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Department of Orthopaedic Surgery, College of Medicine, Chosun University, Kwangju, Korea
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요추 후외방 유합술
유이재이원
조선대학교 의과대학 정형외과학교실
Posterolateral Fusion of Lumbar Spine
Jae-Won You, M.D.
Department of Orthopaedic Surgery, College of Medicine, Chosun University, Kwangju, Korea
요추 후외방 유합술은 횡돌기, 협부, 후관절 및 추 궁을 유합하는 것으로 정의하며2 3 ), 대부분이 o n l a y 골이식술을 시행하며, 유합술의 일반적인 목적은 1 ) 변형을 방지하거나 교정하며, 2) 질병을 제거하며, 3) 척추를 안정시키며, 4) 동통 분절의 운동을 제거 하자는 것이다. 견고한 유합을 위해서 술기상 가장 중요한 점은 1) 이식골이 놓일 부위를 매우 신중하 게 준비하여야 하고, 2) 양질의 이식골의 적당량을 정확한 부위에 위치시키는 것이다1 8 ). 장점은 1) 혈관 과 장기에 손상 줄 위험이 거의 없고, 2) 눌려진 신 경 구조물을 직접 감압시키면서 골이식을 할 수 있 으며, 3) 장골능에서 많은 골이식편을 채취할 수 있 고, 4) 또한 천골까지 여러 방법으로 고정을 할 수 있다는 것이다. 그리고 유합술 방법으로는 기기고정 을 이용하지 않고 유합하거나, 기기고정으로 척추경 나사못과 금속봉이나 금속판을 이용하거나 후관절 나사못 고정술 등을 이용하는 방법이 있으며, 기기 수술은 척추 불안정을 제거할 수 있고 추간판 높이 를 회복할 수 있으며 또한 감압을 할 수 있다.
역사적 배경
골이식술은 1 9 1 1년 A l b e e와 H i b b s1 , 2 3 )가 척추 재건 술에 이용하면서 A l b e e는 자가 경골 조각을 척추 후
방 돌기를 쪼개 나누어 그 사이에 삽입하였으며, H i b b s는 척추궁을 벗겨서 골위에 덮어 유합을 도모 하였다. 1927년 C a m p b e l l1 4 )이 후외방 유합술의 개념 을 소개하였으며 1 9 3 3년에는 G h o r m l e y1 9 )가 현재의 골이식의 표준 공여부인 장골능 자가 이식 골편을 사용하였다.
기기 고정술은 골유합을 촉진시키는 목적으로 사 용하는데 1 8 8 7년 W i l k i n s4 8 )가 제 12 흉추-제1 요추 탈 구에서 후방 돌기 철사고정술을 처음 시도하였으며, 1 9 4 4년에는 K i n g2 6 )이 척추 후관절 나사못 고정술을 처음 사용하였으며, 1959년에는 B o u c h e r8 )가 척추경 나사못을 사용하였는데 이는 오늘날의 척추경 나사 못의 효시가 되었으며, 1960년에는 H a r r i n g t o n2 2 )이 좀 더 정립된 척추 기기 고정술의 개념을 도입하여 척 추 전방 전위증의 정복과 고정에 시행하였으며, 1970 년에는 Roy-Camille 등3 8 )이 오늘날의 척추경 나사못 기기 고정술을 소개한 이후 최근까지 많은 고정기기 들이 연구되어 임상에 이용되고 있다.
유합 종류
후방 유합술은 1 9 1 1년 H i b b s와 A l b e e가 시행한 이 후 1 9 6 0년대에 와서 척추궁의 비후를 초래하여 척추 관 협착증을 초래할 수 있고 또 가관절율을 높인다
Journal of Korean Spine Surg.
Vol. 7, No. 1, pp 169~175, 2000
고 하여 대부분 사용하지 않게 되었다.
후관절 유합 또한 과거에는 많이 사용하였으나 오 늘날에는 사용하지 않고 있는데 이는 이론상으로는 후관절 유합술이 후관절 동통을 치료하는데 적당하 다고 되어 있으나 골 이식물의 결합을 위한 골 접촉 면이 제한되어 있다는 단점을 갖고 있다.
