인한다. 이러한다양한힘의분포와조화의결과는관절의상호작용하는근본적인요소이다 35). 고관절이기능적인운동을하는동안고관절에작용하는힘에대해수많은연구가보고되었고 32,33), 직간접적인측정과수학적분석이보행시고관절에가해지는생역학적영향을분석하는데사용되었다. Paul은정상보행할때고관절에발생하는힘의크기를간접적인방법으로표현하였다 3). 이는보행주기에서중간입각기 (midstance) 이후에발생하며힘의최대치는체중의 4배이상으로, 입각기 (stance phase) 와유각기 (swing phase) 에서부하되는힘이다양하고, 빨리변화하는것을보여준다 26,35) (Fig. 1). 하지의한편으로체중부하시에는전면의정적인분석 (frontal plane static analysis) 에서체중의 2.5배되는힘이관절이가해지게되는데, 여기에관여되는분석인자로는대퇴골중심으로부터외전근과체중중심까지의지렛대 (lever arm) 의비율 1:2, 외전근의작용, 중력, 하지를제외한 5/6 의체중이관여되며, 특히지렛대의비율에따른관절에대한부하의증가를보여주고있다 35) (Fig. 2). 이는정지된상태에서고관절의관절연골에작용하는체중부하의의미있는지표로서, 이런결과는고관절기구를이용한보다정밀한비생체에서의실험및생체이용실험과관련된보고에서직접적으로확인할수있다 10,30). 3. 체중부하접촉면의생역학적이해고관절의대퇴부골두와비구의관절연골의체중부하, 보행주기, 자세에따른접촉면및면적에대한몇몇의연구가시행되었고, Greenwald 등은 51 명의정상성인사체를이용한모의실험에서연골염색의기술을도입하여, 입각기와유각기에서고관절의체중부하영역을유형화하였다 16-17). 이들의실험에서보면, 비구및대퇴골두간의관절불일치로인하여부하를받지않는관절구는형태학적으로비구관절의구형상태가대퇴골두보다작은직경을보이고있고, 따라서적절한관절부하에따라변형됨으로써접촉면적의추이를보이게된다. 구체적인보행주기에따른변화를보면, 입각기동안발생하는힘은비구의관절면전체가체중부하에관여하고, 이때접촉면적은대퇴골두의관절면적과같으며, 그접 Fig. 1. Magnitude of the resultant hip joint reaction force during walking.(modifed and redrawn from Paul JP. Proc Instit Mech Engrs 181: 8, 1967.) Fig. 2. Joint reaction force acting across the left hip during one-legged frontal plane stance for different ratios of the abductors and body-weight arms. 86

7 고관절생체역학의이해 촉위치는대퇴골두와비구의관절운동방향에의해결정된다. 전체적으로대퇴골두관절면의약 70~80% 가관여하며, 평균접촉면적은평균 4.2 inch 2 에해당되고, 평균적으로관절면에작용하는가장큰압력은 326psi 이다. 이들분석에서보면형태학적예측에서와같이골두의하방과중심와주위는비체중부하지역으로남는데, 정상적인관절에서이지역은관골구 (acetabular fossa) 의주위연부조직과원인대로덮혀있는부위에해당된다. 보행시유각기의적은하중이부분적으로접촉했다가입각기에서최대로접촉하게되는현상은체중부하가불일치 (incongruent) 에서일치 (congruent) 상태로의주기적변화가있음을확인하는결과로서, 이과정에서대퇴골두와비구의전상방관절면이반복적인체중부하에노출되게된다. 이러한관절에가해지는부하가커질수록관절의상호일치성이증가하는현상을 Fig. 3. 에서이해하기쉽게보여주고있다. 보행연구는유각기에서고관절이가장적은접촉면을가지게된다는사실을보여준다. 그순간에관절내활막액이연골관절면의전부는아니라도최대로접촉할수있다. 고관절에가해지는하중이증가할수록관절면사이의활액막액은점차밀려나려는압력을받는다. 이러한반복적인하중은비정상적인관절면에는명백하게손상을줄 4. 관절불일치의생역학적중요성 불일치한관절면에신체부하가가해지면서관절의일치가생기는역동적인현상은관절기능의여러방면에영향을미친다. 정상고관절에가벼운하중이가해졌을때불완전하고분리된접촉면이존재한다는사실을통하여, 활액막이존재하는다른관절의불일치한교합특징을알수있다 3,13-14,29). 이러한관절의불일치라는형태학적존재는관절내체중이가해지는부위의영역범위와접촉관절면의위치두가지모두에영향을미치고, 부분적으로는관절면에가해지는압력분포에도관계가있을것으로보인다. 만약, 관절면이불일치하게고정되어있다면큰하중이가해질때관절연골은쉽게파괴가되고말것이다. 그러나서술한바와같이, 고관절은입각기동안에최대부하가가해질때완전한병치 (apposition) 를이룬다. 이러한관절의유순도 (compliance) 는불일치성에서일치성으로의변화과정에관여하는두층으로이루어진관절연골과그아래의연골하골의변형에의해서생겨난것이다 23,25). 이러한변화는큰하중이관절내에고르게분포하도록하는데일조하는데, 흥미로운사실은관절들에필요한역동학적요소들이차이가있으면서서로영향을미침에도불구하고고관절과슬관절, 족관절에가해지는최대압력이약 300psi 정도로비슷하다는사실이다. 이러한사실은중력과는독립적으로하지의체중부하관절들이유사한압력환경에처해있다는것을시사하는생역학적수치이다. 또한, 불일치는관절면의영양공급뿐아니라윤활기능에도영향을미칠수있다. 관절연골과활막액사이의빈번한직접접촉은영양공급과낮은마찰저항계수를유지하여관절본연의기능을수행하는데필요하다 18,21). Fig. 3. Visualization of the change from in-congruent to congruent articulation of the hip. The growth in cartilage contact area corresponds to increasing weightbearing force. F. 87

8 우영균 권순용 김용식 수있으나, 정상관절을유지하는데또한필요한것으로보인다. 보행과같이주기적으로하중이가해질때, 초기의불일치는연골면이각주기동안활막액에노출될수있도록해준다. 따라서, 관절의불일치는정상적인관절의기능을유지하기위해필수적인요소라고볼수있다 16-18). 5. 체중부하와관절의병적변화 인간의활막관절이상의발현과진행이체중부하와직접적으로어떤관계가있는지에대해서는아직정확하게알려지지않고, 이와관련된연구가지속적으로진행중으로서 Harrison등은대퇴골두의소주배열연구를통해주된하중이관절면에가해지는과정을압력분포영역 (pressure area) 을이용하여설명하고자하였는데, 무작위로 100 개가넘는대퇴골두를대상으로한연구에서관절면전상방에호발하는연골파괴의육안적소견이바로이영역과상관관계가있음을밝혀냈으며, Fig. 4. 에서와같이골수주가잘발달된변연부주위즉골두외측과대퇴골두와주위에비압력분포영역 (non-pressure area) 를관찰하였다 20). 즉, 대퇴골두표면의 71% 에서관절의하방부위와가장자리, 대퇴골두와주변등에는노화과정으로볼수있는비파괴적인변화가존재하며, 이부분이비압력분포영역에해당되고, 관절압력이과도한경우이영역의결핍으로압력분포가증가하게되면퇴행성변화를가속화할수 Fig. 4. Distribution of pressure and non-pressure areas of the adult femoral head. (1. Trabecular underlying pressure areas are shown by shaded area. 2, 3 non pressure areas occur around the periphery of the head and peri-foveal region) 있다는결론을보고하였다 20). 이러한사실은 Byer 등에의하여대퇴골두병변을보다지리적으로기술하여진행하면서골관절염병변과관계가있으면서, 동시에진행하지않고노화와관계가있다고주장하였다 8). 그들의연구에따르면비구의전상방부위의진행성변화는단순한섬유성연축부터골노출까지생길수있으나그중간단계는없는것으로보아반복적인관절하중은관절연골을빠르게파괴시킨다는것을알수있으며, 임상적으로인공고관절전치환술을시행받은환자들의관절연골을육안으로관찰함으로서동일한결과를확인가능하며체중부하와관절연골의병적인변화사이의개념을확립할수있다. 6. 고관절의역동적변화에대한생체역학적특성 고관절이움직이는동안고관절을이루는관절면이일치와불일치를반복할때그관절면에힘이분포하는양상은, 관절의구조와연골의두께, 그리고연골과연골하골을구성하는구성물질의차이등의다양한요인에의해결정된다. 역동적관절운동시고관절에가해지는압력의분포를해명하기위해여러가지실험실및수학적접근이시도되었다. 그최고치는대상의자세, 측정방법, 구성물질에따라 200~1500 psi 까지다양한결과가관찰되었지만, 1-2, 6, 단정적인명확한지표의제시에는미흡한점이있었다 10, 24). 상술한압력의분포는연골에서부터측정할수있는만큼의수분을삼출시킬수있기에충분한하중으로서, 연골은구성부피의약 80% 가수분으로이루어져있는점을고려한다면관절연골에가해지는부하에대한여러유사한연구에서정상적으로관절이움직이는동안빠르고다양한압력의발생은연골의소실을유발할수있다는것이공통된결론에도달하게된다 5-6,18). 일반적인관절의역동적운동중에빠르고불규칙한관절에대한압력은관절연골의기질의소실을유발할수있고, 관절연골의전반적이아닌국소적하중의분포로서나타나게되는데, 관절연골은점탄성의물질들로이루어져있기때문에시간이흐를수록점진적으로그기능을소실해갈것이라는것은예상할수있다 36). 즉, 주기적인부하가가해질때마다점탄성의물질은에너지를상실하게된다. 관절에가해지는부하에대한작용면적의차이는한주기에대해흡수되는에너지를설명할수있다. 높은빈도의부하가가해지게되면관절연골의점탄성물질이반응할수있는시간도줄어들기때문에, 만약가해지는부하의빈도가변하게되면이력현상 (hysteresis effect) 의크기또한변할것임을예상할수있으나, 일반적인걷기와같은주기적인관절의부하가가해지는동안관절은이력현상이축적되어변형을일으키는것이아니라 88

9 고관절생체역학의이해 원상회복이가능하다 9,31,34). 이러한현상이일어나지않으면, 결국연골과뼈는많은에너지의축적에의하여관절에구조적인손상을입게되며, 관절연골이점탄성성질의유지는주위연부조직과의상관관계를보이면서이러한연골의손상을예방하게되며, 이런방식으로고관절은오랜시간안정적인구조를유지하게되는것이다 18). 결 관절의생체역학적특성에대한이해를다양한보고를통하여토론하고자하였고, 고관절의구조적인환경과생체내에서관절연골이보이는물질적인행동을특성화측면에서관절연골의구조, 부하되는힘, 보행주기의정적및동적상태에서의관절연골의하중이변화, 인체에서체중부하면적에따른정상적및비정상적병적상태를각각생체역학적측면에서의접근하여해석하고자하였다. 이러한분야는일반적인정형외과임상의사들에게는다소생소하고, 근본적인이해가다소어려운점이많으나, 최근정형외과영역에서가장많은질환인퇴행성관절염, 인공관절술, 외상학을다루는데이러한분야에반드시필요한대한정형외과적기초지식임이자명하다고볼수있으며, 향후고관절의생체역학적분야에대한이해와집중적인연구를통하여보다성공적인임상적치료결과를기대할수있을것이다. 론 REFERENCES 11) Adams D, Swanson SAV: Direct measurement of local pressure in the cadaveric human hip joint during simulated walking. Ann Rheum Dis, 44: 658, ) Afoke NYP, Byers PD, Hutton WC: Contact pressures in the human hip joint. J Bone Joint Surg, 69-B: 536, ) Black JC, Matejczyk MB, Greenwald AS: Reversible staining technique for defining articular weight-bearing surfaces. Clin Orthop, 159: 265, ) Blowers DH, Elson R, Korley E: An investigation of the sphericity of the human femoral head. Med Biol Eng, 10: 762, ) Brown TD, Ferguson AB: The development of a computational stress analysis of the femoral head. J Bone Joint Surg, 60-A: 619, ) Brown TD, Shaw DT: In vitro contact stress distributions in the natural human hip. J Biomech, 16: 373, ) Bullough PG, GoodfellowJW, Greenwald AS, O Connor JJ: Incongruent surfaces in the human hip joint. Nature, 217: 1290, ) Byers PD, Contemponi CA, Farkas DA: Postmortem study of the hip joint. Ann Rheum Dis 29: 15, ) Currey JD: The mechanical properties of bone. Clin Orthop, 73: 210, ) Davy DT, Kotzar GM, Brown RH: Telemetric force measurements across the hip after arthroplasty. J Bone Joint Surg, 70-A: 1: 45, ) Day WH, Swanson SAV, Freeman MAR: Contact pressure in the loaded human cadaver hip. J Bone Joint Surg, 57-B: 302, ) Ekholm R: Osteoarthritis in the knee joint with special reference to the weight-bearing in the joint. Acta Morphol Scand, 1: 63, ) Ficat RP, Hungerford DS: Disorders of the Patellofemoral Joint. Baltimore, Williams & Wilkins, 359, ) Fukubayashi T, Kurosawa H: The contact area and pressure distribution pattern of the knee-a study of normal and osteoarthritic knee. Acta Orthop Scand, 51: 143, ) Goodfellow JW, Bullough PG: Studies on age changes in the human hip joint. J Bone Joint Surg, 50-B: 222, ) Greenwald AS, O Connor JJ: The transmission of load through the human hip joint. J Biomech 4: 507, ) Greenwald AS, Haynes DW: Weight-bearing areas in the human hip joint. J Bone Joint Surg, 54-B: 163, ) Greenwald AS, Manley P: Energy absorption in the human hip. J Bone Joint Surg, 55-A: 652, ) Hammond BT, Charnley J: The sphericity of the femoral head. Med Biol Eng, 5: 445, ) Harrison MHM, Schajowicz F, Trueta J: Osteoarthritis of the hip; a study of the nature and evolution of the disease. J Bone Joint Surg, 35-B: 593, ) Kettelkamp DB, Jacobs AW: Tibiofemoral contact area determinations and implications. J Bone Joint Surg, 54-A: 349, ) Lloyd-Roberts GC: Osteoarthritis of the hip. J Bone Joint Surg, 37-B: 8, ) Maquet PG, Van De Berg AJ, Simonet JC: Femoral tibial weight-bearing areas. J Bone Joint Surg, 57-A: 766, ) Mizrahi J, Solomon L, Kaufman B, O Duggan T: An experiment method for investigating load distribution in the cadaveric human hip. J Bone Joint Surg, 63-B: 610, ) Moran JM, Hemann JH, Greenwald AS: Finger joint contact areas and pressures. J Orthop Res 3: 49, ) Paul JP: Forces transmitted by joints in the human body. Proc Inst Mech Engrs, 181: 8, ) Pauwels F: Biomechanics of the Normal and Diseased Hip. New York, Springer- Verlag, 149, ) Radin EL, Paul IL, Rose RM: Role of mechanical factors in the pathogenesis of primary osteoarthritis. Lancet, 1:519, ) Ramsey PL, Hamilton W: Changes in tibio-talar areas of contact caused by lateral talar shift. J Bone Joint Surg, 58-A: 356, ) Rydell N: Forces acting on the femoral head-prosthesis. A study on strain gauge supplied prostheses in living 89

10 우영균 권순용 김용식 persons. Acta Orthop Scand(Suppl), 37: 88: 1, ) Sedlin ED: A rheologic model for cortical bone: a study of the properties of human femoral samples. Acta Orthop Scand(Suppl), 83: 1, ) Seireg A, Arvikar RJ: A mathematical model for evaluation of forces in the lower extremities of the musculo-skeletal system. J Biomech, 6: 313, ) Seireg A, Arvikar RJ: Muscular load-sharing during walking. J Biomech 8: 89, ) Simon SR, Radin EL, Paul IL: The response of joints to impact loading. II. In vivo behavior of subchondral bone. J Biomech, 5: 267, ) Steinberg ME: Biomechanics of the hip, The hip and its disorder, W.B., 1st. ed., 47, ) Walker TW, Graham JD, Mills RH: Changes in the mechanical behavior of the human femoral head associated with arthritic pathologies. J Biomech, 9: 615,

11 대한고관절학회지제 18 권제 2 호 Vol. 18, No. 2, June, 2006 Cementless Femoral Stem Young-Hoo Kim, M.D. The Joint Replacement Center of Korea Ewha Womans University College of Medicine, Seoul, Korea Cementless femoral stem fixation has undergone substantial evolution over the past two decades. More data have become available in support of its clinical efficacy and durability. Waddell et al. reported on the trends of implant selection in North America from 1995 to 2001 with use of data from the North American Hip and Knee Registry, in which 10,299 primary total hip arthroplasties had been enrolled at the time of the study. Cement was used for fixation of the stem in 66.2% of the procedures in 1995, compared with 38.6% of the procedures in Similarly, the percentage of procedures in which cement was used for fixation of the cup decreased from 12% in 1995 to 7.8% in This trend was attributed to improvements in design and surgical technique, coupled with increasing amounts of data supporting the clinical success and durability of cementless fixation. Kim 1) reported the intermediate-term results of a prospective clinical trial in which seventy patients were randomized to receive a total hip prosthesis designed for insertion with cement or the prosthesis designed for insertion without cement. After a mean duration of follow-up of 7.8 years, there was no difference in clinical and radiographic results between the two groups. Laupaics et al. 2) reported the intermediate-term results of a prospective clinical trial in which 250 통신저자 : 김영후서울특별시양천구목동 이화여자대학교동대문병원한국인공관절센터 Tel: Fax: younghookim@ewha.ac.kr patients were randomized to receive a total hip prosthesis designed for insertion with cement or the same prosthesis designed for insertion without cement. After a mean duration of follow-up of 6.3 years, the number of stem revisions in the group that had fixation with cement was significantly greater than in the group that had fixation without cement (P=0.002). There were no differences between the groups with regard to any of the parameters of a very comprehensive functional outcome analysis that involved the use of several measurement instruments. It has become increasingly apparent that the clinical results associated with cementless stems are influenced by several important factors, including material, geometry, and the extent of coating. Traditionally, implantation of the femoral component of total hip arthroplasty requires a larger surface area of bone to be prepared and if the loading patterns of the stem are not anatomic there is a risk of subsequent bone resorption within a significant portion of the proximal femur. This process provides a path for wear particles from the joint space to migrate distally to increase the potential for particle induced osteolysis. Cortical bone loss and trabecular bone density vary as a function of stem stiffness due to stress-shielding. Kim 3) recently reported the results from a prospective study to assess the clinical and radiographic differences between titanium alloy (Ti-6Al-4V) and higher-stiffness cobalt-chrome alloy (Co-Cr) stem using geometrically identical, proximally porous coated IPS TM stems in a matched series of patients (N=120). Calcar atrophy was more severe in the cobalt-chrome 91

12 김영후 group, and therefore, he recommended the titanium alloy femoral component to reduce the stress-shielding effect. Sumner et al. 4) showed that cortical bone stress-shielding was approximately 26% with a high-stiffness stem and 7.5% with a low-stiffness stem. In a study of cementless implants up to eleven years follow-up, 30% of hips were associated with moderate femoral density loss and 10% had severe bone loss and cortical thinning though there was no correlation with clinical symptoms 5). Thigh pain is also a significant complication after apparently successful cementless total hip arthroplasty and can range from immediate postoperative mild symptoms to severe disabling pain that may require revision surgery several years after initial surgery 6,7). A review of clinical studies has shown that the use of a femoral component with a long stem can increase the risk of thigh pain due to impingement of the stem tip on to the femoral cortex 8) and a study of 271 patients two years postoperatively, demonstrated that it is directly correlated with increased stem size 9). Other suggested causes of thigh pain include: micromotion or loosening 7,10,11), uneven stress patterns around the stem resulting from incorrect loading, and stem tip sclerosis. Additionally, varus/valgus placement of the stem during implantation could lead to thigh pain. Clearly, the goals for a successful total hip prosthesis design must address the existing limitation as well as taking advantage of design features that have demonstrated benefits to the patient. The most recent development in the cementless total hip prostheses have focused on two main approaches to fixation: distal (diaphyseal) fixation of the stem in the strong diaphyseal cortical bone, or achievement of mechanical stability in the proximal (metaphyseal) part of the femur. The design rationale for proximally-fixed components is to transmit forces from the hip joint to the most proximal part of the femur in an attempt to maintain as much stress as possible in the proximal femoral bone for the reduction of bone loss 12). Anatomic stems were introduced to attempt to mimic the natural geometry of proximal femur and to provide physiological loading patterns of the femur. Some designs, such as the IPS TM12), the Mayo Conservative hip 13) and the Santori custom stem 14) have short and tapered distal stem, or discarding much of the distal stem with the aim of maximizing bone and soft tissue conservations. Durable fixation and a low rate of thigh pain consistently have been reported in association with tapered designs. Teloken et al. 15) reported excellent fifteen-year results in a study of fortynine total hip arthroplasties that had been performed with a tapered cobalt-chromium stem with a proximal porous coating. Kim et al. 3,12,16) reported 100% survivorship of anatomic IPS titanium tapered femoral stem between five and seven years postoperatively. No hip had a stem subsidence. Garcia-Cimbrelo et al. 17) reported good eleven-year results in a study of 104 total hip arthroplasties that had been performed with a tapered niobium-titanium stem with a rectangular cross-sectional geometry. No stem was revised. However, the prevalence of stem subsidence was 11.5%. Reitman et al. reported good thirteen-year results in a study of ninetytwo total hip arthroplasties that had been performed with a tapered titanium-alloy stem with a plasma-spray coating. No stem was revised. The prevalence of stem subsidence was 7.6%. The important finding was that stem subsidence was no more common in femora with enlarged geometry than in femora with a smaller canal diameter. Aldinger, Sabo, and Breusch specificially analyzed the bone-remodeling around a tapered stem with use of dualenergy x-ray absorptiometry. The authors followed twenty-six patients prospectively for as long as seven years after surgery and also analyzed the bone-mineral density in another thirty-five patients at thirteen years after surgery. No major degree of stressshielding was found in any patient. There was minimal changes in overall bone-mineral density between one year and seven years. The changes at thirteen years paralled those observed in the prospective study group at seven years. The greatest reduction in bone density occurred in the 92

13 Cementless Femoral Stem proximal regions (Gruen zones 1 and 7). These data reflect the preservation of femoral bone density around one particular tapered stem after intermediate-term follow-up. Kim et al. 18,19) specifically analyzed the bone-remodeling around an anatomic tapered stem with use of dualenergy x-ray absorptiometry at five to seven years postoperatively. Bone mineral density was increase in Gruen zones 3, 4, and 5 zones and slight reduction in Gruen zones 1, 2, 6, and 7. At the recent Hip Society meeting, Engh Jr. et al. presented the results of 129 total hip arthroplasties that had been performed with use of an extensively coated cylindrical design and followed for a minimum of fifteen years. The overall rate of stem revision was 3%. The prevalence of femoral or pelvic osteolysis was 24%. Stem loosening was not associated with osteolysis, whereas cup loosening was associated with osteolytic lesions measuring >1.5cm2. D Antonio et al. reported on 227 total hip arthroplasties that had been performed with a hydroxyapatite-coated tapered stem and followed for a mean of 12.2 years. The mean age of the patients at the time of surgery was 51.8 years. Only one stem was revised for aseptic loosening, at 9.5 years. The rate of mechanical stem failure was 0.4%. The prevalence of severe thigh pain was 2%. All femoral osteolytic lesions in that series were limited to the proximal zones at the time of the most recent follow-up. Long-term data from these two series should serve as a benchmark for the evaluation of other stem designs in the future. Flexible femoral stems with lower stiffness were reintroduced into clinical use in the hope of reducing the stress shielding effects of the implant. Poor fixation and high rates of revision had been commonly noted in association with older designs. Karrholm et al. 20) reported the preliminary results of a prospective, randomized trial in which patients received either a traditional porous-coated composite stem with reduced stiffness. Radiostereometry demonstrated stable fixation of both types of stems, and there was no difference between the groups in terms of clinical outcome measures. Dualenergy x-ray Fig. 1. absorptiometry revealed that loss of bone mineral was significantly reduced around the composite stems at two years in Gruen zones 1, 2, 6, and 7 (P< to 0.04). Moreover, the patients who had received the composite stem had significantly fewer sclerotic lines surrounding the stem (P<0.002) and at the tip of the stem (P=0.001). These early results are encouraging with regard to the reduction of stress-shielding effects. The long-term clinical benefit remains to be substantiated. Kim developed new total hip prosthesis (Proxima TM hip)(fig. 1). The design rationale for Proxima TM hip is to transmit forces from the hip joint to the most proximal part of the femur in an attempt to maintain as much stress as possible in the proximal femoral bone for the reduction of stress-shielding related bone loss and to reduce wear and osteolysis. Key features of Proxima TM hip are very short anatomic stem to avoid excessive metal protrusion and hence reduce thigh pain, to preserve distal femoral bone, to reduce stress-shielding, and to have less blood loss. Alumina delta-on-alumina delta bearing surfaces are used to reduce wear and osteolysis. The cementless stem in the future should include the following features: the implant geometry has to fit cortical bone in the proximal 93

14 김영후 femur, ensuring cortical contact mediolaterally and anteroposteriorly to allow initial mechanical stability and ultimate biologic fixation; it must have stiffness relief that prevents adverse stem bone stiffness ratios; and it must have a fixation surface that provides a transitional stress transfer from the proximal to the diaphysis. REFERENCES 11) Kim Y-H: Bilateral cemented and cementless total hip arthroplasty. J Arthroplasty, 17: , ) Laupacis A, Bourne R, Rorabeck C, Feeny D, Tugwell P, Wong C: Comparison of total hip arthroplasty performed with and without cement: a randomized trial. J Bone Joint Surg Am, 84: , ) Kim Y-H: Titanium and cobalt-chrome cementless femoral stems of identical shape produce equal results. Clin Orthop, 427: , ) Sumner DR, Turner TM, Igloria R, Urban RM, Galante JO: Functional adaptation and ingrowth of bone vary as a function of hip implant stiffness. J Biomech. 31: , ) Effenberger H, Ramsauer T, Bohm G, Hilzensauer G, Dorn U, Litner F: Successful hip arthroplasty using cementless titanium implants in rheumatoid arthritis. Arch Orthop Trauma Surg. 122: 80-7, ) Brown TE, Larson B, Shen F, Mosbal JT: Thigh pain after cementless total hip arthroplasty: evaluation and management. J Am Acad Orthop Surg, 10: , ) Naumann T, Buchner F, Eckardt V: Pain in the following Zweymuller s total endomprosthesis: computerized tomography studies of the morphological behavior of the metaphyseal femur. Z Orthop Ihre Grenzgeb, 125: 664-8, ) Mishra AK, Skinner HB, Davidson JA: Stem loosening and thigh pain in THA; are they related to prosthesis stiffness? Orthopedics, 20: 58-61, ) Viesilovic EJ, Hozack WJ, Rothman RH: Incidence of thigh pain after uncemented total hip arthroplasty as a function of femoral stem size. J Arthroplasty, 11: , ) Fumero S, Dettoni A, Gallinaro M, Crova M: Thigh pain in cementless hip replacement. Clinical and radiographic correlations. Ital J Orthop Traumatol, , ) Kim Y-H, Kim J-S, Cho S-H: Primary total hip arthroplasty with a cementless porous-coated anatomic total hip prosthesis: 10-to 12-year results of prospective and consecutive series. J Arthroplasty, 14: , ) Kim Y-H: Cementless total hip arthroplasty with a close proximal fit and short tapered distal stem (third generation) prosthesis. J Arthroplasty, 17: , ) Morrey BF, Adams RA, Kessler M: A conservative femoral replacement for total hip arthroplasty. A prospective study. J Bone Joint Surg Br. 82: 952-8, ) Santori FS: Clinical results of a custom stem implant using round the corner technique. Presented at the DePuy Proxima Hip cadaver meeting. Bavaria, Germany, ) Teloken MA, Bisset G, Hozack WJ, Sharkey PF, Rothman RH: Ten to fifteen year follow-up after total hip arthroplasty with a tapered cobalt-chromium femoral component (Tri-Lock) inserted without cement. J Bone Joint Surg Am, 84: , ) Kim Y-H, Kim J-S, Oh S-H, Kim J-M: Comparison of porous-coated titanium femoral stems with and without hydroxyapatite coating. J Bone Joint Surg Am, 85: , ) Garcia-Cimbrelo E, Gruz-Pardos A, Madero R, Ortega-Andreu M: Total hip arthroplasty with use of the cementless Zweymüllar Allo-classic system. A ten to thirteen-year follow-up study. J Bone Joint Surg Am, 85: , ) Kim Y-H, Kim J-S, Kim D-Y: Cementless total hip arthroplasties with alumina-on-alumina bearings in young patients with osteonecrosis of the femoral head. J Bone Joint Surg Am. [In Press] 19) Kim Y-H, Sohn K-S, Kim J-S: Bone mineral density around hip prosthesis with ceramic-ceramic or ceramicpolyethylene bearing. J Bone Joint Surg Br. [In Press] 20) Karrholm J, Anderber C, Snorrason F, Thanner J, Langeland N, Malchau H, Herberts P: Evaluation of a femoral stem with reduced stiffness. A randomized study with use of radiostereometry and bone densitometry. J Bone Joint Surg Am, 84: ,

15 대한고관절학회지제 18 권제 2 호 Vol. 18, No. 2, June, 2006 무시멘트스템의표면처리 김용식 권순용 한석구 가톨릭대학교의과대학정형외과학교실 환자들이오랫동안동통없이무시멘트형인공고관절을사용하기위해서는인공관절이주위골과강한고정력을가져야한다. 이를위해서는주위골이생체적합성을가지고있는금속의표면으로밀착하거나 (osseointegration) 다공성을가지고있는표면내로골성장 (bone ingrowth) 이잘일어나야한다. 이런목적을가지고각기다른형태의인공고관절표면처리방법이개발되여사용되고있는데현재사용되고있는여러가지표면처리방식의제조방법, 장단점, 임상적유용성등을기술하고자한다. 인공고관절의표면처리방법은크게 osseointegration 을얻기위해사용되는표면처리방법과 bone ingrowth를얻기위해사용되는방법이있다. Bone ingrowth 를얻기위해사용되는표면처리방법 인공관절수술후주위골이인공관절의표면내로견고하게성장하기위해서는표면의다공성구조가필요하며특히 pore의크기가 150~400 um 정도되는것이가장적당한것으로보고되고있다. 따라서 bone ingrowth를목표로하는무시멘트형인공관절의표면의궁극적목표는기계적성질이약화되지않는범위내에서될수록많은다공성을가져야하며각 pore 의크기를 150~400 um 로최적화시키는것이라고볼수있다. 이런목적으로개발된표면처리방법이 bead coating 방법, plasma spray 방법, diffusion bonded coating방법이다. 1. Bead coating 방법 bead coating 방법은지름약 1 mm 내외의구술모양 통신저자 : 김용식서울특별시서초구반포동 505 가톨릭대학교의과대학정형외과학교실 Tel: Fax: yongsik@korea.com 으로생긴여러개의 bead를 organic binder( 일종의접착제 ) 를이용하여인공관절의표면에접착시킨다음에 argon gas와같이 nonoxidizing gas로채워진화덕에넣고약 2200~2400 F 의열을가하면접착된 bead 들이인공관절의표면과융합하거나자기들끼리융합되여인공관절의표면이다공성구조를가질수있게만들어준다. 이방법의단점은표면처리시가해지는상당히높은온도인데, 고온에서처리를함으로서인공관절표면자체의 microstructure에영향을주거나열에의해서생성된 bond가 notch나 stress concentrator로작용하여인공관절의피로강도를상당히약화시키는것이다. 이러한고열처리는 titanium이나 cobalt chrome 모두 microstructural change를가져올수있으나특히 titanium의경우는온도가 1720~1850 F 가되면 critical 한변화를초래하여위험한반면, cobalt chrome의경우는 titanium 만큼은심각한변화를초래하지는않지만역시피로강도가약해진다. 이런이유때문에 bead coating은주로코발트크롬합금으로만든인공관절에사용하며이방법을사용하는대표적인인공관절이 Depuy사에서만든 AML stem이다. 2. Diffusion bonded coating bead coating은처리시고온을사용하기때문에인체적합성이가장뛰어난것으로알려진 titanium에사용하기에는적절하지않다. 따라서 titanium을사용하면서가능한 titanium의 microstructure에영향을주지않는낮은온도에서표면처리를하기위해개발된방법으로현재 Zimmer 사만이이방법을사용하고있다. 이방법은우선 titanium wire를짧게자른다음구불어뜨려셔마치라면처럼만든다음일정한크기의 mold를만들어압력을가해서 pad 를만든다. 이 pad 를인공관절의표면에올려놓고 high density graphite와같은 non-reactive applicator를사용하여압력을가하여밀착시킨후화덕에넣고 1400~1800 F 의온도를가한다. 온도가가해지면 pad는인공관절의 substrate와융합하고 wire는 wire끼리융합되여다공성의구조를가지게된다. 이방법은 95

16 김용식 권순용 한석구 bead coating 보다는인공관절의피로강도가많이약화되지는않으나열처리후피로강도는원래재질보다많이약해진다. 3. plasma spray porous coating process 현재사용되고있는무시멘트형인공관절의표면처리는대부분 plasma spray방식이이용되고있다. 이방법을사용하기전에먼저표면처리를하고자하는인공관절의표면을 shot peening한다. Shot peening이란가공이끝난인공관절의표면을아주작은금속 ball로때리는것인데이렇게함으로서인공관절의표면에 compressive stress를주게된다. 만일 shot peening을하지않고그냥 alumina 등으로 blasting 처리만을하면 blasting으로생긴 notch 때문에 notch sensitivity가커져 fatigue strength가약해지게된다. 즉금속 ball로표면을때려 compressive stress를주면표면에생긴 notch등을없앨수있으며나중에표면처리하면서인공관절의 fatigue strength가약화되는것을최소화할수있다. 이과정이끝나면인공관절의표면에 plasma spray할부위를빼놓고 special masking을한다. Titanium은 bulk형태로있을때는괜찮으나 particle 이형성되면공기중의산소하에서산화하면서폭발하기때문에인공관절을산소가없는 nonoxidizing chamber에거치시킨다. Plasma gun내의 electrode사이에서형성되는 plasma arc를이용하여 Ti-6Al-4V powder를표면내로쏘면이 powder가인공관절의표면에부착하여자연스럽게다공성구조를만들게된다. 이방법으로만든인공관절은피로강도가 bead coating이나 diffusion bonded coating방법에비해서월등히높으며 cobalt chrome이나 titanium 모두에서비슷한 shear strength 를보고하고있다. 따라서이방법은인공관절의피로강도에크게영향을주지않으면서 cobalt chrome이나 titanium 모두에서사용할수있다는장점이있다. 그러나이방법을사용하여도적절한 porosity나 bone ingrowth에적절한 pore size를만들기어렵다. 현재사용되고있는 plasma spray 방법으로처리한인공관절의표면의실제 pore size는 150~400 um에서크게벗어나는경우가많으며 porosity도 30~60% 로매우다양하게나타나고있다. 또한시술시나사용하면서인공관절의표면이탈락되여 3 rd body wear를일으킬가능성도상존하고있다. Osseointegration 을얻기위해사용되는표면처리방법 골내성장을얻기위해서인공관절의표면을다공성구조 로만드는방법들이현재인공관절의표면처리방법의주류를이루고있으나유럽의일부에서는단순히인공관절의표면을거칠게하는 blasting 방법을사용함으로서아주우수한임상결과를보고하고있다. 즉표면을다공성으로만들어이구멍내로뼈가자라들어가게하는방법보다는생체적합성이뛰어난 titanium과같은금속의표면을적절히처리함으로서주위의뼈가인공관절의표면에밀착하여견고한고정을얻는방법이다. 이렇게 osseointegration 을얻기위해표면을처리하는방법에는정형외과영역에서주로사용하는 sand blasting(grit blasting), calcium phosphate ceramic coating등의방법과, 최근치과영역에서각광받고있는 acid ethching이나 anodizing방법이있다. 1. Sand blasting 이표면처리방법은이미 CLS나 Zwymuller 등의 stem에사용되여아주좋은임상성적을거두고있으나 7,8) 두대퇴스템모두디자인이 rectangular 하여디자인이다른경우골고정력에의문이있으며, 대퇴골에비해골질이좋지않은비구에사용할경우는비구부품을나사형이나 spike 형태로하지않으면좋은결과를얻지못한다는단점이있다. Sand blasting이란 alumina particle과같이 titanium보다경도가높으면서인체내에서유해하지않은물질을압력을이용하여인공관절의표면으로분사함으로써인공관절의표면을거칠게만드는표면처리방법이다. 이방법은열처리를하지않아물질의기계적성질에큰영향을미치지않고제조방법이간단한장점이있다. Blasting 처리시는 corundum particle의종류, 크기에따라표면의형상이나거칠기등이달라지며표면의성질변화는 osseointegration에영향을미치는것으로알려져있다. 이표면처리방법에서는표면의거칠기를어느정도로하느냐가가장큰논란이되고있으나아직어느정도의거칠기가가장적당한지는확실히밝혀진바없다. 다만현재까지좋은임상성적을얻고있는 CLS 나 Zwymuller implant가주로 3~5 um 의평균거칠기로처리되어있기때문에 7,8) 이정도의거칠기를사용하는것이 standard 로되여있다. 이러한임상결과는실험연구에서도증명되고있는데세포 level 에서의연구결과를보면골모세포는표면의거칠기가 0.4~7 um 일때가장부착잘되며대사가활발히이루어지는등좋은반응을보인다고한다. 거칠기가 0.4 um 이하가되면골이부착되지않고 implant 주위에섬유조직이형성되는것으로알려져있다. 그러나어느정도가가장적절한거칠기인지는실제임상에서의사들이느끼는감과실험적연구가다소차이가난다고볼수있다. 인공관절을많이시술하는의사들의 96

17 무시멘트스템의표면처리 대부분은가능한표면이거친인공관절이초기고정력도좋고나중에 osseointegration도잘일어날것으로믿고있다. 지금까지의동물실험에의하면표면의거칠기가낮을수록 implant 주위에 bone이빨리둘러쌓이나일단골이성숙되는수술후 6~12주후에는골과 implant사이의고정력은오히려거칠기가낮을수록감소되는것으로보고되고있다. 또한 Hacking등 2) 은가장적절한거칠기를알기위해실험을하였는데동일한 implant를세가지거칠기로만들어동물실험을하였다. 즉 grit의크기를 60 (250 um),24 (750 um),16 (1080 um) 의 particle로때려거칠기를 2.9, 4.2, 6.7 um 로만들어실험한결과 bone apposition은 2.9가 31.7%, 4.2가 32%, 6.7이 27.9% 로나타났다. 즉거칠기가거칠수록오히려 bone apposition은약간적었으나통계적의의는없었다. 이렇게너무거친표면에서 osseointegration이저조한이유는거칠기가너무높으면 osteoblast가이동하기어려워한정된부위에서만 matrix를형성하기때문인것으로추측된다 4). 2. Calcium phosphate ceramic coatings 인체뼈의구조와같은화학적성분을갖는 bioactive한물질을표면에 coating 함으로서조기에강한골고정을갖게한다는목표로개발된방법으로현재까지주로 hydroxyapatite나 calcium phosphate가사용되고있다. 그러나 ceramic coating은기술적으로적절한두께와구성성분, porosity를만들기가매우어려운데지금까지보고된바에의하면 ceramic coating의두께가 50 um정도되는것이아직이상적이라고한다. 만일두께를너무얇게하면 calcium과 phosphate의함량이적어효과적인골유합을얻을수없으며두께를너무두껍게하면지속적인 shear strength와 cyclic loading으로인공관절의표면에서 coating층이박리되어강한골고정은물론탈락된 ceramic particle이 3 rd body wear를초래할위험성도있다. 현재도 ceramic coating에대한기술적진보가이루어지고있으나아직인체의뼈구조나성분과같은 ceramic coating을만들기는어렵고단순 blasting 처리한인공관절과비교해서임상적으로큰차이가없기때문에지속적인연구가필요하다고생각된다. 3. Anodizing 방법 Anodizing 표면처리방법은이미구소련에서항공기부품에사용되는타이타니움이나알루미늄의표면을처리하는방법으로산업적으로사용되고있던방법으로 titanium과같이산화막을형성할수있는금속을 calcium과 phosphate가함유된저농도의알칼리용액에넣은후고전압을가하여전기아크를발생시켜금속의표면을산화시키는방법이다 3,5). 이방법으로 titanium의표면이산화되면표면은세라믹인 titanium oxide(tio 2 ) 막이형성되는데이표면막과 titanium본체와는매우강한결합력을갖는것으로알려져있다 ( 본체의 80~90%). 또한가해지는전압의정도와적용방법, 전해질의종류에따라 titanium의표면은각기다른양상을보이는데 3,5) 표면의구성성분은거의공통적으로주로 calcium과 phosphate로이루어져있으며 micron이나 submicron 의크기를가진다공성을구조를갖게된다. 이런특별한구조는 osseointegration에많은도움을주게된다. Anodizing 방법은이런구조적특성이나화학적장점에도불구하고정형외과영역에서는거의적용되고있지않으나인공고관절과달리보다조기에견고한골고정력을얻어야하는 dental implant에서는활발한연구에이은임상적용으로지금까지의다른표면처리방법에비해월등히우수한결과를보고하고있다. Anodizing 방법으로형성된 pore는크기가 5 um이하로일반적으로 bone ingrowth를목적으로처리하는 porous coated stem의 pore 크기 150 um~400 um 에비해매우작으나, 골모세포를이용한세포부착연구에의하면골모세포의초기부착능은 macroporous한구조보다는 microporous 구조에서훨씬더좋은것으로보고되고있다 1,9). 즉표면이 microporous 한구조를가지고있으면골모세포가 microporous structure로발을뻗어 (filopodia extension) attach 하기가쉽다고볼수있다. 이러한초기세포부착능이외에다공성의구조는인공관절의표면적을극대화시킬수있는장점이있으며표면의구성성분을이루고있는 calcium과 phosphate는골고정에좋은환경을제공한다고생각된다. 그러나이표면처리방법역시인체뼈와같은완벽한구성성분 (hydroxyapatite) 을갖고있지는않다. 따라서 anodizing의장점과 HA coating의장점을결합하려는시도가연구되고있다 3,6). 결론현재사용되고있는무시멘트형인공관절은 primary total hip arthroplasty의경우매우높은성공율을보이고있으며특히골고정력에는거의문제가없는것으로볼수도있다. 그러나골질이대퇴골처럼좋지않은비구의고정이나재치환술시처럼골의상태가매우좋지않은경우는조기에강한골고정력을얻거나유도할수있는표면처리가필수적이다. 이런면에서보면아직이를충족할만한표면처리방법은없다. 다만최근치과임프란트영역에서활발히사용되고있는 anodizing(micro arc oxidation) 방법에적절한표면거칠기를적용하고표면의 97

18 김용식 권순용 한석구 구성성분을 HA로할수있는방법이생긴다면무시멘트형인공관절의표면처리에는새로운장이열릴것으로기대할수있다. REFERENCES 11) Annaz B, Hing KA, Kayser M, Buckland T and Di Silvio LJ: Porosity variation in hydroxyapatite and osteoblast morphology: a scanning electron microscopy study. Microsc,215: , ) Hacking SA, Bobyn JD, Tanzer M and Krygier JJ: The Osseous response to corundum blasted implant surfaces in a canine hip model. Clin Orthop, 364: , ) Lee IS, Whang CN, Kim HE, Park JC, Song JH and Kim SR: Various Ca/P ratios of thin calcium phosphate films. Materials Science and Engineering, 22: 15-20, ) Lee TM, Tsai RS, Chang E, Yang CY and Yang MR: The cell attachment and morphology of neonatal rat calvarial osteoblasts on the surface of Ti-6Al-4V and plasma-sprayed HA coating: Effect of surface roughness and serum contents. J Mater Sci Mater Med, 13: , ) Li LH, Kong YM and Kim HW et al: Improved biological performance of Ti implants due to surface modification by micro-arc oxidation. Biomaterials, 25: , ) Nie X, Leyland A and Matthews A: Deposition of layered bioceramic hydroxyapatite/tio2 coatings on titanium alloys using a hybrid technique of micro-arc oxidation and electrophoresis. Surface and Coatings Technology, 125: , ) Michael HH, Richard PM, Laurine EZ and Kristaps JK: Total hip arthroplasty using the Zweymuller stem implanted without cement: A prospective study of consecutive patients with minimum 3-year follow-up period. J Arthroplasty, 10: , ) Raymond PR, Gaston RD and Thomas MG: Uncemented total hip arthroplasty using the CLS stem: A titanium alloy implant with a corundum blast finish: Results at a mean 6 years in a prospective study. J Arthroplasty, 11: , ) Zhu X, Chen J, Scheideler L, Altebaeumer T, Geis- Gerstorfer J and Kern D: Cellular reactions of osteoblasts to micron- and submicron-scale porous structures of titanium surfaces. Cells Tissues Organs, 178: 13-22,

19 대한고관절학회지제 18 권제 2 호 Vol. 18, No. 2, June, 2006 광범위세공피복주대 문경호 인하대학교의과대학정형외과학교실 서 고관절전치환술은고관절의말기관절염환자에서통증완화및기능향상을시켜주는좋은치료법이다. 특히우리나라와같이고관절염의주요원인이대퇴골두무혈성괴사인경우비교적젊은환자에서고관절전치환술을시행하게되고잔여여생이많이남아있는젊은환자에서인공관절의수명이인공관절전문의들의가장큰관심사로되어있다. 젊은환자에서골시멘트를사용한대퇴주대고정의결과는불량한것으로많이보고있다 1,11,38). 이와같은결과로시멘트를사용하지않는대퇴주대가개발되었으며그대퇴주대들의대부분이미세포말형표면을부착하여골내성장에의한고정을시키는것이다. 무시멘트세공피복주대의골내성장에의한고정은신뢰할수있고성공적이라는것은이미증명이되었으나주대의모양, 세공표면의표면특성 (surface properties), 세공표면이주대의어느정도범위까지있어야하는지등은계속적인논쟁의대상이되고있다. 이와같이생물학적고정을얻기위한미세포말이주대근위부에만있어대퇴간단부 (metaphysis) 에서고정력을얻는것과미세포말이광범위하게주대끝부위까지있어대퇴간부 (diaphysis) 의협부에서고정력을얻는것으로나눌수있다. 본논술의목적은여러참고문헌및저자의임상경험을바탕으로광범위세공피복주대의우수성및문제점등을알아보고자한다. 론 역사적배경 1950년대초 Austin-Moore에의하여처음으로대퇴주대를생물학적인고정이가능성을보여준이후로 1970 통신저자 : 문경호인천광역시중구신흥동 3 가 인하대학교의과대학정형외과학교실 Tel: Fax: moon@inha.ac.kr 대시행된세공피복표면에대한기초적인연구에서첫째, pore의크기가 50~500 μm 에서미세포말내로골내성장이이루어진다. 둘째, 골내성장이이루어지기위해서는접촉면사이에움직임이최소화하여야한다는중요한연구결과를얻었다 25,30). 1983년 FDA(Food and Drug Administration) 에서 7/8 광범위세공피복대퇴주대에대한사용허가가났으며, 1984년 modular 인공골두를사용할수있는주대가개발되었고조금씩디자인이개선되어현재까지사용되고있다. 광범위세공피복주대의적절한디자인특성 광범위세공피복주대는주대표면의 80% 이상세공피복되어있으며, 주대의길이는골수강이가장좁은협부까지세공피복부위가접촉될수있도록길어야한다. 대표적인것으로는 Anatomic Medullary Locking (AML, DePuy, warsaw, IN, USA) 주대이며재질은 cast cobalt-chrome alloy로 pore의크기는평균 250 μm (50~400 μm) 이다. 외형은직선형, 원통형, nontapered distal stem geometry를갖고있어삽입물의거친외부표면과골수강사이에긁히면서고정 (scratch-fit) 되게된다. 광범위세공피복주대의장점은주대의전체에서골내성장에의한생물학적고정을얻을수있다는것이다. 특히주대원위부의세공피복은골내성장이우수한피질골 (cortex) 과확고히고정되어있어매우중요하다. 근위세공피복주대는골내성장이발생한경우문제가없으나세공피복부위가적어골내성장을얻기가어려우며특히재치환술의경우나대퇴골이비정상적인해부학적구조갖는경우골내성장을얻기가어렵다. 광범위세공피복주대의경우골내성장이일어나지않았다해도넓은부위에서섬유성내성장 (fibrous ingrowth) 에의한고정으로주대의침강을충분히막을수있다. 99

20 문경호 광범위세공피복주대의실험적연구 Autopsy retrieval study에서골내성장이이루어졌을때삽입물의세공피복부위와그주위의뼈사이의움직임이 20 μm 이하였으며 40 μm이상넘지않았다 20). 그러나 proximally porous-coated implant에서는 uncoated와 unboned distal smooth stem 사이의 micromotion은이것보다크게측정되었다. 또한주대끝 (tip) 의미세운동은세공피복이되지않은부위의범위와연관성이있었다. 세공피복이 80% 된주대의경우끝부위의움직임이최대 120 μm 이나세공피복이 40% 된주대에서는최대 210 μm 의미세운동이관찰된다. 이와같은실험결과는임상적으로수술초기의대퇴부동통 (thigh pain) 이광범위세공피복주대보다근위부세공피복주대에서빈도가높다는것과일치한다 22). Back-scattered electron microscopy상 pore내에골내성장이일러나는양은세공피복부위의약 35% 에서일어나며, 해부학적위치에영향을받지않지만골내성장이가장많이일어나는부위는세공피복의끝부위에서일관성있게관찰되었다. 이부위에서피질골이직접세공피복부위와연결되어주위의피질골과같은 haversian system 이관찰된다. 그러나근위부의경우골내성장은주로 implant의내측및외측에서관찰되며, 해면골 (cancellous bone) 의형태로비후된골소주 (hypertrophied trabeculae) 에의하여 outer cortex와연결되어있다 16). 조직학적연구결과에서첫째, 골내성장의 pattern은 implant의생체내에있는기간과무관하고, 둘째, 대퇴피질골의골다공증의정도는골내성장의양과무관한것을알수있었다 16). 그러나골다공증이피질골에서보다는해면골부위에서심하게일어나는경향이있었다. 근위부세공피복주대나광범위세공피복주대나골내성장이일어나는퍼센트는비슷하므로광범위세공피복주대의경우매우많은구역에서골내성장이일어나므로광범위세공피복주대에서는후기해리 (late loosening) 를관찰할수없는반면근위부세공피복주대에서는후기해리를관찰할수있었다. 골재형성 (Bone remodelling) 에대한연구로이중에너지방사선골밀도측정 (DEXA) 결과건측대퇴골에비하여약 23%(5%~47%) 의 bone mineral content의감소를보였고여자에서남자보다심하였다. 부위별분석결과근위부가 42%, 중간부위가 23%, 원위부가 6% 의감소를보였다. 골소실과주대의 diameter 및 implantation의기간과는연관성이없었다. 그러나초기대퇴골의상태와골재생의정도와는깊은연관이있었다. 즉수술시낮은 bone mineral content를갖는환자의경우골재형생에의한골소실이크게일어났다. 이와같은 골재형성에의한 bone mineral content의소실은시멘트형및무시멘트형모두에서대퇴근위부 bone mineral content의소실을보인다. 방사선사진과 autopsy specimens를비교분석함으로써방사선사진의 pattern 만으로도주대의골내성장을예측할수있다. 단순방사선사진의형태는 3가지로 1) 골내성장이일어난경우, 2) 골내성장은일어나지않았으나섬유조직에의한내성장으로주대가안정된경우, 3) 골내성장이일어나지않고주대가불안정한경우이다. 가장전형적인골내성장의 pattern은주대의세공피복이끝나는부위에서내막골 (endosteal bone) 이잘들어가는 spot welds 이다. 골내성장이실패하였지만섬유조직에의한내성장으로주대가안정된경우는세공피복주위에 sclerotic line이있거나, 대퇴경부내측의 atrophy가적게왔을때이며, 주대가불안정한경우는주대가움직여침강혹은내반변형을일으키게되며, 주대주위에 radiolucent space가점차적으로넓어진다. 수술시고려사항 1. 환자선택특별한적응증은없으나젊고, 활동적이며좋은 bone stock 혹은 Dorr type A or B의대퇴골을가진경우이나약 20 여년간의임상결과를분석하여볼때나이, 성별, 진단명등은임상결과에영향을미치지않는것으로분석되었고, 65세이상의환자결과도젊은환자의결과와다르지않았다. 다만임상결과에영향을주는단한가지인자는인공삽입물의대퇴골내초기고정이었다. 즉 surgical technique만이임상결과에영향을주는인자이다. 2. Initial Implant Stability 성공적인생물학적고정을얻기위한조건중한가지가초기내고정물의안정성이다 10,26,37,39). 미세운동이 28 에서 50 μm 이하일때세공표면으로골이내성장하게된다. 움직임이큰경우섬유조직이자라들어가게된다 8,20,37). 광범위세공피복대퇴주대의경우대퇴피질골과접촉되어최대한의안정성과 higher interfacial strengths를보인다 5,6). 원추형의주대는넓은구역에서세공피복부위와주위의피질골을친밀하게접촉할수있도록근위간부내의 bony bed 를확실히준비하여탁월한 initial implant stability와높은빈도의성공적인 ossteointegration을허락한다 15). wedge형과근위세공피복주대의경우는다르다, 세공피복부위와피질골과의접촉이매우어렵다. 90% 이하 100

21 광범위세공피복주대 로간단부를채울경우적당한 initial implant stability 를얻을수없기때문에실패할수있다 13). 특히 stair climbing이나앉은상태에서일어날때발생하는 torsional load시 micromotion이커지고 femoral isthmus에단단히원위고정된경우이와같은힘을견딜수있고 bone-prosthesis interface에미세운동을최소화할수있다 41). 지막 broach 보다큰주대를삽입시발생되는 hoop stress를견디지못한다. 임상적으로대퇴근위부골절이최고 11% 까지보고되고있다. 간단부에비하여간부는주대삽입시야기되는 hoop stress를더잘흡수한다 3,29,31,36). 광범위세공피복주대의임상적결과 3. Apposition to Cortical Bone 세공피복과피질골사이에 2 mm이하의틈이있을때골내성장이일어난다 5,12). 광범위세공피복주대의경우피질골과의접촉면이가장크기때문에넓은부위에서골성장이일어날수있다. Autopsy study상광범위세공피복주대표면의평균 35% 에서골내성장이일어나는것을알수있었다 16). 비록광범위세공피복주대라도약 0.5~11% 에서 osseointegration의소견을볼수가없는데이경우단단한섬유조직이잘아들어가안정된고정을얻을수있으나근위세공피복주대에서는안정된고정을얻을수없다. 대퇴간부와간단부내의골성장에대한 mechanical test상간부에서고정강도가큰것으로밝혀졌다 16,18). 이와같은가정은 osseointegrated, extensively coated femoral component에서 late loosening이오지않는반면 osseointegrated, proximally-coated femoral component에서 late loosening이올수있다는임상적결과와일치한다 9,23,27,43). 4. Intraoperative Consideration 1) 1977 에서 1982년까지 32 mm 골두및불량한초기주대고정에도불구하고 11 년 follow-up에 92% 가생존하였는데 5개의실패중 instability가 2개, stem 골절이 2개, 감염이 1개이었다. 2) 1982년부터 1984년까지 6.5inch 주대길이중 4.5inch를세공피복한것을사용하였으며 174 년최소 10 년이상 follow-up 결과 3개의실패가있었고 2개가 loosening, 1개가감염이었다 19). 3) 1985년에서 1988년까지는근위부 40% 와 80~100% 세공피복주대의두종류가사용되었다. 최소 5년 follow-up 결과근위 40% 세공피복주대251 개중 6 개, 80% 광범위세공피복주대 642 개중 3개가재치환되었고원인은골내성장이안되서발생한불안정성으로광범위세공피복주대에서골내성장이잘이루어지는것을알았으며, thigh pain의빈도도근위부세공피복주대의경우 26%, 광범위세공피복주대에서 17% 로근위부세공피복주대에서 thigh pain이많은빈도에서발생함을알수있었다. cylindrical 형태의광범위세공피복주대를사용하는장점은 femoral canal을준비하는데간단하고 reproducible하기때문이다. 이것은넓은범위의피질골이세공피복과접촉함으로서믿을수있는주대의고정을얻을수있다. Implant의초기안정을결정하는인자중에 femoral neck resection이있는데근위부고정주대의경우 torsional road에대한저항을위하여 femoral neck의량에매우영향을받게되는데다리길이를같게하기위하여 lower neck cut이되는경우초기안정성에문제가올수있다 42). diaphyseal locking stem의또다른장점은주대의안정성이나피질골접촉에영향없이 component의 version 이나길이를쉽게바꿀수있다. 마지막으로고려되어야할것은 intraoperative fracture의 prevalence에대한 implant design의효과이다. 근위세공피복주대의 femoral preparation 후남아있는 metaphyseal bone은안정성을얻기위하여마 4) 1989년이후로광범위세공피복주대만으로시술되었으며 1000명의환자에서 2년이상추시결과 99% 의골내성장을확인할수있었다. 저자의임상경험으로대퇴골두무혈성괴사환자 116 예의 5년이상추시결과골내성장이 94.8%(110례 ), 섬유성안정고정이 4.3%(5례 ), 불안정고정은 0.9%(1례 ) 이었다. 광범위세공피복주대는재치환에서도성공적인결과를보였는데세공피복부위가 diseased bone의원위부골에직접접촉되게광범위하기때문이다. Moreland는 175 예의 5년이상추시결과 4.0% revision 과 1.7% radiographically unstable한결과를보였으며 35), Krishnamurthy는 297 예에서 2.4%(5예 ) 의 mechanical failure를보였다. Engh의경우 174 예 5년이상 follow-up 결과 5.74%(10예 ) 에서 revise를하였다. survivorship analysis에서 9년말까지 90.6% 의생존 101

22 문경호 율을보였다 28). 저자의임상경험으로광범위세공피복주대를사용하여재치환술을시행한 23 례의최소 2년이상추시결과 18례 (78.3%) 에서골내성장을보였고, 5례 (21.7%) 에서섬유성안정고정을보였으며, 불안정고정은 1례에도없었다 34). 광범위미세포말형주대사용시대두되는문제점 1. Thigh pain thigh pain은대퇴주대와주위의피질골사이에미세운동의이차적으로발생한다 2). 비록여러가지 implant design 과고정 technique에따라 thigh pain이많거나적게발생하지만광범위세공피복주대는주대와대퇴피질골사이접촉면을통하여 biologic bond를형성함으로서 thigh pain을감소시킬수있다. 같은 design의 porous surface가 40% 인것과 80% 인것을비교할때 thigh pain의빈도는 26% 와 17% 로 porous surface가넓을수록적다 7). 비슷한연구로 cemented, proximally porous coated, extensively coated femoral stem들의 thigh pain의빈도를보면 proximally porous coated stem이가장높고나머지두 stem은비슷한빈도를보였다 2). 2. Stress shielding 응력방패는근위대퇴골의비정상적힘에대한이차적으로발생하는현상이다. 근위대퇴골의원위부로힘의전위는 proximal segment의 atrophy를야기시킨다. 응력방패는 uncemented implant 뿐만아니라 cemented implant에도발생한다 24,32). 심한응력방패는 component 실패율을증가시키고, 좋지않은임상결과를야기시키며, 대퇴주대의재치환시어렵게한다. 근위대퇴간부와최대한의접촉을얻게 design rationale를갖는광범위세공피복주대의경우응력방패는좀더불가피하다. periprosthetic bone remodeling을가장민감하게알수있는방법은 DEXA를이용하는방법으로 11개의 retrieval specimen을검사한결과 bone mineral contant는근위부가 42%, midstem이 23%, distal stem이 6% 의감소를보였다 40). 더군다나광범위세공피복주대의 stiffness와 coating의 large amount는응력방패의율을가중시킨다 14,24). 그러나광범위세공피복주대t의사용에의한응력방패의방사선적증거는임상결 과에영향을주지않는다 33). 골용해나재치환의빈도와응력방패의유무와무관하며, proximal fitting femoral component를사용한환자들과의비교에도차이가없었다 17). 3. Difficulty of Removal initial implant stability가우수하고성공적으로생물학적고정이일어날수있는 design은성공적으로골내성장이일어났다면제거하기는매우어렵다. 주대의 design 이골내성장이근위부나혹은원위부에일어났거나혹은잘고정된 cemented implant 의경우제거시대퇴근위부에심각한 damage를줄수있다. Glassman과 Engh 은광범위세공피복주대의제거방법을소개하였다 21). (1) extended trochanteric osteotomy (2) sectioning of the stem using a metal cutting tool distal to the metaphyseal flare (3) removal of distal segment using circular trephine 결론 18 년간의임상결과광범위세공피복주대는 primary 및 revision시모두좋은결과를보였으며, 10년이상 follow-up에서 2% 미만의 stem loosening 소견을보였으며, 응력방패에의한근위부위의골위축의발생은바람직하지는않으나이것이임상적결과에영향을주지는않는다. 주대의골절도 metallurgy의발달로예방할수있게되었다. 광범위세공피복주대의목표는세공피복부위를가능한넓게함으로써피질골에서골내성장이최대한많이일어나게하는것이다. 광범위세공피복주대가많이사용되는이유는 surgical technique이쉬워서정확히실시할수있고 98% 이상의골내성장을얻을수있기때문이다. 미래의문제는주대의고정보다는관절면의개선에있다. long life expectancy와 higher activity level을갖는젊은환자에서 long-term durability와 reliable bony fixation을갖는대퇴주대의선택은매우중요하다. 45세 ~65 세사이의환자 304 명에서 14,2년 followup 시 99.4% 의대퇴주대가해리없이안정하였으며, 96% 에서매우좋은임상결과를보였다. 여러다른저자들도젊은환자에광범위세공피복주대를권장하고있다. REFERENCES 11) Ballad WT, Callaghan JL, Sullivan PM, Johnston RC: 102

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25 대한고관절학회지제 18 권제 2 호 Vol. 18, No. 2, June, 2006 근위부미세포말형대퇴스템 (Proximal Porous Coated Femoral Stem) 박상원 고려대학교의과대학정형외과학교실 인공고관절치환술에서과거로부터사용되어온시멘트형대퇴스템은장시간경과후시멘트골절, 주위골의과도한소실및무균성해리등많은문제점이발생되었다 27,28). 이러한시멘트형인공고관절치환술의문제점을해결하기위하여골시멘트에의한기계적고정 (mechanical fixation) 이아닌생물학적고정 (biologic fixation) 을얻기위한방법들이연구되었으며그결과금속의표면에미세형포말을부착시킴으로서주위골이미세포말사이로자라들어가골내성장을얻는스템이개발되어현재광범위하게사용되고있다. 본논문에서는현재까지개발되어온근위미세포말형스템들을시대별로고찰하고저한다. 제 1 세대형스템 1968년 Hirschhorn과 Reynolds 16) 는처음으로 implant 재료로서 cobalt-chromium alloy 제재의포말형금속물질을제조하였고 1969년 Lueck 등 23) 은포말형의순수 titanium fiber composite 물질을제조하였으며그이후 fiber metal 제재는 Rostoka와 Galante 13) 에의해지속적으로연구되었다. 1970년이후로표면처리와골내성장에의한연구가다양하게이루어졌다 7,8,13). 미세공의크기 (pore size) 가 40 μm 이하시는신생골의형성이관찰되지않으므로신생골의형성을위해서는미세공의크기가적어도 100 μm 이상이어야한다 5,9). 미세공의크기와 pore size의부피 (volume) 는각스템의제조사에따라다르며골내성장을얻기위해서이상적인 pore size는 100~400 μm, pore volume은 30~60%, 두께는 2~3 layers가필요하다. 또한미세포말형스템에적절한골내 통신저자 : 박상원서울특별시성북구안암동 5 가 고려대학교의과대학정형외과학교실 Tel: Fax: parksw@korea.ac.kr 성장이일어나기위해서는삽입된대퇴스템은안정적으로고정되어야하며주위골과정확히접촉되어야한다 5,9). 정확한접촉이란골과대퇴스템사이의간격이없이치밀하게접촉되는것으로골내성장의필수조건이다. 미세포말형대퇴스템과주위골과의사이에과도한움직임이있으면골내성장대신에섬유성조직이둘러싸게된다. Burke 등 3) 은 75 μm 의미세운동이있으면섬유성조직이형성된반면, 40 μm 의미세운동이있을때는티타늄섬유그물사이로골내성장이일어났다고하였다. 또한 Pilliar 등 34) 은 150 μm 이상의과도한운동은골내성장을기대할수없다고하였다. 개를이용한동물실험에의하면미세포말과주위골사이에 0.5 mm~1.0 mm의간격이있을때는골내성장이 50% 까지감소된다고하였으며 15), 다른실험에서는주위골과미세포말사이의거리가 3 mm인경우, 치밀한고정의경우보다골내성장의정도가 1/6 에도못미친다고하였다 20,38). 이러한결과는미세포말형스템의초기안정성과더불어주위골과의정확한접촉이골내성장에필수적요소임을강조하는것이다. 1977년이후에시행된광범위미세포말처리된스템 (extensive coated stem) 인 AML (Anatomic Medullary Locking Stem; Depuy, Warsaw, Indiana, USA) 은코발트-크롬재질의직선형원통스템으로 bead형의미세포말형태를가지고있다 12,29). 이 AML 스템은응력차폐 (stress shielding) 에의한근위부골소실과대퇴부동통및제거가어렵다는점들이문제점으로발생하였다 9,29). 따라서대퇴근위부로응력이동을강화시켜응력차폐현상을감소시키기위해대퇴스템의근위부에만포말을부착한스템들이개발되었다. 초기스템들은골간단부에서만고정을얻고저하였고골간부는표면처리를시행하지않았다. 대표적인제1세대형근위포말형스템으로는 HGP(Harris-Galante Prosthesis; Zimmer, Warsaw, Indiana, USA), APR-Ⅰ (Anatomic Porous Replacement; Intermedics Orthopedics, Austin, Texas, USA) 와 PCA(Porous Coated Anatomic Prosthesis; Howmedica, Rutherford, New Jersey, USA) 등이있다 6,29,37). 105

26 박상원 HGP 와 APR-Ⅰ 은티타늄 alloy로만들어졌으며티타늄의 notch에민감한성질때문에미세포말이 notch로작용하여스템이파열 (breakage) 될것을우려하여인장력을많이받는스템의외측에는미세포말 pad 가부착되지않은 patch형태의비환형성미세포말형스템이다. 이러한비환형성스템은 pad 가부착되지않은편평한부분이관절액이나폴리에틸렌입자 (debris) 의통로즉 effect joint space 로작용하여대퇴원위부및스템 tip 주위에골용해를일으켜조기에해리를일으키는원인으로작용하게된다 9,29,36,37) (Fig. 1). 그러나티타늄이아닌코발트크롬을재료로한스템들은환형으로표면처리가가능하였으며 PCA 가대표적인예이다. 근위부미세포말형대퇴스템은해부학형스템 (anatomic stem) 과직선형스템 (straight stem) 으로나눌수있다. 해부학적으로디자인된스템은대퇴골의형태에맞게골간단부는후방으로골간부는전방으로곡선형의형태로제작되었으며우측과좌측의구분이있어이에맞게사용해야한다. 또한근위간단부의고정을얻기위해골간부를 1 mm 정도더확공 (overreaming) 하므로원위부골간부의고정력의약화를초래하게되며스템의끝부분이대부분편심정으로위치 하게되고경우에따라서는앞쪽피질골에맞닿는경우가있기때문에이러한접점하중이수술후대퇴부동통의원인이되기도한다 5,9,29). 직선형으로디자인된스템은절단면이대칭적이고좌우구분이없으며, 단면은제조사마다다른데어떤스템은근위골간단부에스템이꽉차게디자인된것도있고근위부부터원위부까지평행하게만들어진것도있다 5,9,29). 직선형스템은골간부에서 3점고정 (three point fixation) 이나쐐기형태로고정되도록되어있다. 해부학적스템으로는 PCA, APR-Ⅰ등이, 직선형스템으로는 HGP 스템이있다 29,37). 제 1세대형무시멘트대퇴스템은대퇴부동통과원위부골용해의발생빈도가높다. PCA 스템은 28~57% 19,32,39,40), APR-Ⅰ스템은 34% 11), HGP스템은 10,14,25) 34% 에서대퇴부동통이보고되고있다. 또한 APR-Ⅰ스템은 70% 에서고정소실 11), PCA스템은 24) 22% 에서 5 mm이상의전이를보고하고있다. 체중부하를시작할때발생하는대퇴부동통은주로 undersized stem의사용으로골수강의접촉이안되어적절한고정력의실패로인한불안정한대퇴스템에서발생한다 5,29). 또한대퇴원위부에서견고한고정을위해골간부를많이확공하고큰직경의대퇴스템을사용 A B Fig. 1. The radiographs shows locking mechanism failure and extensive osteolysis around acetabular cup, and femoral osteolysis in Gruen zone 1,2,3,5,6,7 on the A-P view(a), and 8,9,10,12,14 on the translateral view(b) at 14 years after total hip arthroplasty implanted with non-circumferential porous coated Harris-Galante femoral stem and comentless Harris-Galante 2 acetabular cup due to idiopathic osteonecrosis of the femoral head. 106

27 근위부미세포말형대퇴스템 (Proximal Porous Coated Femoral Stem) 하는경우대퇴스템의 stiffness는직경의 4제곱에비례하므로스템의굵기가굵어질수록 stiffness는증가되며골조직과의 stiffness의차이로인해대퇴동통을유발하게된다 5,27). 이에대한해결책으로는스템원위부에 groove 나 split를만들거나, 스템원위부 taper디자인을통해 stiffness를감소시키거나, 탄성강도가코발트크롬재질의 1/2 에불과한티타늄재질의스템을사용한다 5,9,29). 대퇴원위부골용해발생빈도는 HGP 10,14,25,30) 및 APR-Ⅰ 11) 에서 10% 정도보고되고있다. 따라서임상결과및무시멘트대퇴스템의생존율을향상시키기위하여근위부를환형성으로미세포말시킨스템을포함하여대퇴스템디자인의변화가이루어졌다. 제 2세대형대퇴스템제 2세대형대퇴스템은근위부를환형성으로미세포말처리하고, 미세포말면은대퇴스템근위부로제한하여근위부의스트레스이동을강화하였고골간단부와골간부의초기고정을향상시켰으며응력방패현상을최소화하기위해낮은탄성계수를갖는재질을사용하였다. 제 2세대 형대퇴스템은크게두가지디자인으로분류될수있다 37). 첫번째디자인은스템의근위부가납작하고쐐기모양으로된 tapered stem으로 Tri-Lock(Depuy, Warsaw, Indiana, USA), Taperloc(Biomet, Warsaw, Indiana, USA), Mallory-Head(Biomet) 스템등이있으며, 근위부는압박고정되고원위부는쐐기형으로되어회전안정성을얻도록되어있다 37). 또다른디자인은근위부는미세포말형으로되어골내성장을얻고, 원위부는표면처리되지않고원통형으로되어있으며, 골간부에서골내성장이아닌압박고정에의해골접촉이이루어지도록골수강을 0.5~1.0 mm underreaming하여초기회전안정성을얻도록된스템으로 Multilock(Zimmer), Anatomic Hip(Zimmer), APR-Ⅱ(Intermedics) 스템등이있다. Tri-Lock 스템은 cobalt-chromium-molybdenum의 alloy로된직선형의 collar가없는 taper스템으로서스템의 60% 부위가 sintered bead technique로서포말되어있고 coronal plane에서는좁고 sagittal plane에서는넓은형태를나타내며근위부에서압박고정을얻을수있도록고안된스템이다 4,35). Trilock스템의평균 10 년추시시 A B Fig. 2. The radiographs shows femoral osteolysis in Gruen Zone 3,4,5 on the A-P view(a), and 10,11,12 on the translateral view(b), at 12 years after total hip arthroplasty implanted with circumferential porous coated Multilock femoral stem and cementless Harris-Galante 2 acetabular cup due to osteonecrosis of femoral head developed after internal fixation of femoral neck fracture. 107

28 박상원 95% 의골성고정, 95% 의생존율, 4~5% 의무균성해리, 2~9.8% 의재치환율, 1.4~9% 의대퇴부동통, 대퇴원위부골용해발생은없었다고보고되고있다 4,35). Taperloc 스템은티타늄 alloy로된직선형의 collar가없는 taper스템으로서근위부의 40% 가 plasma spray방법으로포말되어있고, 대퇴골두도티타늄재질로되어있다 26). Taperloc스템의 10년추시시 94% 의골성고정, 4~5% 의무균성해리, 96% 의생존율, 6% 의대퇴부동통, 4% 의대퇴원위부골용해발생이보고되고있다 26). Mallory Head스템은티타늄 alloy로된직선형의기능이거의없는작은 collar를가진 taper스템으로서근위⅓ 부는 plasma spray방법으로포말되고, 중간⅓부는 girtblasted 방법으로표면처리를하고, 원위부는 matte finish 형태로되어있으며 3점고정에의해이루어진다 2). Mallory Head스템의 10년이상추시시 95% 의골성고정, 99% 의생존율, 3% 의대퇴부동통이발생하나대퇴원위부의골용해는없었다고보고되고있다 2). Multilock스템은티타늄 alloy로된직선형의 collar가있는스템으로순수티타늄 fiber mesh가 diffusion bond 방법으로포말되고있으며원위부는편평하고원통형의플롯트형으로되어있으며근위부는골성장을유도할수있도록초기회전안정성이강화된스템이다 37). Multilock스템의 5년 ~10년이상추시시 89~95% 의골성고정, 생존율은 93~99%, 6.5% 의대퇴부동통, 0~2.2% 에서대퇴원위부골용해발생이보고되고있다 31,37) (Fig. 2). Anatomic Hip스템은티타늄 alloy로된 collar가없는해부학적스템으로순수티타늄 fiber mesh가 diffusion bond에의해포말되어있다 1). Anatomic Hip스템의평균 10 년추시시 100% 의생존율, 9% 의대퇴부동통이관찰되고대퇴원위부의골용해는없었다고보고되었다 1). APR-Ⅱ스템은티타늄 alloy로된 collar가있는해부학적스템으로근위부는순수 titanium으로포말되고원위부는 grit-blasted로표면처리되어있는 proximal double wedge모양을가진근위간단부피질골과압박고정되도록고안된스템이다 17). APR-Ⅱ스템의평균 4년추시시 100% 의골성고정, 2% 의대퇴부동통, 대퇴원위부골용해는관찰되지않았다 17). 제 2세대형근위미세포말형대퇴스템은향상된임상결과와골성고정을얻을수있고대퇴부동통과대퇴원위부의골용해발생빈도를감소시킬수있었으나대퇴골근위부의골소실 ( 응력방패현상 ) 은높은발생빈도를나타내었으며해결해야할문제점으로남아있다. 현재사용되는근위포말형스템제 2세대형스템의일부가현재도사용되고있으며또한 제 2세대형스템에근위부고정력을향상시키기위하여골유도물질인수산화인회석 (hydroxyapatite) 또는 tricalcium phosphte 제재를미세포말형부위에도포시키고원위부는편평한표면에 groove나 split를만든스템과스템의중간부또는원위부는 grit-blasted 방법으로표면처리를하여근위부는골내성장을얻고원위부는 bony ongrowth를얻는스템들이사용되고있다. 미세포말형부위에수산화인회석또는 tricalcium phosphte 제재를도포한스템으로는 VerSys Fiber Metal Midcoat (Zimmer), IPS (Immediate Postoperative Stability: Depuy, Leeds, United Kingdom) 등이있고, 근위부는미세포말형부위에수산화인회석제재를도포하고중간부는 corundum grit-blasted 표면처리를한스템으로는 Summit(Depuy), APR-Ⅱ(Sulzer Medica Orthopedics, Austin Texas, USA), Versys Fiber Metal Taper (Zimmer) 스템등이있다. Versys Fiber Metal Midcoat스템은 Multilock스템의디자인을약간변형시킨티타늄 alloy로된 collar가있는직선형스템으로근위부는사다리꼴 (trapezoidal shape) 모양을하고원위부는편평하고플릇형및 spline 되어있고 polished 표면처리되어있어스템의강도를 25~50% 감소시키고스템과골의마찰로인한입자생성을감소시키며, 근위간단부의 fit 와 fill을얻도록고안된스템으로임상적결과는아직까지보고가없다. IPS 스템은티타늄 alloy로된해부학형스템으로짧고좁은 polished된원위부를가지며근위부는 sintered bead로포말되어있고근위간단부의 filling을얻도록고안된스템이다. 평균 6.6 년추시에서 100% 의골성고정, 4% 의대퇴부동통, 원위부골용해는관찰되지않았다고보고되었다 21). Summit 스템은티타늄 alloy로된 collar가없는직선형의 taper스템으로근위부는 porocoat형태로포말되어있고중간부및원위부일부를제외한대부분은 corondum grit-blasted 표면처리되어있으며원위부끝부분은 polished 되어있는스템으로임상적결과는아직까지보고가없다. Versys Fiber Metal Taper 스템은티타늄 alloy로된 collar가없는직선형의 taper스템으로근위부는 diffusion bond방법에의해포말되고중간부는 corundum grit-blasted 표면처리되고원위부는 polished되어있으며근위간단부의 fillng을얻고근위부로스트레스전이를강화시킨스템으로아직까지임상적결과에대한보고는없다. 근위미세포말형부위에수산화인회석제재를도포한스템과도포하지않은스템을비교관찰시강등 17) 및김등 21) 은임상적및방사선학적으로별차이가없었다고하였으나 Karrholm 등 18), Kroon and Freeman 22) 은수산 108

29 근위부미세포말형대퇴스템 (Proximal Porous Coated Femoral Stem) 화인회석을도포한군이삽입물의침강의감소즉고정력이더좋다고하였다. 요 대퇴스템근위부및원위부의생물학적고정을얻기위해서는근위부는환형성미세포말형이고원위부는 gritblasted 표면처리를한스템이어야하며, 스템의근위부는전후면및내외측면에서해면골보다는피질골과압박고정되어야하고골간부는스템으로치밀하게접촉되어야한다. 근위부피질골의소실및대퇴부동통을감소시키기위해스템은적절한 stiffness를가져골조직에점진적인부하전달이가능하도록스템원위부에 groove나 split를만들거나 taper 형이어야한다. 환자의골질과형태 (Dorr type A or B), 올바른적응증과이에따른적절한스템의선택또한중요하다. 무엇보다도근위미세포말형대퇴스템이장기간생존하기위해서는스템의디자인은물론관절면의개선이필요하며, 마모를감소시켜골용해의발생을방지하는것이필수적이다. 약 REFERENCES 11) Archibeck MJ, Berger RA, Jacobs JJ, Quigley LR, Gitelis S, Rosenberg AG and Galante JO: Second generation cementless total hip arthroplasty. Eight to eleven year results. J Bone Joint Surg, 83-A: , ) Bourne RB, Rorabeck CH, Patterson JJ and Guerin J: Tapered titanium cementless total hip replacements. A 10 to 13 year follow up study. Clin Orthop, 393: , ) Burke DW, Bragdon CR and O Conner DO: Dynamic measurement of interface mechanics in vivo and the effect of micromotion on bone ingrowth into a porous surface device under controlled loads in vivo. Trans Orthop Res Soc, 16:103, ) Burt CF, Garvin KL, Otterberg ET and Jardon OM: A femoral component inserted without cement in total hip arthoplasty. A study of the Tri-Lock component with an average ten year duration of follow up. J Bone Joint Surg, 80-A : , ) Callaghan JJ, Rosenberg AG and Rubash HE: The Adult Hip. Vol 1, Philadelphia, New York, Lippincott- Raven : , ) Callaghan JJ, Rosenberg AG and Rubash HE: The Adult Hip. Vol 2, Philadelphia, New York, Lippincott- Raven : 1057~1071, ) Cameron HU, Pilliar RM and Macnab L: The effect of movement on the bonding of porous metal to bone. J Biomed Mater Res, 7: 301, ) Cameron HU, Pilliar RM and Macnab L: The rate of bone ingrouwth into porous metal. J Biomed Mater Res, 10: 295, ) Canale ST: Campbell s Operative Orthopedics. 10th Vol 1, St. Louis, Mosby: , ) Clohisy JC and Harris WH: The Harris-Galante uncemented femoral component in primary total hip replacement at 10 years. J Arthoplasty, 14: 915~917, ) Dorr LD, Lewonski K, Lucero M, Harris M and Wan Z: Failure mechanisms of anatomic porous replacement I cementless total hip replacement. Clin Orthop, 334: , ) Engh CA and Hooten Jr JP: Porous coating in total hip arthroplasty. Semin Arthroplasty, 4: , ) Galante JO, Rostoker W, Lucok R and Ray RD: Sintered fiber metal composite as a basis for attachment of implant to bone. J Bone Joint Surg, 53-A: 101, ) Goetz DD, Smith EJ and Harris WH: The prevalence of femoral osteolysis associated with components inserted with or without cement in total hip replacements. A retrospective matched pair series. J Bone Joint Surg, 76-A : , ) Harris WH: Factors controlling optimal bone ingrowth of total hip arthroplasty component. ICL, 35: , ) Hirschhorn JS and Reynolds JT: Powder metallurgy fabrication of cobalt alloy surgical materials, In Korstoff E, ed, Research in dental and medical materials. New York, Plenum Press, ) Kang JS, Dorr LD and Wan J: The effect of diaphyseal biologic fixation on clinical results and fixation of the APR-Ⅱ stem. J Arthroplasty, 15(6): , ) Karrholm J, Malchay M, Snorrason F and Merbert P: Micromotion of femoral stem in total hip arthroplasty. A randomized study of a cemented, hydroxyapatite coated, and porous coated stems with roentgen streophotogrammatric analysis. J Bone Joint Surg, 76-A: , ) Kawamura H, Dunban MJ, Murray P, Bourne RM and Rorabeck CH: The porous coated anatomic total hip replacement. A ten to fourteen year follow up study of a cementless total hip arthroplasty. J Bone Joint Surg, 83-A: , ) Kienapfel H, Sunner DR and Turner TM: Efficacy of autograft, freeze-dried allograft and fibrin glue to enhance fixation of porous coated implants in the presence of interface gaps. Trans Orthop Res Soc, 15:432, ) Kim Y H, Kim J S, Oh SW and Kim J M: Comparison of porous coated titanium femoral stems with and without hydroxyapatite coating. J Bone Joint Surg, 85-A: , ) Kroon PO and Freeman MA: Hydroxyapatite coating of hip prosthesis. Effect on migration into the femur. J Bone Joint Surg, 74-B: , ) Lueck RA, Galante JO, Rostoker W and Ray RD: Development of an open pore metallic implant to permit attachment to bone. Surg Forum, 20:456,

