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Posterior Cruciate Ligament Retaining Total Knee Arthroplasty
Soojae Yim, M.D., Yuseok Seo, M.D. and Munsuk Jang, M.D.
Department of Orthopedic Surgery, Soonchunhyang University School of Medicine, Bucheon, Korea
Received: January 24, 2011 Accepted: February 7, 2011
Corresponding author: Yuseok Seo, M.D.
Department of Orthopedic Surgery, Soonchunhyang University School of Medicine, 1174 Jung-dong, Wonmi-gu, Bucheon 420-767, Korea TEL: 82-32-621-5060, FAX: 82-32-621-5018
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The posterior cruciate ligament (PCL) is a central stabilizer of the knee joint and it contributes to anteroposterior, valgus/varus and rotational stability. The PCL guides femoral rollback if it is preserved with proper tension during total knee arthroplasty. Maintenance of the joint line position, more conservation of bone and the possibility of reduced wear by absorption of shear forces are the potential advantages of posterior cruciate ligament retention. But an overly tensioned PCL increases polyethylene wear and on the other hand a lax PCL induces paradoxical femoral rollback and instability during knee flexion. So careful attention is needed in order to achieve the proper tension of the PCL during total knee arthroplasty, and sacrificing the PCL is considered in cases of severe deformity of the knee joint or progressive rheumatoid arthritis.
Key Words: Knee joint, Posterior cruciate ligament retaining, Total knee arthroplasty
서 론
슬관절 전치환술은 정형외과 영역에서 가장 많이 시행 되는 수술 중 하나이며, 수술 기법과 기구 디자인의 발전 에 힘입어 초기에 비해 높은 장기 생존율을 보여주고 있 다. 수술 후 장기 생존을 위해서는 수술 중 적절한 기구 정렬과 연부 조직의 균형을 맞추는 것이 중요하며, 수술 직후의, 그리고 장기적인 안정성을 획득하기 위한 적절한 치환물 간의 운동 제한성(constraint)을 결정해야 한다. 운 동 제한성이 클수록 골과 삽입물 간의 응력이 증가하여 삽입물의 해리가 발생할 가능성이 높아지기 때문에 술자 들은 가능한 최소한의 운동 제한성을 갖도록 수술해야 한 다는 점에는 의견을 같이하고 있다. 하지만 후방십자인대
를 수술 중 남기느냐, 제거하느냐는 아직 논란의 중심이 되는 주제이다.
슬관절 전치환술에서 후방십자인대의 기능과 역할에 대 해서는 이견이 있다. 후방십자인대의 보존을 선호하는 술 자들은 후방십자인대가 무릎 관절의 가장 강력한 인대이 므로 보존함으로써 슬관절 전치환술 후 본질적인 안정성 을 유지할 수 있다고 주장한다. 또 후방십자인대 보존형 디자인의 장점은 비교적 관절선이 잘 유지되며, 뼈를 더 많이 보존할 수 있고, 고유 체성 감각(proprioception)이 더 좋아서 보행이나 계단 오르기 등에 더 높은 기능을 보 이며1), 후방십자인대가 치환물과 뼈 사이의 응력을 감소 시킴으로써 치환물의 해리를 줄일 수 있다는 점이다. 그 외 후방십자인대 보완형 슬관절 전치환술 후 생길 수 있 는 patella clunk syndrome, post 파손이나 탈구, 마모 등 의 post-cam 관련 문제들을 피할 수 있다는 장점도 들 수 있다.
하지만 심한 변형이 있을 경우에는 후방십자인대를 제 거하지 않고는 교정이 힘들며, 지연성으로 후방십자인대 가 파열되어 불안정성을 초래하는 경우가 있을 수 있고, post-cam mechanism에 의해 rollback이 오히려 더 일관되
게 일어나게 된다는 점13)과 폴리에틸렌 삽입물(polyethyl- ene liner)의 일치성(conformity)이 더 좋아 마모가 적다 는 점은 후방십자인대 보완형 디자인의 치환물을 선호하 는 술자들의 이론적 배경이 된다.
본 논문에서는 지금까지 알려진 후방십자인대의 해부학 적 특징과 역학적 기능, 그리고 후방십자인대 보존형 슬관 절 전치환술의 장점과 제한점을 알아보고자 한다.
