田學(xué)東，王曦光 綜述，季曉風(fēng) 審校

（吉林大學(xué)中日聯(lián)誼醫(yī)院 骨科，吉林 長春 130012）

人工關(guān)節(jié)感染的實驗室診斷研究進展

田學(xué)東，王曦光 綜述，季曉風(fēng) 審校

（吉林大學(xué)中日聯(lián)誼醫(yī)院 骨科，吉林 長春 130012）

人工關(guān)節(jié)感染（Periprosthetic Joint Infection，以下簡稱PJI）是國內(nèi)外公認(rèn)的關(guān)節(jié)置換術(shù)后災(zāi)難性的并發(fā)癥，它會引起假體感染性松動，導(dǎo)致手術(shù)失敗，有時引起局部甚至全身性炎性反應(yīng)，增加了患者的身心負(fù)擔(dān)和經(jīng)濟負(fù)擔(dān)。人工關(guān)節(jié)感染的研究多來自髖膝關(guān)節(jié)的資料。雖然通過規(guī)范地預(yù)防性應(yīng)用抗生素以及更嚴(yán)格地?zé)o菌術(shù)等措施使感染率 降到1.5%左右，但PJI患者并不罕見。

細(xì)菌感染后會在假體周圍形成一層細(xì)菌生物膜在假體關(guān)節(jié)中存在的主要方式，而以浮游方式存在于假體周圍軟組織中的細(xì)菌只是很少一部分［1］。生物膜形成的時間因感染細(xì)菌種類而不同，大約是術(shù)后數(shù)周，在生物膜形成之前如果得到診斷，可以通過保留假體的清創(chuàng)和應(yīng)用敏感的抗生素；而晚期的感染只能通兩期手術(shù)，一期采用抗生素骨水泥間置塊控制炎癥，更換新的假體進行第二期手術(shù)，采用一期手術(shù)假體置換的效果并不滿意［2］。

1 PJI實驗室診斷的主要措施和診斷標(biāo)準(zhǔn)

PJI的實驗室診斷可分為細(xì)菌檢測和人體免疫應(yīng)答檢測。細(xì)菌檢測有細(xì)菌培養(yǎng)和PCR技術(shù)等，單純依靠上述兩項檢查可能會因為假陽性或假陰性而誤診。人體免疫應(yīng)答檢測，如全身性標(biāo)志物檢測如血沉，血CRP和IL-6水平，以及局部實驗室檢查，如關(guān)節(jié)穿刺液化驗白細(xì)胞計數(shù)或組織活檢病理學(xué)檢查。

這些檢查在理想狀態(tài)下會有很高的敏感性和特異性，然而可能會受到其他因素如身體其他部位伴隨的感染或某些自身免疫病以及痛風(fēng)等疾病的影響［3］。導(dǎo)致實驗室診斷出現(xiàn)假陽性和假陰性的因素有標(biāo)本污染，取材、保管、運輸不當(dāng)，各項檢驗的參考范圍不一致，疾病本身的特點，觀察者的因素等。

由于各項診斷指標(biāo)臨界值的缺乏，所以對人工關(guān)節(jié)感染診斷標(biāo)準(zhǔn)一直不明確。美國骨科感染學(xué)會（MSIS）提出新版的PJI診斷標(biāo)準(zhǔn)［4］如下：

（1）存在一個與假體相通的竇道；或者

（2）感染假體周圍至少兩處軟組織或關(guān)節(jié)液中培養(yǎng)分離出一種感染微生物；或者

（3）以下六項中存在四項：（a）血沉和CRP升高，（b）關(guān)節(jié)液白細(xì)胞計數(shù)升高，（c）關(guān)節(jié)液中性粒細(xì)胞百分比升高（PMN%），（d）受影響的關(guān)節(jié)內(nèi)存在膿液，（e）從一處假體周圍組織或關(guān)節(jié)液中培養(yǎng)分離出感染微生物，或者（f）假體周圍組織的病理學(xué)分析，在五個400倍高倍鏡視野下每個視野至少見到五個中性粒細(xì)胞。