30 박상원 24) Malchau H, Wang YX, Karrholm J and Heberts P: Scandinavian multicenter porous coated anatomic total hip arthroplasty study. Clinical and radiographic results with 7 to 10 year follow up evaluation. J Arthroplasty, 12 : , ) Martell JM, Pierson RH, Jacobs JJ, Rosenberg AG, Maley M and Galante J O: Primary total hip reconstruction with a titanium fiber coated prosthesis inserted without cement. J Bone Joint Surg, 75-A : , ) McLaughlin JR and Lee KR: Total hip arthroplasty with an uncemented femoral component, Excellent results at ten year follow up. J Bone Joint Surg, 79-B : , ) Morscher EW: Current state of cementless fixation of prosthesis. Swiss Med, 9, No 8 : 29-43, ) Morscher E and Schmassman A: Failures of total hip arthroplasty and probable incidence of revision surgery in the future. Arch Orthop Trauma Surg, 101: , ) Nourbash PS and Paprosky WG: Cementless femoral design concerns. Rationale for extensive porous coating. Clin Orthop, 355: , ) Park SW, Park JW and Jung WK: Primary total hip arthroplasty using Harris-Galante type 1 prosthesis, Eight to twelve year follow-up study. J Korea Hip Society, 10(2): , ) Park SW, Lee SH, Baek JR, Chung JW and Choi G W: Primary total hip arthroplasty using non-cemented Multilock proximal porous coated femoral stem. Ten to twelve years follow up study. J Korea Orthop Asso, 4(1):96-102, ) Pellegrini VD Jr, Hugher SS and Evarts CM: A collarless cobalt-chrome femoral component in uncemented total hip arthroplasty. Five to eight year follow up. J Bone Joint Surg, 74-B: , ) Pilliar RM, Cameron HU and Macnab I: Porous surface layered prosthetic devices. Biomed Eng, 10: 126, ) Pilliar RM, Lee JM and Manistopouis C: Observations on the effect of movement on bone ingrowth into porous surfaced implants. Clin Orthop, 208: , ) Sakalkale DP, Eng K, Hozack WJ and Rothman RH: Minimum 10-year results of a tapered cementess hip replacement. Clin Orthop, 362: , ) Schmalzried TP, Jasty M and Harris WH: Periprosthetic bone loss in total hip arthroplasty. Polyethylene wear debris and the concept of the effective joint space. J Bone Joint Surg, 74-A: , ) Sinha JK, Dungy DS and Yeon HB: Primary total hip arthroplasty with a proximally porous coated femoral stem. J Bone Joint Surg, 86-A(6): , ) Sunner DR, Turner TM, Purchio AF, Gombotz WR, Urban RM and Galante JO: Enhancement of bone ingrowth by transforming growth factor-beta. J Bone Joint Surg, 77-A: , ) Van Wellen P, Demuynck M, Haentjens P, Devalkeneer O, Casteleyn PP, Vanden Berghe I, Opedecam P and Kesteleyn P: Total hip arthroplasty with the porous coated anatomic (PCA) prosthesis: The femoral component. Acta Orthop Belg, 59 (Suppl 1): , ) Xenos JS, Callaghan JJ, HeeKim RD, Hopkinson WJ, Savory CG and Moore MS: The porous coated anatomic total hip prosthesis. Inserted without cement. A prospective study with a minimum of ten years of followup. J Bone Joint Surg, 81-A: 74-82,

31 대한고관절학회지제 18 권제 2 호 Vol. 18, No. 2, June, 2006 Taper 형무시멘트대퇴주대를사용한고관절전치환술 - 최소 9 년추시결과 - 황성관 연세대학교원주의과대학정형외과학교실 서 론 연구대상및방법 시멘트는 1958년 John Charnley에의해처음으로인공고관절치환술에사용된이후상용화되었으며 1960년대와 1970 년대의인공고관절치환술에서유시멘트고정술의기본적인고정방법으로정착하게되었다. 그러나장기추시결과무균성해리와시멘트주위의심한골흡수와같은합병증 33,34) 으로인해인공관절치환술에시멘트를배제한고정방법을모색하고자하는노력이시도되었다. 일세대무시멘트대퇴주대들은골내성장 (bone ingrowth) 을위해주대표면에다공성층을부착하였고이러한표면처리는대퇴주대의해리및골용해발생을억제하고대퇴주대와주위골간의생물학적고정을제공한다고기대되었다 16). 그러나이에대한무시멘트대퇴주대의장기추시결과는새로운시멘트기법을사용한경우만큼결과가좋지않았으며 18,21,15), 대퇴주대근위부다공성층이불완전하게피복된경우골용해와해리의발생이높을수있고대퇴원위부까지생물학적고정이이루어지는대퇴주대의경우응력방패및골흡수가발생할확률이높고재치환술시대퇴주대제거가어렵다는문제점들이발견되었다. 이러한문제를해결하기위해이세대무시멘트인공삽입물이개발되기시작하였는데근위고정을개선하고회전안정성을주며환상형미세포말처리및원위단으로 taper되는디자인을도입하였다. 이번연구의목적은이러한이세대무시멘트대퇴주대의하나인 Mallory-Head 대퇴주대의중장기간의추시결과를임상적및방사선적으로알아보고그결과를일세대대퇴주대와다른이세대대퇴주대와비교함으로본대퇴주대의장기적사용유효성을검증하기위해시행하였다. 통신저자 : 황성관강원도원주시일산동 162 연세대학교원주의과대학정형외과학교실 Tel: Fax: hwtonlka@wonju.yonsei.ac.kr 1. 연구대상 1991년 2월부터 1995년 9월사이에이중 taper된무시멘트대퇴주대인 Mallory-Head system (Biomet, Warsaw, IN, USA) 27) 을사용하여고관절전치환술을시행받은환자 98명 (105 고관절 ) 에서최소 9년이상 (9~13.5년) 추시가능하였던 43명 (45고관절) 을대상으로하였다. 본연구에서사용된대퇴주대는티타늄합금으로이루어졌으며직선형이며전후좌우평면상쐐기형이며작은 collar와함께 fin 들이전방후방외측방향으로튀어나온형태로골간단에서잘고정되도록설계되었다. 대퇴주대의근위 1/3 부위는다공성층이환상으로미세포말처리되었으며 (circumferential plasma spray porous coated) 중간부는거칠기처리 (texture: 30 mesh-grit blasted) 이며, 원위부는부드러운 (smooth) 표면으로처리되어있다 (Fig. 1). 전례에서 28 mm 크기의 modular 코발트크롬골두와 Mallory-Head 무시멘트비구컵으로고정하였다. 비구컵은반구형태를사용하였고 2개의해면골나사로부가적고정을시행하였다. 남녀의비는남자가 28명 (65.1%) 여자가 15명 (34.9%) 이었다. 수술당시평균연령은 54.2세 ( 범위 25~68세 ) 이었다. 모든고관절전치환술은단일외과의 (S.K.H) 에의해시행되었으며후외측방도달법을이용하여시술하였다. 수술전진단명의분포는대퇴골두무혈성괴사 25례 (55.6%), 고관절부골절15례 (33,3%), 퇴행성관절염 3례 (6.7%), 편평고후유증 2례 (4.4%), 류마티스관절염 1례 (2.2%) 순이었다. 2. 연구방법 1) 임상적평가임상적평가는술전, 술후 6주, 3개월, 6개월, 1년, 111

32 황성관 그리고이후에는매년평가하였다. Harris 고관절점수 12) 와수술후대퇴부동통의유무와재치환유무를조사하였다. 본연구에서는 Harris 고관절점수와대퇴부동통의술후2년그리고최종결과를이용하여평가하였다. 생존율은 Kaplan-Meier 생존평가법 28) 을이용하여평가하였다. 구골골용해동반돼있었다 (Fig. 2). 일차고관절전치환술후재치환술받는데까지의평균기간은 10.25년 (8.5~11.5년) 이었다. Kaplan-Meier 생존율측정상 (standard error 0.08; confidence interval: upper 11.27;lower 11.60) 8.5년에 97.9% 의생존율을보였다. 2) 방사선적평가방사선적평가는수술직후및최종추시전후방 X-선사진상에서대퇴주대주위의골의변화의유무와정도를평가하였다. 평가기준은대퇴주대와대퇴골에서 1) 근위부응력방패현상 (proximal stress shielding), 2) 원위피질골비후 (distal cortical hypertrophy), 3) 골내측의신생골형성 (spot weld); 골내막과내고정물의다공성표면과의신생골교량 (new bone bridging), 4) 골수강내골형성 (pedestal formation), 5) 대퇴주대주위의방사선투과음영 (radiolucencies); 경화성경계를가진투과선, 6) 골용해 (osteolysis) 및해리등이다. 대퇴부의골변화의위치는 Gruen 7구역분류 10) 로기술하였다. 폴리에틸렌라이너의마모는 Livermore 24) 방법을이용하여측정하였다. 결과 1. 임상적결과 43명 (45고관절) 의평균추시기간은 11.5년 (9~13.5년) 이었다. Harris Hip Score는수술전평균 58 점에서술후 2년째평균 94 점으로증가되었으나, 최종추시시평균 90 점으로다소감소되는양상이었다. 수술후대퇴부동통은술후2년2례 (4.4%) 에서관찰되었고최종추시상 2례에서동통이지속되었다. 대퇴골골용해가발생하였던 3례 (6.7%) 에서고관절재치환술을시행하였으며이들모두는비구라이너의마모와비 2. 방사선적결과방사선학적으로는경도의응력차단 (stress shielding) 이 16례 (35.6%) 에서 Gruen영역 1과 7에서관찰되었고, 원위대퇴골의비후 (distal cortical hypertrophy) 가 15례 (33.3%) 에서 Gruen 구역 2, 6에서 3, 5구역으로이행되는부위에서관찰되었다. 골내측의신생골형성 (spot weld) 이 41례 (91.1%) 로 Gruen 구역 2와 6에서, 골수강내골형성 (endosteral bone) 4례 (8.8%), 대퇴주대주위의방사선투과음영 (radiolucencies) 은 1례 (2%) 에서관찰되었으며 Gruen 분류상구역 3, 4, 5에서만관찰되었다. 근위대퇴부골용해 (proximal femoral osteolysis) 가 4례 (8.8%) 로모두 Gruen 구역 1과 7에서관찰되었으며이중 3례 (6.6%) 에서재치환술을시행하였으나비구부골용해가재치환의주된이유였다. 외상에의한근위대퇴골의골절이 1례에서있었으나소전자부에국한되고전이가없어보존적요법으로치료하였다. Livermore의방법을이용하여측정한폴리에틸렌라이너의마모율은 0.19 mm/year 였다. Fig. 1. Photograph showing tapered Mallory-Head femoral stem.(biomet, Warsaw, IN, USA) Fig. 2. Serial radiograps taken immediate after total hip arthroplasty (A) and follow-up 10.5 years (B) showed severe acetabular liner wear, aetabular and proximal femoral osteolysis. 112

33 Taper 형무시멘트대퇴주대를사용한고관절전치환술 - 최소 9 년추시결과 - 고찰시멘트인공고관절성형술후발생한무균성해리와골소실의문제를해결하기위해무시멘트대퇴주대가사용되기시작하였으며이러한일세대대퇴주대들은대표적으로대퇴간부고정 (diaphyseal fixation) 개념즉골간부의원위부고정을위해광범위하게다공성층이피복된 Anatomic Medullary Locking(AML) (DePuy/ Johnson & Johnson, Warsaw, IN) 대퇴주대와근위부고정 (Proximal fixation), 즉끼워맞춤및충만 (Fit & Fill) 의개념에중점을둔해부학적으로만곡된 PCA(Howmedica, Rutherford, NJ) 와 Anatomic (Zimmer, Warsaw, IN) 대퇴주대가이에속한다. 그러나이러한일세대대퇴주대에서디자인종류에따라높은빈도의대퇴부동통, 근위부대퇴골응력방패현상, 골용해및해리그리고재치환술시대퇴주대제거시어려움의문제가발견되었다 29). 이러한일세대대퇴주대의문제를해결하기위해 taper형디자인개념의이세대무시멘트대퇴주대가개발되었는데이는대퇴근위부를견고하게끼워맞춤으로탄성반동과함께변형이되어전체대퇴주대의근위부의형상을통해후프응력 (hoop stress) 을만들고이응력이발생시탄성반동과점탄성이완으로대퇴주대는침강되고대퇴주대와골사이의후프응력은계속유지되게되는디자인이다. 대퇴부동통은대퇴주대의불안정성과대퇴주대의첨단부의미세운동 (micromotion) 에의한것으로생각되어지고있으며 9), Kim등 19) 은 HGP 대퇴주대를이용한 48 예와 AML 대퇴주대를사용한 32예의평균 3.3년추시결과대퇴부동통의빈도는 HGP 대퇴주대의경우 27.1 % 이며 AML 대퇴주대의경우 18.8% 로보고하였고 Heekin등 19) 도 PCA 주대의 5년추시상 15% 의대퇴부동통을보고하였다. Bourne등 1) 은 PCA 대퇴주대를사용한군은 2년에 23%, Mallory-Head 대퇴주대를사용한경우 2년에 3% 의대퇴부동통을보고하였고, 본연구의 Mallory- Head 대퇴주대에서경도의대퇴부동통이술후 2년에 2 례 (4.4%) 에서관찰되었고최종추시까지지속되어일세대무시멘트대퇴주대들보다발생빈도가적은것으로나타났다. 본연구에서대퇴삽입물의침강, 대퇴주대원위부피질골비후및압박고정, 대퇴삽입물첨부의경화등이대퇴부동통과통계학상으로상관관계가없었으나새로대퇴부동통이발생한 3례에서는방사선소견상근위부응력방패현상이관찰되었다. 이러한 taper 디자인의대퇴부동통의낮은빈도는여러다른연구에서보고되고있다 13,16,31). 이 taper 디자인때문에대퇴주대에서뼈로의체중부하가근위부에서원위부로균등하게전달하며이후에일어나는골유합 (osseointegration) 과훌륭한초기안정성이이루어지고, 또한 taper 디자인으로인한근위부에서원위부로의점차적인대퇴주대강도 (stiffness) 의감소등의이유로대퇴부동통의빈도가낮은것으로생각된다 23). 다공성층주위에형성된골내측의신생골형성 (spot weld) 은골과의결합 (osseous integration) 을시사하는중요한요소로생각되고안정된고정을이룬대부분의인공고관절에서발견된다 8). 본연구에서 42 례 (84%) 로대퇴주대의근위부를환상으로둘러싼다공성층이대퇴골과결합하여안정성이있으며근위부로부터체중부하가이루어지는것으로사료된다 8). 근위부응력방패현상은체중부하가근위부로부터이루어지지않아생기는근위대퇴골의골흡수를의미한다. 이는근위부에서의대퇴주대와골이결합이이루어지지않고대퇴주대의원위부고정에의해생기는것과대퇴주대자체의강도에의해생기는것으로생각된다 5). Heekin등 15) 은 PCA 대퇴주대에서 10% 의진행되는대퇴근위부골밀도감소를보고하였다. 본연구에서는 5례 (10%) 에서관찰되었는데이는 Taper 디자인과이의압축고정효과가근위부의대퇴주대와골의결합을촉진하는것에의해낮은응력방패현상이생긴것으로해석된다. 대퇴피질비후는대퇴주대에서대퇴골로응력이전달되는것에의해발생할수있는데 HGP 대퇴주대에서대략 30% 정도로보고되고 AML 대퇴주대는 19%, PCA 대퇴주대는 14% 로보고되고있다 11,14,17,30). 본연구에서대퇴피질비후가 15례 (33.3%) 에서관찰되었는데모두대퇴주대중간부에서발생하였으며이러한원인은골내성장이주로 Gruen영역 2, 6에서이루어지기때문인것으로해석할수있다. 골수강내골형성 (endosteal bone formation) 은대퇴주대첨부의골내막자극을시사하는것으로이는근위부고정이이루어지고원위부는고정이안된경우로이전연구에의하면불안정성을나타내는다른방사선소견과관계없는것으로보고되고있다 8). 본연구에서는 3례 (6%) 가관찰되었다. 대퇴주대주위의광범위한방사선투과음영 (radiolucencies) 은골내성장의실패로생각할수있으나본연구에서는방사선투과음영 (radiolucencies) 이 1 례 (2%) 에서관찰되었으나방사선투과음영이 Gruen 영역 3, 4, 5에만존재하였다. 방사선학적으로는 3 mm이상의의미있는주대침강 (subsidence) 은관찰되지않았으며, 피질골비후도관찰되지않았다. Kim과 Kim 18) 은 116 례의 PCA 대퇴주대중 33%(38대퇴주대 ) 에서골용해를보고하였고 Woolson과 Maloney 35) 는 69례의 HGP 대퇴주대중 22%(15 대퇴주대 ) 에서골용해를보고하였다. 본연구에서대퇴부골용해는 4예 (8.9%) 에서관찰되었으나, 모두대퇴근위부 (Gruen 1, 7) 에국한된골용해이었다. 이중 3예에서 113

34 황성관 재치환술을시행하였는데모두비구컵주위의심한골용해및해리와폴리에틸렌라이너의마모가동반된경우였다. Emerson등 6) 이보고한것과같이다공성층으로환상으로둘러싸여진 (circumferential porous coated) 대퇴주대는관절공간을밀봉하여마모입자가대퇴골로의이동을막는것과또한 taper형대퇴주대가근위대퇴골과의물리적인압축고정을형성하므로대퇴주대와근위대퇴골의결합에도움을주므로골용해유발입자들의이동을차단하며티타늄합금의골친화성이또한주대고정의안정성을제공하고골용해를예방하는데영향을준다고생각된다. 일세대무시멘트대퇴주대생존율에대한연구가많이보고되었는데초기디자인이었던 HGP (Harris- Galante-Porous) 인공관절의 10 년이상추시에서 81% 생존율을 Harris등 12) 이보고하였고 Engh등 7) 은 AML(Anatomical Medullary Locking, Depuy) 인공관절을사용한경우 12년 ~18 년추시상 82% 생존율을보고하였다. 이세대무시멘트대퇴주대중대퇴근위부만고정하고원위부는점차작아져고정이안되게하는 taper형디자인이적용된 Mallory-Head(Biomet) 인공관절의 10~13년추시에서 Bourne등 2) 이 90% 의생존율을보고하였으며, Purtill등 28) 은 Taperloc(Biomet) 및 Trilock(Biomet) 인공관절의 15년추시결과에서 Trilock은 77례중 6례 (12%) 의대퇴부재수술을, Taperloc(Biomet) 은 180례중 1례 (0.5%) 에서만재수술을보고하여높은생존율을보고하였다. 또한대퇴근위부만고정하나최초고정을하기위해 taper형설상디자인인 CLS(Cementless Spotorno, Sulzer medica) 의 10 년이상추시결과에서 100% 생존율과 95% 의골내성장이관찰됨을 Schramm 32) 이보고하였고, Zweymuller-Alloclassic (Sulzer medica) 의 10년이상추시에서 99.1 % 의생존율을 Delaunay등 4) 이보고하였다. 이번연구에서도이중 taper형무시멘트 Mallory- Head 대퇴주대의 Kaplan-Meier 생존율측정상 (standard error 0.08; confidence interval: upper 11.27;lower 11.60) 8.5년에 97.9% 의생존율을보여, taper 된무시멘트대퇴주대가장기추시결과에서높은성공률을보이는것을알수있었다. 결론본연구의이중 tapered된무시멘트대퇴주대 (Mallory-Head System) 의중기간의결과는임상적인면에서 Harris 고관절점수의개선과대퇴부동통의낮은발생률을보였으며방사선적결과는상대적으로적은응력방패현상, 낮은골용해의빈도를보였다. 또한높은생존율 (97.9%) 을보였는데실제로대퇴주대의직접적인문 제로재치환술을시행한경우는없었다. 본대퇴주대는비구컵의개발과관절면의개량으로양호한장기결과가예상된다. REFERENCES 11) Bourne RB, Rorabeck CH, Burkart BC and Kirk PG: Ingrowth surfaces. Plasma spray coating to titanium alloy hip replacements. Clin Orthop, 298:37-46, ) Bourne RB, Rorabeck CH, Patterson JJ and Guerin J: Tapered titianium cementless total hip replacements: A 10-to 13 year followup study. Clin Orthop, 393: , ) Clohisy JC and Harris WH: The Harris-Galante uncemented femoral component in primary total hip replacement at 10 years. J Arthroplasty, 14(8): , ) Delaunay C and Kapandji AI: Survival analysis of cementless girt-blasted titanium total hip arthroplasties. J Bone Joint Surg, 83(3): , ) Duprac J and Massin P: Results of 203 total hip replacements using a smooth cementless femoral component. J Bone Joint Surg Br, 74: , ) Emerson RH Jr, Snaders SB, Head WC and Higgins L: Effect of circumferential plasma apray porous coating on the rate of femoral osteolysis after total hip arthroplasty. J Bone Joint Surg Am, 81(9):1291-9, ) Engh CA and Massin P: Cementless total hip arthroplasty using the anatomic medullary locking stem. Results using a survivorship analysis. Clin Orthop, 249: , ) Engh. CA, Massin P and Suthers KE: Roentgenographic assessment of the biologic fixation of porous-surfaced femoral components. Clin Orthop, 257: , ) Engh CA, McGovern TF, Bobyn JD and Harris WH: A quantitative evaluation of periprosthetic bone-remodeling after cementless total hip arthroplasty. J Bone Joint Surg Am, 74: , ) Gruen TA, MeNeice GM and Amstutz HC: Modes of failure of cemented stem-type femoral components. A radiographic analysis of loosening. Clin Orthop, 141:17-27, ) Haddad RJ, Jr. Skalley TC and Cook SD et al: Clinical and roentgenographic evaluation of noncemented porouscoated anatomic medullary locking (AML) and porouscoated anatomic (PCA) total hip arthroplasties. Clin Orthop, 258: , ) Harris WH: Traumatic arthritis of the hip after dislocation and acetabular fractures: treatment by mold arthroplasty. An end-result study using a new method of result evaluation. J Bone Joint Surg, 51A:737, ) Head WC, Mallory TH and Emerson Jr RH: The proximal porous coating alternative for primary total hip arthroplasty. Orthopedics, 22:813, ) Hedley AK, Gruen TAW, Borden LS, Hungerford DS, 114

35 Taper 형무시멘트대퇴주대를사용한고관절전치환술 - 최소 9 년추시결과 - Habermann E and Kenna RV: Two-year follow-up of the PCA noncemented total hip replacement. In The Hip. Proceedings of the Fourteenth Open Scientific Meeting of the Hip Society., St.Louis CV.Mosby ) Heekin RD, Callaghan JJ, Hopkinson WJ, Savory CG, Xenos JS: The porous-coated anatomic total hip prosthesis, inserted without cement. J Bone Joint Surg, Am, 75:77-91, ) Hellman EJ, Capello WN and Feinberg JR: Omnifit cementless total hip arthroplasty: a 10-year average follow-up. Clin Orthop, 364:164, ) Jacobs JJ, Galante JQ and Sumner DR: Local response to biomaterials: bone loss in cementless femoral stems. In Instructional Course Lectures. The American Academy of Orthopaedic Surgeons., Vol.41.pp Park Ridge. Illinois, ) Kim YH and Kim VEM: Results of the Harris-Galante cementless hip prosthesis. J Bone Joint Surg, 74-B(1):83-87, ) Kim YH, Park JM and Choi CU: Thigh pain in uncemented hip arthroplasty. J Korean Hip Soviety, 5:1-8, ) Lakes RS and Kats JL: Viscoelastic properties of wet cortical bone-ii: Relaxation mechanisms. J Biomech,12: , ) Lakes RS, Kats JL and Sternstein SS: Viscoelastic properties of wet cortical bone-i: Torsional and biaxial studies. J Biomech, 12: , ) Livermore J, Ilstrup D and Morrey B: Effect of femoral head size on wear of the polyethyene actabular component. J Bone Joint Surg, 72(A): , April ) Mallory TH, Lombardi AV and Leith JR et al: Minimal 10-Year Results of a Tapered Cementless Femoral Component in Total Hip Arthroplasty. J Arthroplasty, 16(8)49-54, ) Maloney WJ and Harris WH: Comparison of a hybrid with an uncemented total hip replacement. A retrospective matched-pair study. J Bone Joint Surg, 72-A: , ) Maric Z and Karpman RR: Early failure of noncemented porous coated anatomic total hip arthroplasty. Clin Orthop, 278: , ) Matthews DE and Farewell VT: Kaplan-Meier or actuarial Survival curves. p.67. In Matthews DE, Farewell VT(eds): Using and understanding medical statistics. 2nd ed. karger, Basel, Switzerland, ) Pilliar RN: Porous surface metallic implants for orthopedic application. J Biomed Mater Res Appl Biomater, 21:1, ) Purtill JJ, Rothman RH, Hozack WJ and Sharkey PF: Total hip arthroplasty using two different cementless tapered stems. Clin Orthop,Dec.393: , ) Ragab AA, Kraay MJ and Goldberg VM: Clinical and Radiologic Outcome of Total Hip Arthroplasty with Insertion of an Anatomically Designed Femoral Component without Cement for the Treatment of Primary Osteoarthritis. A study with minimum of six years of follow-up. J Bone and Joint surg Am, 81(2):210-8, ) Rosenberg A: Cementless total hip arthroplasty: femoral remodeling and clinical experience. Orthopeadics, 12: , ) Sakalkale DP, Eng K and Hozack WJ et al: Minimum 10 year results of a tapered cementless hip replacement. Clin Orthop, 362:138, ) Schramm M, Keck F, Hohmann D and Pitto RP: Total hip arthroplasty using an uncemented femoral component with taper design: outcome at 10-year followup. Arch Orthop Trauma Surg, 120(7-8): , ) Stauffer RN: Ten-year follow-up study of total hip replacement with particular reference to roentgenographic loosening of the components. J Bone Joint Surg, 64- A: , ) Sutherland CJ, Wilde AH, Borden LS and Marks KE: A ten-year follow-up of one hundred consecutive Muller curved-stem total hip-replacement arthroplasties. J Bone Joint Surg, 64-A: , ) Woolson ST and Maloney WJ: Cementless total hip arthroplasty using a porous-coated prosthesis for bone ingrowth fixation. 3-year follow-up. J Arthroplasty 7(Supplement): ,

36 대한고관절학회지제 18 권제 2 호 Vol. 18, No. 2, June, 2006 무시멘트형대퇴부스템 구경회 김태영 서울대학교의과대학정형외과학교실 서 1900 년대초반무시멘트형의인공고관절이개발된이후대퇴골수강내에인공관절을고정하기위하여많은노력을하였으나효과적이지못하였고 1958년 John Charnley에의하여대퇴부스템의고정에골시멘트가처음으로사용된이후 1970년대까지시멘트형인공고관절이보편적으로사용되었다. 그러나중장기추시결과무균성해리와시멘트주위의심한골흡수와같은합병증으로인해인공관절치환술에생체역학적고정개념의무시멘트형고정이개발되었다 10,14,15,18). 무시멘트대퇴부스템의선택에있어서는디자인, 표면처리, 재질을포함한여러가지요소를감안하여야한다. 1. 스템재질 본 현재사용되고있는무시멘트형스템의재질은 titanium 합금이나 cobalt chrome 이사용되고있다. 스템의재질은 biocompatible 하여야하고충분한 mechanical strength와 stability를가져야하며, 적당한 modulus of elasticity를가져야한다 25). 이러한조건을만족하기위해서는 titanium 합금이 cobalt chrome 보다는적합하다고알려져있다. 현재사용되고있는대부분의인공고관절의재질은 titanium-aluminiumvanadium (Ti 6 AlV 4 ) 합금이다. 하지만 CLS stem등일부회사제품은세포독성이더적다고알려진 titaniumniobium 합금을사용하고있으며 28) DePuy의 AML stem은 cobalt chrome으로만들어진다. 론 론 통신저자 : 구경회경기도성남시분당구구미동 300 분당서울대학교병원정형외과 Tel: Fax: khkoo@snu.ac.kr 2. 표면처리무시멘트형인공고관절의표면처리는골조직이잘성장할수있는형상인 porous coating, 골조직과화학적구조가유사한 hydroxyapatite coating, alumina등을이용하여단순히거칠게만드는 sand blasting, 그리고최근널리사용되고있는 plasma spray등이있다. 1) porous coating 방법 porous coating의목적은골성장에적합한 porous structure를만드는데있다. 일반적으로알려진 optimal pore structure는약 30% 의 porosity와 150~400 um 혹은 250~350 um 크기의 pore 이다 2). 미국계회사들 (Biomet, DePuy, Zimmer, Howmedica) 은 um 크기의 pore size를사용하고있으며유럽회사들은 (Aesculap, Protek) 은 200~250 um 정도의크기를사용하고있다. 그러나적당한 pore size 와 porosity에대하여는더많은연구가필요할것으로생각된다. porous 코팅방법에는여러가지형태로생긴 ( 주로구형 ) titanium bead를 implant의표면에 sintering 시키거나 (DePuy, Howmedica), fiber 모양의 titanium으로 pad 모양을만들고이것을 diffusion bonding 방법으로 implant에코팅시키는방법 (Zimmer), 그리고최근가장널리사용되는 plasma spray (Biomet, Aesculap, Protek) 등이있다. (1) bead sintering bead sintering 방법은일정한크기의 bead를사용함으로서 pore의크기나 porosity를조절할수있다는장점이있다. 그러나 sintering시 titanium 합금의 microstructure에영향을줄수있는온도인 1720~1850 F 보다높은 2200~2400 F 를사용함으로서스템과 bead의 microstructural change를 bead와스템의경계면에 notch등이발생하여피로강도를약화시킬수있으며수술후 bead가탈락되어 osteolysis 등을유발할수도있다. cobalt chrome을사용하는경우도고온을사용하기 116

37 무시멘트형대퇴부스템 는마찬가지이나 titanium 합금에비해서는강도에덜영향을받는다고알려져있어 AML stem 등에는 cobalt chrome을사용하고있다. 보고되고있다 1,32). 3. 스템표면 coating 범위 (2) diffusion bonded coating Zimmer사에서만사용하는방법이다. 이방법은 titanium fiber를잘게잘라서구부린다음 mesh 형태로 molding하여 pad를만들고이 pad를스템부위에압박시킨후 pad 와스템이융합할때까지 1400~1800 F 의온도로가열한다. bead sintering에비해서낮은온도로가열하나 fiber mesh와스템사이에생기는 notch나 crack 등은발생할수있다. (3) plasma spray 최근가장널리사용되는 plasma spray (Biomet, Aesculap, Protek) 는 bead coating의단점인피로강도약화를보완할목적으로 1980년대초개발되었다. 스템의코팅할부위를아주작은 metal ball로단조시킨후진공상태에서 Ti 6 AlV 4 powder를 extreme high energy plasma arc로스템에 inject한다. 2) hydoxyapatite-coating 조기에충분한골성장을얻기위하여 1980 년대부터소개되었다 6,12,13,17,32). hydroxyapatite의화학적구조가골과유사하여이상적인것으로생각되었으나인공관절- hydroxyapatite의경계면이약하고 smooth한표면으로인해골-hydroxyapatite 경계면의고정력도떨어져중장기임상결과는 porous-coated implant에비해서불량하다고보고되고있다 16,33). 최근 hydroxyapatite coating의장점과 porous coating의장점을모두살리기위하여 implant의표면을 porous coating으로처리한다음그위를 hydroxyapatite로도포하는방법이사용되고있다 5,20,2330). 그러나이러한방법도 50~300 um 정도의 pore 위에 50 um 의두께로 hydroxyapatite를 coating하면오히려 pore 를막을수있으므로그결과에대하여는더두고보아야한다. 3) corundum blasting alumina 등의단단한 tiny material을 titanium 표면에강한속도로분사하여 5~7 um로얇게손상을주어표면을거칠게만드는방법으로 CLS, Zweymuler stem 등에사용되어우수한임상결과를얻고있다 1,32). bead sintering이나 plasma spray 등에비해고온을사용하지않으므로재질의피로강도를유지할수있다는장점이있다. 동물실험상 plasma spray 에비해서골성장이적게일어난다고보고되었으나실제임상성적은우수한것으로 스템에있어 coating의범위에대하서는아직도결론이정립되지않았다. 현재사용되고있는스템은근위부만코팅된 proximal-coated stem과 80% 이상 coating된 extensively-coated stem의두종류가있다. proximal coating은비환형성 (non-circumferential coating) 과환형 (circumferential coating) 으로구분할수있다. Harris-Galante 스템에사용되었던 non-circumferential proximal coated stem의경우 coating 되지않은편편한부위가관절액이나폴리에틸렌입자의통로로작용하여스템의 tip 주위에골용해를일으키는중요한원인이된다고보고되어현재는사용되지않고있다. 현재대부분의제품은근위부만 coating되어있는데그이유는재치환술시삽입물의제거가용이하고, 스트레스방패에의한대퇴근위부의골흡수가적기때문이다. DePuy의 AML 스템은 extensively-coated stem인데근위부만 coating된스템보다골간부에보다더광범위한생물학적고정을얻을수있다. 그러나스트레스방패현상이심하고재치환술시스템의제거가어려운단점이있다. proximal-coated stem과 extensively-coated stem 에서현재까지의임상적결과는비슷하나이들의정확한비교우월성은좀더오랜기간임상적연구가필요하다. 그러나인공고관절재치환술시에는 proximal-coated stem이 extensively-coated stem보다스템의제거가용이하며주위의골파괴를최소한으로줄일수있으므로 primary total hip arthroplasty시에는 proximalcoated stem이주로권장된다. 4. 스템디자인 1) straight 스템과 anatomic 스템대퇴골경부는 anteversion되어있고대퇴골간부는 anterior bowing을가지고있어대퇴골은 sagittal plane에서 double curvature를가지고있다. anatomic 스템은골수강내에스템을맞추기위해 bowing과 anteversion을가지는 stem을말하며좌우를따로준비해야한다. 하지만 bowing 의정도는개인차와연령차가있으며실제골수강내에 stem을맞추기는힘들수있다. anatomic 스템이 straight 스템에비해근위부에서는더많은 contact를얻을수있고 micromotion이적다는보고가있으나 19) anatomic stem이 straight stem 보다임상적으로우수하다는보고는없다. 117

38 구경회 김태영 2) distal fixation 과 proximal fixation distal fixation은 AML 스템이 8,9,11) 대표적인예로대퇴골근위부형태는개인차가있으므로 diaphysis에스템의원위부를고정시키는개념이다. 대퇴골근위부에스템과의접촉이적고하중이적게전달되어 stress shielding 이심할수있으며 22) thigh pain의빈도가높고재수술시스템을제거하려면대퇴골에손상을많이줄수있다는단점이있다. proxiaml fixation은 tapered stem을이용하여주로 metaphysis에서 press-fit을얻을수있는형태로대표적인디자인으로 CLS 스템 27,29), Zweymuller 스템등 34) 을들수있으며, 정상에가까운 strain pattern을얻을수있다 19). 3) collar Harris-Galante stem, APR stem 등에사용되었던스템 collar의필요성에대하여는이견이있다. 이론적장점은 collar가대퇴경부절단면후내방부골피질을자극함으로서 stress shielding을막을수있으며 stem의 subsidence를막을수있다는점이다. 하지만인공고관절치환술후시간이지나면, 후내방부골피질의 atrophy 혹은 osteolysis가일어나 collar와골피질과접촉은유지되지가않는다. 오히려 collar는수술시 press-fit을방해할가능성이있다. 4) custom made stem 수술전시행한 CT data를이용하여원래의골수강과같은크기와모양의 custom made stem을만들어최대한으로골수강을채우려는개념이다. 이경우골수강을채우려면, 스템의크기가커져야하고, 스템이더욱 stiff 해지고, 원래의뼈의 elasticity와차이가많이나게된다. 또한한가지 broach만사용하므로스템이들어갈골수강을준비하기가어렵고가격이비싸고기존의스템보다더좋은결과를얻었다는보고가없다. 5) modular stem micromotion을줄이기위해 proximal fit과 distal fit 을동시에얻고자개발되었으며 S-ROM stem이대표적인예이다. 하지만 modular interface stability에대한장기적인추시가필요하다. 결론무시멘트인공고관절은재료와가공기술등의발전과함께많은개념의발전을가지고왔다. 현재쓰이고있는인공고관절의이론적배경및결과에대해서충분한이해가필요하고이것을바탕으로적당한인공관절을선택하여 좋은결과를얻을수있고원래인공고관절이지향하는목적을이룰수있으며, 발전하는과학에따라새로운개념의인공관절을개발할수있을것이다. REFERENCES 11) Blaha JD, Gruen TA, Grappiolo G, Mancinelli CA, Spotorno L, Romagnoli S and Ivaldo N: Porous coatings: do we need it? Orthopedics, 17: , ) Bobyn JD, Pilliar RM, Cameron HU and Weatherly GC: The optimum pore size for the fixation poroussurfaced metal implants by the ingrowth bone. Clin Orthop Relat Res, 150: , ) Bourne RB, Rorabeck CH, Patterson JJ, and Guerin J: Tapered titanium cementless total hip replacements: a 10 to 13 year followup study. Clin Orthop Relat Res, 393: , ) Clohisy JC and Harris WH: The Harris-Galante uncemented femoral component in primary total hip replacement at 10 years: J Arthroplasty, 14: , ) Cook SD, Thomas KA, Dalton JE, Volkman TK, Whitecloud TS III and Kay JF: Hydroxyapatite coating of porous implants improves bone in growth and interface attachment strength. J Biomed Mater Res, 26: , ) Cook SD, Thomas KA, Kay JF and Jarcho M: Hydroxyapatite-coated titanium for orthopedic implant applications. Clin Orthop Relat Res, 232: , ) Delaunay C and Kapandji AI: Survival analysis of cementless grit-blasted titanium total hip arthroplasties. J Bone Joint Surg, 83-A: , ) Engh CA Jr, Claus AM, Hopper RH Jr and Engh CA: Long-term results using the anatomic medullary locking hip prosthesis. Clin Orthop Relat Res, 393: , ) Engh CA and Bobyn JD: The influence of stem size and extent of porous coating on femoral bone resorption after primary cementless hip arthroplasty. Clin Orthop Relat Res, 231: 7-28: ) Engh CA, Bobyn JD and Glassman AH: Porous coated hip replacement. The factor governing bone ingrowth, stress shielding and clinical result. J Bone Joint Surg, 69- B:45-55, ) Engh CA, McGovern TF and Engh CA Jr: Clinical experience with the anatomic medullary locking(aml) prosthesis for primary total hip replacement. Biological, Material, and Mechanical Considerations of Joint Replacement. New York, Raven Press: , ) Furlong RJ and Osborn JF: Fixation of hip prostheses by hydroxyapatite ceramic coatings. J Bone Joint Surg, 73- B: , ) Geesink RG, de Groot K and Klein CP: Bonding of bone to apatite-coated implants. J Bone Joint Surg, 70-B:17-22,

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40 대한고관절학회지제 18 권제 2 호 Vol. 18, No. 2, June, 2006 시멘트형인공고관절전치환술 고한석 인제대학교의과대학서울백병원정형외과학교실 서 론 보이고있는것을보면인공고관절치환술에시멘트를이용하는것을피할이유가없다고생각된다. 인공고관절전치환술시저마찰인공관절성형술의개념하에관절의 bearing 물질로고분자량의폴리에틸렌플라스틱의사용과인공삽입물의고정법으로아크릴시멘트를사용한 Charnley의공헌은 20 세기정형외과발전의시금석이되었다. Charnley의인공관절은반세기동안사용되었으며후에개발된수많은새로운인공관절에비해 evidence base 로임상결과를비교할때가장우수한결과를보여주고있다. 우리나라에서는시멘트를이용한폴리에틸렌컵의삽입물은거의사용되지않고있지만골다공증이심한노령의환자, 감염성관절염의후유증환자및비구에결손이있어골이식이필요한환자에서는시멘트를이용한비구컵이나대퇴주대의이용이바람직하여서구선진국에서는아직도많이사용되고있다 (Fig. 1). 1990년대까지인공고관절의주위에발생한골용해가시멘트의고정실패라고생각하여무시멘트형의인공관절을개발하였으나그후인공관절주위의골용해는폴리에틸렌마모편에의해발생하는것이라는것이밝혀졌고또무시멘트형의인공고관절에서골용해가더심하게나타남을알게되었다. 시멘트를사용한인공삽입물의고정수기가개선되면서시멘트형의대퇴주대는빈번히사용되고있는반면시멘트를이용한비구컵의고정은여전히사용되지않고있으나요즘에재치환술을원하는환자가많아지면서시멘트를이용한비구컵의고정술은인공관절술에서필수적인기술이되었다. 인공슬관절치환술이더늦게개발되었지만최근그빈도가인공고관절치환술보다훨씬많아졌는데대부분시멘트를사용한고정으로좋은결과를 골시멘트골시멘트 (cement, PMMA) 는 1843년에발명되어 24) 주로치과적시술이나신경외과분야에서두개골성형술에주고이용되던물질인데 1960년대초부터대퇴골수강내에대퇴주대를고정하고폴리에틸렌컵을비구에고정하여부하전달체로서이용하게되었다 8). PMMA는접착제가아니며생체내에서단지기계적교감 (mechanical interlock) 만으로주위조직과결합할뿐이다. 물질적특성상압축력에는강하지만장력에는약하여인공관절삽입물과뼈사이에주로압축력이작용하도록인공관절물의모양이되어있어야한다. 비구컵관절면으로마찰력이작은폴리에틸렌을사용하고대퇴주대의표면을연마하여사용한것도시멘트의특성을이해하여골과시멘트사이에장력이최소로작동하도록한것이다. 통신저자 : 고한석서울특별시중구저동 2 가 85 번지인제대학교의과대학서울백병원정형외과학교실 Tel: Fax: kohans@hananet.net Fig. 1. Anteroposterior and lateral radiographs of a patient who had total hip arthroplasty with cemented femoral and acetabular components. 120

41 시멘트형인공고관절전치환술 폴리에틸렌골시멘트비구컵 Chanley는처음에는인공관절의 bearing 물질로 polyetrafluroethylene을사용하였으나 creep 변형에대한저항이낮고 abrasion 마모가잘발생하여실패한뒤 1962년 high molecular weight polyethylene을처음인공관절에사용하였으며이후 ultra high molecular weigh polythylene의인공관절의유한성을인식하고 65 세이상의노인에게만인공관절을하도록하였다. 인공고관절의비구부품과대퇴골수사이에는항상마찰력이작동하게되므로 Charnley는 frictional torque를감소시키기위해작은골두 (22 mm head) 와두꺼운폴리에틸렌컵 (10 mm이상 ) 을사용하였고또비구의 deepening으로체중의 lever arm을감소시키고대전자부절골술후외측으로재부착하여 abduction mechanism의 lever arm을연장시켜 joint force를감소시킬것을주장하였다. 이러한노력은시멘트골 interface의실패를줄이는데중요한역할을하였다. 한편으로는수술시비구의골강도를최대한유지하여고정부위주위골특히 acetabular rim에인접한골을보존하기위한노력이필요하다. Eftekhar 12) 와 Carter 등 6,13) 은인공고관절전치환술시비구내에보다정상적인 stress pattern 과일정한 load 를만들기위해연골하골을보존하는것이중요하며여러개의 1/4 inch anchor hole을만들면 torque에가장큰저항을얻을수있다고하였다. 기계적관점에서연골하골을보존하고여러개의작은구멍을뚫음으로써 torque에저항하고 load bearing force의분포를증가시키고골의 local stress 집중을줄이고최대면적의골을보존하여비구해리를유발하는 micromotion을감소시킬수있다. 반대로 Ling 등은 cancellous bone까지 reaming하여 cacellous bone 에시멘트가 interlocking되어야한다고주장했다. 견고한시멘트고정을위해시멘트골사이의 intimate micromotion 이필수적이며이를위해시멘트삽입시 pressurization이요구되며반드시비구컵이비구골내에위치해야하고 contain pressurization device 20) 나 flanged cup 33) 을통해할수있다. 골시멘트사이의혈액침투를막기위해출혈에저항하는시멘트압력을유지하는것이필수적이고두께를 3~4 mm 정도로일정하게하여야한다 27). 시멘트 mantle의비구컵은충분히두꺼워야하며 (10 mm이상 ) 특히이형성비구환자의경우와같이비구가작은경우는 22 mm 대퇴골두를사용하여비구컵의두께가 10 mm 이상이되도록해야한다. 1. 수술수기시멘트-폴리에틸렌컵고정시다음의원칙을준수하여야좋은고정을얻을수있다. 1) 비구는컵크기보다크게준비하여시멘트두께를최소 3~4 mm의일정한두께로만든다. 2) Flange로비구개를밀폐시키도록준비한다. 그럼으로써 cement 를 pressurization 시키고 containment되도록플라스틱컵이비구연을완전히막아준다. 3) Subchondral bone을보존하고여러개의 6 mm diameter의 drill hole, 3개의 large hole 을만들어시멘트의표면적을넓혀 PMMA가고정되도록한다. 또는 cancellous bone을노출시키고 cement에 pressure를가해 interlocking되도록한다. 특히 superior쪽의 cement 두께가 3~4 mm 되도록주의한다. 4) Debris을제거하기위해 irrigation과 brushing을하고 hydrogen peroxide gauze로비구를 packing 한다. 5) 비구내측벽의 penetration 여부를확인한다. 6) 비구의큰골결손이있는경우골이식후시멘트를넣고 pressurization 한다. 7) 시멘트가중합되는동안컵위치를일정하게유지한다. 8) 비구주위의여분의시멘트를완전히제거한다. 또한넓은시야의확보가필요하고 socket holder를서두르게놓으면시멘트가골에서분리되어시멘트-골사이에공간을만들수있다. 시멘트삽입후초기에컵에과도한압력을가하면시멘트가밖으로과도하게밀려나와골과컵이직접접촉하게되어 defective fixation을초래한다. 비구주변의 cement를너무일찍제거하면접촉면에서시멘트가나오게되므로주의를요한다. Socket holder가너무환자머리쪽으로치우치게되면나중에비구와 socket의 weight-bearing portion에공간이생긴다. 전면의연부조직으로시멘트가흘러가게되면대퇴신경에손상을줄수있다. Excess cement는중합반응전에제거하도록하며 periphery의나머지시멘트는종합반응후제거한다. 시멘트를삽입하는최적의시기는 dough stage로써이는술자의 glove에시멘트가붙지않거나시멘트 bolus의표면에주름이잡히기시작하는때이다. 시멘트 pressuriation 시 pressure는 bleeding pressure을능가해야하며완전중합까지골시멘트사이에움직임이있으면안된다. 골에불필요한손상을막기위해 drill hole의깊이는 1cm 이넘으면안되고골다공증이심한경우 large anchor hole 은필요없다. Rimless cup의경우 pressure injection cup에비해정확한삽입이어려운관계로주의를요하며대략여섯단계로나누어시행한다. 1) Socket을비구내로삽입한다. Socket holder를비구의하방으로밀면서압력을가한다. (Guide handle을환자의발쪽을향하여최대한기울인다. Socket holder를앞뒤로약간씩 oscillation 시켜컵이자리잡도록한다. 121

42 고한석 2) Socket pusher를 socket holder의함몰부에위치시킨다. Socket holder를 oscillation 시키지않고점차환자의머리쪽으로향하게한다. 컵과비구사이의상방공간이시멘트로채워지면서 excess 시멘트는 cup 의 top edge 밖으로탈출되고이때손가락끝이나 Kocher clamp로시멘트를뒤쪽으로밀어넣어비구의 superior portion이시멘트로완전히채워지도록한다. 3) Cup holder의손잡이를컵의최종위치로가게한다. Handle을골반의횡축위에놓으면 body axis에대해45 의각도를이루게된다. Socket holder를 optimal position에놓은뒤에는일정하게유지하고재조작을가하지않는다. 4) First assistant는 holder를고정시키고 surgeon은 pusher에일정한압력을가한다. 최종 socket의위치를변하지않게하기위해 socket holder를유지한상태에서 excess 시멘트를제거하고, pusher로너무과도한압력은피해야한다. 5) 시멘트의중합반응정도를검사한다. 시멘트가 rubbery stage 일때 pursher를 hammer로 1~2 회가볍게쳐서소켓을 cement로, cement를 acetabulum의골주 (bony trabeculae) 로 coin 시킨다. 6) Socket holder 를 cup 에서분리시키다. 2. 임상결과최근발표된장기추시결과에의하면 Schulte 등 32) 은 322 례를분석하였고이중 98 례는최종추시까지생존한경우였다. 최소 20 년이상추시한결과 322 례중 6%(18 례 ) 에서무감염성비구해리로재치환술을하였고반면최종추시까지생존한 98 례중에서는 10%(10례 ) 에서재치환술을시행하였다. 방사선학적이완은전체 322 례중 13%(43례 ), 최종추시까지생존한 98례중 22%(22례 ) 에서보였다. 젊은연령층에대한보고를살펴보면 Sullivan 등 34) 은 50 세이하 84 례를 16 년 ~22 년장기추시하여 13% 에서비구의무균성해리로재치환술을시행하였고 31 례에서방사선학적해리를보임으로써전체적으로 50% 의무균성해리를보고하였다. Torchia 등 35) 은 20 세미만 63 례를 first generation 시멘트기법으로수술하여최소 10년추시한결과실패가점차증가하여 15 년후에는 45% 에이르렀으며특히불완전한추시 11 례를제외한 52 례를 10 년이상추시한결과 50% 에서보통이하의결과를보였고이는대개비구컵에원인이있었으며 15 년후방사선학적해리는 60% 에이르렀다고하여나쁜결과를보고하였다. 그이후 2000년 Callaghan 등 5) 은 59 례를최소 25 년추시한결과 15% 에서비구무균성해리에의한재치환술을보고하였고 2003년 Keener 등 17) 은93례를최소25년추시한결과 34% 에서비구무균성해리에의한재치환술 을보고하여앞선보고보다는향상되었다. 노령층과젊은층의결과를비교한 Neumann 등 26) 에의하면 34~55세사이 52 례, 55세이상 188 례를분석하여무균성해리에의한재치환술이젊은층에서 3례노령층에서 5례, 또한 20 년후 revision rate도 11.7~10.7% 로비교적우수한결과를보고하면서젊은층에서도 Charnley low-friction arthroplasty를권장하고있다. Second-generation 시멘트기법을이용한인공관절에대한보고를보면 Ballard 등 2) 은최소 10 년이상추시한 50 세미만은 42 례중 24% 에서비구해리로재치환술을시행했으며 12% 에서방사선적해리를보여대퇴스템에비해높은빈도의비구실패를보여개선된시멘트기법을사용하더라도비구쪽의고정은계속된문제로지적하였고이후 Mulroy 등 25) 과 Madey 등 22) 도이와비슷한결론을보고한바있다. Ranawat 등 30) 은 all-polythylene cemented sockets 의장기생존에대한예견으로 236 례를 9년추시하여초기방사선과후기방사선상의골-시멘트사이의상태를분석한결과술후사진상잘고정된경우에는 2.2%, 잘고정되지않은경우에는 14.4% 의무균성해리를보였다. 초기술후사진상의골-시멘트사이의상태가 cemented socket의장기생존여부의지표가될수있으며최신의시멘트기법을이용함으로써 60 세이상의골관절염환자에게 all-polyethylene socket이유용한고정방법이라제시하였다. Ranawat 등 31) 은비구부품의시멘트고정에대한보고에서젊은환자, bone stock이나쁜경우, metal backed component을이용한경우와비구골의소실이있는재치환술시에시멘트소켓의실패가흔하며초기시멘트-골고정이불량한경우보통 10 년내에기계적실패가일어남을보고하였다. 하지만장기적으로는마모나골용해에의한생물학적원인이실패와성공을결정하는중요한요인으로작용하여이에대한해결에초점이맞추어지고있다. 따라서시멘트기법을개선하고새로운시멘트의개발에대한연구가이루어지고있으며 Joshi 등 16) 은골용해를줄이기위해비구내시멘트를 6 mm 두께로해야한다고보고하였다. 또한폴리에틸렌의마모를감소시키기위한연구가활발히진행되고있으며두꺼운폴리에틸렌의사용과시멘트에의한고정이 wear가적다는데에의견이일치하고있다. 특히최근새로운형태의 UHMWPE으로서 High Dose Gamma irradiation을 polyethylene에조사하여만든 Cross-linked polythylene acetabular cup 에대해 Wroblewski 39), Jasty 14), Oonishi 29) 등은임상및실험실적연구를하여기존의폴리에틸렌에비해마모를현저히줄일수있다고보고하였다. Bearing 물질로 polyethylene을 ceramic이나 metal로바꾸어시멘트 122

43 시멘트형인공고관절전치환술 를사용하여고정함으로써 polyethylene 마모입자에의한골용해를해결하려는인공삽입물도소개되어사용되고있다 (Fig. 2). 시멘트형주대시멘트기법의기술적요인들이장기결과에중요한것으로증명되고있다. 시멘트는폴리에틸렌마모편이대퇴골골수강내로침투하는것을막아주고즉각적인고정을시켜주고외력을조절하여응력을전달하는기능을갖는다. 이러한기능을최대화시켜고정력과수명을연장하려는시멘트기법이소위 1세대부터 4세대까지발전되어왔다. 1세대기법은골수강내플러그삽입없이 dough stage의시멘트를손가락으로삽입하며대퇴주대는스텐레스강으로만들어졌고협소한내측연을가지고있었다. 제 2세대기법은플러그삽입과 pulsatile lavage 후시멘트 gun 으로시멘트를삽입하며대퇴주대는 super-alloy 로만들어졌고넓은내측연을가졌다. 제 3세대기법은 2세대기법에더하여시멘트다공성을감소시키고대퇴주대표면에 micro and macro-texturing 시키거나 PMMA의얇은막을주위에입혀사용하였다. 제 4세대기법은 3세대에더하여시멘트층을균일하게만들기위해스템의근위부와원위부에 centralizer를부착시켰다. 대퇴삽입물의실패요인과기전을규명하여장기결과를호전시키려는연구가이루어져왔다. Barrack 등 3) 은시멘 트기법을 A에서 D까지나누었으며 A는골간의근위부까지완벽하게채워진것을말하며, B는골간에거의채워진경우, C는다시 C 1 과C 2 로세분하여 C 1 은시멘트와골사이면의 50% 이상에서방사선투과성선이보이는경우를말하고 C2는시멘트층의두께가 1 mm 이하인경우를말한다. 마지막으로 D는시멘트층의큰결손및많은큰기공들이있거나스템밑에시멘트가없어육안적으로층의결손이보이는경우를말한다. C와 D에서무균성해리와의연관성이높음은임상적으로나타난다. 삽입물과시멘트사이의분리는시멘트와금속사이의면에서발생한다 15,23). 시멘트와금속사이면에서분리가발생하면시멘트층에최고의응력이가해지고균열은얇은시멘트지역과시멘트층결손과인접한곳에서발생한다. 이러한이유로소위제3,4 세대의시멘트기법이탄생하였으나임상적으로는좋지않은결과를가져왔다. 반대로 Ling 등 37) 에의하면시멘트와금속사이의분리가오히려시멘트와골사이에장력을감소시키고압박력을증가시킴으로써골과시멘트의결합이망가지지않는다고하였으며대퇴주대의표면을 polishing 하여사용하여좋은임상적결과를보여주고있다. Charnley의대퇴주대의시멘트와골사이가장기추시에서생물학적이나기계적으로잘유지되고있는것은이것이옮음을이야기해주고있다 (Fig. 3). Collar의사용에대한논란은아직도계속되고있는데 collar는근위대퇴부위의부하전달을증가시키며응력차단과근위내측의시멘트에변경을감소시킨다는견해가있다 9,13). 반면에 collarless 대퇴주대를옹호하는학자들은 collar가근위대퇴에응력을감소시켜주는유의한임상적증거가없으며 collar와 calcar의접촉을유지하기어렵고 collar 밑의내측대퇴경부에골흡수가보고되고있 Fig. 2. Anteroposterior radiograph of fifty-five year old male who had total hip arthroplasty with cemented ceramic cup due to pyogenic arthritis of right hip. There is a risk of ceramic breakage. Fig. 3. Cement-bone interface of the femur showing long standing inert interdigitation between the bone and cement. 123

44 고한석 고 collar와 calcar 사이의미세운동에의한이차적인마모편의생성가능성도있다고주장하고있다 21). 1. 수술수기 1) 골수강처리는삽입하려는대퇴삽입물보다큰 broach를삽입하여시멘트가들어갈적적한공간을마련하고 curette으로골수강내느슨한해면골을제거하는데 reamer는사용하지말아야하며플러그를대퇴삽입물의 2~3 cm 하부에위치하게한다. Lavage system 을이용하여골수, 지방, 혈액, 혈전등의형성을감소시키고 suction과아드레날린스폰지를사용하여건조시킨다. 척수마취, hydrogen peroxide, 냉각된식염수등을사용하며출혈을감소시킨다 2). 2) 시멘트처리에서원심분리로시멘트내기공의크기를직경 200~400 um까지감소시킬수있으며이는 tensile strength가 24% 증가하고 tesion-compression fatigue strength가 136% 증가하는결과를가져온다고한다 10). 다공성의감소로시멘트의피로도에대한내성을향상시킬수있으며진공상태에서시멘트를혼합시킬때도이와비슷한효과를볼수있다고한다 38). 3) 시멘트삽입시시멘트와플러그사이의공기가 trapping 되는것을피하고골수강내시멘트의분포를균일하게하기위해 retrograde 하게주입해야한다. 골수강내시멘트가다채워지면골내로시멘트가잘침투되도록압력을가해주며시멘트와골사이면의적절한강도를위해서는 4 mm 정도의깊이가적당한데이는주로치밀한피질골로이루어진골간에서는사실상불가능하다. 4) 골수강내에서스템을중앙에위치시키고시멘트가고루퍼지도록하기위해스템 centralizer를사용한다. 인공삽입물이내반위치로되었을때기계적실패율이증가하고외반고정시에도 Gruen zone 5와 6에서시멘트두께가얇아져기계적해리가발생한다는보고가있어이상적인시멘트두께에대해정의되어진바는없으나여러저자들은 2~5 mm의두께가적절하다고보고하고있다 11). 5) 항생제골시멘트는술후감염에대한예방적인방법으로사용되고있는데 PMMA의기계적성질에영향을주고조기해리의가능성이있을수있다는견해가있으나적은양의항생제를사용할경우 (2 g/40 g) PMMA의기계적성질에큰영향이없다는견해가대부분이다. 2. 임상결과시멘트기법이향상됨에따라시멘트대퇴주대의장기추시결과가향상되어지고있으며 1세대기법보다 2세대기법에서일반적으로더좋은결과를보이고있다 19). 제 3,4 세대기법을이용한시멘트형대퇴주대는조기결과에 서는좋은고정율을보이고있으나장기추시에서는차이가없거나오히려더나쁜결과를보이는보고가있다 28). Ling 등 37) 은 polishing한표면의시멘트형대퇴주대와 matte 표면의시멘트형대퇴주대를 10 년이상추시하여 polishing한표면의시멘트형의임상결과가더우수함을보고하였다. 반면에 Harris 등 4) 은 matt-finished 대퇴주대를사용하여 12 년추시에서 5% 의실패율을보고하였고 Vail 등 36) 은 grit-blasted 표면의시멘트형주대와 polished 시멘트형주대의결과에큰차이가없다고보고하였다. 역설적으로 2000년도에 Callaghan 등 5) 은 Charnley stem 을이용한대퇴주대의 25년추시에서 7% 의실패율을보고하였으며 2003년 Keener 등 17) 도 Chanley stem을이용한대퇴주대의 25년추시에서 13% 의실패율을보고하여현재까지의모든대퇴주대에비해가장좋은결과를보고하였다. 2003년 Kim 등 18) 은시멘트형의대퇴주대와무시멘트형의대퇴주대를 10 년이상추시하여실패율은비슷하였으나골용해가무시멘트형의대퇴주대에서더많음을보고하였다. 요 골시멘트는기술적이고공학적인고려와함께사용되어야하고그장단이있으나향후에도인공관절술에지속적으로사용될재료로사료된다. 인공고관절의시술과시술결과에대한많은연구가있었으며특히시멘트인공관절의고정방법과형태도이론적근거를두고개선시키시위한노력들을이어왔다. 현재까지장기간의추시결과무시멘트고정법보다는시멘트고정법에서폴리에틸렌컵의마모와골용해가더적으며임상적결과의신뢰도도더높다하겠다. 인공십입물의결과는여러가지변수들이작용하므로하나의결과에미친영향에대해말하기는어렵지만새로운시멘트기법과더불어시멘트인공고관절은안전하고내구성이있는효과적인고정방법이라고볼수있다. 점차노령화인구가증가하는상황에서인공고관절의수가의문제를고려할때비록수술수기가약간복잡하더라도그사용을고려해봐야할것이다. 약 REFERENCES 11) Ballard WT, Callaghan JJ, Sullivan PM, Johnson RC: The results of improved cem-enting techniques for total hip arthroplasty in patients less than fifty years old. J Bone Joint Surg, 76-A: 959, ) Bannister GC, Young SK, Baker AS, Mackinnon JG and Magnusson PA: Control of bledding in cemented arthroplasty J Bone Joint Surg, 72B: , ) Barrack RL, Mulroy RD and Harris WH: Improved cementing techniques and femoral component loosening in 124

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47 대한고관절학회지제 18 권제 2 호 Vol. 18, No. 2, June, 2006 대퇴골두무혈성괴사에서의양극성반치환술 최일용 김영호 한양대학교의과대학정형외과학교실 서 1974년 Bateman 2) 과 Giliberity 17) 에의해처음도입된양극성반치환술은고관절의인공관절치환술의한가지변형된형태및술기로서내측과외측의두개의관절에서운동이가능하게함으로서비구측연골의미란을최소화하여속발되는인공골두의골반내비구돌출을줄일수있고비구측의노출과술기가필요치않아수술이용이한장점이있다. 그러나비구연골과금속비구컵의접촉및마찰로인한비구연골의파괴와폴리에틸렌의마모에의한골용해및환자의서혜부통증등이단점으로보고되고있다. 현재대퇴골두무혈성괴사에서의양극성반치환술의임상적적응과장기적결과에대해서는많은보고와논란이있으며아직까지정립된결론이나와있지않은실정이다. 본종설의목적은이러한여러저자들의결과들을종합하고그장단점을파악하여올바른적응증판단에도움이되고자한다. 양극성반치환술의임상적결과에관련된문제 비구연골의손상이관찰되지않는대퇴골두무혈성괴사혹은대퇴골경부골절에서양극성반치환술을할것인지또는인공관절전치환술을할것인지에대해서는현재까지논란이계속되고있다. 이러한결정에영향을주는요소로서환자의기존질환, 술전술후위험성 3,14), 재치환술의가능성 15,19,38), 경제성 20,27,43) 등이있다. 또한여러저자에의해보고되고있으나합당한결론을내리기어려운이유는술자의수술수기, 수술도달방법, 사용된인공관절의종류, 환자의연령, 기존질환등의차이로인해일괄적인적용이불가능하기때문이다 4,16,40). 양극성반치환술의 론 통신저자 : 최일용서울특별시성동구행당동 17 한양대학교의과대학정형외과학교실 Tel: Fax: chiiy@hanyang.ac.kr 임상적결과에관련된모든요소를고려하기가어려우므로중요한몇가지요소들을고찰하고저자의장기추시결과와비교검토하고자한다. 1. 내외측관절운동의변화 (Change of inner and outer bearing) 초기에는 Austin Moore의단골두반치환술 (monopolar hemiarthroplasty) 이대퇴골두무혈성괴사에사용되기도하였으나인공골두의근위부이동에의한비구의파괴가빈번하였다 11,41,44). 이러한단점을보완하기위해서양극성반치환술이개발되었다. 양극성반치환술은관절의마찰력을내측관절 (inner bearing) 과외측관절 (outer bearing) 에동시에배분하며내측관절의운동이더많이일어나는것이이상적이라할수있다. 그러나이에대한여러연구에서저자들은다양한의견을보고하였다. Long 등 29) 은대퇴골경부골절에서사용된 Bateman 양극성삽입물은내측관절에서주된운동이일어난다고하였으며 Chen 등 8) 과최등 9) 은내측과외측모두에서운동이분배되며이중내측관절의운동범위가시간이지남에따라증가한다고보고하였다. 이에반해 Drinker 등 13) 은방사선촬영기로분석한결과내측관절의운동이적었으며약 2년이경과한후에는내측관절의운동이더욱현저히감소하였다고보고하였다. Langan 26) 에의하면 65 예양극성반치환술의 85% 에서약 1년이경과한후내측관절의운동이거의관찰되지않았다고하였으며 Verberne 42) 의연구에서도술후짧은시간내에내측관절의운동이관찰되지않음으로양극성치환물이비구연골의마모를막지는못한다고주장하였다. 2. 비구연골의마모 (Erosion of acetabular cartilage) 비구연골의마모에대한여러저자의연구를보면 Steinberg 등 39) 은 41 례의대퇴골두무혈성괴사의전치환술시비구연골을직접관찰한결과단순방사선사진에서는정상이었으나대부분수술소견시비정상적인퇴행 127

48 최일용 김영호 성변화를보였다고하였다. Dalldorf 등 12) 은 12 례의양극성반치환술후통증에의한재치환술시에채취된연골을관찰한결과정상적인연골이었더라도금속인공대퇴골두에의한비정상적인스트레스를견디지못하였다고주장하였다. 이에반해 Mess와 Barmada 30) 는 47 명환자의추시결과 1예 (2%) 에서비구마모를보였다고보고하였다. 3. 골용해 (Osteolysis) 양극성반치환술후관찰되는골용해에대한연구에서도여러저자에의해다양한결과가소개되고있다. 대퇴골두무혈성괴사에서인공고관절전치환술시나타나는골용해는많은저자들에의해 15% 에서 28% 까지보고되고있으 며 23,35) 양극성반치환술의경우는 18% 에서 58% 까지보고 되고있다 6,10,19,24,33). Lee 등 28) 에의하면대퇴골두무혈성괴사에서전치환술과반치환술의비교시평균 8년의추시결과두군모두에서골용해는관찰되지는않았으나폴리에틸렌마모가관찰되므로골용해가시간이경과함에따라나타날것으로예상되며더장기적인추시가필요하다고하였다. 김등 21) 은양측대퇴골두무혈성괴사환자에서한쪽은전치환술다른쪽은반치환술을한 12 례환자에서평균 5.8 년추시결과전치환술쪽의골용해가더빈번히관찰되었다고보고하였다. 이에반해 Nakata 등 31,32) 은양극성컵의표면에섬유성막이형성되고폴리에틸렌입자들이침윤하여이물질반응이일어나양극성반치환술후많은골용해를초래한다고하였다. 또한 Nishii 등 33) 은양극성반치환술에서생성된폴리에틸렌입자는특히무시멘트형대퇴스템에서많은골용해를유발한다고하였고 Kim 등 22) 과 Nishii 등 33) 도양극성반치환술에서폴리에틸렌의마모에인한많은양의파편이발생한다고보고하였다. 양극성비구컵의환상폴리에틸렌마모 (circumferential polyethylene wear) 에대해서 Ito 등 19) 은48예의증례중재치환술을받은 12 예의 67% 에서양극성비구컵의환상마모가발견되었으며이것이폴리에틸렌마모파편의중요한원인이었다고보고하였다. 대퇴스템경부와폴리에틸렌컵의변연부 (rim) 와의충돌문제점에대해서는 Kim 과 Rubash 22) 는폴리에틸렌변연부와대퇴스템경부와의잦은충돌로인해많은양의크기가큰폴리에틸렌마모입자 ( 직경 20 μm 이상 ) 가발생한다고보고하였으며 Ito 등 19) 은이러한현상으로인해양극성반치환술의높은실패율을초래한다고주장하였다. 또한여러저자에의해폴리에틸렌삽입물의파손이보고되었는데 1,18,34) 이러한현상또한대퇴스템의경부와의충돌에기인한것으로보고하였다. 4. 서혜부또는둔부통증 (Inguinal or gluteal pain) 양극성반치환술후관찰되는서혜부또는둔부통증에 대한연구에서는 Ito 등 19) 은대퇴골두무혈성괴사에서의양극성반치환술시평균 11.4 년의추시결과 42% 에서서혜부통증이보였다고하였으며 Lachiewicz 등 25) 은평균 4.6 년추시시 20% 에서, Takaoka 등 41) 은평균 5.5년시 12% 에서관찰되었다고하였다. Lee 등 28) 은앞서서술한저자의보고와비교하여양극성반치환술의전반적인결과는양호하였으나서혜부동통이 20% 에서관찰되었다고보고하였다. Pandit와 Ortho 34) 에의하면골성관절염에서양극성반치환술을시행하면서혜부통증이가장큰문제이기때문에전치환술을권장한다고하였다. Sharkey 등 36) 은양극성반치환술후에서혜부또는둔부통증을가지는 41 례의환자에서전치환술로재수술을받은경우약 89% 에서증상이호전되었다고보고하였다. 또한 Cabanela 5) 는대퇴골두무혈성괴사에서시행한양극성반치환술 23 예를평균 9.2 년추시한결과약 59% 에서만임상적으로만족할만한결과를보였다고보고하였다. 반면 Chan 등 7) 은 28 명의같은환자에서반치환술과전치환술을시행한후동통, 골용해등에서두군과의차이가없었다고보고하였고신등 37) 은반치환술후평균 6.2 년추시결과약 1% 에서서혜부통증을호소하여양호한결과를보고하였다. 5. 저자의수술환자에서의임상및방사선학적결과저자는 1985년 6월부터 1989년 12 월까지대퇴골두무혈성괴사로양극성반치환술을시행받은 30 명의환자 39 예의고관절을대상으로연구하였다. 추시기간은 15 년 1 개월에서 19 년 6개월이었으며남녀비는 22:8, 평균연령은 45 세 (20~66) 였다. 대퇴골두무혈성괴사의원인으로는알코올에의한경우가 14 예 (35%), 스테로이드에의한경우 4예 (10%), 특발성인경우가 21 예 (55%) 이었다. 병기로서는 Ficat-Arlet 분류상제3기가 23 예 (58%), 제4기가 16예 (42%) 이었다. 모든환자들에서 Self centering universal hip (Depuy, Warsaw, IN) 의양극성비구컵과 Tri-Lock (Depuy, Warsaw, IN) 무시멘트대퇴스템을사용하였으며수술적도달법은 Muller 전외측도달법을사용하였다. 임상적결과로서 Harris hip score는술전평균 44.4에서술후평균 90.8로향상되었고둔부또는서혜부통증은 4예 (10.3%) 였으며대퇴부통증은 2예 (5.1%) 였다. 방사선학적결과로서비구골의골용해는 7예 (17.9%), 대퇴골의골용해는 6예 (15.4%) 였으며비구연골마모는평균 0.14 mm/year였다 (Fig. 1, 2). 관절운동연구에서는비체중부하에서내측관절은평균 8.9 도, 외측관절은평균 31.1 도였다. 합병증으로는대퇴스템주위골절 2예 (5.1%), 이소성골형성 8예 (20.5%), 지연혈행성감염 2예 (5.1%), 양극성컵의근위부전위가 3예 (7.7%) 에서관찰되었다. 양극성컵의근위부전위를 128

49 대퇴골두무혈성괴사에서의양극성반치환술 A B Fig. 1. (A) Preoperative radiograph shows bilateral osteonecrosis of the femoral head. (B) Postoperative radiograph shows that bilateral bipolar hemiarthroplasty was performed using Self centering universal cup and Tri- Lock stem. (C) Postoperative 20 years radiograph shows well performing bipolar hemiarthroplasty such as good osseointegration of stem, well preserved acetabular cartilage and no evidence of osteolysis. C A B C D Fig. 2. (A) Preoperative radiograph shows osteonecrosis of right femoral head. (B) Postoperative radiograph shows that bipolar hemiarthroplasty on right hip was performed using Self centering universal cup and Tri-Lock stem. (C) Postoperative 12 years radiograph shows cystic change on the acetabulum suspicious of osteolysis. (D) Postoperative 18 years radiograph shows no progression of osteolysis on the acetabulum and good osseointegration around stem. 129

50 최일용 김영호 나타낸 3예중 2예는 Ficat-Arlet분류제 3기, 1예는 Ficat-Arlet 분류제4기에서발생하였다. 재치환술은 4예 (10.3%) 에서시행하였다. 요약및결론앞에서술한바와같이비구연골의손상이적은대퇴골두무혈성괴사에서양극성반치환술은여러저자에따라결과가상이하며그원인에대한분석또한다양하다. 불량한결과를보고한저자들의양극성반치환술의문제점을정리하면 (1) 비구연골의마모에의한양극성컵의근위부전위, (2) 폴리에틸렌삽입물의과도한마모에의한인한비구골및대퇴골의골용해, (3) 내측관절면 (inner bearing) 의운동감소로인한외측관절면 (outer bearing) 의상대적운동증가, (4) 방사선학적이상이발견되지않음에도불구하고나타나는환자의서혜부또는둔부통증이다. 비교적양호한결과를보고한저자들에서의양극성반치환술의장점은 (1) 수술시간의단축으로인한출혈, 감염등의술후합병증및이환율의감소, (2) 정기적인추적진료시비구연골의마모또는골용해가관찰될경우비구부재치환술이용이, (3) 폴리에틸렌마모에의한골용해는전치환술과비교하여큰차이가없다는점등을보고하고있다. 저자의연구와추적조사에의하면대퇴골두무혈성괴사로양극성반치환술을받은후 15 년이상경과후에도우수한임상적또는방사선학적결과를가지는환자군이있는반면비교적조기에양극성컵의근위측이동이있어재치환술을받은환자군이있었다. 이러한차이를일으키는통계학적으로의미있는원인인자를발견하지는못하였으나저자들이추정하는원인인자는다음과같다. 환자와관련된인자로서는 (1) 직업등과관련된환자의활동도와환자의생활습관, (2) 관절에과도한부하를일으킬수있는환자의비만과관련된체중문제, (3) 비구부골다공증과관련된환자의기존질환, 약물복용등, (4) 퇴행성관절염에서와같이환자의관절연골의변성을잘일으킬수있는유전적또는환경적요소등을들수있다. 수술및삽입물과관련된인자로서는 (1) 관절막의정확한복원 (repair) 여부, (2) 수술시비구연골또는연골하골의혈액공급의손상정도 (3) 폴리에틸렌마모등과관련된인공관절삽입물의질적문제등이있다. 이러한원인인자들과관련되어앞으로연구, 개발되어야할점으로서는첫째, 비구연골의정상도를판단할수있는검사또는방법에대한연구이며둘째, 환자의연령, 체중, 활동도, 기존질환등에따라대퇴골두무혈성괴사에서양극성반치환술을선택할수있는객관적인기준의마련이다. 셋째, 폴리에틸렌삽입물의마모를줄일수있는새로운관절면의개발즉폴리에틸렌의질적향상을도 모하고폴리에틸렌-세라믹관절등의새로운관절조합에대한연구이다. 넷째, 비구연골의마모를일으키는원인에대한연구, 예를들면양극성컵의크기와비구의직경사이의부조합또는수술측하지길이연장에따른고관절의긴장또는관절내의압력증가등이비구연골의마모를증가시키는지에대한연구이다. 마지막으로내측관절의대퇴골두직경의변화를주거나수술시절개한관절막의정상적인복원으로관절액의고른분포를도모하는방법등이내측관절의운동을증가시킬수있는지에대한연구가있어야할것으로사료된다. 결론적으로저자의소견으로는양극성반치환술은진행된대퇴골두무혈성괴사 (Ficat-Arlet 분류제 3기나조기제 4기 ) 에서한가지수술방법으로선택될수있을것으로사료되며향후수술결과에영향을미치는원인인자에대한연구와수술수기및질적으로향상된양극성반치환술삽입물의개발이있어야할것으로생각된다. REFERENCES 01) Barmada R and Mess D: Bateman hemiarthroplasty component disassembly: A report of three cases of highdensity polyethylene failure. Clin Orthop, 224: , ) Bateman JE: Single-assembly total hip prosthesis: Preliminary report. Orthop Dig, 2:15-22, ) Boettchler WG: Total hip arthroplasties in the elderly. Morbidity, mortality and cost effectiveness. Clin Orthop, 274:30-34, ) Broos PL: Prosthetic replacement in the management of unstable femoral neck fractures in the elderly. Analysis of the mechanical complications noted in 778 fractures. Acta Chir Belg, 99: , ) Cabanela ME: Bipolar versus total hip arthroplasty for avascular necrosis of the femoral head: A comparison. Clin Orthop, 261:59?62, ) Calton TF, Fehring TK, Griffin WL and McCoy TH: Failure of the polyethylene after bipolar hemiarthroplasty of the hip: A report of five cases. J Bone Joint Surg, 80- A:420?423, ) Chan YS and Shih CH: Bipolar versus total hip arthroplasty for hip osteonecrosis in the same patient. Clin Orthop, 378: , ) Chen SC and Sarkar SA: A radiological study of the movements of the two components of the Monk prosthesis(hard-top 'due-pleet') in patients.? Injury, 12: , ) Choi YI, Kim SH, Jung HK and Kim KH: Cementless Bipolar Endoprosthesis. J Korean Orthop, 24: , ) Coleman SH, Bansal M, Cornell CN and Sculco TP: Failure of bipolar hemiarthroplasty: A retrospective review of 31 consecutive bipolar prostheses converted to 130

