關(guān)節(jié)假體周圍感染診斷進展

陳賓 司文騰

全關(guān)節(jié)置換術(shù)（TJA）正在改善全球數(shù)百萬人的生活[1]。隨著我國人口老齡化的加劇，TJA 手術(shù)量迅速增加。雖然TJA 并發(fā)癥在不斷減少，但仍無法完全避免。其中，關(guān)節(jié)假體周圍感染（PJI）是術(shù)后嚴(yán)重的并發(fā)癥之一。PJI 一旦發(fā)生即意味人工關(guān)節(jié)在體內(nèi)使用壽命基本終結(jié)，并意味重復(fù)手術(shù)和長期應(yīng)用抗菌藥，嚴(yán)重者甚至危及患者生命，往往給個人和社會帶來沉重的經(jīng)濟和心理負(fù)擔(dān)[2]。PJI 的發(fā)病率為0.3%～3.0%，分別占全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)（TKA）和全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)（THA）失敗率的25%和16%，而在翻修術(shù)后PJI 發(fā)病率可達20%[3]。PJI 診斷是困擾臨床醫(yī)生的常見問題之一。本文通過對PJI 診斷方法進行綜述，為臨床提供新的研究參考。

1 PJI 的診斷標(biāo)準(zhǔn)及指南

國際上很多共識和指南一致認(rèn)為，PJI 的早期診斷是提高臨床療效的關(guān)鍵措施，并將PJI 分為急性和慢性兩種[4]，但PJI 的臨床診斷標(biāo)準(zhǔn)尚不統(tǒng)一。2018 年關(guān)于PJI 的第二屆人工關(guān)節(jié)感染國際共識會議（ICM）曾提出新的診斷標(biāo)準(zhǔn)[5]（表1、2），但該診斷標(biāo)準(zhǔn)也存在不足，如指標(biāo)復(fù)雜導(dǎo)致應(yīng)用繁瑣和診斷過程費時費力，以及不滿足診斷條件時也無法完全排除PJI。它的臨床應(yīng)用價值有待進一步研究和驗證。

表1 2018 年P(guān)JI 診斷標(biāo)準(zhǔn)

表2 2018 年P(guān)JI 診斷標(biāo)準(zhǔn)中次要標(biāo)準(zhǔn)診斷閾值

2 髖及膝關(guān)節(jié)PJI 診斷

無論采取何種PJI 診斷方法，對于疑似PJI 的患者，都應(yīng)結(jié)合體格檢查、病史篩查、全身性炎癥指標(biāo)檢測、局部性炎癥指標(biāo)檢測、影像學(xué)檢查等結(jié)果進行綜合診斷。

2.1 體格檢查

PJI 的臨床表現(xiàn)包括局部和全身癥狀。感染穿透軟組織導(dǎo)致局部竇道與假體直接相通是PJI 的特征性表現(xiàn)。局部表現(xiàn)有疼痛、腫脹、皮溫和紅斑，切口愈合和引流情況也值得關(guān)注。如果感染同時伴有菌血癥、敗血癥或膿毒血癥，就會出現(xiàn)全身癥狀。

2.2 病史篩查

與體格檢查一樣，病史篩查也是初步診斷PJI的關(guān)鍵依據(jù)。病史篩查主要目的是發(fā)現(xiàn)可能引起PJI 的危險因素，如肥胖、營養(yǎng)不良、糖尿病、其他部位存在活動性感染、既往關(guān)節(jié)腔注射治療史、抽煙史、耐甲氧西林葡萄球菌（MRSA）定植等[6-7]。另外，TJA 時確定可能成為PJI 危險因素的事件同樣重要，如手術(shù)時間延長、術(shù)區(qū)引流量大或切口愈合異常、切口有滲出等。

2.3 全身性炎癥指標(biāo)檢測

在對疑似PJI 患者進行初步評估時，血液檢測是一種有效的篩查工具，具有快速、便利、靈敏、廉價等優(yōu)勢，有助于PJI 早期診斷。

2.3.1 CRP 與ESR 檢測

CRP 與ESR 均為常見的PJI 診斷標(biāo)志物，但敏感度和特異度均較低[8]。因此，在低毒力感染中，CRP 或 ESR 檢測結(jié)果均可能因假陰性率較高而不足以診斷或排除PJI[9-10]，故只能作為疑似PJI 病例的初始篩查工具。

