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摘要：假体周围感染（PJI）是人工关节置换术后最严重甚至是灾难性的并发症。正确的诊断是治疗的前提。临床上检测PJI的方法很多，但每种方法在诊断的敏感性或特异性上都有一定的局限性。目前还没有一种检测方法同时具有较好的敏感性和特异性。在诊断方法中，病史与体格检查仍然是初始诊断PJI的主要依据，经典的诊断技术包括CRP、ESR在内的血清学标记物检测，关节滑液WBC计数及多形核白细胞百分比，组织病理学检查仍然发挥着不可替代的作用。另一些较新的诊断技术，如α-防御素、白细胞酯酶为代表的关节滑液标志物具有极高的诊断价值，引起越来越多的关注。影像学技术近年有很大的改进，如包括白细胞标志物显像、18 F-脱氧葡萄糖-正电子发射断层扫描(18 F-FDG PET/CT)技术等，但大部分影像学技术诊断PJI仍存在争议或处于研究阶段。随之技术的进步，PCR技术近年来，受到了广泛的关注并成为研究热点。更加简便、准确、稳定且应用性强的检查手段还需进一步探讨和验证。
关键词：关节置换术；假体周围感染；诊断
本文引用格式：阿布都艾尼江·阿不力米提,袁宏.人工关节置换术后假体周围感染诊断的进展[J].世界最新医学信息文摘,2019,19(63):97-99.
Progress in the Diagnosis of Periprosthetic Infection after Joint Replacement
Abuduainijiang·Abulimiti1,YUAN Hong 2*
(1.Graduate school of Xinjiang Medical University,Urumqi Xinjiang;2.Xinjiang Medical University,Urumqi Xinjiang)
ABSTRACT:Periprosthetic infection(PJI)is the most serious and even catastrophic complication after arthroplasty.Correct diagnosis is a prerequisite for treatment.There are many methods to detect PJI clinically,but each method has some limitations in the sensitivity or specificity of diagnosis.At present,there is no detection method with good sensitivity and specificity.In diagnostic methods,medical history and physical examination are still the main basis for the initial diagnosis of PJI.Classic diagnostic techniques include detection of serological markers such as CRP and ESR,WBC count of joint synovial fluid and percentage of polymorphonuclear white blood cells,and histopathological examination still play an irreplaceable role.Other relatively new diagnostic techniques,such as alpha-defense factor and leucocyte esterase,are of great diagnostic value and have attracted more and more attention.Imaging techniques have been greatly improved in recent years,such as leukocyte-labeled white blood cells,18F-FDG-positron emission tomography(18F-FDG PET/CT),etc.However,most of the imaging techniques for diagnosing PJI are still controversial or in the research stage.With the development of technology,PCR technology has attracted wide attention and become a research hotspot in recent years.The more simple,accurate,stable and applicable inspection methods need to be further explored and verified.
