骨科內(nèi)植物術(shù)后感染早期診斷的研究進展

袁承杰 朱根銳 王之楓 馬昕 王旭

（復旦大學附屬華山醫(yī)院骨科，上海200040）

骨科領(lǐng)域各種生物內(nèi)植物的研發(fā)應(yīng)用不斷發(fā)展，內(nèi)固定器械和假體的使用比例不斷增加。這些內(nèi)植物的使用為患者帶來了更好的療效，使得骨科相關(guān)疾病治愈率顯著提高。但在實踐過程中也產(chǎn)生了一些問題，其中十分棘手的便是內(nèi)植物術(shù)后感染。根據(jù)大量國內(nèi)外文獻[1]報道，骨科手術(shù)內(nèi)植物植入后并發(fā)感染的發(fā)生率為0.5%~2.5%。骨科內(nèi)植物術(shù)后感染由于細菌在內(nèi)固定器械表面形成生物膜，藥物難以穿過該生物膜從而難以起到抑菌和滅菌作用，故常需取出內(nèi)固定器械，徹底沖洗清創(chuàng)，徹底清除細菌和生物膜，促進愈合[2]。術(shù)后感染再處理耗時長，費用較高，嚴重者需要多次手術(shù)，給患者帶來沉重的經(jīng)濟負擔和精神壓力。另一方面，骨科內(nèi)植物置入后感染的發(fā)生發(fā)展非常迅速，一旦出現(xiàn)明顯癥狀，感染很難控制，而且處理所耗時間越長，對周圍正常組織破壞越嚴重。故骨科手術(shù)內(nèi)植物置入后并發(fā)感染的早期診斷具有重要臨床意義。

1 致感染細菌種類

據(jù)大量臨床資料[3,4]統(tǒng)計，骨科內(nèi)植物置入術(shù)后并發(fā)感染的常見細菌為葡萄球菌，其次為腸桿菌和假單胞菌。在葡萄球菌中又以金黃色葡萄球菌和表皮葡萄球菌最為常見，約占35%~60%，而且在表皮葡萄球菌中又以血漿凝固酶陰性表皮葡萄球菌最為常見。表皮葡萄球菌是人體皮膚和腔道的正常菌群，是一種條件致病菌，當人體免疫力下降或者進入非正常部位時成為感染源。由于患者自身條件不良，如患處術(shù)前皮膚破潰或者水皰，骨折內(nèi)植物置入術(shù)中一般通過切口或者血源性傳播，從而患處常被表皮葡萄球菌侵犯。

更加具有臨床意義的一點是，由于致感染菌群主要為凝固酶陰性的表皮葡萄球菌、金黃色葡萄球菌、革蘭陰性桿菌等，故菌群表面會形成多糖—蛋白質(zhì)復合物生物膜，從而有抵抗抗生素的作用，增強細菌的毒力[5]。這也是骨科內(nèi)植物置入術(shù)后感染遷延不愈或難以控制的重要原因。

2 術(shù)后感染早期癥狀

骨科手術(shù)術(shù)后內(nèi)植物感染早期癥狀是發(fā)現(xiàn)感染的最初線索，隨著病情的發(fā)展，會出現(xiàn)感染的一般癥狀，如局部紅腫、切口滲出、疼痛等，感染發(fā)展迅速者會出現(xiàn)發(fā)熱、不適、寒戰(zhàn)等體征。但臨床上，感染發(fā)展的初期還不存在明顯癥狀，肉眼觀察患處沒有明顯形態(tài)變化。甚至在術(shù)后早、中期，有一部分患者主訴局部疼痛，僅伴有發(fā)熱和切口滲出而無其他顯著提示感染的癥狀。而發(fā)熱紅腫和切口滲出等情況也可能是因為手術(shù)的創(chuàng)傷性機械刺激以及術(shù)后吸收熱和切口脂肪液化等情況導致[6]。綜上，由于術(shù)后早期癥狀不具有特異性，而且對于部分僅出現(xiàn)發(fā)熱、紅腫以及傷口滲出等情況的患者，單憑癥狀很難分辨出是否發(fā)生了內(nèi)植物周圍感染。

3 一般診斷方法

常規(guī)診斷方法主要包括外周血白細胞分類計數(shù)（white blood count,WBC）、血沉（erythrocyte sedimentation rate,ESR）和 C-反應(yīng)蛋白（C-reactive protein,CRP）等檢查。雖然這些實驗室方法的敏感性較高，但是其特異性并不顯著，非感染患者在術(shù)后由于手術(shù)創(chuàng)傷刺激，亦可出現(xiàn)術(shù)后WBC增高、CRP數(shù)值上升、ESR加快等情況。骨科內(nèi)植物置入后從發(fā)熱當日起，若CRP持續(xù)增高并且其濃度保持在30 mg/L以上時[7]，可提示該術(shù)后發(fā)熱為感染性發(fā)熱。而WBC增高出現(xiàn)幼稚中性粒細胞，且ESR＞30 mm/h時，亦可提示骨科術(shù)后感染，需要進一步診斷[8]。WBC＞10000/μl，且多核中性粒細胞比例＞80%，則提示可能存在骨科術(shù)后感染[9]。

