人工全膝關節(jié)置換后的感染發(fā)病機制及診斷治療

胡永友(綜述)，余　莉(審校)

(重慶市永川區(qū)人民醫(yī)院外科，重慶 402160)

人工全膝關節(jié)置換后的感染發(fā)病機制及診斷治療

胡永友(綜述)，余莉※(審校)

(重慶市永川區(qū)人民醫(yī)院外科，重慶 402160)

摘要：人工全膝關節(jié)置換(TKA)術后感染是微生物、植入物、宿主三者相互作用的結(jié)果，其危險因素主要包括患者、圍術期及術后等方面。其臨床診斷方法多種多樣，因各法單用的敏感性、特異性不夠，臨床多提倡綜合幾種檢查結(jié)果來確診。明確診斷后，治療應以徹底根除感染、盡量保留關節(jié)功能為首要目的，Ⅱ期假體再置換被公認為是其治療的金標準。該文就TKA術后感染的病因、病機、診斷、治療等進行綜述，以期為臨床防治提供指導。

關鍵詞：人工全膝關節(jié)置換；術后感染；危險因素；發(fā)病機制；診治措施

人工全膝關節(jié)置換(total knee arthroplasty,TKA)已廣泛應用于骨科臨床，隨著外科技術的飛速發(fā)展及假體設計的不斷改進，TKA術后結(jié)果的優(yōu)良率明顯增加，但術后并發(fā)癥仍不可完全避免；其中，感染是手術失敗的最主要原因，發(fā)生率為1.0%~7.4%[1-2]。據(jù)報道，在美國TKA翻修的首位原因便是假體周圍感染；英國國家關節(jié)置換登記系統(tǒng)統(tǒng)計，在2010年23%的TKA翻修手術是由感染所致；在國內(nèi)，雖然正在積極開展規(guī)范化操作，但因患者選擇、手術控制、術后處理等存在明顯差異，感染引發(fā)的TKA失敗仍處在相對較高的水平[2-4]。因此，掌握TKA術后感染危險因素及發(fā)病機制，早期準確診斷，并制訂完備治療方案，才能有望獲得滿意的臨床療效?，F(xiàn)就TKA術后感染的發(fā)病機制及診斷治療進辰予以綜述。

1危險因素

1.1患者因素①糖尿?。哼@可能與糖尿病患者白細胞功能低下、膠原合成障礙，致使傷口愈合障礙有關，而傷口愈合時間延長可增加術后感染概率；②類風濕關節(jié)炎：類風濕關節(jié)炎的營養(yǎng)不良、長期激素治療，使患者的膝關節(jié)靜脈變細、皮膚菲薄、組織愈合能力下降，是導致TKA術后感染率增加的主要原因；③惡性腫瘤：這可能與腫瘤產(chǎn)物的異常免疫反應或其他不明原因誘發(fā)以關節(jié)病變?yōu)橹鞯母蹦[瘤綜合征，以及治療導致機體出現(xiàn)免疫抑制等有關；④肥胖：可能與肥胖者伴有胰島素抵抗、高血糖，手術時間更長，術后傷口脂肪液化延緩愈合等有關；⑤既往手術史：有半月板、滑膜手術史，或多次翻修術史，導致膝關節(jié)周圍瘢痕形成、攣縮甚至畸形，均可能增加TKA難度，延長手術時間而增加感染風險[5]。

1.2圍術期因素①手術環(huán)境：空氣中的細菌墜落污染是手術感染的一大來源，多源自手術室人員，故手術室人員數(shù)量、運動量均可能與術后感染有關；②預防性應用抗生素：術中預防性應用抗生素是為了殺滅污染術野的細菌，切口閉合后其將不再提供保護，但也有報道，切口閉合后使用抗生素>24 h可降低由放置引流管引發(fā)的感染風險[6]；③止血帶：止血帶在減少術中出血的同時，也會減少下肢血運，而長時間缺血、缺氧可導致皮膚、皮下組織抵抗力減弱及脂肪細胞壞死，影響傷口愈合，從而增加感染風險；④術后引流：TKA后放置引流管可能導致血腫形成，使周圍局部張力增加，影響膝關節(jié)活動度及傷口愈合，也會延長手術時間及止血帶的使用時間，均會增加局部感染風險；⑤其他：除上述幾種危險因素外，手術風險分級標準、單雙側(cè)膝關節(jié)置換、術后傷口沖洗、閉合傷口所用縫線種類等，均對術后感染有一定影響[7]。

