저온 냉동 동종골 이식 직전 시행하는 미생물 및 진균 배양 검사의 유용성
계명대학교 의과대학 정형외과학교실
서혁준∙이경재∙민병우∙배기철∙손은석∙정광영
목 적: 저온 냉동 보관된 동종골을 이식하기 전 미생물 및 진균 배양검사를 시행하고 그 임상적 유용성을 알아보 고자 하였다.
대상 및 방법: 2007년 11월 부터 2010년 4월까지 본원에서 채취 및 저온 냉동 보관되었던 대퇴 골두 76개 중 실제 이식되었던 69개의 동종골을 대상으로 하였다. 모든 동종골은 일차성 인공 고관절 전치환술 또는 반치환술 시에 채취되었으며 염증성 원인 질환을 가진 공여자는 없었다. 골 이식은 인공 고관절 재치환술 또는 재재치환술 시에 시행되었으며 총 51예의 환자에게 사용되어, 수술 한 건당 평균 1.4개(1~3개) 사용되었다. 동종골 이식 직 전 면봉법을 이용하여 미생물 및 진균 배양검사를 시행하였으며 수술 후 정기적인 추적 관찰을 통해 수술 부위의 감염 여부 및 방사선학적 변화를 관찰하였다.
결 과: 사용 되어진 69개의 동종골 중 이식 직전 시행한 배양검사에서 양성 소견을 보인 경우는 총 4개(5.8%)였 으며 모두 진균 배양 양성이었다. 진균 배양검사에서 양성을 보인 동종골을 이식받은 수혜자 4명중 2예에서 술 후 감염이 발생하였으나 수술 부위 균배양 검사 상 모두 동종골에서 배양된 진균과 다른 원인균이 동정되었으며 이식 진전 시행한 균 배양검사에서 음성을 보인 동종골을 이식 받은 수혜자 47명 중 1예에서도 술 후 감염이 발 생하였다.
결 론: 저온 냉동 보관된 동종골의 이식 직전 미생물 및 진균 배양검사 상 비교적 높은 양성 검사 소견을 보였으 나 실제 환자에서 동일 균주의 감염으로 이어진 경우는 없어 양성 소견을 보인 경우 수술실 또는 배양실 내 오염 으로 인한 가능성이 높을 것으로 생각되며 이식 직전 배양검사는 임상적 효용성이 적을 것으로 사료된다.
색인 단어: 동종골, 배양검사, 오염, 감염, 이식
Effectiveness of Microbiological and Fungal Cultures of Deep Frozen Allograft just before Implantation
Hyuk-Jun Seo, M.D., Kyung-Jae Lee, M.D., Byung-Woo Min, M.D., Ki-Cheor Bae, M.D., Eun-Seok Son, M.D., Kwang-Yeung Jeong, M.D.
Department of Orthopedic Surgery, School of Medicine, Keimyung University, Daegu, Korea
Purpose: The purpose of this study was to assess the clinical effectiveness of microbiological
� Address for Correspondence: Kyung-Jae Lee, M.D.
