Impaction Morselized Allograft를 이용한 인공 고관절 재치환술
이이중이명
국립으료원 정형외과
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서 론
인공 고관절 전치환술의 비구부의 재수술에 있어서 골 결손을 해결하고 초기고정을 얻기 위하여 여러 가 지 방법이 발표 되었다. 심지어는 골 결손을 골 시멘 트로 충전하는 방법에서부터 structural allograft with screw fixation, morselized allograft with cemented fixation or cementless fixation, total acetabular transplant 등 여러 가지 방법이 제시되었고 또 다양한 결과들을 보고하고 있다.
A l l o g r a f t를 impaction 하는 경우 정상에 가까운 뼈로의 재생 및 remodeling 의 동물 실험 및 실제 인 체의 시술한 예의 조직학적 증거가 제시되었으며 임상 및 방사선 결과도 보고되었다. 여기에 i m p a c t i o n morselized allograft를 이용한 비구부 재 치환술의 이론적 배경 및 결과, 장점 및 단점 등에 대해 알아 보려고 하였다.
이론적 배경
1. 골 이식의 비교
일반적으로 이식 골의 조직학적 운명은 자가 골이 든 동종 골이든 이식 골과 원래의 골이 밀접하게 연 결되는 일련의 과정을 통해서 결합되는( i n c o r p o r a t-
ed) 것이 중요하다. 원래의 뼈는 i n c o r p o r a t i o n과 죽은 이식 골의 재생에 매우 중요한 요소들인 혈액 공급과 살아있는 골세포를 제공한다. 이식 골은 원 래 뼈의 세포활동을 자극하고 이는 graft 내와 주위 에 새로운 골 형성으로 이어지고 골의 접근을 위해 틀 구조로 작용한다. incorporation에 중요한 영향 을 끼치는 인자들은 첫째 이식 골의 원래 뼈에 대한 견고한 고정, 둘째 이식 골과 원래 뼈와의 접촉면적, 셋째 원래 뼈의 골 조직의 혈액순환, 넷째 이식 골 내에서의 하중 부하양상, 다섯째 이식 골의 크기와 구조 등이다.
구조적 이식 골(structural bone graft)은 표면 이 고밀도이며 혈관이 자라 들어 가기가 힘들고, 이 식 골의 내부는 죽은 채로(dead bone)인 채로 있으 며 오직 접촉면에서만 혈관 재형성이 되어 골 유합 되기 때문에 피로 골절이나 이식골의 흡수가 생긴다.
반면 impaction morselized allograft는 더 균 질 하게, 완전하게 결합( i n c o r p o r a t i o n )되고, 혈관 이 열린 구조를 쉽게 통과할 수 있고 역학적 강도의 소실 없이 죽은 골 소주로 빠른 신생 골의 침착을 얻 을 수 있다.
자가 골이 높은 골 형성력과 면역반응이 없어 동 종 골보다 쉽게 i n c o r p o r a t i o n된다는 것은 잘 알려 져 있지만 충분한 양을 얻을 수 없고 노인에게서는 골질이 떨어지며 추가적인 절개 등의 새로운 문제의
※ 통신저자 : 이 중 명
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대한고관절학회지제13권제2호 Vol. 13, No. 2, June, 2001
가능성을 야기하는 단점이 있다. 이런 이유로 인해 골 은행에서 동종 골의 사용이 필요로 하게 된다.
2. 여러 수술 방법들
S o t e l o - G a r z a와 C h a r n l e y1 3 )는 많은 양의 골 시 멘트로 결손을 메우고 비구강을 채우는 것을 보고하 였으나 재수술시 골 결손은 남아 있고 경화된 결손 표면은 골-시멘트의 강한 결합을 얻기 힘들다.
Berry and Mül l e r1 )는 견고한 금속지지환을 이용 하였으나 더 탄력적인 골반 골과 견고한 고정물 사 이에 문제가 있고 이식 골의 stress shielding이 문 제가 된다.
다른 저자들은5 , 3 ) 큰 직경의 무 시멘트 비구 고정 물을 사용 하였으며, 결손 주위나 내에서 자연적인 신생 골 형성을 기대하였다. 저자는 골 시멘트를 사 용한 impaction graft보다는 cementless cup을 사용한 impaction graft를 선호 하고있으며 이것에 대해서는 후에 언급 하고자 한다,
1 9 7 0년대에는 골 이식을 이용한 비구 골 결손 재건 술이 시행되었다. 1975년 Hastings 와 P a r k e r4 )는 시멘트성 인공 고관절 전치환술과 자가 m o r s e l i z e d 해면 골 이식을 골반 내 비구 돌출에 사용하였으나, 이식 골들은 impaction 하지 않고, 작은 r i m을 가 진 성긴 mesh cup으로 덮었다.