1.3術后因素①異體輸血：多次接受異體輸血者，可能出現(xiàn)非溶血性輸血反應，導致白細胞減少；血液中誘生出抗供者白細胞及異型人類白細胞抗原抗體，使術后感染概率明顯上升[8]；②菌血癥：Murdoch等[9]報道，關節(jié)假體周圍感染中約34.1%是由菌血癥(金黃色葡萄球菌)引起的；也有真菌感染，一旦發(fā)生，往往束手無策，但發(fā)病率很低[10]；③尿路感染：對于術后臥床者，排尿不暢或尿潴留，可能繼發(fā)上尿路感染，細菌可經(jīng)由血液擴散至手術部位，導致關節(jié)周圍感染；④心臟疾?。河袊乐匦呐K并發(fā)癥者，需使用抗凝血劑，而抗凝劑是術后感染的危險因素；合并心臟疾病者，身體狀況較差，間接延長了傷口愈合時間，增加了感染的可能性[8]；⑤其他：長期住院者，與各類致病微生物接觸的概率增大；吸煙產(chǎn)生的大量一氧化碳，與血紅蛋白結(jié)合后，對氧的親和力極大，可使組織缺氧，延緩傷口愈合，增加感染風險[11]。

2發(fā)病機制

TKA術后感染發(fā)生主要取決于細菌的數(shù)量、毒力以及機體的免疫力，其中，細菌以表皮葡萄球菌(凝固酶陰性)、金黃色葡萄球菌最多見，約占總菌數(shù)的1/2以上；革蘭陽性桿菌、β2溶血性鏈球菌、厭氧菌、腸球菌等次之；而真菌、布氏桿菌等極為少見[12]。細菌感染發(fā)生的途徑有術中殘留、術后經(jīng)血液播散、病患自身皮膚污染等。據(jù)統(tǒng)計，術中殘留是感染的最主要原因，尤其是術中細菌墜落污染約占90%，而病患自身皮膚污染占感染發(fā)生的5%~15%，但經(jīng)血液播散發(fā)生率極低，僅有0.1%~0.7%[13]。TKA術后因手術創(chuàng)傷、異物殘留等影響，關節(jié)的局部抵抗力顯著下降，又因機體炎癥反應，骨水泥或假體周圍可形成利于細菌黏附及生物膜形成的區(qū)帶，均有助于感染的發(fā)生[14]。臨床研究大多認為，細菌黏附是感染發(fā)生的主要起始步驟，也起著決定性作用；當細菌距離骨水泥/假體表面一定距離時，其排斥作用被疏水作用、范德華力等抵消，細菌便開始附著，并經(jīng)由物理作用、化學結(jié)合作用(非特異性)和生物作用(特異性)等實現(xiàn)進一步黏附；在此過程中，骨水泥/假體基質(zhì)中富含的糖萼、多聚糖基化合物等是細菌作用位點，而骨水泥/假體表面或基質(zhì)表面的特異性配體(如蛋白質(zhì)或凝集素分子)與細菌表面的特異性受體(如膜表面分子)相互作用，又加固了細菌黏附[15]。

