Posterior Lumbar Interbody Fusion using Morselized Allograft mixed with Autologous Bone Marrow

자가 골수 혼합 해면 동종골의 압박 골이식 수기를 이용한 후방 요추체간 유합술

광주기독병원 정형외과

기성찬∙윤대현∙류지훈∙최용수

목 적: 해면 동종골과 자가 골수를 혼합하여 압박골이식 수기를 이용한 후방 요추체간 유합술의 유용성을 알아보 고자 하였다.

대상 및 방법: 해면 동종골과 자가 골수를 혼합하여 압박 골이식 수기를 이용한 후방 요추체간 유합술을 시행 받 은 31예중 1분절 11례(제 1군), 2분절 20례(제 2군)를 연구 대상으로 하였고, 자가 장골을 이용한 후방 요추체간 유합술을 시행한 1분절 8례를 대조군(제3군)으로 조사하였다. 임상적 결과를 Kirkady-Willis 기준, 요통에 대한 Visual analogue scale (VAS)점수를 평가하였고, 측면 방사선 사진을 이용하여 유합율, 추체간 간격의 변화를 측정하여 각각 비교 분석하였다.

결 과: Kirkady-Willis 기준한 임상적 만족 결과와 VAS를 이용한 요통점수는 제1군 90.9%와 2.3±1.4, 제 2군 85.0%와 2.3±0.8, 제 3군 87.5%와 3.0±2.2의 결과를 각각 얻었다. 방사선학적 유합율은 제1군 81.8%, 제 2 군 70.0%와 제 3군이 100%의 결과로 자가 장골군이 우수하였고 동종골군의 유합율이 낮았다. 추간판 간격의 변화는 제1군이 수술 전 평균 12.0±3.7 mm, 수술 후 16.0±2.3 mm, 최종 추시 상 13.0±3.2 mm, 제2군은 수술 전 평균 14.6±3.7 mm, 수술 후 17.4±3.4 mm, 최종 추시 상 15.4±2.9 mm 결과를 얻었고, 제 3군은 수술 전 평균 14±3.6 mm, 수술 후 17.5±5.0 mm, 최종 추시 상 14.3±3.6 mm 결과로 세 군 모두 수술 후 추체간 높이가 회복되어(P<0.05) 추시 상 모두 소실된 결과를 얻었다(P<0.05).

결 론: 요추 후방 추체간 유합술을 위한 자가 골수 혼합 해면 동종골의 압박골이식 수기의 적용은 자가골 이식군 과 임상적 결과 및 방사선학적 추체 높이 유지에 차이가 없는 결과를 고려할 때 자가골 이식 대체 방법의 하나로 선택될 수 있으리라 사료된다.

색인 단어: 후방 요추체간 유합술, 해면 동종골, 자가 골수, 압박골 이식 수기

Posterior Lumbar Interbody Fusion using Morselized Allograft mixed with Autologous Bone Marrow

and Impaction Grafting Technique

Sung Chan Ki, M.D., Dae Hyun Yoon, M.D., Ji Hun Ryu, M.D., Yong Soo Choi, M.D.

Department of Orthopaedic Surgery, Kwangju Christian Hospital, Gwangju, Korea

� Address for Correspondence: Yong Soo Choi, M.D.

Department of Orthopaedic Surgery, Kwangju Christian Hospital, 264 Yanglim-dong, Nam-gu, Gwangju, Korea

Tel : 82-62-650-5064, Fax : 82-62-650-5066, E-mail : [email protected]

서 론

후방 요추체간 유합술을 위한 이식골은 자가골 이 식이 우수한 결과를 보이나 이식 공여부 동통과 출 혈 등 단점이 있어,^1-3)자가골의 대체물로 동종골 및 인공 삽입물에 이식골을 채워 넣는 방법 등 많은 방 법들이 여러 저자들에 의해 소개 되어 왔다.^4-6)

동종골 효과에 대해서는 많은 저자들이 다양한 견 해를 보고하고 있다. McCarthy 등⁷⁾은 동종골의 결 과에 부정적인 견해인 반면, Dodd 등⁸⁾은 양호한 결 과를 보고하고 있으며, Malloy와 Hilibrand⁹⁾는 동 종골이 유합율은 낮으나 공여부 장애가 적기 때문에 이식골의 선택에 있어서 이런 문제를 함께 고려해야 한다고 하였다. 위 저자들의 견해를 종합해 보면 동 종골의 근본적인 문제는 유합기간이 지연되고 역학

적인 안정성이 약화 될 수 있다는 것이다.

