Vol. 18, No. 4, September, 2006
세라믹-세라믹 관절면의 최신 지견
이 수 호
울산대학교 의과대학 서울아산병원 정형외과학교실
서 론
과거 인공 관절 분야에서는 술기, 디자인, 골 성장 촉진 물질의 개발 등에 연구가 집중되어 왔으나 실패한 인공 관 절의 70%가 마모와 골 용해, 이에 따른 해리에 기인한다 는 사실이 밝혀지면서 새로운 관절면에 대한 연구가 활발 해졌다. 이러한 연구는 기존의 폴리에틸렌의 성능을 향상 시키는 것과 전혀 새로운 관절면의 개발이란 두 가지 방향 으로 진행되었다. 전자에 해당하는 것이 고도 교차 폴리에 틸렌이고 후자에 해당하는 것이 금속 대 금속(이하 금속) 관절면과, 세라믹 대 세라믹(이하 세라믹) 관절면이다. 이 중 저자는 세라믹 관절면의 여러 특성과 성상에 관한 최신 지견을 흔히 갖고 있는 궁금증들을 풀어가는 형식으로 살 펴보고자 한다.
본 론
1. 세라믹이란 어떤 소재인가?
세라믹은 자동차, 전자 공학, 기계 장치, 의학 등 여러 영역에서 이용되고 있으며 종류도 다양한데 크게 산화 세 라믹(oxide ceramic), 비산화 세라믹(non-oxide ceramic) 및 복합체(composites)로 구분된다. 산화 세라 믹에는 aluminum oxide, aluminum titanate, piezoceramics, silicate ceramics, zirconium oxide 등이 속하며 비산화 세라믹에는 silicone carbide, silicone nitride, aluminum nitride 등이, 복합체에는 metal matrix composite와 ceramic matrix composite 등이 있다. 정형외과 영역에서는 산화 세라믹 인 알루미나(alumina, Al2O3)와 지르코니아(zirconia,
ZrO2)가 가장 많이 사용되어지며 최근에는 4세대 세라믹 인 알루미나 세라믹 복합체(alumina ceramic matrix composite)가 소개되고 있다. 이 중 알루미나 세라믹은 1970년 프랑스의 Pierre Boutin에 의해(cemented alumina spherical cup) 최초로 사용되었으며 그 후 1973년 독일의 Griss(alumina press-fit cup), 1974년 Mittelmeier(screwed conical truncated cup) 등에 의 해 차례로 소개되었다. 미국에서는 Mittelmeier형의 세라 믹 관절면이 Miller에 의해 소개되어 1982년 FDA의 승 인을 받았다. 그러나 실제 임상 사용면에서 미국에서는 초 기 실패가 많아 급격히 사용이 감소내지는 중단된 반면 유 럽에서는 여러 학자들이 지속적으로 사용하여 10년 이상의 추시 결과 젊고 활동적인 환자에서 만족스러운 결과가 보 고되고 있다. 세라믹은 불활성(bio-inert)이며 높은 경도 (hardness)를 보이고 친수성(wettability)이 우수하다고 알려져 있다. 이 산화물은 물에 녹지 않으며 더 이상 분해 되지 않고 열역학적으로나 생체 역학적으로 안정된 생체적 합성(biocompatibility)이 매우 우수한 소재이다. 이 산 화 분말을 열간 정압 소결 공정(hot isostatic pressure, HIP)을 통해 매우 단단한 구조로 만들게 된다. 이러한 특 수 제조 공정에 의해 초창기 제조 공정인 단순 소결법 (sintering)에 비해 입자의 크기가 줄었으며, 높은 순도 (purity)와 매우 조밀한 구조가 가능하게 되었다.
2. 지르코니아는 왜 세라믹 관절면으로 부적합한가?
