전방 십자 인대 재건을 위한 이식건의 경골측 고정에 대한 주기성 인장 부하의 효과
전남대학교 의과대학 정형외과학교실
송은규・정종욱・신상규
= 국문 초록=
목적 : 전방 십자 인대 재건술시 이용되는 6가지 서로 다른 경골측 고정 방법들의 초기 안정성에 대한 주 기성 인장 부하 검사의 결과를 비교, 분석하고자 하였다.
대상 및 방법 : 돼지(Yorkshire) 슬관절 7 2개를 이용하여 6가지 고정 방법(슬개건-티타늄 간섭나사, 슬 개건-생체 흡수성 간섭 나사, 신전건-티타늄 간섭 나사, 신전건-생체흡수성 간섭 나사, 신전건-꺽쇠못, 신전 건-지주나사)으로 이식건을 고정하고 I n s t r o nⓇ 인장 검사기를 이용하여 주기성 인장 부하 검사 및 최대 인 장력 검사를 시행하였다. 인장 실험 전에 3 0 N으로 1 5분간 전부하를 주었으며, 주기성 인장 부하 검사는 5 0
㎜/ m i n의 속도로 3 0 N에서 1 5 0 N사이를 1 0 0 0회 주기적으로 반복하도록 하였으며, 동일 시편으로 최대 인장 력 검사를 시행하여 주기성 부하 후 최대 인장력의 변화를 비교, 분석하였다. 각 실험군에 따른 인장력 차이 의 통계적 유의성을 검정하기 위하여 A N O V A와 Duncan 다중 비교 분석법을 이용하였다.
결과 : 주기성 인장 부하 검사 후 최대 인장력은 슬개건-티타늄 간섭 나사군이 평균 3 5 8 . 9±9 3 . 1 N (229.2~457.0N), 슬개건-생체흡수성 간섭 나사군은 평균 2 7 5 . 1±53.7N(201.4~344.7N), 신전건-티타 늄 간섭 나사군은 평균 4 2 1 . 3±87.7N(297.2~522.9N), 신전건-생체흡수성 간섭 나사군은 평균 3 4 7 . 3±
93.0N(232.9~486.1N), 신전건-꺽쇠못군은 평균 3 1 0 . 2±75.3N(208.2~413.5N), 신전건-지주나사군은 평균 2 4 2 . 4±2 2 . 4 N ( 2 2 2 . 9 ~ 2 7 9 . 7 N )이었다. 이러한 결과는 주기성 인장 부하 검사전의 단순 인장 검사 결 과에 비하여 각각 42%, 50%, 43%, 45%, 55%, 10% 감소하였다.
결론 : 단순 인장 검사상 경골측 고정 방법의 고정력은 초기 부하를 견뎌내는데 충분하였으나, 술 후 재활 기간 동안 슬관절에 부하되는 힘과 유사한 주기성 부하를 주고 난 후 고정력은 단순 인장 검사 결과에 비하 여 현저히 감소되어 초기 고정력이 불충분한 것으로 사료된다.
색인 단어 : 전방 십자 인대 재건술, 경골측 고정, 주기성 인장 부하
Corresponding Author : Eun Kyoo Song, M.D.
Department of Orthopedic Surgery, Chonnam National University 8 Hak-dong, Dong-gu, Gwangju 501-757, Korea
Tel : 062-227-1640, Fax : 062-225-7794, E-mail : [email protected]
Volume 13, Number 2, December 2001
서 론
전방 십자 인대 손상은 슬관절의 심각한 기능 장애 를 초래할 뿐 아니라 퇴행성 관절염을 일으키기 때문 에 손상시에는 전방 십자 인대의 해부학적 안정성 및 충분한 기능회복을 요한다2 , 6 , 1 4 , 1 9 , 2 6 )
. 손상된 기능의 조
기 회복을 위해 최근에는 관절경하 전방 십자 인대 재건술이 널리 이용되고 있다1 , 7 ). 요즈음 많이 이용되 고 있는 이식건으로는 골-슬개건-골( b o n e - p a t e l l a r t e n d o n - b o n e )과 반건양건-박건( S e m i t e n d i n o s u s , G r a c i l i s )등이 있으며, 고정 방법도 대퇴골과 경골에 따라서 다양하다. 경골측 고정 방법으로는 주로 티타 늄(titanium) 및 생체 흡수성 간섭 나사( b i o d e g r a -
dable interference screw) 고정과 꺽쇠못( s t a p l e ) 고정, 지주나사(screw post) 고정 등의 방법이 널리 사용되고 있다3 , 8 , 9 , 1 2 , 1 6 - 1 9 , 2 2 - 2 5 , 2 7 , 2 8 ). 그러나 고정 방법의 생역학적 파단 강도는 실험 방법이나 실험 기구에 따 라 차이를 보이며4 , 1 0 , 2 4 , 2 5 )
, 더구나 고정 방법들의 초기 안정성에 대한 비교 연구는 그 내용에 있어 단순한 인장력 검사 수준의 최대 인장력(maximal tensile s t r e n g t h )이나 파단 양상에 대한 비교 분석이 많으 며 실제 술 후 재활 기간에 주로 작용하는 낮은 주기 성 부하에 대한 영향을 반영하지 못하고 있다. 이에 저자는 낮은 주기성 부하가 고정 방법의 최대 인장력 에 미치는 변화와 파단 양상을 생역학적으로 비교, 분석 하고자 하였다.
