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The Prevalence of Bacterial Nasal Colonization in Patients Undergoing Primary Total Knee Arthroplasty
Hee-Chun Kim, M.D., Sung Kwan Hong, M.D.1, Jinmyoung Dan, M.D.2, Don-Seok Lee, M.D.3 and Yong Suk Cho, M.D.
Department of Orthopedic Surgery, 1Division of Infectious Diseases, Department of Internal Medicine, CHA Bundang Medical Center, CHA University, Seongnam, 2Department of Orthopedic Surgery, Gumi CHA
Hospital, CHA University, Gumi, 3Department of Orthopedic Surgery, National Medical Center, Seoul, Korea
Received: October 12, 2010
Revised: (1st) October 20, 2010, (2nd) November 3, 2010 Accepted: November 5, 2010
Corresponding author: Jinmyoung Dan, M.D.
Department of Orthopedic Surgery, Gumi CHA Hospital, CHA University, 855 Hyeonggok-dong, Gumi 730-040, Korea
TEL: 82-54-450-9571, FAX: 82-54-450-9990 E-mail: [email protected]
Purpose: The objective of the current study was to investigate the prevalence of bacterial nasal colonization in patients who are undergoing primary total knee arthroplasty and to determine whether the prevalence affects the incidence of deep surgical site infections.
Materials and Methods: Of the 488 consecutive patients (784 knees) who had been screened for bacterial nasal colonization using nasal swab cultures before elective total knee arthroplasties, 434 patients (88.9%) were available for review at one year postoperatively. We assessed the overall rate of deep surgical site infections in the patients with nasal carriage of bacteria (group I) and in those patients without any bacterial nasal colonization (group II), respectively.
Results: Of the 434 patients, 69 (15.9%) had nasal carriage of bacteria. There was 1 infection (0.9%) among 113 knees of 69 patients in group I and 10 infections (1.7%) among 591 knees of 365 patients in group II.
Those differences were not statistically significant.
Conclusion: The prevalence of bacterial nasal colonization in patients undergoing primary total knee arthroplasty was 15.9% and the preoperative nasal carriage of bacteria did not affect the rate of deep surgical site infections.
Key Words: Bacterial nasal colonization, Total knee arthroplasty
서 론
슬관절 전치환술(total knee arthroplasty) 후 감염은 1
∼2.5% 정도로 보고되므로3,17) 흔하게 발생하지는 않지만, 일단 발병하면 치료하기 어려운 심각한 합병증이다. 그러 므로 술 전 및 술 후에 감염을 예방하기위한 모든 노력이
요구된다.
슬관절 전치환술 후 감염증의 가장 흔한 원인균은 황색 포도알균(Staphylococcus aureus)인데10,11), 술 전에 황색 포도알균의 보균(carriage) 상태인 비강 집락(nasal colo- nization)이 있는 환자에서 고관절이나 슬관절 치환술 및 척추 수술 후 감염이 높으므로4,13) 술 전에 mupirocin 등 항생제를 비공(nares)에 국소 도포하여 이를 치료하면 고 관절이나 슬관절 전치환술 후 감염을 줄일 수 있다13,14)는 보고가 있다.
이에 저자들은 일차성 슬관절 전치환술을 계획한 환자 에서 술전에 비강면봉법(nasal swab)으로 세균 비강 집락 의 빈도를 조사하고 그 유무가 술 후 1년까지의 심부감염 의 발생률에 어떤 영향을 미치는 지를 알아보고자 하여
전향적 연구를 시행하였다.
대상 및 방법 1. 연구대상 및 분석
2007년 5월부터 2009년 9월까지 일인 술자에 의해 시 행된 일차성 슬관절 전치환술 488명 784예를 대상으로 수 술 전일에 비강면봉법으로 균동정을 시도하였다. 균동정 방법은 기존의 외국 저자들이 기술한 방법1,8)과 같이, 면 봉으로 양측 비공(nares)의 깊은 곳을 찌른 후 비공의 앞 쪽 벽을 문지르면서 빼내어 이 검체를 혈액우무판(blood agar plate)에 위치시킨 후 비이산화탄소(non-CO2) 항온 기에서 섭씨 35∼37oC를 유지하여 48시간 동안 배양하였 다. 슬관절 전치환술은 이 균동정 결과에 관계없이 일상적 인(routine) 방법으로 시행하였으며, 균동정 결과가 양성 이어도 추가적인 조치는 하지 않았다.