Department of Orthopedic Surgery, School of Medicine, Keimyung University 194, Dongsan-dong, Jung-gu, Daegu 700-712, Korea
Tel : 82-53-250-7729, Fax : 82-53-250-7205, E-mail : oslee@dsmc.or.kr
서 론
최근 정형외과 영역에서 인공 관절 재치환술의 빈 도가 증가하고 있으며 재치환술 시 다양한 형태와 크기의 골 결손이 존재하여 골 이식을 필요로 하는 경우가 증가하고 있다.1-4)재치환술 시 손상된 골 결 손을 재건하는데 쓰이는 골조직으로는 자가골, 동종 골, 또는 골 대체물 등이 있으며 이중 자가골 이식의 결과가 가장 양호하다. 하지만 골 결손의 정도가 심 하면 자가골 이식만으로는 충분하지 못한 경우가 많 아 동종골의 사용이 필요할 수 밖에 없게 되며,5,6)여 러 형태의 동종골 이식 방법 중 최근 각 병원마다 골 조직 은행을 운영하는 경우가 많아지면서 저온 냉동 처리된 동종골의 이용 빈도가 높아지고 있다. 하지 만 골 이식을 필요로 하는 수술은 대부분 수술 규모 가 크고 어려우며 수술 시간도 길어 수술 자체로 감 염의 위험성이 증가하게 되며, 동종골의 채취, 보관 및 공여 과정에 있어서 오염 및 세균 감염의 가능성 이 항상 존재하여 동종골 사용에 따른 감염을 예방
하기 위해 철저한 관리가 필요하다.7-9)
이러한 동종골의 사용으로 인한 감염 예방을 위해 각 골조직 은행마다 표준 작업 절차서(standard operating procedure, SOP)를 만들어 동종골의 채취, 보관 및 공여 등의 과정에 활용하고 있으며, 골조직 은행의 환경 개선을 위해서도 노력하고 있
다.10,11) 이러한 감염 예방을 위한 노력의 일환으로
일부 저자들은 이식 직전 동종골에 대한 균 배양검 사를 시행하여 그 결과를 보고하기도 하였으나 그 임상적 유용성에 대한 보고는 드물며 저자들에 따라 다양한 결과가 보고되고 있다.12-16)
이에 저자들은 저온 냉동 보관된 동종골을 이식하 기 직전에 면봉법을 이용하여 미생물 및 진균 배양 검사를 시행하고 술 후 감염율 및 감염의 원인 균주 의 확인을 통해 이식 직전에 시행하는 동종골의 균 배양 검사가 임상적으로 유용한지에 대해 알아보고 자 하였다.
and fungal culture of deep frozen allograft just before implantation.
Materials and Methods: Between November 2007 and April 2010, 76 femoral heads were obtained and stored at our hospital. Among them 69 allografts were transplanted and evaluated in this study. All of the procured bones were resected femoral heads during primary total hip arthro- plasty or primary bipolar hemi-arthroplasty and there was no donor who had inflammatory dis- ease. Bone grafts were performed during revision or re-revision total hip arthroplasty in 51 patients and average. 1.4 (range, 1~3) allografts were used at each operation. Before implanta- tion, swab cultures for bacteria and fungus were performed. After Bone graft, we evaluated clini- cal evidence of infection and radiological results during regular follow-up period.
Results: Among 69 implanted allografts, 4 positive-cultured femoral heads (5.8%) were detect- ed and all were positive-fungal culture. Four positive-cultured allografts were implanted in 4 patients and deep infection occurred in two patients. None of them showed the same micro- organism caused the contamination and the subsequent infection. There was also one deep infec- tion in patient who received negative-cultured allograft.
Conclusion: There was relatively high positive-cultured rate just before implantation of allo- grafts. But positive-cultured allograft did not cause deep infection with the same micro-organism in clinical setting. We suggest that positive cultured allograft just before implantation probably represent contamination and that culture before implantation has little effectiveness clinically.
Key Words: Allograft, Culture, Contamination, Infection, Implantation
대상 및 방법
2007년 11월부터 2010년 4월까지 본원에서 일차 성 인공 고관절 전치환술 및 반치환술을 시행받은 환자 중 조직 공여자로서 금기 사항이 있는 환자를 제외하고 조직 기증에 동의하였던 환자는 101명 이 었다. 이들 101개의 대퇴 골두 중 동종골 채취 시 시 행한 미생물 및 진균 배양검사에서 양성 결과를 보 인 23개(22.8%)와 외부로 반출되어 사용되어진 2 개(2%)를 제외하고 본원에서 사용 가능하였던 76 개의 동종골 중 실제 환자에게 이식되었던 69개의 동종골을 대상으로 하였다. 본원 골조직 은행의 표 준 작업 절차서에 따라서 채취된 대퇴 골두는 즉시 대퇴 골두 표면과 골수강에서 면봉법을 이용하여 미 생물 및 진균 배양검사를 시행하고 항생제를 섞은 생리식염수에 1시간 가량 세척을 한 후 3중 진공 포 장하여 -70。의 냉동고에 보관하였으며 최종적으로 감염의 위험성을 제거하기 위하여 한국원자력 연구 소에 의뢰하여 2.5 Mrad의 저강도 감마선을 조사 하고 다시 -70。의 냉동고에 보관하였다. 보관기간 은 최소 2개월에서 최대 7개월로 평균 3.8개월의 보 관 후 사용하였다. 이식된 69개의 동종골은 인공 고 관절 재치환술을 시행 받는 51명 환자에게 이식되 어 환자 한 명당 평균 1.4개(1~3개)의 동종골이 사 용되었다.
