척추 유합술과 동종골 한양대학교 의과대학 정형외과학교실

척추 유합술과 동종골

한양대학교 의과대학 정형외과학교실

박 예 수

척추 수술에 있어 이식골은 척추 유합술시 가장 흔히 사용된다. 자가골은 척추 유합술의 골이식 시행시 기본적인 방법이지만 동종골은 많은 이식골을 요구하는 수술의 경우 매우 유용하며, 또한 고령 환자와 골다공증의 증가로 인해 매우 중요하다.

색인 단어: 동종골, 척추 유합술

Allograft and Spinal Fusion

Ye-Soo Park, M.D.

Department of Orthopaedic Surgery, Guri Hospital, Hanyang University College of Medicine

One of the most common uses of bone grafts in spine surgery is during spinal fusion.

Autograft is golden standard in bone grafting of spinal fusion. But, allograft is very useful when your operation requires more bone graft than your own body can supply. And also, allograft is very important due to the increment of old age and osteoporosis

Key Words: Allograft, Spinal fusion

� Address for Correspondence: Ye-Soo Park, M.D.

Department of Orthopaedic surgery, Hanyang University Guri Hospital, 249-1, Gyomundong, Guri-city, Gyunggi-do, Korea

Tel : 82-31-560-2317, Fax : 82-31-557-8781, E-mail : hyparkys@hanyang.ac.kr

서 론

근골격계 이식에 있어 동종 이식은 해마다 증가 하는 추세이며 2003년 미국의 경우에는 약 130만 건의 시행 보고를 하고 있고, 동종 이식을 위한 기 증자도 증가하는 추세이다(Fig. 1, 2). 이중 골이 식은 혈액제재 다음으로 흔한 이식 조직으로 알려 져 있으며, 미국의 경우 연간 50만건 이상이 시행

되고 있으며, 전세계적으로는 약 220만건이 행해 지고 있다고 알려져 있다⁷⁾.

물론 자가골을 대체하기 위한 연구와 더불어 그 사 용은 동종골만이 아닌 골이식 대체물 전체의 사용 증 가를 보여주고 있다(Fig. 3). 척추 수술에 있어서도 경 추, 흉추, 요추 수술의 증가, 고령 환자의 증가, 골다공 증의 증가와 더불어 골이식 대체제의 사용이 활성화 되고 있는 것이 현실이다(Fig. 4, 5). 현재까지도 많이

사용되고 있는 자가골 이식의 부작용은 동통, 혈관 손 상, 수술 시간의 증가, 신경 손상, 재활 치료의 지연, 골 절, 감염등이 보고되고 있으며, 특히 장분절 수술의 경 우에는 자가골의 제한된 양으로 인해 이식골이 부족하 므로 동종골과 골이식 대체제의 사용이 증가하고 있 다. 그러나 자가골 대신 가장 흔히 사용되고 있는 동종 골의 경우에도 질환 전파의 가능성, 골형성능의 부재 등 문제가 있어 이에 대한 정확한 이해가 필요하다.

본 론

1. 골이식의생물학적특성(biology)과척추분야의현황

골이식의 특징을 살펴보면 골재생 과정으로 골형 성(osteogenesis), 골유도(osteoinduction), 골 전도(osteoconduction)의 3가지 주요 단계가 있 다. 골 이식을 시행하는 경우에는 이식된 골이 숙주 골(host bone)에 융합(incorporation)되는 과정 에서 골 재생(bone regeneration)이 발생하는데, 여기에는 골형성, 골유도, 골전도의 세 가지 중의 하 나 또는 두 가지 이상이 동시에 일어난다고 알려져 있다³⁹⁾.

