關(guān)節(jié)置換術(shù)后假體周圍感染的實(shí)驗(yàn)室診斷

潘允琪， 湯 瑾， 王堅(jiān)鏹， 李運(yùn)改

（上海市第六人民醫(yī)院檢驗(yàn)科，上海 200233）

假體周圍感染（periprosthetic joint infection，PJI）是關(guān)節(jié)置換術(shù)后發(fā)生的一種嚴(yán)重的并發(fā)癥，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量。因此，準(zhǔn)確、及時(shí)的PJI診斷對臨床治療有重要的指導(dǎo)意義。目前臨床上常通過病史采集、血液檢測、微生物培養(yǎng)、影像學(xué)檢查以及病理學(xué)檢查診斷PJI。但常規(guī)方法不能明確診斷PJI的原因主要有細(xì)菌生物膜的生長，苛養(yǎng)菌、厭氧菌的檢出率低下，圍手術(shù)期預(yù)防性使用抗菌藥物及不正確的樣本采集、轉(zhuǎn)運(yùn)和污染病原菌的干擾等。雖然目前有臨床實(shí)驗(yàn)室使用血培養(yǎng)連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)，并進(jìn)行假體超聲液的增菌培養(yǎng)，仍有部分PJI無法明確病原菌。本文對PJI的實(shí)驗(yàn)室檢測方法進(jìn)行綜述，以便為臨床診治提供參考。

1 常規(guī)血液檢測

血液檢測作為一種常用的篩查方法，用于關(guān)節(jié)置換術(shù)后疼痛患者的初步檢查，包括白細(xì)胞計(jì)數(shù)、C反應(yīng)蛋白（C-reactive protein，CRP）、紅細(xì)胞沉降率（erythrocyte sedimentation rate，ESR）等。CRP和ESR具有較高的敏感性，但易受其他感染性和非感染炎性疾病的影響，特異性較差。ESR和CRP在急性術(shù)后6周均升高，其中CRP升高對PJI的診斷準(zhǔn)確度較高，而ESR的升高易受手術(shù)影響[1]。有研究發(fā)現(xiàn)，ESR和CRP聯(lián)合檢測診斷PJI的敏感性會增強(qiáng)[2]，但ESR和CRP的假陰性率為10%～12%，尤其是在痤瘡丙酸桿菌或凝固酶陰性葡萄球菌等低毒力病原菌感染時(shí)[3]。

2 關(guān)節(jié)液檢測

2.1 關(guān)節(jié)液白細(xì)胞計(jì)數(shù)和中性粒細(xì)胞百分比

關(guān)節(jié)液因直接從感染部位抽取，其檢測結(jié)果比常規(guī)血液檢測更可靠，特別是在合并有全身性感染或使用抗菌藥物的情況下。有薈萃分析結(jié)果表明，關(guān)節(jié)液白細(xì)胞計(jì)數(shù)診斷PJI的敏感性為86%～91%，特異性為80%～90%，關(guān)節(jié)液中性粒細(xì)胞百分比診斷PJI的敏感性為82%～93%，特異性為77%～92%[4]。但不同研究之間的診斷閾值存在差異，故其不宜作為診斷PJI的獨(dú)立指標(biāo)。另外，術(shù)前抽取關(guān)節(jié)液檢測白細(xì)胞計(jì)數(shù)比術(shù)中抽取更敏感，而且與全髖關(guān)節(jié)置換后假體感染相比，關(guān)節(jié)液中性粒細(xì)胞計(jì)數(shù)診斷全膝關(guān)節(jié)置換后PJI更敏感[5]。有研究結(jié)果表明，二期翻修失敗的患者術(shù)前關(guān)節(jié)液白細(xì)胞計(jì)數(shù)＞60 000/μL，中性粒細(xì)胞百分比＞92%，可為臨床治療提供指導(dǎo)[6]。

2.2 關(guān)節(jié)液CRP檢測

CRP作為全身性感染的評價(jià)指標(biāo)，對局部感染的診斷特異性較差。有研究發(fā)現(xiàn)，術(shù)前關(guān)節(jié)液CRP診斷PJI的敏感性、特異性均高于血清CRP，甚至與術(shù)中冰凍切片的病理診斷相比，也無明顯差異[7]，而且檢測關(guān)節(jié)液CRP更經(jīng)濟(jì)，無需復(fù)雜的檢測技術(shù)。然而，TETREAULT等[8]指出使用同樣的免疫分光光度法檢測關(guān)節(jié)液和血清CRP，關(guān)節(jié)液的診斷閾值為6.6 mg/L，血清的診斷閾值為11.2 mg/L，但其在敏感性、特異性方面相似。因此，關(guān)節(jié)液CRP應(yīng)與其他關(guān)節(jié)液檢測和血清CRP檢測結(jié)果相結(jié)合，以提高診斷準(zhǔn)確性。鑒于關(guān)節(jié)穿刺較困難，需借助超聲引導(dǎo)完成，一般在高度懷疑PJI時(shí)，可行關(guān)節(jié)液檢測。

