반월상 연골-대퇴 인대의 반월상 연골 장력 유지에 대한 기능
- 돼지 슬관절을 이용한 실험적 연구 -
울산대학교 의과대학 울산대학교병원 정형외과학교실
조성도・박태우・우종근
= 국문 초록 =
목적: 후방 반월상 연골-대퇴 인대가 외측 반월상 연골의 장력을 유지하여 주는 기능이 있음을 돼지의 슬 관절을 이용하여 실험적으로 증명하고자 하였다.
대상 및 방법: 실험용 재료로는 돼지의 슬관절을 이용하였으며 후방 반월상 연골-대퇴 인대가 정상 및 단 열된 상태에서 각각 1) 정상 외측 반월상 연골, 2) 외측 반월상 연골 후각부의 방사상 파열, 3) 외측 반월상 연골 전절제술의 상태를 만들어 실험하였다. Instron기계를 이용하여 슬관절의 신전위에서 1 5 0 k g의 하중이 슬관절에 전달되도록 하였으며 pressure-sensitive film (저압용Prescale film, Fuji)을 이용하여 가압 면 적, 최대 압력 및 평균 압력를 측정하였다. 판독은 후지필름 Prescale 압력 화상 해석 시스템인 F D P - 9 0 1 E s e r i e s를 이용하였다.
결과: 후방 반월상 연골-대퇴 인대가 정상이면 정상군과 방사상 파열군에서 가압 면적, 최대압력 및 평균 압력이 큰 차이를 보이지 않았다. 하지만 후방 반월상 연골-대퇴 인대의 단열된 경우에는 외측 반월 연골의 상태에 관계없이 압력이 한 곳에 집중되는 소견을 보여 후방 반월상 연골-대퇴 인대가 정상인 상태에서 외측 반월상 연골 전절제술의 경우와 결과가 비슷하였다.
결론: 돼지의 후방 반월상 연골-대퇴 인대가 축성 부하에 대하여 외측 반월상 연골의 장력을 유지하여 주 는 기능을 담당한다는 것을 알 수 있었다.
색인 단어: 돼지, 슬관절, 후방 반월상 연골-대퇴 인대, 외측 반월상 연골, 장력 유지 기능
Volume 14, Number 2, December 2 0 0 2
서 론
급성 전방 십자 인대 손상이 있는 환자는 종종 반 월상 연골의 파열을 동반하게 되며 만성으로 갈수록 내측 반월상 연골의 파열이 흔히 동반된다. 저자들은 전방 십자 인대 파열이 있는 환자를 관절경하 재건술 을 시행하면서 내측 및 외측 반월상 연골 파열의 양 상을 관찰하였으며 이에 따른 관절면의 퇴행성 변화 의 유무를 확인하였다. 특히 만성 전방 십자 인대 재 건술시 파열이 내측 반월상 연골의 후각부에 존재한 경우 내측 구획 관절면에 퇴행성 변화가 동반되는 경
우가 많았으나 외측 구획의 경우 외측 반월상 연골의 후각부 파열이 있어도 관절 연골이 대체로 잘 보호되 어지는 것을 관찰하였으며 이는 외측 반월상 연골의 후각부 파열이 있더라도 후방 반월상 연골-대퇴 인대 에 의해 외측 반월상 연골의 장력이 유지되어 안정성 을 부여 받아 관절면을 보호해 주는 것으로 생각된 다. 이에 저자들은 후방 반월상 연골-대퇴 인대가 외 측 반월상 연골의 장력 유지를 통한 안정화의 기능을 담당하여 슬관절에 주어지는 부하로부터 관절 연골을 보호하여 주는 기능이 있음을 돼지의 슬관절을 이용 하여 실험적으로 증명하고자 하였다.
Corresponding Author: Sung-Do Cho, M.D.
