척추 유합술에서 사용되는 골 이식 재료는 자가골, 동종골, 이종골, 합성골로 분류할 수 있으며, 이 중 자가골은 골형성능, 골전도능, 골유도능을 모두 가지고 있어 가장 이상적인 방법으로 90% 이상의 골유합률이 보고되고 있다.1) 그러나 자가골 채취 시 실혈, 공여부 감염, 신경 손상, 만성 공여부 통증 등의 합병증이 발생할 수 있고 노인이나 소아에서는 충분한 자가골을 얻을 수 없다는 제한점이 있어 자가골을 대체하기 위한 방법으로 다양한 동종골 및 골대체재가 연구 및 사용되고 있다. 동종 해면골은 자가골 채취에 따른 공여부의 합병증과 채취량의 부족으로 인한 사용의 제한 등을 개선할 수 있어 요추부 후측방 유합술에서도 동종골의 사용이 증가하고 있으나 골형성능이 없어 동종골 단독 이식보다는 후방 감압 중 채취한 국소 자가골과 혼합하여 이식하는 추세이다. 삼인산칼슘(tricalcium phosphate, TCP)과 수산화인회석(hydroxyapatite)은 실제 골 기질의 주요 구성 성분인 인산칼슘계열의 골대체재로 골전도 특성이 높으며 척추 유합술에서 골 이식 확장재로서 좋은 결과가 보고되고 있으나2, 3) 이들은 골유도능이 없으며 기계적 강도가 낮아 쉽게 파손되는 단점이 있어 자가골과 함께 사용하는 것이 추천된다. 자가 골수는 골유도 및 골형성이 가능하여 신생골 형성에 우수한 것으로 알려져 있으나4) 다른 골 이식재에 추가로 사용하는 경우에 보다 높은 효과를 기대할 수 있다.

이에 저자들은 척추관 협착증 및 척추전방 전위증 환자에서 요추부 후측방 유합술 시 국소 자가골과 혼합하여 사용하는 골 이식 대체재 및 자가 골수 혼합 이식물을 사용한 각 군의 골유합률을 비교하여 가장 효과적인 혼합 이식 재료를 제시해보고자 한다.

본 연구는 2008년 1월부터 2014년 1월까지 부산의료원에서 척추관 협착증 및 척추전방 전위증으로 요추부 후방 감압술 및 후측방 유합술을 시행한 후 최소 2년 이상 추시한 환자들을 대상으로 후향적으로 분석하였다. 골 이식 시 국소 자가골과 함께 사용한 혼합 이식 재료에 따라 네 군으로 나누어 술 후 6개월, 12개월, 18개월, 24개월째 단순 방사선 검사를 통해 골유합률을 비교하였다. I군은 국소 자가골과 대퇴 골두 동종골(Bone chip®; Community Tissue Services, Kettering, OH, USA) 혼합 이식술을 시행한 62예 중 추시관찰 가능한 48예(척추관 협착증 31예, 척추전방 전위증 17예)를 평균 4년 10개월간(2년 5개월–8년 5개월) 추시관찰하였고, II군은 국소 자가골과 β-TCP (Poly-Bone®; Hanmi Medicare, Seoul, Korea) 혼합 이식술을 시행한 48예 중 추시관찰 가능한 38예(척추관 협착증 26예, 척추전방전위증 12예)를 평균 4년 3개월간(2년 10개월–7년 3개월) 추시관찰하였다. III군은 국소 자가골과 이상인산칼슘(Osspol®; Medyssey, Elk Grove Village, IL, USA) 혼합 이식술을 시행한 115예 중 추시관찰 가능한 92예(척추관 협착증 45예, 척추전방 전위증 47예)를 평균 4년 5개월간(3년 3개월–6년 8개월) 추시관찰하였고, IV군은 국소 자가골과 이상인산칼슘 및 자가 골수 혼합 이식술을 시행한 43예 중 추시관찰 가능한 38예(척추관 협착증 20예, 척추전방 전위증 18예)를 평균 4년간(3년 1개월–4년 10개월) 추시관찰하였다. 수술은 한 명의 척추외과 전문의가 시행하였고, 후방 감압술에서 얻어진 국소 자가골과 함께 골 이식 대체제는 1–2분절 유합 시 30 ml, 3분절 유합 시 45 ml 이식하였으며, 자가 골수는 술 중 양측 후상장골극에서 추체성형술 트로카를 이용하여 회당 5 ml씩 다른 부위에서 채취하며 1–2분절 유합 시 15 ml, 3분절 유합 시 25 ml를 혼합하였다. 단순 방사선 촬영을 통한 추시관찰은 술 후 6개월, 12개월, 18개월, 24개월째 시행하였으며, 유합 소견은 수술자가 아닌 2명의 정형외과 전문의가 평가하였다. 골유합은 단순 방사선 촬영 후 Lenke의 골유합분류를 사용하여 분류하였고, 굴신 방사선 소견상 각 운동 범위가 2도 미만이면서 전위 소견이 보이지 않을 때 유합으로 정의하였다.5, 6)

