全膝关节置换后假体周围感染病原菌分布特点及治疗策略

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2017.35.024

中国组织工程研究 ›› 2017, Vol. 21 ›› Issue (35): 5721-2576.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.2017.35.024

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全膝关节置换后假体周围感染病原菌分布特点及治疗策略

崔苛苛¹，杨伟毅²，刘军²，潘建科²，张葆青²，曹学伟²

¹广州中医药大学第二临床医学院，广东省广州市 510000；²广州中医药大学第二附属医院(广东省中医院)骨科，广东省广州市，510000

出版日期:2017-12-18 发布日期:2018-01-02
通讯作者: 曹学伟，主任医师，教授，硕士生导师，广州中医药大学第二附属医院(广东省中医院)骨科，广东省广州市 510000
作者简介:崔苛苛，男，1991年生，河南省鲁山县人，汉族，广州中医药大学第二临床医学院在读硕士，主要从事关节骨病方面的临床研究。
基金资助:
国家自然科学基金项目(81473698)；教育部高等学校博士点科研基金项目(20124425110004)；广东省科技计划项目(2011B031700027)；广东省财政厅项目([2014]157号)；广东省中医药管理局项目(20164020)；广东省中医院中医药科学技术研究专项(YK2013B2N19，YN2015MS15)

Periprosthetic joint infection following total knee arthroplasty: its bacteriological characteristics and treatment strategies

Cui Ke-ke¹, Yang Wei-yi², Liu Jun², Pan Jian-ke², Zhang Bao-qing², Cao Xue-wei²

¹the Second School of Clinical Medicine, Guangzhou University of Chinese Medicine, Guangzhou 510000, Guangdong Province, China; ²Department of Orthopedics, the Second Affiliated Hospital of Guangzhou University of Chinese Medicine & Guangdong Provincial Hospital of Chinese Medicine, Guangzhou 510000, Guangdong province, China

Online:2017-12-18 Published:2018-01-02
Contact: Cao Xue-wei, Chief physician, Professor, Master’s supervisor, Department of Orthopedics, the Second Affiliated Hospital of Guangzhou University of Chinese Medicine & Guangdong Provincial Hospital of Chinese Medicine, Guangzhou 510000, Guangdong province, China
About author:Cui Ke-ke, Studying for master’s degree, the Second School of Clinical Medicine, Guangzhou University of Chinese Medicine, Guangzhou 510000, Guangdong Province, China
Supported by:
the National Natural Science Foundation of China, No. 81473698; the Doctoral Fund of Ministry of Education of China, No. 20124425110004; the Science and Technology Program of Guangdong Province, No. 2011B031700027; the Project of the Department of Finance of Guangdong Province, No. [2014]157; the Project of Traditional Chinese Medicine Bureau of Guangdong Province, No. 20164020; the Traditional Chinese Medicine Research Project of Guangdong Provincial Hospital of Chinese Medicine, No. YK2013B2N19 and YN2015MS15

摘要/Abstract

摘要：

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文题释义：

假体周围感染：是关节置换最常见的并发症之一，大多需要手术干预，及延长静脉或口服抗菌药使用时间。把握全膝关节置换术后假体周围细菌谱的分布特点，对早期诊断及治疗存在重大意义。

全膝关节置换二期翻修术：是目前治疗全膝关节置换术后感染的主要措施，对于保留假体治疗失败、深部重症感染及全膝关节置换术后3周发现感染的患者，必须行假体取出。假体取出后应用抗生素骨水泥占位器控制感染被视为治疗假体周围感染的金标准治疗方案。

摘要

背景：全膝关节置换后假体周围感染已成为术后严重并发症之一，但目前缺少对主要致病菌分布情况的阐述及临床研究，统计并分析主要致病菌的分布特点成为早期防治术后感染的基础。

目的：分析国内外全膝关节置换术后假体周围感染的细菌学分布特点，以期为临床充分把握主要致病菌分布特点及早期预防和治疗提供参考。

方法：检索中国知网、维普、万方、PubMed数据库建库至2016年有关全膝关节置换术后假体周围感染的临床研究及文献报道，统计分析有关全膝关节置换术后假体周围感染的发生情况。

