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인공 관절의 부품 구성

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인공 관절 치환술에 사용되는 생체재료는 신체 내에서 거부반응이 없어야 하며 부식이나 마모에 저항성이 높아 강도와 모양을 유지해야 하고 체중 부하를 견딜 수 있도록 단단하며 유연성이 있어야 합니다. 또한 관절면이 매끄러워 마찰에 의한 마모가 적고 뼈와 단단히 결합할 수 있어야 장기간 인공 관절의 기능을 수행할 수 있습니다.

인공관절은 금속합금, 폴리에틸렌과 세라믹 등의 생체재료로 구성되어 있습니다. 고관절 인공 관절물은 크게 세 부분으로 나뉘어져 있는데, 대퇴골에 끼어 넣는 대퇴 주대(stem), 대퇴 골두를 대신하는 볼(ball)과 비구에 끼어 넣는 비구컵입니다. 각각의 부품은 다양한 크기로 구성되어 있으며, 인체내 뼈의 크기와 인공관절 특성에 따라 적합하게 선택된 크기의 인공 관절물이 삽입됩니다.

  • 비구컵
  • 비구컵은 뼈에 고정하는 금속 컵(metal shell)과 관절면을 이루는 라이너(liner)로 나뉘며, 금속 컵은 주로 티타늄 합금(titanium)으로 만들고 라이너는 폴리에틸렌(polyethylene), 세라믹(aluminum oxide 또는 zirconium oxide)이나 금속으로 만들어 집니다. 비구컵의 고정력을 강화하기 위해 금속나사가 흔히 사용됩니다.

  • 스템
  • 대퇴 주대는 시멘트 고정형과 무시멘트 고정형으로 나뉘는데, 시멘트 고정형은 골시멘트로 대퇴골과 대퇴 주대를 결합시켜 고정하며 코발트-크롬 합금으로 제작됩니다. 대퇴 주대 삽입 직후 안정성을 얻을 수 있어 조기 체중부하를 할 수 있고, 골질이 좋지 않은 고령환자에서 사용할 수 있는 장점이 있습니다. 무시멘트형은 금속 표면에 미세한 다공 피복(porous coated)을 처리하여 뼈와 잘 결합하게 유도하는데, 타이타니움 합금으로 제작됩니다. 골질이 좋고 젊고 활동적인 환자에서 사용되며 일단 뼈가 금속 표면과 결합되면 반영구적 장치가 가능하다는 장점이 있습니다.

  • 관절면
  • 인공관절은 인체내에서 관절 기능을 수행하며 시간이 지남에 따라 마모가 일어나는데 관절면을 이루는 재질에 따라 강도, 마모율, 마찰력, 친수성 등에 차이가 있습니다. 과거에는 폴리에틸렌과 코발트-크롬합금 조합 관절면이 가장 많이 사용되었지만 폴리에틸렌의 마모가 문제되어 현재는 세라믹-세라믹, 금속-금속 또는 고중합(highly cross-linked) 폴리에틸렌을 이용한 금속-폴리에틸렌 조합 관절면이 많이 사용되고 있습니다.

    1) 세라믹-세라믹
    현재 우리나라에서 가장 흔히 사용돠는 관절면 재질이며 도자기와 유사한 재질인 세라믹은 매우 단단하고 매끈해서 마모율이 가장 적은 관절면 조합이며, 큰 크기의 골두 사용으로 관절운동 범위와 관절 안정성이 있습니다. 개선된 4세대 세라믹 개발로 파손이 현저히 줄었으며 그 외 소음, 탈구 등이 문제가 될 수 있습니다.

    2) 금속-금속
    마모율이 매우 낮고 표면 치환술과 같이 큰 크기의 골두 제작이 가능하여 관절 안정성이 매우 좋습니다. 금속이온에 대한 과민성, 암발생 위험, 유전자 변이과 신장 기능 영향 등이 문제가 될 수 있습니다.