지르코니아는 알루미나보다 골절 강도가 높아서 1985년 경부터 인공 골두로 사용되었다. 이론적 장점은 강한 물질 로서 골절 빈도가 낮기 때문에 22~26 mm의 작은 골두 제작이 가능하고 이는 결과적으로 마찰 계수를 감소시킬 것으로 예상되었다. 그러나 고압 멸균 소독 시 결정 형태 의 상 전이(phase transformation)가 발생하여 강도가 약해진다는 단점이 발견되어 사용이 주춤했으나 이는 프랑 스의 한 회사 제품(Prozyr�)에서만 공정상의 문제로 그러 할 뿐 다른 회사의 제품은 괜찮다는 보고로 폴리에틸렌과 결합하는 대퇴 골두로는 계속 사용되고 있다. 그러나 임상 적으로 알루미나 소켓이나 지르코니아 소켓과 결합하여 쓸
※ 통신저자 : 이 수 호
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경우에는 과도한 마모가 일어나므로 관절면으로는 사용이 부적합한 것으로 밝혀졌다9,13,19).
3. 최근 개발된 OxiniumTM은 세라믹과 어떤 차이가 있 는 물질인가?
세라믹 복합체와는 달리 OxiniumTM은 금속 합금 (metal alloy)이다. 즉 97.5%의 지르코니움(zirconium) 과 2.5%의 니오비움(niobium)의 금속 합금이다. 이 두 금속은 금속 중에 가장 생체적합성이 좋은 것으로 알려져 있다. 극한의 열처리와 산화 처리를 통한 특수 제조법으로 혁신적인 물질이 만들어지는데 중심은 금속성을 유지한 상 태에서 외부는 약 5 μm 두께의 세라믹 표면을 갖게 된다.
따라서 고도의 강도와 마모 저항성의 특성을 갖게 되는데 이는 코발트 크롬 합금보다 4900배의 마모 저항성을 가지 며 코발트 합금 등에서 유리되는 니켈이 전혀 없어 금속 과민성이 없다는 장점이 있다. 대표적 예로 1997년 Smith & Nephew 회사의 Genesis�라는 제품이 슬관절 치환술에서 먼저 소개된 이후 대퇴 골두 제품은 2002년부 터 생산되어 사용되어지고 있다5,7,20).
4. 세라믹 관절면의 마모율은 어느 정도이며 마모율이 극히 낮은 이유는 무엇인가?
마모는 내부적으로 재질의 마찰 계수와 표면 처리 (surface finish), 경도, 관절면의 크기 등과 연관이 있으 며 외부적으로는 환자의 체중이나 활동성과 매우 밀접한 관계가 있다22). 우선 주요 관절면의 마모율을 비교해 보면 선상 마모율(linear wear rate)은 금속 대 폴리에틸렌이 75~150 μm/yr, 세라믹 대 폴리에틸렌이 30~70 μm/yr, 금속 관절면이 2.5 μm/yr, 세라믹 관절면이 0.5~3 μ m/yr로써 세라믹 관절면이 금속 관절면에 비해 마모율이 현저히 낮으며6), 체적 마모율(volumetric wear rate)도 금속 대 폴리에틸렌이 55.71 mm3/yr, 세라믹 대 폴리에 틸렌이 17.1 mm3/yr, 금속 관절면이 0.88 mm3/yr, 세 라믹 관절면이 0.004 mm3/yr로써 세라믹 관절면이 금속 관절면에 비해 1/200 정도로 매우 낮은 것으로 알려져 있 다23). 이러한 마찰과 마모의 발생 기전에서 표면 조도 (surface roughness)에 대한 fluid film 두께의 비율(λ 비율)이 대단히 중요하다. 이 비율이 높을수록 마모가 적 은데 λ비율이 1 이하인 경우를 boundary lubrication이 라 하며 이 비율이 클수록 fluid film과 boundary가 혼 합되어 있고 3 이상일 때 fluid film 마찰이라 칭한다. 세 라믹 관절면에서 형성되는 fluid film의 두께는 금속 관절 면보다 약간 얇지만 표면 조도가 낮기 때문에 이 λ비율이 커지는 것이다. 참고적으로 마찰 계수의 차이는 생체 관절 면이 0.001~0.002, 얼음이 0.003, 세라믹 관절면이
0.01, 금속 대 폴리에틸렌이 0.02, 금속 관절면이 0.3~0.8으로 세라믹 관절면은 생체 관절면과 가장 가까운 마찰 계수를 가진다23).
5. 최근 소개된 4세대 세라믹은 3세대와 어떤 차이가 있나?