正是因為這個原因，外圓內(nèi)方的全新一代路虎發(fā)現(xiàn)在剛剛推出的時候于設(shè)計方面迎來了很大的爭議。其實觀點的爭議并不可怕，無數(shù)經(jīng)典的例子告訴我們，認(rèn)知的不同的確能夠成就情節(jié)跌宕的故事并塑造出一個個獨立且鮮活的個體。這輛路虎發(fā)現(xiàn)顯然能夠用設(shè)計中的“圓”擁抱和以往不同的支持者，并用性格里的“方”再次啟發(fā)人們心中對經(jīng)典的認(rèn)知。

2.3.2 白細胞介素-6 與降鈣素原

血清白細胞介素（IL）-6 與降鈣素原（PCT）檢測是較CRP 與ESR 檢測更新的檢測方法。由于IL-6 位于急性期炎癥級聯(lián)反應(yīng)的上游[11]，因此可作為術(shù)后早期潛在感染的檢測指標(biāo)[4]。PCT 可因響應(yīng)促炎刺激（尤其是細菌）而升高，故在系統(tǒng)性感染診斷方面特異度更高。但由于PJI 大多是局部低毒力感染，其PCT 刺激量級和閾值仍需確切臨床證據(jù)予以確定。

2.3.3 外周血白細胞計數(shù)與血小板檢測

雖然外周血白細胞計數(shù)結(jié)果很容易獲得，但白細胞計數(shù)在PJI診斷方面敏感度和特異度均較低，因此不推薦作為PJI 篩查工具。血小板可受細菌活化，與中性粒細胞一起參與清除細菌。通過對血小板進行評估可以發(fā)現(xiàn)，血小板計數(shù)（PC）、PC/平均血小板體積（MPV）均可作為診斷PJI 工具[12]。

2.3.4 血清D-D

在2018 年ICM 確定的PJI 診斷標(biāo)準(zhǔn)中，評分為2 分的血清D-D 作為次要診斷標(biāo)準(zhǔn)，可有效區(qū)分慢性 PJI 與無菌性松動，但血清D-D 的檢測結(jié)果可受多種因素影響，導(dǎo)致檢驗結(jié)果差別很大。

2.4 局部性炎癥指標(biāo)檢測

機體各部位炎癥因子的分布是不同的。與循環(huán)系統(tǒng)的血清不一樣,關(guān)節(jié)腔內(nèi)的關(guān)節(jié)液流動性小，其內(nèi)環(huán)境相對穩(wěn)定。關(guān)節(jié)腔內(nèi)免疫細胞的活化、遷移、分泌情況，以及循環(huán)系統(tǒng)通過滲透沉積于關(guān)節(jié)液中的炎癥因子水平，均能更好地反映PJI 關(guān)節(jié)的局部炎癥狀態(tài)，在診斷關(guān)節(jié)局部PJI 方面特異性更高[13]。

關(guān)節(jié)液是直接與假體接觸的內(nèi)環(huán)境，其成分和理化性質(zhì)的改變在PJI 診斷中一直備受關(guān)注[14]。關(guān)節(jié)液白細胞異常升高,尤其是中性粒細胞百分比高,可提示PJI。LE 只在中性粒細胞內(nèi)存在。標(biāo)本顏色的變化可以作為LE 結(jié)果的判讀依據(jù)，但若標(biāo)本混有血液則會干擾判斷。關(guān)節(jié)液白細胞在不同關(guān)節(jié)或PJI 不同時期的臨界值有差異[15]，因此應(yīng)設(shè)定診斷PJI 的不同參考值[10]。然而，如何設(shè)定適合的臨界值目前尚未達成共識。α-防御素由活化的中性粒細胞自然釋放，在感染部位可發(fā)揮抑制病原體的廣譜抗菌作用。α-防御素用于診斷PJI 時，患者如伴局部金屬微粒沉著可能產(chǎn)生假陽性，而伴低毒性病原菌感染則可能產(chǎn)生假陰性[16]。關(guān)節(jié)液CRP 診斷PJI 的效能仍存爭議[17]。雖然關(guān)節(jié)液IL-6 診斷PJI 的敏感度較低，但特異度較高，可推薦作為確診試驗。關(guān)節(jié)液鈣防衛(wèi)蛋白是一種來源于中性粒細胞和巨噬細胞的含鈣蛋白，其表達具有組織或細胞特異性，可作為急性炎性細胞活化的標(biāo)志物，具有較高的敏感度和特異度，在排除和確診PJI 方面均有實用價值[18-20]。

