고관절 전치환술 후 발생하는 감염
황 성 관
연세대학교 원주의과대학 원주기독병원 정형외과학교실
서 론
고관절 치환술 후 발생하는 감염은 예방적 항생제 를 사용하지 않았던 경우 1 4 %정도로 높았으나 최근 에는 1 ~ 2 %정도로 감소하였고 인공관절 전문기관의 경우는 0 . 5 %까지 감염율을 감소시키고 있다 ( F i t z g e r a l d8 ~ 1 4 ) , Wilson25, 26)). 저자의 경우 고관 절 전치환술 및 반치환술 후 발생한 감염이 0 . 8 9 % ( 1 6 / 1 7 9 9 )에서 발생하였다.
환자의 선별, 술 전 염증제거, 예방항생제 투여, 수술실 소독 및 살균 수술기법의 발달 등이 감염율 의 최소화에 기여하였다. 또한 술 후 감염의 조기 진 단과 적절한 치료방법의 선택이 감염 후 발생하는 기능장애와 환자의 유병율을 줄여 줄 수 있는 것으 로 생각한다.
1. Sequence of infection
술후 감염이 쉽게 발생하는 경우는 기왕의 고관절 수술을 받은 환자, 류마치스성 관절염 환자, 부신 피 질 호르몬 투여환자, 당뇨병을 앓고 있거나 영양상 태가 나쁘거나, 항암제 등을 투여 받은 환자, 장기 이식을 받은 환자들이며 고령의 환자는 면역반응이 감퇴되어 감염율이 증가된다. 삽입된 인공관절과 시 멘트는 세균수가 적을 경우에도 쉽게 염증이 발생하
게 한다. 보철물 표면에 결합된 병원균들이 b i o f i l m 을 형성하여 이 g l y c o c a l y x가 항체, 항생제, 식균세 포의 활동을 무력화시킨다.
2. Routes of infection
첫 번째는 혈행성 감염으로 치과 치료, 피부 염증, 비뇨기계 치료 후 발생할 수 있으며 두 번째는 도입 성 감염(introduced form of infection)으로 수술 시 오염 또는 창상감염으로 발생하게 된다. 창상유 합 지연, 감염된 혈종, 및 창상 감염 봉합사 감염 등 이 고관절 전치환술 후 발생하는 감염의 흔한 원인 들이다.
3. Microbiology of the infected total hip a r t h r o p l a s t y
Staphylococcus aureus와 e p i d e r m i d i s가 가장 흔히 발견되는 병원균으로 병원균 중 5 0 %이상을 차 지한다.
G r i s t i n a16~20) 등이 발표한 바와 같이 b i o m a t e r i a l 이 세균의 부착과 증식의 토대로 작용하여 염증의 치료를 어렵게 만들고 있다. Fitzgerald는 b i o f i l m 의 존재가 치료의 저항성의 표시이고 일차 치환술의 금기증이 된다고 하였다.
※ 통신저자 : 황 성 관
강원도 원주시 일산동 1 6 2
연세대학교 원주의과대학 정형외과학교실 Tel : 033)741-1351, Fax : 033)746-7326 E-mail : [email protected]
4. 분류
a) Hospital for special surgery.
① early postoperative infection(3개월 이내 진단) .
② late chronic infection.
③ acute hematogenuous infection.
b) Coventry6).
① stage 1 : acute postoperative infection.
② stage 2 : delayed deep infection(6개월 이 후 2년 사이) .
③ stage 3 : late hematogenuous infection.
c) Schmalzried et al.
① mode 1 : surgical contamination.
② mode 2 : hematogenuous spread from another source.
③ mode 3 : recurrent sepsis from previ- ously infected joint.
④ mode 4 : continuous spread from a local s o u r c e .
d) Criteria for deep hip infection (Hospital for special surgery)(Table 1).
