Volume 15, Number 2, December, 2012
※ 통신저자: 김 동 헌
충청북도 충주시 교현동 620-5 건국대학교 충주병원 정형외과학교실
TEL: 043) 840-8250 FAX: 043) 844-7300 E-mail: [email protected] 접수일: 2012년 8월 20일, 게재 확정일: 2012년 12월 19일
시멘트형 슬관절 전치환술 후 세척술의 적정량
건국대학교 의과대학 충주병원 정형외과학교실
신주용∙김형준∙차승한∙남경모∙강대명∙김동헌
= Abstract =
The Adequate Amount Irrigation After Cemented Total Knee Arthroplasty
Ju-Yong Shin, M.D, Hyung-Jun Kim, M.D, Seung-Han Cha, M.D., Kyoung-Mo Nam, M.D, Dae-Myung Kang, M.D, Dong-Heon Kim, M.D Department of Orthopedic Surgery, Konkuk University College of Medicine, Chungju, Korea
Purpose: We studied the adequate amount of pulse lavage irrigation for removal of polymethyl methacrylate (PMMA) and bone particles after cemented total knee arthroplasty.
Materials and Methods: A prospective study of 8 patients who received cemented total knee arthroplasty between March 2011 and November 2011, was done. The mean age of patients was 74.0 (range 65~84). After component implantation, the knees were lavaged with 10L of normal saline using pulsatile lavage; all fluid was collected in 1 liter using standard wall suction canisters. PMMA and bone particles within the irrigation fluids were quantitated by weight.
Results: The average of 413 mg/L (range, 71~999 mg/L) of particle debris was removed after cemented total knee arthroplasty with 1L of irrigation. Average of 230 mg/L (range, 51~432 mg/L), 112 mg/L (range, 32~185 mg/L), 48 mg/L (range, 21~125 mg/L), 47 mg/L (range, 10~120 mg/L), 45 mg/L (range, 5~140 mg/L), 49 mg/L (range, 0~110 mg/L), 46 mg/L (range, 0~107 mg/L), 50 mg/L (range, 5~85 mg/L), 41 mg/L (range, 3~68 mg/L) of debris was removed after the second, third ,fourth, fifth, sixth, seventh, eighth, ninth and tenth liter of pulse lavage irrigation respectively. Using analysis of variance testing, there was a statistically significant dif- ference between the debris removed with 1L and until 4L irrigation (p= 0.03) .
Conclusion: The bone debris and PMMA decreased as the amount of irrigation increased, especially most of remnants within more than 5L solution for irrigation were bone particles. 4L of irrigation through pulse lavage is appropriate for removing PMMA and bone particles after cemented total knee arthroplasty because a supple- mentary irrigation can cause a secondary bone loss.
Key Words : Cemented total knee arthroplasty , Pulsatile irrigation, PMMA, Bone particle
서 론
시멘트형 슬관절 전치환술 후 합병증 중 무균성 해리(aseptic loosening)에 의한 기계적 실패 (mechanical failure)가 알려져 있으며, 발생률 은 삽입물의 종류에 따라 차이는 있으나 장기 추 시에서 1~25%로 보고되고 있다1-12). 무균성 해리 를 유발하는 인자로는 부정 정렬, 부정 위치, 고 정 기법이나 치환물의 디자인, 재활 시기와 방법, 골 강도 등 다양한 인자가 관여한다13). 이 중 제 3 입자에 의한 마모(third-body wear)는 시멘트 형 슬관절 전치환술 후 미세 입자가 치환물과 폴 리에틸렌 사이 관절면에 포착(trapped)되면서 부 정 위치를 발생시켜 조기 기계적 실패를 유발하는 기전으로 받아들여 지고 있다14,15). 최근 금속 치환 물의 마모에 관한 생체 외(in vitro) 실험 결과에 서도 시멘트 입자인 Polymethylmethacrylate (PMMA)와 골 미립자가 제 3입자에 의한 마모를 일으킨다고 보고하고 있다16). 이에 감염의 예방뿐 만 아니라 슬관절 전치환술시 발생하는 시멘트 입 자 및 골 미립자의 효과적인 제거를 위하여 파동성 세척기(pulsatile lavage)를 사용하고 있으나17) 슬관절 전치환술 시 제 3입자에 의한 마모 예방을 위한 적정 세척량에 대한 지표가 없는 실정이다.
저자들은 슬관절 전치환술 후 세척 용액 중 시멘 트 입자와 골 미립자의 양을 세척량과 비교 분석 하여 적정 세척량을 알아 보고자 하였다.
연구 대상 및 방법 1.연구 대상
2011년 3월부터 11월까지 한 술자에 의하여 퇴 행성 관절염으로 슬관절 전치환술을 시행받은 8명, 8예의 환자를 대상으로 전향적 연구를 시행하였다.