본 론 1. 후방십자인대의 해부학과 기능 1) 해부학
후방십자인대는 관절 내, 활막 외 구조물로써 후방십자 인대 전방만이 활막으로 둘러 싸여 있다. 따라서 류마티스 관절염에서 전방십자인대와 달리 보존되는 것으로 알려져 있으며, 이는 류마티스 관절염 환자에서 슬관절 전치환술 후 추시 결과, 기능이 유지된다는 보고와도 관련이 있을 것으로 보인다3). 하지만 연구자에 따라 류마티스 관절염 환자에서 후방십자인대를 보존하였을 때 연구대상의 10−
50%까지는 뒤늦게 후방십자인대의 기능 저하로 인한 불 안정성이 발생하였다고 보고하고 있다10,21,23). 후방십자인 대의 강도는 전방십자인대보다 약 2배 정도 강하며, 전외 측 다발과 후내측 다발로 구분되며, 이 중 전외측 다발이 크고 생역학적으로 더욱 중요한 역할을 한다. 부착 부위는 대퇴골 내과 외측연의 후방에서 반원형태로 기시하며, 거 의 수직으로 주행하여 경골 과간의 후면에 부착하는데 경 골부와 대퇴부 모두 비교적 넓게 부착되어있는 양상을 띠 고 있으며17), 이는 슬관절 전치환술 중 후방십자인대가 팽 팽한 경우 부분적인 이완술이 가능하게 하는 소견이 될 수 있다.
2) 후방십자인대의 기능
정상 슬관절에서 후방십자인대는 굴곡 30o 이상부터 femoral rollback이 가능하게 하며, 이는 대퇴골 후과가 경골의 후방부위에 충돌하는 것을 막아줌으로써 더 큰 각 도로 굴곡이 가능하도록 하며, 대퇴사두건의 moment arm 을 증가시켜서 신전 기전(extensor mechanism)의 효율을 높여 준다. 그리고 femoral rollback시 외측 경골 편평부 의 미끄러짐(sliding)이 내측 경골 평편부보다 많이 일어 나 슬관절 굴곡 동안 경골부의 내회전이 일어나게 되는데
이때 후방십자인대가 슬관절 회전의 축이 된다.
안정성 측면에서 후방십자인대는 슬관절 전후방 안정성 을 유지시켜 주는 중요한 구조물이며, 내, 외측 안정성 및 회전 안정성에도 기여하는데, 특히 슬관절 전치환술 시 내 측 측부인대 이완술을 시행했을 경우에는 내측 안정성에 매우 중요한 역할을 하게 된다.
그리고 후방십자인대에는 풍부한 기계적 수용체가 존재 하는데 관절의 위치를 감지하는 고유 체성 감각(proprio- ception)과 관절의 운동을 감지하는 운동 감각(kinesthe- sia)의 기계적 수용체로 구분된다. 이 수용체에서 감지된 정보는 관절 운동을 조절하는데 사용되며, 이 수용체의 감 각 저하는 관절의 퇴행성 변화를 일으킬 수 있다.
2. 후방십자인대 보존형과 후방십자인대 보완형 디 자인의 비교
1) Femoral rollback과 대퇴사두기전에 대한 효과 이론적으로는 후방십자인대 보존형에서 후방십자인대 의 기능으로 femoral rollback이 좋을 것으로 생각되나, 최근까지도 후방십자인대 보존형과 보완형에서 femoral rollback에 대한 연구에서 상반된 결과를 보고하고 있다.
Banks 등4)이 보고한 fluoroscopy을 이용한 3차원 역학적 분석에 의하면 후방십자인대 보존형 슬관절 전치환술을 시행한 환자군에서 슬관절 굴곡 시 정상적인 경골의 회전 과 femoral rollback을 보였으며, 반면에 후방십자인대 보 완형 슬관절 전치환술을 시행한 환자군에서는 경골의 회 전과 femoral rollback의 정도가 매우 적다고 하였다.
Dennis 등12,13,15)은 video fluoroscopy를 이용한 연구에서 후방십자인대 보존형 슬관절 전치환술을 시행한 군에서 슬관절을 굴곡시 오히려 대퇴골이 경골에 대해 일관되게 앞으로 전위되는 것을 밝혔다. 이것은 femoral rollback이 일어날 것이라는 기대에 오히려 반하는 현상으로서 para- doxical rollback이라고 명명되었다. Paradoxical rollback 이 일어나면 연부조직이 끼고, 슬개 대퇴 기전이 긴장되어 굴곡 운동이 감소하게 되며 polyethylene의 마모가 빨라 지게 된다. 이들은 퇴행성 관절염의 수술 시 후방십자인대 가 정상으로 생각되어 보존하였을 경우 시간이 경과함에 따라 후방십자인대가 느슨해지거나 파열되어 이러한 현상 이 나타난다고 하였다. 더 최근 이들이 발표한 논문에 의 하면 한 술자에 의해 후방십자인대의 긴장을 적절히 조절 하면서 동일한 디자인의 후방십자 보존형 슬관절 전치환
술을 시행한 환자 20명을 대상으로 하였을 때 한 명을 제 외하고는 모두 정상적인 femoral rollback을 보였다고 하 였다6). 이는 후방십자인대 보존형 슬관절 전치환술 후 정 상적인 femoral rollback은 후방십자인대의 긴장도를 적절 히 조절해주는 수술 술기와 implant design이 관련되어 있 다는 것을 시사한다.
