何愛民，杜 宇，白雪松，王 磊，呂惠成

(1.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)，呼和浩特 010010； 2.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院創(chuàng)傷二科，呼和浩特 010030)

骨折相關(guān)感染(fracture-related infection,FRI)是創(chuàng)傷外科手術(shù)中常見的嚴(yán)重并發(fā)癥[1]。閉合性骨折內(nèi)固定術(shù)后感染率為1%，而嚴(yán)重的開放性骨折的感染風(fēng)險為15%～55%[2]。骨折內(nèi)固定術(shù)后感染發(fā)生率較高，按照時間分類可分為早期感染(<3周)、延遲感染(3～10周)及慢性感染(>10周)[3]。現(xiàn)階段隨著我國創(chuàng)傷急救體系的建立和逐步完善,早期創(chuàng)傷救治效果有所提高。但FRI仍是創(chuàng)傷患者后期最主要并發(fā)癥,病死率占全部創(chuàng)傷中晚期病死率的70%以上[4]。而45%的院內(nèi)FRI由術(shù)中使用內(nèi)植物引起，植入物引起的相關(guān)感染導(dǎo)致內(nèi)固定失敗，使得后期翻修手術(shù)次數(shù)增加2～3倍。針對FRI的產(chǎn)生，筆者認(rèn)為是創(chuàng)傷致全身及局部組織炎癥介質(zhì)增高，當(dāng)金屬內(nèi)植物植入后會發(fā)生免疫排斥反應(yīng)，并在鋼板周圍產(chǎn)生生物膜，而全身應(yīng)用抗生素卻不能阻斷和破壞生物膜的形成，并且隨著生物膜形成的時間越長，全身應(yīng)用抗生素的效果越差。當(dāng)機體全身或局部抵抗力低下、細(xì)菌毒力或數(shù)量較大時常常容易發(fā)生感染，若在早期未能及時控制，則會出現(xiàn)FRI。FRI是目前臨床治療難題之一，其主要原因在于骨骼的解剖特點和骨科植入物在手術(shù)中的應(yīng)用為病原微生物的定植和感染創(chuàng)造了條件，而全身用抗生素很難在感染部位達(dá)到有效濃度，造成臨床治療效果不佳[5]。但目前針對FRI的常規(guī)治療仍以應(yīng)用敏感型抗生素為主。FRI中最常見的細(xì)菌種類是葡萄球菌(革蘭氏陽性)，腸桿菌(革蘭氏陰性)是術(shù)后早期(2周內(nèi))第二常見的種類[6]。有文獻(xiàn)報道Gustilo-AndersonI型和II型的骨折患者預(yù)防性使用抗生素時間應(yīng)≤24h，而III型骨折患者不應(yīng)>72h，如果在66min內(nèi)仍未系統(tǒng)地應(yīng)用抗生素，則發(fā)生FRI的風(fēng)險極大。而且無論是哪種類型的開放性骨折在關(guān)閉傷口后抗生素使用時間不宜>24h[7]。發(fā)生FRI的患者通常需要多次手術(shù)，抗菌治療的療程較長，相應(yīng)的骨愈合的時間也會延長，而且愈后功能可能較差。除了給患者造成損失外，與非感染患者相比，F(xiàn)RI還導(dǎo)致了更高的醫(yī)療費用，是未感染患者的6.5倍[8-9]。

1 發(fā)生FRI的因素[10]