재료 및 방법
실험 재료로는 사람의 슬관절과 해부학적 구조가 유 사한 돼지( Y o r k s h i r e )의 슬관절 7 2개와 족부 신전건 을 얻기 위해 7 2개의 족부를 이용하였다. 30개의 슬 관절은 단순 인장 검사를, 42개는 주기성 인장 부하 검사에 사용하였다. 단순 인장 검사는 6가지로 나누어 각각 5개의 표본을 대상으로, 주기성 인장 부하 검사 는 6가지로 나누어 각각 7개의 표본을 대상으로 하였 다. 약 1 2개월된 9 0 ~ 1 0 0㎏의 돼지를 도살하여 실험 재료를 얻은 후 1 2시간 이내에 족부 신전건 및 골-슬 개건-골 그리고 경골부를 채취하여 －7 0℃ 초저온 하 에서 보관하였으며, 표본들은 실험전 수시간 동안 실 온에서 방치하여 완전히 녹인 후 실험을 시행하였다.
1. 이식건 채취 및 고정 방법
실험은 가능한 한 실제 수술과 동일한 방법으로 시 행하였다. 이식건의 채취시 골-슬개건-골의 골편은 슬개골에서 너비 1 0㎜, 길이 2 5㎜, 두께 1 0㎜의 삼 각형 모양으로 채취한 후 직경 9㎜의 터널 모양의 원 통을 통해 통과시키면서 r o n g e u r를 이용하여 모서 리를 다듬어 원추형으로 만들었다.
슬괵건의 실험을 위해서는 돼지 족부의 신전건 중 사 람의 반건양건-박건과 그 직경이 유사한 것을 채취하여 사용하였으며, 신전건을 네가닥으로 하였을 때의 평균 직경은 7 ~ 8㎜ 이었다. 준비된 이식건을 실험방법에 따 라 티타늄 및 생체 흡수성 나사, 꺽쇠못, 지주나사를 이용하였다. 이식건의 고정을 위해 경골 조면의 내측 1
㎝에서 전방 십자 인대 부착부위 중심에 위치하도록 유 도핀(guide pin)을 삽입하고 유도핀을 따라 천공기로 구멍을 뚫어 약 3 0㎜ 길이로 만들었다. 골-슬개건-골이 식은 1 0㎜의 경골 터널을, 신전건의 경우에는 8㎜의 경
골 터널을 뚫고 각각의 방법으로 이식건을 경골 터널에 삽입하고 고정하였다. 정확한 견인 장력 측정을 위하여 경골 터널 방향과 견인 방향이 일치되도록 I n s t r o nⓇ 인 장 검사기 견인 방향과 약 3 0°정도 기울어진 경골 물 림 장치( c l a m p )를 제작하여 인장 검사기의 하부에 경 골을 고정하였으며, 골-슬개건-골의 경우는 슬개골측에 서 골편을 포함한 이식건을 채취하여 경골측 터널에 고 정하였고 슬개건을 경골에서 골막채로 박리하여 특별히 고안된 인대 물림 장치를 사용하여 인대부위를 고정하 고 인장 검사기의 상부에 장착하여 실험하였다. 신전건 의 경우에도 골-슬개건-골과 같이 인대 물림장치를 사 용하여 인대부위를 고정하여 인장 검사기의 상부에 장 착하여 실험하였다(Fig. 1).
슬괵건을 대신한 족부 신전건의 준비를 위해 한 끝에 봉합침이 달린 비흡수성 봉합사(No. 5 Ethibond)을
FIGURE 1. A photograph shows biomechanical test with cyclic load using Instron®machine, which grasps graft-tibia bone complex with specially designed clamps.
이용하여 끝이 겹치는 곳에 봉합한 후 사용하였으며, 특히 지주나사를 이용한 군에서는 이 봉합사의 끝을 지주나사와 와셔( w a s h e r )의 밑에 묶어 실험하였다.