후외방 유합은 후관절, 협부, 횡돌기의 유합에 대 해 1 9 5 3년 W a t k i n s가 처음 기술하였으며 이후 W i l t s e 가 추궁을 유합부분으로 포함시킴에 의해 수정 보안 되었다(Fig. 1).
중앙 절개를 통해 후외방 유합술을 시행하는 경우 에는 창상의 노출을 과다하게 하고 주변의 근육을 더 심하게 손상을 시키는 단점이 있다. 술기가 개선
되어 bilateral paraspinal splitting approach를 사용함 에 따라 혈액 손실이 감소되었고 척추경 나사못을 더 쉽고 안전하게 삽입할 수 있게 되었으며, 또한 자 가골 이식골을 더 쉽게 얻을 수 있게 되었고 공여부 의 동통도 감소하게 되었다.
후외방 유합의 주된 장점은 후방 유합과 비교시에 가관절율을 감소시키고 이식부위에 더 양호한 혈관 공급을 할 수 있고 척추 회전의 중심부에 더 가깝게 유합을 시킬 수 있다는 것이다3 0 ).
후외방 유합시 박피술에 대해 1 9 9 8년 Slappey 등4 4 ) 은 사체에서 perfusion study를 시행한 결과 피질을 제거하기에 횡돌기와 후관절 부위는 우수한 부위이 었고 협부는 덜 좋은 곳이라고 보고하였다.
Fig. 1. Posterolateral fusion.
Fig. 1.The hatched area represents the extent of decortication for L4-S1 posterolateral fusion and the final appearance after graft placement.
고정기기
1. 척추경 나사못의 사용은 1) 척추 구조물의 강도를 증가시키며, 2) segmental control을 제공하며, 3) 운 동 분절을 보존할 수 있으며, 4) 유합률을 증가시 키며, 5) 시상면 배열을 회복시킬 수 있다5 0 , 5 2 ). 1. 척추체의 고정에 있어서는 척추경의 수평 지름이
7 ~ 1 8㎜ 정도이며5 , 5 1 ) 척추경의 지름이 하방으로 내려갈수록 증가하게 되며, 척추경의 시상면 높 이는 T 1 1에서 가장 높다. 오늘날 척추경 나사못 삽입은 척추 전후길이의 약 80% 깊이로 삽입하 는 것이 추천되고 있으며5 2 ) 이는 grip strength를 30% 정도 더 증가시키며 또한 self tapping screw 는 더 큰 holding power를 제공한다4 0 ). 기기 구조 물은 이식골의 유합을 위해 견인( d i s t r a c t i o n )보다 는 압박(compression) 상태로 유지해야 한다.
1. Translaminar 후관절 나사못 고정은 Reich 등3 5 )에 의하면 요추의 후외방 유합에 사용시 2년후에 9 8 . 4 %의 견고한 유합을 얻어 의미있다고 보고하 였으며, Plotz3 4 )은 translaminar 나사못 고정술이 1-2 분절의 후외방 유합이 있어 우수한 방법이라 고 할 수 있으나 요추 감압술을 시행한 경우에는 전방 전위가 발생할 수 있다고 보고하였다.
2. 기기의 물질은 주로 stainless steel alloy와 t i t a n i- um alloy를 사용한다. stainless steel alloy는 i r o n 58% 이상, chromium 17~20%, 그리고 N i c k e l 1 3 ~ 1 6 %로 이루어져 있으며 이는 저비용과 넓 은 범주의 구조적 그리고 기계적 성질 때문에 많이 선호하게 되며 c h r o m i u m은 부식을 방지하 는 목적으로 첨가 사용한다3 2 ).
