척추 유합술에서 골 이식 대체물의 비교분석

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척추 유합술에서 골 이식 대체물의 비교분석

한양대학교 의과대학 구리병원 정형외과학교실, 한양대학교 의과대학 정형외과학교실�

박예수∙김도윤∙김재훈∙조재림�

목 적: 후외방 척추 유합술에서 자가 장골에 수산화인회석과 동종골 및 탈무기물 골기질을 각각 혼합하여 사용한 뒤 각각의 골 유합율을 조사하여 골 확장제로서의 역할을 알아보고자 하였다.

대상 및 방법: 2003년 5월부터 2006년 9월까지 감압술 및 후외방 척추 유합술을 시행한 45명의 환자, 47례를 대상으로 하였으며, 21례에서 우측에는 자가 장골과 수산화인회석을 사용하였고, 좌측에는 자가 장골과 동종골을 혼합하여 골 이식을 시행하였다. 26례에서는 양측에 자가 장골과 탈무기물 골기질을 혼합하여 골 이식술을 시행 하였다. 골 유합 판정은 Christiansen 분류를 이용하였다.

결 과: 자가골과 수산화인회석을 혼합한 경우에는 21례 중 19례(90.5%)에서 골유합 소견을 보였으며, 동종골을 혼합한 경우 21례 중 16례(76.2%)에서 골유합 소견을 보였다. 탈무기물 골기질을 사용한 연구군에서는 26례 중 20례(76.9%)에서 골유합 소견을 보였다.

결 론: 후외방 척추 유합술에서 자가 장골에 보조적으로 사용한 수산화인회석, 탈무기물 골기질 및 동종골의 골유 합율의 차이가 통계학적으로 유의하지는 않았다(p=0.4). 수산화인회석 및 탈무기물 골기질은 이식 확장제로서 유 용하게 사용될 수 있다고 사료된다.

색인 단어: 후외방 척추 유합술, 수산화인회석, 동종골, 탈무기물 골기질

Comparative Analysis of Bone Graft Alternatives in Spinal Fusion

Ye-Soo Park, M.D., Do-Yun Kim, M.D., Jae-Hoon Kim, M.D., and Jae-Lim Cho, M.D.

^*

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

Department of Orthopaedic Surgery, Hanyang University College of Medicine*

Purpose: We used hydroxyapatite, allogeneic bone, and demineralized bone matrix mixed with autogenous iliac bone in posterolateral spinal fusion and examined union rates to evaluate effica- cy of each material as bone graft extenders.

Materials & Methods: From May 2003 to September 2006, 45 patients had decompression and posterolateral fusion. In 21 cases (19 patients, group I), hydroxyapatite with autogenous iliac bone was grafted in the right side of spine, and frozen allogeneic bone with autogenous iliac bone

� 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

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서 론

척추 유합술은 퇴행성 질환 및 골절 등 여러 가지 척추 병변에 대해 흔하게 시행되는 수술 법이며^10,17), 현재 자가 장골을 이용한 유합술이 널리 사용되고 있다. 자가 장골은 질병의 전염 위험이 없다는 점이 나 조직 적합성 등을 고려할 때 이상적인 방법이며, 척추 유합술에 사용되어 80% 이상의 성공적인 유합 률을 보이고 있다^15,20). 그러나 고령의 환자는 골량이 부족할 수 있고 다분절 수술의 경우 유합률이 떨어 질 수 있으며, 자가 장골 이식술에 따른 합병증도 8%에서 39%로 보고되어 골 이식 대체물에 대한 관 심이 증대되고 있다^4,6,21).

동종골(allogeneic bone)은 현재 널리 사용되고 있으나, 질병 전염의 위험성이 존재하고 자가골에 비하여 골유합률이 떨어진다고 알려져 있다^13,15). 수 산화인회석(hydroxyapatite)은 사람의 뼈와 비슷 한 세부 구조를 가지고 있으며²⁰⁾최근 척추 유합술에 서 골이식 확장제로서 수산화인회석의 사용이 보고 되고 있다^8,18-20). 탈무기물 골기질(demineralized bone matrix)은 인체골 성분중 유기물 성분을 이 용한 것으로, 골유도(osteoinduction) 성질을 가 지고 있어 좋은 결과가 기대되고 있다.

