Harris-Galante 무시멘트 비구컵에서 발생한 폴리에틸렌 라이너의 분리
이상홍・남윤관
조선대학교 의과대학 정형외과학교실
목 적 : Harris-Galante Ⅰ 또는 Ⅱ컵을 이용해 인공 고관절 전치환술을 시행하여 폴리에틸렌 삽입물 분리가 발생한 환자를 대상으로 원인을 분석하고 예방책에 대해 알아보고자 한다.
대상 및 방법 : 1986년부터 1997년까지 Harris-Galante Ⅰ 또는 Ⅱ컵을 이용하여 무시멘트형 인공 고관절 치환술을 받았던 환자중 폴리에틸렌 삽입물의 분리가 발생했던 7례를 대상으로 하였다.
환자는 모두 남자로 연령은 최소 41세에서 60세까지 평균 52세 였고, 직업은 농부가 6례, 어부가 1례 였으며 체중은 54㎏에서 71㎏까지 평균 58㎏ 이었다.
결 과 : 폴리에틸렌 삽입물의 분리가 발생했던 7례중 Harris-Galante I컵은 4례, Ⅱ컵은 3례 였고, 대 부분 외상 및 심한 육체적 노동도중 폴리에틸렌 삽입물 분리가 발생하였으며, 폴리에틸렌 삽입물의 두께 는 I컵은 평균 6.45㎜, Ⅱ컵은 평균 7.87㎜로 나타났으며 재치환술을 시행한 시기는 최소 36개월에서 최대 101개월로 평균 68개월 이었다.
결 론 : 과도한 육체적 노동 그리고 대퇴 골두 크기의 증가로 인한 얇은 폴리에틸렌 삽입물의 사용등이 조기 폴리에틸렌 삽입물의 심한 마모와 더불어 분리증의 원인이었던 것으로 생각되며 추시 방사선 소견상 폴리에틸렌 마모가 관찰시 분리가 발생하기 전 조기 라이너 교환을 권유하는 한편, metallosis에 의한 골용해 현상이 심해지기 전에 재치환술을 시행하는 것이 중요하리라 생각된다.
색인 단어 : 인공 고관절, Harris-Galante 무시멘트 비구컵, 폴리에틸렌 삽입물, 분리
서 론
시멘트형 비구컵의 해리가 장기 추시 관찰상 증가 하면서 무시멘트형 인공 고관절 치환술이 시도된 이
래 인공 삽입물의 형태, 고정 기술의 발전에도 불구 하고 비구컵과 폴리에틸렌 삽입물 사이의 분리가 종 종 보고 되고 있다. 최근에는 비구컵과 폴리에틸렌 삽입물 사이의 잠금 장치의 개선, 대퇴 골두의 크기 변화, 폴리에틸렌 삽입물의 재질 개선등 다양한 방 법으로 해결하려는 노력이 계속되어 왔다.
무시멘트형 metal backed 비구컵에서 외경과 대 퇴 골두의 크기가 일정하다면 폴리에틸렌 삽입물의 두께는 metal backing의 두께, 잠금장치( l o c k i n g m e c h a n i s m )에 따라 감소하는 것으로 알려져 있으 며1 ), 또 대퇴 골두가 크고 얇은 폴리에틸렌 컵을 장 착함으로써 발생한 마모 입자(wear debris)는 골용 해증 등의 합병증의 발생이 빈번히 발생 한다고 하
였다7 , 9 ).
※ 통신저자 : 이 상 홍
광주광역시 동구 서석동 5 5 8 조선대학교 의과대학 정형외과학교실 T e l : 8 2 - 6 2 - 2 2 0 - 3 1 4 0
F a x : 8 2 - 6 2 - 2 2 6 - 3 3 7 9
E - m a i l : s h a l e e @ c h o s u n . a c . k r 이 논문은 1 9 9 8년도 조선대학교 교내학술연구비 지원 을 받아 이루어졌음.
