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Surgery for Spinal Deformities in Patients with Osteoporosis

Sang-Il Kim, M.D., Hyung-Youl Park, M.D.*, Woong-Ki Jeon, M.D., Young-Hoon Kim, M.D., Ph.D.

J Korean Soc Spine Surg 2020 Mar;27(1):31-37.

Originally published online March 31, 2020;

https://doi.org/10.4184/jkss.2020.27.1.31

Korean Society of Spine SurgerySMG-SNU Boramae Medical Center, 20, Boramae-ro 5-gil, Dongjak-gu, Seoul 07061, Korea

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pISSN 2093-4378 eISSN 2093-4386

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Journal of Korean Society of

Spine Surgery

© Copyright 2020 Korean Society of Spine Surgery Journal of Korean Society of Spine Surgery. www.krspine.org. pISSN 2093-4378 eISSN 2093-4386 This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

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J Korean Soc Spine Surg. 2020 Mar;27(1):31-37. https://doi.org/10.4184/jkss.2020.27.1.31Review Article

Surgery for Spinal Deformities in Patients with OsteoporosisSang-Il Kim, M.D., Hyung-Youl Park, M.D.*, Woong-Ki Jeon, M.D., Young-Hoon Kim, M.D., Ph.D.Department of Orthopedic Surgery, Seoul St. Mary’s Hospital, The Catholic University of Korea, Seoul, Korea *Department of Orthopedic Surgery, Eunpyeong St. Mary’s Hospital, The Catholic University of Korea, Seoul, Korea

Study Design: Review article.Objectives: This review aims to present relevant considerations for the surgical treatment of spinal deformities accompanied by osteoporosis, how surgeons are trying to overcome the challenges posed by osteoporosis in patients with spinal deformities, and directions of further development.Summary of literature Review: Various trials have been done to overcome the short- and long-term complications associated with osteoporosis in order to achieve successful clinical results in the surgical treatment of spinal deformities.Materials and Methods: Review of the relevant articles. Results: The surgical goal of treating spinal deformities is to reverse neurological compromise and to restore balanced spine alignment. To achieve these goals, several surgical considerations should be kept in mind. Osteoporosis is an important issue related to early and long-term complications following surgery. As ways of overcoming the challenges posed by osteoporosis, rigid fixation techniques, proper selection of the fusion level, perioperative medical treatment, and effective bone grafting materials are described herein; however, further development in these domains is also necessary.Conclusions: Osteoporosis may be a major obstacle in spinal deformity surgery. Although several effective attempts have been made to overcome these limitations, further research and trials are needed to obtain better results.

Key words: Spine, Deformity, Osteoporosis, Kyphosis, Scoliosis

Received: February 27, 2020 Revised: February 27, 2020Accepted: March 11, 2020 Published Online: March 31, 2020 Corresponding author: Young-Hoon Kim, M.D., Ph.D.ORCID ID: Young Hoon Kim: https://orcid.org/0000-0003-1237-4600 Sang-Il Kim: https://orcid.org/0000-0002-2758-0012 Hyung-Youl Park: https://orcid.org/0000-0002-0084-8867 Wong-Ki Jeon: https://orcid.org/0000-0002-0518-5927Department of Orthopedic Surgery, Seoul St. Mary’s Hospital, College of Medicine, The Catholic University of Korea, 222 Banpo-Daero, Seocho-Gu, Seoul, 06591, KoreaTEL: +82-2-2258-6118, FAX: +82-2-535-9834E-mail: boscoa@catholic.ac.kr*Funding sources: This study was partially supported by an investigator- initiated trial funded by Dong-A Pharmaceuticals.