1) 제 1군: 골-슬개건-골과 티타늄 간섭 나사 고정 직경 1 0㎜의 경골 터널에 이식건의 골편을 길이 2 0
㎜, 직경 7㎜의 티타늄 간섭 나사(titanium inter- ference screw, Acufex Microsurgical, Mans- field, MA, U.S.A.)를 사용하여 고정하였다.
2) 제 2군:
2) 골-슬개건-골과 생체 흡수성 간섭 나사 고정 제 1군에서와 마찬가지로 길이 2 0㎜, 직경 7㎜의 생체 흡수성 간섭 나사( B i o s c r e wⓇ, Linvatec Corp, Largo, FL, U.S.A.)를 이용하여 고정하였다.
3) 제 3군: 신전건과 티타늄 간섭 나사 고정 슬괵건 대신에 채취한 족부 신전건 중 반건양건-박 건과 직경이 유사한 두 개의 건을 선택하여 네가닥으 로 만든 후 직경 8㎜의 경골 터널에 삽입하여 길이 2 0㎜, 직경 8㎜의 티타늄 간섭 나사로 고정하였다.
4) 제 4군: 신전건과 생체 흡수성 간섭 나사 고정 돼지의 족부 신전건을 네가닥으로 하여 제 3군과 마찬가지로 직경 8㎜의 천공기로 경골 터널을 만들 고 터널에 삽입하여 길이 2 0㎜, 직경 8㎜의 생체 흡 수성 간섭 나사로 고정하였다.
5) 제 5군: 신전건과 꺽쇠못 고정
제 3, 4군과 같이 8㎜의 경골 터널에 이식건을 통 과시킨 후 꺽쇠못 2개를 사용하여 고정하였다.
6) 제 6군: 신전건과 봉합사와 지주나사 고정 족부 신전건을 네 가닥으로 하여 그 끝에 연결된 비흡수성 봉합사 2가닥을 한 개의 지주나사와 와셔 에 묶어 고정하였다(Fig. 2).
2. 단순인장검사
사용한 인장 검사기는 I n s t r o nⓇ(Model No.5569, Mass, U.S.A.)이었으며, 30kN 용량의 load cell 을 사용하였고, 인장속도는 분당 5 0㎜를 유지하면서 X-Y 기록계에 표시하여 최대 인장력을 측정하고 파 단 양상을 육안으로 확인하였다.
3. 주기성 인장 부하 검사 및 최대 인장 검사 인장 실험 전에 3 0 N으로 1 5분간 전부하( p r e l o a d ) 를 주었으며, 30N에서 1 5 0 N까지 반복적으로 부하 를 변화시키면서 고정 방법에 따른 고정력의 변화를 관찰하였다. 이런 목적을 달성하기 위하여 3 0 N에서
1 5 0 N까지의 부하를 1 0 0 0회( 1㎐/ s e c )동안 반복하도 록 컴퓨터 프로그램밍 하였으며, 이때 속도는 5 0㎜
/ m i n였고 주기성 검사 동안에 파단되는 경우는 컴퓨 터 프로그램상 자동적으로 인식되도록 하여 그 결과 를 환산하였다. 분석된 결과들로는 c y c l e (반복횟수) , 부하량(30N-150N), 신연정도(㎜)등이며 그래프상 에서는 지정된 부하 사이를 반복하는 양상과 과다 부 하나 과소 부하가 없었는지 확인할 수 있게 하였다.
주기성 인장 부하 검사 중 파단된 경우는 몇 회째에 실패하였는지를 기록하고 원인을 분석하였다.
무사히 1 0 0 0회의 주기성 부하를 견딘 경우에는 최 대 인장력과 파단 양상을 알아보기 위해 동일 시편으 로 최대 인장력 검사를 시행하였다. 이러한 이중 실 험을 위해 주기성 인장 부하 검사와 최대 인장력 검 사용 프로그램을 각각 설치하였고 각 실험의 시작과 끝은 컴퓨터 조작으로 이루어졌으며, 그 결과들의 분 석은 I n s t r o nⓇ 인장 검사기에 연결된 컴퓨터 프로그 램에 의해 자동적으로 이루어졌다. 파단 양상은 기계 적 실험 진행 도중 직접 육안으로 확인하였고, 일부 의 시편은 최대 인장력을 발휘한 일정 시점에서 실험 을 마친 후 다시 경골 터널 부위를 종으로 절개하여 고정 기구와 이식건의 위치 및 상태를 확인하고 기록 하였다. 특히 주기성 인장 부하 검사 중에 이식건과
FIGURE 2. Schematic drawing shows 6 different tibial fixa- tion techniques for anterior cruciate ligament reconstruction. A . BPTB-Titanium interference screw. B . BPTB-Bioabsorbable interference screw. C. Extensor tendon-Titanium interference screw. D . Extensor tendon-Bioabsorbable inter- ference screw. E . Extensor tendon-Staple(turn- buckle technique). F . Extensor tendon-Tie over screw post.