대퇴사두기전에 대한 효과는 후방십자인대 보존형에서 후방십자인대의 기능으로 femoral rollback이 보완형에 비 해 정상적으로 나타나 좋을 것으로 생각되었으나, Huang 등19)에 의하면 보존형과 보완형에서 특별한 차이가 없는 것으로 나타났다.
2) 관절운동범위
주로 후방십자인대 보완형이 보존형보다 굴곡이 더 많 이 일어나거나 비슷하다고 보고되고 있으나14), 수술 전 운 동 범위 등의 환자의 요인, 수술 수기, 치환물의 디자인, 수술 후 재활 치료 등도 운동범위에 영향을 미칠 수 있어 정확한 비교는 어렵다. 후방십자인대 보존형 슬관절 전치 환술 시 후방십자인대의 긴장이 지나친 경우 대퇴골의 rollback이 지나치게 일어나서 굴곡 시 경골 치환물의 앞 들림(anterior lift-off)이 일어남으로써 굴곡에 제한이 올 수 있으며, 반대로 후방십자인대가 너무 느슨한 경우 par- adoxical femoral rollback이 발생하여, 굴곡 시 대퇴골 후 면부와 경골 편평부의 후연이 충돌을 일으켜, 역시 굴곡에 제한이 생긴다. 그리고 Bellemans 등5)은 후방십자인대 보 존형 슬관절 전치환술 시 대퇴 후과 옵셋(posterior con- dylar off-set)의 복원이 수술 후 최대굴곡 범위와 관련이 있다고 하였는데, 대퇴 후과 옵셋이 3 mm가 감소하면, 최 대 굴곡 각도가 약 29.7o 감소한다고 하였다. 그에 따르면 최대 굴곡 범위는 궁극적으로 경골 치환물과 대퇴골 후면 부 충돌에 의해 결정되는데, 대퇴 후과 옵셋을 복원하면 후방에서 충돌이 일어나기 전에 더 많은 굴곡을 얻을 수 있다. 한편, 후방십자인대 보완형 슬관절 전치환술에서는 대퇴 후과 옵셋의 정도가 수술 후 굴곡 각도에 유의한 영 향을 주지 않는 것으로 보고 되어있는데2,18), 이는 후방십 자인대 보완형 치환물의 post-cam mechanism에 의해 paradoxical femoral rollback이 일어나지 않기 때문에 대 퇴후과 옵셋이 감소되더라도 후방충돌이 잘 일어나지 않 기 때문이라고 설명될 수 있다. 또 고도 굴곡을 위한 디자 인의 치환물들이 상용화 되어 있는데, 이들은 치환물 후과
부분이 두껍게 제작되어 고도 굴곡시 polyethylene 삽입 물과의 접촉 면적을 넓혀주고, polyethylene 삽입물 앞 부 분이 사선 형태(beveled)로 고도 굴곡시 슬개건과의 충돌 을 피하게 디자인되어 있다.
3) 고유 체성 감각(proprioception)과 기능적 측면 후방십자인대 보존이 고유 체성 감각을 좋게 한다는 주 장이 있었으나26), 최근 연구에 의하면 후방십자인대 보존 형과 보완형에 큰 차이가 없는 것으로 보고되고 있
다9,24,25). 이러한 결과에 대해 Swanik 등25)은 후방십자인
대의 기계적 수용체는 관절염의 초기에 탈신경화(dener- vation)가 되기 시작하기 때문에 이러한 것으로 생각되며, 슬관절 전치환술 후 관절의 통증 및 부종의 감소, 연부조 직의 불균형한 긴장 해소, 관절낭과 근육, 건에 분포된 기 계적 수용체에 의한 보상으로 후방십자인대의 존재 유무 와 상관없이 수술 후 더 나은 결과를 보여준다고 하였다.