2. Titanium alloy는 titanium 90%, Aluminum 5.5 - 6.5%, 그리고 vanadium 3.4-4.5%으로 이루어져
있으며3 2 ) 순수한 t i t a n i u m은 저밀도, 연성 그리
고 MRI/CT 적합성 때문에 우수한 물질이지만 탄력성이 낮다는 단점이 있다. 생물학적으로 t i t a n i u m은 생체에서 O x i d e를 생성하여 고정기기 를 덮어서 세균 정지 작용(bacteriostatic) 효과를 보여 기기 부식과 감염을 보호하게 된다. 기기 부식은 두 개의 다른 성질의 금속이 전해질 용 액내에서 접촉하게 되면 전기자장(electric cur- r e n t )이 생성되어지는데 양이온이 더 커지고 음 이온이 작아지면 부식이 최상에 이르게 된다.
이러한 이유 때문에 물질의 성질이 서로 다른 금속은 혼합하지 않는다6 ).
2. P o l y m e t h y l m e t h a c r y l a t e는 내고정의 a d j u n c t로서 사용되며 이는 강직성에 있어서는 해면골보다 더 강하고 피질골 보다는 더 약한 것으로 연구 되어 있다1 5 , 1 7 ).
골이식의 생물학적 측면
1. 자가골 이식은 점진대치(creeping substitution) 이라는 과정을 통하여 혈관이 재형성되면서 천 천히 host bone으로 대치되게 된다3 6 ). 이 과정중 골파괴성 흡수(osteoclastic resorption)가 혈관 재 형성 동안에 발생하면서 골은 재형성 첫 6개월 동안에 골의 강도의 절반을 잃을 수 있으며 이 기간 동안에 이식 골유합이 실패할 수 있다1 1 ). 그래서 기기 고정은 생리학적으로 l o a d - s h a r i n g structure 역할을 하므로 골의 remodeling 동안에 이식골에 긴장을 주지않고 척추의 세부구조를 유지하게 된다.
2. 고정기기와 이식골 간의 생물학적 반응을 보면 금속 고정기기 밑에서 stress shielding 효과에 의 해 골손실이 일어나게 된다3 1 ). 이것이 발생하는 이유는 1) 혈액 공급의 파괴에 의한 국소적 괴 사나 2) 골과 하중을 지지하는 고정기기 사이에 새로운 평형 상태가 발생하기 때문이다4 7 ). 2. 골밀도에 대해서는 Smith 등4 5 )은 동물 모델에서
기기 고정술을 시행한 결과 술후 3개월 동안에 골밀도의 감소가 있었으며 술후 3 - 6개월에 다시 골밀도가 정상 레벨로 회복하기 시작하였다고 보고하였으며 1 9 8 9년 McAfee 등2 9 )은 d e v i c e - related osteoporosis를 보고 하였다.
3. 유합의 생물학적 과정에 영향을 미치는 인자로 서는 1) 연령, 2) 성별, 3) 영양상태, 4) 관련 질 환, 5) 유합 형태, 6) 유합 길이, 7) 기기 종류, 8) 흡연 상태, 9) 약물 등이 있으며2 ), 골다공증 은 이식골만으로는 추체를 지지할 수 없으며, 비스테로이드성 항염제, Warfarin, 그리고 p h e n y- toin 등의 약물 등은 골의 형성을 방해하며4 9 ), 흡연시에는 N i c o t i n e이 골의 재형성에 심각한 영 향을 주어 골유합의 성공율을 감소시키게 되며
4 3 ), 영양상태의 빈곤 또한 치유과정을 현저히 지
연시키거나 방지하게 된다.
생체역학적 측면
척추는 적당한 상황하에서는 조화있게 하중을 전방 c o l u m n을 통해 전달하게 되는데 H a h e r2 0 , 2 1 )의 연구에 의하면 spinal motion segment의 instantaneous axis of r o t a t i o n ( I A R )이 척추의 기기 고정 부분으로 이동하 게 되므로 후방기기는 posterior IAR을 초래하여 하중 분포를 전방 c o l u m n의 뒤쪽으로 움직이게 하여 척추 의 역동성을 변화시킨다고 하였고 또한 후방 기기고 정 시에 하중이 인접 추간판으로 전달되어 퇴행성 변 화를 촉진시킬 수 있다고 보고하였다.
