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목 적: 슬관절 전치환술 후 5년 이내의 조기 실패 원인 및 평균기간을 분석하였다.
대상 및 방법: 1994년 8월부터 2003년 5월까지 시행한 786예의 일차 슬관절 전치환술 중에서 5년 이내에 조기 실패로 재 치환술을 시행한 38예를 대상으로 하였다. 여자가 36예, 남자가 2예였고 재치환술시 연령은 평균 66세였다. 원인 질환은 퇴행성 관절염이 36예로 대부분을 차지하였다. 결과 분석을 위해서 후향적으로 조기 실패의 원인과 기간 등을 조사하였다.
결 과: 조기 실패를 보인 환자의 재치환술까지의 기간은 평균 2년이었고 조기 실패의 원인으로는 폴리에틸렌의 마모가 18 예(47.4%)로 가장 많았으며 수술 후 치환물의 부정렬, 특히 경골의 절골각이 평균 5.1° 내반이었고 3° 이상의 내반을 보인 경우가 14예(82.4%)였으며 좌식생활, 재래식 화장실의 사용 등 슬관절을 과도하게 굴곡하는 일상생활을 하고 있었다. 그 외 감염이 16예(42.1%), 슬관절 불안정성이 2예(5.3%)였으며 무균성 해리 및 슬개골 삽입물의 해리가 각 1예(2.6%)였다.
결 론: 슬관절 전치환술 후 조기 실패로 재치환술을 시행한 경우는 38예 4.8%였고 실패의 가장 큰 원인은 폴리에틸렌의 마모와 감염이었다. 수술 후 치환물의 부정렬과 슬관절을 과도하게 굴곡하는 환경이 삽입물의 조기 마모와 관련되어 있 을 것이라 사료되며, 당뇨병이나 장기간 스테로이드 복용 등이 감염과 연관되어 있을 것으로 생각된다.
색인 단어: 슬관절, 전치환술, 조기실패
Purpose: To analyze the cause of failure and average period in patients who had revision surgery with- in 5 years of their primary total knee arthroplasty (TKA).
Materials and Methods: 786 total knee arthroplasties were performed between August 1994 and May 2003. During the period, there were 38 cases, 36 females and 2 males, of revision surgery within 5 years.
The mean age was 66 years. The most common causes of disease in revision were degenerative arthri- tis. We analyzed the reasons for early failure retrospectively.
Results: Revision TKA were performed at average 2 years after primary TKA. The causes of revision were polyethylene wear in 18 cases (47.4%), deep infection in 16 (42.1%), instability in 2, and aseptic loos- ening in 1, dissociation of patella component in 1. The degree of varus in tibial cutting was 5.1° in average in polyethylene wear group. The obliquity of the tibial joint line was more than 3° varus in 14 cases (82.4%).
Most patients had their knee in hyperflexion and squatting position during activities of daily living.
Conclusion: Thirty eight cases (4.8%) were performed revision surgery within 5 years of primary TKA.
Polyethylene wear and deep infection were the common causes of early failure of primary TKA. The component malalignment, hyperflexion and squatting position during activities of daily living may be related to polyethylene wear. Diabetes mellitus and long term steroid application, may be related to infection.
Key Words: Knee, Arthroplasty, Early failue
Department of Orthopaedic Surgery, Kang Nam General Hospital, Seoul, Korea
Hee Seon Kim, M.D., Hak Jin Min, M.D., Ui Seoung Yoon, M.D., Jae Sung Seo, M.D., Yoon Jong Kim, M.D., and Byung Ho Lim, M.D.
Analysis of Early Failures in Total Knee Arthroplasty
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슬관절 전치환술 후 조기 실패 분석
김희선ㆍ민학진ㆍ윤의성ㆍ서재성ㆍ김윤종ㆍ임병호
지방공사 강남병원 정형외과학교실
252 252 통신저자 : 민 학 진
서울시 강남구 삼성동 171-1 지방공사 강남병원 정형외과학교실 TEL: 02-3430-0677∙FAX: 02-539-1262 E-mail: [email protected]
*본 논문의 요지는 2003년도 대한정형외과학회 추계학술대회에서 발표되었음.