8예 모두 여자 환자 이었으며 연령 분포는 평균 74.0세(65~84세)이었다. 우측이 6예, 좌측이 2예 이었으며 신장 및 체중은 평균 154.7 cm, 64.3 kg였다. 전례에서 PFC�Sigma knee system (Johnson & Johnson, Warsaw, IN, USA)의 후방 십자 인대 대치형 치환물을 사용하였다.환자 에 따른 오차(bias)를 줄이며 연구의 객관성을 위
하여 삽입한 경골 및 대퇴골 치환물의 크기가 2이 며 본원에서 시행한 골밀도 검사(XR-36, Nor- land company) 상 T-score가 -1에서 -2.5 사 이인 환자로 연구 대상을 국한하였다. 이전 슬관 절 수술력 및 외상력이 있는 환자는 대상에서 제 외하였다.
2.방 법
수술 및 시멘트 기법
수술 도달법은 내측 슬개 주위 도달법을 사용하 였으며 대퇴골 절제는 골수강내 지침자를 이용하 였고, 경골부는 골수강외 지침자를 사용하였다.
겐타마이신(gentamycine) 1 g이 포함된 40 g 분말형 골 시멘트(CMW,Depuy) 2포와 17.9 g 의 액상 단량체(monomer) 2병을 혼합하였으며 진공 혼합기(Cemvac vaccum mixing sys- tem,Johnson & Johnson)을 이용하였다. 시멘 트가 수술 장갑에 닿아도 묻어 나오지 않는 시기 를 반죽기(doughy phase)로 판단하고 골 및 치 환물 전체에 시멘트를 적용하였다. 경골의 경우 음압 관입(negative pressure intrusion)을 이 용하여 골수강 내 여분의 지방과 수분을 제거하고 치환물을 압박고정 하였다. 이 후 과잉된 시멘트 를 깨끗이 제거하였으며 파동성 세척기(Pul- savac� Plus, Zimmer Inc. Dover, Ohio, USA)를 이용해 생리식염수로 10 L 세척 후 Standard Suction bottle (Dominant plus 50, Medela)을 이용하여 세척용액을 1 L 단위로 구분하여 수집하였다. 세척 후 용액은 밀봉 및 냉 장 보관하였으며 수술 및 세척은 동일한 술자에 의하여 시행되었다.
분석방법
세척 후 용액은 1L 단위로 원심분리기(Multi purpose centrifugy-1236 mg, Gyrozen)를 이 용하여 30분 동안 3,000 rpm으로 원심 분리하였 다. 이 후 용액 중 상층의 지방성 상청액(super- natant)을 물리적으로 제거 후 추가적인 지성 물 질을 제거하기 위하여 5% 아세톤을 4 ml를 추가 하여 다시 원심분리기를 이용하여 30분 동안 3000 rpm으로 원심 분리하였다. 이 후 시료를
드라이 오븐(Convenction oven mov-212f, Sanyo)에서 121�의 온도와, 15 PSI 압력으로 2 시간 동안 시료를 완전 건조 하였다. 건조 후 획 득한 미립자를 전자저울(Pa214, Ohaus)을 이용 하여 질량을 측정 후 각 각 밀봉 보관하였다. 다 음 각 시료들에 10 ml dichloromethane 을 첨 가하여 4시간 동안 유기물과 골 시멘트 입자 (PMMA)를 용해시킨 후 남은 시료를 4 quali- tative 9-cm filter 에 투과 하였으며 걸러진 시 료는 건조기(Grieve laboratory oven model LW200c)를 이용하여 36�에서 24시간 동안 건조 한 후 남은 골 미립자의 질량을 측정하였다18-21). 최초 건조시켜 획득한 수술 후 발생한 미립자의 총량에서 마지막 골 미립자의 질량의 차로 시멘트 입자(PMMA)의 질량을 간접적으로 계산하였다.
이 후 각 측정치 중 최초 1 L 세척 후 발생한 미 립자의 질량과 순차적으로 세척후의 각각의 미립 자의 질량을 비교 분석하였다(Fig. 1).
통계처리는 SPSS(Version 12.0)를 이용하여 분산 분석(Variance test; 2-way ANOVA)를 시행 하였으며 유의 수준이 0.05 이하 일 때 통계 적으로 의의가 있는 것으로 판정하였다.