(1)手術(shù)史或感染史。(2)吸煙、酗酒、重度肥胖(BMI>35)、貧血、低蛋白血癥、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎病情控制不佳、腫瘤、免疫抑制狀態(tài)、糖尿病血糖控制不佳[11]、嚴(yán)重腎病、腎移植術(shù)后以及合并其他全身疾病，且美國麻醉師協(xié)會(American Society of Anesthesiologists,ASA)健康狀況分級≥3級。吸煙和使用任何尼古丁均會增加骨折固定后感染的風(fēng)險，術(shù)前禁煙、控制患者血糖均可降低FRI的發(fā)生率[12]。而營養(yǎng)不良、肥胖、風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、糖尿病及免疫缺陷等高?；颊呙媾R的是更高的感染風(fēng)險，甚至是反復(fù)感染，致病菌可以通過直接接觸、血行播散或內(nèi)源性轉(zhuǎn)移到達(dá)植入物表面。高危因素患者的相對感染風(fēng)險為正常人群的20倍[13]。(3)身體其他部位存在活躍或潛在感染灶，包括毛囊炎、疥瘡、皮癬、齲齒、牙齦炎、鼻竇炎、鼻腔內(nèi)有金黃色葡萄球菌定植、泌尿生殖系統(tǒng)慢性感染等。(4)手術(shù)相關(guān)因素，包括手術(shù)難度大、多部位同期手術(shù)、脊柱多節(jié)段手術(shù)導(dǎo)致手術(shù)時間過長[14]、輸血、住院時間延長等，而且復(fù)雜的外科手術(shù)及技術(shù)也容易并發(fā)感染[15]。(5)手術(shù)切口部位因素，包括切口滲血、滲液、血腫、皮緣壞死、切口愈合不良等[16]。(6)開放性骨折：在AO/骨科創(chuàng)傷協(xié)會開放性骨折分類(OTA-OFC)中提到，F(xiàn)RI最常發(fā)生在開放性骨折之后，根據(jù)損傷嚴(yán)重程度的不同，發(fā)生率高達(dá)25%。1898年，德國內(nèi)科醫(yī)生弗里德里希在基礎(chǔ)研究成果的基礎(chǔ)上提出了清創(chuàng)的“6h理論”[17]。這一原則稱，開放性骨折在傷后6h內(nèi)進(jìn)行清創(chuàng)，可以進(jìn)行一期治療。如果在受傷后6～24h清創(chuàng)，一期治療則有發(fā)生感染的風(fēng)險。如果受傷時間>24h，由于細(xì)菌繁殖，則不建議一期處理，清除所有污染物和失活組織可以有效預(yù)防FRI。傳統(tǒng)觀念認(rèn)為開放性骨折應(yīng)盡早清創(chuàng)(最好在6h內(nèi))，但是許多回顧性研究均不支持這一觀點，因為隨后的FRI發(fā)生率相似[18]。這可能與醫(yī)者對其他因素(如早期圍手術(shù)期抗生素預(yù)防)重要性的理解有所提高有關(guān)。因此，對開放性骨折來說，徹底的手術(shù)清創(chuàng)似乎比早期清創(chuàng)更重要，而且FRI的發(fā)生主要與骨折的Gustilo-Anderson分級有關(guān)，軟組織損傷越重的骨折患者FRI的發(fā)生率越高。除此之外,有研究還發(fā)現(xiàn)，通過收集并分析有無藥物過敏史，有過敏史的患者手術(shù)切口感染率顯著高于無過敏史患者(P=0.019)。其與切口感染的發(fā)生有直接關(guān)聯(lián)，頭孢和青霉素，尤其是頭孢類的抗生素對預(yù)防外科手術(shù)切口的感染具有重要作用[19]。

2 FRI的診斷標(biāo)準(zhǔn)

FRI的某些特征可被視為病原學(xué)感染，其他不具備特異性的特征可能表明存在感染，但在一些沒有感染的患者中也可能出現(xiàn)。2018年的骨折相關(guān)感染專家共識確定了FRI的診斷標(biāo)準(zhǔn)。[1]