2 血清學(xué)檢測

一般在懷疑PJI時，最常做的實驗室檢查是血常規(guī)、血沉和CRP。近年來，血清IL-6和降鈣素原（PCT）的研究和應(yīng)用逐漸增多。

由于影響白細(xì)胞數(shù)量的因素較多，白細(xì)胞計數(shù)對PJI診斷的敏感性和特異性都很低，不同微生物感染時白細(xì)胞計數(shù)可以升高、降低甚至缺乏。Gregory等人［5］分析了15492名初次全髖和全膝關(guān)節(jié)置換患者，得出的結(jié)論是在缺乏其他的臨床表現(xiàn)的時候，術(shù)后白細(xì)胞的升高是人體對手術(shù)正常的炎性反應(yīng)，無需進行進一步的檢查，只靠白細(xì)胞計數(shù)作為診斷PJI指標(biāo)略優(yōu)于單純隨機猜測。導(dǎo)致增高的相關(guān)因素包括年齡、女性、較高的查理森合并癥指數(shù)、術(shù)前白細(xì)胞較高和膝關(guān)節(jié)置換。典型的白細(xì)胞升高峰值出現(xiàn)在術(shù)后第二天，隨后逐漸降到正常水平。對于膝關(guān)節(jié)置換，雙側(cè)比單側(cè)更容易產(chǎn)生白細(xì)胞增多的現(xiàn)象，而髖關(guān)節(jié)置換無類似表現(xiàn)。因此，下肢關(guān)節(jié)置換術(shù)后不要因為單純血白細(xì)胞增高而做不必要的病情檢查［6］。

C反應(yīng)蛋白（CRP）和血沉（ESR）都是非特異性的炎性指標(biāo)。CRP是由肝臟產(chǎn)生的一種蛋白質(zhì)，對于術(shù)前正常的患者，手術(shù)中截骨和切割軟組織等因素，術(shù)后出現(xiàn)血沉和CRP的生理反應(yīng)性升高，升高可持續(xù)兩周。CRP的高峰比血沉早，CRP水平在術(shù)后2個月內(nèi)降到正常，然而血沉可能持續(xù)數(shù)個月［7］。手術(shù)前CRP正常的患者，如果術(shù)后3個月仍高于正常或者下降后又上升，提示可能存在PJI。

可能引起CRP假陽性的因素有異位骨化、身體其他部位的炎癥反應(yīng)如支氣管炎、伴有系統(tǒng)性結(jié)締組織病等。CRP正常通常提示不存感染，但也可能是由于抗生素的應(yīng)用或低毒性細(xì)菌感染導(dǎo)致的假陰性。

目前對于ESR和CRP用于診斷PJI并沒有明確的參考值。Ghanem等人［8］通過對479名接受全髖置換患者的回顧性隊列研究發(fā)現(xiàn)，血沉標(biāo)準(zhǔn)30 mm／h，其敏感性是94.3%，CRP標(biāo)準(zhǔn)10mg／L，其敏感性是91.1%，而二者結(jié)合，敏感性則為97.6%。通過ROC特征曲線得到的ESR和CRP的界限值分別是31mm／h和20.5mg／L。

白細(xì)胞介素6（IL-6）是由單核巨噬細(xì)胞系統(tǒng)產(chǎn)生的一種急性時相反應(yīng)蛋白，被認(rèn)為是關(guān)節(jié)感染的高預(yù)測性因子。其峰值出現(xiàn)在TKA和THA術(shù)后6到12小時，在術(shù)后48到72小時恢復(fù)正常［9］。

Shah等人［10］研究顯示術(shù)后6小時時IL-6升高與PJI相關(guān)，在PJI的臨床癥狀出現(xiàn)前血清IL-6水平就有了明顯的變化。Buttaro等人［11］報道CRP和IL-6聯(lián)合應(yīng)用可以作為一種診斷PJI的有用的診斷工具。二者聯(lián)合對髖關(guān)節(jié)的診斷的敏感性、特異性、陽性預(yù)測值和陰性預(yù)測值分別是57%，100%，100%，94%，與術(shù)中組織冰凍切片檢查相似。最近的一項meta分析表明，IL-6和CRP可能是診斷PJI最準(zhǔn)確的炎性標(biāo)志物［12］。所以，IL-6將來會更廣泛地應(yīng)用于指導(dǎo)PJI的臨床診斷，鑒別假體的無菌性松動和感染性松動。但應(yīng)注意排除類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎等炎癥性關(guān)節(jié)病。

降鈣素原（PCT）是降鈣素的前體，細(xì)菌感染時機體多個組織來源的細(xì)胞均可產(chǎn)生，是全身各部位感染和膿毒癥早期診斷和確認(rèn)指標(biāo)，可反映全身細(xì)菌感染嚴(yán)重程度。對于PJI的診斷，PCT敏感性不如CRP（分別為33%和95%），特異性相似（分別為98%和96%）。TNF-α是由單核細(xì)胞產(chǎn)生的一種作為對感染的應(yīng)答的細(xì)胞因子。Bottner［13］等人評估了TNF-α在診斷PJI中的作用，其敏感性是43%，特異性是96%。由于敏感性較低，PCT和TNF-α都不能作為診斷PJI的良好指標(biāo)。