1세대 세라믹은 1970년 도입되었으나 제조 과정의 미숙 으로 세라믹의 순도가 낮고 입자의 크기가 크며 다공도가 높아 파손의 문제점이 대두되었다. 이후 2세대 세라믹은 공기 중 소결법이라는 1세대와 같은 제조 공정을 거쳤지만 입자 크기가 감소하고 순도가 높아 강도가 향상되었다.
1990년대에는 제조 공정이 발달되어 열간 정압 소결 공정 을 통한 3세대 세라믹(Biolox Forte�)이 탄생되었는데, 99.8%의 순도로 결정 입자도 작으며(1.8 μm) 매우 조밀 한 구조를 가져 골두의 파손 빈도가 매우 감소하게 되었 다. 2002년에 개발되고 2006년 초부터 국내에 수입되어 저자가 많이 사용하고 있는 제 4세대 세라믹인 Biolox Delta�는 순수한 알루미나 재질인 Biolox Forte�와는 달 리 75%의 산화 알루미늄과 24%의 산화 지르코니움 및 미 량의 첨가물로 구성된 알루미나 복합체이다. 이는 일차와 이차 강화 기전을 통해 금이 가는 현상인 cracking이 방 지되는데 일차 강화 기전은 나노(nano) 크기의 이트리움 (yttrium)으로 안정화된 정방형(tetragonal) 지르코니아 입자들을 알루미나 기질에 삽입시켜 상 전이를 통한 cracking을 방지한다. 즉 열에 의해 부피가 3~4% 증가 하면 이를 metastable grain이 메우게 되는데 이러한 현 상을“transformation toughening"이라 한다. 이차 강 화 기전은 산화 첨가물을 넣어 줌으로써 혈소판 모양의 결 정(platelet-like crystal)이나 단결정(whiskers)을 형성 하여 cracking을 굴절(deflection)시켜 진행을 억제함으 로써 파손이 방지되는 것이다. 이러한 특성으로 인해 3세 대 세라믹보다 더 높은 강도와 파손 인성(fracture toughness), 2배 이상의 분쇄 강도(burst strength)를 갖는다(Table 1).
6. 세라믹은 마모가 거의 없으며 따라서 금속 관절면의 단점인 금속 과민 반 응(metal hypersensitivity)과 발암성(carcinogenesis)을 극복하였는가?
골용해를 일으키는 미세 입자들은 모든 관절면에서 발생 할 수 있으며 세라믹도 예외는 아니나 금속 관절면보다는 마모율이 낮고 따라서 생체적합성이 더 좋다고 알려져 있 다. 다만 정확한 세라믹 입자의 크기, 모양, 숫자, 반응 도, 분포(국소 또는 전신) 등은 아직도 확실히 모른다.
Hatton 등10)은 세라믹 관절면에서 발생하는 입자는 bimodal size, 즉 5~90 nm의 작은 입자와 0.05~3.2 μ m의 큰 입자의 두 그룹으로 구성된다고 했다. 세라믹 입
자가 완벽하게 생체 불활성인 것은 아니라고 알려져 있다.
즉, 몇몇 연구에서 염증성, 세포 독성 등을 보인다는 보고 가 있으나 금속 관절면, 금속 대 폴리에틸렌보다는 덜 심 하다고 알려져 있다. 금속은 생체 내에서 이온을 유리시켜 과민 반응을 야기할 수 있으며 이는 직∙간접적인 인공 삽 입물의 해리나 실패와 연관될 수 있다. 또한 금속 마모 입 자의 세포 내 축적은 장기간 지속될 경우 염색체 변이나 발암 가능성의 위험이 있다는 것은 잘 알려진 사실이다.
이에 반해 세라믹 입자는 수적으로 적고, 크기도 작으며 활성도 적어 폴리에틸렌 마모 입자 주위로 보이는 거대 세 포는 관찰되지 않고 주로 대식 세포에 의해 포식되며 PGE2의 농도도 1/3 정도로 훨씬 낮게 측정된다고 한다
24). 결과적으로 세포 내보다는 세포 외에서 많이 발견되므 로 금속에서 보이는 세포 내 축적으로 인한 염색체 변형이 나 발암성은 거의 없으며 금속과 같은 과민 반응도 관찰되 지 않는다고 할 수 있다.