자가 골수 이식은 임상적으로 신생골 형성에 우수 한 것으로 알려져 있고^10-12)채취로 인한 합병증이 없 으나 골수 그 자체로는 골전도 능력이 제한되고 골 수내의 골형성 세포의 수 또한 제한된 양만 존재하 여 단독으로 적용하기에는 한계가 있다.^13,14)

저자는 후방요추체간 유합술을 위한 방법 중 해면 동종골의 단점을 보완하기 위해 상용화한 해면 동종 골에 자가 골수를 혼합하였고, 해면 동종골의 역학 적 강화를 위해 수술 수기에 골 결손부를 재건할 때 적용하는 압박골이식 수기를 적용하여 후방 요추체 간 유합술을 시행하였다. 이를 통해 후방 요추체간 유합술식에 자가 골수를 혼합한 해면 동종골과 압박 골이식 수기를 적용하여 추체간 유지 및 척추 유합 율이 단독 동종골 사용보다 개선되는지 그리고 자가

Purpose: To investigate the efficacy of cancellous allograft with autologous bone marrow and impaction grafting technique for posterior lumbar interbody fusion (PLIF).

Material and Methods: 31cases were treated with PLIF using cancellous allograft mixed with autologous bone marrow and impaction grafting technique. Among them, 11 cases with allograft for one segment were classified as Group 1 and 20 cases with allograft for two segments was classified as Group 2. 8 cases with PLIF using autologous bone graft were categorized as control group, Group 3. The each groups were analyzed for back pain and clinical results according to Kirkaldy-Willis criteria and Visual analogue scale (VAS) score for back pain as well as radiolog- ical fusion rate and changes of disc height.

Results: The clinical results and back pain using VAS were 87.5% and 3.0±2.2, 90.9% and 2.3±1.4, 85% and 2.3±0.8 for the group 1 through 3, respectively. In the study groups, the fusion rate were 81.8% in Group 1 and 70% in Group 2. In the control group, the fusion rate was 100% in Group 3. The allograft group was lessor fusion rate than the autograft group. The changes of disc height were 12.0±3.7 mm and 14.6±3.7 mm and 14±3.6 mm, preoperatively, 16.0±2.3 mm and 17.4±3.4 mm and 17.5±5.0 mm, postoperatively, 13.0±3.2 mm and 15.4±

2.9 mm and 14.3±3.6 mm, last follow up for the group 1 through 3. The disc height for three groups were increased at postoperative radiographs (P<0.05) and then decreased at final follow- up radiographs (P<0.05).

Conclusion: PLIF using cancellous allograft mixed with autologous bone marrow and impaction grafting technique would be an alternative method for posterior lumbar interbody fusion, considering comparable clinical results and radiological maintenance of the disc height.

Key Words: Posterior lumbar interbody fusion, Cancellous allograft, Autologous bone marrow,

골 이식을 대체할 수 있는지 알아보고자 임상적 및 방사선학적 결과를 조사하여 보고하고자 한다.

대상 및 방법

1. 연구대상

2002년 9월부터 2006년 6월까지 케이지 없이 해 면 동종골과 자가 골수를 혼합하여 후방 요추체간 유합술을 시행 받은 1분절 11례(제 1군), 2분절 20 례(제 2군)(총 51분절)를 연구 대상으로 하였고, 임 상적 유용성을 평가하기 위하여 같은 기간 동종골 이용에 동의하지 않아 자가 장골을 이용한 후방 요 추체간 유합술을 시행한 1분절 8례(제 3군)를 대조 군으로 하여 후향적으로 조사하였다. 환자들의 연령 분포는 제 1군-64세, 제 2군-66.2세, 제 3군-53.7 세였으며, 전체 평균 연령은 65세(49세~81세)였다.

동종골군에 비해 자가장골군이 젊은 연령이었으며, 특히 제 2군과 제 3군의 연령의 차이가 있었다 (p=0.002). 환자의 성별은 제1군은 남자 3례, 여자 8례, 제2군은 남자 8례, 여자 12례, 그리고 제3군은 남자 2례, 여자 6례였으며, 추시기간은 제1군 2.4년, 제 2군 2.5년, 제 3군 3.4년으로 성별(p=0.678)과 추시기간(p=0.073)에 각 군의 차이는 없었다. 대상 환자 모두의 수술 원인 질환은 요추부 척추관 협착 증이었다.