另外，早期內(nèi)植物感染在術(shù)后常規(guī)X線片中大多缺乏異常征象，故其敏感性非常低。而且內(nèi)植物感染的X線片征象幾乎都出現(xiàn)在無菌性松動患者中，兩者單憑X線片征象上極難區(qū)分，故其特異性也很低。這加大了運用術(shù)后X線片診斷骨科手術(shù)內(nèi)植物置入術(shù)后感染的難度。

局部穿刺也是一種常規(guī)的診斷方法，通過對穿刺物進行微生物培養(yǎng)，從而做出診斷[9,10]。對于人工關(guān)節(jié)置換術(shù)后假體感染，若術(shù)后穿刺檢測穿刺液WBC＞1.7×103/μl，則術(shù)后假體感染診斷敏感性可達94%，特異性達88%。另外,穿刺和細菌培養(yǎng)的缺點主要為非人工關(guān)節(jié)的內(nèi)植物難以操作、細菌培養(yǎng)的時間較長，缺乏更加快速的早期診斷措施。

4 新型診斷方法

由于骨科手術(shù)內(nèi)植物置入術(shù)后并發(fā)感染的嚴重性，對其進行早期診斷非常重要。目前比較創(chuàng)新的早期診斷手段主要包括應(yīng)用18F-FDG PET/CT探測、血清降鈣素原檢測（procalcitonin,PCT）、白細胞介素-6（interleukin-6,ⅠL-6）檢測以及聚合酶鏈式反應(yīng)（polymerase chain reaction,PCR）技術(shù)。

4.1 18F-FDG PET/CT探測

18F-FDG PET的原理主要是Warburg效應(yīng)，即腫瘤細胞的糖代謝顯著高于正常細胞[11]。與此相同，白細胞特別是粒細胞和巨噬細胞，在應(yīng)對細菌感染時（即活動期）顯示出高于正常細胞的糖代謝率，故對18F-FDG的代謝率也顯著提高。但同時，骨髓和不活動的肌肉對18F-FDG的生理代謝率相對很低[12]，而且退行性骨改變組織對18F-FDG的代謝率僅有輕度增加[13]。在此基礎(chǔ)上，18F-FDG能敏感地探測多種骨和軟組織感染以及人工假體關(guān)節(jié)感染[14,15]。

文獻[16]表明，18F-FDG PET/CT相較于WBC（敏感性74%，特異性88%）和骨X線片影像（敏感性83%，特異性45%），對骨髓感染檢測有更滿意的敏感性（92%）、特異性（92%）以及位置準確性。但是到目前為止，在這個領(lǐng)域只有小樣本數(shù)量的研究得到了發(fā)表。有研究[17,18]表明，運用18F-FDG PET/CT診斷骨科金屬植入物或者人工假體感染的敏感性達到100%，特異性達到87%~93%。Vera等[19]指出，運用18F-FDG PET/CT診斷骨科手術(shù)內(nèi)植物置入后感染的陰性預測值達到84%，從而能夠有效排除可疑度較高的術(shù)后感染，從而避免不必要的手術(shù)和藥物干預。這對于臨床常規(guī)診斷骨科術(shù)后內(nèi)植物感染有重要意義，而且PET/CT的無創(chuàng)性診斷檢查避免了嚴重并發(fā)癥的發(fā)生。

但是，18F-FDG PET/CT也存在一定的限制，如PET/CT掃描的圖像結(jié)果無法量化，從而無法確定診斷骨科術(shù)后內(nèi)植物感染的標準。對于無法確診的患者只能通過穿刺以及微生物培養(yǎng)陽性確診。

4.2 PCT檢測

在眾多實驗室檢查方法中，運用PCT診斷感染性疾病已被廣泛接受，近來該指標也開始用于骨科術(shù)后內(nèi)植物感染診斷，其診斷特異性顯著高于WBC，ESR，CRP等指標[20,21]。PCT是降鈣素的前體，是一種無激素活性的糖蛋白，生理狀況下由甲狀腺C細胞生成。臨床上PCT無法在正常人體血清中檢測到，實驗室測定其生理血清濃度僅為0.01 ng/L[22]，而在細菌感染時由于PCT發(fā)揮調(diào)控細胞因子網(wǎng)絡(luò)的作用，其在血清中的濃度將顯著上升，在細菌釋放出內(nèi)毒素2 h后即可在患者血液標本中被檢測到。有研究結(jié)果[23]提示，感染時血清PCT水平上升可能與ⅠL-6和腫瘤壞死因子在誘導相應(yīng)細胞分泌PCT過程中發(fā)揮重要作用有關(guān)。另一方面，PCT在人體內(nèi)半衰期為25~30 h，由于其半衰期較短，故血清PCT指標除用于診斷骨科術(shù)后內(nèi)植物感染，還能評估藥物干預后的治療效果。