7. Large ball( big ball )의 개념과 한계점은 어디까지 인가?
22 mm 대퇴 골두는 체적 마모율은 감소시키나 선상 마 모율의 증가와 구형 면적의 감소로 폴리에틸렌과의 결합 시 심한 마모와 라이너 천공까지 유발할 수 있어 점차 감 소하는 추세이다. 이후 28 mm 골두가 기하학적이나 수술 적 관점에서 최적이라 밝혀지면서 수년간 사용되어져 왔 다. 그러나 28 mm의 골두는 마모에 대해서는 최적이지만 평균 123�의 적은 관절 운동 및 그에 따른 충돌 (impingement)로 탈구의 위험성이 문제 시 되고 있다.
그러나 세라믹의 경우 적은 마찰 계수와 향상된 마모 저항 성으로 더 큰 골두(32 mm, 36 mm)를 만들 수 있게 되 어 28 mm의 골두에 비해 증가된 관절 운동 범위와 탈구 의 감소를 기대할 수 있게 되었다. 골두가 커질 수 있는 이유는 다음과 같다. 골두가 28 mm에서 36 mm로 증가 하면 마찰 토크(friction torque)가 1.29배 증가되나 세 라믹 관절면의 마찰 계수는 금속 대 폴리에틸렌보다 1.33 배 낮기 때문에 36 mm의 골두를 쓰더라도 최종 마찰 토 크에는 변화가 없는 것이다. 마모는 골두의 체적에 비례해 서 증가하며 V=πr2 × Linear wear 란 수식으로 계산되
어 진다3). 여기서 선상 마모율은 골두 크기와는 거의 무관 하므로 체적 마모는 골두의 반지름(r)에 비례하게 된다.
금속 대 폴리에틸렌, 세라믹 대 폴리에틸렌인 경우 골두가 28 mm에서 36 mm로 증가한다면 체적 마모는 약 2.6배 증가하게 되나 세라믹 관절면인 경우 금속이나 세라믹 대 폴리에틸렌의 선상 마모율보다 100배 이상 낮기 때문에 오 히려 체적 마모는 감소하게 된다. 이러한 이유로 36 mm 의 골두가 마모의 걱정 없이 컵이 50 mm 이상인 경우 사 용 가능하게 되었으며 컵이 44 mm 이상인 경우에는 32 mm의 골두를 사용할 수 있게 되었다. 이러한 큰 직경의 골두는 28 mm에 비해 관절 운동이 140�까지 가능하며 tapered 경부인 경우 160�까지 관절 운동을 가능하게 한 다. 또한 관절 주위로의 충돌도 감소되어 탈구의 비율이 줄었는데 Zagra 등29)은 28 mm와 36 mm의 탈구율을 비 교하여 각각 4.64%, 0.88%로 보고하였다.
8. 그렇다면 세라믹의 단점은 무엇인가?