골편의 건조를 막기 위해 실험중 일정시간 간격으로 생리식염수를 뿌려 적셔주었다.
각 실험군에 따른 인장력 차이의 통계학적 유의성을 검정하기 위하여 A N O V A와 Duncan 다중 비교분석 법으로 그 결과를 분석하였으며 통계처리는 w i n d o w 용 SPSS(statistical packable for social science) version 7.0을 사용하였다.
결 과
매 실험마다 기록한 반복 횟수, 신연 정도, 주기성 인장 부하 검사 후 최대 인장력과 파단 양상 등을 분 석하여, 주기성 인장 부하 검사 중 파단 유무, 파단 시 반복 횟수, 주기성 인장 부하 검사 후 이식건의 신연 정도와 이식건의 이동 그리고 주기성 인장 부하 검사 후 각 고정 방법의 평균 최대 인장력과 그 파단 양상을 정리하였다(Table 1).
1) 제 1군: 골-슬개건-골과 티타늄 간섭 나사 고정 단순 인장 검사의 평균 최대 인장력은 6 2 5 . 1±
1 1 6 . 7 N ( 4 4 4 . 9 ~ 7 9 5 . 6 N )이었으며, 파단 양상은 전 례에서 골편이 경골 터널에서 빠져 나왔다.
주기성 인장 부하 검사 중 한 예에서 6 7 0회 째 파 단되었으며, 주기성 부하 검사 후 평균 최대 인장력 은 3 5 8 . 9±9 3 . 1 N ( 2 2 9 . 2 ~ 4 5 7 . 0 N )이었으며, 주기 성 부하 전에 비하여 최대 인장력이 약 42% 감소하 였다. 파단 양상은 간섭 나사의 위치 변화 없이 골편 이 경골 터널에서 빠져 나오는 양상을 보였으며, 1예 에서는 슬개건 부위가 늘어나면서 찢어지는 양상을 보였다(Fig. 3).
2) 제 2군:
2) 골-슬개건-골과 생체 흡수성 간섭 나사 고정 단순 인장 검사의 평균 최대 인장력은 5 5 7 . 1±
7 6 . 9 N ( 4 1 9 . 9 ~ 6 4 2 . 3 N )이었으며, 파단 양상은 전 례에서 제 1군과 유사하게 골편이 경골 터널에서 빠 져 나왔다.
주기성 인장 부하 검사 중 파단된 경우는 2예였으며 각각 4 9 0회와 8 6 9회 째 파단되었고, 주기성 인장 부하 검사 후 평균 최대 인장력은 2 7 5 . 1±5 3 . 7 N ( 2 0 1 . 4 ~ 3 4 4 . 7 N )이었고, 주기성 부하 전에 비하여 최대 인장 력이 약 50% 감소하였다. 파단 양상은 제1군과 유사 하여 5예에서 간섭 나사의 위치 변화 없이 골편이 경 골 터널에서 빠져 나오는 양상을 보였다(Fig. 4).
Table 1. Failure strength and modes of various tibial fixation techniques after cyclic load test.
Failure during Displacement Maximal tensile
Specimen Fixation
the cyclic during the strength at failure Modes of failure
No. Technique
load(case) cyclic load(mm) after the cyclic ( ): No. of failure load(Mean±SD)
1-7 BPTB-Titanium 1 5.2 358.9±93.1N (6) Pull out of the
interference screw bone plug, screw in
group unchanged position
(1) Rupture of tendon
8-14 BPTB-Bioscrew 2 6.1 275.1±53.7N (5) Pull out of the
group bone plug, screw in
unchanged position (2) Ruptune of tendon
15-21 Extensor tendon- 0 6.0 421.3±87.7N (7) Pull out of the
Titanium interference bone plug, screw in
screw group unchanged position
22-28 Extensor tendon- 0 4.9 347.3±93.0N (7) Pull out of the
Bioscrew group bone plug, screw in
unchanged position
29-35 Extensor tendon- 0 5.6 310.2±65.3N (7) Pull out of the
Staple(turn-buckle tendon, staple in
technique) group slipped out
one by one
36-42 Extensor tendon- 0 14.8 242.4±22.4N (7) Rupture of
Tie over screw suture material
post group (Ethibond No.5)
3) 제 3군: 신전건과 티타늄 간섭 나사 고정 단순 인장 검사의 평균 최대 인장력은 7 4 1 . 2±
8 4 . 5 N ( 6 1 8 . 9 ~ 8 6 5 . 5 N )이었으며, 파단 양상은 전 례에서 이식건이 경골 터널에서 빠져 나오는 양상이 었다.