3診斷

3.1病史采集和體格檢查病史采集和體格檢查是假體周圍感染最簡單且有效的篩查方法，也有助于明確后續(xù)輔助檢查方向。經(jīng)病史采集可篩選出高危人群，如糖尿病、類風濕關節(jié)炎、肥胖、免疫抑制狀態(tài)等。TKA后原因不明的切口愈合問題、早期失敗、多次手術史、抗生素療程延長等，多與假體周圍感染相關。臨床上，早期感染多有發(fā)熱等全身癥狀，以及膝關節(jié)腫脹、疼痛、僵硬、切口滲液等局部癥狀；遲發(fā)性感染、隱匿性或低毒力細菌感染者，患肢腫脹輕甚至無，皮溫略升高，很難診斷；感染后，因膝關節(jié)功能恢復不良，常伴有不隨負重改變(運動范圍、承重等)的休息痛、夜間痛，因此若TKA后出現(xiàn)持續(xù)性疼痛、進行性關節(jié)僵直，需高度懷疑感染的可能[16]。僅出現(xiàn)在與關節(jié)腔相通的竇道時，此法才具有明確診斷價值。

3.2影像學檢查

3.2.1X線平片假體與骨水泥間正常情況下有一透光圈，雖在區(qū)別無菌性松動與TKA術后感染方面特異性不高，但其簡單直觀，在診斷遲發(fā)性感染方面有重要參考價值，可見骨-骨水泥界面被破壞[17]。但在感染早期，X線顯示往往無異常或特異性。

3.2.2CT、磁共振成像檢查因金屬假體可產(chǎn)生顯像偽差，使CT在診斷假體周圍感染中受到限制；磁共振成像同樣因假體干擾而未能廣泛應用，但其可用于評估TKA術后疼痛及幫助關節(jié)翻修術前規(guī)劃[18]。

3.2.3放射性核素掃描雖然99Tcm標記亞甲基二膦酸鹽骨掃描具有高靈敏度，但因關節(jié)置換后1年假體周圍組織重建骨的掃描仍為陽性，故與其他骨顯像技術一樣特異性低[19]。131In白細胞標記掃描可準確發(fā)現(xiàn)低度感染，據(jù)報道，131In白細胞標記聯(lián)合99Tcm骨顯像，可提高診斷準確性[20]。其他同位素雖也在研究，但特異性均不夠。該類檢查耗時較長、花費較大，也使其相對受限。

3.2.4正電子發(fā)射層掃描氟脫氧葡萄糖(18F-FDG)-正電子發(fā)射層掃描或許能替代對人體有潛在損害的常規(guī)檢查，活動性炎癥時其吸收高，在無菌性松動與感染區(qū)別方面，較之99Tcm敏感性、準確性、特異性更高，能可靠預測假體周圍的細菌性炎癥反應，但因特異性不夠，陽性結(jié)果不能清晰區(qū)別炎癥原因[21]。

3.3血清學檢查C反應蛋白、紅細胞沉降率是排除TKA術后感染的敏感指標，但僅依靠C反應蛋白、紅細胞沉降率并不能確診感染，因為近期手術史或某些特定疾病均可使C反應蛋白、紅細胞沉降率升高[22]。因此，C反應蛋白、紅細胞沉降率僅可用于篩查關節(jié)置換術后感染，若兩指標均正常，提示假體周圍感染可能性很??；若有一項升高，需進行感染相關的進一步檢查；另外，白細胞介素6及腫瘤壞死因子α等炎性因子也可用于早期假體周圍感染的診斷，白細胞介素6在TKA術后即上升，但術后第2日便可降回正常范圍，說明其較C反應蛋白、紅細胞沉降率更適合診斷早期感染[23]。

3.4關節(jié)穿刺檢查關節(jié)穿刺及關節(jié)液分析在TKA術失敗病例處理中有著重要作用。過去關節(jié)液多行細菌培養(yǎng)，以判斷有無感染存在，但培養(yǎng)時間較長，且確診或排除感染的敏感性、特異性變異較大，假陽性率也高，而抗生素應用也會掩蓋陽性證據(jù)，均為診斷帶來困難。近來，白細胞計數(shù)與多形核細胞的比例在區(qū)分無菌性失敗與感染中得以應用，快速且低廉，適用于迫切需要確診的臨床病例，其與血清學檢查結(jié)果結(jié)合還可提高診斷準確性[24]。聚合酶鏈反應在微生物診斷上靈敏度高、特異性強，任何細菌存在均可顯示陽性，其對細菌感染檢出及細菌種類鑒別較普通細菌培養(yǎng)更為敏感[25]。