이식골의 기본적인 기능 두 가지는 신생골 형성에 필요한 세포 환경을 제공하는 것과 치유 기간 동안 구조적 안정성을 제공하는 것이며, 이식골의 완전한 치유를 융합(incorporation)이라 한다^1,4). 이는 골

Fig. 1. U.S. trends in musculoskeletal tissue donor²⁵⁾ Fig. 2. Musculoskeletal allograft distribution source

Fig. 3. U.S. sales of bone graft and bone-graft substitutes source²⁵⁾

형성, 골전도 그리고 골유도의 세 가지 요소에 의하 며 이상적인 이식골은 이 세 가지 조건을 모두 충족 시켜야 한다^5,12).

이처럼 골이식은 골절등 여러 분야에서 증가 추세 에 있지만 특히 척추 수술에 있어서는 과거에 비해 많은 증가를 보이고 있다. 부위에 따라서는 경추, 흉 추부 보다는 요추부 수술의 많은 증가를 보여주고 있으며, 요추부에서도 전방 유합술 보다는 후방 유 합술의 증가를 보여주고 있다. 요추부 후방 유합술 에 있어서는 자가 장골과 더불어 동종골의 사용이 증가 추세이며, 특히 동종골의 경우에는 골형성능이

없어 후방 감압중 나오는 추궁판 유래 피질 자가골 에 동종골을 혼합하여 사용하는 추세이다. 그러므로 이러한 자가골(피질골, 해면골), 동종골(피질골, 해 면골)의 생물학적 특성에 대해서도 인지하고 있어 야 하며(Fig. 6, 7), 유합에 영향을 미치는 전신 요 인이나 부분 요인들에 대해서도 주의를 기울여야 한 다(Fig. 8).

1) 자가골의 생물학적 특성

자가골은 골형성능, 골유도, 골 전도능 모두를 가 지고 있으며, 질환 전이의 가능성이 없다. 그러므로

Fig. 4. Procedure counts for primary spinal fusion

Fig. 5. Procedure counts for revision spinal fusion in the U.S.(1990-2005)³⁸⁾in the U.S.(1990-2005)³⁸⁾

가장 흔히 안전하게 사용 가능한 이식골임에도 불구 하고 채취 양의 제한과 고령화 사회로 인한 노령 인 구의 수술 증가, 골다공증의 증가등 많은 문제가 있 어 그 사용이 감소하고 있는 추세이다. 이러한 자가 골중 자가 해면골은 사용후 약 2일 이내에 신생 혈 관의 형성을 볼 수 있으며, 이식후 약 4주 이내에 활 성적인 골형성을 확인 할 수 있다. 자가 피질골의 경 우에는 단단한 구조로 인해 신생 혈관의 형성이 방 해되어, 골 융합은 조골세포 대신 파골세포에 의해 일어나며, 이러한 골흡수는 이식 2주초까지 일어나 며 약 6개월까지 증가하여, 이식골의 완전 흡수후 신생골로 대치되는 점진 대치(creeping substitu- tion) 소견을 보이게 된다²⁹⁾.

2) 동종골의 생물학적 특성

동종골은 임상적으로는 신선 동종골(fresh), 동 결 동종골(frozen), 동결 건조 동종골(lyophiliza- tion), 탈무기물 골기질(demineralized bone matrix) 등으로 이용된다. 동종골은 질환의 전파, 효능의 감소^14,15), 면역학적 거부반응^6,43), 지연 유합, 불유합, 이식골의 골절등의 부작용이 발생 가능하 다. 동종골의 완전 융합은 천천이 일어나며, 신생 혈 관의 생성도 서서이, 그리고 덜 밀집된 구조로 일어 난다. 이중 동종골의 가장 큰 문제점은 골형성능 (osteogenic potential)이 없 다 는 것 으 로 , Burwell¹³⁾은 이문제를 해결하기 위해 동종골과 자 가 골수의 동시 사용을 주장하기도 하였다. 동종골

Fig. 7. Comparative properties of bone graft²⁴⁾ Fig. 6. Bone graft activity by type²⁹⁾

