Original Article Preoperative Risk Factors for Deep Infection Following Total Knee Replacements Hee-Chun Kim, M.D., Hoon-Sang Sohn, M.D. and Sang Eun Lee, M.D. Department of Orthopedic Surgery, National Medical Center, Seoul, Korea Purpose: The aim of this study was to investigate the overall rate of deep infection and the risk factors for infection after primary total knee arhroplasties. Materials and Methods: We conducted a retrospective case-control study of 229 patients (376 knees) who underwent total knee replacement (TKR) between January 2006 and June 2007 and who were followed up for more than one year. The risk factors for deep infection were determined via univariate analyses. Results: The overall rate for developing infection was 1.9% (7 of 376). The risk factors were an operating theatre other than the main room (odds ratio=33.2, 95% confidence interval=1.9, 583.6) and a preoperative hemoglobin level lower than 12 mg% (odds ratio=4.3, 95% confidence interval=1.9, 9.4). Conclusion: The deep infection rates after TKRs might vary depending on the preoperative level of hemoglobin and the operating-room environment. Successful strategies to overcome the host and environmental risk factors are needed with the goal of preventing infection of the prosthesis. Key Words: Total knee replacements, Deep infection, Preoperative risk factors 서 슬관절전치환술 (total knee arthroplasty) 후감염은흔하게발생하지는않지만, 일단발병하면치료하기어려운심각한합병증이다. 일차성 (primary) 슬관절전치환술후보고되는감염빈도는약 1 내지 2.5% 이며 1,5,8-10), 기왕의수술력, 당뇨병, 류마티스관절염, 비만등의동반질환이있는경우에발생빈도가높다 7). 본원에서는최근몇년사이에심부감염의빈도가높아지는임상적경험을저자들이하게되어서, 그원인을 통신저자 : 손훈상 100-799, 서울시중구을지로 6가 18-79 국립의료원정형외과 TEL: 02-2260-7195, FAX: 02-2260-7559 E-mail: shs8383@hanmail.net 접수일 : 2009년 10월 18일수정일 : (1차 ) 2009년 10월 22일, (2차) 2009년 10월 31일게재허가일 : 2009년 11월 5일 론 밝히고자하는노력으로후향적 (retrospective) 증례대조군연구 (case control study) 를시행하였다. 즉, 일차성슬관절전치환술후심부감염의빈도를조사하고그발생에영향을미치는위험인자들 (risk factors) 을규명하고자하였다. 대상및방법 1. 연구대상 2006년 1월부터 2007년 6월까지본원에서한저자에의해일차성전치환술을시행받은슬관절은 477 예였다. 이중 376 예 (78.8%) 에서만 1년이상임상적및방사선학적추시가가능하였으므로이 376 슬관절을대상으로후향적분석하였다. 376례, 229명환자의평균연령은 68.1±6.6 (44 84) 세였으며대부분 (218명,95.2%) 이여자였고평균비만도 (BMI) 는 26.4±2.7 ( 19.2 45.0) kg/m 2 이었다. 술전진단은평균골관절염이 368예 (97.9%) 였고, 류마티스관절 265
