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목 적: 무시멘트 metal-backed 비구컵을 사용하여 일차성 인공 고관절 전치환술을 시행한 환자에서 폴리에틸렌의 평균 선상 마모율(mean liner wear rate), 골용해를 일으키지 않는 선상 마모율의 역치(osteolysis threshold) 및 평균 선상 마 모율에 영향을 미치는 요소들을 조사하고자 하였다.
대상 및 방법: 해부학적 대퇴 삽입물 또는 Harris-Galante 대퇴 삽입물과 Harris-Galante 비구컵을 사용하여 일차성 인공 고관절 전치환술을 시행한 환자 중 5년 이상 추시가 가능하였던 75명 87예를 대상으로 하였다. 평균 연령은 47.3세(25- 68)이었고, 평균 추시 기간은 90개월(60-148)이었다. 가장 흔한 진단명은 대퇴 골두 무혈성 괴사이었다. 비구컵은 Harris- Galante I형이 18예, Harris-Galante II형이 69예이었으며, 해부학적 대퇴삽입물이 66예, Harris-Galante 대퇴 삽입물이 21예이었다. 폴리에틸렌의 마모는 Livermore의 방법으로 계측하였으며, 폴리에틸렌의 마모에 영향을 주는 요소들을 조 사하였고, 통계적으로 분석하였다.
결 과: 전체 환자의 평균 선상 마모율은 0.21 mm/year이었으며, 골용해가 있었던 22예에서는 0.29 mm/year, 골용해가 없었던 65예에서는 0.12 mm/year로 골용해가 있는 경우 폴리에틸렌 마모율이 높았다(p=0.001). 활동도와의 상관관계에 있어서 환자가 중노동을 하는 경우 마모율은 0.28 mm/year이었으나, 경노동을 하는 경우는 0.16 mm/year로 환자의 활 동도가 많은 경우에서 마모율이 높았다(p=0.048). 연령과의 상관관계에서 40세 이하인 경우 0.23 mm/year, 40세 이상인 경우 0.19 mm/year로서 젊은 연령에서 마모율이 높았다(p=0.049). 그러나 성별, 체중, 진단명, 컵의 종류 및 폴리에틸렌 두께와는 유의한 상관관계를 발견할 수 없었다.
결 론: 최소 5년 이상 추시된 무시멘트 인공 고관절 전치환술에서 폴리에틸렌의 마모율은 환자의 활동도 및 연령과 유의 한 상관관계가 있었고, 골용해 발생과 관련이 있었다. 따라서 활동도가 높고 젊은 연령의 환자에서 골용해에 따른 해리를 감소시키기 위해서는 연간 선상 마모율이 0.12 mm/year 이하인 마모율이 적은 관절면을 선택해야 할 것으로 사료된다.
색인 단어: 무시멘트 metal-backed 비구컵, 폴리에틸렌 마모, 연간선상 마모율
Purpose: To investigate the influence of the linear wear rate of polyethylene, the osteolysis threshold of the linear wear rate, and the related factors on polyethylene wear in an uncemented metal-backed-cup of a primary total hip arthroplasty.
Materials and Methods: This study examined 87 hips from 75 patients (57 men and 18 women) who had undergone a primary total hip arthroplasty with a minimum follow-up of five years. The mean age was 47.3 years (range, 25-68 years). The mean follow up period was 90 months (range, 60-148 months).
The most frequent diagnosis was avascular necrosis of the femoral head. 18 Harris-Galante I and 69 Harris-Galante II cups, were used on the acetabular side, and 66 Anatomic and 21 Harris-Galantestems were used on the femoral side. Radiographic polyethylene wear was estimated using the method report- ed by Livermore, and the above mentioned factors that influence polyethylene wear were investigated and analyzed statistically.
Department of Orthopaedic surgery, Guri Hospital, Hanyang University, College of Medicine, Guri, Korea
Young-Ho Kim, M.D., Sung-Wook Choi, M.D., Kee-Cheol Park, M.D., and IL-Yong Choi, M.D.
Polyethylene Wear and Osteolysis in Uncemented Acetabular Component
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무시멘트 비구컵의 폴리에틸렌 마모와 골용해
김영호ㆍ최성욱ㆍ박기철ㆍ최일용
한양대학교 의과대학 구리병원 정형외과학교실
138 138 통신저자 : 김 영 호
경기도 구리시 교문동 249-1
한양대학교 의과대학 구리병원 정형외과학교실 TEL: 031-560-2312∙FAX: 031-557-8781 E-mail: [email protected]
*본 논문의 요지는 2003년 대한정형외과 추계학술대회에서 발표되었음.
Address reprint requests to Young-Ho Kim, M.D.