모든 동종골은 이식 30분 전부터 해동시킨 후 이 식 직전 동종골 표면에서 다시 한번 면봉법을 이용 하여 미생물 및 진균 배양검사를 시행하였다. 동종 골을 이식 받은 수혜자에 대해서는 이식 후 정기적 인 외래 추적 관찰을 통해 단순 방사선 소견상 골흡 수 및 유합 유무 등을 확인하였으며, 수술 부위 열감 이나 동통, 종창 및 화농성 고름 등의 감염징후를 확 인하여 임상적 평가를 하였다.
결 과
이식된 69개의 동종골 중 이식 직전 시행한 미생 물 및 진균 배양검사 상 4개 (5.8%)에서 양성 동정 결 과 를 보 였 다 . 동 정 된 균 은 모 두 진 균 으 로 Aspergillus niger, Clodosporium species,
Aspergillus teneus, Mycelia species가 각각 1 예씩 동정 되었다. 진균이 동정된 동종골을 이식받 은 4명의 수혜자 중 2명에서 수술 후 감염징후를 보 였는데 이 중 1예는 이전에 동측 고관절에 2차례 수 술이 이루어 졌던 환자로 이식 전 동종골에서 시행 한 균 배양검사에서 Aspergillus niger가 동정되 었고 인공 고관절 재치환술 6일 후 수술 부위의 열 감, 종창 및 녹색의 화농성 고름이 배출되었던 환자 이 다 . 화 농 성 고 름 에 대 한 균 배 양 검 사 상 Pseudomonas aeruginosa가 동정되어 변연절제 술 시행하고 정맥 항생제를 6주간 사용 후 퇴원하였 다. 외래 추적 관찰 중 술 후 8개월 째 수술 부위의 열감, 부종 및 동통이 발생 하였고 단순 방사선 소견 상 골흡수 소견이 보여 항생제를 혼합한 시멘트 스 페이서(Prosthesis of antibiotics loaded acrylic cement, PROSTALAC)를 시행하였다 (Fig. 1). 다른 1예 역시 동측 고관절에 2차례의 수 술 과거력이 있었던 환자로 이식 전 동종골에서 시 행한 균 배양검사에서 Mycelia species가 동정되 었고 인공 고관절 재치환술 4주 후 수술 부위 열개 및 화농성 고름이 배출되었던 환자이다. 수술 부위 균 배양 검사상 Methicillin-resistant staphy- lococcus epidermidis (MRSE)가 동정되었고 PROSTALAC 삽입하고 정맥항생제를 6주간 사용 하였다. 현재 정기적인 외래 추적 관찰 중으로 감염 재발의 증거는 없으며 인공 고관절 재치환술 예정이 다(Table 1).
나머지 2예는 동측 고관절에 대해 각각 1차례와 2 차례의 수술 과거력이 있었던 환자로 이식 전 동종 골에서 시행한 균 배양검사에서 Clodosporium species, Aspergillus teneus가 동정 되었으나 최 종 추시 시까지 수술부위에 열감, 종창, 동통 등의 감염징후는 없었으며 단순 방사선 사진 상 골흡수의 소견을 보인 예도 없었다(Fig. 2). 이식 직전 시행한 균 배양검사에서 음성 결과를 보인 동종골을 이식받 은 수혜자 47명 중 1예에서도 술 후 감염이 발생하 였으며 동정된 균주는 Methicillin-resistant staphylococcus aureus (MRSA)였다.