3 關(guān)節(jié)穿刺關(guān)節(jié)液檢查

作為有創(chuàng)性的檢查，可在懷疑感染時進一步確診應(yīng)用。膝關(guān)節(jié)穿刺術(shù)相對簡單，而髖關(guān)節(jié)穿刺往往需要在影像設(shè)備引導(dǎo)下進行。目前對于關(guān)節(jié)液檢查，主要有細(xì)胞分類和計數(shù)，蛋白質(zhì)測定，革蘭染色和細(xì)菌培養(yǎng)。其中，細(xì)菌培養(yǎng)和藥敏試驗可以為翻修術(shù)中抗生素的使用提供參考，防止由于使用廣譜抗生素產(chǎn)生耐藥菌等不良后果［13］。

PJI存在會導(dǎo)致關(guān)節(jié)液中白細(xì)胞增多，中性粒細(xì)胞百分比增高。由于關(guān)節(jié)穿刺部位不同，計量單位不一致，目前尚無用于PJI診斷的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。Ghanem等人［14］通過對429膝的研究，得到了用于感染診斷的關(guān)節(jié)液中粒細(xì)胞百分比的值是大于64%，并證明與血沉和CRP綜合可提高檢測的敏感性和特異性。

關(guān)節(jié)液成分復(fù)雜，存在PJI時，關(guān)節(jié)液中蛋白質(zhì)含量變化可提示感染。由于關(guān)節(jié)液中某些PJI的標(biāo)志物含量高于血清中的含量，所以檢測關(guān)節(jié)液的準(zhǔn)確性更高，如已證實關(guān)節(jié)液CRP檢測相對于血清CRP檢測具有明顯的優(yōu)勢［15］。Christina等人［16］發(fā)現(xiàn)了關(guān)節(jié)液內(nèi)5種與PJI相關(guān)性最大的蛋白質(zhì)（IL-6，IL-8，α2微球蛋白，CRP和血管內(nèi)皮生長因子），測量其濃度可以用于PJI診斷。Deirmengian等人［3］研究發(fā)現(xiàn)關(guān)節(jié)液中IL-1和IL-6的水平可以準(zhǔn)確地鑒別出感染和非感染的患者，其敏感性、特異性接近100%，特別是對于有自身免疫性疾病的患者該項檢測優(yōu)勢更明顯。

關(guān)節(jié)液穿刺培養(yǎng)是對細(xì)菌的直接檢測，對于患有自身免疫性疾病如類風(fēng)濕患者PJI診斷優(yōu)勢明顯。同時，藥敏試驗可以對二期翻修手術(shù)的抗生素的使用提供指導(dǎo)。關(guān)節(jié)液穿刺培養(yǎng)會出現(xiàn)假陰性和假陽性，假陰性可能由于局麻藥物潛在的抗菌活性，細(xì)菌對培養(yǎng)環(huán)境要求高，關(guān)節(jié)液中細(xì)菌含量過低等；假陽性可能是在各個操作環(huán)節(jié)中造成的標(biāo)本污染，如穿刺時無菌操作不嚴(yán)格。

最近研究發(fā)現(xiàn)，對關(guān)節(jié)液培養(yǎng)采用血培養(yǎng)瓶對診斷PJI的敏感性和特異性都很強［17］。Font-Vizcarra等人［18］對87例PJI患者和63例無菌性假體松動患者進行了回顧性研究，對PJI患者分別采用血培養(yǎng)瓶進行關(guān)節(jié)液細(xì)菌培養(yǎng)、假體周圍組織培養(yǎng)和假體周圍拭子培養(yǎng)的敏感性、特異性和預(yù)測值，發(fā)現(xiàn)血培養(yǎng)瓶進行關(guān)節(jié)液培養(yǎng)時具有更高的敏感性（90%）、特異性和預(yù)測值，假體周圍組織培養(yǎng)和假體周圍拭子培養(yǎng)的敏感性分別是82%和68%，然而，上述所有培養(yǎng)方式對于慢性PJI的價值相對于急性PJI都要降低。

4 翻修術(shù)前滑膜活檢

用活檢鉗等取出關(guān)節(jié)內(nèi)的軟組織進行病理學(xué)檢查，也可進行細(xì)菌培養(yǎng)和藥物敏感試驗指導(dǎo)采用二期翻修手術(shù)時抗生素的使用。然而，對于一個位置良好且無松動的的假體，應(yīng)該慎重進行此類檢查，因為有導(dǎo)致感染和損傷假體的風(fēng)險。