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53 대한고관절학회지제 18 권제 2 호 Vol. 18, No. 2, June, 2006 Bearing Surface of Total Hip Arthroplasty 손원용 고려대학교의과대학정형외과학교실 서 1950~60년대초창기인공고관절의관절면은 MacKee- Farra가 metal-on-metal, 찰리경이 metal-onpolymer로시작하였으며, 촬리경의 22 mm직경의 Lowfriction arthroplasty의개념의폴리에틸렌-금속관절면이관절면의마찰계수, impingement에서우수하여지난반세기동안널리사용되었다. 찰리경이초기에사용한 polytetrafluoroethylene은 5~6 년사이에심한마모로곧 ulitra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) 로바꾸며실험실상의마모율이 0.07~0.2 mm/y으로, 약 25년간 5 mm 마모를예상되었고, metal-on-p. 관절이 50 대이후의환자에게인공고관절치환술의 gold standard로여겨졌었다. 그러나최근에젊은환자들에게특히무심멘트인공고관절치환술의시행이증가하면서폴리에틸렌의마모에의해발생한골용해가인공고관절의실패의주요한원인으로밝혀지고, 새로운관절면에대한연구들이진행되어, 마모에대해서개선된새로운관절들이현재임상에서시도되고있다. 그러나대부분의새로운관절면의임상경험들이아직단기추시결과들이고, 일부새로운관절면은비교적장기추시결과이라고하더라도아직부분적결과로전반적인인정을받고있는상태가아니다. 인체의고관절의관절기능으로작용시에고려해야할기초적사항및최근에밝혀지고있는고관절동역학과현재시도되고있는각각의새로운관절들을간단히 review 하고자한다. 론 기초학 (Basic Science) 인체내인공고관절기능에서관절연으로사용할때고려 통신저자 : 손원용서울특별시구로구구로동길 97 번지고려대학교의과대학정형외과학교실 Tel: Fax: wonyong@kumc.or.kr 해야되는기초적사항은첫째 Tribology( 마찰공학 ), 둘째인공고관절 kinematics( 동역학 ) 일것이다. 1. 관절의마찰공학 (Tribiolgy) 인공관절의마모에가장큰역할을하는것은관절면에서의 Coefficient of Friction ( 마찰게수 ) 이며, 이는 lubrication에의해서주로영향을받게되는데관절의 lubrication은크게 1) fluid-film lubrication: 두관절면이압력이가해진 fluid로서로떨어진상태로작용하는관절로마찰계수는 0.001~0.02이며, 2) boundary lubrication: 두개의관절면이불규칙한표면으로고체면에달라붙는단분자내지, 수분자정도의두께 (10-6 mm) 의액체기체분자층에의해완전히분리되어있지않고, 부분적으로두관절면이직접접촉되어있는관절상태로마찰계수는 0.07~0.15 이다, 그외 fluid-film lubrication과 boundary lubrication의혼합형태의 3) Mixed ( 마찰계수 : 0.01~0.1) 와 4)dry( 마찰계수 : 0.1~2) 로나누어진다. 인체의관절의마찰은연골이힘을받으면연골표면의미세포말형태로세포액이배출이나이동으로연골기질의변형이발생하므로힘을흡수하는 Plowing friction이며, 인체활막관절은 glycoproteins과 phospholipids의농도에따른 viscosity, hyaluronic acid등에따라 mixed, boundary lubrication들에의해작용하는 active multi-mode lubrication이라고할수있으며, 인체고관절의마찰계수는 0.04~0.01 정도이다. 폴리에틸렌-금속관절면도 boundary lubrication과 mixed-film lubrication이혼합된관절로마찰계수는 0.02~0.06이며, metal-on-metal 관절은 0.17, ceramic-onceramic 관절은 0.001~0.06 정도로보고되어있다. Hard bearing에서는 sequaking, clicking, seizing등의발생이보고되어있고이는 dry type의 lubrication이원인이아닌가생각된다. 2. 인공고관절동역학 (Hip kinematics) 133

54 손원용 a. Impingement; * 현재까지의인공고관절의디자인에서는 22 mm, 28 mm, 32 mm에서는관절운동의허용범위는 104 에서 127 까지이나일상생활에서는그이상의고관절운동범위가필요하기때문에인공고관절치환술후에인공고관절부품사이에충돌 (impingement) 현상이발생할수있다, 최근에인공고관절치환술후에제거한비구컵에서약 39~56% 에서 impingement의증거가관찰되었다는보고가있었다. 실패한고관절치환술에서의결과이지마는예상보다는인공고관절치환술후충돌현상이발생한다는것을알수있으며, 향후인공고관절치환술후동역학에대한연구가필요한상태이다. b. micro-separation: 보행시평균 1.2 mm(0.8 mm-2.8 mm) 의관절면분리가, 내전및외전시평균1.7 mm(1.7~3.0 mm) 의관절면분리가발생한다는보고가최근에발표되어있어이에대한향후연구도필요하다. 기존의폴리에틸렌-금속관절기존의폴리에틸렌-금속관절은반세기동안 10 년 90% 이상의성공률을보여주고장기간인체에독성등의부작용의발생이보고되지않은안전성이확증된인공관절면이다. 그러나폴리에틸렌의 abrasive, 3rd body wear등의마모로특히젊은환자에게흔히폴리에틸렌의미세마모입자에의한심한골용해를발생시켜서인공고관절의실패나재수술이필요한심각한후유증의유발시키는것이문제이다. 기존의 28 mm head의경우에년간선상마모가 0.12 mm/y 인경우에연간마모입자의볼륨은 60~100 mm 3 로보고되고있으나, 실제로는국내의보고된결과는그이상으로평균 100~200 mm 3 이상이다. 평균마모입자의크기가 0.5~6 um 3 라고할때에년간적어도10 11 (7.4 x ~1.5 x ) 이상의마모입자발생하며, 이는한스텝고관절을움직일때마다약 74,000~150,000개이상의폴리에틸렌마모편이발생하고, 한개의 macrophage 가약 60개의폴리에틸렌입자를흡입한다고할때에약 10 9 macrophage가필요하고, 한개의 macro-phage의평균 10 um 길이라고하고, 빽빽이차있다고할때에약 1000 um 3 의 (1 cm 3 ) 의양의공간이필요하게된다. 일반적으로년간마모율이 0.2 mm 이상, 년간마모볼륨이 150 mm 3 이상이발생하면골흡수현상이발생위험도가높다. 22 mm head 경우에는선상마모율이 28 mm 경우보다많으나마모볼륨은적고, 32 mm head의경우에는선상마모율은적은편이나, 년간마모량이증가하여그동안폴리에틸렌-금속관절에서는많이사용하지못하였다. 이러한폴리에틸렌의마모는소독을위해시행하는방사 선조사에의해발생하는 free-radical이공기중의산소에의해산화 (oxidation) 가되어폴리에틸렌의물성의약화, 특히 brittleness가증가되는것이마모를증가시키는주요인이었다. Highly Cross-linked 폴리에틸렌 silane, peroxide를사용하는화학적방법과방사선조사방법으로폴리에틸렌을 cross-linking을시킨폴리에텔렌은마모가감소하고, 폴리에틸렌의산화가감소하는특성을가지게된다. 이러한 cross linking의형성이많을수록 polyethylene의 wear율이감소하게된다. 그감소율은 radiation의양이많을수록감소하게되는데생체외실험에서 5 Mrads 조사시 90%, 10 Mrads조사시는 100% 까지 wear율이감소한다고보고하고있다. 그러나반면에 UHMWPE의 mechanical properties에대해서는, 논란이있으나, 방사선조사량에반비례하여폴리에틸렌의물리적강도가감소한다는보고가있으며, Yield strength가 15~30%, Elongation이 45% 까지, Modulus of Elasticity는 27% 까지감소한다고한다. 더구나가장중요한 mechanical properties중의하나인 toughness의감소가확실히있게되는데, 실험실결과에따르면 toughness를가장잘나타내는 J intergral test에서 5 Mrads 조사시 49%, 10 Mrads시는 64% 까지강도가약하여진다는실험보고가있다. 이러한 mechanical strength의변화가향후 highly cross-linked UHMWPE 사용시 polyethylene의 fracture로인한 failure의발생할수있다는것이가장우려되는단점이다. 또한 highly cross-linked UHMWPE의마모입자가더활성화된생물학적반응을유발한다는보고와표면손상을받은골두에서는마모가더심하다는주장도있다. 현재까지생체내에서의 cross linked polyethylene의결과는 100 Mrad gamma irradiation한 Oonish의결과와 Silane을사용한 Wroblewski의결과에서마모가상당히감소한것을보고하고있으나, 표본수적거나와추시기간이아직짧다. 현재사용하기시작하고있는 cross linked polyethylene을사용한폴리에틸렌-금속관절면이체외마모실험에서는기존의폴리에틸렌보다 42~100% 마모가감소하는것이증명되었으며, 최근보고된 5년간추시임상결과에년간선상마모가 mm/y 대조군보다약 76% 의마모감소를발표한보고가있으나, 확실한임상결과는장기추시가필요한상태이다. 장점은첫째, 이미 40 년간폴리에텔렌을골용해이외에인체에부작용이없이사용한경험이며둘째, 폴리에틸렌을사용시 elevated lip liner, offset liner, constrained type의 liner 들을사용할수있고, 폴리에틸렌의충격을흡수할수있는물성으로 impingement의 134

55 Bearing Surface of Total Hip Arthroplasty 발생보행시 micro-separation등의현상에 hard-hard bearing보다우월하다. Ceramic-ceramic bearing 세라믹은탄성계수가아주높은단단하며 (hard), 마모에는강한물질이나이에비해인장강도는낮고, 연성 (ductility) 의물성이거의없어충격에깨지기가쉬운물질이다. 1970년대부터인공고관절에사용되기시작하였으며, 초기에는 13% 의실패율을보고되는데세라믹의 fracture 와이완이주요원인이었다. 초창기세라믹 head의골절의발생율은많게는 10/130 정도로보고되었으나, 그동안세라믹이제조과정의향상으로최근에는 5~6 년에 0.4~0.02% 으로보고되고있다. 장점은첫째, 단단하고부식에강하며, 친수성 (wettability) 으로관절면에 fluid film 윤활을유도할수있어마찰계수가세관절중에가장우수할수있으며, 회수된세라믹관절의년간선상마모가 2~20 um/y, 마모볼륨이 0.02~0.05 mm 3 /y로우수하다. 둘째는 biocompatibility로세라믹마모입자는평균 0.5 um(0.13~78.4 um) 이하로대식세포에의하여포식되어, 단백분해효소를배출하여생물학적반응을활성시키는정도가적다. 그러나세라믹마모입자들역시골용해유발한다고보고되어있다. 단점은첫째세라믹은탄성계수높은단단한물질이나, 최근에개선되었다하더라도연성과인장력이약하여충격에골절발생의위험성이있으며골절된후재수술이어려운것은잘알려져있다. 골절은세라믹골두와대퇴스템의경부 (trunnion) 사이에서, 세라믹라이너가수술중외과의조작의잘못과, 지속적인고관절의 microseparation에의한피로골절으로발생할수있다. 둘째는고관절치환술후발생할수있는 impingement의충격을흡수하는능력이없어세라믹관절을사용시임플란트의고정위치 (position) 의허용범위가적으며 Impingment의발생은세리믹라이너의 chipping이나골절및부품의이완의발생위험이있다. 세째, microseparation으로 Strip wear 표면의손상이발생할수있는것이다. 그러나최근에보고된 Biolox femoral head의경우에 0.014%-0.004% 의골절발생율, sandwich type의세라믹관절의 3~5 년간 0~0.5% 골용해와 0% 의골절의우수한결과들이보고되어있다. 그러나최근에세라믹관절에서 sequeaking의발생 (0.66%) 이보고되어있다. Metal-on-metal bearing 1950~60년대의초기의 McKee-Farra형, Stanmore 이나형등의금속-금속관절면의사용을시도하였으나 10~15년에 53~89%, 20년에 27.5~84% 의비교적낮은생존율로사용이중지되었으나 1980년대후반부터 1990 년대중반부터개량된금속-금속관절을일부외과의들에의해서다시사용하기시작하였다. 초창기금속관절의실패의주요인은관절의직경의크기와두관절면의사이의간격 (clearance) 가적당하지못하여염전력이너무커져서대퇴스템이나비구컵에의과중한모멘트로조기에해리가발생하거나, 접촉표면이너무작아져관절표면의단위면적당과중한표면응력이가하여져마모가증가한것이다. 금속-금속관절면의마찰공학은적당한관절면간격이중요하며, 이는관절윤활에직접적인영향을주며, 150 um이상의관절간격은마모를증가시키는것으로알려져있다. 일반적으로금속-금속관절면은보통 mixed type의 lubrication 으로작용하는것으로여겨지고있으며, 마찰계수는 28 mm 골두에 40 um의관절간격인경우에 0.17로폴리에틸렌 -금속관절의 3배정도이다. 그러나금속재질의향상, 제조기술의발전, 알맞은디자인과적당한관절간격과직경의선택으로, 금속-금속관절이 fluid-flim lubircation도가능한것으로되어있다. 금속-금속관절의마모정도는실험적으로는년간 0.22 mm 3 (0.05~0.85) 로보고되어있으며, 회수된임프란트에서는년간선상마모율이 4.2 um로기존의폴리에틸렌-금속관절면보다 25 배적고, 년간마모볼륨은 1.5 mm 3 /y 로폴리에틸렌-금속관절보다 60 배정도적은것으로보고되어있다. 금속-금속관절면에서발생하는금속마모입자의크기는 6 nm-1 um으로대부분은 50 nm 이하의크기로폴리에틸렌마모입자보다 100 배정도작은마모입자들이응집되어있으며마모입자의개수는약 6.7 x 에서 2.5 x 정도로추산된다. 이는폴리에티렌마모입자보다 13~500 배많은수이며, 때문에적은볼륨이라도그것이국소적으로영향을미치는면적은상당히넓게된다. 금속마모입자들은국소적, 전신적생물학적영향을줄수있으나아직확실히밝혀진임상보고는없다. 작은금속입자들은대식세포에탐식작용 (phagocytosis) 보다세포흡수작용 (pinocytosis) 로흡입되며, 한개의대식세포가많은작은금속입자들을흡입하기때문에전체대식세포의수는폴리에틸렌의마모입자에서볼수있는수보다작은것으로되어있다. 그러나코발트-크롬의마모입자는폴리에틸렌마모입자보다생물학적반응이나세포독성에대해서는폴리에틸렌마모입자보다한단계약한것으로알려져있지마는, 고농도의코발트-크롬입자는세포독성이있으며대식세포의탐식작용을변화시키고, 세포를죽이는것으로밝혀져있고, 저농도의금속마모입시국소염증 135

56 손원용 반응을유도하여금속-금속관절면에서도골용해는발생하는것으로보고되어있다. 이러한 dissolution된코발트, 크롬입자들에의해적혈구, 혈청, 소변의금속이온의농도는증가하게된다. 아직증가된금속이온이임파계, 비장, 간, 신장에손상을주는것을임상보고는없느나금속파편들이전신적으로침착된최근보고들은있다. 모든금속은인체내에서부식돨수있으며금속이온은항원으로면역체계를활성화시키고과민반응을유발시킬수있다. 정형외과에서사용되는금속들중니켈, 코발트, 크롬등의순으로과민반응이나타나는것으로보고되어있다. 일반적으로금속-금속관절에서보고된과민반응의빈도는 2/10000으로되어있었으나, 최근에 Aseptic Lymphocytic Vasculitis-associated Lesions이보고되었고, 국내에서김등은 151 금속-금속인공고관절중 3례가, 박등은 165 환자중 8례가 hypersensitivity에의한골용해가보고되었다. 금속에의한 hypersensitivity는 delayed(iv) 형으로알려져있다. 금속파편에의한발암위험도도아직확증되지는않았으나, 조혈기관의발암의위험도는있는것으로보고되어있다. 그러므로금속-금속관절은젊은환자나신장기능부전의환자나가임기의여성에서사용은신중하여야할것이다. 요 새로운관절면들은기존의폴리에틸렌을사용한인공고관절보다마모에관하여상당히개선되어인공관절의수명을연장시킬가능성은많아보인다. 그러나 Cross linked 폴리에틸렌은기계적강도특히피로강도에서실패할가능성, 세라믹관절은마모면에서는월등하나고관절역동학으로인한합볍증의발생할가능성과금속-금속관절에서발생할수있는생물학적반응을염두에두어야할것으로사료된다. 현재상태에서는새로운관절면들의좀더광범위한장기임상결과들이보고가필요하다. 약 REFERENCES 11) Adolph V. Lombardi,Jr, Facs* Thomas H.Mallory, Facs* Douglas, Richard D. Komist 다, Rpbert A. Fada and Eric J. Northcut L An In Vivo Determination of THA Pistoning During Activity. The J of Arthtoplasty Vol.15, No , ) Barrack, Robert L MD; Burak, Corey MD; Skinner, Harry B MD, PHD: Concerns about Ceramics in THA. Clinical Orthopaedics and Related Research: Volume(429) December 2004: ) Benson MK, Goodwin PG, Brostoff J: Metal sensitivity in patients with joint replacement arthroplasties. BMJ 4: , ) Bizot P, Larrouy M, Witvoet J, Sedel L, Nizard R: Press-fit metal-backed alumina sockets: A minim- um 5- year followup study. Clin Orthop Relat Res 379: , ) Brodner W, Bitzan P, Meisinger V, et al: Elevated serum cobalt with metal-on-metal articulating surfaces. J Bone Joint Surg 79B: , ) Brodner W, Grohs JG, Bitzan P, et al: Serum cobalt and serum chromium level in 2 patients with chronic renal failure after total hip prosthesis implantation with metalon-metal gliding contact. Z Orthop Ihre Grenzgeb 138: , ) Brown SR, Davies WA, DeHeer DH, et al: Long-term survival of McKee-Farrar total hip prostheses. Clin Orthop Relat Res 402: , ) Chan FW, Bobyn JD, Medley JB, et al: Wear and lubrication of metal-on-metal hip implants. Clin Orthop Relat Res , ) Cambell P, Shen FW, McKellop H: Biologic and tribologic considerations of alternative bearing surfaces. Clin Orthop Relat Res 418:98-111, ) Catelas I, Campbell PA, Dorey F, et al: Serumquantitative analysis of cytokines in metal-on-metal THA tissues and their relationship to metal particles. Biomaterials 24: , ) Didier Hannouche, MD; Moussa Hamadouche,MD,PhD; Remy Nizard,MD,PhD; Pascal Bizot,MD; Alain Meunier,PhD; and Laurent Sedel,MD: Ceramics in Total Hip Replacement. Clinical Orthopaedics and Related Research Number 430:62-71,January ) Doorn PF, Mirra JM, Campbell PA, et al: Tissue reaction to metal on metal total hip prostheses. Clin Orthop Relat Res 329(Suppl): S187-S205, ) Dowson D, Hardaker C, Flett M, et al: A hip joint simulator study of the performance of metal-on-metal joints. Part II. J Arthroplasty 19(Suppl 3): , ) Edwards B, Folcik M, Gossling HR: Cobalt, chromium, and nickel conceptrations in body fluids of patients with porous-coated knee or hip prostheses. J Orthop Res 7: , ) Garcia-Cimbrelo E, Martinez-Sayanes JM, Minuesa A, Munuera L: Ceramic-ceramic prosthesis after 10 years. J Arthroplasty 11: , ) James A.D Antonio, MD; Michael T.Manley, PhD; William N.Capello, MD; Benjamin E.Bierbaum,MD; Rama Ramakrishnan, MS; Marybeth Naughton, BS; and Kate Sutton, MA, ELS: Five-year Experience with Crossfire Highly Cross-linked Polyethylene. Clinical Orthopaedics and Related Research Number 441: , December ) James A.D Antonio, MD; William N.Capello, MD; Michael T.Manley, PhD; Marybeth Naughton, BS; and Kate Sutton, MA, ELS: A Titanium-encased Alumina Ceramic Bearing for Total Hip Arthroplasty. Clinical Orthopaedics and Related Research Number 441: , December

57 Bearing Surface of Total Hip Arthroplasty 18) James Clayton: New joints for the Millennium: wear control in total replacement hip joint. Publication on 5 January 2001, ) John M. Cuckler, MD: The Rationale for Metal-on-Metal Total Hip Arthroplasty: Clinical Orthopaedics and Related Research Number 441: ,December ) I C Clarke, V Good, P Williams, D Schroeder, L Anissian, A Stark, H Oonishi, J Schuldies and G Gustafson: Ultra-low wear rates for rigid-on-rigid bearings in total hip replacements. Invited paper for the Special Millennium Issue published in Proceedings Part H, 2000, Vol.214, Issue H1. 21) Kim SY, Kyung HS, Ihn JC, et al: Cementless Metasul metal-on-metal total hip arthroplasty in patients less than fifty years old. J Bone Joint Surg 86A: , ) MacDonald SJ: Metal-on-Metal total hip arthroplasty: The concerns. Clin Orthop Relat Res 429:86-93, ) McKellop H, Shen FW, Lu B, Campbell P, Salovey R: Development of an extremely wear-resistant Ultra high molecular weight polyethylene for total hip replacements. J Orthop Res 17: , ) Mauricio Silva,MD; Christian Heisel,MD; and Thomas P. Schmalzried, MD: Metal-on-Metal Total Hip Replacement. Clinical Orthopaedics and Related Research Number 430:53-61,January ) Oonishi H, Nishida M, Kawanabe K, et al: Wear of highdose gamma irradiated polyethylene in total joint replacememtn: Long term radiolgical evaluation> Trans Orthopedic Res. Soc, 1998;23;97. 26) Park YS, Moon YW, Lim SJ, Yang JM, Ahn G, Choi: Early osteolysis following second generation meetal-onmetal hip replacement. Journal of bone and joint Surg. 87(A)-7: , ) Seppo Santavirta, Max Bohler, William H Harris, Yrjo T Konttinen, Reijo Lappalainen, Orhun Muratoglu, Claude Rieker and Martin Salzer: Alternative materials to improve total hip replacement tribology. Acta Orthop Scand; 74(4): , ) Sychterz CJ, Orishimo KF, Engh CA: Sterilization and polyethylene wear: Clinical studies to support laboratory data. J Bone Joint Surg 86A: , ) Yoon TR, Rowe SM, Jung ST, Seon KJ, Maloney WJ: Osteolysis in association with a total hip arthroplasty with ceramic bearing surfaces. J Bone Joint Surg 80A: , ) Willert HG, Buchhom GH. Fayyazi A> Flury R. Windler M. Koster G. Lohmann CH: metal-on-metal bearing and hypersensitivity in patients with artificial hip joints. Journal of bone and joint Surg. 87(A)-1:28-36,

58 대한고관절학회지제 18 권제 2 호 Vol. 18, No. 2, June, 2006 고관절전치환술에서의금속 - 금속관절면 (Metal on Metal articulation) 김영호 한양대학교의과대학구리병원정형외과학교실 서 인공관절치환술의괄목할만한발전으로고관절질환환자의삶의질에향상을가져왔으나인공관절치환술후에발생하는골용해와삽입물의해리는인공관절의수명을단축시키는주요원인으로보고되고있다. 따라서이러한문제를해결하기위해서보다적은량의마모입자생성과더낮은체적마모율을가지는관절면 (bearing surface) 이개발되었다. 즉, 기존의금속-폴리에틸렌관절면을대치할수있는마모저항성이개선된 cross-linked 폴리에틸렌과세라믹-폴리에틸렌, 세라믹-세라믹, 금속-금속조합의관절면이개발되어사용되고있다. 본종설에서는금속-금속관절면의역사, 마모율, 금속마모편의생물학적활성도, 인공골두크기에따른혈청금속이온수치, 발암위험도, 금속-금속관절면을포함한고관절전치환술의임상적결과, 초기금속-금속관절면의사용이중단된이유, 다시사용된이유, 2세대금속-금속관절면을포함한고관절전치환술의임상적결과, 큰골두의금속-금속관절면의임상적결과및문제점등에대해기술하고자한다. 역 론 사 (History) 고관절전치환술의금속-금속관절면은1938년 Wiles(London) 에의해처음으로사용되었으나 2차세계대전으로인해그기록이소실되었고, 1950년 McKee (London), 1959년 Sivash(Moscow), 1964년 Ring (U.K.), 1965년 McKee-Farr(U.K.), Huggler (Swiss), Müller(Swiss) 등이개량하여사용하였다. 1972년 McKee-Norwich는금속-금속관절면을사용한 통신저자 : 김영호경기도구리시교문동 한양대학교구리병원정형외과학교실 Tel: Fax: kimyh1@hanyang.ac.kr 14 년추시결과 50% 에서실패를나타내어사용을중단하였고, 1979년 Ring도 15 년추시결과 32% 에서실패를나타내어사용을중단하였다. 그라나일부금속-금속관절면은장기추시결과에도골용해가전혀없고우수한결과를나타내어 1988년 Weber(Swiss) 는관절면을개량하여 2세대금속-금속관절면인 Metasul을사용하게되었다. 금속 - 금속관절면의마모율 Sieber 등 35) 은 2세대 Metasul 금속-금속관절면을사용한 118예의 retrieval study에서년간선상마모율이술후1년경과시25 μm 이었으나 3년이후부터는 5 μm 로금속-폴리에틸렌관절면에비해 20 배적은선상마모율을보고하였고, 년간체적마모율또한 0.3 mm 3 로금속-폴리에틸렌관절면에비해 60 배적은체적마모율을보고하였다. Schmalzried 등 28) 도 1세대금속-금속관절면을사용한경우의 retrieval study에서년간선상마모율을 4.2 μm 로매우낮은선상마모율을보고하였으며, 김등 23) 도금속-금속관절면을사용한경우의방사선학적연구에서 3 년추시상 20 μm/yr, 5년추시상 14 μm/yr로낮은선상마모율을보고하였다. 따라서금속-금속관절면은금속-폴리에틸렌관절면에비해매우낮은선상마모율을보이는장점을가지고있다. 마모양상 (Wear pattern) 은두가지형태의 scratch 가있는데하나는비교적큰것으로넓이와깊이가각각약5 μm 이고길이가 3 mm되는것이며, 다른하나는크기가작은것으로 polished large scratch의형태이다 35). 이는크고깊은 scratch가금속-금속관절면의작고얇은 scratch로변하는마모상의장점을반영하고있다. 금속마모편의생물학적활성도 (Biological activity of metal wear particle) 1. 금속마모편의크기 세포성반응 (cellular response) 에영향을미치는요소 138

59 고관절전치환술에서의금속 - 금속관절면 (Metal on Metal articulation) 로서는마모편의표면적, 개수, 크기, 모양, 농도, 재료등이있는데, 그중개수, 크기, 농도가가장중요한요소이다. Wait 등 38) 은코발트-크롬마모편을전자현미경으로관찰한결과길쭉한바늘모양이고크기가 20 nm이하 (10~400 nm) 라고하였고, Maloney등 28) 은코발트-크롬마모편은울퉁불퉁한구상형 (globular) 이고크기가 0.7 μ m ± 0.3 μm 라고하였다. Doorn 등 14) 에의하면금속-폴리에틸렌관절면의경우평균마모편의크기는 0.5 μm, 년간마모편개수는 1.5 x 10 12, 년간마모용적은 100 mm 3 로서육아종성염증반응이잘일어난다고하였다. 반면에금속-금속관절면을사용한경우평균마모편의크기는 0.08 μm, 년간마모편개수는 1.9 x 10 13, 년간마모용적은 5 mm 3 로써육아종성염증반응이적게일어난다고보고하였다. 이는대식세포 (macrophage) 가식작용을할수있는크기는 0.5~10 μ m인데금속-금속관절면의마모편의경우이보다크기가작으므로대식세포가활성화가안되어육아종성염증반응도적게일어나게된다고설명하였다 40). 2. 금속-금속관절면에서의마모 (wear) 와부식 (corrosion) 하루에체내에유출되는코발트-크롬양은금속-금속관절면을사용한경우 20 μg 정도로써미세포말코발트-크롬삽입물의경우의 30 μg 정도와비교하여결코많지않는것으로보고되고있다 35). 코발트는체내에서골모세포와콜라겐-I 생성에유해한것으로알려져이의농도측정이중요한데, Brodner 등 9) 에의하면금속-금속관절면과세라믹-폴리에틸렌관절면을비교하면술후 1년혈중코발트농도가각각 1.1 μg/l 와 0.3 μg/l 으로측정되어의미있는차이가있다고하였다. 혈중코발트농도가또한 McKee-Farrar 관절면은 0.9 μg/l 21), 해리가발생한 PCA 삽입물의경우 1.3 μg/l 26), 코발트-크롬합금삽입물의경우 4.3 μg/l 30) 로측정되었으나생체임계수위 (critical level) 인 100,000 μg/l 보다적게나오므로인체에독성은문제가되지않는다고보고하였다 1). 저자들은금속대금속관절면을포함한인공고관절전치환술후추시관찰상삽입물이안정적으로진단된환자에있어서혈청내코발트농도및이에영향을미치는인자들에대해세라믹대폴리에틸렌관절면의대조군과전향적으로비교연구를시행하였다 24). 그결과금속대금속관절면을포함한인공관절치환술을시행받은환자의혈중코발트농도는세라믹대폴리에틸렌관절면군에비해의미있게높았으며, 시간이지남에따라증가되었고, 특히환자의활동도 (activity) 와의미있는상관관계를나타내었다. 인공골두크기에따른혈청금속이온수치 인공골두의크기에따른혈청금속이온수치에대해서도논란이많은실정이다. Jin 22) 등과 Smith 37) 등은인공골두의크기가커지면금속-금속관절면사이의유체필름윤활 (fluid film lubrication) 기전이좋아져서마모를줄일수있는장점이있다고보고하였다. 그러나 Montero-Ocampo와 Rodriguez 31) 는인공골두의크기가 28 mm로작아지면금속표면의미세분리가적게일어남으로마모를줄일수있다고하였다. Clarke 12) 등의보고에의하면큰인공골두와작은인공골두를비교한결과큰인공골두가작은인공골두보다혈청코발트와크롬금속이온수치가의미있게높아장기추시상큰인공골두의부작용이우려된다고보고하였다. 발암위험도 (Carcinogenic risk) Mathiessen 등 29) 은고관절전치환술후백혈병과임파종의발생율이증가하지는않는다고보고하였다. 또한, Langkamer 등 27) 도 240 예의악성연부조직종양중 4예가고관절전치환주위에발생하였는데모두스테인리스합금을사용한경우이므로코발트-크롬은발암인자가아니라고보고하였다. Gillespi 등 18) 은백혈병과임파종의발생율이고관절전치환술후 1년경과시증가하였으나 2년이후부터는그빈도가증가하지않았고다른종양도발생빈도가증가하지않아관절삽입물과는직접적인관련이없다고하였다. Visuri 등 41) 은금속-금속관절면과금속-폴리에틸렌관절면의종양발생빈도비율이전체종양은 1.23:1 이고, 백혈병은 3.77:1 이나통계학적으로유의한차이는없다고보고하였다. 또한육종의발생빈도도증가하지않았고다른종양들도의미있는차이를보이지않아발암위험도는관절삽입물이아닌다른요소와관련이있을것이라고보고하였다. 결론적으로고관절전치환술후금속마모편이종양을일으킬가능성은매우미약하나유발인자의가능성이있으므로이를충분히고려해야할것으로생각된다. 금속 - 금속관절면을포함한고관절전치환술의임상적결과 McKee-Farrar 삽입물의단기및중장기 (1~10년) 추시결과무균성해리발생율이 0.9~11.9이었고재치환술의빈도는 0~16% 로보고되었으며, 10년이상의장기추시상무균성해리발생율은 12~18% 이었고 79~85% 의낮은생존율을보였다. 또한비구컵과대퇴스템에각각 50% 의방사선투과선을보였는데이는관절면의상태, 대 139

60 김영호 Fig. 1. Too small clearance between the head and cup. 퇴스템의모양, 삽입수기등이불량하였기때문에발생한것으로생각된다 4). Ring 삽입물의단기및중장기추시결과는무균성해리발생율이 3.2~15.7% 이었고, 10년이상의장기추시상무균성해리발생율은 21.3% 이었으며 68~84% 의낮은생존율을보였는데, 이는스템의골융합부족에의한스템의해리때문에발생한것으로대퇴스템의모양에문제가있어발생하였다 4). 초기금속 - 금속관절면이 1970 년대중반에사용이중단된이유 첫째로는 Charnley 인공삽입물이성공적인결과를보였고, 둘째로는금속-금속관절의경우마찰계수가크고대퇴골두의직경이커서높은마찰력이문제가되었으며, 셋째로는금속마모편의발암염려, 넷째로금속에대한과민반응, 다섯째로높은감염율이었으나이는당시에예방적항생제를사용하지않았기때문으로사료되며, 여섯번째로는금속비구컵이폴리에틸렌컵보다두께가얇고대퇴스템경부의충돌 (impingment) 로인해금속비구컵주위로부하 (strain) 가많아비구골의피로골절이유발되었기때문이었다. 초기금속-금속관절면의문제점을요약하면스테인리스합금을사용하여재질의선택이잘못되었고, 대퇴스템이너무크고대퇴골두가원형이아니었으며, 대퇴스템경부가넓어충돌이문제가되었고, 비구컵의벽이너무얇았다. 무엇보다가장중요한문제점은관절면의간극 (clearance) 이너무적었기때문인데이러한경우대퇴골두가비구컵에끼어들어가 (jamming) 이곳에높은모멘트가걸려비구컵의조기해리가유발되었다 (Fig. 1). 반면에관절간극이너무큰경우관절사이의접촉면적이너무작아져높은표면긴장력 (surface stress) 으로인해마모가증가하였다 (Fig. 2). 따라서최근에는가장이상적인관절간극인 0.1 mm를유지하는것이매우중요하다고보고되고있다. Fig. 2. Too large clearance between the head and cup. 금속 - 금속관절면이왜다시사용되게되었는가? 1960년후반금속-금속관절면을포함한 Müller- McKee 고관절전치환술을시행한 60예중 5예에서 27년추시상에서도전혀골용해와해리없이우수한기능을보이고있는것에고무되었기때문이다. 이러한성공적결과를보이는관절면은다음과같은여러요건들이갖추어져야함을발견하여개량함으로써제2세대금속-금속관절면이개발되었다. 제 2세대금속-금속관절면인 Metasul 관절은첫째적절한관절간극인 0.1 mm를유지하였고, 둘째우수한재질의사용과함께관절표면거칠기를개량하였으며, 셋째정확한구형을이루고있고, 안정된폴리에틸렌-금속 inlay 결합을이루고있다. 140

61 고관절전치환술에서의금속 - 금속관절면 (Metal on Metal articulation) 2 세대금속 - 금속관절면을포함한고관절전치환술의임상적결과 Dorr 15) 등은 metasul을사용한 59 예를 4년에서 6년추시한결과비구컵은 1예 (1.7%) 의해리가발생하였고대퇴스템은해리가발생하지않았다고하였다. 또한골용해도전혀발생하지않았다고보고하였다. 따라서제2세대금속-금속관절면을사용한인공고관절전치환술의결과와비교할만하게양호하다고하였고특히마모가적어젊고활동적인환자에유용할것이라고보고하였다. 그러나 Weber 39) 는 110예의 Metasul을사용한 2년에서 7년추시결과 1예의비구컵해리, 3예의대퇴스템해리가발생하였다고하였다. 또한인공삽입물제거시 3예는선상마모율이 18~32 μm 이었고 metallosis가발견되지않았으나, 1예는선상마모율이 41 μm로서보통선상마모율의 3배이상되었고 metallosis가발견되었다고하였으며, 이는제 3체에의한마모 (3 rd body wear) 에기인했을것으로보고하였다. 또한 Beaule 등 8) 은 Metasul 사용후 2 년만에발생한대퇴스템주위의골용해를보고하였다. 김등 25) 도 68 예 metasul 금속- 금속관절면을사용하여최소 5년추시상비구컵및대퇴스템해리는없었으나, 1예의비구컵주위골용해, 2예의대퇴스템주위골용해를보고하였다. 비구컵주위골용해의조직소견상대식세포의수는적었으나혈관주위임파구의침윤이관찰되어금속-금속관절면에발생하는골용해는마모입자에대한반응이라기보다는금속과민반응으로생각된다고보고하였다. 박등 32) 도 169 예의 ultima(depuy) 금속- 금속관절면을사용하여최소 2년추시상비구컵및대퇴스템해리는없었고, 10 예 (5.9%) 의대퇴전자부에국한된조기골용해를보고 Fig. 3. Histologic appearance of the retrieved tissue at the osteolytic lesion shows multiple perivascular lymphocytic infiltration mixed with a small number of macrophages phagocytizing metal debris (arrow) in one area (Hematoxylin and eosin x 400). 하였다. 골용해가있는 9예와없는 9예를비교하여코발트에대한피부패취과민반응검사에서골용해가있는군에서의미있게양성과민반응검사가나타났다고하였다. 골용해조직에대한면역조직화학분석에서임파구와활성대식세포에의한세포키나제의발현을보고하며, 금속-금속관절면에발생한조기골용해는지연형금속과민반응과의관련성이있다고하였다. Antony 등 6) 은 200 예의금속-금속표면치환술중 5예의해리가발생하였고그중비감염성해리 3예모두에서피부패취과민반응검사상양성이였고, 해리가없었던대조군은 18 예중 3예만양성이나타나인공삽입물해리와금속과민반응과의관련성을시사하였다. 그러나피부패취과민반응검사는피부접촉금속과민반응을진단하기위한간단하고가장많이사용되는좋은방법이지만 11,17), 심부조직과민반응을진단하기위한방법으로는정확도가비교적떨어지는검사라는보고도있다 20,34). 금속-금속관절면에서의혈청코발트수치는금속관절면의마모정도를나타내므로이러한관절면의유효성및위험도를측정하는데매우중요한요소중에하나이다. 또한조기골용해와의상관관계는금속-금속관절면이장기보존이가능한지를결정하는중요한요소이다. 여러저자들은 Metasul 금속관절면을사용한경우평균혈청코발트수치가술후 1년에 2.3~2.6 μg/l 라고보고하였다 19,36). 특히, Brodner 등 9) 은전향적추시상술후 1년에 1 μg/l 로최대치로상승한후그후감소하여술후 5년에 0.7 μ g/l 까지낮아진다고하였으며골용해가생겼던예의혈청코발트수치는평균코발트수치보다높지않았다고보고하였다. 저자들의경우 151 예의 Metasul 금속- 금속관절면을포함한근위 Hydroxyapatite 코팅된 CLS 대퇴스템과 Wagner 표준형반구형비구컵을사용하여 5년에서 10 년추시 ( 평균 88 개월 ) 한결과대퇴스템해리는발생하지않았으나비구컵해리 1예, 골용해 2예, 골용해와비구컵해리의동반 1예가발생하였다. 골용해와비구컵해리가동반된경우조직소견상한부위에서는혈관주위임파구침윤소견과주변에적은수의대식세포가관찰되었고 (Fig. 3), 다른부위에는금속파편을탐식한대식세포가관찰되었다. 혈청코발트수치는골용해가나타났던 3예에서, 1예는술후 9년9 개월에 0.63 μg/l, 다른 1예는술후 5년 7개월에 0.72 μg/l, 나머지 1예는술후 5년 3개월에 0.54 μ g/l 로나타났다. 이수치는골용해가없었던 24 예의대조군에서나타난평균수치인술후 3년에 1.20 μg/l, 술후 5년에 1.11 μg/l 과비교하여높지않았다. 피부패취과민반응검사에서골용해가없었던 24 예중 2예에서양성반응이나타났고골용해가있었던 3예는모두양성반응으로나타났다 (Fig. 4). 골용해부위의조직검사상혈관주의임파구침윤이나타 141

62 김영호 Fig. 4. Skin patch test for metal hypersensitivity for the patient seen in left photograph was prepared with two aluminium chambers on the tape, where metal debris burred from Metasul articulation surface on the one chamber and pure vaseline on the other chamber for control were applied, and the chambers were attached to medial skin surface of proximal arm with the tape. The tape was detached from the skin to determine skin reaction at 4 days after attachment. At 4 days, erythema and edema with vesicle. 났고, 골용해가있는 3예모두에서대조군의평균코발트수치보다낮게나타났으며피부패취과민반응검사상골용해가있는경우가의미있게양성반응이많이나타났던점을미루어보면금속-금속관절면사용후발생하는조기골용해는관절마모에서발생한마모입자에의한반응이라기보다는금속과민반응일가능성이더높을것으로사료되었다. 따라서금속-금속관절면을사용한인공고관절치환술주의의조기골용해및해리의정학한원인및기전을규명하기위해서는대량숫자의전향적연구가필요할것으로사료된다. 큰대퇴골두와작은대퇴골두금속 - 금속관절면의비교 대퇴골두의크기가큰금속-금속관절면은작은골두의금속-금속관절면에비해관절면사이에유체필름의두께가약 4배정도증가되어관절마모를줄일수있다고보고되었다 22). 따라서큰대퇴골두의금속-금속표면고관절치환술은최근다시많이사용되어다양한임상적결과를보고하고있다. Daniel 등 13) 은 446 예의 Birmingham형표면치환술을사용하여평균 3년추시한결과 1예만재치환술을시행하였고 87% 에서높은정도의레저스포츠활동이가능하므로젊고활동적인환자에적합하다고하였다. 또한 Amstutz 등 2) 은 400 예의 constant phase 표면치환술을시행하고 2년에서 6년추시한결과 7예의대퇴삽입물의해리, 3예의대퇴골경부골절이발생하였으며대퇴삽입물해리의위험요소는대퇴골두내의큰낭종, 환자의신장, 여성과작은대퇴삽입물의사용등이라고하였다. 또한 600 례의표면치환술후 5예 (0.83%) 의대퇴골경부골절이일어났으며위험요소는대퇴경부의절흔 (notching), reaming된골의부족한피복, 과도하게압박된골시멘트, 큰대퇴골두내낭종등이위험요소라고하였다 3). 따라서표면치환술에서좋은임상적결과를얻 기위해서는정확한술기가필수적이라고보고하였다. 금속-금속관절면의마모율은방사선학적으로는계측이어려우므로혈청코발트수치를측정하여예측하는것이일반적이다. Brodner 등 10) 은작은골두의 Metasul 금속- 금속관절면을사용하여혈청코발트중앙값수치가술후 1년까지점차증가하여 1 μg/l까지이르고술후 5년에 0.7 μg/l 까지감소한다고하였다. 그러나큰골두의 Birmingham 금속-금속관절면을사용한결과혈청코발트평균수치가술후1년에 3.3 μg/l 까지증가하다가술후 2년에 1.88 μg/l로감소한다고보고하였다 7). 또한 Clarke 등 12) 은 Birmingham 큰대퇴골두와 Ultima 작은대퇴골두관절면을비교한혈청코발트평균수치는큰대퇴골두가 2.24 μg/l, 작은대퇴골두가 1.3 μg/l 로서의미있는차이가있다고하였으며, 큰대퇴골두금속-금속관절면의높은혈청코발트수치에따른장시간후의후유증을고려해야한다고보고하였다. 이러한현상에대한정확한원인규명은어렵다. 금속-금속관절면에탄소결합체 (carbide) 가많으면마모저항성이증가하지만부식 (corrosion) 이증가한다는일반적이론이있으나아직이러한이론에논란이많으므로어느정도의탄소함량이혈청코발트수치를감소시키는데적합한지에대해서는더연구가필요한실정이다 31). 따라서큰골두의금속-금속관절면을사용하는경우정확한술기를시행하는것이무엇보다중요하며어떤크기의골두를사용하더라도장기간금속이온배출에따른인체의문제점을항상고려해야한다. 결론제2세대금속-금속관절면을사용한인공고관절전치환술은금속-폴리에틸렌관절면을사용한인공고관절전치환술에비하여다음과같은차이점이발견되었다. 첫째, 금속-금속관절면은금속-폴리에틸렌관절면에비 142

63 고관절전치환술에서의금속 - 금속관절면 (Metal on Metal articulation) 해선상마모율은 20 배, 체적마모율은 60 배정도감소되는것으로나타났다. 둘째, 금속미세파편의크기는폴리에틸렌마모파편의크기에비해매우작으므로거대세포의탐식작용이적게일어나고혈관을통해소변으로배설되므로골용해가적게일어나는것으로나타났다. 셋째, 10년추시상금속-금속관절면은코발트와크롬의혈청수치가금속-폴리에틸렌에비해증가되었으나임상적으로문제를일으켰다는증거는발견되지않았다넷째, 금속-금속관절면에서의금속에의한암발병률은아직까지가능성있는걱정거리로남아있다. 다섯째, 제2세대금속-금속관절면을사용한경우, 임상적결과를호전시키는것으로나타났다. 여섯째, 큰골두의금속-금속관절면은작은골두에비해생역학적장점이있으나혈청코발트수치가높게나타나는문제점을고려해야한다. 일곱째, 제2세대금속-금속관절면을사용한경우에는조기골용해가발생할수있으며조기골용해가발생할가능성있는환자를사전에검색하기위해수술전금속과민피부반응검사의시행을고려하는것이필요할것으로생각된다. 결론적으로제2세대금속-금속관절면을사용한인공고관절전치환술의경우는금속-폴리에틸렌관절면을사용한경우보다우수하나암발병의가능성, 금속입자에의한골용해및독성등의문제점이남아있었으므로적어도젊은연령에서 30 년이상사용한임상적결과가나올때까지조심스러운사용이필요할것으로사료된다. REFERENCES 11) Allen MJ, Myer BJ, Millett PJ and Rushton N: The effects of particulate Co, Cr and Co-Cr alloy on human osteoblast-like cells in vitro. Journal of bone and joint surgery,79-b:475, ) Amstutz HC, Beaule PE, Dorey FJ, Le Duff MJ, Campbell PA, Giruen TA: Metal-on-metal hybrid surface arthroplasty:two to six-year follow-up study. J Bone Joint Surg,86-A:28-39, ) Amstutz HC, Campbell PA, Le Duff MJ: Fracture of the neck of the femur after surface arthroplasty of the hip. J Bone Joint Surg,86-A: , ) Amstutz HC and Grigoris P: Metal on metal bearings in hip arthroplasty. Clin Orthop, 329s : 11-34, ) Amstutz HC, Campbell PA, Le Duff MJ: Fracture of the neck of the femur after surface arthroplasty of the hip. J Bone Joint Surg,86-A: , ) Antony FC, Dudley W, Field R and Holder CA: Metal allergy resurfaces in failed hip endoprostheses. British J Dermatology.145:49-50, ) Back DL, Young DA, Shimmin AJ: How do serum cobalt and chromium levels change after metal-on-metal hip resurfacing? Clin Orthop Relat Res,438:177-81, ) Beaule PE, Campbell P, Mirra J, Hooper JC and Schmalzried TP: Osteolysis in a cementless, second generation metal-on metal hip replacement. Clin Orthop,386: , ) Brodner W, Bitzan P, Meisinger V, Kaider A, Gottsauner-wolf F and Kotz R: Elevated serum Cobalt with metal-on metal articulationing surfaces. Journal of bone and joijnt surgery,79-b:316, ) Brodner W, Bitzan P, Meisinger V, Kaider A, Gottsauner-Wolf F, Kotz R: Serum cobalt levels after metal-on-metal total hip arthroplasty. J Bone Joint Surg,85-A: , ) Cederbrant K, Hultman P, Marcusson JA, Tibbing L: In vitro lymphocyte proliferation as compared with patch test using gold, palladium and nickel. Int Arch Allergy Immunol,112:212-7, ) Clarke MT, Lee PTH, Arora A and Villar RN: Levels of metal ions after small- and large- diameter metal-onmetal hip arthroplasty. J Bone Joint Surg [Br].85-B:913-7, ) Daniel J, Pynsent PB, McMinn DJW: Metal-on-metal resurfacing of the hip in patients under the age of 55 years with osteoarthritis. J Bone Joint Surg,86-B:177-84, ) Doorn PF, Miee JM, Campbell PA and Amstutz HC: Tissue reaction to metal on metal total hip prostheses. Clin Orthop,329s:S187-S205, ) Dorr LD, Wan Z, Longjohn DB, Dubois B and Murken R: Total hip arthroplasty with use of the metasul metalon-metal articulation.j Bone Moint Surg,82-A: , ) Elves MW, Wilson JN, Scales JT, et al.: Incidence of metal sensitivity in patients with total joint replacements. BMJ.4:376-8, ) Fransway AF: Epicutaneous patch testing: current trends and controversial topics. Mayo Clin Proc,64:415-23, ) Gillespi WJ, Frampton CMA, Henderson RJ and Ryan PM.: The incidence of cancer following total hip replacement. J Bone Joint Surg B,70-B:539-42, ) Gleizes V, Poupon J, Lazennec JY, Chamberlin B, Saillant G: Value and limits of determining serum cobalt levels in patients with metal on metal articulating prostheses. Rev Chir Orthop Reparatrice Appar Mot,85: , ) Hallab N, Merritt K, Jacobs JJ: Metal sensitivity in patients with orthopaedic implants. J Bone Joint Surg,83- A:428-36, ) Jacobs JJ, Skipor AK, Doorn PF, Campbell P, Schmalzried TP, Black J and Amstutz HC: Cobalt and Chromium concenrations in patients with metal on metal total hip replacement. Clinical orthopaedics and related research,329;256, ) Jin ZM, Dowson D and Fisher J.: Analysis of fluid film lubrication in artificial hip joint replacements with 143

64 김영호 surfaces of high elastic modulus. Proc Inst Mech Eng [H].211:247-56, ) Kim YH, Park KC, Kim MK and Choi IY: Hydroxapatite rough-blasted CLS hip prodthesis combined with metal on metal articulation, J Korean Hip Soc.12; , ) Kim YH, Park KC, Kim YS and Choi IY: Increased serum cobalt levels with metal on metal articulation surfaces-prospective comparative study with ceramic and polyethylene articulation surtaces-.j Korean Hip Soc,15, , ) Kim SY, Kyung HS, Ihn JC, Cho MR, Koo KH, Kim CY: Cementless Metasul metal-on-metal total hip arthroplasty in patients less than fifty years old. J Bone Joint Surg Am,86-A: , ) Kreibich DN, Moran CG, Delves HT, Owen TD and Pinder IM: Systemic release of Cobalt and Chromium after uncemented total hip replacement. Journal of bone and joint surgery,78-b:18, ) Langkamer VG, Case CP, Collins C, et al.: Tumors around implants. J Arthroplasy, 12;8-12, ) Maloney WJ, Smith RL, Schmalzried TP, et al.: Isolation and characterization of wear particles generated in patients who have had failure of a hip arthroplasty without cement. J Bone Joint Surg,77A: , ) Mathiessen EB, Ahlbom A, Bermann G and Lindgren JU: Total hip replacement and cancer. J Bone Joint Surg.77B: , ) Michel R, Loer F, Nolte M, Reich M and Zilkens J: Phenomenology of the trace element burdening of the human organism by the in-body corrosion of Co-Cr-Ni alloys as revealed by neutron activation analysis; in biocompatibility of Co-Cr-Ni alloys, edited by Hildebrand HF and Champy M, NATO ASI Series, Plenum Press, ) Montero-Ocampo C and Rodriguez AS.: Effect of carbon content on the resistance to localized corrosion of as-cast cobalt based alloys in an aqueous chloride solution. J Biomed Mater Res.29:441-53, ) Park YS, Moon YW, Lim SJ, Yang JM, Ahn GW, Choi YL: Early Osteolysis Following Second-Generation Metal-on-Metal Hip Replacement. J Bone Joint Surg,87- A: , ) Rieker C, Windler M and Wyss U: Metasul, A metal on metal bearing. Bern, Hans Huber, 23-28, ) Rooker GD, Wilkinson JD: Metal sensitivity in patients undergoing hip replacement. A prospective study. J Bone Joint Surg,62-B:502-5, ) Sieber HP, Rieker CB and Kottig P: Analysis of 118 second-generation metal on metal retrieved hip implants, J Bone Joint Surg,80-B;46-50, ) Skipor AK, Patterson LM, Gitelis S, Berger RA, Jacobs JJ: Metal levels in patients with metal-on-metal total hip replacements. Read at the Annual Meeting of the American Academy of Orthopaedic Surgeons:13-17, ) Smith SL, Dowson D and Goldsmith AA.: The effect of femoral head diameter upon lubrication and wear of metal-on-metal total hip replacements. Proc Inst Mech Eng [H],215:161-70, ) Wait ME, Walker PS and Blunn GW: Tissue reaction to CoCr wear debris from metal-on-metal total hip replacements. Trans Eur Res Soc 5:160, ) Weber BG: Experience with the metasul total hip bearing system. Clin Orthop,329:69-77, ) Wirganowicz PZ and Thomas BJ: Massive osteolysis after ceramic-on-ceramic total hip arthroplasty. Clin Orthop, 338: , ) Visuri T and Koskenvuo M: Cancer risk after McKee- Farrar total hip replacement. Orthopedics,14: ,

65 대한고관절학회지제 18 권제 2 호 Vol. 18, No. 2, June, 2006 세라믹 - 세라믹관절면 (Ceramic on Ceramic Bearings) 김희중 김용래 서울대학교의과대학정형외과학교실 서 1990년대들어인공고관절전치환술실패의가장흔한원인인무균성해리의주된원인이마모입자에의해야기되는골용해때문으로확인되면서골용해를막거나줄일수있는방법들이모색되어왔다. 마모입자발생이적은관절면의채택이그중하나로그동안주목받지못하였던금속-금속관절면, 세라믹-세라믹관절면및교차결합 (crosss-linked) 폴리에틸렌의사용이크게증가하고있다. 세라믹은조직반응에따라생활성및불활성두종류로분류할수있는데골성장을유도하지않고단순히섬유반응만유도하는불활성세라믹이마모에대한저항력이강하여인공관절의관절면으로사용되고있다. 세라믹은높은경도와친수성으로인해마모특성이매우좋다. 이러한기대로 Boutin이 1970년최초로알루미나세라믹인공관절을도입하였는데예상대로마모는적었으나잦은파손등다른문제들이발견되었다 4). 초창기세라믹비구컵은시멘트를이용하여고정하거나나사형컵 (screwed-in cup) 이었는데불활성세라믹이므로골성장이일어나지않아비구컵의안정적고정에문제가있었다 16,26). 뿐만세라믹골두는금속스탬에 epoxy resin을이용하여붙이거나스템끝에나사홈고정을하는방식을사용하였는데이러한고정방법들은인공관절의조기실패와연관이있었다 5). 현재비구컵은금속외부컵에세라믹라이너를사용하는방식이사용되고있으며골두는 Morse taper를사용하고있다. 또한초창기세라믹은제조과정의미숙으로세라믹의순도가비교적낮았고입자 (grain) 의크기가크며다공도가높아깨지기쉬운문제가있었는데순도높은세라믹분말의사용과새로운제조과정의도입은세라믹 론 통신저자 : 김희중서울특별시종로구연건동 28 서울대학교의과대학정형외과학교실 Tel: Fax: oskim@snu.ac.kr 의분쇄강도를 2배이상높였으며질코니아세라믹이개발되기도하였으나후자는더많은골두의파손이발생하여현재사용이급감한실정이다. 이글에서는세라믹-세라믹관절면의물리적및생물학적특성을알아보고임상결과들및사용시주의점들을살펴보기로한다. 세라믹-세라믹관절면의물리적특성 1. 세라믹의제조과정세라믹은분말을고형의물질로만드는과정을거친다. 분말을유기결합물질 (organic binder) 과물에섞은후원하는모양의주형에넣고압력을가하게된다. 이후수분을증발시키고열처리를하여결합물질을연소시킨다 (burned out) 12). 이때세라믹분말의질과순도, 열처리최대온도및열처리시간은세라믹의최종미세구조에매우큰영향을미친다. 세라믹의최종적인기계적특성은순도, 다공도 (porosity) 와입자 (grain) 의크기및분포에좌우되게된다. 초창기알루미나세라믹은그제조과정의미숙으로인하여밀도가떨어지고다공성이크며입자크기는수십 μm 에달했다 21,23,25). 초창기 sintering으로제작되던알루미나세라믹과는달리현재사용되는알루미나세라믹은 hot isostatic pressure (HIP) 에의해제작되어입자의크기가 2 μm 이하로작으며밀도가높다 21,25). 뿐만아니라제조기술이발전하면서세라믹분말의순도또한상승되었다. 따라서최근사용되는알루미나세라믹은매우단단하여분쇄강도 (burst strength) 가 1세대알루미나세라믹에비하여 2배이상이된다 21). 세라믹은다이아몬드를이용하여깎는데이과정에서틈 (crack) 이발생할경우이곳을중심으로파손이일어날수있다. 2. 세라믹의기계적특성알루미나세라믹의경우강성 (stiffness) 및경도 (hardness) 가높은대신소성변형범위가매우적어 145

66 김희중 김용래 (brittle) 깨지기쉬운특성이있다. 알루미나세라믹의탄성계수 (elastic modulus) 는 380 GPa로코발트-크롬의 220 PGa 보다크며피질골의 19 배, 해면골의 300 배에달하고폴리에틸렌의탄성계수보다 190 배높다. 3세대알루미나세라믹의압박강도 (compression strength) 는 4000 MPa 이상이고굴곡강도 (bending stregnth) 는 550 MPa 이상이다 25). 경도는마모의저항력에가장중요한요소로알루미나세라믹의경도는다이아몬드다음으로크다 6). 세라믹의낮은파손인성 (fracture toughness) 은세라믹의응력-변형률곡선에서소성변형구간이거의없는것에서기인하는데이는세라믹에응력이가해질경우물질의변형없이곧바로깨진다는것을의미한다. 알루미나세라믹의파손인성 (fracture toughness) 은 4~5 MPa m1/2로질코니아세라믹의파손인성치인 8~10 MPa m1/2의절반가량된다 7). 초창기 1세대알루미나세라믹의경우앞에서언급한대로밀도가낮고미세구조가거칠었다. 당시알루미나세라믹제조는공기중에서 sintering으로만들어졌다. 입자크기는제조사마다다르지만큰것은 35 μm 에달하는것도있었으며다공도는크게 3.2% 에달하는제품도있었다 23). 이후향상된순도및더욱미세한크기의입자를지닌세라믹분말을사용하여제조한 2세대알루미나세라믹이개발되었는데이역시제조과정은공기중 sintering 을사용하였다. 최종알루미나세라믹관절면의입자크기가다소감소되고순도가높아강도가향상되었다. 뿐만아니라세라믹에고유번호를새기는방법으로세라믹에글자모양의절흔 (notch) 을파는대신레이저로번호를새기는방법을택함으로써절흔으로인한파손의위험성 (notch sensitivity) 을감소시켰다. 이후 HIP 으로제조된 3세대알루미나세라믹이개발되었는데앞에서언급한대로입자크기는 2 μm 이하로줄이고밀도를 3.98 g/m 3 으로상승시켜인성과굴곡강도의상응을가져왔으며 100% proof testing을시행하여사용의안정성을도모하였다. 따라서알루미나세라믹골두의파손빈도는 0.004% 까지감소하였다 25). 질코니아의경우파손인성 (fracture toughness) 이알루미나의 2배가넘는세라믹인반면에순수질코니아는불안정한물질로서 3개 (monoclinic, tetragonal, and cubic) 의결정상 (crystalline phases) 을지니는데상변화 (phase transformation) 로인한부피의변화는틈을발생시켜기계적특성을저하시키는결과를초래한다. 이러한상변화는논란의여지가있으나 1년에 2% 정도일어난다는일부의주장이있다 12). 이러한상변화가좋지않은임상결과와연관이있는것으로생각하고있다. Yttrium 을추가한질코니아세라믹 (Yttrium-stabilized tetragonal polycrystalline zirconia, Y-TZP) 의경우입자크기가미세하고기계적특성이가장좋은것으로알 려져있다. 3. 세라믹의마모특성세라믹은산화도가매우높아부식에대하여강한특성을지니고있을뿐만아니라친수성을띠어액막 (fluid film) 윤활을가능하게하여유착성마모가최소화되는특징이있다. 마모에가장중요한요소는경도로서세라믹이경도가높음은앞에서언급하였다. 알루미나-알루미나관절은마찰계수가가장낮은물질중하나로알려져있다. 알루미나-알루미나관절의마찰계수는 0.09로금속-폴리에틸렌관절면의 0.21 보다더욱낮다 10). 이러한수치는체외실험 (in vitro) 의결과로실제인체내에삽입되었을때의상황을정확히반영하지는못하지만전반적인실험및연구들의결과는세라믹-세라믹관절면이다른어떤인공관절면보다마찰계수가적다는것에의견을모으고있다. 세라믹은아주매끄러운표면을만들수있는데이는 roughness(ra) 로표시되며알루미나세라믹의 roughness는 0.02 Ra로서최상의금속표면처리의결과보다우수한데이는작은입자크기에서기인한다 12). 또한알루미나세라믹은마모특성의중요한요소중하나인 wettability가우수하다. 이는액체가알루미나세라믹표면에넓게퍼짐을의미하며액막 (fluid film) 윤활을가능하게하는특성이다. 이관절면사이의액막은골두와라이너사이의접촉응력 (contact stress) 을감소시켜마모특성을좋게한다. 반경차 (clearance) 는관절면사이의공간을결정하는데이공간에액막이존재하게되며적당한반경차는윤활의측면에있어서중요한부분이다. 최적의반경차는 20~50 μm 사이가적당한것으로알려져있다 9). 고관절시뮬레이터를이용한실험에서 Walter는 1,2세대알루미나세라믹에서백만싸이클 ( 임상적으로 1년에해당함 ) 당 mm의선형마모율을보였다고하였으며 3세대알루미나의경우 Saikko, Taylor, Refior 등은각각의독자적실험에서모두백만싸이클당 mm 이하의선형마모율을보였다고발표하였다 19,22,23). Bos 등은재치환술시제거된관절면을분석한결과인체내에서알루미나-알루미나관절면의연간선형마모율은 mm 이하라하였는데이는금속-폴리에틸렌의 0.2~0.5 mm/year, 세라믹-폴리에틸렌의 0.1 mm/year 보다매우낮은수치이다 3). 질코니아골두는폴리에틸렌이외에알루미나컵이나질코니아컵과사용하는경우심한마모가일어나는것으로알려져있다 17,24). 이는체외실험의결과인데 Cales는인체내에서질코니아-질코니아혹은질코니아알루미나관절면도마모특성이만족스럽다는발표를한바있다 7). 그러나질코니아의상변화에따른파손의위험성및마모의 146

67 세라믹 - 세라믹관절면 (Ceramic on Ceramic Bearings) 증가는아직과제로남아있는실정이다. 세라믹-세라믹관절면에서접촉응력이증가할수있는경우가있는데첫째는제 3개체마모 (third body wear) 로관절면사이에입자조각이존재하는경우이다. 이는인공고관절삽입후관절을정복하는과정에서과도한근육의긴장등으로정복의어려움이있을경우세라믹의일부또는금속의일부가손상되면서입자가유리되어관절면사이에끼는경우발생할수도있고수술후보행중유각기에골두가비구에서미세하게분리 (microseparation) 되었다가다시제자리로들어가면서야기되는 chipping에의해발생할수도있다 18). 후자의경우근육의긴장성이미약한경우심화될수있으므로알루미나-알루미나관절면인공관절을시행하는경우의딜레마라할수있을것이다. 대상마모 (stripe wear) 라함은세라믹골두에초생달모양의표면변화가생기는현상으로임상에서재수술시제거된세라믹관절면을관찰하여발견한현상이다. 이현상의원인으로여러가지가설이있는데그중하나가제 3개체의개재에의한마모현상이원인이된다는것이다 18). 두번째, 접촉응력이증가할수있는상태로부적절한비구컵경사각및대퇴경부각을들수있는데 Walter는비구경사각이 55 도이상이거나대퇴경부각이 140 도이상인경우마모율이증가함을발표하였다 23). 이는관절면의일부분에접촉응력이커져서과도한마모를유발하는것으로생각된다. 4. 세라믹의파손세라믹은매우우수한마모특성을지니고있으나취성이강하여항상깨질수있는문제가존재한다. 초창기알루미나세라믹골두는파손이잦았는데이는앞에서언급한생산과정의미숙함및디자인상의문제에서비롯된것이었다. 파손의위험성을결정짓는요소로알루미나의질, 관절면부품들의기하학적구조그리고가해지는부하를들수있다. 임상적으로나타나는골두골절은반경이작은골두에서, 특히초창기 sintering에의해제작되어순도가떨어지고입자크기가큰알루미나세라믹골두에서흔히발생한다. 또한골두와스탬의연결부의기하학적구조 (taper geometry) 가정확하지않은경우과도한내적응력 (inborn stress) 으로인하여파손이발생할수도있다. 수술시충분한 Morse taper의 fitting을위하여는골두를대퇴경부에놓고돌려서감입을시켜야한다. 이때돌리는과정을생략하는경우부정선열과높은접촉부하로인하여파손의위험성이증가할수있다. 골두의파손율은세라믹제조회사의제품마다모두다르나초창기세라믹의경우어떤회사제품은 13.4% 에달하는것도있었다. 하지만 3세대세라믹에이르러서는파손율이대략 0.004% 까지감소한것으로되어있어파손에대한우려는 매우미미한정도로감소한샘이다 25). 질코니아의경우경도는알루미나보다떨어지는대신파손인성이크면서알루미나처럼생체적합 (biocompatible) 하고불활성 (bioinert) 이므로알루미나골두의파손문제를극복할수있는물질로생각되었는데앞에서언급한대로상변화에따른물성의저하로임상결과는기대에못미치는것이현실이다. 세라믹의생물학적특성인공관절면에서골용해를일으키는미세입자들은마모혹은부식에의해발생하는데두가지측면모두에서세라믹이우수함은앞에서언급하였다. 하지만인체내에서세라믹입자들이전혀발생하지않는것은아니므로이러한세라믹입자에대한생물학적반응을살펴볼필요가있다. 재수술시얻은조직들을분석한결과 Bohler 등은알루미나-알루미나관절면에서발생하는마모입자의용적당개수가금속-폴리에틸렌관절면에서발생하는마모입자보다 2~22배적다고하였다 2). 뿐만아니라알루미나입자는세포반응도적다. 금속및폴리에틸렌입자와는달리알루미나입자의경우거대세포 (giant cells) 가주변에서관찰되지아니하며이들입자들은주로대식세포 (macrophage) 에의해포식되는것으로알려져있다 13). 이물반응 (foreign-body reaction) 은대량의입자가있는경우만관찰되며입자의포식으로끝나는경우가많다 14). 알루미나입자의경우폴리에틸렌입자보다주변조직의 PGE2 수치가낮으며 IL-1, IL-6 생성및아라키돈산 (arachidonic acid) 대사과정에미치는영향도미미한것으로되어있다 15,20). 폴리에틸렌입자보다알루미나입자가세포에의해더포식이잘되나 TNF-a 생성및분비의자극은더적으며대식세포의자가사멸 (apotosis) 를유도하는능력도알루미나입자가더빠른것으로알려져있다 8). 이러한이유들로인해알루미나-알루미나관절면으로인한골용해의발생율이적은것으로생각되고있다. 일부의연구에서알루미나-알루미나인공고관절수술후골용해를보고한바있는데이들은주로 Mittelmeier total hip system을사용한경우였으며이는디자인상의문제와초창기질이떨어지는알루미나를사용하여다량의마모입자가발생한것에서기인하였을것으로생각하고있다 21). 다량의세라믹입자는다른입자들과마찬가지로골용해를일으킬수있으며윤등은무시멘트형알루미나세라믹인공고관절의국소골용해를보고하였는데재수술시얻은조직을검사한결과다량의세라믹입자 ( 평균크기 0.71 μm) 를검출하였고충분한양의세라믹입자들이존재하면이물반응을촉진시켜골용해를일으킬수있다는가설을뒷받침하는결과를발표하기도하였다 27). 질코 147

68 김희중 김용래 니아와알루미나입자는조직반응이거의유사한것으로알려져있다 12). 세라믹-세라믹관절면의임상결과알루미나인공고관절의임상결과에대한많은보고들이발표된바있다. 그결과들은현재사용되는다른재료들과비교하여비교적좋은것처럼보이며젊고활동적인연령층에국한시킬경우그이득은더크다. 대부분의장기추시결과상골용해는문제시되지않는다. Boutin에의해처음으로알루미나-알루미나인공고관절이시술되었을때알루미나골두를 epoxy resin을이용하여부착하거나대퇴주대에나사홈고정을하는형태였으나이러한경우에는골두의분리발생빈도가 5.7% 로높았고 1.3% 의골두파손이보고되었다 5). 뿐만아니라초창기통세라믹컵도다양한방법으로고정을시도하였지만장기결과는만족스럽지못하였다 18). 이후 Morse taper 잠금장치에의한고정방법의도입과제조과정의향상으로파손은많이줄어들었으며비구컵은금속 shell을도입함으로써고정이향상되었다. 1989년이후 press-fit Ti shell에세라믹라이너를삽입하는디자인이개발되어사용된후의장기결과보고는드물다. Bizot 등은압박고정형금속보강알루미나를사용한 234 예를대상으로최소 5년이상추시한결과를발표하였는데 9년생존율이재수술기준으로했을때 93.4%, 무균성해리를기준으로했을때 97.4% 였다고보고하였고 97.5% 에서우수 (very good) 이상의임상결과를보고하였다 1). D Antonio 등은 2005년 222예의알루미나세라믹관절면을사용한군을 106 예의금속-폴리에틸렌관절면을사용한대조군과비교한결과를발표하였는데평균 5년추시결과골용해는세라믹군에서 1.4%, 대조군에서 14.0% 였으며어떠한이유로든재수술을받은경우가세라믹군에서는 2.7%, 대조군에서는 7.5% 이었다. 세라믹파손은한예도없었다고하였다 11). 술자는 2005년일차성알루미나-알루미나관절면인공고관절치환술을시행한 100 예중최소 5년이상추시가가능하였던 93 예를대상으로시행한연구의결과를발표하였는데평균 Harris 고관절점수는수술전 59.5점에서수술후 97.0 점으로상승하였고전례에서인공관절의안정적고정을방사선학적으로확인하였다. 인공관절삽입물주위골용해는한예에서도관찰되지아니하였다. 자동차사고로인한알루미나골두및라이너의골절을보인한예를제외하고나머지예에서재치환술을시행한경우는없었다. 이러한결과들을종합해볼때젊고활동적인환자들에게알루미나-알루미나관절면은매우희망적인선택이될수있을것으로생각된다. 근래에들어서는금속 shell에알루미나라이너를직접결합하는방법이외에둘사이에폴리에틸렌을추가한샌 드위치형의결합방식을채택한인공고관절도개발되어사용되고있다. 이들에대한추시결과의보고는더욱드문실정이며, 최근세라믹라이너가폴리에틸렌에서분리되거나파손되는예들이드물지않게보고되고있다는점에유념하여야하겠다. 세라믹-세라믹관절면사용시주의점알루미나-알루미나인공관절수술시에는세심한주의가요구된다. 앞에서언급한대로제3개체에의해알루미나- 알루미나관절면의마모특성이저하될수있는데본술자는고관절감염후유증환자및 LCP 병후유증환자각각한예에서과도한주변연부조직의긴장도로인하여인공관절삽입후정복하는과정에서골두가비구금속 shell 에충돌하여타이타니움입자가알루미나골두로전이되는현상을보고한바있다. 뿐만아니라알루미나-알루미나인공고관절로재치환술을받았던환자가비구컵고정실패를보여다시재치환술을한예에서이전재치환수술시알루미나의골두로전이된금속입자에의한알루미나관절면의과도한마모라생각되는경우를발견하였는데제거된금속 shell의외측모서리에깊은긁힘자국이발견되었고전이된금속입자는육안적으로알루미나관절면전반에퍼져있었으며알루미나골두의체중부하부위의관절면이육안적으로손상된것을확인하였다. 이러한현상은간혹발견되는알루미나-알루미나관절면의심한마모를설명하는근거가된다고생각되며제3개체마모가단순한가설이아니고실제적으로존재하는위험성이라는것을뒷받침하는증거가된다고생각한다. 뿐만아니라술자는하반신마비환자에서반복되는인공고관절의아탈구로인한세라믹의파손으로재수술을시행한예를경험하였다. 따라서알루미나-알루미나관절면을사용하는경우정복시골두가다른삽입물에충돌하지않도록세심한주의를기울여야하며수술하는고관절주위의근육이약하거나주변연부조직의긴장도가떨어지는경우다른관절면을사용하는것이안전할것으로생각된다. 최근사용되는알루미나가초창기알루미나보다분쇄강도가큰것은언급한바있으나고에너지손상으로인하여파손이될수있음은본술자의연구에서언급한바있다. 따라서파손에대한경각심은항상지니고있어야한다. 또한올바른 Morse taper의 fitting이중요하다는점은앞에서언급한바있다. 비구컵및대퇴스템의정확한삽입도중요한데전술한대로비구경사각이 55도이상, 또는스템의경간각이 140 도이상인경우는인공골두와스템경부간의충돌이야기될수있고접촉응력이현저히상승하여심각한마모를초래할수있다. 그외에도뼈조각이나시멘트부스러기등다른이물질이제 3개체마모를야기할수있으 148

69 세라믹 - 세라믹관절면 (Ceramic on Ceramic Bearings) 므로이러한물질들이관절면사이에개재되지않도록세심한주의를기울여야한다. 세라믹라이너를금속 shell 에삽입할때편심적으로삽입되는경우도 chipping을야기하거나라이너의파손이발생할수있으므로금속컵의변연부를잘박리한후신중하게라이너를삽입하는것이좋다. 그외에세라믹관절면은골두와라이너의선택이금속- 폴리에틸렌만큼다양하지않다는점은항상염두해두고있어야한다. 결 술자의병원에서는 1997년종반부터알루미나-알루미나관절면의인공고관절을 1000예이상시술한바있는데, 아직골용해나관절면의마모가인지된예가없었다. 또한앞에서언급한특별한경우의 2예를제외하고는정상적인생활환경에서세라믹삽입물의파손이발생한예는없었다. 좀더장기적인추시가필요하기는하지만, 과거의폴리에틸렌관절면의경우와비교할때, 알루미나-알루미나관절면의결과는고무적인것으로판단된다. 론 REFERENCES 11) Bizot P, Larrouy M, Witvoet J, Sedel L, Nizard R: Press-fit metal-backed alumina sockets: a minimum 5-year followup study. Clin Orthop Relat Res Oct; (379): ) Bohler M, Mochida Y, Bauer TW, Plenk Jr H, Salzer M: Wear debris from two different alumina-on-alumina total hip arthroplasties. J Bone Joint Surg 82B: , ) Bos I, Henssge EJ, Willmann G: Morphological Characterization of Joint Capsules Around Hip Prostheses With Alumina or Alumina Combinations. In Puhl W(ed). Die Keramikpaarung Biolox in der Hueftendoprothetik. Stuttgart, Enke Verlag 24-30, ) Boutin P: Arthroplastie totale de la hanche par prothése en alumina frittée. Etude expérimentale et premiéres applications cliniques. Rev Chir Orthop Reparatrice Appar Mot 58: , ) Boutin P, Blanquaert D: Le frottement alumine-alumine en chirurgie de la hanche arthroplasties totales. Rev Chir Orthop Reparatrice Appar Mot 67: , ) Boutin P: Total hip arthroplasty using a ceramic prosthesis. Pierre Boutin ( ). Clin Orthop Relat Res Oct;(379): ) Cales B: Zirconia as a Sliding Material: Histologic, Laboratory, and Clinical Data. Clinical Orthopaedics & Related Research. (379):94-112, October ) Catelas I, Petit A, Marchand R, et al: Cytotoxicity and macrophage cytokine release induced by ceramic and polyethylene particles in vitro. J Bone Joint Surg 81B: , ) Christel PS: Biocompatibility of surgical-grade dense polycrystalline alumina. Clin Orthop 282:10-18, ) Clarke IC, Good V, Williams P, et al: Ultra-low wear rates for rigid-on-rigid bearings in total hip replacements. Proc Inst Mech Eng 214: , ) D Antonio J, Capello W, Manley M, Naughton M, Sutton K: Alumina ceramic bearings for total hip arthroplasty: five-year results of a prospective randomized study. Clin Orthop Relat Res Jul;(436): ) Hannouche D, Hamadouche M, Nizard R, Bizot P, Meunier A, Sedel L: Ceramics in total hip replacement. Clin Orthop Relat Res Jan;(430): ) Harms J, Mausle E: Tissue reaction to ceramic implant material. J Biomed Mater Res 13:67-87, ) Lerouge S, Huk O, Yahia L, Witvoet J, Sedel L: Ceramic-ceramic and metal-polyethylene total hip replacements: Comparison of pseudomembranes after loosening. J Bone Joint Surg 79B: , ) Liagre B, Moalic S, Vergne P, et al: Effects of alumina and zirconium dioxide particles on arachidonic acid metabolism and proinflammatory interleukin production in osteoarthritis and rheumatoid synovial cells. J Bone Joint Surg 84B: , ) Nizard RS, Sedel L, Christel P, et al: Ten-year survivorship of cemented ceramic-ceramic total hip prosthesis. Clin Orthop 282:53-63, ) Oniishi H, Ueno M, Okimatsu, Amino H: Investigation of the Wear Behavior of Ceramic on Ceramic Combinations in Total Hip Prostheses. In Kobuto T, Nakamura T, Miyaji F (eds). Bioceramics 9. Kyoto University, Japan , ) Robert LB, Corey B, Harry BS: Concerns about Ceramics in THA. Clin Orthop Relat Res. 429:73-79, ) Saikko V, Paff HG: Wear of Alumina-on-Alumina Total Hip Joints Studied With a Hip Joint Simulator. In Puhl W (ed). Performance of the Wear Couple Biolox Forte in Hip Arthroplasty. Stuttgart, Enke Verlag , ) Sedel L, Simeon J, Meunier A, Villette JM, Launay SM: Prostaglandin E2 level in tissue surrounding aseptic failed total hips. Effects of materials. Arch Orthop Trauma Surg 111: , ) Sedel L: Evolution of alumina-on-alumina implants: a review. Clin Orthop Relat Res Oct;(379): Review. 22) Taylor SK: In Vitro Wear Performance of a Contemporary Alumina: Alumina Bearing Couple Under Anatomically - Relevant Hip Joint Simulation. In Sedel L, Willmann G (ed). Reliability and Long-Term Results of Ceramics in Orthopedics. Stuttgart, Georg Thieme Verlag 85-90, ) Walter A: On the material and the tribology of aluminaalumina couplings for hip joint prostheses. Clin Orthop Relat Res Sep;(282):

70 김희중 김용래 24) Willmann G, Früh JH, Pfaff HG: Wear characteristics of sliding pairs of zirconia (Y-TZP) for hip endoprostheses. Biomaterials 17: , ) Willmann G: Ceramic femoral head retrieval data. Clin Orthop Relat Res Oct;(379): ) Witvoet J, Darman Z, Christel P, Fumery F: Arthroplastie totale de hanche avec anneau cotyloidien en titane vissé Devenir de 446 prothéses avec un recul moyen de 4 ans. Rev Chir Orthop Reparatrice Appar Mot 79: , ) Yoon TR, Rowe SM, Jung ST, Seon KJ, Maloney WJ: Osteolysis in association with a total hip arthroplasty with ceramic bearing surfaces. J Bone Joint Surg Am Oct;80(10):

71 대한고관절학회지제 18 권제 2 호 Vol. 18, No. 2, June, 2006 고도교차결합폴리에틸렌 조윤제 김강일 유명철 경희대학교의과대학정형외과학교실 서 인공고관절전치환술은지난 50 년간고관절질환의치료에있어서가장효과적이고비용-효용성이뛰어난수술로서자리매김하여왔다. 이러한성공적인수술에크나큰기여를한것이바로폴리에틸렌 (polyethylene) 으로특히초고분자폴리에틸렌 (UHMWPE: ultra-high molecular weight polyethylene) 은지난 30년이상비구의 bearing material로서널리애용되어왔으며성공적인인공고관절전치환술의밑바탕을이루어왔다. 그러나최근인공고관절의해리가줄어들고수명이늘어남에따라, 폴리에틸렌의마모로인한마모입자 (wear debris) 중특히 submicron 크기의 particle은 immune system 에관여하여인공관절주위의골용해 3,4,13,22.57) 를야기시키고결국인공관절의이완 (aseptic loosening) 을야기할뿐아니라인공고관절의수명을단축시키는주된원인으로인식되고있다 13,20,21). 따라서현재인공고관절의수명은관절면의마모에의해결정된다고볼수있으며모든관심사는마모에초점이맞추어져있다. 최근폴리에틸렌의마모로인한부작용을감소시키기위해여러가지다양한관절조합 (articulation coupling) 이시도되고있고그중대안의관절조합으로 hard-hard bearing인세라믹-세라믹관절및금속-금속관절등이개발되어사용되고있다. 이들관절은마모단독의측면에선좋은결과를보이고있으나세라믹부품의파손, 금속관절의금속이온유리로인한혈중금속이온의증가와금속과민성반응의가능성을내포하고있어서또다른문제를야기할가능성이있다. 이러한새로운시도와더불어기존의폴리에틸렌의마모를개선시키려는노력도꾸준히있어왔으며이의산물로고도교차결합폴리에틸렌 (highly cross-linked 론 통신저자 : 조윤제서울특별시동대문구회기동 1 번지경희대학교의과대학정형외과학교실 Tel: Fax: yjcho@khmc.or.kr polyethylene) 이개발되어현재임상에사용되고있는바, 이관절소재는현재까지가장널리사용되어졌고그특성이가장잘이해되고있다는장점이있는반면교차결합으로인한기존의폴리에틸렌의특성의변화와마모에대한임상적특성은아직잘알려져있지않으므로교차결합폴리에틸렌의구조적특성과마모에대한특성을이해할필요가있다. 본론 1. 폴리에틸렌삽입물의구조와가공에따른특성 polyethylene은 2개의탄소원자와 4개의수소원자 (C 2 H 4 ) 로이루어진에틸렌 (ethylene) 이서로결합하여 long-chain polymer 를형성한것으로폴리에틸렌분말 (polyethylene powder) 은 ethylene monomer를연결시키는중합과정으로만들어진다. 폴리에틸렌의미세구조는 amorphous matrix에 crytalline domain이융합된 2중구조로되어있으며, 각각의 crytalline domain을연결하는구조는좀더향상된응력전달및물리적강도를제공한다 1). 초고분자량폴리에틸렌삽입물의기계적및물리적특성은화학구조, 분자량, 결정체제 (crystalline organization) 및제조시중합화되는과정에서가열된온도, 압력및촉매화학물질과밀접한관련이있는것으로알려져있으며 30) 제조공정에의해서도영향을받는다. 폴리에틸렌분말을고체의폴리에틸렌으로제조하는방법으로는여러가지가있는데, 통속에분말을넣고고온고압하에서원통형으로뽑아내는 ram extrusion 방법과넓은판위에분말가루를놓고가열상태에서고압력으로눌러고체형태의판으로만드는 sheet molding 방법이있으며이렇게고형화된폴리에틸렌을기계로깎아서 (machining) 폴리에틸렌컵모양을만들게된다. 또다른하나의방법으로분말을직접삽입물의모형에넣어찍어내는 compression molding이있는데, 이들각각의제조방법에따라서기계적성질및마모저항성이달라지며 compression molding 방법이 bar stock을 machining 하는것보다 151