세라믹은 여러 장점에도 불구하고 수술 중, 후에 몇 가 지 문제점이 대두되었다. 세라믹의 가장 큰 단점은 세라믹 의 가장 큰 장점과도 연관되는 높은 강성으로 인한 비구 컵의 해리이다. 폴리에틸렌 삽입물과는 달리 세라믹의 해 리와 실패를 야기하는 것은 마모가 아니라 다음과 같은 경 우이다. 첫째, 체중 부하 시의 세라믹의 강성, 둘째, 비구 컵의 부적절한 위치, 셋째, 잘못된 인공 삽입물의 디자인 이다. 이 중에서도 세라믹의 강성이 실패의 가장 큰 원인 인자로 추정된다. 초창기 Boutin 등1)은 15년 추시 결과 12.5%의 해리를 보고하면서 이는 충격 흡수(vibration absorption)의 결핍, 즉 세라믹의 강성 때문이라고 발표 하였다. 이후 많은 저자들은 비구 컵 위치의 중요성을 언 급하면서 30~40�가 최적의 각도라고 하였으며 너무 수직 으로 위치하는 경우는 세라믹의 강성 때문에 집중된 체중 부하(dynamic load)가 주위 골에 흡수되지 않아 결국 해 리를 유발할 수 있다고 하였다16,17). 그러나 잘못된 비구 컵 의 위치에 따른 문제는 무시멘트 압박 고정형 비구 컵 (press-fit cup) 사용으로 어느 정도 극복되었다고 할 수 있다. 잘못된 인공 삽입물 디자인의 예로는 70~80년대
"mushroom-like" 대퇴 골두가 있는데 collar가 커서 비 Table 1. 3세대와 4세대 세라믹의 물리적 성상
성상 3세대 (Biolox Forte�) 4세대 (Biolox Delta�)
탄성 계수(Young modulus) GPa 380 350
경도(hardnes) HV 2300 (HV0.5) 1975 (HV1)
밀도(density) g/c㎥ 3.98 ≥4.36
미세 구조(microstructure) μm <2 <1.5
굴곡 강도(4-pt bending strength) MPa 580 ≥1000
구 컵의 위치가 안 좋은 경우 충돌과 마모를 유발할 수 있 다. 세라믹의 또 다른 큰 문제점으로는 수술 술기상의 문 제점이다. 강한 강성으로 인하여 라이너의 삽입 시 조각 골절(chipping fracture)을 야기할 수 있는데 라이너의 파손이 대퇴 골두 파손보다 더 흔히 발생한다21). 또한 골두 삽입 시 충분한 Morse taper의 fitting을 위해서 골두를 경부 위에서 돌려 삽입하여야 하며 그렇지 않아 부정 정열 이 생기는 경우에는 높은 접촉 부하로 인하여 골두 파손의 위험성이 증가할 수 있다. 또한 골두와 경부 내에 이물이 삽입되는 경우에도 높은 접촉 응력이 발생하여 골두의 파 손을 야기 할 수 있다. 저자에 따라 0.02%에서 0.9%의 라이너 조각 골절을 보고하였다25,27,28). 마지막으로 세라믹 부품의 파괴이다. 근래 4세대 세라믹의 소개로 거의 발생 하지 않는 문제점이지만 반복적인 강한 충격이 예상되는 활동을 많이 하는 환자에서는 세라믹 관절면 사용에 좀 더 신중해야 하며 수술 의사는 환자에게 그러한 활동을 제한 할 것을 권유할 필요가 있다.
9. 세라믹 골두의 파손율은 어느 정도인가?
골두의 파손은 제조 회사간 디자인의 차이나 외과 의사 의 수술 술기의 차이에 의해 모두 다르게 보고되고 있다.
초창기에 많게는 10% 이상 보고된 바 있으나 최근 3세대 세라믹은 대략 0.004%로 알려져 있으며8,11) 가장 최근의 4 세대 Biolox Delta�는 아직 추시 경과가 짧아 보고된 자 료가 없으나 3세대에 비해 훨씬 감소할 것으로 예상된다.
따라서 근래 세라믹의 단점 중의 하나인 파손에 대한 우려 는 거의 미미해진 실정이다. 한 가지 강조할 점은 특정 세 라믹 골두를 위해 특별히 제작된 Morse taper를 사용하 지 않을 경우 국소적으로 힘이 집중되어(point loading) 세라믹 내에 신장력(tensile stress)을 유발하고 이로 인 해 골두가 깨어질 수 있다는 것이다. 따라서 서로 다른 회사의 제품을 섞어 쓰는 것은 금물이며 세라믹 골두 골 절의 경우에도 taper가 손상되었다고 가정하면 다시 세라 믹 골두를 쓰는 대신 금속 골두 등을 고려하는 것이 원칙 이다.
10. 샌드위치형(sandwich type) 라이너란 무엇인가?