Address reprint requests to Hak Jin Min, M.D.
Department of Orthopaedic Surgery, Kang Nam General Hospital, 171-1 Sam sung-dong, Kangnam-gu, Seoul 135-740, Korea Tel: +82.2-3430-0677, Fax: +82.2-539-1262
E-mail: [email protected]
관절 질환이나 외상으로 인한 관절면의 파괴로 만성 동통과 변형, 불안정성 등 기능 장애를 동반한 슬관절의 인공 슬관절 전치환술은 삽입물 디자인의 발전과 수술 수기의 발달에 의해 급속한 진보를 거듭해 왔으며 현재 는 90% 이상에서 10년에서 15년 동안 양호한 장기 추 시 결과를 보인다고 알려져 있다18). 슬관절 전치환술의 빈도는 급속도로 증가하며 좋은 결과들이 많이 보고되고 있기는 하지만 이에 따른 합병증도 함께 증가하여 삽입 물의 마모와 파손, 심부 감염, 불안정성, 무균성 해리 등 으로 인한 슬관절 재치환술의 필요성 또한 증가하게 되 었다. 슬관절 전치환술의 수명은 일반적으로 10년에서 15년으로 설명되어 지고 있으나 슬관절 전치환술 후 5 년 내에 재치환술이 요구되는 조기 실패의 경우들이 적 지만은 않은 실정이다.
이에 저자들은 1994년 8월에서 2003년 5월까지 일 차 슬관절 전치환술 후 5년 내에 슬관절 재치환술을 시 행하였던 38예의 환자에 대해 조기 실패의 원인과 기간 을 분석하여 이를 문헌 고찰과 함께 보고하고자 한다.
대상 및 방법
1994년 8월에서 2003년 5월 사이에 본원에서 동일 술자에 의해 시행한 일차 슬관절 전치환술은 786예였고 슬관절 재치환술은 53예였다. 53예의 슬관절 재치환술 중 5년 이내에 조기 실패로 재치환술을 시행한 경우는 42예였다. 본 연구는 재치환술을 위하여 타병원에서 전 원된 4예를 제외한 38예를 대상으로 하였다. 이 중 여자 가 36예, 남자가 2예였고 재치환술시 연령은 평균 66세 (53-77세), 체중은 평균 62 kg (50-85 kg)이었다. 일 차 슬관절 전치환술시 원인 질환은 퇴행성 관절염이 36 예로 대부분이었고 근위부 경골 골괴사, Charcot 관절 이 각 1예였다. 전 예에서 골 시멘트를 사용하였다. 수술 후 감염의 예방을 위하여 정맥주사용 2세대 Cephalo-
sporin 계열 항생제 1 g을 수술 전과 수술 후 1주까지 총 15 g을 사용하였고 전 예에서 골 시멘트에 항생제를 첨 가하였는데 2003년 3월까지는 Gentamycin 1 g이 함 유된 CMW 골 시멘트에 2세대 Cephalosporin 계열 항 생제 1 g을 혼합하여 사용하였으며 2003년 4월부터는 Simplex 골 시멘트에 2세대 Cephalosporin 계열 항 생제 1 g을 혼합하여 사용하였다. 일차 슬관절 전치환술 시 사용한 인공 삽입물은 Maxim (Biomet, Inc, War- saw) 384예, AGC (Anatomic Graduated Compo- nents, Biomet, Inc, Warsaw) 330예 등이었고 조기 실 패된 경우의 인공 삽입물은 AGC 20예(52.6%), Maxim 13예(34.2%)였고 그 외 PFC (Press Fit Condylar, Johnson & Johnson, Warsaw, IN) 2예, Nexgen (Zimmer, Warsaw, IN) 2예, Ortholoc (Wright, Arlington, TN)이 1예였다. 슬관절 재치환술에 사용한 인공 삽입물은 Maxim 20예, AGC 7예, PFC 4예, Osteonics 5예, Nexgen 2예였다. 조기 실패의 원인 은 폴리에틸렌 삽입물의 마모 18예, 감염 16예, 슬관절 불안정성 2예, 무균성 해리 및 슬개골 삽입물의 해리로 분류되었고(Table 1) 감염은 3개월 이내의 초기 감염과 이후의 후기 감염으로 분류하였고 통계학적 검증은 stu- dent t-test을 이용하였으며 결과 분석을 위해서 후향 적으로 조기 실패의 원인과 기간 등을 조사하였다.