서론

근골격계의 3대 증상인 통증, 마비 및 변형의 요소를 모두 갖

고 있는 척추질환의 치료에 있어서 수술적 치료의 목적은 신경

압박에 의한 신경병증에 대한 치료와 함께 필요 시에는 유합을

통한 신경의 감압 및 변형의 교정을 통하여 균형된 척추의 정렬

을 얻는데 있다. 의학의 발전으로 평균수명의 증가에 따라 근골

격계 질환에 이환 되는 인구는 점차 증가되고 있으며, 또한 이

에 대한 적극적인 치료의 요구가 높아지고 있다. 이 중 척추변

형의 경우 수술적인 치료의 경우 변형의 교정이라는 목적을 얻

기 위하여 장분절의 유합이 필요하여 특히 수술적 치료의 장,

단기적 예후와 관련이 있는 골다공증은 임상의가 공통으로 느

끼는 한계이며, 이를 극복하고자 하는 많은 시도가 이루어 지고

있다. 이에 본 종설에서는 척추변형의 수술적 치료 시 골다공증

이 동반되어 있는 경우 이를 극복하고자 하는 기존의 연구들을

정리하며, 이를 통하여 현재까지 시행되고 있는 노력 등을 정리

하여 보고자 한다.

본론

척추변형 중 성인척추변형은 선천성 및 성장기에 발생하는

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척추변형의 성인 형태, 이후 발생하는 이차성 퇴행성 척추질환

과 연관되어 발생하는 변형, 감염과 외상 혹은 수술 후 발생하

는 이차성 변형 및 강직성 척추염 등의 전신적인 질환과 연관되

어 발생하는 척추의 변형 등의 다양한 원인으로 발생하는 것으

로(Table 1), 이에 대한 수술적 치료는 신경병증에 대한 치료와

함께 변형의 교정을 통하여 시상면, 관상면의 균형 있는 척추의

정렬을 복원하는 데 목적이 있다. 이러한 성인척추변형에 대한

정의 및 분류는 2005년 Aebi가 관상면상의 변형에 집중하여 분

류를 제시하였으며,1) 이후 2007년 Glassman2)의 발표에서 시상

면상의 불균형이 관상면 불균형 보다 임상적 의의가 있음을 발

표한 이후 시상면의 균형과 함께 골반 척추정렬 및 전 척추의

정렬의 복원 및 유지가 중요하다는 연구들의 보고로 시상면상

의 균형에 맞추어 성인척추변형의 분류 등이 제시되고 있다.3)

본 종설에서 이러한 성인척추변형의 전반적인 분류 및 이에 대

한 내용을 다루기에는 제한이 있기에 골다공증이 동반되어 있

는 척추의 변형에 대한 수술적 치료의 계획 시 고려할 점에 대

하여 제시하고자 한다.