Department of Orthopaedic Surgery, Guri Hospital, Hanyang University, College of Medicine, 249-1 Gyomun-dong, Guri 471-701, Korea Tel: +82.31-560-2312, Fax: +82.31-557-8781
E-mail: [email protected]
폴리에틸렌 마모는 마모된 미세파편(particulated debris)에 의한 생물학적 반응으로 골용해를 일으켜 인 공 고관절의 수명에 영향을 미치므로 큰 문제점으로 대두 되고 있다27). 무시멘트 metal-backed 비구컵은 시멘트 를 사용한 폴리에틸렌 비구컵의 후기 고정 실패에 대한 해결 방법으로 제시 되었으나, 무시멘트 metal-backed 비구컵의 높은 폴리에틸렌의 마모율로 인한 골용해가 새 로운 문제점으로 제기 되었다16). 무시멘트 비구컵의 골 용해를 일으키지 않는 선상마모율의 역치(osteolysis threshold of linear wear rate)는 연간 0.06-0.13 mm/year로서 이에 대한 다양한 보고가 있다2,18,21,27,30). 또한 폴리에틸렌 마모에 영향을 미치는 요소로는 환자와 관련된 요소 및 인공삽입물의 디자인과 고정방법 등이 알 려져 있다1,3,8,12,19,20,23,25). 이에 저자들은 무시멘트 metal- backed 비구컵을 사용하여 일차성 인공고관절 전치환 술을 시행한 환자 중 5년 이상 추시가 가능하였던 환자 에 대하여 평균 선상 마모율, 골용해를 일으키지 않는 선 상 마모율의 역치 및 평균 선상 마모율에 영향을 미치는 요소들에 대해 조사하고자 하였다.
대상 및 방법
1988년 7월부터 1995년 2월까지 시행하였던 일차성 무시멘트 인공 고관절 전치환술 154명의 환자 187예를 대상으로 추시기간 중 사망한 5명, 추시실패 21명 및 기 록소실 8명을 제외하고, 최소 5년 이상 추시가 가능하였 던 75명의 환자 87예를 최종 연구 대상으로 하였다. 비 구컵은 무시멘트 Harris-Galante (Zimmer, War- saw, Indiana, USA)형의 비구컵이었고, 대퇴 스템은 무시멘트 Anatomic (Zimmer, Warsaw, Indiana,
USA)형 및 Harris-Galante형을 사용하였다. 평균 연 령은 47.3세(25-68)이었고, 남자가 57명, 여자가 18명 이었고, 평균 추시 기간은 90개월(60-148)이었다. 진단 명은 대퇴골두 무혈성 괴사 46예, 골관절염 16예, 결핵 성 고관절염 후유증 10예, 화농성 고관절 후유증 8예, 골 절 후유증 7예이었다. 사용된 비구컵은 무시멘트 Har- ris-Galante형이 87예, 사용된 대퇴스템은 무시멘트 Anatomic형 66예, 무시멘트 Harris-Galante형이 21예이었다.
수술방법은 전례에서 후외측 도달법을 사용하였으며, 대퇴스템과 비구컵 모두 안정적인 압박 고정을 시행하였 고, 비구컵에는 1개 또는 2개의 금속나사못을 추가 고정 하였다.
골용해의 정의는 골내막에 부채모양의 골소실이 3 mm 이상의 크기로서 비구컵과 대퇴 스템 주위에 있는 경우 로 하였다.
방사선학적 선상 마모율의 측정은 Livermore 등20)의 방법을 사용하였다. 수술 후 방사선 사진에서 2 mm 간 격의 동심원의 환을 이용하여 인공 대퇴 골두의 중심을 찾았으며, 폴리에틸렌에서 비구 부품까지의 거리는 0.05 mm의 오차를 가진 측경기(caliper)를 이용하였다. 측 정된 대퇴 골두의 크기를 원래의 크기와 비교하여 방사 선 촬영으로 인한 확대를 교정하였다. 최종 추시의 방사 선 소견에서도 2 mm 간격의 동심원의 환을 이용하여 최대 비구 마모점을 설정한 후, 0.05 mm의 오차를 가 진 측경기를 이용하여 최대 비구 마모점에서부터 비구 부품까지의 거리를 측정하였다. 측정된 대퇴 골두의 크 기를 원래의 크기와 비교하여 방사선 촬영으로 인한 확 대를 교정하여 선상 마모치로 하였다.
Results: The overall mean linear wear rate of polyethylene was 0.21 mm/year. The linear wear rate of 22 hips with osteolysis and 65 hips without osteolysis was 0.29 mm/year and 0.12 mm/year respectively, showing a significant difference (p=0.001). The patients with high activity had a significantly higher mean linear wear rate (0.28 mm/year) than that those patients with low activity (0.16 mm/year) (p=0.048). Patients younger than 40 year-old had a significantly higher mean linear wear rate (0.23 mm/year) than the patients older than 40 year-old (0.19 mm/year) (p=0.049). However, there were no correlations between the mean lin- ear wear rate and gender, weight, diagnosis, the type of cup and the thickness of the polyethylene.
