시멘트 형 주대
고한석・김정 훈
인제대학교 의과대학 서울백병원 정형외과학교실
서 론
1 9 6 0년 C h a r n l e y가 골 시멘트를 이용하여 인공 고관절을 뼛속에 견고히 고정하기 시작하면서 인공 고관절의 시술결과는 급속도로 개선되었다. 1990년 대까지의 거의 대부분 인공고관절은 인공고관절 주 위의 골용해가 폴리에틸렌 마모편에 의한 것이라는 사실이 밝혀지고 또한 초기 인공 삽입 물 고정의 문 제점이 어느 정도 해결되면서 골 시멘트를 이용한 인공고관절이 많이 사용되었다. 그러나 점차 골 시 멘트 형 인공 고관절 전치환술의 결과가 1 0년 이상 장기 추시 관찰되면서 여러 가지 문제점이 나타나게 되었으며 실패의 주된 원인으로 시멘트고정 수기상 의 문제로 인식하고 골 시멘트 고정 수기가 개선되 면서 많이 사용되고 있다.
시멘트 기법
시멘트는 마모편이 골수 강 내로 침투하는 것을 막아주며 즉각적인 고정을 시켜주고 외력을 조절하 고 응력을 전달하는 기능을 갖는다. 이러한 기능을 최대화 시켜 고정 력과 수명을 연장하려는 대퇴부시 멘트 기법이 1세대부터 4세대까지 발전되어 왔다.
1세대 시멘트 기법은 대퇴 골수 강 내 플러그 삽 입 없이 dough stage 시멘트를 손가락으로 삽입하
며 스테인레스 강으로 만들어진 인공 삽입 물은 협 소한 내측 연을 갖게 된다. 2세대 시멘트 기법은 플 러그 삽입 및 pulsatile lavage 후 시멘트 g u n으로 시멘트를 삽입하며 super alloys로 구성된 인공 삽 입 물은 넓은 내측 연을 갖는다. 3세대 시멘트 기법 은 2세대 기법에 더하여 시멘트 다공성을 감소시키 고 스템 표면에 micro-and macro-texturing 시키 고 또 P M M A의 얇은 막을 스템 주위에 입혀 사용 한다. 4세대 시멘트 기법은 3세대 기법에 더하여 시 멘트 층을 균일하게 만들기 위하여 스템의 근위부와 원위부에 c e n t r a l i z e r를 부착시킨다.
1. 골수 강 처리
시멘트와 골의 계면을 적합하게 하기 위해서 적절 한 골수 강 처리가 중요하다. 삽입하려는 대퇴 삽입 물 보다 큰 b r o a c h를 삽입하여 시멘트가 들어갈 적 절한 공간을 마련하고 c u r e t t e으로 골수 강 내 느슨 한 해면 골을 제거 하는데 r e a m e r는 사용하지 말아 야 하며 플러그를 대퇴 삽입 물의 2~3 cm 하부에 위치하게 한다. lavage system을 이용하여 골수, 지방, 혈액, 혈전 등의 형성을 감소시키고 s u c t i o n 과 아드레날린 스폰지를 사용하여 건조시킨다. 척수 마취, hydrogen peroxide, 냉각된 식염수 등의 사 용으로 출혈을 감소시킨다2 ).
※ 통신저자 : 고 한 석
서울시 중구 저동 2가 8 5번지
인제대학교 의과대학 서울백병원 정형외과학교실 Tel : 02) 2270-0025, Fax : 02) 2270-0028 E-mail : kohans@hananet.net
2. 시멘트 처리
원심분리로 시멘트 내 기공의 크기를 직경 200~400 um까지 감소시킬 수 있으며5 ) 이는 t e n- sile strength가 24% 증가하고 t e s i o n - c o m p r e s- sion fatigue strength가 136% 증가하는 결과를 가져온다고 한다9 ). 다공성의 감소로 시멘트의 피로 도에 대한 내성을 향상시킬 수 있으며 진공상태에서 시멘트를 혼합시킬 때도 이와 비슷한 효과를 볼 수 있다고 하고 있다3 7 ). 시멘트 점성 또한 대퇴 삽입물 의 성공 여부에 중요한 역할을 하는데 점성이 높은 시멘트가 구조적으로 우위에 있다는 실험결과도 보 고 되고 있다1 1 , 1 9 ).