488명 중 434명(88.9%)에서 1년 이상 추시가 가능하였 으므로 이 434명을 대상으로 추시 시간 중 심부감염 발생 여부를 조사하였다. 434명 중 대부분(419명, 96.5%)의 환 자가 골관절염 환자였으며 12명(2.8%)이 류마치스 관절 염이었고 3명(0.7%)가 골괴사증이었다. 추시 기간 중 심 부 감염의 진단은 1) 관절 내 천자로 얻은 활액의 배양이 나 polymerase chain reaction (PCR) 검사로 원인균을 밝 혀낸 경우와 2) 원인균을 동정해내지는 못하였으나 신체 검사를 포함한 임상상과 기타 혈액 검사 상 C-반응단백질 (C-reactive protein, CRP) 수치와 적혈구침강속도(eryth- rocyte sedimentation rate, ESR) 수치 등 염증지표의 증 가가 뚜렷하여 심부 감염 양상을 명확히 나타내므로 재수 술을 시행하게 된 경우로 하였다.
술 전 비강면봉법 균동정에서 세균이 동정된 환자들(제 1군)과 그렇지 않은 경우 환자들(제2군) 사이에 다른 술 전 위험 인자의 차이가 있는 지를 조사하고 심부감염의 발생률을 비교하였다.
동일 환자에서 양측 슬관절을 동시에 시행한 예가 많았 으므로, 술전 동정률은 환자수를 기준으로 분석하고, 술 후 심부감염의 발생률은 수술 관절 수를 기준으로 분석하였다.
2. 수술 방법 및 예방적 항생제의 사용
층류(laminar flow) 수술실에서 배기복(body exhaust system)을 착용하여 수술을 진행하였고 전례에서 후십자
인대 대치형 인공관절을 사용하였으며 슬개골을 치환하였 다. 대퇴부, 경골부, 그리고 슬개부 치환물은 모두 골시멘 트를 사용하여 고정하였다.
2007년 5월부터 2008년 7월까지는 예방적 항생제로 cefotetan을 1일 2회 1 g씩 수술일을 포함하여 5일간 정 주하였고 골시멘트는 Erythromycin 0.5 g과 Colistin 300 만 IU가 함유된 골시멘트(Antibiotic SimplexⓇ, Stryker Howmedica Osteonics, NJ, USA)와 항생제 비함유 골시 멘트(Simplex PⓇ, Stryker Howmedica Osteonics, NJ, USA)를 교대로 사용하였고, 2008년 8월부터 2009년 9월 까지는 예방적 항생제로 vancomycin을 1일 2회 1 g씩 수 술일을 포함하여 2일간 정주하였고 골시멘트는 Gentamicin 1 g이 함유된 골시멘트(SmartSet GHVⓇ, DePuy, Black- pool, UK)와 항생제 비함유골시멘트(SmartSet HVⓇ, DePuy, Blackpool, UK)를 교대로 사용하였다. 예방적 정주 항생 제 사용 방법이 달라진 이유는 2007년 5월부터 2008년 7 월까지 특히 methicillin-resistant 균주에 의한 술 후 심부 감염의 발생률이 높아지는 경향이 있어 이를 예방하기 위 함이었다.
3. 통계 분석
양 군 간의 술전 지표와 중 연속적 변수의 차이는 t 검정 (t test)으로 유의성을 평가하고 정성적 변수의 통계적 처 리와 결과의 분석은 카이 스퀘어 검정(χ2 test)으로 하였 다. 세균 비강 집락의 유무가 술후 슬관절부 심부감염의 발생률에 미치는 영향을 알아보기 위해서는 다변량 선형 회귀 분석(multivariate linear regression analysis)을 시행 하였다. 모든 통계 분석은 SPSS ver. 12.0 (SPSS Inc., Chicago, IL, USA)을 사용하였고 p값이 0.05미만인 경우 를 통계적으로 의의 있는 유의 수준으로 하였다.