3 新的生物標(biāo)志物

3.1 白細(xì)胞酯酶（leukocyte esterase，LE）

LE是活化的中性粒細(xì)胞分泌的酶，聚集在感染部位，在尿液分析中常用來診斷尿路感染。PARVIZI等[9]首次證明LE檢測是一種新型的診斷PJI的方法，該測試是將樣本滴在比色條帶上，通過讀取比色條帶的顏色變化來判斷結(jié)果。WETTERS等[10]通過檢測223例手術(shù)患者的關(guān)節(jié)液發(fā)現(xiàn)，LE診斷PJI的陰性預(yù)測值為100%，即如果關(guān)節(jié)液LE陰性可以排除PJI。該試驗(yàn)操作簡單、成本低，但易受血液污染的影響。有學(xué)者指出，若將關(guān)節(jié)液樣本以2 000×g離心2～3 min可以克服這種缺點(diǎn)，從而提高檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性[11]。

3.2 α-防御素

α-防御素是從活化的中性粒細(xì)胞中被釋放出的抗菌肽，通過整合破壞病原體生物膜，在免疫系統(tǒng)中起抗菌作用。采用酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)進(jìn)行α-防御素定量檢測，可鑒別PJI和假體松動，其敏感性為97%～100%，特異性為95%～100%[12-14]。α-防御素側(cè)流實(shí)驗(yàn)（alpha defensin lateral flow，ADLF）可在10 min內(nèi)快速報(bào)告結(jié)果，但診斷PJI的敏感性和特異性相對較低，分別為82%～94%和67%～77%[15-17]。RENZ等[17]將ADLF與關(guān)節(jié)液白細(xì)胞計(jì)數(shù)比較，在慢性PJI中，ADLF的敏感性和特異性分別為54%和91%，而白細(xì)胞計(jì)數(shù)的敏感性（86%）顯著高于ADLF，因此，當(dāng)懷疑白細(xì)胞計(jì)數(shù)為假陽性時(shí)，可將ADLF作為驗(yàn)證試驗(yàn)。

3.3 白細(xì)胞介素（interleukin，IL）

有研究結(jié)果表明，IL-6可能是診斷PJI較為理想的生物標(biāo)志物。IL-6可促進(jìn)破骨細(xì)胞活化，從而導(dǎo)致骨質(zhì)破壞，PJI導(dǎo)致關(guān)節(jié)液中IL-6濃度增加，在局灶性假體周圍骨溶解和假體松動過程中起主要作用[18]。DEIRMENGIAN等[19]檢測了12種關(guān)節(jié)液生物標(biāo)志物，并證實(shí)PJI患者關(guān)節(jié)液中IL-1和IL-6水平顯著高于無感染患者。IL-6和IL-1β對診斷PJI表現(xiàn)出高度敏感性，并且在一期翻修和二期翻修間存在較大差異，有助于PJI治療效果的監(jiān)測[20]。

3.4 其他生物標(biāo)志物

有很多新的檢測指標(biāo)可用于診斷PJI，如一些具有抗菌作用的細(xì)胞因子和蛋白質(zhì)。有學(xué)者指出，除α-防御素外，關(guān)節(jié)液中的中性粒細(xì)胞彈性蛋白酶2（neutrophil elastase 2，ELA-2）、殺菌性/通透性增強(qiáng)蛋白（bactericidal/permeabilityincreasing protein，BPI）、中性粒細(xì)胞明膠酶相關(guān)脂質(zhì)運(yùn)載蛋白（neutrophil gelatinase-associated lipocalin，NGAL）和乳鐵蛋白（lactoferrin，LF）在診斷PJI方面也有一定作用[21]。Toll樣受體（Toll-like receptor，TLR）是可識別病原體相關(guān)分子模式的跨膜受體，在激活炎癥反應(yīng)中發(fā)揮不可或缺的作用[22]。這些生物標(biāo)志物都是具有抗菌活性的宿主蛋白，在消滅病原菌的先天性免疫中起重要作用。當(dāng)存在病原菌時(shí)，這些蛋白質(zhì)會在關(guān)節(jié)液中聚集，從而有助于PJI的診斷。但這些檢測指標(biāo)仍需要進(jìn)一步的研究來論證其與PJI的相關(guān)性。

4 病原微生物鑒定

微生物學(xué)培養(yǎng)是PJI診斷的金標(biāo)準(zhǔn)，通過細(xì)菌或真菌培養(yǎng)分離出病原菌，再進(jìn)行體外藥物敏感性試驗(yàn)，提供臨床病原學(xué)診斷依據(jù)和用藥指導(dǎo)。為提高檢出率，應(yīng)至少留取2份關(guān)節(jié)液樣本和3份組織樣本分別進(jìn)行需氧菌和厭氧菌培養(yǎng)[23]。

4.1 關(guān)節(jié)液培養(yǎng)

