관절을 이루는 뼈의 관절면은 초자 연골이라고 부르는 성분의 연골로 덮여 있고, 이해하기 쉽도록 그냥 관절 연골이라고도 부릅니다. 무릎 관절의 경우, 이 초자 연골은 4~5mm 의 두께로 관절면을 덮고 있으며, 일상 생활 또는 스포츠 활동 등의 심한 활동에서 비롯되는 충격에도 견딜 수 있도록 내구성이 있으면서도, 부드럽게 윤활하여 마찰력을 줄일 수 있는 성질을 갖고 있습니다. 이러한 관절 연골이 전체적으로 마모되어 연골을 지탱해 주는 연골 아래의 뼈가 서서히 노출되는 병을 퇴행성 관절염이라고 부릅니다.
이에 반해, 전체적인 관절 연골의 상태는 양호하나, 외상에 의해서든 또는 질환에 의해서든 부분적인 연골의 소실이 있을 때 관절 연골 결손이라고 부릅니다. 박리성 골연골염이나, 스포츠 손상 등의 외상으로 인해 발생하는 경우가 대부분이며, 때로는 원인을 알 수 없는 경우도 있습니다. 따라서, 관절 연골 결손이란 특정한 질병의 이름이라기 보다는 다양한 원인으로 발생하는 관절 연골의 소실 상태를 기술하는 일반적인 용어라고 할 수 있습니다.

전체적으로 연골이 마모된 퇴행성 관절염과는 다르게, 관절 연골 결손의 경우에는 병변의 주변부는 건강한 관절연골이 유지되어 있기 때문에 되도록 자신의 관절을 유지하면서 결손 부위를 건강한 연골로 대체하려는 방향으로 치료하게 됩니다. 관절면의 연골이 전체적으로 마모된 퇴행성 관절염의 경우는 아직까지 마모된 연골을 다시 재생시킬 수 있는 방법이 없습니다.
따라서, 이후 소개될 방법들은 부분적인 연골 결손에 사용될 수 있는 치료 방법이지, 진행된 퇴행성 관절염처럼 관절면의 초자 연골이 전체적으로 마모된 경우에는 사용할 수 없는 방법입니다. 결손 부위의 연골을 대체하는 방법으로 크게 미세 천공술, 자가 골연골 이식술, 자가 연골세포 이식술, 줄기세포를 이용한 치료 등이 있습니다.
각각 다른 기전으로 결손 부위를 치료하는 방법이며, 각기 다른 장, 단점을 가지고 있습니다. 최근까지 여러 기법의 연구가 지속적으로 이루어지고 있으나, 아직 결손 부위를 만족스럽게 대체할 수 있는 완전한 치료 방법은 없는 실정입니다.

연골 결손 부위는 뼈가 노출되는데, 노출된 뼈에 송곳 모양의 특수한 기구를 사용하여 여러 개의 구멍을 뚫으면 골수에 있는 피가 나오게 되고, 이 피 속에는 연골을 만들 수 있는 세포가 있어 결손 부위에 연골이 생성되게 됩니다. 수술 후 약 8~12주가 지나면 서서히 결손 부위를 채우는 연골 조직이 형성되는 것을 관찰할 수 있습니다. 이 때 형성되는 연골 조직은 원래 관절 연골을 이루는 초자 연골은 아니며, 주로 섬유 연골 즉, 초자 연골과 비슷하게 보이지만 실제로는 초자 연골과는 다른 종류의 더 약한 연골이 만들어집니다.

따라서, 부드럽게 윤활하는 정도나 기계적인 내구성은 좀 더 떨어지는 조직으로 대체되게 됩니다. 양호한 연골 재생을 위해서, 술 후 약 4~8주 정도 목발을 이용한 체중 부하를 하여야 하며 전 체중을 부하하여 병변을 압박해서는 안됩니다. 무릎을 구부리고 펴는 운동은 술 후 2~4주가 지나면 보통 시행할 수 있으며, 병변의 위치나 의사의 소신에 따라 더 일찍 시작하는 경우도 있습니다. 이 수술의 장점은 수술 시간이 짧으며, 경제적인 부담이 적다는 점입니다.

추가 절개가 필요하지 않고 대개 관절경만으로 수술이 가능하기 때문에 술 후 재활이나 미용적인 측면에서도 장점이 있습니다. 하지만, 재생되는 연골의 질이 떨어지며, 재생되는 정도가 항상 일정하지 않고 주변 관절 연골과 다른 높이로 재생되는 경우나, 때로 재생이 불량한 부위가 발생하는 점 등이 단점입니다.
또한, 앞서 기술한 바와 같이 관절 연골이 전체적으로 마모된 퇴행성 관절염의 경우에는 효과를 기대하기 어렵습니다. 종합하면, 수술의 결과가 좀 불확실한 면이 있으나, 절개가 작고, 1회의 수술로 치료되며, 비용이 많이 들지 않는 것이 장점이라 하겠습니다.