1. 수술 전 평가 및 준비

골다공증의 평가에 대하여는 지금까지 bone mineral

densitometry (BMD)가 가장 활용 성이 높은 검사이며, 이 검

사의 T-score를 기준으로 골다공증의 치료의 기준으로 사용되

고 있다. 그러나, 제한된 경우 검사의 보험 적용 및 척추의 퇴행

성 변화 및 대동맥 석회화 등의 측정 시 영향을 주는 요소 등으

로 임상적 신뢰성 및 의미에 대한 의문과 고관절 및 척추의 불

일치 등에 대한 문제점이 제시되어, 이에 대한 임상적 의미에

대하여 의문이 있으나, 현재까지 대안으로 사용할 수 있는 지표

가 없기에 이를 기준으로 수술 전 평가에 이용을 하고 있다.4) 수

술 전 평가에서 골다공증의 평가와 함께 척추 압박골절과 같은

이전의 골다공증 관련 요소를 평가하는 것도 중요하다. 또한,

이러한 골다공증이 동반되어 있는 성인척추변형 중 많은 경우

퇴행성시상면 불균형이 동반되어 있으며, 이의 하나의 병리 기

전으로 척추 기립근을 포함한 체간 중심 근육의 감소가 원인으

로 제시되고 있어 이에 대한 평가 또한 중요하며, 근육량, 근력

및 보행 능력에 대한 분석을 통하여 근감소증에 대한 평가를 시

행하는 것이 필요하다.5,6) 근감소증의 진단 기준은 MRI/ Dual

energy x-ray absorptiometry (DEXA) 등의 영상검사를 이용

한 근육 량의 측정, 보행속도 측정 등을 이용한 신체활동 능력

및 악력기 등을 이용한 근육의 수축력의 측정을 통하여 진단을

하는 기준이 제시되고 있다.5) 그러나, 임상에서 퇴행성 시상면

불균형이 있는 환자들의 많은 경우 근육 수축력의 측정으로 사

용되는 악력은 저하되지 않고 체간의 중심근육 수축력의 저하

가 두드러진 점을 고려하면 이에 대하여는 보다 많은 연구가 필

요 할 것으로 생각한다. 또한, 수술 전 골다공증의 치료에 대하

여는 이견이 있으나, 골형성촉진제의 사용이 골다공증성 척추

체 골절의 치유에 골흡수억제제의 사용보다 초기 치료에 도움

이 된다는 보고와 유합술 후 사용시 유합을 촉진하였다는 보고

들이 있어7,8) 수술 전, 후 이의 사용에 대하여는 보다 많은 연구

가 뒷 바침 되어야 하나, 단편적이나 이러한 연구들의 일관적인

결과의 보고를 고려하였을 때 골형성촉진제의 수술 전 사용을

권장할 만하다고 생각한다. 그러나, 골흡수억제제 사용 및 약제

의 교체에 대하여는 충분한 근거를 제시하기 어려워 수술과 관

련되어 골다공증약제의 선택에 있어서 결론을 내리기에는 아

직 어려움이 있다.

2. 수술 중 고려할 점

골다공증이 동반되어 있는 척추변형의 수술적 치료 시 골

다공증과 관련되어 예상되는 합병증은 초기 3개월 이내에

는 내고정물의 이완으로 이로 인하여 변형 정복의 소실 및 이

로 인하여 신경학적 증상의 재발 혹은 불유합으로 연결되는

문제점이 발생할 수 있으며, 장기적인 문제로는 유합의 실패

에 따른 문제로 이는 내고정물의 파손의 형태로 나타나며, 많

은 경우 임상증세의 악화를 동반하게 될 수 있을 것이며, 또

한 골다공증과 관련되어 혹은 유합에 따른 인접분절의 역학

적 응력의 증가로 인접분절의 골절 등이 발생 할 수 있을 것이

다. 초기 내고정물의 이환을 줄이기 위한 노력으로 가장 많이

사용되는 방법은 UIV (upper instrumented vertebra) 및 LIV

(lower instrumented vertebra)의 골시멘트를 이용한 고정으로

polymethymetaacrylate (PMMA) 또는 calcium 기반 골시멘트

를 사용하게 되는데 생역학적 연구에서 골다공증이 없는 추체

의 경우 이러한 보강의 방법이 내고정물의 견인력에 대한 저

항에 차이가 없으나 골다공증이 있는 추체의 경우 보강에 의

Table 1. Classification of adult spinal deformities according to causes

Type Examples

Type I:Adult form of developmental deformity

Adult form of AISA dult form of congenital abnormalityA dult form of Scheurmann’s disease

Type II:De novo spinal deformity

D egenerative kyphosis/ ScoliosisSenile kyphosisHip/knee spine syndrome

Type III:Secondary deformity

Post-traumaticPost-infectionPost-surgery

Type IV:Systemic condition related

Ankylosing spondylitisParkinsonismConnective tissue disorders

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한 술식의 추가가 견인력에 대한 저항이 1.5~2배 정도로 증가

되는 것으로 보고 되고 있다.9) 일부 연구에서는 반복적인 축성

압박에 대한 영향으로 내고정물에 가해지는 toggling load에 대

한 연구에 있어서도 비슷한 결과를 보고하고 있다. 이러한 골시

멘트를 이용한 보강술에 있어서 삽입되는 골시멘트의 양에 대

한 연구에 있어서 각 내고정물에 2-3cc의 골시멘트 양이 충분

하며,10) 그 이상의 용량의 경우 삽입에 따른 골시멘트의 누출과

같은 합병증의 위험이 증가하나, 역학적 이득은 높지 않다고 보

고하였다. 골시멘트의 주사 이후 내고정물의 삽입의 시기에 있

어서는 많은 경우 시멘트 삽입 후 골시멘트의 굳기 이전에 내정

물을 삽입하는 경우(soft cement technique)를 사용하나, 일부

에서는 골시멘트 응고 후 삽입하는 것(hard cement technique)

