정형외과 영역에서의 동종 연부조직 이식

정형외과 영역에서의 동종 연부조직 이식

원광대학교병원 정형외과*, 초당대학교 간호학과^�

김광미*^�∙전철홍*

최근 정형외과 영역에서 soft tissue allograft 이용한 치료가 활발하게 이루어 지고 있다. 현재 사용되는 alloge- nous soft tissue 처리 방법에는 동결보존(Cryopreserved), 신선동결(Fresh-frozen), 신선(Fresh), 동결건조 (Frozen-dry)가 있다. 슬관절 영역에서는 대표적으로 MAT (meniscus allograft transplantation)과 ACL reconstruction시 동종 연부조직 이식물을 이용한 치료를 시행한다. 본 종설에서는 동종 이식물의 특징과 처리 방법을 소개하고 반월상 연골판과 전방십자인대 손상시 동종 이식물을 이용한 치료 방법, 결과 및 합병증에 대하여 알아보고자 하였다.

색인 단어: 동종 연부조직 이식물, 반월상 연골판, 전방십자인자

Allograft Transplantation for Soft

Tissue Reconstruction in Orthopaedic Department

Kwang Mee Kim, RN*^��, Churl Hong Chun, M.D., Ph.D.*

Department of Orthopaedic Surgery, Wonkwang University School of Medicine, Iksan, Korea*, Department of Nursing, Chodang University, Muan, Korea^�

Recently in orthopedics field, therapy using soft tissue allograft is being popular. Allogenous soft tissue processing methods used these days are cryopreserved, Fresh-frozen, Fresh, Frozen- dry. In knee joint field, allogenous soft tissue is representatively used in MAT (meniscus allo- graft transplantation) and ACL reconstruction. In this article review, we introduce the character and processing methods of allogeneic graft, and treatment method, results, and complications when using allogeneic graft in case of meniscus and ACL damage.

Key Words: Allogenous soft tissue, Meniscus, ACL

� Address for Correspondence: Churl Hong Chun, M.D., Ph.D.

Department of Orthopaedic Surgery, Wonkwang University, School of Medicine, 895 Muwang-ro, Iksan 570-780, Korea

Tel : 82-63-859-1363, Fax : 82-63-852-9329, E-mail : cch@wonkwang.ac.kr

서 론

동종이식이란 어떤 개체에서 생물학적으로 같은 종이지만 유전적으로 다른 개체로의 이식을 말하는 데, 이는 이식편 제공자와 수용자가 같은 종에 속하 지만 각각의 유전적 배경이 같은 것과 다른 것의 2 가지 종류가 있다. 전자의 경우는 일란성 쌍생아나 동계 사이의 이식으로 동종동계이식이라 하고, 약한 성염색체 관련 항원을 제외하면 수용자에게 이 물질 이 되는 항원은 제공자의 이식편에는 포함되어 있지 않으므로 기술적 실패가 없는 한 영구적으로 생착한 다. 후자는 동종이계이식이라 하며, 일반적으로 동 종이식이라고 할 때에는 이것을 가리킨다. 정형외과 영역에서의 동종이식이란 동종 골, 건, 인대, 연골을 이식하는 경우가 대부분이며, 이는 후자에 속하는 동종이식이다.¹⁾이 경우 이식하는 조직이나 장기 등

을 동종이식편이라 하며 수용자의 원래 조직, 장기 가 있던 생리적 위치에 재건된 그 이식편을 동소이 식편이라고 한다.¹⁾

정형외과 영역에서의 동종 이식의 사용은 동종골 이식을 바탕으로 발전하였으나, 최근에는 동종 연부 조직의 처리방법과 이식 술기의 발전도 이루어졌으 며 이에 국내에서의 동종 연부조직 이식도 증가 하 는 추세이다. 2013년 한국 보건산업 진흥원의 보고 에 의하면 2011년 26만 8천개에서 2012년 30만 5천 개로 인체조직 동종이식이 이루어졌다. 이 중 가장 많은 부분의 동종이식은 골 이식이며 그 다음으로 피부, 건, 연골, 양막, 근막, 혈관, 판막의 순으로, 정 형외과 영역에서의 이식이 국내 동종이식의 대부분 을 차지하고 있다(Fig. 1).²⁾본 평론에서는 동종이식 특징 및 처리방법에 대한 개론과 골 이식을 제외한 정형외과 슬관절 영역의 연부조직 동종이식에 대하 여 선행문헌의 고찰과 함께 이해를 돕고자 한다.