结果与结论：①共有103篇文献入选，统计1 399例全膝关节置换术后假体周围感染的患者；②感染细菌以金黄色葡萄球菌、凝固酶阴性葡萄球菌、表皮葡萄球菌、大肠埃希菌、链球菌及肠球菌属等多见；国内外细菌分布对比差异无显著性意义；治疗方法以保守及手术治疗为主；③综上，充分把握全膝关节置换术后假体周围感染细菌分布情况，多学科团队合作采取预防措施和诊断，合理选择治疗方案，才能最终实现根除感染、保留关节功能的目的。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程
ORCID: 0000-0001-7774-3011(崔苛苛)

关键词: 骨科植入物, 人工假体, 全膝关节置换术, 感染, 细菌, 病原菌, 治疗, 国家自然科学基金

Abstract:

BACKGROUND: Periprosthetic infection after total knee arthroplasty (TKA) has become the most serious complication. However, there is still a lack of clinical study on the distribution of pathogenic bacteria. Therefore, understanding the distribution characteristics of the main pathogenic bacteria is critical for preventing and treating postoperative infection.

OBJECTIVE: To analyze the bacteriological characteristics in the patients with periprosthetic joint infection following TKA, so as to provide reference for early prevention and treatment.

METHODS: CNKI, VIP, WanFang and PubMed databases were retrieved for the literature concerning periprosthetic infection following TKA published before 2016. The incidence of periprosthetic joint infection after TKA was statistically analyzed.

RESULTS AND CONCLUSION: (1) 103 articles were included, involving 1 399 patients. (2) The main pathogenic bacteria were Staphylococcus aureus, coagulase negative Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis, Escherichia coli, Streptococcus and Enterococcus. There is no significant difference in the distribution of bacteria at home and abroad. Treatment strategies are divided into conservative and surgical treatments. (3) The key for successfully preventing and treating periprosthetic infection after TKA lies in the multiple disciplinary team collaboration, understanding the distribution of bacteria, early diagnosis and active preventive measurements, as well as rational treatment strategies.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

Key words: Arthroplasty, Replacement, Knee, Prosthesis Implantation, Infection, Bacteria, Tissue Engineering

中图分类号:

R318

崔苛苛，杨伟毅，刘军，潘建科，张葆青，曹学伟. 全膝关节置换后假体周围感染病原菌分布特点及治疗策略[J]. 中国组织工程研究, 2017, 21(35): 5721-2576.

Cui Ke-ke, Yang Wei-yi, Liu Jun, Pan Jian-ke, Zhang Bao-qing, Cao Xue-wei. Periprosthetic joint infection following total knee arthroplasty: its bacteriological characteristics and treatment strategies [J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2017, 21(35): 5721-2576.

图/表（结果） 2

2.1 文献检索情况 检索国内外数据库初步得到1 100篇目标文献，其中国内文献67篇，国外文献1 033篇，根据入选标准和排除标准手动筛选、智能检索，最终纳入103篇，其中外文88篇，中文15篇。文献中采取数据样本1980至2016年，得到全膝关节置换术后假体周围感染1 399例，并对全膝关节置换术后假体周围感染细菌分情况及特点，及临床中采用的治疗策略进行系统描述。