결 과 1. 비강 집락의 빈도와 종류
488명의 환자 중 75명(15.4%)에서 병원균이 동정되었 다. 1년 이상 추시가 가능했던 434명 중에서는 69명 (15.9%)에서 병원균이 동정되었는데, methicillin-resistant 황색 포도알균이 11명(2.5%)에서, methicillin-sensitive 황 색 포도알균이 18명(4.1%)에서, methicillin-resistant 응고 효소음성 포도알균(coagulase-negative Staphylococci)이
Table 1. Unadjusted Analysis Comparing Demographics and Preoperative Data
Group 1 (n=69) Group (n=365) p-value
Mean age (range) 69.9 (55∼81) 69.5 (50∼87) 0.62
Male/Female 2 (2.9%)/67 (97.1%) 13 (3.6%)/352 (96.4%) 0.78
Unilateral/Bilateral 25 (36.2%)/44 (63.8%) 139 (38.1%)/226 (61.9%) 0.77 Antibiotic cement/Plain cement 33 (47.8%)/36 (52.2%) 182 (49.9%)/183 (50.1%) 0.76
Hemoglobin (g/dL)a) 12.7±1.3 12.9±5.7 0.81
Albumin (g/dL)a) 3.8±0.4 3.7±0.4 0.29
ESR (mg/hr)a) 23.4±16.7 22.7±17.0 0.75
CRP (mg/dL)a) 0.3±0.3 0.4±1.7 0.43
%Diabetes 23.2 15.3 0.11
%Hypertension & cardiovascular disease 43.5 50.1 0.31
a)The values are given as the mean and standard deviation.
ESR: Erythrocyte sedimentation rate, CRP: C-reactive protein.
Table 2. Unadjusted Analysis Comparing the Incidence of Deep Infection between Groups
Deep prosthesis infection No Yes p-value
No nasal bacterial colonization (Group 2) (n=591) 581 10 (1.7%)
Any kind of bacterial colonization (Group 1) (n=113) 112 1 (0.9%) 0.53
Staphylococcus aureus colonization (n=44) 44 0 (0%) 0.38
The values are given as the number of infected knees (%).
21명(4.8%)에서, methicillin-sensitive 응고효소음성 포도 알균이 15명(3.5%)에서, 폐렴 막대균(Klebsiella pneumo- nia)이 2명(0.5%)에서, 그리고 폐렴 사슬알균(Streptococ- cus pneumoniae)이 2명(0.5%)에서 동정되었다.
2. 술 전 지표들의 분석(Table 1)
제1군 69명 환자의 평균 나이는 69.9세(55∼81세)였으 며 남자가 2명, 여자가 67명(97.1%)이었다. 제2군 365명 환자의 평균 나이는 69.5세(50∼87세)였으며 남자가 13 명, 여자가 352명(96.4%)이었다. 연령과 성별을 비롯하여, 일측성 혹은 양측성 여부, 술 전 혈색소 수치, 술 전 혈청 알부민 수치, 술 전 ESR 수치, 술 전 CRP 수치, 당뇨병 이환율, 고혈압과 기타 심혈관 질환의 이환율 등은 제1군 과 2군 사이에 통계적으로 유의한 차이가 없었다.
3. 심부감염의 발생률(Table 2)
술 후 1년 동안 제1군 69명 113예 중에서는 1예(0.9%) 에서, 제2군 365명 591예 중에서는 10예(1.7%)에서 심부 감염이 발생하였다. 이러한 차이는 통계학적으로 유의하
지 않았다.
제1군 중 황색 포도알균이 동정된 29명 44예 중에서는 심부감염의 발생이 없었으나 제2군과의 차이는 역시 통계 적으로는 유의하지 않았다. 심부감염 11예 중 2예는 일측 성으로 수술한 경우에서, 9예는 양측성으로 수술한 환자 의 일측에서 발생하였고, 양측성 수술 부위 모두 감염이 생긴 환자는 없었다.
제1군에서 심부감염이 발생한 예는 술 전 비강면봉법 균동정에서는 methicillin-sensitive 응고효소음성 포도알균 이 발견되었으나 술 후 2주에 발현한 슬관절부 심부감염 의 원인균은 methicillin-resistant 황색 포도알균이었다. 제 2군 중 심부감염이 발생한 10예에서 심부감염의 원인균은 methicillin-resistant 응고효소음성 포도알균이 4예, 결핵 균(Mycobacterium tuberculosis)이 2예, methicillin-sensi- tive 응고효소음성 포도알균이 1예, 그리고 사슬알균 (Streptococcus)이 1예였으며 원인균을 밝히지 못한 경우 가 2예였다.