의 보존 방법으로는 동결, 동결 건조 방법이 가장 널 리 사용되고 있으며, -70도까지 동결하여 사용하는 경우 임상적으로도 사용에 문제가 없다고 하였다¹⁶⁾. 동결-건조한 동종골의 경우 매우 약하기 때문에 사 용전 생리 식염수에 일정 시간 침수(immersion)를 시행하여 사용하여야 한다. 그러나 일부 골 조각 (chip of bone)의 경우에는 재수화(rehydration) 를 시행하지 않는 경우도 있지만 커다란 피질골의 경우에는 약 24시간 정도의 침수를 사용전 시행하 여야 한다. Malinin³³⁾, Nathe^r36)는 추체간 골이식 처럼 압박력이 작용하는 척추 수술의 경우에는 동 결-건조 방법을 사용한 동종골의 경우에도 골유합 의 문제가 없었다고 보고하였지만, 인장력이 작용하 는 척추 후방 유합술의 경우에는 골 흡수의 빈도가 높다고도 하였다.

2. 동종골의 생역학적 특성

이식골의 생역학적 특성은 동종골의 보존 방법에 따라 변화 할 수 있다. 1965년 Sedlin⁴²⁾은 동결 방법 이 동종골의 물성(mechanical properties)에 있어

중대한 변화를 일으키지는 않는다고 보고한 바 있으 며, Bright와 Burstein¹⁰⁾, Triantafyllou 등⁴⁵⁾도 동결-건조골과 방사선 조사골에 대한 생역학적 특성 에 대한 조사를 시행한 바 있다. Komender³¹⁾는 - 78도까지 동결을 하여도 골의 물성치는 변화하지 않 는다는 보고를 하였으며, Pelker⁴⁰⁾는 동결-건조골 의 경우 압박력에 대한 저항은 유지되지만 염전 응력 (torsional stress)와 굴곡 하중(bending load)에 는 약하다는 연구 결과를 보고하였다. 그러나 최근 연구 결과에서는 신선 동결 동종골의 경우 자가골에 비해 10~20%의 압박력 약화를 보이지만 굴곡 하중 에는 비슷한 결과를 보였다고 보고하고 있다²⁶⁾.

3. 임상적 적용

척추 수술에 있어 동종골 사용으로 성공적인 유합 을 이루기 위해서는 환자의 연령, 유합 위치, 사용된 동종골의 종류에 따라 다르다고 알려져 있다. 척추 수술의 경우 동종골 이식의 적응증은 첫째로 수술 부위가 넓어 자가골이 부족한 경우, 수술에 있어 비 교적 큰 구조적 동종골(structural allograft)이

Fig. 8. Local and systemic factors influencing graft incorporation²⁹⁾

필요한 경우라고 할 수 있다²²⁾. 이러한 구조적 동종 골은 전방 유합술 시행시에 많이 사용하게 된다.

1) 경추부 수술¹⁹⁾

경추부의 경우에는 전방 유합술 시행시 동종골을 많이 사용하고 있다. Zdeblick과 Ducker⁴⁷⁾는 자가 골과 동결-건조골을 경추 전방 유합술에 금속판 고 정과 동시에 시술한 결과를 보고하면서 단분절 유합 의 경우 동종골 사용의 유합 기간이 길기는 하였지 만 95%의 유합율을 보고하였으며, 동종골 이식환자 의 30%에서 2 mm 정도의 높이 감소를 보고 하였 다. 두분절 유합의 경우에는 불유합율이 자가골 17%, 동종골 63%의 차이를 보여주었다고 보고한 바 있다. 더불어 많은 연구 결과에서도 단분절 경추 전방 유합술에서는 자가골이나 동종골 여부에 관계 없이 높은 유합율을 보고하고 있다^11,21,28).

