人工关节置换术后感染诊断的研究进展

【摘要】 人工关节置换术后感染是人工关节置换术最严重的并发症之一，然而由于生物被膜的形成及抗生素的滥用，其临床诊断率一直难以提高。本文主要探讨了近年来有关人工关节置换术后感染的各种诊断技术的研究进展。

【关键词】 人工关节置换术; 感染; 诊断; 综述

　　[Abstract] Infection is one of the most serious complications after the prosthetic replacement of joint. However， it is difficult to improve its clinical diagnosis rate because of the biofilm formation and the overuse of antibiotics. This paper mainly reviewed the development of various diagnostic techniques of the infection after prosthetic replacement of joint in these years.

　　[Key words] prosthetic replacement of joint; infection; diagnosis; review

　　人工关节置换术后感染是人工关节置换术最严重的并发症之一，然而由于生物被膜的形成及抗生素的滥用，其临床诊断率一直难以提高。除了术后3个月内发生的急性感染有较典型的感染表现外，大多数人工关节感染由于病情进展缓慢、隐匿，其临床表现与无菌性松动非常相似。术后感染必须得到完全的控制才能够进行外科的翻修术。因此，对于人工关节置换术后是否存在感染的诊断至关重要。本文对各种辅助诊断技术目前研究的新进展作一综述。

　　1 血清学检查

　　白细胞计数及分类、红细胞沉降率(ESR)和C反应蛋白(CRP)是常用的提示感染的血清学检查项目。血常规仅对于急性感染的诊断效能较好，对于隐性感染缺乏敏感性[1]。红细胞沉降率&>30 mm·h-1时及ρ(C反应蛋白)&>1 mg·dl-1时，它们对于诊断假体周围感染的敏感度、特异度及阴性预测值分别为82%、85%、95%和96%、92%、99%[2]，两者都是非特异性炎症指标，诊断感染时必须排除诸如类风湿关节炎、痛风、全身性疾病或近期外科手术等因素。

　　最近有研究[3]显示，ρ(IL6)&>12 pg·ml-1与ρ(CRP)&>3.2 mg·dl-1时有相似的敏感度及特异度;原降钙素及TNFα的特异度较高(98%和94%)，但敏感度极低(33%和43%)。因此对于深部植入性感染，ESR、CRP及IL6具有较好的筛选价值，而原降钙素及TNFα只在筛选阳性后才有意义。但这些新提出的指标在诊断人工关节感染方面的作用缺乏大样本验证，仍需作进一步的研究。

　　2 影像学研究

　　通常感染发生后3～6个月，才能在常规X线平片上表现出来，而且几乎都可以在无菌性松动的患者中表现出来，因此X线平片对感染的诊断既不敏感也无特异性。然而其动态连续监测很有用，如果发现假体周围出现新骨形成时，感染性松动可以与无菌性松动相区分[4]。

　　关节造影术：这项技术对假体的稳定性评估较好，同时还可以作滑膜液的抽取。在感染诊断方面主要的代表性表现为滑液的流出和脓肿。用数字减影技术可以提高其分辨率。此项技术在全髋置换术后感染的诊断价值较大[4]。

　　CT：CT较X线在关节腔成像中更敏感，可以更好地显像关节渗液、窦道、软组织脓肿、骨质侵蚀、假体周围骨质吸收等，尤其在髋关节置换术后的感染诊断帮助较大，对关节吸引术和手术路径的选择有指导意义。缺点是金属假体影响图像的成像和处理。

　　MRI: 其对软组织异常的分辨率高于CT或X线，对关节液和脓肿的早期检测高度敏感，还能够检测软组织、邻近骨的异常及软骨破坏的范围。但因为MRI仅能用于钛合金的假体，并且假体干扰磁共振的成像，所以磁共振影像在假体周围感染诊断中无法广泛应用。