을 비교한 연구에서 역학적인 장점은 비슷하나, 응력점을 넘

어 고정의 실패의 경우에 있어 soft cement인 경우 실패가 골시

멘트와 소주골간의 해리가 주로 발생하며, hard cement 의 경

우 내고정물 및 골시멘트간에서 해리가 일어나는 점을 보아

soft cement technique을 사용하는 것이 내고정물의 삽입의 수

월함 이나 골시멘트 와 내고정물간의 초기 고정력을 얻을 수

있다는 장점이 있을 것으로 판단 된다.11,12) 내고정물의 종류는

fenestrated 척추경 나사와 일반 나사의 사용에 대한 연구에 있

어서 fenestrated 내고정물의 경우 삽입의 시간을 줄일 수 있다

는 장점이 있으나, 골시멘트 양 및 위치 면에서 충분한 삽입이

안될 수 있다는 단점이 있으며, 시멘트 주입 후 내고정믈의 삽

입 방법은 삽입시간이 길어질 수 있으며, 골시멘트의 누출의 면

에서 단점이 있다고 하나, 역학적인 면에서의 차이는 크지 않

다는 것이 지금까지의 연구의 결과들이다.13,14) 사용되는 골시

멘트의 경우에 있어서 PMMA와 calcium sulfate 와 calcium

phosphate와 같은 calcium based cement의 비교에 있어서 초기

강도는 PMMA가 높으나, 누출에 따른 위험성이 높다는 단점이

있으며, calcium based cement의 경우 골형성 능력이 있다는 가

장 좋은 장점이 있으나 삽입된 calcium based cement의 경화 과

정에 시간이 필요하기에 초기 내고정물의 안정성 면에서 단점

이 있다. 내고정물의 디자인도 또한 영향을 줄 수 있을 것이며,

척추경나사 선의 디자인 변경을 통하여 척추체와 척추경 위치

의 나사선의 차이를 두어 보다 초기 고정력을 증가하고자 하는

디자인 변화도 있으며, 그 밖에 내고정물의 변화를 통하여 이

를 극복하고자 하는 연구들이 진행되고 있다. 또한, 척추경나사

이외 hook을 이용한 근위부 고정, Ultrahigh molecular weight

polyethylene (UHMWPE) 테이프를 이용한 고정, UIV +1 추체

척추성형술 등이 시도되고 있으나, 이에 대한 장기적인 추시 결

과에 대한 보고는 필요하다.15-17)

