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통신저자：이 주 홍
561-180, 전북 전주시 덕진구 금암동 산 2-20 전북대학교 의학전문대학원 정형외과학교실 TEL: 063-250-1760, FAX: 063-271-6538 E-mail: [email protected]
감염된 슬관절 전치환술에서 항생제 함입 관절형 시멘트 충전물을 이용한 2단계 재치환술의 단기 추시 결과
전북대학교 의학전문대학원 정형외과학교실, 임상의학연구소, 1순천성가롤로병원 정형외과
문승진1ㆍ임영진ㆍ김기범ㆍ박명식ㆍ이주홍
Short-term Results of Two-stage Reimplantation Using Antibiotic-loaded Articulating Cement Spacer in Infected
Total Knee Arthroplasty
Seung-Jin Moon, M.D.
1, Young-Jin Lim, M.D., Ki-Bum Kim, M.D., Myung-Sik Park, M.D. and Ju-Hong Lee, M.D.
Department of Orthopedic Surgery, Research Institute of Clinical Medicine, Chonbuk National University Medical School, Jeonju,
1Department of Orthopedic Surgery,
Saintcarollo Hospital, Suncheon, Korea
Purpose: We reviewed the short-term clinical results of two-stage reimplantation using antibiotic-loaded articulating cement spacer in infected total knee arthroplasty (TKA).
Materials and Methods: Nineteen consecutive patients (20 knees) with chronic indolent infection after TKA from July, 2004 were treated by two-stage reimplantation using articulating antibiotic spacer and were followed them with a minimum of 18 months. We assessed infecting organism, response of erythrocyte sedimentation rate (ESR) and C-reactive protein (CRP) level following insertion of antibiotic spacer, elapsed time to reimplantation, and duration of parenteral antibiotics therapy. And we also evaluated clinical results using Hospital for Special Surgery (HSS) score, range of motion (ROM) and reinfection rate.
Results: The most common was methicillin-resistant staphylococcus epidermidis (8 patients, 53.3%) among the infecting organisms identified in 15 patients. Average ESR and CRP level were 28.9 mm/hr and 3.0 mg/L, each before reimplantation. The elapsed time to reimplantation was 9.7 weeks and the mean duration of parenteral antibiotics was 5.4 weeks. The ROM before spacer insertion was 72.5
o, increasing to 103.3
oand HSS score also improved from 47.8 preoperatively to 88.8 without evidence of reinfection at latest follow-up.
Conclusion: Two-stage reimplantation using articulating antibiotic spacer in infected TKA is thought to be veryeffective surgical option to achieve excellent clinical results through controlling infection and permitting active joint motion.
Key Words: Infected total knee arhtroplasty, Reimplantation, Antibiotic-loaded articulating cement spacer
서 론
슬관절 전치환술 후 약 0.5∼5%의 빈도를 보이는 심부 감염은 가장 심각한 합병증 중 하나로 예방적 항생제 사
용, 새로운 수술 기기의 개발, 수술 환경의 개선 및 술기 의 발달로 과거에 비해 현저히 감소하였지만 일단 발생하 면 치료에 많은 어려움이 존재한다4,6,12,16). 치료에는 항생 제 사용을 병행한 변연 절제술, 재치환술, 관절 유합술, 관 절 절제 성형술 및 절단술 등 다양한 방법이 있으며14) 이 중 항생제 함입 충전물을 이용한 이단계 재치환술은 88∼
96%의 높은 감염 치료율을 보여 현재 가장 효과적인 방법 으로 인정되고 있다8-10,14).
이단계 재치환술에 이용되는 항생제 함입 충전물은 고 정형(static)과 관절형(articulating)이 있다12). 고정형 충전 물은 관절 내 항생제 농도를 증가시켜 감염을 조절하고 관절간격을 유지시킬 수 있어 재치환술을 용이하게 할 수 있는 반면 충전물 삽입기간 동안 운동을 허용할 수 없어 관절낭 구축, 대퇴사두근 및 측부인대의 단축이 발생할 수 있고 골 소실이 많다는 단점이 있다2,6,10). 이에 비해 1980 년 중반에 개발된 관절형 충전물은 충전물 삽입 후 관절 운동과 보행이 가능하여 연부조직 구축의 최소화, 용이한 수술, 근력 및 관절운동범위의 유지 그리고 골 소실 감소 라는 장점이 있다5,6,10,11).