Department of Orthopaedic Surgery, Ulsan University Hospital 290 Cheonha-dong, Dong-gu, Ulsan 682-714, Korea
Tel: 052-250-7129, Fax: 052-235-2823, E-mail: sdcho@uuh.ulsan.kr
연구 대상 및 방법
실험용 슬관절은 당일 도축된 돼지( Y o r k s h i r e )의 슬관절 상하 10 cm에서 절단하여 이용하였다. 절단 된 뒤 바로 피부 및 피하조직, 관절낭을 제거하였으 며 인체의 전방 십자 인대에 해당하는 l i g a m e n t u m decussatum anterius(cranial cruciate liga- m e n t )와 후방 십자 인대에 해당하는 l i g a m e n t u m decussatum posterius(caudal cruciate liga- m e n t )와 외측 반월상 연골에 붙은 후방 반월상 연 골-대퇴 인대(ligamentum femorale menisci latreralis,femoral ligament of lateral menis- cus) 를 보존한 상태에서 2 ~ 3시간 내에 모든 실험 을 완료하였다. 경골과 대퇴골은 골막을 박리한 후 치과용 resin(Jet acrylic:pound powder &
acrylic liquid)을 이용하여 원형의 알루미늄통에 고 정하였으며 이때 Steinmann pin을 이용하여 관절 면과 지면이 평행하도록 하였다. 상하로 고정된 슬관 절은 I n s t r o n기계를 이용하여 슬관절의 신전위에서 하중이 슬관절에 전달되도록 하였으며, 실험중에 생 길수 있는 조직의 건조를 막기 위하여 생리식염수를 분무하면서 시행하였다(Fig.1B). 실험중에 관절면의 가압 면적, 평균 압력 및 최대 압력 측정에 사용된 Prescale film(Fuji)은 그 감도에 따라 극초저압용 (LLLW) 0.2~0.6 Mpa(1 Mpa(10.2 kgf/cm2) , 초저압용(LLW) 0.5~2.5 Mpa, 저압용(LW) 2.5- 10 Mpa, 중압용(MW) 10~50 Mpa, 중압용( M S ) 10~50 Mpa, 고압용(HS) 50~130 MPa으로 5가 지 형태가 있으며 Prescale film은 지지체(PET 베 이스)와 발색제층으로 이루어진 A film과 지지체 (PET 베이스)와 현색체층으로 이루어진 C film의 간유리 상태의 꺼칠꺼칠한 면을 서로 마주보게 하여 압력이 가해 졌을 때 발색체층의 마이크로캡술이 터 지면서 C film을 붉은색으로 변하게 된다. 이 때 그 변색정도는 가해진 압력에 비례하며 색의 농도에 따 른 압력의 판독은 후지필름 Prescale 압력 화상 해 석 시스템인 FDP-901E series을 이용하였다. 본 실험에서는 인체의 생리적 범위내 하중 측정에 비교 적 적당하다고 생각되는 저압용을 사용하였다.
Prescale film은 3 cm×4 cm크기로 잘라 w r a p으 로 A film과 C film을 포개어 넣은 후 외측 관절면 에 끼워 넣었으며, film의 변색은 온도와 습도에 따 라 영향을 받을 수 있어 실험실의 온도는 2 0도 습도 는 7 0 %로 유지 하였다(Fig.1A). 실험 중에 가해진 하중은 일상생활을 통하여 편측 슬관절에 가해질 수
있는 하중인 150 kg으로 정하였으며 하중의 전달은 I n s t r o n기계를 이용하여 대퇴골 및 경골의 장축에 대해 수직으로 3 mm/min으로 서서히 가하였으며, 목표된 압력에 도달하면 1 0초간 유지한 후 서서히 감압하였다. 후방 반월상 연골-대퇴 인대가 정상 및 단열된 상태에서 각각 1) 정상 외측 반월상 연골, 2) 외측 반월상 연골 후각부의 방사상 파열, 3) 외측 반 월상 연골 전절제술의 상태를 만들어 각 조건에 대해 6회씩 반복 실험하였으며 외측 관절 구획에 미치는 압력 분포를 pressure-sensitive film(Prescale f i l m , F u j i )을 이용하여 가압 면적, 평균 압력 및 최 대 압력을 측정하였다( F i g . 2 ) .