2.1直接標(biāo)準(zhǔn) (1)瘺管、竇道或傷口破裂(與骨骼或植入物連通)。(2)圍手術(shù)期傷口出現(xiàn)膿液或膿性引流物。(3)通過在手術(shù)干預(yù)期間從至少兩個單獨的深層組織/植入物(包括超聲流體)標(biāo)本中進(jìn)行培養(yǎng)而鑒定出病原體。如果是組織，則應(yīng)取多個標(biāo)本，每個標(biāo)本均應(yīng)使用干凈的儀器(而不是淺表或竇道拭子)。如果在與骨折骨相鄰的關(guān)節(jié)中出現(xiàn)關(guān)節(jié)積液，則可以將通過無菌穿刺獲得的液體樣品作為單個樣品包括在內(nèi)。(4)在手術(shù)干預(yù)過程中，使用特定的細(xì)菌或真菌染色技術(shù)進(jìn)行組織病理學(xué)檢查并在深層組織中發(fā)現(xiàn)微生物。

2.2間接標(biāo)準(zhǔn) (1)臨床體征出現(xiàn)以下癥狀：疼痛(在無負(fù)重的情況下且隨時間增加疼痛加劇或者出現(xiàn)新發(fā)的疼痛)； 局部發(fā)紅、腫脹、皮溫升高； 發(fā)熱(體溫≥38.3℃)。(2)放射學(xué)體征：隨著時間的推移出現(xiàn)植入物松動； 骨愈合進(jìn)展失敗(即不愈合)； 死骨形成(例如在骨折部位以外的位置，或在合并骨折的情況下)； 在骨折部位，植入物周圍出現(xiàn)骨溶解。(3)血清炎癥指標(biāo)升高(ESR、WBC、CRP)：在肌肉骨骼損傷中，應(yīng)慎重注意這些指標(biāo)的升高。如果在一段時間內(nèi)繼發(fā)上升(最初下降之后)或持續(xù)升高，并且排除了其他傳染性病灶或炎癥過程，則提醒可能出現(xiàn)FRI。(4)術(shù)后幾天內(nèi)傷口出現(xiàn)持續(xù)的、不斷增加的或者新發(fā)的不明液體，且無法解釋該情況發(fā)生的原因。(5)骨折患者新發(fā)關(guān)節(jié)積液。外科醫(yī)師應(yīng)意識到，在以下情況可能出現(xiàn)感染性關(guān)節(jié)炎：穿透關(guān)節(jié)囊的植入材料(例如股骨髓內(nèi)釘)； 關(guān)節(jié)內(nèi)骨折。

3 FRI的預(yù)防與治療

預(yù)防FRI的主要原則包括全身和局部應(yīng)用抗生素、手術(shù)前皮膚消毒以及手術(shù)治療。圍手術(shù)期抗生素預(yù)防(PAP)已被證明在預(yù)防骨折手術(shù)后感染方面非常有效[20]。多數(shù)方案建議使用廣譜抗生素，通常是第一代頭孢菌素，而對于有革蘭氏陰性細(xì)菌污染風(fēng)險的嚴(yán)重污染的GustiloⅢ型損傷傷口，則需另加氨基糖苷類抗生素，如妥布霉素或慶大霉素。如果有厭氧菌感染的可能性，如梭狀菌，則推薦使用大劑量青霉素。有研究證明在葡萄球菌感染患者中加用利福平是有效的[21]； 在《坎貝爾骨科手術(shù)學(xué)》第6卷中提到，每日1次大劑量抗生素和低劑量分次給藥的效果是一樣的。