저자들은 Harris-Galante Ⅰ 또는 Ⅱ컵을 이용 하여 인공 고관절 전치환술을 시행하고 추시 관찰중 발생한 폴리에틸렌 삽입물의 분리가 발생한 환자를 대상으로 원인을 분석하고 예방책에 대해 알아 보고 하고자 본 연구를 시행 하였다.
대상 및 방법
1 9 8 6년 1월부터 1 9 9 7년 1월까지 조선 대학교 정 형외과학 교실에서 Harris-Galante Ⅰ컵을 이용하 여 인공 고관절 전치환술을 시행했던 7 2명 7 8례와
Ⅱ컵을 이용하여 관절 치환술을 받았던 1 1 9명 1 4 0 례 총 1 9 1명 2 1 8례중 최소 3년이상 추시에서 방사 선학적 검사상 비구컵의 파괴 및 대퇴 골두의 상방 전위, 이학적 검사상 고관절부의 동통과 금속성 마 찰음을 호소하여 폴리에틸렌 삽입물의 분리로 판정
되어 재치환술을 시행한 7례를 대상으로 하였다.
7례 모두 남성이었으며 처음 수술당시 환자의 평 균 연령은 5 2 (범위, 41~60세)세 였고, 수술전 진단 명은 무혈성 괴사가 6례, 이차성 골성 관절염 1례이 었다. 환자의 직업은 농업이 6례( 8 6 % )로 대부분 이 었으며 어부가 1례( 1 4 % )였고, 환자의 체중은 5 4㎏
에서 7 1㎏으로 평균 5 8㎏이었다. 일차 고관절 전치 환술후 폴리에틸렌 삽입물의 분리로 인한 재치환술 까지의 평균 기간은 평균 6 8개월(범위, 36~101개 월)이었으며, 이중 Harris-Galante Ⅰ 비구컵이 4 례, Harris-Galante Ⅱ 비구컵이 3례이었다.
임상적으로 과거력상 폴리에틸렌 삽입물의 분리 원인, 고관절부의 동통, 그리고 금속성 마찰음 ( c r e p i t u s )을 분석하였고 방사선학적 평가는 고관절 치환술후 비구컵의 경사각, 비구컵의 파괴 유무, DeLee and Charnley4 )에 의한 비구부의 골용해증 Fig. 1-A. Six years after surgery, anteroposterior radiograph shows superolateral shifting of the femoral head com-
ponent and fractured outer shell(Harris-Galante Ⅰ cup).
Fig. 1-B. An anteroposterior roentgenogram of a 53-year old man shows superolateral subluxation of the femoral component in outer shell(Harris-Galante Ⅱ cup).
B
A
과 G r u e n6 )에 의한 대퇴부의 골용해증 등을 분석하 였다. 그리고 Harris-Galante Ⅰ컵과 Ⅱ컵의 연령, 몸무게, 활동도, 비구컵 경사각, 대퇴 골두의 크기, 폴리에틸렌 삽입물의 두께와 분리의 상관관계를 Chi-Square test를 이용하여 통계학적 유의성에 대 해 분석하였다.
결 과
폴리에틸렌 삽입물의 분리는 Ⅰ컵 4례, Ⅱ컵 3례 였으며 대퇴 골두의 크기는 Ⅰ컵의 경우 모두 3 2㎜,
Ⅱ컵은 2 8㎜ 이었다. 비구컵의 크기는 Ⅰ컵은 평균 5 4 . 5㎜(범위, 52~58㎜), Ⅱ컵은 5 6 . 7㎜(범위, 5 2 ~ 6 0㎜)을 사용하였으며, 폴리에틸렌 삽입물의 두 께는 Ⅰ컵의 경우 평균 6 . 4 5㎜(범위, 5.2~8.2㎜) 였고, Ⅱ컵의 경우 평균 7 . 8 7㎜(범위, 6.2~10.2㎜) 였다.