3. 시멘트 삽입과 압력
시멘트와 플러그 사이의 공기가 t r a p p i n g되는 것 을 피하고 골수 강 내 시멘트의 분포를 균일하게 하 기 위해 r e t r o g r a d e하게 주입해야 한다. 골수 강 내 시멘트가 다 채워지면 골 내로 시멘트가 잘 침투되 도록 압력을 가해주며 시멘트와 골 사이면의 적절한 강도를 위해서는 4 mm 정도의 깊이가 적당한데1 ) 이는 주로 치밀한 피질 골로 이루어진 골간에서는 사실상 불가능하다.
4. 대퇴 스템 centralization 과 시멘트의 두께
골수 강 내에서 스템을 중앙에 위치시키고 시멘트 가 고루 퍼지도록 하기 위해 스템 c e n t r a l i z e r를 사 용한다. 인공 삽입물이 내반 위치로 되었을 때 기계 적 실패율이 증가하며 외반 고정 시에도 G r u e n zone 5와 6에서 시멘트 두께가 얇아져 기계적 해리 가 발생한다는 보고가 있으며 이상적인 시멘트 두께 에 대해 정의되어진 바는 없으나 여러 저자들은 2~5 mm의 두께가 적절하다고 하고 있다1 0 ). 대부 분의 연구에서 최대로 힘을 받는 부위는 스템 끝 부 위 시멘트에서이며 이는 시멘트의 두께에 많은 영향 을 받는다고 보고하고 있다1 5 ).
5 .항생제 골 시멘트
술후 감염에 대한 예방적인 방법으로 사용되어지 고 있으며 P M M A의 기계적 성질에 영향을 주고 조 기 해리의 가능성이 있을 수 있다는 견해가 있으나 적은 양의 항생제를 사용할 경우 P M M A의 기계적 성질에 큰 영향이 없다는 견해가 대부분이다3 8 ). 전신 적 항생제를 사용한 경우와 항생제 골 시멘트를 사 용한 경우에 대한 비교연구에서 항생제 골 시멘트를 사용한 경우에 약간의 우세함이 보이나 통계적으로 유의한 결과를 보이지 않는다고 한다.
방사선학적 측정
Gruen 등은 전후방사선 상에서 7가지 구역으로 나누고 측면 방사선 상에서 세부적으로 다시 7가지 구역으로 나누었으며1 4 ) H a r r i s는 시멘트 인공 고관 절에서 해리를 definite, probably, possibly로 분
류하였다1 8 ). 이에 따르면 인공 삽입물의 위치 변화나
침강 등이 추시 방사선 상에서 나타나거나 금속과 시멘트 사이의 새로운 방사선 투과성선이 보이거나 시멘트 mantle 혹은 인공 삽입물의 골절 소견이 보 일 때 d e f i n i t e라 하고 시멘트와 골 사이 면에 지속 적인 방사선 투과성선이 나타날 때 p r o b a b l y라 하 며 시멘트와 골 사이면의 50~99% 사이에서 방사선 투과성선이 나타날 때를 p o s s i b l y라 정의하였다. 그 러나 해리의 기준과 방사선 투과성선의 정의는 섬유 성 조직의 형성을 포함하여 재평가하여야 한다.
대부분에서 해리의 기준으로 대퇴삽입물의 침강을 2 mm로 하고 있으며 초기 시멘트 형 대퇴 삽입물 의 침강이 1.2 mm 이내 일 때 2년 내 재치환술의 필요성이 높다4 , 2 4 , 3 4 ).
임상적 결과
시멘트 기법이 향상됨에 따라 시멘트 대퇴 인공 삽입물의 장기추시 결과가 향상되어지고 있으며 1세 대 기법보다 2세대 기법에서 더 좋은 결과를 보이고
있다2 5 ). 그러나 2세대 기법이라고 하여 다 성공적인
결과를 낳고 있지 않으며3 1 ) 3세대. 4세대 기법을 이 용한 후의 조기결과에서는 높은 고정 율을 보이고
있다.