KEY WORDS:Arthroplasty;Periprosthetic joint infection;Diagnosis
0引言
人工关节置换术是治疗晚期关节病的最有效方法，也是最成功的外科手术之一。虽然关节置换术的临床应用非常成熟，但手术后感染仍然存在。假体周围感染（PJI）是关节置换术后最严重甚至是灾难性的并发症，据报道PJI发病率为0.3%-2.9%，占全膝关节置换术失败的25%，占全髋关节置换术失败的16%[1-2]。患者一旦出现关节置换术后假体周围感染,导致手术彻底失败,不仅给患者带来巨大的心理上和身体上的痛苦,还会增加经济负担。及时准确地诊断假体周围关节感染对于骨科医生来说仍然是一个挑战，并且具有重要的治疗意义。然而PJI的诊断方法似乎已经足够了，但准确的诊断是非常复杂，仍然缺乏普遍的共识，甚至微生物培养，即所谓的“金标准”，也可能提供假阳性或假阴性结果[3]。本文总结近年来国内外关于关节置换术后诊断PJI的一些研究进展，从血清学标记物分析、关节穿刺和滑液分析、影像学检查、组织病理学检查和分子生物学技术等方面作一综述,为临床提供更具敏感度和特异度的诊断参考。
1病史与体格检查
对可能存在PJI的患者必须首先询问详细的病史并行体格检查。病史通常帮助外科医生在进行诊断检测之前判断患者是否有“高”或“低”的PJI发生率，为正确诊断提供重要线索。采集病史时必须注意询问是否存在增加术后PJI的危险因素，包括感染史、糖尿病史、慢性心肺疾病史，低白蛋白血症史、贫血史，长期使用激素或免疫抑制剂，营养不良，肥胖以及其他内科并存疾病，特别是如果患者已经有过PJI病史，再次发生PJI的风险将会显著增加[4]。此外，还需要了解手术过程中及术后是否存在与PJI相关的危险因素，其主要包括手术时间较长、术中大量失血、术中输血、术后长时间引流、伤口愈合不良及术后额外应用抗生素等[5]。体格检查侧重于关节，因为切口部位发红、渗液，关节皮肤肿胀、窦道形成及关节周围皮温升高、皮下有波动感提示可能存在PJI[6]。
2血清学标记物
2.1CRP和ESR
血清C反应蛋白(C．reactive protein，CRP)、红细胞沉降率(erythrocyte sedimentation rate，ESR)作为传统的血清检测指标，已被广泛应用于包括PJI在内的各种感染性疾病的诊断。血清CRP和ESR检测具有无创、简便、廉价和灵敏度高等特点，但特异性较低，会受到很多因素的干扰。研究显示，CRP和ESR诊断PJI敏感性分别为94%和83%[7]。联合使用这两个炎症参数比单独使用更能有效地预测PJI，术后CRP>10 mg/L、ESR>30 mm/h时，联合应用敏感度为97%，且与其他血清生物标志物联合使用可增加诊断的准确性[8]。因此被AAOS、MSIS及假体周围感染国际共识列为推荐的次要诊断PJI的标准之一[9-11]，上述指南均表明，CRP>10 mg/L和>ESR30>mm/1 h时，高度提示发生PJI的可能。与单项CRP和ESR检测结果相比，其术前、术后多次检测数据值变化趋势对发生PJI筛查具有更为重要的诊断价值。
2.2白介素-6(IL-6)
是由184个氨基酸组成的小分子多肽，是全身炎症反应综合征感染和脓毒症的早期敏感“警示”信号。在急性炎症反应中，IL-6是在临床上逐渐受到重视的新的感染指标，术后6~12 h达到峰值，48~72 h时迅速下降至正常水平，达到峰值浓度的速度比CRP或ESR更快，并更快恢复到正常水平，是预测早期感染较理想的指标，可与CRP联合应用[12]。Tande等[13]研究表明白介素-6(IL-6)值的持续升高对PJI的早期临床诊断具有不可替代的优势。Elgeidi等[14]研究表明联合检测白介素-6(IL-6)和CRP是PJI筛选的理想组合，其敏感度和阴性预测值和敏感性高达100%。Bottner等[15]指出白介素-6(IL-6)或C反应蛋白单独应用于关节置换术后感染的诊断，其优势和劣势无显著性差异，但是联合检测白介素-6(IL-6)和C反应蛋白对于识别人工关节置换后发生PJI较单独检测白介素-6(IL-6)或C反应蛋白有更高的诊断价值。白介素-6(IL-6)的这一优势可用于人工关节置换术后早期监测感染，因为关节置换术后通常住院时间较短。