임상적 결과는 의무기록 및 외래 추시면담 자료를 이용하여 Kim과 Kim7)의 방법으로 측정하여 우수, 양호, 보통, 불량으로 분류하였다. 또한 스테로이드 제제와 부갑상선 호르몬 제제는 사용하지 않았으며 모든 환자에서 비스테로이드 항염증제(non-steroidal anti-inflammatory drugs, 쎄레브렉스 캡슐 200 mg celecoxib; Pfizer Pharm., New York, NY, USA)를 사용하였다. 골다공증 환자에 대해서는 술 후 1개월부터 환자에 맞게 bisphosphonate 제제를 사용하였다.

통계적 결과는 IBM SPSS Statistics ver. 23.0 (IBM Corp., Armonk, NY, USA) 프로그램을 이용하여 분석하였다. 첫째, 성별, 나이 등 조사 대상자의 특성을 파악하기 위하여 빈도 분석을 통해 빈도와 백분율을 산출하였다. 둘째, 방사선 사진에서 얻어진 각 군 간의 유합률은 반복측정과 분산분석으로 유의성을 도출하였고 사후검정으로는 Scheffé 검정을 사용하였다(Table 1). 유의수준은 p<0.05로 하였다.

Table 1
Bone Union Rates of All Group after Posterolateral Fusion

• Click for larger image

모든 환자들에서 각 군별 연령 및 성별, 체질량 지수, 흡연, 당뇨, 골다공증, 유합 분절 수에 따른 유의한 차이는 보이지 않았다(Table 2). 혼합 이식 재료에 따라 분류한 각 군의 수술 후 2년째 단순 방사선 사진상 양호 이상의 골유합률을 비교한 결과 I군에서 68.7%로 통계적으로 유의하게 II군보다는 높고 III군과 IV군보다는 낮은 유합률을 보였으며(Fig. 1), II군에서 42.1%로 통계적으로 유의하게 다른 군에 비해 낮은 유합률을 보였다(Fig. 2). III군에서 84.8%로 통계적으로 유의하게 I군, II군 보다는 높고 IV군보다는 낮은 유합률을 보였으며(Fig. 3), IV군에서 92.1%로 통계적으로 유의하게 다른 군에 비해 높은 유합률을 보였다(Fig. 4). 각 군에서 술 후 12개월에서 24개월 사이의 유합률 변화 및 척추관 협착증과 척추전방 전위증 환자에 대한 유합률은 통계적으로 유의한 차이는 없었다(Table 1, 3, 4, 5).

Figure 1
Nonunion: postoperative X-rays of a 66-year-old female at the 24-month follow-up. (A) On anteroposterior view. (B) On lateral view.

• Click for larger image

Figure 2
Nonunion: postoperative X-rays of a 69-year-old female at the 24-month follow-up. (A) On anteroposterior view. (B) On lateral view.

• Click for larger image

Figure 3
Nonunion: postoperative X-rays of a 73-year-old male at the 24-month follow-up. (A) On anteroposterior view. (B) On lateral view.

• Click for larger image

Figure 4
Union: postoperative X-rays of a 68-year-old male at the 24-month followup. (A) On anteroposterior view. (B) On lateral view.