이에 저자들은 감염된 슬관절 전치환술에 대해 항생제 함입 관절형 충전물을 이용한 이단계 재치환술을 시행하 고 임상적 결과를 평가하였다.
대상 및 방법 1. 연구 대상
2004년 7월에서 2007년 2월까지 퇴행성 관절염으로 슬 관절 전치환술 후 발생한 심부감염에 대한 치료를 받은 환자 22명 중 항생제 함입 관절형 충전물을 이용한 이단 계 재치환술을 시행한 후 최소 18개월 이상 추시 관찰이 가능했던 19명(20 슬관절)을 대상으로 하였다. 타 병원에 서 전원된 환자는 17명(18 슬관절)이었고 나머지 2명(2 슬관절)은 본원에서 슬관절 전치환술을 시행했던 환자였 다. 평균 연령은 67.9±5.1세(범위: 53∼77)였고, 평균 추 시기간은 31.8±8.8개월(범위: 18∼49)이었으며 남자가 7 명, 여자가 12명이었다. 감염의 분류는 Segawa 등17)이 제 시한 인공관절 주위 감염 분류표를 이용하였고, 대상 환자 모두 제4형에 해당되었다.
2. 진단 및 연구방법
술 전 진단은 환자의 임상 증상 및 이학적 검사, 혈액학 적 검사, 단순 방사선사진, 핵의학 검사, 관절 천자를 통한 관절액의 백혈구 수치와 균 배양검사를 종합하여 판단하 였다. 내원 당시 전 예에서 지속적인 동통을 동반한 부종, 관절부 발적과 관절운동범위 감소를 보였으며 3명에서는 농루가 존재하였다. 혈액학적 검사에서 적혈구 침강 속도 (ESR, 정상치: 0∼20 mm/hr)는 전 예에서, 그리고 C-반 응성 단백(CRP, 정상치: 0∼5 mg/L)은 18명에서 증가되 었으며, 모든 환자에서 시행한 전신 골주사와 백혈구 스캔 에서 인공 삽입물 주위로 동위원소 섭취 증가 및 백혈구 축적 소견을 보였다. 관절 천자로 얻은 관절액의 백혈구 수는 10명(55.6 %)에서 50.000 cell/mm3 이상으로 증가 하였다(Table 1).
또한 감염된 인공 삽입물 제거 과정에서 얻은 농이나 조직을 균배양 검사를 통해 원인균을 재차 동정하였고, 충 전물 삽입 후 재치환까지 소요된 기간과 항생제 투여 기 간, 그리고 충전물 삽입 전·후, 재치환술 후 최종 추시에 서의 ESR과 CRP 변화 양상을 관찰하였다. 임상적 결과는 재치환술 전·후의 굴곡 구축, 관절운동범위, 슬관절 기능 점수(Hospital for Special Surgery: HSS), 합병증 그리고 감염 재발 여부를 이용하여 평가하였다.
3. 수술 수기
1) 1단계 수술항생제가 함입된 관절형 시멘트 충전물을 제작하는 다 양한 방법 중 저자들은 Polyproprene 주형(SPACER KⓇ, Tecres, Italy)을 이용하여 충전물을 용이하게 제작할 수 있었으며 대, 중, 소로 구분된 주형은 단순 방사선 사진을 통한 계측 또는 이전에 삽입된 치환물의 크기로 결정하였 다.
피부 절개 전에 겐타마이신이 함입된 시멘트(SimplexⓇ, Stryker) 1 포장(batch)당 반코마이신 4.0 g 비율로 혼합 한 다음15) 대퇴부와 폴리에틸렌에 해당하는 충전물을 미 리 제작하는데 액상의 시멘트를 50 cc 주사기에 넣고 주 형에 주입한 후 굳으면 주형을 제거한다(Fig. 1).