5. 진단
가장 흔한 증상은 지속적 통증으로 특히 휴식 상 태에서도 통증이 있는 경우 감염이 의심된다. 그 다 음으로 흔한 증세는 지속적인 배농으로 조기에 진단 하고 치료를 수행해야 인공관절로 염증이 퍼지는 것 을 예방할 수 있다. 고관절 천자 및 세균검사가 중요 하며 관절경 검사 조직 세균 배양 등이 필요하다.
a) Laboratory
대체적으로 감염된 고관절 진단에 큰 도움이 되지 못한다. C-Reactive Protein(CRP)이 비교적 수술 초기에 상승했다가 수술 3주면 정상으로 돌아오기 때문에 진단적 가치가 있다.
b) Radiography
초기 감염은 일반 방사선 사진상 특별한 소견이 없고 만성적 감염인 경우 특징적 소견이 관찰 될 수 있다. 그러나 비 세균성과 감별이 필요하다.
c) Radioactive isotope scanning
골주사가 감염된 고관절 치환술 진단이 특이하지는 않으며 3-phase bone scan도 초기 v a s c u l a r p h a s e에서만 u p t a k e가 증가되어 기계적 해리와 염 증성 해리를 구분하기 어렵다. Indium-111은 염증 진단에 유용하여 특히 음성으로 나올 때 진단적 가치 가 있는 것으로 되어있다. Indium 111-labeled I g G와 Technitium 99m monoclonal antibody의 2가지 검사가 최근 미국과 유럽에서 사용되고 있다.
d) Hip aspiration
가장 믿을만하고 신속한 진단 방법으로 국소마취 하에서 f l u r o s c o p y의 도움을 받아 시행한다. 그러나 2 0 %정도에서 인공관절 주위 감염에서 고관절 천자 에도 불구하고 균주 확인이 안되고 있다. 실패의 원 인으로 천자 전 항생제 투여를 했을 경우나 결핵균, 진균과 혐기성세균에 의한 감염일 수도 있다. 고관 절 천자의 적응증은 통증이 있는 고관절 치환술 환 자에서 적혈구 침강 속도(Erythrocyte Sedimen- tation Rate : ESR) 나 C-reactive protein이 증 가된 경우이다.
e) Arthrography
고관절 천자와 병행하여 시행하며 r a d i o p a q u e m e d i a가 관절내와 sinus tract와 교통이 되어있는 지 잘 보여준다. 그러나 육아조직과 농양이 있는 경 우 위 음성이 나올 수 있다. 이런 경우 초음파가 도 움이 된다.
f) Biopsy와 R e o p e r a t i o n
임상적으로 염증이 의심되나 다른 진단 방법으로 확진이 안될 경우 생검을 시행할 수 있으나 최종적 진단은 재수술이다. 병원균을 분리, 확인하기 위해 술전에 항생제 투여를 하지 않고 수술시 창상의 육 안적 관찰과 동결 조직 절편을 현미경적으로 분석하 여 고배율 하에서 5 ` ~ 1 0개 이상의 다핵 백혈구 (polymorphonuclear leukocyte)가 관찰되면 감염 을 진단하는데 도움이 된다.
g) Frozen section
L o n n e r24) 등은 1 0개 이상의 고배율상 다핵 백혈구 가 관찰되면 결정적으로 감염을 진단할 수 있다고 하 였다. Frank15) 등은 동결 절편(Frozen section)과 C - reactive protein 측정을 함께 시행하면 감수성 1 0 0 % 와 특이성 9 4 %의 진단적 가치가 있다고 하였다.
Table 1. criteria for deep infection (Hospital for special surgery)
Category Point Distribution Subcategory
I. Clinical diagnosis 2 points History of previous hip infection
within 3 years
1 point for any subcategory Clinical signs & symptoms of infection
II. Condition of wound 3 points Draining wound or sinus
communicationg with hip joint
III. Laboratory 2 points Sedimentation rate greater than
30 mm
1 point for each positive Leukocytosis greater than 11000 subcategory with a shift to the left (greater
than 5% bands)
IV. Roentgenographic findings 3 points Plain films showing loosening, settling, wandering or bony resorption adjacent to the hard - ware or prosthesis
1 point for each positive Arthrogram or sinogram showing
subcategory sinus tracts or soft tissue
abscess communicating with the joint or the demonstration of contrast agent between acrylic and bone suggesting septic loosening
Scan showing increased uptake compatible with infection or loosening
V. Bacteriology 10 points A) Hip aspirations
1. Gram stain 2. Culture
4 points for the initially B) Intraoperative specimens positive gram stain or culture 1. Gram stain
from aspiration or 2. Culture
intraoperative specimen with 2 additional points for each subsequent specimen positive for the same organism
VI. Intraoperative 6 points A) Gross periprosthetic infection
observations 1. Purulent fluid in joint
4 points for subcategory A and B) Appearance of tissue 2 point for subcategory G suggestive of infection
1. Boggy edematous capsule 2. Inflamed synovium
VII. Histopathology 3 points A) Acute inflammation on
surgical specimen
6. Prevention of the joint prosthesis infec- t i o n
a) Patient selection
염증유무, 치과 치료, 비뇨기계 감염, 피부염 등을 조사
b) Clean air
7년 이상 8000 관절 전치환술 증례를 분석한 바 L i d w e l l2 3 )등은 보통 수술실에서 수술하는 것에 비해 술 후 감염이 반으로 줄었다고 하였다.