예방적 정주 항생제로 cefotetan을 사용한 기간에는 383예 중 8예(2.1%)에서 심부감염이 있었고 vancomycin
Table 3. Unadjusted Analysis Comparing Demographics and Preoperative Data
Odds ration (95% CI) p-value No nasal bacterial
colonization 1.8 (0.2, 15.2) 0.58
Age 1.2 (0.9, 1.1) 0.46
Simultaneous bilateral
surgery 2.5 (0.5, 12.2) 0.25
Plain bone cement 1.7 (0.4, 7.3) 0.50
Hemoglobin 1.2 (0.7, 2.1) 0.55
Albumin 0.5 (0.1, 4.4) 0.55
ESR 1.0 (0.9, 1.0) 0.38
CRP 1.0 (1.0, 1.1) 0.93
No diabetes 0.5 (0.1, 2.0) 0.29 No hypertension or
cardiovascular disease 0.5 (0.1, 2.1) 0.37 CI: Confidence intervals, ESR: Erythrocyte sedimentation rate, CRP: C-reactive protein.
을 사용한 기간에는 214예 중 2예(0.9%)에서 심부감염이 있었으나 이러한 차이도 통계학적인 유의성은 없었다(p=
0.2920).
4. 다변량 분석(Table 3)
선형 회귀 모델(linear regression model)을 이용한 다변 량 분석의 결과에서도 술전 비강 집락의 유무는 술후 심 부 감염률과 유의한 상관관계를 보이지 않았고, 연령, 양 측성 수술인지 일측성 수술인지와 골시멘트에 항생제를 첨가하였는지 여부, 그리고 전술한 술 전 지표들과 술 후 심부 감염률 사이에도 유의한 상관관계는 없었다.
고 찰
인공관절 치환술 후 심부감염이 초래하는 원인은 다양 하므로 그 예방을 위해서도 다각적인 접근이 필요하다. 감 염균에 대한 저항력으로 표현되는 숙주 인자(host factor), 즉 환자의 전신상태도 중요하고 수술실 환경을 개선하고 무균 술기(aseptic technique)를 유지하는 등 환경 인자 (environmental factor)에 대한 고려도 필수적이지만, 세 균 인자(bacteria factor)를 제어하기 위해서는 적절한 예 방적 항생제의 사용과 함께 요로 감염 등 가능한 원격 감 염에 대한 검색(screening)도 필요하다2).
슬관절 전치환술 후 감염증의 가장 흔한 원인균인 황색 포도알균은 환자가 이미 보균하였다가 내적 감염(endo- genous infection)을 일으킬 수도 있으며7,11) 보균자에서 황색 포도알균의 주된 저장소(reservoir)는 비공인 것으로 알려져 있고 일반인구(general population)의 32.4%8) 혹 은 37.2%7)에서 비강 집락이 보고되었다.
Kalmeijer 등4)은 고관절 및 슬관절 전치환술과 척추 수 술 환자에서 술전 황색 포도알균 비강 집락의 빈도가 27%
였다고 하였고 Rao 등13)은 고관절 및 슬관절 전치환술 환 자에서 술전 황색 포도알균 비강집락의 빈도를 26%로 보 고하였고, Price 등12)은 관절경이나 골절 등 다양한 수술 을 앞둔 정형외과 환자에서 술 전 황색 포도알균 비강 집 락의 빈도를 30%로 보고하였다. 이에 비하면 본 연구에서 는 술 전 황색 포도 알균 비강 집락의 빈도가 6.7% (29/
434명)로 기존 외국 보고에 비해 적었다. 이것이 세균동 정 방법의 차이에 기인했을 기능성도 배제할 수는 없지만, Sivarman 등15)에 의하면 일반인에서 황색포도알균 비강 집락의 빈도는 연령과 건강상태에 따라 다르고, 나라마다 도 달라서 선진국에서 높고(미국 26∼32%, 네덜란드 35%), 개발도상국에서 낮다고(나이지리아 14%, 말레이시 라 26%, 인도 16%, 인도네시아＜10%) 하였으며, 선진국 에선 개인위생의 수준이 높아서 항원(antigen)과 병원체 (pathogen)에 노출될 기회가 적은 것이 병원체 제거 (clearing)의 감소로 이어진 것으로 추측하였다. 국내에서 는 Park과 Lee9)가 건강한 일반인에서 황색 포도알균 비 강 집락의 빈도가 1997년에는 11.8%이었으나 2006년에는 30%로 증가함을 보고하였다.
황색 포도알균 비강 집락이 발견된 환자에서 수술 부위 감염의 빈도가 높으며4,12,13), 비강 집락이 발견된 환자에서 술 전에 mupirocin 등 항생제를 비공에 국소 도포하여 이 를 치료하면 수술 부위 감염률을 낮출 수 있다12,13,16)는 보 고들이 있었으나 이 보고들은 다인의 술자에 의하고 수술 종류도 골절, 관절경, 고관절 치환술, 슬관절 치환술 등 다 양한 이질적 집단을 연구 대상으로 한 후향적 연구였다.