이전 수술 절개부위를 따라 피부 절개를 가하여 관절을 노출시킨 다음 균배양 검사를 위한 농과 조직을 채취하고 감염된 활막 및 연부조직에 대해서 철저한 변연 절제와
Table 1. The Clinical Data of the Patients
Case Age(years) Sex
Joint fluid analysis (Cells/mm3)
Preop.*
ESR/CRP (mm/hr, mg/L)
Cultured organism
Antibiotics duration (weeks)
Interim periods (weeks)
ROM Preop/Last
FU (o)
HSS score Preop/Last
FU
Complication
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
17 18 19
67 68 69 64 77 67 70 69 69 67 71 66 63 53 73 76
66 73 70
F M F M F M F F F M F F M F F F
M M F
67,000 53,000 29,800 51,800 78,100 20,960 6,720 57,800 50,200 54,200 61,230 16,000 18,000 71,500 36,500 61,300 2,400
2,790 6,400 3,200
41/87.5 88/56.7 120/38.5 76/30.9 44/98.6 87/17.7 112/35.0 102/72.5 82/170.0 93/73.8 78/105.8 107/30.3 29/11.6 91/19.9 66/74.0 38/5.6
99/268.0 39/46.6 79/67.0
Unidentified MRSE† Unidentified
MRSC‡ MRSE Unidentified Staphylococcus
haemolyticus MRSE MRSE Unidentified
MRSE MRSA§
MRSE MRSE MRSE Candida parapsilosis Streptococcus
pyogens Enterococcus
faecalis Candida parapsilosis
10 6 4 5 5 4 3 3 4 6 4 7 5 6 5 6
6 5 6
24 8 8 5 6 9 8 10 14 8 6 12 8 14 9 8
7 8 9
60/105 65/110 40/100 55/110 80/95 85110 70/85 90/105 70/110 85/105 70/100 60/110 80/100 70/105 40/100 80/100 75/90
80/105 100/115 95/105
32/74 85/92 38/92 56/91 24/88 52/92 54/91 49/88 72/92 58/92 45/91 26/90 28/88 40/93 37/88 56/91 37/76
46/88 74/91 47/88
Spacer extrusion
Skin defect, PT∥ partial
rupture
AV¶ 67.9 78.9/67.0 5.4 9.7 72.5/103.3 47.8/88.8
SD** 5.1 29.1/61.1 1.6 4.2 16.1/7.5 16.3/5.0
*Preop.: before removal of infected prosthesis, †MRSE: methiciline resistant staphylococcus epidermidis, ‡MRSC: methiciline resistant staphylococcus capitis, §MRSA: methiciline resistant staphylococcus aureus, ∥PT: patella tendon, ¶AV: average,
**SD: standard deviation
세척을 실시한 후 관절 내 모든 인공 삽입물과 시멘트를 제거하고 재차 세척을 실시하였다.
경골부의 골 결손과 골수강 형태에 맞는 충전물은 직접 시멘트를 넣어 성형시켜 위치시키고 다른 충전물들을 삽 입한 다음 적절한 신전 간격과 관절선을 유지하기 위해 신전위에서 장력을 가하여 생긴 간격에 대해 경골부에 추 가적인 시멘트 보강을 실시하였다. 또한 대퇴 충전물을 전 방에 밀착시킨 후 대퇴 후과 사이에 남은 결손은 시멘트 로 보강하여 적절한 굴곡간격을 얻고자 하였다. 최종적으
로 관절 안정성, 슬개골 궤적 및 관절운동범위를 확인하고 배액관 삽입 후 봉합하였다(Fig. 2).
2) 충전물 삽입 후 처치
수술 직후부터 하지 직거상 운동을 실시하고 2일 이내 에 배액관을 제거한 다음 CPM (Continuous Passive Motion)을 이용한 수동운동을 시작하였다. 배액관 제거 후 능동적 관절운동과 부분체중부하 보행을 시작하지만 절개부위가 좋지 않을 경우 신전위로 고정하고 절개부가
Fig. 1. Antibiotic (vancomycin 4.0 g/batch) loaded bone
cement was applied to polyproprene molds for constructing the articulating cement spacer.Fig. 2. (A) Photograph of the
articulating cement spacer after placement within the joint.(B) Radiographs of placement of the articulating cement spa- cer after removal of infected prosthesis.
Fig. 3. Radiographs after reimplantation with a posterior
cruciate ligament substituted design.안정된 다음 관절운동을 시작하였다. 술 후 정맥 내 항생 제 투여는 4주를 기본으로 하였으나 임상 증상과 주 2회 간격으로 측정한 CRP 수치로 추가 투여 여부를 결정하였 다. 재치환술 시기는 항생제 투여 중단 후 2∼3주에 걸쳐 2회 이상 CRP 수치가 정상이고 전신 건강 및 연부조직 상태가 양호하면 시행하였다.