척추경 나사못의 주된 생체역학적 개념은 나사못 의 위치와 방향에 놓여 있으며2 7 ) 나사못 위치의 중 요한 점은 1) strength of bone-metal interface, 2) avoidance of damage to neurovascular structures adja- cent to the pedicle or anterior cortex, 3) avoidance of damage to adjacent facet joint 와 4) ease and conve- nience of implantation이며, In and up 나사못 방향이 가장 많은 생체역학적 장점을 갖고 있으며 이러한 나사못 방향은 screw head가 out and down에 위치하 고 후관절로부터 떨어져 있어 후관절의 손상위험을 감소시키게 된다.
골유합
1. 골유합 평가
골유합을 평가하는 영상 기술로는 단순방사선사진 (굴곡-신전)촬영이 주로 이용되고 있으며 digitized or stereophotogrametric analysis of vertebral motion seg- ment, plain tomography 그리고 computerized tomog- r a p h y가 이용되거나 또는 plain and SPECT scintig- r a p h y가 가관절증을 검사하는데 사용되어져 왔다.
요추 후외방 유합의 평가에 대해 단순 방사선 사 진과 직접적인 수술시야에서 유합여부를 비교 연구 한 결과 Kant 등2 5 )은 단순 방사선 사진의 정확도가 오직 6 8 %이었으며, L4-5 level이 판독 하기에 가장 어려운 부위이었다고 하였으며, Blumenthal과 G i l l7 ) 도 비슷한 결과를 보고하였고, Brodsky 등9 )은 c o m- puted tomographic scanning이 2 2 %의 i n a c c u r a c y를 보 였으며 굴곡-신전 측면 사진은 2 7 %의 높은 i n a c c u r a- c y를 보였다고 하였으며, 또한 다른 연구자는 단순 방사선 사진에서 유합 판정은 굴곡 신전의 측면 사
진상에서 움직임의 정도를 기준으로 삼기 때문에 2 0 %정도의 차이를 보일 수 있다고 보고하였다2 8 ).
유합 등급(fusion status grading)은 0 - no visible bone, 1 - noncontinuous bone, 2 - continuous amor- phous bone, 3 - continuous trabeculatd bone으로 나눌 수 있으며 2와 3은 유합된 것으로 판단한다2 4 ).
2. 골유합률
골유합률에 대해서는 7 5 %에서 1 0 0 %까지 매우 다 양한 결과를 보고하고 있다. Benatar4 )는 퇴행성 전방 전위증과 척추관 협착증의 척추경 나사못 고정에 대 해 연구한 결과 양측 금속판 고정 - 68% 유합, 한쪽 금속판 고정 - 85% 유합, 전체적 유합율은 7 7 %을 보고하였으며, Christensen 등1 6 )의 연구에 의하면 유 합율은 재수술군에서는 76%, 일차수술군에서는 7 2 % 를 보여 후외방 유합술이 재수술에서도 효과가 있다 고 보고하였으며, Rompe 등3 7 )은 후외방 유합에 후방 추체간 유합을 추가하여 비교 연구한 결과 후외방 유합에 후방 추체간 유합을 추가한 경우가 후외방 유합만 시행한 것보다 더 나은 결과를 보이지 못했 다고 보고하였다.
B u c s i1 0 )의 연구에서는 private service와 n a t i o n a l health service에서 시행한 후외방 유합을 비교 연구 한 결과 두 군 사이에 커다란 차이를 보였으며 p r i- vate group이 휠씬 더 나은 결과를 보였다고 보고하 였다. Zurbriggen 등5 3 )은 골유합이 후외방 유합의 효 과보다 오히려 후관절의 강직에 의한 결과라고 보고 하였다.