2.3降钙素原
降钙素原(procalcitonin，PCT)是由116个氨基酸组成的糖蛋白，正常生理状况下，血清PCT含量极低(<0.1g/L)，在健康人体内很难检测血清水平。在细菌感染过程中，血清PCT浓度呈指数增长，尤其是在感染严重并有全身表现的患者中，其特异性为92%，在系统性感染的诊断中具有较高的价值，但敏感性仅为53%，对诊断PJI并无显著意义[16]。
2.4D-二聚体
D-二聚体是一种纤维蛋白降解产物，在纤维蛋白凝块被纤溶酶分解后释放到血液中。虽然D-二聚体是一种非特异性血清标记物，有助于静脉血栓栓塞的筛查，但它最近已显示出有望作为PJI诊断的生物标志物。Alisina Shahi等[17]对245例初次和翻修性人工关节置换术患者的前瞻性研究表明血清D-二聚体的敏感性为89.5%，特异性为92.8%，优于ESR和血清CRP。Lee等[18]人进一步研究发现，D-二聚体在关节置换术后早期的上升和下降比ESR和CRP更快。血清D-二聚体的测定是一种广泛可用、易行的检测方法，可作为早期发现PJI的有效筛查工具。然而，还需要进一步的验证工作来重现这些发现，并确认D-二聚体相对于其他更成熟的血清标志物的检测PJI性能[19]。
3关节穿刺和滑液分析
关节置换术后，患者出现CRP或ESR升高，伴或不伴关节疼痛、肿胀、僵硬等临床表现，怀疑PJI时须行关节穿刺和滑液分析。然而，关节穿刺术会增加患者的痛苦，关节滑液的分析也可能会受到关节液过少，抗生素使用和穿刺过程中污染的影响，导致假阳性或假阴性结果。常用的关节滑液检查有WBC计数、多形核白细胞百分比、革兰染色试验、细菌培养等，然而这些检查指标易受到多种因素影响，在不同部位阈值也不相同。近年来，α-防御素和白细胞酯酶等得到广泛使用，具有较高的诊断价值[20]。
3.1WBC计数及多形核白细胞百分比
滑液体中WBC计数及多形核白细胞百分比对于急慢性PJI的诊断具有非常重要的作用。两者都是当前ICM定义中作为次要标准指定的重要参数，但在急性和慢性术后时期诊断阈值是可变的。对于急性期(术后6周以内)，滑膜WBC计数的阈值>10000/L，滑液多形核白细胞百分比阈值>90%，诊断PJI的推荐标准。对于术后的慢性期，建议滑膜WBC计数的阈值>3000/L，滑液多形核白细胞百分比阈值>80%，以帮助诊断慢性PJI[21]。使用这些阈值建议，滑膜WBC计数的敏感度为85.8%（95%CI 82.5-89.1），特异度为83.0%（95%CI 79.3-86.7）[40]。与其他常规检测的情况一样，滑膜WBC计数和多形核白细胞百分比的诊断效用可能会受到先前抗生素使用的负面影响[22]。
3.2α-防御素(Alpha-defensin)
α-防御素是一种天然存在的抗菌肽，由活化的中性粒细胞释放，是一种很有前途的滑膜生物标志物。α-防御素价格非常昂贵，每次检测需要约760美元;然而，作为一种诊断工具，它已经被证明对PJI的早期检测和诊断具有很高的准确性[23]。Wyatt等[24]人通过荟萃分析后认为α-防御素对PJI诊断的敏感度为100%，特异度为96%。Deirmengian等[25]研究表明α-防御素在PJI的诊断中不受病原体类型和毒力的影响，而且在患有全身性炎性疾病和使用抗生素的患者中也具有高度特异性。
3.3白细胞酯酶(1eucocyte esterase，LE)
LE是一种由感染部位活化的中性粒细胞产生的酶，传统上被用于在住院和门诊诊断泌尿系感染。滑膜液LE检测简单、便宜、能够提供几乎即时的检测结果，每次检测费用估计为0.17美元[24]。值得注意的是，滑液中的血液有可能干扰尿液分析条的颜色变化[25]。为了防止这种情况发生，临床医生应确保使用离心机至少2分钟，从滑液样本中清除血液污染。Wyatt等[24]通过荟萃分析后认为用(++)读数作为PJI的阈值，LE对PJI诊断的敏感度为81%，特异度为91%。最近的另一项研究将使用（+）和（++）作为阈值的LE的性能与标准诊断测试（包括血清CRP，血清ESR，滑液WBC和多形核白细胞百分比）进行了比较，发现LE具有最高的测试性能[20]。
目前尚未就关节滑液检查是否为PJI诊断的最佳指标尚未达成共识，需要进行更大规模、多中心的研究来确定其诊断PJI的阈值和价值。
4影像学检
影像学在PJI的诊断和治疗中发挥着重要作用，多种影像学检查方法可用于诊断和评估PJI，包括X线片、MRI、CT、超声、核医学成像等。