또한,젊은 환자에서의 1세대 시멘트 기법을 이용 한 고관절 인공관절 전치환술은 좋지 않은 결과들을 보고하고 있다. 30~45세 사이의 환자에서 보다 3 0 세 미만의 환자에서 더 나쁜 결과를 보이고 있다. 그 러나 개선된 시멘트 기법에서는 노령 층에서처럼 장 기추시결과가 향상되어졌다는 보고가 있다6 , 3 5 ). 이러 한 연구를 토대로 볼 때 수술기법이 시멘트 형 대퇴 삽입물의 장기결과에 중요한 요소가 된다고 할 수 있겠다.
실패의 요인과 기전에 대한 고찰
시멘트 기법의 기술적 요인들이 장기결과에 중요 한 것으로 증명 되고 있다. 대퇴삽입물의 내반 위치 는 높은 무균성 해리의 결과를 가져오며 특히 근위 내측과 원위외측 부위에서 시멘트 층이 고루 퍼지지 않고 얇아지는 결과를 낳게 된다. Barrack 등은 시 멘트 기법을 A에서 D까지 나누었으며 A는 골간의 근위 부까지 완전히 채워진 경우를 말하고 B는 골간 에 거의 채워진 경우, C는 다시 C 1과 C 2로 세분하 여 C 1은 시멘트와 골 사이면의 50% 이상에서 방사 선 투과성선이 보이는 경우를 말하고 C 2는 시멘트 층의 두께가 1 mm 이하인 경우를 말한다. 마지막 으로 D는 시멘트 층의 큰 결손 및 많은 큰 기공들이 있거나 스템 밑에 시멘트가 없어 육안 적으로 층의 결손이 보이는 경우를 말한다3 ). C와 D층에서는 무 균성 해리와의 연관성이 높음을 보여준다. 체중 역 시 실패의 원인 인자가 될 수 있으며1 6 ) 한 연구보고 에서는 68 kg 이하의 환자에서가 68 kg 이상의 환 자보다 실패율이 낮다고 보고하고 있다.
또한, 외상 후 관절염 환자와 골관절염 환자의 비 교연구에서는 외상 후 관절염 환자에서 결과가 나쁜 것으로 보고하고 있다.
삽입 물과 시멘트 사이의 분리는 시멘트와 금속 사이의 면에서 발생한다2 2 , 2 8 ). 시멘트와 금속 사이 면 에서 분리가 발생시에 시멘트 층에서 최고의 응력이 가해지며 규열은 얇은 시멘트 지역과 시멘트 층 결 손과 인접한 곳에서 발생한다. 더욱이 시멘트내의 기공에서 균열이 시작되고 확대되는 부위가 된다.
생물학적인 과정을 살펴보면 분리와 시멘트 골절
의 결과로써 삽입물의 안정성에 손상과 골 내막으로 의 조직파편이 침투 될 수 있다. 조직 파편이 이물 반응을 일으키고 이로 인해 골 흡수와 섬유성 조직 막이 생성된다1 3 , 2 1 ). 시멘트와 골 사이 면에 생기는 입자에 의한 연부 조직 막은 가성피막에서 시작하여 시멘트와 골 사이 면을 따라 확대된다.
고관절 인공관절 전치환술 후 정상적인 하지에서 이루어지는 부하전달에 변화를 가져오게 되어 응력 과 변형의 감소가 골 흡수의 결과를 가져오게 된다.
이러한 현상은 응력차단에 의한 c a l c a r지역의 골 소 실로 설명이 된다.
인공관절 전치환술을 시행 받지 않은 정상인에서 4 5세 이후부터 노화에 따른 변화로 근위 대퇴부의 직경이 넓어지게 되며 피질 골은 얇아지게 되고 약 해지게 된다. 이러한 변화 역시 인공관절 전치환술 후의 무균성 해리와 연관이 있다는 견해도 있으나
3 3 , 3 6 )부검을 이용한 연구 등에서 지지할 만한 이론적
근거를 얻지는 못했다.
안쪽 피질 골 과 바깥쪽 피질 골 사이에 골수 강이 이차적으로 형성될 수 있으며 방사선 사진 상 방사 성선 투과성으로 나타나기 때문에 섬유성 조직이 형 성된 것으로 잘못 판단할 수도 있다2 3 , 2 6 , 2 8 ). 골상태가 나쁜 환자들에서 역시 골 결손이 크게 나타난다고 한다.