72 조윤제 김강일 유명철 마모가적어서선호되고있다. 2. 소독방법에따른특성폴리에틸렌라이너를소독하는방법또한폴리에틸렌의마모저항성및기계적성질에영향을미치는데, 주로사용되는방법은감마방사선조사 (gamma irradiation), gas plasma, ethylene oxide 등이며각각장단점을가지고있다. 감마방사선조사방법에는공기중에서방사선을조사하는방법과무산소 (argon, nitrogen 또는진공 ) 환경에서감마방사선을조사하는방법이있다. 기존의폴리에틸렌은공기중에서대개 Mrad 범위내에서감마방사선을조사한것으로폴리에틸렌에감마방사선을조사하면에틸렌기의체인이끊어져 (chain scission) free radical들이형성되고소독중혹은소독후보관중이거나체내에삽입된후에산소에노출되면이 free radical들은산소와결합하여산화에의한변성 (oxidative degradation) 을가져오게되며궁극적으로는폴리에틸렌의마모저항성과기계적특성을나쁘게한다 48,53). 비록기존의폴리에틸렌삽입물을사용한인공고관절전치환술의여러장기추시결과가 10 년에 90%, 20년에 80% 에가까운생존율을보여주고는있으나 9,15,44,46,56) 산화변성으로마모가촉진되는문제점이있어공기중에서감마방사선을조사하는소독방법은더이상사용되지않고있다. 현재는산화변성을방지하기위해무산소 (argon, nitrogen 또는진공 ) 환경에서감마방사선소독한후진공상태에서보관하는방식의취하고있다. Ethylene oxide 또는 gas plasma 소독방식은 free radical을형성하지않아서산화변성을최소화할수있 다는장점이있으나교차결합 (cross-linking) 이일어나지않아마모저항성을향상시킬수없다는단점이있으며특히 ethylene oxide 소독은폴리에틸렌내부까지완전히소독되지않고독성잔여물이남을수있다는단점이있다. 3. 폴리에틸렌의마모를줄이기위한이전의시도들폴리에틸렌의마모저항성을높이기위한연구와시도는과거부터있어왔으며탄소강화 (carbon reinforcement), hot isostatic pressing, heat pressing 등의방법을사용하여마모를감소시키려고노력하였다. 하지만실험실연구 (in vitro) 에서는이들방법이향상된마모특성을보였으나, 생체내연구에서는변조되지않은폴리에틸렌보다오히려좋지못한것으로확인되었다 19). 탄소강화된폴리에틸렌 (Zimmer, Warsaw, IN) 은폴리에틸렌에탄소섬유를추가하여만들어졌으며탄소섬유는폴리에틸렌에물리적으로는결합되나화학적으로는결합되지않았으며좀더단단하게 (stiff) 만들어졌고실험실연구에서는마모특성을향상시킬수있는것으로나타났다. 그러나실험실연구와실제생체내에서의마모에는차이가있었고, 증가된경직성 (stiffness) 은접촉면의감소와 contact stress의증가를가져오는결과를초래하게되었으며, 이러한특성과이외의다른몇몇요소들로인하여이소재는생체내에서조기실패를가져오게되었다. Hylamer(DePuy, Warsaw, IN) 는폴리에틸렌을고온의 isostatic pressure에노출시키는방법으로제조되었으나이러한과정역시결정도 (crystallinity) 와경직성 (stiffness) 을증가시켰고결국 contact stress를증가시켰다. 이소재에서도높은수치의초기마모및골용해가 Fig. 1. Cross-linking between adjacent polyethylene molecules resists intermolecular mobility, making the polyethylene more resistant to deformation. 152

73 고도교차결합폴리에틸렌 확인되었고, 이는증가된경직성의영향및공기중의산화에대한증가된감수성의영향이라생각되고있다 26,32,44). 이와는달리몇가지형태의교차결합폴리에틸렌에대한임상적보고가있는데, Oonishi 등 45) 은 annealing 이나 remelting 과정없이 100Mrad 의감마선만을조사한폴리에틸렌을사용하였으며 Grobbelaar 등 20) 과 Shishido 등 51) 은아세틸렌 (acetylene) 환경하에서 10 Mrad의감마선을조사한폴리에틸렌을, Wroblewski 등은 silane으로처리한화학적형태의폴리에틸렌과 22 mm 세라믹골두의관절조합을가진인공관절전치환술의장기간결과를분석하였는데, 이들삽입물은 10 년에서 22 년까지인체내에서사용된것으로세종류모두대조군에비하여매우낮은마모율과골용해발생률을보고한바있다. 4. 고도교차결합폴리에틸렌 (highly cross-linked UHMWPE) 교차결합폴리에틸렌은기존의폴리에틸렌삽입물의마모를감소시키기위한노력에서발생한또다른하나의산물이다. 교차결합 (crosslinking) 이란서로다른 polymer section으로부터나온 2개의 radical이결합하여두 polymer chain사이에화학적결합을형성하는것을말하며서로다른 chain이교차결합됨으로써 3차원적으로매우안정된구조를형성하여마모에저항성을가지게된다 (Fig. 1). 교차결합은 silane 이나 peroxide 같은화학물질을첨가하거나감마방사선및 electron beam 등방사선을조사함으로써유도될수있는데, 화학물질을통한방법은거의사용되지않고있으며주로방사선조사에의한방법이사용되고있다. 방사선이조사되면 polymer chain 으로부터화학적으로반응성이매우높은고에너지의 free radical이형성되고인접해있는 polymer chain 의 free radical들이 molecule 사이에서서로 covalent bond를만들거나 cross-link를형성한다. 감마방사선조사는과거 30 년이상사용되어온비교적안전한방법으로 24 시간에걸쳐서서히조사되기때문에온도에대한손상가능성이적은반면 electron beam은기존의방법보다 5000배이상빠른속도로조사하기때문에고온에의한폴 리에틸렌의손상가능성이있다. 방사선조사에의한교차결합과정에서반드시고려해야할문제점이있는데, 이는방사선조사에의한교차결합과정에서교차결합이일어나고난뒤 free radical들이잔존하게된다는점이다. 이 free radical들은매우불안정한형태로서주변에산소가있으면산소와반응하여산화적퇴행성변화 (oxidative degradation) 를야기할수있으므로폴리에틸렌마모에영향을미치는중요한요소이다. 따라서 free radical을제거하는과정이반드시필요하며, free radical들을제거하는방법으로는 polymer를용해점 ( 섭씨 125 도-150도 ) 까지가열하는 remelting 방법과용해점보다조금낮은온도 ( 섭씨 110 도-120 도 ) 로가열하는담금질 (annealing) 19) 방법이있다. 이러한과정을통하여남은 free radical을중화시켜산소와반응하는것으로부터막아산화 (oxidative degradation) 를방지할수있는데, remelting은 free radical을완전히제거할수있다는장점이있으나폴리에틸렌의물리적성질 (crystallinity and stiffness) 을약화시키는단점또한있으며 annealing은폴리에틸렌의물성을변화시키지는않으나 free radical이소량잔존하는단점이있다 30). 현재상품화되어사용되고있는 highly cross-linked polyethylene은 Longevity (Zimmer, Warsaw, IN), Marathon (Depuy, Warsaw, IN), Durasul (Centerpulse Orthopaedics, Austin, TX), Crossfire (Stryker Howmedica Osteonics, Allendale, NJ), XLPE (Smith & Nephew Orthopaedics, Memphis, TN) 등으로대부분 5~10 Mrad 의방사선을조사하고있으며각각의제조과정과방사선조사량및 free radical을제거하는방법이조금씩달라서물성과마모의양상에서도차이가있을것으로생각된다 (Table 1) 27). 1) 방사선조사량에따른마모및소독방법에따른마모폴리에틸렌의마모는방사선조사량 (irradiation dose), 조사기술 (radiation technique), radiation sequence 와밀접한관계가있다. 방사선조사량에따른교차결합폴리에틸렌의생체내에서의결과를예측하기위해이제까지 hip simulator에서많은연구가시행되어져왔으며그 Table 1. Cross-linked polyethylenes Trade name Company Cross linked method Radiation dose Free radical removal Marathon DePuy gamma 5 Mrad remelting Longevity Zimmer electron beam 10 Mrad remelting Durasul Sulzer electron beam 9.5 Mrad remelting Crossfire Osteonics gamma 10.5 Mrad annealing XLPE Smith & Nephew gamma 10 Mrad remelting Aeonean Kyocera gamma 7.5 Mrad annealing 153

74 조윤제 김강일 유명철 결과체적마모 (volumetric wear) 는기존의폴리에틸렌에비해매우감소하는것으로나타났고교차결합의정도가높을수록마모가감소하는것으로나타났다 36,41). 그러나방사선조사량을늘일수록반드시좋은것만은아니며비록방사선조사량이많을수록마모를더줄일수는있다하더라도방사선조사량이증가함에따라파괴점에서의연장 (elongation at break), ultimate tensile strength와 fatigue crack propagation resistance 등의기계적특성이감소되므로 2,7) 교차결합을위한최적의방사선조사량에대한논란의여지는아직남아있다. 그러나 McKellop 등 36) 이시행한방사선조사량에마모에대한 hip simulator 연구에서 5 Mrad 까지는 85% 까지마모율이감소되고그이상에서는마모율의감소가둔화되어 10 Mrad에서 95% 의마모감소율을보였고, 10 Mrad 이상에서는마모율감소에큰차이가없는것으로나타나 Mrad의방사선조사량이가장효과적으로마모를감소시킬수있는것으로알려져있다 23,27,36,55) (Fig. 2). 임상적인연구와실험실연구에서알수있듯이소독방법에따라폴리에틸렌의생체내마모에는차이가있다 37) (Fig. 3). 폴리에틸렌의소독방법으로는감마방사선조사, gas plasma 또는 ethylene oxide 방법이있으며. 1970년대까지는공기중에서감마방사선조사 (2.5~4 Mrad) 를하는것이표준적인방법이었다. 감마방사선은폴리에틸렌분자내의 covalent bond를파괴하고파괴된 covalent bond로부터 free radical이라불리는짝이없는전자 (unpaired electron) 를만들게되며, 매우높은에너지를가지는이 free radical은방사선조사중혹은 소독후보관중이거나생체내에삽입되었을때산소에노출되면산소와결합하게된다. 폴리에틸렌분자의산화는큰중합체사슬이끊어지게되면서중합체내로산소가합쳐지며일어나는일련의화학반응이다 31). 일반적으로산화와교차결합은상반되는작용으로교차결합이증가할수록산화는감소하게되며, 반대로교차결합이감소하면산화는증가하게되는역학적관계에있다 38,50). 이런반응의결과중합체의분자량은감소하게되며또한기계적성질 (yield strength, ultimate tensile strength, elogation to break, toughness의저하 ) 의변화를가져오게된다 8,34,49,52). 교차결합폴리에틸렌이전체마모량을줄일수있다는것은명확해보이나과연골용해자체를줄일수있을것인가에대해서는여러가지반론이제기되고있다. 교차결합폴리에틸렌의 hip simulator 연구에서평균적인체적마모는감소하나반면골용해의발생기전에중요한마모입자의크기는감소하는것으로보고되고있다 47). 따라서비록체적마모는감소된다하더라도마모입자의크기작으므로마모의입자수는증가하게되어조기의골용해를야기할잠재성에대한우려를가중시키며 18) impingement wear와연관된조기골용해또한보고된바있다 6). Ries 등 47) 의보고에의하면 5 Mrad 의감마방사선조사및 remelting 처리한폴리에틸렌은소독되지않은폴리에틸렌에비해마모체적은줄어드나실제마모입자 (wear particle) 수는훨씬많은것으로나타났고, 10 Mrad로방사선조사한후 remelting한폴리에틸렌은소독되지않은폴리에틸렌이나 5 Mrad 의방사선을조사한폴리에틸 Fig. 2. Wear rate of polyethylene acetabular components in a hip simulator as a function of radiation dose 36). 154

75 고도교차결합폴리에틸렌 렌보다마모입자수가훨씬감소하며평균입자크기도감소하는것으로되어있다. 10 Mrad의방사선조사량에서평균마모입자의크기가작음에도불구하고마모입자의수가감소하는것은작은입자의수가증가한것에기인하기보다는작은입자와큰입자의발생이줄어드는것에의한것으로해석되고있으며 47) 결국 10 Mrad의방사선조사는마모와마모입자의수를감소시키는최적의방사선조사량으로받아들여지고있다. 즉교차결합은마모량을줄일수있으며크거나작은마모입자의수를감소시키고큰입자는거의발생시키지않으며그결과평균입자크기는감소하나마모입자의개수또한감소시키므로심한골용해반응을야기할것으로예견되지는않는다. 2) 기계적성질 (Mechanical properties) 최근사용되는교차결합폴리에틸렌은전통적인폴리에틸렌과는다른기계적성질을나타내는데이는방사선조사량의증가와후속적인용해 (melting) 의결과로교차결합의밀도가증가되고결정도 (crystallinity) 가변화한것에기인한다. 교차결합후에폴리에틸렌의마모저항성은증가하나기계적특성 (yield strength, ultimate tensile strength, elongation at break, fatigue crack propagation resistance) 은감소하는것으로알려져있으며 2,7) 이러한기계적특성의감소는교차결합의정도또는사용된방사선조사용량에따라달라진다 2). 방사선조사후발생한 free radical을제거하기위한 방법또한폴리에틸렌의기계적성질에영향을미치는데, 용해는폴리에틸렌의결정도를감소시켜폴리에틸렌의탄성계수와항복강도를감소시키나담금질은이와같은물성을변화시키지않는다. 교차결합폴리에틸렌이마모저항성은향상된반면파괴에저항하는기계적성질은감소한다는측면에있어서이로인한문제점이발생할가능성을고려해볼필요가있다. 즉대퇴경부와비구라이너의가장자리 (acetabular component rim) 사이에서충돌 (impingement) 이발생하거나인공대퇴골두에의해서염전력 (torsional stress) 이가해질경우, 혹은비구라이너가비구컵상부 (dome) 에서 metal shell에의해제대로지지받지못할때비구라이너의잠금장치 (locking mechanism) 가있는가장자리에 tensile stress가발생되어라이너의가장자리가파괴되고라이너의해리 (dissociation) 가발생할수도있다. 특히 fatigue crack propagation resistance의감소는, 소재에작은결손이존재할경우더욱빠르게커지게되어큰 crack을발생시킬수있다. 이러한기계적실패 (mechanical failure) 를미연에방지하기위해필요한기계적강도가얼마인지는현재까지명확하지않으며환자의활동성, 삽입물의디자인, 삽입물의위치와같은여러인자에의해좌우된다. 과거의 modular acetabular liner 의기계적실패는대개 liner-locking mechanism 분리에의해서발생되었다 16,21,39,54). 최근에사용되는 modular acetabular component는폴리에틸렌라이너의잠금장치에가해지는stress를최소화하여과거에관찰 Fig. 3. Wear of polyethylene acetabular components in a hip simulator as a function of manufacturing and sterilization method. Wear rate increases with higher levels of oxidation 37). 155

76 조윤제 김강일 유명철 된해리가발생하지않도록고안되었다. 그러나대퇴스템경부와비구라이너가장자리의충돌은반드시피해야하며충돌을피하기위한관절의운동범위는수술중에반드시평가되어야한다. 3) 임상적결과고도의교차결합폴리에틸렌을이용한단기임상결과는만족스러웠으며방사선학적연구에있어서도고도의교차결합된폴리에틸렌의경우에서기존의폴리에틸렌보다인공골두가비구라이너를파고드는것 (head penetration) 이 45~72% 적게발생함을보여준다 10,11,12,25,28,33). 이러한연구결과들은 wear simulator 연구들에서예상된 90% 의마모감소보다약간저조하며이러한차이는교차결합폴리에틸렌라이너가생체내에삽입된후생물학적환경하에서마모특성이변화될수있을가능성을내포하고있다. 비록최근의 cross-linked 폴리에틸렌의단기추시연구결과에서좋은임상적결과가보고되고는있지만 10,11,25,33) 재치환술시제거된고도교차결합라이너를분석한보고에의하면모든예에서라이너의관절표면에 abrasion, pitting, scratching이발견되었고원래의 machine marks가왜곡된소견과 simulator 연구에서특징적으로관찰되지않는높은비율의표면상 cracks이나타나는것으로되어있다 5). Machine marks는적출된라이너를 reheating 한후에볼수있는데이는 machine marks 가소실된것이재료의손실을의미하는것이아니라표면의변성을암시하는것으로해석된다 42). 이러한관찰에도불구하고생체내에서적출된것과체외에서실험적으로검사된교차결합폴리에틸렌사이에서표면형태가차이가나는것은 hip simulation 연구를통하여마모기전을정확하게예측할수없다는것을의미한다. 3. 대퇴골두의크기와재질에따른마모대퇴골두의크기와마모와의상관관계는기존의폴리에틸렌라이너에있어서는매우중요한의미를가지고있었다. 큰대퇴골두는일반적으로고관절의관절운동범위를증가시켜탈구를감소시키는데매우효과적이며대퇴경부와라이너가장자리의충동을피할수있다는장점이있으나기존의폴리에틸렌라이너에있어서는인공대퇴골두의크기가클수록체적마모가증가하는문제점이있어서사용이기피되어왔었다. 그러나고도교차결합폴리에틸렌은실험실연구에서대퇴골두크기가 44 mm까지커져도체적마모가거의증가하지않는것으로나타나 40) 큰대퇴골두를사용해도무방하다는주장도있다 23). 하지만이에관해서는아직임상적으로증명이되지는않은상태이므로큰대퇴골두사용을권장하기에는이른감이있다. 인공대퇴골두의재질에따라서도마모가달라질수있는데, 인공대퇴골두는생체내에서 third body abrasive wear와 oxidative wear의결과로표면이거칠어질수있으며실험실연구에서는인공대퇴골두를거칠게한이후에는기존의폴리에틸렌과고도교차결합폴리에틸렌모두에서마모가증가하는것으로알려져있어 17,35) 인공골두의재질은인체내에서가급적긁힘이적은재질이유리하다. Cobalt-chromium 대퇴골두표면과세라믹대퇴골두표면이 in vitro에서 alumina particle에의해마찰될때, cobalt-chromium 대퇴골두는거칠어지나세라믹대퇴골두는부드러운마감을그대로유지하는것으로알려져있다 5). 따라서세라믹골두가 cobalt-chromium 골두보다교차결합폴리에틸렌의마모를훨씬줄일수있을것으로예견되고있다. 결 고도교차결합폴리에틸렌은실험실연구및단기간의임상추시결과에서기존의폴리에틸렌보다마모저항성이뛰어난것으로나타나그동안인공고관절의수명을단축시켰던폴리에틸렌마모와이에따른골용해, 삽입물의이완등의부작용을상당히감소시킬수있을것으로기대된다. 그러나폴리에틸렌은교차결합을통하여마모의저항성은매우향상되었으나이러한과정으로인하여기계적성질이변한다는문제점또한가지고있다. 따라서교차결합을위한방사선조사량과소독방법, free radical을제거하기위한방법등폴리에틸렌의기계적성질에변화를줄수있는많은변수를적절히배합, 조절함으로써현재보다마모나기계적특성에있어서훨씬향상된폴리에틸렌을만들기위한연구노력이필요하며, 궁극적으로는마모나기계적특성의향상이가능할것으로예견된다. 또한교차결합폴리에틸렌의실험실및생체내에서의연구결과에차이가있는데, 이는교차결합폴리에틸렌이생체내에삽입된후생물학적변화에의해특성이변화될가능성을시사하고있고교차결합폴리에틸렌으로부터발생한마모입자의양상이기존의폴리에틸렌과는다르게나타나므로폴리에틸렌및마모입자의생체내생물학적반응에관해서는더욱장기적인추시연구가필요하다. 론 REFERENCES 11) Ayers DC: Polyethylene wear and osteolysis following total knee replacement. Instr Course Lect 1997;46: ) Baker DA, Bellare A, Pruitt L: The effects of degree of cross-linking on the fatigue crack initiation and propagation resistance of orthopedic-grade polyethylene. J Biomed Mater Res 2003;66A:

77 고도교차결합폴리에틸렌 13) Bauer TW: Particles and periimplant bone resorption. Clin Orthop 2002;405: ) Bohler M, Kanz F, Schwarz B, et al: Adverse tissue reactions to wear particles from Co-alloy articulations, increased by alumina-blasting particle contamination from cementless Ti-based total hip implants: A report of seven revisions with early failure. J Bone Joint Surg Br 2002;84: ) Bradford L, Baker DA, Graham J, Chawan A, Ries MD, Pritt L: Wear and surface cracking in early retrieved highly cross-linked polyethylene acetabular liners. J Bone Joint Surg Am 2004;86: ) Bradford L, Kurland M, Sankaran H, Kim H, Pruitt L, Ries M: Early failure due to osteolysis associated with contemporary high cross linked ultra-high molecular weight polyethylene: A case report. J Bone Joint Surg Am 2004;86: ) Collier JP, Currier BH, Kennedy FE, et al: Comparison of cross-linked polyethylene materials for orthopedic application. 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78 조윤제 김강일 유명철 33) Martell JM, Verner JJ, Incavo SJ: Clinical performance of a highly cross-linked polyethylene at two years: A randomized prospective trial. J Arthroplasty 2003;18(suppl 1): ) McKellop HA, Shen FW, Campbell P, Ota T: Effect of molecular weight, calcium stearate, and sterilization methods on the wear of ultra high molecular weight polyethylene acetabular cups in a hip joint simulator. J Orthop Res 1999;17: ) McKellop H, Shen FW, DiMaio W, Lancaster JG: Wear of gamma-crosslinked polyethylene acetabular cups against roughened femoral balls. Clin Orthop 1999;369: ) McKellop H, Shen FW, Lu B, Campbell P, Salovery R: Development of an extremely wear-resistant ultra-high molecular-weight polyethylene for total hip replacement. J Orthop res 1999;17: ) McKellop H, Shen FW, Lu B, Campbell P, Salovery R: Effect of sterilization method and other modifications on the wear resistance of acetabular cups made of ultra-high molecular weight polyethylene: A hip-simulator study. J Bone Joint Surg Am 2000;82: ) McKellop H, Shen F, Yu Y, Lu B, Salovery R, Campbell P: Effect of sterilization method and other modifications on the wear resistance of UHMWPE acetabular cups, in Polyethylene Wear in Orthopaedic Implants Workshop. Minneapolis, MN, Society for Biomaterials, 1997, pp ) Mihalko WM, Papademetriou T: Polyethylene liner dissociation with the Harris-Galante Ⅱ acetabular component. Clin Orthop 2001;386: ) Muratoglu OK, Bragdon CR, O Connor DO, et al: Larger diameter femoral head used in conjunction with a highly cross-linked ultra-high molecular weight polyethylene: A new concept. J Arthroplasty 2001;16: ) Muratoglu OK, Bragdon CR, O Connor DO, Jasty M, Harris WH: A novel method of cross-linking ultra-high molecular-weight polyethylene to improve wear, reduce oxidation, and retain mechanical properties: Recipient of the 1999 HAP Paul Award. J Arthroplasty 2001;16: ) Muratoglu OK, Greenbaum ES, Bragdon CR, Jasty M, Freiberg AA, Harris WH: Surface analysis of early retrieved acetabular polyethylene liners: A comparison of conventional and highly crosslinked polyethylenes. J Arthroplasty 2004;19: ) Norton MR, Yarlagadda R, Anderson GH: Catastrophic failure of the Elite Plus total hip replacement, with a Hylamer acetabulum and Zirconia ceramic femoral head. J Bone Joint Surg Br 2002;84: ) Older J: Charnley low-frictional arthroplasty: A worldwide retrospective review at 15 to 20 years. J Arthroplasty 2002;17: ) Oonishi H: Long term clinical results of THR. Clinical results of THR of an alumina head with a cross-linked UHMWPE cup. Arch Orthop Trauma Surg 1995;38: ) Rasquinha VJ, Dua V, Rodriguez JA, Ranawat CS: Fifteen-year survivorship of a collarless, cemented, normalized femoral stem in primary hybrid total hip arthroplasty with a modified third-generation cement technique. J Arthroplasty 2003;18(suppl 1): ) Ries MD, Scott ML, Jani S: Relationship between gravimetric wear and particle generation in hip stimulator: Conventional compared with cross-linked polyethylene. J Bone Joint Surg Am 2001;83(suppl 2):S116-S122 48) Ries MD, Weaver K, Rose RM, Gunther J, Sauer W, Beals N: Fatigue strength of polyethylene after sterilization by gamma irradiation or ethylene oxide. Clin Orthop 1996;333: ) Rose RM, Crugnola A, Ries M, Cimino WR, Paul I, Radin EL: On the origins of high in vivo wear rates in polyethylene components of total joint prostheses. Clin Orthop 1979;145: ) Shen FW, McKellop HA: Interaction of oxidation and crosslinking in gamma-irradiated ultrahigh molecularweight polyethylene. J Biomed Mater Res 2002;61: ) Shishido T, Clarke I, Weber F, Shoji H, Imakiire A: Analysis of retrieved THR cups of highly crosslinked UHMWPE from South Africa. Trans Orthop Res Soc 2002;48: ) Sutula LC, Collier JP, Saum KA, et al: Impact of gamma sterilization on clinical performance of polyethylene in the hip. Clin Orthop 1995;319: ) Sutula LC, Collier JP, Saum KA, et al: The Otto Aufranc Award: Impact of gamma sterilization on clinical performance of polyethylene in the hip. Clin Orthop 1995;319: ) Udomkiat P, Dorr LD, Wan Z: Cementless hemispheric porous-coated sockets implanted with press-fit technique without screw: Average ten-year follow-up. J Bone Joint Surg Am 2002;84: ) Wang A, Essner A, Polineni V, Sun D, Stark C, Dumbleton J: Wear mechanism and wear testing of ultrahigh molecular weight polyethylene in total joint replacements, in Polyethylene Wear in Orthopaedic Implant Workshop. Minneapolis, MN, Society for Biomaterials, 1997, pp ) Wroblewski BM, Siney PD, Fleming PA: Charnley lowfrictional torque arthroplasty in patient under the age of 51 years: Follow-up to 33 years. J Bone Joint Surg Br 2002;84: ) Yoon TR, Rowe SM, Jung ST, Seon KJ, Maloney WJ: Osteolysis in association with a total hip arthroplasty with ceramic bearing surfaces. J Bone Joint Surg Am 1998:80:

79 대한고관절학회지제 18 권제 2 호 Vol. 18, No. 2, June, 2006 고관절표면치환술 박윤수 임승재 성균관대학교의과대학삼성서울병원정형외과학교실 서 현대적개념의고관절표면치환술은기존의인공고관절전치환술에비해근위대퇴골을보존할수있고정상에가까운큰대퇴골두부품을사용할수있는장점이있으며마모문제를획기적으로개선한제 2세대금속관절면을사용하기때문에, 특히고관절질환을앓고있는활동력이왕성한젊은환자들에게이상적인치료방법의하나로각광받고있다. 고관절표면치환술은이미 1950년대초에 John Charnley 경 9) 에의해서 Teflon double cup arthroplasty의형태로처음시도되었으며, 그이후에는여러연구자들 3,8,15,16,35) 에의해서폴리에틸렌컵과금속혹은세라믹대퇴부품을사용한형태로시술되었으나폴리에틸렌의높은체적마모율 (volumetric wear rate) 에의한조기골용해와비구부품의해리문제로 1980년대초부터는사실상사용이중단되었다 (Fig. 1). 하지만 1960 년대에코발트-크롬합금을사용한 McKee-Farrar 고관절전치환술시행후에장기간추시된일부예들에대한연구결과 4,21,33) 에서사용된금속관절면의마모율이극히낮고삽입물주위조직에서마모입자가거의발견되지않은사실에고무되어, 과거실패한예들에서발견된제조기술상의문제를개선하고향상된마찰공학적개념을갖춘제 2세대금속관절면을이용한고관절전치환삽입물이 1984년 Müller, 1988년 Weber 에의해개발되었다. 이후 1991년에는 McMinn에의해서제 2세대금속관절면이고관절표면치환술에도처음으로도입되었으며, 고정방법에대한 pilot study기간을거쳐 1994년부터는 hybrid fixation을사용한 McMinn Resurfacing Hip Arthroplasty, 1997년부터는 Birmingham Hip 통신저자 : 박윤수서울특별시강남구일원동 50 성균관대학교의과대학삼성서울병원정형외과학교실 Tel: Fax: yspark@smc.samsung.co.kr 론 Resurfacing prosthesis 가개발하여사용되고있다 26). 본문에서는제 2세대금속관절면을이용한고관절표면치환술의특성, 현재까지의추시결과, 수술적응증, 수술시고려사항및문제점등에대해서문헌고찰을통하여살펴보고저자의경험을기술하고자한다. 고관절표면치환술의특성 1990년대초에 McMinn에의해서다시시작된금속관절면을사용한고관절표면치환술의우수한초기임상결과의영향으로많은제조회사들에서고관절표면치환삽입물을개발하였는데, 대표적인것으로 BHR (Smith & Nephew), Conserve Plus (Wright Medical Technology Inc.), ASR (DePuy Inc.), DUROM (Zimmer Inc.), ReCap (BIOMET), Cormet (Corin Group) 등이있다. 현재사용되고있는고관절표면치환삽입물들은모두제 2세대금속관절면으로구성되어있는데, 그특징은세공단조 (wrought forging) 제작방식에의한매끄러운표면처리, 적절한관절간격 (clearance) 의도입으로극접촉 (polar bearing) 을얻음으로써마찰력의감소및향상된액체막윤활 (fluidfilm lubrication) 의제공으로극히낮은마모율을현실화했다는것이다. 또한비구부에는다양한방법의표면처리로골내성장을얻도록디자인된무시멘트형비구컵을사용하고있으며, 대퇴부에서는짧은스템을이용하여안정성을높인시멘트고정형부품을사용하고있다 (Fig. 2). 과거의고관절표면치환술의경험에서제기되었던높은폴리에틸렌마모율에의한고정의실패문제를개선한현대적개념의고관절표면치환술은기존의고관절전치환술보다아래에열거된이론적인장점들을가지고있다. 첫째는큰대퇴골두부품을사용하기때문에탈구율이감소된다는것인데, 이는관절운동범위의증가로인한부품간의충돌 (impingement) 의최소화, 탈구되는데까지필요한골두부품의이동거리 (amount of translation) 의증가, 탈구에저항하는고관절주변연부조직의긴장도증가에의해서이루어진다고할수있겠다. 둘째는기 159

80 박윤수 임승재 존의고관절전치환술에서사용하는긴대퇴스템을사용하지않기때문에대퇴골두의일부를포함한근위대퇴골을보존하여추후고관절재치환술이용이하며, 체중부하가보다생리적으로전달되기때문에대퇴근위부에서응력-차폐현상이일어나지않으며, 대퇴부동통발생의우려가없다는것이다. Fig. 1. Photograph showing wear-through of a polyethylene acetabular component. 고관절표면치환술의임상결과및문제점 1. 임상결과아직까지제 2세대금속관절면을이용한고관절표면치환술의장기추시결과는없지만, Daniel등 11) 은 Birmingham Hip Resurfacing prosthesis (Midland Medical Technologies Ltd., Birmingham, UK) 을이용하여 55 세이하의골관절염환자에서시행한 440 예의고관절표면치환술의평균 3.3 년, 최장 8년추시결과에서 1예 (0.02%) 의기계적실패율을보고하였으며 87% 의환자에서스포츠활동이가능했다고하였다. Amstutz 등 1) 은 355 명의환자에서 Conserve Plus prosthesis (Wright Medical Technology, Arlington, Tennessee, USA) 을사용하여시행한 400 예의고관절표면치환술의평균 3.5 년, 최장 6년추시결과에서 3% (12 예 ) 의실패율을보고하였는데, 이중대퇴부품의해리가 7예, 대퇴경부골절이 3예였다고보고하였다. 또한대퇴부품의해리의위험인자로는대퇴골두내에큰낭종이있는경우, 여자환자, 작은크기의부품을사용한경우라고하였다. Amstutz 등은이후에발표한연구 2) 에서 600 예의고관절표면치환술중에서 5예 (0.83%) 의대퇴골골절을보고하였는데, 4예는술후5개월이내에외상으로인하여부품과대퇴경부의접경부위에서골절이발생하였으며, 1예는술후20개월에특별한외상없이대퇴골 Fig. 2. Photographs showing Birmingham Hip Resurfacing prosthesis (A) and Conserve Plus prosthesis (B). 160

81 고관절표면치환술 두에서골절이일어났다고하였다. Shimmin과 Back 28) 은호주전체에서시행된 3497예의 Birmingham고관절표면치환술에서 1.46% (50 예 ) 의대퇴경부골절을보고하였는데, 대퇴부품을내반삽입하거나수술중대퇴경부에절흔 (notching) 을만든경우와같은수술술기적인문제에서기인한예가이들중 85% 로대부분을차지하였다고하였다 (Fig. 3). 2. 수술시주의사항고관절표면치환술후에발생하는대퇴경부골절을최소화하기위하여일반적으로제시되는시술시주의해야할점들은아래와같다. 첫째는대퇴부품의내반삽입시에대퇴경부외측피질골에응력이집중되어골절이발생할수있으므로가능한대퇴부품을 140 도의경간각으로삽입하고, 대퇴골두를 reaming 하는과정에서절흔 (notching) 이발생하지않도록주의해야하며, 대퇴골두의 reaming 된부분은대퇴부품으로완전히덮어야하겠다. 둘째는철저한골극의제거로증가된관절운동범위에의해서일어날수있는대퇴경부와비구부품간의충돌현상을최소화하여야하겠다. 셋째는대퇴골두무혈성괴사에의한이차적인대퇴경부골절이발생하지않도록하기위해서, 저밀도상태의시멘트의사용으로시멘트의과도한골내침습이발생하지않도록주의하여야하며, 수술과정에서대퇴경부주위의연부조직을과도하게제거 하지않는것이중요하겠다. 특히, 성인대퇴골두의혈핵공급의대부분을차지하는대퇴내회선동맥 (medial femoral circumflex artery) 에서기시하여대퇴경부의후외측면으로주행하는지대동맥 (retinacular artery) 들을보존하는것이매우중요하겠다 (Fig. 4). 최근에 Beaulé등 5) 은고관절전치환술중에인위적으로대퇴경부외측부위에절흔 (notching) 을만들어서 laser Doppler flowmetry를이용하여대퇴골두로가는혈행을측정한결과, 절흔 (notching) 이만들어진이후에 50% 이상의혈행감소가관찰되었다고하였는데, 이는대퇴경부의후외측면으로주행하는지대동맥 (retinacular artery) 들의손상에서기인한다고보고하였다. 또한 Steffen 등 31) 은후외측도달법을이용한 10 예의고관절표면치환술중에 electrode 을이용하여대퇴골두의산소농도를측정한결과, 전례에서술전산소농도에비해 80% 까지감소되었으며수술을마칠때까지회복되지않는것을관찰할수있었다고하였는데, 이는대퇴골두를자르지않고시술하는고관절표면치환술의특성상수술중단외회전근 (short external rotator) 을박리해야하는경우가대부분이며, 이때단외회전근을따라서주행하는대퇴내회선동맥 (medial femoral circumflex artery) 의분지가손상되기쉽기때문이라고 Fig. 3. Radiograph showing fracture of the femoral neck following Birmingham hip resurfacing arthroplasty. Fig. 4. Cadaver specimen demonstrating entrance of the retinacular vessels at the femoral head/neck junction. 161

82 박윤수 임승재 보고하였다. Little 등 24) 은 13 예의실패한고관절표면치환술중에서 12 예의대퇴골두에서무혈성괴사의조직소견을관찰할수있었다고하였으며, 대퇴골두무혈성괴사가대퇴경부골절이나대퇴부품해리로수술이실패할수있는주요선행요인 (predisposing factor) 이될수있다고하였다. 3. 수술적응증고관절표면치환술이모든고관절질환에서가능한것인지, 특히대퇴골두무혈성괴사에서도문제없이시술될수있는지에대해서는아직까지논란의여지가있다. Loughead 등 25) 은고관절표면치환술과전치환술을시행받은환자들에대한방사선학적비교연구에서고관절표면치환술을시행한경우에는전치환술을시행한경우보다대퇴 offset이나하지길이의복원이정확하지않았다고보고하였으며, Silva 등 30) 은대퇴 offset 이많이감소되어있거나하지부동이 1cm 이상인경우에는고관절표면치환술이적합하지않다고주장하였다. 또한대퇴골두의크기와비구의크기가비정상적으로차이가있는경우에도고관절표면치환술이적합하지않다고알려져있다. 어느정도범위의대퇴골두무혈성괴사까지가성공적인고관절표면치환술이가능한지에대해서현재까지정확하게제시된기준은없으나, 수술중에괴사부위를제거한후에심한하지단축이우려되는경우나대퇴부품으로제거된괴사부위를완전히덮을수없는경우에는표면치환술이적합하지않을것으로생각된다 18,29). McMinn 등은 2006년북미정형외과학회에서 Ficat stage III 또는 IV 의대퇴골두무혈성괴사에서시행한 104 예의고관절표면치환술의평균 7.7년추시에서 4 예, 4% 의기계적실패율을보고하였는데, 이는동일저자들의전체환자군에서의평균기계적실패율인 0.35% 를훨씬상회하는수치라고하였다. 4. 금속이온과생물학적반응체내에삽입된모든금속은시간이지남에따라어느정도는부식되어금속이온을배출하게되어있으며, 현대적금속관절면에서나오는마모입자는나노미터단위의매우작은크기여서쉽게용해되어인체전체로이동될수있기때문에여러연구자들에의해서금속관절면이삽입된고관절치환술을시행받은환자들의혈청, 소변, 적혈구에서의코발트와크롬이온의농도가정상대조군에비해서증가되어있는것이보고되었다 7,10,20). 특히, Clarke 등 10) 은금속관절면을이용한고관절표면치환술을받은환자군과 28-mm 금속고관절전치환술을받은환자군에서의혈청내코발트와크롬농도에대한비교연구에서, 큰골두를사용한환자군에서작은골두를사용한환자군에비해각각 1.7 배, 2.7 배의코발트와크롬농도의증가가관찰되었다고보고하였다. 하지만, 최근에 Daniel 등 12) 은금속관절면을이용한고관절표면치환술을받은환자군과 28-mm 금속고관절전치환술을받은환자군에서의혈청과적혈구를포함한전체혈액과일일총소변내에서의코발트와크롬농도에대한비교연구에서, 큰골두를사용한환자군과작은골두를사용한환자군사이에코발트와크롬농도의차이가없었다고보고하였다. 또한, Heisel 등 19) 은금속고관절표면치환술을시행받은환자의활동량이증가되더라도혈중금속이온농도가유의하게더증가하지는않는다는연구결과를발표하면서고관절표면치환술시행후에환자의활동을굳이제한할필요는없을것이라고주장하기도하였다. 금속관절면을이용한인공관절치환술후에관절면의재료로사용된코발트와크롬이온의인체내농도증가가국소적, 혹은전신적으로미치는잠재적인영향에대한안정성여부에대해서는아직까지논란의여지가있으나, 장기독성 (organ toxicity) 문제, 발암 (carcinogenesis) 가능성, 금속에대한과민성반응 (metal hypersensitivity) 과의연관성등이주요한이슈로대두되고있다. Gillespie 등 17) 과 Visuri 등 34) 은금속관절면을이용한고관절전치환술환자들에대한암발생률에대한역학연구에서고형암의발생빈도는일반인에비해증가되지않았으나임파계및조혈계악성종양의발생위험성이증가되었다고보고하였다. Tharani 등 32) 은인공관절치환술후의암발생위험성에대한 9개의연구결과 (110,792 고관절전치환술과 29,800 슬관절전치환술 ) 에대한후향적분석결과, 인공관절치환술을받은환자군이일반인들에비해서암발생률이증가되었다는직접적인연관성을찾을수없었다고보고하였다. 하지만, 인공고관절해리로재치환술을시행받은환자들의말초혈액임파구에서 aneuploidy 와 chromosomal translocation 같은염색체이상이증가되어있었다는보고 14,23) 가있고, 대부분의발암물질이암을유발하는데까지는오랜시간 (latency period) 이걸리는점을감안한다면이부분에대해서는주의깊은장기추적관찰이필요할것으로생각된다. 이와같이현재까지금속관절면을이용한고관절치환술후에암발생이증가한다는확실한인과관계는증명되지않은상태이나, 금속에대한과민성반응 (metal hypersensitivity) 에의한골용해나삽입물의해리와의연관성에대해서는많은증거들이보고되고있다. 일반적으로알려진사실은금속마모입자는나노미터단위의매우작은크기여서폴리에틸렌이나시멘트입자보다상대적으로대식세포에의한육아조직반응이나거대세포에의한이물탐식반응이적어국소적인골용해의발생이적을 162

83 고관절표면치환술 것이라는것이다. 하지만, Willert 등 36) 과 Davies 등 13) 은제 2세대금속관절면을이용한고관절전치환술후에해리로재치환술을시행받은환자들의삽입물주변조직에서다량의임파구가혈관주변에침착되어있는것을발견하였으며, 이는금속이온에대한지연형과민반응 (delayed-type hypersensitivity) 의결과이며, 이런반응이삽입물의해리와연관이있을수있음을시사하는소 견이라고주장하였다. 또한, Kim 등 22) 은 Metasul 금속관절면을사용한고관절전치환술에대한중기추시결과에서비구컵의해리없이골용해만있었던 1명의환자의조직에서다량의임파구가혈관주변에침착되어있는것을발견하였다고보고하였다. Park 등 27) 은제2세대금속관절면을이용한고관절전치환술을시행받은 165 명 (169 고관절 ) 의환자중에약 6% (9명, 10 고관절 ) 의환자에서삽입물의해리를동반하지않은골용해소견을관찰할수있었다고보고하였다. 이중 2명의환자에서얻은조직에서다량의임파구와대식세포가혈관주변에침착되어있는것을발견하였으며, 특히광학현미경하에서어떠한금속입자도발견되지않았으며, 이들조직에대한면역화학검사상에서강력한골용해 cytokine인 IL-1β 와 TNF-α가염색되는것을발견할수있었다고하였다. 또한, 저자들은골용해가있었던환자군에서골용해가없는대조군에비하여코발트에대한피부패치검사양성반응률이유의하게높았음을보고하였으며, 금속관절면을이용한고관절치환술을시행하기전에금속에대한알레르기반응의과거력에대한정확한문진과사용되는금속에대한피부패치검사가선행될필요성이있음을주장하였다. 최근에 Boardman 등 6) 은제 2세대금속관절면을이용한고관절표면치환술후에도강력한육아종성반응과함께다량의임파구가침착된종괴가삽입물주변에서관찰되었다는사례보고를하였다. 5. 저자의경험 저자는 2003 년부터총 65 예의고관절표면치환술을시행하였는데, 이중대퇴골두무혈성괴사에서시행한경우가 42 예 (65%) 로가장많았으며, 그외에도퇴행성이나외상성관절염, 다양한염증성관절질환에서수술을시행하였다 (Fig. 5). 이환자들에대한현재까지의추시결과, 대퇴경부골절이나부품의해리와같은기계적인실패는한예도관찰되지않았으며, 모든환자가질병발생전활동수준이상으로회복되었다. 하지만, 특히대퇴골두무혈성괴사에서시행한 42 예에대해서는장기간의세심한추시관찰이필요하다고생각한다. 저자들이실제임상에서고관절표면치환술을시행하기전에환자를선택하는기준과수술전에고려하는사항에대하여정리해보면 Fig. 6와같다. Fig. 5. Preoperative coronal (A) and sagittal (B, C) T1- weighted magnetic resonance images of a 38-year-old man with osteonecrosis of both femoral heads treated by staged bilateral total hip resurfacing arthroplasties. Postoperative anteroposterior hip radiograph (D) showing appropriate position of components. 결론현대적개념의고관절표면치환술의중기추시결과, 금속관절면마모에의한골용해나부품의해리와같은기계적실패문제는과거의고관절표면치환술보다상당히개선된것으로보고되고있으며, 특히고식적인고관절전 163

84 박윤수 임승재 Fig. 6. Protocol for patient selection for total hip resurfacing arthroplasty. 치환술에비해근위대퇴골을보존할수있고정상에가까운큰대퇴골두부품을사용할수있는장점이있어활동력이왕성한젊은환자들에게점점더확대되어시행되고있다. 그러나, 관절면의재료로사용된코발트와크롬이온의인체내농도증가가국소적, 혹은전신적으로미치는잠재적인영향에대한안정성여부에대해서는아직까지논란의여지가있기때문에장기적인추시관찰이필요하다고생각하며, 특히금속이온에대한과민성면역반응에대해서는심층적인연구가필요할것으로생각된다. REFERENCES 11) Amstutz HC, Beaule PE, Dorey FJ, Le Duff MJ, Campbell PA and Gruen TA: Metal-on-metal hybrid surface arthroplasty: two to six-year follow-up study. J Bone Joint Surg, 86A: 28-39, ) Amstutz HC, Campbell PA and Le Duff MJ: Fracture of the neck of the femur after surface arthroplasty of the hip. J Bone Joint Surg, 86A: , ) Amstutz HC, Graff-Radford A, Gruen TA and Clarke IC: THARIES surface replacements: a review of the first 100 cases. Clin Orthop, 134: , ) August AC, Aldam CH and Pynsent PB: The McKee- Farrar hip arthroplasty. A long-term study. J Bone Joint Surg, 68B: , ) Beaule PE, Campbell PA, Hoke R and Dorey F: Notching of the femoral neck during resurfacing arthroplasty of the hip: a vascular study. J Bone Joint Surg, 88B: 35-39, ) Boardman DR, Middleton FR and Kavanagh TG: A benign psoas mass following metal-on-metal resurfacing of the hip. J Bone Joint Surg, 88B: , ) Brodner W, Bitzan P, Meisinger V, Kaider A, Gottsauner-Wolf F and Kotz R: Serum cobalt levels after metal-on-metal total hip arthroplasty. J Bone Joint Surg, 85A: , ) Capello WN, Ireland PH, Trammell TR and Eicher P: Conservative total hip arthroplasty: a procedure to conserve bone stock. Part I: analysis of sixty-six patients. Part II: analysis of failures. Clin Orthop, 134: 59-74, ) Charnley J: Arthroplasty of the hip. A new operation. Lancet, 1: , ) Clarke MT, Lee PT, Arora A and Villar RN: Levels of metal ions after small- and large-diameter metal-on-metal hip arthroplasty. J Bone Joint Surg, 85B: , ) Daniel J, Pynsent PB and McMinn DJ: Metal-on-metal resurfacing of the hip in patients under the age of 55 years with osteoarthritis. J Bone Joint Surg, 86B: , ) Daniel J, Salama A, Pradhan C and McMinn DJ: The effect of the diameter of metal-on-metal bearings on systemic exposure to cobalt and chromium. J Bone Joint Surg, 88B: , ) Davies AP, Willert HG, Campbell PA, Learmonth ID and Case CP: An unusual lymphocytic perivascular 164

85 고관절표면치환술 infiltration in tissues around contemporary metal-onmetal joint replacements. J Bone Joint Surg, 87A: 18-27, ) Doherty AT, Howell RT, Ellis LA, et al.: Increased chromosome translocations and aneuploidy in peripheral blood lymphocytes of patients having revision arthroplasty of the hip. J Bone Joint Surg, 83B: , ) Freeman MA, Cameron HU and Brown GC: Cemented double cup arthroplasty of the hip: a 5 year experience with the ICLH prosthesis. Clin Orthop, 134: 45-52, )Furuya K, Tsuchiya M and Kawachi S: Socket-cup arthroplasty. Clin Orthop, 134: 41-44, ) Gillespie WJ, Henry DA, O Connell DL, et al.: Development of hematopoietic cancers after implantation of total joint replacement. Clin Orthop, 329S: , ) Grecula MJ: Resurfacing arthroplasty in osteonecrosis of the hip. Orthop Clin North Am, 36: , ) Heisel C, Silva M, Skipor AK, Jacobs JJ and Schmalzried TP: The relationship between activity and ions in patients with metal-on-metal bearing hip prostheses. J Bone Joint Surg, 87A: , ) Jacobs JJ, Skipor AK, Patterson LM, et al.: Metal release in patients who have had a primary total hip arthroplasty. A prospective, controlled, longitudinal study. J Bone Joint Surg, 80A: , ) Jacobsson SA, Djerf K and Wahlstrom O: A comparative study between McKee-Farrar and Charnley arthroplasty with long-term follow-up periods. J Arthroplasty, 5: 9-14, ) Kim SY, Kyung HS, Ihn JC, Cho MR, Koo KH and Kim CY: Cementless Metasul metal-on-metal total hip arthroplasty in patients less than fifty years old. J Bone Joint Surg, 86A: , ) Ladon D, Doherty A, Newson R, Turner J, Bhamra M and Case CP: Changes in metal levels and chromosome aberrations in the peripheral blood of patients after metalon-metal hip arthroplasty. J Arthroplasty, 19: 78-83, ) Little CP, Ruiz AL, Harding IJ, et al.: Osteonecrosis in retrieved femoral heads after failed resurfacing arthroplasty of the hip. J Bone Joint Surg, 87B: , ) Loughead JM, Chesney D, Holland JP and McCaskie AW: Comparison of offset in Birmingham hip resurfacing and hybrid total hip arthroplasty. J Bone Joint Surg, 87B: , ) McMinn D, Treacy R, Lin K and Pynsent P: Metal on metal surface replacement of the hip. Experience of the McMinn prothesis. Clin Orthop, 329S: 89-98, ) Park YS, Moon YW, Lim SJ, Yang JM, Ahn G and Choi YL: Early osteolysis following second-generation metal-on-metal hip replacement. J Bone Joint Surg, 87A: , ) Shimmin AJ and Back D: Femoral neck fractures following Birmingham hip resurfacing: a national review of 50 cases. J Bone Joint Surg, 87B: , ) Silva M, Heisel C and Schmalzried TP: Metal-on-metal total hip replacement. Clin Orthop, 441: 53-61, ) Silva M, Lee KH, Heisel C, Dela Rosa MA and Schmalzried TP: The biomechanical results of total hip resurfacing arthroplasty. J Bone Joint Surg, 86A: 40-46, ) Steffen RT, Smith SR, Urban JP, et al.: The effect of hip resurfacing on oxygen concentration in the femoral head. J Bone Joint Surg, 87B: , ) Tharani R, Dorey FJ and Schmalzried TP: The risk of cancer following total hip or knee arthroplasty. J Bone Joint Surg, 83A: , ) Visuri T: Long-term results and survivorship of the McKee-Farrar total hip prosthesis. Arch Orthop Trauma Surg, 106: , ) Visuri T, Pukkala E, Paavolainen P, Pulkkinen P and Riska EB: Cancer risk after metal on metal and polyethylene on metal total hip arthroplasty. Clin Orthop,329S: , ) Wagner H: Surface replacement arthroplasty of the hip. Clin Orthop, 134: , ) Willert HG, Buchhorn GH, Fayyazi A, et al.: Metal-onmetal bearings and hypersensitivity in patients with artificial hip joints. A clinical and histomorphological study. J Bone Joint Surg, 87A: 28-36,

86 대한고관절학회지제 18 권제 2 호 Vol. 18, No. 2, June, 2006 최소침습을이용한인공고관절전치환술 - 총론 - 한창동 연세대학교의과대학정형외과학교실 인공고관절전치환술은지난수십년동안연구되고개발된수술방법으로고관절질환의동통과기능을동시에해결한성공적인수술방법으로알려져있다. 최근환자와의사모두에게흥미를갖게하는정형외과신기술로알려져있는최소침습수술 (MIS, minimal invasive surgery) 의이점은최소피부절개, 빠른회복기간, 재원기간단축, 수혈감소등이있으며이새로운외과적수술기법은단지피부절개만작게하는것이아니고, 피부아래에있는연부조직의손상또한최소화하는것을목표로하고있다. 이러한추세는인공관절의디자인또는수술기구들을작은절개길이에알맞게개발되도록하는좋은동기를부여하고있으며, MIS 는기존수술방법에서진화되는것이아닌새로운수술기법으로자리잡고있는것이다 4,7,9,10,14). MIS 는의사뿐만아니라환자에게도위와같은이점때문에매력적인새로운수술기법인것은분명하다 5,8,11). MIS 를주장하는의사들은관절경, 복강경수술처럼최소침습겸한새로운분야로찬사를보내고있지만, MIS 인공고관절술은 MIS 인공슬관절술과마찬가지로제한된시야아래서인공관절을삽입해야하며, 관절경이나복강경시술처럼절개를하는것보다시야가더좋은시술이아니므로그러한차이점을간과해서는안될것이다 6). MIS 의이점인수술후통증감소, 입원기간단축, 일상생활로조기복귀, 실혈감소, 미용효과, 환자만족등이있지만 7,9,14) 이제까지보고되고있는 MIS 의단점들을보면제한된시야에서시술을하면서발생되는부정확한삽입물위치, 수술중골절, 신경 혈관손상, 피부, 연부조직손상등이있다 17,18). 또한삽입될인공관절표면의손상이나인공관절면의손상이생길수도있고내구성에 통신저자 : 한창동서울특별시서대문구신촌동 134 연세대학교의과대학정형외과학교실 Tel: Fax: cdhan@yumc.yonsei.ac.kr 영향을줄수있다. 또한좁은시야에서수술이므로수술시간이길어지며이에따른혈관색전증이나염증을무시할수없으며이러한여러가지단점들은결국인공관절술의장기생존율에부정적영향을줄것이다 4). MIS 인공고관절술은연부조직손상을최소화하면서진행하는새로운수술기법이며여기에는후방도달법, 전방도달법, 또는 Two incision방법등크게 3가지형태로소개되고있다. 각각의수술방법에따른장단점은각론에서보기로한다. MIS 가인공관절술에대하여긍정적인면과부정적인면에공통으로적용되는논란의핵심은재수술의가능성을되도록이면줄이는것인데, 재수술의원인을보면주로고정실패, 불안정성, 염증등이있으며, 그동안이러한여러원인들을줄이기위한노력으로인공관절술의재수술빈도가점점감소하고있는추세이다. 하지만 MIS 에서는이러한재수술가능성에대하여심도있는논의가부족한것같다. 더욱이위와같은합병증들이 MIS 에서증가되고있는추세이며주로 MIS 에능숙하지않은의사들에서많이나타나고있다. 다만일부 MIS 를주장하는의사들은 MIS 와 CAS (computer assisted surgery) 를결합하면좁은시야에따른합병증을피할수있다고설명하고있다 4,12). 요즈음 MIS 에대한설명과논문등이의사와환자모두에게관심을끌고있는데과연이러한정보들이참고할가치가있는지의문이간다. 새로운기술이과학적으로증명이되고평가받는것은어느정도시간이흘러야하는데아직까지는그시간이충분하지못한것같다 13,15,16). 기존의수술방법으로인공고관절술은동통감소, 기능증가및합병증극소화등의성공을거두고있으나요즈음의분위기는 MIS 를하지않는의사는시대에뒤떨어지는의사로인식될것같은분위기이다. 그러나 MIS 는아직까지증명된새로운수술기법이아니라는것은분명하다 1,2). MIS 는새로운수술기법으로많은이점을갖고있으며환자와의사모두가만족해하고있지만또한그만큼위험요소도갖고있다. MIS 와 CAS 가결합하여좀더발전된, 평준화된완벽한수술기법이완성된다면더바랄것이없 166

87 최소침습을이용한인공고관절전치환술 - 총론 - 을것이다. 그러나기존의수술방법과같은정도의안정성과효율성이있는지가의문이다. 이것에대한장기간추적연구는아직없기때문이다. 실제로새로운기법의 MIS 을시작하는의사들은반드시이점에대한나름대로의기준을갖고시작하여야하며, 또한새로운수술기법인 MIS 의적응증, 금기증, 환자선택등을포함하는 MIS 의적응기준은어디까지인가를정확히인식해야한다. MIS 가정말로가치있는새로운수술기법으로증명만된다면우리는모두이술기를배워야한다 5). MIS 의수술결과를과학적, 학문적으로정확하게평가하는것은쉬운일이아니다. 실제로절개길이자체만갖고평가하는것은무의미하기때문이다. 절개길이는사지의위치에따라달라지며피부절개아래의연부조직의손상정도를평가하는것은거의불가능하기때문이다. 즉피부절개의정도를평가하는것도어렵지만피부절개길이가길다고합병증이증가한다는보고는없다 3). MIS 와더불어시행되고있는수술전후마취방법, 재활훈련방법, 수술후통증처리방법등도심도있게논의할필요가있으며, 또한이러한부수적인사항들도기존의수술방법에적응할경우효과가비슷한지여부에대해연구할필요가있다. 그동안 MIS 가발달하면서기존의수술방법보다피부절개길이가줄어든것은분명한소득이며또한수술장비등도사용하기쉽게끔많은발전을하였다. 새로운과학기술은열정과긍정적결과를갖고시작하게되며확산되는것이다. 새로운기술을주장하고연구하는사람들의숫자가늘어나고시술되는예가증가하여충분한안정성과신뢰도가확고하게이루어진후장기추시결과가기존의수술기법과비슷하거나나은결과를보여줄때가곧올것으로생각되며이것은 MIS 가밝은미래가될것으로확신하고싶다. 그러나최소침습수술방법은수술방법의어려움, 시야불량등의단점에도불구하고최소절개, 빠른회복등의여러가지이점이있으므로새로운수술방법으로시도할만한가치는있다. MIS 의가장중요한문제점은수술시야가불충분하다는것이고, 그로인한인공관절의정열및고정불량이문제가될수있다. 이점은인공관절의수명과직접적으로관련이있는문제이므로중요하다. 따라서 MIS 수술은환자에게충분한설명을한후에시술을해야할것으로생각된다 5,7). 따라서의사는물론환자도이러한새로운수술방법에흥미를갖고함께긍정적으로노력하면이제까지의전통적인방법과비길만한수술방법이될것으로확신한다. REFERENCES 11) Berger RA, Duwelius PJ: The two-incision minimally invasive total hip arthroplasty: technique and results. Orthop Clin North Am 35:163, ) Berger RA: Mini-incision total hip replacement using an anterolateral approach:technique and results. Orthop Clin North Am 35:143, ) Berry D, Harmsen W, Cabanela M, et al: Twenty-five year survivorship of two thousand consecutive primary Charnley total hip replacements: factors affecting survivorship of acetabular ) Bonutti PM, Mont MA, McMahon M, Ragland PS, Kester M: Minimally invasive total Knee arthroplasty. J Bone Joint Surg Am. 86 Suppl 2:26-32, ) DiGioia AM 3rd, Plakseychuk AY, Levison TJ, Jaramaz B: Mini-incision technique for total hip arthroplasty with navigation. J Arthroplasty. 18:123-8, ) Fisher DA, Watts M, Davis KE: lmplant posi-tion in knee surgery: a comparison of minimally invasive, open unicompartmental, and total knee arthroplasty. J Arthroplasty. 18 (7 Suppl 1) : 2-8, ) Haas SB, Cook S, Beksac B: Minimally invasive total knee replacement through aminimidvastus approach: a comparative study. Clin Orthop Relat Res. 428:68-73, ) Hozack WJ, Ranawat C, Rothman RH: How to deliver the word? J Arthroplasty. 17:389, ) Laskin Rs, Beksac B, Phongjunakorn A, Pittors K, Davis J, Shim JC, Pavlov H, Petersen M: Minimally invasive total Knee replacement through a minimidvastusincision: an outcome study. Clin Orthop Relat Res. 428:74-81, ) Laskin RS: Minimally invasive total knee re-placement using a mini-mid vastus incision tech-nique and results. Surg Technol lnt. 13:231-8, ) Light TR, Keggi KJ: Anterior approach to hip arthroplasty. Clin Orthop. 152:255-60, ) Ogonda L, Wilson R, Archbold P, Lawlor M, Humphreys P, O Brien S, Beverland D: A minimalincision technique in total hip arthroplasty does not improve early postoperative outcomes. A pro-spective, randomized, controlled trial. J Bone Joint Surg Am. 87:701-10, ) Sculco TP: ls smaller necessarily better? Am J Orthop. 32:169, ) Tria AJ Jr: Minimally invasive total knee arthro-plasty: the importance of instrumentation. Orthop clin North Am. 35:227-34, ) Waldman BJ: Minimally invasive total hip re-placement and perioperative management: early experience. J South Orthop Assoc. 11:213-7, ) Wenz JF, Gurkan I, Jibodh SR: Mini-incision total hip arthroplasty: a comparative assessment of perioperative 167

88 한창동 outcomes. Orthopedics. 25: , ) Woolson ST, Mow CS, Syquia JF, Lannin JV, Schurman DJ: Comparison of primary total hip replace-ments performed with a standard incision or a mini-incision. J Bone Joint Surg Am. 86:1353-8, ) Yang KY, Yeo SJ, Lo NN: Stress fracture of the medial tibial plateau after minimally invasive uni-compartmental knee athroplasty: a report of 2 cases. J Arthroplasty. 18:801-3,

89 대한고관절학회지제 18 권제 2 호 Vol. 18, No. 2, June, 2006 미니절개술을이용한고관절전치환술 민병우 계명대학교의과대학정형외과학교실 서 정형외과영역에서관절경의출현과함께여러가지다양한형태의미니절개술 (mini-incision), 또는최소침습술 (minimally invasive surgery: MIS) 을이용한수술법들이개발되어왔으며최근에는인공관절치환술시에도전통적인수술절개법 (standard incision) 보다는최소절개또는최소침습술이시도되고있다. 인공관절수술시최소침습혹은미니절개술은명확하게정의되어있지않고혼용되어사용되고있으나, 최소침습 (minimally invasive) 술이란피부절개의크기를작게한다는의미보다는조직의손상, 특히고관절주위조직의손상을최소화한다는의미가강하고미니절개술 (mini-incision) 이란기존의전통적인절개보다적은절개로서인공관절수술을완성한다는의미로주로사용되며일반적으로피부절개의크기가 10 cm 이내인것을가르킨다. 미니절개술은피부, 근육, 뼈등의손상을최소화하여수술후통증감소, 출혈량의감소및수술후반흔형성의최소화등을통하여입원기간의단축으로수술비용의감소및수술후재활기간의단축을목표로하고있으나, 수술수기가쉽지않고수술시야의단축으로인한비구컵및대퇴스템의이상삽입 (malposition), 신경혈관손상과주위연부조직의불충분한박리로인해인공삽입물삽입도중골절의가능성이높고모든환자에다적용할수없다는문제점이있다. 인공관절수술시미니절개술의사용은최근들어많이발표되고있고, 언론매체나인터넷을통해많은환자들이그에대한정보를접하고있다. 따라서환자들은이런정보들을가지고의사들을접하게되며환자들자신이 통신저자 : 민병우대구광역시중구동산동 194 계명대학교의과대학동산의료원정형외과학교실 Tel: Fax: min@dsmc.or.kr 론 미니절개법을이용한수술을요구하기때문에환자의욕구충족이라는측면에서볼때미니절개술이기존의전통적인절개법보다많은단점이나합병증이없다면미니절개술의도입을고려해볼만하다. 또한미니절개술시특별한수술수기나기구가필요하지않고단기간의 learning curve로습득할수있고, 그안정성 (safety) 만확보된다면구태여전통적인수술방법을고집할필요는없는것같다. 본논문의목적은미니절개술의종류및장단점을토론하고그동안에발표되었던타저자들의결과를분석하여보고, 짧은경험이나마저자가직접경험하였던전측방도달법을이용한미니절개술의유용성을검토하고자한다. 미니절개술의종류미니절개혹은최소침습술식을이용한인공고관절전치환술은 Crockett 등 5) 에의해처음소개된이후여러가지방법들이개발되어사용되어지고있다. 1. 전방도달법 (anterior approach) Sartorius와 tensor fascia lata 사이로접근하는 Smith-Peterson 도달법을응용한방법과 tensor fascia lata와 gluteus medius muscle 사이로접근하는 Watson-Jones 도달법을응용한방법들이있으며 Kennon 등 9) 이개발한방법과 Matta 10) 가개발한방법이대표적이다. 이론적으로전방도달법은 gluteus muscle의손상이적고비구측시야확보에는유리하나, tensor fascia lata 와 gluteus medius 의경계를쉽게찾을수없고, 대퇴스템삽입시근위대퇴부를충분히 mobilize 하지못하면 stem 삽입의어려움이많고수술도중대퇴골골절, lateral femoral cutaneous nerve의손상가능성이높다. 2. 후방도달법 (posterior approach) 기존의후방도달법에서 short external rotator와 169

90 민병우 joint capsule의손상을최소화하는방법으로서 Sculco 13) 와 Dorr 8) 의방법이대표적이다. 이방법은비구측시야확보및 reaming에어려움이있어 curved 된 reamer나 acetabular cup inserter가필요하다. 3. 전측방도달법 (anterolateral approach) 전통적인 transgluteal approach의축소판으로서 gluteus medius와 vastus lateralis의 continuity는유지하여절개하는방법으로서 gluteus medius의전방 1/3 을대전자부에서떼어내는방법 2,6) 과 gluteus medius 와 tensor fascia lata사이로접근하는 Röttinger 방법 3) 이있다. 전측방도달법은비구측시야확보가훌륭하고수술후탈구의위험성을최소화할수있는장점이있으나, superior gluteal nerve의손상으로인한파행 (limping) 이문제가될수있다. 이러한문제점을줄이기위해 gluteus medius의상부 4 cm 이상절개하지않는것이좋으며 gluteus medius를대전자부에서떼어낼때 bone wafer를같이떼어내어수술후접합가능성을높이는것이좋다. Röttinger 방법은 gluteus medius의손상이없어 rapid rehabilitation을할수있는장점은있으나수술을위한환자 position이쉽지않고수술도중수시로환자의다리위치를적절히바꾸어주어야하므로수술보조자의 skill이충분하여야하며대퇴스템삽입을위한근위대퇴부의 mobilization이쉽지않은단점이있다. 4. 이중도달법 (two-incision technique) 비구측접근을위해서는 Smith-Peterson 방법을사용하고대퇴측접근을위해서는후방도달법을사용하는방법으로서 Berger의방법 1) 이대표적이다. 이론적으로는단일도달법의한계점을극복할수있는방법으로서고관절주위조직손상을최소화할수있는장점이있으나경피적도달법 (percutaneous) 이므로수술도중방사선에노출되며실제로수술후조직손상이없는 지에대해서는이론이많다. 미니절개술의결과 : 타저자들의보고 Ogonda 등 12) 은 randomized prospective blinded study를통해 mini-incision group이통증, 기능, 실혈량, 입원기간, 합병증등의발생이 control group에비해차이가없었으나환자의만족도는 small scar로인해높았다고보고하였으며 Chimento 등 4) 은 randomized prospective study를통해양군간의차이는없었으나출혈량이나수술후파행등에서 mini-incision group에서장점을보였다고보고하였다. Sculco 등 14) 은두군간에큰차이가없었으나수술시간이나수술후 Harris hip score 의호전정도는 mini-incision group에서높았다고하였으며 Kennon 등 9) 과 Wenz 등 15) 도 mini-incision group 에서수술시간, 출혈량에서장점을보였으며, 수술후합병증의발생도증가하지않았다고보고하였다. 이에반해 Woolson 등 17) 은 mini-incision group에서특별한장점이없었으며오히려합병증의발생이나 implant의 malposition 확률이높다고보고하였다. Howell 등 7) 은 mini-incision group에서입원기간은짧았으나수술시간은오히려길어졌다고보고하였으며 Wright 등 16) 은큰차이가없다고보고하였다. 이중도달법 (two-incision) 에대하여 Berger 등 2) 은 85% 환자에서수술당일퇴원이가능하였으며수술후통증감소, 빠른회복, 입원기간의단축등을보였다고보고하였고, 1% 에서대퇴골골절등의합병증이있었다고하여우수한결과를보고하였으나아직 prospective randomized study에의한결과는보고되지않았다. 지금까지의연구결과들을종합하여보면미니절개술은주위연부조직손상을최소화하고출혈량을감소시키며, 수술시간을단축시키고주위연부조직의기능을최대한보존하여술후회복시간및입원기간을단축시킬수있는장점이있는반면에, 수술시야가좁아지므로인하여인공삽입물의이상위치 (malposition), 혈관신경손상의가능성증대, 수술시간의증대등의합병증을증가시킬수있으므 Fig. 1. The 5~10 cm skin incision for mini-incision THA is centered over the greater trochanter in lateral decubitus position. Fig. 2. Tensor fascia lata and gluteus maximus muscles are split in line with the skin incision. 170

91 미니절개술을이용한고관절전치환술 로숙련된수술자에의해선택적으로시행되어져야하고, body mass index가 30 kg/m 2 이상의비만인경우, 탈구를동반한심한비구이형성증, 근위대퇴골의심한변형, 고관절의구축또는강직이동반된경우, metal removal을시행하여야할경우등에서는시행하지말것을권유하고있다. 전측방도달법의결과 : 저자의경험저자는 2002년 1월부터 Berger 1,2) 의방법과유사한전측방도달법을이용한미니절개술을시행하고있으며그결과를보고하고자한다. 1. 수술방법저혈압유도경막외마취 (hypotensive epidural anesthesia) 하에서환자는측와위에위치시키고단일전측방도달법을이용하여대전자부를중심으로 5~10 cm의피부절개를시행한다 (Fig. 1). 대퇴근막은피부절개선에맞추어절개한후 (Fig. 2), 노출된중둔근 (gluteus medius) 중대전자의앞쪽의약 25% 근육을근육주행방향에따라 L-shape으로절개하고절개된중둔근을대전자부에서 bone wafer와함께떼낸다음 (Fig. 3), 상부외측광근 (vastus lateralis) 근육의일부와연결을유지한 채앞쪽으로젖힌후소둔근 (gluteus minimus) 과관절낭 (joint capsule) 을노출시킨다. 노출된소둔근과관절낭에사선으로절개를시행한후 (Fig. 4), 하지를내전 (adduction)-외회전 (external rotation)-굴곡 (flexion) 시켜대퇴골두를전방으로탈구시킨다 (Fig. 5). 대퇴골두는전방으로탈구시킨후소전자부 (lesser trochanter) 의상연을촉지하여표시하고술전에계측된 (templated) 대퇴경부절골선을따라대퇴경부절골술을시행한다. 비구측시야확보를위해비구의전하방, 후방, 그리고후상방에 Hohmann 견인기를위치시킨다 (Fig. 6). 확보된시야에서비구를확공 (reaming) 한후비구컵을 1~2 mm 압박고정한다. 대퇴스템의삽입을위해하지를내전, 굴곡, 외회전시키고 Hohmann 견인기를근위대퇴부의후내측, 외측에위치시키고대퇴경부절단부의후면에대퇴견인기 (retractor) 를위치시켜대퇴골수강이잘노출되도록한후대퇴스템을삽입한다 (Fig. 7). 인공관절삽입후고관절을정복하여관절운동범위, 하지길이차이, 연부조직의긴장도, 안정성검사등을시행한후소둔근과관절낭을대전자부에봉합한후, 중둔근도원래의위치에봉합한다 (Fig. 8). 수술후 24시간동안항생제를투여하고수술시삽입하였던배액관 (drainage) 은술후1~2일에제거하며, epidural catheter는통증조절을위해수술후 1~2 일간유지한후, 수술후 3일째부터부분체중부하를시작하여환자가통증없이견딜수있을때전체중부 Fig. 3. L-shaped incision is made on the anterior one third of the gluteus medius and bone flap with a combined tendon of gluteus medius and vastus lateralis is detached from greater trochanter. Fig. 4. Oblique incision is made on gluteus minimus and anterior capsule. Fig. 5. Dislocation of the femoral head is achieved by external rotation, flexion and adduction. Fig. 6. The acetabular exposure is achieved by the insertion of a sharp tipped bent Hohmann retractor into four quadrants. 171

92 민병우 하를허용한다. 2. 결과 1) Randomized prospective study 저자는 2002년 1월부터미니절개술을시행하였으며수술수기가어느정도숙달되었던 2002년 4월부터 2002년 6월까지대퇴골두무혈성괴사환자에서 random으로미니절개술또는고식적방법에의한일차성인공고관절전치환술을각각 19 예에서시행하고 1년이상추시관찰후 randomized prospective study를시행하였다. 두군간에체중, 성별, 수술전진단, 활동성등에서는차이가없었고, 수술시간, 출혈량, 재활에걸리는기간등은미니절개술을시행군에서의미있게감소하였으며미니절개술로인한합병증, 인공삽입물의이상위치 (malposition), 신경혈관손상, 골절등의합병증은양군모두에서발생하지않았다 (Table 1). 2) Controlled consecutive series 이결과에힘입어저자는이후로계속미니절개술의대 상이되지않는환자즉비만지수 (body mass index: BMI) 가 30 kg/m 2 이상인자, 심한탈구를동반한비구이형성증, 재치환술, 금속제거가필요한경우, 근위대퇴골의심한변형, 고관절강직등을제외한환자에서전측방도달법을이용한미니절개술을시행하고있다. 2002년 4월부터 2002년 4월까지 187 예에서미니절개술을이용한무시멘트성인공관절전치환술을시행하고 1 년이상추시관찰하여분석하였다. 이들중대퇴스템이나비구컵의이완 (loosening) 으로재치환술을시행한경우는없었으며신경혈관손상의증례는없었으며환자들은조기가동 (mobilization) 으로인한만족도는높았다. 합병증으로는미니절개로인한대퇴전자부골절이 3예, 비구컵의이상삽입 (malposition) 이 1예에서있었으며인공관절탈구도 1예에서관찰되었다. 결론적으로전측방도달법을이용한미니절개술은수술도중방사선노출이없고, 비구부와대퇴부의시야확보가좋으며, 피부반흔형성이적고중둔근, 소둔근및관절낭을단단히봉합함으로서조기에환자를가동시킬수있고수술수기습득이쉽다는장점이있는반면에, 중둔근의일부에절개를가함으로써일시적이나마중둔근의약화를 Fig. 7. The patient s leg is placed in maximal external rotation for femoral exposure. Table 1. Mini-incision THA vs traditional incision THA Fig. 8. Two holes are drilled into the greater trochanter, reattaching the gluteus minimus and joint capsule. Interrupted heavy absorbable suture is used to draw up and reapproximate the anterior bone flap of the gluteus medius and vasteus lateralis. Mini-incision THA Traditional-incision THA p-value Number of cases Incision (cm) 7.1 (5~9) 16.7 (13~25) 0.005* Age (years) 57.1 (40~78) 58.3 (44~73) Weight (kg) 62.3 (55~78) 61.2 (52~80) Operation time(minutes) 90 (35~120) (75~150) Blood transfusion (units) 0.7 (0~2) 1.8 (0.4) 0.003* Rehabilitation (days) Leg-raising 1.9 (1~4) 2.5 (2~9) Crutch walking 4.3 (3~5) 6.4 (3~7) 0.011* Malposition of stem & cup None None Complication None None * Statistically significant 172

93 미니절개술을이용한고관절전치환술 초래하며수술후무리한활동시에는중둔근의대전자부봉합부위가파열될가능성이있고대퇴스템삽입시대전자부의골절위험성이있다. 따라서저자들은미니절개술로인한수술의어려움이있을경우주저없이수술절개선을연장하여수술합병증을줄이는것이좋을것으로생각한다. 결 여러보고들을종합해보면미니절개술을이용한인공고관절전치환술은어느정도수술수기만숙달되면최소한기존의수술도달법 (standard approach) 에의한인공관절치환술시보다는그결과가우수하지는못하더라도합병증을증가시키지는않는것으로보고되고있으므로적은절개로인한출혈량의감소, 수술후회복의용이함으로인해환자의만족도가증가하는측면과함께미니절개술의발달과함께수술기구가개량되는긍정적인측면이있다고본다. 그러나아직도단기추시결과만있으므로보다장기적인추시관찰이필요하고, mini-incision으로수술시야의확보에어려움이있어인공관절의정확한삽입, 골절가능성의최소화등을위해 computer-navigation 이나로봇수술등의개발도이루어져야한다. 론 REFERENCES 11) Berger RA: Total hip arthroplasty using the minimally invasive two-incision approach. Clin Orthop Relat Res, 417; , ) Berger RA: Mini-incision total hip replacement using an anterolateral approach : technique and result. Orthop Clin North Am, 35-2; , ) Bertin KC and Röttinger H: Anterolateral mini-incision hip replacement surgery. Clin Orthop Relat Res, 429; , ) Chimento GF, Pavone U, Sharrock N, Kahn B, Cahill J and Sculco TP: Minimally invasive total hip arthroplasty. A prospective randomized study. J Arthroplasty, 20-2; , ) Crokett HC, Wright JM, Bonner KF, Bates JE, Delgado SJ and Sculco TP: Mini-incision for total hip arthroplasty. Presented as a scientific exhibit at AAOS, March 19-23, New Orleans, USA. 16) Higuchi, Goton M, Yamaguchi N, Suzuki R, Kunou Y, Ooishi K and Nagata K: Minimally invasive uncemented total hip arthroplasty through an anterolateral approach with a shorter skin incision. J Orthop Sci, 8-6; , ) Howell JR, Masri BA and Duncan CP: Minimally invasive versus standard incision anterolateral hip replacement. A comparative study, Orthop Clin North Am, 35; , ) Isaba Y, Dorr LD, Wan Z, Shirianni L and Boutary M: Operative and patient care techniques for posterior miniincision total hip arthroplasty. Clin Orthop Relat Res, 441; , ) Kennon RE, Keggi JM, Wetmore RS, Zotorski LE, Huo MH and Keggi KJ: Total hip arthroplasty through a minimally invasive anterior surgical approach. J Bone Joint Surg, 85-A, Supple 4; 39-48, ) Matta JM: Single-incision anterior approach total hip arthroplasty on an orthopaedic table. Clin Orthop Relat Res, 441; , ) Min BW, Jeon SH and Lee KJ: Minimally invasive primary total hip arthroplasty. Preliminary report, J Korean Hip Soc, 15-1; 65-70, ) Ogonda L, Wilson R, Archbold P, Lawlor M, Humphreys P, O Brien S and Beverland D: A minimally-incision technique in THA does not improve early postoperative outcomes. A prospective randomized controlled trial. J Bone Join Surg, 87-A; , ) Sculco TP and Jordan LC: The mini-incision approach to total hip arthroplasty. Instr Course Lect, 53; , ) Sculco TP, Jordan LC and Walter WL: Minimally invasive total hip arthroplasty. The Hospital for Special Surgery experience. Orthop Clin North Am, 35; , ) Wenz JF, Gurkan J and Jibodh SR: Mini-incision total hip arthroplasty. A comparative assessment of perioperative outcomes. Orthopaedics, 25; , ) Wright JM, Crockett HC, Delgado S, Lyman S, Madsen M and Sculco TP: Mini-incision for total hip arthroplasty. A prospective, controlled investigation with 5 year follow-up evaluation. J Arthroplasty, 19-5; , ) Woolson ST, Mow CS, Syquia JF, Lannin JV and Schurman DJ: Comparison of primary total hip replacement performed with a standard incision or a miniincision. J Bone Joint Surg, 86-A; ,