그러나 경추 후방 수술의 경우에는 아직 널리 사 용되고 있지 않으며, 문헌 보고도 거의 없다. 일부 보고를 확인하면 자가골에 비해 그 치료 결과가 좋 지 않다고 보고되어 있으며^41,44) 임상적으로는 잘 사 용하지 않고 있다. 특히 요추부에 비해 경추부 후방 수술시 골절-탈구의 경우에는 골이식을 추궁판과 후관절간에 시행하게 되어 요추부 횡돌기간의 넓은 골이식 면적에 비해 이식 면적이 적고, 후방 피질골 에서의 신생 혈관의 형성이 요추부의 후측방 유합술 에 비해 좋지 않은 것이 사실이다. 후방 추궁판을 제 거하는 추궁판 절제술후 동시에 시행하는 lateral mass 고정술의 경우에는 후방 이식 면적이 현저히 줄어들기 때문에 후관절간에만 이식을 할 수 있으므 로 자가골 이식을 하는 것이 예후에 좋은것으로 알 려져 있다.

2) 흉추부 수술

흉추부 측만증의 치료에 있어 후방, 후측방 유합 술 시행시 장분절 수술이 많으며 이로인해 자가골의 부족에 의한 동종골의 사용에 대한 보고가 많이 제 시되고 있으며 국내나 국외 모두 그 결과에 있어 양 호한 결과들을 보여주고 있으며, 대부분 신선 동결 동종골을 사용하고 있다^8,30,35). 전방 유합술의 경우에 도 비록 골유합 기간의 지연을 보이기는 하지만 양

호한 결과를 보여주고 있다⁴⁷⁾.

3) 요추부 수술²⁰⁾

요추부 수술중 가장 널리 사용되는 후측방 유합술 의 경우 동결-건조 동종골과 수술시 감압후 얻을 수 있는 국소 자가골을 이용한 많은 임상 연구의 경우 자가골에 비해 현저한 유합율의 차이를 보여주고 있

다3,26,27,46). 그러나 신선 동결 동종골을 이용한 경우에

는 70% 정도의 유합율을 보여주었으며³⁷⁾, 신선 동 결 대퇴골두 동종골을 이용한 결과에 있어서도 좋은 결과 보여 주었다고 하였다²³⁾. 특히 An등³⁾은 자가 골, 자가골과 동결-건조 동종골의 혼합, 동결 동종 골, 동결-건조 동종골을 사용한 군들을 비교한 연구 에서 자가골, 자가골과 동종골의 혼합, 신선 동결 동 종골, 동결-건조 동종골 순으로 골유합의 정도가 양 호하였다고 보고하였다. 또한 동종골만의 사용은 불유합의 정도가 높다고 보고하면서 자가골과의 혼 합 사용을 권장하였다. 국내의 경우 정등¹⁷⁾은 동종골 과 자가골 혼합 이식으로 83.1%의 결과를 보고하면 서 자가골 혼합 이식을 추천하였다.

전방 유합술의 경우에는 후방 유합술에 비해 좋은 임상적 결과와 더불어 높은 골유합율을 보고하고 있

다^2,9,32,34). 국내의 경우에도 동종골의 추체간 유합 이

식 성적은 좋은것으로 보고되고 있다¹⁸⁾. 이처럼 요추 부 수술의 경우 압박 하중을 받는 전방 유합술의 경 우에는 자가골이든 동종골이든 그 예후가 나쁘지 않 지만, 후방 유합술의 경우에는 국소 자가골을 같이 사용한다고 해도 동종골을 주로 사용하기에는 아직 조심스럽다고 할 수 있으며 유합율을 높이기 위한 많은 연구가 필요하다고 보인다.

결 론

결론적으로 동종골의 경우 자가골의 사용을 완전히 치환할 수 는 없지만 그 특성을 잘 활용하면 효과를 극대화 할 수 있다고 판단된다. 더불어 고령화 사회에 기여하기 위해 동종골의 사용에 있어 골 유합율을 올 리기 위한 추가적인 연구가 필요하리라 사료된다.

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