2.2 细菌分布情况 本次研究以全膝关节置换术后发生感染为主，检索文献及临床研究涉及国内外膝关节置换术后假体周围感染细菌培养结果阳性共1 399例，涉及菌株53种，其中革兰阳性菌共1 017例，革兰阴性菌267例，真菌44例，分支杆菌42例，其他29例，见图1及表1。革兰阳性菌中金黄色葡萄球菌共515例，占革兰阳性菌比重50.6%，占总细菌比重36.7%；凝血酶阴性金黄色葡萄球菌189例，占革兰阳性菌比重18.6%，占总细菌比重13.5%；表皮葡萄球菌156例，占革兰阳性菌15.3%，占总细菌比重11.2%；链球菌64例，占革兰阳性菌比重6.3%，占总细菌比重4.6%；肠球菌属57例，占革兰阳性比重5.6%，占总细菌比重4.1%；革兰阳性菌中还包含其他菌属，占细菌比重较小，详见图2。革兰阴性菌共267例，其中大肠埃希菌共93例，占革兰阴性菌比重34.8%，占总细菌比重6.7%；铜绿假单胞菌37例，占革兰阴性菌比重13.9%，占总细菌比重2.6%；鲍曼不动杆菌、肠杆菌属各29例，占革兰阴性菌比重10.9%，占总细菌比重2.1%；阴沟肠杆菌23例，占革兰阴性菌8.6%，占总细菌比重1.6%；革兰阴性菌中还含有其他菌属，由于发生概率低，详见图3。真菌共44例，占总细菌比重3.1%，见图4。分支杆菌共39例，占总细菌比重3.0%。其他菌属29例，占总细菌比重2.1%，见图5。由此可见，全膝关节置换术后假体周围感染以革兰阳、阴性菌为主，集中于金黄色葡萄球菌、凝固酶阴性葡萄球菌、表皮葡萄球菌、大肠埃希菌、链球菌、肠球菌、铜绿假单胞菌等为主。有文献报道，在膝关节假体周围感染中金黄色葡萄球菌(52.15%)高于凝固酶阴性葡萄球菌(24.48%)^[14]。

2.3 统计分析 数据录入SPSS 19.0，分别对比不同菌种国内外的发生率，分析国内外全膝关节置换术后细菌分布特点之间有无差异性。其中革兰阳性菌(G+)国内、外细菌发生率χ²=3.3817，P=0.065 9 > 0.05，差异无显著性意义；革兰阴性菌(G-)国内、外细菌发生率 χ²=3.528 0，P=0.060 3 > 0.05，差异无显著性意义；真菌国内、外细菌发生率χ²=2.184 3，P=0.139 4 > 0.05，差异无显著性意义；分枝杆菌国内、外细菌发生率χ²检验(Fisher)确切概率法：P=0.000 7 < 0.05，统计分析差异有显著性意义，考虑与国内关于分支杆菌相关的文献报道较少，文献数据纳入较少相关。结果提示，国内外全膝关节置换术后细菌总的分布情况差异无显著性意义，细菌分布多集中于革兰阳性菌。

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引言

材料方法

1.1 诊断标准 全膝关节置换术后假体周围感染的诊断，目前没有统一的标准，以下为目前最常用的诊断假体周围感染的诊断指南。

由Zimmerli和PRO-IMPLANT提出的诊断指南符合以下1条及以上标准时被诊断为假体周围感染^[10-11]：①术前穿刺或术中假体周围可见脓；②存在与假体关节相通的窦道；③组织学切片检查存在急性炎症；④术前穿刺的关节液术中，采集至少2份假体周围组织，微生物生长在滑液或2份组织样本中，只要1个组织样本被检测出具有高度传染性的微生物，如金黄色葡萄球菌、大肠杆菌，即可诊断为假体周围感染，或超声裂解液大于或等于50 cfu/mL；⑤关节腔穿刺液白细胞计数大于2× 10⁹ L^-1或中性粒细胞百分比大于70%。

肌肉骨骼系统感染协会诊断指南满足以下2个主要标准之一即可诊断为假体周围感染^[12]：①受累人工关节的2处假体周围组织或关节液标本中培养出同一病原体；②存在与假体关节相通的窦道。或者满足以下5条中的3条标准：①在急性假体周围感染时C-反应蛋白> 100 mg/L，在慢性假体周围感染时，C-反应蛋白> 10 mg/L和在慢性假体周围感染时，红细胞沉降率大于30 mm/h(不适用于急性假体周围感染)；②在急性假体周围感染时，滑膜白细胞计数大于1×10⁷ L^-1，在慢性假体周围感染时，>3× 10⁷ L^-1或滑膜白细胞酯酶试验++或++以上；③滑液中性粒细胞百分比增加(急性假体周围感染时，> 90%，慢性假体周围感染时，> 80%)；④组织学检查，放大400倍情况下，5个高倍镜视野下发现大于5个中性粒细胞；⑤假体关节周围组织或关节液标本中培养出单一微生物。

美国感染协会指南满足以下4条中之一被诊断为假体周围感染^[13]：①与假体相通的窦道；②假体周围组织在外科清创或假体移除时病理组织学检查被病理学家认为有急性炎症提示假体周围感染的证据；③有脓液的存在，并无其他已知的病因；④术中采集培养得到2个或2个以上的相同微生物，诊断为假体周围感染，如果一个标本(组织活检或滑液)出现毒性微生物生长，如金黄色葡萄球菌，可诊断为假体周围感染。