94 대한고관절학회지제 18 권제 2 호 Vol. 18, No. 2, June, 2006 최소침습인공고관절전치환술 윤택림 배봉현 전남대학교의과대학정형외과학교실, 화순전남대학교병원관절센터 서 최근수년간외과수술분야전반에걸쳐기존의방법과결과는비슷하거나같으면서침습성이적은수술적치료에대한관심이증대하고있다. 인공고관절전치환술에있어서도적은연부조직손상, 빠른통증감소, 빠른재활, 환자의미용적인만족도증가등의목적을달성하기위한단일또는두부위절개를이용한최소침습인공고관절전치환술 (minimally invasive surgery for total hip arthroplasty, MIS-THA) 에대한관심이증대하고있다 1,3,4,7,11). 이렇게환자들및수술의사들사이에 MIS- THA 에대해상당한관심이있지만, 이러한방법들에대한안전성과효율성에대한논란은끊이지않고있는실정이다 5,10,13). MIS-THA를옹호하는이들은이를현재는인정받고보편적으로시행되어지고있는관절경수술, 복식담낭절개술, 심장관상동맥중재술등의침습성이적은다른분야의여러술식들의연속선상으로설명하고있다 5,13). 하지만다른이들은기존의전통적인 THA 술식이훌륭한통증감소, 기능적회복및적은합병증과내구성면에서검증된방법임을강조하면서, MIS-THA에대해회의적인시각을가지는이들도있다 5,10). MIS-THA의초기에는대개단일절개를통한수술이행해졌다. 단일절개를이용한방법들에는전방도달법, 전외측도달법, 후방또는후외측도달법등이있다. 단일절개를통한 MIS-THA에서, 대개의저자들은 10 cm 미만의절개를최소절개의정의로하고있다 5,8,17,18). 저자는 MIS-THA 초기에후외측도달법에의한단일절개방법을시행하였으며, 이에대한방법과단기임상성적에대해소개하고자한다. 하지만단일절개를통한 MIS-THA 가비록절개부위는기존의전통적인방법에비해획기적 통신저자 : 윤택림전라남도화순군화순읍일심리 160 번지전남대학교의과대학화순전남대학교병원정형외과학교실 Tel: Fax: tryoon@chonnam.ac.kr 론 으로줄일수있었지만, 중둔근, 소둔근등의외전근및단외회전근등의근육과인대손상등의연부조직손상을줄이는데는한계가있었다. 이에다른저자들은주변근육, 인대및혈관등의손상이적은접근법인대퇴부및비구부삽입물을위한두개의절개선을이용하는두부위절개를이용한 MIS-THA를개발하였다 3,5,6). 저자또한 Mears & Berger 등 3,12) 이제안한방법에서변형된방법인두부위절개를통한 MIS-THA를시행하였으며, 여기에대해기존의방법과차이점등을살펴보고, 최소침습방법의장단점등에대해기술하고자한다. 수술술기 1. 단일절개를통한최소침습인공고관절전치환술단일절개를이용한 MIS-THA로서는전방도달법, 전외측도달법, 후방또는후외측도달법등이있는데, 여기서는주로후방또는후외측도달법에대해기술하고자한다. Sculo 등 14) 에의해소개된후외측도달법은대퇴골대전자부후방 1/3 부위에대퇴골과평행하게약 6~10 cm의피부절개를하였는바, 대전자부를중심으로약 1/3 절개는상방으로, 2/3 절개는하방으로하였으며, 피부절개부위보다약 2~3 cm 상하방으로대퇴근막장근 (tensor fascia lata) 과둔근막 (gluteal fascia) 을절개하였다. 이후 C자모양의호만견인기와 Aufranc 견인기를이용하여대퇴경부를노출시킨후이상근 (piriformis) 과단외회전근들 (short external rotators) 을대전자부후방부에서절개하여표시해놓은후에대퇴골경부를절단하여제거하고, C자모양의호만견인기를비구부전벽부에위치하여대퇴골을전방으로견인하고, 넓은직각의호만견인기를비구순과후방관절낭사이비구부후벽부에위치하며, Aufranc 견인기는폐쇄공내의횡비구인대하방에위치하며, 스테인만 (Steinmann) 핀은비구부상부의외전근의하방에위치시켜비구부를노출시킨후비구부를리밍하여비구부삽입물을삽입한다. 이후대퇴경부견인기를대퇴경부전방을따라위치시키고 Aufranc 견인기를내측에위치하여대퇴골근위부를노출시킨후대퇴 174

95 최소침습인공고관절전치환술 골을리밍하고대퇴부삽입물을삽입하고정복한다음, 이상근과단외전근들및후방관절낭을봉합하고근막, 피부를봉합하게된다. Hartzband 9) 는후측도달법을통한 7.5~8.5 cm의비스듬한피부절개를통해 4년여에걸쳐 400 여명의인공고관절전치환술을시행하였는데, 여기서그는시멘트성또는무시멘트성삽입물어느것이던가능하다고하였으며, 절개부위의근위각을보호하고대퇴부스템삽입시대퇴골을거상시키기위해새로고안한견인기를사용하였으며, 절개부위의원위부를보호하기위해새로운비구컵삽입기를사용하였으며, Waldman 16) 은후측도달법을통해단일절개 MIS-THA를시행하였는바, 대전자부의후상방부를중심으로평균 3.5 인치의피부절개를하였으며, 근막절개시대둔군섬유를따라서피부절개끝부분에서 3 cm을더절개하였고, 이상근, 외폐쇄근및쌍자근등은절개하여표시하여두었으며, 전통적인방법과는달리대퇴사두근과대둔근섬유는절개하지않고보존하였다. 관절낭은대퇴경부후방쪽으로절개하여표시해두었으며, 비구연전후방에구부러진호만견인기를삽입하여비구부시야확보를도모하였으며, 폭이좁고구부러진호만견인기로외전근과피부를보호하였고, 리밍후대퇴스템을삽입하였다고보고하였다. Wenz 등 17) 은측와위에서대전자부의후방연을중심으로상하방으로각각 3.5 cm 정도의피부절개를이용하였으며, 대둔근을따라절개하고외회전근을노출시켜절제하고좌골신경을보호하면서그건은후측으로젖힌후대퇴골두를탈구시켜절제한후코브라형태의견인기와 Meyerding 견인기등을이용하여비구부및대퇴부삽입물을삽입하였다. 또한저자 19) 의경우는측와위에서후외측도달법을통해대전자부의전후방거리에서후방 1/3 지점에대전자부 1 cm 상방에서부터하방으로평균 7.4 cm (5.5~9) 의피부절개를시행하였으며, 변형된호만견인기 2개와후비구부에 2~3 개의스타인만핀삽입을통해비구부노출을비교적쉽게할수있었고, 흡입기에광원을부착시킨장치를통해시야확보를용이하게하였다. 긴전기소작기바늘을사용하여좁은피부절개로인해상대적으로깊숙해진곳까지소작할수있게하였고, 대퇴부스템의삽입시사용하는라스프 (rasp) 도더반듯하고큰두부를가지게끔변형하여좁은공간내에서확공을용이하게하여시술하였다. 2. 두부위절개법을이용한최소침습인공고관절전치환술 Mears & Berger 3,12) 가개발한두부위절개법은방사선투과가가능한수술대위에서앙와위에서수술을시행한다. 투시장치 (fluoroscopy) 로대퇴경부를확인하고, 금속표지자를이용하여대퇴골두와경부교차점에서부터 경부중앙을있는약 1.5 인치의선을표시하고, 여기에전방피부절개를시행한다. 피부절개부위의근막하방근위내측부위에봉공근이있으며, 원위외측부에대퇴근막장근이놓여있게된다. 봉공근을내측으로대퇴근막장근을외측으로견인하면, 대퇴직근의외측경계가노출되며, 이때내측견인기를재위치하여대퇴직근을내측으로견인하면, 외측대퇴회선혈관과관절낭을확인할수있게된다. 전기소작기로조심스럽게외측대퇴회선혈관을결찰한다. 두개의굴곡호만견인기를대퇴경부관절낭외측에위치시키고, 대퇴경부의축을따라관절낭을절개한다. 다시대퇴경부에직각으로두개의굴곡호만견인기를관절낭내에위치시킨다. 대퇴골두및경부를절골한후, 대퇴골두를제거한다. 세개의굴곡호만견인기를각각비구부상방, 횡비구인대전방변연의전방, 비구부후망에위치시켜비구부시야를확보한다. 비구순을절제하여비구부변연부전체를노출시킨다. 이때, 전통적인 THA 와달리비구부전체가한눈에보이지는않기때문에, 필요에따라앞뒤, 혹은위아래로가볍게견인을하면서비구부를관찰할수있게한다. 일측의견인을너무심하게할경우, 오히려절개부를짧게만들게되어시야확보가힘들어지므로, 시야를확보하고자하는비구부쪽의견인을할때는반대편의견인이느슨하게한다. 특별히고안된리머를이용하여 45 도외전, 20도전향각이되게비구부리밍을시행하며, 투시장치를이용하여확인한다. 마지막리머보다 2 mm 큰비구컵을삽입하고, 투시장치로외전각및전향각을확인한후에비구에밀착시킨다. 비구컵의안정성을확인하고, 보조적안정성을위해비구컵후상방에두개의나사못을삽입한다. 라이너를끼운후에모든견인기를제거한다. 다음에는다리를최대한내전시키고중립회전시킨상태로대퇴부후외측이상근와와평행하게약 1.25 인치의피부절개를가하여대퇴부에접근한다. 절개부를통해투시장치하에서 Charnley 송곳을외전근의뒤쪽, 이상근와의전방으로진행하며, 대퇴골로의초기삽입위치는원하는위치보다약간내측에시작점을만든다. 특별히고안된외측측면절개리머를이용하여시작점을확공하며, 투시장치하에서순차적으로확공을시행한다. 적당한크기로리밍이끝나면라스프를순차적으로위치시키고, 투시장치의도움하에스템의크기를결정한다. 전방절개부를통해표본인공골두를삽입하고고관절운동을시행하는데, 이때 90 도외회전하에완전신전과 20 도내전과최소 50 도내회전하에 90 도굴곡이안정성있게되어야만족할만한상태라하겠다. 다음에는투시장치를이용하여대퇴골소전자부와폐쇄구멍과의위치를비교하여하지길이차이를확인하며, 추가로내측복사뼈의위치를확인하여양측하지길이를비교한다. 전방절개부를통해표본인공골두를 175

96 윤택림 배봉현 제거하며후방절개부를통해브로치를제거하고, 세척을시행하며다시후방절개부를통해정해진크기의대퇴스템을삽입한다. 전방절개부를통해대퇴경부경판 (femoral calcar) 과 collar 사이에연부조직이끼어있는지확인하고, 대퇴스템의전염각을확인하며인공골두를넣고정복한다. 관절낭과근막, 피하층및피부를차례로봉합한다. 본저자가개발한두부위절개 MIS-THA는환자를측와위에서시술하며, 몸통과골반부위는수술대에안정되게고정하게된다. 수술부위반대편다리의대퇴부밑에는실리콘스페이서를위치하여수술도중다리길이를비교하기쉽게한다 (Fig. 1). 전방절개부위는약 6~8 cm 정도로고관절의전측방부에대퇴골대전자부에서전상방장골극후방 2 cm정도로향하는피부절개를시행하게된다 (Fig. 2). 피하조직및대퇴근막을절개하고, 대퇴근막장근과중둔근근육사이로절개한다. 대퇴근막장근과중둔근사이로절개해나갈때관절낭에도달하기전, 외측대퇴회선혈관을확인하고결찰한다. 관절막은대퇴경부의축에따라비구부주변에서부터전자간부까지절개하며굴곡된 Hohmann 견인기를대퇴경부상하의관절낭내에위치하여시야를확보하면서경부절골술을시행하게된다. 경부절골술후 cockscrew를이용하여골두를제거한다 (Fig. 3). 비구부시야를좋게하기위해하나혹은두개의 Steinman 핀을비구부의후상방부에삽입하여외전근을견인하게한다. 또한비구부주위에보통전하방, 후하방, 하방부위에굴곡된 Hohmann 견인기를삽입하여시야를확보한다 (Fig. 4). 비구컵을삽입할때방해가되는관절낭일부와관절순등의연부조직을제거한후, 비 Fig. 1. This photograph shows the lateral decubitus position in which the trunk and pelvis are firmly secured to the operating table with a rigid stabilization system. We prepare the silicone spacer on the contralateral thigh to compare leg length discrepancy easily intraoperatively. Fig. 2. This photograph shows the landmarks (greater trochanter, vastus ridge, anterior superior iliac spine) and sites of anterolateral/posterolateral skin incision. Fig. 3. After neck cutting, we remove the head using a cockscrew. Fig. 4. For better view of the acetabulum, one or two Steinman pins and three curved Hohmann retractors are placed around the acetabulum. 176

97 최소침습인공고관절전치환술 구부리밍을하며, 이때비구삽입물보다는약 1 mm 적게리밍을하여 press-fit하게비구컵을삽입할수있게한다 (Fig 5). 후방절개부위는약 4~6 cm 정도로대둔근섬유를따라서하게되며, 이절개부위는고관절을굴곡하고슬관절을 90 도정도로굴곡한채로뒷쪽으로밀어올리면잘나타나게된다 (Fig. 2). 대둔근섬유를따라서절개를진행하면대둔근과중둔근사이의지방층이나타나게되며, 이지방층을절개하면중둔근과이상근이나타나게된다. 이이상근을해부학적표인점 (landmark) 으로하여중둔근과이상근사이를절개하여후방관절낭에도달한다 (Fig. 6). 이후에시야로확인하면서후방관절낭을절개하여대퇴부를리밍하고, 영상증폭기로적당한크기의대퇴스템을결정한다음대퇴스템을삽입하게된다 (Fig. 7A-B). 대퇴스템삽입후스템경부를전방으로돌려서전방절개부를통해서표본인공골두를삽입후 정복하게된다 (Fig. 8). 슬개골상방및족부하부를기준점으로양측하지의길이를비교한후에적당한크기의인공골두를결정하고정복을시행한다. 후방관절낭은긴바늘을이용하여비흡수성봉합사 (Ethibond, Ethicon, Somerville, NJ) 로봉합한다 (Fig. 9). 이후전방관절낭, 대퇴근막, 피하조직순으로봉합한다 (Fig. 10). 단기임상성적유럽에서는약 40여년부터미국에서는약 30여년전부터, 인공고관절전치환술이행해져왔지만최소절개를통한인공고관절전치환술이시작된지는불과몇년이되지않은실정이다. 따라서임상적및방사선학적최종추시가몇년이되지않은시점에서전통적인방법을통한인공고관절전치환술과의임상적및방사선학적비교를 Fig. 5. Through the anterior opening, the acetabular cup is inserted and the evaluation of its position is made with fluoroscopy. Fig. 6. This photograph shows the piriformis (arrow) as a landmark for intermuscular dissection between the gluteus medius and the piriformis. A B Fig. 7A-B. Through the posterior opening, the femoral stem is inserted (A) and the final evaluation of its position is made with fluoroscopy (B). 177

98 윤택림 배봉현 통해그적절성을논하기에는좀이른감이있다. 그러나 MIS-THA의가장큰목적이수술후의빠른회복이기때문에수술후회복과정의단기결과만을비교해도상당한결론을내릴수있다고생각된다. Hartzband 9) 는후측도달법을통한 cm의비스듬한피부절개를통해, 4 년여에걸쳐 400 여명의인공고관절전치환술을시행하였는데, 수술후탈구나좌골신경마비등의합병증은없었으며, 재원기간은평균 3일, 평균수술시간은 44.9 분으로만족할만할결과를얻었다고보고하고있다. Waldman 16) 은후측도달법을통해 32 예의최소침습기법을통한인공고관절전치환술을시행하고이에대한임상적및방사선학적단기추시결과를보고하였는데, 여기에는피부절개의길이, 출혈량의정도, 반흔의형태, 재원기간, 재입원여부, 보행시기, 합병증등의임상양상과, 비구개방각, 비구부및대퇴부삽입물의안정성, 골용해여 Fig. 8. The trial head was inserted and reduced through an anterior opening site. 부및해리여부등의방사선학적결과를조사하였는데, 평균 13 개월추시기간동안, 술후탈구나좌골신경마비, 파행등의합병증은없었으며, 전예에서 3일안에퇴원이가능하였고, 방사선학적소견상해리나침강등의소견도보이지않는등좋은결과를얻었다고말하고있다. Wenz 등 17) 은 111 명 124 예의 MIS-THA군과 62 명 65 예의측방도달법을이용한전통적인인공고관절전치환술군과의비교를하였는바, 여기에는환자군의나이, 성별, 체질량지수, 원인질환, 술전활동정도, 기존질환등의기본적인분석및피부절개길이, 출혈량, 재원기간, 합병증, 보행시기등의임상양상및비구개방각, 대퇴부삽입물의안정성등의방사선학적결과를조사하였다. 각군간의환자분포는통계적으로차이가없었으며피부절개길이는 MIS- THA 군에서평균 7.8 cm(5 15), 전총적방법군에서평균 25 cm 이상이었으며, 피부절개에서봉합까지의평균수술시간은 124 분및 164 분이었다. 두군간의방사선적결과및합병증의차이는없었으며 (p>0.05), 임상적으로 MIS-THA군에서더적은출혈량및더빠른재활등의좋은결과를가져왔다고말하고있다. Berger 3,4) 는두개의피부절개방법으로 100 명의인공관절전치환술을시행하였으며, 평균수술시간은 101 분 (65~120), 평균출혈량은 291 cc (100~1300) 이였으며, 이두개의피부절개를이용한 MIS-THA를시행함으로써, 수술도중근육및인대의절제를최소화하여수술후평균 6일째부터목발보행및진통제사용을중단할수있었고운전이가능하였으며, 수술후평균 8일경부터는업무에복귀할수있는등, 환자들이통증을더적게느끼고더빨리회복할수있다고주장하였다. 저자의경우저자 19) 의경우는동일종류의대퇴부및비구부삽입물을사용하여전통적인공고관절전치환술을 Fig. 9. The posterior joint capsule was repaired using a long needle with nonabsorbable braided polyester sutures (Ethibond, Ethicon, Somerville, NJ). Fig. 10. This photograph shows the final wound of the modified two-incision minimally invasive total hip arthroplasty. 178

99 최소침습인공고관절전치환술 시행받은 49 명 54 예의환자군과후외측단일절개를통한 MIS-THA를시행받은 47 명 57 예의환자군을대상으로수술후임상적및방사선학적결과를비교평가하였는바, 수술시간은각각평균 53 분, 52분으로차이가없었으며, 총출혈량은최소절개군의경우평균 240 cc 정도적었으며, 술후재원기간도평균 5일의감소를보였다. 술후 3개월에측정한통증은 5점기준법상최소절개군에서통계적으로유의하게적게나타났으며, 방사선학적으로는전통적인방법군과차이를나타내지않은결과를보였다. 또한, 저자는 2003 년부터 2005 년까지 400 례이상의두부위절개를통한 MIS THA를시행했으며, 평균수술시간은약 70분 (50~115) 정도소요됐으며, 평균 1.5 일 (0~4) 부터목발보행을시작하고목발사용기간은평균 3 주 (0~8 주 ) 였다. 보조기구없이계단을오르내릴수있게되기까지는술후약 4주 (1~8 주 ) 정도소요되었다. 최소 1년이상추시된 225 례에대해방사선학적분석을시행한결과로는 97% 의대퇴스템이중립위치를유지하였으며, 비구컵전향각은평균 17.3도 (11~25도), 외전각은평균 43 도 (35~49) 였다. 술후합병증으로는, 1년이상추시된 225 례를분석한결과 2례에서수술도중발생한골절 ( 대전자부골절 1례, 대퇴골근위부균열 1례 ), 2례에서낙상후발생한후방탈구, 2례의심부정맥색전증, 2례의대퇴스템침강, 1례의대퇴신경부분마비등이있었으며, 2례의골절에대해서는보존적방법으로치료하였으며최종추시상유합을얻었으며, 보행및관절운동에지장을초래하지는않았다. 2례의탈구에대해서는도수정복후최종추시까지재탈구는발생하지않았으며, 2례의심부정맥색전증에대해서는약물치료를시행하여회복하였고, 2례의대퇴스템침강은 2례모두 Cone prosthesis 를사용한경우였으며, 3개월추시상각각 6,7 mm 침강소견이보였으나, 최종추시상더이상의침강및문제점은발생하지않았다. 1례의대퇴신경부분마비는호만견인기의압박에의해발생한것으로추정되며, 이는술후 3개월째신경박리술을시행하여호전을가져올수있었다. 장단점및차이점최근의많은연구결과들에서최소침습인공고관절전치환술은연부조직손상을최소화함으로써수술중출혈량의감소와, 술후동통의감소, 재원기간의감소, 술후조기회복, 미용적인효과등의장점들을기술하고있으며 3,5,7,8), 점차최소침습방법에의한인공고관절치환술을시행하는정형외과의사들이늘고있는실정이다. 최소침습방법에대한단점들도보고되고있는데, 수술시시야확보가어려운점과관련한삽입물의부적절한고정, 신경혈관계손상가능성증가등이그것이다. 이처럼최소침습방법을통한인공고관절전치환술은장점과 단점을가지고있는것이사실이지만, 앞으로의발전방향은어떻게하면장점을유지하고향상시키면서단점을보완하고합병증을줄인것인가하는것이라하겠다. 새로운술식이소개된이후, 그술식의적합성여부에대한논란의여지가많지만, 시간이지나면서점차적합한술식으로자리잡아가는경우를흔히보게되는데, 정형외과영역에서오래되지않은좋은예가바로관절경수술이라하겠다. 관절경수술이보편화되지않았을때는이수술에대한많은논란이있었다. 슬관절내의연골판손상을기존의방법으로수술할것인가관절경으로수술할것인가에대한논란이있었으나수술술기의발전과많은관절경수술기구들의발전함으로써지금은무릎병변의많은부분이관절경수술로시행되고있는점을들수있을것이다. 최소침습을통한인공고관절전치환술이라는새로운시도를하는초기시점에서는어느정도의학습곡선이필요한것이사실이며, 초기에는인공고관절수술에많은경험이있는술자들에의해시술되어야하고, 해부용사체등을이용한수련이나경험있는이들에게서새로운방법에대한충분한교육을받은후에시술하는것이옳은일이고충분한교육후자신이생겼을때시도하는것이좋다. 또한수술도중에라도어려운문제가발생했다면절개를더해서라도환자의수술결과를좋게하는것이피부절개를적게하는것보다훨씬더중요하다는점을강조하고싶다. 본저자가개발한두부위절개를통한 MIS-THA 방법이 Berger & Mears 3,12) 의두부위절개를이용한 MIS- THA 와다른점으로는첫째, 비구삽입물을위한전방절개시 Mears가 Smith-Peterson 도달법을이용한반면에저자는 Watson-Jones 도달법을사용한것이있다. 즉 Mears 방법대로대퇴근막장근과봉공근사이로절개를시행하면, 그사이에외측대퇴표피신경이주행하기때문에이신경의손상으로인해술후대퇴부외측의감각저하가비교적흔하게나타날수있다 2). 하지만저자의방법처럼대퇴근막장근과중둔근사이로절개하는경우외측대퇴표피신경의손상가능성이훨씬적고, 영상증폭기없이비구컵의삽입이가능한점, 수술중대퇴골근위부의골절이발생한경우환상강선고정이용이한점, 두부위절개수술법이실패시단일절개법으로변환이쉬운점등의장점이많다. 둘째, Mears가대퇴삽입물을위한후방절개시저자의경우보다더후상방으로하게되는데, 이렇게되면근위대퇴골에도달하는데편할것으로생각되지만, 실제로는수술도중라스프 (rasp) 및대퇴삽입물이장골익부위를때리기쉬운위치가될수있다 15). 저자의경우는후방절개부위가후외측부에위치하며, 이상근을해부학적표인점으로절개를하기때문에주변부근육과신경 ( 상둔신경, 좌골신경 ) 등의손상을주지않으며, 또한직접적인시야하에서수술을진행하므로지혈작업을쉽게할 179

100 윤택림 배봉현 수있다. 셋째, 저자의경우측와위에서수술을시행함으로써대둔근섬유사이로의박리가쉽고중둔근후방의확인이쉬워정확한부위를절개할수있으며, 대퇴스템의삽입이용이한장점들이있다. 상기와같이약간씩다른두부위절개법을이용한 MIS-THA 방법들이있지만, 두부위절개수술시에는공통적으로기존인공관절수술시와는다르게특별한수술기구들을구비해야하며, 변형된호만견인기, 광원이부착된흡입기, 긴전기소작기바늘, 변형된라스프, 영상증폭기등의기구가필요하며, 무엇보다도고관절해부에대한삼차원적인이해가필요하고술자가자신이생길때까지는체계적인교육과노력이필요하다고하겠다. 결 최소침습방법에의한수술은환자에게필요없는손상을주지않으면서좋은결과를줄수있는아주이상적인방법이라하겠다. MIS-THA가기존방법과비교해서같은장기성적을낼수있다면, 여러가지장점을가지고있는최소침습방법을통한인공고관절전치환술을시행하지않을수없다. 단일절개를통한 MIS-THA가단순히기존의전통적인절개의 THA 에비해피부절개만을줄이는효과를가져왔다고한다면, 두부위절개를통한 MIS-THA는피부절개뿐아니라근육및인대의손상을최소화하는이상적인수술방법이라할수있겠다. 그러나최소침습수술방법시수술시야확보가어려워수술중합병증을유발할수있는가능성또한높다는점을명심하고그런합병증을예방하기위해충분한고관절수술경험이있는시술자가알맞은수술기구의구비후정확한수술수기를습득한후시행하는것이중요하리라사료된다. 론 REFERENCES 11) Archibeck MJ and White RE: Learning curve for the two-incision total hip replacement. Clin Orthop, 429: , ) Bal BS, Haltom D, Aleto T and Barrett M: Early complications of primary total hip replacement performed with a two-incision minimally invasive technique. J Bone Joint Surg, 87-A: , ) Berger RA: Total hip arthroplasty using the minimally invasive two-incision approach. Clin Orthop, 417: , ) Berger RA, Jacobs JJ, Meneghini RM, Valle CD, Paprosky W and Rosenberg AG: Rapid rehabilitation and recovery with minimally invasive total hip arthroplasty. Clin Orthop, 429: , ) Berry DJ, Berger RA, Callaghan JJ et al.: Minimally invasive total hip arthroplasty. Development, early results, and a critical analysis. J Bone Joint Surg, 85-A: , ) Berry RA and Duwelius PJ: The two-incision minimally invasive total hip arthroplasty: technique and results. Orthop Clin North Am, 35: , ) Duwelius PJ and Berger RA: Minimally invasive total hip arthroplasty: the two-incision approach. Current opinion in Orthop, 16: 5-9, ) Goldstein WM, Branson JJ, Berland KA and Gordon AC: Minimal-incision total hip arthroplasty. J Bone Joint Surg 85-A(Suppl 4): 33-38, ) Hartzband, MA: A minimal incision approach for total hip arthroplasty. J Bone Joint Surg, 84-B: (Supp l) 73, ) Hungerford DS: Minimally invasive total hip arthroplasty: in opposition. J Arthroplasty, 19(Suppl): 81-82, ) Keggi KJ, Keggi JM and Kennon RE: Minimal incision total hip arthroplasty via the anterior approach. Current opinion in Orthop, 16: 10-13, ) Mears DC: Development of a two-incision minimally invasive total hip replacement. J Bone Joint Surg, 85-A: , ) Sculco TP: Minimally invasive total hip arthroplasty: in the affirmative. J Arthroplasty, 19(Suppl): 78-80, ) Sculco TP and Jordan LC: The mini-incision approach to total hip arthroplasty. AAOS ICL 53: , ) Tanzer M: Two-incision total hip arthroplasty. Techniques and pitfalls. Clin Orthop, 441: 71-79, ) Waldman BJ: Minimally invasive total hip replacement and perioperative management: early experience. J Southern Orthop Assoc, 11: , ) Wenz JF, Gurkan I and Jibodh SR: Mini-incision total hip arthroplasty: a comparative assessment of perioperative outcomes. Orthopedics, 25: , ) Woolson ST, Mow CS, Syquia JF, Lannin JV and Schurman DJ: Comparison of primary total hip replacements performed with a standard incision or a mini-incision. J Bone Joint Surg, 86-A: , ) Yoon TR, Bae BH, Rowe SM, Chung JY and Lee KB: Primary total hip arthroplasty with mini-incision technique - preliminary report -. J Korean Orthop Assoc, 38: ,

101 대한고관절학회지제 18 권제 2 호 Vol. 18, No. 2, June, 2006 하지부동이있는감염성고관절염후유증에서의인공고관절치환술 이중명 국립의료원정형외과 서론우리나라에서는감염성고관절염의대표적인경우로현재는드물지만, 과거에유행하였던결핵성고관절염과대개소아기에발생되는화농성고관절염을들수있다. 최근문화, 경제및사회제반환경의개선과함께발생빈도가급격히감소되고있으나, 아직도많은환자들이감염에대한후유증으로고생하고있다. 감염성고관절염의후유증환자에대한수술적치료방법에는절제관절성형술 8), 관절유합술, 인공고관절전치환술등이있다. 인공고관절전치환술이가장바람직한수술이나수명의제한이있고, 고관절주위에염증으로인한후유증으로심한반흔구축상태로오랜기간동안지속되어고관절부위에해부학적변화 (anatomical distortion) 로인해, 수술적어려움이있다. 또한심한하지단축및관절운동제한으로기형교정에어려움이많고 1,15), 수술후신경및혈관장애가발생할수있는가능성이있으며, 감염의재발위험이있어 6,9,14), 인공고관절전치환술에제한이있으며단순히인공고관절전치환술만을시행하고충분한길이교정을하지못하고있는현실이다. 여기에서는감염성고관절염후유증에서인공고관절전치환술시행할때따르는여러문제와해결방법에대해서알아보려고한다. 수술시고려사항 심리적문제가크기때문에, 이수술을받아파행을적게또는없게하고정상인과같은생활을하고싶어통증은특별히없지만시술을원하는경우도있다. 따라서수술의목적은통증이심한경우에는통증의해소이지만, 관절운동을증가시키고파행을없애고하지부동을최소화하는것이목적이라면, 이것이만족되지않으면환자는의사는인공고관절수술이잘되었다고하여도불평을할수밖에없게된다. 따라서수술목적에가능하면부합되는목표를가지고시술을하는것이필요하다. 결핵성고관절염과화농성고관절염등의감염성고관절염의인공관절치환술은고난이도의수술로실제수술시여러가지이유들로어려움을겪게된다 2). 수술중예상되는어려움으로는하지부동이제일극복하기어려운문제이고그외에굴곡구축, 외전또는내전구축, 술전골반경사등의연부조직구축등과함께더욱수술을어렵게만든다. 소아때부터오랫동안가지고있는문제때문에왜곡된해부학적구조를발생시키는비구부골결손이나, 좁고구부러진대퇴골, 대전자의소실등도수술을어렵게한다. 그외장기간질병의계속으로고관절주변의외전근및굴곡근들의약화도수술후파행을극복하기힘든이유중의하나이다. 드물지만감염의재활성화도재치환술을어렵게하는요소이다. 1. 하지부동 환자가수술을하는이유는고관절의통증인경우가많으나, 하지부동등의이유로또는관절운동의제한으로. 척추또는슬관절의통증문제로시술을원하는경우도있다. 또많은환자들이수십년을장애인으로사는데대한 통신저자 : 이중명서울특별시중구을지로 243 번지국립의료원정형외과학교실 Tel: Fax: drjmlee@paran.com 하지부동의치료에있어서가장중요한것은술전계획과수술술기이다. 술전계획시에하지길이측정이상당히중요하며실제측정은상당히어려움이있다. 하지길이의차이는환자가느끼는차이가더욱중요하며실제길이차이뿐아니라골반경사, 굴곡구축, 내전구축등에도많은영향을받게된다. 실제로 ASIS 에서부터편측의경골내과까지의길이를측정하는 True leg-length discrepancy (TD) 와배꼽에서경골내과까지의길이를측정하는 apparent leg length discrepancy (AD) 를측정한다. 그외에 full-length scanogram 이도움이되며하지블럭을이용하여측정한환자가느끼는길이차이 181

102 이중명 도반드시하여야한다. 그외에척추방사선촬영및임상측정으로측만증등의여부등도고려하여야한다. 골반경사가있는경우이것이영구적인것인지또는수술후충분히자연스럽게돌아올수있는것인지에대한판단을하여극복해야될길이를정한다. 고관절의굴곡구축이있는경우환자를약간일어앉힌상태로 True leglength를측정하면정확한측정이가능하고, 편측슬관절을구측인경우양측슬관절이동일하게굴곡될때까지무릎아래쿠션을받쳐주면측정하는데도움이된다. 또 TD 가측정되지않는상황에서 AD 가관찰되고두개의 discrepancy 사이에상당부분차이가있다면이는골반경사나내전또는외전구축을의미한다. 이와같은임상적과방사선학적측정을통하여수술시얼마를늘여야하는가의목표를설정할수있다. 그러나목표치를실제수술에서모두얻을수있는것은아니며수술시연부조직의상태등에따라서틀려질수있다. 수술후수술전짧던다리가정상화되면처음에는긴것으로인식하여오히려불편할수도있으며, 특히골반경사나시술후일시적인외전구축등의원인으로더길이가길어진것으로인식이될수있다. 이것은대개시간이지나면서물리치료를병행하면서점차로해결이된다. 이질환의특성상시술후장기적으로보면하지길이가너무길어지는경우는거의불가능하기때문에특별한경우를제외하고는걱정할필요는없다. 그러나골반경사가교정이되지않을것을시술자가잘못판단한경우에는수술후길어진다리가교정이안되고환자는상당한불편을갖게될수있기때문에조심하여야한다. 수술시하지길이를늘일때제일조심하여야하는부분이신경마비이다. 신경손상없이인공고관절치환술시늘릴수있는하지의길이는확실치는않다. Sunderland는갑자기말초신경을연장시킬때적게는 6% 의길이만을연장시켰는데도심한신경마비가올수있다고했다. 즉키가작은사람들에서는연장시킬수있는절대적인신경의길이가짧다는것이다. 고관절질환이이환되기전에골격의성숙이끝난환자에서는정상적인길이의신경이관찰되며 2~3 cm의하지단축이있다해도하지길이복원시크게문제가되지않는다. 반면에아동기에골성장판정지를동반한폐혈증을앓은환자들에서는신경손상을피하기위해전자에비해훨씬짧은하지연장술을시행할수밖에없다고하였다. 2. 왜곡된해부학적구조 1) 비구부변형비구부의변형은대개소아부터질환을가지고있던경우에흔히볼수있으며비구이형성증의형태를갖고있다. 정도에따라서는처음시행하는보통의인공관절과마찬가지로골이식없이비구컵을삽입할수있는경우로 부터, 골이식을하지않으면비구컵의안정성을얻지못하는경우까지있다. 소아에서시작된질환으로비구부형성이제대로안된경우가많지만염증에의해서파괴가되어비구부골결손을가지고있는경우도있다. 무시멘트비구컵을많이사용하며저자에따라서는골결손이심한경우비구보강환 (reinforcement ring) 등과같이시멘트비구컵을사용하기도한다. 2) 대퇴골의변형대퇴골의변형은근위대퇴골의휘어짐, 골수강의협소화, 대퇴전자부의변형등을가지고있는경우가있다. 이경우제일문제되는것은인공고관절삽입에문제이고경우에따라서는너무작은인공고관절이요구되기도한다. 수술시대퇴근위부의변형이나골수강의협소화등은고관절이형성증 (developmental dysplasia of the hip) 에주로쓰는인공고관절을사용하는경우가많고시멘트형이나무시멘트형으로된인공고관절이있다. 근위부변형이큰경우에는절골술을필요로하고이경우시멘트형은사용하기곤란하다. 대퇴전자부의변형은대개시술시문제가되는것은아니나드물게스템삽입을방해하는경우가있고시야확보를위해대퇴전자부절골술을하는경우도있다. 고관절유합의경우저치환술시특히수술적방법으로유합을시킨경우대퇴전자부가없는경우도있으며이경우수술후파행이나고관절의안정성이문제가될수있다. 3. 약한근육기능및구축 1) 외전근고관절의주요한외전근은 gluteus medius 과 gluteus minimus 등이다. 수술시외전근의심한위축을보이거나유착, 반흔구축등으로수술후외전근기능이향상되기어려운경우도많다. 특히고관절유합시는외전근의기능이필요없기때문에심한근위축를보이는경우도있다. 술전으로외전근의상태를볼수있는방법은 MRI 등이유용할수있으나제한이있다. 외전근이약하면환자는한발로서려할때 Trendelenburg sign과보행시 Trendelenburg lurch가발생할수있다. Trendelenburg lurch란몸에작용하는중력의중심을고관절의중심으로가져와약해진외전근을보상하는것이다. 외전근의약함의정도에비례하여환자의체중을환측으로전위하게된다. 외전근은인공고관절의기능에있어서절대적인역할을하고있기때문에외전근이약하다고하여수술의절대적비적응증이라고하기는힘들며수술후물리치료등을통해향상이될수있다. 182

103 하지부동이있는감염성고관절염후유증에서의인공고관절치환술 2) 굴곡근주된고관절굴곡근은 iliopsoas, rectus femoris, 와 sartorius 등이있으며외전근다음으로고관절의기능에중요한역할을한다. 대부분의경우에있어서연부조직구축을해결하기위하여건절단술 ( 건절단술 ) 을남발하는경향이있는데저자의경우굴곡근중다른건 (tendon) 은모두건절단술을하여도 iliopsoas는연결을남겨놓으려고노력한다. 3) 구축시치료및도달법구축이있는경우엔수술적도달법이달라질수있다. 인공고관절시보통사용하는도달법은모두사용할수있으나이경우특히시야확보가어렵기때문에시야를최대한확보할수있는도달법을사용하여야한다. 전자부절골술도달법을사용할수있고정도가심하지않은경우에는어떤도달법도사용할수있으며근육구축에대한건절단술을추가하여실시한다. 4. 감염의재활성화감염후유증에서실행하는인공고관절전치환술은기본적으로염증이없다는전제하에수술을시행한다. 그러나보통의인공고관절전치환술에비해서는감염의발생내지는기존의감염의활성화가가능성이높기때문에 9,14) 주의하여야한다. Hardinge 등 6,7) 은 21 예에서 1예의활성화를보고하였고 Cherney와 Amstutz 4) 는 33 예에서 7예의활성화를보고하였다. Laforgia(1993) 등은 42예에서 4예의활성화를보고하였다. 결핵의후유증에서도 Johnson 9) 은 2예의인공고관절결핵활성화를보고하였고저자 (1995) 도 57 예중 2예의활성화를보고한바있다. 수술방법감염으로인한심한변형을동반한고관절염환자에대한치료법으로과거에는 Girdlestone 수술이나관절유합술이시행되기도하였으나환자가만족하기힘든많은문제점을가지고있었다. 따라서근래에는인공고관절전치환술을시행하여동통의감소및관절기능의회복등좋은결과가보고되면서, 인공고관절전치환술이가장확고한위치를차지하고있다. 앞에서언급하였지만감염으로인한후유증에서의인공고관절은기술적으로상당한난이도를갖고또합병증도많이예상이되는인공고관절이다. 수술시길이차이가많지않은경우에는큰문제가없으나길이차이가많을때는이길이를극복하기위하여여러시술방법들이제시되었다 3,5,15,16,17). 수술을두단계로나누어연부조직해리술후두단계로시술하는사람도있으나대부분은한단계로시술한다. 수술방법은크게 나누면광범위한연부조직박리술또는절단술만을시행하고대퇴골단축술 (femoral bone shortening) 을거의시행하지않는방법과, 신경마비등의합병증을우려하여약간의길이차이는있으나대퇴골단축술을실시하여대퇴스템을삽입하는방법이있다. 후자의대퇴골단축술에는저자들에따라서다양한방법을제시하고있다. 첫째로근위부를단축하고대전자부를원위부에부착하는방법이있고, 둘째로대퇴골을 splitting하고근위부단축술하는방법이있고셋째가많이쓰이는방법으로 transverse 또는 step-cut shortening 절골술을전자하부 (subtrochanter) 부위에넣어필요한길이만큼을줄이는방법이다. 이때근위부의고정은특별히하지않는사람에서 plate and screw를사용하거나 circlage wires를사용하는사람등여러방법이있다. 그러나이런방법은길이를줄여서신경마비를최소화할수있는좋은방법이나근위부대퇴골수강을변형시켜인공고관절의고정이약해질수있는단점이있고또절골술부위에서 varus 변형심지어는 non-union 까지도일으킬수있다. Bruce 등 3) 은 transverse subtrochanteric shortening 절골술을사용하여 9예에서분류합없이좋은결과를얻었다고보고하고있다. 그러나 Sener 등 17) 은 High congenital dislocation of the hip에서 step cut 절골술을사용하여시술하였으며 28 예중 2예의분류합을보고하고있다. Masonis 등 15) 은 S-ROM 대퇴스템을사용하고전자하부부위에서 transverse 절골술을넣고원위부를줄이는방법으로 DDH에사용하여평균 25 mm의길이를늘였으며, 21예중 2예에서분류합이발생하고전제 24% 에서재수술을실시하였다고보고하고있다. 저자가사용하는방법은가능하면최대한의연부조직절단술로대퇴근위부를끌어내리는방법을사용하고이에한계가있는경우에는대퇴스템의고정과상관없고골유합이잘일어날수있는원위부 1/2 에서 1/3 정도에서절골술을시행하여정복을하고절골술부위에 plate and screw로고정하는방법으로이때대부분의경우에는단축이필요없으나아주심한경우약 1 cm 정도의단축이필요한경우가있다. 그외의방법으로 Lai Ka와 Shen WJ 11) 는 1988 년에서 1996년까지 56 명의한쪽선천성고관절탈구에서 (Crowe type IV) 인공고관절로치료시, 수술전외고정장치를이용해 8~17일간 iliofemoral distraction을실시하였다가인공고관절을삽입하였다. 술전하지부동은평균 4.9 cm 이였고 LLD 가 4.0 cm 이상인 48 명의환자에서대퇴단축절골술은필요치않았다고보고하였다. 술후 Harris hip score는 56.5에서 83.2로향상되었다. 183

104 이중명 수술결과김등 10) 은 Childhood 에소아시고관절감염성질환을앓은 170 명을대상으로한논문에서 Harris hip score 는골시멘트또는하이브리드군에서 50에서 85점으로향상되었고무시멘트군에서는 50에서 89점으로향상되었다고보고하였다. Osteolysis는 50%, 무시멘트군에서 59% 였으며무균성해리로 17% 에서재수술을시행하였다. 감염의재활성화로생각되는예는없었으나 2예에서지속적인감염으로 Girdlestone 시술을시행받았으며비골신경마비가 1예씩있었다. 저자의수술방법수술은경둔부도달법 (transgluteal approach) 을원칙으로하고, 하지길이의단축이 4~5 cm이상인경우경전자도달법 (transtrochanteric approach) 을한다 (Fig. 5). 수술의목적이단순히대퇴부의통증해소나가동성이있는관절을얻는것외에, 기형의최대한교정에목표를두었기때문에구축된관절낭을완전절제하고고관절주위의많은근육의건절제술 ( 건절단술 ) 를시행한다. 모든환자들에서대내전근 (addutor longus muscle) 을포함한내전근절제술 (adductor 건절단술 ) 을병행하였으며, 대퇴직근 (rectus femoris muscle) 과봉공근 (sartorius muscle) 등, 굴근절제술 (flexor tenotony) 을병행한다. 또한, 대둔근 (gluteus maximus muscle) 과대퇴근막 장근 (tensor fascia lata) 기시부등을절제한다. 그러나중둔근 (gluteus medius muscle) 은최대한보존하였으며, 요건 (psoas tendon) 은필요에따라서는절개후재봉합또는길이연장등은시행하였으나, 완전건절제술은시행하지않아연속성이유지되도록한다. 특히, 골성유합인경우에는근육의위축이심한경우가많아더욱조심하여근육의손상을최소화하려고노력해야한다. 또한단축이심하여연부조직해리로만정복을얻을수없는경우에서원위 1/3 에서절골술 ( 절골술 ) 을시행하고대퇴스템의비구컵내에정복을얻은후절골술부위는금속판고정을시행하였으며 (Fig. 1) 대부분추가단축없이실시할수있으나절골부위의정복이안되는경우 1~2 cm 의단축후에금속판으로고정을시행할수도있다. 수술중좌골신경박리는시행하지않는다. 비구측에는많은예에서이형성에의한비구결손을보이는데이경우비구컵을최대로내측으로 reaming하고작은비구컵사용으로가능하면골이식없이무시멘트비구컵을 press fit으로고정하려하였고그래도내측결손이자가골로해결이안되는경우동종대퇴골두를이용하여공간부위를 chip bone 형태로확공기를반대방향으로회전시키면서채운후 press fit으로고정한다. 그래도고정이불충분한경우에는대퇴골두와경부에서채취한자가골을지주 (strut) 의형태로나사못을이용하여고정한다. 수술중채취한조직또는골에서조직학적검사와결핵및일반균배양검사를실시하고, 결핵이의심스러운경우일부에서연쇄중합반응 (PCR) 을시행한다. 수술후항생제투여는일반인공고관절과동일하게하며결핵성고관 Fig. 1. The figure shows the radiograph of the middle or distal 1/3 femoral osteotomy after an unsuccessful attempt to achieve a reduction using the femoral stem insert in severely contractured cases. 184

105 하지부동이있는감염성고관절염후유증에서의인공고관절치환술 절염후유증예에서수술후, 조직검사상결핵균의활성화가의심이되는경우에 6주간항결핵약물을투여하였으나, 요즘은항결핵제는특별히투여하지않는다. 수술후굴곡구축이심하고신경마비의우려가있는경우수술장에서경골에골견인을하고굴곡된상태로나와 1주에서 2주사이에서서히펴는방법을사용하며 (Fig. 2) 1주까지는침상안정가료를, 이후에목발을이용하여체중부하없이기동을허용하였으며, 6주부터목발을이용하여부분체중부하를시작하여수술후 12 주째완전체중부하를할때까지점차적으로부하를증가시켜나간다. 특히중요한것이수동적관절운동 (passive exercise) 으로고관절뿐아니라슬관절운동범위도최대로얻도록하여야하며근력강화운동을환자에게충분한교육및감시가필요하다. 장기간파행으로보행하였으므로가능하면파행없이걷는요령을환자에게교육하여야한다. 저자의수술결과 저자가발표한심한변형을동반한감염성고관절염의후유증환자에서길이교정을동시에시행한인공고관절전치환술최소 3년이상추시가가능한 74 예를대상으로한연구에서의발표된결과 12,13) 를보면원인은결핵성감염이 50 예, 화농성감염이 24 예였으며강직인경우는 23 예였다. 하지진성단축은평균 4.1 cm (1.0~10.0 cm) 였다. 임상적으로 Harris hip score는수술전평균 65.0 (25.0~92.5) 에서수술후평균 90.2 (80.2~98.2) 로개선되었으며, 하지진성단축은수술전평균 4.1 cm (1~10 cm) 이었으나평균 0.4 cm (0.0~3.0 cm) 으로교정되었다. 굴곡구축변형은수술전평균 21.5도 ( 최고 70 도 ) 이었고, 내전강직변형은평균 11.3도이었으나수술후뚜렷한고관절의굴곡구축 (flexion contracture) Fig. 2. A skeletal traction was used to extend the severely contractured hip joint gradually within the first postoperative week. 은관찰되지않았다 (Fig. 3). 수술후재치환술을시행한경우는모두 3예로, 2예에서폴리에틸렌의분리 (dissociation) 로비구컵만재치환술을시행하였으며, 1 예에서시멘트를사용한대퇴삽입물에서골용해와함께비구컵의폴리에틸렌마모등으로재치환술을시행하였다. 방사선학적으로재치환술을시행한 3예를제외하고완전해리범주에는해당되지않았다. 술후합병증으로결핵의재발이 2예, 신경마비는대퇴신경마비가 3예, 좌골신경마비가 3예있었으나현재완전치유되었고, 수술전결핵성관절염으로인한반복된누공반흔등에의해대퇴동맥이패색되어부행혈관순환 (collateral circulation) 이되던 1예에서수술후, 하퇴부위에혈액순환장애악화되어하퇴절단술을시행하였다. 수술전 70 도굴곡변형및강직된상태로 8 cm의하지진성단축이있었다. 수술후하퇴부에혈액순환이장애가있어혈관조영술을시행하여대퇴동맥의패색을확인한후, 경피적혈관성형술을함께시행하였다. 그러나슬와부혈전으로하퇴절단술을시행하였고, 현재의족에의해생활하고있으나수술후굴곡구축이해소되어비교적보행이술전보다는편한상태며통증없이생활하고있다 (Fig. 4). 합병증가능한합병증으로인공고관절전치환술시가능한합병증인탈구감염등은모두가능하며특히감염후유증에서문제가될수있는것은신경및혈관손상이나감염활성화등이있다. 1. 신경손상신경손상은좌골신경손상대퇴신경손상등이일어날수있으며고관절의전치환술후신경마비의발생율은대략 0% 에서 3.7% 이며재치환술후의발생율은 2.9% to 7.6% 정도로보고되고있다. 이수치는좌골신경, 대퇴신경, 폐쇄신경등고관절주변에위치하는신경들을포함한것이다. 대부분은좌골신경의비골신경부위가가장흔하지만경골신경부위역시손상받을수있다. 대퇴신경마비는약 0.1% to 0.2% 정도로보고되고있다. 그러나감염후유증에서의인공관절의경우신경마비는더많이발생할수있다. 신경손상의원인은여러가지가있지만, 역시감염후유증에서는길이가늘어나면서오는것으로수술방법에따라차이가날수밖에없다. 얼마정도의길이연장이가능한가에대해서는고관절부위의상태에따라많은차이가있고저자에따라이견이많으나저자의경험으로는보통 5 cm정도는가능하며더많은연장이가능한경우도있다. 185

106 이중명 A B C Fig. 3. (A) Preoperative radiograph and photograph of 50-year old Tbc sequelae patient showed shortening and destruction of proximal famur. (B) Postoperative radiograph and photograph show well balanced heel levels and the posture. (C) The figure shows the correction of preoperative limb length discrepancy (10 cm), and a flexion contracture. A Fig. 4. (A) Multiple fistulae were evident in the patient with severe contracture and limb length discrepancy.(b) Preoperatively undetected vascular occulsion was seen with numerous collateral vessels around the left hip on postoperative angiogam. The patient eventually required a below knee amputation. B 186

107 하지부동이있는감염성고관절염후유증에서의인공고관절치환술 A C B D Fig. 5. (A) Sequela of previous pyogenic arthritis was noted on an anteroposterior radiograph of a 23-year old male, and (B) also noted was an approximately 11cm lower limb shortening on the preoperative lower extremity scanogram. (C) Immediate postoperative anteroposterior radiographs showed the distal femoral osteotomy with a plate fixation and (D) a total hip arthroplasty state with the greater trochanteric cerclage wiring along with the corrected lower limb length discrepancy. 187

108 이중명 1) 좌골신경손상좌골신경손상은고관절인공관절전치환술후발생하는가장흔한말초신경손상이다. 보통의인공고관절시에위험인자로는인공고관절재치환술, 선천성고관절탈구, 하지부동을동반한대퇴골두의외측아탈구, 여성등이있다. 일반적으로인공고관절시술후좌골신경마비의원인들로는직접외상, 수술중과도한하지연장술, 허혈, 골시멘트에의한열손상, 상처혈종또는대퇴주대의탈구에의한압박손상등이있다. 그중 40% 는그원인을알수없는경우이다. 원인이밝혀진경우의 50% 는하지길이연장에의한것이고 22% 는직접손상 (retractor 손상, cautery burn 또는 reamer injury등 ) 이며 20% 는출혈에의한합병 (wound hematom에의한 compression) 에의한것이다. 좌골신경은하지연장또는 subgluteal 혈종등에의해손상받을수있으며동통, buttock 및 thigh에 tense swelling 및압통이있는경우면밀한관찰을해야한다. 회복에대한예후는다양하다. 대부분의저자들은신경이아주심하게손상받거나절단되지않는이상어느정도의회복을예상할수있다고보고하고있다.Schmalzried 등의연구에의하면술후또는퇴원전까지일정부분의신경회복이보인환자들에서는정상또는거의정상에가까운하지기능을기대할수있다고했다. Edwards 등은연장술에의한신경의과도한견인에의한신경마비가직접손상에의한마비보다예후가안좋다고보고했으며인공고관절치환술시하지길이의연장은최고 4 cm 미만으로하는것이좌골신경의손상을예방할수있다고보고하였다. 2) 대퇴신경손상대퇴신경은대퇴삼각을통해허벅지로주행하며이대퇴삼각은고관절의전내측에위치한다. 이공간내에는유연성이없어 retraction, manipulation, or 혈종등에의해신경손상이발생할수있다. 또한나사못의위치가전방, 하방또는전하방으로향할경우대퇴신경손상이발생할수있다. 좌골신경과는반대로 retractor의위치가대퇴신경손상에있어서가장중요한위험인자가된다. 이신경손상은전방또는전측방도달법을이용할때그빈도가증가한다. 저자의경험으로보면심한굴곡구축과하지단축이있는경우 retraction에의해오기가쉽다. Somatosensory-evoked potential (SSEP) 는술중말초신경의기능을모니터할수있는기술이다. 좌골신경의손상이특히가능성이있는경우에수술중사용할수있다. 그러나현재로서는 SSEP의사용은아주제한적으로사용되고있다. 신경마비가오면 Serial nerve conduction study를통해술후신경회복의정도를측정할수있다. 수술후신경마비의원인이하지길이의연장때문이라면하지길이를짧게해주어신경마비를이완 (relieve) 시킬수있으며큰혈종이있는경우바로감압하여신경손상을줄여줄수있다. 2. 혈관손상 인공고관절치환술중동반되는혈관손상은 0.2~0.3% 정도로극히적은편이나, 일단발생하면환자와환자의하지의생존에치명적일수있다. 또해부학적으로변형이된경우가많기때문에주의를요한다. 특히대퇴신경과같이주행하는대퇴혈관들을보호하여야하며수술중사용되는골시멘트가골반내로새어나와총장골동맥또는표재장골정맥을손상시킬수있다. External iliac vein 은전상부사분역에, 폐쇄신경및혈관은전하부사분역에위치하므로경비구 (transacetabular) 나사못사용시주의를기울여야한다. Superior gluteal vessel 과좌골신경도후상방사분역에위치해손상받기쉽다. 그외에예상가능한합병증으로장골혈관의혈전, 동정맥누공, 가성동맥류등이있다. 그외에감염후유증에서특히일어날수있는상황으로 scar나 adhesion이있고이경우연장술에의해혈관순환에문제가생길수있기때문에조심하여야한다. 결 감염성관절염의후유증으로하지길이단축과굴곡및내전구축등의변형을동반한환자에서길이교정을하고, 수술후체계적으로근력강화운동등의재활을병행하면, 비록수술술기는어렵고신경마비등많은합병증이예상되나, 장기간추시결과환자나의사모두만족할만한결과를얻을수있다. 론 REFERENCES 11) Amstutz, HC and Sakal DN: Total joint replacement for ankylosed hips, Indications, Technique, and Preliminary. J Bone Joint Surg, 57-A: , ) Brewster RC, Conventry MB and Johnson EW: Conversion of the arthrodesed hip to a total hip arthroplasty. J Bone Joint Surg, 57-A: 27-30, ) Bruce WJ, Rizkallah S, Kwon YM, Goldberg JA, Walsh WR: A new technique of subtrochanteric shortening in total hip arthroplasty, J arthroplasty 15(5): , ) Cherney DL and Amstutz HC: Total hip replacement in the previously septic hip. J Bone Joint Surg, 65-A: ,

109 하지부동이있는감염성고관절염후유증에서의인공고관절치환술 15) Decking J, Decking R, Schoellner C, Fuerderer S, Rompe JD, Eckardt A: Cementless total hip replacement with subtrochanteric 대퇴골단축술 for severe developmental dysplasia of the hip. Arch Orthop Trauma Surg, 123(7): Epub, ) Hardinge, K, Cleary J and Charnley J: Low-friction arthroplasty for healed septic and tuberculous arthritis. J Bone Joint Surg, 61-B: , ) Hardinge K, Williams D, Etienne A, Mackenzie D and Charnley J: Conversion of fused hips to low friction arthroplasty. J Bone Joint Surg, 59-B: , ) Haw CS and Gray DH: Excision arthroplasty of the hip. J Bone Joint Surg, 58-B: 44-47, ) Johnson R, Barnes and Owen R: Reactivation of tuberculosis after total hip replacement. J Bone Joint Surg, 61-B: , ) Kim YH, Oh SH and Kim JS: Total hip arthroplasty in adult patients who had childhood infection of the hip. J Bone Joint Surg, 85-A: , ) Lai KA, Shen WJ, Huang LW, Chen MY: Cementless total hip arthroplasty and limb-length equalization in patients with unilateral Crowe type-iv hip dislocation. J Bone Joint Surg (Am), 87(2): , ) Lee JM, Cho DY, Kim SK: Total Hip Arthroplasty for Severly Deformed Hip in the Infectious Arthritis. J Korean Hip Soc, 11 : , ) Lee JM, Lee CW, Wang WJ, Tak HC: Total hip arthroplasty in patients who had previous infection of the hip with leg length discrepancy. in press J Korean Orthop Assoc,Vol 40, ) McCullough CJ: Tuberculosis as a late complication of total hip replacment. Acta Orthop Scand, 48 : , ) Masonis J, Patel J, Miu A, Bourne R, Macdonald S, Roraceck C: Subtrochanteric shortening and derotational 절골술 in primary total hip arthroplasty for patients with severe hip dysplasia, J arthroplasty 18(3):68-73, ) Manzotti A, Rovetta L, Pullen C, Catagni MA: Treatment of the late sequelae of septic arthritis of the hip, Clin Orthop Relat Res. (410): , ) Sener N, Tozun R, Asik M: 대퇴골단축술 and cementless arthroplasty in high congenital dislocation of the hip, J arthroplasty 17(1):41-48,

110 대한고관절학회지제 18 권제 2 호 Vol. 18, No. 2, June, 2006 골용해 - 발생기전과약리학적조정의현주소 - 이수호 울산대학교의과대학서울아산병원정형외과학교실 20 세기후반정형외과영역에서가장획기적으로발달한분야가인공관절이라고해도과언이아닌데이러한인공관절의수명 (longevity) 에가장크게영향을미치는요소가골용해라고알려지면서그발생기전과예방법이주된연구과제로떠올랐다. 발생원인이매우다양하여연구접근방법도여러가지지만최근잘정립된가설들이소개되면서이를예방하기위한면역학적, 약물학적중재방법들이주된관심이되고있어이번 25 주년특집호에서정리해보고자한다. 용어의정의 골용해와관련하여매우다양한용어들이있고이들중일부는혼용되고있어본논문의일관성유지와개념파악을위하여다시한번정의해보고자한다. 인공관절주변의골소실은비교적넓은스펙트럼을갖는데잘고정된삽입물주위로새로운방사선저음영이나타나서서히진행하고결국에는역학적불안정성이나타나는경우를 무균성해리 (aseptic loosening) 라하고방사선저음영이국소적으로나타나빨리진행하지만해리를유발할수도있고하지않을수도있는경우를 골용해 (osteolysis) 라한다. 그러나두용어는무관한단어가아니라동일한생물학적현상을나타내며다만양상이다소상이함을표현한다고이해함이합당하겠다 31). 골용해의원인 다양한원인들이단독으로때로는복합적으로작용할수있으나크게숙주요인, 삽입물자체요인, 수술적요인으 통신저자 : 이수호서울특별시송파구풍납동 울산대학교의과대학서울아산병원정형외과학교실 Tel: Fax: shlee2@amc.seoul.kr 로구분할수있다. 숙주요인에대해서는많은연구가있으나젊은연령의높은활동성이마모를유발하는가장주된원인이라알려져있다. 그러나비만도나성별은크게영향이없다고보고되고있다 11). 대퇴골두무혈성괴사와퇴행성관절염간의장기추시결과의비교에서대퇴골두무혈성괴사의수술예후가나쁘다는보고가있는데이도궁극적으로는수술받은환자의평균연령이낮아서오는결과임이밝혀져있다. 삽입물자체요인은삽입물의재질과디자인으로대별해볼수있다. 다양한재질중에폴리에틸렌이가장주된골용해의원인으로알려져있으며특히소독과정에서의손상이주요인자로알려져있다. 플라스틱의소독과정은크게세가지로대별되는데감마 (gamma) 소독, 에틸렌옥사이드 (ethylene oxide) 소독, 플라즈마가스 (plasma gas) 소독등이있다. 이중특히감마소독시에폴리에틸렌의성상에많은변화가발생하여마모가촉진된다는연구가있은후소독법이많이개선되었다. 또한교차결합폴리에틸렌 (crosslinked polyethylene) 이소개됨으로써플라스틱의마모가현저히줄어들었다. 금속은현재티타늄 (titanium) 합금과코발트-크롬 (cobalt-chromium) 합금이주로사용되고있다. 이중티타늄합금은마모율이매우높은반면부식율은낮은장점이있어관절면을제외한부분에서는코발트크롬합금보다선호되고있다. 금속-폴리에틸렌관절면에비하여금속-금속관절면에서체적마모 (volumetric wear) 가훨씬적게발생하지만마모입자의수는훨씬많이발생한다. 그러나금속마모입자는대개 0.1 μm 미만으로평균 0.5 μm 정도인폴리에틸렌입자보다작아대식세포에의하여탐식된이후염증반응을직접적으로유발하지는않는다. 그러나세포내에축적되어염색체의수적인또는구조적이상을통한돌연변이를야기할수있다 6). 세라믹은마모가매우적은재질로써금속-폴리에틸렌관절면마모율의 1/8000 정도로알려져있다. 그러나 Yoon 등 36) 은 1세대알루미나 (alumina)-알루미나관절면에서도조직내알루미나농도가높다고보고하였는데아마도이는당시의조잡한제조기술에기인한다고생각된다. Morscher 등 22) 은 6례의 HA(hydroxyapatite) 피복비 190

111 골용해 - 발생기전과약리학적조정의현주소 - 구 컵전례에서 HA 입자가폴리에틸렌내에파고들어대퇴골두에흠 (scratch) 을발생시켰다고보고함으로써제 3 형마모 (third body wear) 의가능성에대하여언급하였으나장기추시결과는없는상태이다. 골시멘트의경우는시멘트입자간의빈공간 (void) 이긴장유발인자 (stress riser) 로작용할수있다. 이상과같이마모입자의발생에는재질이매우중요하지만디자인또한골용해를결정짓는중요한인자라하겠다. 경부길이와오프셋 (offset) 조절이용이하다는장점을갖는조합형인공관절의경우전류 (galvanic) 부식과침식 (fretting) 이발생할수있다. Lee 등 19) 도이러한부식물에의한골 흡수를입증한바있다. 또한후금속컵 (metal backing cup) 의경우폴리에틸렌두께가얇아져마모가촉진되며특히폴리에틸렌라이너 (liner) 와금속면사이의냉류 (cold flow) 에의한마모가큰문제로대두되고있다. 표면처리와특징을연구하는학문인 profilimetry에서시멘트사용시매끄러운표면 (smooth surface) 과거친표면 (rough surface) 중어느것이선호되느냐는것도큰논쟁점인데대개매끄러운표면이더좋다고알려져있다. 마지막으로수술적요인이매우중요한데 Charnley 경이강조한내측화 (medialization) 가중요한술기이며특히고관절중심이높은경우이점이더욱강조된다. Kennedy 등 15) 은비구컵이수직에가까울수록폴리에틸렌마모가많다고보고하였다. 골용해발생기전규명의최신기법들마모입자의크기, 구성, 농도에관한연구, 세포또는기관배양연구, 계면막 (interface) 등주변조직연구, 동물실험등이주로이용되고있다. 우선입자의성상에있어서소위두관절면사이에서발생하는마모, 즉제1 형마모에서가장흔히발생하는입자는폴리에틸렌이다. 이때발생하는대부분의입자는크기가 1 μm 보다작아광학현미경하에서는보이지않고따라서과소평가되는경우가흔하다. 그러나조직으로부터폴리에틸렌만을분리하는기술이발달되어크기는평균 0.5 μm 이며 90% 이상이1 μm 이하임이밝혀졌다. 또한고관절과슬관절인공관절에서발생하는폴리에틸렌입자의형태학적특성이서로다른점이매우흥미롭다. 즉고관절수술시발생하는마모입자는 1 μm 이하가더많은데그이유는미세마찰 (microabrasion) 과미세점착 (microadhesion) 이주된기전이기때문이다. 반면슬관절수술후에는감소된일치성 (conformity) 등이높은접촉스트레스를발생시켜그결과소위피로형마모 (fatigue wear) 입자, 즉큰크기의마모입자가발생하게된다. Horowitz와 Purdon 13) 및 Horowitz 등 12) 은골시멘트 입자도대식세포에의해탐식이가능한 7 μm 이하의크기에서만대식세포를자극하여각종골흡수인자들을분비한다고주장하였다. 따라서크기가클수록세포독성이강하여섬유성조직에의해피막형성 (encapsulation) 되는경향이있는반면크기가작을수록골흡수능력이높다고할수있다. 재질에있어서는스테인레스강이나코발트-크롬합금이세포독성이강한반면티타늄합금은세포독성은상대적으로약하지만친염증성싸이토카인분비는더욱촉진시킨다고알려져있다. Shanbhag 29) 은폴리에틸렌입자는시멘트입자에비해세포독성이약하다고하였다. 세라믹에서는알루미나세라믹과지르코니아 (zirconia) 세라믹사이에세포독성의차이는없다고하였다. Kubo 등17) 은마모입자의재질이크기나총표면적보다더욱중요한인자라고주장하였다. 즉금속입자가폴리에틸렌입자보다 PGE 2, IL-I, TNF-α, IL-6과같은싸이토카인유리를더많이촉진시킨다고주장하였다. 농도와관련해서는 Catelas 등 5) 은입자의크기와농도가모두대식세포사멸에관여하며일정량에도달하면더이상대식세포의탐식능력이증가될수없다고주장하였다. Shanbhag 29) 은 surface-area ratio 개념을도입하여상기두가지외에재질까지세가지요소모두가대식세포활동성 (bioactivity) 의결정인자라주장하였다. 골용해의발생기전감염이없이해리가발생한인공관절주변에는거의대부분에서계면막이라고하는대식세포가많은섬유성조직이생기는데처음엔시멘트가원인이라고생각되어 시멘트병 이라일컬었다 10,21). 그러나 Willert 와 Semlitsh 38) 가이러한대식세포의반응이마모입자 (wear debris) 에대한반응임을밝힌후다양한마모입자에대한연구가본격화되었다. 일반적으로직경 7 μm 정도이하의작은입자는대식세포에의하여탐식되며, 그보다더큰입자는주변에많은거대세포를동원하여세포독성반응을유발하거나친염증성물질을유리하여골용해를발생시키는것으로알려져있다. 여기에높아진관절액의압력에의해계면막을비롯하여공간만있으면마모입자가도달되어골용해를발생시킬수있다는 유효관절공간 (effective joint space) 이라는개념이도입되어마모입자의분포에따라선상 (linear) 또는국소적 (focal) 골용해가발생하게된다 1). 골용해의발생기전은매우복잡한데여러국내저자들 16,34,35) 이자세히종설을썼으므로다시기술하는대신최근소개된 RANKL(receptor activator of nuclear factor kb ligand)-rank-opg(osteoprotegrin) 계통에대해이해를돕기위해간략히재설명하고이러한기전에근거한미래치료법의가능성에대해언급하고자한다. 191

112 이수호 RANKL은골수의기질세포, 조골세포나활성화된 T 임파구의막에존재하는단백질이며 RANK는파골세포나수상세포 (dendritic cell) 의세포막에발현되는 TNF receptor (TNFR) superfamily에해당하는막수용체이다. RANK와 RANKL이결합함으로써파골세포전구세포 (precursor) 로부터파골세포의분화를유도하고나아가성장을촉진하는데이과정이골용해의한요인으로알려져있다. 이과정을억제할수있는물질이 OPG 이며조골세포에서만들어진다 (Fig. 1). 골용해를막기위한약물요법의발전마모입자에의한골용해과정이만성염증, 이물질반응, 인공관절주변골파괴라는일련의과정이라는사실이밝혀지면서 Goodman 등 9) 은골용해를조정하는약물학적중재에대하여기술하였다. 여기에는크게파골세포기능을조정하는약물, 파골세포의신호전달 (signaling) 을조정하는약물, 염증케스케이드를조정하는약물, 싸이토카인을억제하는약물, 그리고성장인자 (growth factor) 의국소주입등이있다. 우선파골세포의기능을억제하거나대식세포의세포예정사 (apoptosis) 를유발시키는대표적약물에는 bisphosphonate가있다. Im과 Han 14) 은 bisphosphonate를통한조골세포의분화와성장에관해 서보고하면서파골세포억제뿐만아니라조골세포에도직접적으로작용함을보고하였다. 그러나 Astrand와 Aspenberg 4) 는불안정성이동반된인공관절이식물에는 alandronate가효과가없다고보고하였다. Shanbhag 등 30) 은개의고관절전치환술후미세파편을주입하여골용해를유도한후 alandronate를 24 주이상투여하여골흡수가대조군에비해확실히저하됨을보고하였다. Kweon 등 18) 은생쥐의두개골모델을이용하여인공관절수술후발생되는금속및폴리에틸렌마모입자들로골용해를유발하고이에대하여 alandronate를투여한결과 alandronate는금속마모입자에의한골용해에대해서는예방및억제효과가있으나폴리에틸렌에대해서는효과가미미하였다고보고하였다. Lewis와 Janna 20) 는시멘트에혼합한 alandronate가효과가있음을보고하였다. 그러나 bisphosphonate는오심, 복부불쾌감, 발열, 근육통, 백혈구감소증등의부작용이따를수있으며따라서아직까지고관절전치환술후골용해치료제로서 FDA 에서인증받지못했다. 그러나증상은있으나수술적치료의대상이아닌경우와팽창성골용해병변이있는환자에한해서제한적으로고려해볼수있는치료제라고사료된다. 또한이치료제의문제점은약물의반감기가 5~10년으로길며불안정성에의한골흡수에는효과가없다는점에주의해야한다. Fig. 1. RANKL-RANK-OPG regulation system: RANKL from the osteoblast bond to RANK and induce proliferation and differentiation of pre-osteoclast, which can be inhibited by OPG. Chemokine and cytokines (TNFα, IL-1,IL-6,PGE 2 ) and fluid pressure stimulate the monocyte activation. 192

113 골용해 - 발생기전과약리학적조정의현주소 - 두번째로파골세포신호전달 (signaling) 을조정하는치료법은상기언급한 OPG 에의한 RANKL-RANK 결합억제가주요한기전이라하겠다 9). 그러나파골세포의신호전달조정약물은 bisphosphonate에비해훨씬가역적으로불안정하기때문에용량이나반감기와같은약물역동학에대한연구가더필요하며따라서현시점에서는사용에제한이많다고하겠다. 세번째로만성염증케스케이드를조정하는약물로는 eicosanoid 억제제가있는데여기에는 naproxen 등일반비스테로이드성진통소염제외에 PGE 1 유도체인 m isoprostol 등이있다. 친염증성싸이토카인인 TNF-α, IL-1, IL-6, IL-8, granulocyte macrophage-colony stimulating factor (GM-CSF) 등을억제하는물질이최근소개되고있는데여기에는대표적으로 TNF-α의수용성억제제인 Etanercept 등이있다. 친염증성물질을억제하는기전과는반대로항염증성싸이토카인인 IL-4, IL-10 등을이용한치료법도소개되고있다. 그밖에염증케스케이드를약화시키는제제에는 phosphodiesterase 억제제인 pentoxifylline이있는데퀴놀론계항생제로잘알려진 ciprofloxacin도유사한작용을보인다. 포식소체내 ph 가떨어지는것을방지하는약제들도코발트-크롬합금의독성을현저히감소시키며 Actinomycin D도티타늄입자에의한 IL-8의활성화와조골세포에서발현되는 monocyte chemoattractant protein-1(mcp-1) 의생성을억제한다고알려져있다. IL-6과 MCP-1은각각호중구와대식세포의주화성 (chemotaxis) 과활성화에중요한역할을하는화학역동제 (chemokine) 이다. erythromycin은전사인자 (transcription factor) NFκ B(nuclear factor kappa B) 를억제하는항생제로보고되고있다. 끝으로성장인자의국소주입이있는데 transforming growth factor beta(tgfβ), fibroblast growth factor 등이조골세포분화등을유발하여골형성을촉진함으로써골용해를예방내지치료하는약제로시험중에있다 9). 그러나한가지강조할점은상기약제들은현재거의대부분이동물실험에서그효과가입증되었을뿐사람을대상으로한시도에서는확실한장기추시결과가없으므로사용시매우신중히접근해야할분야라고생각된다. 골용해의원인인자에대한기타최신지견들관절내의압력증가가골용해의중요한원인이라고주장되고있다. 즉컴퓨터시뮬레이션과직접측정을통해 Aspenberg와 Van der Vis 3) 는관절내압이활동정도에따라 700 mmhg 정도까지높아진다고보고하였다. 또한 Van der Vis 등 37) 은 200 mmhg 압력을 2주간토끼에가한결과압력이가해진부분에심한골흡수가발생하였 다고하였다. 이들은더나아가골흡수가발생하기전골세포의사멸이우선되므로삽입물의조기위치이동이있는경우이는계면막을압박하여세포괴사가발생했음을의미하는바, 향후해리를예측할수있는지표라주장하였다. Aspenberg와 Herbertsson 2) 은운동 (motion) 의역할에대하여연구한결과역학적자극으로인해해리가발생한다고주장하였다. Evans 등 7) 은금속과민성반응이해리의주된원인이라고강조하였으며최근 Park 등 24) 도금속-금속인공관절면에서이를입증하는사례를발표하였으나그빈도가높지않아인과관계를정립하기에는이르다하겠다. Gil-Albarova 등 8) 은임파구에의한골시멘트에대한과민성반응이 50% 에서양성임을보고하였다. Santavirta 등 27) 은폴리에틸렌입자는알려진바와다르게이물반응을유발시키지만면역학적으로는비교적비활성 (inert) 물질이라고주장하였다. 결론적으로면역반응과무균성해리내지는골용해와의직접적인인과관계는아직정립되지않았다고하겠다. 그밖에골용해유발물질과관련해서는이미언급한물질외에 mesenchymal collagenase 28), elastase 32), cathepsin G 33), nitrous oxide synthase mrna 25), C-C chemokine 23), adhesion molecule 26) 등다양한물질이원인인자로소개되고있다. 요약및결론 골용해의원인, 발생기전, 치료등각각의분야는전체케스케이드의일부로써매우발달된면이있으나이들을통합하여전체그림을그리기에는매우다양한복합인자들이서로얽혀져있어아직도이른면이있다. 다행히인공고관절에서는타관절과달리관절면의개선이획기적으로이루어져마모입자발생이현저히감소되었으므로향후골용해문제가줄어들것으로예상되지만마모입자에대한과민성반응등새로운문제들에대한연구가뒤따라야할것으로생각된다. REFERENCES 1) Aspenberg P: Wear and osteolysis in total joint replacements. Acta Orthop Scand, 69: , ) Aspenberg P and Herbertsson P: Periprosthetic bone resorption: Particles versus movement. J Bone Joint Surg, 78-B: , ) Aspenberg P and Van der Vis H: Migration, particles, and fluid pressure, A discussion of causes of prosthetic loosening. Clin Orthop, 352:75-80, ) Astrand J and Aspenberg P: Alandronate did not inhibit instability-induced bone resorption. A study in rats. Acta Orthop Scand, 70:67-70, ) Catelas I, Petit A, Zukor DJ, et al.: Induction of 193

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115 골용해 - 발생기전과약리학적조정의현주소 - 34) Yang IH: Pathogenesis of Osteolysis. J Korean Hip Soc,17:89-94, ) Yoo MC: Osteolysis after joint replacements. Biologic response to wear particle. J Korean Hip Soc,15: , ) Yoon KS, Yoo JJ, Kim YM, Koo KH, Song WS and Kim HJ: Alumina-on-alumina total hip arthroplasty. A five-year minimum follow-up study. J Bone Joint Surg, 87- A: , ) Van der Vis HM, Aspenberg P, Marti RK, Tigchelaar W and Van Noorden CJ: Fluid pressure causes bone resorption in a rabbit model of prosthetic loosening. Clin Orthop Relat Res,350: , ) Willert HG and Semlitsch M: Reactions of the articular capsule to wear products of artificial joint prostheses. J Biomed Mater Res,11: ,

116 대한고관절학회지제 18 권제 2 호 Vol. 18, No. 2, June, 2006 고관절전치환술후탈구 서근택 부산대학교의과대학정형외과학교실 서 론 (Introduction) 고관절전치환술의발달에도불구하고, 고관절전치환술후탈구는현재까지도치료하기힘든합병증이며, 인공물의해리다음으로고관절재치환술의흔한원인이다. 고관절전치환술후탈구에대한많은연구가진행중이지만, 그원인과치료에대한명확한이해는불충분한상태이다. 고관절전치환술후탈구의치료및예방을위해서는고관절의불안정성을야기시키는환자적요인, 수술적요인, 인공삽입물의요인및술후요인등다양한위험요인의종합적인이해가중요하다. 고관절전치환술후탈구의치료도중요하지만, 무엇보다도탈구를줄일수있는예방이우선되어야한다. 고관절전치환술후탈구의위험요인및예방그리고그치료에대하여논하고자한다. 발생빈도 (Incidence) 고관절전치환술후탈구발생빈도는 0.3~9.2% 로다양하게보고되고있으며, 재치환술후에는 5~20% 로더높은빈도로발생한다 1,16,17,45). 첫탈구후의재탈구율은약 33% 로아주높은빈도를나타낸다 5). 탈구가발생한시기는재탈구의중요한요인으로 5주이내에탈구가발생한경우의재탈구율은 39% 였고, 5주이후에는 58% 의재탈구율을보였다 1). 발생기전 (Mechanism of dislocation) 탈구의발생기전을파악하는것은고관절불안정성의양상을이해할수있기에매우중요하다. 세심한병력청 통신저자 : 서근택부산광역시서구아미동 1 가 10 번지부산대학교병원정형외과학교실 Tel: Fax: kuentak@pusan.ac.kr 취로탈구전후의하지위치및탈구를발생시켰던활동양상에대한정보를얻어야한다. 후방탈구를야기하는활동양상은고관절굴곡및내회전이며, 전방탈구는일반적으로고관절과신전및외회전시에발생한다. 불안정한고관절의평가에있어탈구의발생시기도아주중요한의미가있다. 탈구의발생시기는첫 3개월이내, 3개월에서 5년, 그리고 5년이후로나누어지며, 가장탈구의빈도가높은시기는첫 3개월이내로보통이완된연부조직과성숙되지않은반흔에의하여발생한다 13,31). 3 개월에서 5년에발생하는탈구의원인은인공삽입물의위치이상이나대전자부또는외전근의기능장애이다. 술후 5년이상경과하여발생한후기탈구는마모입자에의한활액막염으로발생할수있다. 마모입자에의한관절낭의이완은관절운동범위를증가시켜탈구를야기할수있다 22). 위험요인 (Risk factors) 1. 환자적요인 (Patient factors) 1) 술전진단고관절골절후고관절전치환술을시행한경우높은탈구률을보인다 30). 고관절부위골절후시행한고관절전치환술의탈구율은 14% 로퇴행성관절염으로실시한고관절전치환술의탈구율인 3.7% 에비하여의미있는증가를보였다 16). 연부조직및골조직외상은해부학적구조를변화시키고안정성에영향을줌으로술전에주의를요한다. 2) 고관절수술의과거력고관절전치환술, 절골술, 골절의관혈적정복등의고관절수술의과거력은탈구를일으킬수있는환자적요인중가장중요한부분의하나이다 31,35,45). Woo 와 Morrey 45) 는고관절재치환술의경우일차성고관절전치환술에비하여 2배높은탈구률을보고하였다. 3) 동반질환신경근육성질환은오래전부터탈구의유발요인으로잘알려져있으며, 대뇌기능장애및정신질환자에서도 196