　　超声：主要用于渗液的检测、引导关节吸取术和引流操作，尤其在临床诊断渗液困难的时候。

　　3 核医学技术

　　对假体部位疼痛的患者进行检查时，放射性同位素扫描有助于区分感染性还是无菌性松动。锝99骨扫描对于关节置换术后假体周围感染诊断的敏感度为33%，特异度为86%，阳性预测值为30%，阴性预测值为88%[5]。铟111标记的白细胞扫描对假体周围感染的诊断更有价值，其敏感度为77%，特异度为86%，阳性预测值为54%，阴性预测值为95%[6]。当两种扫描方法同时用于关节置换后假体周围感染的检查时(即当铟111标记的白细胞扫描具有活性而锝99 骨扫描显示相应区域无活性时，说明假体周围感染为阳性)，可达到更高的敏感度、特异度和精确度[7]。目前这种检查仍是核医学诊断假体周围感染的金标准，但是由于其劳动强度大、价格昂贵时间长，而且准备步骤繁琐容易导致误差，所以不能作为常规诊断方法。

　　文献[8]报道，骨髓闪烁显影术结合白细胞扫描也可将诊断的敏感性及特异性均提高至90%以上。以锝99标记的单克隆抗体Tab片断的特异性、准确性较99 mTcMDP高。镓67则正好敏感性低而特异性高。如果将锝99与镓67的结合使用会提高准确度，可惜费用太昂贵[9]。

　　近年来，正在探索一种新的假体周围感染的诊断方法，即氟脱氧葡萄糖-正电子发射断层扫描(FDGPET) 。FDGPET 扫描检测的是在感染区域内葡萄糖摄入增高的炎症细胞，尤其是巨噬细胞和中性粒细胞。它具有更高的图像分辨率，能更加快速而容易地穿透至感染组织中，而且这种检查无需接触病人的血清，在60 min内便能完成。有研究[10]表明，FDGPET 扫描诊断髋关节置换术后感染的敏感度为82.8%，特异度为87.3%，但在膝关节感染诊断方面的作用却仍然存在争议，尚需进一步验证。

　　4 分子生物学技术

　　近年来PCR技术是诊断假体周围感染的热门新方法。PCR诊断技术的优点包括：(1) 不依赖于对未知微生物能否进行体外培养的先验知识;(2) 其所需的时间在48 h以内，比常规培养所需的2～5 d大大提前，使之能够适用于急诊;(3) 其高度的敏感性可以提高在有抗生素应用史的样本中找到致病菌的概率。而其主要的缺陷在于其操作污染使得诊断的假阳性较高，研究[11]显示它与术中活体组织培养的一致性只为83%。宽距PCR序列测定技术[12]提高了Kingella kingae菌、厌氧菌及链球菌的鉴别，但由于其较高的假阳性率，其诊断效力受到了质疑。这几年为了降低其假阳性率，出现了实时PCR封闭系统及病原体特异性PCR技术。如Fihman等[13]提出了一种新的PCR技术设备，即与16sDNA序列测定配对的半自动Nuclisen miniMAG。这种新型的商品化系统利用硅酸酐颗粒提取核酸，硅酸酐包裹核酸并以硫氰酸胍促溶剂的形式存在，并且能够每次检测1～12个样本，这使得这种方法能够高效地抽提和浓缩目标核酸，并且这种系统能够有效地清除扩增抑制剂，从而有效地避免了外源性细菌DNA对样本的污染。16sDNA[14]是细菌染色体上编码rRNA相对应的DNA序列，其内部结构由保守区及可变区两部分组成，保守区为所有细菌共同拥有，可变区在不同的细菌之间存在较大差异。因此可设计不同的引物对细菌检测。加上16sDNA定向探针荧光原位杂交可用来揭示生物被膜细菌的群体特征，并能通过特异性荧光染色发现和区分生物被膜内的细菌。这种方法高度敏感，可以减低自体荧光而增加检测的准确性。如今比较先进的技术是，以16sDNA作为普通目标基因并结合以femA基因，作为葡萄球菌特异性目标基因的双重实时PCR扩增序列测定法。有研究表明[15-16]，此项技术对于无菌性松动中排除感染可能的作用不是很显著。目前PCR检测阳性仅仅被大多数专家看作是对细菌培养阳性的一种补充，只有培养阴性而临床上高度怀疑时，此技术才被应用。所以PCR技术对于假体周围感染诊断的临床效能仍需进一步的确定。