Conclusion: The polyethylene wear rate in an uncemented metal-backed-cup was significantly affected by age and the activity of the patients, which strongly influenced the development of osteolysis. There- fore, in order to reduce the incidence of aseptic loosening due to osteolysis in young patients with high activity, a bearing surface with mean linear wear rate of 0.12 mm/year or less is recommended.
Key Words: Uncemented metal-backed-cup, Polyethylene wear, Mean linear wear rate
폴리에틸렌의 마모에 영향을 미칠 수 있는 임상적 요소 에는 환자의 연령, 성별, 체중, 활동도, 진단명, 비구 부 품의 종류, 폴리에틸렌 라이너의 두께를 포함시켰다. 환 자의 연령 및 체중은 일차성 고관절 전치환술을 받을 당 시의 연령과 체중으로 기록하였으며, 폴리에틸렌 라이너 의 두께는 제조 회사에서 제공한 비구 금속 외곽의 직경 에 따라 이미 알려진 두께를 적용하였다.
농부, 농사일에 직접 참여하거나 15 kg 이상의 물건 을 자주 드는 자를 중노동자로, 사무직이나 농사일에 직 접 참여하지 않는 자 또는 15 kg 이하의 물건을 가끔 드 는 자를 경노동자로 구분하여 활동도에 따른 관련성으로 조사하였다.
통계학적 분석은 Independent t-test, ANOVA test 등을 사용하였다.
결 과
연간 평균 마모율은 0.21±0.09 mm/year (0.17- 0.29)이었다. 시간에 따른 연간 선상 마모율은 수술 후 3년까지 마모율이 가장 높았으며, 그 후 횟수가 지남에 따라 점차 마모율이 감소하는 추세를 나타내었으나 통계 학적 의의는 없었다(Table 1).
골용해가 있었던 경우는 22예이었으며, 연간 평균 선 상 마모율은 0.29±0.08 mm/year이었고, 골용해가 없었던 경우는 65예이었으며, 연간 평균 선상 마모율은 0.12±0.08 mm/year로서 의미있는 차이를 나타내었 다(p=0.001). 연간 평균 선상 마모율에 따른 골용해 발 생 빈도에 있어서 마모율이 0.1 mm/year 이하인 경우 는 11예로서 전혀 골용해가 발생하지 않았고, 0.1 mm/
year에서 0.2 mm/year인 경우는 43예로서 4예(9.3%) 에서 골용해가 발생하였고, 0.2 mm/year에서 0.3 mm/
year인 경우는 24예로서 9예(37.5%)에서 골용해가 발 생하였으며, 0.3 mm/year 이상인 경우는 9예로서 전 례에서 골용해가 발생하였다.
연령과 연간 평균 선상 마모율의 상관 관계에서 연령 이 40세 이하인 경우는 30예로서 마모율이 0.23±0.12
mm/year이었고, 연령이 40세 이상인 경우는 57예로 서 마모율이 0.19±0.14 mm/year으로 의미있는 차이 를 나타내었다(p=0.049). 연령에 따른 골용해의 발생률 은 40세 이하인 경우 30예 중 11예(36.6%)에서 골용해 가 발생하였으며, 40세 이상인 경우 57예 중 11예(19.3%) 에서 골용해가 발생하였다.
환자의 활동도와 연간 평균 선상 마모율과의 상관 관계 에서 중노동자는 28예로서 마모율이 0.28±0.11 mm/
year이었고, 경노동자는 59예로서 마모율이 0.16±0.15 mm/year으로 의미있는 차이를 나타내었다(p=0.048).
그 이외의 성별, 체중, 진단명, 비구컵의 종류, 폴리에틸 렌의 두께는 연간 평균 선상 마모율과 의미있는 상관관 계가 없는 것으로 나타났다.
고 찰
인공 고관절 전치환술에서 과도한 폴리에틸렌 마모에 의한 미세파편의 생성은 골용해를 일으키고, 결국 비감 염성 해리를 일으키는 중요한 요인이다5,17,22). 골시멘트 를 이용한 폴리에틸렌 컵이 장기 추시상 해리가 많이 일 어나므로 비구컵의 디자인을 개량할 필요성이 대두 되었 고 이에 대한 대안으로 비구컵에 metal backing하는 방법이 선택되었는데, 골시멘트나 해면골, 비구 내측 벽 에 응력이 적게 가해져 비구컵 해리가 감소되는 장점이 기대되었다4,6,7,11).