117 고관절전치환술후탈구 증가된탈구발생률이보고되고있다 24,46). 서등 43) 은비알콜중독환자의탈구율보다알콜중독환자의탈구율이의미있게높은결과를보고하면서, 탈구의환자적위험요인으로알콜중독이탈구의중요한요소라고하였다. 4) 성별남녀비율은여러논문에서 1:2 또는 1:3 으로보고되고있다 12,24,45). 이러한차이는여성에있어감소된근육긴장도나유연성의증가로설명하고있다. 5) 연령몇몇연구에서연령이탈구의위험요인중의하나로보고있지만, 현재까지통계적유의성은없는상태이다 46). 그러나 Ekelund 등 16) 은 80 세이상의환자에서 9.2% 의탈구율을보고하였다. 6) 체형다른요소에비해키가큰환자는하지의지렛대 (lever arm) 가크고작은힘에의하여쉽게하지가전위되기때문에탈구의위험성이클수있다 24,38,46). 2. 수술적요인 (Surgical factors) 1) 술자의경험 Hedlundh 등 23) 은후방접근법을이용한 4,230례의고관절전치환술에서 3% 의탈구률을보고하였다. 그러나총 15 례이하의고관절전치환술을시행하였던비경험술자는총 50 례이상의고관절전치환술을시행한경험이많은술자에비해 2배높은탈구빈도를보였고, 탈구의빈도는술자의경험이증가할수록감소하여약 30 례의고관절전치환술을시행한후에는아주일정하게유지하는것으로보고하였다. 2) 수술도발법수술도발법은탈구를야기하는주요한요인으로알려져있다. 많은연구에서후방도달법이전방도달법에비하여 2~3 배높은탈구빈도를보고하고있다 6,35,41,45). Woo 와 Morrey 45) 는전방도달법과후방도달법의탈구율을비교하였는데, 각각 2.3% 와 5.8% 로전방도달법시의미있는탈구율의감소를보였다. 이러한탈구율의차이는후방접근법으로인한비구컵의불충분한전염각 (anteversion) 과후방연부조직 (capsule & short external rotators) 의손상으로설명되고있다. 그러나최근후방도달법의경우에도관절낭과고관절외회전근을대전자부의해부학적위치에봉합하여탈구감소에좋은결과를보인보고들이있다 39,44). 후방접근법에의해서는대부분후방탈구가발생하지만, 탈구를예방하기위한과 도한비구전염각은전방탈구를발생시킬수있기에주의를요한다. 3) 인공부품의위치 (location) 및방위 (orientation) 인공부품의위치는충돌, 외전근의기능및연부조직긴장도에영향을미쳐고관절불안정을야기할수있다. 특히비구컵이정상위치보다상방또는내측에위치할경우불안정성을야기한다. Lewinnek 등 31) 은술후방사선사진에서비구컵의경사각 (inclination) 과전염각이각각 40 ±10 와 15 ±10 의경우 1.5% 의탈구율을보였으나, 이러한범위를벗어난비구컵의위치에서는 6.1% 의탈구빈도를보여그상관관계를보고하였다. 대퇴스템의위치도탈구와관련은있지만, 대퇴스템의전염각을정확하게측정하기는어려운문제가있다 26). Herrlin 등 25) 은대퇴전염각의감소는충돌 (impingement) 에의한관절운동범위의감소를야기하는데, 고관절전치환술후탈구군에서대퇴전염각감소소견을나타낸다고보고하였다. 이들은 10 ~20 의대퇴스템전염각을권유하였다. Biedermann 등 7) 은비구의위치가방사선학적으로 15 의전염각과 45 의경사각일때탈구율이가장적다고보고하면서비구위치의중요성에대해강조하였다. 그러나탈구는복합적요인에의해서발생하고비구컵의정확한위치를측정하기힘들기때문에비구컵의위치와탈구의연관성을증명할수없다는연구도있다 38,46). 4) 연부조직긴장도 (Soft tissue tension) 고관절주변연부조직의긴장도회복은고관절전치환술후탈구의빈도감소에매우중요하다. 또한정상고관절을안정하게하는여러구조물들은고관절전치환술을시행하면서손상되거나제거되어술후고관절안정성에역효과를주게된다. Woo 와 Morrey 45) 는하지길이차이는근막의긴장도 (myofascial tension) 를반영한다고생각하였고, 술전술후하지길이를일치시키는것이고관절주위연부조직긴장도를유지시키는가장일반적인방법이라고하였다. 대퇴골두의중심과대전자부까지의거리인 femoral offset의감소는충돌의위험성을증가시키고고관절외전근의긴장도를감소시키기때문에고관절불안정성을야기할수있다 17). 그러므로세심한술전 templating과술중하지길이및연부조직긴장도측정으로이러한문제를해결해야한다. 수술도달법에서도언급했듯이연부조직긴장도의회복을위하여후방연부조직봉합술이이용되고있고탈구감소에좋은결과를보이고있다. 서등 44) 은관절낭및고관절외회전근을각각대전자부에봉합한후탈구율이 6.4% 에서 1% 로의미있는감소를보고하였다 (Fig. 1). 197

118 서근택 이러한봉합의목적은수술후회복기에더욱안정적인연부조직을제공하고, 가성관절낭 (pseudocapsule) 형성의기초를제공하기위함이다 32). 3. 인공부품요인 (Component factors) 킨다고보고하였다. Berry 등 6) 은각각의수술도달법과대퇴골두의크기에따른탈구율을조사하여대퇴골두가크면탈구율이감소되며특히후방도발법에의한수술시큰대퇴골두를사용하면탈구율이유의하게감소한다고보고하였다. 1) 대퇴스템골두의크기 (Head size) 1970 년대고관절전치환술후증가하는탈구빈도로 22 mm 대퇴골두보다큰크기의골두의사용을시도하였으나 40), polyethylene wear의문제로사용할수가없었다. 최근 cross-linked polyethylene liner의개발로다시큰대퇴골두에대하여관심을갖게되었고, Muratoglu 등 36) 은 simulated gait study을통하여마모의발생이대퇴골두의크기와무관하다는결과를얻어그유용성을뒷받침하였다. 큰대퇴골두의사용은 component-to-component 간의충돌의감소로관절운동범위가증가하고, skirt형대퇴골두의사용이불필요하며, 비구로부터대퇴골두를완전히전위시키는데필요한전위거리 (transposition distance) 가증가하게되어탈구를감소시킬수있다 9). Bartz 등 3) 은 cadaver 모델을이용하여대퇴골두증가가충돌및탈구발생전관절운동범위에미치는영향을연구하였고, 그결과그관절운동범위는대퇴골두가증가함에따라증가한다고보고하였다. Maloney 34) 는큰대퇴골두의안정성과 cross-linked polyethylene의마모에대한저항성은탈구의위험도가큰환자에서사용될수있는유용한대안이라고하였다. Smith 등 42) 은 metal on metal 고관절전치환술환자에서큰대퇴골두를사용하여탈구가발생하지않았다고보고하고큰대퇴골두의사용과 metal on metal 관절면이탈구의가능성을감소시 2) 대퇴경부지름 / 대퇴골두경부비율 (Neck diameter/ Head-neck ratio) 대퇴경부지름은관절운동을제한하는원인으로작용하여충돌과탈구를야기하는것으로알려져있다. D Lima 등 13) 은컴퓨터모델을이용하여대퇴골두경부비율의변화와충돌및관절운동의관계에대하여연구하였고, 낮은대퇴골두경부비율은충돌이발생하기까지의관절운동범위를감소시킨다고보고하였다. 큰대퇴골두의사용은상대적으로높은대퇴골두경부비율을야기시켜관절운동범위를증가시킨다 9). 반대로 22 mm 크기의 skirt형대퇴골두의사용은대퇴골두경부비율을낮추어충돌및탈구의위험성이높아진다 29). 3) 비구컵의디자인 (Acetabular component design) 비구컵을이용하여탈구를줄이는방법으로 elevated rim polyethylene liner와 constrained acetabular cup 를사용할수있다. Cobb 등 11) 은 elevated rim polyethylene liner의사용으로탈구율이의미있게감소했다는보고를하였다. 그러나이러한 liner 의사용은고관절을안정되게하여탈구를감소시키지만, 관절운동이전반적으로저하되고 elevated rim 방향으로운동시조기에대퇴경부와비구컵사이의충돌 (rim impingement) 이발생하여 polyethylene wear 및비구컵해리 (component loosening) 가생길가 Fig. 1. Loops of nonabsorbable sutures in the capsule & short external rotators are passed through the holes of greater trochanter 44). Fig. 2. Rim impingement of the femoral neck on the polyethylene liner 11). 198

119 고관절전치환술후탈구 능성이있어일상적인사용은권장되지않는다 11,29) (Fig. 2). 인공삽입물의위치이상등분명한탈구원인의교정없는 elevated rim polyethylene liner의사용은이러한문제를더야기시킬수있다. Constrained acetabular cup은대퇴골두를비구컵에고정하는 polyethylene insert로구성된다. Goetz 등 20) 은신경학적이상과술중고관절불안정성이있는경우에 constrained acetabular cup를사용하여 4% 의재발성탈구를보고하였고, Anderson 등 2) 은 21 례의환자에서이러한기구를사용하여 29% 의재발성탈구를보고하였다. 그러나 acetabular cup이분리 (dissociation) 되는문제가있어 18), 이러한기구의사용은고관절의불안정성이심한경우에신중히고려되어야한다 2,27). 4) 비구컵크기 (Cup size) 비구컵의크기와탈구율의상관관계에대한연구로 Kelley 등 28) 은 56 mm 이상크기의비구컵과 54 mm 이하크기의비구컵간의탈구율을비교하였는데, 후자에서의미있는탈구율감소가있었다. 62 mm 이상의비구컵을사용한환자의탈구율이 60 mm 이하의비구컵을사용한환자의탈구율보다 3배높은소견을보여, 저자는 62 mm 이상의비구컵을사용할경우에는 32 mm 대퇴골두를사용해야한다고보고하였다. 그리고대퇴골두와비구컵크기의큰차이는탈구의위험성을증가시켰으며, 이러한차이는가관절낭이대퇴골두로부터멀리형성되어관절낭이완의소견을보이고대퇴삽입물의비구컵으로의충돌이발생하여고관절불안정성및탈구를야기시키는것으로설명하고있다. 4. 술후요인 (Postoperative factors) 대부분의탈구는대체로첫 3개월이내에발생한다 15,31,45). 재활치료및술후탈구예방조치를잘따르는환자의순응도와같은술후요인도탈구에있어서중요한역할을한다 1). 예방 (Prevention) 첫탈구후재탈구율은 33% 에이르기때문에 5), 술전탈구를야기시킬수있는요인을찾고예방하기위하여세심한술전평가가필요하다. 병력청취를통하여과거고관절수술, 고관절골절, 신경근육성질환, 정신질환, 알콜중독등환자적위험요인에대한정보를얻으며, 이학적검사를시행하여하지길이차이, 관절운동범위및고관절외전근의근력에대하여파악해야한다. 위험요인을가진환자에대해서는탈구예방을위하여수술적및술후예방조치가필요하 다. 세심한술전 templating은인공부품의이상적인위치와방위및대퇴경부절단부위 (neck cutting level) 를예측할수있다. 또한하지길이, femoral offset 및연부조직긴장도회복을위한적절한인공부품을결정하고관절운동을제한하는 skirt형대퇴골두의사용을피하는데도움이된다. 수술적위험인자는술자의조절에의해탈구의예방이가능한부분으로최대한수술적탈구요인을고려해서고관절전치환술을시행해야한다. 술중의환자의자세는인공부품을정확한위치에고정하는데가장기본적이며중요한부분이다. 앙와위에비해측와위자세에서요추부의굴곡신전및골반골의전후방회전에따라골반골의위치가변하기때문에술전정확한측와위자세로환자를고정해야한다. 술중에도인공부품삽입전에다시환자의측와위자세를확인하는것이좋다. 그리고측와위자세를잘유지시켜줄수있는수술침대의사용으로많은도움을받을수있다. 인공부품의위치및방위는고관절전치환술후안정성에중요한부분을차지하기때문에허용범위내에서인공부품이위치하도록술자자신의경험에의한외과적 landmark를가지고있는것이아주중요하다. 대퇴스템을고정하기전에 trial component를이용한안정성검사 (stability test) 를시행하여충돌유무및안정성을파악하고, 고관절견인검사로연부조직긴장도를확인한다. 비구주위골막등의연부조직이나골극에의한충돌일경우에는그제거만으로충분하다. 연부조직의긴장도가감소된경우에는더긴골두 (long neck) 로바꾸거나대전자원위전위술 (trochanteric advancement) 의방법이있다. 고관절불안정성이교정이되지않거나위험요인을가진환자에서는큰대퇴골두, elevated rim polyethylene liner, constrained acetabular cup의적절한사용으로탈구를예방해야한다. 후방도달법으로수술후봉합시에는후방관절낭과외회전근의봉합으로탈구를줄일수있다. 술후에는예를들어의자에앉고일어서거나양말을신고벗을때조심해야할행동과같이구체적으로설명하는것이환자측면에서이해하기쉽다. 탈구의위험성이높은환자에서는술후예방적보조기를착용할수도있다. A posterior approach to primary total hip arthroplasty with soft tissue repair 44) 몇몇연구에의하면후방연부조직의중요성과이의보존으로성공적인결과를보고하였고후방관절낭과단외회전근군 (short external rotators) 을봉합한후탈구의발생률이현저하게감소됨을보고하였다 39,44). 최근본원의연구에서는후방연부조직의봉합이탈구의발생률에영향을 199

120 서근택 미치는가를알아보기위해일차적고관절전치환술시후방수술적도달법으로후방연부조직을봉합한군과봉합하지않은군을비교하였다. 1993년 1월부터 1998년 12 월까지본원에서후방수술적도달법으로후방연부조직을봉합하지않았던 250 예의고관절전치환술이시행되었고그이후후방연부조직을봉합한 96 예의고관절전치환술이시행되었다. 후방연부조직의봉합을제외하면모든수술은같은방법으로시행되었다. 후방연부조직의봉합은단회전근건으로는이상근건 (piriformis tendon) 과 conjoined tendon of short external rotators를봉합하였다. 후방관절낭으로는후방관절낭을대전자로부터사다리꼴모양의피판으로분리하였고모든수술이완료된후대전자후방부에재부착시켰다. 후방수술적도달법으로후방연부조직을봉합하지않았던 250 예의탈구발생률은 6.4% 였으나, 후방연부조직을봉합하였던 96 예의탈구발생률은 1% 로감소되었으며통계학적으로의미있는차이를나타내었다. 후방연부조직의봉합은후방수술적도달법을이용한고관절전치환술후탈구를예방하는데간단하면서도가장좋은수술술기라고사료된다. 치료 (Treatment) 1. 비수술적치료 (Nonsurgical treatment) 고관절전치환술후탈구가발생한경우부분마취또는진정상태에서방사선투과기를이용하여즉각적이고부드러운도수정복을시행한다. 정복후에는방사선영상증폭기 (image intensification) 로인공부품의분리와같은비정상적인소견과안정된관절운동범위및충돌유무를확인하고, 고관절견인정도를파악하여연부조직긴장도를평가해야한다 22). 전통적으로명백한인공삽입물의위치이상이없고정복시안정된관절운동범위를보이는경우의탈구는대부분보조기를이용하여 12 주까지고정하여치료하며, 환자의 2/3 에서효과가있는것으로알려져있다 45). Clayton 과 Thirupathi 10) 는인공부품의위치는양호하지만술후탈구가발생한환자에대하여, 고관절외전보조기 (hip abduction brace) 를사용하였고 9개월추시관찰에서더이상의탈구가없었다고보고하였다. 술후불안정성을증가시키는위험요인이있은경우에도탈구의위험성또는재탈구를줄이기위하여보조기를사용할수있다 32). Mallory 등 33) 은술중불안정성이있었거나신경학적이상이있는고관절전치환술또는재치환술환자에서예방적고관절보조기를사용하였고재치환술을시행받은 3명의환자에서만탈구발생을보고하였다. 정해진고정기간은없으나손상된연부조직이회복되는 6~12주정도로생각하고있다. 후방탈구에있어서는보조기를고관절굴 곡 70 도및외전 30 도로제한하고, 전방탈구에대해서는굴곡 30 도로신전을제한한다 37). 2. 수술적치료 (Surgical treatment) 수술적치료는일차적으로재발성탈구의환자에서적응이된다. 인공부품의위치이상은없으나보존적치료에효과가없는재발성탈구환자에서도수술을고려할수있다. 재발성탈구에대한재수술율이 31~44% 까지보고되고있기때문에 1,12,15,45), 술전세심한병력청취로환자적위험요인및탈구를발생시켰던활동양상, 탈구방향, 술후첫탈구시기에대한정보를얻고, 방사선촬영으로인공부품의위치이상등탈구원인에대하여철저하게분석해야한다. 술중에는고관절관절운동으로인공부품간의충돌, 불충분한 femoral offset, 연부조직긴장도, 관절외부에서의충돌및다른가능한요인들에대하여주의깊게관찰해야하고이에따른수술적치료를실시해야한다. 수술방법으로는인공부품의재치환술, 대전자원위전위술, 충돌조직의제거, 연부조직긴장도회복과큰대퇴골두, elevated rim polyethylene liner 및 constrained cup의사용등이있다. 인공삽입물의위치이상과같이탈구의명확한원인으로보이는경우에도그수술적결과가다소실망스러울수도있기에술전철저한계획으로모든가능한수술방법을고려해준비하여야하며환자및보호자에게이러한가능성에대하여충분히설명하여야한다. 1) 재치환술 (Revision surgery) 인공삽입물의위치이상또는마모에의하여야기되는재발성탈구는인공부품의재치환술로치료해야한다. Daly 와 Morrey 13) 는비구컵의위치이상과같이불안정성의원인이확인된경우이러한환자의 70% 에서인공삽입물의재치환술로불안정성을치료할수있다고하였다. 비구컵등의다른이상은없으며마모가고관절탈구의원인으로사료되는경우에는그치료로 polyethylene liner 의재치환술을실시할수있다 37). 그러나 liner의교환그자체도술후탈구의위험인자로작용하여술후재발율이 25% 에이른다는보고가있어 8), 수술시탈구를줄이기위한다른처치가필요할수있다. 2) 대전자원위전위술 (Trochanteric advancement) 고관절불안정의요인으로불충분한연부조직긴장도가의심될때는대전자원위전위술을시행할수있다 19,27). Kaplan 등 27) 은대전자원위전위술을이용하여 21 례재발성탈구환자중 17 례에서더이상의탈구가발생하지않은것으로보고하면서인공삽입물의위치이상이없는재발성탈구의치료로대전자원위전위술은아주효과적이 200

121 고관절전치환술후탈구 고안정적인수술이라고하였다. 3) 큰대퇴골두 (Large prosthetic head) 큰대퇴골두의안정성과 cross-linked polyethylene liner 의마모에대한저항성의증가로최근탈구의위험요인을가진환자나재발성탈구환자에서사용되고있다. Beaule 등 4) 은 12 례의재발성탈구환자에대한치료로큰대퇴골두 (40~50 mm) 를사용하여 11례에서안정된결과를보고하였다. 그러나비구컵의위치이상과같은탈구의요인이있는상황에서이러한치료를시행할경우비정상적인스트레스부과로 polyethylene liner의손상이야기될수있다 21). 4) Constrained cup Constrained cup은여러번의재치환술이실패한경우, 불안정성의원인을알수없는경우및신경학적이상이나외전근기능이상이있는경우에좋은치료법으로이용될수있다 37). 비구컵의요인에서설명했듯이많은연구에서재발성탈구의효과적인치료법으로보고되었지만, acetabular cup의분리등의문제도있어신중한사용이요구되며 2,18,27) 장기추시관찰이필요할것으로판단된다. 결 론 (Conclusion) 고관절전치환술후탈구의예방및치료를위해서는탈구를야기하는여러많은위험요인들의종합적이해가필요하다. 그중에서수술적요인및인공삽입물의선택등의사에의하여교정가능한요인들이탈구의예방및치료에중요할것으로판단된다. 수술적요인중인공삽입물의위치설정도중요하며후방연부조직봉합술도탈구를줄일수있는좋은방법으로사료된다. 인공삽입물의선택측면에서큰대퇴골두의사용도탈구예방에고려되어야할부분으로생각된다. 첫탈구후재탈구의위험성이높기때문에무엇보다도탈구의예방이매우중요하다. 탈구의예방을위하여일차고관절전치환술시모든탈구요인을고려한세심한환자관리및수술적치료가요구된다. REFERENCES 11) Ali Khan MA, Brakenbury PH and Reynolds IS: Dislocation following total hip replacement. J Bone Joint Surg, 63-B: , ) Anderson MJ, Murray WR and Skinner HB: Constrained acetabular components. J Arthroplasty, 9: 17-23, ) Bartz RL, Nobel PC, Kadakia NR and Tullos HS: The effect of femoral component head size on posterior dislocation of the artificial hip joint. J Bone Joint Surg, 82-A: , ) Beaule PE, Schmalzried TP, Udomkiat P and Amstutz HC: Jumbo femoral head for the treatment of recurrent dislocation following total hip replacement. J Bone Joint Surg, 84-A: , ) Berry DJ: Unstable total hip arthroplasty: Detailed overview. Instr Course Lect, 50: , ) Berry DJ, Knoch MV, Schleck CD and Harmsen WS: Effect of femoral head diameter and operative approach on risk of dislocation after primary total hip arthroplasty. J Bone Joint Surg, 87-A: , ) Biedermann R, Tonin A, Krismer M, Rachbauer F, Eibl G and Stöckl B: Reducing the risk of dislocation after total hip arthroplasty: The effect of orientation of the acetabular component. J Bone Joint Surg, 87-B: , ) Boucher HR, Lynch C, Young AM, Engh A and Engh C: Dislocation after polyethylene liner exchange in total hip arthroplasty. J Arthroplasty, 18: , ) Burroughs BR, Rubash HE and Harris WH: Femoral head sizes larger than 32mm aginst highly cross-linked polyethylene. Clin Orthop, 405: , ) Clayton ML, Thirupathi RG: Dislocation following total hip arthroplasty: Management by special brace in selected patients. Clin Orthop, 177: , ) Cobb TK, Morrey BF and Ilstrup DM: The elevated-rim acetabular liner in total hip arthroplasty: Relationship to postoperative dislocation. J Bone Joint Surg, 78-A: 80-86, ) Coventry MB: Late dislocations in patients with Charnley total hip arthroplasty. J Bone Joint Surg Am, 67-A: , ) Daly PJ and Morrey BF: Operative correction of an unstable total hip arthroplasty. J Bone Joint Surg Am, 74- A: , ) D Lima DD, Urquhart AG, Buehler KO, Walker RH and Colwell CW Jr: The effect of the orientation of the acetabular and femoral components on the range of motion of the hip at different head-neck ratios. J Bone Joint Surg, 82-A: , ) Dorr LD, Wolf AW, Chandler R and Conaty JP: Classification and treatment of dislocations of total hip arthroplasty. Clin Orthop, 173: , ) Ekelund A, Rydell N and Nilsson OS: Total hip arthroplasy in patients 80 years of age and older. Clin Orthop, 281: , ) Fackler CD and Poss R: Dislocation in total hip arthroplasties. Clin Orthop, 151: , ) Fisher DA and Kiley K: Constrained acetabular cup disassembly. J Arthroplasty, 9: , ) Fraser GA and Wroblewski BM: Revision of the Charnley low-friction arthroplasty for recurrent or irreducible dislocation. J Bone Joint Surg Br, 63-B: ,

122 서근택 20) Goetz DD, Capello WN, Callaghan JJ, Brown TD and Johnston RC: Salvage of total hip instability with a constrained acetabular component. Clin Orthop, 355: , ) Hally D, Glassman A and Crowninshield RD: Recurrent dislocation after revision total hip replacement with a large prosthetic femoral head. J Bone Joint Surg Am, 86- A: , ) Hamilton WG and MaAuley FP: Evaluation of the unstable total hip arthroplasy. Instructional Course Lectures, 53: 87-92, ) Hedlundh U, Ahnfelt L, Hybbinette CH, Weckstrom J and Fredin H: Surgical experience related to dislocations after total hip arthroplasty. J Bone Joint Surg, 78-B: , ) Hedlundh U and Fredin H: Patient characteristics in dislocations after primary total hip arthroplasty: 60 patients compared with a control group. Acta Orthop Scand, 66: , ) Herrlin K, Pettersson H, Selvik G and Lidgren L: Femoral anteversion and restricted range of motion in total hip prosteses. Acta Radiol, 29: , ) Herrlin K, Selvik G, Pettersson H et al: Position, orientation and component interaction in dislocation of the total hip prosthesis. Acta Radiol, 29: , ) Kaplan SJ, Thomas WH and Poss R: Trochanteric advancement for recurrent dislocation after total hip arthroplasty. J Arthroplasty, 2: , ) Kelley SS, Lachiewicz PF, Hickman JM and Paterno SM: Relationship of femoral head and acetabular size to the prevalence of dislocation. Clin Orthop, 355: , ) Krushell RJ, Burke DW and Harris WH: Elevated-rim acetabular components: Effect on range of motion and stability in total hip arthroplasty. J Arthroplasty, 6(suppl); S53-S58, ) Lee BP, Berry DJ, Harmsen WS and Sim FH: Total hip arthroplasty for the treatment of an acute fracture of the femoral neck: Long-term results. J Bone Joint Surg, 80-A: 70-75, ) Lewinnek GE, Lewis JL, Tarr R, Compere CL and Zimmerman JR: Dislocations after total hip-replacement arthroplasties. J Bone Joint Surg, 60-A: , ) Mahoney CR and Pellicci PM: Complications in primary total hip arthroplasty: avoidance and management of dislocations. Instructional Course Lectures, 52: , ) Mallory TH, Vaughn BK, Lombardi AV Jr and Kraus TJ: Prophylactic use of a hip cast-brace following primary and revision total hip arthroplasty. Orthop Rev, 17: , ) Maloney WJ: Orthopaedic crossfire-larger femoral heads: a triumph of hope over reason! In opposition. J Arthroplasty, 18(Suppl 1): 85-87, ) Morrey BF: Difficult complications after hip joint replacement: Dislocation. Clin Orthop, 344: , ) Muratoglu OK, Bragdon CR, Connor DO et al: Larger diameter femoral heads used in conjunction with a highly cross-linked ultra-high molecular weight polyethylene. A New Concept. J Arthroplasty, 16 (Suppl 1): 24-30, ) Padgett DE and Warahina H: The unstable total hip replacement. Clin Orthop, 420: 72-79, ) Paterno SA, Lachiewicz PF and Kelley SS: The influence of patient-related factors and the position of the acetabular component on the rate of dislocation after total hip replacement. J Bone Joint Surg, 79-A: , ) Pellicci PM, Bostrom M and Poss R: Posterior approach to total hip replacement using enhanced posterior soft tissue repair. Clin Orthop, 355: , ) Ritter MA: A treatment plan for the dislocated total hip arthroplasty: Clin Orthop, 153: , ) Roberts JM, Fu FH, McClain EJ and Ferguson AB Jr: A comparison of the posterolateral and anterolateral approaches to total hip arthroplasty. Clin Orthop, 187: , ) Smith TH, Berend KR, Lombardi AV, Emerson RH and Mallory TH: Metal-on-metal total hip arthroplasty with large heads may prevent early dislocation. Clin Orthop, 441: , ) Suh KT, Nam TW and Choi YJ: The causative factors of dislocation after total hip arthroplsty. J Korean Orthop, 35: , ) Suh KT, Park BG and Choi YJ: A posterior approach to primary total hip arthroplasty with soft tissue repair. Clin Orthop, 418: , ) Woo RY and Morrey BF: Dislocations after total hip arthroplasty. J Bone Joint Surg, 64-A: , ) Woolson ST and Rahimtoola ZO: Risk factors for dislocation during the first 3 months after primary total hip replacement. J Arthroplasty, 14: ,

123 대한고관절학회지제 18 권제 2 호 Vol. 18, No. 2, June, 2006 Infection after THR 이상홍 조선대학교의과대학정형외과학교실 서 론 guideline 으로사용하고있다. 인공고관절수술후가장심각한합병증중하나가감염이다. 비록감염의유병률은약1% 20,37,55,57) 정도밖에되지않지만, 치료비용및사망률이증가하며결과적으로이환된환자를황폐화시킬수있다. Charnley 7) 등의초창기보고에서는인공고관절치환술후감염률이 8.9% 에이르렀으나. 수술실및수술팀에대한철저한소독, laminar airflow system. body exhaust suits, 방수성멸균포 (impervious drapes), 예방적항생제투여등의처치와수술술기의발전으로근자에는감염률이감소하고있다. 감염성인공고관절의치료는적절한항생제투여, 철저한변연절제술및이물질제거술후에일단계혹은이단계로재치환술을하는방법이일반적으로받아들여지고있으나고관절의기능성, 치료의비용및효능, 진단의불확실성, 항생제사용기간, 감염원인균의박멸여부등의여러문제에있어아직까지이견이많은상태이다. 더구나이러한일반적인치료에실패한경우는절제관절성형술이나관절유합술, 심지어절단이필요할수도있으므로, 조기의정확한진단과적절한치료방법의선택이매우중요하다고하겠다. 최근에는치료의결과와예후에영향을미치는감염의종류, 전신및국소인자에대한 staging system 이사용되고있다 26,27) (Table 1). 첫번째인자는감염의종류로시기와방법에따라 early postoperative deep infection, acute hematogenous infection, late or chronic infection의세가지로분류하였다. 두번째인자는환자의전신상태와면역기능에관한것이고, 세번째인자는국소창상에관한것으로, 각각에대해서 uncompromised, compromised, significant compromise의세단계로나누어서치료방법선택에있어 통신저자 : 이상홍광주광역시동구서석동 588 번지조선대학교의과대학정형외과학교실 Tel: Fax: shalee@chosun.ac.kr 원인 Fitzgerald 등 20) 의보고로는 gram-positive균이염증환자의 3/4 에서추출되고 staphylococcus epidermidis가가장흔하게추출되는균이며 staphylococcus aureus보다거의 2배정도흔하게추출되었다. Methicillin에저항하는 staphylococcus epidermidis균은적었으나 (17%), 대부분의균 (93%) 이 β-lactamase를분비하여 β-lactam ring을가진항생제에저항력을가졌다. 반면에 staphylococcus aureus균은 50% 에서 methicillin에저항력을가지며 100% 에서 β-lactamase를분비하였는데과거 15년동안 1세대 cephalosporin을염증예방목적으로광범위하게사용한것이 β-lactamase를분비하는균의출현의원인으로생각할수있지만아직은예방목적으로사용하는항생제를바꿀이유는없는것같다. 그이유는 enzyme을분비하여항생제에내구성을갖는균의출현과변화가있었다고하더라도염증빈도가낮았기때문이다. 다른양상의항생제에대한내성은 exogenous host factor 와세균과세균의 extracellular product가복합적으로섞여서생성된 biofilm에의한내구성이다 20). 한때알려진바로는 virulent staphylococcus aureus는 extracellular product를생성하여염증을일으킨다고하였다. Fibronectin과혈장단백질이 staphylococcus aureus 와결합하여세균이골시멘트, chrome-cobalt alloys, titanium 그리고 polyethylene등의 biomaterial에부착시키는역할을한다. 이렇게 staphylococcus aureus균이인공관절에부착됨으로서백혈구에의해서 phagocytosis되는작용을감소시킨다. staphyolcoccus epidermidis균과다른 coagulasenegative staphylococcus균이 glycocalyx or slime이라고하는 extracellular glycoprotein이세균을인공관절에부착시키는역할을한다. 흥미롭게도 glycocalyx는이물질이나이물질역할을하는죽은조직이없을경우에 virulent property를가지지않는다 5). 인공고관절염증이있는 105명환자에서 staphylococcus epidermidis의 203

124 이상홍 Table 1. A staging system for prosthetic joint infection Infection type I. Early postoperative deep infection occurring < 4 weeks of prosthesis implantation II. Acute hematogenous infection occurring in an otherwise well-functioning prosthesis (< 4weeks duration) III. Late or chronic infection (all infections > 4 weeks duration) Systemic host grade (medical and immune status) Compromising factors Systemic inflammatory disease (rheumatoid arthritis, systemic lupus erythematosus) Immunosuppressive drugs (corticosteroids, methotrexate, azathioprine) Systemic immune compromise (HIV infection, acquired immunodeficiency syndrome) Renal failure (requiring dialysis) Hepatic insufficiency (cirrhosis) Diabetes mellitus Cardiac insufficiency (<40% ejection fraction) Pulmonary insufficiency (room air arterial blood gas O2 < 60%) Chronic malnutrition (albumin< 3 g/ dl ) Metastatic disease not of immune origin Chronic indwelling catheter Nicotine use Alcoholism A. Uncompromised (no compromising factors present) B. Compromised (1 or 2 compromising factors present) C. Significant compromise (more than 2 compromising factors present) or one of the following: White blood cell < 1000 CD4 T cell count < 100 Intravenous drug abuse Chronic active infection other site Dysplasia or neoplasm of immune system Local extremity grade (wound) Compromising factors Multiple incisions (creating skin bridges) Soft tissue loss (requiring soft tissue coverage) Sinus tract formation Subcutaneous abscess > 8 cm 2 Vascular insufficiency (absent pulses, chronic venous stasis disease, calcific arterial disease) Prior periarticular fracture Prior local irradiation Active infection (> 3~4 months) Reflex sympathetic dystrophy 1. Uncompromised (no compromising factors present) 2. Compromised (1 or 2 compromising factors present) 3. Significant compromise (more than 2 compromising factors present) 52% 와 staphylococcus aureus의 28% 에서 glycocalyx 를분비하였다 11). Glycocalyx가항생제내구성을발생케하는기전은 biofilm의화학적성분에의해만들어진두꺼운물질의벽을항생제가침투하는것을방해하는기전, biofilm의 microenviroment나 biofilm 내의세균의신진대사상태에의해서항생제의멸균활동을무력화한것으로사료된다. 최근에 vitro study에서 vancomycin이나 rifampin 같은항생제는 biofilm을침투하여인공관절의표면에멸균할수있는농도에도달한다고보고하고있다 32). 그러나 72 시간치료후이항생제들이실제로는인공고관절의염증을제거하는못한임상결과가보고되고있다 29). 이러한결과로보면세균의 microenvironment나세균의신진대사의변화가 biofilm 생성원인이되는것으로추정되며더욱이검사결과가 planktonic bacteria 즉 free-living individual organism에대한항생제의효과에대한보고 22) 로치료할경우 biofilm내즉인공관절의표면에부착된 sessile form의세균은 planktonic bacteria보다항생제에내구성이더강하기때문에치료에 204

125 Infection after THR 어려움이있다. 그러므로항생제 biofilm-eradicating concentration 이일상적인 minimal inhibitory concentration보다 in vitro에서항생제역할을측정하는데더정확한것으로사료된다. 만약원인균이 glycocalyx를생성하면인공고관절을제거하고 debridement을하여도균이남아있을확률이높다. 그러므로현재로서는 glycocalyx를생성하는균이추출되었을경우인공고관절의염증치료에있어서 one-stage reconstruction을피하는것이좋을것같다. 과거에는적절한검사를하지않았으므로확실치는않으나 onestage reconstruction 후에 20~25% 의염증재발은 glycocalyx 생성에의한것으로추정된다. 그러므로수술전에고관절흡입이나제한적생검을통해균의추출이중요하고 staphyolcoccus의 glycocalyx 생성유무를반드시아는것이중요하다. 진단고열, 발한, 전신허약등의전신적증상과함께고관절주위의창상배농, 홍반, 부종등의국소증상을보일경우감염이있다고할수있다. 하지만불행하게도많은인공고관절수술후감염은무증상이고때때로감염의분명한증거나징후를보이지않는다. 일반적으로기능적이고무통성의인공고관절에서의갑작스런통증의발현은감염을의심할수있는유일한전조이며진단은여러검사결과를종합해서전적으로의사의경험과판단에의해이루어져야하고, 조기에정확한원인균을밝혀내는것이치료의성공을위해무엇보다도중요하다. 특히감염성해리를무균성해리로오진하여감염된조직으로인공관절을재삽입하게되면지속적인감염을초래하는위험이닥쳐오게되므로이들의감별은매우중요하다고하겠다. 술전진단 (preoperative diagnostic test) 1. 병력조사및이학적검사 감염이의심되는경우항상시행하여야하며민감도및특이도는각각 20% 와 96% 로보고되고있다 61). 급성감염에서 leukocytosis를보이고특히 immature neutrophil이증가하며, 무증상의감염시에는정상혹은약간상승된정도를보인다. 2) ESR과 CRP 혈액검사소견으로적혈구침강속도 (ESR). C-반응단백 (CRP) 과백혈구 (WBC) 의수치는감염환자에서유의하게증가된결과를보인다 32). 최근연구에서 30 mm/h 이상의 ESR 을보인경우는 82% 의민감도, 85% 의특이도, 58% 의양성예측도 95% 의음성예측도를보인다고하였다 61). ESR의증가는다른부위의감염이나염증성관절염, 교원성혈관질환, 악성종양, 최근외과적처치등의영향을받기도하고합병증이없는경우에도수술후정상화되기까지 12 개월이걸리기도한다 59). CRP는감염에대하여좀더민감하여수술후 3주이내에정상화되며 10 mg/l 이상의결과는감염의진단에 96% 의민감도, 92% 의특이도, 74% 의양성예측도, 99% 의음성예측도를보인다 61). 따라서정상범위의 ESR 과 CRP 를보이는경우는감염의진단을배제할수있으며, ESR 이나 CRP 혹은두개모두증가된경우는감염을의심하고계속적인정밀검사를시행하여야한다. 최근에 ESR 과 CRP 는실패한인공고관절수술, 특히감염성일경우일차진단양식으로사용되어지고있고감염의치료후에그효과를 monitoring 하는데에도유용하게사용되고있다. 3. 방사선검사 1) 단순방사선검사단순방사선검사는감염의초기에는정상으로보일수있으며무균성해리와감별하기가어렵기때문에, 고품질의연속적인촬영이중요하여, 감염을시사하는소견으로는골막염, 국소적골감소, endosteal scalloping, wire 나 cable 주위의 ring osteolysis 등이있다. 우선자세한병력조사를통해서감염의위험인자를찾아보아야하고. 지속적인배농관이나창상치유지연의과거력이있는지를알아보아야한다. 동통은감염과관련된중요한증상의하나로 5), 무균성해리의동통과감별점은움직이는동작이나체중부하와관계없이지속되는데있다. 세밀한이학적검사를통하여종창, 국소열감, 홍반, 국소압통, 배농관등의유무를관찰하여야한다. 2. 혈액검사 1) CBC with differnetial count 2) Ultrasonograph 초음파검사로농양의존재를알수있으며, 감염을시사하는소견인두꺼워진피막을관찰할수도있고, 또한농양의위치를파악해서흡인하여적절한검체를얻을수도있다 23). 3) Radionuclide imaging (Bone scan) 방사선동위원소검사는인공고관절감염의진단시보조로사용되어지고있다. 99m TC를사용한 three phase bone scan은감염성및비감염성해리시모두 uptake가증가되어특이도는낮지만민감도는매우높다 32). 또한수 205

126 이상홍 술후 1년이지나도 uptake가증가되는것이정상으로특이도는더욱떨어진다고하겠다. 좀더 specific한 67 Ga scan 과병용하여사용하면진단의정확도를높일수있으며 32,47) 가장믿음직한조합은 111 Indium-labeled leukocyte scan과 Tc scan을하는것으로이의민감도와특이도는각각 100% 와 98% 을보였지만 routine으로권장하기보다는감염이의심되나항생제사용등으로인하여다른검사가음성으로나올때시행해볼것을권장한다 32,47). 111 Indium-labeled nonspecific polyclonal IG-G와 Tc-labeled monoclonal antigranulocyte antibody를이용한새로운조영방법이기대가되고있지만좀더연구가필요하다. 4. 관절흡인검사 (joint aspiration) 인공고관절수술후실패에일상적인선별검사로사용되어왔는데검사의민감도 (50~93%) 와특이도 (82~97%) 의편차가커서다양한의견이제시되고있으나, 모든재치환술환자에서시행하는것보다감염이의심되는환자에서시행하는것을권유하고있다 4,16). 방사선투과기하에실시되는고관절천자는현재 ESR 과 CRP 값이진단에정확치않을때이차적인진단방법으로사용되고있다. Spangehl 등 61) 은 ESR 과 CRP 가상승되어있는경우술전고관절천자가양성이면감염일가능성이 82% 에서 89% 까지증가된다고하였다. 고관절천자및 ESR, CRP 가모두음성일때는감염의가능성이 0% 이다. 고관절천자의효용성으로는 (1) 감염의존재를확진하고균주를파악할수있다는것 (2) 수술직후부터사용할항생제선택을위한배양물을얻을수있는것 (3) 골시멘트에첨가할항생제를알아낼수있다는것등이다. 이전의항생제사용이나저독성세균에의한위음성의결과도있어해석에주의를요하며 16), 시술전에항생제를사용한환자에서관절액내의젖산 (lactic acid) 의증가가보이면감염성관절염을의심할수있다. 고관절천자시행시정확성을높일수있는방법은 (1) 천자전항생제를약 2~3 주간끊어야하고 (2) 국소마취제는 bacteriostatic하므로국소마취제를사용시는천층에만국한되어야하며 (3) Arthrogram을실시하여관절내위치함을확인하여야한다. (4) 한번의천자로여러개의 sample을얻어야하며 (5) 천자중활액조직에대해세침조직검사를실시한다. 술중진단 (intraoperative diagnostic studies) 모든수술전검사에서감염음성결과가나왔음에도불구하고수술중에감염이의심스러운조직이관찰되면 synovial fluid에대한 gram stain, 감염의심조직에대한 frozen section 과 tissue culture를시행할수있다. 1. Gram stain Gram stain은검사가민감도 (0~23%) 가낮고저독성세균에의한감염이나만성감염에서는위음성의결과가도출되기쉽다 9). 만일 gram stain을위해조직을얻고자한다면위양성의결과를초래하는술중오염의가능성을막기위해감염환경에서재빨리얻어야한다. 2. Frozen sections 술중감염의심조직에대한동결절편 (frozen section) 으로감염성해리와무균성해리를감별하는데중요한정보를얻을수있는데시행하는동결절편은얼마나많은염증세포들이존재하는지를알기위해사용된다. 고배율상 5 개이상의 PMNL(polymorphonuclear) 이보이면그민감도와특이도는각각 80% 와 90% 이상이며 10 개이상이보인다면민감도의감소없이특이도는 99% 까지증가한다 40). 만약 frozen section이음성소견이면재치환술을계속진행할수있으나고배율상 10개이상의 PMN (polymorphonuclear) 세포가발견되면인공관절을재삽입하지말아야한다 40,44). 3. Cultures 수술중에시행하는 tissue culture는감염성인공고관절을진단하는데있어 gold standard로최근에보고된바에의하면민감도와특이도가각각 94% 와 97% 를보이고있다 14). 그러나과거문헌 44) 에의하면이방법은높은위양성률 (6~29%) 을보이고있는데정확성을향상시키기위해몇가지방법들이권유되었다. (1) 우선가장감염이의심되는부위의조직을받드시채취해야하며 (2) 검체가얻어질때까지최소 2주전에는항생제를중단할것 (3) culture를위한기구가피부에닿지않도록해야하며 (4) 검체를얻을때소작되지않은, 세척을하지않은부 206

127 Infection after THR 위에서재빨리얻을것 (5) 표본을얻기전에항생제가섞인세척액을사용하지말아야하고 (6) 가능한빨리미생물실험실에보내져야하며 (7) 적어도 3개이상의표본을채취하여야위음성이나위양성이없이정확도를높일수있고 (8) 최소 5일이상배양해야하고 (9) 운반중에오염되지않게주의를기울여야한다 14,48). 4. Polymerase chain reaction 향후진단의정확도를높이는연구로분자생물학적및면역학적기법에대한연구가많이행하여지고있는데 IL- 2, gamma interferon의측정 PCR(polymerase chain reaction) 기법을이용하여 bacterial DNA or RNA remnants를검사하는방법등이연구되어지고있다 25). PCR 은삽입물주위의활막액에서채취한핵산을증폭시켜이로부터 bacterial DNA의존재를선별하는것으로매우적은 bacteria가있을때도감염을진단할수있어전통적인미생물검사보다도더나은민감도를보인다 23,24). 그러나아주작은양의핵산도검출할수있기때문에결과적으로높은위양성률을보일수있는데오염의가능성이있는부분에서의 bacrterial DNA의검출은삽입물주위환경이무균성이고 bacteria가없다할지라도양성의 PCR 결과를가져올수있기때문이다. 위양성을줄이기위해 bacterial species specific PCR primer가개발되었다고는하나이검사방법이임상적으로널리사용하기는이르다. 5. 장래의 Immunologic 및 Molecular Diagnostic Techniques 골시멘트를사용한인공고관절및슬관절치환술후무균성해리가있는환자에서채취한 mononuclear cell이골시멘트의 10 mm내의가루에노출이될경우 T-cell 반응과 cytokine 분비를관찰하였는데염증성인공관절환자에서이러한반응이보다현저한수치의증가를보였으며 interleukin-2 수치는통계적의의가있게증가하였고 gamma interferon의수치또한증가하였으나통계학적인의의는없었다 25). 향후더욱더많은연구가필요하겠지만염증의유무가불확실한경우에가장좋은방법이아닐까사료된다. 최근연구로는염증성해리와비염증성해리에반응하는 T-cell의반응범위가다르다는주장이제기되고있는데이것이임상에서확인되면이상적진단방법이될것이다. 결론적으로감염의진단은 (1) 철저한병력조사와세밀한이학적검사 (2) 고품질의방사선사진을촬영하여이전의사진과비교 (3) ESR 과 CRP 를검사하여모두정상이면더이상의검사가필요없으나, 이상소견이있거나감염이의심스러우면 hip joint aspiration을시행 (4) Hip joint aspiration에서음성결과가나왔으나감염이계속의심되면, 의사의경험과판단으로여러가지검사 ( 반복적흡인, 관절경이나초음파를이용한생검, 핵의학검사 ) 를차례로시행 (5) 이상의모든수술전검사가음성이면, 감염성해리와무균성해리를감별하는것은수술중검사 (gram stain, frozen section, tissue culture) 를통해이루어진다. 치료감염치료의일차목표는원인균을없애고기능을보존하는것으로몇가지방법들이사용되고있다. (1) 1단계재치환술, (2) 2단계재치환술, (3) 절제관절성형술, (4) 삽입물을둔채변연절제술만하는것, (5) 장기항생제치료, (6) 삽입물둔체관절경기구로변연절제술을시행하는것, (7) 고관절관절고정술, (8) 고관절이단술등이다. 치료방법의선택은감염의급성여부, 병원균의독성, 골과주위연부조직의상태, 삽입물의안정성, 그리고환자의내과적상태와시술을받고자하는환자의의지등을고려하여선택하게된다. 1. 감염된인공고관절의재치환술지난 20 여년간시행된감염된인공고관절의재치환술의결과를살펴볼때초기의연구는항생제를혼합한시멘트형인공관절재치환술이주류를이루어왔으나시멘트를사용한비구컵이나대퇴주대는수년후에무균성해리의빈도가증가하게되어, 최근에는무시멘트형재치환술이보다보편적인시술법으로받아들여지고있으며, 감염의재발률도시멘트사용시와비교하여볼때유의한차이가없다고보고되고있다 19,25,35,64). 삽입물주위감염의치료원칙은원인균을박멸하여무균성환경을만들어삽입물의재치환술을시행하는것으로우선철저한변연절제술과이물질의제거가가장중요한단계이다. 207

128 이상홍 1) 일단계재치환술 (single stage revision for infection) 철저한변연절제술과동시에항생제를함유한시멘트를이용하여삽입물의재치환술을시행하는방법으로일회의수술로치료가되어환자들이선호하는경제적이점이있다. 초기연구결과일단계재치환술이별로좋지않은결과를보여 3,15,21) 북미에서이단계치환술을시행하는경향 21,31,38,43) 이있었으나, 비용의효능에관한연구 58) 후에다시일단계치환술에관심을갖게되었고, Callaghan 등 6) 은선택적인환자에서일단계재치환술을시행한후 10 년이상관찰결과에서 91.7% 의성공률을보고하고있으며최근 Jackson과 Schmalzried 33) 는일단계재치환술로치료한여러문헌을분석, 결과를보고하였는데, 99% 에서항생제가함유된시멘트를사용하였으며, 최종추시에서 83% 가좋은결과를얻었고, 실패한경우는다균주감염 (polymicrobial infection), 그람음성균 ( 특히 pseudomonas) 감염이나일부그람양성균 (methicillinresistant staphylococcus epidermidis, group D streptococcus) 감염에서였다. 항생제를함유하지않은시멘트를사용한결과 (58%) 는항생제를사용한경우 (83%) 보다현저히낮은성공률을보이기때문에항생제가함유된시멘트의사용은필수적이라하겠다 30,42,56,65,68). 일반적으로항생제를함유한시멘트를이용한일단계치환술의적 응증은 6,33) (1) 환자의건강상태가양호하며, 특히당뇨, 류머티스관절염, 면역결핍증등이없는환자 (2) 원인균이항생제에민감한경우 (methicillinsensitive staphylococcus epidermidis, staphylococcus aureus and streptoccus) 나 nongylcocalyx producing bacteria인경우 (3) 배농관이없어서완전한변연절제술이가능한환자 (4) 주위연부조직이나골조직이재건술에적당하여야하며 (5) 여러번의수술을견딜수없는노인환자인경우이다. 2) 이단계재치환술 (two stage revision for infection) 일단계로감염된삽입물을제거하고공간을채우는항생제를함유한시멘트를넣고추후감염의증거가없어지면재치환술을시행하는방법으로감염의치료에좀더좋은환경을제공한다는점과무시멘트형삽입물을선택할수있는장점이있다. 이단계재치환술에서항생제투여기간, 각단계사이의기간, antibiotic bead와 articulated spacer의사용, 동종골의이식, 시멘트형또는무시멘트형삽입물의선택등은아직논의대상이되고있다. 대부분의저자들은 4~6 주간의항생제정맥투여를권장 38,43,53) 하고있으나 Haddad 등 25) 은각단계별수술후 5~7 일간만항생제를정맥투여하였으며몇몇연구 41,66) 에서는원인균이민 감하다면항생제를함유한시멘트의효과로각단계사이의항생제정맥투여는꼭필요하지않다고하였다. 각단계사이의기간은이견이많은상태로초기연구 31,43) 에서는일단계수술 1년후에이단계재치환술을시행하였으나최근에는 10 주간격 62), 6주간격 38), 혹은 3주간격 24) 으로시행하여좋은결과를얻었다는보고도있다. 대개일단계수술후 6주에서 3개월후에이단계재치환술을시행할수있으며짧은간격으로재치환술을시행하면고관절의기능장애기간을줄일수있고이단계재치환술을좀더수월하게시행할수있는장점 10) 이있다. 감염성해리가오래지속되면대퇴골이나비구에심각한골결손을초래하여골이식을필요로하는경우가많고이때는시멘트형삽입물을선택하기어려우며이식골이부골화되어지속성감염을초래할수있어재치환술의금기로생각되었다. 이단계재치환술과동종골이식술을시행한연구 1,24,67) 에서동종골이식술을사용하지않은재치환술보다감염의재발률이높지않았으며골결손이심한경우에이단계수술시골이식술후에골유합이이루어지면고정물로재치환하는삼단계재치환술이제시 46) 되기도한다. 각단계사이에도고관절의기능을유지하고하지길이를유지할수있어이단계재치환술을쉽게시행할수있는방법으로고안된 PROSTALAC(prosthesis of antibiotic-loaded acrylic cement) 또는그와유사한 spacer(fig. 1) 가현재많이쓰이며좋은결과를보여주고있다 13,41,62,69,70). 현재의 PROSTALAC system (Depuy, Warsaw, IN) 은 constrained cemented acetabular component와 modular femoral component로이루어져있으며수술중에주조물을이용하여시멘트를스템의곁에도포한다. 최근에는이 PROSTALAC system이없는병원에서도세척용 syringe bulb(fig. 2) 를이용하여쉽게만들수있는대체물이소개되고있다 51,60). 이단계재치환술시국소항생제의농도를유지하고술후감염의박멸을위해서시멘트형삽입물을선택하는것이과거추세였으나최근의연구에서시멘트형재치환술의장기추시결과높은해리율을보고 2,12,17,18,34,50,52,63) 하였으며감염된인공고관절에서무시멘트형삽입물을이용한재치환술의결과 19,25,35,64) 도시멘트형과유사한감염의치료율을나타내었다. 무시멘트형재치환술의생존율이장기추시에서좋은결과 28,36,45,49) 를보이고있으며골결손이동반되어분쇄성도는구조성골이식술이필요한경우가많은점을감안하면감염의박멸과삽입물의장기생존이라는두가지중요한목적을달성하기위해서는무시멘트형의재치환술이점점설득력을얻어가고있다. Moreland 등 45) 은항생제가섞인시멘트를사용한대퇴부고정은 92% 의성공률의우수한결과를보였고무시멘트형은높은해리율 (18%) 과재감염율 (18~30%) 을보였다고하였으나 208

129 Infection after THR Fig. 2. Medullary dowel spacer and the cement gun nozzle used to prepare the spacer, and hand molded cement spacer over a Steinman pin after retrieval, bulb syringe technique for the fabrication of a cement spacer. Fig. 1. The metal mold, made of stainless steel, used to make the femoral component of the cement prosthesis. Fehring 등 19) 은 4.8 년의추시결과인공고관절감염환자 25 예에서 23 예 (92%) 의성공적인치료결과를보고하였고 24 예에서방사선학적으로골성장의결과를보였다고하였다. Haddad 등 25) 도인공고관절감염환자에서무시멘트형대퇴골고정시 50 예중 46 예 (92%) 에서성공적인결과를보고하였다. 3) 삼단계재치환술 (three-stage revision for infection) 불행히도염증이있는인공고관절과골시멘트제거후뼈의구조가심하게손상된경우가많아 3단계재치환술이필요하다. (1) 인공고관절과골시멘트를제거하고 4주간의특정한항생제를비경구적으로투여 (2) 절제관절성형술후 3-12 개월후에동종또는다른사람의뼈를사용하여비구와대퇴부에뼈이식술을시행 (3) 이식된뼈가유합되고성숙된후에인공고관절재치환술을시행하는것이다. 골시멘트를사용한인공고관절수술후염증때문에심한골손상을초래한젊은환자에게서 structural allograft를시행하는것에대해높은실패율이보고 43) 되고있으나 anatomy의재건은고관절기능회복에있어서중요하다. 동종뼈이식의양이제한되어있으므로 autograft와 allograft bone을 particular form으로섞어사용하는것이합리적이라고볼수있으며이식된뼈가 vascularized되어충분히 mature되어인공관절을지탱하기에는 6~12 개월정도의시간이걸린다. 이러한기법은새로운방법이고 custom prosthesis가필요하지만동통이없는기능적관절을가능하게하며동시에뼈이식을하여골성장이일어나면인공관절이비구와대퇴부에견고히부착되어긴시간동안물리적안정성을유지할수있다. 2. 절제관절성형술 (resection arthroplasty) 모든삽입물과감염된조직을제거하는방법으로술후환자들은재치환술과동일한항생제치료를하게된다. 적응증으로는 (1) 항생제내성의원인균이존재할때 (2) 골과연부조직의상태가좋지않을때 (3) 감염이재발되기쉬운위험인자를가지고있는환자 ( 만성면역억제환자, 마약사용자 ) (4) 재치환술후치료방법을견딜수없거나의지가없는환자 (5) 내과적으로수술을견뎌낼수없는환자인경우이다. 비록이방법이감염을줄이고 (98%), 동통을제거하는데효과적이기는하지만기능상의결과는재치환술을한경우보다좋지않았는데하지부동으로인한보행시많은에너지소비가요구된다 5). 209

130 이상홍 3. 삽입물치환없이변연절제술만하는것 (Debridement and prosthesis retention) 급성초기감염혹은만기급성혈행성감염에서증상발현초기에철저한변연절제술을시행하고삽입물의안정고정이확인되었을때에선택적으로시행하면상당한성공률을얻을수있다 (71%). 특히 FBI(foreign body infection)study group 71) 에서는감염이환기간이짧고안정적삽입물을가진선택적인환자에서철저한변연절제술후에 3~6개월의 ciprofloxacin과 rifampicin의병용투여로 12 명의대상환자모두에서삽입물의제거없이감염이완치되었다고하였으며, 특히장기간의항생제투여에도잘반응하지않는 surface-adhering, device associated staphylococci의치료에있어기존의 quinolone계의항생제이외에 rifampicin의역할을강조하고있다. 하지만만성감염에서는매우저조한결과가보고되고있는데, 그이유는삽입물표면에균주에의해생산된 polysaccharides와다양한 host molecule로구성된 bacterial biofilm 11) 이형성되기때문이다. 일단 biofilm이형성되어균주가여기에흡착되어살아가게되면중성구 (neutrophil) 에게탐식되지않게되며항생제도효과가없어지게된다. 따라서감염된인공고관절표면에 biofilm이형성되기전인급성기에는삽입물제거없이철저한변연절제술과적절한항생제투여만으로치료가가능하나, 대부분의감염된인공고관절은삽입물제거와철저한변연절제술후에일단계혹은이단계재치환술로치료하는것이 gold standard 이다. 4. 장기항생제치료 (long term antibiotic supression) Goulet 등 22) 은수술을거부하거나대수술 (extensive surgery) 을받기불가능한 19 명의환자를대상으로시행한장기항생제치료에서 37% 의환자가결국재치환술을받았으며, 11% 환자에서는지속적인배농관이관찰되었다고하였다. 이단계재치환술이더올바른치료라고생각되지만, 장기항생제치료는경구항생제에반응하는균주에의해생긴급성감염이면서, 대수술을받기불가능한상황의환자에서선택적으로사용해볼수있는치료방법이라고생각된다. 5. 삽입물치환없이관절경기구로변연절제술을시행하는것 (arthroscopic debridement and prosthesis retention) Zoli 등 72) 은만기급성혈행성감염에서관절경을이용하여배농, 세척, 변연절제술을시행하고지속적인항생제복용으로 70 개월추시상감염의재발이나방사선학적변화 가없었다고하였다. 이방법의최소침습적인면은내과적으로광범위한수술이어려운환자에서는개방적변연절제술의대안이될수있을것으로보인다. 하지만관절경적수술의한계, 즉적절한변연절제술이될수있을것인가에대한의문과평생항생제를복용하여야한다는문제가있다. 6. 고관절관절고정술 (Hip arthrodesis) 과고관절이단술 (Hip disarticulation) 구제술식으로다른방법들이모두실패하였거나금기증일때사용하는방법이다. 고관절고정술은높은기능적요구를가진젊은환자가인공관절수술을실패하였을때유용하며고관절이단술은생명을위협하는감염이존재할때, 심한연부조직및골조직의소실이있을때, 혈관손상이있을때적응이된다. 비록고관절이단술이기능적으로심한장애를보이기는하지만감염을없에는데는효과적이고적응이되는환자에서는어느정도받아들여질만한결과가보고되고있다 24). 결 현재고관절수술후중요한화제중의하나인인공관절수술후감염에대한문제는아직도논란이많으며확실한해결책을찾아가고자노력하고있다. 비록최근의문헌연구에의하면확실히규명된새로운진단방법등은없지만조금더정확한진단방법들 (PCR, radionuclidelabeled immunoglobulin등 ) 이소개되어지고있다. 치료면에서볼때최근에는대퇴고정에있어시멘트고정유무및 1단계혹은 2단계재치환술의방법등의효용성에대해다양한연구가이루어지고있으며각임상에성공적으로적용하기위해서는의사는환자개개인에대해정확한진단과적절한치료방법을선택하여야할것이다. 론 REFERENCES 11) Alexeeff MN, Morsi E, Garbuz D and Gross A: Structural allograft in two-stage revisions for failed septic hip arthroplasty. J Bone Joint Surg, 78-B: , ) Amstutz HC, Ma SM, Jinnah RH and Mai L: Revision of aseptic loose total hip arthroplasties. Clin Orthop, 170: 21-33, ) Balderston RA, Hiller WD and Iannotti JP: Treatment of the septic hip with tot al hip arthroplasty. Clin Orthop, 221: , ) Barrack RL and Harris WH: The value of aspiration of the hip joint before revision total hip arthroplasty. J Bone Joint Surg, 75-A: 66-76, ) Brause BD: Infections associated with prosthetic joint. 210

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134 대한고관절학회지제 18 권제 2 호 Vol. 18, No. 2, June, 2006 골반골골용해의치료시잘고정된무시멘트비구컵의재치환술 장준동 한림대학교의과대학한강성심병원정형외과학교실 서 골반골의비구컵주위골용해치료시무시멘트컵이잘고정되어있는경우치료방법은비구컵을유지시키는방법과비구컵을재치환하는방법으로대별할수있다. 최근, 여러저자들에의해비구컵을유지시키며치료하는방법이다양하게소개되고있으나 2,5,17,15,19,20) 그적응증은제한적이며논란의여지가있다. 특히, 젊은환자들에서는기존의비구컵을유지하는경우새롭게개발된관절면으로교체를못하고기존형태의라이너를사용하여야하는한계가있다. 이에저자들은골반골의비구컵주위골용해의치료로서잘고정된무시멘트비구컵의재치환술에대한이론적배경과술기를기술하고, 비교적젊은연령의환자들에서잘고정된무시멘트컵을가진비구부골용해의치료시시행한비구컵재치환술의임상적, 방사선학적결과를분석해보아그유용성을기술하고자한다. 론 이론적배경 골반골의비구부골용해는무시멘트인공고관절전치환술후발생하는가장흔한합병증이나 8,10-16,19,20,22,23), 심각한골결손과해리가발생할때까지증세가나타나지않는다. 따라서, 골반골골용해는진단과치료에어려움이있으며그방법에도논란이있다. 골용해는시멘트컵에서는해리를일으키나 14,15,16,24) 무시멘트컵은비구컵주위에광범위한골용해가나타날때까지해리가없이잘유지된다 10,12,14-16,21). 따라서, 증세가없더라도골용해에대한주기적인검사와관찰이필요하다. 골용해와해리의진단은순차적방 통신저자 : 장준동서울특별시영등포구영등포동 한림대학교의과대학한강성심병원정형외과학교실 Tel: Fax: jdchangos@yahoo.com 사선사진을통하여할수있으나, 방사선사진소견은실제소견보다과소평가될수있어전산화단층촬영을이용하기도한다 (Fig. 1). 비구부골용해의치료시불안정한비구컵, 즉해리가있는경우는비구컵을재치환하여야한다는데에이론의여지가없다. 그러나, 안정적인비구컵주위의골용해를치료할때비구컵을재치환하여야하는지에대한기준은명확하지않으며, 인공고관절전치환술에서가장논란이되는분야중하나이다. 또한잘고정된무시멘트비구컵주위에골용해가발생하는경우수술시기를결정하는것도쉽지않다. 무시멘트비구컵은광범위한골용해가있어도부분적인골내성장부위로인해해리가발생하지않을수있으며 10,12) 골용해가진행되어증상이나타날때는심각한골결손이동반되므로재치환술이어렵다 10). 이러한경우에는구조적손상, 즉골반골의연속성파괴와골주의결손이발생할수있다 10,13,15,21). 그러므로안정된컵을갖는환자인경우증세가없어도수술적치료를하여야하는데이를환자에게이해시키는것은쉽지않다. 점진적진행성골용해가있는경우, 특히 3~6 개월추시기간에서급격한변화가있다면수술적치료를필요로한다. 과거에는안정된비구컵을제거하여야골용해부위를모두노출시켜완전한치료가가능하다고생각하였으나 10,13,16) 최근에는다른치료방법들이소개되어이용되고있다. 이방법들은골용해부위를변연절제하고골또는골대체물을이식한후라이너를교환하는것이다 2,5,17,15,19,20). 이경우이식을하지않는경우도있다. 이치료방법의이론적근거는 1) 마모편을형성하는관절면의치환, 2) 골용해를유발하는조직의제거에있다. 즉, 안정적인비구컵주위의골용해치료는 1) 비구컵을제거하고결손부위에골이식을하고비구컵을재치환하는방법과, 2) 라이너교환과변연절제를하고용해된부위를처치하는방법으로대별할수있다. 이두방법모두장단점이있다. 골내성장이잘된비구컵을제거하는것은재치환술시골용해의노출이용이하지 214

135 골반골골용해의치료시잘고정된무시멘트비구컵의재치환술 만골손실의우려와무시멘트비구컵에골내성장이되어야한다는어려움이있다. 반대로내성장이잘일어난안정적인비구컵을유지하는것은부과적인골손실을피할수있지만, 라이너의교환시골용해의불완전한노출, 비조립형스템에서라이너교환후탈구등의우려가있다 10,13,21). 최근에잠금장치가불량하고교환을위한재치환용라이너를구할수없는경우, polyethylene 라이너에시멘트고정을하며비구컵을유지시키는방법이소개되어있다 4,7). 이방법을사용하면비구골절, 골결손, 무균성해리의방지및조기재활등의장점이있는데 1,9), 비교적좋은임상결과가보고되고있으나아직단기추시결과들이므로장기추시결과를요하는상태이다 7,6,18). 수술시주의할점은라이너를시멘트멘틀의중앙에위치하도록하여라이너가금속에직접접촉하지않도록위치시켜야한다는것이다 3). Maloney 등은무시멘트비구컵주위의골용해치료지침을정하기위하여무시멘트비구컵을세가지형태로분류하였다 17). Type I은비구컵이방사선적으로안정적이고 polyethylene 라이너가교환가능한경우로서다음과같은조건에해당되는경우를말한다. 1) 비구컵의위치가허용범위에있는경우, 2) 잠금장치에손상이없는경우, 3) 비구컵금속에 2차적인손상이없는경우, 4) 최소 6-8 mm의적절한두께의 polyethylene 라이너가사용될수있는경우, 5) 사용된비구컵의임상적결과가양호한경우, 6) 조립형비구컵인경우등이다. Type II는비구컵이방사선적으로는안정적이지만전술한이유등으로제거하여야하는경우이다. 부적절한비구컵의위치, 손상된비구컵, 잠금장치의실패, 불량한비구컵의형태, 충분한 두께의 polyethylene 라이너를사용하지못할경우등이다. Type III는방사선적소견상불안정한비구컵이있는경우이다. 이들은 Type I인경우는비구컵을유지하며치료하고, Type II나 III 인경우는재치환을하여야한다고하였다. 그러나, 비구컵을유지하는경우는새롭게개발된관절면의라이너로교환하지는못하는한계가있다. 특히젊은환자들에서는마모라는관점에서관절면의선택이중요하고이를위해재치환술시비구컵을교환하는것이필요하나위의분류에서이러한면이고려되지는않았다. 이에저자는비구부골용해가있었던비교적젊은환자들에서비구컵이잘고정된경우비구컵을재치환하며치료한결과를분석하여재치환술의유용성을알아보고자하였다. 골반골의비구부골용해의치료시시행한잘고정된무시멘트비구컵의재치환술 1. 대상및방법 인공고관절전치환술후비구부골용해가발생하였던 57 명 (62 예 ) 을대상으로하였다. 남자가 27 명이고여자가 30 명이었으며, 나이는평균 50.9 세 ( 범위 : 23~64세 ) 이었고, 평균체중은 60.5±6.9 kg( 범위 : 49~73kg) 이었다. 인공고관절전치환술후재수술시까지기간은평균 9.7±3.3 년 ( 범위 : 3.5~15.9년 ) 이었고모든비구컵은해리가없이잘고정되어있었으며폴리에틸렌라이너의분리가 31 예에서있었다. Fig.1. (A) The liner had worn through. The osteolytic lesion seems to be not extensive on the radiograph. (B) The CT scan shows extensive osteolysis in the pelvis, which is adjacent to the screws without osseous trabeculae. 215

136 장준동 인공고관절전치환술수술시원인질환으로는대퇴골두무혈성괴사가 41 예, 류마토이드관절염 3예, 원발성골관절염 3예, 간과된대퇴골경부골절 4예, 화농성관절염 2 예, 결핵성관절염 1예, 고관절융합 1예, 골수염과강직성척추염이각각 1예였다. 62예모두무시멘트컵이었고 Harris-Galante 컵 (Zimmer, Warsaw, IN) 56예, Mittelmeir 컵 (Autophor, Osteo AG, Selzach, Switzerland) 1예, Optifix 컵 (Smith & Nephew Richards, Memphis, TN) 1예, Biomet 컵 (Biomet, Warsaw, IN) 1예, PCA 컵 (Howmedica, Rutherford, NJ) 1예, AML 컵 (Depuy, Warsaw, IN) 1예, ACS 컵 1예였다. 컵의평균크기는 56.2 mm ( 범위 : 45~62 Fig. 2. (A) Anteroposterior radiograph of the right hip of a 24-year-old woman, 96 months after total hip arthroplasty showed diffuse expansile pelvic osteolysis with eccentric polyethylene wear. (B) Revision surgery was done with uncemented acetabular cup and screws using allograft at the pelvic side. Fig. 3. (A) Anteroposterior radiograph of the right hip of a 57-year-old man, 80 months after total hip arthroplasty showed eccentric migration of femoral head and liner shadow(arrow) implying the dissociation of polyethylene liner from metal shell accompanying with metallosis confirmed at revision surgery. (B) Revision surgery was done with cemented cup using reinforcement ring and allograft for huge bone defect at the pelvic side and distal trochanteric advancement. 216

137 골반골골용해의치료시잘고정된무시멘트비구컵의재치환술 mm) 이었으며, 제거된나사의평균개수는 1.6 개였다. 골용해의위치와크기는최종추시시촬영한방사선사진으로평가및측정하였으며골결손의분류는 American Academy of Orthopaedic Surgeon(AAOS) 분류를사용하였다. 골용해의발생부위별로는외측상부가 34 예, 비구컵전체부 9예, 상부및좌골부 7예, 내측벽과눈물방울부위가 7예, Kohler 선침범이 2예, 좌골과눈물방울부위가각각 1예였다. 골용해면적의평균폭과길이는각각평균 24.5±14.1 mm(5~62 mm) 와 41.7 mm±22.3 mm 이었다. AAOS 분류상골결손은62예중 41예 (66.1%) 가 type 2B였으며 type 3가 14 예, type Ⅳ가 3 예, type 1A가 2예, type 1B 가2예, type 2A가 1예였다. 폴리에틸렌라이너의마모는 Livermore 방법을이용해측정하였으며연간평균선상마모율은 0.16 mm/year( 범위 :0.00~0.68 mm/year) 이었다. 비구컵재치환술에서무시멘트컵을우선적으로선택하여사용하여 51 예 (82.3%) 에서사용되었다. 시멘트컵은 11 예 (11.7%) 에서사용되었으며이중 9예는비구보강환과함께사용되었다 (Fig. 2,3). 무시멘트비구컵으로서는 EP-FIT plus (Plus Orthopedics, Rotkreuz, Switzerland) 가 15예, Duraloc (Depuy, Warsaw, IN) 12예, Triology (Zimmer, Warsaw, IN) 가 12예, Osteolock (Howmedica, Rutherford, NJ) 가 11예에서사용되었으며, 이중 EP-FIT plus는모두 ceramic on ceramic bearing이었으며나머지는 polyethylene 라이너였다. 시멘트컵이선택된군과무시멘트컵이선택된군을비교하여본결과성별, 나이, 마모율, 골용해의크기등에서는차이가없었으나시멘트컵군에서제거된비구컵의크기가무시멘트비구컵군보다작았으며 (50.1 mm vs. 54 mm, P=0.024) 재수술때까지기간이더길었다 (12.1년 vs. 9.4년, P=0.049). 30 예에서골용해부위에골이식술을시행하였으며이중 26 예에서는파쇄동종골, 2예에서는자가골이식, 2예에서구조적골이식술을시행하였다. 대퇴스템주변의골용해는 20 예 (32.3%) 에서대퇴스템의해리는 14 예에서관찰되었다. 대퇴골스템은해리및광범위골용해로인하여 19 예에서재치환하였다. 그중 7예에서대퇴골스템근위부의골용해에대하여골이식술을시행하였다. 재치환술후임상적및방사선학적추시는 6주, 3개월, 12 개월그이후매년시행하였고, 평균 5.9±1.8 년 ( 범위 : 3~9.7 년 ) 간추시하였다. 임상적결과는 Harris Hip Score를이용하였고방사선사진상경사각의변화, 방사선투과성선, 수직수평방향으로의비구컵의전위 (>2 mm), 그리고골용해를평가하였다. 2. 수술기법잘고정된비구컵을제거할때는골반골의손실또는연속성을파괴시킬수있으므로주의해야한다. 이때, curved osteotome과 special cutter을사용하여골손실을최소화하여야한다. Curved osteotome은컵의외직경의 conformity에적절하도록다양한직경을사용하여야한다 (Fig. 4). 컵주위에 osteotome을완전히통과시켜부착된골을분리시켜야하나외피로부터너무떨어진경우는신경혈관손상과골손실이있을수있으므로주의해야한다. 상용화된비구컵제거기구 explant system (Zimmer, Warsaw, IN) 이도움이될수있다. 이기구는비구의외경과일치하는 blade와내경과일치하는골두로구성되어있다. 내측벽과 teardrop과관련하여비구컵의위치를평가하는것이비구컵을제거할때심각한골결손을피하는데도움이된다. 골내성장이잘이루어진비구컵이내측벽에 Fig. 4. (A) Before inserting the gouges, the mouth of the acetabulum was exposed completely by removing all soft tissue. A penciltipped burr on a high-speed drill was used to dissect at the implant-bone interface circumferentially 1 to 2 cm in depth. (B, C). Curved osteotomes and special cutters can be used to carefully remove a well-fixed socket and minimize bone loss. The curved osteotomes must be available in several different radii of curvatures to optimize conformity with the outer diameter of the cup. 217

138 장준동 닿아있는경우, curved osteotome을사용하지말고고속의금속절단 burr을사용하여금속을조각으로만들어제거하여골결손을최소화시켜야한다. 대부분의비구컵은티타늄으로제조되어쉽게절단할수있지만, 코발트크롬인경우는절단이어려우므로수술전에재질을아는것이필요하다. 비구컵이내측비구벽과닿아있지않다면 curved gouge의사용이가능하다. 이경우 gouge를삽입하기전에비구컵주위연부조직을가능한많이제거하여완전히노출시키고연필모양의 burr을사용하여비구컵과골계면사이를 1~2 cm 깊이로환상으로절제하여비구컵주위의골파괴를최소화시키도록한다. Type I의비구컵에서라이너만교환하는경우라도수술중 type II로평가될수있으므로비구컵제거를위한준비를하고, 비구골결손이나골절이발생할경우에대비하여구조적동종골, reconstruction plate, antiprotrusio cage 등을준비하여야한다. 3. 결과재치환술후최종추시에서평균 Harris Hip Score는 92.4 점이었다. 합병증으로는이소성화골이 5예, 탈구가 3 예, 감염이 1예, 수술중비구골골주골절이 1예에서발생하였으나, 이합병증들의치료를위하여재치환술을시행한예는없었다. 수술중발생한골반골주골절은비구보강환과동종및자가골이식을통해치료하였다. 추시기간중방사선투과성선이나수직혹은수평적비구컵의이동, 골용해등의소견은관찰되지않았으며 1예에서경사각의변화가발생하여비구보강환과 mesh, 동종골이식을이용해재치환술을시행하였다. 골이식술을시행한 30 예모두에서추시기간중방사선학적골유합의소견을보였다. 요약및결론골반골의비구컵주위골용해의치료는수술전방사선사진과수술중소견등을통하여비구컵의종류, 안정성및위치, 손상유무, 병소의위치와범위등을평가하여치료방법을결정하고수술중발생할수있는합병증을최소화시켜야한다. 안정적인비구컵주위의골용해치료는 1) 비구컵을제거하고결손부위에골이식을하고비구컵을재치환하는방법과, 2) 라이너교환과변연절제를하고용해된부위를처치하는방법으로대별할수있다. 이두방법모두장단점이있어이론의여지가있다. 또한현재까지보고된결과들은장기적인결과가아니고이차원적인방사선영상 을기준으로하였기때문에 10) 아직어떤방법이최선이라고단언할수는없다. 저자는무시멘트비구컵이잘고정되어있는비교적젊은환자에서골반골의비구컵부위골용해의치료시골용해부위에대한적절한처치와더불어골파괴를최소화하는수술기법으로비구컵의재치환술을시행하여비교적양호한결과를얻을수있었다. 그러므로골용해의치료시비구컵이방사선적으로안정적이고 polyethylene 라이너가교환가능한경우 (Type I) 라도특히젊은환자에서는새로운인공관절면으로교체를위하여비구컵의재치환을하는것이우선적으로고려될수있다. 그러나향후더장기적인추시를통하여이러한결론을확인하여야할것이다. REFERENCES 11) Bensen CV, Del Shutte J, Weaver KD: Mechanical stability of polyethylene liners cemented into acetabular shells. Crit Rev Biomed Eng, 28:7-10, ) Blaha JD: Well-fixed acetabular component retention or replacement: The whys and the wherefores. J Arthroplasty, 17(Suppl 1): , ) Bonner KF, Delanois RE, Harbach G, et al: Cementation of a polyethylene liner into a metal shell: factors related to mechanical stability. J Bone Joint Surg Am, 84: , ) Bono JV, Samford L, Toussaint JT: Severe polyethylenewear in total hip arthroplasty: Observations from retrieved AML Plus hip implants with the ACS polyethylene liner. J Arthroplasty, 9: , ) Burnett S, Martin EL, Paprosky WG: Surgical management of periprosthetic osteolysis after total hip arthroplasty: Classification and management of acetabular deficiency. Semin Arthroplasty, 13: , ) Desantis M, Dorr LD, Longjohn DB, et al: Can inserts be cemented into fixed shells at revision THR? Presented as a poster at the Annual Meeting of the American Academy of Orthopaedic Surgeons. Orlando, FL, Mar 15-19, ) Haft GF, Heiner AD, Callaham JJ, et al: Polyethylene liner cementation into fixed acetabular shells. J Arthroplasty, 17(4 Suppl 1): , ) Harris WH: Wear and periprosthetic osteolysis: The problem. Clin Orthop, 393:66-70, ) Heiner AD, Haft GF, Dorr LD, et al: A biomechanical analysis of polyethylene liner cementation into a fixed metal acetabular shell. Trans Orthop Res Soc, 49:1367-, ) Hozack WJ, Mesa JJ, Carey C, Rothman RH: Relationship between polyethylene wear, pelvic osteolysis, and clinical symptomatology in patients with cementless acetabular components: A framework for decision making. 218

139 골반골골용해의치료시잘고정된무시멘트비구컵의재치환술 J Arthroplasty, 11: , ) Jacobs JJ, Roebuck KA, Archibeck M, Hallab NJ, Glant TT: Osteolysis: Basic science. Clin Orthop, 393:71-77, ) Kavanagh BF, Callaghan JJ, Leggon R, Heekin RD, Wold L: Pelvic osteolysis associated with an uncemented acetabular component in total hip arthroplasty. Orthopedics, 19: , ) Mallory TH, Lombardi Jr AV, Fada RA, et al: Noncemented acetabular component removal in the presence of osteolysis: The affirmative. Clin Orthop, 381: , ) Maloney WJ, Herzwurm P, Paprosky W, Rubash HE, Engh CA: Treatment of pelvic osteolysis associated with a stable acetabular component inserted without cement as part of a total hip replacement. J Bone Joint Surg, 79A: , ) Maloney WJ, Paprosky W, Engh CA, Rubash H: Surgical treatment of pelvic osteolysis. Clin Orthop, 393:78-84, ) Maloney WJ, Peters P, Engh CA, Chandler H: Sever osteolysis of the pelvis in association with acetabular replacement without cement. J Bone Joint Surg, 75A: , ) Maloney WJ: The revision acetabulum: Dealing with bone loss: Socket retention: Staying in place. Orthopedics, 23: , ) Ranawat CS, DiGiovanni C, Pellicci P: Treatment of recurrent instability after hybrid total hip arthroplasty by cementing constrained, all-polyethylene liners into wellfixed metal-backed shells: two-year results. Presented as a poster at the Annual Meeting of the American Academy of Orthopaedic Surgeons. Orlando, FL, Mar 15-19, ) Rubash HE, Sinha RK, Maloney WJ, Paprosky WG: Osteolysis: Surgical treatment. Instr Course Lect, 47: , ) Rubash HE, Sinha RK, Paprosky W, Engh CA, Maloney WJ: A new classification system for the management of acetabular osteolysis after total hip arthroplasty. Instr Course Lect, 48:37-42, ) Schmalzried TP, Fowble VA, Amstutz HC: The fate of pelvic osteolysis after reoperation: No recurrence with lesional treatment. Clin Orthop, 350: , ) Schmalzried TP, Guttman D, Grecula M, et al: The relationship between the design, position, and articular wear of acetabular components inserted without cement and the development of pelvic osteolysis. J Bone Joint Surg, 76A: , ) Sinha RK, Shanbhag AS, Maloney WJ, Hasselman CT, Rubash HE: Osteolysis: Cause and effect. Instr Course Lect, 47: , ) Zicat B, Engh CA, Gokcen E: Patterns of osteolysis around total hip components inserted with and without cement. J Bone Joint Surg, 77A: ,