고 찰
인공 관절 재치환술이 보편화됨에 따라 골 결손 부위의 수복을 위해 골이식을 필요로 하는 경우가 증가하고 있다. 골 결손 재건을 위해 다양한 형태의 골조직이 사용될 수 있는데 이 중 동종골 이식의 경 우 적절한 기증자만 있다면 충분한 양의 골을 공급 받을 수 있고 공여부의 합병증을 줄일 수 있으며 골 결손의 크기나 형태에 따라 다양한 형태의 이식이 가능하다는 등의 장점으로 인해 최근 가장 많이 사 용되어지고 있으며 특히 골조직 은행을 운영하는 병 원이 늘어나면서 저온 냉동 보관된 동종골의 이용이
늘어나고 있다.17)하지만 동종골의 채취, 보관 및 이 동 과정 중에서 미생물 및 진균의 오염, 이식 후 급 성 및 만성 거부 반응, 감염, 이식골의 불유합 및 골 절 등의 합병증은 여전히 해결하여야 할 문제점으로 지적되고 있으며18-20)특히 동종골의 오염 및 감염은 수혜자에게 심각한 문제를 일으킬 수 있는 합병증으 로 철저한 관리를 통해 감염을 줄이기 위한 노력이 필요하다. 따라서 각각의 골조직 은행에서는 법령에 따라 표준 작업 절차서를 만들어 이용하고 있으며 저강도 감마선 조사, 헤파필터 및 층 기류(laminar flow) 시스템의 사용 등 골조직 은행의 환경 개선 등을 통해 감염 예방에 노력하고 있다.10,11) 하지만
Fig. 1. (A) 78-year-old man underwent revision total hip arthroplasty due to the stem loosening with the use of one allograft. (B) AP radiograph obtained after 8 months of revision shows resorption of allograft (arrows).
A B
Table 1. Details of Infections Encountered
Procedure Contaminant Found Organism Isolated Relation between
on Allograft from the Infection Site Allograft and Infection
Revision THA* Aspergillus niger Pseudomonas aeruginosa No
Revision THA* Mycelia species MRSE� No
* THR: Total hip arthroplasty
�MRSE: Methicillin-resistant staphylococcus epidermidis
이러한 노력에도 불구하고 동종골의 채취 및 보관 과정에서 오염 및 감염 등으로 인해 사용되지 못하 는 동종골이 1%에서 37%에 달하는 것으로 보고되 고 있으며12-15,17,21-23) 본 골조직 은행에서도 채취된 101개의 동종골 중 23개(22.8%)에서 미생물 및 진 균 배양 검사 상 양성 소견을 보여 다른 연구자들의 결과와 비슷한 정도의 폐기율을 보였다.
비록 철저한 관리를 통해 채취, 이동 및 보관된 동 종골을 사용한다 하더라도 여전히 감염의 위험성은 존재하며 골이식을 필요로 하는 수술의 경우 대부분 수술 규모가 크고 수술 시간이 길어 감염의 발생 가 능성이 다른 수술에 비해서 비교적 높다.8)보고자에 따라 차이가 있으나 동종골 이식을 시행 하였던 인 공 고관절 재치환술의 경우 3%에서 8%정도의 감염 율이 보고되고 있으며17,24)본 연구에서는 51명의 환 자 중 3명에서 심부 감염이 발생하여 5.9%의 감염 율을 보였다. 이러한 동종골 사용에 따른 감염의 위 험성을 줄이기 위해 일부 저자들은 동종골의 이식 직전 동종골에 대한 균 배양 검사를 시행하기도 하 는데 평균 3%에서 12% 정도의 균 배양 검사 양성 율을 보였으며12-15), Van de Pol 등7)은 426개의 저
온 냉동 보관된 동종골을 이식 직전 검사하여 48개 (11.3%)의 균 배양 양성 결과를 보고하면서 이식 직전 시행된 균 배양 검사에서 비교적 높은 양성 배 양 결과를 보이는 이유로 이식 전 동종골이 비교적 장시간 수술실 환경에 노출되어 있어 오염의 가능성 및 이식되는 동종골의 일부 조직에서만 균 배양 검 사가 이루어지므로 샘플링 오차(sampling error) 의 가능성을 보고하였다. 본 연구에서도 이식된 69 개의 동종골 중 4개(5.8%)에서 미생물 및 진균 배 양검사 양성 소견을 보여 다른 저자들과 비슷한 정 도의 양성율을 보였으며 4개 모두에서 진균이 배양 되었고 배양 시작 2~3주 이후에 진균이 동정되어 수술실 또는 배양실 내 오염 등의 가능성이 있을 것 으로 생각된다.
