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인공 관절

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무릎이 류마티스 관절염, 골관절염 혹은 외상 후 관절염으로 인해 관절염이 생긴 경우 인공관절 치환술을 권유하게 됩니다. 치환술은 통증을 완화시키고 좀더 활동적인 삶을 유지할 수 있도록 합니다. 수술 중에 손상된 관절을 제거 하고 인공 금속 보형물로 대체하게 됩니다. 물론 전치환술이 가장 보편적인 치환술 방법이지만 어느 부분의 환자들에게는 부분 치환술이 도움이 되기도 합니다.

  • 인공관절 디자인
  • 정상 무릎 기능
    무릎은 신체에서 가장 큰 관절 중 하나이며 매일 일어나는 일상 생활을 하기 위해선 건강한 무릎이 필수 입니다. 무릎은 대퇴골과 경골 그리고 슬개골로 이루어져 있습니다. 이 세 개 뼈의 각 끝에는 뼈를 보호하고 뼈와의 마찰을 원활하게 해주는 관절 연골이 존재합니다. 반월상 연골은 대퇴골과 경골 사이에 존재하며 ‘C’ 모양의 연골로 충격 흡수 하는 역할을 하게 됩니다. 인대들과 연골은 무릎 관절을 지지하게 되며 무릎이 좌우 혹은 앞뒤로 빠지는 것을 제한 하게 합니다.

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  • 디자인의 종류
  • 단순하게 말하면 일반적으로 무릎 관절은 중첩관절이라고 표현을 하나 현실적으로 무릎은 복잡한 구조로 되어 있습니다.
    1세대 보형물의 경우 중첩관절의 모양으로 개발되었고 대퇴 보형물과 경골 보형물을 이어주는 모양 이었지만 최근 인공관절은 무릎의 복잡한 기능들에 대해 인지를 하여 좀 더 정상 해부학에 가깝게 개발이 되었다. 어떤 종류는 인대들을 유지하는 경우도 있으며 그렇지 않는 경우도 있습니다.
    현재 150개 이상의 디자인의 인공관절이 사용되고 있습니다. 가장 최근에 개발된 보형물은 성별에 특별화된 보형물로 남성과 여성의 관절 모양이 다르다는 연구를 토대로 개발된 보형물입니다. 많은 회사들이 조금 더 평균적인 여성 관절 면에 가깝게 인공관절 보형물을 만들었지만 아직까지 성별에 따른 보형물이 기존의 보형물보다 효과 면에서 월등하다는 보고는 없습니다. 또한 동양과 서양의 해부학적 구조의 차이로 디자인이 한국에 안 맞는 경우가 많이 있습니다.

    인공관절 보형물의 구성
    인공관절 전치환술에 있어 세 개의 관절 면이 대체되게 됩니다.

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    대퇴원위부 – 금속 대퇴 보형물은 대퇴 원위부를 감싸는 형태로 되어 있습니다. 정상 원위부처럼 활차가 있어 슬개골이 움직일 수 있게 디자인되어 있습니다.

    경골근위부 – 대부분의 경골 금속 보형물은 편평하게 되어 있는 것이 일반적인 디자인입니다. 그 위에 강하고, 질긴 플라스틱으로 만들어진 보충물이 얹혀지게 됩니다. 보형물의 안정적인 고정을 위해 경골 중앙부로 삽입되는 손잡이 부분이 있습니다.

    슬개골 밑면부 – 슬개골 보형물은 돔모양의 폴리에틸렌이란 플라스틱으로 정상 슬개골과 유사하게 디자인 되어 있습니다. 모든 금속 보형물은 플라스틱과 같이 움직이게 디자인 되어 있어 보다 매끄러운 움직임을 가능케 합니다.

    후방 안정 보형물
    이 디자인에서는 경골 보형물의 쿠션인 플라스틱 모양이 대퇴 보형물에 맞아 들어가게 가운데 기둥이 있습니다. 후방십자인대는 제거 되어야 구성물이 뼈와 부착이 가능한 디자인입니다. 이 모든 구성물이 후방십자인대의 기능이 들어 있게 디자인 되어 있어서 대퇴골이 경골에 대해 너무 전방으로 빠지지 않게 되어 있습니다.

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    십자인대 보존형
    이름 자체가 의미하듯이 후방십자인대를 제거를 하지 않는 디자인입니다. 이 디자인은 경골의 쿠션 가운데 기둥이 없으며 후방십자인대가 건강환 관절염 환자에게 시행되는 보형물입니다.