140 대한고관절학회지제 18 권제 2 호 Vol. 18, No. 2, June, 2006 인공고관절재치환술에서조립형대퇴스템 박명식 정영률 * 송상헌 오상수 전북대학교의과대학정형외과학교실, 광주기독병원정형외과 * 역 사 (History) 인공고관절재치환술은대퇴골의소실이나변형에따른복잡성으로치료가어렵고, 결과또한만족스럽지못하다 1,16,18). 손상이심한대퇴골에사용되는재치환용대퇴스템으로는골결손부를시멘트로충진하여쓰는길이가긴시멘트스템 (cement use long stem), 동종골감입이식 (endosteal impaction grafting) 스템 16,21), 무시멘트형으로는근위고정부분미세포말대퇴스템 (proximal fixation of coated modular or non-modular implant), 원위고정광범위미세포말스템 (distal fixation extensive coated stem) 등이있다. 시멘트를이용한대퇴스템으로재치환술후다시재-재치환술이일어나는빈도는 10 년여추시기간동안 9~29% 7,15,20,26) 로다양하며이것은경화되고매끄러워지고약화된내피질골에시멘트고정이만족스럽게되지못한결과이며안정된고정을위한길이가긴시멘트스템을사용하는경우는많은량의시멘트사용과향후시멘트스템의제거도어렵고, 시멘트스템의기본인안정된침강에의한고정이어렵게된다 12,27). 반면무시멘트스템을이용한재치환술은좀더성공적인결과를보여주고있는데, 3~6 년의추시결과재-재치환율이 2~7% 로보고되고있다 13,17,18). 초기의무시멘트스템은근위부일부부분만이미세포말부착형 (patches of proximal coating) 으로되어마모편의원위이동통로가되어, 골용해를일으키며, 이미파손되거나골형성능력이약화된근위부고정을어렵게하고있다 3). 광범위미세포말형은원위부고정을하여안정성을가지며 Lawrence 등 23) 에의하면 5년추시결과재-재치환율은 6% 로보고되고있다. Weeden과 Paprosky 30) 는 14.2년의추시결과 96% 에서안정된고정을얻었다고보고하고 통신저자 : 박명식전라북도전주시금암동 전북대학교의과대학정형외과학교실 Tel: , 1768 Fax: mspark@chonbuk.ac.kr 있으나문제점은직경이큰대퇴스템의경우근위부스트레스차단 (stress shielding) 현상이나대퇴동통 (thigh pain) 이다. 원위부가거칠기 (grit-blast) 표면에칼날의형태 (fluted) 를갖는 Wagner 스템에대한 Bohm과 Bischel 4) 의보고로 11.1년간생존율은 93.9% 로보고하면서문제점인침강을 5.9 mm 보고하였다. 원위부고정대퇴스템은근위부에골소실이심한환자에서사용되지만, 반면원위부에잘고정된대퇴스템은후기에제거하여야할경우어려움이있다. 인공관절발전에서있어서경부에길이가다른대퇴골두삽입할수있는조립형경부 (modular neck) 라는획기적인방법이개발되었다 24). 이방법은또한다른재질의골두를대퇴스템이삽입할수있는장점 ( 예를들면세라믹, 금속골두등 ) 과하지길이의차이를교정할수있으며, 재치환수술에서인공골두를제거하고비구부 (acetabular part) 를용이하게관찰-수술할수있는장점이되었다. 그러나발생가능한단점으로는결합부위의해리 (dissociation) 와파손, 마찰에의한마모미세편의방출, 부식 (corrosion) 등이있었지만, 실제로는이러한단점의보고는극히미미하여계속사용할수있는계기가되었다 11,19). 유럽등에서는처음에는경부의 taper가 14/16이었으나, 미국에서는약간작은 10/12 가이용되게되었다. 그러므로인공골두와경부의직경의차이는안정성과경부와비구컵의충돌현상을감소시킬수있는있었다. 이러한직경이작은경부에 22, 32 mm 골두를최근에는금속공학의발전으로보다큰골두 (36~38 mm) 를사용가능케함으로써, 탈구감소, 운동범위확장을얻을수있었다 19). Morse taper형연결은많이사용되는결합방법하나로근위부품과원위스템이대퇴골에삽입되면원위부-근위부가상호결합하게된다. 이러한결합은조립중에커다란접촉력을갖게되어단단히연결되는것이다. 조사에의하면티타늄합금스템과크롬합금인대퇴골두가결합되면이종금속으로부식 (galvanic reaction) 현상이일어난다고한다 25). 이러한문제점은초기의정교하지못한제품으로인하여이러한내성 (tolerance) 을견디지못한결과로발생할수있다. 실험연구결과에의하면결합부위의부식은비슷한성분을갖는합금과금속, 비전기성을갖는 220

141 인공고관절재치환술에서조립형대퇴스템 세라믹에서발견되었지만혼합합금에서는이러한변성 (degradation) 의원인이되지못했다. 부식은마찰이나구성부품의내성의강도에서발생하는데근위-원위부의견고한결합이되지않으며부품간의움직임이심해져서더많은미세마모편이주변의장기로배출이되는것이다 25). 다른보고로는골두와경부의이탈은인공관절의탈구후정복과정이나세라믹골두의파손에의한경우와골두길이를길게하기위한 skirt 부분에비구컵과의충돌에의한경우가발생하는데가능한 skirt가없는골두를이용할것을권장하고있다 6). 에따라 calcar대체형, cone, spout, cylinder, collar존재유, 무등이있다 5). 분류 1. 조립의부위에따른분류 (depends on where the coupling occurs) 결합부의위치에따라서다음과같은형태로대별할수있다 6). 조립의형태 (Types of modularity) 시멘트이용대퇴스템의경우는정확하게대퇴골수강에삽입하지않아도, 주변의시멘트충진에의하여견고한고정이될수있지만, 무시멘트대퇴스템으로 200 mm 이상인경우는짧은스템처럼 3점고정을얻기가힘들며, 대퇴만곡에의한정확한고정을하여야대퇴골골절등을예방할수있다. 동물실험결과대퇴스템의표면처리가피질골의내부와보다접촉이잘되어있을수록골형성이보다빨리완전히 (more rapid and complete) 형성되는것을고찰하여 fit and fill 이개념이도입이되었다. 그러나어떤경우에는대퇴골수강직경이근위-원위부가서로다르거나형태가다른경우, 대퇴확공기 (reamer) 에의한어느정도불일치를조정할수있지만이러한경우피질골이너무약하거나골다공증이심한경우, 골결손이발생한재치환의경우에이러한불일치의조정은일반대퇴스템으로는피질골에밀착하여삽입하기는어렵다. 대퇴골의골간단부와골간부의직경의차이는일정한비율이없이다르기에무시멘트스템은다양한크기를갖는대퇴스템이되어야한다. 그러나또한근위부고정이되지않고원위만고정하게되는대퇴스템은근위부가적합한응력을받지못하여스트레스차단이되며, 원위부고정스템은반면스템의제거가어려운단점이있다. 근위부고정은이론적으로스트레스차단효과를줄일수있으며, 제거또한빠른이점이있다. 근위부고정은그러나초기안정성 (initial stability) 을얻어야하며, 근위안정성밀착고정 (intimate contact) 으로원위안정성까지얻을필요는없다. 어떠한경우에서는약간의원위안정성도근위부의안정고정을얻는데중요하기에원위부의확공을적게한다던지, 회전력에강하게하기위한원위부에여러개의작은칼날형 (fluted) 이이용되기도한다. 최근에는다양한제품이개발되어사용되고있으며, 근위부표면처리는거친표면 (corundumized Ra=4-7 um) 을갖거나, 미세포말형으로제조되고있으나. 원위부는 fluted, spline, taper 또는원통형, 광범위미세포말형 (plasma sprayed) 등, 다양한제품이개발되었으며, 근위부형태 1) 원위조립형 (distal modularity): APR II(Sulzer, Winterthur, Switzerland), Omniflex (Osteonics, Allendale, New Jersey, USA) 2) 중간조립형 (mid-stem modularity): Impact modular (Biomet, Warsaw, USA), Mallory-Head modular(biomet, Warsaw, USA), MP (Waldemar Link, Hamburg, Germany), Revision Modular hip system (Lima-Lto, Udine, Italy), MGS(SAMO, Bologna, Italy). ZMR (Zimmer, Warsaw, IN, USA), MRP-titan (Peter Brehm, Weisendorf, Germany). 3) 근위조립형 (proximal modularity): 근위조립형은근위부종류가다양한여러종류가있다. 이점으로는전념각조정, 하지길이조절과높이등을조절가능하며여러형태의근위부품은골간단부의골소실이나변형을교정할수있다. 근위 sleeve 형태를갖는형은 S- ROM (DePuy J&J, Warsaw, IN, USA), Restoration DPM (Stryker Europe, Newbury, UK) 이있다. 2. 조립부품개수에따른분류 (the number of piece or segment) 최근에너무다양한제품의개발에따라저자는 1-piece 스템, 2-piece스템, 3-piece스템 (three-piece components) 으로구별하여보았다 (Fig. 1). 1-piece 스템에조립형 sleeve 형태는 S-ROM, Restoration DPM 등이있으며, 나머지대부분이 2- piece 스템으로상기중간조립형이해당된다. 경부와중간부, 원위부까지조립되는총 3개이상부품으로구성되는것을 3-piece 스템이라하며종류로는 ProFemur (Wright medical Arlington. TN), AcuMatch M- series (Exactech, Gainesville, FL, USA), 221

142 박명식 정영률 송상헌 오상수 Margron(Portland Orthopedics, Matraville, Australia) 등으로분류하여보았다. 이중 ProFemur 제품은 G. Cremascoli란회사에서 Albi, Anca fit, GSP 라는다양한이름으로일차스템으로사용되던것이미국으로건너가 ProFemur란이름으로 2-piece 와 3-piece 형태로모두개발되어있다. 수술실에서다양한선택을할수있도록많은조립형이개발되고있지만, 오히려조립부품이많은것은장점도있을수지만혼란과수술시간이길어지는문제점도초래될수있을것이다. 적응증 (indication for Modularity) 1. General- 나선천성탈구에서는근위부가전후면방사선사진상외회전되어있거나, 굴곡되어있으므로근위부계측이방사선상측정치보다훨씬작아지는경향이있다. 측면사진은원위부가대퇴부의만곡의정도와어느위치에고정되느냐에따라서근위부품의조립위치가달리할수있으며, 근위부품의직경과길이가적합한것을선택하여야한다. 2. Specific- 전념각교정 (version change) 이필요한경우나대퇴절골술 (femoral osteotomy) 이시행된경우. 수술방법 (surgical consideration) 일반적으로단순대퇴스템으로수술이불가능한경우즉시멘트스템이사용이바람직하지않는경우이다. 이런경우수술전의근위부계측 (templating) 보다는원위부의계측이더중요하며정확하여야한다. 진행된골성관절염이 환자에대한수술전평가와골소실의분류와골소실위치에대한조사는좋은결과를얻기위한기본이다. 즉근위, 원위, 어느부위의골이고정력을갖기에적당한가? 그리고골이식의여부, custom implant를사용할건지? A B C Fig. 1. Classification of the modular stem by Authors. Fig. 1. (A) One-piece stem with modular sleeve (ex. 1. DePuy s S-ROM 2. Stryker -Howmedica s Revision DPM). Fig. 1. (B) Two-piece stem (ex. 1. Link s modular revision hip system, 2. SAMO s MGS modular stem). Fig. 1. (C) Three-piece stem (ex. 1. Exactech s AcuMatch M-series, 2. Wright co s ProFemur). 222

143 인공고관절재치환술에서조립형대퇴스템 시멘트를사용하여야하는지? 를결정을하여야한다. 이러한골소실의정도에따라수술중골이식을하여대퇴스템-골이식물-환자의뼈와조화를이루어야하는것이다. 수술의도달방법의선택은기존의일차스템제거및새로운대퇴스템의삽입에있어서중요한수술적단계이다. 수술전방사선판독을하여골소실에대한분류와대퇴골의형상에대한연구조사는필수불가결하다. 전후사진상대퇴전자부가내측으로과도한튀어나옴 (overhang) 은대퇴스템의제거나새로운스템의삽입을어렵게만들고있다. 만일과도하게대전자부가입구에걸쳐있으면여러문제를일으킬수있다. 골수강입구를막고있는대전자부가제거되지못하면대퇴스템은내반형으로삽입 (varus insertion) 될것이며, 결국은외피질골의천공이발생할것이며, 재수술시대전자부의피질골이너무얇은경우역시새로운대퇴스템삽입시에대전자부의골절이나외전근의파열이발생한다. 기존의스템을제거하는절골술의방법으로가능한약해진대전자부나외전근을보호하기위한배려로전자부슬라이드절골술 (trochanteric slide), 광범위전자부절골술 (extended trochanteric osteotomy), 대퇴골횡-절골술 (transverse femoral osteotomy) 등을고려하여야한다 14). 그러나이러한절골술은더큰문제를발생하기도한다. 절골부위나전자부골절의불유합이나외전근의손상을초래하므로가능한고유기능이보전되는방법을선택하여야한다. 광범위절골술은대퇴골원위부의 A B C D Fig. 2. Anterior window technique through anterolateral approach. Fig. 2. (A) Skin incision was made by anterolateral approach. Fig. 2. (B) Greater trochanter was osteotomized with a chisel and tagged. Fig. 2. (C) Anterior window was made by Burr and elevated cortical lid. Fig. 2. (D) Cerclages were applied above and below the window. Fig. 2. (E) Primary stem was extracted. E 223

144 박명식 정영률 송상헌 오상수 골절예방, 수술시간의단축, 대퇴스템의정확한골수강내위치대전자부와외전근의보호의장점으로불유합율이적다고한다 32). 그러나이러한경우시멘트를이용한재치환술을하면적합한압력을줄수없고, 시멘트가골절부위로방출되어골절부위의유합이안되는어려움이있다. 대퇴골의확공과새로운스템의삽입을위한준비는절골술전에시행하여야더이상의골절의위험을줄일수있다. 그러므로절골술부위에강선고정을하여골절이되는것을예방하여야한다. 저자는과거의후외방도달법으로시행한광범위도달법에서, 최근에는전방외측도달법을통한전방창문형절골술 (anterior window technique) (Fig. 2) 을통해대전자부를절골하지않는방법을이용하고있다 28). 저자는전방도달법으로인공대퇴스템의탈구를시킨뒤대퇴스템근위부에서끌을이용하여최대한시멘트제거와무시멘트스템인경우는근위골형성부를제거한뒤, 대퇴골전방에직사각형을만들어절골한다음, 이절골술부위를통하여시멘트나일반대퇴스템을제거하는것으로대전자부를절골하지않고보전하는것이다. 새로 운대퇴스템을삽입시에이절골부위를통하여대퇴스템이골수강중앙에위치하도록하여야하며원위부가대퇴만곡에걸려서전방으로튀어나오지않도록대퇴스템이절골부위를통과할때관찰하여야한다. 만일외측으로튀어나오는경우는수술중 burr를이용한내측확공을하거나대퇴골골절이된경우는골수정삽입시처럼대퇴스템삽입시에외측에 Steinmann pin이나기타동종골등을외측에위치시켜서대퇴스템이외측으로튀어나오지않게예방하여야한다. 1. 원위확공 (distal reaming) 모든조립형대퇴스템에서시행되어야하며적어도 5 cm 이상원위피질골과안정성이있는접촉을얻도록해야한다. 이때대퇴스템은압박고정 (press-fit) 방법으로삽입되어야한다. 즉실제대퇴스템은원위부확공기의원통보다는더큰직경의스템을삽입하여야 press fit를얻을수있는것이다. 원위부가건강한대퇴피질골을갖는 A B Fig. 3. A 46 year-old woman who had received a hybrid metal on metal total hip arthroplasty for osteoarthritis.. (A) Preoperative radiographs presented a focal osteolysis at zone 1,2,7 of the cemented femoral stem and bony ingrowth at the zone 1 of the cementless acetabular cup 5.4 years after a primary THA. The cemented femoral component was revised with proximal modular Link-MP stem. (B) Last follow-up radiographs shows well fixed femoral component and no more displaced greater trochanter in spite of broken wires. 224

145 인공고관절재치환술에서조립형대퇴스템 경우대퇴스템과골수강의불일치정도가, 어느정도해소가될수있지만, 골다공증이나골실질이약화된경우는견고한대퇴스템을삽입하면골절이발생하므로예방적으로절골부위상하에강선을고정하여골절의예방을하여야한다. 예를들어 S-ROM의경우는대퇴골수강을최소직경의확공 (flute 높이는 0.6 mm) 을한다음, 확공기크기의대퇴스템을선택하여삽입하면약 1.2 mm의깊이의압박고정 (press fit) 이된다. 일반적으로전-후방사선상안정된고정을얻었다고하지만골다공증있는경우측면사진상 ( 시상면 =sagittal plane) 에서오히려골수강이확장이된경우가있어서안정된고정을얻기어려울수도있다. 만일유연성을갖는확공기 (flexible reamer) 로확공하는경우, 경우에따라인공스템과대퇴만곡의정도가다르므로실제대퇴스템은정확한고정이되지않을수도있다. 그러므로칼날이없는만곡이된대퇴스템 (nonfluted bowed stem) 을사용하는경우는 1~2 mm 정도더큰직경으로확공을하여야, 대퇴스템이무리없이골수강내로삽입이된다. 2. 근위확공 (proximal reaming) 근위부는각회사에따라윈위부품의중앙과연결되는 원추형확공기가있으며점진적으로큰직경의확공기로사용해가면서전방의피질골과접촉이될때까지확공을하여야한다. 그러나대부분근위부품이원통형인경우직경이일률적으로결정되어 (18~20 mm) 있으므로, 근위확공시근위부의충분한시멘트제거나이물질의제거등을하여, 확공기에의한골절의예방을하여야한다. 재치환수술에서의대퇴스템길이의선택은환자의대퇴골과밀접한접촉을이룰수있고안정적인강도를가질수있는길이를선택하여야한다. 만일근위골의상당부분소실이되어있다면, 광범위미세포말형원위고정이선택되어대퇴스템이 4~5 cm의밀착접촉만되어도대퇴스템은원위부에안정성을가질수있지만, 근위부에동종골이식이나구조골이식이되지않는다면, 근위부에골형성에필요한적당한스트레스가가지않을것이다. 일반적으로사용되는대퇴스템의길이는심한골소실이있는부위를통과 (bypass the defect) 하는대퇴피질골의직경의 2배이상이원위골에고정이되어야하며, 광범위절골술한경우절골원위단을통과되어야하는것이다 19). 만일대퇴골협부를통과하는길이이상을선택하여야한다면, 전방피질골관통을예방하기위해서만곡이된스템 (curved stem) 을선택한다. 그러므로수술전의계측을하여스템의직경, 길이를미리선택하고수술에임하여야한다. 특 A B Fig. 4. A 56 year-old female who had received a hybrid metal on metal total hip arthroplasty for osteoarthritis but 4.8 years later loosening was developed. (A) Preoperative radiographs show vague haziness in the joint space laterally and focal osteolysis in the Gruen zone 6,7. (B) Follow-up radiographs after distal fix - proximal modular revision stem. 225

146 박명식 정영률 송상헌 오상수 히칼날형원위부고정을하는대퇴스템 (fluted stem) 의선택은스템삽입이나제거가쉽지않아수술중골절이나수술시간이길어지며, 감염을초래하는원인도된다. 일반적으로원위부가원추형 (tapered) 인칼날스템이선택된경우저자는마지막확공기보다 2 mm ( 골다공증은 +4 mm) 정도큰스템을사용하며가능한원위부가최소고정이되는길이인약 4~5 cm정도의접촉이되는정도나협부를통과한또는절골부위를통과한후고정력을갖는작은길이를선호하고있다 (Fig 3, 4, 5). 근위대퇴스템계측 (templating) 이란안정된고관절을얻기위한높이 (height), 길이 (length) 의조절, offset, 전념각 (version) 을조정할수있는계획을세우는것이다. 만일비구컵까지재치환을하는경우는비구를가능한해부학적위치로고정하며비구컵의크기도미리선택을하여야한다. 그러므로적합한근위부품은고관절의안정성을주며, 외전근력을최대화시킬수있어흔히발생되는고관절탈구위험을예방할수있다. 최근에는조립형대퇴스템에다양한크기의대퇴골두 (larger head) 가개발되어고관절운동범위확대와탈구예방을할수있게되었다. 수술전계획의목적은먼저기존의제품의제거가쉬어야하며, 골실질 (bone stock) 을보전하며골과대퇴스템밀착, 골소실정도의평가, 분류를하고, 재치환스템의직경과적합한길이를갖는제품을선택하는것이다. 그러나가장중요한것은최고의고정력을얻을수있는대퇴스템의선택과보조적인골이식여부가수술의사의목표가되어야할것이다. 합병증의예방수술방법은수술의사가가장익숙한도달법이나아니면전에시행되었던수술도발법으로병변부위에접근하는것이좋다. 제품의선택은수술의사의몫이지만근위부가초기에안정성을얻어야궁극적으로고정을얻을수있으므로근위골이소실되어원위부만고정이되는경우근위부에구조골 (structural) 이식, 피질골이식등을하여서조립부가파손되거나이완이되지않고적합한스트레스가가하여안정성을갖도록하여야한다. 재치환인공관절의문제점의하나는침강 (subsidence) 이며, 적어도원위부의견고한고정을얻기위하여서는적어도 4~5 cm이상의원위부가고정이되는길이를선택하여야한다 19). 수술중발생하는합병증으로는골절 (intraoperative fracture) 이다. 이러한예방으로써절골상하부위에강선고정 (cerclage) 을하여 bone hoop stress가발생하여골절이되는것을방지하여야한다. 만일광범위절골술윈위부에골용해라든지, 골소실부위천공이있다면, 예방적으로두겹의강선고정을하여더이상의골절을예방한다. 점진적으로확공을하여야하며, 만일원위부가칼날의형태가아닌만곡된대퇴스템 (non-fluted bowed stem) 을사용하는경우는적어도 1~2 mm 이상과확공 (over-reaming) 을하여야만골절이없는적합한고정을할수있다. 직선형광범위대퇴스템은골정도에따라 A B Fig. 5. A 68 year-old woman who had taken hybrid THA cementless acetabular cup and cemented femur stem for primary osteoarthritis. (A) Preoperative film shows pelvic osteolysis in screw of acetabular cup and a radiolucent line all around the cemented femoral stem. (B) Last follow-up radiography shows allografts impaction graft in the acetabular side and modular Lima-Lto femoral stem. 226

147 인공고관절재치환술에서조립형대퇴스템 line to line 이나 0.5 mm 정도 under reaming 을한다 6). 직선의원통형스템은더이상의회전방지를위해서약 1 mm 정도만 press fit 만얻어도된다고한다. 기존일차스템을제거후에는시험스템 (trial stem) 을삽입하여서안정성과적합한길이의근위부품을선택하여야하며전념각, 길이등을조절하여야한다. 그리고조립되는이음새부분은조임나사가풀어지거나마찰이일어나지않게하여야하며, 보조적인골이식등을하여임상적인이완 = 해리나기계적인실패등을예방하여야한다. 마지막으로연부조직을원위치로회복하여고관절이안정을갖도록하여야한다. 수술후운동계획은외전보조기 (abduction brace) 를사용케하여주변근육의안정성을회복시키며, 체중부하는대퇴부품이주위골과의밀착접촉에의한안정성의증거가보일때까지기다린다. 조립형대퇴스템의장점 (advantages of modular components) 재치환술은복잡한수술로써골이식이나 custom implants를사용하여야하는경우도있다. 재치환수술의목적은대퇴보철물의일차적인안정성획득이며. 적합한대퇴offset와하지길이조절로인한생역학적기능의회복으로대퇴골두-비구의일체성을회복시켜인공관절이정상적인고관절의중심에위치하게하여안정되고무통의관절운동을얻을수있어야한다 5,6). 시멘트사용인공관절의가장중요한이점은안정성을즉시얻을수있지만무시멘트스템으로는이러한일차적인안정성을얻기위해대퇴골간단부-골간부의불일치없이, 소위대퇴스템으로 fit-fill을얻어야하나, 변형된해부학적구조와골소실은이러한것을어렵게하고있다. 소위일차스템인 one-piece대퇴스템은대퇴스템과근위대퇴골의소실로인한불일치가존재하는경우완벽한근위골고정을얻기어려우며, 근위부만미세포말된대퇴스템은원위부가민자형으로되어있어서 (smooth portion) 골형성이나근위부의안정성을얻지못하면, 대퇴스템의이완 = 해리의원인이된다. 광범위피복형대퇴스템은원위부에? 밀착 (interference fit) 고정을하여근위부의골의형성이나골소실에관계없이고정이가능하다. 그러나스트레스차단에의한골소실이초래가능하며, 이상이발생한경우제거하기가어렵다. 단점 (disadvantages of modular components) 결합부의해리 (dissociation) 가항상문제점이다. 그러나대부분의대퇴스템은 morse taper 형태로결합부에이 물질인미세마모편, 시멘트등이삽입이되지않아야완전한접촉을얻을수있다. 중간연구결과보고로현재까지결합부문제점은발생이없었다고한다 12,29). 1. 마모 (fretting) 체중의부하에결합부의금속-금속연결부위가점진적인미세운동이발생할수있다. 이러한마찰은금속마모편을방출한다. 연구에의하면 S-ROM 제품에서는일년에 2 백만개의미세마모편이방출되었다고한다. 그러나이러한량은현재사용중인폴리에틸렌과금속골두의미세마모편의일년방출량인 20 억개와비교해보면훨씬적은량이다. Bobyn 등 3) 제거된스템으로한연구결과는일반적으로사용되는대퇴스템경부와골두의결합부위의마찰과차이가없었다고한다. 임상적으로약 20 여년간의보고로 S-ROM 대퇴스템의마찰에의한임상적인문제점은보고되지않았다 2). 2. 조립부위파손 (dissociation of the modular connection) 조립부의이러한마모의문제나파손에대한저자들의중간보고는성공적인것이다 5,8,11). 3. 복잡다양한기구의선택 (large inventory of sizes and shapes) 과높은가격 (high costs) 1) 임상결과 (results of clinical studies of the modular stem) S-ROM 조립형스템은 1984년 Cameron에의하여처음임상에사용된제품으로일차나재치환수술에서사용되었다. Cameron 9) 에의한 91 증례의재치환 3.5 년의결과 standard length 제품을사용한군에서는 80% 에서우수한결과를보였으며, 재-재치환술은 1례 3% 였고, 골소실이있었던경우 long-curved stem을이용한경우 62 명중 10명에서 (16%) 재-재치환술을하였다고하였다 8). Chandler 10) 의보고에의하면 52 례, 3년결과스템의직경이 17 mm 이상 4% 에서대퇴골동통을호소하였고, 슬리부원위부 (distal to sleeve) 로는골용해소견은발견되지않았다고하였다. 37명의환자에서 (84%) 에서만족을표시하였고, 52례중 3례가방사선적이완소견이있었으며, 2례에서는작은스템 (undersize stem) 을선택하여총기계적인이완율은 10% 로보고하였다. Link MP 스템은 1993년처음독일에서사용되기시작하였으며원리는기존의 Wagner 스템을기본으로하고원위고정과근위부조립형으로구성되었다, Kwong 22) 의보고에의하면 3 곳의임상연구기관 143 명을대상으로하 227

148 박명식 정영률 송상헌 오상수 였으며, 평균추시기간은 40개월이었다 97.2 % 에서생존율을보였고평균침강은 2.1 mm 이었으며, HHS score는수술후 92 점, 합병증은 7례에서수술부위감염, 4례에서혈-색전증의발생을보고하였다. MRP-titan 스템은 Writz 등 31) 이 142 례를대상으로하여, 평균 2.3년의추시기간중 95.8% 에서생존율을보였다. 11례에서탈구가발생하였으나도수정복가능하였고, 5명은재발성탈구로전근위부품의재삽입과전념각조절로재수술하였다. 결 인공고관절재치환술에서대퇴근위골소실이나변형이있는경우, 하지길이의차이가있는경우, 조립형대퇴스템은좋은해결책 (unique solution) 이될수있다. 론 REFERENCES 11) Amstutz HC, Ma SM, Jinnah RH and Mai L: Revision of aseptic loose total hip arthroplasties. Clin Orthop, 170:21-33, ) Bobyn JD, Dujovne AR, Krygier JJ, and Young DL: Surface analysis of the taper junctions of retrieved and in vitro tested modular hip prostheses, in Morrey BF(ed): Biological, Material, and Mechanical Considerations of Joint Replacement. New York, NY, Raven Press: , ) Bobyn JD, Tanzer M, Krygier JJ, Dujovne AR, and Brooks CE: Concerns with modularity in total hip arthroplasty. Clin Orthop, 298:27-36, ) Bohm P and Bischel O: Femoral revision with the Wagner SL revision stem: evidence of one hundred and twentynine revisions followed for a mean of 4.8 years. J Bone Joint Surg, 83-A: , ) Bono JV, McCarthy JC, Lee JA, Carangelo RJ, and Turner RH: Fixation with a modular stem in revision total hip arthroplasty, Instr Course Lecture 49: , ) Callaghan JJ, Rosenberg AG, Rubash HE: The Adult hip, Vol II Philadelphia, New York, Lippincott-Raven Co: , ) Callaghan JJ, Salvati EA, Pellicci PM, Wilson PD Jr and Ranawat CS: Results of revision for mechanical failure after cemented total hip replacement, 1979 to 1982: A two to five-year follow-up. J Bone Joint Surg,67- A: , ) Cameron HU: The long-term success of modular proximal fixation stems in revision total hip arthroplasty. J Arthroplasty, 17: , ) Cameron HU: The two-to six-year results with a proximally modular noncemented total hip replacement used in hip revisions. Clin Orthop,298:47-53, ) Chandler HP, Ayres DK, Tan RC, Anderson LC, and Varma AK: Revision total hip replacement using the S- ROM femoral component. Clin Orthop, 319: , ) Christie MJ, DeBoer DK, Tingstad EM, et al.: Clinical experience with a modular Noncemented femoral component in revision total hip arthroplasty : 4- to 7 year results. J Arthroplasty,15: , ) Duncan CP, Masterson EL and Masri BA: Impaction allografting with cement for the management of femoral bone loss. Orthop Clin North Am, 29: , ) Engh CA and Massin PL: Cementless total hip arthroplasty using the anatomic medullary locking stem: Results using a survivorship analysis. Clin Orthop, 249: , ) Engh CA, Jr. McAuley JP and Engh C. Sr: Surgical approaches for revision total hip replacement surgery: The anterior trochanteric slide and the extended conventional osteotomy. Instr Course Lecture, 48:3-8, ) Estok DM II and Harris WH: Long-term results of cemented femoral revision surgery using secondgeneration techniques: An average 11.7-year follow-up evaluation. Clin Orthop, 299: , ) Gie GA and Hutchinson CR: Impacted cancellous allograft and cement for revision total hip arthroplasty of the hip. J Bone Surg, 75-B:14-21, ) Gustilo RB and Pasternak HS: Revision total hip arthroplasty with titanium ingrowth prosthesis and bone grafting for failed cemented femoral component loosening. Clin Orthop, 235: , ) Hungerford DS and Jones LC: The rationale of cementless revision of cemented arthroplasty failures. Clin Orthop, 235:12-24, ) Jones RE: Modular revision stems in total hip arthroplasty. Clin Orthop, 420: , ) Kershaw CJ, Atkins RM, Dodd CA and Bulstrode CJ: Revision total hip arthroplasty for aseptic failure: A review of 276 cases. J Bone Joint Surg, 73-B: , ) Knight JL and Helming C: Collarless polished tapered impaction grafting of the femur during revision total hip arthroplasty: pitfalls of the surgical technique and followup in 31 cases. J Arthroplasty, 15: , ) Kwong LM, Miller AJ and Lubinus P: A modular distal fixation option for proximal bone loss in revision total hip arthroplasty: A 2 to 6 years follows up study. J Arthroplasty, 18:94-97, ) Lawrence JM, Engh CA and Macalino GE: Revision total hip arthroplasty: Long-term results without cement. Orthop Clin North Am, 24: ) McCarthy JC, Mattingly D, Tumer RH, Bierbaum B, Chandler HP and Cameron HU: Revision of the deficient femur with a modular femoral component. Orthop Trans, 17: ,

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150 대한고관절학회지제 18 권제 2 호 Vol. 18, No. 2, June, 2006 대퇴골두괴사의비수술적치료법 김신윤 경북대학교의과대학정형외과학교실 서 대퇴골두골괴사증으로진단받은대부분의환자들은 이병을완치할수있느냐? 아니면 수술을하지않고치료할수있는방법이있느냐? 는등의질문을하게된다. 또어떤의사들은치료하지않고 그냥두었더니괜찮았던경우가꾀있더라 는말을종종한다. 대퇴골두골괴사증의궁극적인치료의목표는자신의골두를보존하는것이다. 하지만, 이질환에대한성공적인전략의개발은어렵다. 왜냐하면이병이많은질환들과연관되어있을뿐만아니라질환의원인이나자연경과가자세히규명되지않았기때문이다 2). 치료에대한논의를하기전에이병의자연경과를아는것이선행되어야한다. 자연경과는불확실하지만, 일반적으로치료를하지않고그냥둘경우 20% 에서 1년이내에, 75% 에서 3년이내에대퇴골두의붕괴를초래하거나, 50% 에서 3년이내에수술을해야한다고알려져왔다 22). 하지만이것은골주사검사나자기공명영상 (MRI: Magnetic Resonance Imaging) 이소개되기전단순방사선소견만이가능했을때의자연경과이다. 단순방사선소견에서는조기진단과정확한 3차원적인평가가불가능했다. 최근골주사검사와 MRI 에의해조기진단이가능해졌고 MRI 에의해예후에영향을미치는요소들을 3차원적으로정확하게평가할수있게되었다. 이병의예후는질병의진행정도, 괴사의해부학적위치, 괴사의범위에의해결정된다고한다 8,11,17,26,27,34). 지금까지알려진개념은대퇴골두골괴사증에대한치료는일차적으로보조수단일뿐, 반드시질병의진행을정지시키거나지연시키지는못한다거나치료의선택은일차적인병인을거꾸로돌려놓는데있는것이아니고, 대퇴골두에올수있는이차적인변화를복구하는데초점이맞춰 론 통신저자 : 김신윤대구광역시중구삼덕동 2 가 50 경북대학교의과대학정형외과학교실 Tel: Fax: syukim@knu.ac.kr 있었다 2). 최근의학의화두는맞춤의학 (tailored or tailor-made medicine) 이다. 같은대퇴골두무혈성괴사라고진단을받아도병의진행정도나, 병변의크기와위치, 관련된원인인자에따라예후가달라치료방침이개인마다달라야한다. 지금까지많은분류와병기에대한방법이제시되었다. 골두붕괴여부와진행정도에따른 Ennecking과 Marcus 분류법 21), Ficat과 Alert 분류법 8), 병변의위치에따른 Japanese Investigation Committee (JIC) 분류법 26,34), 병변의크기와진행정도에따른 Steinberg 33), 구등 17) 의분류법과이러한개념을통합하여국제적으로통합된 ARCO 분류법 11) 이있다. 치료는이러한분류법을종합적으로고려하여개인적인적응을달리해야한다. 본논문에서는이러한대퇴골두괴사증의치료에적용할수있는비수술적치료방법들을소개하고자한다. 본론 1. 그냥두면서자연경과를관찰하는경우대퇴골두골괴사증에서동통의기원에대해서일치된의견은없다. 골수내압력이증가되거나골수부종때문이라는설도있고 16), 조기에방사선학적인골두의붕괴와관련이있다고하는설도있다 5). 증상이없는경우에병변의위치나크기에관계없이경과관찰을하다가증상이생길경우치료가필요하다고알려져왔으나, 최근 Hungerford 와 Jones 12) 는예상되는질병의진행을완화시키기위해증상이있을경우와같이적극적으로치료를해야한다고주장하였다. 이들은예외적으로증상이없는체중부하부위의중심에있는작은병변 (15% 미만 ) 일경우, 무증상이나병변이너무커다른방법으로골두보존이불가능할경우 (Kerboul 각이 260 초과 ), 무증상이나연령이 55 세초과로일차적으로인공고관절전치환술을고려하는경우, 2 mm 미만의붕괴가있는체중부하부위의내측 2/3 부분에한정되어있는병변에한하여그냥일정기간경과를관찰할수있다고하였다 14). Belmar 등도대퇴골두붕괴전초기일경우통증이없더라도예방 230

151 대퇴골두괴사의비수술적치료법 적으로치료를하는것이좋다고하였다 5). 2. 약물적치료방법 1) Bisphosphonate계열의약품이론적으로대퇴골두골괴사증에서파골세포에의한괴사골의흡수는살아있는부분과죽은부분사이의해면골의구조를약화시켜다수의미세골절로인한골두의붕괴가일어나며이는골흡수에대한복원과정의결과이다. 만약 bisphosphonate에의해파골세포의작용이억제될수있다면붕괴가진행되는것이정지되지는않겠지만감소될수가있다. Bisphosphonate는골흡수과정파골세포주위의노출된골무기질에강하게결합하여골흡수강내에서오랫동안대사되지않기때문에계속고농도를유지하다가파골세포에내재화되어파골세포에의한골흡수를감소시킨다 28). 이과정에대한명확한기전이규명되지않았지만가능한여러수준에서근거가제시되고있다. 조직수준에서생화학적표지자를평가하면 bisphosphonate가골흡수를저해하고골교체율을감소시킨다. 세포수준에서는파골세포의집합을저해하거나 9), 파골세포의생존기간을감소시키고 10) 골표면에서파골세포의활동성을감소시킨다고한다 23). 분자수준에서는세포표면수용체나세포내효소와작용하여파골세포의기능을조절한다고알려져있다 31). 다른한편으로는 bisphosphonate가일시적으로전골아세포의증식을자극하거나골아세포에의한항흡수단백인 osteoprotegerin 의생산을증가시킨다 30). 또항염증작용을통해골괴사부위의부종을감소시킬수도있다 7). 항흡수약제들은골재형성공간을수축시켜골재생율을감소시키며, 감지할수는없지만재생속도가느려지면골조직의감소를초래하나남아있는골조직의무기화가증가하여더조밀한조직이된다. 이러한조직은체중부하의스트레스를더잘견딜수있게한다 32). 이러한작용을통해 bisphosphonate 는골의형태를유지할수있으며골밀도를더증가시킬수있다. Bisphosphonate계열중임상에시도된 alendronate의대퇴골두골괴사증환자에서정확한작용기전은명확하지않지만단순화해보면파골세포의활동 (N-telopeptide of type I collagen: NTX) 을강하게감소시키는데비해상대적으로조골세포의활동 (alkaline phosphatase: ALP) 을적게감소시켜괴사병변주위의복원반응을억제함으로서기계, 역학적인구조를유지함으로붕괴로진행하는것을방지한다고생각된다. 또쥐모델 bone chamber 연구에서 alendronate 를전신적으로투여한군에서는대조군에비해혈관재형성기간동안괴사골의흡수가일어나지않았다고하였다 3). 또 Little 등 19,20) 은 bisphosphonate의일종인 zoledronate를쥐모델의외상성대퇴골두괴사 (Legg- Calve-Perthes 병 ) 에투여한결과대퇴골두의구조와대퇴골두의적합성 (shericity) 를좋게할수있다고하였다. Kim 등 15) 은 Ibandronate를돼지모델의골단의허혈성괴사에투여한결과골두의변형을방지할수있다고도하였다. 이미임상적으로 bisphophonates는대퇴골두괴사치료에이용이시도되고있다. Agarwala 등 1) 은대퇴골두골괴사증환자 60 명 100 고관절을대상으로하루 10 mg 또는일주일 70 mg의 alendronate, vitamine D, 하루 500~1,000 mg의 calcium을투여하고체중부하를피하게한후평균37개월을추시한결과통증과장애정도가감소되었으며, 서있거나걸을수있는시간이연장되었다고하였다. 1년후에는모든운동범위가증가하였으며방사선학적으로같은기 (grade) 에있든지 1기만진행하였고, MRI 로관찰한결과대부분에서골수부종이사라졌다고하였다. Nishii 등 24) 은대퇴골두붕괴가없는또는 cresent sign 만있는 14명 20고관절을대상으로하루 5 mg의 alendronate를복용한결과복용하지않았던 8명 13 고관절과 3, 6, 12 개월에골형성 marker인혈청 alkaline phophatase와골흡수 marker인소변의 N-telopeptide of type I collagen의측정, 임상적및방사선학적평가를시행한결과 1년후에는 alendronate 투여군에서혈청 alkaline phosphatase가처음에비해 21%, 소변의 N- telopeptide of type I collagen가 43% 감소하여 alendronate에의해골흡수가골형성보다유의하게적게일어남을시사하였다. 또 alendronate 투여군에서유의하게골두붕괴나동통악화의빈도를감소시켰다고하였다. Lai 등 18) 은골두의 30% 이상을침범하는 Steinberg stage II 또는 III 의비외상성대퇴골두골괴사증환자 40명을대상으로무작위적으로일주에 70 mg 의 alendronate를 25 주간복용한군 20 명, 29고관절과복용하지않았던 20 명, 25 고관절을전향적으로검토한결과복용한군에서대퇴골두붕괴나고관절전치환술로전환이복용하지않았던군에비해유의하게낮았다고하여괴사부위가큰병변에도효과가있었다고하였다. 저자들의경우치료전증상이없었던 3고관절 (ARCO분류 IB, IC, IIB 각 1고관절 ), 증상이있었던 12 고관절 (IB 가 2고관절, IIC 가 6고관절, IIIC가 3고관절, IVC 가 1고관절 ) 을대상으로 alendronate를하루 70 mg씩최소 6개월이상투여하고경과관찰해본결과, IB 3고관절중 2고관절 ( 치료전증상이없었던 1고관절과증상이있었던 1 고관절 ) 에서골두붕괴가없었으나, 치료전증상이있었던 1고관절에서는 1년만에 2 mm 이하의골두붕괴가있었다. 치료전증상이없었던 IC 와 IIB 각 1고관절에서는골두붕괴가없었다. IIC 6고관절에서는 2고관절에서골두붕괴가없었으나, 4고관절에서는골두붕괴가 3, 7, 9, 12개월에있었으나 dome depression이 2 mm 이하 231

152 김신윤 Fig. 1. Anteroposterior and frog leg lateral pelvic radiographs shows Steinberg IIC lesion in a 64 year-old female patient. Fig. 2. Eight months after 70 mg daily oral intake of alendronate, the lesion progressed to Steinberg IVC lesion with collapse of the femoral head accompanying a dome depression less than 2 mm. 이었다 (Fig. 1, 2). IIIC 3고관절에서는골두붕괴가 6, 7, 12개월에있었으나 dome depression이 2 mm 이하이었다. Dome depression이 2 mm 이하이었던 IVC 1 고관절에서는 10개월에 dome depression이 2 mm를초과하였다 (unpublished data). 2) 기타약물들또다른약물로는 thrombophillia나 hypofibrinolysis 에의한혈전증또는혈액응고장애가골괴사증의원인이될수있기때문에 12) 항응고제, 혈전용해제를시도하는그룹도있다. Glueck 등 13) 은항응고제인 enoxaparin 을 thrombophillia나 hypofibrinolysis과연관된 Ficat Stages I과 II 의일차성골괴사증 16 명 (25 고관절 ) 스테로이드사용후이차성골괴사증 12명 (15 고관절 ) 에게하루 60 mg 씩 12 주를투여하고 108 주이상추시한결과일차성에서는 95% 가 Ficat Stage I과 II에유지가되었으나, 이차성에서는 20% 에서만 Ficat Stage I과 II 에유지가되었다고하였다. Cui 등 6) 은스테로이드에의해유도되는 chicken골괴사모델에서항지질약제인 lovastatin 의효용성을제시하였고, Pritchett 27) 은고용양의 steroid를투여하는환자 284 명을대상으로같은기간동안 statin을복용시킨후최소 5년, 평균 7.5 년을추시한결과 3명 (1%) 에서만골괴사증이발생하여기존에알려진 3~20% 보다훨씬낮은발생율을보임으로서 statin 치료가스테로이드에의해유도되는골괴사의위험성을줄일수있다고하였다. 이외에혈전이상을동반한특발성골괴사증환자에동화스테로이드인 stanozolol 13) 이시도되었다. 하지만질소를포함하는 bisphosphonate계열의약품들인 pamidronate나 zoledronate가턱에 ( 주로 mandible) 골괴사증을일으킨다는보고가있어사용에주의를요한다 30). 3. 기타방법 Wang 등 35) 은증상이있는초기 (ARCO stage I, II, or III) 의대퇴골두환자 23 명 29 고관절에일회의충격파 (6000 impulses at 28 kv) 를준후평균 25개월을추시한결과임상적으로 79% 에서호전, 현상유지 10%, 악화가 10% 있었고 stage I or II 13고관절중 5고관절에서병변의호전이있었다고하였다. 이들을핵심감압술과비혈관부착골이식술한군과무작위로비교한결과충격파요법이동통과 Harris 고관절점수면에서유의하기좋았다고하였다. Basset 등 4) 은 118 고관절에서전자기장으로치료한후 5.3년추시결과 Steinberg stages 0-III 15관절에서는방사선학적으로진행이없었으며 9고관절에서는오히려향상되었고, 장기간으로증상과징후를개선시킬수있다고하였다. Reis 등 29) 은고압산소치료를 100 일동안받았던 Steinberg stage I 의 12 고관절과병변의크기가비슷한치료를받지않은 12 고관절을비교한결과전자에서는 81% 가 MRI 가정상으로돌아왔으나, 후자에서는 17% 에서만정상으로돌아왔다고보고하면서고압산소치료가 Stage I에서효과적이라고하였다. 결론대퇴골두골괴사증의여러가지치료방법에대한효과를정확하게판단하기는어려움이많다. 포함된환자들의병기를나누는분류법이다양하고, 또한평가기준이달라서치료방법들의우열을가리기가쉽지않다. 골두가붕괴되기전에는병변이작고 (15% 미만 ), 특히체중부하부위가아닌경우증상이없을때에는그냥관찰만할수있고, 증상이있는경우는병변의크기와무관하게약물요법, 충격파, 전자기장, 고압산소등의비수술적인방법이시도될수있다. 이러한비수술적치료방법들은대부분단기추시에서동통의완화나임상적호전은얻을수있었지만, 대퇴골두붕괴에대한장기추시결과가아직까지는별로없었다. 하지만이러한비수술치료법들의꼭맞는적응증이나시도되는약제의용량이나, 기간, 종 232

153 대퇴골두괴사의비수술적치료법 류, 적절한시도시기등이아직명확하게규명되어있지않아추후이에대한다기관, 이중맹검, 전향적비교연구가필요하다. 미래의치료는개인마다병기, 병변의위치, 병변의크기, 연령, 골두의함몰정도, 활동정도를면밀히분석하여가장적절한맞춤치료를해주어야할것이며, 비침습적혹은최소침습법을이용한방법들이대퇴골두보존술에이용될것으로기대된다. REFERENCES 11) Agarwala S, Jain DK, Joshi VR and Sule A: Efficacy of alendronate, a bisphosphonate, in the treatment of AVN of the hip. A prospective open-label study Rheumatology, 44:, , ) Assouline-Dayan Y, Chang C, Greenspan A, Shoenfeld Y and Gershwin ME: Pathogenesis and natural history of osteonecrosis. Semin Arthritis Rheum, 32: , ) Astrand J and Aspenberg P: Systemic alendronate prevents resorption of necrotic bone during revascularization; a bone chamber study in rats. BMC Musculoskelet Disordd, 3; 19, ) Bassett CA, Schink-Ascani M and Lewis SM: Effects of pulsed electromagnetic fields on Steinberg ratings of femoral head osteonecrosis. Clin Orthop, 246: , ) Belmar CJ, Steinberg ME and Hartman-Sloan KM: Does pain predict outcome in hips with osteonecrosis? Clin Orthop, 425: , ) Cui Q, Wang GJ, Su CC and Balian G: Lovastatin prevents steroid induced adipogenesis and osteonecrosis. Clin Orthop, 386: , ) Davis JC Jr, Huang F and Maksymowych W: New therapies for ankylosing spondylitis: etanercept, thalidomide, and pamidronate. Rheum Dis Clin North Am, 29: , ) Ficat RP: Idiopathic bone necrosis of the femoral head. Early diagnosis and treatment. J Bone Joint Surg, 67-B: 3-9, ) Hughes DE, Macdonald BR, Russel RGG and Gowen M: Inhibition of osteoclast-like cell formation by bisphophonates in long-term cultures of human bone marrow. J Clin Invest, 83: , ) Hughes DE, Wright KR, Uy HL, et al: Bisphosphonates promote apoptosis in murine osteoclasts in vitro and in vivo. J Bone Miner Res, 10: , ) Gardeniers JWM: The ARCO Perspective for Reaching One Uniform Staging System of osteonecrosis. In Schoutens A, Arlet J, Gardeniers JWM, Hughes SPF (eds). Bone Circulation and Vascularization in Normal and Pathological Conditions. New York, Plenum Press , ) Glueck CJ, Freiberg R, Glueck HI, Tracy T, Stroop D and Wang Y: Idiopathic osteonecrosis, hypofibrinolysis, high plasminogen activator inhibitor, high lipoprotein(a), and therapy with Stanozolol. Am J Hematol, 48: , ) Glueck CJ, Freiberg RA, Sieve L and Wang P: Enoxaparin prevents progression of stages I and II osteonecrosis of the hip. Clin Orthop, 435: , ) Hungerford DS and Jones LC: Asymptomatic osteonecrosis: should it be treated? Clin Orthop, 429: , ) Kim HK, Randall TS, Bian H, Jenkins J, Garces A and Bauss F: Ibandronate for prevention of femoral head deformity after ischemic necrosis of the capital femoral epiphysis in immature pigs. J Bone Joint Surg Am. 87-A: , ) Koo KH, Ahn IO, Kim R, et al: Bone marrow edema and associated pain in early stage osteonecrosis of the femoral head: Prospective study with serial MR images. Radiology, 213: , ) Koo KH and Kim R: Quantifying the extent of osteonecrosis of the femoral head. A new method using MRI. J Bone Joint Surg, 77-B: , ) Lai KA, Shen WJ, Yang CY, Shao CJ, Hsu JT and Lin RM: The use of alendronate to prevent early collapse of the femoral head in patients with nontraumatic osteonecrosis. A randomized clinical study. J Bone Joint Surg, 87-A: , ) Little DG, McDonald M, Sharpe IT, Peat R, Williams P and McEvoy T: Zoledronic acid improves femoral head sphericity in a rat model of perthes disease. J Orthop Res, 23(4): , ) Little DG, Peat RA, Mcevoy A, Williams PR, Smith EJ and Baldock PA: Zoledronic acid treatment results in retention of femoral head structure after traumatic osteonecrosis in young Wistar rats. J Bone Miner Res, 18: , ) Marcus ND, Enneking WF and Massam RA: The silent hip in idiopathic aseptic necrosis. Treatment by bonegrafting. J Bone Joint Surg,55-A, , ) Merle D Aubigne R, Postel M, Mazabraud A, Massias P, Gueguen J and France P: Idiopathic necrosis of the femoral head in adults. J Bone Joint Surg, 47-B: ) Murakami H, Takahashi N, Sasaki T, et al: A possible mechanism of specific action of bisphophonates on osteoclasts:tiludronate preferentially affects polarized osteoclasts having ruffled borders. Bone 17: , ) Nishii T, Sugano N, Miki H, Hashimoto J and Yoshikawa H: Does alendronate prevent collapse in osteonecrosis of the femoral head. Clin Orthop, 443: , ) Nishii T, Sugano N, Ohzono K, Sakai T, Haraguchi K and Yoshikawa H: Progression and cessation of collapse in osteonecrosis of the femoral head. Clin Orthop, 400: ,

154 김신윤 26) Ohzono K, Saito M, Sugano N, Takaoka K and Ono K: The fate of nontraumatic avascular necrosis of the femoral head. A radiologic classification to formulate prognosis. Clin Orthop, 277: 73-78, ) Pritchett JW: Statin therapy decreases the risk of osteonecrosis in patients receiving steroids. Clin Orthop, 386: , ) Reid IR: Bisphosphonates: new indications and methods of administration. Curr Opin Rheumatol, 15: ) Reis ND, Schwartz O, Militianu D, et al: Hyperbaric oxygen therapy as a treatment for stage-i avascular necrosis of the femoral head. J Bone Joint Surg, 85-B: ) Ruggiero SL, Mehrotra B, Rosenberg TJ and Engroff SL: Osteonecrosis of the jaws associated with the use of bisphosphonates: a review of 63 cases. J Oral Maxillofac Surg, 62: , ) Sahni M, Guencher HL, Fleish H, Collin P and Martin TJ: Bisphosphonates act on rat bone resorption through the mediation of osteoblasts. J Clin Invest, 91: , ) Seeman E: Understanding how antiresorptive agents optimize therapeutic effect. In; 24th Annual meeting of the American Society for Bone and Mineral Research, San Antonio, TX, ) Steinberg ME, Hayken GD and Steinberg DR: A quantitative system for staging avascular necrosis. J Bone Joint Surg, 77-B: 34-41, ) Sugano N, Atsumi T, Ohzono K, Kubo T, Hotokebuchi T and Takaoka K: The 2001 revised criteria for diagnosis, classification, and staging of idiopathic osteonecrosis of the femoral head. J Orthop Sci, 7: , ) Wang CJ, Wang FS, Huang CC, Yang KD, Weng LH and Huang HY: Treatment for osteonecrosis of the femoral head: comparison of extracorporeal shock waves with core decompression and bone-grafting. J Bone Joint Surg, 87-A: ,

155 대한고관절학회지제 18 권제 2 호 Vol. 18, No. 2, June, 2006 고관절주위절골술과관련된최신지견 장재석 울산대학교의과대학정형외과학교실 고관절이형성증에서대퇴골두와비구가접촉하는면적이작다. 작은부위에과도한체중부하가가해지고, 또한비구가경사져있어체중부하는압박력으로작용하기보다는전단력 (shearing force) 로작용하여대퇴골두의아탈구와함께관절연골은퇴행성변화를일으켜결국심한이차적관절염을유발하게된다. 진행된관절염에서는인공관절치환술을실시하여야하지만, 아직관절연골이완전히소실되지않은경우에는인공관절치환술보다는절골술을고려하게된다 3,32). 절골술을실시하면고관절에가해지는힘을저하시킬수있으며, 또한고관절에가해지는스트레스를줄일수있다. 비구와대퇴골두가접하는면적을늘림으로써고관절에가해지는힘에는변화를주지않으면서고관절에가해지는스트레스를줄일수있다. 이론적으로는고관절에가해지는힘을줄일수있는방법은주위근육이작용하는지렛대길이를증가시키거나, 구축된관절낭이나근육을이완시키거나, 대퇴골두에가해지는힘을근위대퇴다른부위로옮기면가능하다. 또한절골술시고관절을내측으로전이시키면신체의중심에서고관절까지의거리가짧아지므로고관절에가해지는힘을저하시킬수있다. 그래서최근실시하는비구주위절골술은절골편의상부를외측으로빼내면서교정하는것이아니라, 절골편의하방을골반내로밀어넣는방향으로교정한다 3,31). 절골술은기계적인면에서효과가있을뿐만아니라, 생물학적으로도변화를초래하는데, 여기에는근육이작용하는길이의변화, 혈액공급의변화, 골격내압력의감소와근경련의감소를가져온다. 이들은골격과연부조직의재형성에관여하고, 손상된연골을치료하는방향으로작용하여관절염이호전시킬수있으며, 절골술후소실된관절간격이넓어지는것을관찰할수도있다 3). 절골술은크게정상관절연골인초자연골의관절면을 통신저자 : 장재석서울특별시송파구풍납동 울산대학교의과대학서울아산병원정형외과학교실 Tel: Fax: jschang@amc.seoul.kr 갖는재건형 (reconstructive osteotomy) 절골술과섬유연골 (fibrocartilage) 의관절면을기대하는구제절골술 (salvage osteotomy) 로나누며, 절골의수및비구와절골면과의거리에따라여러가지절골술로분류된다 6). 최근에는스위스의 Gan 에의하여개발된베른비구주위절골술과일본의비구회전절골술을주로실시하므로이에대하여살펴보고자한다. 비구주위절골술의적응증비구주위절골술은주로고관절이형성증에실시한다. 고관절이형성증은비구가작게형성되고경사를이루어결국퇴행성변화를초래하며, 주로비구전염각이증가하여고관절전방부위의결손이심하다. 그래서이부위를많이덮어주기위하여비구주위절골술을실시한다. 절골술시고려하여야할점들은나이, 관절운동및절골술후 congruent 관절의가능여부등이있으며, 이외에동반질환유무, 골다공증여부등이있다. 나이는삼방성장판 (triradiate cartilage) 이폐쇄되기전의연령에서는실시할수없다. 그리고고령에서는절골술보다인공관절치환술을실시하게되는데, 나이의상한선이정해진것은아니다. 호적상의나이보다는환자의활동상태를고려하여야한다 15,30). 그러나나이가고령일수록골격의강도는약하여절골시작은조각편이발생할수있으며, 폐경기여성에서는해면골의양도감소하는것을고려하여야한다. 절골술후에는대퇴골두를많이덮어주게되므로수술전보다관절운동의저하가올수있다. 그러므로고관절굴곡이 90 도이하인경우에는관절운동저하에대하여환자와상의를하여야하며, 60도이하에서는절골술을실시하지않는것이좋다고권한다 21,30). 절골술후만족할만한관절이형성되는가에대하여는 X-선촬영을실시하여판정하게된다. 가성비구가형성된경우에는정상관절이아니므로절골술이적응되지않으며, 비구의반경과대퇴골두의반경의차이가있는경우에도좋은결과를기대하기힘들다 15). 이때에는외전-내회전및내전-내회전한 X-선촬영을실시하여교정하는정도를계획하게되며, 비구주위절골술과함께대퇴골절골술필요성에대하여도평가하여야 235

156 장재석 한다 6). 이와같이비구주위절골술의금기가되는것은성장판손상이우려되는성장기청소년, 관절연골이소실한심한골관절염및관절운동의제한이심한경우이며, 이외의경우에는 X-선및 C-T 를평가하여수술을실시할수있다. 고관절이형성증뿐아니라전후방고관절방사선촬영에서대퇴골두를덮고있는것이 ( 즉 C-E 각 ) 정상이어도비구후염전으로비구주위절골술을실시할수있다. 비구후염전이증가하는것은대부분의고관절이형성증에서비구전염각이증가하는것과는반대로비구후방부의결손이크며, 아주드물게는후방측으로고관절불안정한상태도있지만, 대개는고관절전방에서비구와대퇴경부와충돌을일으켜증상이발생한다 ( 충돌증후군 ). 후염전은비구의근위부에서만발생하고원위부는정상적인전염각의소견을나타내므로 X-선상비구전방벽과후방벽이교차하는것이관찰된다 (cross-over sign) 8,16). 충돌이발생하는부위의대퇴경부는부분적으로융기가있으며, 이에대하여대퇴경부중융기된부위를제거하는수술을실시할수있고, 비구전방부위의돌출이심하면이를제거하며, 비구순은손상이심하지않으면다시붙여주는방향으로수술한다. 이외에고관절이불안정하여자주탈구되 기도하며, 후방비구결손이심각하면비구주위절골술을시행할수있다 (Fig. 1). 비구주위절골술의발전골반절골술로제일잘알려져있는것은 Salter 절골술이다. 전상장골극 (ASIS) 근위부에서대좌골절흔 (greater sciatic notch) 로향하는절골술을시행하여대퇴골두의전방부를덮어주는시술로소아의선천성고관절탈구에많이시행한다. 이절골술은치골결합및천장관절에서 ( 특히치골결합 ) 움직임이있어야교정을얻을수있으며, 소아에서주로실시하지만, 성인에서실시하여만족할만한결과를얻었다는보고도있다 4,17). 그러나 Salter 절골술은장골만절골하여고관절전방부를덮어주므로비구의후염전을증가시킨다. 그러므로후염전이동반된고관절이형성증에서는비구후방부의결손이더욱심해지며, 고관절전방부에서는대퇴골두와비구가맞닿는충돌증후군을만들수있다. 고관절이형성증에서는비구의전염각이증가하여고관절전방부를덮어주지못하는것이대부분이지만, 6명중 1명의고관절이형성증에서는후염전을동반하며, 비구후염전을동반한고관절이형 A B C D Fig 세여아로고관절이형성은심하지않으나 (CE 각 8 도, A), 비구후연전으로간헐적으로고관절후방탈구가발생하고 (B), 이에대하여베른비구주위절골술을실시하였다 (C). 탈구된방사선사진에서비구전방벽과후방벽이고관절중간부위에서교차되는것 (cross-over ign)dl 잘보이고있다 (D). 236

157 고관절주위절골술과관련된최신지견 성증에서는 3차원적으로후염전을증가시키지않는절골술을시행하여야한다 8,16,19). 성인에서도절골술로충분한교정을얻기위하여장골뿐아니라치골을치골결합근처에서도절골하는방법이개발되고, 여기에좌골조면 (ischial tuberosity) 근처에서도절골술을실시하는 3중절골술이개발되었다. 더욱충분한교정을얻기위하여는되도록이면비구가까이에서절골하고절골후절골편의움직임을방해하는천골극인대 (sacrospinous ligament) 가절골편에붙어있지않게하는방법으로 Tonnis가 3중절골술을변형시켰다 32). 이전의 3중절골술과비교하면 Steel의 3중절골술은천골극인대때문에절골편을외전시키면동시에절골편이외회전되는경향이있으나, Tonnis 3중절골술이후의비구주위절골술은이러한것이거의없어졌다 1). 이외에독일의 Wagner 등이 Spherical 절골술을개발하였으나많이시행되지못하였고, 이후 1988년에스위스의 Ganz가비구가까이에서절골술을시행하는데, 대좌골절흔 (greater sciatic notch) 부위의비구후주는절골하지않는방법을기술하였고 (Berneses Periacetabular Osteotomy), 여러변형된방법들이있으나현재세계적으로많이시행되고있다 9). 한편일본에서는골반의내측피질골은절골하지않으면서비구를따라둥그렇게절골하는 Rotational Acetabular Osteotomy(RAO) 를개발하여고관절이형성증에사용하고있으며, 여러변형된수술기법들이발표되기도한다. Ganz가시행한절골술과일본에서시행하는 RAO와는몇가지차이점이있다. 우선 Ganz는 Smith-Peterson 도달법으로골반골내측벽을박리하여절골술을시행하고, 거의대부분에서고관절을열고, 관절내비구순및퇴행성병변을관찰하는것을권장한다. 그러나 RAO 는 Extended Iliofemoral 도달법으로고관절주위를노출시키고, 골반골내측골은건드리지 않으면서둥그렇게고관절을따라절골술을시행하고, 절골편의내측해면골을제거하여체중부하를받는대퇴골두를덮을뿐아니라고관절을내측으로전이시킨다. 이때절골편으로가는혈관은관절낭을따라가는혈관밖에없으므로관절을절개하고, 관절내병변에대한처치는하지않는다. 고관절을내측으로전이시키는것은 Ganz가시행한절골술에서도시행하며, RAO 보다많은교정이가능하다. 이는신체의중심에서고관절까지의지렛대거리를줄여고관절에가해지는힘을작게하여퇴행성병변을늦추기위함이다. 베른비구주위절골술의또다른장점으로는절골편의혈액순환이장애를받지않는다는점이다. 반면에 RAO 는혈액순환장애로골절편의골괴사가발생할수있다. 베른비구주위절골술은장골의외측은손상되지않으므로상둔동맥 (superior gluteal artery), 하둔동맥, 폐쇄동맥에서분지된비구와비구상부의소혈관과소둔근을따라들어오는혈관은손상되지않는다. 그래서절골편을심하게교정하는경우에도, 수술시시행한초음파검사에서는혈액순환이유지되는것을관찰할수있다고한다 2,6). 그리고비구후주를남겨골반의안정성이유지되므로수술후곧거동이가능하다 (Fig. 2). 비구주위절골술을실시하기전검사고관절이형성증환자는고관절부위의동통과걸음걸이의이상으로병원을찾게된다. 처음에는이학적검사상이상이없을정도로증상이심하지않고, 고관절전방부의동통이나 Patrick검사도정상일수있으며, 주로고관절외전근의피로에의한증상이다. 그러나비구순에손상이오게되면급격히증상이악화되고, 치료를하지않는경우에는퇴행성관절염으로빠르게진행한다. Fig. 2. 베른주위절골술은사각형으로절골하고, 대좌골절흔의비구후주는손상을받지않았으므로절골술후골반의안정성은매우좋다. 교정된상태는 2 개의나사못으로고정되어있으며, 작은나사못은 ASIS 를고정하고있다. 237

158 장재석 동통의원인이관절의퇴행성변화와함께대퇴골두를충분히덮지않은아탈구와관련이있는지, 또는비구와근위대퇴골과의충돌증후군에의한것인가를이학적검사를실시하여검사한다. 고관절을과신전시키고, 외회전하여고관절을전방탈구되는방향으로힘을가하였을때, 환자가고관절전방부에서동통과불안정한감을호소하면대퇴골두전방부가비구에의하여충분히덮여있지않은것이다 (apprehension test). 고관절을굴곡, 내전, 및내회전시킬때동통을호소하면충돌증후군을의심할수있다 (impingement test). 관절운동범위를측정하고, 관절운동제한이있는경우에는원인이무엇인가를확인하여야한다. 관절의감염에의하여심한반흔조직 ( 섬유질 ) 에의하거나, 또는울퉁불퉁한관절면이형성되거나가성비구를형성한아탈구로부드러운관절운동이되지못하는경우에는절골술로큰도움을줄수없을수있다. 이에대하여내전및외전시킨방사선사진을촬영하여관절간격을비교하는검사가필요하며, 관절간격이적당하고부드러운관절면을이루는정도의내전또는외전각도를확인하여근위대퇴골절골술여부도판정하게된다 26). 회전운동의차이가심한경우에는대퇴골전염각의정도를 C-T 로반드시확인하여야하며, 대퇴골회전절골술을같이실시하는것을고려하여야한다. 방사선촬영은체중부하상태로서서촬영한골반골전후방사진, 양측고관절전후방사진, frog-leg 사진, 고관절을외전-내회전시킨사진및내전시킨사진, 및 false profile view를측정한다. 고관절전방을비구가덮는정도를측정하는 false profile view는 3차원단층촬영검사 (3D C-T) 를실시하면서중요성이저하되었다. 방사선촬영중에는잘찍은골반골전후방사진이제일중요하다. 즉미골 (coccyx) 이치골결합과동일선상에위치하고, 치골결합보다약 1Cm 정도근위부에위치하는사진이비구이형성을평가하기좋은사진이다. 비구가대퇴골두를덮고있는정도에대하여는 Center-Edge angle of Wiberg(C-E 각 ) 를측정하여 20도이하인경우에는고관절이형성증을의심하여야한다. False profile view 에서도이와같은각도를측정하여고관절전방부를평가할수있다. 비구의경사도를측정하여야하며, 성인에서는비구의외측에서눈물방울을연결하는선과좌우눈물방울을잇는선이이루는각으로비교하게된다. 또한 Shenton s line을측정하여아탈구되어대퇴골두가상- 외측으로전위되는정도를파악하고, 내측관절간격이넓어졌는가도확인하여야한다. 그리고비구의전방벽과후방벽이비구외측에서만나는것을관찰하여야한다. 비구후염전은근위부에만있기때문에 X-선상비구후방벽이비구하부에서는외측에있다가상부로가면서비구전방벽에대하여내측에위치하게되며, 이를 Cross-over sign 또는 Figure of 8 sign 이라고한다. 이를관찰한경우에는절골술시후염전을증가시키는방향으로절골편이전방으로돌려지지않도록조심하여야한다. 충돌증후군이의심되는경우에는많은환자에서 frog-lateral 사진에서대퇴경부전방에골조직이융기되어있는것이관찰된다. 고관절이형성증에서는비구순이매우크게발달되어있으며, 파열이될수있다. 비후된비구순으로견디고있던고관절이형성증에서비구순이파열되면, 급격히퇴행성관절염으로진행되게된다고한다. 비구순은퇴행성변화를일으키고, 파열될수도있으며, 낭종을형성할수있다. 낭종은연골하골에서도관찰되지만, 관절근처의연부조직에형성할수있다. 그리고비구순근처의비구변연부가떨어지기도한다 (acetabular rim fracture). 그러므로비구순의상태를확인하여야하는데, 단순 C-T 또는 MRI 에서는관찰하기힘들며, 관절조영술을실시한후곧 C-T 또는 MRI를실시하여평가하여야한다 (C-T arthrogram, MR-arthrogram). 이외에조영제를정맥주사하고, 약 20 분경과한후 MRI 를촬영하는간접 MRarthrogram으로관찰할수있다 (Fig. 3). 비구주위절골술의수술기법 Ganz가소개한비구주위절골술은처음에는 extended iliofemoral 도달법을이용하였으나, 이소골형성및외전근손상등으로골반골외측을건드리지않는 smith-peterson 도달방법으로변형시켰다. 우선고관절관절막하방으로절골기를통과하여비구가좌골과연결되는부위에부분절골술을시행하고, 치골은장치융기 (iliopectineal eminence) 내측에서경사지게절골하고, 장골은전상장골극과전하장골극사이에서후방으로 Fig. 3. 간접 MR-arthrogram 에서비구순이전상방부위에서파열된것이관찰된다. 238

159 고관절주위절골술과관련된최신지견 절골하며, 비구후방주는 1 cm 남기면서좌골극방향으로절골을하고, 마지막으로좌골을절골한다. 이때장골에대한절골술을제외하면절골선을관찰하기힘들며, 보지않으면서절골술을실시하므로수술이힘든것으로알려져있다. 그러므로절골술시절골선이관절내로삽입되지않고, 또한비구후방주에도분쇄골절이발생하지않도록조심하여야하며, 경험이많이필요하다. 비구주위로원하는부위를절골하는것이중요하지만, 비구주위절골술에서가장중요한부분은절골편을수술전에예정한대로돌려절골편이대퇴골두를충분히덮도록교정하는것이다. 비구주위골반골을너무힘들게절골하여시간을많이소모하면, 절골편을재정렬하는것이더욱초심자에게는힘들게되며, 충분한교정을얻지못하는경우가있게된다. 비구주위로절골을마친후에절골편의재정렬을시도하는데절골편이움직이지않는경우가있다. 이것의원인으로는첫째골반골내측의골막이붙은채로남아있는경우가있으며, 치골절골이너무내측에서시행되면치골에붙은근육및인대를떼어내지못하는경우도있다. 둘째는절골이완전하게되지않는경우로처음부터절골기로완전히절골된여부를확인하여야한다. 셋째는절골면의각도가중요하다. 이외에드물게는심한아탈구에서아탈구된대퇴골두가절골편을회전시키는것을방해할수있으며, 이때에는견인이필요할수있다. 특히고관절을내전시키면서대퇴골두를많이덮어주기위하여는절골편의상부를외측으로끌어내는것이아니라, 절골편의하부를내측으로, 즉골반내로밀어넣는방향으로전이시켜야하는데, 절골면이경사지어방해하는경우가있다. Laminar spreader, Shanz screw, bone hook 등을이용하여점차적으로교정을얻어야하며, Shanz 핀이삽입된골을부수면서빠지는경우도있으므로조심하여야한다. 수술부위 ( 절골부위 ) 의시야를좋게하기위하여변형된수술방법들이소개되었다. 여기에는 Ilioinguinal도달방법을이용하거나, 전방은 iliofemoral 도달방법으로후방은 Kocher-Langenbock 도달방법을이용하는방법이있으며, 피부절개도길이차이가있을수있다. 여자환자에서는골반이넓고, 골반강이크기때문에 quadrilateral surface가보이는경우가있다. 그러나대부분의환자에서, 특히근육이발달한남성에서는 quadrilateral surface 뿐마니라 greater sciatic notch도확인하기힘든경우가있으므로 Ilioinguinal 도달법으로좋은시야를얻을수있을것이라고기대하여서는안된다. 그러나전방과후방의 2개의피부절개를이용하면모든절골부위를눈으로확인하면서수술을시행할수있으므로수술이훨씬수월하다. 수술자뿐아니라수술에참여한모든의사가절골부위를확인할수있으므로매우교육적이다. 그리고근위대퇴골에절골술을같이시행하는경우에는또다른피부절개가필요하지않는다. 2개의피부절개로반흔이크다는단점이있지만, 수술시간은절골술에드는시간이절약되므로전체적인수술시간에는큰차이가없는것같다. 전-후방의피부절개를하는경우에는전방에서치골절골과장골을먼저절골하고, 후방에서좌골절골을마무리하는방법도있으며, 후방에서먼저절골술을시행하고다음에전방을절골하는방법이모두가능하다. 이때전방의절골선과후방의절골선은대좌골절흔의전방부위에서만나게되는데이부위가잘확인되지않으면, 절골편조각이생길수있으나큰조각이라도수술결과에는영향을미치지않으며, 후방에서먼저절골술을시행하면전방에서보다쉽게절골선을확인할수있다. 그리고베른비구주위절골술은둥글지않고각이지므로절골편을돌리기힘들고, 병변이있는전방부위를많이교정하기위하여절골편을돌리면, 비구 ( 즉고관절 ) 는전방으로전이되게된다. 이를방지하기위하여는각이진부위의절골편을다듬어줄수있고, 전-후방도달법을사용하면둥글게절골술을실시할수있다. 전방에서만수술을시행하는경우에수술시영상증폭장치를사용할수있는데, 절골부위를확인할수없는비구후방주부위는영상증폭장치로도불분명하고, 수술시영상증폭장치가차지하는영역이크므로수술조작이힘들다. 그러므로빨리수술기법을터득하여영상증폭장치를사용하지않는것이바람직하다. Ganz는각이진절골기를사용하는데, 이는절골시반대측피질골을절골하는감을예민하게느낄수없는것같다. 전-후방의피부절개로절골부위를눈으로확인이가능한경우에는이와같은각이진절골기는필요하지않다. 절골편의재정렬이되었다고여기면 Steinmann 핀으로잠시고정을하고, X-선촬영을실시한다. 정확한골반전후방촬영을실시하여야교정정도를평가할수있다 ( 미골이치골결합에수직으로약 1 cm 상방에위치하는것이이상적이다 ). 교정은 C-E 각이 25 도이상으로정상이되고, 비구의체중부하를하게되는 saucil이수평이되고 ( 비구의경사가교정된것임 ), 대퇴골두가내측으로전이되었으나장좌선 (ilioischial line) 보다는외측에위치하는정도이며, Shenton s line이잘유지되고, 비구의후염전을의미하는 cross-over sign이없는것이이상적이다. 비구주위절골술의문제점중에하나는근위대퇴골절골술에서와같이술전에계획한각도로정확하게 X-선하에서교정하여줄수없다는것이다. 절골편을전방으로돌리는것은비교적쉬우나초심자는전외측으로돌리려는경향이있다. 그래서비구후염전을만들어충돌증후군을만들수있기도한다. 그러나 C-E 각을정상으로만들면서내측전이를시키는것이힘들다. 이는마치골반골골절에서전이된골절편의정복이힘들지만, 일반정복이되면쉽게원래상태로돌아가지않는것처럼절골술에서도내측전이가힘들지만일단전이가되면유지하는데 239

160 장재석 에는큰어려움은없다. 최근에는골반외측의연부조직은건드리지않으므로성인에서는비구의외측을덮어주는것의과교정은잘발생하지않는다. 하지만나이가어릴때에는과교정이가능하다는것을염두에두어야한다. 그러나 LCP 에와같이대퇴골두가큰경우에는고관절전방부를많이덮어주어도충돌증후군이없으므로, 교정정도에대하여는술전계획을잘세워야한다. 교정이잘된것을 X-선상확인되면, 2개의 4.5 mm 긴나사못으로고정하고, 절골술을마치게된다 (Fig. 2). 술후에는장운동이완전히돌아온후에음식을섭취하며, 그렇지않으면간혹장폐쇄가발생할수있다. 고령이아니므로아주빨리거동을시작할필요는없지만, 통증을느끼지않는행동은허용하여도되며, 대개술후 2~3 일에보행기를타고움직이며, 재활치료를시작한다. 보행은경사대 (tilting table) 에서서기, 평행봉에서걷기, 보행기를이용하여걷기, 목발로걷기순으로실시하며, 체중부하는통증을느끼지않는범위에서부분체중부하를한다. 근위대퇴골절골술이요하는경우고관절이형성증은비구의형태학적이상뿐아니라대퇴골두및경부에도변형이있을수있다. 주로비구의변형이있는경우에는비구절골술을, 반면에주로대퇴골의변형이있는경우에는대퇴골절골술을실시하는것이원칙이다. 비구와근위대퇴골에모두변형이있는경우에는양측에서절골술을실시하여야하며 (Fig. 4), 고관절을내전및외전시킨방사선사진을잘평가하여교정정도에대하여술전계획을세워야한다. 2번의수술로나누어실시할수있지만, 양측의절골술을한번에실시할수있다. 대퇴골절골술을먼저실시하는할지, 또는비구절골술을먼저실시할것인가에대하여는이견이있을수있다. Hersche는 11) 비구절골술을먼저실시하고, 대퇴골절골술은다음으로실시하였는데, 그이유로비구이형성증은비구의병변이주된것이기때문이라고하였다. 반면에 Nakamura는 22) 먼저대퇴골의외반절골술을실시하고, 다음에비구회전절골술을실시하였다. 그리고근위대퇴골의변형을 neck-shaft각이정상이거나증가된경우 (coxa valgus) 와대퇴경부가짧고, 대전자부가상부로 A B Fig 세여자환자로우측고관절이형성증으로동통을호소하며, 3D C-T 에서대퇴골두가둥글지않으며, 비구후염전이증가되어있고, 퇴행성낭종도확인할수있으며, 대퇴골의전염각도 50 도로증가되어있다 (A). 외전및내전시키고촬영한방사선사진에서내전시관절간격이잘유지되어 (B), 비구주위절골술과함께근위대퇴골절골술을실시하였다 (C). C 240

161 고관절주위절골술과관련된최신지견 올라가있으며 neck-shaft각이저하된 2개의군으로나누어비교한결과, 전자의경우가예후가덜좋은것으로보고하였다. 이는고관절의외반변형을더욱만들므로대퇴골두를내측으로이동시키는효과가적으므로생역학적으로고관절에가해지는힘을줄이지못하는것으로설명하였다. 대퇴골절골술은술전에계획한대로정확하게교정할수있는반면, 비구절골술은수술장에서교정정도를잘알수없으며, 예상한대로교정을못얻는경우도있다. 어느부위를먼저절골할것인가는중요한것은아니지만, 우선비구절골술을시행하여결정된새로운비구의위치에대퇴골절골술로교정하는것이큰실수를막을수있을것으로여겨진다. 합병증및이에대한예방과처치절골선이관절내로통과하거나, 절골기가실수로관절을손상시킬수있다. 이는특히절골선을눈으로확인하지않고절골술을시행할때발생할가능성이높다. 절골은주로골반골내측의 quadrilateral surface에서실시하므로이부위에서고관절과관계된표지가되는부위를확인하고절골선을결정하여야한다. 전방비구벽은장치융기 (iliopectineal eminence) 보다외측에있으므로치골절골은장치융기보다내측에서경사지게실시하고, 장골은 AIIS보다상부이며대좌골절흔 (greater sciatic notch) 과같은높이에서실시하면안전하며, 비구후방주는 1 cm 남기고좌골극위치까지실시하고, 좌골은좌골극위치에서폐쇄공 (obturator foramen) 쪽으로절골하면안전하다. Shiramizu가비구주위절골술을위하여비구에서비구 reamer로골반골을뚫으면서비구와 quadrilateral surface의해부학적특징을살펴본연구에서도위와같은관계를알수있다 25). 이외에가성비구가비구상방에형성되어있는경우에는 AIIS 가까이에서절골술을시행하면관절이노출될수도있다. 최근컴퓨터의도움을받으면서절골술을실시하는시도가있다. 보이지않는부분의절골술에유용할것이라고여겨지지만좀더결과를관찰하여야할것으로여겨진다 23). 외측대퇴피신경손상으로대퇴외측을감각이상을호소하는경우가있는데, 이는피부절개를 ASIS 보다외측을통과하게하고, ASIS는외측에서절골하여내측으로보내면신경도안전하게보호할수있다. 골반내에는혈관이많지만골막밑으로골반골을노출시키면혈관손상은없다. 골반골은풍부한혈액공급을받으므로절골부위에서의출혈은막을수없지만, 골반골내로들어가는영양혈관은천장관절앞부위에서확인하고 bone wax 로막아야한다. 앞에서언급한것처럼절골편이과교정되거나충분히교정되지않을수있다. 최근비구후염전과충돌증후군에 대한관심이높아지면서절골편을전외방으로많이돌리지않는것, 즉비구후염전을만들지않는것이강조되고있다 19). 절골부위불유합이주로치골부위에서관찰되는데, 이와연관된증상은없으므로무시하여도된다. 아주드물게장골의불유합도보고는있으나저자는아직경험한적은없다 7,13). 절골편을고정한나사못이관절내로들어가는경우가있으므로고정후에는관절운동을시키면서확인하여야하며, X-선촬영으로는확인하기힘든경우가많다. 그러므로수술후수일내로 C-T 촬영을실시하여나사못의위치를확인하는것이바람직하다. 최근에는골반골외측을노출시키지않으므로이소골형성은거의없다. 일본의 RAO 와같이절골편이둥글지않고사각형으로각이진절골술은절골편을돌리면서하지길이가길어지고고관절이전방으로전이되는경향이있다고한다. 이와같이하지길이가길어지는요인이있으나, 또한 C- E각을증가시키면서절골편의하부를골반내로밀어넣는조작은하지길이의단축을초래하므로절골술후하지길이변화는절골편의모양, 교정정도에따라차이가있다. 한편고관절이전방으로전이되지만이와관련된증상은아직확실하지않으며, 생역학적인결과에대하여는장기적인추시와함께연구가필요하다. 합병증이발생하는정도는경험과매우관계가있어처음에는 10% 이상이었으나 30예이상을수술한후에는 3% 정도로저하된보고도있다. 그리고수술의적응증이되기힘든경우에도수술을시도하는것도문제되는경우도있다. 예를들면많이전이를시켜야만체중부하를견딜만한관절연골을대퇴골두위에놓이게할수있거나, 정상적인형태의대퇴골두가아닌경우에절골술을시행하는것이다. 토론최근인공고관절의개발과수술기법및수술기구가괄목하게발전하였으며, 마모를줄이는인공관절면의연구도많이되었고, 나아가서피부절개를최소화하면서실시하는방법도시도되고있다. 그러나인공관절의모든것이해결된것이아니며, 인공관절의마모및골용해등은아직해결하여야할문제로남아있다. 그러므로젊은연령의고관절질환에대한치료방법은아직인공관절을미룰수있는치료를우선시도하여야할것이다. 1995년에 Callaghan이언급한 20~30년의수명이남은환자에서는인공관절이이상적인치료방법이아니라는것 은현상태에서도적용된다고본다 5). 이들에게시행할수있는치료방법으로절골술, 고관절유합술, 관절경수술, 골연절제술등이있다. 최근에는거의모든환자들이움직이는관절을원하므로고관절유합술은감염이있는경우에서만실시하게되고, 대부분의환자에서는절골술을고려하게 241