2.4.2 微生物培養(yǎng)

快速、準(zhǔn)確的病原學(xué)診斷是成功治療PJI 的基礎(chǔ)。微生物培養(yǎng)是尋找PJI 病原證據(jù)的主要手段，但其周期較長，且存在標(biāo)本取材不規(guī)范、生物膜形成以及培養(yǎng)前使用抗菌藥物等因素可能導(dǎo)致臨床病原檢出率不高的不足。不同感染部位、不同醫(yī)療機構(gòu)或不同地區(qū)的PJI 病原菌譜均存在差異[21]，可導(dǎo)致病原菌更具隱匿性和難培養(yǎng)性，其檢出難度增加。PJI 的病原體多為金黃色葡萄球菌和凝固酶陰性葡萄球菌[22]，與人體的定植菌和環(huán)境中的污染菌具有一致性，也可能干擾PJI 診斷。

為提高培養(yǎng)的陽性率，可以根據(jù)不同的感染病情和進展，選擇使用改善培養(yǎng)基條件、延長培養(yǎng)時間、使用專用培養(yǎng)瓶培養(yǎng)等不同方法。然而，運用不同的培養(yǎng)方法也會給統(tǒng)一病原學(xué)診斷帶來困難。培養(yǎng)陽性可以診斷為PJI，但培養(yǎng)陰性卻不能排除PJI，因此病原學(xué)鑒定始終無法獨立作為診斷PJI 的金標(biāo)準(zhǔn)

2.4.3 宏基因組二代測序技術(shù)

宏基因組二代測序技術(shù)（mNGS）是利用二代測序技術(shù)獲取樣本中所有核酸片段的序列信息，經(jīng)過生物信息分析與比對，檢出所有生物的種類及序列數(shù)量的方法。它的特點是高通量和并行測序。mNGS 不但不需要預(yù)知被檢疑似病原體的測序用遺傳信息，而且可以針對臨床樣本的整個遺傳內(nèi)容，包括人類所有的重要病原體，1 次捕獲數(shù)百萬至數(shù)十億個核酸序列，從而發(fā)現(xiàn)潛在的致病病原體和可能存在的新型病原體[23]。mNGS 在PJI 患者的病原檢測方面具有非?？捎^的價值[24]，有助于識別常見、罕見，甚至新出現(xiàn)的病原體。

與病原體培養(yǎng)相比，mNGS 時間優(yōu)勢更明顯[25]，有利于快速臨床決策[26]。此外，對于術(shù)前無法穿刺獲得關(guān)節(jié)液的病例，也可以嘗試對關(guān)節(jié)內(nèi)微量的炎性組織進行活檢[27]。對于PJI 診斷明確但培養(yǎng)陰性的病例，mNGS 檢出病原的概率較大[28]。mNGS 對肺結(jié)核及肺外結(jié)核的總體敏感度高于培養(yǎng)[29]。因mNGS 具有檢測敏感度高、非典型病原檢出效能高、檢測周期短、檢測獨立性強等優(yōu)點，在臨床應(yīng)用領(lǐng)域越來越受到認(rèn)可[30]。mNGS 為PJI的病原學(xué)診斷提供了更為有效的路徑[31]。

2.4.4 超聲裂解與生物膜

PJI 診斷的難點：一方面，因為細菌可以在20 d 左右時間內(nèi)形成成熟的生物膜并附著于人工關(guān)節(jié)材料表面，通常不會激活宿主免疫系統(tǒng)而引起炎癥，因而很難通過常規(guī)檢測方法被發(fā)現(xiàn)；另一方面，細菌可以通過基因調(diào)控與群體內(nèi)的其他細菌進行交流，促進耐藥菌產(chǎn)生和偽裝逃避診斷，而抗生素的使用則會加劇檢測結(jié)果假陰性的情況。

因此，在診斷PJI 時有效去除生物膜尤其重要。超聲裂解是聲波通過聚集和再釋放能量破壞生物膜結(jié)構(gòu)的方法，可以顯著提高致病微生物檢出的陽性率[32]。將超聲裂解液離心濃縮可進一步提高診斷的敏感度，尤其適用于之前已使用抗生素的患者。但超聲裂解法操作步驟復(fù)雜，且必須在將假體取出后才能獲得假體超聲裂解液樣本，因而對于術(shù)前診斷幫助不大。能否將超聲裂解法用于PJI的術(shù)前診斷也是臨床中的挑戰(zhàn)。