이식 직전 균 배양 양성 소견을 보인 동종골의 사 용에 대해서는 연구자들에 따라 다양한 결과들이 보 고되고 있어 현재까지 적절한 가이드라인이 정해져 있지 않다. Barriga 등15)은 189개의 동종골 중 22 개(12%)에서 이식 전 양성 배양 결과를 보였으나 추시 관찰 중 감염이 발생한 환자가 없었다고 보고 하였으며 Liu 등13)은 양성 배양 결과를 보인 동종골
Fig. 2. (A) Preoperative radiograph of 55-year-old man shows loosening of implants and large bone defect on acetab- ular side. (B) One Morselized allograft was used for the bone defect and revision of implants was done. (C) AP radiograph obtained after 1.5 years of revision surgery shows well fixed implants and incorporation of allograft.
A B C
을 이식 받은 12명의 환자 중 9명에서 감염이 발생 하여 75%의 감염율을 보였다고 보고하기도 하였다.
하지만 Van de Pol 등7)은 균 배양 양성 결과를 보 인 동종골을 이식 받은 48명의 환자 중 2명에서 심 부 감염이 발생하였으며 이 중 수술창에서 같은 균 주가 동정된 경우는 단지 1예에 불과하였다고 보고 하였고 본 연구에서도 양성 배양 결과를 보인 4개의 동종골을 이식 받은 4명의 환자 중 2명에서 술후 감 염이 발생하였으나 수술창에서 동일 균주가 동정된 경우는 없었다.
본 연구는 증례수가 적고 비교적 민감도가 낮은 면봉법을 이용하여 검사하였으며 수술실 및 배양실 환경에 대한 표준화가 이루어 지지 않은 후향적 연 구라는 점 등의 제한점이 있다. 하지만 동종골의 이 식 직전 시행하는 미생물 및 진균 배양 검사의 결과 및 임상적 의의를 알아보기 위한 최초의 연구로서 그 의의가 있을 것으로 생각되며 더 많은 증례를 통 한 다기관 전향적 연구가 필요할 것으로 사료된다.
결 론
골조직 은행에 보관된 동종골을 사용함에 있어 감 염에 대한 안정성의 확보는 무엇보다 중요하다. 본 연구에서 저온 냉동 보관된 동종골의 이식 직전 시 행한 미생물 및 진균 배양 검사 상 비교적 높은 양성 검사 소견을 보였으나 실제 환자에서 동일 균주의 감염으로 이어진 경우는 없어 이식 직전 배양 검사 로 술 후 감염을 예측하기는 어려울 것으로 생각되 며 그 임상적 효용성이 적을 것으로 사료된다.
참고문헌
01. Gie GA, Linder L, Ling RS, et al. Impacted can- cellous allografts and cement for revision total hip arthroplasty. J Bone Joint Surg Br. 1993;75:14-21.
02. Slooff TJ, Huiskes R, van Horn J, Lemmens AJ. Bone grafting in total hip replacement for acetabular protrusion. Acta Orthop Scand.
1984;55:593-6.
03. de Waal Malefijt MC, van Kampen A, Slooff TJ. Bone grafting in cemented knee replacement:
45 primary and secondary cases followed for 2-5 years. Acta Orthop Scand. 1995;66:325-8.
04. Delloye C, Cornu O, Druez V, Barbier O. Bone allografts: what they can offer and what they can- not. J Bone Joint Surg Br. 2007;89:574-80.