266 염이 3예, 골괴사증이 1예, 그리고후외상성관절염이 4예였다. 2. 수술및처치삽입된인공관절은세종류였으며대부분 (367 예, 97.6%) 에서같은디자인 (Scorpio Superflex PS R, Stryker Howmedica Osteonics, Allendale, NJ, USA) 을사용하였다. 전례에서후방십자인대대치형 (posterior stabilized) 을사용하였고슬개골을치환하였다. 대퇴골, 경골, 및슬개골부삽입물모두시멘트고정하였는데, 한팩당 0.5 gm의 erythromycin 과 3백만단위의 collistin 이포함된항생제함유시멘트 (Antibiotic Simplex R, Howmedica International S. de R.L., Limerick, Ireland) 를사용하였다. 경막외마취 (epidural anesthesia) 하에공기지혈대를가압한후정중선도달법 4,5) 으로관절낭을절개하고원위대퇴골및근위경골을골수강내도자 (intramedullary guide) 를이용하여절제하였다. 골절제후하지의역학적축을고려하여필요한만큼내측연부조직유리술을시행하였다. 수술중항법장치나 C-arm 의사용은없었다. 전례에서슬개골을치환하였으나외측지지대유리술 (lateral retinacular release) 은시행하지않았다. 이용한수술실은 5실이었는데, 층류 (laminar flow) 수술실이 2실 ( 각각 A, B로명명 ) 이고비층류일반수술실이 3실 ( 각각 C, D, E로명명 ) 이었다. 일회용수술포를사용하였고수술참여자는배기복 (body exhaust suite) 을착용하였다. 예방적항생제는 2006 년 1월부터 2006 년 12월까지는 2 세대쎄팔로스포린계약물을술후 5일간정주투여하고그후페니실린유도계약물을추가 10일간경구투여하였으며, 2007년 1월부터 2007년 6월까지는 2세대쎄팔로스포린계약물만술후 5일간정주투여하였다. 3. 감염의판정및분석심부감염의진단은 (1) 관절내천자로얻은활액의배양이나 PCR (polymerase chain reaction) 술기로원인균을밝혀낸경우와 (2) 원인균을동정해내지는못하였으나신체검사상발적과국소열, 그리고혈액검사상 CRP 와 ESR 등염증지표의증가가현저하여임상적으로심부감염으로진단하였으므로재수술을시행하게된경우로하였다. 환자의연령과성별, 비만도, 내과적질환의 동반유무, 그리고술전신체검사와진단검사소견등이술후심부감염발생률과관련이있는지그연관성을조사하였다. 또한, 슬관절의진단이나과거병력, 수술력, 술전변형의정도, 필요했던연부조직유리술, 수술실환경, 예방적항생제의사용량등과술후심부감염발생률의연관성을조사하였다. 환자연령의구분은환자들의평균나이가약 70세임을고려하여 70세미만과이상으로분류하였고, 술전혈액내혈색소 (hemoglobin) 나단백 (protein) 의구분은본원진단검사상정상최소치인 12.0 gm% 와 6.0 gm% 를경계로하여분류하였다. 술전혈액검사는수술 1일전아침식전에채취한혈액에서실시하였고그결과혈색소수치가정상범위미만이라도술전에이를교정하지는않았다. 통계적처리는카이스퀘어검정 (χ 2 test) 으로하여잠재적위험인자와심부감염발생의상관관계를분석하고 odds ratio 와 95% 신뢰수준을계산하였다. p값이 0.05 미만인경우를통계학적으로유의한상관관계가있는것으로간주하였다. 결과 1. 심부감염의빈도 (Table 1) 심부감염은 7예 (1.9%) 에서발생하였고, Tsukayama 분류법 9) 으로구분하면 5예가수술중감염이고 2예는급성혈행성 (acute hematogenous) 감염이었다. 수술실감염에의한것으로보이는 5예는모두만기만성 (late chronic) 감염이었으며, 이중 1예에서는원인균주를알아낼수없었다. 나머지 4예에서는원인군주로각각 methicillinresistant staphylococcus aureus, methicillin-resistant coagulase-negative staphylococci, 그리고 non-tuberculous mycobacterium 2예가동정되었다. 혈행성감염 2예에서는각각 methicillin-sensitive staphylococcus aureus와 Streptococcus가동정되었다. 2. 환자측위험인자의분석 (Table 2) 환자의연령, 성별, 비만도, 진단, 동반질환, 관절변형의정도등은술후심부감염의발생빈도와상관관계가없었다. 술전검사소견중혈색소가 12.0 gm% 이상인환자의 284 슬관절중에서는 3예 (1.1%) 에서감염이발생한반면, 12.0 미만인환자의 92 슬관절중에서는 4예 (4.3%)