1 9 7 8년 McCollum and Nunley8 )는 미세한 금속 m e s h를 사용하였고, 1983년 Marti and Besse- l a a r7 )는 자가 chip bone으로 보강한 피질 해면 골 이식을 하였으며, Eichler ring을 이용하였다. 1984 년 Slooff 등1 0 )은 impaction morselized allograft 의 변형된 방법을 사용하였다. 비구의 s e g m e n t a l 결손은 동종 골 파편(size 1㎝)으로 메우며 표면은 금속 m e s h나 얇은 피질 해면 골로 덮는 것이다. 그 후 동종 골 파편에 시멘트를 직접적으로 압력을 가한 후에 컵을 삽입하였다. 이들은 치료 원칙으로 첫째, 컵을 해부학적 비구( t e a r d r o p )에 위치 시킴으로써 고관절 역학을 재건하고, 둘째, containment을 얻 기 위해서 금속 강선 m e s h로 segmental defect를 메우고, 셋째, morselized allograft로 공동성 결손 을 메움으로써 내고정물 주위의 골 손실을 대신하고, 넷째, bone chip을 i m p a c t i o n하고 골 시멘트를 이 용하여 안정성을 부여하는 것이 중요하다고 하였다.
수술 방법
1. Slooff 등의 수술방법
Slooff 등1 2 )은 posterolateral approach를 이용 하여 접근한 후에 c o m p o n e n t와 모든 시멘트와 섬유 성 조직들을 비구 벽으로부터 제거한 후 비구 하연의 transverse ligament를 확인한다. 감염의 가능성을 염두에 두고, 관절액을 천자한 후 검사를 보낸다. 내 벽이나 주변부의 segmental 결손이 있나 확인한다.
유연성 stainless steel mesh를 가공하여 최소한 3 개의 나사못으로 장골 벽에 견고하게 고정한다. 표면 적을 넓히고 graft 내로 혈관 진입을 증진하기 위해 서 경화된 비구 벽에 많은 작은 천공( 2㎜)을 낸다.
빽빽하게 allograft 파편( c h i p )들을 packing 한 후 에 i m p a c t o r로 다진다. impaction 후에 기존의 넓 어진 비구의 직경이 정상 크기로 줄고, 시멘트를 넣 고 압력을 가한 후에 컵을 넣고 시멘트가 중합될 때 까지 p u s h e r로 잡고 있는다. 술 후 관리는 3개월간 항응고 치료(anticoagulant therapy), 전신적인 항생제 2 4시간, 7일간 indomethacin, 3 내지 6주 간 침상 안정 등을 요한다.
2. 저자의 수술방법
저자6 )는 transgluteal approach를 선호하며 모 든 시멘트와 섬유성 조직을 완전히 제거 한 후 r e a m e r를 original bone bed에 가능하면 많이 닿 게 하고 특히 전방, 하방, 후방에 힘을 받을 수 있을 때까지 크기를 올린다. 과거 대퇴 경부골절등에서 채 취하여 골 은행에 영하 8 0도로 보관하던 대퇴 골두 동종 골의 cancellous bone만을 0 . 5 ~ 1㎝의 크기로 잘라 식염수로 거듭하여 세척하여 f a t나 b l o o d를 가 능한 한 제거한 후 건조 시킨다. 원래의 비구에서 넣 어 놓았던 g a u z e로부터 얻은 b l o o d와 혼합하여 비 구부에 특히 상부의 골 결손을 동종 골을 i m p a c t o r 를 사용하여 다진 후 r e a m e r를 반대방향으로 돌리 며 망치로 다시 다진다. 마지막 r e a m e r보다도 2㎜
정도 큰 hemispherical cup을 p r e s s - f i t으로 삽입 하고 2 ~ 3개의 s c r e w로 고정한다. Expansion cup 을 사용할 수도 있으나 상당한 주의를 요한다.
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조직학 결과
1. 동물 실험
Slooff 등1 1 )은 동물 실험에서 양에서 hand ream- e r로 비구의 전방 및 상방 부위에 동공성 결손을 만들 어내고 이 결손에 impaction 이식을 실제 임상과 비 슷하게 시행하였고, 비구측을 시멘트로 처리하였다.