162 장재석 된다. 고관절에대한절골술은근위대퇴골절골술과비구주위절골술로나눌수있는데, 비구의병변인경우에는골반골절골술을근위대퇴골의변형에대하여는대퇴골절골술을실시하여야하며, 양측에모두변형이있으면, 변형이심한부위를또는양측에절골술을실시한다. 고관절이형성증환자의 50 세가되면약 50% 에서퇴행성관절염이유발된다고한다 10,16). 이렇게질환이진행하는것을막기위하여는예방적으로절골술을실시하여야한다고한다. 그러나나머지 50% 의환자들은어떻게될것인가하는것은아직확실하지않다. 고관절통을호소하여병원에내원한환자들중에는양측에고관절이형성증에의한관절염소견인골극및퇴행성낭종을 X-선상확인할수있지만통증은한쪽고관절에만있는것을종종볼수있다. 물론증상이있는고관절쪽이 X-선상병변이심하지만, 반대측에도 Shenton s line이어긋날정도이며, 골낭종도보이지만증상이없을수있다. 이것에대하여잘알수없지만비구순의역할이외에는설명할수없을것같다. 고관절이형성증에서관절조영술및 MRI 를실시하면비구순이매우비후된것을볼수있다. 이것은고관절의불안정성에대한반응으로보이며, 비구순이파열되게되면급격히퇴행성변화를초래하는것으로알려져있다. 이는비구순이고관절의안정도를높이는효과가있다는것을의미한다. 비구순이파열되면동통이유발되지만, 비구순의파열과동통과의관계는확실하지않다. 왜냐하면비구순의파열이있는고관절이형성증에서비구순에대하여아무런처치를하지않고, 다만비구주위절골술을시행하여도증상이호전된다. 아마파열부위가체중부하하는위치에있으면, 비구순이더욱파열되는방향으로힘이가하여지는경우에동통이유발되는것으로보이며, 체중부하를받지않으면증상은없는것으로여겨진다. 이는슬관절의반월상연골판파열부위가대퇴골과경골사이에끼이면증상이악화되는것 (catching) 과비슷하다고여겨진다. 그리고 RAO 에서는절골편의혈액공급이관절낭을따라오는혈관에위치하므로관절낭을절개하고비구순파열과같은관절내병변을수술하는조작은하지않는다. 이때에도역시절골편을돌려주어증상이호전된다. 이점을고려하면비구순파열에대하여관절경수술의효과와비교하여분석하는연구가필요할것으로여겨진다. 비구의재형성이이루어지는성장기연령에서는고관절이형성증대하여절골술을실시하여고관절의재형성을도와주면서향후발생하는관절염을예방하여야한다. 그러나이때에는성장판에손상을줄수있는비구주위절골술은실시할수없다. 성장판이폐쇄된청소년및성인에서증상이있는경우에는절골술을적극적으로실시하지만, 증상이없는경우에수술의실시여부에대하여는이론의여지가있으며, 이들에대한정확한병의진행과정에대한연구가필요하다. 퇴행성관절염으로의진행이느 려서고령이되어증상이나타나병원에내원하는환자들이있다. 이들에게는활동량이적으므로약물치료및재활치료만으로치료하거나, 한번의인공관절치환술로평생을사용하는경우도있을것이다. 그러나이와는반대로관찰만하다가증상이악화되어 X-선촬영한결과인공관절을실시하여야만하는관절염으로진행하여조기에절골술을실시하지않은것을후회하는경우도있다. 정기적으로추시가잘이루어지지않는우리나라에서는후자의경우가많을가능성이높다. 고관절이형성증에서는비구가작으므로인공관절치환술시적당한인공관절의선택이힘들고, 골소실을동반한해리로재수술을하는경우에는더욱힘들다. 이에반하여정상형태의고관절모양이형성된경우에는인공관절과골조직과의충분한접촉을얻을수있으므로수술결과도좋을것으로예상되므로증상이없는경우에도절골술을권할수있다. 하지만비구주위절골술은경험이많이요구되는쉽지않은수술이며, 수술후고관절외전근회복에도인공관절치환술보다오랜기간이걸린다. 이러한점들을고려하면정기적인외래추시를실시하고, 증상이유발되면곧절골술을실시하는것이바람직하다 20). LCP 에서와같이대퇴골두에도변형이있는경우에는수술전외전및내전시킨 X-선상 hinged abduction되는것과관절간격이잘유지되는부위를확인하여야한다. 그리고술전계획으로 X-선에서절골편을그려돌리면서대퇴골두와의관계를평가하여대퇴골절골술의필요여부를결정한다. LCP 에서는대퇴골두가크고, 역시고관절전방부가증상의원인인경우가대부분이므로절골술시전방으로절골편을많이돌리면서병변이있는관절연골은하방으로보내고, 전방대퇴골두를많이덮는방향으로절골한비구가놓이게한다. 이렇게하면비구의후염전은증가하지만대퇴골두가크기때문에충돌증후군은잘발생하지않는다. 다만나중에퇴행성관절염으로인공관절치환술을실시하게될때에는비구컵의위치를잘평가하여삽입하여야한다. 근위대퇴골절골술도시행하여야하는경우에는비구주위절골술시동시에시행하거나, 비구주위절골술을먼저시행하고, 2차로대퇴골절골술을실시할수있다 11). 절골술로얻은좋은치료효과가지속되는기간에대하여는확실하지않다. 치료경과는술자에따라차이가크지만 5년에는약 70~75%(50~90%) 가만족할만한결과를얻고, 10년후에는 60~65%(30~85%) 이며 3), Takatori에의하면 RAO를실시하고평균 19.8년간추시한 15 예에서다시수술을실시한환자는 1예도없었으나 X-선상퇴행성변화가진행되는것은관찰하였다 29). 그러므로초기에절골술을실시하면인공고관절치환술을실시하지않고평생지낼수도있다고여기고있다 6,15, 20,21). 242

163 고관절주위절골술과관련된최신지견 요약및결론 고관절이형성증은초기에재건형절골술로관절연골에가해지는 high loading을감소시키고, 또한이차퇴행성관절염을늦추거나막을수있다. 고관절가까이실시하는베른비구주위절골술과비구회전절골술은다른절골술보다많이교정할수있으므로최근많이실시되고있다. 그러나수술이어렵고, 특히베른비구주위절골술은보지않고수술하는부분이많으므로수술기법을습득하는데시간이오래걸리고, 합병증도발생하기쉽다. 이에전방과후방에서도달하는방법은안전하며, 배우는의사들에게매우교육적이다. 우리나라는고관절이형성증이늦게발견되어관절염이진행되어병원을찾는경향이며, 담당의사들도인공고관절수술을실시하는방향으로치료방침을결정하는경향인데, 앞으로고관절주위절골술에대한홍보로가능한경우에는인공고관절치환술을하지않도록하여야할것이다. 고관절이형성증에대하여는아직밝혀야할부분이많다. 고관절이형성증의발생기전에서부터아직증상이없는고관절이형성증환자의장기추시결과및비구순의역할과증상과의관계, 절골술시교정정도를정확하게확인하는방법및컴퓨터를이용하는방법을포함하여더좋은치료방법의개발등이앞으로연구하여야할과제들이다. REFERENCES 01) Aminian A, Mahar A, Yassir W, Newton P and Wenger D: Freedom of acetabular fragment rotation following three surgical techniques for correction of congenital deformities of the hip. J Pediatr Orthop. 25:10-13, ) Beck M, Leunig M, Ellis T, Sledge JB and Ganz R: The acetabular blood supply: Implications for periacetabular osteotomies. Surg Radiol Anat 25: , ) Brand RA: Hip osteotomies: A biomechanical consideration. J Am Acad Orthop Surg 5: , ) bohm P and Weber G: Salter s innominate osteotomy for hip dysplasia in adolescents and young adults. Acta Orthop Scand 74: , ) Callaghan JJ, Pedersen DR, Olejniczak JP, Goest DD and Jshnston RC: Radiographic measurement of wear in 5 cohorts of patients observed for 5 to 22 years. Clin Orthop Relat Res 317: 14-18, ) Clohisy JC, Barrett JE, Gordon E, Delgado ED and Schoenecker PL : Periacetabular osteotomy for the treatment of severe acetabular dysplasia. J Bone Joint Surg Am 87: , ) Davey JP and Santore RF: Complications of periacetabular osteotomy. Clin Orthop Relat Res 353:33-37, ) Ezoe M, Naito M and Inoue T: The prevalence of acetabular retroversion among various disorders of the hip. J Bone Joint Surg Am 88: , ) Ganz R, Klaue K, Vinh TS and Mast JW: A new periacetabular osteotomy for the treatment of hip dysplasias. Technique and preliminary results. Clin Orthop Relat Res 232:26-36, ) Harris WH: Etiology of osteoarthritis of the hip. Clin Orthop Relat Res. 213:20-33, ) Hersche O, Casillas M and Ganz R: Indications for intertrochanteric osteotomy after periacetabular osteotomy for adult hip dysplasia. Clin Orthop Relat Res 347:19-26, ) Hussell JG, Mast JW, Mayo KA, Howie DW and Ganz R: A comparison of different surgical approaches for the periacetabular osteotomy. Clin Orthop Relat Res 363:64-72, ) Hussell JG, Rodriguez JA and Ganz R: Technical complications of the Bernese periacetabular osteotomy. Clin Orthop Relat Res 363:81-92, ) Kim YJ, Ganz R, Murphy SB, Buly R and Millis MB : Hip Joint-Preserving Surgery: Beyond the Classic Osteotomy. Instr Course Lect. 55: , ) Leunig M, Siebenrock KA and Ganz R: Rationale of Periacetabular Osteotomy and Background Work. J Bone Joint Surg 83-A , ) Li PL and Ganz R: Morphologic features of congenital acetabular dysplasia: One in six is retroverted. Clin Orthop Relat Res 416: , ) McCarthy J, Fox JS and Gurd AR: Innominate Osteotomy in Adolescent and Adults Who Have Acetabular Dysplasia. J Bone Joint Surg 78-A , ) McCarthy J, Noble P, Aluisio FV, Schuck M, Wright J and Lee JA: Anatomy, pathologic features, and treatment of acetabular labral tears. Clin Orthop Relat Res 406:38-47, ) Myers SR, Eijer H and Ganz R: Anterior femoracetabular impingement after periacetabular osteotomy. Clin Orthop Relat Res 363:93-99, ) Millis MB, and YJ Kim: Rationale of Osteotomy and Related Procedures for Hip Preservation. Clin Orthop Relat Res 405: , ) Millis MB, Murphy SB and Poss R: Osteotomies about the hip for the prevention and treatment of osteoarthrosis. Instr Course Lect 45: , ) Nakamura S, Ninomiya S, Morimoto S, Moro T and Takatori Y.: Combined intertrochanteric valgus and rotational acetabular osteotomy. Clin Orthop Relat Res 384:176-88, ) Pakvis D, van Hellemondt H, Anderson P and de Kleuver M: No benefits with computer assistance in triple pelvic osteotomy. Acta Orthop Scan 75: , ) Santore RF, Turgeon TR, Phillips WF and Kantor SR.: 243

164 장재석 Pelvic and Femoral Osteotomy in the Treatment of Hip Disease in the Young Adult. Instr Course Lect. 55: , ) Shiramizu K, Naito M, Asayama I and Yatsunami M : A Quantitiative Anatomic Characterization of the Quadrilateral Surface for Periacetabular Osteotomy. Clin Orthop Relat Res 418: , ) Siebenrock KA, Leunig M and Ganz R: Periacetabular Osteotomy : The Bernese Experience. J Bone Joint Surg 83-A , ) Siebenrock KA, Schoeniger R and Ganz R: Anterior Femoro-acetabular Impingement due to Acetabular retroversion. J Bone Joint Surg 85-A , ) Takatori Y, Ninomiya S, Nakamura S, Morimoto S, Moro T, Nagal I and Mabuchi A: Long-term results of rotational acetabular osteotomy in patients with slight narrowing of the joint space on preoperative radiographic findings. J Orthop Sci 6: , ) Trousdale RT: Periacetabular Osteotomy. In: Barrack RL and Rosenberg AG ed. The Hip., 2nd ed, Philadelphia, Lippincott; , ) Turgeon TR, Phillip W, Kantor SR and Santore RF: The Role of Acetabular and Femoral Osteotomies in Reconstructive Surgery of the Hip. Clin Orthop Relat Res 441: , ) Weinstein SL: Natural history of congenital hip dislocation (CDH) and hip dysplasia. Clin Orthop Relat Res 225:62-76, ) Wenger DR and Bomar JD: Human hip dysplasia: evolution of current treatment concepts. J Orthop Sci 8: ,

165 대한고관절학회지제 18 권제 2 호 Vol. 18, No. 2, June, 2006 Arthroscopy of the Hip Joint 황득수 충남대학교의과대학정형외과학교실 서 론 고관절관절경의기본술식 고관절에있어관절경의개념은 1931년 Burman 3) 에의해처음으로보고된이래 1939년 Takagi 56) 가처음으로임상적적용에대한보고를하였으나 1970년대까지는이들술식이임상적으로유용하게이용되지는못하였다 년 Gross 29) 가소아환자에서관절경을이용하여임상에적용하기시작하였으며, 1980년대이후관절경을이용한고관절질환의진단, 치료및술기등에대해 Johnson 36), Watanabe 60), Erikson 19) 등이많은보고를하였고, Glick 27), Sampson 52), Villar 58,59) 등에의해접근방법이나고관절경의해부학적인면에서많은발전을이루었다. 관절경의술식, 기구및관절경적해부학의발전으로과거에설명되지않았던고관절통증에대한많은진단적접근과연구로점차관절경술식이보급발전되고있다. 최근에는대퇴비구충돌이라는새로운개념의등장으로고관절경의술식또한다양하게발전되고있으며여기에대한많은연구가현재진행중이다. 고관절은체내에서가장깊숙이위치한 ball and socket 관절로, 그해부학적인특징과고관절주변의튼튼한연부조직으로인해다른관절부위보다관절경을통한접근이힘들지만, 비구순파열이나고관절내유리체등에서관혈적수술방법에비해장점이많아점차관절경술식이보급발전되고있다. 고관절의관절경은측와위와앙와위모두에서성공적인접근이가능하며, 선택은수술자의선호도에달려있다. 적절한자세와 portal의위치가안전하고성공적인관절경술식의기초이다. 1. 수술전고려할점술전이학적검사중관절운동범위를측정하여구축의유무를알아보는것이중요하다. 만일구축이있다면, 고관절의안전한견인을위해매우주의해야하며, 특정위치에서견인이불가능할수도있다. 방사선학적검사상골극이나기타원인등으로관절내로관절경을삽입하는데장애를주는경우이다. 또한환자의비만정도도고려해야하며, 비만환자의경우는측와위를고려해야한다. 2. 적응증및금기증고관절의관절경에대한적응증과치료에대한결과는저자에따라분분하나, 일반적으로적응증에는 1) 고관절통증을호소하는환자의진단적목적 2) 비구순파열의진단과치료 8,11,50,53) 3) 유리체의제거 4) 퇴행성관절염의치료 5) 연골손상이있는경우 6) 활액막병변 48) 7) 대퇴골두무혈성괴사증 8) 화농성관절염 9) 원인을알수없는고관절동통등이이에속하며, 저자들은이외에도통증은있으나관절파괴의증거가명확치않은중등도의퇴행성관절염에서관절연골의상태의검사나변연절제술, 초기대퇴골두무혈성괴사증등에서핵심감압술을시행시관절내비구순, 활액막의동반병변을확인하고, 대퇴골두내의연골손상여부를확인하는데이용하였다 32). 금기증에는 1) 고관절을견인할수없는심한강직증혹은관절섬유화증환자 2) 연부조직혹은수술부위창상에문제가있는경우 3) 심한비만환자 4) 고관절에퇴행성병변이심하게진행된경우가해당된다. 통신저자 : 황득수대전광역시중구대사동 640 충남대학교의과대학정형외과학교실 Tel: Fax: dshwang@cnu.ac.kr 3. 수술방법 1) 도구 (Equipment) 관절경에필요한기본적인준비도구로서 1) image intensifier 2) distraction devise 3) 특별하게고안된고관절관절경기구등이있다. 통상견인정치로는 245

166 황득수 fracture table 이이용되고, 특별히고관절에이용되는관절경기구로는 1) 통상다른부위관절경보다길이가긴그리고 guide wire 를통해통과가가능한 obturator 나 trocar 가있어야되고, 2) 15~17 gauged 6-inch long spinal needle, 3) convex 한대퇴골두주위에접근이가능한 extra-long curved shaver, 4) extralong hand instruments, 5) 굵은 shaver 등을삽입할수있는 5.5-mm cannular, 6) high flow mechanical pump 등이필요하다. 최근조작에편리한 long flexible cannulars등이고안되고있다 (Fig. 1). 2. 견인 (Traction) 일부저자들은견인을하지않고고관절의관절경술식을성공적으로시행하였다고보고하고있으나 16,26), 다른저자들은견인이고관절내구조를관찰하고관절경술식을통해치료하는데필수적이라고하였다 45,46). 그러나비구에서대퇴골두를충분히견인하기위해필요한힘에는개인차가많아서, Eriksson 등 19) 은환자를마취시킨상태에서고관절을충분히견인하는데 300N에서 500N까지힘의차이가다양하게나타난다고보고하였다. 마취는전신마취, 경막외마취및척추마취가사용될수있지만, 견인력이최소화되도록하지근육의충분한이완이요구된다. 최근마취기술의향상으로 25 Ib에서 100 Ib 사이의견인력으로성공적인고관절관절경술식이이루어질수있다 45). 관절경술식을위한고관절의견인은회음부기둥에의한역견인 (counter-traction) 을필요로하며, 이는회음부에압박손상으로, 드물게회음부신경의신경차단을일으킬수있다. 이러한합병증을막기위해회음부기둥과전체견인장치에두껍게패딩하는것이중요하며, 회음부기둥을수술부위외측에가능한위치시켜회음부신경에최소한의압박을주면서, 적절한견인을유지시키는것이중요하다. 축성견인시발뒤꿈치는두껍게패딩된발부 츠에의해보호되며, 발을내회전및외회전시켜대퇴골두관절면의원활한관찰이가능하다. 비구에서대퇴골두의상대적인견인정도를결정하는데 C-arm 을통한전-후방사선영상이이용된다. 비구에서대퇴골두의견인은관절속음압경사를더크게하며, 이는고관절을견인하는데필요한힘의선형적증가를유발한다. 관절속음압경사는대퇴대전자부의상부에서비구에평행하게위치하는 6인치, 18 게이지의 spinal needle 로천자함으로써사라지며, 이과정에서 C-arm 이이용된다. 충분한견인은수술중기구의조작이용이하도록 8~10 mm 정도가되어야한다 (Fig. 2). 3. 수술적도달법 (Surgical approach) 1) 외측도달법 (Lateral approach) 외측도달법은일부고관절관절경술자들에게인정받고있는방법으로 27,37,44,45), bony landmark 로이용되는대퇴골전자주변부의접근이용이하고, 고관절내대부분의위치로의접근이용이하다 23). 앙와위도달법 (supine approach) 에비해외측도달법의상대적인적응증은 1) 전방비구병변 2) 후방유리체 3) 비만등이다. 외측도달법은병변있는쪽의고관절을위로한측와위에서시행된다. 기존의골절테이블 (fracture table) 을개조하여사용가능하지만, 최근측와위에서사용할수있는전용고관절견인장치가 Innomed 사 (Savannah, GA) 를통해이용되고있으며, 이장치는정규수술테이블에서이용가능하고, 다방면에서조절가능하다 (Fig. 3). 견인의방향은비구에서대퇴골두를들어올리기위해대퇴경부에평행한힘의방향이어야한다. 축성견인 (axial distraction) 은환자의대퇴경간부사이경사각 (neck shaft angle) 과비구의두께에따라 0~20도사이에서외전된상태로시행된다. 고관절은대략 10~20도가량전방굴곡위치가되며, 발은중립위에서약간외회전위치를유지한다. 고관절의전방굴곡은고관절낭의전방 Fig. 1. Hip arthroscopy instruments (Rt.: Smith-Nphew Co., Lt.: Stryker Co.). 246

167 Arthroscopy of the Hip Joint 에있는 Bigelow Y 인대의긴장을풀어주어, 견인수기를원활하게한다. 장축으로의견인이시행되기전에, 잘패딩된외측회음부기둥 (lateral perineal post) 을설치해야하며외전력에잘적응하는지확인해야한다. 외측회음부기둥의정확한위치를잡는것은, 대퇴골두를비구의내측벽에서횡비구인대 (transverse acetabular ligament) 너머까지들어올리는데중요하며고관절의외전방향을유지하는데필수적이다. 기둥의위치는좌골결절 (ischial tuberosity) 에서대략 10에서 15 cm 원위부에서체간의장축에수직으로위치한다. 기둥을더원위부에위치시키는이유로, 첫째, 회음부신경에압박을주어신경차단 (pudendal neuropraxia) 을일으키는것을 Fig. 2. AP fluoroscopic view of a Rt. hip. (A) A vacuum effect due to the negative intracapsular pressure created by distraction of the joint(arrows). (B) A spinal needle is used in prepositioning for the anterolateral portal. The needle courses above the superior tip of the trochanter and then passes under the lateral lip of the acetabulum entering the hip joint. (C) Distension of the joint disrupts the vacuum and facillitates adequate distraction. (D) The cannula/obturator assembly is being passed over the nitanol wire that had been placed through the spinal needle. Fig. 3. Lateral positioning for hip arthroscopy is shown with the hip flexed and with the foot slightly externally rotated. Fig. 4. Portals in lateral position. 247

168 황득수 방지해주고, 둘째, 견인이시행될때근위대퇴골의 cantilever 효과를허용하기때문이다. 외측회음부기둥이회음부내깊숙이위치할때는기둥이대퇴골소전자부주변과충돌하여견인을방해하게되므로피해야한다. <Portal 위치 > 측방위치에서보통 5가지의 portal 이소개되고있다. direct anterior, anterior paratrochanteric or anterolateral, the proximal trochanteric, the posterior paratrochanteric or posterolateral, 그리고 direct posterior portal 이있다 37). 이중흔히사용되는 portal 로는 direct anterior, anterior paratrochanteric, posterior paratrochanteric 이있다 (Fig. 4). (1) Direct anterior 추후설명되는 supine position 에서의 anterior portal과비슷하며 guide 는대퇴골두를향해 45 도내측, 45도상측방향으로향하여넣는다. 삽입시손상받기쉬운구조물로는 lateral femoral cutaneous nerve와 lateral femoral circumflex artery의 ascending branch 이다. 이를통해잘보이는관절내구조물로는 anterior femur neck, superior retinacular fold 그리고 ligament teres 등이있다. (2) Anterior paratrochanteric portal 이 portal 은고관절관절경술식에서사용되는가장안전한 portal 이다. 대전자의앞쪽경계부위에서앞쪽으로대략 2 cm 떨어지고본질적으로대전자의끝과같은레벨에있다. 이 portal 과관련된위험한신경-혈관구조물은상둔부신경이다. 해부학적연구에서상둔부신경이 trocar 나 spinal needle에서평균 4.4 cm 위에있는것을보였다 5). 이 portal 은앞쪽비구순병변이나비구 연골치료에매우유용하며, 그외앞쪽활막조직, 앞쪽비구순의관찰에도유용하다. (3) Posterior paratrochanteric portal 이 portal 은대전자로부터 2~3 cm 뒤쪽에서, 높이는 anterior paratrochanteric portal 과거의같은레벨로, anterior paratrochanteric portal 의정반대에있다. cannula는소둔근의뒤쪽경계와고관절낭의뒤쪽을지나 piriformis의건부위의앞쪽을지난다. 뒤쪽으로치우치거나좌골신경에손상을피하기위해처음 trocar 배치는약간위쪽, 앞쪽으로치우치도록해야한다. 20도이상굴곡시키거나, 대퇴골을외회전시키면, 좌골신경이손상될확률이높아지므로 spinal needle 이나 trocar 를삽입시다리는중립위거나약간내회전해야한다. 이 portal 은고관절뒤쪽낭, 비구순, Weitbrecht 인대및뒤쪽대퇴골두를잘관찰할수있고, 매우안전한 portal 로간주되며, 보통 anterolateral portal에먼저관절경을둔상태에서시행된다. 고관절의약간의굴곡시키면 spinal needle이나 trocar의배치가쉬우나, 과도한굴곡은좌골신경손상을초래하므로, 피해야한다. 2) 앙와위도달법 (Supine approach) 앙와위에서의관절경술식은앙와위에서의관절경술식의장점으로는 1) 측와위에비해자세잡는것이쉽고, 2) 짧은시간에시행될수있으며, 3) 고관절주위골절에사용되는골절테이블을사용하므로술자가자세에익숙하다는점등이있다. 고관절은신전, 25도외전및중립의회전위로고정하며, 고관절의과도한굴곡은좌골신경의손상을초래할수있으므로피해야한다. 술자와수술보조자, 수술실간호사는수술시행하는측에위치하고관절경모니터와 C-arm intensifier의방사선영상모니터는반대측에위치한다. 수술실간호사의 Mayo stand 는수 Fig. 5. Schematic of the operating room layout in supine position. Fig. 6. In supine position, hip flexion was done for precise observation of anterior part of hip joint and femur neck intraoperatively. 248

169 Arthroscopy of the Hip Joint 술시행하는측에위치하고, 관절경술식에필요한기구를위치시킨다. C-arm 은소독된포로무균상태를유지한후, 양다리사이에위치시킨다 (Fig. 5). 고관절간격이약 8~10 mm 정도까지넓어지도록 C-arm intensifier 로확인하면서견인을시행하고, 견인시간이마취간호사에의해측정되어, 술자는 2시간이상의연속적인견인을피하기위해규칙적으로시간을통보받는다. 앙와위에서 portal 은전외측방및전방 portal 이주로이용되며, 가끔후외측방 portal 을사용한다. 먼저 C-arm intensifier 로확인하면서 17 혹은 15 gauge, long spinal needle을고관절대전자부근위부바로위에서전외측방 portal 위치를통해고관절에삽입하고생리식염수 20~30 cc를주입한다. guide wire 를 needle 에삽입한후 guide needle 을제거하고남아있는 guide wire 를통해 obturator나 trocha를통과시켜 portal 을확공한후관절경을삽입하여관절내병변을확인한다. 다음으로대전자부의상부끝에서전방으로향하는선과골반의전상극에서직선으로하방으로향하는선을그어만나는위치에전방 portal을시행한다. 이때촉지에의해대퇴동맥을확인한후표시하여이들혈관과신경의손상을피한다. 간혹병변의위치에따라대전자부의후외측방 portal을이용하며, 이때는테이블의높이를높이고좌골신경손상을손상에주의하며 portal의위치를고관절에서수평 45 도를넘지않게하는것이중요하다. 저자는측와위에서잘관찰되는대퇴경부와전자간부부위의원활한관찰을위해서, 앙와위에서의접근시우선, 수술보조자가고관절의견인을해제하고, 골절테이블에서발부위를분리하여고관절을굴곡시킴으로써관찰이가능하여앙와위에서의단점을보완할수있다고하였다 31) (Fig. 6). 관절경의투시경의각도는 30 도를주로이용하고, 가끔 70 도를이용하기도한다. 30도관절경은비구중심, 대퇴골두및비구와의상부를관찰하는데유용하며, 70도관절경은관절의변연, 비구순및비구와의하부를관찰하는데유용하다. 지나친수압은액의 extravasation의원인이되므로적절한수압의유지가중요하다. 고관절관절경술식의합병증으로문제되는액의 extravasation 문제에있어서, 관절밖으로액의유출이있을경우새어나간유출액에의해복강이나후복막에유출액의축적으로인해일시적으로하지의혈행장애를초래할수있으며, 심장마비까지초래할수있다고보고된바있으나 2,52) 이는모두측와위에서생길수있는합병증으로앙와위에서는아직보고된바없다. 술기가끝난후관절내를깨끗이세척하고, 견인을즉시해소시키고, portal 부위는나일론으로봉합하고, 무균상태로소독한다. <Portal 위치 > portal 은전방, 전측방및후측방 portal 이이용되고있다 5) (Fig. 7). (1) Anterior portal 전방 portal 은치골결합부위에서측면으로뻗은수평선과전상방장골극에서아래로이어진수직선의교차점에있으며보통전상방장골극에서원위부로평균 6.3 cm에위치한다. 전방관절낭을통과하기전에봉공근과대퇴직근을통과해야하며, 전형적으로외측대퇴피부신경은전방 portal 부위에서 3개이상의가지로나뉘므로, portal은이러한가지신경들사이로지나가야한다 (Fig. 8). 외측대퇴회선동맥의가지들이보통전방 portal의하부로대략 3,7 cm에위치하고있으나, 전방 portal 로인해과도한출혈이생긴합병증은보고된바없다. 전방 Fig potals in supine position. Fig. 8. The relationship of the major neurovascular structures to the 3 standard portals is demonstrated. 249

170 황득수 portal 을통해잘관찰되는구조물로는대퇴경부의전방부, 외측비구순, 상방지대주름, 횡비구인대의전방부및원인대등이있다. 70도관절경은전방비구순이나비구에생긴병변을관찰하는데필수적이다 23,45). (2) Anterolateral portal 전측방 portal은중둔근을뚫고관절낭의외측을관통하며, 전측방 portal을뚫을시는상둔부신경의손상을주의해야한다. 전측방 portal 은 cotyloid 와의중심부에서하부를걸쳐비구의외측모서리의관찰이용이하며, 유리체가잘이동하는부위를포함해서, 비구주변관절의후방에서중후방부의관찰도용이하다. 앙와위에서처음에정확하고쉽게도달할수있는 portal 이다. (3) Posterolateral portal 후측방 portal 을이용하는경우는대부분의관절내병변이전방에존재하므로이를이용하는경우가드물며, 보통때는주로관절액의배수로이용된다. portal은중둔근과소둔근을뚫고관절낭의후방변연부에서외측관절낭을통과하여이상건의상부와전방부로지나간다. 외측관절낭부위에서좌골신경이위치하므로, 후측방 portal을뚫을시, 우선테이블의높이를상승시키고, switching stick 이나무딘 obturator로부드럽게삽입하여, 좌골신경의손상을주의해야한다. 3개의 portal 을통해고관절의체계적인관찰과수술적관절경술식이가능하며, arthroscopic knife 를이용하여 portal 부위주변의관절낭을이완시켜관절내의술식을용이하게할수있다. Byrd 7) 은각각의 portal 을통해잘관찰되는구조물을기술하였는데, 전방벽과전방비구순은전측방 portal 을통해잘관찰되고, 후방벽과후방비구순은후측방 portal 을통해잘관찰되며, 외측 비구순과관절낭은전방 portal 을통해잘관찰된다. 비구와와원인대는보통 3 portal에서모두관찰되며, 각각의방향에서다르게관찰된다. 4. Hip arthroscopy without traction 대부분많은저자들은고관절경의기본술식으로견인장치를사용하는것을추천하지만, 최근들어견인장치없이수술하는방법에대해보고되고있다. 물론체중부하면의관절연골, 비구와, ligamentum teres의관찰은견인장치를사용해야유리하지만, 관절변연부는견인장치없이도관찰이가능하다. Dorfmann and Boyer 16) 는고관절이고관절경의특면에서볼때 labrum에의해두개의 compartment로나뉜다고하였다. 하나는 central compartment이고또하나는 peripheral compartment 이다. Central compartment는 lunate cartilage, acetabular fossa, ligamentum teres, femoral head 의 loaded articular surface로구성되고이들구조물들은견인장치하에더잘관찰할수있다. Periphjeral compartment는 femoral head 의 unloaded cartilage, femoral neck의 medial, anterior, lateral synovial fold, zona orbicularis, intrinsic ligament 를포함한 articular capsule 등으로구성되며, 이들은견인장치없이관찰할수있다 (Fig. 9). 5. 임상적적용 1) 비구순파열고관절동통을호소하는환자에서이들동통의원인으로서비구순파열의진단은정형외과영역에서새로운영역으로자리잡고있다 1). 이의진단에가장중요한이학적 Fig

171 Arthroscopy of the Hip Joint 검사상소견은전방 impingement sign이며, 가장예민한진단적검사는자기공명관절강조영술이며, 가장정확한검사는고관절관절경이다. Fitzgerald 23) 는비구순의파열이반드시외상과관련되어발생되는것은아니며통증의양상은다양하게나타날수있고, 탄발음을동반할수도있다고하였다. MacDonald 등 42) 은 90 도굴곡과 15 도내전상태에서회전시키면서고관절에압박을주었을때통증을유발하는 impingement test로써비구순의파열중가장많은전방부의손상을진단할수있다고하였다. Leuning 등 41) 은자기공명관절조영술과관절경과의비교에서비구순의파열의위치는 12 시방향에서가장많았고, 전체비구순의약 25% 정도를침범하고있다고보고하였다. 이환자들을대상으로자기공명관절강조영술을시행하여비구순의파열에대해 Czerny분류를토대로각각분류하였다 9) (Fig. 10,11). 저자는그동안의많은경험에서비구순파열에의한관절내기계적인자극이고관절의통증의주원인인것을확 신하였고이를관절경을통해부분제거함으로서대부분의환자에서증상의완화효과를확인하였으나비구순파열의원인, 제거후장기간의경과관찰등에대해서는추후계속적인연구조사가요할것으로사료된다. 2) 대퇴골두무혈성괴사증저자가처음관절경을하게된동기가대퇴골두무혈성괴사에서관절내연골상태를확인하고자한데있었다. 그후 Ruch 등 51) 은대퇴골두괴사증에서중심감압술을위한경색부위의정확한위치선정을위해관절경검사가크게도움이된다고하였으며, O leary 등 49) 은대퇴골두괴사증의관절내 mechanical symptom을나타내는비구순파열이나대퇴연골의파괴정도를확인하는데관절경의유용성을제시하였다. 저자는간헐적으로초기무혈성괴사에서통증의원인이관절내존재하는지, 그리고 stage III 에서연골상태를확인하여인공관절로의치환유무를결정하는데도움을받기위해관절경을이용하고있다. 3) 활액막병변만약고관절이견인된상태라면, 비구와의활막이관찰가능하다. 그러나, 내측, 전방및외측관절낭의활막은오직일부만이관찰된다. 저자들의경험에서, 활막의이부위는견인없이가장잘볼수있다. 앞서언급했듯이, 연골종은대퇴경부의내측, 주변함요부및횡인대아래의함요부에축적되는경향이있다. 이때 cannula는활막의조직검사 ( 반응성또는특수한활액막염, 즉색소성융모결절성활액막염-PVNS), 활막절제술및연골종의제거를위해전측방또는전방삽입구를통해쉽게위치할수있다 (Fig. 12). Fig. 10. Arthroscopic Labrectomy in Soft-ball player. Fig. 11. Arthroscopic labral suture in young athlete. Fig

172 황득수 4) 관절내유리체관절내유리체는퇴행성변화에의해서또는외상으로인한비구나대퇴골두의골절편으로발생하는경우가많으며, 이자체가퇴행성변화를촉발시키므로유리체의제거는고관절관절경수술의명백한지침이된다 (Fig. 13). Fig. 13. Arthroscopy Loose Body Remove. 5) 골관절염관절경을통해연골의퇴행성변화의위치및정도를정확히알수있고, 다른병변을배제할수있어골관절염에서이용될수있고, 이를통한세척술이나골극제거술은일시적이지만통증의감소에상당한효과가있을뿐아니라변연절제는관절염의진행을지연시킬수있어고관절의증상을보이는젊은환자에서인공관절치환술의시행을피하거나늦추기위해시행될수있다 43) (Fig. 14). 6) 화농성관절염화농성관절염의기본적인치료원칙은관절강의감압, 괴사조직의제거, 그리고충분한세척술이다. Villar 등 58) 은관절경을이용하여좋은결과를얻었다고보고한바있으며, 저자도화농성고관절염이의심되는환자에서응급관절경세척술을이용하여극적인증상의호전및염증의완화를얻을수있었다. Fig. 14. Arthroscopic Findings in early Osteoarthritis. 7) 관절외병변골극의제거, 장요근유리술, 전자활액막염의제거, 골이식, 양성종양의절제에있어사용될수있었다 (Fig. 15). Fig

173 Arthroscopy of the Hip Joint Fig. 16. The Factor causing FAI are shown. (A) cam impingment, (B) pincer impingement. 8) Femoroacetabular Impingement 골관절염은연령이증가할수록남자보다여자에서많은것으로알려져있고 12,21) 유전적, 구조적, 생역학적그리고형태학적인인자들이관여한다고추측되고있으나 6,22,30,57), 정확한기전에대해서는아직명확하게규명되지않았다. 단순방사선사진으로부족한부분을자기공명관절조영술과같은정밀한진단방법을이용하여수술전고관절의병변에대한좀더정확한진단에접근할수있게되었고 10,21,55), 최근에는고관절관절경을이용하여골관절염의원 인을발견하는빈도가증가하고있으며, 여러원인에대한진단및치료로서유용하게사용되어지고있다 24,39,45,47). 최근일부저자들은모든환자에서전방대퇴비구충돌을일으키는형태학적인변형이고관절의점진적인퇴행성변화를야기하고초기골관절염을발생시킨다고보고하였다 35,38,40). Ganz 등 25) 은 600 명의사체연구에서초기퇴행성관절염의발생원인으로대퇴비구충돌의개념을제시하였고치료방향은고관절운동에방해가되는부위를제거함으로서증상이호전뿐만아니라병의진행을예방할수있다고하였다. 즉어느정도를벗어난고관절상태에서고관절의마지막운동시에대퇴근위부와비구가장자리사이에비정상적인접촉은비구순이나주위관절에나쁜영향을줄수있다고하였다. 또한최초로 19 예의환자들을대상으로수술적으로고관절을탈구시켜관찰한결과모든환자에서대퇴비구충돌이비구순과연골의손상을야기하는것을확인하고비정상적인부분을제거하여중장기추시상만족할만한치료결과를보고하였다. 현재까지고관절동통의원인으로비구순의파열의존재를확인하고이를관절경으로제거함으로서증상호전을보고한여러논문들 6,31-34,47) 은비구순파열과초기고관절염의근본원인으로전방대퇴비구충돌을인지하지못하였다고하였고, 최근발표한여러논문들 20,46) 에서관절경적비구순제거만으로만족할만한결과를얻을수없었다는점을두각시켰다. 이들의보고에의하면전방대퇴비구충돌이있는환자들은전방비구순파열이있는경우나타나는증상으로초기에는간헐적통증으로시작되며오래앉아있다가일어나면서발생하는통증이나운동이나오랜도보등으로악화되는양상의통증을호소한다. 그리고이학적검사상환측의고관절의운동제한이나 impingement test 에대부분양성으 Fig. 17. Osseous abnormality resulted in impingement. 로반응한다. 단순방사선사진소견상에서대퇴골두의측면이경부의기저부로볼록하게연장되는 pistol grip deformity 28), 대퇴골두의골단이골두의외측으로돌출된 asphericity, 회전축이대퇴골의대전자의끝보다 5mm 이상낮거나높은외반고, 내반고등이관찰된다. 또한전방비구연이후방비구연을내측에서외측으로교차하는비구의후굴, 대퇴골두가장좌골선과내측으로겹치는소견이보이는비구의골반내돌출등이관찰될수있다 54) (Fig. 16). 이들은전방대퇴비구충돌소견을두가지유형으로분류될수있는데, 첫번째는 cam impingement로 pistol grip deformity나 asphericity 등의비정상적인모양으로인하여대퇴골두의반경이증가하여고관절의운동, 특히굴곡시에비구안에서 jamming이발생하는것이다. 그결과전단력이발생하여비구연골의마멸과비구의전상방에서연골하골과비구순의분열이발생한다. 이는깊은연골의손상을발생시키고광범위한비구순의파열을야기하며, 주로젊은운동선수에서발생한다. 두번째는 pincer impingement로대퇴골두의모양은정상이나비구의후굴, 비구의골반내돌출등의비구의비정상적인모양으로인해발생하며계속적인충돌로인해비구순의퇴행이발생하고, 비구변연부의경화가발생하여추가적으로비구가깊어져충돌을더욱악화시키는유형이다 (Fig. 17). 253

174 황득수 Technique of Hip Arthroscpopy in FAI - Arthroscopic Compartments of the HIp joint - Dorfmann 과 Boyer 16,17) 는고관절을비구순에의해 2 개의관절경적구획으로나누었다. 첫번째는중심구획 (central compartment) 으로월상연골, 비구와, 원인대, 및대퇴골두의하중부하가되는관절면을포함하며, 견인을해야잘관찰될수있다. 두번째는주변구획 (peripheral compartment) 으로대퇴골두의하중이가지않는연골, 내측, 전측및후외측활막주름 (Weitbrecht s 인대 ) 이있는대퇴경부및 zona orbicularis< 고관절관절경조작시방해가되는구조물이나, 정상적으로대퇴골경부주위를 circular하게감싸고있는 ligament capsule 내의 deep layer로서, 대퇴골두를비구에안정적으로위치시켜탈구를방지시키는구조물이다 (Fig. 18).> 를포함하는내재인대가있는관절낭으로구성된다. 이부분은견인없이잘보일수있다 14). - Operative Technique - (1) Operating Room Setup 앙와위에서술자, 수술보조자및수술실간호사는 Fig. 18. Zona orbicularis Showed in MRI and cadaver model. Mayo 테이블과함께한쪽에위치시키고, C-arm은반대편에위치시킨다. 비디오모니터와 C-arm 모니터역시시술자의반대편에위치시킨다 (Fig. 19). (2) Positioning 견인및비견인을이용한고관절관절경술식은측와위혹은앙와위에서시행될수있으며, 이들의결정은수술자의트레이닝및습관으로행하여진다. 대부분은비견인을이용한고관절관절경술식을하는동안거의전측방및전방삽입구를이용한다. 저자들은보다정확한고관절내병변을관찰하기위하여견인과비견인방법을혼합하여시행하고있으며, 최근주변구획병변의확인및치료를위한비견인고관절경의시행이빈번히이루어지고있다. 이러한견인과비견인의혼합은고관절의정확한진단적관절경조사를가능하게하는데중요한역할을한다. (3) Hip Arthroscopy Without Traction Dienst 등 15) 은보고된문헌에서비견인방법으로시행한고관절관절경술식의방법에대해기술하였으며, 고관절주변구획의정상관절경적해부학에대해실제환자를통한연구에서보고하였다. 저자들도 cadaver를이용한각 portal 과해부학적구조물간의관계에대해실험한바있으며이를이용하여보다안전하고정확한 portal 을통해관절경시술을시행하고있다 (Fig. 20). 고관절의주변구획의관절경술식은앙와위에서전측방삽입구를통하여시행되었다. 환자를골절테이블 (Maquet, Rastatt, Germany) 에위치시키고, 슬관절은대략 45 도정도굴곡시키며, 견인대에지지한채로, 고관절의굴곡, 회전및외전을조절하였다. 사체와생체연구에서비견인고관절경시술시에고관절의굴곡이 tight한전방관절낭을이완시켜, 특히 Y- shape의 Iliofemoral ligament를이완시켜비체중면의관절내병리의진단및치료가가능하게되었고고관절의 Fig. 19. Non-traction technique in Hip Arthroscopy. Fig. 20. (A)Anterior and anterolateral portal (B) Ancillary portal. 254

175 Arthroscopy of the Hip Joint 굴곡이관절내용적을증가시키는데필수적이다. 이는관절내에서관절경을움직일때발생할수있는대퇴골두연골과활막주름에손상을피하는데중요하다. 또한연부조직종창을예방하기위해세척생리식염수의압력은 70 mmhg 이하로유지하는것이중요하다. 이러한견인및비견인방법은고관절의완전한진단적관절경술식에매우중요하며, Dienst 등 13) 은통상적으로비견인방법이전에견인방법을먼저하는것이좋다고하였고이는견인방법이환자의 position에더욱의존적이기때문이라하였다 (Fig. 21, 22). (4) Arthroscopic Anatomy 관절경검사에서고관절의주변구획은통상적으로다음과같이나뉠수있다. 즉, 전방대퇴경부, 내측대퇴경 부, 내측대퇴골두, 전방대퇴골두, 외측대퇴골두, 외측대퇴경부및후방으로나뉠수있다. 대퇴경부의전방에서의관찰을시작으로주변구획을잘관찰할수있다. 전측방삽입구를통해주변구획으로들어간뒤, 관절경을대퇴경부의전방표면에위치시키면, 처음에관찰되는구조물로대퇴경부의전방및내측, 전방과내측의활막주름, 대퇴경부의전내측표면과 zona orbicularis의전내측부위가있다 (Fig. 23). 30도내측을향하고있는관절경으로내측활막주름 (Medial synovial fold) 은시종일관관찰될수있다 (Fig. 24). 이것은보통대퇴경부에부착하지는않고근위부의대퇴골두의내측면에서원위부의소전자부까지통과한다. 이구조물은매우유용한표지자로, 특히주변구획내의시야가활막질환에의해제한된경우에더유용하다. Fig. 21. Non-traction technique of hip arthroscopy, intraoperative findings. Fig. 22. Anterior hip joint capsule in extension(a) and flexion(b). Flexion leads to relaxation of the strong anterior iliofemoral ligament (indication) and to a significant increase of the intraarticular joint volume (cadaveric hip). 255

176 황득수 6. 합병증 고관절의관절경후발생할수있는합병증으로외음신경 (external pudendal nerve) 과좌골신경의손상, 외측 대퇴피하신경 (lateral femoral cutaneous nerve), 국소적인화골성근염, 회음부의혈종, 드물게관절세척액의복강내유출에의한급성복통및심정지의예도보고하고있다 2,4,13) (Fig. 25). 7. 결론 Fig. 23. Diagnostic round trip through the peripheral compartment of a right hip. The articular capsule was cut circularly proximal to the zona orbicularis. (1) Anterior neck area, (2) medial neck area, (3) medial head area, (4) anterior head area, (5) lateral head area, (6) lateral neck area, and (7) posterior area. Fig. 24. Medial synovial fold. Fig. 25. Neuroplaxia. 동통성고관절환자에서관절경을이용한진단및치료는유용하고안전하였다. 특히관절경적접근으로진단및치료가용이하다고인정되어온비구순파열, 관절내유리체, 활막연골종증등에서좋은결과를보였으나, 중등도퇴행성관절염, 만성활액막염등에서는일정기간의증상완화만을기대할수있었고, 대퇴골두무혈성괴사의진단및치료에보조적인역할로서의의미를둘수있었다. 추후대퇴비구충돌환자들에대한관절경적치료및이의치료결과에대한중장기적인추시가필요하리라사료된다. REFERENCES 11) Alterberg AR: Acetabular labrum tears. A cause of hip pain and degenerative arthritis. South Med J, 70: 174-5, ) Barlett CS, DiFelice GS, Buly RL, Quinn TJ, Green DS and Helfet DL: Cardiac arrest as a result of intraabdominal extrabasation of fluid during arthroscopic removal of a loose body from the hip joint of a patient with an acetabular fracture. J Orthop Trauma, May;12(4): 294-9, ) Burman M: Arthroscopy or the direct visualization of joints. J Bone Joint Surg 13: , ) Byrd JW and Jones KS: Prospective analysis of hip arthroscopy with 2-year follow up. Arthroscopy, 16(6): , ) Byrd JWT, Pappas JN, Pedley MJ: Hip arthroscopy: An anatomic study of portal placement and relationship to the extra-articular structures. Arthroscopy 11: , ) Byrd JWT: Current concepts: Labral lesions. An elusive source of hip pain. Arthroscopy, 12-5: , ) Byrd JWT: The supine position, in Byrd JWT (ed): Operative Hip Arthroscopy. New York, Thieme, pp ) Conn KS and Villar RN: Labrum lesions from the viewpoint of arthroscopic hip surgery. Orthopade, 27(10): , ) Czerny C, Hofmann S, Neuhold A, Tschauner C, Engel A, Recht MP and Kramer J: Lesions of the acetabular labrum. Accuracy of MR imaging and MR arthrography in detection and staging. Radiology, 200: , ) Czerny C, Kramer J, Meuhold A, Urban M, Tschauner C and Hofmann S: Magnetic resonance imanging and magnetic resonance arthrography of the acetabular labrum: comparison with surgical findings. Rofo Fortschr 256

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179 대한고관절학회지제 18 권제 2 호 Vol. 18, No. 2, June, 2006 고관절골절의최신지견 윤형구 포천중문의과대학교분당차병원정형외과학교실 서 고관절골절은최근평균수명의연장과노년층의활동증가로골다공증이있는노년층에서그발생빈도가증가하고있으며, 또한교통사고등의고에너지손상 (high energy trauma) 에의해서젊은층에서도증가하고있다. 일반적으로, 골절의치료과정중장기간의침상안정으로인한전신적합병증을줄이기위해서는, 가능한조기수술및조기보행, 재활을실시하는것이원칙으로인정되고있다. 고관절골절은무혈성괴사, 불유합등의심각한합병증을야기시키는골절로서치료시환자의나이와기대치를고려하여합병증을최소화할수있는적절한치료방법을선택하는것이중요한데, 대부분수술적방법으로치료하고그방법으로는정확한해부학적정복및견고한금속내고정을시행하여단단한골유합을유도하거나고령인경우인공관절치환술을시행하는방법이흔히사용된다. 정확한해부학적정복및견고한내고정을위한여러가지기구들이고안되어왔음에도불구하고다양한합병증을유발하여, 고관절골절은정형외과분야의골절중미해결골절 (unsolved fracture) 의하나로간주되고있다 3). 이에저자는고관절골절의치료에있어서술전계획, 내고정물의선택과내고정의방법, 정복술의방법및그합병증등을문헌고찰과함께살펴보고자한다. 1. 대퇴경부골절 본 1) 술전계획모든환자는입원치료를원칙으로하고이환된고관절 통신저자 : 윤형구경기도성남시분당구야탑동 351 번지포천중문의과대학교분당차병원정형외과학교실 Tel: Fax: SAOS@unitel.co.kr 론 론 을약간굴곡, 외회전시킨채로유지한다. 진단이되면다른전반적인여건이수술을방해하지않는한가능한빨리수술하는것이바람직하나일주정도의연기는사망률을증가시키지않는다는보고가있다 11). 방사선검사는전후, 측면, 축면및 15 도내회전상을필히확인하여야하며, 전후면은골절의경사도, 측면은골절선의방향, 축면은후방분쇄골절의유무를확인하는중요한필름이고, MRI 는비전위골절의감별에유용하다. 전신마취와국소마취는술후생존율에는유의한차이가없는것으로알려져있지만심부정맥혈전증 (DVT) 이나폐색전증의예방에는국소마취가도움이되는것으로보고되고있다. 저용량의헤파린이나저분자량의헤파린이심부정맥혈전증을 40% 까지낯출수있다는보고가있다 18). 현재까지이러한대퇴경부골절의치료는해부학적정복후금속내고정술을시행함으로써골두를보존하는방법과일차적으로인공관절치환술을시행하는것으로대별되고있다. 2) 골절의정복혈액공급이재형성을하도록해부학적정복을하는것이이상적이며, 크게도수정복과관혈적정복이있으나, 일반적으로는도수정복하는것이일차적이고기본적이며또한대부분이이에속한다. 무리한도수정복이나과도한정복은하지말아야하며, 특히비전위성골절및감입골절의경우는무리하게정복을시도하는경우, 안정성을불안정성으로또는감입골절을전위된골절로만들수있기때문이다. 일반적으로대퇴경부골절은관절낭이튜브와같은형태를갖고있기때문에견인을하게되면장축으로정복되는특징을갖고있어정복후정확한평가가중요하다. 이때가장중요한것은후방분쇄유무이며 Lindequest와 Tonkvist 는대퇴경부골절에서내고정을시행한후에후방피질골을강하게지지함으로써견고한고정력을얻을수있다고하였다 15). 골절의형태는환자의손상기전시대부분하지의외회전과함께대전자부에충격을받아전이된골절이발생한다. 이러한환자중일부의경우에서대퇴경부후방에서분쇄골절이있어내고정후에도안정성이손상되는경우가있는데이후방분쇄 259

180 윤형구 골절은내고정후유지에지장을주는것으로알려져있고이는대퇴경부골절에서의후면부분쇄골절이내고정에서취약함을언급한점에일치한다. 정복후방사선의촬영으로전후면, 측면, 축면으로정복된상태를확인하여야하며정복이안됐을경우는다른방법의치료를고려하여야한다. 골절의정복상태와치료결과의상관관계는정복유지가정확하지않을수록합병증의빈도가증가한다는주장이있다 2). 방사선전후면, 측방사진의중심축이이루는각은 155~180도사이의범위내에서정복되어야한다고한 Garden의정렬지수 (Garden alignment index) 는여러논문에의해유용성이확인되었고, 대퇴경부와골두가이루는 S형태가없어질경우불완전한정복이며또한전염각이증가되거나없어진경우에해당된다고한 Lowell criteria 역시임상적으로유용한방법이다. 골절의정복은일반적으로크게굴곡및신전형태에서정복하는두가지방법이있으나저자의방법은외회전상태에서견인후골절부의간격을확인하고조심스럽게내회전 15 도가량을하여 back off시키면서보조의가압박붕대로외측견인및도수정밀조작을한다. 이때일시적 guide pin 을골절선까지삽입하고영상증폭장치를통해전후면사진을확인한후정확한정복이됐을때일시적 guide pin 을비구까지전진시켜회전변형을방지한다. 그다음일시적 guide pin의상하로 3~4개의유관나사 (cannulated screw) 를 guide pin을이용하여삽입하고 2~3 개의 washer를이용하여압박력을증가시킨후일시적 guide pin은제거한다. 3) 내고정물의선택가장기본적인것은대퇴경부의혈관에손상을적게주면서골절로인한혈행장애를재생시켜골절유합이될 때까지금속물이지지해주는것이고, 후방분쇄시의회전, 내전, 각변형및축상회전을막아주는역할까지해주면이상적인고정물이될것이다. 내고정물을이용한수술적치료방법으로는다발성나사고정술과압박고나사고정술로나눌수있는데이는골절의위치에따라그선택이달라질수있으나고정력에는큰차이가없는것으로보고되고있다. 다발성나사고정술에서내고정나사의사용목적은골절의정복을유지하고대퇴골두의후방및내전전위를막고골절치유기간동안골절면을유지하기위함인데이때고정나사의삽입위치가중요하다. 대퇴골두의중간부와상부는골밀도가높아고정력이좋고하부는골밀도가낮아고정력이낮다. Lindequist 등 15) 은대퇴경부골절의치료에있어서내고정물의위치에따른비교연구를통하여정복의상태와내고정물의위치등이치료결과에중요한인자라고하였는데, 특히후방피질골에근접하여나사못이위치한경우높은유합율을얻을수있었다고보고하였다. 현재가장많이사용되어비교적좋은결과를보이고있는방법으로해부학적정복후 3내지 4개의유경나사를고정하는것인데그결과도비교적좋은것으로되어있다 (Fig. 1). 그수기상첫째, 대퇴거 (calcar femorale) 위치에서아래쪽을먼저고정하여야힘을받고, 그다음에 guide를이용하여하방이나상방에나란히삽입하면서 subchondral bone 5 mm 이내까지고정하여야힘을받는다. 이때골두는천공하지말아야하며골두의앞쪽이나상방은고정되지않도록하고너무많은나사를사용하면외측피질골이골절될가능성이있으므로주의하여야하고필요시 5개까지삽입가능하고 Washer 를추가로사용할수도있다. 또한나사못의 thread가골절선에걸치지않고골절부위가압박되도록해야한다. 다 Fig. 1. Cross-section showing the position of the screws in the femoral neck. 260

181 고관절골절의최신지견 발성나사고정술시행시골유합율은 96% 까지보고되는등골유합율은매우높은것으로보고되고있으나대퇴골두무혈성괴사의빈도가 20~30% 로높게보고되고있다. 활강압박고나사와금속판고정술은기저경부골절로골다공증을가진노인의경우에사용을하며, 특히경부의외측피질골의골절이있는경우사용될수있으나, 이는크기가굵음으로인해서나사삽입시골절부위의전위가능성과근위부의회전변형가능성이있어현재로서는흔히사용되는방법은아니다. 4) 대퇴경부골절에서의인공관절치환술 65 내지 70 세이상의고령환자나전신상태가불량한환자및기존고관절질환이있는환자인경우대퇴경부골절의한치료방법으로서 1940 년대 Judet이처음으로단극성인공관절반치환술 (unipolar hemiarthroplasty) 을소개한이래인공관절치환술은고령환자에서좋은치료방법의하나로자리를잡아왔으나시간이지남에따라고관절부의동통이심해지고대퇴부품의해리및인공대퇴골두에 progressive acetabular protrusion 등의문제점이발생하여비구마모, 실패율및탈구를감소시킬목적으로 1970년대양극성인공관절반치환술 (bipolar hemiarthroplasty) 이개발되었다. 양극성반치환술은단극성반치환술에비해서더좋은결과가보고되어단극성반치환술의단점을보완할수있는대체방법으로알려져왔으나최근양극성반치환술과단극성반치환술의결과가비슷하다는보고와시간이지남에따라양극성반치환술의 inner bearting surface의운동성이사라져결국 outer surface 에서만운동이일어난다는의견이점점받아들여지고있고, 인공관절의탈구시양극성반치환술에서는거의대부분이관혈적정복이필요하고가끔도수정복중 dissociation이발생하는등의문제점이발생하여정말양극성반치환술이단극성반치환술을대체할수있는가하는의문이제시되고있는추세이다. 환자의골밀도, 연령, 일상생활의활동량, 동반질환등을고려하여인공삽입물의종류를결정하여야하겠지만일반적으로미미한활동량이있는환자에서는시멘트스템을이용한단극성삽입물 (unipolar bearing) 을사용하고적절한활동량이있는환자에서는시멘트스템을이용한양극성삽입물 (bipolar bearing) 을사용한다. 대퇴경부골절의치료에있어서인공관절반치환술이내고정술과비교하여갖는장점은재수술과합병증의빈도가낮고, 술후기능적결과가우수하며, 내고정술보다사망률이나이환율이높다는뚜렷한증거가없다는점이다 (Fig. 2). 이러한이유로미국등에서는전통적으로가장선호되는치료방법이다. 대퇴경부골절에서의인공관절전치환술의경우과거에는기존의심한퇴행성변화등이동반된대퇴경부골절의치료에주로사용하였으나최근그적응증이넓어져보다활동량이많은고령의대퇴경부골절의치료에사용되는경향이증가하고있다. 동통경감과술후기능이우수하고인공관절반치환술보다사망률이나이환율이높다는증거도없으며재수술에드는경제적인면을고려하여대퇴경부골절의효과적인치료방법의하나로인정되고있으나탈구가가장심각한합병증이다. 노년층대퇴경부골절에서시행되는금속내고정술과관절치환술간골절치료의일차적비용은내고정술이저렴하나금속내고정술의경우평균 20% 에서고정실패, 골이식술혹은관절치환술등의이차적치료를요할수있으며, 고관절부분치환술의경우관절탈구, 비구마모및돌출, 대퇴스템의해리및골용해등의부작용으로인하여고관절전치환술등의이차적수술이요구될수있다. Iorio 등 9) 은노 Fig year-old female with femoral neck fracture. (A) preoperative radiograph of Garden type IV femoral neck fracture. (B) immediate postoperative radiograph, performed with bipolar hemiarthroplasty. 261

182 윤형구 년층대퇴경부골절에서정복및내고정술, 단극성부분치환술, 양극성부분치환술및고관절전치환술등네가지치료방법중사망률, 합병증의발생율, 재수술율및술후 2년까지환자의활동적기능등을고려할때고관절전치환술이비용면에서가장효과적이라고하였다. 그러나이결과는외국의의료체계에서연구된결과로국내의사정과는맞지않는부분이있을수있어향후국내의료체계에서내고정술과관절치환술간의직접적인의료비용및간접사회비용을포함한전향적비교연구로밝혀져야할부분이라할수있겠다. 4) 술후관리및합병증대퇴경부골절의금속내고정술은 5~30% 정도의실패율을나타내는데이러한실패는대부분이차적인관절치환술을요하게된다. 가장빈번한고정실패의원인은대퇴골두무혈성괴사, 불유합및골절의재전위등이다. 골절의재전위는동통의증가와하지변형의재발이동반되는데이의원인으로는골절형태의부정확한분석, 부정확한골절의정복혹은골절감입의부족및부적절한내고정물의위치등을들수있고, 재전위된경우대퇴골두무혈성괴사나골절의불유합이일반적으로증가하는것으로되어있다. 대퇴경부골절의치료결과는여러인자들이복합적으로영향을주는것으로이해되고있으며많은저자들이골절의전위여부, 정복의정확도, 내고정물의위치, 후방피질골의분쇄정도, 수상후수술시행까지의시간간격등이치료결과에영향을미치는중요한인자로보고하였다. 문헌에따라기여도의우선순위에는약간의차이를보이고있어 Parker 등 21) 은골절의전위가합병증발생을예측하는가장중요한인자라고보고하였고, Lindequist 등 15) 은내고정물의위치가가장중요한인자임을강조하였으며, Nilsson 등 19) 은골절의정확한정복이가장중요한인자라고보고하였다. 저자의경험에서는내고정물이적절한위치에고정된경우정복의정확도가치료결과에영향을미치는가장중요한인자로평가되었으며전위된골절에서는무혈성괴사나불유합의발생이증가하는경향을보였고내고정물의종류와외상후수술까지의기간은무혈성괴사나불유합발생과의연관성이적은것으로나타났다. 그러므로노인에서전위된골절이해부학적정복을얻을수없는경우또는정복유지가안될경우인공관절치환술을시행하는것이효과적이라고사료된다. 대퇴경부골절내고정술시행후통증이없다가 6~24개월사이에점차적인통증이발생한다면, 대퇴경부무혈성괴사및골성관절염을의심을하여야하고이는가장심각한합병증이다 (Fig. 3). 이의발생에는정복정도와고정의견고성이제일중요하며, 전위정도에따라전위된경우 16~30%, 비전위된경우는 6~10% 의발생율을보고되고 있고, 내전정복을한경우나수술이지연된경우발생가능성이높아지는것으로보고되고있다. 이에대한예후는동위원소및 MRI 촬영으로추적하는것이좋고단순방사선소견상 3년이상에서무혈성괴사가없다면일단은안전하다고할수있다. 2. 대퇴전자간골절 1) 술전계획대퇴전자간골절의경우역시정확한해부학적정복및견고한내고정을위한여러가지기구들이고안되어왔음에도불구하고다양한합병증을유발하는골절중의하나이다. 이러한수술적치료를시행함으로써보존적치료에따른심혈관계의합병증, 욕창발생및전신적전해질의불균형등의문제점을예방하고, 견고한골절부의고정을통하여조기재활및사회로의복귀가가능하다는보고가있다. 일반적으로는마취과적혹은수술시의심각한합병증을유발할수있는전신적인문제점이존재하지않으면 24~48 시간내에수술적내고정을시행함이권장된다. 골절의양상뿐만아니라골밀도는고정의성패에결정적인영향을미치는바, 이에대한술전의정확한평가가요망된다. 특히후내피질골의분쇄상에따른골편에대한내고정여부가골절의안정성확보에영향을미칠수있으며, 골두부위의골밀도도근위골절편의안정적내고정에결정적이다. Larso 등 14) 은 Singh index가 3이하인골다공증군에서골두천공및내고정의실패의빈도가높다고하였고, 특히불안정골절이동반된경우에는더욱증가한다고보고하였다. 일반적으로골절의한쪽면피질골의연속성이소실되면, 골절은동측으로전위되고안정성이소실되는것이일반적이다. 수술시행전골절의안정성을평가하는다양한골절의분류와소견이보고되고있으며, 방사선적으로평가하는경우에는전자하부골절의동반, 골절선의역전 (reverse obliquity), 4 part 골절, 후내측피질골의분쇄, large posterior trochanteric fragment, bissecting lesser trochanter, 대전자부의심한분쇄등에대한검토를요하고이들의존재는불안정성을의미하여술전세심한계획을요한다. 전자간골절의약 30% 정도를차지하는불안정대퇴전자간골절은 Evans 분류에서는후내측피질골의분쇄와역경사골절로정의하였고 AO 분류상 A2,A3 형골절이포함된다. 2) 골절의정복생체역학적측면에서안정된대퇴전자간골절의정복을위해서는대퇴거를포함하는후내피질골의연속성을획득하는것이중요하므로, 가능한원위및근위골절편이밀착되게하여해부학적안정성을갖도록하여야한다. 골절 262

183 고관절골절의최신지견 의형태및분쇄상으로인하여, 도저히해부학적정복이불가능하거나, 정복하더라도내고정및유지가불가한경우에는 3~4 가지의방법의비해부학적이지만안정적인정복을시도하여볼수도있지만최근의경향은불안정성이있더라도해부학적정복을한후골이식을하는것이기능적으로보다좋은것으로보고되고있다. 골절부의정복은환자를골절수술대에앙와위로놓고양측하지를발고정대에단단하게고정한상태에서장축견인과외전및내외회전을하며도수적정복을시행하는데, 이러한정복방법에대하여 May 등 17) 은대전자부일부만포함된전자간골절은중립위에서잘정복되며, 더광범위하게분쇄된경우에는약간외회전시키면잘정복된다고하였고, Massie 등 16) 은대부분의전자간골절의경우에후내측에골결손이존재하므로 15~20도외회전시킬것을강조하기도하였다. 골절수술대를이용하여도수정복이가능하도록최대한노력하고, 골수강내금속정을이용경우는특히수술전 에미흡한정복상태를수술을시행하면서수술기구및내고정기구로정복을시도하겠다는결정은바람직스럽지못하다. 도수정복으로정복이불가하거나, 안정성이확보되지않는경우에는관혈적정복을시도하는데, 가능한역학적으로정상에가까운고관절의상태를회복하도록하며, 이러한노력은내측골편을부착시키며안정성을획득하는방법으로지향되어져왔고, 대표적인방법으로는 medial displacement osteotomy (Dimon-Hughston osteotomy), valgus osteotomy (Sarimento osteotomy) 및 lateral displacement osteotomy (Wayne County osteotomy) 가임상적으로적용되고있다. 또한, 골절정복및내고정시에있어서외반위고정술이내반위고정술보다권유되어지며, 외반위고정술과관련하여 Kyle 등 13) 은지연나사 (lag screw) 와 barrel plate사이의각도가클수록골절부의압박력이증가하여활강이잘일어난다고하였고, Massie는금속정의각도가고관절의정상체중 Fig year-old male with femoral neck fracture. (A) preoperative radiograph of Garden type IV femoral neck fracture. (B) immediate postoperative radiograph, fixed with multiple cannulated screws. (C) postoperative 3 yesrs radiograph after screws removal, showed AVN of the right femoral head. (D) total hip arthroplasty was performed for the right hip. 263

184 윤형구 부하축에가까울수록금속정의굴곡모멘트 (bending moment) 가줄고활강이잘일어남을증명하였으나, 불안정골절에서는골절편의과도한전위를유발할위험성도존재한다. 대부분활강이클수록압박력이커져골절부의유합에기여하게되나이는불안정성을표현하기도하여최근에는해부학적정복을시도하고있는추세이다 3) 내고정물의선택대퇴전자간골절의치료를위해그동안많은내고정기구들이연구되고개발되어왔는데내고정술의가장보편적인방법은골절부위가압박력을얻어골절부위의골유합을촉진시킬수있도록고안된활강압박고나사 (DHS) 방법과활강압박고나사에서발생되는 bending moment arm의증가에따른체중부하시의압박나사의돌출에따른부작용등을줄여주고자고안된골수강내금속정고정술로대별될수있다. 현재가장보편적으로사용되는내고정물인활강압박고나사는근위골절의조절된활강을통한골절부위의감입을유도하여골절의안정성을증가시키고골유합을촉진시킬수있는장점이있다. 하지만불안정대퇴전자간골절에서활강압박고나사를이용한수술적치료시후내측의지지대나근위골편의외측지지또는양쪽모두의결핍으로대전자부의외측이동, 불안정대퇴골두골편의회전변형을초래하여과도한골절부감입, 하지의단축, 고정실패등을일으킬수있다. 불안정대퇴전자간골절치료시활강압박고나사만을사용할경우발생할수있는이러한문제점들을보완하기위해최근전자부안정화금속판 (TSP) 이추가적으로많이사용되고있으며이를사용한경우지연나사의과도한활강과대전자부의외측이동을감소시켜준다는결과가보고되고있다. 또한근위골 절편의외하방전위가없이골유합을얻을수있으며대전자부를포함한외측부에골절이발생하였을경우좋은적응증이될수있고, 지연나사상방으로유관나사를삽입할수있어골절의회전안정성에도도움이될수있다. 단점으로는내측골편이있는불안정성골절을안정성골절로만드는것이아니므로내측골절편에대한골이식등이필요할수있으며동양인골격에비해전자부안정화금속판크기가너무커대전자부의형태에모양을맞추기가어렵다는것이단점이었지만최근외국업체와국내업체에서동양인에맞는크기로개발된것이나와개선되고있는추세이다. 또기저부골절인경우회전변형을막기위해 antirotational screw를근위부에사용하는방법이추천된다 (Fig. 4). 활강압박고나사의단점을보완하기위해지렛대간격을감소시키고불안정성골절에서도체중부하시견고한내고정을유지할수있도록골수강내금속정이도입되어 Zickel nail 및감마정등이사용되었으나, 삽입이어렵고대퇴대전자하부와대퇴간부의골절이발생할수있고, 수술후지속적인대퇴부동통이남는등의문제점이보고되었다. 여러회사의제품들이소개되고있으나 1997년에 AO 에서처음소개한근위대퇴정 (PFN) 은 2개의나사들로이루어져있으며, 확공과정이단순하고회전방지용나사를삽입하여근위골절편의회전불안정성을제거하여대퇴경부나사삽입후발생할수있는골두천공을줄일수있게제작되었다 (Fig. 5). 원위부직경이작아대퇴간부골수강의확공이필요없고원위교합나사의직경이작고재질이타이타늄으로비교적무르며, 소형근위대퇴정은한국인대퇴골근위부에도무리없이일치하여, 간부골절의가능성이낮고고나사의과도한외측돌출로인한전자부점액낭염을예방할수있는구조적장점을가졌다. Fig year-old male with intertrochanteric fracture. (A) preoperative radiograph of Kyle type III intertrochanteric fracture. (B) immediate postoperative radiograph, fixed with a dynamic hip screw, antirotational screw, cable and TSP. 264

185 고관절골절의최신지견 Fig year-old male with intertrochanteric fracture. (A) preoperative radiograph of Kyle type II intertrochanteric fracture. (B) immediate postoperative radiograph, fixed with a proximal femoral nail and distal locking screw. 근위대퇴정에서도몇가지합병증들이보고되었는데 2개나사의관절내돌출현상과대전자첨부의골절편이확공과정에서전위되는경우도보고되었다. 대전자첨부의전위는최근입구를확공하는조작에서무리한힘을가하지않고쉽게확공시킬수있는 drill bit가개발되어확공중에정복이소실되는예는많이감소하였다. 삽입부의확공은영상증폭장치를통하여신중하게하는것이중요하리라생각되고확공시골절편의전위를최소화하기위해유연확공기의사용을줄이고손의힘만으로확공하는것도좋은방법으로사료된다. 이러한방법이외에골수강내고정방법으로 Ender정 (Ender nail) 이있는데이는골절부위에연부조직의문제점으로해당부위의수술적접근이불가할경우에매우용이하다. Laros 등 14) 은보행능력에제한이있는심각한내과질환을가진고령의환자들의경우완전한해부학적정복을얻을수없다고할지라도, 골절로인한통증의경감과손쉬운간호를위해소요시간이짧고위험부담이적은 Ender정을이용한내고정술이적합하다고하였다. 최근에는 Ender정을대퇴골원위간단부의내측에삽입하는변형된 Ender정내고정술도이용되고있다. 위에기술한이들방법의선택은실제적상황에서골절의양상과술자의수술기법, 경험및취향에따라각기달리이루어질수있을것이다. 활강압박고나사혹은골수강내금속정에서대퇴골두내에고정되는내고정물즉지연나사의위치는골절의안정성및실패에중요한영향을미친다. 전후, 측방사진혹은수술시의영상증폭장치상에서이상적인위치로는크게 3가지로대별된다. Wilson 등 25) 은전후방및측방방사선사진에서모두중심성을선호하였고, Evans 등 4) 은 Fig. 6. Calculation of Tip-apex index (TAD). 전후방에서하방, 측방에서중심성을주장하였으며, Kaufer 등 10) 은전후방및측방에서모두하방에서의삽입을주장하였다. 다양한주장에도불구하고, 적어도골두의전방및상방내의삽입은피해야한다는것이일치된의견이며, 삽입정도는대퇴골두관절면으로부터 10 mm 정도이내에삽입하여야만강한고정력을얻을수있고, 골두내스트레스효과 (stress riser) 를감소시켜, 대퇴경부의피로골절을예방할수있으며, controlled collapse 발생이 plate barrel에감입되는것을방지하는것으로보고되고있다. 압박고나사의경우에지연나사의위치를전후및측방단순방사선사진을판단하는방법으로 Baumgaertner 등 1) 은 Tip-Apex Distance (TAD) 를고안하였고 (Fig. 6), 보고에의하면 27 mm 이하의경우에는골두천공이단한례도없었으며, 45 mm이상의경우에는 60% 이상에서골두천공의합병증이발생하였다고보고하였듯이, 지연나사의골두내위치는전자간부골절 265

186 윤형구 치료의내고정에서매우중요하다. 4) 술후관리및합병증술후합병증을감소시키기위해조기의침상밖활동이바람직하나, 골절정복및내고정의상태와환자의전신조건을고려한술후관리가바람직하다. 따라서, 불안정한골절임에도불구하고조기의체중부하로골절부의고정실패, 골두천공등의문제점이발생되지않도록유의하여야하며, 방사선학적소견에의거하여골편의전위양상, 가골의형성, 내고정기기의유지정도에따라서점진적인보행을시도하는것이바람직하며, 전신쇠약, 치매및기타요인으로부분체중부하가불가능한경우에는조기보행불가에따른합병증의발생에최대한주의를기울이면서골절유합이되는시점까지체중부하를연기할수있다. 내고정후골절자체와연관된가장중요한합병증으로는크게내고정의실패, 불유합, 회전변형에따른부정유합, 대퇴골두무혈성괴사등이있다. 술후사망률은 Kyle 등 13) 의보고에의하면, 노년에서의대퇴전자간부골절의입원기간중치료과정에서의사망률은 10% 정도이고, 골절후 1년내사망률이 10~30% 이며, 골절의형태와사망률간직접적인관계는없으나, 정상인에비하여수술후 1 개월내에는 15 배, 2개월내에는 7배정도의사망률이증가하는것으로보고하였다. 고정실패의특징적인소견으로는근위골편의내반붕괴 (varus collapse) 와함께지연나사의골두천공으로서, 약 4~20% 까지의다양한발생률이보고되고있으며, 3개월이내에발생되는이러한고정실패의대표적인원인으로는골두내지연나사의편심성위치 (eccentric placement), 대퇴골두내에부적절한확공으로인하여또 다른위치에 second channel이존재하는경우, 안정된정복이안된경우, 지연나사의활강범위를초과하는과도한골절편의감입, barrel plate가부적절하게삽입되어 controlled collapse를방해하는경우및견고한고정이불가능할정도의심한골다공증등이있는것으로알려져있다. 3. 대퇴전자하골절 1) 술전계획대퇴전자하골절은교통사고의빈발및평균수명의연장으로그발생빈도가증가하는추세이며, 최근에는특히 30~40대의활동성이많은연령층에서증가하고있다. 대퇴골전자하부는전자부와는달리주로피질골로이루어져있으며, 혈류가적고, 생역학적인중력의부하가크며, 골절시에는대부분의경우강한외력에의한분쇄골절인경우가많고주위의근력작용에의해골편이전위되기쉬워정확한해부학적정복과유지및견고한내고정을이루기어렵고, 지연유합, 불유합, 단축및각형성, 그리고회전변형등의합병증이발생할수있다. 대퇴전자하골절의치료목적역시빨리골유합이되고재활하여환자가골절전의상태로환원케하는것이다. 대퇴전자하부골절의치료중보존적치료법은현재거의사용되지않고있으며제한적으로소아골절이나전신상태가불량하여마취가불가능한환자에게적용되는데, 이는특히노년층에서높은합병증과사망률을가져오므로수술적치료를시행하여견고한내고정후조기보행을가능케하는것이최근의추세이다, Fig. 7. (A) 41-year-old female with Seinsheimer type IV subtrochanteric fracture. (B) immediate postoperative radiograph, fixed with a dynamic hip screw, antirotational screw, cable and bone graft. 266

187 고관절골절의최신지견 2) 내고정물의선택골절치료시중요한것은집중되는응력에견딜수있는견고한내고정이라할수있겠으며이를얻기위하여각각의골절에대해어떤내고정물을선택, 사용하느냐가중요하다. 내고정장치의선택은골절의분쇄정도, 위치및양상에따라다르나크게금속정판군 (nail plate device) 과골수강내금속정군 (medullary fixation) 의두가지로분류할수있으며각고정물의장단점이연구되어지고있다. 금속정판 (nail plate) 은 sliding nail-plate, angled blade plate, Jewet nail, 압박고나사 (compression hip screw), 노식금속판 (Rowe plate) 등이제작되어사용되고있는데내고정금속의강도및금속정과금속판연결부의강도를높이기위해여러가지로변형보완된금속정판이고안되고있다 (Fig. 7). 그러나금속정판의역학적단점으로 Fielding 등 5) 은금속정에비해긴 moment arm 으로인해금속판에는장력이작용하고내측골피질에는압박력이작용하며, 불완전한정복과심한분쇄골절에서내측지주 (medial buttress) 가소실된경우또는불완전정복된경우장력대로작용하고있는금속정판의한곳에힘이집중되어기계적실패의빈도가높다고하였다. 불안정한전자간골절및전자하골절의치료에최근많이사용되는활강압박고나사나골수강내금속정에의해발생할수있는불유합이나하지단축이노년층에서는어느정도받아들여질수있으나, 활동력이왕성한청장년층에발생한경우기능적인제한이심각할수있으므로정확한해부학적정복을얻을수있는노식금속판 (Rowe plate) 을이용할수있다. 노식금속판은대퇴골근위부와대전자부의외측면에맞도록만곡된형태로고안되어생역학적으로안정적이며망상골나사를이용하여골절근위부를강하게고정할수있는장점이있으나광범위한절제와많 은양의골이식을요한다는점과체중부하가지연되는단점이있다 년대초에 Richard회사에서독자적으로개발된이후각기다른모양으로널리쓰이고있는압박고나사는큰부하에도견디며, 금속나사가활강되어대퇴골두의돌출이적고골편이감입되어안정성을증가시키고불유합을감소시키는장점이있으나, Kaufer 등 10) 은단점으로골두에삽입되는금속나사의단면적이넓어수술시 2번이상의확공을시행하면해면질골의손실로고정이어려우며, 골유합후에기구를제거한후에도골두에커다란구멍이생겨세심한주의를요하며, 원통 (barrel) 과금속판의접합부위이하의전자하골절에서는원위골편이원통에걸려서활강되는장점을이용할수없다고주장하였다. 저자는피질골에분쇄성이심한대퇴골전자하부골절과특히전자부골절을동반한대퇴전자하골절을압박고나사로치료하여좋은결과를얻었으나이는다음과같은기술적인면이숙지되어야한다. 압박고나사고정시전자하부분쇄가있을경우긴 side plate를사용하여야되는데이때외측골피질에서 135 도각도를측정하여평행하게대퇴골두에나사를삽입고정해야만골절정복의소실이적어지며이경우필히골이식을해야한다. 1970년대도입된 AO angle blade plate는내측지주의회복이가능하고금속판이장력대로작용가능하면효과적일수있다고하지만이는내측지주의정확한해부학적정열과모든내측골편의안정된고정을요구하는기술적인어려움이있다. 골절부에간접적인정복술과 no-touch 술기를사용하여골절부에생체학적으로손상을주지않음으로써정확한해부학적정복없이도좋은결과를얻을수있도록고안된골수강내금속정으로는 Kntscher nail, Zickel nail, Ender nail, interlocking intramedullary nail, Fig. 8. (A) 76-year-old male with Seinsheimer type III subtrochanteric fracture. (B) immediate postoperative radiograph, fixed with a intramedullary nail. 267