3. 유합후 요통
Buttermann 등1 3 )은 후외방 유합술후 발생하는 요통 의 근원이 추간판의 이상이나 골단판의 비정상에 의 할 수 있다는 가설로 후외방 유합과 관련하여 추체의 M R I을 촬영하여 연구한 결과 요통 환자의 3 9 %에서 추체에 inflammatory 혹은 fatty change의 s i g n a l이 보 였으며 인접 추간판에는 항상 변성이 발생한 것을 보 아 후외방 유합은 비정상적인 골단판과 골수염증 (marrow inflammation)을 동반한 추간판 변성이 있는 환자에서는 결과가 양호하지 않았다고 하였다.
4. 요추 전만증의 역할
B e c k e r s3 )는 전만증의 역할에 대해 연구한 결과 요 추 유합은 정상적인 전만 상태에서 시행되어져야 운
동분절에 골고루 긴장이 재분배되어 지속되어지는 하중으로 인해 발생할 수 있는 추간판과 후관절의 변성을 방지할 수 있다고 보고하였다.
5. 대치이식
최근 자가골 대치 이식에 대해 많은 연구가 이루 어지면서 기기고정을 동반한 후외방 유합술 환자에 서 자가골 이식과 동종골 이식을 비교한 결과 자가 골 이식이 동종골 이식보다 더 우수하다고 보고하였 고2 ), 자가골과 동종골을 혼합한 경우일지라도 약 5 0 %에서 유합되었다고 하였으며, 동종골 결합의 실 패 기전은 확실치 않으나 조직의 m i s m a t c h에 의한 면역 반응, 골유도 인자의 결핍, 혹은 알려지지 않은 다른 요인에 의할 수 있다고 하였다. 또한 B u t t e r- mann 등1 2 )은 요추에서 동종골 이식은 그 역할이 제 한되어 있으므로 동종골 이식의 성공은 동종골의 종 류, 유합할 해부학적 위치 그리고 환자의 연령에 의 존하게 된다고 하였다.
Morone 등3 3 )은 자가골 후외방 유합술에 B M P - 2의 효과를 연구한 결과 자가골 유합의 central nonunion 부위에 Rh BMP-2를 이용한 경우에는 fusion mass의 osteoblast-related gene의 e x p r e s s i o n의 증가를 보였다 고 보고하였으며 Sheehan 등4 2 )도 canine 모델을 이용 하여 자가골, collagen, Rh BMP-2를 비교한 결과 R h B M P - 2를 추가한 경우에 fusion volume이 현저히 증 가하였다는 보고를 하였다.
합병증
1. 가관절증
후외방 유합술시 가관절증은 3 - 2 5 . 5 %정도에서 발 생하며, 가관절율에 영향을 미치는 인자는 1) 척추골 의 질, 2) 이식골의 위치, 3) 이식골의 질, 4) 이식 부위의 혈관 형성, 5) 내고정물, 6) 수술직후 안정성, 7) 술후 외고정, 8) 수술 분절의 수, 9) 수술자의 수 기 능력 등이 있다.
자가골이나 동종골 이식을 동반한 후방기기 고정 술 시에 가관절율은 1 8 %정도이며4 1 ) 단분절 유합시 에는 5-25%, 장분절 유합시에는 5 5 %까지 증가될 수 있으며, 기기 고정을 하지 않는 척추 유합에서 가관 절율은 35% 정도이다3 9 ).
Soini 등4 6 )은 요추의 전방전위 및 퇴행성 질환의 치료에 있어 척추경 나사못 고정술에 의한 유합율은
9 4 %이었으나 내고정술에 의한 합병증이 5 7 %정도 이었으며 대부분이 나사못 파손과 이완으로 임상적 인 중요성은 없었다고 보고하였다.
2. 공여부의 합병증
이식골 공여부의 합병증으로는 이식골의 질이 유 합율에 영향을 줄 수 있으며, 신경혈관의 손상( s u p . gluteal a, deep circumflex iliac a, 4th lumbar a, ili- olumbar a, sciatic n, gluteal n 등)으로 출혈, 혈종, 감 각이상 등을 일으킬 수 있으며, 골결손 부위에 탈장 이 발생할 수 있고, 미관상 피부 손상 문제, 장기간 의 근육동통 등이 발생할 수 있다.
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