3.1生物膜的產(chǎn)生 在治療FRI過程中作者發(fā)現(xiàn)，大約60%的FRI發(fā)生與生物膜有關(guān)[22]。內(nèi)置物周圍感染的發(fā)生機制主要包括生物膜的形成和局部免疫力的下降； Aparna等[23]研究發(fā)現(xiàn)細(xì)菌黏附并定植于固體表面的現(xiàn)象，并將其定義為細(xì)菌生物膜。許多骨科感染的發(fā)病機制與生物膜中微生物的存在有關(guān)。在隨后的研究中Getzlaf等[24]提出了4個促進(jìn)感染期間生物膜形成的原因：(1)機體保護(hù)宿主免受有害條件的傷害； (2)局部營養(yǎng)物質(zhì)豐富； (3)細(xì)菌相互吸引聚集； (4)細(xì)菌通常會促進(jìn)生物膜生長，而金屬內(nèi)植物是浮游培養(yǎng)皿(生物膜的默認(rèn)生長模式)。生物膜的生長周期有5個階段，具有與生物表型無關(guān)的共同特征。在體內(nèi)有金屬內(nèi)植物的情況下，細(xì)菌進(jìn)行吞噬作用的無效嘗試可能會導(dǎo)致細(xì)胞毒性和蛋白水解物質(zhì)的釋放，從而導(dǎo)致組織損傷，并最終造成植入物周圍的骨溶解。骨科植入物表面的細(xì)菌生物膜可由單種或多種細(xì)菌組成,主要是金黃色葡萄球菌、凝固酶陰性葡萄球菌、乙型溶血性鏈球菌以及需氧革蘭氏陰性桿菌(包括銅綠假單胞菌)等[25]。細(xì)菌生物膜的形成是一個動態(tài)的過程，因為生物膜隨著時間的推移而成熟，導(dǎo)致感染從發(fā)病開始就很難治療。針對生物膜的治療，單純應(yīng)用抗生素效果較差，最主要原因是全身應(yīng)用抗生素不能阻斷和破壞生物膜的形成，使得單核細(xì)胞及吞噬細(xì)胞不能進(jìn)入生物膜殺傷細(xì)菌，并且隨著生物膜形成的時間越長，全身應(yīng)用抗生素的效果越差。如治療不善會極大地增加患者的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)和社會負(fù)擔(dān)。

3.2內(nèi)植物去除時機 在治療FRI的過程中是否移除內(nèi)植物是骨科醫(yī)師必須解決的一個常見難題?；A(chǔ)科學(xué)數(shù)據(jù)表明，如果保留內(nèi)植物，生物膜將阻止感染的根除。雖然證據(jù)有限，但一些回顧性臨床研究表明，在選定的病例中，手術(shù)清創(chuàng)后選擇保留內(nèi)植物進(jìn)行治療，可以獲得骨折愈合。盡管這些患者的FRI得到了成功治療，但與未感染患者相比，實現(xiàn)骨性愈合的時間更長，為130d[20]。對于早期FRI的創(chuàng)傷患者，最好的治療策略是進(jìn)行徹底的清創(chuàng)、組織培養(yǎng)取樣和經(jīng)驗性抗生素治療，如果結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，則保留內(nèi)植物。如果內(nèi)固定不穩(wěn)定，治療應(yīng)包括手術(shù)清創(chuàng)、取出松動的內(nèi)植物、再次進(jìn)行內(nèi)固定或外固定(立即、分期或延遲)、抗生素治療、必要的軟組織覆蓋。即使感染出現(xiàn)在初次固定后的幾天內(nèi)，不穩(wěn)定的植入物也必須取出。如果內(nèi)植物明顯松動或目前的固定不太可能愈合，應(yīng)考慮取出FRI患者植入的內(nèi)植物。2018年國際肌肉骨骼感染共識認(rèn)為保留或移除內(nèi)植物視臨床情況決定，需要考慮感染程度、內(nèi)植物的不穩(wěn)定性和骨折部位。如果骨折已經(jīng)愈合，取出所有的內(nèi)植物和壞死材料，可以很好地治療感染。