본 연구에서는 후외방 척추 유합술에서 자가 장골 에 수산화인회석과 동종골 및 탈무기물 골기질을 각 각 혼합하여 사용한 뒤 각각의 골유합률을 조사하여 골 확장제로서의 역할을 알아보고자 하였다.

대상 및 방법

2003년 5월부터 2006년 9월까지 감압술 및 후외 방 척추 유합술을 시행한 45명의 환자를 대상으로 후향적 분석을 시행하였다. 그 중 19명의 환자에서 우측에는 자가 장골과 함께 수산화인회석을 사용하 였고, 좌측에는 자가 장골에 냉동 보존한 동종골을 추가하여 골 이식술을 하였다. 19명 중 2명의 환자 에서는 흉요추 이행부의 방출성 골절과 요추부의 척 추관 협착증에 대해 동시에 수술을 시행하여 21례 의 수술이 행해졌다. 다른 26명의 환자에서는 양측 에 자가 장골과 탈무기물 골기질을 혼합하여 골 이 식술을 시행하였다.

수산화인회석 및 동종골을 사용한 환자 군의 대상 질환은 퇴행성 척추관 협착증 15례, 척추 골절 5례, 추간판 탈출증 1례이었으며, 탈무기물 골기질을 사 용한 군은 퇴행성 척추관 협착증 22례, 추간판 탈출 증 4례이었다.

수술은 모든 환자에서 공통적으로 복와위에서 정 중 절개를 통한 후방 도달법을 사용하였으며 필요에 따라 추궁판 전 절제술 및 비후된 관절 돌기와 척추 경의 일부 등을 제거하는 철저한 감압술을 시행하 고, 척추경 나사를 이용한 내고정을 시행하였다. 수 산화인회석 및 동종골을 사용한 21례에서는 자가 장골을 채취하여 우측에는 자가 장골과 함께 수산화 인회석(Pro Osteon 500, interpore cross, USA)을 1:1의 비율로 혼합하여 사용하였고, 좌측

in the left. Demineralized bone matrix mixed with autogenous iliac bone was grafted in both sides in 26 cases (26 patients, group II). Christiansen classification was used in the determination of bony union.

Results: In group I, complete union was present in 19 cases out of 21 (90.5%) in the right side, and 16 cases out of 21 (76.2%) in the left. In group II, complete union was present in 20 cases out of 26 (76.9%).

Conclusion: Hydroxyapatite, demineralized bone matrix, and allogeneic bone in adjunct to autogenous iliac bone showed union rates of 90.5%, 76.9% and 76.2% each. However, the differ- ences were not statistically significant (p=0.4). We believe that hydroxyapatite and demineralized bone matrix could serve as useful bone graft extenders in posterolateral spinal fusion.

Key Words: Posterolateral fusion, Bone graft alternatives

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에는 자가 장골에 냉동 보존한 동종골을 1:1의 비율 로 혼합하여 골이식술을 시행하였다. 탈무기물 골기 질을 사용한 26례에서는 자가 장골을 채취한 뒤 유 합 분절 수와 자가 장골의 양을 고려하여 탈무기물 골기질의 사용량을 결정하고 이식술을 시행하였다.

수술은 한 사람의 술자(Y-S-P)에 의하여 시행되 었다. 수술 직후부터 주로 측와위를 취하면서 체위 변동을 허용하였고 술 후 2일부터 앉는 것을 허용하 였다. 술 후 5일째 환자의 상태가 허락하는 범위에 서 보행을 허용하였으며, 흉요천추 보조기는 수술 직후부터 평균 3~6개월까지 착용하였다.