美國骨科醫(yī)師協(xié)會和美國感染病協(xié)會建議通過術(shù)前關(guān)節(jié)液培養(yǎng)診斷PJI[24]。有Meta分析發(fā)現(xiàn)術(shù)前關(guān)節(jié)液培養(yǎng)診斷PJI的敏感性和特異性分別為72%和95%，特異性符合相關(guān)指南診斷標(biāo)準(zhǔn)[24]。關(guān)節(jié)液培養(yǎng)的主要問題是其敏感性低，特別是在慢性感染中，病原菌被包被在生物膜中，導(dǎo)致培養(yǎng)假陰性。為了增加關(guān)節(jié)液培養(yǎng)的敏感性，有學(xué)者將其接種到血培養(yǎng)瓶中進(jìn)行培養(yǎng)，結(jié)果顯示關(guān)節(jié)液的培養(yǎng)敏感性（90%～92%）優(yōu)于術(shù)中假體組織培養(yǎng)（77%～82%）和拭子培養(yǎng)（68%～76%）[25]。

4.2 假體組織培養(yǎng)

術(shù)中假體組織培養(yǎng)是明確診斷PJI的最佳方法，是PJI病因診斷的金標(biāo)準(zhǔn)。針對圍術(shù)期使用抗菌藥物及生物膜形成引起的假陰性，TRAMPUZ等[26]通過超聲震蕩（40 kHz，5 min）提高假體組織培養(yǎng)陽性率，該方法可有效地將細(xì)菌從假體生物膜中震蕩出來，從而有利于細(xì)菌的分離和培養(yǎng)。與普通組織培養(yǎng)相比，超聲震蕩培養(yǎng)將敏感性從61%提高到79%，特別是對于術(shù)前使用抗菌藥物的患者來說更為適用。近年來，該方法不斷改進(jìn)，但其敏感性仍未超過83%[27]。有學(xué)者[28]設(shè)計(jì)了一種新方法：將假體組織通過超聲裂解處理后與BD Bactec系統(tǒng)孵育相結(jié)合，即將假體組織超聲處理后置于血培養(yǎng)瓶中培養(yǎng)5 d，由于BD Bactec瓶中添加了抗菌藥物滅活樹脂，使得致病菌的檢測率提高，培養(yǎng)陽性率達(dá)到81%。

5 分子生物學(xué)診斷

5.1 聚合酶鏈反應(yīng)

由于病原菌培養(yǎng)診斷PJI的陽性率較低，近來的臨床試驗(yàn)中開展了另一種鑒定PJI的方法，即聚合酶鏈反應(yīng)。臨床上常用的診斷PJI的方法有廣譜聚合酶鏈反應(yīng)和實(shí)時(shí)聚合酶鏈反應(yīng)，其在檢測細(xì)菌方面有更高的敏感性（64%～100%），且檢測時(shí)間較短，不受術(shù)前抗菌藥物使用的影響[29]。GHEBREMEDHIN等[30]發(fā)現(xiàn)通過檢測高敏感性和特異性的靶基因可將葡萄球菌進(jìn)行分類鑒定，這些靶基因包括hsp60、femA、sodA、rpoB、gap和tuf基因序列等。盡管廣譜聚合酶鏈反應(yīng)適合鑒定PJI中的病原體，但其在樣本收集、DNA提取過程中常引起污染，導(dǎo)致假陽性率較高，且無法檢測多重感染。

5.2 下一代測序（next generation sequencing，NGS）

雖然微生物培養(yǎng)仍是PJI病原菌鑒定的主要依據(jù)，但NGS等分子技術(shù)已逐步被應(yīng)用于臨床，并被證明其診斷PJI的實(shí)用性。最近的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，NGS通過分析術(shù)中組織樣本可檢測出近80%的培養(yǎng)陰性菌[31]。此外，NGS與微生物培養(yǎng)在分析關(guān)節(jié)液樣本病原菌時(shí)也有高度的一致性[32]。NGS診斷PJI的陽性率較高，但其是否能有效實(shí)施仍需要多中心研究及臨床試驗(yàn)的驗(yàn)證。

6 總結(jié)

目前，PJI的快速診斷仍然是臨床面臨的巨大挑戰(zhàn)，PJI與其他相關(guān)疾病的鑒別診斷決定了所選擇的手術(shù)方式、治療策略以及預(yù)后的不同。其診斷困難的原因包括缺乏特定的臨床癥狀和體征，全身性炎癥指標(biāo)常顯示陰性結(jié)果[33]；缺乏準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)室檢查結(jié)果以及由于術(shù)前抗菌藥物治療和生物膜形成而導(dǎo)致的病原菌培養(yǎng)率較低。血清和關(guān)節(jié)液生物標(biāo)志物是診斷PJI較為敏感和特異的方法，但是需要組織學(xué)和微生物學(xué)培養(yǎng)來明確致病菌，從而判斷感染的治療效果。未來的研究應(yīng)側(cè)重于尋找針對病原菌及其代謝產(chǎn)物的檢測方法，使PJI的診斷更敏感，特異，且經(jīng)濟(jì)、高效。