3.3局部抗生素的應(yīng)用 在肌肉骨骼手術(shù)中，局部應(yīng)用抗生素已成為治療骨髓炎和植入物相關(guān)感染的標(biāo)準(zhǔn)程序。Foster等[26]認(rèn)為將達(dá)托霉素與傳統(tǒng)使用的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)骨水泥結(jié)合形成適當(dāng)?shù)妮d體將抗生素直接植入感染部位，在局部可以獲得很高的藥物濃度，而且沒有明顯全身性的毒副反應(yīng)。局部抗生素的應(yīng)用機制包括植入聚甲基丙烯酸甲酯、涂層、膠原纖維、水凝膠和陶瓷(磷酸鈣和硫酸鈣)。FRI治療是否成功的原因包括感染持續(xù)時間、骨折固定的穩(wěn)定性、清創(chuàng)是否徹底、抗生素治療的時間和鋼板植入位置是否合適。在FRI治療過程中早期清創(chuàng)，結(jié)合局部抗生素載藥涂層的植入，使感染持續(xù)的時間縮短，且生物膜成熟的時間也最短。聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥(PMMA)歷史上一直是骨科和創(chuàng)傷手術(shù)中輸送局部抗生素的基石，PMMA可根據(jù)需要以多種形式應(yīng)用，如抗生素串珠、間隔器、髓內(nèi)骨水泥釘[27],在應(yīng)用PMMA載藥時，推薦抗生素載藥濃度為10%[28]。局部植入萬古霉素骨水泥可以至少在術(shù)后1周內(nèi)傷口局部達(dá)到很高的藥物治療濃度，而全身藥物濃度很低，可以避免全身使用萬古霉素帶來的不良反應(yīng)，具有很高的安全性[29]。但是使用含抗生素的PMMA的主要限制是多數(shù)情況下需要二次手術(shù)取出。進(jìn)一步的限制包括釋放的藥代動力學(xué)，在添加的抗生素中90%以上被保留在骨水泥中，在很長時間內(nèi)釋放抗生素的濃度較低。因此，PMMA可以被耐藥細(xì)菌定植。在臨床前沿領(lǐng)域，已經(jīng)研究了新技術(shù)，例如使用涂層保護(hù)活性物質(zhì)不被水解降解，從而攜帶抗生素。自固化磷酸鈣人工骨可以滿足這一要求，其作為局部抗生素載體,有良好的生物相溶性,可完全降解,具有骨傳導(dǎo)及藥物緩釋功能,且與溶液混合時不會產(chǎn)生過高熱量,可有效避免高溫所致的抗生素活性降低甚至喪失。內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院創(chuàng)傷骨科呂惠成教授率其團(tuán)隊開展如何有效的預(yù)防和治療FRI的研究，在術(shù)前加入感染風(fēng)險的評估，設(shè)立篩選標(biāo)準(zhǔn)，將合并II型糖尿病(空腹血糖10mmol/L以上)、BMI≥35、長期吸煙(吸煙史>10年，20支以上/d)、長期酗酒(飲酒史>10年，6兩/d)、開放性骨折(Gustilo-AndersonII型及以上)的患者作為高危人群，使用載藥自固化磷酸鈣進(jìn)行預(yù)防及治療FRI取得良好的臨床療效。目前應(yīng)用臨床的生物可吸收材料，如自固化磷酸鈣人工骨等，拓寬了局部抗生素使用的道路，并增強藥代動力學(xué)釋放。

現(xiàn)有研究表明，膠原蛋白可以作為慶大霉素的生物可降解載體。在慶大霉素的體外釋放實驗表明在90min內(nèi)>95%，而膠原蛋白在隨后的8周內(nèi)降解[30]。這種載體的局限性主要是抗生素的釋放時間很短，而膠原蛋白降解需要很長的時間，死腔占位效果不明顯。

水凝膠由高含水量的親水性聚合物組成，作為抗生素載體在體外、臨床前模型和人體試驗中進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明水凝膠裝載各種抗生素可以防止在骨科內(nèi)植物插入時被細(xì)菌定植[31]。一個以測試水凝膠負(fù)載抗生素的治療效果的大型金黃色葡萄球菌植入相關(guān)的綿羊骨髓炎動物模型實驗中[32]，該水凝膠與1%慶大霉素和4%萬古霉素交換使用可以成功地治療綿羊骨髓炎。在一項前瞻性、多中心、隨機的臨床試驗中，結(jié)合外科醫(yī)師選擇抗生素的喜好，如慶大霉素(62%)、萬古霉素(36%)或萬古霉素和美羅培南的組合(2%)，對透明質(zhì)酸水凝膠進(jìn)行了研究。在閉合性骨折的患者中使用可以預(yù)防骨折內(nèi)固定術(shù)后的手術(shù)部位感染。在接受抗生素負(fù)載水凝膠的手術(shù)中，手術(shù)部位感染的發(fā)生率為0%，而接受當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)治療的手術(shù)部位感染的發(fā)生率為5%，說明抗生素負(fù)載水凝膠是可靠的[33]。這些結(jié)果強調(diào)了該載體在預(yù)防感染方面的作用，當(dāng)開放性骨折的風(fēng)險較高時，這一作用可能會更加突出。