c) Prophylactic antibiotics
2 1 3 7예의 고관절 전치환술에서 c e f a z o l i n을 예방 적으로 투여한 바 현저히 감염율을 감소시켰으며 ultra clean operating room에서 수술을 해도 별 다른 감염율의 차이가 없었다. 사용되는 항생제는 살균 항생제로 술 전 1시간 정도에서 수술 후 2 4 ~ 4 8시간까지 지속되는 것이 필요하다.
d) Bone penetration by antibiotics
Bone level은 항생제의 serum level의 1 0 ~ 3 0 % 이며 골 감염은 최소 살균 농도(minimum bacte- ricidal concentration)의 몇 배 이상 되야 효과적 으로 치료가 된다.
e) Joint, synovium, and hematoma pene- tration by antibiotics
관절활액의 살균작용은 혈청살균작용에 비례한다.
혈중의 항생제 침투는 혈종 형성 후 4일까지 가능하 고 시간이 오래 경과되거나 혈종이 아주 큰 경우는 항생제 침투가 용이하지 않다.
f) Surgical technique
① meticulous, gentle surgical technique.
② good aseptic technique.
③ minimal operative time.
7. Treatment
a) Antibiotics suppression
심각한 내과적 문제나 환자가 수술을 받기 거절할 경우 증상을 완하 시킬 수 있으나 염증이 조절되지 않고 돌연변이 등으로 내성 균주가 발생할 가능성이 있다.
b) Surgical consideration
① Debridement without component r e m o v a l
적응증은 3개월 이내의 조기 술 후 감염과 최근에 증세가 시작된 급성 혈행성 감염이 해당되며, 이 경 우 증상발현 기간이 1주 이내, 항생제에 감수성이 있는 병원균이 배양된 경우, 인공관절의 해리가 없 어야 한다. Gustilo2 1 )등은 조기 술 후 감염의 경우 74%, 급성 혈행성 감염의 경우 5 0 %에서 치료에 성 공하였다고 발표하였다.
② One-stage reconstruction(primary e x c h a n g e )
・병원균이 항생제에 감수성이 있어야 한다
・환자가 건강하고 감염의 위험성이 없어야 한다.
・뼈와 연부 조직 상태가 관절 재건술을 시행하기 에 적합한 상태이어야 한다.
위의 적응증 이외에는 고령환자에서 내과적 문제 점으로 장기적 침상안정이나 그 외의 수술이 불가능 한 경우 일 단계 재건술이 고려될 수 있다. 감수성이 있는 병원균은 호기성 그람 양성 구균, methicillin sensitive, oxacillin sensitive, 그리고 g l y c o- c a l y x를 생성하지 않는 세균이다. 예를 들면 황색 포도당 구균, coagulase negative staphylococ- c u s와 streptococcus viridans등이다. 일차성 치환 은 염증이 존재할 수 있는 모든 것을 제거해야 하며 비구컵 및 대퇴주위, 시멘트 등의 모든 이물질을 포 함한다. 따라서 광범위한 수술이 요하며 e x t e n d e d trochanteric osteotomy 등이 필요하다. 일차성 관절 치환술의 수술기법은 B u c h o l z와 E n g e l b r e c h t 등2 )에 의해 시작되었으며 g e n t a m i c i n이 포함된 Palacos R 시멘트를 사용하여 7 3 %의 성공률을 보 고하였다. 그 이후 C a r l s s o n등4 , 5 ) 등은 Palacos R 시멘트와 6개월 간의 항생제 투여로 7 5 %의 성공률 을 보고하였다. 저자의 감염 증례 1 6례 중 4례에서 Antibiotic Simplex 시멘트를 사용하여 일 단계 재 건술을 시행하였으며 4례 모두 성공적이었으나 무시 멘트 치환술을 시행하였던 2례 중, 1례는 성공적이 었으나 다른 1례는 실패하여 관절절제술을 실시하였 으며 이 환자는 Methicillin 내성 포도상 구균이 검 출되었다. 일반적인 실패의 원인으로 그람 음성 균 주, group D streptococcus, 수술의 지연, 불충분
한 항생제 혼합 등이 지적되었다.