세라믹 관절면의 가장 큰 단점은 알루미나의 강성과 연 관되어 있는데 대퇴 골두 또는 라이너의 파손이나 조기 마 모의 발생이 관절 부하의 역동적 충격을 흡수하지 못하기 때문에 발생하는 것임이 밝혀지면서 저강성(low- stiffness) 세라믹의 개념이 도입되었다. 이에 따라 세라 믹의 마모와 관련된 강점과 폴리에틸렌의 충격 흡수의 장 점을 동시에 살리는 원추형(conical)의 알루미나 라이너와 그 후면에 폴리에틸렌을 덮은 혁신적인 샌드위치형의 라이
너가 개발되었다. 이 개념은 1993년 이탈리아의 Lima- Lto 회사에 의해 소개되면서 세라믹 제조 회사인 독일의 CeramTec 회사에 의해 생산되게 되었다. 이는 관절면에 체중 부하 시 역동적 부하를 균등히 배분하며 어떤 미세한 충격과 응력 집중 현상도 최소화할 수 있는 장점이 있다.
즉 ① coupling stiffness를 현저히 감소시킬 수 있고 ② 삽입 시 약간 때려서 넣을 수 있고 ③ 재치환술 시 라이너 의 파손 없이 제거할 수 있다는 것으로 요약된다. 그러나 이러한 샌드위치형 라이너의 단점으로는 폴리에틸렌과 금 속, 세라믹과 폴리에틸렌 간의 관절 합치성(congruence) 과 관련된 것인데 이는 세라믹과 폴리에틸렌 모두 원추형 으로 디자인하여 1:10의 원추성(conicity)을 유지하는 double Morse taper의 개념을 도입하여 별도의 잠금장치 (locking system) 없이 접촉성을 잘 유지하는 기하학적 문제점을 극복하게 되었다. 그러나 all ceramic liner에 비해 세라믹 자체의 두께가 얇아 라이너 파손율이 높을 수 있다는 이론상의 단점도 있다. 또 다른 샌드위치형 디자인 인 Trident� system(Stryker Orthopaedics, Mahwah, NJ)은 1999년 도입되었다. 이는 세라믹 라이 너 후면에 폴리에틸렌 대신 티타늄 sleeve를 채택했으며 세라믹의 충돌을 방지하는 돌출된 변연부가 있는 소위
"shrink-fitted" 개념을 도입한 샌드위치형 라이너이다.
샌드위치형 라이너의 임상 결과에 대해 D'Antonio 등4)은 3~5년 추시 관찰에서 라이너 조각 골절이나 골두 파손, 관절면의 실패나 해리가 전혀 없음을 보고하였으며, Park 등18)은 357례 중 2례의 골두 골절과 4례의 라이너 골절 (1.7%)을 보고하였으나 저자는 1000여 례 중 1례의 라이 너 골절만을 경험하였다.
11. 반치환술(hemiarthroplasty)에서 세라믹의 사용은 어디까지 왔나?
기존 반치환술에서 가장 큰 실패의 원인이 폴리에틸렌 마모와 연관된다는 사실이 알려지면서 반치환술에서도 CeramTec 회사의 Duolox�라는 세라믹 관절면 사용 이 극성 반치환술 재제가 최초로 소개되었다. 마모율이 기존 금속 대 폴리에틸렌이나 세라믹 대 폴리에틸렌에 비해 200 배 이상 감소되었으며 비구부의 연골 손상을 최소화하는 장점이 있다. 앞에서 언급한대로 금속 이온의 배출에 따른 과민 반응이 전혀 없으며 마모 입자도 생체 불활성이란 장 점이 있다. 28, 32, 36 mm Biolox Delta�와 Biolox Forte� 골두 모두 사용 가능하며 외부 컵의 직경은 1 mm 간격으로 37 mm에서 52 mm로 구성이 되어 있다2). 그러나 반치환술에서 폴리에틸렌 마모의 주된 원인이 충돌 이라는 점을 감안할 때 동일 기전에 의한 세라믹 파손을 장기 추시에서 꼭 살펴보아야 하겠다.
12. Clicking, squeaking, 대상 마모(stripe wear), 금속 전이(metal transfer)란?
Clicking이란 수술 후 환자들이 미미한 소리가 들린다 고 불편감을 호소하는 경우를 일컫는데 이러한 소리는 고 관절 주위 근육의 긴장이 약한 경우 보행 중 유각기에 골 두가 미세하게 분리된 후 제자리로 정복되는 순간 발생할 수 있다21).