• Click for larger image

Table 2
Patients Demographics

• Click for larger image

Table 3
Bone Union Rates in All Groups after Posterolateral Fusion

• Click for larger image

Table 4
Significance of the Union Rate between Postoperative Day (POD) 12 Months and POD 24 Months

• Click for larger image

Table 5
Lenke's Criteria for Bone Union^*

• Click for larger image

수술 후 임상 결과는 I군에서 총 48명 중 36예(75.0%), II군에서 총 38명 중 20예(52.6%), III군에서 총 92명 중 76예(82.6%), IV군에서 총 38명 중 30예(78.9%)에서 양호 이상의 결과를 보였다(Table 6).

Table 6
Clinical Results

• Click for larger image

측면 굴신 방사선 사진상 I군에서 유합 시 굴신 평균 1.3도, 불유합 시 굴신 평균 4.7도; II군에서 유합 시 굴신 평균 1.4도, 불유합 시 굴신 평균5.6도; III군에서 유합 시 굴신 평균 1.5도, 불유합 시 굴신 평균 4.2도; IV군에서 유합 시 굴신 평균 1.3도, 불유합 시 굴신 평균 3.3도로 통계적으로 유의한 차이가 관찰되었으며 유합된 경우에는 전이가 관찰되지 않았다. 각 군의 불유합 예에서 전이는 평균 2.5 mm, 2.9 mm, 2.1 mm, 1.7 mm로 관찰되었다(Table 7).

Table 7
Flexion/Extension and Translation

• Click for larger image

각 군의 유합 및 불유합된 예에서 술 전과 수술 후 2년 뒤 추시관찰된 추간판 높이 변화는 I군에서 각각 0.9 mm와 1.1 mm, II군에서 각각 0.7 mm와 1.1 mm, III군에서 각각 0.8 mm와 0.7 mm, IV군에서 각각 0.6 mm와 0.6 mm로 통계적으로 유의한 차이가 관찰되지 않았다(Table 8). 각 군의 내고정 장치의 이완 및 파괴는 I군에서 15예, II군에서 22예, III군에서 12예, IV군에서 2예로 관찰되었으며 대부분의 경우에 불유합이 관찰되었다. 하지만 내고정 장치의 이완 및 파괴로 인한 불유합의 경우 추체간 높이 변화는 각 군 간 유의한 차이를 보이지 않았다(Table 8, 9, 10).

Table 8
Change in Disc Height on Patients after Two Years from Surgery

• Click for larger image

Table 9
Metallic Failure

• Click for larger image

Table 10
Relationship among Metallic Failure, Nonunion of Bone Mass and Disc Height Change

• Click for larger image

동종골은 골유도 및 골형성능이 없어 단독 이식보다는 자가골과 혼합하여 이식하는 추세이며, 여러 연구에서 자가골과 동종골 혼합 이식술 시 높은 유합률이 보고되고 있다.8, 9) 그러나 본 연구에서는 대퇴 골두 동종골을 자가골과 혼합 이식한 I군에서 68.7%의 유합률을 보여 기존 연구보다 다소 낮은 유합률을 나타내었다. 이러한 결과는 기존 연구에서는 골반골에서 채취한 자가골 이식을 하였으나 본 연구에서는 후방 감압술 시 얻어진 국소 자가골을 기존 연구에 비해 적은 양의 이식을 시행한 결과로 생각된다.

모든 군에서 술 후 6개월째 골괴가 가장 뚜렷하게 관찰되었다. 골유합 과정인 술 후 6개월에서 1년 사이에 골괴의 감소가 관찰되었다. 이는 동종골 이식의 특성상 시간이 갈수록 골괴의 주변조직으로의 흡수로 인해 감소된 것으로 판단된다.10) 본 연구에서도 술 후 골유합이 되기 전 6개월에서 1년 사이에 골괴의 흡수가 가장 많았으며 1년과 2년 사이에 골괴의 흡수로 인해 골유합이 감소되는 듯한 소견이 보이나 통계적으로는 의미가 없었다(Table 4).