③ Two-stage reconstruction
감염된 고관절 치환술 치료의 표준이 되는 치료법 으로 생각되며 제 일 단계는 인공관절 시멘트와 모 든 이물질을 제거하고 철저한 연부 조직의 변연 절 제술을 시행한다.
그 이후 창상을 봉합하고 술 후 6주간 정맥 내 항 생제를 투여하며 6주 이후 임상증상, 혈액검사 등을 확인하고 염증이 없는 경우 인공관절 재 치환술을 시행한다. 항생제가 포함된 시멘트를 사용하고 전신 적 항생제를 추가로 투여한다. 일 단계 치환술과 이 단계 치환술의 문헌상 비교에서 일단계 치환의 경우 항생제를 포함하는 시멘트를 사용할 경우 80%, 이 단계 치환술의 경우는 9 0 %로 1 0 %정도 성공률이 높 게 나타났다. 저자의 감염 증례 1 6례 중 1 0례에서 이 단계 치환술을 시행하였으며 모두 성공적 결과를 얻었다. 인공관절 재 삽입의 금기증은 i n a d e q u a t e bone stock, poor soft tissue, 병원균이 항생제에 내성이 생긴 경우, 재활치료에 적응하지 못하는 경 우 등이다. 관절 절제술시 항생제가 포함된 시멘트 로 빈 공간을 채 우 는 방법이 H o v e l i u s와 J o s e f s s o n2 2 )에 의해 기술되었고 현재까지 많이 사용 되고 있다. Duncan과 M a s r i7 )에 의해 개발된 Prostalac System은 항생제가 포함된 시멘트로 대 퇴 주대를 만들어 체중부하가 가능한 기능적 s p a c e r 로 역할을 하게 해준다.
④ Three-stage reconstruction
F i t z g e r a l d8 , 9 , 1 2 , 1 3 , 1 4 )에 의해 소개되었고 심한 골 손 상이 심한 환자에서 인공 보철물 제거와 연부 조직 과 시멘트를 변연 절제( D e b r i d e m e n t )하고 정맥으 로 항생제를 4 ~ 6주간 투여 한 뒤 골 소실을 재건하 고 구조적 골 이식술을 시행하여 bone integrity를 확보한 뒤 9개월 이후 3단계로 시멘트 인공관절을 삽입한다.
⑤ Resection arthroplasty
염증을 제거하는데는 유용하나, 기능이 저하되어 단독으로는 사용이 제한되며 인공관절의 재 삽입이 적합지 않은 노령의 보행이 어려운 환자, 협조가 어 려운 치매 환자 등에서 사용된다.
결 론
인공 관절 치환술 후 발생하는 감염의 치료는 감 염이 나타나는 시간, 형태, 균의 독성( v i r u l e n c e ) , 항생제의 감수성과 세균의 종류, 환자의 임상 증세, 고관절의 상태 등에 따라서 달라지게 된다. 초기 감 염(술후 4 8시간 이내)은 즉각적인 배농 후 일차적 봉합술을 시행하고 H e m o v a c을 삽입하고 감수성이 있는 항생제를 사용하면 인공관절을 희생시키지 않 고 치료가 가능하다. 후기의 개방성 또는 급성 화농 성 염증이 발생한 경우 철저한 변연 절제술과 모든 이물질을 제거하고 H e m o v a c을 삽입하거나 염증이 심한 경우는 창상을 열어 논 상태로 수일 정도 창상 치료 후 봉합술을 시행한다. 후기의 비개방성, 아급 성 염증의 경우도 광범위한 변연 절제와 모든 이물 질을 제거하고 일 단계 또는 이 단계 고관절 제건술 을 시행하여 성공적으로 감염을 치료 할 수 있다.
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