주기성 인장 부하 검사 중 파단된 경우는 없었으며, 주기성 부하 후 평균 최대 인장력은 4 2 1 . 3±8 7 . 7 N ( 2 9 7 . 2 ~ 5 2 2 . 9 N )이었으며, 주기성 부하 전에 비하여 최대 인장력이 약 43% 감소하였다. 파단양상은 전례 에서 간섭 나사의 위치 변화 없이 이식건이 경골 터 널에서 빠져 나오는 양상을 보였다(Fig. 5).
4) 제 4군: 신전건과 생체 흡수성 간섭 나사 고정 단순 인장 검사의 평균 최대 인장력은 6 3 8 . 2±
9 7 . 7 N ( 5 0 2 . 4 ~ 8 0 5 . 1 N )이었으며, 파단 양상은 전
례에서 제 3군과 같이 이식건이 경골 터널에서 빠져 나왔다.
제 3군과 마찬가지로 주기성 인장 부하 검사 중 파단 된 경우는 없었으며, 주기성 부하 후 평균 최대 인장력 은 3 4 7 . 3±9 3 . 0 N ( 2 3 2 . 9 ~ 4 8 6 . 1 N )이었으며, 단순 인 장검사에 비하여 최대 인장력이 약 45% 감소하였다.
파단 양상은 전례에서 간섭 나사의 위치 변화 없이 경 골 터널에서 빠져 나오는 양상을 보였다(Fig. 6).
5) 제 5군: 신전건과 꺽쇠못 고정
단순 인장 검사의 평균 최대 인장력은 6 9 0 . 0±
9 2 . 1 N ( 5 7 6 . 4 ~ 8 1 3 . 5 N )이었으며, 파단 양상은 꺽 쇠못이 밀리면서 이식건이 빠져 나왔다.
주기성 인장 부하 검사 중 실패한 경우는 없었으며, 주기성 부하 후 평균 최대 인장력은 3 1 0 . 2±6 5 . 3 N ( 2 0 8 . 2 ~ 4 1 3 . 5 N )이었고 단순 인장 검사에 비하여 최 대 인장력은 약55% 감소하였다. 파단 양상은 전례에
FIGURE 3. The result and failure mode of bone-patellar ten- don-bone and titanium interference screw fixation group.
FIGURE 4. The result and failure mode of bone-patellar ten- don-bone and bioabsorbable interference screw fixation group
FIGURE 5. The result and failure mode of extensor tendon and titanium interference screw group.
FIGURE 6. The result and failure mode of extensor tendon and bioabsorbable interference screw fixation group.
서 꺽쇠못이 밀리면서 빠지는 양상을 보였으며, 특히 두 번째 꺽쇠못이 먼저 들려지면서 빠지고 어느 정도 버티다가 첫 번째 꺽쇠못이 빠지면서 파단되는 양상 이었다(Fig. 7).
6) 제 6군: 신전건과 봉합사와 지주나사 고정 단순 인장 검사의 평균 최대 인장력은 2 6 8 . 8±
2 6 . 3 N ( 2 3 1 . 5 ~ 3 0 0 . 9 N )이었으며 파단 양상은 연결 실이 끊어졌다.
주기성 인장 부하 검사 중 이식건이 터널을 완전히 빠져 나온 경우는 없었다. 주기성 부하 후 평균 최대 인장력은 2 4 2 . 4±2 2 . 4 N ( 2 2 2 . 9 ~ 2 7 9 . 7 N )이었고 단 순 인장 검사에 비하여 최대 인장력은 약 10% 감소 하였다. 파단 양상은 전례에서 연결실이 파열되면서 파단되는 양상을 관찰할 수 있었다(Fig. 8). 이 경 우 두가닥 중에 한 쪽이 먼저 파열되며, 그후 얼마간 버티다가 다른 한쪽이 파열되었다. 주목할 점은 두가 닥의 연결실이 다 끊어질 때까지 봉합의 한 부위가
늘어나는 양상을 보였다.
통계적 결과
각 실험군에 따른 인장력 차이는 최대 인장력에 있 어서 신전건을 지주나사를 이용하여 고정한 군과 다 른 5개의 군 사이에 통계학적으로 유의한 차이를 나 타내었으나( P＜0.05) 나머지 5개군 사이에는 유의한 차이를 나타내지 않았다( P＞0 . 0 5 ) .
고 찰
전방 십자 인대의 재건술에 있어서 술 후 초기 단 계에서 성패에 영향을 미치는 요인 중 대퇴골 및 경 골의 고정력이 가장 중요한 인자로 인정되고 있으며, 최근에는 조기 체중 부하와 적극적인 재활 치료의 중 요성이 부각됨에 따라 이식 재료의 강도와 고정 방법 에 많은 관심을 갖게 되었다3 , 4 , 8 - 1 0 , 1 2 , 1 7 , 2 0 , 2 2 - 2 8 )
.