A

B

동종 이식물의 특징과 처리 방법

동종이식의 장점은 결손부의 생물학적인 재건술 이 가능하게 하며, 같은 환자에서 공여부의 불편함 이 없고, 실제 조직의 해부학적 특징과 조직학적 형 상이 같으며, 비교적 원래 기능과 유사한 복원을 이 룰 수 있다는 점이 있다. 인체조직의 동종이식은 사 체를 이용하여 가공되는 경우가 가장 많으며, 다양 한 종류의 연부조직을 채취할 수 있고, 부착되는 골 조직과 함께 연부조직을 이식할 수 있으며, 특히 관 절 환경에 맞는 조직을 제공한다는 장점이 있다.

현재까지 알려진 치료는 물리적인 방법과 화학적 인 방법으로 나눌 수 있다. 고온증기(autoclav- ing), 가스, 감마나 울트라선, plasma, 그리고 초음 파가 물리적인 멸균방법으로 사용될 수도 있으나, 현재 널리 인정받는 이식물을 채취 후 보존하는 방 법에는 동결보존(Cryopreserved), 신선동결 (Fresh-frozen), 신선(Fresh), 그리고 동결건조 (Frozen-dry)의 4가지가 있다. 가장 흔히 사용되 는 방법은 비방사선 소독 신선 동결 보존방법으로, 가장 성공률이 높으며, 질병의 전파율이 비교적 낮 고 생역학적인 성질을 보존하는데 가장 좋은 것으로 보고되고 있다.³⁾신선동결요법은 저온 환경에서 공 여자의 세포의 면역을 억제시키는 것으로 보고되었 으나 이것은 세균이나 바이러스 감염에는 효과가 없 다. 철저한 공여자 선택, 획득하는 과정에서의 무균 적 조건, 혈청학적 조사가 필요하다.⁴⁾

동결건조는 진공상태에서 완벽한 탈수상태로 만들 수 있는 또 하나의 방법으로 동종이식편을 상온에서 저장할 수 있도록 하는 장점이 있다. 그러나 골조직 을 제외한 연부조직에서는 동결 건조 처리를 한 경우 이식물 수축(shrinkage) 현상이 좀 더 많이 나타나 는 것으로 보고되어 있어 최근에는 권장되지 않는다.

또한 동종이식 크기가 클 때 효과가 떨어지고, 비용 이 많이 들며 살균력이 떨어진다. 한 연구에서는 동 결 보존한 경우에도 약 37%에서 수축이 일어났음이 보고 되었는데, 신선 및 신선동결 이식물에서는 비교 적 이러한 현상이 적은 것으로 알려져 있다.⁵⁾

우리 나라에서 가장 흔히 사용되는 이식물은 신뢰 할 수 있는 조직은행에서 제공 되는 비방사선 소독 신

선동결방법으로 처리한 이식물로 질병의 전파율이 낮 고 생역학적인 성질을 보존하는데 유리하다. 산화 에 틸렌 가스 소독의 효과는 아미노산의 acylation에 기 초한 살균력을 가지고 있어 조직 내로 완벽히 침투하 여 박테리아와 바이러스를 사멸하는 장점이 있다. 그 러나, 산화 에틸렌 가스로 처리된 연부조직 동종이식 편에서 활액막염을 유발시킬 가능성이 아주 높다.^3,5)

감마소독의 경우 골조직에서는 사용이 되고 있으 나 연부조직 동종이식편에서는 거의 사용되지 않는 다. 또한 감마 방사선 조사는 세균에는 작용하지만 바이러스에 대한 효과는 확실치 않다. 감마 방사선 조사 시 지질은 과산화에 의해 대체되는 것으로 알 려져 있어 조직학적 성상이 변화하며, 이러한 탈지 과정 후에 조직의 산화가 진행 되는 경우도 있다. 더불 어 불완전하게 가공된 물질은 Langhans giant cell 과의 면역 반응을 유발한다. 이러한 이유로 감마 소 독은 이식물의 재료 특성을 변화시킬 수 있어 동종 연부조직 처리에 사용되지 않는다.⁶⁾

