關節假體周圍感染診斷進展

陳賓 司文騰

全關節置換術（TJA）正在改善全球數百萬人的生活[1]。隨著我國人口老齡化的加劇，TJA 手術量迅速增加。雖然TJA 并發癥在不斷減少，但仍無法完全避免。其中，關節假體周圍感染（PJI）是術后嚴重的并發癥之一。PJI 一旦發生即意味人工關節在體內使用壽命基本終結，并意味重復手術和長期應用抗菌藥，嚴重者甚至危及患者生命，往往給個人和社會帶來沉重的經濟和心理負擔[2]。PJI 的發病率為0.3%～3.0%，分別占全膝關節置換術（TKA）和全髖關節置換術（THA）失敗率的25%和16%，而在翻修術后PJI 發病率可達20%[3]。PJI 診斷是困擾臨床醫生的常見問題之一。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 的診斷標準及指南

國際上很多共識和指南一致認為，PJI 的早期診斷是提高臨床療效的關鍵措施，并將PJI 分為急性和慢性兩種[4]，但PJI 的臨床診斷標準尚不統一。2018 年關于PJI 的第二屆人工關節感染國際共識會議（ICM）曾提出新的診斷標準[5]（表1、2），但該診斷標準也存在不足，如指標復雜導致應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。它的臨床應用價值有待進一步研究和驗證。

表1 2018 年PJI 診斷標準

表2 2018 年PJI 診斷標準中次要標準診斷閾值

2 髖及膝關節PJI 診斷

無論采取何種PJI 診斷方法，對于疑似PJI 的患者，都應結合體格檢查、病史篩查、全身性炎癥指標檢測、局部性炎癥指標檢測、影像學檢查等結果進行綜合診斷。

2.1 體格檢查

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

2.2 病史篩查

與體格檢查一樣，病史篩查也是初步診斷PJI的關鍵依據。病史篩查主要目的是發現可能引起PJI 的危險因素，如肥胖、營養不良、糖尿病、其他部位存在活動性感染、既往關節腔注射治療史、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，如手術時間延長、術區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。

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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反應的上游[11]，因此可作為術后早期潛在感染的檢測指標[4]。PCT 可因響應促炎刺激（尤其是細菌）而升高，故在系統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予以確定。

2.3.3 外周血白細胞計數與血小板檢測

雖然外周血白細胞計數結果很容易獲得，但白細胞計數在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現，血小板計數（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 診斷標準中，評分為2 分的血清D-D 作為次要診斷標準，可有效區分慢性 PJI 與無菌性松動，但血清D-D 的檢測結果可受多種因素影響，導致檢驗結果差別很大。

2.4 局部性炎癥指標檢測

機體各部位炎癥因子的分布是不同的。與循環系統的血清不一樣,關節腔內的關節液流動性小，其內環境相對穩定。關節腔內免疫細胞的活化、遷移、分泌情況，以及循環系統通過滲透沉積于關節液中的炎癥因子水平，均能更好地反映PJI 關節的局部炎癥狀態，在診斷關節局部PJI 方面特異性更高[13]。

關節液是直接與假體接觸的內環境，其成分和理化性質的改變在PJI 診斷中一直備受關注[14]。關節液白細胞異常升高,尤其是中性粒細胞百分比高,可提示PJI。LE 只在中性粒細胞內存在。標本顏色的變化可以作為LE 結果的判讀依據，但若標本混有血液則會干擾判斷。關節液白細胞在不同關節或PJI 不同時期的臨界值有差異[15]，因此應設定診斷PJI 的不同參考值[10]。然而，如何設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生假陽性，而伴低毒性病原菌感染則可能產生假陰性[16]。關節液CRP 診斷PJI 的效能仍存爭議[17]。雖然關節液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。關節液鈣防衛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

快速、準確的病原學診斷是成功治療PJI 的基礎。微生物培養是尋找PJI 病原證據的主要手段，但其周期較長，且存在標本取材不規范、生物膜形成以及培養前使用抗菌藥物等因素可能導致臨床病原檢出率不高的不足。不同感染部位、不同醫療機構或不同地區的PJI 病原菌譜均存在差異[21]，可導致病原菌更具隱匿性和難培養性，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境中的污染菌具有一致性，也可能干擾PJI 診斷。

