허리·골반 중심의 골밀도 검사만으로는 무(無)시멘트형 무릎 인공관절 수술에 필요한 실제 뼈 강도를 정확하게 예측하기 어렵다는 연구 결과가 나왔다.

이번 연구는 '골밀도 검사-무릎 뼈 강도'의 상관성을 밝힌 세계 최초의 연구로 단편적인 골밀도 검사 대신 무릎 부위 정량 영상 평가와 같은 대안이 새로 제시됐다.

가톨릭대학교 은평성모병원 정형외과 고인준 교수 연구팀(여의도성모병원 정형외과 이동환 교수, 가톨릭응용해부연구소 곽대순 교수)이 정기 건강검진에서 시행되는 허리·골반 중심의 골밀도 검사만으로는 무(無)시멘트형 무릎 인공관절 수술에 필요한 실제 뼈 강도를 정확하게 예측하기 어렵다는 연구 결과를 발표했다고 7일 밝혔다.

전 세계적으로 무릎 인공관절 치환술이 필요한 환자는 점차 증가하고 있다. 무릎 인공관절 치환술은 중증으로 진행된 무릎 관절염에서 손상된 관절을 제거한 뒤 금속과 플라스틱 재질로 된 인공관절을 삽입하는 수술이다. 의공학이 발전함에 따라 과거에 비해 인공관절의 수명과 기능은 향상되고 있으나 수술을 받는 환자들의 연령이 점차 낮아지고 더욱 활동적으로 변화하고 있어 인공관절의 내구성 개선에는 한계가 있었다.

이를 극복하기 위한 대안 중 하나가 무시멘트형 인공관절이다. 수술 시 시멘트를 사용하지 않아 치환물과 무릎 뼈가 직접 결합되므로 그 수명을 늘릴 수 있는 장점이 있지만 무시멘트형 인공관절은 수술 당시 뼈 강도가 약하면 수술 부위에 조기 해리(Loosening)가 발생해 재수술이 불가피해질 수 있어, 수술 전 환자의 뼈 강도 예측이 무엇보다 중요하다.

뼈 강도 예측을 위해 정기 건강검진에서 시행되는 골밀도 검사는 전신의 뼈 강도를 가늠하는 지표로 널리 활용돼 왔다.

문제는 이 검사 결과는 주로 허리뼈와 골반뼈를 대상으로 한 이중 에너지 X선 흡수 계측법(Dual Energy X-ray Absorptiometry, DEXA) 수치로, 해당 값이 무릎이나 발목 등 말초 관절의 뼈 강도를 그대로 대표할 수 있는지에 대해서는 명확히 규명되지 않았다는 점.

연구팀은 골밀도 검사 결과를 바탕으로 무시멘트형 인공관절 수술을 계획했으나, 실제 수술 중 무릎 뼈 강도가 예상보다 약해 수술 방법을 변경해야 했던 사례를 계기로, 보편적으로 활용되는 골밀도 검사 수치가 무릎 뼈 강도를 충분히 반영하는지를 실험을 통해 검증했다.

연구팀은 논문 '무시멘트형 무릎 인공관절 치환술에서 골강도 평가 지표로서 중앙 골밀도의 한계'에서 무릎 인공관절 수술 중 골 절제 후 적출돼 폐기 예정이던 골편을 대상으로, 파괴 지점까지 압력을 가해 측정하는 압입실험(Indentation Test)을 시행하고 이를 환자의 중심부(척추·골반) 골밀도 수치와 비교 분석했다.

그 결과, 전체 환자군에서 중심 골밀도와 실제 무릎 뼈 강도 간의 상관성이 매우 낮았으며, 특히 골다공증 환자군에서는 두 지표 간에 유의한 관련성이 없는 것으로 확인됐다. 그동안 임상에서 관행적으로 활용되던 중심 골밀도 수치가 무릎 뼈의 실제 강도를 대표하지 못할 수 있음을 객관적으로 입증했다는 점에서 중요한 의의를 갖는다.

이러한 결과를 바탕으로 연구팀은 "골밀도 수치만으로 무시멘트형 인공관절 적용 가능 여부를 판단할 수 있는가"라는 임상적 의문을 규명하고자 후속 연구를 진행했다.

연구팀은 논문 '무시멘트형 무릎 인공관절 치환술에서 수술에 적합한 뼈 강도 대체 지표로서 중앙 골밀도의 한계'에서 무시멘트형 인공관절 고정에 요구되는 최소 뼈 강도를 산출하고 이를 실제 환자의 무릎 뼈가 견딜 수 있는 강도와 비교·평가했다.

분석 결과, 중심 골밀도가 정상 범위인 환자의 약 30%는 무시멘트형 인공관절 적용에 부적합한 수준의 낮은 뼈 강도를 보였으며, 반대로 골다공증 환자의 약 30%는 수술 적용이 가능한 충분한 강도를 보이는 것으로 나타났다.

이는 기존의 '골밀도 수치 중심의 수술 적합성 판단'이 실제 임상 상황을 정확히 반영하지 않을 수 있으며, 무시멘트형 인공관절 수술에서는 부위별 뼈 강도 평가가 필요함을 제시한 결과다.

고인준 교수는 "이번 연구는 보편적으로 시행되는 중심 골밀도 검사만으로 무시멘트형 인공관절 수술 가능 여부를 판단하는 것은 적절하지 않다는 점을 보여준다"며 "최근 젊은 환자와 활동량이 많은 환자를 중심으로 무시멘트형 인공관절 수술이 빠르게 증가하고 있는 만큼, 실제 뼈 강도를 정밀하게 평가할 수 있는 기준이 마련돼야 한다"고 설명했다.

이동환 교수는 "이번 연구는 건강검진에서 측정되는 중심 골밀도 수치가 무릎 뼈 강도와 일치하지 않는다는 점을 과학적으로 입증한 것"이라며, "앞으로는 전산화단층촬영(CT) 영상의 '감쇠 단위(Hounsfield Unit, HU)' 분석, 이중 에너지 CT(Dual-Energy CT, DECT)를 활용한 '체적 골밀도(Volumetric BMD)' 평가 등 무릎 부위를 직접 평가하는 정량 영상기법이 새로운 표준 도구로 자리잡을 것"이라고 강조했다.

해당 연구는 Clinics in Orthopedic Surgery 및 Journal of Clinical Medicine에 각각 게재됐다.