噬菌體是自然界存在的病毒，是細(xì)菌的專性病原體，最早于1915年被描述[26]。前蘇聯(lián)進(jìn)行了相關(guān)研究，但隨著1945年青霉素的發(fā)現(xiàn)，其在西方世界的臨床應(yīng)用已被廣泛放棄[34]。而多重耐藥菌的出現(xiàn)以及對抗生素進(jìn)一步開發(fā)的需求使噬菌體療法重新得到關(guān)注。噬菌體療法正在成為治療多重耐藥菌感染的一種很有前景的療法，并作為一種搶救程序在FRI得到應(yīng)用。

在任何感染性骨不連中，最快的治療方法是截肢。在疾病的治療過程中，截肢仍然可能是最終的選擇[35]。感染性骨缺損多因嚴(yán)重創(chuàng)傷及內(nèi)固定手術(shù)后感染反復(fù)發(fā)作引起。Ilizarov骨搬移技術(shù)依照張力-應(yīng)力法則，由俄羅斯Ilizarov醫(yī)師于20世紀(jì)50年代首次提出，通過牽拉反復(fù)刺激促進(jìn)軟組織及骨組織再生、修復(fù)和重塑，是骨缺損治療行之有效的手段[36]。Ilizarov術(shù)是目前最廣泛采用的骨重建方法，其局限性在于骨重建過程緩慢而痛苦，且面臨釘?shù)栏腥尽⑵つw切割、關(guān)節(jié)僵硬或活動受限、斷釘斷針、關(guān)節(jié)不穩(wěn)、搬運端成骨不良、足下垂、力線不良等問題[37]。膜誘導(dǎo)技術(shù)由Masquelet首先提出,他曾對35例長骨骨缺損的患者采用骨水泥誘導(dǎo)成膜后取自體松質(zhì)骨移植填充缺損區(qū),取得了滿意的療效,此后這種技術(shù)在臨床上得到了廣泛應(yīng)用[38]。傳統(tǒng)的Masquelet技術(shù)兩期治療均采用外固定支架，陸軍軍醫(yī)大學(xué)第一附屬醫(yī)院骨科謝肇教授等使用Masquelet技術(shù)在治療骨感染、骨缺損方面，取得良好的臨床療效，具有增加穩(wěn)定性、減少植骨量、避免軸線偏移等優(yōu)勢[39-41]。

4 展望

目前的文獻(xiàn)證明，徹底手術(shù)清創(chuàng)及其他局部抗生素治療，可以治療FRI。但FRI仍是骨科手術(shù)中的一大難點，隨著技術(shù)水平的不斷提高，使用可降解的骨替代物作為抗生素載體改變了治療理念，在解決骨感染方面取得了優(yōu)異的效果。盡管目前技術(shù)還有很多不足，但最近在有污染傷口的開放性骨折的共識指南[6]中建議增加局部和系統(tǒng)的抗生素預(yù)防。如果能在人體中篩查出感染易感基因，針對性的進(jìn)行預(yù)防性治療，或研制出相關(guān)疫苗，將能極大地減輕患者心理和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。在不久的將來會涌現(xiàn)出更多的技術(shù)和理念，能夠更好地解決骨折相關(guān)感染這個“骨科的不死腫瘤”。