성인척추변형의 경우 관상면 및 시상면상 균형을 복원하는

것이 초기 고정의 유지 및 유합의 성공율 면에서 중요한 요소

이다. 이러한 균형의 복원을 위하여는 적절한 유합의 범위의 선

택이 중요한데, 본 내용에서 이를 다루기에는 많은 내용이 포함

될 수 있으나, 일반적으로 현재까지의 연구의 내용으로는 시상

면상의 복원이 더욱 중요하며, 이는 환자 개인의 성장 시에 완

성된 척추 골반의 관계를 고려하여 적절한 요추의 전만 및 흉추

의 전만을 예상하여 이를 복원하고자 하는 방법이 제시되고 있

으며, 이를 위하여서는 성인척추의 많은 경우 퇴행성 후만증의

경우 골반의 후방전위가 주된 변화이어서 이를 교정하여 정상

적인 시상면의 복원을 얻어야 하며, 이를 위하여 척추-골반간

의 교정이 요하는 경우가 많아 장골나사 등을 이용하여 원위 유

합의 범위로 선택하는 것이 필요하다(Fig. 1).18,19) 근위부의 선

택에 있어서는 척주의 전, 후만의 변형의 변곡점을 지나며, 흉

요추 이행부위를 넘어서 근위의 유합 부위의 선택을 하는 것이

현재까지 일반적인 방법이나, 근위부의 이행부 후만변형 및 이

로 인한 문제점이 비교적 많은 경우 발생하기에 최근에는 상위

흉추를 근위 유합 범위로 선택을 하는 것이 필요하다는 주장들

이 나오고 있다. 비교적 젊은 연령에 수술적 치료가 이루어 지

는 청소년기 척추의 변형 이나 신경병성 척추 변형의 경우 불유

합의 빈도가 1.4~2.2%로 보고 되고 있으나, 성인척추변형의 경

우 많은 경우 퇴행성 변화가 동반되어 있으며, 골다공증과 함께

근감소증과 같은 요소들이 관련이 되어 있어 보다 높은 불유합

율(6.3%) 이 보고 되고 있다.20) 이에 성인척추변형의 수술적 치

료에 있어서는 변형의 원인 및 범위에 대한 분석과 함께 적절한

유합 범위의 선택 또한 좋은 임상적 결과를 얻기 위한 중요한

Fig. 1. A 65-year old woman underwent anterior-posterior reconstruc-tive surgery for secondary kyphosis related to congenital anomaly. To prevent pseudoarthrosis at the osteotomy site, anterior fusion was also performed.

Sang-Il Kim et al Volume 27 • Number 1 • March 31 2020

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요소 이다.