동종 반월상 연골 판 이식술

1. 이식물의 크기 측정

올바른 크기의 이식물을 사용하는 것은 이식 수술 후 주위 조직과 치유되고, 반월상 연골의 기능을 복 구하여 관절연골 보호역할을 적절히 수행하기 위해 필수적인 요소이다. 이식물의 크기는 환자 자신의 반월상 연골 크기의 약 5% 내외로 하는 것이 추천 되고 있으며,^7,8) 적정한 크기에 대한 오차가 클수록 이식된 반월상 연골이 생착하고 그 관절보호기능을 하는 데는 좋지 않은 결과를 나타낼 것이다. Dienst 등⁹⁾은 사체실험을 통해 원래 반월상 연골 크기의 10% 내의 이식물의 크기 불일치까지가 허용될 수 있는 정도라고 하였다. 이식물의 크기를 결정하는 데 에는 단순방사선 영상, 자기공명영상, 전산화 단층촬 영 등이 방사선학적인 방법으로 사용된다. Pollard 등¹⁰⁾이 제안한 단순 방사선 영상에서의 측정이 수술 전 이식물의 크기 측정의 기본 방법으로 사용되고 있 는데, 폭은 전후방 사진에서 경골 골 간단의 변 연에 서 경골융기까지의 거리로 하며, 길이는 측면사진에

서 경골 편평부의 시상면 길이를 측정하여 외측 반월 상 연골은 이 길이의 70%를, 내측 반월상 연골은 80%를 이식물의 길이로 결정한다(Fig. 2).

반대쪽 무릎의 자기공명영상을 통해 크기를 측정하 는 방법도 보고 되었지만,¹¹⁾반대측의 반월상 연골 크 기를 측정하는 것은 좌우 측이 서로 동일하지 않을 수 있으므로 논란의 여지가 있다. 증상이 없는 쪽의 무릎 을 고가의 비용을 들여서 검사를 하는 것도 문제가 있 으며, Shaffer 등¹²⁾McDermott 등¹³⁾은 반대측 무릎 을 이용하는 것은 부정확하다고 하였다. Shaffer 등¹²⁾ 은 사체연구에서 실제 반월상 연골의 크기와 단순방 사선영상, 자기공명영상에서 측정법의 정확성에 대한 비교연구에서 자기공명영상이 좀 더 정확하였으나, 통계학적인 차이는 없다고 하였으며, 5 mm 이상의 오차에서는 유의한 차이가 있었다고 하였다. 하지만 이 연구는 반월상 연골에 이상이 없는 사체연구에서 의 결과이며, 반월상 연골이 이미 손상된 무릎에서 자 기공명영상을 이용하여 반월상 연골의 크기를 직접 측정하는 것은 현실적으로 어려운 일이다.

2. 이식물 처리 방법

수술방법은 Bone plug 방법, Key-hole 방법, Trough 방법 등 여러 방법이 있으며,^14,15)일반적으 로 반월상 연골의 연부조직만을 봉합하는 것보다는 전각 및 후각의 골조직을 같이 고정하는 것이 고정 력이 좋다.¹⁶⁾ 따라서, 어떤 방법을 선택하던지 간에 이식된 반월상 연골의 전각 및 후각을 견고하게 적 절한 위치에 고정하는 것이 가장 중요하다. 저자는 내측 반월상 연골 이식술의 경우 Bone plug 방법 을, 외측 반월상 연골 이식술의 경우에는 Key-hole 방법을 선호한다. 내측 및 외측 반월상 연골 이식술 에서 모두 반월상 연골의 전각 및 후각부의 정상 부 착부위를 재건하도록 노력하면서 골유합을 얻을 수 있도록 해야 한다. 먼저 관절경을 통해 남아 있는 반 월상 연골을 약 1 mm 정도의 테두리만 남기고 제거 한다. 이식물은 생리식염수에 녹인 후 주위 연부조직을 제거한 후 내측 반월상 연골의 경우 후각부는 8 mm, 전 각부는 10 mm 직경의 골편을 남긴 후 이 부위에 Ethibond 봉합사를 이용하여 결찰하고, 외측 반월 상 연골은 전각부와 후각부를 연결하는 골편을 직경 10 mm의 열쇠 모양으로 다듬어 준비한다(Fig. 3).¹⁷⁾

Fig. 2. The size of allograft is measured using the magnification controlled plain radiographs. (A) On anteroposterior radiograph, medial (a) and lateral (b) meniscal width is measured from the peak of the tibial eminence to the metaphyseal margin of each compartment. (B) The sagittal tibial plateau length (c) is measured at the joint line between a line parallel to the anterior tibia above the tuberosity and one tangent to the posterior plateau

