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人工关节假体周围感染的危险因素及诊断

标签:类风湿性关节炎 关节置换 | 作者:王海彬 | 发表时间:2017-06-11 23:37:50

随着近些年来人工关节置换的数量在增加,每年发生假体关节周围感染( prosthetic joint infection,PJI)的数量在也增加。假体关节感染是人工关节置换术后最严重的并发症之一,给患者带来严重的经济负担, 并严重影响术后关节功能。目前在技术上很难从假体表面准确取得生物膜内的细菌,给诊断带来了困难。本文就近期假体关节感诊断的进展作简要综述。

1.危险因素:

1.1 术前危险因素:①一部分研究[1-2]发现肥胖( BMI>35kg/m2 )与感染风险增加有关。但Berbari[3]却认为BMI<25kg/m2也会增加PJI的风险。②糖尿病与PJI风险增加有关。一项最近的研究发现围手术期高血糖症在会增加PJI的风险,即使病人没有糖尿病[4]。③风湿性关节炎的病人术后第一年感染率高达2.3%[5]。④在一项研究中[6],风湿性关节炎、系统性免疫抑制、糖尿病、慢性肾病、恶性肿瘤的患者感染率会增加2.2倍。⑤其他的因素包括吸烟、过去一年内有菌血症、曾有化脓性关节炎、鼻部金黄色葡萄球菌定植者、皮肤带菌者。

1.2 围手术期危险因素:①术中危险因素包括假体类型、假体固定方式、手术持续时间等。Eythor认为[7]因预防性抗生素的运用,术中污染常见但很少发生感染。但如果手术时间超过了2-2.5h,感染的风险增加。②泌尿系和呼吸道感染,也会增加PJI的风险。

1.3 术后危险因素:①术后的并发症会增加PJI的风险,包括血肿形成、浅表手术部位感染、伤口引流和伤口裂开。②Patel[8]等认为过度抗凝引起创面渗出量增多及渗出时间延长也会引起感染。③术后心肌梗死和心房颤动增加感染的风险,可能与积极抗凝导致亚临床血肿形成有关[9]。④同种异体输血,会增加PJI风险,但自体输血比异体输血风险低[9]。

2.诊断标准

当怀疑患者存在假体关节感染时,选择合适的诊断方法非常重要,准确定义感染有助于医生做出最后的诊断。肌肉骨骼感染学会的工作组对相关临床证据进行分析后,提出了假体周围感染的新定义[10]。

根据提出的标准,满足下列条件之一即可定义为假体周围感染:

1.有窦道和假体相通;

2.取自受累假体的至少2个独立的组织或关节液样本培养出同一病原体;

3.满足以下6个条件中的4条:

①ESR和CRP升高;

②滑膜白细胞计数升高;

③滑膜中性粒(PMN)比例升高;

④受累关节出现化脓表现;

⑤假体周围组织或关节液标本中1次培养分离出微生物;

⑥400倍放大率下,假体周围组织的病理学分析在5个高倍镜视野下发现>5个中心粒细胞。如果满足的条件少于4条,则假体周围感染可能存在。

对PJI 诊断的关键是找到致病菌。美国感染疾病协会(IDSA)2013年发布了关于PJI 的诊断与治疗指南,尤其强调了细菌培养的重要性[11]。若只凭借术者临床经验选择抗生素,失败率极高,患者不得不再次或多次行翻修术来控制感染。ISDA 于2013 年发布的PJI 诊断与治疗指南中,将微生物学临床证据定义为B-Ⅱ级,同为B-Ⅱ级的临床证据还包括存在与关节相通的窦道以及组织病理检查。

但并非所有PJI 患者细菌培养均可找到致病菌。取样误差、抗生素使用、一些致病菌处于生物膜包裹低毒性状态,或多种细菌共同感染且相互抑制,都是导致培养结果异常的原因。