골유합 판정은 먼저 유합 분절별로 평가를 시행하 였으며 단순 방사선 사진을 이용하여 Christiansen 분류에 따라 평가하였는데 grade 1은 분절간 골가 교 유합이 없는 경우, grade 2는 분절간 골가교 유합 이 의심스러운 경우, grade 3은 분절간 연속적인 골 가교 유합을 보이는 경우로 분류하였다^11,15). 골유합 의 평가를 위한 단순 방사선 촬영은 수술 후 3개월, 6개월, 12개월째 시행하여 최소 1년 이상 추시 관찰

하는 것을 원칙으로 하였으며, 1년 이상 grade 1 혹 은 2의 상태로 지속되는 분절은 골유합이 되지 않은 것으로 평가하였다. 최종적인 유합 여부는 증례별로 평가를 시행하였으며 한 예에서 한 분절이라도 grade 1 혹은 2가 있는 경우 불유합으로 판정하였 다. 수산화인회석 및 동종골을 사용한 군에서는 우 측과 좌측을 각각 평가하였다. 단순 방사선 사진만 으로 판정이 어려운 경우에는 CT 소견으로 골유합 을 평가하였다.

수산화인회석, 동종골 및 탈무기물 골기질을 사용 한 세 군의 골유합율을 비교하기 위한 통계학적 방법 으로는 Chi-square test를 사용하였으며, 나이 및 성별 분포의 차이를 보기 위해 각각 independent samples t-test 및 Chi-square test를 사용하였다.

결 과

수산화인회석 및 동종골을 사용한 환자 군의 평균 나이는 65.5세(48~81)였으며 남자는 3명, 여자는

Fig. 1. At postoperative 22 months, anteroposterior radiograph (A), 3D reconstruction CT (B), and axial tomography (C), (D) showed complete bone union in both intertransverse area grafted with hydroxyapatite on the right side and allogeneic bone on the left.

A B

C

D

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16명이었고 평균 추시 기간은 21.5개월(12~36)이 었다. 자가 장골에 수산화인회석을 혼합한 군에서는 21례 중 19례(90.5%)에서 골유합 소견을 보였으 며, 골유합이 완료된 시기는 평균 6.9개월(4~12)이 었다. 동종골을 혼합한 군에서는 21례 중 16례 (76.2%)에서 골유합 소견을 보였고 평균 7.9개월 (4~15)에 골유합이 완료되었다(Fig. 1). 수산화인 회석을 혼합하였을 때 발생한 불유합은 2례에서 각 각 한 분절씩 발생하여 총 2분절이었으며, 제4-5요 추간 1분절, 제5요추~제1천추간 1분절이었다. 동종 골을 혼합하였을 때 발생한 불유합은 5례, 11분절이 었으며, 제2~3요추간 1분절, 제3~4요추간 2분절, 제4~5요추간 3분절, 제5요추~제1천추간 5분절이 었다(Table 1).

탈무기물 골기질을 사용한 연구 군의 평균 나이는 59.6세(34~76)였으며 남자는 5명, 여자는 21명이 었고 평균 추시 기간은 21.7 개월(12~35)이었다.

26례 중 20례(76.9%)에서 골유합 소견을 보였으며 골유합이 완료된 시기는 평균 9.3개월(4~24)이었 다(Fig. 2). 불유합은 7분절에서 발생하여 제1-2요 추간 1분절, 제3-4요추간 1분절, 제4-5요추간 4분

절, 제5요추-제1천추간 1분절이었으며(Table 2), 제4-5요추간 1분절만 수술한 환자 중 2례에서는 양 측의 골이식물이 최종 추시 방사선 사진 상 전부 흡 수된 소견을 보였다.

수산화인회석, 탈무기물 골기질 및 동종골의 골유 합율은 각각 90.5%, 76.9%, 76.2%이나 이들의 차 이가 통계학적으로 유의하지는 않았다(p=0.4). 수 산화인회석과 동종골을 사용한 군과 탈무기물 골기 질을 사용한 군의 성별 분포의 차이는 통계학적으로 유의하지 않았지만(p=0.99), 평균 연령은 탈무기물 골기질을 사용한 군이 더 낮았으며 이는 통계학적으 로 유의한 차이를 보였다(p=0.03).