지금까지 전방 십자 인대 재건술에는 다양한 이식 재료 및 고정 방법들이 소개되어 이용되어 왔으며, 자 가 이식건을 이용한 재건술이 보편적이고 쉬운 방법으 로 알려져 있다1 , 5 , 2 0 , 2 3 , 2 6 ). 현재 자가 이식건으로는 골- 슬개건-골과 슬괵건 중 반건양건과 박건이 여러가지 장점을 인정받아 널리 사용되고 있으며, 경골측의 고 정 방법으로는 티타늄 및 생체흡수성 간섭 나사, 꺽쇠 못을 이용한 고정, 지주나사를 이용한 방법 또는 이들 을 병합시킨 방법 등이 이용되고 있다1 0 , 1 8 , 2 4 , 2 5 ). 골-슬 개건-골 이식은 강도가 튼튼하고, 간섭 나사로 골편을 견고하게 고정할 수 있어 조기에 관절 운동이 가능하 며, 골과 골로 일차 유합되는 장점이 있으나, 이식 후 슬개-대퇴 관절의 동통과 대퇴 신전력 약화, 슬개건 파열 등의 문제가 보고되고 있다1 , 5 , 1 5 , 1 7 , 2 1 , 2 7 ). 슬괵건 중 반건양건과 박건의 사용은 M a c e y1 4 ) 이래로 많은 방 법이 개발되었으며, 반건양건의 강도( s t r e n g t h )는 슬 개건보다는 약하고 고정이 어렵다는 단점이 있으나, 강성( s t i f f n e s s )은 슬개건에 비해 정상 전방 십자 인 대와 비슷하고, 작은 직경의 여러 가닥은 한 개의 큰 직경의 건 보다 표면적이 넓기 때문에 이식후 혈관의 재형성이 빠르고, 신전건의 손상이 없으며, 슬개-대퇴 관절의 동통이 없고, 공여 조직에 의한 기능 손상이 없는 등의 장점이 있다1 , 5 , 7 , 1 1 , 1 3 , 1 5 , 2 3 )
.
생역학적 강도(biomechanical strength)는 골- 슬개건-골의 중간 1 / 3부위의 직경이 1 4㎜인 경우는 정상 전방 십자 인대 강도의 168%, 10㎜는 1 2 5 % , 반건양건은 70%, 박건은 5 0 %임이 실험적으로 증명 된 바 있다. Noyes 등1 9 )은 정상 십자 인대의 생역학 FIGURE 7. The result and failure mode of extensor tendon
and staple fixation group.
FIGURE 8. The result and failure mode of extensor tendon and tie-over screw post group.
적 강도가 1 7 2 5±269N, 골-슬개건-골(중간 1 / 3 )은 2 9 0 0±260N, 반건양건은 1 2 1 6±50N, 박건이 8 3 8
±3 0 N이었고, 정상 활동시에 전방 십자 인대에 가해 지는 부하는 약 4 5 4 N이라 하였다. 또한 Brown 등3 ) 은 반건양건을 두 가닥으로 하면 그 강도도 거의 두 배가 됨을 증명하였는데, 이를 Noyes 등의 실험 결 과로 추정해 보면 두 가닥의 반건양건은 정상 전십자 인대 강도의 1 4 0 %이며, 네 가닥의 반건양건은 250% 이상임을 알 수 있다. 이 결과에 비추어보면 중앙 1/3 골-슬개건-골이나 반건양건-박건을 네 가닥 으로 한 이식 재료를 사용할 경우 초기 안정성에 필 요한 이식건의 강도는 충분한 것으로 생각된다. 또한 본 연구에 사용된 돼지에서 채취한 이식건의 강도는 골-슬개건-골(중심부 1 0㎜)이 2 2 5 0±320N, 슬괵건 을 대신한 족부 신전건이 1 1 2 0±6 5 N으로 사체실험 이 힘든 우리 실정에서는 골-슬개건-골과 슬괵건을 대신하기에 적당한 실험 재료라 할 수 있다.
전방 십자 인대 재건술에 이용되고 있는 고정 방법의 안정성에 대해서도 많은 학자들에 의해서 생역학적 실 험 결과가 보고되고 있다. Kurosaka 등1 0 )은 수술 직 후의 이식 재료의 안정성에 가장 큰 영향을 미치는 요 소로써 강한 고정 방법의 선택을 강조하였고, 골-슬개 건-골의 견인 장력에 대한 실험에서 간섭 나사가 봉합 사나 꺽쇠못을 이용한 방법보다 우월하다고 보고하였 다. 또한 대부분에서 이식건 자체보다는 고정 부위의 고정력이 약했기 때문에 술 후 초기 실패는 고정 부위 에서 일어난다고 하였으며, 골의 질이 좋고, 골의 압박 력이 클수록 강한 고정을 얻을 수 있다고 하였다.