결 과
38예의 조기 실패를 보인 환자의 슬관절 전치환술 후 재치환술까지의 기간은 평균 2년이었고 1년 이하가 14 예(36.8%), 1-2년 4예(10.6%), 2-3년 7예(18.4%), 3-4년 7예(18.4%) 그리고 4-5년이 6예(15.8%)였다 (Table 2).
1. 마모
5년 이내에 폴리에틸렌 삽입물의 마모로 인하여 재치
Y, year; M, month; Av, average.
No. (%) Av period Polyethylene wear 18 (47.4) 2 Y 11 M
Infection 16 (42.1) 6 M
Instability 2 (5.3) 1 Y 7 M
Aseptic loosening 1 (2.6) 4 Y 11 M Dissociation of patellar component 1 (2.6) 4 M
Total 38 (100) Av 2 Y
Table 1.The mechanism of early failure
Periods (year) No. (%)
<1 14 (36.8)
1-2 4 (10.6)
2-3 7 (18.4)
3-4 7 (18.4)
4-5 6 (15.8)
Total 38 (100)
Table 2.Interval between primary and revision TKA
환술을 시행한 예는 18예(47.4%)로 가장 많은 원인이었 다. 이 중 경골부 폴리에틸렌 삽입물의 마모는 17예였고 금속판 부착 슬개골 폴리에틸렌 삽입물의 마모는 1예였 다. 일차 슬관절 전치환술 시 경골부 폴리에틸렌 삽입물 의 두께는 최소 8 mm에서 최대 20 mm까지 사용되었 으며 경골부 폴리에틸렌 마모로 재치환술을 시행한 경우 는 8 mm가 2예, 10 mm 4예, 12 mm 4예, 14 mm 6 예, 18 mm가 1예에서 사용되었다. 17예 중 AGC는 12 예(330예 중 3.6%), Maxim 3예(384예 중 0.8%) 그 리고 PFC 2예(49예 중 4.1%)가 사용되었으며 모두 여자 환자로 연령은 평균 65세(53-74세), 체중은 평균 64 kg
(56-85 kg)이었고, 관절운동범위는 평균 118° (100- 135°)였으며 모든 환자가 특별한 직업은 없었으며 활동 량도 특별히 많은 경우는 없었다. 삽입물의 마모(Fig. 1A) 로 인한 재치환술까지의 기간은 평균 2년 11개월(7개 월-5년)이었다. 기립위 단순 전후방 방사선 소견상 대퇴 경골각은 일차 슬관절 전치환술 전에는 평균 내반 7.3°
(내반 2°-내반 15°)였고, 수술 후에는 평균 외반 3.4°
(0°-외반 7°)였다. 그리고 근위부 경골의 절골각은 평균 내반 5.1° (내반 10°-내반 1°)였고 원위 대퇴골의 절골각 은 평균 외반 8.5° (외반 6°-외반 11°)였다(Table 3).