합병증으로는 수산화인회석 및 동종골을 사용한 군에서 수술 후 창상 감염이 1례 발생하였으며, 창 상 세척술 및 정맥 항생제 투여로 치유되었다.

고 찰

척추 유합술을 시행하는 경우 골유합을 위하여 자 가 장골이식이 주로 사용된다. 자가골 이식은 높은 유합률을 보이지만^2,12), 골 채취로 인해 공여부 골절,

Fig. 2. Demineralized bone matrix mixed with autogenous iliac bone showed complete bone union in anteroposterior radiograph (A) and 3D reconstruction CT (B), (C) at postoperative 14 months.

A B C

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공여부 급, 만성 동통, 혈종 형성, 출혈량의 증가, 신 경 손상, 동맥 손상, 및 감염 등의 합병증을 유발할 수 있다. 따라서 공여부 손상을 줄이고 유합률을 높 이기 위한 노력으로 골이식 대체물들이 발달하게 되 었다. Louis-Ugbo 등¹⁶⁾은 이러한 골이식 대체물을 기능적으로 골이식 확장제(graft extenders), 골 이식 촉진제(graft enhancers), 골이식 치환물 (graft substitutes)의 3가지로 분류하였다. 골이 식 확장제는 자가골에 추가하여 사용되었을 때 보다 긴 분절의 유합이나 자가골 사용량의 감소를 가능하 게 하며 자가골 단독 사용과 비슷한 정도의 골유합률 을 얻게 되는 것이고, 골이식 촉진제는 자가골에 추가

되어 자가골 단독 사용보다 높은 골유합률을 얻을 수 있게 하며, 골이식 치환물은 자가골을 완전히 대체하 여 성공적인 골유합을 얻을 수 있는 것이라고 하였다.

이식골의 기본적인 기능 두 가지는 신생골 형성에 필요한 세포 환경을 제공하는 것과 치유 기간동안 구 조적 안정성을 제공하는 것이며, 이식골의 완전한 치 유를 융합(incorporation)이라 한다^1,3). 이는 골형성 (osteogenesis), 골전도(osteoconduction) 그리 고 골유도(osteoinduction)의 세 가지 요소에 의하 며 이상적인 이식골은 이 세 가지 조건을 모두 충족시 켜야 한다^7,9). 자가 장골의 경우 세 가지 요소를 모두 가지고 있는 반면, 수산화인회석은 골전도의 성질만

Table 1. Demographic data of group with hydroxyapatite and allogeneic bone graft

Nonunion Nonunion Completion of Fusion Follow up Allogeneic Hydrox Fusion No Gender Age Diagnosis

level (Months) bone yapatite (Months)

(Left) (Right) Left Right

01 F 70 Burst Fx. T11-L1 36 - - 04 4

Spinal stenosis L4-S1 36 - - 04 4

02 F 68 Spinal stenosis T11-L5 12 - - 06 5

+Kyphosis 03 F 65 Spinal stenosis L2-L5 24 - - 08 8

04 M 48 Burst Fx. & D/L L1-L5 12 - - 04 4

05 M 81 Spinal stenosis L1-S1 30 - L4-L5 15 - +Kyphosis 06 F 62 Burst Fx. T12-L2 36 - - 10 10

Spinal stenosis L4-L5 36 - - 10 10

07 F 68 Burst Fx. T11-L3 32 - - 09 5

08 F 66 Spinal stenosis L3-S1 18 - - 07 7

09 F 71 Spinal stenosis L3-S1 30 L5-S1 L5-S1 0- - 10 F 76 Spinal stenosis L2-S1 18 - - 15 8

+Scoliosis 11 M 56 Spinal stenosis L4-S1 30 L5-S1 - 0- 8

15 F 69 Spinal stenosis L4-S1 24 L4-S1 - 0- 9

17 F 62 Spinal stenosis L3-S1 12 L3-S1 - 0- 9

18 M 62 HLD* L2-S1 17 L2-S1 - 0- 6

19 F 68 Burst Fx. T11-L2 12 - - 06 5

*HLD: Herniated intervertebral disc

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을 갖춘 것이고 동종골은 골전도 및 골유도 능력이 있 으며 탈무기물 골기질은 골유도성 물질이다.