3.5病理學檢查術中關節(jié)鏡操作既能徹底清除病灶，也能取出典型感染病灶(如軟組織、滑膜、骨質(zhì)等)，進行冷凍切片組織學檢查，該檢查可診斷隱匿性或遲發(fā)型細菌性感染，是一種快速、便宜、敏感且特異的輔助檢查手段。感染者多有急慢性炎癥反應表現(xiàn)，而非感染者多有纖維化、異物或慢性炎癥反應；每高倍視野中若有10個多核巨細胞，即可診斷感染，但未見多核巨細胞并不能排除感染的可能性[21]。

4治療

4.1抗生素全身應用與抗生素預防性全身應用不同，抗生素全身應用是在確診感染后，通過關節(jié)穿刺液、感染傷口分泌物或引流液的細菌培養(yǎng)藥敏試驗結(jié)果，針對性選用抗生素。單獨使用抗生素治療感染的療效有限，因其僅能殺滅浮游細菌，只適用于對多種抗生素高度敏感、致病菌毒力差、假體關節(jié)功能未受損、可耐受選用抗生素、假體無松動者[26]。據(jù)報道，此法的感染清除率不高，多數(shù)患者僅有關節(jié)腫脹緩解及分泌物減少等表現(xiàn)，長期應用還可能導致由細菌耐藥性增強誘發(fā)的菌群失調(diào)[27]。

4.2關節(jié)對流沖洗此法的臨床應用效果與單獨應用抗生素相似，僅適用于假體無松動者。其治愈率雖低，但可考慮應用在關節(jié)清理術后。注意應用時，需管理好引流管、沖洗管，以防因進液過快，導致引流不及時而使沖洗液自引流管或刀口溢出。

4.3清創(chuàng)保留假體此法適用于低毒性感染、感染早期、未合并骨感染、假體無松動、軟組織條件良好、可耐受選用抗生素者；其中微生物類型、假體穩(wěn)定性、清創(chuàng)間隔期是此療法成敗的關鍵預測因素。術中徹底清除關節(jié)內(nèi)炎性組織、滑膜后，去除聚乙烯襯墊，深入清理完畢后，置碘伏液入關節(jié)腔內(nèi)，浸泡3 min后用0.9%NaCl注射液反復沖洗，置入新聚乙烯襯墊、沖洗管、引流管后，縫合切口[28]。隨著關節(jié)鏡技術的不斷發(fā)展，有研究者提倡用其清創(chuàng)，但此法因需徹底清創(chuàng)，成功可能性較低，若清創(chuàng)不徹底，感染復發(fā)率極高，不過若能成功，也能最大程度恢復關節(jié)功能。

4.4假體再置換當無法保留關節(jié)假體時，可在清創(chuàng)、擴創(chuàng)后，去除假體再行關節(jié)置換術。目前，常用術式有Ⅰ期、Ⅱ期再置換術，適用于慢性或亞急性感染、骨貯備好、伸膝裝置完整、假體有松動、微生物對抗生素敏感者；其中，對于高齡或機體狀況較差者，可考慮實施Ⅰ期再置換術，先徹底清創(chuàng)，去除假體(包括所有失活的骨組織、軟組織)，再用生理鹽水沖洗，充填吸附海綿(聚維酮碘)，暫時全層縫合后，松解止血帶，靜脈滴注抗生素(>30 min)；換置新手術器械，重新開始手術，應用抗生素骨水泥行假體固定，術后應用3個月敏感抗生素，此法雖能減少手術次數(shù)、保留關節(jié)功能及軟組織完整、減輕關節(jié)僵硬度及傷口瘢痕，但存在感染清除不徹底的隱患，有學者認為其治愈率較差[29]。對于可耐受多次手術者，多選擇被公認為是治療TKA術后感染金標準的Ⅱ期再置換術，即徹底清創(chuàng)，去除假體、骨水泥后，先予敏感抗生素靜脈滴注(4~6周)，為Ⅱ期假體再置換創(chuàng)造條件，注意間隔期不宜過長，可能增加重建手術的技術難度；臨床多應用關節(jié)間隔墊及骨水泥假體(含抗生素)來適當延長間隔期，而再置換前應先行關節(jié)穿刺，確保感染已徹底清除，此法雖可避免感染清除不徹底的隱患，但Ⅱ期手術必然延長治療周期，導致膝周圍軟組織出現(xiàn)不同程度攣縮，也明顯增加了患者的心理壓力[30]。