Rupp 등2 4 )은 돼지의 골 -슬개건-골을 티타늄 및 생체 흡수성 간섭 나사와 p r e s s - f i t방법으로 고정한 견인 장 력 실험에서 각각의 파단 강도(failure strength)를 768.6N(544~1094N), 805.2N(680~995N), 4 6 2 . 5 N ( 8 0 ~ 8 2 5 N )으로 보고하였고, Caborn 등4 )은 사체의 골-슬개건-골을 티타늄 및 생체흡수성 간섭 나 사로 고정한 실험에서 각각의 파단 강도를 5 5 8 . 3±
67.9N, 552.5±5 6 . 4 N으로 보고하였다. 이처럼 고정 방법들의 파단 강도는 학자들에 따라 차이를 보일 뿐 만 아니라 우수한 고정 방법에 대한 견해에도 다소 차 이가 있다. 이식건에 따른 고정 방법들의 초기 안정성 에 대한 전체적인 비교 연구는 드물어 고정 방법의 선 택에 어려움이 있는 것이 사실이다. 이전의 전방 십자 인대 재건술시 대퇴골 및 경골측 고정의 초기 안정성 에 대한 연구는 최대 인장력이나 파단 양상에 대한 비 교분석이 대부분이며 주기성 인장 부하가 이식건의 고 정력에 미치는 영향을 조사한 연구는 아니었다.
본 연구에서 골-슬개건-골을 티타늄 및 생체흡수성
간섭 나사로 고정한 방법의 주기성 인장 부하 검사 중 파단된 경우는 티타늄 간섭 나사로 고정한 군에서 1 예, 생체흡수성 간섭 나사군에서 2예 있었으며, 티타 늄 간섭 나사 고정군에서는 6 7 0회의 주기성 부하에서 그리고 생체흡수성 간섭 나사군에서는 4 9 0회와 8 6 9회 째에 파단되었다. 주기성 인장 부하 검사 후 평균 최 대 인장력은 단순 인장 검사에 비하여 각각 4 2 % , 50% 감소한 것을 감안할 때 상당히 낮은 값이며 이는 주기성 부하 후 고정력의 약화를 의미한다고 생각된 다. 또한 파단 양상에 있어서는 주기성 부하 여부에 관계없이 동일하게 간섭 나사의 위치 변화 없이 골편 이 경골 터널에서 빠져 나오는 양상을 보였다.
신전건을 티타늄 및 생체흡수성 간섭 나사로 고정 한 방법에서는 주기성 인장 부하 검사 중 실패한 경 우는 없었다. 그러나 주기성 부하 후 평균 최대 인장 력은 단순 인장 검사에 비하여 각각 43%, 45% 감 소하여 고정력이 상당히 떨어지는 것을 알 수 있었 고, 파단 양상은 주기성 부하와 관계없이 간섭 나사 의 위치 변화 없이 이식건이 경골측 터널에서 빠져 나오는 양상이었다.
이상의 네 가지 고정 방법들은 전부 간섭 나사를 이용한다는 공통점이 있는데 이러한 고정법은 술 후 재활 훈련시 이루어지는 반복적 관절 운동으로 고정 이 파단될 가능성이 있음을 의미한다. 한가지 주목할 점은 골-슬개건-골을 이용한 군이 신전건을 이용한 군보다 주기성 부하 후 낮은 최대 인장력을 보이고 있는 점인데, 이러한 결과는 이미 발표된 많은 임상 결과들이 골-슬개건-골을 간섭나사로 고정했을 때 슬 괵건보다 훨씬 우수한 고정력을 보인다는 보고와 다 르다. 아마도 그 원인은 돼지 슬개골의 망상골 조성 이 인체의 것에 비해 약하여 나사산(screw thread) 이 망상골을 잡는 힘이 떨어지기 때문일 것으로 생각 되었으며, 주기성 부하 중에 망상골 부위의 잦은 마 찰로 점차 그 고정력이 떨어지는 것으로 판단되었다.
반면 신전건의 경우는 인체와 조성이 유사하고 탄성 이 뛰어나 다소의 미끌림이 작용하여도 빨리 원형을 회복하므로 비교적 더 나은 인장력을 보이는 것으로 생각된다.