2.4.5 組織學(xué)檢測

對關(guān)節(jié)假體周圍組織進行檢測是PJI 常規(guī)診斷中的組成部分。關(guān)節(jié)假體周圍組織樣本常在曠置或翻修手術(shù)時獲得，卻很少用于術(shù)前組織活檢。因為在組織切片中每個高倍視野下的中性粒細胞數(shù)量和視野數(shù)量差異較大，所以PJI 的組織學(xué)診斷標(biāo)準(zhǔn)尚存爭議。另外，組織學(xué)評估的準(zhǔn)確性不僅取決于病理學(xué)家，還受外科醫(yī)生取材的影響[33]。目前，尚沒有足夠證據(jù)可以證明活檢更有優(yōu)勢，但活檢手術(shù)卻需額外費用且可能會產(chǎn)生并發(fā)癥，因此不建議將常規(guī)進行術(shù)前活檢作為PJI 診斷方法。

2.5 影像學(xué)檢查

影像學(xué)檢查雖然對PJI 的診斷價值不大，但卻不可缺少，因為它可以排除微小骨折和假體位置異常等潛在的病理變化。對每位訴TJA 后疼痛的患者，都應(yīng)常規(guī)進行X 線檢查。序貫的術(shù)后X 線檢查可用于前后比較，一旦假體周圍出現(xiàn)不規(guī)則狀或多發(fā)骨溶解灶，且進展迅速，就要高度懷疑PJI 的可能。超聲分析腹股溝淋巴結(jié)也是診斷PJI的重要依據(jù)[34]。增強成像技術(shù)（包括PET 掃描）鑒于檢查結(jié)果的變異性以及額外的檢查時間和費用，可在有條件的情況下用于亞臨床感染[35]。

2.6 聯(lián)合檢測

迄今還沒有任何一種檢測方法能夠獨立、準(zhǔn)確診斷PJI[36]。尤其在PJI 早期，病原量少,其引起的炎癥因子變化輕微，同時炎癥因子是多種損傷共同的傳導(dǎo)信號，且合成分泌存在一定延遲性，均會導(dǎo)致相關(guān)指標(biāo)的敏感度降低[37]。因此，依據(jù)循證醫(yī)學(xué)方法，選擇性使用聯(lián)合診斷技術(shù)是提高PJI診斷準(zhǔn)確性的重要手段[38]。哪些方法聯(lián)合使用可以達到理想的診斷效果，且能最大限度地減輕患者痛苦并節(jié)省醫(yī)療花費,同樣值得深入研究。

3 結(jié)語

隨著醫(yī)療技術(shù)的不斷發(fā)展，PJI 診斷方法已經(jīng)足夠豐富，但早期診斷手段仍不足。目前，PJI 的準(zhǔn)確診斷流程非常復(fù)雜，且尚未達成普遍共識。甚至所謂的診斷“金標(biāo)準(zhǔn)”，即微生物培養(yǎng)，由于細菌生物膜的存在和培養(yǎng)方法的局限性，提供假陽性或假陰性結(jié)果的可能性也很大。對于TJI 術(shù)后疑似PJI 的患者，仍缺乏及時且準(zhǔn)確的檢測方法來對其做出診斷或排除。因此，對所有TJA 患者，置換后關(guān)節(jié)部位一旦出現(xiàn)異常，臨床上就應(yīng)高度懷疑PJI。

為應(yīng)對PJI 病例數(shù)量不斷增長的情況，臨床醫(yī)生應(yīng)提高診斷PJI 的技術(shù)并更新經(jīng)驗。mNGS 為直接檢測PJI 病原微生物帶來了新途徑[39]，超聲裂解的出現(xiàn)降低了生物膜形成對發(fā)現(xiàn)病原微生物的不利影響。隨著科技的發(fā)展，將分子生物學(xué)技術(shù)與超聲裂解聯(lián)合，有望獲得更高的PJI 術(shù)前診斷效率[40]。另外，不同關(guān)節(jié)部位（髖關(guān)節(jié)與膝關(guān)節(jié)）和不同類型（急性與慢性）的PJI 應(yīng)使用區(qū)分部位、類型和參考閾值的診斷指標(biāo)，也有助于提高PJI 診斷陽性率。