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    부분 인공관절 보형물
    전치환술의 보형물은 대퇴골과 경골을 표면을 전체적으로 덮는 큰 보형물이지만 한 구획만 손상 입었을 경우 그 구획만 교체할 수 있는 작은 보형물입니다.

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    고정형 vs 가동형 보형물
    1) 고정형 인공관절 보형물
    경골의 플라스틱 부분이 경골 금속 보형물에 단단히 고정이 되어 있는 보형물로 대퇴 금속 보형물이 이 쿠션에 돌아가게 되어 있습니다. 어떤 경우 과도한 움직임이나 부하가 걸릴 경우 고정형이 마모가 빨리 일어나게 되어 경골과 대퇴골 보형물의 해리를 유발하게 됩니다. 해리는 인공관절이 실패되게 되는 가장 큰 원인입니다. 만약 보다 젋고, 활동도가 높으며, 과체중이면 가동형 보형물을 권유하게 될 것이며 이 보형물은 이런 환자에게는 마모를 줄여 인공관절의 수명을 연장 시켜줄 것입니다.

    2) 가동형 인공관절 보형물
    고정형와 마찬가지로 가동형 보형물도 세 개의 구성물로 구성되어 상대적으로 보다 자연스러운 관절의 형태입니다. 가동형인 경우 폴리에틸렌 보충물은 경골 보형물에 대해 고정이 되어 있지 않고 그 위에서 돌아갈 수 있게 되어 있습니다. 이 디자인으로 고정형보다 무릎이 조금 더 내측 그리고 외측 방향으로 회전이 가능해졌습니다.
    고정형과 비교하여 가동형 보형물은 무릎 주변의 인대들의 지지가 더 필요한 보형물입니다
    또한 아직까지 어떤 보형물이 통증이나 기능면에서 우월한지 보고된 연구는 없습니다

    보형물 재질
    보형물 중 금속 부분의 보형물은 티타늄이나 코발트 크롬으로 만들어져 있습니다. 플라스틱 부분은 초고분자량 폴리에틸렌으로 되어 있습니다. 이 모든 보형물이 합쳐져 약 570g입니다.
    재질의 기준
    구성물의 재질은 다음의 조건을 만족해야 합니다.
    • 재질은 생체에 적합한 물질이어야 합니다. 즉 거부 반응이 없어야 합니다
    • 대체하려는 정상적인 해부학 구조를 재현해내야 합니다. 즉 예를 들어 체중부하로 인한 하중에 견뎌내야 하며 마모의 자극에 유연해야 합니다.
    • 구성물의 모양과 힘을 오랜 기간 유지할 수 있어야 합니다.

    시멘트형과 무시멘트형 보형물
    금속을 뼈에 고정되는 방법에 따라서 두 가지로 나뉘게 됩니다. 시멘트형 보형물은 골 시멘트를 이용하여 골에 고정이 되는 방법이고 현재 대부분 이 방법이 가장 고정력이 좋아 이것을 사용하고 있습니다. 무시멘트형은 절제된 면에서 골이 자라나면서 고정되는 방식입니다. 무시멘트형 보형물은 뼈의 성장을 자극할 수 있는 재질로 표면처리가 되어 있어 뼈가 실제적으로 보형물에 자라나게 됩니다. 또한 혼합형 고정 방식이 있습니다. 이는 인공관절 전치환술에 있어서 대퇴 보형물은 시멘트 없이 고정을 하고 경골 보형물과 슬개골 보형물은 시멘트를 이용하여 고정하는 방식입니다.

    재치환술 보형물
    정상 무릎 관절에서 연골의 마모로 인해 인공관절 치환술을 시행하는 것처럼 인공관절이 마모가 되면 재치환술을 해야 합니다. 또한 감염이나 비감염성 해리등이 원이 되어 시행하는 경우도 있습니다.
    재치환술은 경험이나 기술이 필요하며 처음 인공 관절술보다 기능이 떨어지고 수명이 짧다고 보고하고 있습니다. 재치환술은 특별한 보형물이 필요하며 일반적인 대체 보형물 보다 경골과 대퇴골에 고정이 되게 하기 위해 긴 손잡이가 존재하며 손실된 뼈을 보충하기 위해 금속첨가물이 존대합니다.
    재치환술의 경우 대부분이 지대주가 중간에 위치하고 있어 후방십자 안정형 보형물과 유사합니다. 재치환 보형물에서는 안정성을 도모하기 위해 지대주가 후방 안정형 보다 큰 모양을 하고 있습니다.


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    무릎이 매우 불안하고 골 손실이 많은 경우에는 대퇴와 경골을 어어 주는 금속의 경첩이 가운데 존재해야 하는 경우도 있습니다.

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