초기 연구에 의하면 후방십자인대 보존형이 보완형에 비해서 계단 오르기나 보행에서 더 좋은 점수를 보인다고 하였으나, 그 뒤에 보고된 내용에 의하면 큰 차이가 없는 것으로 나타났다. 하지만 Conditt 등11)은 무릎을 쪼그리거 나, 무릎을 꿇는 일, 정원을 가꾸는 일에 있어서는 후방십 자인대 보존형이 좋다고 보고하였다.
4) Polyethylene 마모(wear)와 해리(loosening) 이론적으로는 후방십자인대 보존형이 마모와 해리가 적 게 나타날 것으로 예상되었으나, 오히려 초기에는 편평한 (flat-on-flat) polyethylene, 얇은 polyethylene 등으로 인 해 마모와 해리가 더 많이 나타났다. 하지만 최근에는 후 방십자인대 보존형이라 하더라도 polyethylene이 round type으로 고안되었는데 후방십자인대가 적절한 긴장이 유 지되면 일치성(conformity)이 커져서 마모가 감소하게 된 다. 하지만 후방십자인대의 긴장성이 너무 크면 rollback 이 과도하게 일어나 뒤쪽의 마모를 증가시키고, 반면에 너 무 느슨할 경우 paradoxical rollback이 일어나 앞쪽의 마 모가 발생하게 되므로 후방십자인대의 긴장성이 매우 중 요하다고 할 수 있다.
후방십자인대의 균형을 조절하는 방법으로는 후방십자 인대의 경골 부착부위가 관절면에서부터 경골 후면 원위 부 약 25 mm까지이므로, 8−10 mm의 경골 절골을 한다 고 하였을 때 15 mm 정도의 여유가 남아있어 후방십자인
대의 골막하 유리가 가능하다. 다른 방법으로 후방십자인 대의 경골 부착 부위에 V-모양의 절골을 시행하여 균형을 맞출 수도 있다. 기구를 삽입한 후에 후방십자인대의 긴장 이 너무 심한 경우에는 주로 대퇴골 내과의 부착부위에서 전기소작기를 이용해 부분 유리를 시행한다.
5) 관절 안정성
이론적으로 후방십자인대는 슬관절의 가장 강한 인대 조직으로, 보존함으로써 인공관절에 큰 안정성을 줄 수 있 다. 특히 굴곡 시 전후방 안정성 뿐 아니라, 굴곡 간격 (flexion gap)의 안정성에도 기여를 한다. 이는 내측 구획 에 대해서는 외측 안정화 구조물로, 외측 구획에 대해서는 내측 안정화 구조물로 작용을 하기 때문이다. 하지만 최근 보고에 의하면 전후방 안정성, 회전 안정성, femoral con- dylar lift-off에서는 post-cam mechanism과 더 일치성이 좋은(conforming) polyethylene으로 후방십자인대 보완형 이 더 안정되거나 큰 차이가 없는 것으로 보고되고 있
다7,15,20). 따라서 주변 연부 조직의 균형을 잘 맞추어 주는
것이 보존형과 보완형의 구분보다 더 중요하리라 생각된 다.
3. 후방십자인대 보존형의 장점
후방십자인대 보존형의 장점으로는 post-cam mecha- nism을 위해 대퇴 원위부 골의 중간 부위를 제거해야 할 필요가 없어 대퇴골 원위부의 해면골을 더 보존할 수 있 다. 그리고 원위 대퇴골 과상부에서발생한 기구주위 골절 에서 역행성 골수강내 금속정을 이용하여 치료할 수 있다 는 장점이 있다.
슬관절 전치환술 후 8 mm 이상 관절선이 상승하면 유 의하게 슬관절 역학에 영향을 주며, patellofemoral symp- tom을 유발하게 된다. 후방십자인대를 보존 시에는 관절 선이 비교적 잘 유지되야 하므로 관절선 상승으로 인한 문제는 후방십자인대 보존형 슬관절 전치환술에서는 거의 일어나지 않는다고 할 수 있다16). 그리고 후방십자인대는 무릎의 굴곡, 신전 시 내, 외측 안정성에 기여하는 주요한 구조물로써 특히 내, 외측 측부인대 이완술을 시행할 경우 내측 안정성에 매우 중요한 역할을 하게 된다. 그리고 최 근 후방십자인대 보완형의 디자인과 수술 수기가 발전되 어 잘 생기는 합병증은 아니지만 Patella clunk syndrome 은 후방십자인대 보존형에서는 우려할 문제가 아니다.