05. Sanan A and Haines SJ. Repairing holes in the head: a history of cranioplasty. Neurosurgery.
1997;40:588-603.
06. Tomford WW. Bone allografts: past, present and future. Cell Tissue Bank. 2000;1:105-9.
07. Van de Pol GJ, Sturm PD, van Loon CJ, Verhagen C, Schreurs BW. Microbiological cul- tures of allografts of the femoral head just before transplantation. J Bone Joint Surg Br. 2007;89:
1225-8.
08. Mroz TE, Joyce MJ, Steinmetz MP, Lieberman IH, Wang JC. Musculoskeletal allograft risks and recalls in the United States. J Am Acad Orthop Surg. 2008;16:559-65.
09. Eastlack RK, Kesman TJ, Patel R, Huddleston PM. Infection not associated with use of human musculoskeletal tissue allografts. Cell Tissue Bank. Published online September 29, 2010;doi:
10.1007/s10561-010-9222-4.
10. Kang YK, Lee HY, Rhyu KW, Kim KY, Huh SW, Lee JY. Bacterial contamination of allografts from living donors. J Korean Orthop Assoc.
2006;41:58-62.
11. Jeong JY, Kim CH, Jung HW, Jeong JH.
Microbial contamination of allografts retrieved from the hip and knee arthroplasty. J Kor Musculoskelet Transplant Soc. 2010;10:103-7.
12. Chiu CK, Lau PY, Chan SW, Fong CM, Sun LK. Microbial contamination of femoral head allografts. Hong Kong Med J. 2004;10:401-5.
13. Liu JW, Chao LH, Su LH, Wang JW, Wang CJ. Experience with a bone bank operation and allograft bone infection in recipients at a medical centre in southern Taiwan. J Hosp Infect.
2002;50:293-7.
14. Sutherland AG, Raafat A, Yates P, Hutchison JD. Infection associated with the use of allograft bone from the north east Scotland Bone Bank. J
Hosp Infect. 1997;35:215-22.
15. Barriga A, Diaz-de-Rada P, Barroso JL, et al.
Frozen cancellous bone allografts: positive cul- tures of impnanted grafts in posterior fusions of the spine. Eur Spine J. 2004;13:152-6.
16. Ivory JP and Thomas IH. Audit of bone bank. J Bone Joint Surg Br. 1993;75:355-7.
17. Tomford WW, Thongphasuk J, Mankin HJ, Ferraro MJ. Frozen musculoskeletal allografts: a study of the clinical incidence and causes of infec- tion associated with their use. J Bone Joint Surg Am. 1990;72:1137-43.
18. Farrington M, Matthews I, Foreman J, Richardson KM, Caffrey E. Microbiological monitoring of bone grafts: two years’ experience at a tissue bank. J Hosp Infect. 1998;38:261-71.
19. Lee JM, Ahn JG, Seo IS, Sihn DH. Fate of an morselized impaction allograft filled for the defect of proximal femur in revision total hip arthroplas- ty. J Kor Musculoskelet Transplant Soc. 2004;4:
34-40.
20. Mankin HJ, Doppelt S, Tomford WW. Clinical experience with allograft implantation, The first ten years. Clin Orthop. 1983;174:69-86.
21. James LA, Ibrahim T, Esler CN. Microbiological culture results for the femoral head: are they important to the donor? J Bone Joint Surg Br.
2004;86:797-800.
22. Buck BE and Malinin TI. Human bone and tissue allografts: preparation and safety. Clin Orthop.
1994;303:8-17.
23. Knobben BA, van Horn JR, van der Mei HC, Busscher HJ. Evaluation of measures to decrease intra-operative bacterial contamination in orthopaedic implant surgery. J Hosp Infect.
2006;62:174-80.
24. Kwong FN, Ibrahim T, Power RA. Incidence of infection with the use of non-irradiated morcel- lised allograft bone washed at the time of revision arthroplasty of the hip. J Bone Joint Surg Br.
2005;87:1524-6.