Fink等人［19］對比了TKA術(shù)后滑膜活檢與關(guān)節(jié)穿刺抽液和CRP在診斷晚期人工膝關(guān)節(jié)感染的價值，發(fā)現(xiàn)組織活檢的敏感性、特異性、陽性預(yù)測值和陰性預(yù)測值分別達(dá)到100%，98.1%，95.2%，100%，明顯優(yōu)于關(guān)節(jié)穿刺和血清CRP檢查。優(yōu)于CRP的原因可能是各個研究采用的CRP陽性標(biāo)準(zhǔn)值不同以及CRP不能區(qū)分風(fēng)濕病如類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎。此外，活檢可以進行培養(yǎng)從而鑒定致病菌并進行藥敏試驗。

然而，也有一些作者研究認(rèn)為關(guān)節(jié)液和關(guān)節(jié)內(nèi)組織活檢二者培養(yǎng)結(jié)果差異很小，因此，建議進行創(chuàng)傷相對較小的關(guān)節(jié)穿刺術(shù)進行關(guān)節(jié)液檢查。Geert Meermans等人［20］通過對64例全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)和56例全膝關(guān)節(jié)置換的患者進行關(guān)節(jié)穿刺培養(yǎng)和活檢。得到的結(jié)論是，關(guān)節(jié)穿刺術(shù)的敏感性是83%，穿刺活檢的敏感性是79%，二者結(jié)合的敏感性是90%。

此外，幾乎所有文獻都認(rèn)為革蘭染色檢測細(xì)菌對于PJI缺乏診斷意義。Johnson等人［21］進行了大規(guī)模的回顧性研究的結(jié)果顯示革蘭染色在診斷髖關(guān)節(jié)PJI時敏感性只有9.8%。

5 翻修手術(shù)進行過程中對PJI的評估

如果術(shù)前檢查未能確診，就需要手術(shù)中的判定，并據(jù)此決定進行一期或二期的翻修手術(shù)。在翻修手術(shù)過程中，如果能直接發(fā)現(xiàn)膿液即可診斷PJI，然而，很多時候觀察不到膿液的存在，此時可行術(shù)中進行組織切片鏡檢。通常認(rèn)為，每高倍鏡視野大于5到10個分葉核的白細(xì)胞就提示急性感染［22］。這項檢查的特異性很高，因此具有很高的術(shù)中的診斷價值。這種組織病理學(xué)檢查的敏感性報道差異很大，可能影響敏感性的因素有：低毒性細(xì)菌的感染，取材位置的偏差，以及病理醫(yī)師經(jīng)驗不足等。

Frances Borrego等人［23］評估了關(guān)節(jié)翻修手術(shù)中假體周圍組織冰凍切片檢查的意義。他們將術(shù)中獲取的假體周圍組織分為兩份，一份進行冰凍切片，另一份進行細(xì)菌培養(yǎng)。在高倍鏡視野下冰凍切片發(fā)現(xiàn)10個以上的多核白細(xì)胞則定為陽性，存在PJI。結(jié)果顯示以上述標(biāo)準(zhǔn)對假體周圍組織冰凍切片中的多核白細(xì)胞進行判斷是一項可靠而快速的的PJI診斷方法，特異性較高（89.7%）。如果為陰性，則應(yīng)用其他術(shù)前和術(shù)中的其他方法來診斷。

6 假體周圍組織培養(yǎng)

術(shù)中組織的培養(yǎng)為診斷PJI的“金標(biāo)準(zhǔn)”，這是由于在術(shù)中可以做到準(zhǔn)確地在多點、多處得到樣本，也可以直接對取下的細(xì)菌生物膜進行處理后再進行培養(yǎng)，通過對多處多份組織樣本進行培養(yǎng)，提高了培養(yǎng)的陽性率。

雖然細(xì)菌培養(yǎng)陽性被稱作PJI診斷的“金標(biāo)準(zhǔn)”，但受多種因素影響，細(xì)菌培養(yǎng)的敏感性和特異性都不高。導(dǎo)致假陰性的因素有標(biāo)本取樣過少、細(xì)菌生物膜培養(yǎng)基不合適、培養(yǎng)時限短、細(xì)菌營養(yǎng)要求過高等，導(dǎo)致假陽性的因素有：取標(biāo)本時、運輸途中或?qū)嶒炇抑谐霈F(xiàn)標(biāo)本污染等。送檢的樣本至少應(yīng)為3份，5～6份為佳，而且進行需氧和厭氧培養(yǎng)。如果準(zhǔn)備行細(xì)菌培養(yǎng)，培養(yǎng)必須至少停用抗生素兩周。在獲取標(biāo)本后應(yīng)盡快送檢，而不應(yīng)置于冰箱中。