多項研究[24]對運用血清PCT和CRP診斷骨科術(shù)后內(nèi)植物感染的敏感性以及特異性進行比較，發(fā)現(xiàn)血清PCT臨界值為0.5 ng/L時，對骨科手術(shù)內(nèi)植物感染診斷的敏感性和特異性均達到了100%，從而能夠有效排除手術(shù)創(chuàng)傷后炎癥反應(yīng)，更準確的識別術(shù)后感染。其中一項跟蹤觀察行脊柱手術(shù)的103例患者的研究[25]發(fā)現(xiàn)，在發(fā)熱患者中，當CRP升高（＞10 mg/L）時抗生素使用量大幅度增加，而其中相當一部分患者并沒有發(fā)生術(shù)后感染，但當血清PCT＞0.5 ng/L時，所有發(fā)熱患者中僅有2例未并發(fā)生術(shù)后感染?？梢娕cCRP比較，血清PCT能夠更加準確反映出發(fā)熱的原因，從而避免不必要的藥物干預甚至二次手術(shù)翻修。

4.3 ⅠL-6檢測

ⅠL-6是機體受炎癥刺激后產(chǎn)生的一種多效性細胞因子，主要由單核-巨噬細胞、T淋巴細胞及內(nèi)皮細胞合成和分泌，對于急性期T淋巴細胞的激活誘導以及B淋巴細胞的成熟有重要作用。另外，ⅠL-6還能促進中性粒細胞的激活，同時延緩吞噬細胞的衰老，在創(chuàng)傷和感染過程中加劇炎癥介質(zhì)的產(chǎn)生[26]。在感染后迅速釋放入血，可作為提示機體早期感染的一項指標。ⅠL-6在早期診斷全髖、全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后感染方面優(yōu)勢明顯，較CRP更早地反映全髖、全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后炎癥反應(yīng)情況。有研究[27]顯示，骨科術(shù)后并發(fā)感染的患者ⅠL-6在6 h后迅速升高至峰值（399±140 pg/ml），而CRP則在術(shù)后2 d緩慢升高至峰值（138±54 pg/ml）。可見ⅠL-6較CRP更為敏感，能較早較快反映感染的情況。在全髖、全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后并發(fā)感染的患者中，當ⅠL-6＞10 pg/ml時，其診斷敏感性達到100%，特異性達到95%，陰性預測值達到100%。而術(shù)后無菌性松動的患者血清ⅠL-6水平則不會顯著升高[28]。

4.4 PCR

PCR是一種快速、靈敏的診斷方法，通過對患處細菌DNA進行擴增檢測，可以檢測到極微量的細菌存在，敏感性大幅度增加[29,30]。針對人工關(guān)節(jié)假體置換術(shù)后感染（periprosthetic joint infection,PJⅠ），利用PCR早期診斷術(shù)后感染是一個較為有效的方法。有研究[31,32]通過致感染細菌的16s rRNA PCR對PJⅠ進行診斷發(fā)現(xiàn)，用16s rRNAPCR檢測致PJⅠ細菌的敏感性在63%~100%之間。有學者認為，PCR由于其對于PJⅠ細菌出色的敏感性，在未來很有可能取代穿刺液細菌培養(yǎng)，成為診斷PJⅠ的“金標準”。

5 展望

相較于傳統(tǒng)的骨科手術(shù)內(nèi)植物感染早期診斷方法，新型的方法主要涉及到核醫(yī)學科、分子生物學以及新型感染后血清標志物。雖然這些方法有顯著高于傳統(tǒng)方法的敏感性和特異性，但是仍然存在一些局限性。骨科手術(shù)內(nèi)植物感染的早期診斷是一個復雜的臨床過程，單憑一種新技術(shù)也存在漏診的風險，而且還需要結(jié)合臨床癥狀。由此可見，綜合運用幾種新技術(shù)，并且對其進行有機結(jié)合，得出標準化的骨科手術(shù)內(nèi)植物術(shù)后感染常規(guī)診斷流程以及確診標準，是一個非常有臨床意義的課題。通過這層術(shù)后篩查，在未來可以大大降低骨科手術(shù)內(nèi)植物置入術(shù)后感染的發(fā)生率，減輕患者負擔，提高骨科醫(yī)療質(zhì)量。

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