동종골은 이미 다양한 용도로 사용되고 있으며, 중 요 부작용중의 하나인 감염원의 전파 문제는 냉동 및 방사선 처리로 어느 정도 해결되었으나 이로 인해 구 조적 변화를 초래하는 문제가 남아있다¹³⁾. Ehrler 등

12)은 후외방 유합술에서 동종골을 단독으로 사용하 거나 자가골에 추가적으로 사용할 때 골유합률은 자 가 골에 미치지 못하지만 전방 유합술에 사용하여 성 공적으로 이용할 수 있었다고 하였으며, Gibson 등

14)은 후외방 척추 유합술에서 자가 장골과 동종골의 이식술을 시행한 후 방사선학적 결과는 제외하고, 임

상적인 결과에 차이가 없다고 하였다. 본 연구에서는 자가 장골에 1:1의 비율로 냉동 보존한 동종골을 사 용하여 76.2%의 방사선학적 골유합률을 얻었다.

수산화인회석은 산호에서 가공한 것으로 사람의 골과 비슷한 구조를 가지고 있어 골 생성에 적당하

다^13,20). 본 연구에서 사용된 Pro Osteon 500은 500

micron의 pore size를 지닌 수산화인회석이며, 미 세구조는 해면골(cancellous bone)과 유사하다.

Thalgott 등²⁰⁾은 후외방 요추 유합술에서 각각 분 절당 15 cc의 수산화인회석을 장골에서 채취한 자 가골에 추가하여 92.5%의 골유합률을 보고하면서 수산화인회석은 골유합을 얻기 어려운 환자에 있어 Table 2. Demographic data of group with demineralized bone matrix

No Gender Age Diagnosis Fusion level Amount of Follow up Nonunion Completion of DBM*(ml) (Months) Segment Fusion (Months)

01 F 64 HLD^� L3-S1 0.5 14 - 04

02 F 58 Spinal stenosis L3-L5 0.5 33 - 12

03 F 57 Spinal stenosis L3-S1 0.5 17 - 06

04 F 71 Spinal stenosis L1-L2 2.5 32 L1-L2 0-

11 M 67 Spinal stenosis L3-S1 2.5 12 L3-S1 0-

12 M 64 Spinal stenosis L4-S1 2.5 27 - 06

17 M 34 HLD L4-S1 0.5 17 - 08

18 M 44 HLD L4-L5 0.1 26 L4-L5 0-

19 F 68 Spinal stenosis L2-S1 .10 18 - 10

21 F 62 Spinal stenosis L2-S1 .10 12 - 05

22 F 53 Spinal stenosis L4-S1 0.5 18 L4-S1 0-

24 F 59 HLD L3-S1 0.5 15 - 06

25 M 54 Spinal stenosis L3-S1 0.5 17 - 12

*DBM: Demineralized bone matrix

�HLD: Herniated intervertebral disc

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서 효과적인 골이식 확장제라고 하였다. 반면에 Korovessis 등¹⁵⁾은 후외방 요추 유합술에서 자가 장골 이식술이 척추에서 채취한 골수 및 국소 골과 수산화인회석을 혼합한 경우보다 우수하다고 하였 으며 수산화인회석은 횡 돌기간 유합에 부적절하다 고 하였다. 본 연구에서는 장골에서 채취한 자가골 에 수산화인회석을 혼합하여 90.5%의 골유합률을 얻어서 Thalgott 등²⁰⁾이 보고한 골유합률과 비슷한 결과를 보여주었다.