為提高培養的陽性率，可以根據不同的感染病情和進展，選擇使用改善培養基條件、延長培養時間、使用專用培養瓶培養等不同方法。然而，運用不同的培養方法也會給統一病原學診斷帶來困難。培養陽性可以診斷為PJI，但培養陰性卻不能排除PJI，因此病原學鑒定始終無法獨立作為診斷PJI 的金標準

2.4.3 宏基因組二代測序技術

宏基因組二代測序技術（mNGS）是利用二代測序技術獲取樣本中所有核酸片段的序列信息，經過生物信息分析與比對，檢出所有生物的種類及序列數量的方法。它的特點是高通量和并行測序。mNGS 不但不需要預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容，包括人類所有的重要病原體，1 次捕獲數百萬至數十億個核酸序列，從而發現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，甚至新出現的病原體。

與病原體培養相比，mNGS 時間優勢更明顯[25]，有利于快速臨床決策[26]。此外，對于術前無法穿刺獲得關節液的病例，也可以嘗試對關節內微量的炎性組織進行活檢[27]。對于PJI 診斷明確但培養陰性的病例，mNGS 檢出病原的概率較大[28]。mNGS 對肺結核及肺外結核的總體敏感度高于培養[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、檢測獨立性強等優點，在臨床應用領域越來越受到認可[30]。mNGS 為PJI的病原學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 左右時間內形成成熟的生物膜并附著于人工關節材料表面，通常不會激活宿主免疫系統而引起炎癥，因而很難通過常規檢測方法被發現；另一方面，細菌可以通過基因調控與群體內的其他細菌進行交流，促進耐藥菌產生和偽裝逃避診斷，而抗生素的使用則會加劇檢測結果假陰性的情況。

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構的方法，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，因而對于術前診斷幫助不大。能否將超聲裂解法用于PJI的術前診斷也是臨床中的挑戰。

2.4.5 組織學檢測

對關節假體周圍組織進行檢測是PJI 常規診斷中的組成部分。關節假體周圍組織樣本常在曠置或翻修手術時獲得，卻很少用于術前組織活檢。因為在組織切片中每個高倍視野下的中性粒細胞數量和視野數量差異較大，所以PJI 的組織學診斷標準尚存爭議。另外，組織學評估的準確性不僅取決于病理學家，還受外科醫生取材的影響[33]。目前，尚沒有足夠證據可以證明活檢更有優勢，但活檢手術卻需額外費用且可能會產生并發癥，因此不建議將常規進行術前活檢作為PJI 診斷方法。

2.5 影像學檢查

影像學檢查雖然對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，都應常規進行X 線檢查。序貫的術后X 線檢查可用于前后比較，一旦假體周圍出現不規則狀或多發骨溶解灶，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也是診斷PJI的重要依據[34]。增強成像技術（包括PET 掃描）鑒于檢查結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 聯合檢測

迄今還沒有任何一種檢測方法能夠獨立、準確診斷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信號，且合成分泌存在一定延遲性，均會導致相關指標的敏感度降低[37]。因此，依據循證醫學方法，選擇性使用聯合診斷技術是提高PJI診斷準確性的重要手段[38]。哪些方法聯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省醫療花費,同樣值得深入研究。

3 結語

隨著醫療技術的不斷發展，PJI 診斷方法已經足夠豐富，但早期診斷手段仍不足。目前，PJI 的準確診斷流程非常復雜，且尚未達成普遍共識。甚至所謂的診斷“金標準”，即微生物培養，由于細菌生物膜的存在和培養方法的局限性，提供假陽性或假陰性結果的可能性也很大。對于TJI 術后疑似PJI 的患者，仍缺乏及時且準確的檢測方法來對其做出診斷或排除。因此，對所有TJA 患者，置換后關節部位一旦出現異常，臨床上就應高度懷疑PJI。

為應對PJI 病例數量不斷增長的情況，臨床醫生應提高診斷PJI 的技術并更新經驗。mNGS 為直接檢測PJI 病原微生物帶來了新途徑[39]，超聲裂解的出現降低了生物膜形成對發現病原微生物的不利影響。隨著科技的發展，將分子生物學技術與超聲裂解聯合，有望獲得更高的PJI 術前診斷效率[40]。另外，不同關節部位（髖關節與膝關節）和不同類型（急性與慢性）的PJI 應使用區分部位、類型和參考閾值的診斷指標，也有助于提高PJI 診斷陽性率。