Squeaking이란‘쥐 따위가 끽끽 우는 소리’란 뜻으로 부적절한 관절면의 조합일 때 발생하는데 특히 지르코니아 골두와 알루미나 라이너 사이에서 발생할 수 있다. 지르코 니아 골두는 특히 고온 상태에서 얇은 수성 막(watery membrane)과 함께 표면 근처의 이트리움의 결손을 야기 하여 정방형 상의 국소 불안정화를 촉진시키고 조면성이 증가하여 결국 마모를 증가시키게 되는데 이러한 상 전이 와 그에 따른 골두와 비구 컵 간의 기하학의 변화가 잡음 을 만드는 원인이라고 알려져 있다14).
대상 마모란 초생달 모양으로 발생하는 골두의 표면 변 화이다. 이는 세라믹 골두나 비구 컵의 내성이 약한 경우 응력이 골두 상부에 집중되어 있는 상황에서 정상 고관절 보행 시 굴곡, 신전이 계속되면서 골두의 적도 부근이나 극 부분에 띠 형상으로 마모가 발생하는 것이다. 또한 관 절면에 유리체 등이 낄 경우 과도한 응력 집중으로 인해 발생할 수 있으며 비구 컵의 위치가 잘못된 경우 특히 수 직으로 위치한 경우 비구 컵의 상부에 응력 집중이 발생하 여 생길 수도 있다. 그러나 가장 큰 원인으로는 정상 보행 시 발생하는 미세 분리이다. 골두가 분리되어 제자리에 돌 아올 때 정상 위치로 오지 않아(eccentric) 비구 라이너와 충돌을 일으키므로 손상이 야기되는데 심지어 약 3 μm 크 기의 마모 입자가 발생하여 골두를 더욱 손상시키게 되는 경우도 있다. 이러한 대상 마모가 미세 분리와 확실한 연 관이 있다면 장기간의 추시에서 대퇴 주대의 침강과 주위 근육의 긴장성의 감소로 미세 분리가 증가한다면 대상 마 모도 증가 할 것으로 추론할 수 있다. 이렇듯 대상 마모는 특정 부위에 과도한 마모를 유발할 수 있다는 것이 문제점 이나 다행히 골 용해와는 직접적인 연관이 거의 없는 것으 로 알려져 있다. 이러한 대상 마모는 최초 수술 시 다리가 길어지는 부담이 있더라도 고관절의 긴장성을 잘 유지함으 로써 예방할 수 있겠다21).
금속 전이란 수술 중 탈구나 정복 시에 대퇴 골두가 비 구 컵과 부딪혀 경미한 흠(scratch)이 발생하면서 생기며 심할 경우 검은 색소 침착도 보이게 된다. 이는 골두의 표 면 조면성을 증가시켜 결과적으로 폴리에틸렌 마모를 증가 시킬 수 있는데 이러한 현상은 세라믹 골두의 경도에 기인 하며 다른 재질의 골두에서는 보기 어려운 현상이다. 이러 한 손상을 예방하기 위해서는 술 중 탈구나 정복 시 비구 컵과 충돌이 없도록 조심해야 한다12,15,26).
결 론
저자는 1999년 알루미나 세라믹 관절면을 채택한 이래 1000여 예의 세라믹 관절면을 사용한 결과 라이너 골절 1 례 외에 다른 문제점은 발견할 수 없어 기존 폴리에틸렌이 나 금속에 비해 마찰학적으로나 기하학적으로 최적의 관절 면이라고 생각한다. 또한 장기적인 추시 경과 관찰이 필요 하겠지만 최근 저자가 사용하는 4세대 세라믹(Biolox Delta�)으로 제작된 32 ㎜와 36 ㎜의 big ball은 3세대에 비해 세라믹 파손을 최소화 하며 관절 운동의 극대화와 탈 구의 최소화를 기대할 수 있어 인공 관절의 수명을 연장하 는데 있어서 매우 고무적이라 할 수 있겠다. 다만 세라믹 은 마모가 거의 없는 획기적인 물질임에는 틀림없으나 이 것이 인공 관절의 수명 연장을 꼭 의미하지는 않는다는 점 을 강조하고 싶다. 따라서 장기 추시가 필수적이며 현시점 에서 benefit-to-risk ratio를 따져서 시술해야 할 것으로 사료된다.
REFERENCES
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