일차적 인공 고관절 치환술 시행후 폴리에틸렌 삽 입물의 분리가 발생했던 시기는 Ⅰ컵의 경우 평균 8 0 . 5개월(63~101), Ⅱ컵의 경우 평균 4 4 . 7개월 ( 3 6 ~ 5 3 )로 나타났으며 대퇴 스템의 종류는 Harris-Galante 스템 4례, 해부학적 스템 (Anatomic stem) 1례, Multilock 스템 2례 이었 다. 과거력상 폴리에틸렌 삽입물의 분리 원인으로는 6례에서는 작업 도중 앉았다가 일어나면서 무거운 물건을 들 때 고관절의 굴곡, 내회전시 과도한 외력 으로, 1례에서는 경운기 사고로 인한 낙상으로 굴 곡, 외회전으로 발생하였다(Fig. 1-A,B). 전 례에 서 공통적인 임상적 특징은 고관절부의 동통 및 관 절 운동 장애, 금속성 마찰음, 그리고 파행으로 내원 하였다. 방사선학적 분석에서 처음 수술시 비구컵의 경사각은 폴리에틸렌 삽입물의 분리가 발생한 경우 평균 4 4도(범위: 40~53도) 였고 대퇴스템의 위치는 모두 중립위였다. 폴리에틸렌 라이너 분리가 나타났 던 환자를 연령 별로는 비교적 활동성이 많은 5 0대 이하 군과 5 0대 이상의 군( g r o u p )으로 분류 하였 고, 직업 별로는 비교적 육체적 노동이 많은 직업에 종사하는 군(농업, 어업, 산업 근로자 등)과 교사, 주부등 비교적 활동이 적은 군으로 나누었고, 분리 가 나타난 군과 나타나지 않는 군 사이의 무게와 방 사선 사진상 비구컵의 경사각, 대퇴 골두의 크기와
폴리에틸렌 삽입물 두께등 각 각의 변인에 대한 상 관 관계를 통계학적으로 분석하였는데 통계학적으로 유의성은 없었다(P>0.05). 수술 소견상 전 례에서 대퇴골과 비구골에 m e t a l l o s i s가 관찰되었으며 Harris-Galante Ⅰ컵의 경우 폴리에틸렌 삽입물의 분리와 함께 비구컵 주위의 t a b s이 파괴된 소견을 보였고, Ⅱ컵의 경우 폴리에틸렌 삽입물의 분리와 비구컵 주위가 대퇴 골두와 마찰로 인한 마모 현상 이 관찰되었다. Berry등3 )에 의한 폴리에틸렌 삽입 물의 파괴 형태로는 Harris-Galante Ⅰ컵의 경우 에서는 마모와 골절이 동반된 경우가( W e a r / f r a c- ture) 3례, Wear-through가 1례였으며 Ⅱ컵의 경 우 폴리에틸렌 삽입물의 골절( F r a c t u r e )이 2례, W e a r - t h r o u g h가 1례 이었다. 비구컵 주위의 골용 해증은 수술 소견상 나사못을 제거하자 나사못 주위 로 Harris-Galante Ⅰ컵의 경우 DeLee and C h a r n l e y의 Zone Ⅰ에 2례, Zone Ⅱ에 4례가 관 찰되었으며 Harris-Galante Ⅱ컵의 경우 Zone Ⅱ 에서 1례만 관찰되었다. 비구컵의 고정력은 견고하 였으나 나사못 이완과 그 주위의 골용해증과 대퇴 골두 주위의 m e t a l l o s i s로 4례의 H a r r i s - G a l a n t e
Ⅰ컵을 Ⅱ컵으로, 32㎜ 대퇴 골두를 2 8㎜로 교환하 였으며, 3례의 Harris-Galante Ⅱ컵에 대해서는 2 례는 Ⅱ컵으로 1례는 T r i l o g y컵으로 교환하였다.
