퇴행성 관절염의 희망, ‘인공관절의 발전’

점점 빨라지는 고령화 사회, 퇴행성 관절염을 인공관절로 극복

신소재 티타늄합금과 특수 플라스틱, 세라믹 연구

[객원 에디터 3기 / 박호령 기자] 현재 고령화의 가속으로 노인들은 퇴행성 관절염으로 고통받고 있다. 과거에도 파괴된 관절을 금속, 유리, 상아, 플라스틱 등으로 대체하여 수술한 적이 있으나 이물반응, 부식 등의 문제를 극복하지 못해 실패했다. 

과거에는 이와 같이 노인들이 겪는 어려움을 도울 수 없었다. 그러나 생체재료학의 발달로 1960년경 영국의 존 찬 리 경이 현대 개념의 인공관절을 엉덩이 관절에 시술하면서부터 그 수술법과 재료의 발달이 이루어졌고, 현재의 진보된 개념의 인공관절이 개발되었다. 현재 인공관절 수술은 엉덩이 관절(고관절)과 무릎 관절에 가장 많이 적용되고 있고 어깨 관절, 팔꿈치 관절 등에도 부분적으로 시술되고 있다. 

인공관절의 대표적인 소재로는 존 찬 리가 개발한 HMWP(High Molecular Weight Polyethylene, 고분자량 폴리에틸렌)와 골 시멘트이다. HMWP는 부드럽게 움직이는 관절의 기능을 복원하는 동시에 마모를 늦추는 인공관절의 소재이고, 골 시멘트는 접착제를 대신하여 보형물을 고정시키는 역할을 담당한다.

하지만, 인공관절의 소재로 가장 많이 사용되었던 HMWP의 경우는 내마모성이 뛰어난 반면, 마모가 일어나게 되면 염증반응을 일으켜 인공관절 주위의 뼈를 심하게 손상시키는 단점이 존재한다. 이것은 인공관절이 흔들리는 요인으로 작용해 결국 통증과 재수술을 유발하여 불안해하는 노인들도 있기 마련이다. 이는 인공관절 신소재 개발의 필요성을 느끼게 해 주어 놀라운 성과를 이끄는 요인이 되었다. 현재, 기존 폴리에틸렌의 단점을 극복하고 더 보장된 기술을 탑재하여 사람들의 믿음을 사기 위해 티타늄 합금, 특수 플라스틱, 세라믹 등이 개발되고 있다. 

특히 지르코늄(Zirconium)이라는 세라믹 소재의 개발은 인공관절의 사용기간을 15~20년 정도 안정적으로 보장하기 때문에 지속성 하나는 엄청나다. 이에 덧붙여, 무엇보다 무릎을 굽힐 때 다소 불편했던 기존 인공관절의 단점을 보완해 무릎이 130도 이상 구부러지는 고굴곡형으로 디자인할 수 있게 되었다. 또, 티타늄 합금 소재는 뼈와 가장 유사한 성질을 가져 인체에 무해할뿐더러, 티타늄 소재는 치과에서 임플란트 구조물로 사용하는 재질이기도 하다. 이밖에 폴리에틸렌 재질의 개량형도 개발되어 기존의 단점을 극복하게 되었다. 

서울대병원 김희중 교수는 시술사례 100건을 추적한 결과, 세라믹으로 만든 인공 엉덩이 관절이 닳거나 부작용이 없어 20년 이상 장기간 사용할 수 있다는 연구결과를 발표하였다. 조사 결과에 따르면 세라믹 관절면을 장착한 인공 엉덩이 관절은 플라스틱 계열(폴리에틸렌) 관절면을 사용했던 과거의 인공 엉덩이 관절 시술 후에 생겼던 관절면 마모나 주변의 뼈가 녹는 문제점이 한 건도 발견되지 않았다. 이 연구 결과는 정형외과 분야의 권위 학술지(The Journal of Bone & Joint Surgery-American volume)에 게재됐다.