결 과
각 경우의 Prescale film을 압력 화상 해석 시스 템을 이용하여 분석하였다(Fig. 3. & Fig.4). t-검 정을 이용하여 각 결과간의 유의성을 계산하였다. 후 방 반월상 연골-대퇴 인대가 정상 상태에서는 정상 외측 반월상 연골의 경우와 외측 반월상 연골 후각부 의 방사상 파열의 경우 사이에 가압 면적, 최대 압력 및 평균 압력이 외측 반월상 연골 전적출술의 경우에 비해 큰 차이를 보이지 않았다. 예를 들어 정상 후방 반월상 연골-대퇴 인대시 정상 외측 반월상 연골과 외측 반월상 연골의 후각부 방사상 파열시 가압면적 이 t = 7 . 2 1 ( p < 0 . 0 0 5 )이었으나 외측 반월상 연골의 전 적출시는 t = 7 7 . 5 ( p < 0 . 0 0 5 )이었다. 가압 면적 및 최 대 압력 및 평균 압력은 후방 반월상 연골-대퇴 인대 가 단열된 경우에 후방 반월상 연골-대퇴 인대가 정 상인 경우보다 각 상황에서 대부분 가압 면적이 감소 된 소견을 보였다. 예를 들어 반월상 연골이 정상일 경우에 반월상 연골-대퇴 인대가 정상 및 단열된 경 우를 비교하였을 때 t = 7 8 . 7 8 ( p < 0 . 0 0 5 )로 유의한 차 이를 보였다. 이는 압력 분산의 기능을 전혀 못하여 생긴 결과로 생각되어진다. 평균 압력 및 최대 압력 의 경우는 반대로 증가되는 소견을 보였다. 예를 들 어 정상 반월상 연골 경우 반월상 연골 대퇴-인대가 정상 및 단열된 상태에서 평균 압력은 t = - 178.6(p<0.005), 최대 압력은 t = - 3 7 . 2 ( p < 0 . 0 0 5 )로 유의한 차이를 보였다. 즉 후방 반월상 연골-대퇴인 대의 단열된 경우에는 외측 반월 연골의 상태에 관계 없이 압력이 한 곳에 집중되는 소견을 보여 후방 반 월상 연골-대퇴 인대가 정상인 상태에서 외측 반월상 연골 전절제술의 경우와 결과가 비슷하였다(Table 1
& 2).
고 찰
반월상 연골-대퇴 인대는 강한 collagen fibrous b a n d로서 대퇴 내측과의 외측면에서 기시하여 원위 부 외측으로 외측 반월상 연골의 후각부로 이어지며 하나 또는 두개의 분지로 이루어 지는데 후방 십자 인대의 후방에는 ligament of Wrisberg가 위치하 며 ligament of Humphrey는 후방 십자 인대의 전방에 위치하게 된다2 ). 반월상 연골-대퇴 인대는 여 러 문헌에 의하면 그 빈도가 5 0 ~ 7 6 %에 이른다 하 였다. 조 등3 )의 연구에 의하면 28 cadaver knee를 해부하였을 때 2 5례에서 ligament of Wrisberg를 확인하였고 ligament of Humphrey는 확인하지 못하였다고 한다. Makris 등1 5 )은 2 4개의 슬관절에 대해 반월상 연골-대퇴 인대를 9 1 . 7 %에서 확인할 수 있었다고 하였으며 5 0 %에서 ligament of Wrisberg, 25%에서 ligament of Humphrey,
1 6 . 7 %에서 모두를 확인하였다고 하며 후방 반월상 연골-대퇴 인대는 후방 십자인대 직경의 후방 1/3 근 위부에 위치하며 전방 반월상 연골-대퇴 인대는 후방
FIGURE 1. (A) A wrapped Prescale film (Fuji).
FIGURE 1.(B) Universal testing machine (Instron,model No.4469,USA) and mounted specimen.
A B
FIGURE 2. The experiment was performed under 6 conditions: a) intact posterior meniscofemoral ligament (PML) with intact later- al meniscus (LM), b) intact PML with radial tear of posterior horn of LM, c) intact PML with total lateral meniscecto- my, d) cut PML with intact LM, e) cut PML with radial tear of posterior horn of LM, and f) cut PML with total lateral meniscectomy.
십자인대 직경의 중간 1/3 원위부에 위치한다고 하 였다. 후방 반월상 연골-대퇴 인대는 슬관절 신전시 에 긴장되고 굴곡시 초기에 이완되어 진다. 반면에
전방 반월상 연골-대퇴 인대는 굴곡시에 긴장해져서 외측 반월상 연골의 후각부를 앞으로 잡아 당기는 역 할을 하며 그 역할이 크지는 않으나 경골의 후방 전 위를 방지하는 이차 구속물의 역할을 한다고 하였다.