Metal backed 비구컵을 제거하고 발생한 골 결손 에 대해서는 자가골 이식 2례, 동종골 이식 2례, 자 가골 이식과 동종골 이식을 병행한 경우가 3례였다.
Harris-Galante Ⅰ컵을 사용하였던 4례 모두에서 대퇴부의 심한 골용해증을 보였으며 Gruen zone Ⅰ 에 3례, Ⅱ에 3례, Ⅲ에 3례, Ⅳ에 2례, Ⅴ에 2례,
Ⅵ에 1례, Ⅶ에 4례가 관찰되었다(Table 1).
고 찰
폴리에틸렌 삽입물의 마모가 발생하였을 때 metal backed 비구컵과 폴리에틸렌 삽입물을 교환 가능한 비구컵이 H a r r i s8 )에 의해 소개된 이래 비구 컵과 폴리에틸렌 삽입물 사이의 잠금장치의 문제 그 리고 폴리에틸렌 삽입물의 분리가 종종 보고 되고 있다.
일정 공간내 metal shell이 차지하는 두께, 대퇴
골두의 크기로 인하여 폴리에틸렌 삽입물의 두께가 적어짐으로 발생하는 스트레스 증가, 마모의 증가, 결국에는 삽입물의 골절에 이르는 문제점이 부각되 고 있다. Harris-Galante Ⅰ, Ⅱ컵은 s e m i - h e m i- s p h e r i c a l컵으로 잠금장치(locking mechanism)의 차이점을 보면 Ⅰ컵의 경우 t a b s이 3개로 잠금장치 가 이루어져 있고, Ⅱ컵을 살펴보면“w h a l e - t a i l” t a b형태의 잠금장치와 함께 torque capability, t a b s의 수( 4 ~ 6개), 라이너의 두께를 증가 시켰으 며, 나사못 고정시 하나의 나사 구멍에 여러방향으 로 나사못을 삽입할 수 있도록 하였다.
현재까지 여러 연구를 통해 폴리에틸렌 삽입물의 분리와 관련된 인자는 크게 두가지로 알려져 있으 며, 먼저 삽입물과 관련된 인자로 폴리에틸렌의 두 께, 대퇴 골두의 직경, 폴리에틸렌의 물성, metal b a c k i n g과 폴리에티렌 삽입물의 f i t t i n g등이 있으
며1 , 1 3 - 1 5 , 2 0 ), 환자와 관련된 인자로는 체중과 활동도로
알려져 있다1 1 , 2 0 ). Salvati1 6 )와 C o l l i n s등2 )은 비구컵 의 상부구(superior groove)에 가해지는 스트레스 의 집중, 충분치 못한 폴리에틸렌 삽입물의 두께 그 리고 폴리에틸렌 삽입물에 가해지는 변형력이 실패 의 가능 요소로 생각하였고, Kitziger1 0 )와 W i l s o n
등1 9 )은 metal backed컵으로부터 elevated rim의
폴리에틸렌 삽입물의 해리기전으로 대퇴 골두가 폴 리에틸렌 삽입물로부터 이탈되어 r i m의 가장자리에 올라선후 운동시 lever arm으로 작용하여 m e t a l s h e l l로부터 폴리에틸렌 삽입물이 분리되는 기전을 제시하였다.
B e r r y등3 )은 폴리에틸렌 삽입물의 두께가 마모 또 는 파손의 주 원인이라고 하였으며 특히 4 0세이하의 활동성있는 연령, 과도한 체중( 8 0㎏ 이상) 또는 5 0 도 이상의 비구컵의 경사각, 대퇴 스템의 외반 위치 로 폴리에틸렌 삽입물에 스트레스를 증가시키는 요 인으로 거론 되었다.
B a r t e l등1 )은 폴리에틸렌 삽입물의 두께를 최대로 하는 것이 좋으며 최소 두께로 8㎜를 제시하였으며 대 퇴 골두가 비구에 미치는 스트레스를 분석한 결과 2 8
㎜ 골두가 2 2㎜ 골두보다 스트레스가 적다고 하였다.