A B

3. 임상 결과 및 합병증

내측 및 외측 반월상 연골 이식술에 대해 어느 것 의 성공률이 높은 지에 대해 몇몇 연구에서 외측의 경우 더 높은 성공률을 보였다고 하였으나 연구 대 상이 적어 아직 논란의 여지가 있다.^17,18)일반적으로 환자의 증상 및 이학적 검사만으로는 충분한 평가를 할 수는 없으며, 수술 후 관절경 검사가 가장 정확하 겠으나 침습적이므로 자기공명 영상이 가장 많이 보 편적으로 사용되는 방법이다. 이식 후의 성공률은 12.5~100% (평균 60%) 정도로 다양하게 보고되고 있으나, 수술 술기에 있어 새로운 방법들이 고안되 고, 동반 손상에 대한 인식이 향상되면서, 약 85%까 지 양호한 결과들이 최근 보고되고 있다.9,14,18-20)Van Arkel과 De Boer²⁰⁾는 63예의 동결보존 반월상 연골 이식술의 평균 60개월 추시 연구에서, 지속적인 통증 및 반월상 연골의 파열이 있을 경우를 실패로 정의한 생존분석을 시행하였다. 누적생존율은 외측 76%, 내 측 50%, 내측과 외측 동시에 시행 시 67%였으며, 전 방십자인대 손상에 의한 인대 불안정성이 있는 경우 에 실패율이 높다고 하였다. Verdonk 등¹⁸⁾은 100예 의 신선 반월상 연골 이식술 후 평균 7.2년 추시에서 내측 28%, 외측 16%에서 실패하였다고 하였으며, 10년 생존율은 내측 74.2%, 외측 69.8%였는데, 근위 경골 내반절골술을 시행하였었던 경우 내측 반월상 연골 이식에서 83.3%라고 하였다. 수술 후의 결과로 재파열 이외에, 이식물의 수축(shrinkage), 이식물의 돌출(extrusion)이 문제가 된다. 이식물 수축은 동결

건조(Frozen-dry) 했을 때 주로 나타나지만 동결보 존(Cryopreserved)한 경우에도 약 37%에서 보고된 바 있으며,²¹⁾신선 및 신선동결 이식물에서는 비교적 적은 것으로 되어 있다. 반월상 연골의 돌출현상은 일 반적으로는 퇴행성 관절염환자에서 잘 알려져 있으나 반월상 연골 이식술 후의 이식물의 돌출 현상이 장기 적인 결과에 미치는 영향에 대해서는 아직 많이 알려 진 바가 없으며 활발한 연구가 진행 중이다.^22,23)

동종건을 이용한 전방십자인대 재건술

1. 건 준비

1) 전경골건, 비골건

전경골건이나 비골건을 따뜻한 생리식염수에 30 분간 해동시킨 후 건을 loop 모양으로 만들어 두 가 닥이 되게 한다. 건의 길이는 최소한 15 cm 이상은 되어야 한다.²⁴⁾(loop 모양으로 만들었을 때 대퇴 터널 의 길이 20 mm, 관절내의 길이 25 mm 이상으로 함.) Loop 모양으로 겹쳐진 부위를 대퇴 터널로 삽입하 며 2번 Ethibond로 연속 봉합을 한 뒤, 연속 봉합은 터널 내에 들어갈 길이보다 2 mm 정도 더 길게 하였 고, EndoPearl (Linvatec, Largo, FL, USA) device를 연결하여 단단히 고정 시킨다.²⁴⁾

경골 터널에 고정될 부위에도 2번 Ethibond로 연속 봉합을 시행한다. 이식건의 준비가 다 되었으 면 두께를 측정한다. 연속 봉합을 하는 이유는 이식 건의 고정 시 건의 손상을 방지하고 터널과 이식건

Fig. 3. (A) Original shape of proximal tibia allograft (B) The medial meniscus transplant is prepared with anterior and posterior bone plug. Two number 2-0 nonabsorbable sutures are passed through each bone plugs. (C) The lateral meniscus transplant is prepared with bone bridge 10 mm in diameter which is connecting the anterior and posterior horn attachment.

