Pedicle Screws Provide Superior Fatigue Resistance compared with lateral mass Screws in the subaxial cervical spine: A Paired Cadaveric Study
진행형 주기적 두부-미부 토글 피로 시험을 이용한 짝지은 사체 연구에서, 경추 추체경 나사는 하부 경추 부위의 측질 나사에 비해 피로 저항성, 최대 하중 용량 및 강성 측면에서 유의하게 우수한 성능을 나타냈다.
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인간의 척추는 공학적 경이로움이다. 머리의 무게를 지탱하면서도 우리가 주위를 둘러보고, 고개를 끄덕이고, 기울일 수 있게 해주는 유연한 기둥이다. 질병이나 부상으로 목 아랫부분이 손상되었을 때, 외과의들은 종종 금속 나사와 로드를 사용하여 해당 부위를 안정화해야 한다. 이 나사들을 제자리에 고정하기 위해서는 일상생활의 지속적이고 미세한 움직임을 견딜 수 있을 만큼 뼈를 단단히 움켜쥐어야 한다. 수십 년 동안 표준적인 접근 방식은 척추체의 측면에 있는 뼈 블록인 측방 질량(lateral mass)에 나사를 고정하는 것이었다. 그러나 이 나사들은 뼈의 바깥쪽 껍질만을 잡게 된다. 대안적인 방법은 협골(pedicle)이라는 좁은 뼈 다리를 통과하여 척추체의 본체 깊숙이 나사를 박는 것이다. 이 경로는 더 긴 접촉면과 더 강한 내부 뼈와의 접촉을 제공하지만, 기술적으로 수행하기가 더 어렵다. 외과의들에게 중요한 질문은 단순히 나사가 잘 들어가는가가 아니라, 환자가 움직임에 따라 나사가 시간이 지나도 버텨줄 것인지, 아니면 살아있는 신체의 반복적인 스트레스 속에서 서서히 느슨해지고 실패할 것인가 하는 점이다.
괴팅겐 대학교 의료 센터의 연구팀은 이 질문에 답하기 위해 두 가지 방법을 나란히 비교 테스트하며 연구를 시작했다. 그들은 컴퓨터 모델이나 단순히 나사를 직선으로 잡아당기는 힘을 측정하는 인장 테스트에 의존하지 않았다. 대신, 그들은 나사가 살아있는 몸 안에서 발생하는 것과 같은 반복적인 흔들림 동작에 어떻게 견디는지 확인하고자 했다. 연구진은 인간 기증자로부터 받은 3번에서 7번 사이의 경추 뼈 10개를 가져와 테스트를 준비했다. 영리한 설계의 일환으로, 각 척추는 그 자체로 하나의 대조군 역할을 했다. 한쪽에는 측방 질량에 나사를 삽{입하고, 반대편에는 협골 나사를 배치했다. 이는 결과의 차이가 나사의 종류 때문이지 서로 다른 사람 간의 골밀도 차이 때문이 아님을 보장하기 위함이었다.
연구진은 이 척추들을 기계에 장착한 뒤, 각 나사의 머리 부분에 리드미컬하게 위아래로 흔드는 힘을 가했다. 그들은 매우 가벼운 하중으로 시작하여 매 주기마다 힘을 약간씩 높였는데, 이는 느슨해짐을 유발하는 점진적인 스트레스의 축적을 모사한 것이다. 테스트는 나사가 원래 위치에서 5밀리미터 이동했을 때 계속되었으며, 연구진은 이 지점을 실패로 정의했다. 이 방식은 나사가 무너지기 전까지 정확히 얼마만큼의 힘을 견딜 수 있는지, 그리고 무너지기 전까지 얼마나 많은 움직임 주기를 견뎌냈는지를 측정할 수 있게 해주었다.
결과는 명확하고 일관적이었다. 협골 나사는 모든 경우에서 측방 질량 나사보다 현저히 강한 것으로 나타났다. 평균적으로 협골 나사는 실패하기 전까지 최대 252.4뉴턴의 힘을 견뎌낸 반면, 측방 질량 나사는 166.4뉴턴에서 무너졌다. 내구성 측면에서 협골 나사는 실패 지점에 도달하기 전까지 평균 2,573회의 흔들림 주기를 견뎌냈으나, 측방 질량 나사는 1,636주기만을 버텼다. 이는 협골 나사가 느슨해지기 전까지 약 57% 더 많은 움직임을 견뎌냈음을 의미한다. 더욱이, 협골 나사는 테스트 내내 더 단단함을 유지하며 상대적으로 더 잘 흔들림에 저항했다. 테스트된 모든 척추 쌍에서 협골 나사가 측방 질량 나사보다 우수한 성능을 보였다.
연구는 또한 골밀도가 결과에 미치는 영향도 살펴보았다. 연구진은 협골 나사의 이점이 골밀도가 낮은 뼈에서 가장 두드러졌다는 것을 발견했으나, 이 관찰은 적은 수의 샘플을 바탕으로 한 것이기에 추가적인 조사가 필요하다고 주의를 기울였다. 주요 결론은 이러한 특정 테스트 조건하에서 협골 나사의 기계적 우월성이다. 저자들은 이 방법이 명확한 기계적 이점을 제공하지만 위험이 따르지 않는 것은 아니라고 언급했다. 협골을 통과하는 경로는 좁고 중요한 신경 및 혈관과 가깝기 때문에 정밀한 수술 기술과 세심한 계획이 필요하다. 따라서 이 연구 결과는 외과의가 안전하게 협골을 통해 나사를 삽입할 수 있다면, 그것이 불안정한 목 척추를 가진 환자들에게 더 내구성이 높은 고정력을 제공할 수 있으며, 신체의 끊임없는 움직임에 맞서 더 강력한 닻이 될 수 있음을 시사한다.
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