이 등1 2 )은 3 2㎜ 대퇴 골두 사용을 지양하고 크기
가 작은 2 8㎜ 또는 2 2㎜ 대퇴 골두 사용을 권장하고 폴리에틸렌 라이너의 두께는 최소 6 ~ 8㎜를 유지하
고 또한 디자인상 견고한 고정, conformity, 회전 중심의 일치등을 고려하여 컵을 선택하고 수술시에 도 elevated liner의 남용을 지양하고 또 컵의 위 치, 충돌( i m p i n g e m e n t )등을 고려해야 한다고 하였 으며, 서 등1 8 )은 modular component를 사용시 술 자의 수기상의 오류도 중요한 인자라고 하였다.
저자들의 경우에서도 Harris-Galante Ⅰ컵의 경 우 폴리에틸렌 삽입물의 두께는 평균 6 . 4 5㎜였으며
Ⅱ컵의 경우 7 . 8 7㎜로 Ⅰ컵에서 더 얇은 것으로 나 타났으며, 폴리에틸렌 라이너의 분리가 발생한 Ⅰ컵 의 경우 전 예에서 t a b s이 파손된 소견이 관찰되어 잠금장치(locking mechanism)에 .문제가 있는 것 으로 나타났다. 비구컵의 분리 기전을 살펴보면 비 구컵의 경사각은 평균 4 4도, 대퇴스템의 위치도 중 립위 였으나 Harris-Galante Ⅰ컵의 경우 폴리에 틸렌 삽입물의 분리가 나타나기전에 추시 방사선 소 견상 폴리에틸렌 삽입물의 마모가 진행되는 소견을 보이다가 과도한 스트레스에 의한 분리와 함께 비구 컵의 잠금장치(locking mechanism)가 파괴되었으 며 Ⅱ컵의 경우 추시 방사선 소견상 마모 소견은 없 었으나 갑작스런 외상등의 외력에 의해 분리가 발생 하였다. 이와같이 Harris-Galante Ⅰ컵의 경우 큰 대퇴 골두와 함께 얇은 폴리에틸렌 삽입물로 의한 폴리에틸렌 삽입물의 마모가 진행하는 과정에서 과 도한 외력이 삽입물의 분리 원인으로 생각되며, Ⅱ 컵의 경우 마모와 상관 없이 갑작스런 고관절의 외 력이 원인이었던 것으로 생각된다. 비구컵의 형태는
Ⅰ, Ⅱ형 모두 유사하며 폴리에틸렌 삽입물에 의한 충돌( i m p i n g e m e n t )은 elevated rim을 사용하지 않아서 분리에 직접 작용은 없었던 것으로 생각된 다.
Woolson 등1 8 )은 폴리에틸렌 마모율은 젊고 활동 적인 사람에서 높게 나타나므로 과도한 마모로 인한 합병증 예를 들어 골용해증이나 비구컵의 역학적 실 패등을 최소화하기 위해서는 세심한 추시 관찰이 중 요하다고 하였으며, Astion 등5 )은 환자의 고관절부 동통, 방사선상 골용해증, 비구컵내의 대퇴 골두 전 위가 발생하면 재치환술을 고려해야 한다고 하였다.