김희천외 : 슬관절전치환술후심부감염의술전위험인자 267 Table 1. Details of the 7 Infected Primary Total Knee Arthroplasties Case Age/Sex Medical illness Timing of infection Culture Type of surgery Outcome 1 66/F Hypertension 2 months No growth 2-stage revision Success 2 69/F hypoalbuminemia 26 months MSSA - Chronic infection obesity 3 73/F Diabetes 2 months NTM - Chronic infection hypertension obesity 4 59/F Hypertension 4 months MRCNS - Suppression angina 5 74/F Diabetes 10 months Streptococcus 2-stage revision Success hypertension 6 79/F - 3 weeks MRSA 2-stage revision Chronic infection 7 83/F Hypertension 1 month NTM 2-stage revision Expire angina skin ulceration MSSA: methicillin-sensitive staphylococcus aureus, NTM: non-tuberculous mycobacterium, MRCNS: methicillin-resistant coagulase-negative staphylococci, MRSA: methicillin-resistant staphylococcus aureus. Table 2. Individual Risk Factors in Patients with and without Deep Infection following Primary Total Knee Replacements Patient-Level characteristics Odds ratio (95% Confidence interval) p-value Age>70 years 1.65 (0.32, 8.61) 0.555 BMI>30 kg/m 2 2.88 (0.54, 15.29) 0.194 Hgb<12.0 gm% 4.26 (1.93, 9.40) 0.042* Hematocrit<36 % 2.34 (0.52, 10.6) 0.257 Serum Albumin<3.0 gm% 2.20 (0.26, 18.96) 0.462 Serum Protein<6.0 gm% 2.84 (0.15, 53.76) 0.694 Hypertension & other CV disease 2.60 (0.50, 13.55) 0.241 Diabetes 1.71 (0.33, 8.99) 0.522 FBS>140 mg% 1.03 (0.20, 5.41) 0.969 MAD>20 o varus or flexion contracure>30 o 0.89 (0.10, 7.56) 0.878 *Statistically significant (χ 2 test, p<0.05). 에서감염이발생하였으며이러한차이는통계학적으로유의하였다 (p=0.042). 3. 수술위험인자의분석 (Table 3) 예방적항생제의투여시기와기간은술후심부감염의발생빈도와상관관계가없었다. 양측을동시에수술한 294 예중에서는 6예 (2.0%) 에서, 일측만을수술한 82예중에서는 1예 (1.2%) 에서감염이합병되었으나, 이차이의통계학적의의는없었다. 층류수술실 A에서수술을시행한 254 슬관절에서는술후감염이없었던반면, 층류수술실 B에서수술한 84 슬관절중에서는 4예 (4.8%) 에서감염이속발하였고, 일반 (conventional) 수술실 C, D, E에서수술한 38예중에서는 3예 (7.9%) 에서술후심부감염이발생하였으며, 이러한차이는통계학적으로유의하였다 (p<0.001). 이러한차이는수술실 A와수술실 B, C, D, E를묶어서비교해도통계학적유의성이있었으나, 층류수술실 A, B와일반수술실 C, D, E 를묶어서서로비교하면유의하지않았다.