무릎 관절의 앞쪽과 중앙 부위에는 관절 연골로 덮여 있지만, 체중을 부하하는 데는 크게 역할을 하지 않는 곳들이 있습니다. 이런 부위에서 지름 4~9mm, 길이 10~20 mm 의 원기둥 모양의 연골이 붙어 있는 뼈를 연골과 함께 채취합니다. 그리고, 결손 부위에 같은 크기의 원기둥이 들어갈 자리를 만들고, 이곳에 이미 채취한 골연골 이식물을 삽입하는 방법입니다.
쉽게 말해 우리 몸에서 힘을 받지 않는 곳의 관절의 뼈와 연골의 일부를 떼어다가 힘 받는 부분의 연골 결손 부분을 매꿔주는 방법입니다. 시간이 지나면 이식물이 결손 부위의 조직과 유합하게 되고, 결손 부위를 채워 역할을 하게 됩니다. 대개 병변의 크기가 2 X 2 cm 미만일 때에는 이 방법으로 병변을 메꿀 수 있지만, 이보다 큰 병변의 경우에는 채취할 연골이 부족하게 되어 이 방법을 사용할 수 없게 됩니다. 수술은 대개 5 cm 가량의 절개를 이용해서 하게 되며 병변의 위치가 관절경으로 접근이 쉽거나, 크기가 작은 경우는 관절경만을 사용해서 할 수도 있습니다. 술 후 이식물이 주변 조직과 유합할 때까지는 체중 부하를 삼가야 하므로, 수술 후 약 4~6주간 목발을 사용하게 되며 무릎을 구부리고 펴는 운동은 술 후 약 1~2주에 시행하게 됩니다.

이 방법은 원래 초자 연골로 덮인 자가 이식물을 사용하기 때문에 결손 부위를 대부분 기계적 성질이 우수한 본래의 초자 연골로 채울 수 있는 장점이 있습니다. 또한, 1회의 수술로 치료할 수 있는 것도 장점입니다. 하지만, 원기둥 모양의 이식물 사이 사이는 역시 기계적 성질이 떨어지는 섬유 연골로 재생되는 점, 비록 체중 부하면은 아니지만 채취 부위에 생기는 결손이 결국 섬유 연골로 재생되어 추후 문제의 소지가 있는 점, 그리고, 일정한 크기를 넘어선 병변에는 채취 부위의 부족으로 인해 사용할 수 없는 점 등이 단점입니다. 그리고, 아직 성장판이 열려 있는 성장기의 아동의 경우 이식물을 채취하다가 성장판을 다치게 되므로 사용할 수 없는 점도 단점이라고 할 수 있습니다. 그리고, 이 방법 역시 관절 연골이 전체적으로 마모된 퇴행성 관절염의 경우는 사용하기 어려운 방법입니다. 대부분 45~50세 미만의 환자에게 효과가 있는 방법이며, 고령의 환자에게는 효과를 기대하기 어려운 것으로 보고되어 있습니다. 미세 천공술보다 비용은 좀 더 발생하지만, 보험 기준을 만족하는 경우에는 큰 비용이 추가되지는 않습니다.

앞서 기술한 것처럼, 우리 몸의 관절 중에는 체중을 부하하지않는 부분이 있습니다. 이 부위에서 소량의 연골을 채취한 뒤, 연골 세포를 실험실에서 분리한 다음 4~6주간 배양하면 충분히 세포의 양을 늘릴 수 있습니다. 이렇게 4~6주간 배양한 뒤에 2차 수술을 시행하여 결손 부위를 적절히 처리한 다음, 배양한 세포를 주입하고, 그 표면을 골막 등으로 촘촘히 봉합하여 주입한 세포가 흘러나오지 않게 처리합니다. 2차 수술 후 8~12주가 지나면 결손 부위를 채우는 연골 조직이 형성되게 됩니다.
이 때 생기는 연골 조직 역시 대부분 기계적 성질이 떨어지는 섬유 연골입니다. 술 후 8~12주 동안 목발을 이용하여 체중 부하를 피해야 하며, 같은 기간 동안 무릎을 구부리고 펴는 굴신 운동을 많은 시간 동안 열심히 해야 주변 연골 조직과 같이 고른 표면이 재생되도록 할 수 있습니다. 하지만, 배양을 통해 양을 굉장히 많이 늘릴 수 있기 때문에, 크기가 큰 병변에도 사용할 수 있는 점이 장점이며, 미세 천공술에 비해 비교적 일정한 정도의 연골 재생 정도를 보인다는 점도 장점입니다.

단점으로는, 2회의 수술이 필요한 점, 초자 연골이 생성되지 않는다는 점이 있습니다. 또한, 술 후 하루에 여러 시간씩 무릎의 굴신 운동을 하지 않으면 결손 부위 연골의 과성장으로 인하여 수술 전보다 문제점을 더 일으킬 수도 있습니다. 역시 관절 연골이 전체적으로 마모된 퇴행성 관절염 및 50세 이상의 환자에게는 효과를 보기 어려운 것으로 보고되어 있습니다.
미세 천공술보다 비용은 좀 더 발생하지만, 보험 기준을 만족하는 경우에는 큰 비용이 추가되지는 않습니다.

사실, 앞서 기술한 3 가지의 치료 방법이 거의 연골 결손 치료의 주류를 이루고 있다고 해도 과언이 아닙니다. 최근에 와서 여러 가지 세포로의 분화 능력이 있는 줄기 세포를 이용한 치료 방법이 연구되었고, 발달을 거듭하여 조금씩 임상적으로도 사용되고 있습니다. 줄기 세포는 골수, 지방, 근육, 제대혈 등 신체의 여러 조직에 분포하고 있으며, 여기서 줄기 세포를 분리하여 이 세포가 연골 세포로 될 수 있게 처리하여 사용하고 있습니다.
이러한 여러 가지 조직에서 비롯된 줄기 세포를 다양한 첨가물을 사용하여 연골 세포가 잘 자리잡을 수 있도록 매우 다양한 조합이 연구되고, 또한 일부는 사용되고 있습니다. 하지만, 앞서 기술한 3 가지 방법보다 우월한 것으로 증명된 줄기 세포를 이용한 치료는 아직 보고되고 있지 않으며, 추후 발전 가능성이 있는 분야로 미래의 연구 방향 중 하나가 될 것으로 생각됩니다.