TCP는 인산칼슘계열로 주로 b형을 사용하며, 골전도능 및 생체 적합성은 높으나 골유도의 성질은 없다. β-TCP를 이용한 척추 유합술에 대한 연구에서 우수한 유합률이 보고되기도 하지만, Yang 등11)은 27%의 낮은 유합률을 보고하였으며 본 연구에서도 β-TCP를 자가골과 혼합 이식한 II군에서 42.1%로 통계적으로 유의하게 가장 낮은 유합률을 보였다.

수산화인회석과 TCP를 일정 비율로 섞은 이상인산칼슘이 최적의 골전도성을 나타내기 위한 두 물질 간의 혼합비에 대해서는 명확하게 알려진 바는 없으나 대략 60:40의 비율이 적절한 것으로 알려져 있다.12) Park 등13)은 요추부 척추 유합술에서 수산화인회석 혼합물을 사용하여 88.9%의 유합률을 보고하여 수산화인회석과 TCP의 혼합물을 이식하는 것이 실용적 대안이 될 수 있음을 보고하였다. 본 연구에서도 이상인산칼슘을 자가골과 혼합 이식한 III군의 유합률은 84.8%로 양호한 결과를 보였으며 이는 생체흡수성이 낮아 골재구성을 저해하여 골유합을 방해할 가능성이 있는 수산화인회석의 단점과 기계적 강도가 매우 취약한 TCP의 단점을 각각 보완한 이상인산칼슘의 물질적 특성으로 인한 결과로 생각된다.

이상인산칼슘도 골전도만 가능하며 골유도 및 골형성능은 없어 이를 보완하기 위해 골유도성 골대체재를 혼합하여 사용할 수 있다. 골유도성 이식재로 탈무기질화 골기질(demineralized bone matrix, DBM), 골형성 단백질(bone morphogenetic proteins, BMPs), 자가 골수 등을 고려할 수 있다. DBM은 구조적 안정성이 취약하고 골유도 성질이 일부 있지만 미미하며, BMPs는 현실적으로 비용이 비싸다는 단점이 있다. 그에 비해 자가 골수는 골유도 및 골형성이 가능하여 신생골 형성에 우수하고 경제적 부담도 적다. 하지만 자가 골수 그 자체로는 골전도능이 제한되어 단독으로 사용하기에는 한계가 있어14, 15) 비교적 견고한 구조성을 지닌 다른 골 이식 대체재와 혼합하여 이식하게 된다. 이는 기존의 여러 연구에서 우수한 임상결과를 보고하고 있다.16) 본 연구에서도 이상인산칼슘 및 자가 골수를 국소 자가골과 혼합 이식한 IV군에서 92.1%로 전체 군 중 가장 높은 유합률을 나타내었다.

본 연구의 후향적 연구로 자가 장골 이식을 단독으로 이용한 유합술의 경우 이미 많은 연구결과가 보고되어 있어 대조군의 설정 없이 혼합 이식 재료를 사용한 군의 유합률만을 연구하였다는 제한점이 있다. 그리고 유합률을 평가함에 있어 대상 환자의 기저질환 등의 변수를 고려하지 않았고 전례의 환자에서 추시관찰시 컴퓨터 단층촬영을 시행하지 못하여 보다 정확한 유합의 평가가 이루어지지 못하였다. 각 군에서 술 후 12개월에서 24개월간 유합률 평가 시 소폭 감소하는 양상을 보이나 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다. 유합률 평가 시 컴퓨터 단층촬영을 이용하는 것이 보다 정확한 결과를 얻을 수 있을 것으로 생각된다.17) 또한 환자가 호소하는 통증을 요통과 하지 방사통으로 나누어 평가하지 않아 이에 대한 임상적 결과와 골유합률의 연관성을 판단하는 데 어려움이 있다.

생체흡수성이 높아지고 기계적 강도가 보완된 골전도성 대체재인 이상인산칼슘과 골유도 및 골형성이 가능한 자가 골수의 물질적 특성이 골유합률을 높일 수 있을 것이다. 따라서 요추부 후측방 유합술 시 이상인산칼슘, 자가 골수 및 국소 자가골의 혼합 이식이 자가골 이식을 효과적으로 대체할 수 있는 방법으로 사용될 수 있으리라 생각된다