268 Table 3. Surgical and Environmental Risk Factors in Patients with and without Deep Infection Following Primary Total Knee Replacements Operative characteristics Odds ratio (95% confidence interval) p-value Operating room Laminar-flow room A 1.0 Laminar-flow room B & conventional room C, D, E 33.2 (1.87, 583.60) 0.0001* Bilateral knee 1.69 (0.20, 14.22) 0.6266 Duration of prophylactic antibiotics 2nd-generation cephalosporins IV for 5 days 1.0 PLUS oral penicillin-derivatives for 10 days 0.38 (0.08, 1.74) 0.1989 *Statistically significant (χ 2 test, p<0.05). 고찰슬관절전치환술후심부감염의빈도는약 1 내지 2% 이고 9,10) 이중에서대략 3분의 1은술후 3개월이내에, 나머지 3분의 2는그후에발생한다고보고되었다 5). Bauer 등은예방적항생제를사용하고수술장환경을개선하면 1% 이하로도줄일수있다고하였다 2). 본연구의결과는심부감염의발생빈도가약 1.9% 이고, 이수치도대상환자를술후 1년내지 2년단기추시한결과인것을감안하면외국의보고와비교하여도감염빈도가높은편이라고볼수있다. 원인균은다양하지만여러보고에의하면 staphylococcus aureus와 coagulase-negative staphylococci가제일흔한것으로알려져있다. 기왕의보고 6) 에의하면슬관절전치환술에합병된감염증의원인균으로상기균주가각각 33.3%, 21.4% 였다고하였다. 본연구에서도각각 25%, 20% 로비슷한양상이지만특이하게비정형감염균인 non-tuberculous mycobacterium (NTM) 이 2예있었다. 심부감염이일단발생하면항생제투약만으로치료되는경우는거의없고대부분환자에서후속수술이필요하게되며이경우환자와가족에게육체적, 심리적, 경제적손실일뿐아니라치료자에게도큰부담이된다. 그러므로예방이최선의치료인것으로간주되고 10), 따라서감염의위험인자를규명해서이를제거하려는노력이필요하다. Tsukayama 등 9) 에의하면그슬관절에과거수술력이있거나, 당뇨, 비만, 흡연, 영양상태불량, 혹은면역억제 상태등동반질환이있는경우등이전치환술후감염의위험인자가된다고하였으며, Bengston 과 Knutson 3) 은슬관절전치환술후감염발생의위험인자로류마티스관절염, 과거수술력, 경칩형치환물 (hinged prosthesis) 등을지적하였다. 본연구에서는고령, 비만, 당뇨, 고혈압등심혈관계질환등의동반이나혈액검사상단백이나알부민수치등이전치환술후감염의빈도와는관계없으며다만, 혈색소가 12 이하인환자에서술후감염의빈도가높은것으로나타났다. 그외에도양측성인지일측성인지와경구예방항생제의추가투여여부등도위험인자가아니었다. 수술이시행된수술실에따라감염의발생빈도가차이가있었다. 주로사용하는층류수술실 A에서수술을시행한 254 슬관절에서는술후감염이전혀없었으나, 층류수술실 B와일반수술실 C, D, E에서수술한 122 예중에서는 7예 (5.7%) 에서술후심부감염이발생하였으며, 이러한차이는통계학적으로도유의하였다 (p<0.001). 저자들은그이유를밝히기위해나중에수술실의환경, 세균, 역학조사등을시행하였다. 각수술실에배지를설치후 24시간시행한환경배양의결과, staphylococcus aureus 나 mycobacterium 은발견되지않았으나수술실 B, C, D, E에서 coagulase-negative staphylococci가검출되었고, 상기한원인균운아니더라도전체적으로배양된기타균의집락수도수술실 A에서보다수술실 B, C, D, E에서많았다. 또한층류수술실 A에서는층류가잘유지되는데비하여층류수술실 B에서는층류가작동하지않았다. 따라서, 이러한환경적요인들이심부감염의발생을높인것으로추정하였다.