2. 수술 방법

후방추체간 유합술을 위해 추간판을 철저히 제거 하고 종판을 노출시킨 후 상용화한 해면 동종골을 자가 장골에서 채취한 자가 골수와 혼합하여 준비된 깔때기를 통해 압박골이식술을 양측에서 시행하여 추간판 공간을 충분히 채운 후 내측 후관절 골편을 케이지 모양으로 만들어 입구에 삽입하여 해면 동종 골의 탈출을 막고 추체간 지지를 유지하고자 하였다 (Fig. 1). 대조군인 자가골 이식군은 자가 장골에서 사각형의 케이지 모양 지지골을 얻고 자가 해면골과 감압의 결과 얻은 국소 조각골을 추체간 유합을 위해 사용하였다. 세 군 모두에서 척추경 나사못을 이용한 후방기기 고정술을 시행하여 안정성을 확보하였다.

3. 연구방법

최소 1년 이상 추적 조사하였고, 평균 추시 기간 은 2.3년이었다. 임상적 결과는 요통에 대한 VAS 점수와 Kirkaldy-Willis 기준을 이용하여 우수, 양호를 만족으로, 보통, 불량을 불만족으로 판정하 였다. 측면 방사선 사진을 이용하여 유합율, 수술 전 후와 추시시 추체간 간격의 변화를 측정하여 각각 비교 분석하였다. Brantigan & Steffee 분류법¹⁵⁾ 을 이용하여 A, B, C단계를 불유합으로, 척추체와 이식골 사이에 방사선 투과상이 없는 D, E단계를 유합으로 판정하였으며, 추체간 간격은 상위 척추체 종판의 중심점에서 수직선을 그어 하위 척추체의 종 판과 만나는 거리로 정하였다(Fig. 2).

Fig. 1. (A) After mixing the morselized allograft with autologous bone marrow, we grafted it using impaction graft- ing technique. (B) This bone block (arrow) could be provided not only mechanical stability of the disc space as a cage but also prevention from extrusion of morselized graft.

A B

연구대상군과 대조군의 연령, 성별 및 추시기간의 평균 비교는 ANOVA 검정을, Kirkaldy-Willis 기준에 의한 임상적 만족 결과와 VAS를 이용한 요 통점수는 대조군과 연구 대상인 제 1군과 제 2군을 각각 Fisher’s exact 검정으로 비교 분석하였다.

방사선학적 골 유합은 대조군인 제 3군과 연구 대상 인 제 1군과 제 2군을 각각 X2 검정으로 분석하였 고, 추체간 높이의 변화는 수술전과 수술후 높이의 변화 그리고 수술후 높이와 최종추시상 높이의 변화 를 T-검정을 이용하여 분석하였으며, 자료의 통계 학적인 분석을 위해 SPSS 11.0을 사용하였고 통계 학적인 유의 수준은 0.05로 하였다.

결 과

Kirkaldy-Willis 기준에 의한 임상적 만족 결과 와 VAS를 이용한 요통점수는 1분절 동종골군 90.9%와 2.3±1.4, 2분절 동종골군 85.0%와 2.3±

0.8, 자가 장골군 87.5%와 3.0±2.2의 결과를 각각 얻었고, 자가 장골군을 대조군으로 각 군간의 유의 한 차이는 없었다(p>0.05)(Table 1).

방사선학적 유합율은 1분절 동종골군이 81.8%

(p=0.16), 2분절 동종골군 70.0%(p=0.08)(Fig.

3)와 자가 장골군이 100%의 결과로 자가 장골군이 우수하였고 2분절 동종골군이 유합율이 낮았다 (Fig. 4).

추간판 간격의 변화는 1분절 동종골군이 수술 전

Fig. 2. The disc height was measured on the preoperative and postoperative lateral plain radiographs.

Table 1. The Clinical Satisfaction Rate and VAS* Score for Back Pain

No. Kirkaldy-Willis Satisfaction VAS* score for back pain

Group 1 11 90.9% 2.3±1.4

(Allograft 1 segment) (P=0.14) (P=0.09)

Group 2 20 85% 2.3±0.8

(Allograft 2 segments) (P=0.86) (P=0.06)

Group 3 08 87.5% 3.0±2.2

(Autograft 1 segment)

* VAS: visual analogue scale

�P value means comparison between study group and control group, Group 3 using Fisher’s exact test.