탈무기물 골기질은 채취된 골에서 연부 조직, 골 수, 지방 세포를 제거한 후, 강산으로 처리하여 만들 어지며 글리세롤이나 하이알유론산 등의 적절한 운 반체와 같이 사용되거나 또는 단독으로 사용되기도 한다. 본 연구에 사용된 Grafton은 글리세롤을 운 반체로 사용하며 약 31%의 탈무기물 골기질을 함유 한다. Bae 등⁵⁾은 49례의 환자 군에서 요추 후외방 유합술에 탈무기물 골기질을 사용한 결과, 자가 장 골을 사용한 50례의 환자 군과 골유합률에 유의한 차이가 없었으며 따라서 탈무기물 골기질이 골이식 확장제로서 사용될 수 있다고 하였다. 또한 Schizas 등¹⁷⁾은 요추 후외방 유합술에서 자가 골에 탈무기물 골기질을 보조적으로 사용한 결과 69.7%의 유합률 을 보였으며 자가 골만 사용한 경우(76.9%)와 유의 한 차이가 없었다고 하였다. 본 연구에서 저자들은 자가 장골과 탈무기물 골기질을 혼합하여 사용하였 으며 76.9%의 유합률을 얻을 수 있었다.

골유합의 정도는 단순 방사선 사진을 이용하여 Christiansen 분류에 따라 평가하였다. 방사선 사 진은 수술 후 3개월, 6개월, 12개월째 촬영하는 것 이 원칙이었으나 퇴원 시기에 따라 실제 촬영 기간 은 환자마다 차이가 발생하였다. 수산화인회석의 경 우 낮은 방사선 투과성으로 인해 골유합 여부를 판단 하기가 쉽지 않았으나 방사선 사면 촬영을 통해 이식 골의 가장자리가 부드럽게 연결되어 유합되는 것을 확인하였으며, 10례에서는 CT 촬영을 시행하여 골 유합 여부를 확인하였다. 탈무기물 골기질을 사용한 군에서는 정확한 판정을 위해 17례에서 CT를 촬영 하였다. CT 촬영은 단순 방사선 사진 상에서 분절 간 골유합의 여부가 모호한 경우에 시행하였으며 수 산화인회석과 동종골을 사용한 군에서 평균 11.3개

월, 탈무기물 골기질을 사용한 군에서 평균 7.5개월 째 시 행 하 였 다 . 또 한 영 상 조 회 프 로 그 램 인 STARPACS (ver 5.0.8.1, Infinitt)를 통해 명암 의 조절 및 반전 영상의 효과를 사용함으로써 골유합 에 대한 판단을 보다 정확하게 할 수 있었다. 수산화 인회석 및 동종골을 사용한 군에서는 우측과 좌측을 각각 평가한 것에 반해 탈무기물 골기질을 사용한 군 에서 양측을 따로 평가하지 않은 것은 양측의 수술 조건이나 골이식물 사용량이 동일했기 때문에 각각 평가하는 것이 의미가 없다고 판단했기 때문이다.

본 연구의 제한점은 먼저, 수산화인회석 및 동종 골을 사용한 환자 군의 경우 한 환자에서 척추 양측 에 다른 종류의 골 이식물을 사용한 것으로, 두 가지 의 서로 다른 골 이식물이 상호 작용을 일으켜 단독 으로 사용한 경우의 유합률과 차이를 보일 수 있다 는 점이다. 두 번째는 탈무기물 골기질을 사용한 군 의 경우 유합 분절 수에 따른 사용량이 일정하지 않 았다는 점으로, 이것이 유합율을 평가하는데 있어 bias로 작용했을 가능성이 있다고 사료된다. 세번째 는 모든 증례에 있어 CT를 이용한 평가를 시행하지 못했다는 점이며, 마지막으로 본 연구가 motion study가 아니라는 점을 들 수 있다.

결 론

자가 장골에 보조적으로 수산화인회석 혹은 탈무 기물 골기질을 사용하였을 때 동종골을 보조적으로 사용한 경우와 비교하여 통계학적으로 유의하지는 않지만 더 높거나 비슷한 정도의 골유합률을 보이고 있다. 후외방 척추 유합술에서 수산화인회석 및 탈 무기물 골기질은 골 이식 확장제로서 유용하게 사용 될 수 있다고 사료된다.

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