결 과 세척 용액 내 미립자의 총 무게
시멘트형 슬관절 전치환술 후 1 L씩 순차적으로 세척하여 수집한 용액에서 미립자의 평균무게는 각 각 1 L세척 후 413 mg/L (71~999 mg/L), 2 L 세척후 230 mg/L (51-432 mg/L), 3L 세척 후 112 mg/L (32~185 mg/L), 4L 세척 후 48 mg/L (21~125 mg/L), 5L 세척 후 47 mg/L (10~120 mg/L), 6L 세척 후 45 mg/L (5~140 mg/L), 7L 세척 후 49 mg/L (0~170 mg/L), 8L 세척 후 46 mg/L (0~107 mg/L), 9L 세척 후 50 mg/L (0~85 mg/L), 10L 세척 후 41 mg/L (3~68 mg/L)로 측정되었다(Table 1).
세척 후 용액 내 골 미립자의 무게
시멘트형 슬관절 전치환술 후 1 L씩 순차적으로 세척하여 수집한 용액의 골 미립자의 평균무게는 각각 1 L세척 후 213 mg/L (120~435 mg/L), 2 L 세척 후 165 mg/L (61~380 mg/L), 3 L
Fig. 1. (A) Specimen from patient after 2 L irrigation in cemented TKA*. (B) Photograph of specimen after 4 ml of 5% acetone. (C) Particulate debris obtained contained PMMA and bone debris sediment in test tube. (D) Photo- graph of bone debris in tube After dissolve PMMA�. (E) Photograph of bone debris isolated from 2L of lavage fluid after cemented TKA*.
TKA*, Total knee arthroplasty; PMMA�, Polymethyl methacrylate.
A C D E
E
B
세척 후 82 mg/L (41~157 mg/L), 4 L 세척 후 42 mg/L (21~99 mg/L), 5 L 세척 후 45 mg/L (0~100 mg/L), 6L 세척 후 40 mg/L (0~60 mg/L), 7 L 세척 후 45 mg/L (0~52 mg/L), 8 L 세척 후 46 mg/L (0~50 mg/L), 9 L 세척 후 47 mg/L (0~70 mg/L), 10 L 세 척 후 39 mg/L (0~51 mg/L)로 측정되었다.
통계적 분석
최초 1 L 세척용액과의 분산 분석을 이용한 통 계분석에서 유의수준은 2L 세척 시 (p<0.01), 3L 세척 시 (p=0.02), 4L 세척 시 (p=0.03), 5L 세척 시 (p=0.95), 6L 세척 시 (p=0.93), 7L 세척 시 (p=0.92), 8L 세척 시 (p=0.92), 9L 세척 시 (p=0.93), 10L 세척 시 (p=0.87) 로 4L 까지의 세척이 통계적으로 유의한 것으로 나 타났다.
고 찰
슬관절 전치환술을 시행함에 있어 골 시멘트의 사용으로 인공 슬관절 치환물의 고정에 있어서 큰 발전이 이루어 졌으며 또한 수술 술기 및 시멘트 기술, 인공 치환물의 발달로 여러 가지 후기 합병 증이 감소하였다1-4,22-24). 그러나 수술 후 장기 추시 에서 무균성 해리 및 골 용해(osteolysis)가 문제 점으로 보고되고 있으며1-4,7-10) 이 중 무균성 해리 는 주로 골 시멘트와 해면골의 골 소주 사이 접촉 면에서 발생하는 미세 움직임(micromovement) 과 접촉면에 존재하는 조직구증(histocytosis), 섬유화(fibrosis), 괴사(necrosis) 등으로 구성된 소위 “위막(pseudomembrane)” 으로 불리우는 섬유조직과 골 시멘트를 포함한 여러 생체물질 (biomaterial)의 마모 분자(particulate debris) 에 의한 염증 반응(inflammatory response) 등 이 원인이 되는 것으로 알려져 있다19,21,22).