평균 12.0±3.7 mm, 수술 후 16.0±2.3 mm, 최종 추시 상 13.0±3.2 mm, 2분절 동종골군 수술 전 평 균 14.6±3.7 mm, 수술 후 17.4±3.4 mm, 최종 추 시 상 15.4±2.9 mm 결과를 얻었고, 자가 장골군은 수술 전 평균 14.0±3.6 mm, 수술 후 17.5±5.0

mm, 최종 추시 상 14.3±3.6 mm 결과로 세 군 모 두 수술 후 추체간 높이가 회복되어(P<0.05) 추시 상 모두 소실된 결과를 얻었으나(P<0.05) 수술 전 추간판 높이 이상으로 추간판 높이 유지에는 양호한 결과를 얻었다(Table 2). 1분절 동종군 1예에서 이 식골의 흡수와 불유합으로 수술 후 6개월째 cage고 정 및 척추경 나사못의 재삽입술을 시행하였다. 2분 절군의 불유합의 결과를 얻은 2예에서는 내과적인 당뇨가 동반되어 있었으나 감염이 발생한 경우는 없 었다.

고 찰

요추의 추체간 유합술을 위한 이식골로 자가 장골 은 1946년 Dick¹⁶⁾에 의해 기술된 이후 우수한 결과 를 보였다. 이는 자가 장골이 골유도, 골전도 능력뿐 아니라 골형성 능력이 있는 세포를 가지고 있는 세

A

C

B

Fig. 3. (A) A 50-year-old male’s preoperative radiograph showed spinal stenosis at L3-L5. (B) Immediately postoperative radiograph revealed posterior lumbar interbody fusion using morselized allograft mixed with autologous bone marrow and impaction graft- ing technique on L3-L5. (C) At a postoperative 24 months, radiograph showed radiological fusion &

well maintenance of disc height.

Fig. 4. Radiological results of the fusion in three groups.

가지의 장점 때문일 것이다. 그러나 이러한 장점에 도 불구하고 자가 장골은 잘 알려진 바와 같이 숙련 된 수술자가 시행하더라도 이식 공여부 동통, 심부 감염, 이식공여부의 골절 등의 단점이 있고,^17,18) 다 분절 유합이나 불유합에 따른 재 수술시 제한된 양 으로 인한 문제가 있어 현재 다양한 골이식 대체물 에 대한 연구 및 개발이 진행되고 있다. 자가골의 대 체물로 동종골은 자가골 사용의 단점인 채취에 따른 문제점이 없고, 인공삽입물과 달리 생물학적인 유합 이 가능하며 그리고 생역학적으로도 추체와 물성이 비슷하여 이상적이다.

하지만 동종골은 자가 장골이식술에 비해서 몇 가

지 약점이 있다.

첫째, 골 유합율 면에서 An 등¹⁹⁾은 자가골과 동종 골을 이용하여 척추의 후외측 유합율을 시행함에 있 어서 자가골은 80%의 유합율을 보이나 동종골은 45%의 유 합 율 을 얻 었 다 고 보 고 하 였 고 , Brantigan²⁰⁾은 동종골을 이용한 요추 추체간 유합 술후 56% 골유합 성공율을 보고하여 동종골의 골 유합율의 성적이 자가골과 비교할 때 좋지 않았다.

최근 골유합을 향상시키기 위해 동종골에 BMP를 혼합하여 우수한 유합 결과가 보고되고 있으나,²¹⁾ Vaidya 등²²⁾은 동종골의 골 유도능을 위해 재조합 BMP를 혼합하여 골 유합율은 크게 향상 시켰으나

Table 2. The Changes of Disc Height on Lateral Radiograph

Preoperation Postoperation Last Follow-up

(mean±SD) (mean±SD)

Group 1 12.0±3.7 mm 16.0±2.3 mm 13.0±3.2 mm

(P=0.0001) (P=0.0001)

Group 2 14.6±3.7 mm 17.4±3.4 mm 15.4±2.9 mm

(P=0.0001) (P=0.0001)

Group 3 14.0±3.6 mm 17.5±5.0 mm 14.3±3.6 mm

(P=0.005) (P=0.007)

Fig. 5. Radiograph and magnetic resonance image at 31 months after surgery showed well bony fusion and remodel- ling of the allograft.