1.2 资料来源 检索万方、中国知网、维普和PubMed数据库，收集建库至2016年有关全膝关节置换术后假体周围感染的相关临床研究及文献。

1.3 检索方法 在万方、中国知网、维普、PubMed 数据库利用主题词检索方法设计检索策略：中文检索词：全膝关节置换术，感染，细菌或病原菌；外文检索词：(infection)AND(prosthesis OR implantation)AND(Total Knee Arthroplasty)AND(bacteria OR bacterium)。

1.3.1 纳入标准 ①文献中研究对象为全膝关节置换术后假体周围感染；②诊断为假体周围感染的患者^[10-13]；③患者年龄均大于19岁；④有细菌培养结果可供提取病原菌数据；⑤临床研究试验。

1.3.2 排除标准 ①文献或临床研究数据不完整、无法提取数据；②无法获取全文文献。

1.4 统计学分析 ①对于细菌分布情况用条形图表示；②对不同菌种中不同细菌所占比重用饼状图表示；③主要致病菌占统计致病菌中的比重分别用百分比表示；④国内外不同细菌分布差异性比较，将数据录入SPSS 19.0，运用卡方检验，P < 0.05则认为二者差异有显著性意义。

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讨论

3.1 病原菌分布特点 本研究显示，全膝关节置换术后假体周围感染细菌分布以革兰阳性菌为主，占统计细菌总比重72.7%；其中以金黄色葡萄球菌、凝固酶阴性葡萄球菌、表皮葡萄球菌、链球菌等为多。与临床研究报道人工关节置换术后感染，有70%-80%为革兰阳性菌感染相符^[15]；王东伟等^[4]的研究结果显示人工关节置换术后感染革兰阴性菌感染比例占56.64%，病原菌以铜绿假单胞菌和表皮葡萄球菌为主。本研究结果与人工关节假体周围感染存在一定的差异性，可能与本研究只纳入了全膝关节置换术后假体周围感染的临床研究及个案报道为主，而研究膝关节假体周围感染细菌特点的文献中可能包含有较多的革兰阳性菌。但本研究与李程等^[14]关于欧洲人工关节假体周围感染的细菌分布特点存在一致性；且本研究中国内外细菌分布特点的比较中差异无显著性意义，表明本研究的数据的可靠性。本研究显示了全膝关节置换术术后假体周围感染的细菌分布存在明显的多元化趋向，细菌菌种分布较广泛，可能与本研究纳入文献跨度较长、纳入相对多的个案报道有关，使得结果表现出致病菌菌种繁多的现象，本研究纳入1 000多例术后感染的病例，使得最终结果与类似相关研究结果一致、保障了数据的可信性。

3.2 假体周围感染治疗策略 对于全膝关节置换术后假体周围感染的治疗，首先要对感染进行分类，不同阶段的感染治疗措施差异很大，但所有治疗措施都以最快、最有效控制感染为目标^[16]，治疗分为药物保守治疗与手术治疗两类。

3.2.1 保守治疗长期抑制性抗生素治疗人工膝关节置换术后感染，药物保守治疗应该联合外科手术治疗,单独应用抗生素只能控制感染的发展，很难完全治愈。Mahmoud等^[17]认为长期抑制性抗生素治疗应用于人工关节置换术后假体周围感染的适应证为：没有合适的手术治疗方案；患者高龄、身体基础情况较差无法进行手术；患者拒绝手术治疗。抗生素使用应结合细菌培养及药敏结果合理选择，但人工关节假体周围感染中的细菌生物膜中存在着很大异型性，仅仅依靠药敏结果应用抗生素并不可靠，Saginur^[18]、Jacqueline等^[19]认为在人工关节假体周围感染中联合使用针对生物膜的抗生素十分有必要。一项研究证实，利福平可有效控制金黄色葡萄球菌的生物膜，但也有文献认为长期单独应用利福平会加速细菌的耐药性^[18]。喳诺酮类抗生素有很好的渗透性及抑菌活性且可长期应用于骨关节感染，新型的喳诺酮类药物如环丙沙星在抑制生物膜有更好的疗效，由于应用较广泛，现已出现越来越的耐药菌^[20]。替考拉宁是一种半合成广谱万古霉素族糖肽类抗生素，可有效控制耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)，可以通过肌肉注射方便应用且不会影响其生物利用度^[17]。因为它可能导致肾功能损害，一定程度上其应用受到限制。据报道应用替考拉宁联合环丙沙星或利福平治疗34例关节置换术后感染患者，31例感染得到控制^[21]；可见联合应用抗生素是治疗人工关节感染的有效方法。