2. 감염
일차 슬관절 전치환술 후 5년 이내에 감염으로 인하여 재치환술을 시행한 예는 16예였고, 두번째로 많은 원인 이었다(16예/38예, 42.1%). 감염의 진단은 이학적검사, 혈액검사 및 관절천자 등을 종합적으로 판단하여 하였고, 3개월 이내의 초기감염이 9예, 3개월 이후의 후기감염 이 7예였으며 평균 6개월(2주-5년)이었다. 10예에서는 배농구(Fig. 2A)가 있었다. 균주로는 포도상 구균이 10 예, 비결핵성 황산균이 2예, Enterobactor가 1예였으며 나머지 3예에서는 균주가 발견되지 않았다. 환자 중 7예 (43.8%)에서 수술 전 당뇨병이 있었으며 1예는 부신기능 저하증으로 스테로이드를 복용하고 있었다. 수술 전 혈액 검사상 lymphocyte는 평균 6,300 cells/mm3 (4.4- 9.1 cells/mm3), serum albumin은 평균 4.1 g/L (3.5- 4.6 g/L)이었다. 일차 슬관절 전치환술시 수술 시간은 평균 1시간 51분(1시간 10분-2시간 50분)이었다.
Patient Age Sex Tibia cutting Femur cutting F-T angle
1 74 F -4 +11 +7
2 64 F -1 +7 +6
3 70 F -4 +7 +3
4 60 F -8 +10 +2
5 70 F -2 +9 +7
6 75 F -6 +7 +1
7 56 F -4 +8 +4
8 61 F -6 +8 +2
9 61 F -8 +9 +1
10 68 F -4 +6 +2
11 68 F -6 +9 +3
12 68 F -6 +8 +2
13 52 F -6 +9 +3
14 74 F -2 +9 +7
15 66 F -4 +8 +4
16 53 F -5 +10 +5
17 73 F -10 +10 0
Av-5.1 Av+8.5 Av+3.4
F-T, femoro-tibial; -, varus; +, valgus; Av, average.
Table 3.Radiologic analysis in early failures according to polyethylene insert wear Degree (°)
Fig. 1.(A) Radiographs of a 68-years-old woman show varus deformity at postoperative 2 years and 6 months. (B) Radiographs after revision surgery.
A B
3. 기타
그 외 조기 실패의 원인으로 슬관절 불안정성이 2예 (5.3%)였고 모두 후방십자인대 보존형이었으며 굴곡시 불안정성(flexion instability)이 원인이었다. 또한 무 균성 해리, 슬개골 삽입물의 해리가 각 1예(2.6%)였다.
슬관절 불안정성으로 인한 재치환술까지의 기간은 각 4 개월과 2년 10개월이었고 무균성 해리는 4년 11개월 그 리고 슬개골 삽입물의 해리는 4개월이었다.
고 찰
슬관절 전치환술은 슬관절의 동통성 관절염을 치료하 는 가장 성공적인 방법으로 알려져 있고 10년에서 15년 생존율은 90% 이상으로 보고18)되고 있으며 수술 술기와 기구의 발전으로 최근 고관절 전치환술과 함께 가장 보 편적으로 시행되는 관절성형술로 자리잡고 있다. 그러 나 이러한 슬관절 전치환술의 발전에도 불구하고 수술 후 5년 내에 재치환술이 필요한 경우가 있으며 이는 환
자나 의사에게 정신적 및 경제적 부담을 주게 된다.
슬관절 전치환술 후 재치환술이 요구되는 원인으로는 폴리에틸렌 삽입물의 마모와 파손, 심부 감염, 슬관절 불안정성, 삽입물의 해리, 슬관절 신전기전의 문제, 삽 입물 주변부의 골절, 그리고 슬관절 운동범위의 감소와 굴곡구축 등이 있다. Fehring 등2)은 5년 내에 조기 실 패로 재치환술을 시행한 279명에 대한 원인 분석에서 감 염이 105예(38%), 슬관절 불안정성이 74예(27%)로 대 부분을 차지하였다고 보고하였고 Frideman과 Poss4) 은 슬관절 재치환술의 가장 흔한 원인을 삽입물의 조기 이완이라고 하였으나 저자들의 경우는 폴리에틸렌의 마 모(47.4%)와 감염(42.1%)이 가장 큰 원인이었다.