　　基因芯片技术是最新出现的诊断技术[14]。其点阵传达的信息远胜于传统的细菌培养和常规PCR技术(仅能对某些特定靶基因进行分析)，可为临床医生提供更多的病原菌信息，不仅能鉴别致病菌，还可以预测细菌的耐药机制，预测哪种细菌具有更强的毒力。另一方面，基因芯片检测细菌不受抗生素的影响，即使患者使用了抗生素，也可以准确地检测出病原菌，避免出现假阴性结果。此项技术目前仍处于研究阶段，尚未应用于临床。

　　5 关节液的细胞学检查、细菌培养和药物敏感试验

　　此方法简单、快捷又精确，有研究[17]表明，关节液白细胞计数&>1 700 μl-1、中性粒细胞百分比&>65%时对诊断膝关节感染的敏感度在94%～97%、特异度在88%～90%，但是这必须排除潜在炎性关节疾病的可能。在髋关节感染方面，结合ESR及CRP增高的情况下，关节液白细胞计数&>3 000 ml-1是证明假体周围感染存在的最好标准[18]。

　　液态样本比固态样本的培养阳性率低得多，所以关节液的细菌培养的敏感性较差，而且操作污染可能性较大，其培养结果必须能被临床表现、组织形态学、细胞学、实验室检查及X线表现所解释，一旦有疑义就必须重复培养或行活体组织检查[19]。

　　6 术中快速冰冻切片病理组织检查

　　对假包膜或假体周围组织送术中快速冰冻切片进行病理组织学检查，是最常用的术中检查方法。冰冻切片常应用Feldman的诊断标准[20]，即至少在5个独立的显微镜视野下，每高倍镜(400倍)下大于或等于5个中性粒细胞。有研究[21]表明此法的敏感度和特异度将分别超过80%及90%。该法目前仍然是临床上术中诊断较适用的金标准，其假阴性的存在主要是因为低毒性微生物(如凝固酶阴性葡萄球菌)的存在。

　　细菌革兰染色的方法也是术中诊断假体周围感染的主要方法之一，其以细菌细胞的显示及中性粒细胞每高倍镜(400倍)下大于或等于5个作为诊断标准，尽管其特异性(98%～100%)和阳性预测值(89%～100%)较高，但它的敏感率(30%～50%)和阴性预测值(70%～79%)极低，其对排除假体周围感染毫无价值，因此逐渐有被放弃的趋势[22]。

　　7 病理组织的细菌培养

　　对假体周围组织进行细菌培养对诊断感染具有较高的特异度(97%～100%)和阳性预测值(98%～100%)[7]，一直被视作诊断假体周围感染的金标准，并且同时可以做药物敏感试验，为临床选择用药提供可靠的依据，但是其假阳性和假阴性结果始终困扰着临床医生。出现假阳性的主要原因是表面切口或窦道的培养常代表的是皮肤周围的细菌。阴性结果可能是致病菌的培养条件苛刻导致;抗生素的滥用是导致细菌培养阴性的另一原因;生物被膜的存在，使得致病菌由于氧气和营养物质供给不足而生长缓慢，甚至处于休眠状态，对外界刺激不敏感，也会产生阴性的结果。Trampuz等[23]的研究表明对经过声裂法处理后的假体或碎片进行培养的敏感度(78.5%)比常规培养(60.8%)大大提高，在那些术后应用过抗生素2周的样本中这一点显得更加明显(声处理后培养敏感度为75.0%，常规培养则为45.0%)。提高细菌培养的阳性率，必须从假体周围组织中取得至少3个样本用作培养，培养前需中断任何抗菌疗法至少2周，培养时间需延长至2周。由于生物被膜的存在，对移除的假体或其周围组织培养前最好对其进行超声处理、酶处理或机械研磨，但这些操作将增加污染的可能，对于诊断的作用得不偿失，因此该法很难推广。

　　综上所述，由于生物被膜的存在及抗生素的滥用，大多数人工关节感染的症状轻微，细菌培养常常得到阴性结果，无法准确诊断或被误诊为无菌性松动。传统的诊断方法都存在一定的缺陷，只有将传统方法和现代分子生物学手段很好地结合起来，才能准确诊断生物被膜引起的人工关节感染。人工关节置换术后感染诊断率的提高依赖于各种诊断技术的发展，也依赖于临床医生对这些诊断技术的不断认识和选择。

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