본 연구에서는 술전세균 비강 집락의 유무가 술 후 슬관 절부 심부감염률에 미치는 영향은 발견하지 못하였다.
슬관절 전치환술 후 1년에 평가한 심부감염률이 1.6%
(11/704예)로 기존 외국 보고와 비교해도 적은 편이 아님 에도 불구하고10,17), 술전 세균 비강 집락의 빈도는 높지 않았다는 사실로부터 가능한 추정은 첫째, 세균 동정 방법
이 외국 저자들에 비해 민감하지 못했을 가능성이 있다.
또 다른 가능성은 전치환술 후 심부감염을 일으키는 기전 중 내적 감염이 주된 기전이 아니고 다른 인자들이 더 기 여할 가능성이다.
Kalmeijer 등5)은 고관절 및 슬관절 전치환술과 척추 수 술 환자에서 시행한 이중 맹검 무작위 전향적 연구에서 술 전에 일상적으로 mupirocin을 비공에 국소 도포한 315 예에서는 1예에서만 황색 포도알균 비강집락으로 인한 내 적 경로의 수술 부위 감염이 발생하였고, 위약을 비공에 국소 도포한 299예에서는 5예에서 황색 포도알균 비강 집 락으로 인한 내적 경로로 수술 부위 감염이 발생하여 유 의한 발생 빈도의 차이를 보였으나, 전체적인 수술부위 감 염률은 각각 3.8% (12/315)와 4.7% (14/299)로 유의한 차이가 없었다고 하였는데, 이는 수술 부위 감염을 일으키 는 기전 중 내적 감염이 주된 기전이 아니고 수술실 환경 이나 수술 술기를 포함하는 환경 인자6)나 세균 인자같은 다른 요인들이 더 수술 부위 감염률에 기여한다는 것을 시사하는 소견으로 이해된다.
본 연구의 제한점은 대상 예가 적었다는 점이다. 술후 감염의 낮은 빈도를 고려할 때, 정확한 사실을 확정하려면 더 많은 증례의 광범위한 연구가 필요하다. 또한 추시 기 간이 술 후 1년으로 짧은 것도 제한점이며 따라서 향후 더 추시가 필요하다.
결 론
일차성 슬관절 전치환술 환자에서 술전 세균 비강 집락 의 빈도는 전체적으로는 15.9%였고 황색 포도알균만으로 는 6.7%였다. 이것은 기존의 외국 보고에 비해 적은 빈도 였다. 또한 술전 세균 비강 집락의 유무가 술후 슬관절부 심부감염률에 미치는 영향은 없었다.
CONFLICT OF INTEREST
No potential conflict of interest relevant to this article was reported.
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일차성 슬관절 전치환술 환자에서 세균 비강 집락의 유병률
차의과학대학교 분당차병원 정형외과, 1차의과학대학교 분당차병원 감염내과,
2차의과학대학교 구미차병원 정형외과, 3국립중앙의료원 정형외과
김희천ㆍ홍성관1ㆍ단진명2ㆍ이돈석3ㆍ조용석
목적: 일차성 슬관절 전치환술 환자에서 술 전에 세균 비강 집락의 빈도를 조사하고 그 유무가 슬관절부 심부감염 발생빈도에 어떤 영향이 있는 지를 알아보고자 하였다.
대상 및 방법: 일차성 슬관절 전치환술 488명 784예를 대상으로 수술 전일에 비강면봉법으로 균동정을 시도하고, 1년 이상 추시가 가능했던 434명(88.9%) 중 술 전 세균 비강 집락이 있었던 환자들(제1군)과 그렇지 않은 경우 환자들(제2군)에서 추시 기간 중 심부감염 발생 여부를 조사하였다.
결과: 434명 중 69명(15.9%)에서 비강내에서 병원균이 동정되었다. 슬관절 전치환술 후 심부감염은 제1 군 69명 113예 중에서는 1예(0.9%)에서, 제2군 365명 591예 중에서는 10예(1.7%)에서 발생하였고 양 군 간의 이러한 차이는 통계적으로 유의하지 않았다.
결론: 일차성 슬관절 전치환술 환자에서 술 전 세균 비강 집락의 빈도는 15.9%였고 비강 집락의 유무가 술 후 슬관절부 심부감염률에 미치는 영향은 없었다.
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