4.5關節(jié)融合術此法適用于上述方法禁忌者，或頑固性感染、伸肌功能喪失、免疫功能損害、高毒力致病菌感染、缺少軟組織覆蓋且不能行重建覆蓋術者。關節(jié)融合既能消除感染，也能使膝關節(jié)達無痛狀態(tài)，但是以喪失關節(jié)功能為代價的。

4.6關節(jié)離斷術此法作為補救措施極少使用，僅適用于經(jīng)長期抗生素治療及反復清創(chuàng)后仍存在持續(xù)感染、有頑固性疼痛且可危及生命、術中損傷大血管或并發(fā)敗血癥、皮膚癌變者等，可考慮進行膝上水平截肢。

5預防

針對圍術期各環(huán)節(jié)進行預防性干預，有望降低TKA術后假體周圍感染的發(fā)生率。術前應該有效控制合并癥，尤其是具有高危感染傾向的(如糖尿病、肥胖等)，還應該控制其他身體部位的感染(如呼吸道、泌尿道、皮膚、口腔及軟組織等)；術中應確保手術室及相關人員、物品的無菌管理，術區(qū)清潔備皮，預防性使用抗生素，但常規(guī)抗生素骨水泥應用近年來臨床有爭議，主要在于其實際療效與臨床預期間的差距；術后需重視各類輸液管道護理，切口護理及手衛(wèi)生操作等[29]。另外，假體種類對術后感染的影響備受重視，據(jù)報道，生物型假體聯(lián)合納米材料，可有效降低術后感染，這為感染的預防指明了新方向及途徑[31]。

6小結(jié)

近年來，隨著外科及無菌技術的不斷提高，TKA術后的感染發(fā)生率已明顯降低，但是相對TKA絕對數(shù)量的增加，置換后相應感染病例數(shù)也在增加。因此，假體周圍感染仍然是困擾關節(jié)外科臨床的挑戰(zhàn)性難題。其診斷或排除雖無金標準，但多數(shù)學者認為應綜合考慮患者的病況及血清學、術前及術中的關節(jié)穿刺液組織學、細菌學等檢查結(jié)果。而感染是TKA術后的災難性并發(fā)癥，故從圍術期各環(huán)節(jié)著手，以徹底預防感染發(fā)生才是其治療的終極目標。

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Study on the Pathogenesis,Diagnosis and Treatment of Infections Following Total Knee Arthroplasty

HUYong-you,YULi.

(DepartmentofSurgery,People′sHospitalofYongchuanDistrict,Chongqing402160,China)

Abstract:The pathogenesis of infections following total knee arthroplasty(TKA) actually attributes to the interaction among the microbe,implant and host.The patient factor,perioperative factor and postoperative factor are the main risk factors.The clinical diagnosis methods for such infections are various.Because the sensitivity and specificity of each method used alone is not adequate,it is recommended to use multiple test results to confirm the diagnosis.The primary purpose of clinical treatment after clear diagnosis is to eradicate the infection,and keep the joint function.The II stage reimplantation is recognized as the gold standard of such treatment.Here is to make a review of the etiology,pathogenesis,diagnosis and treatment of infections following TKA,so as to provide guidance for its clinical prevention and treatment.

Key words:Total knee arthroplasty; Postoperative infection; Risk factors; Pathogenesis; Diagnosis and treatment measures

收稿日期：2014-06-14修回日期：2014-11-03編輯：鄭雪

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.10.029

中圖分類號:R687.4

文獻標識碼：A

文章編號：1006-2084(2015)10-1806-04