삽입물의 마모를 유발하는 원인으로는 환자의 체중, 활 동력 및 관절운동범위 등의 요소들과 적절한 디자인의 치환물 선택, 폴리에틸렌 삽입물의 두께, 탄성계수, 제 작방법 등이 관련되며 정확한 인대 균형의 유지, 적절한 정렬, 견고한 삽입물의 고정 등의 수술 술기 또한 중요 Fig. 2.(A) Radiographs & photography of draining sinus in infected total knee arthroplasty of a 72-years-old woman at postoperative 1 month. (B) Radiographs of the temporary articulating spacer. (C) Radiographs after revision surgery.
B C
A
한 요인으로 알려져 있다. Figgie3)은 슬관절 전치환술 후 슬관절의 운동 범위가 증가할수록 폴리에틸렌의 마모 또한 증가한다고 하였다. 본 연구에서는 대부분에서 경 골부 폴리에틸렌 삽입물의 마모가 원인이었고 금속판 부 착 슬개골 폴리에틸렌 삽입물의 마모가 원인인 경우는 1 예였다. 재치환 수술 전 대퇴 경골각은 평균 외반 3.6°
로 원위 대퇴골 절골각은 평균 외반 8.5°, 근위부 경골 의 절골각은 평균 내반 5.1°로 3° 이상의 내반인 경우가 17예 중 14예(82.4%)에서 관찰되었다. 의료보호 환자 가 대부분을 차지하여 경제적, 사회적인 이유로 정기적 인 추시 관찰이 어려웠으며 의사의 지시에 잘 따르지 않 는 경우가 많았고 대부분 슬관절에 부담이 가는 좌식생 활(온돌)과 재래식 변기를 사용하였으며 5예에서는 슬관 절 전치환술 후 농사일을 지속하고 있었다. 반면 조기 실패가 없는 군과 비교에서 체중 및 관절운동범위는 뚜 렷한 차이를 보이지 않았다(p<0.05).
본 연구에서 슬관절 전치환술시 사용한 치환물로는 Maxim 384예, AGC 330예, PFC 50예로 특정 치환 물이 많이 쓰였으나 폴리에틸렌의 마모가 발생한 치환물 과의 비교에서 그 의의가 없었다(p>0.05). Insall과 Scott8)는 평평하고 얇은 경골 폴리에틸렌 삽입물에서 마모가 더 쉽게 일어난다고 하였고 가장 이상적인 경골 부 폴리에틸렌 삽입물의 두께는 8 mm 이상이라고 하였 다. Tsao 등19)은 경골부 폴리에틸렌 삽입물 마모로 인하 여 재치환술에 이르게 된 30예 중 90%가 4 mm와 6 mm 두께의 얇은 폴리에틸렌을 사용했던 예에서 마모로 인하 여 활액막염과 동통, 인공관절의 이완을 가져올 수 있다 고 보고하였으며 또한 경골부 삽입물이 견고하게 고정되 지 않은 경우도 폴리에틸렌의 마모와 파열을 유발할 수 있다고 하였다. 본 연구에서 평균 12.6 mm의 폴리에틸 렌이 사용되었고 폴리에틸렌의 마모를 보인 예에서는 두 께가 평균 12 mm로 경골부 폴리에틸렌의 두께에 따른 마모의 차이는 없었다. 결과적으로 본 연구에서 폴리에 틸렌 삽입물의 마모가 많았던 원인은 경골과 대퇴골 치 환물의 부적절한 정렬과 슬관절을 과도하게 굴곡하는 생 활방식이 관여되었다고 생각된다. 그러나 본 연구가 재 치환술을 시행한 환자에 대하여 후향적으로 분석하였기 에 마모와 관련이 있을 수 있는 인대 균형에 대해서는 마 모와의 관련성을 입증할 수가 없었다.
슬관절 전치환술 후 심부 감염의 위험 요인으로는 류
마티스 관절염, 피부 궤양, 이전에 슬관절 수술을 받은 환자, 당뇨병, 노령, 비만, 영양불량, 요로 감염, 스테로 이드 복용, 신부전과 암환자 등이 있다. 원인균의 종류로 는 황색 포도상 구균(Staphylococcus aureus), 표피 포도상 구균(Staphylococcus epidermidis), Ente- rococcus, 대장균(Escherichia coli) 등이 있고 그 중 황색 포도상 구균이 가장 많은 원인균으로 알려져 있다.