골 용해는 주로 무균성 해리와 연관되어 발생한 다. 미립자편은 골 용해 과정을 일으키는 것으로 생
각되며1 2 ) 무 시멘트 형 기법이 시멘트 형 삽입물의
해리와 관련 있는 골 용해를 피하기 위해 시도되어 졌다. 삽입 물 주위의 조직파편이 골 용해를 일으키 는 데 필수적이라는 것은 잘 알려져 있다. 최근의 3 세대 시멘트 기법은 대퇴부 골 용해에 대한 대비를 하는데 도움이 되고 있다. 시멘트 조각은 부분 골 용 해의 원인이 되며 시멘트와 골 사이면의 조직들을 살펴보면 대식세포와 거대세포 이물 육아종성 반응 소견이 보임을 알 수 있다2 1 ).
세포 단계에서 보면 PMMA 입자들이 노출된 후 대식세포에서부터 arachidonic acid mediator가 유리되고 또한 PMMA 입자들은 I L - 1 , T N F , PGE2, 등의 골 흡수 인자들이mononuclear cell로 부터의 유리를 자극 시키며 이들로 인하여 골 흡수 가 생기게 된다2 0 ).
면역체계는 마모에 의한 조직파편들이 활동에 특 별한 역할을 하는 것으로 밝혀져 있지 않다.
c o l l a r의 사용에 대한 논란은 아직도 지속되고 있 는데 c o l l a r는 근위 대퇴부로의 부하전달을 증가시켜 서 응력차단과 근위 내측의 시멘트에 변형을 감소시 킨다는 견해가 있다8 , 1 6 , 1 7 , 2 9 , 3 0 ).
반면에 c o l l a r없는 대퇴 삽입 물을 옹호하는 주장 은 근위 대퇴에 응력 감소를 주지만 임상적으로 유 의한 감소는 없으며 c a l c a r와 c o l l a r의 접촉을 잘 얻 고 유지하기 어렵다고 하며 c o l l a r밑의 내측 대퇴경 부에 골 흡수가 보고 되고 있으며 근위 내측경부의 골 흡수와 c o l l a r와 시멘트 뿐 만 아니라 c o l l a r와 c a l c a r사이의 미세운동에 이차적인 마모편의 생성가 능성도 있다고 주장하고 있다2 7 ).
1 9 8 0년대 초에는 스템의 결합을 위한 시멘트 사용 으로 grouting agent보다는 adhesive agent로써 생각하는 개념이 일반화되어 2세대, 3세대 시멘트 기법과 함께 거친면의 스템과 골과 시멘트 사이면의 결합을 강화하기 위해 P M M A로 얇은 막을 씌운 스 템들로의 사용으로 변화되기 시작했다. 그러나 p o l- ished 스템과 matte 스템의 비교 연구 논문에서 polished 스템의 우수성을 보고하고 있으며 이는 거 친면의 스템은 분리와 침강의 가능성을 줄이지만 상 대적으로 운동이 일어났을 때 시멘트와 스템사이에 서 마모입자가 증가하여 스템수명에 역효과를 줄 수 있는 것으로 생각되고 있다. 따라서 최근에는 시멘 트 층 내 침강으로 주위 시멘트 층에 인장력 보다 균 일한 압박 응력을 주어 시멘트 손상을 적게 하고 최 소한의 시멘트 파편을 만들어 내는 c o l l a r l e s s , tapered, polished 스템을 선호하고 있으며7 ) 얇은 시멘트 층에서 과도한 미세운동이 있는 t i t a n i u m 보다 고강도의 스테인레스 강과 c o b a l t - c h r o m i u m 이 선호되고 있다3 2 ).
결 론
인공 고관절의 시술과 시술결과에 대한 많은 연구 가 있었으며 특히 시멘트 인공관절의 고정방법과 형 태도 이론적 근거를 두고 개선시키기 위한 노력들을 이어 왔다. 이러한 노력의 결과는 여러 가지 인자들 에 의해 영향을 받으므로 각각의 기법에 대한 평가
가 어려우나 전반적으로 향상된 결과를 보였다고 할 수 있다.
성공적인 시멘트 형 인공 고관절의 수명을 연장시 키기 위해 수술 기법과 시멘트 기법이 상당히 중요 한 것으로 생각되며 논란이 있는 부분을 해결하고 이를 개선시키기 위한 더 많은 노력들이 필요 하리 라 생각된다.
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