6, 12, 24, 48주의 간격으로 각 기간별로 조직을 얻었고, 새 골에 f l u o c h r o m e을 표식하는 등, 다른 조직학적 기술을 이용하였다. 수술 직후 i m p a c t i o n graft 는 꽤 큰 골 소주 조각으로 구성되었고, 이는 모든 l e v e l에서 작은 미세골절을 보였다. 수질부 지 방(medullary fat)은 impaction 중 squeeze out 되었고 fibrin clot으로 대치되었다. 6주 후에 많은 l e u k o c y t e를 포함한 loose connective tissue 와 함께 혈관 싹(vascular sprouts)이 하루 7 0㎜의 속 도로 이식 골로 뚫고 들어갔다. 매우 빠른 속도로 이 런 섬유 혈관성 조직과 관련하여 골의 재편성이 일 어나고 이는 파골 세포에 의해서 이식 골의 흡수가 그리고 o s t e o b l a s t에 의해 골의 접근을 의미한다. 6 주에 이런 과정이 새로운 골 소주 구조를 혈관화 된 곳에서 나타내게 되며 이런 구조는 일차적으로 이식 골의 r e m n a n t와 새로 형성된 woven bone으로 구 성되었다. 12주에 새 소주 구조 내에서 이식 골의 비율은 lamellar bone 을 형성하는 골 재형성에 의 해 훨씬 감소하였다. 방사선학 그리고 조직학적인 평가는 새로이 형성된 골 소주의 방향으로 인해 시 멘트 층에서 host bone으로의 부하전이가 가능하다 는 것을 설명해 준다고 보고하고 있다. 이식 골과 시 멘트 접촉면에서 혼합물( m i x t u r e )이 살아 있는 골 이 시멘트 층과 밀접하게 접촉하는 곳과 섬유성 조 직이 많은 곳에서 발견되었다. 24주와 4 8주 사이에 서는 비구 결손에서의 이식 골은 완전하게 l a m e l l a r b o n e으로 재형성된 것으로 보고하고 있다.
2. 인체 생검 결과
Slooff 등5 )은 술 후 1개월에서 7 2개월 된 8예의 골 이식 된 비구로부터 9개의 생검을 모아 보고하였 는데 이들 모든 환자들에서 같은 술기를 이용하여 재수술을 하였다.
재수술 후 1개월에 이식 골의 i n c o r p o r a t i o n은 보이지 않았다. 재수술 4개월에 3 생검중 2개에서 신생 골의 전면이 비혈관성 이식물을 뚫고 들어갔 다. osteoid 와 woven bone이 원래의 이식소주와 간질공간에 형성되었다. 또한 국소적인 파골 흡수가 나타났다.
술 후 8내지 2 8개월 된 모든 검체들은 이식 골의 i n c o r p o r a t i o n의 다른 단계를 보였다. 8~9개월에서 는 많은 양의 이식 골 잔재가 새로운 골 소주 구조에 갇혔다. 처음에, 새로 형성된 골은 woven bone 이 었다가 이것이 나중에 더 긴 추시 기간 중에 l a m e l- lar bone으로 재형성된 것으로 보고하고있다.
시멘트와의 접촉면은 조직학적으로 초기의 동물실 험에서 보인 것과 비슷했다. 국소적으로 살아있는 골 은 시멘트와 직접 접촉하였으나, 대부분의 부위에서는 얇은 연부 조직층이 시멘트와 접하고 있었다. 15개월 이상의 검체에서는 약간은 이식 골 잔재만 가진 채, 정상적인 골소주를 닮았고 이런 자료와 함께 Sloof 등 은 c e m e n t를 이용한 impaction morselized allo- graft 가 완전하게 새로운 소주 구조로 결합( i n c o r- p o r a t e d )되고 , 이식 골 i n c o r p o r a t i o n의 조직학적 양상이 동물 및 인체 검체 모두에서 일치한다는 결론 을 이끌어낼 수 있었다고 보고하였다.
수술 결과
1. Slooff 등의 결과
1 9 8 4년에 Slooff 등1 0 )은 처음으로 비구돌출로 전 치환술을 할 때 impaction grafting의 단기 결과 를 보고하였다. 40명의 환자에서 43 비구 재건술을 시행하였다. 이중 2 1예는 primary 22예는 r e v i- s i o n이었다 술 후 2년(0.5~5.5 yr)후 r e v i s i o n은 없고 방사선학적 투과선이 5예에서 보였다.