3.2.2 手术治疗外科手术方案取决于感染的时间段、病原微生物和患者个体的其他情况。外科手术选择包括保留假体(清创、灌洗术联合抗生素)、一期翻修、二期翻修、关节融合术和截肢^[22]。

保留假体治疗：早期全膝关节置换术后感染的轻症患者、身体基础较差不能耐受手术的患者、全膝关节置换术后3周以内发现感染的患者，可行保留假体的抗生素治疗6周，包括静脉用药与局部敏感抗生素关节腔冲洗^[23]。陆吴超等^[24]关于12例早期(5-14 d)全膝关节置换术后假体感染，采用关节镜下彻底清创、持续灌洗、足量使用敏感抗生素，随访1-5年其中9例患者完全治愈，认为可有效控制全膝关节置换术后急性期感染。由于植入假体作为异物存在，降低局部的抵抗力，同时抗生素长期冲洗容易形成分隔，不能有效杀灭致病菌，清创关系的临床有效性差异较大，感染清除率为16%- 80%^[25]。

一期翻修术：一期翻修控制全膝关节置换术后感染包括两部分：取出假体清创及同时新假体植入。可减少患者手术次数、缩短及减少住院周期，但控制感染疗效并不确切，此种手术成功率的报道差异很大，为73%-100%^[26]。对于采用一期翻修与二期翻修临床上仍存在争议，一项Meta分析比较了一期翻修与二期翻修术后关节再次发生感染的情况，一期翻修术后再次感染发生率为7.6%，而二期翻修术后再次感染的发生率为8.8%^[27]。但由于现临床上一期翻修手术数量有限，仍需大样本的临床研究证实。一期翻修有其优点，但要求严格把握临床适应证，术后3周以后假体周围生物膜的形成，容易成为一期翻修术后感染复发的根源，不建议一期翻修。

二期翻修术：二期翻修是目前治疗全膝关节置换术后感染的主要措施，对于保留假体治疗失败、深部重症感染及全膝关节置换术后3周后发现感染的患者，必须行假体取出。假体取出后应用抗生素骨水泥占位器控制感染被视为治疗假体周围感染的金标准治疗方案^[27]。蔡碰德等^[28]观察全膝关节置换术后感染23例患者，术后随访2-5年21 例感染得到控制，总体感染控制率91.3%。Castelli等^[29]对50例全膝关节置换术后感染患者应用关节型占位器治疗的疗效随访表明，其二次翻修后感染控制率达到92%。目前，对于何时行二期关节置换时机的选择仍存在争议，Erhart等^[30]认为，两次手术间隔越短，术后功能恢复越好，且两次手术间隔时间长短与感染复发率无明显相关性；文献认为二期关节置换在应用占位器确实控制感染后再实施，经过4-6周的随访观察，如果血清学检查回归正常则进行再次关节置换手术^[31]。邹勇根等^[32]认为，人工关节置换术后患者整体情况较差、身体免疫力降低，需待临床症状消失、全身状况改善、红细胞沉降率和C-反应蛋白正常后再行二次手术治疗，一般间隔3-6个月。

关节融合术：去除假体控制感染，患者全身状态较差而不能耐受再次关节置换及对关节无功能要求的患者，可考虑性关节融合术。关节融合术成功的关键是使有血运的松质骨充分对位。研究显示感染得到控制的融合率为62%^[33]，感染存在的融合率为19%。

截肢：对于上述治疗方法失败，感染控制不理想、术后再次感染风险高、关节功能差及患者同意截肢的可行截肢治疗。目前，全膝关节置换术后假体周围感染需行截肢治疗的较少。

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