그러나 내측 반월상 연골의 후각부에서 기시하는 반 월상 연골-대퇴 인대를 확인하지 못하였다고 했으며 이런 이유로 내측관절 구획의 병변이 증가할 수 있음 을 설명하였다. 외측 반월상 연골의 후각부는 이중 부착을 하게 되는 데 전방은 경골 과간 결절부에 붙 게 되고 후방은 반월상 연골-대퇴 인대에 의해 대퇴 골에 붙게 된다. 슬관절을 굴곡하는 동안 반월상 연 골-대퇴 인대는 후각부를 전내측으로 이동시켜 meniscotibial socket과 대퇴 외과골과의 일치를 증가시킨다1 3 ). Kim과 P a r k1 1 )의 연구에 의하면 반월 상 연골-대퇴 인대는 내,외측 반월상 연골과 더불어 이차 구속물로서 슬관절의 안정에 기여를 하며 특히 FIGURE 3. Images by the Prescale imaging analysis system
in intact PML.
FIGURE 5. PML.Despite radial tear of posterior horn of later- al meniscus (LM), LM is stabilized by PML and articular cartilage is intact.
FIGURE 4. Images by the Prescale imaging analysis system in cut PML.
Table 1. The pressed area, maximum and average pressures in intact PML.
PA AP MP
Intact LM 207.6±2.5 1.39±0.03 5.27±0.30
LMPH tear 193.7±4.0 1.26±0.04 4.61±0.07
Total Meniscectomy 82.0±3.0 4.02±0.02 12.40±0.36
PA (pressed area:mm2) AP (average pressure:MPa) MP (maximum pressure:MPa)
Table 2. The pressed area, maximum pressure and average pressures in cut PML.
PA AP MP
Intact LM 81.3±2.08 4.08±0.10 10.83±0.15
LMPH tear 85.0±4.00 3.95±0.05 11.40±0.05
Total Meniscectomy 91.3±3.21 4.41±0.07 12.60±0.10
PA (pressed area:mm2) AP (average pressure:MPa) MP (maximum pressure:MPa)
1 0 0 N과 2 0 0 N의 후방 스트레스를 가했을시 각각 1 1 . 7±10.8N, 8.3±9 . 7 N의 역할 담당한다고 하였 다. 근래에 생역학적 개념이 정형외과 영역에 도입됨 에 따라 슬관절에 방사선 관절 조영술, Casting방 법, 또는 3차원 광탄성 모델을 이용한 분석 등이 이 용되었으나 여러 단점으로 최근에는 사용되지 않고 있다. Kim 등1 2 )은 조작이 간편하고 반복 실험이 용 이한 Pressensor film을 이용하여 반월상 연골판 적출술후 슬관절의 접촉 면적 및 하중 분포에 대한 연구를 발표한 바 있다. 단위 면적 당 압력을 측정할 때 Pressensor film pressure chart를 이용하였고 접촉면적을 측정할 때는 compensatory polar p l a n i m e t e r를 이용하였다고 하였다. 저자들은 압력 화상 해석 시스템(FDP-901E series)을 이용하여 얻어진 Prescale film을 컴퓨터로 화상 입력하여 가 압 면적 및 평균 압력, 최대 압력을 얻었다. 전방 십 자 인대 손상시 만성으로 이행됨에 따라 내측 반월상 연골의 파열 및 내측 관절면의 퇴행성 변화가 외측 반월상 연골의 파열 및 외측 관절면의 퇴행성 변화보 다 심한 이유를 여러 저자들은 반복된 pivot shift현 상, 경골의 전방 탈구, 관상 인대의 부착 상태등의 이유를 들어 설명하였다4 , 5 , 6 , 8 , 9 , 1 0 , 1 6 ). 저자들은 외측 반 월상 연골의 반월상 연골-대퇴 인대에 의한 안정성 부여를 하나의 이유로 추가하여 전방 십자 인대 파열 및 연골판의 파열로 슬관절 불안정성이 동반된 슬관 절에서 반월상 연골판과 반월상 연골-대퇴 인대가 관 절 연골에 미치는 영향을 연구하고자 하였다. Lee
등1 4 )은 1 3 8명의 환자를 대상으로 외측 반월상 연골의
파열과 반월상 연골-대퇴 인대의 존재유무를 연구한 결과 반월상 연골-대퇴 인대의 유무와 외측 반월상 연골의 파열의 증가는 없다고 하였다. 하지만 반면에 외측반월상 연골의 후각부의 손상은 반월상 연골-대 퇴 인대에 의해 장력(hoop tension)이 유지되어 절 제하여도 무방한 것으로 보고되어 지고 있다. Ahn 등1 )에 의하면 반월상 연골의 후각부의 절단 파열시 안정성이 소실되어 체중 부하시 장력의 소실로 인해 슬관절의 퇴행성 변화가 생기는 것으로 판단된다고 하였다. 하지만 저자들은 외측 반월상 연골의 경우 후각부 파열이 있다 하더라도 후방 반월상 연골-대퇴 인대에 의해 안정성이 부여되어 체중 부하시 장력이 유지되어 외측 관절 구획의 퇴행성 변화가 잘 오지 않을 것으로 생각되었다. Fitzgibbons와 S h e l- b o u r n e7 )에 의하면 전방 십자 인대 재건술시에 일부 외측 반월상 연골의 손상시 aggressive nontreat- m e n t에 의해 좋은 결과를 보고하였는데 특히 외측 반월상 연골의 후각부 견열 파열, 슬와건의 후방에