본 연구에서 환자의 연령을 보면 H a r r i s - G a l a n t e
Ⅰ컵의 경우 평균 5 1세였고, Ⅱ컵의 경우 5 2세로 두 군( g r o u p )간의 의미있는 차이는 없었으며( P > 0 . 0 5 ) ,
폴리에틸렌 삽입물의 분리를 보인 7례의 직업을 보 면 전부 시골 사람으로 6례가 농부이고 1례는 어부 로 모두 과도한 육체적 노동을 하고 있는 것으로 나 타났지만 통계학적 유의성은 없었다(P>0.05). 그외 몸무게, 환자의 활동도, 비구컵의 경사각, 대퇴 골두 의 크기, 폴리에틸렌 삽입물의 두께와 분리사이에는 통계학적 의의는 없는 것으로 나타났다(P>0.05). 그 러나, 폴리에틸렌 삽입물의 분리가 나타났던 환자들 은 비교적 젊은 연령 및 대부분 심한 노동에 종사하 는 직업인 농부, 어부로 나타났고, Harris-Galante
Ⅰ컵의 경우 추시 관찰상 폴리에틸렌 삽입물의 마모 가 관찰되다가 과도한 육체적 노동으로, 폴리에틸렌 두께가 증가한 Ⅱ컵의 경우 일시적인 스트레스가 과 도하게 작용함으로써 폴리에틸렌 삽입물의 분리가 발생한 것으로 생각된다.
결 론
Harris-Galante Ⅰ 또는 Ⅱ컵 모두 만족할만한 골 성장을 보였지만 Ⅰ컵의 경우 폴리에틸렌 삽입물 의 두께가 얇고 잠금 장치(locking mechanism)가 감소한 반면 Ⅱ컵의 경우 폴리에틸렌 삽입물의 두께 는 증가하였으나 여전히 잠금 장치에 문제가 있었 다.
과도한 육체적 노동이 통계학적인 의의는 찾을 수 없었으나 임상적으로 폴리에틸렌 삽입물의 분리의 가장 중요한 인자로 작용한 것으로 생각되며, 32㎜
대퇴 골두 크기의 사용과 함께 얇은 폴리에틸렌 삽 입물 사용등이 조기 폴리에틸렌 삽입물의 심한 마모 와 더불어 분리증의 원인이었던 것으로 생각된다.
이에 저자들은 추시 방사선 소견상 폴리에틸렌 삽입 물 마모가 관찰되었던 환자에 대해서는 분리가 발생 하기전 조기 라이너 교환을 권유하는 한편 m e t a l l o- s i s에 의한 골용해 현상이 심해지기 전에 재치환술을 시행하는 것이 중요하리라 생각된다.
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Dissociation of the Polyethylene liner of Harris-Galante uncemented acetabular components
Sang-Hong Lee,M.D. and Yun-Kwan Nam,M.D.
Department of Orthopaedic Surgery, Medical School, Chosun University, Kwang-ju, Korea
Purpose : To analyze the causes of failure of the polyethylene liner and discuss preventive methods for whom total hip arthroplasy has been performed using Harris Galante Ⅰ or Ⅱ cups.
Materials and Methods : Primary arthroplasties using Harris Galante Ⅰ or Ⅱ cups performed at the Chosun University Hospital from Jan. 1986 to Jan. 1997 were reviewed. The ages of the patients ranged from 32 to 67 years(average, 52 years), and the patients were male in all cases. Occupations were farmers in 6 cases(86%) and fisherman in 1 case(14%). The body weights of the patients ranged from 54㎏ to 71㎏(average, 63㎏)
Results : Dissociation of the polyethylene liner occurred in 7 cases, 4 cases in the Harris Galante
Ⅰ cups and 3 cases in the Harris Galante Ⅱ cups. The most common causes of dissociation of the polyethylene liner were trauma and excessive labor. The thickness of the polyethylene liner was an average 6.45 mm(range: 5.2~8.2) in Harris Galante Ⅰ cups and 7.87㎜(range : 6.2~10.2) in Ⅱ cups, and the average time of the patients who underwent revision was 68 months(range : 36~101).
Conclusion : Excessive manual labor was one of the most important factors which induced failure of the polyethylene liner ; others included large diameter of femoral head and decreasing thickness of polyethylene. The polyethylene liner worn should be changed early to prevent its dissociation, and revisions should be performed before the development of osteolysis if wear of polyethylene liner is discovered in follow up radiographs.
Key Words : Total hip arthroplasy, Harris-Galante uncemented acetabular component, Polyethylene liner, Dissociation
ABSTRACT