그러나 골시멘트를 사용한 metal backing의 추시 결 과는 골시멘트를 사용한 폴리에틸렌의 결과와 비교하여 실망적이었다15,26). 따라서 무시멘트 metal-backed 비 구컵이 개발되어 사용됨으로서 비구컵의 해리는 감소되 었으나 골용해의 빈도가 높게 나타났다13,18,27,33). 또한 Hernandez 등16)은 무시멘트 metal-backed 비구컵의 연간 선상 마모율이 시멘트형 대퇴스템을 사용한 경우 0.15 mm/year, 무시멘트형인 경우 0.22 mm/year로 서 시멘트형 폴리에틸렌 컵의 0.08 mm/year 보다 높다 고 보고하였다. 또한 무시멘트 metal-backed 비구컵 에서 골용해를 일으키지 않는 연간 선상 마모율의 역치
*MLWR, Mean linear wear rate.
F.U (year) 3 4 5 6 7 8 9 >10
No. 87 87 87 72 61 53 31 27
MLWR* 0.29±0.05 0.22±0.08 0.19±0.07 0.21±0.06 0.23±0.03 0.18±0.11 0.17±0.09 0.16±0.12 Table 1.Chronologic change of the wear rate according to the final follow up period
는 최소 0.06 mm/year에서 최대 0.13 mm/year로 다 양하게 보고 되고 있고, 골용해를 일으키는 선상 마모율 의 역치도 최소 0.2 mm/year부터 최대 0.32 mm/year 까지 다양하게 보고 되고 있다2,9,13,18,21,24,27,29,30).
저자들의 경우는 최소 5년에서 12년 추시 결과 골용해 발생률이 25% (22예)로 높게 발생하였으며, 골용해를 일 으키지 않는 연간 선상 마모율의 역치는 0.12 mm/year 이었고, 골용해를 일으키는 연간 선상 마모율의 역치는 0.29 mm/year로서 다른 저자들이 보고한 역치 범위 내 에 있었다. 특히 연간 선상 마모율이 0.1 mm/year 이하 인 경우에는 전혀 골용해가 발생하지 않았고, 연간 선상 마모율이 0.3 mm/year 이상인 경우에는 모든 예에서 골 용해가 발생되는 것으로 미루어 연간 선상 마모율의 정도 는 골용해 발생과 큰 관련성이 있는 것으로 측정되었다.
Harris14)는 골용해를 일으키지 않는 연간 선상 마모율 의 역치에 대하여 현재까지 알려진 개념이 잘못되었다고 지적하였는데 첫째, 역치가 대부분 10년 이내의 추시 결 과이므로 부정확하고, 20년 이상 추시 시 역치가 감소할 수 있으며 둘째, 골용해의 정의가 부정확하고 셋째, 대부 분의 보고에 의하면 연간 선상 마모율이 0.1 mm/year 이하인 경우에도 골용해가 발생하였으며 넷째, 단순 방 사선 소견만으로는 골용해를 확진하기가 부정확하며 전 산화 단층 촬영 등이 필요하고 다섯째, 대퇴 스템 주위의 미세 포말형 패드의 형태 등의 다른 요소에 따라 골용해 의 발생이 달라질 수도 있기 때문에 적어도 20년 추시 시 골용해를 일으키지 않는 연간 선상 마모율의 역치는 0.05 mm/year가 적당할 것으로 보고하여 다른 여러 자자들의 견해와 일치하였다9,10,28,31,32).
인공 고관절 전치환술에서 폴리에틸렌 마모에 영향을 미치는 요소에 대하여 많은 저자들이 다양한 보고를 하고 있으며, 인공 골두의 크기20), 폴리에틸렌의 질1)및 두께3), 관절면의 일치성(conformity)3), metal backing8), 골 시멘트 사용여부23), 연령19,25)및 성별12,23)등이 알려져 있 다. 저자들의 경우에는 젊은 연령과 활동도가 높은 환자 에서 연간 선상 마모율이 의미 있게 높은 것으로 나타나, 환자의 활동성이 폴리에틸렌 마모에 깊은 영향을 미치는 것으로 조사되었다.
결 론
최소 5년에서 12년 추시된 무시멘트 인공 고관절 전치
환술에서 폴리에틸렌 마모율은 환자의 활동도 및 연령과 유의한 상관관계가 있었고, 골용해 발생에 의미있는 관 련성을 나타내었다. 따라서 활동도가 높고 젊은 연령의 환자에서는 골용해 발생의 가능성이 높으므로, 정기적 방 사선 검사를 통한 추시가 필요하며, 골용해에 따른 해리 를 감소시키기 위해 연간 선상 마모율이 0.12 mm/year 이하가 되는 마모율이 적은 관절면을 선택하는 것이 바 람직할 것으로 사료된다.
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