이식골의 침강이 50%이상에서 발생하여 더 이상 혼 합사용을 권하지 않는다고 보고하였다. 자가 골수는 1986년 Cannolly와 Shindell²³⁾이 발표한 경골의 불유합을 치료하기 위해 자가 골수의 경피적 주입으 로 치료한 결과를 보고한 이후 골형성 능력이 있는 세포를 쉽게 얻을 수 있는 방법으로 임상에서 사용 되어지고 있다. 그러나 자가 골수는 그 자체로는 골 전도 능력이 제한되어 동종골과 혼합 사용한 경우 우수한 임상 결과의 보고가 점차 늘고 있다.^12,24,25) Curylo 등²⁶⁾은 후외방 유합술 토끼 모델에서 탈무 기질 동종골과 자가 골수 혼합의 결과가 방사선학적 유합율 76.5%, 탈무기질 동종골 단독 사용의 52.3% 보다 높은 결과로 자가 골수의 척추 후외방 유합술 모델에서 자가 골수의 역할을 보여주었다.

따라서 자가 골수와 해면 동종골 혼합 이식은 이론 적으로 동종골이 가지고 있는 골 전도성과 제한적이 지만 자가 골수의 골 유도성과 골형성 세포를 활용 할 수 있는 좋은 방법으로 사료된다. 본 논문의 결과 에서 1분절군 81.8%, 2분절군 70.0%의 방사선학적 골유합의 결과를 얻어 자가골 이식골군보다 낮은 유 합율이나 이전의 연구보다 유합율이 향상된 결과를 얻었다. 또한 저자가 불유합으로 판정된 해면 동종 골 이식 환자의 31개월 추시 자기공명 검사에서 해 면 동종골이 자가골로 완전 치환되지 않았으나 분절 의 안정성은 확인되었다(Fig. 5). 이는 골유합 정의 에서 유합과 분절 안정의 차이가 있음을 시사하여 해면 동종골의 추적 관찰에서 골유합을 얻을 가능성 을 내포 하였다. 또 하나의 약점으로 동종골 이식 후 이식골의 추체내로 침강 또는 붕괴가 일어날 수 있 다는 것이다.²⁷⁾역학적으로 안정성이 뛰어난 특성을 가진 자가 피질골과 달리 해면 동종골은 역학적으로 안정성이 떨어져 쉽게 붕괴될 수 있다. 해면 동종골 의 압박골이식 수기는 인공 고관절 치환술의 골결손 을 재건하거나 대퇴골두 무혈성 괴사에서 핵심감압 술 후 압박골이식술의 임상적 적용에 있어서 양호한 결과가 보고되고 있다.²⁸⁾저자는 해면 동종골의 역학 적 취약점을 보완하는 방법으로 해면 동종골의 압박 골이식술을 시행하였고 추가적으로 감압으로 채취 된 내측 후관절 골편을 케이지처럼 지지골로 사용하 였다(Fig. 1-B).

본 논문에서 추간판 높이의 변화는 세 군 모두 수 술 후 추체간 높이가 증가된 뒤 최종 추시 상 방사선 학적 추간판 높이가 감소되었다. 이는 1분절 동종골 군에서 평균 3 mm, 2분절 동종골군에서 평균 2.3 mm, 자가골군에서 평균 3.2 mm로 추시 상 모두 소실된 결과를 얻었으나, 수술 전 추간판 높이 이상 으로 추간판 높이 유지에 양호한 결과를 얻었다.

본 논문이 각 군간 수술 환자의 흡연이나 질환 등 특성 조사가 되지 않았고, 대상 환자 수가 적을 뿐 아니라 후향적 조사의 한계가 있으나 요추 후방 추 체간 유합술을 위한 자가 골수 혼합 해면 동종골의 압박골이식 수기의 적용은 기존에 보고된 단독의 동 종골 이식술보다는 골유합을 향상시켰고, 추체높이 유지에 양호한 결과를 고려할 때 자가골 이식의 대 체방법의 하나로 선택될 수 있으리라 사료되며 향후 많은 환자를 대상으로 불유합 위험군 연구 등 동종 골 이식의 금기증 연구가 필요하리라 사료된다.

결 론

요추 후방 추체간 유합술을 위한 자가 골수 혼합 해면 동종골의 압박골이식 수기의 적용은 자가 장골 군보다 방사선학적 낮은 유합율을 얻었으나 임상적 결과 및 방사선학적 추체 높이 유지에 차이가 없는 결과를 고려할 때 자가골 이식 대체 방법의 하나로 선택될 수 있으리라 사료된다.

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