3.诊断

3.1 血清学检查

3.1.1 血常规白细胞计数:只有急性感染、造成全身症状才有意义,对于慢性感染、血液白细胞计数和分析没有重要价值。外周血白细胞计数作为感染的常规检测,但是它的敏感性只有45%,特异性为87%[12]。

3.1.2 ESR和CRP:在IDSA和AAOS中,ESR和CRP是最常用的炎性标记物,当怀疑PJI 时首先检测的指标是ESR 和CRP。如果ESR> 30 mm/ h 或CRP >10 mg / L ,则提示PJI。如果同时考虑两者则敏感性和特异性分别可以达到94% ~98%和59% ~ 77%[13]。ESR、CRP和术中冰冻切片联合诊断,则灵敏性、特异性、准确性分别为97.22%、95.83%、96.47%[14]。髋关节置换术后ESR升高,5-7d达峰值,后缓慢下降,于术后3个月基本恢复正常或降至术前水平[15]。髋关节置换术后CRP迅速升高,到2-3d达峰值,后迅速下降,2-3周后恢复正常[15]。如术后3周后CRP升高提示PJI可能。ESR动态上升和下降缓慢且易受多种因素影响,其特异性和敏感性均比CRP低。

一项回顾性研究,1962例病人进行翻修手术(1689例无菌松动,273PJI) [16]。本研究利用患者的ROC曲线分析,以确定ESR和CRP的最佳阈值。根据PJI的类型(早期-术后<4周;晚期)和感染关节(髋或膝)进行分析。髋、膝关节早期PJI的最佳阈值是类似的,ESR为54.5mm/h和CRP为23.5mg/L。CRP的敏感性为87%,特异性为94%。ESR敏感性为80%,特异性为93%。晚期CRP的阈值髋关节比膝关节低,大概为13.5-23.5mg/L。ESR最佳阈值髋关节为48.5mm/h,膝关节为46.5mm/h。这阈值要高于之前的大部分研究包括-分析。

ESR和CRP能在治疗进程过程中,检测感染是否控制、抗生素是否有效等。CRP 和ESR正常也是二期翻修假体是否能够再植入的重要参考指标。

3.1.3 白介素-6(IL-6):Dicesare等[17]指出血清IL-6于术后6-12h达峰值,48-72h即可迅速下降至术前正常水平。与ESR、CRP相比,

IL-6术后能更快地上升并能更快地恢复至正常值,这提示IL-6可能是一种更好的预测早期感染的指标。-分析之前的三项研究,包括432例病人,检测IL-6,敏感性和特异性为97%与91%,阈值为10-12pg/ml[12]。若IL-6水平在关节置换术后长期保持较高水平, 应高度怀疑感染存在。

3.1.4 降钙素原(PCT):一项研究中[18]包括78例病人,检测PCT> 0.3ng/ml,发现特异性有98%,但敏感性仅为33%。PCT对诊断PJI具有特异性高但敏感性低的特点,可能与低毒性细菌感染不足以引起PCT大量释放有关。但因为PCT在其他感染性疾病中的实用性,因此比IL-6运用的更为广泛。患者ESR和CRP升高,若为非感染性原因,则PCT正常。

3.2 影像

3.2.1 X线平片: X线平片可以帮助辨认非感染性的原因,如假体周围骨折、假体断裂或者假体脱位。若X线中发现假体周围透亮线、假体松动、积液、邻近软组织气体或液体积聚,骨膜新生骨形成,可能提示感染,但X线对感染的敏感和特异性不高。zimmerli等 [19] 认为如果在术后1 年内出现进展的大于2mm连续透亮线或严重骨溶解表现提示有感染存在, 结合关节造影可提高诊断率。