또 Slooff 등1 1 )은 1 9 9 3년 8 0명, 88예의 비구 재수 술연구의 중장기 결과에서, 모든 예에서 i m p a c t i o n morselized bone graft를 이용하였고, 평균 추시 기 간은 5 . 7년이었고 결손은 AAOS 분류법에 의해 c a v- itary 42, segmental-cavitary 38였다. 이 보고에서 4예의 비구 재-재수술이 시행되었는데, 2예는 감염성 이완, 2예는 무균성 이완이었다. 6예는 방사선학적 실 패로 판정되었으며, 1예는 DeLee and Charnley의
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3 zone 모두에서 점진적 이완을 보였고, computer- digitizing program에 의해 5예는 점진적 이동으로 이완이 의심되었다. Schreurs 등9 )의 보고에 의하면 1 0년 이상 추시 가능한 예 5 8명, 62예에서 실패한 비 구에 대해 impaction morselized 이식 골과 시멘트 컵을 이용하였다. 추시 가능한 5 0명 5 6예에서 평균 추시는 1 1 . 8년( 1 0 ~ 1 5 y r )이었다. 5예의 비구 재-재수 술이 행해졌다. 2예는 술 후 3년 과 6년에 감염성 해 리로 3예는 6, 9, 12년에 무균성 해리로 재-재수술하 였다. 모든 이완을 고려했을 때 전체적인 생존율은 9 0 %였고, 감염성 해리 2예를 제외하면 무균성 해리 로부터의 생존율은 9 4 %였다. 임상적인 증상 없이 방 사선학적 실패는 4예가 있었다.
2. 저자의 결과
저자6 )는 큰 크기의 HGII Cementless hemi- spherical cup을 사용하고 impaction morselized a l l o g r a f t를 사용한 비구부 재수술의 결과를 보고하 였는데 2년 이상( 2년~ 6년) 추시가 가능한 4 7예 5 0 관절을 추시 하였는데 Paprosky type ⅢB의 4예에 서 Structural iliac autograft를 동시에 사용하였 으나 나머지 예는 모두 상기 기술한 방법을 사용하였 고 1예도 재 재수술은 없었다
결 론
비구부 결손이 심한 경우 재건을 위해 사용하는 impaction morselized allograft를 제대로 된 술기 를 사용하여 시술하면 좋은 결과를 얻을 수 있는 훌 륭한 방법이다.
REFERENCES
01) Berry DJ, Muller ME : Revision arthroplasty using an anti-protrusio cage for massive acetabular bone deficiency. J bone Joint Surg, 74B:711-715, 1992.
02) Buma P, Lamerigts N, Schreurs BW, et al : I m -
pacted graft incorporation after cemented acetabular revision: Histological evaluation in 8 patients. Acta Orthop Scand, 67:536-540, 1996.
03) Harris WH : Management of the deficient acetabu - lum using cementless fixation without bone graft - ing. Orthop Clin Norh Am. 24:663-665, 1993.
04) Hastings DE, Parker SM : Protrusio acetabuli in rheumatoid arthritis. Clin Orthop, 108:76-83, 1975.
05) Jasty M : Jumbo cups and morselized graft. Orthop Clic North Am 29:249-254, 1998.
06) Lee J-M, Han Y-H, D-Y, Cho D-Y : Results of acetabular revision using minimal bone graft and uncemented bi cup by press-fit concepts. J Kor Hip Soc, 9, No 2:173-179, 1997.
07) Marti RK, Besselaar PP : Bone grafts in primary and secondary total hip replacement, in Marti RK (ed): Progress in Cemented Total Hip surgery and Revision. Amsterdam, The Netherlands, Excerpta Medica, pp 107-129, 1983.
08) McCollum DE, Nunley JA : Bone grafting in ace- tabular protruslo: A biologic buttress, in Nelson CL (ed): The Hip: Proceedings of the Hip Society. 1978.
St. Louis, MO, CV Mosby, pp 124-146, 1978.
09) Schreurs BW, Buma P, Gardeniers JW, et al : Acetabular reconstruction with impacted morcel - lized cancellous bone grafts in cemented revision hip arthroplasty: A ten- to 15-year fo11ow-up study. Proceedings of the American Academy of' Orthopaedic Surgeons 65th Annual Meeting, New Orleans, LA. Rosemont, IL, American Academy of orthopaedic Surgeons, 1998.
10) Slooff TJ, Huiskes R, van Horn J, et al : B o n e grafting in total hip replacement for acetabular protrusion. Acta Orthop Scand, 55:593-596, 1984.
11) Slooff TJ, Schimmel JW, Buma P : Cemented fix - ation with bone grafts. Orthop Clin North Am, 24:
667-677, 1993.
12) Slooff T J H, Schreurs B W, Buma P and Garde- n i e r s : Impaction morselized allografting and cement.
Instructional course lectures, 45:79-89, 1996.
13) Sotelo-Garza A, Charnley J : The results of Char- nley arthroplasty of the hip performed for protrusio acetabuli. Clin Orthop, 132:12-18, 1978.
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