염증 반응에 대하여 여러 저자들이 생체 마모 분자의 크기에 따라 다른 생체역학적 반응이 일어 난다고 주장하였으며 Horowitz 등26)은 PMMA 분자 크기가 지름이 7 μm 이하에서는 대식 세포 에 의한 포식작용으로 골 흡수 사이토카인(bone Table 1.Amount of debris removed with irrigation After 1LAfter 2LAfter 3LAfter 4LAfter 5LAfter 6LAfter 7LAfter 8LAfter 9LAfter 10L Average amount of irrigared debris (mg/L)413288230130112554832473245404933463150244121 Average amount of PMMA * (mg/L)20065306254032 Average amount of Bone debris (mg/L)21310916510182364223453040184519461947213916 % Bone (by weight)51.571.773.287.595.788.891.81009495.1 PMMA*, Polymethylmethacrylate
resorbing cytokines)의 생성이 촉진 되는데 반 하여 7 μm 이상의 큰 마모분자의 경우 섬유성 변 화로 피막 형성 후 안정화 된다고 보고하였다. 또 Gelb 등27)은 쥐를 이용한 실험에서 분자가 큰 PMMA (50~350 μm) 마모분자들 보다는 지름 이 20 μm 미만의 작은 PMMA 분자들이 Tumor necrosis factor α, Neutral metalloproteinase 및 Prostaglandin E2 의 분비를 자극하여 염증 반응을 유발한다고 보고 하였다. 하지만 최근 Niki 등28,29)은 크기 250~340 μm 이상인 큰 시 멘트 입자와 골 미립자들도 일정 농도 이상에서 마모 분자들이 골-치환물면(bone-implant interface)에서 안정화 되는 것이 아니라 관절면 에 미세 움직임과 위막을 형성함으로써 third- body wear를 유발함을 보고 하였다. 이런 큰 마 모 분자에는 수술 중 발생 가능한 골 시멘트, 연 골 잔해(cartilage fragments), 골 잔해(bone fragments) 등이 있으며 염증 반응 뿐만 아니라 third-body wear를 유발하여 슬관절 치환물의 마모와 조기 실패를 가속화 시킨다고 여러 문헌에 서 보고 되고 있다30,31). 이러한 관점에서 시멘트형 슬관절 전치환술시 마모 분자의 크기와 무관하게 철저가 제거가 필요하며 이에 대한 적절한 처치가 없다면 염증반응, 폴리에틸렌의 조기 마모 및 무 균성 해리를 유발할 수 있다.
수술 후 발생한 잔존물을 제거하기 위한 세척방 법에는 고무 주사기(spoid)를 이용한 방법과 파동 성 세척(pulsed lavage)이 있다. 파동성 세척은 시멘트형 슬관절 전치환술시 골시멘트의 해면골 침투를 증가시켜 골과 시멘트 사이의 고정력을 강화시키며, 수술 중, 후 발생하는 마모 유발 물 질 제거에 효과적인 것으로 여러 문헌에서 보고
되면서17,32,33) 현재 널리 사용 중이다. 1984년
Dorr 등34)은 사체의 경골을 이용한 연구에서 X- 선 광도 계측법(roentgeno-photometric tech- nique)을 사용하여 분석한 결과, 파동성 세척을 시행한 군에서 고무 주사기 세척을 시행한 군보다 시멘트의 침투가 우수함 보고하였다. 또 송 등33) 은 돼지 사체를 이용한 실험에서 파동성 세척기를 통한 세척 방법이 고무 주사기를 이용한 세척법 보다 골 절단에 따른 골 파편을 깨끗이 제거하여 골 시멘트의 침투 깊이와 면적을 늘리며 골 시멘
트의 해면골 침투를 증가시켜 골과 시멘트 사이의 고정력을 강화시켜 치환물 고정 측면에서 좋다고 보고하였다.
저자들은 수술 후 발생한 잔존물을 제거하는 방 법 중 파동성 세척을 기준으로 연구를 진행하였으 며 최초 1 L 세척용액과의 분산분석을 이용한 통 계분석에서 5 L 이상의 파동성 세척은 통계적으로 유의하지 않게 나타났다. 그러나 5 L 이상의 세척 용액에서도 일정량의 골 미립자들이 세척 용액 내 에 존재하였으며(Fig. 2.), 이는 Dorr 등34), 송 등33)이 보고하였듯이 파동성 세척기에 의한 높은 기계적 골 파쇄력으로 인한 이차적인 골 손실로 사료된다. 과도한 파동성 세척은 불필요한 골 손 실 및 골 미립자를 생성하기 때문에 시멘트형 슬 관절 전치환술에서 세척술의 적정량의 지표는 더 욱 중요하다 할 수 있겠다.
본 연구의 제한점으로는 8명의 여성을 대상으로 하였기 때문에 연구 대상의 분포가 국한적이라는 점, 세척 후 발생하는 미립자를 질량을 기준으로 분석하였기에 미립자 각 각의 크기와 마모 및 세 척량에 대한 연관성을 얻을 수 없다는 점, 임상적 결과와의 연관 유무를 확인 할 수 없다는 점이다.
이러한 문제는 다수의 증례 및 장기적인 추시로 보완 될 수 있으리라 생각한다.
결 론
세척량이 증가함에 따라 Bone debris 와 PMMA 는 감소하였으며 특히 5 L 이상의 세척 Fig. 2. Bone and PMMA* cement debris isolated from each 1-L lavage.
PMMA*, Polymethyl methacrylate.
용액 내 잔존물은 대다수가 골 미립자 였다. 추가 세척은 이차적인 골 손실만 유발할 수 있어 시멘 트형 슬관절 전치환술 후 파동성 세척기를 이용한 세척량은 시멘트 입자, 골 미립자 제거 측면에서 4 L가 적당한 것으로 사료된다.
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