김희천외 : 슬관절전치환술후심부감염의술전위험인자 269 본연구의결과처럼감염의위험도와양상이술후감염의위험이같은병원인본센터의방마다도서로다르다면, 서로다른의료기관들사이에서도감염의위험도와양상이차이가있을것으로추측해볼수있다. 그러므로, 슬관절전치환술후심부감염을줄이기위해서는기관 ( 병의원 ) 마다상이한환경인자 (environmental factor) 를고려하여차별적인예방전략이필요할것이므로, 이런차이를고려하지않는표준화된진료및예방지침의적용은불가한것으로판단한다. 본연구의제한점은대상예가너무적어서독립위험인자규명을위한다변량분석이불가능했다는점과잠재적위험인자중일부만을조사했다는점이다. 그러나제한된본연구를통해서도일정시간에심부감염의빈도가왜높았는지를밝히기위한소기의목적은달성할수있었으며그것은수술장환경과관련이있었다고추정할수있었다. 결론일차성슬관절전치환술후심부감염의발생빈도는드물지않았고, 술전환자의혈색소가 12 gm% 미만인경우더발생하였으며, 수술실환경과밀접한관련이있었다. 그러므로, 슬관절전치환술후심부감염을줄이기위해서는개별환자인자와환경인자를고려한예방전략이필요하다. REFERENCES prosthesis. Clin Microbiol Infect, 12(suppl 3): S93-S101, 2006. 2. Bauer TW, Parvizi J, Kobayashi N, Krebs V: Diagnosis of peroprosthetic infection. J Bone Joint Surg Am, 88: 869-880, 2006. 3. Bengston S, Knutson K: The infected knee arthroplasty. A 6-year follow-up of 357 cases. Acta Orthop Scand, 62: 301-311, 1991. 4. Insall J: A midline approach to the knee. J Bone Joint Surg Am, 53: 1584-1586, 1971. 5. Jacofsky DJ, Hanssen AD: The infected total knee arthroplasty. In: Barrack, et al ed. Orthopaedic knowledge update. Hip and knee reconstruction. 3rd ed. Rosemond, American Academy of Orthopaedic Surgeons: 177-183, 2006 6. Laffer RR, Graber P, Ochsner PE, Zimmeril W: Outcome of prosthetic knee-associated infection: evaluation of 40 consecutive episodes at a single centre. Clin Microbiol Infect, 12: 433-439, 2006. 7. Namba RS, Paxton L, Fithian DC, Stone ML: Obesity and perioperative morbidity in total hip and total knee arthroplasty patients. J Arthroplasty, 20(7 suppl 3): S46-S50, 2005. 8. Patel R, Osmon DR, Hanssen AD: The diagnosis of prosthetic joint infection: current techniques and emerging technologies. Clin Orthop Relat Res, (437): 55-58, 2005. 9. Tsukayama DT, Goldberg VM, Kyle R: Diagnosis and management of infection after total knee arthroplasty. J Bone Joint Surg Am, 85(suppl 10): S75-S80, 2003. 10. Zimmerli W, Trampuz A, Ochsner PE: Prostheticjoint infections. N Engl J Med, 351: 1645-1654, 2004. 1. Barberán J: Management of infections of osteoarticular
270 슬관절전치환술후심부감염의술전위험인자 국립의료원정형외과 김희천ㆍ손훈상ㆍ이상은 목적 : 슬관절전치환술후심부감염의빈도와위험인자를알아보고자하였다. 대상및방법 : 2006 년 1 월부터 2007 년 6 월까지한저자에의해일차성전치환술을시행받고 1 년이상추시가가능했던 229 명환자의 376 예슬관절을대상으로후향적분석하였다. 환자의연령과성별, 비만도, 내과적질환의동반유무, 그리고술전신체검사와진단검사소견등이술후심부감염발생률과관련이있는지그상관관계를조사하였다. 또한, 슬관절의진단이나과거병력, 수술력, 술전변형의정도, 필요했던연부조직유리술, 수술실환경, 예방적항생제의사용량등과술후심부감염발생률의상관관계를조사하였다. 결과 : 376 슬관절중 7 예 (1.9%) 에서심부감염이있었다. 환자의연령, 성별, 비만도, 진단, 동반질환, 관절변형의정도등은술후심부감염의발생빈도와상관관계가없었다. 술전검사소견중혈색소가 12.0 gm% 미만인환자의경우 (p=0.042) 감염의발생이많았다. 층류수술실 A 에서는술후감염이없었으나층류수술실 B 와일반수술실 C, D, E 에서수술한예에서는감염률이높았으며이러한차이는통계학적으로유의하였다 (p=0.0001). 결론 : 일차성슬관절전치환술후심부감염의발생빈도는드물지않았고, 술전환자의혈색소가 12 gm% 미만인경우더발생하였으며, 수술실환경과밀접한관련이있었다. 슬관절전치환술후심부감염을줄이기위해서는개별환자인자와환경인자를고려한예방전략이필요하다. 색인단어 : 슬관절전치환술, 심부감염, 술전위험인자