3) 2차 재치환술
충전물을 모두 제거한 후 슬개상 맹낭(suprapatellar pouch), 내측 및 외측 구(gutter), 후방 구획부 그리고 충 전물 제거 후 대퇴 및 경골 골수강에 존재하는 육아조직 으로부터 조직을 떼어 실시한 동결 절편 조직검사에서 다 형 핵 백혈구가 5개 미만임을 확인한 다음 변연 절제술과 세척을 시행하고 항생제가 함유된 시멘트를 이용하여 인
공 삽입물을 고정하였다(Fig. 3). 골 결손이 존재하는 경 우 금속 보강물을 사용하였고 이 중 2예(2 슬관절)는 자 가 골 이식을 병행하였다. 재치환술에 사용된 삽입물은 안 정성 및 골 소실 정도에 따라 후방십자인대 대치형이나 구속형을 사용하였는데 후십자인대 대치형은 PFC Sigma knee system (Johnson & Johnson, Raynham, MA, USA) 11예(11 슬관절)와 NexGen Legacy (Zimmer, Warsaw, IN, USA) 1예(2 슬관절), 구속형은 NexGen Legacy 6예, Scorpio (Stryker, Mahwah, NJ, USA) 1예를 사용하였다.
술 후 모든 환자에서 CRP가 정상 수준에 도달할 때까지 원인균에 감수성이 있는 항생제를 투여하였다.
Fig. 4. Average value of ESR and CRP at the time point of
each surgery.Fig. 5. Radiographs showed dislocated the spacer.
결 과
총 19명 중 15명(78.9%)에서 원인균이 배양되었고 메 티실린 저항성 표피 포도상 구균이 8명으로 가장 많았으 며 그 외 캔디다균 2예, 메티실린 저항성 황색 포도상 구 균, 용혈성 포도상 구균, 연쇄상 구균, 장내구균 등이 각각 1예였다(Table 1). 충전물 삽입 전 ESR과 CRP 평균치는 78.9 (mm/hr)와 67.0 (mg/L)에서 재치환술 전 28.9, 3.0 으로 호전되었고 최종 추시에서 27.5와 2.1을 보였다(Fig. 4).
재치환술까지 소요된 기간은 평균 9.7주(범위: 5∼24)였 고, 정맥 내 항생제 투여기간은 5.4주(범위: 3∼10)였다.
최초 수술 전 굴곡 구축과 관절운동범위는 각각 8.3o, 72.5o에서 재치환술전 6.6o, 79.4o 그리고 최종 추시에서 1.6o, 103.3o로 개선되었고 HSS 점수는 최초 수술 전 평균 47.8점(범위: 24∼85)에서 최종 추시 시 88.8점(범위: 74
∼93)으로 호전되었으며 최종 추시까지 감염 재발의 증거 는 없었다. 충전물 삽입 후 발생한 합병증으로 슬개건 부 분 파열을 동반한 피부결손 1예와 충전물 탈구 1예가 있 었다(Fig. 5).
고 찰
슬관절 전치환술 후 발생한 심부 감염에서 임상 증상의 발현 양상은 감염의 진단과 향후 적절한 치료방법 선택에
있어 매우 중요한 요소이다. Segawa 등17)은 치환물주위 감염을 임상증상, 중증도 및 전치환술 후 증상 발현 기간 에 따라 4가지로 분류하고 임상증상이 4주 이상 지속되는 비활동성의 만성감염인 제4형의 경우 감염된 치환물의 제 거 후 재치환술을 시행하는데 1단계 재치환술은 독성이 약한 그람 양성균인 경우, 농루 형성이 없고 연부조직이 양호한 경우, 변연 절제술로 감염된 조직의 완전 제거가 가능한 경우에 시행하나 술 후 장기간의 항생제 사용에 따른 문제점이 있으며 Hanssen10)과 Silva 등18)은 1단계 재치환술 후 각각 74%와 89.2%의 감염 치료율을 보고하 여 감염재발이 비교적 높음을 지적하였다. 반면 2단계 재 치환술은 90% 이상의 감염 치료율을 보여 제4형의 감염 치료에 가장 이상적인 방법으로 알려져 있다1,19,20). 저자들 은 최근 약 3년간 경험한 21예(22 슬관절)의 감염된 슬관 절 전치환술 중 제4형으로 진단된 19예(20슬관절)는 메티 실린 내성 포도상 구균이 가장 많은 빈도(10예, 66,7%)를 보였으며 이에 대해 이단계 재치환술을 시행하였던 바 최 소 18개월 추시까지 감염 재발의 증거가 없는 효과적이고 신뢰할만한 치료 수단으로 생각한다.