3.2.2 其他影像学检查:Computed tomography (CT) 和 magnetic resonance imaging(MRI)具有高空间分辨率的优点,可以进行假体周围组织感染的评估,但金属假体所形成的伪影会影响诊断。放射性核素骨显像是近年来常用的诊断PJI的影像学检查。99m鍀一亚甲基二磷酸盐( 99mTc-MDP)骨扫描是最早用来诊断假体周围感染的核医学技术,该技术对检查无菌性松动较敏感,但对诊断假体周围感染的敏感性低。18氟脱氧葡萄糖正电子断层成像(18FDG-PET) 用于鉴别诊断假体周围感染及无菌性松动是近年来最新进展。Mumme等[20]比较18FDG-PET 与

99mTc-MDP骨三联联合显像对假体周围感染与松动的诊断,结果示18FDG-PET 的准确率、灵敏度和特异性分别为91%、92 % 和91 % ,而99mTc-MDP骨三联联合显像分别为74%、70% 和78% ,18FDG-PET明显优99mTc-MDP骨三联联合显像。邓咏梅[21]等将99mTc-MDP骨血流、血池结合延迟的SPECT/CT 图像融合,发现血流、血池相的高敏感性与延迟SPECT/CT 图像融合的高分辨率,可以帮助临床医生鉴别假体感染和松动,也可以对假体松动的部位与感染病灶的范围进行精准的定位。

3.3 关节液检查:

3.3.1 白细胞总数和中性粒细胞比值:术前关节穿刺术检查白细胞总数和中性粒细胞比值,对诊断PJI有高度敏感性和特异性。但在不同研究人群中,阳性的阈值有所不同。在

Dinneen等[22]的研究中,术前关节液穿刺白细胞计数、中性粒细胞百分比,诊断PJI的最佳参考值分别为1590个/ul、65%。一项较新的研究中,810例病人(146例PJI)进行髋或者膝关节置换术,白细胞阈值为3450个/ul,敏感性为91%,特异性为93%;中性粒细胞比值为78%,敏感性为95%,特异性为87%[23]。在上述大部分研究,病人有炎症性关节病是排除在外的。对于有炎症性关节病这部分病人,白细胞总数的阈值会升高,特异性会降低。如果在检测前使用抗菌药物治疗,将会影响关节液检查的结果。

3.3.2 白细胞酯酶:两项研究中共有348例患者行髋关节和膝关节置换术[24-25],术前和术中标本的颜色变化为“++”,则提示PJI有81%的敏感性和100%特异性[25]。以“+”或“++”作为阳性测试,PJI诊断的敏感性和特异性分别为93%和77%。本研究还发现了白细胞酯酶和中性粒细胞的百分比之间有很强的相关性。

3.3.3 其他滑液标记物:Carl[26]进行了一项研究,取95例髋或膝关节行翻修术患者的滑液,包括有系统炎症性疾病的和已经接受抗生素治疗的患者,按MSIS的定义分为29例PJI患者和66例无感染患者,进行16种生物标记物的免疫分析。其中五种生物标记物(a-defensin, ELA-2, BPI, NGAL和lactoferrin)对诊断PJI(根据MSIS标准)的敏感性和特异性均为100%。Deirmengian等[27]分析了23个潜在的滑液标志物,发现了6种有较高准确性的标志物,它们分别是IL-1α、IL-1β、IL-6、IL-17、粒细胞集落刺激因子(G-CSF)、抗白细胞蛋白酶(SKALP)。

3.3.4 滑液培养:滑液的培养可以早期识别感染的病原菌和药物的敏感性,指导我们围手术期抗生素的选择和使用抗生素加载的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。术前1-2d行关节穿刺术,将关节液分别注入需氧培养瓶及厌氧培养瓶内行细菌学培养,术中伤口中抽出的关节液立即注入血液培养瓶中,培养周期为14d。培养瓶的优点是在液体介质中能促进细菌生长,减少污染。Qu等[28]研究发现,术前关节液穿刺细菌培养诊断PJI的敏感性、特异性分别为72%、95%。但是,另一项研究中250例病人进行髋或膝关节置换术,发现即使用了培养瓶,但敏感性仅为66%[29],原因可能是25%的病人在穿刺术前2周曾接受过抗生素治疗。该方法出现假阴性的结果常见原因包括:培养前经验性抗生素治疗、特殊类型微生物所致的感染、培养时间过短和生物膜的存在。因此建议细菌培养前应停用抗生素至少两周,细菌培养时间可延长至14天[30]。另外,急性PJI关节滑液培养的敏感性为91%,高于慢性PJI(79%)[31]。