    3) 금속-폴리에틸렌 폴리에틸렌의 마모에 의한 골용해를 줄이기 위해 고중합 폴리에틸렌이 사용되어 마모율 이 크게 개선되었고, 소독방법, 보관 기간, 산화과정 등이 마모율에 영향을 미칩니다.

  • 수술방법
  • 이 수술은 주로 척추 마취를 하여 하반신을 마취한 상태에서 환자가 잠을 자게 되나, 약제나 척추 수술 기왕력과 같이 척추 마취가 곤란한 경우 전신 마취를 하게 됩니다. 대퇴부 엉덩이 외측에 약 10~15cm 정도의 피부 절개를 넣어 고관절을 노출 시킨 뒤 손상된 대퇴 골두와 연골을 제거하고 비구측의 손상된 관절을 갈아 내게 됩니다. 이 후 대퇴 골두와 비구 부위를 생체에 적합한 금속으로 바꿔서 고정한 후 그 사이 관절 연골의 역할을 하는 부분에 세라믹 (또는 금속, 강화 플라스틱)을 끼워 넣게 됩니다. 골질과 골강도에 따라서 압박 고정하여 원래 자신의 뼈로부터 인공기구의 다공질 금속 표면으로 뼈가 자라 들어오도록 하거나 인공 기구를 뼈 시멘트를 이용해서 고정시키게 됩니다.

    <일차성 고관절염에서 양측 고관절 전치환술 시행 후 사진>
    일차성 고관절염에서 양측 고관절 전치환술 시행 후 사진 일차성 고관절염에서 양측 고관절 전치환술 시행 후 사진
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    수술 시간은 평균 한 시간에서 한 시간 반 정도 걸리며 수술 이후에 회복실에서 한 시간 정도 휴식을 취하면서 마취에 깨어나기를 기다렸다가 병실로 돌아가게 됩니다.

  • 치료성적
  • 고관절 인공관절 치환술은 95% 이상의 성공률을 보이고 있습니다. 인공관절의 수명은 10년 후 95% 이상, 20년 후 90% 이상으로 보고되고 있으며 최근 인공관절의 발달과 수술 술기 향상으로 그 수명이 연장될 것으로 기대되고 있습니다.

    수술 이후에 수술 전 느꼈던 고관절 부위 통증을 줄여주고 고관절 운동 범위를 증가시켜줍니다. 그러나 수술 전 하지 못했던 활동 중 특히 충격을 많이 줄 수 있는 뛰는 운동은 피하는 것이 좋고 넘어지거나 다쳐서 기구 주변에 골절이 일어나지 않도록 주의하여야 합니다. 대신 수영을 하거나 골프운동, 걷기 운동, 자전거 타기 운동이 가능하며 새로운 고관절의 운동범위와 적절한 강도를 유지하기 위해서 정기적으로 간단한 운동에 참여할 필요가 있습니다.

  • 주의사항
  • 수술 후에 생길 수 있는 혈전증을 빨리 파악하고 대처하기 위해 수술한 부위가 아닌 허벅지나 장딴지의 통증과 발목과 족부의 부종이 심해질 경우 가까운 병원을 찾을 필요가 있습니다. 또한 혈전증이 폐색전증으로 진행할 경우 숨이 가빠지거나 급작스러운 흉통이 생길 수 있습니다.

    치과 처치가 필요한 경우나 비뇨기계 또는 피부 감염이 생긴 경우 담당 의사에게 인공 고관절 수술을 받았다는 사실을 알리고 적절한 항생제를 복용하여야 수술 부위 감염을 예방할 수 있습니다. 또한 수술 부위 감염이 생긴 경우 지속적으로 고열이 있으면서 오한이 나고 수술 부위의 부종과 열감, 발적이 생기며 수술 상처를 통해서 농양이나 삼출물이 나올 수 있고 가만히 있을 때나 움직일 때 고관절 통증이 있어 전문적인 진료를 필요로 합니다.