또한 저자들은 재치환술 전에 사용되는 항생제 충전물 은 관절운동범위와 술 후 슬관절 기능 향상 측면에서 고 정형에 비해 유리한 관절형을 선택하였고10) 이는 최초 수 술 전 운동범위 72.5o, 재치환술 전 79.4o, 최종 추시에서 103.3o로의 향상, 그리고 HSS 점수는 최초 수술 전 평균 47.8점에서 최종 추시 상 88.8점의 개선된 결과로 나타났
고 이는 기존의 결과9,11,12)와 유사하였다.
관절형 항생제 충전물 삽입 후 재치환술의 적절한 시기 를 결정하는 것 또한 중요한 요소이다3). 재치환술 시기 결 정에 있어서 Insall 등13)은 연부조직 상태가 양호하고 관 절 천자에서 감염의 증거가 없어야 하며 Mont 등15)은 재 치환술 전에 조직검사나 관절 천자를 통해 균 배양 및 감 수성 검사의 시행을 강조하였다. 또한 Greidanus 등7)은 수술에 앞서 시행한 ESR과 CRP가 감염의 존재를 확인하 는 우수한 방법임을 보고하였고 White 등19)은 재치환술 전에 ESR은 정상 또는 감소 추세를 보이는 반면 CRP는 정상이어야 한다고 하였다. 저자들의 재치환술 시기는 임 상 증상과 연부조직 상태 외에 항생제 투여 중단 후 최소 2주간에 걸쳐 정상화된 CRP 수치를 가장 의미 있게 받아 들여 결정하였고 최종적으로 재치환술 시 동결 절편 조직 검사로 확인하였다. 재치환술까지 소요된 기간은 평균 9.7 주, 항생제 사용기간은 5.4주였으나 1예에서만 10주간의 항생제 장기 투여 후 임상 증상과 혈액 검사 소견이 정상 을 보여 재치환술을 시도하던 중 동결 절편 조직검사에서 다형 핵 백혈구가 5개 이상을 보여 재차 변연 절제술 및 항생제 충전물의 교환 후 14주간의 충분한 치료 및 관찰 기간을 가지고 재치환술을 시행하였다.
항생제 함입 관절형 시멘트 충전물의 합병증으로 심한 골 소실과 인대 부전이 존재하는 경우 적절한 관절간격을 유지하지 못해 항생제 함입 충전물의 탈구나 불안정성이 발생할 수 있으며16) 탈구된 충전물은 신전 기전에 영향을 미칠 수 있다10). 1예에서 굴곡 신전간격 불일치로 인한 충 전물의 전방 탈구가 발생하여 슬개골과의 감입으로 신전 제한이 약 10o 정도 있었지만 굴곡운동에는 큰 제한은 보 이지 않았고, 최종 추시에서 관절운동 105o，HSS점수 88 점으로 비교적 양호한 결과를 보였다. 다른 1예는 슬개건 의 경골 부착부에서 부분 손상과 약 3×3 cm 크기의 피부 결손이 발생하여 슬개건에 대해 일차 봉합술과 환형 강선 고정술을 실시하고 피부결손은 보존적 치료를 통해 치유 되었지만 최종 추시에서 관절운동범위는 75o, HSS점수 76 점으로 만족스럽지 못한 임상적 결과를 보였다.
본 논문은 후향적 조사로서 최소 18개월의 추시 기간이 재치환술 후 감염의 재발 여부 판단하기에는 짧으며 또한 연구 방법에서 사용되는 술식에 대한 대조군이 없고 표본 수가 적다는 한계가 있다.
결 론
항생제 함입 관절형 시멘트 충전물을 이용한 2단계 재 치환술은 만성적으로 감염된 슬관절 전치환술의 치료에 대해 감염 재발 없이 만족할 만한 관절운동범위와 임상적 결과를 보였지만 향후 감염의 재발 여부를 알기 위해 장 기적인 추시 관찰이 필요할 것으로 생각한다.