3.3.5 关节液革兰染色涂片检查: 视野中观察到细菌和(或)每高倍视野中中性粒细胞多于5个即为阳性。关节液革兰染色涂片诊断PJI的敏感性和特异性分别为30%-50%和98%-100%,如果两个指标都为阳性,则该方法诊断的敏感性和特异性分别可提高至43%-64%和100%[32]。但该方法的缺点是阴性结果不能排除PJI [33]

3.4 假体周围组织

3.4.1 革兰染色检查:尽管假体周围组织革兰染色从理论上能快速诊断PJI,但在实际中敏感性很低。因为术中冰冻切片能快速诊断PJI,而且还有许多可用的术前检查,因此组织革兰染色不推荐常规使用。

3.4.2 组织培养:

Neut [34]提出了广泛的培养方法,包括从植入物上刮取组织,培养的敏感性从41% 提高到86%。在低毒性致病菌中,单处培养阳性结果通常被视为污染。但在毒力强的致病菌中(例如金黄色葡萄球菌、乙型溶血性链球菌、革兰阴性杆菌等),并在关节滑液或者超声裂解液中发现相同的病原菌,则单处培养阳性结果就变得很意义。Trampuz [35]提出采用超声裂解假体生物膜组织提高阳性率,敏感性从61%提高到78%,而特异性没有变化。Schafer 等[30]将培养时间从7d延长至14d,敏感性增加26.4%。

3.4.3 组织学分析:组织学分析的优点是它不会被术前抗生素所改变,术中冰冻切片,30分钟内出培养结果,可在手术室通知外科医生,从而决定手术方式。术中取假包膜或假体周围组织送快速冰冻切片是最常用的术中检测PJI方法,但结果会受到取材部位及病检医师经验的影响。通常急性炎症定义是在400倍放大率下,5个高倍镜视野下发现大于5个中性粒细胞[36]。Tsaras[37]的1篇-分析报道运用最多的2个临界值即每高倍镜视野下大于或等于5或10个多型核细胞,在诊断PJI的准确性上差异无统计学意义(P>0.05)。

Morawietz[38]根据假体生物膜组织分型可分为4型。1型或耐磨颗粒引起的组织学特点为巨噬细胞、多核巨细胞和异物颗粒。2型或感染引起的组织学特点为嗜中性粒细胞浸润和少量异物颗粒。3型为1型和2型同时存在。4型组织学尚不确定。

Bori [39]试图研究组织学上诊断PJI最准确的位置。在69例进行髋关节翻修术患者中,分别从假包膜和假体周围界面膜取出标本,比较诊断PJI的准确性。发现假体周围界面膜的敏感性为83%,高于假包膜(42%),特异性均为98%。

快速冰冻切片检查是一种术中确诊感染的有效方法,但其阴性结果不能有效排除PJI,特别是低毒性微生物引起的PJI,冰冻切片常常出现假阴性结果。

3.5 超声降解液培养:超声裂解法利用一定频率的超声处理取下的假体,可碎裂细菌生物膜,将假体超声降解液进行培养。这项技术特别适用于病人术前2周接受过抗生素治疗,超声降解液培养的敏感性为75%,而组织培养的敏感性仅为45%[40]。一项研究中331例病人髋或膝假体进行超声降解液培养,证实了它的敏感性(79%)高于组织培养(61%),且它的特异性高达99%[35]。


此文章内容仅代表医生观点,仅供参考。涉及用药、治疗等问题请到当地医院就诊,谨遵医嘱!

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王海彬

主任医师 教授

广州中医药大学第一附属医院

骨科

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