A B C

사이에 고정력을 높이기 위함이다(Fig. 4).²⁴⁾

2) 아킬레스 건

상품화 된 동종 아킬레스 건(Achilles Tendon Bone, Regeneration Technology Inc., FL, USA) 을 따뜻한 생리식염수에 약 30분간 해동시킨 후 골편 을 직경 10 mm, 길이 20~25 mm로 만들고 건 부분은 폭 10 mm의 원통형으로 다듬어 2번 Ethibond로 연 속 봉합을 한 뒤, 연속봉합은 터널 내에 들어 갈 길이 보다 2 mm 정도 더 길게 하고, Endo Pearl device 를 연결하여 단단히 고정시킨다(Fig. 5).²⁴⁾

2. 임상결과

동종이식건을 이용한 전방십자인대 재건술은 공여 부의 이환율이 없으며, 수술 시간이 단축되는 장점이

있다. 동종이식건이 자가이식건 보다 재건술 후 재형 성화 되는데 더 많은 시간이 소요 되지만, 장기적인 임상적 결과에서는 차이를 보이지 않고 양호한 결과 를 보였다. 특히, 골 성장이 미숙한 환자나 40세 이상 의 환자에서 좋은 결과들이 보고되고 있다.²⁵⁾

동종이식건 중 아킬레스 건의 경우 골편이 있어 골-골 고정을 얻을 수 있어 건-골 고정보다 강한 고 정이 되나 골편이 약해 수술 과정 중 골편이 부서지 거나 균열이 생길 경우 단단한 고정이 어려운 단점 이 있다. Shino 등²⁶⁾은 동종이식건을 사용 했을 때 10년 추시 결과상 자가 골-슬개건-골을 사용했을 경우보다 오히려 더 좋은 임상적 결과를 보고 하였 으며, Noyes 등²⁷⁾은 7년의 추시 경과상 양호한 임 상적 결과를 보고 하였다.

3. 합병증

전방십자인대 재건술 시 발생할 수 있는 합병증은 여러 가지가 있으나, 동종이식건을 사용했을 때 생 길 수 있는 합병증은 질병 전파 및 동종이식건의 이 완으로 인한 실패의 위험성이나 질병 전파는 유병율 은 낮지만 치명적인 결과를 초래할 수 있다. 그러나 동종이식건으로 연부 조직만을 사용하고 골 조직을 사용하지 않는 경우는 치명적인 결과를 초래할 만한 질병이 보고된 경우는 없다. 동종이식건의 이완성은 이식건을 radiation, non-radiation steriliza- tion, freezing하는 처리과정에서 발생할 수 있으 며, 공여자의 나이, 자가 면역 반응과 관련된다는 보 고도 있다.²⁸⁾

또한 대퇴골이나 경골의 터널확장(tunnel widen-

A B C

Fig. 4. Preparation of tibialis anterior tendon for ACL reconstruction.

ing)을 보고한 경우도 있는데 이는 터널의 부적절한 위치 예를 들어, 터널이 전방으로 치우친 경우와 관 련 있을 수 있으며, 지나치게 과격한 재활 운동과도 관련 있을 것으로 유추하고 있다.²⁹⁾

임상적으로는 IKDC 점수가 A군에 속하는 경우 보다 B군에 속하는 경우에서 터널 확장이 더 크다는 보고도 있으며 좀 더 해부학 적으로 유사한 위치에 터널을 만든다면 터널 확장 현상을 줄일 수 있을 것 이라는 제안을 하는 연구도 있다.

동종이식물의 전망

인체조직은 심장, 간, 신장 등의 장기와 달리 면역 학적 거부반응의 발생빈도가 상대적으로 낮으며 한 사람의 기증자로부터 불특정 다수의 수혜자에게 이 식이 가능하다는 것이 특징이 있다. 현대의학의 발전 으로 인해 인체조직 이식술은 매우 중요한 치료방법 으로 이용되고 있으며, 특히 정형외과, 치과 및 피부 과 등에서 조직의 수요가 날로 증가하는 추세이다.

특히 수술 기법의 발달과 이식물 처리의 발달로 인하 여 동종이식물의 사용이 증가하고 있고, 윤리 의식의 변화로 인하여 우리나라에서도 뇌사 및 사후 기증자 가 증가하는 추세이며 이러한 경우 조직 채취 수량이 많아지고 이식에 대한 기여도가 높아서 동종 이식물 의 공급과 수요는 점점 늘어날 것이라고 생각된다.

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Published online July 9, 2014;doi:10.1007/s00402- 014-2039-z.