위치한 수직 파열, 안정된 종적 파열, 방사상 파열, 전각부 수직 파열시 보존적인 치료로 추시 기간 동안 이로 인한 동통을 호소하지 않았다고 하였다. 특히 슬와건의 후방에 위치한 수직 파열은 기술적으로 복 구가 쉽지 않으며 신경혈관 합병증의 위험성으로 그 대로 두던가 마모술을 시행하여 치유을 촉진하고자 하였다. 또한 이들은 전방 십자 인대가 결핍된 무릎 에서 재발성 슬관절 불안정에도 불구하고 내측 반월 상 연골의 손상시 보다 외측 반월상 연골의 손상은 좀더 치유및 무증상으로 있을 가능성이 크다고 하였 고 따라서 앞으로 증상을 유발시키지 않을 손상일 경 우 그대로 두었다고 한다. 이런 유형의 파열을 제거 시 후에 외측 대퇴과에 손상을 주어 퇴행성 변화를 유발한다고 하였다. 결론적으로 그들은 전방 십자 인 대 재건술시에 발견된 대부분의 외측 반월상 연골의 손상은 무증상이었고 복구하지 않아도 임상적으로 문 제가 되지 않았으며 슬와건의 후방에 위치한 수직 종 파열은 전방 십자 인대 재건술시에 양동이 손잡이형 파열로 진행이 되지 않아 복구의 필요성이 없다고 하 였으며 전방 십자 인대와 흔히 동반되는 후각부의 견 열은 그대로 두어도 임상적으로 무증상인 상태를 보 였다고 하였다. 이는 외측 반월상 연골이 내측 반월 상 연골에 비해 반월상 연골-대퇴 인대에 의해 장력 이 유지되어 만성시에도 안정성을 유지할수 있음을 시사하는 것으로 생각되었다( F i g . 5 ) .
결 론
돼지의 후방 반월상 연골-대퇴 인대가 축성 부하에 대하여 외측 반월상 연골의 장력 유지 기능을 담당한 다는 것을 알 수 있었다.
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─ Abstract ─
Meniscus Hoop Tensioning Function of the Meniscofemoral Ligament - An Experimental Study Using the Knee Joint of the Pig -
Sung-Do Cho, M.D., Tae-Woo Park, M.D., Jong-Ken Woo, M.D.
Department of Orthopaedic Surgery, Ulsan University Hospital University of Ulsan College of Medicine, Ulsan, Korea
Purpose: To prove experimentally if the posterior meniscofemoral ligament (PML) has hoop tension- ing function for the lateral meniscus using the knee joint of the pig.
Materials and Methods: Amputated stumps with the knee joint of the pig (Yorkshire) were used. The experiment was performed under 6 conditions; 1) intact PML with intact lateral meniscus (LM), 2) intact PML with radial tear of posterior horn of LM, 3) intact PML with total lateral meniscectomy, 4) cut PML with intact LM, 5) cut PML with radial tear of posterior horn of LM, and 6) cut PML with total lateral meniscectomy. The pressure-sensitive film (Prescale,Fuji) was inserted under the lateral femoral condyle and axial loads was transmitted to the knee joint with universal testing machine (Instron, model No.4469, USA). The pressed area, maximum pressure and average pressure were measured by the Prescale imaging analysis system FDP-901E series.
Results: With the intact PML, there was little difference in pressed area and maximum and average pressures between the conditions of intact meniscus and radial tear of posterior horn of LM. With the cut PML, regardless of the states of the LM, pressure concentration (much decreased pressed area, and increased maximum and average pressures) occurred, which had similar results to the condition of total lateral meniscectomy with intact PML.
Conclusion: The PML of the pig had hoop tensioning function for the LM under axial loads.
Key Words: Pig, Knee joint, Posterior meniscofemoral ligament, Lateral meniscus, Hoop tension