    수술 후 첫 몇 주간 넘어질 경우 새로운 고관절 수술 부위에 큰 충격을 줄 수 있어 목발이나 보행기 등의 보조기를 사용하여야 기구 주위의 골절을 예방할 수 있습니다.

    고관절 탈구를 예방하기 위해 수술 후 약 6주간은 자세를 주의하여 하는데 먼저 45도 정도 다리를 벌리고 누워있어야 하고 이후에도 다리를 꼬는 자세는 하면 안됩니다. 고관절 굴곡하여 90도 이상 무릎을 머리방향으로 들어올리면 안되고 허리 굽히기, 무릎 보다 낮은 의자 앉기, 바닥에 있는 물건 집기 등을 하면 안됩니다. 옆으로 누워서 잘 때 다리 사이에 충분히 베개를 받쳐서 누워야 하며 다리를 과도하게 안이나 바깥으로 비트는 자세도 좋지 않습니다.

    <누워있을 때 45도 이상 다리를 벌리고 있어야 합니다.>
    누워있을 때 45도 이상 다리를 벌리고 있어야 합니다.
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    <허리를 90도 이상 굽히는 자세는 하면 안됩니다.>
    허리를 90도 이상 굽히는 자세는 하면 안됩니다.
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    <옆으로 누울 때도 항상 다리 사이에 베개를 받쳐서 누워야 합니다.>
    옆으로 누울 때도 항상 다리 사이에 베개를 받쳐서 누워야 합니다.
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    <다리를 꼬거나 안으로 과도하게 비트는 자세는 좋지 않습니다.>
    다리를 꼬거나 안으로 과도하게 비트는 자세는 좋지 않습니다. 다리를 꼬거나 안으로 과도하게 비트는 자세는 좋지 않습니다. 다리를 꼬거나 안으로 과도하게 비트는 자세는 좋지 않습니다.
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  • 합병증
  • 1) 초기
    심각한 초기 합병증으로 심부 정맥 혈전증이 있으며 이는 수술 중 하지 정맥 압력이 낮아지며 수술 후에 하지의 운동량이 적어져 다리 정맥에 혈전이 생성되는 흔한 합병증으로 하지 부종과 통증을 일으키며 혈전이 떨어져서 폐로 이동하게 될 경우 폐색전증과 같은 합병증을 일으킬 수 있습니다. 피를 묽게 하여 정맥 혈전 생성을 억제시켜주는 예방약과 압박 스타킹, 하지 정맥으로부터 혈액순환을 높여주는 재활 운동을 통해 합병증 발생률을 줄여줄 수 있습니다.

    수술 후 초기에 마취나 진통제의 투여, 수술 후 침대 위에서 지내는 시간이 증가함에 따라 얕은 호흡을 하게 되는 경우가 흔합니다. 이는 무기폐 (폐의 일부가 허탈되는 상태)를 일으켜서 폐렴으로 진행할 수 있습니다. 이를 예방하기 위해 깊은 호흡을 자주하는 것이 중요하며 이를 도와주는 스피로매트리(Spirometry, 호흡재활치료 장비)를 제공받게 됩니다.

    상처 봉합은 피부 내부는 녹는 실을 이용하며 피부 바깥은 스테이플러를 이용하고 수술 약 2주 후에 스테이플러를 제거하게 됩니다. 상처 감염을 막기 위해 스테이플러 제거 전까지 상처가 젖거나 오염되지 않도록 주의하여야 하며 2~3일에 한번씩 상처 소독을 받게 됩니다. 이외에 신경이나 혈관 손상 또는 관절에 피가 고이는 혈관절증 등이 생길 수 있습니다.