또한, 후방십자인대 보존형에서 후방십자인대는 전단력 을 흡수하고 후방 아탈구를 방지하는 역할을 한다. 반면 후방십자인대 보완형에서는 post-cam mechanism이 그 힘 을 받게 되는데 이는 post wear를 유발 시키는 원인이 된
다8,22). 후방십자인대 보존형에서는 후방십자인대가 그 힘
을 흡수하면서 치환물 간 및 치환물과 뼈 사이의 응력을 감소시켜서 마모 및 해리를 줄여준다.
4. 후방십자인대 보존형 슬관절 전치환술의 제한점 심한 변형이 있을 경우 후방십자인대를 절제하지 않고 는 변형을 교정하기가 힘들다. 정립된 바는 없으나 15o 이 상의 내반 변형 혹은 굴곡 구축, 내반력을 가했을 때 중립 정렬로 교정되지 않거나 골 결손을 동반한 중등도 이상의 외반 변형 때는 후방십자인대 보존형 슬관절 전치환술에 제한이 된다. 그리고 수술 소견상 후방십자인대가 정상적 이지 않거나 손상이 있는 경우, 류마티스 관절염이 진행성 인 경우도 후방십자인대 보존형을 사용할 수 없는 경우이 다. 류마티스 관절염의 경우 관절 변형 정도가 심하다는 것뿐 아니라 지연성으로 불안정성을 일으킬 수 있어 후방 십자인대를 보존하는데 어려움이 있다. 또, 수술 술기가 후방십자인대 보완형에 비해 어려워 경험이 많지 않은 술 자의 경우 후방십자인대의 적절한 긴장도를 유지시키는데 어려움이 있을 수 있다.
결 론
후방십자인대는 슬관절 안정에 기여하는 중요한 구조물 로써 슬관절 전치환술을 시행할 때 적절한 긴장을 유지하 면서 보존을 함으로써 후방을 향한 전단력에 대한 슬관절 을 안정화시키는 데 도움을 주며, 정상 슬관절과 같은 femoral rollback과 경골의 회전을 기대할 수 있고, 굴곡 시 안정성을 유지할 수 있어서 쪼그리기나 계단 오르기 등의 일상 활동에 효과적일 수 있다. 그리고 점점 평균수 명이 늘어나는 추세에서 골다공증으로 인한 기구 주위 골 절이나, 슬관절 재치환술이 필요한 경우가 많아질 것으로 예상된다고 했을 때 역행성 골수강내 금속정을 사용함으 로써 기구주위 골절치료 방법의 선택 가짓수를 늘릴 수 있으며, 재치환술 시 기구 제거 후 남아있는 골질이 더 양 호할 수 있다는 점은 큰 장점이 될 수 있다. 다만 수술 시 후방십자인대의 적절한 긴장을 유지시키지 못할 경우
polyethylene의 과도한 마모나 굴곡 시에 불안정성을 유 발시킬 수 있기 때문에 섬세하고 능숙한 수술 기술이 필 요할 것으로 생각되며, 심한 변형이나 진행성의 류마티스 관절염의 환자인 경우에는 수술 시 후방십자인대의 희생 을 고려해야 할 것이다.
CONFLICT OF INTEREST
No potential conflict of interest relevant to this article was reported.
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후방십자인대 보존형 슬관절 전치환술
순천향대학교 의과대학 정형외과학교실
임수재ㆍ서유석ㆍ장문석
후방십자인대는 슬관절의 전후방 안정성, 내외측 및 회전 안정성에 기여하는 주요한 구조물로써 슬관 절 전치환술 시 적절한 긴장을 유지하면서 보존을 한다면 정상적인 femoral rollback을 얻을 수 있고, 관절면 유지, 대퇴 원위부 골 보존, 전단력 흡수를 통한 삽입물의 마모를 줄일 수 있다는 장점이 있다.
그러나 후방십자인대의 과도한 긴장 시 polyethylene의 마모를 증가시키며, 반대로 너무 느슨한 경우 paradoxical femoral rollback이 발생하며, 굴곡 시 불안정성이 생길 수 있으므로 수술 시 주의를 요하며, 심한 관절 변형이나 진행성 류마티스 관절염 시에는 희생하는 것이 바람직하다.
색인 단어: 슬관절, 후방십자인대 보존형, 슬관절 전치환술 20. Komistek RD, Scott RD, Dennis DA, Yasgur D,
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