신전건을 꺽쇠못으로 고정한 경우도 주기성 인장 부하 검사 중 파단된 경우는 없었으며, 주기성 부하 후 평균 최대 인장력은 단순 인장 검사에 비하여 55% 감소하여 주기성 부하 후 일정한 고정력을 유 지하지 못하는 것으로 사료되었다. 그 파단 양상에 있어서도 주기성 부하에 관계없이 전례에서 꺽쇠못이 밀리면서 빠지는 양상을 보였다.
신전건을 지주나사를 이용해 고정한 경우 주기성
부하 후 평균 최대 인장력은 단순 인장 검사에 비하 여 약 10% 감소하였다. 이는 이 방법의 고정력이 연 결실의 인장력에 전적으로 의존하기 때문에 나타나는 현상이며, 주기성 인장 부하 검사 중 이식건이 늘어 졌다 하더라도 연결실이 완전히 끊어지지 않는 한 인 장력을 계속 유지했을 것으로 생각된다. 이처럼 지주 나사 고정 방법은 연결실의 인장력이 곧 이식건의 인 장력으로 작용할 것으로 생각되며 고정력이 너무 낮 아 실제 임상에서 단독으로 사용하는 것은 무리가 있 을 것으로 생각된다.
이상의 실험 결과는 주기성 부하시에는 그 고정력 이 지주나사 고정 방법을 제외한 다른 군에서는 약 4 2 ~ 5 5 %의 저하를 보였고, 정상 활동시에 슬관절이 받는 부하인 약 4 5 4 N에 못미치는 고정력이다. 이상 과 같이 기존의 고정 방법들이 술 후 재활 훈련시에 충분한 초기 안정성을 제공하기 어렵기 때문에 새로 운 경골측 고정 방법의 개발이 필요하다. 특히 이식 건이 골과 결합되는 술후 6 ~ 1 2주까지 재활 훈련 기 간 동안 충분한 초기 안정성을 유지할 수 있는 새로 운 고정 방법의 개발이 요구된다고 할 수 있다.
결 론
간섭 나사 및 꺽쇠못 고정 방법은 주기성 부하 검 사 후 그 최대 인장력이 상당히 저하되어 초기 안정 성이 의심되었고, 지주나사 고정 방법은 주기성 부하 검사 후 최대 인장력의 변화는 거의 없었으나 견인실 이 끊어져서 실제로는 주기성 부하 검사 중 전례에서 실패한 것과 같아 임상에서 단독으로 사용하기에는 부적합할 것으로 사료된다. 결론적으로 전방 십자 인 대 재건술에 사용되는 6가지 고정 방법들은 충분한 초기 안정성을 제공하지 못하는 것으로 생각된다.
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─ Abstract ─
The Effect of Cyclic Tensile Load on Various Tibial Fixation Techniques in Anterior Cruciate Ligament Reconstruction
Eunk Kyoo Song, M.D., Jong Wook Jung, M.D., Sang Kyoo Shin, M.D.
Department of Orthopedics, Chonnam National University Hospital, Gwangju, Korea
Purpose : To determine and to compare the effects of cyclic loading on the fixation strength of six dif- ferent tibial fixation techniques in ACL reconstruction.
Materials and Methods : Biomechanical test using Instron®machine(Model No.5569. Mass, U.S.A) was carried out to compare the pull out strength of six different tibial fixation techniques after cyclic load- ing in 72 Yorkshire pig knees. The preload of 30N was applied to the graft along the axis of the tunnel for 15 minutes. The graft-bone complex was cyclically loaded between 30N and 150N at 50mm/min rate for 1000cycles and maximal tensile testing was performed. ANOVA and Duncan multiple comparison test was used for statistical analysis.
R e s u l t s : The mean maximal tensile strength of tibial fixation after the cyclic loading test were 358.9±93.1N(229.2~457.0N) in BPTB-Titanium interfernce screw group, 275.1±53.7N(201.4~344.7N) in BPTB-bioscrew group, 421.3±87.7N(297.2~522.9N) in extensor tendon-titanium interference screw group, 347.3±93.0N(232.9~486.1N) in extensor tendon-bioscrew group, 310.2±65.3N(208.2~413.5N) in extensor tendon-staple group, 242.4±22.4N(222.9~279.7N) in extensor tendon-tie over screw post group.
Cyclic loading reduced the maximal tensile strength to 42%, 50%, 43%, 45%, 55%, 10% of that before cyclic loading respectively.
C o n c l u s i o n : Tibial fixation has enough strength for initial load by simple tensile strength test. But maximal tensile strength after cyclic load, which was simulated like the condition during postoperative rehabilitation, was apparently decreased comparing with the simple test and considered to be too weak to withstand the initial load.
Key Words : ACL reconstruction, Tibial fixation, Cyclic tensile load