    2) 후기
    가장 심각한 합병증은 감염으로 상처 주위의 표재부 감염이나 삽입된 기구 주변조직의 심부 감염으로 나타날 수 있습니다. 수술 후 입원 중이나 퇴원 후에도 생길 수 있으며 심지어 수 년 동안 별 문제 없이 지내다가도 생길 수 있습니다. 정확한 원인을 알 수 없는 경우가 대부분이며, 상처 주위의 표재 감염은 항생제만을 이용해서 치료할 수 있지만 심부 감염인 경우 인공 관절 삽입물을 제거하고 여러 차례 오염조직을 제거하고 씻어내는 수술이 대부분 필요합니다. 신체의 어느 부위의 감염이더라도 관절 치환술 부위로 퍼질 가능성이 있으므로 인공관절 치환술을 받은 환자는 치과나 그 외 수술이 필요한 경우에 항상 담당의사에게 수술을 받았다는 사실을 알려야 하며 몸에 상처가 나거나 방광염 등 염증이 생기지 않도록 주의해야 합니다.

    그 다음으로 탈구의 위험이 있습니다. 탈구란 인공관절 중 비구부분과 대퇴 골두 부분이 빠지는 것으로 수술 주변 조직이 낫기 전인 수술 2~3달 내에 탈구가 생길 가능성이 가장 높습니다. 수술로 인한 외전근의 근력 약화, 무리한 자세와 같은 원인에 의해 생기며 최근에는 인공관절 치환술의 발전으로 보다 큰 대퇴 골두를 사용하게 되어 발생률이 현저히 줄어들었습니다. 탈구가 생기게 되면 빠른 시간 내에 도수정복으로 치료할 수 있으나 계속 탈구가 재발되거나 정복이 이루어지지 않는 경우 수술적인 처치가 필요합니다.

    그 외 인공 관절술 시행 후 수년 이상 시간이 경과할 경우 삽입물의 고정이 느슨해지는 해리 현상이나 삽입물이 닳는 마모현상이 나타날 수 있습니다.

    <고관절 탈구>, <수술 후 생긴 비구컵의 해리현상>
    고관절 탈구 수술 후 생긴 비구컵의 해리현상
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  • 재활 치료
  • 1) 재원 시
    수술 당일에는 45도 정도 다리를 벌리고 누워있는 자세를 유지하면서 시간당 10회 정도의 둔부 들기와 하루에 3~4회 발목 돌리기 운동, 발목을 머리 쪽이나 침대발치로 뻗는 운동이 필요합니다. 수술 후 2일부터 침상 위에 걸터 앉아 다리를 흔드는 연습과 침상 또는 보행기를 이용해 가만히 서 있는 연습이 필요하며 수술 후 3일부터 보행기나 목발을 이용해서 보행이 가능하며 보조기를 짚은 상태에서 고관절 외전 운동, 굴곡이나 신전운동과 무릎 굴곡 운동이 필요합니다.

    <45도 정도 다리를 벌리고 누워있는 자세 유지>
    45도 정도 다리를 벌리고 누워있는 자세 유지
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    <발목을 머리나 발끝으로 뻗는 운동 반복>
    발목을 머리나 발끝으로 뻗는 운동 반복 발목을 머리나 발끝으로 뻗는 운동 반복
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    2) 퇴원 후
    퇴원 후에 수술 후 3주에서 6주까지 평상시에 할 수 있는 가벼운 활동들을 시작할 수 있으며 야간이나 활동시에 생기는 통증은 정상적으로 몇 주간 지속될 수 있습니다. 처음에는 집안에서 걷는 운동을 서서히 시작해서 익숙해지면 야외에서 걷는 것을 시도해볼 수 있으며 걷는 것이 가능하면 앉거나 서 있는 것, 계단 오르내리는 것 같은 정상적인 실내활동을 시작할 수 있습니다. 고관절 주위 근육을 강화시켜주고 고관절 운동을 도와주는 운동으로 수술 후 2개월 뒤부터는 누운 상태에서 무릎을 쭉 뻗고 다리를 드는 운동과 옆으로 누워서 다리를 드는 운동이 필요합니다

    <누운상태에서 다리를 쭉 뻗어 들어올리는 운동>, <옆으로 누운상태에서 옆으로 다리 들기 운동>
    누운상태에서 다리를 쭉 뻗어 들어올리는 운동 옆으로 누운상태에서 옆으로 다리 들기 운동
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