본 연구에서도 포도상 구균이 10예로 가장 많았다. 전체 16예 중 8예(50%)에서 당뇨병이나 스테로이드 복용이 필요한 전신질환을 가지고 있었고, 수술 후 심부 감염의 발생과 관련이 있을 수 있다고 생각된다. 또 다른 연구에 서는 퇴행성 관절염 환자에서 보다 류마토이드 관절염 환 자에서 2.5배의 빈도로 감염이 많이 발생한다고 보고21) 하였는데 Poss 등13)은 이러한 높은 감염률의 원인으로 중 성구의 감소로 인한 숙주 저항력의 감소, 지연되고 부적 절한 창상의 치유, 만성적인 스테로이드 사용과 이에 따 르는 숙주의 면역력 감소 등을 제시하였다. 또한 환자의 전신상태, 즉 수술 전 lymphocyte가 1,500 cells/mm3 보다 적은 경우, serum albumin이 3.5 g/L 보다 적은 경우, 또는 serum transferrin level 감소된 경우는 수 술 후 상처와 관련된 합병증이 증가한다고 보고하였다5,6). 본 연구에서는 심부 감염이 발생한 환자에서 수술 전 lymphocyte는 평균 6,300 cells/mm3, serum albu- min은 평균 4.08 g/L로 감염 발생률과 상관 관계가 없 었다. 슬관절 전치환술에서 감염을 줄이기 위해 골 시멘 트에 항생제를 혼합하는 방법이 있는데 Hanssen 등7)은 평균 1 g 가량의 항생제를 혼합하는 방법으로 28%의 감 염률을 4.7%로 낮추었다고 보고하였고, 배 등1)은 일차 슬관절 전치환술시 항생제의 혼합으로 평균 3.3%에서 0%로 감염률을 낮추었다고 보고하였다. 이 외에 수술방 에서 사람 이동의 최소화12,14), 적절하게 소독된 수건사용, 마스크, 가운, 장갑의 사용11,16,20), 부착력이 좋은 iodine 소독포10), 그리고 항생제를 포함한 pulsatile saline irri- gation15,17)등은 수술 중 세균성 오염을 줄이는데 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 저자의 경우도 슬관절 전치환술 시통상적으로골시멘트에항생제를혼합하여사용하였다.
슬관절 전치환술 후 슬관절 불안정성은 동통과 폴리에 틸렌의 마모, 무균성 해리를 유발할 수 있으며 이로 인 하여 재치환술이 필요할 수 있다9). 슬관절 불안정성은 수술시 정확한 골절제와 인대균형을 유지함으로써 예방
이 가능하므로 수술시 세심한 주위가 필요하다. 본 연구 에서 조기 실패의 원인 중 슬관절 불안정성이 적은 원인 은 본 연구가 재치환술을 시행한 환자만을 조기 실패로 간주한 것과 본원 환자의 대부분은 경제적으로 어려운 환자이므로 어느 정도의 슬관절 불안정성과 동통은 간과 하는 경우가 많을 것으로 생각된다.
결 론
1994년 8월에서 2003년 5월까지 시행한 786예의 슬 관절 전치환술 중에서 5년 이내의 조기 실패로 인하여 재치환술을 시행한 경우가 38예 4.8%였다. 조기 실패 의 주 원인은 폴리에틸렌의 마모와 감염이었다. 수술 후 대퇴 및 경골에서 치환물의 부정렬과 환자의 좌식 생활 방식 및 재래식 변기의 사용 등 슬관절을 과굴곡하는 환 경이 삽입물의 조기 마모와 관련되어 있을 것이라 사료 되며, 당뇨병이나 장기간 스테로이드 복용 등이 감염과 연관될 수도 있을 것으로 생각된다. 따라서 가능한 정확 한 수술수기와 특정 질환 상태에서 수술 전후 감염을 예 방하려는 노력이 슬관절 전치환술 후 조기 실패를 상당 부분 줄일 수 있을 것으로 사료된다.
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