3. 불유합 예방을 위한 노력

위의 기술한 바와 같이 다양한 원인에서 발생하는 척추변형

에 대한 수술적 치료는 골다공증과 척추의 퇴행성 변화와 함께

골다공증 및 근 감소증과 같은 여러 가지 요소를 고려하여 수

술의 주요 목적인 변형의 교정 및 유합을 얻기 위한 노력이 더

욱 필요하다. 이중 장기적인 예후와 관련되는 유합에 있어서는

골다공증이 동반되어 있는 경우 이러한 초기 내고정물의 해리

와 함께 불유합의 증가와 관련이 되어 있다.20,21) 골다공증이 동

반되어 있는 경우 골형성 능력의 저하와 연관되어 불유합이 발

생 할 가능성이 높으며, 이외 초기 내고정물 고정실패도 관련

이 될 수 있어 이를 극복하기 위한 하나의 방법으로 전방 추체

간 유합술이 사용되며, 이는 변형의 교정에도 효과가 있다고 보

고되며,19,22) 보다 견고한 교정 및 유합을 얻을 수 있는 방법으로

이의 적극적인 사용이 필요하다(Fig. 2). 보통 많이 시행되는 후

방교정 및 후방 혹은 후외방 유합술은 완전한 유합이 아니기에

장분절 유합술의 경우 방사선학적으로 유합이 확인되어도 전

방의 움직임이 남아 있어 불유합 및 내고정물의 파단이 발생할

수 있다. 한 연구에서는 성인척추변형에 대한 후방유합술을 시

행한 경우 방사선학적으로 유합으로 판단되었으나, 추시에서

9.5%에서 내고정물의 파단 및 불유합으로 진행되는 것을 보고

하여23) 이에 대한 내용을 뒷 바침하고 있다. 따라서, 성인척추변

형의 수술적 치료의 과정에 있어서 1) 요, 천추부의 유합이 요

하는 경우, 2) 삼주 절골술이 필요한 경우, 3) 유합의 부위 추간

판 간격이 남아 있는 경우에는 적극적인 전방유합술이 필요하

다. 또 다른 방법으로 후방의 고정을 견고하게 하기 위한 방법

으로 다중 강선 봉을 이용한 고정이 제시되고 있으며, 다양한

형태의 방법이 제시되고 있다.24) 또한, 강선의 물질적인 특성을

고려하여 보다 견고한 고정과 내구성을 위하여 다양한 재질의

강선 사용되고 있다. 골 유합의 가장 중요한 요소인 골이식에

관하여는 자가골의 이식이 가장 좋은 방법이나, 장분절 유합,

골다공증 및 충분한 자가골의 제한과 같은 이유로 골 대체제의

사용이 필요한 경우가 대부분이다. 지금까지 상용화 될 수 있는

골 대체제 중에는 Bone morphogenic protein (BMP)가 효과 면

에서는 가장 우수하나,25) 몇 가지 문제로 일반적인 사용에는 제

한이 있으나, 여러 면에서 발전을 하게 되면 가장 우수하며 효

과적인 방법으로 사용이 될 수 있을 것으로 기대한다. 이외에

자가 세포를26) 이용한 골 이식재의 개발 및 상용화에 대한 연구

및 실험이 진행되고 있어 향후에는 보다 다양한 골 이식재의 선

택이 가능할 것을 기대하여 본다. 또한, 골다공증 치료제의 사

용에 있어서는 아직 많은 연구가 필요하나, 대부분의 임상 연구

에서 가장 많이 사용되는 골다공증 치료제인 Bisphosphonate

제제의 사용이 골유합에 미치는 임상적 영향은 없는 것으로 보

고하고 있으나, 동물 실험을 포함한 실험실적 연구에서는 초기

골유합에 부정적인 영향을 보고하는 연구가 있어 이에 대하여

는 보다 많은 연구가 필요 할 것이다.8,27,28) 그러나, 골다공증 치

료제 중 골형성 촉진제의 사용에 있어서는 초기 유합술의 사용

에 있어서 골유합의 촉진 및 내고정물의 이완을 줄일 수 있다는

보고가 있어 이에 대한 사용을 고려 할 수 있다.7,8,27) 그러나, 이

또한 장기적인 결과에 대하여는 아직 많은 연구가 필요하다.

Fig. 2. A 76-year-old woman presented with lumbar degenerative kypho-sis combined with post-traumatic kyphosis. To restore the sagittal align-ment, posterior 3-column osteotomy was done with interbody fusion for the lumbar lesions.

A

B

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결론

척추변형의 수술적 치료는 신경학적 증상의 개선 및 시상면,

관상면상 균형 있는 척추의 복원이라는 목적을 얻기 위하여는

골다공증과 관련되어 발생할 수 있는 수술 전, 후 및 장, 단기적

인 문제점을 인식하고 이를 예방하기 위한 노력을 시행하여야

한다. 이를 위하여 적절한 유합의 범위, 방법 및 내고정물의 사

용 및 골 이식재의 선택을 위한 보다 많은 연구가 필요 할 것 이

다.

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© Copyright 2020 Korean Society of Spine Surgery Journal of Korean Society of Spine Surgery. www.krspine.org. pISSN 2093-4378 eISSN 2093-4386 This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

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J Korean Soc Spine Surg. 2020 Mar;27(1):31-37. https://doi.org/10.4184/jkss.2020.27.1.37Review Article

골다공증이 동반된 척추변형의 수술적 치료김상일 • 박형열* • 전웅기 • 김영훈

가톨릭대학교 서울성모병원 정형외과, *은평성모병원 정형외과

연구 계획: 문헌고찰

목적: 골다공증이 동반되어 있는 척추변형의 수술적 치료 시 고려할 점과 이를 극복하기 위하여 시도되고 있는 방법과 이후 발전 방향을 제시하고자 한

다.

선행 연구문헌의 요약: 척추변형의 수술적 치료 시 성공적인 임상 결과를 얻기 위하여 골다공증과 연관되어 발생 할 수 있는 단, 장기적인 문제점을 극복

하기 위한 다양한 노력이 시도되고 있다.

대상 및 방법: 관련 연구 고찰

결과: 골다공증은 척추변형의 수술적 치료의 목적인 신경학적 증상 회복 및 안정적이며, 균형 있는 척추의 정렬의 복원을 얻기 위하여서 수술 전, 후로 고

려되어야 되는 치료의 대상이다. 현재 이를 극복하기 위한 방법으로 골다공증의 약물치료와 함께 외과적 술기에서 내고정물의 견고한 고정, 적절한 유합

의 범위 선택 및 전, 후방 유합술 등을 고려해야 하며, 골유합을 얻기 위한 적절한 골이식재의 선택 및 보다 효과적인 골이식재의 개발도 필요하다.

결론: 척추변형의 수술적 치료에 있어서 골다공증은 주요 한계점이나, 이를 극복하기 위한 여러가지 효과적인 시도가 되고 있으며, 이와 함께 지속적인

발전을 통하여 보다 좋은 임상적 치료의 결과를 기대 할 수 있을 것이다.

색인 단어: 척추, 변형, 골다공증, 후만증, 측만증

약칭 제목: 골다공증과 척추변형

접수일: 2020년 2월 27일 수정일: 2020년 2월 27일 게재확정일: 2020년 3월 11일

교신저자: 김영훈

서울시 서초구 반포대로 222 서울성모병원 정형외과

TEL: 02-2258-6118 FAX: 02-535-9834 E-mail: boscoa@catholic.ac.kr