細(xì)菌培養(yǎng)時限通常為1周左右，Peter Schafer等人［24］進行了一項研究發(fā)現(xiàn)，如果延長培養(yǎng)時限到2周，可以提高培養(yǎng)的敏感性。在第一周培養(yǎng)出的細(xì)菌通常是葡萄球菌屬細(xì)菌，而第二周培養(yǎng)出的通常是生長較慢的丙酸菌屬細(xì)菌。

細(xì)菌感染后會在假體周圍形成一層細(xì)菌生物膜，是細(xì)菌在假體關(guān)節(jié)中存在的主要方式。超聲處理標(biāo)本可以裂解菌膜，提高細(xì)菌培養(yǎng)陽性率。Geir Bjerkan等人［25］研究發(fā)現(xiàn)，對鈦和鋼兩種金屬表面的細(xì)菌生物膜采用超聲處理，可以有效的分離出細(xì)菌，大大提高培養(yǎng)的陽性率，明顯優(yōu)于單純采用手術(shù)刀片刮取金屬表面的組織來獲取培養(yǎng)的標(biāo)本效果。特別對于術(shù)前兩周內(nèi)使用過抗生素的患者，采用一般性培養(yǎng)和超聲處理后的培養(yǎng)的敏感性分別是45%和75%（P＜0.001）［26］。

Velay［27］等人分析了186個感染的人工關(guān)節(jié)周圍組織樣本發(fā)現(xiàn)，采用BACTEC血培養(yǎng)基可以檢出69%的感染，而普通培養(yǎng)基只有53%的（P＜0.05）。此外，對于許多患者，采用BACTEC血培養(yǎng)基培養(yǎng)時限要比普通培養(yǎng)基短。

Hughes等人［28］研究了四種不同培養(yǎng)基在關(guān)節(jié)周圍組織培養(yǎng)時的敏感性和特異性。這四種培養(yǎng)基分別是：直接培養(yǎng)基、富營養(yǎng)肉湯培養(yǎng)基、富營養(yǎng)厭氧培養(yǎng)基和BACTEC自動血培養(yǎng)瓶，結(jié)果發(fā)現(xiàn)上述幾種培養(yǎng)基在特異性方面相似，都在97%到100%，但敏感性分別是39%，83%，57%，87%，差異較大。

7 PCR在PJI診斷中的應(yīng)用

PCR技術(shù)與細(xì)菌培養(yǎng)鑒定同屬于對于細(xì)菌的直接檢測，目前在骨科臨床應(yīng)用較少，其應(yīng)用價值有待進一步的研究。有許多報道稱對于PJI的診斷，PCR并不優(yōu)于細(xì)菌培養(yǎng)［29］。然而，當(dāng)患者由于提前使用了抗生素或細(xì)菌本身營養(yǎng)要求高等因素導(dǎo)致細(xì)菌培養(yǎng)陰性時，對細(xì)菌特異性的DNA片段進行PCR檢測診斷PJI時具有一定的優(yōu)勢。De Man等人［30］的進行了一項回顧性研究結(jié)果顯示，PCR在診斷PJI時的特異性高（100%），而敏感性弱（50%），而PCR和細(xì)菌培養(yǎng)綜合的敏感性為67%。

8 小結(jié)與展望

實驗室診斷是PJI診斷的重要方法，但目前沒有任何的單獨的一項實驗室檢測可以確診PJI，對于PJI的診斷需要通過綜合臨床表現(xiàn)和影像學(xué)表現(xiàn)以及實驗室檢查。

由于許多的血清中和關(guān)節(jié)液內(nèi)的標(biāo)志物并沒有參考值，而且其意義往往需要結(jié)合其出現(xiàn)的時間和部位來具體地動態(tài)分析，這需要進一步的研究。組織病理學(xué)檢查的特異性和陽性預(yù)測值較高，但受取材等影響，往往敏感性不高，所以這項實驗需要取材準(zhǔn)確并由經(jīng)驗豐富的病理醫(yī)師來進行。細(xì)菌培養(yǎng)PJI診斷的“金標(biāo)準(zhǔn)”，對標(biāo)本進行超聲裂解處理及采用自動血培養(yǎng)瓶等方式可以提高培養(yǎng)的準(zhǔn)確性。將來，隨著對于更多的PJI標(biāo)志物和細(xì)菌生物膜研究的深入，新的診斷標(biāo)志物和新的手段將會得到推廣和應(yīng)用，從而更有效地指導(dǎo)對PJI的臨床診斷。

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