4.1X线片
在PJI早期阶段，X线片通常无异常或无特异性表现，X线片表现可能落后于临床发病1至2周[26]。若出现局灶性骨质减少、骨溶解(金属-骨或金属-骨水泥界面>2 mm)、骨水泥破裂等征象，PJI的可能性值得高度怀疑，但这种表现多见于晚期PJI，常与人工关节置换术后无菌性松动相似，故缺乏特异性。在许多情况下，平片影像学是与其他影像学方法一起进行的，以帮助确定诊断[27]。
4.2CT与MRI
CT表现常与普通X线片表现重叠,CT的主要优点是空间分辨率高、扫描面积大、多平面技术、软组织结构评价优于普通x线片[28]。由于金属假体的存在，成像伪影限制了其作用，不能提供额外的信息诊断PJI。MRI由于受到内植物金属材料的影响会产生伪影，诊断PJI的作用有限，目前还不能通过MRI直接诊断PJI[29]。
4.3超声
由于超声不能穿透骨骼，其诊断PJI的作用有限，如液体潴留明显，可用超声检查，然而，直接证明感染是不可能的。超声引导下穿刺对金属植入物周围的成像有一定的帮助，与透射引导下穿刺相比，超声引导下穿刺在预测人工髋关节感染性松动方面具有更高的敏感性和特异性[30]。
4.4核医学成像
核医学已成为传统影像学检查的良好补充。核医学成像技术，包括骨显像、白细胞标志物显像和18F-脱氧葡萄糖-正电子发射断层扫描(18F-FDG PET/CT)，可用于诊断感染。骨显像对关节置换术失败的诊断很敏感，但不能区分感染和无菌性松动。由于骨显像反映骨代谢，因此人工关节置换术后仍有一年时间，骨显像中许多非感染患者表现为假体周围浓聚[31]。白细胞标记显像对诊断假体周围感染似乎是一种可行的方法，因为发生PJI时白细胞经常聚集在关节假体周。Verberne等[32]报告，白细胞标记物显像的敏感度、特异度分别为88%和92%。白细胞标记物显像对PJI诊断具有良好的敏感性，但由于标记白细胞不仅在感染部位聚集，还在骨髓中浓聚，缺乏特异性，临床上还受到其他慢性感染、脊柱感染以及先前用抗生素的干扰[33]。近年来，18 F-脱氧葡萄糖-正电子发射断层扫描(18 F-FDG PET/CT)技术对PJI的诊断正逐渐成为热点，因18F-FDG PET/CT与其他核医学技术相比，其空间分辨率更高，具有较高的临床应用前景，但由于其特异性较差，易受到其骨髓炎等其他感染性疾病的影响。Kumar等[34]报告将18F-脱氧葡萄糖-正电子发射断层扫描(18F-FDGPET/CT)技术用于髋关节置换术后感染诊断，其敏感性，特异性，阳性预测值（PPV），阴性预测值（NPV）和准确度分别为93.7%，92.3%，88.2%，96%和92.8%。
目前，虽然核医学技术已经取得了很大的进步，但应用影像学技术诊断PJI仍存在争议或处于研究阶段。真正准确，稳定和大规模用于临床的手段需要进一步研究和验证。
5组织病理学检查
在无法获得关节液的情况下，应进行假体周围组织的病理学分析，目前PJI组织病理诊断是主要根据术中冰冻切片。冷冻切片具有相对快速可用的优点，可能有助于在翻修关节成形术时确定或排除感染[35]。然而，目前对该技术的应用还存在许多争议，因为其诊断结果会受到多种可变因素的影响，如高倍显微镜下中性粒细胞诊断边界值的差异，其诊断效果会有显著差异[36]。此外，冰冻切片的结果也与取样本数量、取材位置有关，阴性结果不能排除PJI。
6分子生物学检查
分子生物学技术有利于细菌的检出，因此对于关节液培养阴性、临床怀疑存在假体感染的患者而言，致病菌的检出具有重要意义，是假体周围感染诊断的一种新方法。PCR为一种分子生物学技术，作为一种新兴的诊断PJI的方法，近年来，受到了广泛的关注并成为研究热点。与假体周围组织培养相比，PCR具有诊断灵敏度高、操作周期短、术前抗生素治疗等临床操作对结果影响小等优点[37]。目前的研究主要集中于细菌16S rRNA的检测，以确定其是否存在于PJI。PCR的常见的标本包括假体周围组织、滑膜液和超声裂解后的裂解产。Hischebeth等[38]研究表明，PCR诊断假体感染敏感度为66.7%，特异性度为100%。PCR诊断的低敏感性和高价格限制了其在临床检验中的普及。
7小结和展望
虽然关节置换术后PJI的诊断方法越来越多，但目前还没有一种诊断方法同时具有良好的敏感性和特异性。现代科学的进步为PJI的诊断提供了多种方法，如核医学成像、分子生物学技术、血清学标记物、关节滑液分析和组织病理学等，但都有其各自的优势和缺点，未来需要进行更大规模的、多中心的随机对照试验来进一步明确PJI的诊断标准。
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