培养阴性假体周围感染的临床特征、诊断及治疗

陈志，林佳俊，刘文革*，周宗科，沈彬，杨静，康鹏德，裴福兴

(1.福建医科大学附属协和医院，福建 福州 350000；2.四川大学华西医院，四川 成都 610041)

假体周围感染(prosthetic joint infection，PJI)是关节置换术的灾难性并发症，尽管已采取多项措施预防，初次髋、膝关节置换术后假体周围感染的发生率仍分别高达1%～4%和1%～2%[1]。随着人口老龄化、关节置换患者数量的逐年增长、假体生存期的延长及患者预期寿命的提高，假体周围感染的患者数量也将不断增加[2]。假体周围感染的诊断需结合详细的病史、体格检查、血清学、微生物学、组织病理学及影像学等检查结果[3]，明确引起感染的病原菌对于假体周围感染的准确诊断与恰当治疗具有重要的指导意义，但约有7.0%～42.1%的假体周围感染患者，在整个治疗过程中均无法找到病原学证据，即培养阴性假体周围感染(culture-negative prosthetic joint infection，CN PJI)[4]。由于无法明确病原菌，不仅给诊断带来不确定性，也给患者带来极大的困惑。临床医师在治疗过程中也将面临严峻的挑战，常常导致不恰当的治疗，继而增加治疗失败率，带来灾难性的后果。为此，本文对培养阴性假体周围感染的临床特征、诊断标准及治疗策略做一综述，以期能指导临床医师准确诊断，避免漏诊或误诊给患者带来不良后果，同时分析提高病原菌检出率的措施、手术方式及抗感染方案的选择策略，以提高治疗成功率。

1 培养阴性假体周围感染的诊断标准

由于目前尚缺乏准确、统一的诊断方法，培养阴性假体周围感染的诊断是一项富有挑战性的工作。辨别是真阴性还是由罕见病原菌(如：真菌分支杆菌、李斯特菌等)引起的假阴性至关重要，因为前者为无菌性松动，而后者才是培养阴性假体周围感染，两者的治疗方案截然相反，误诊将使患者接受不必要的手术和旷日持久的抗感染治疗，诊断延误或漏诊将使患者错过最佳的治疗时机，并且可能因不能得到恰当的治疗而增加失败的风险，带来严重的后果[5]。培养阴性假体周围感染患者的术前关节穿刺液、术中分泌物及组织标本培养均未能检出病原菌，参照肌肉骨骼感染协会关于假体周围感染的诊断指南(musculoskelet al infection society，MSIS)，其诊断可依据：a)存在与受累关节相通的窦道或符合以下4个标准的任意3个：(a)红细胞沉降率(erythrocyte sedimentationrate，ESR)>30 mm/h、C反应蛋白(C-reactionprotein，CRP)>10 mg/L；(b)关节液白细胞计数>3 000/μL；(c)关节液多核中性粒细胞比例>80%；(d)组织病理切片超过5个高倍镜视野下发现白细胞计数>5个[6]。然而，有学者研究发现，培养阴性假体周围感染的血清学指标(如ESR、CRP、关节液细胞分类及计数)往往较培养阳性组明显降低[7]。可见，培养阴性假体周围感染特有的临床特征还需进一步阐明，MSIS诊断标准中检验指标的临界值是否需要进行调整，以适用于这部分未能检出病原菌的患者，避免误诊与漏诊，还需更进一步的研究。

2 影响病原菌检出的因素

现阶段关于影响假体周围感染病原菌检出的因素还未完全阐明。大部分的研究认为，在获取患者关节液或组织标本前使用抗菌药物是影响病原菌检出最主要的原因。Berbari等[8]报道，约53%的培养阴性假体周围感染患者在获取培养标本前3个月内已接受抗感染治疗。Trampuz等[9]报道，在获取标本前2周内使用抗菌药物明显降低培养阳性率，当高度怀疑为假体周围感染时，进行翻修手术前预防性应用抗菌药物是导致培养阴性的重要危险因素，有必要对翻修术前预防性应用抗菌药物的必要性重新进行评价。抗菌药物的使用不仅使标本中病原菌的数量显著减少，增加了培养的难度，还会影响关节液白细胞记数和分类，进而增加诊断的难度，常引起漏诊、拖延恰当的治疗[10]。其次，标本采集与培养方法不恰当也将影响病原菌的检出，例如：a)于非感染区获取标本；b)在获取关节液或组织标本前使用抑菌剂(如局麻药物或生理盐水)；c)使用电刀(局部高温)获取组织标本；d)标本保存不当，运送延迟，长时间暴露于极端环境中；e)部分罕见菌感染时，未选择恰当的培养基等(有研究发现，由于各种原因未能检出病原菌的假阴性假体周围感染，其病原菌多为罕见菌，其中：真菌感染占46%，分支杆菌感染占43%，李斯特菌、痤疮丙酸杆菌、链球菌、布鲁氏菌等感染占11%)[11]。除此之外，与急性感染相比，慢性感染的病原菌常常分泌形成生物膜，病原菌藏匿于生物膜中，关节液或组织标本中浮游病原菌数量极少，传统的培养方式难以检出生物膜内的病原菌，也是导致培养阴性的原因。临床医师在接诊过程中，如犯以上任意一项错误，都将降低病原菌的检出率。

3 提高检出率的策略

如何提高假体周围感染诊断的敏感性与特异性，已成为关节外科医师的研究热点。目前已论证的可提高培养阳性率的措施包括：a)美国骨科医师协会(American academy of orthopaedic surgeons，AAOS)建议，对条件允许的可疑病例，在行关节穿刺抽液获取标本前2周即应停止使用抗菌药物[12]。b)标本的采集部位应选择假体与骨的界面或髓腔，采用锐性方法(避免使用电刀)至少获取5个标本，怀疑为低毒力病原菌感染时，至少应获取10个标本。c)当考虑为特殊病原菌所致的感染时(如：真菌、分支杆菌、李斯特菌、痤疮丙酸杆菌、贝氏柯克斯体等)，应及时与微生物室沟通，为其选择特殊培养基及适当延长培养时间提供参考，同时标本应保存得当、及时转运，以避免标本暴露过久引起干燥[13]。d)对于慢性感染的病例，由于感染时间长，病原菌多形成并藏匿于生物膜中，此时可考虑利用超声裂解黏附于假体表面的生物膜，增加标本中浮游病原菌的数量，以此提高检出率[14]。

对于采取以上措施仍不能检出病原菌的患者，近来有研究聚焦于采取分子生物学技术协助诊断，如基因测序、PCR、α-防御素(alpha-defensin)、关节液白细胞酯酶试验、白介素(interleukin，IL)家族(IL-6、IL-16、IL-18等)、D-二聚体、血浆纤维蛋白原等。有研究利用基因测序技术，通过检测标本中病原菌的基因，与微生物基因数据库匹配，来明确感染病原菌[15]。PCR敏感性高，但容易因污染引起误诊，不建议作为唯一的诊断手段。α-防御素是中性粒细胞分泌的抗菌肽，是对抗各种类型微生物的防御因子，其敏感性与特异性高达95%，使用抗菌药物可降低标本中ESR、CRP水平，但对α-防御素的浓度却无显著影响，故可作为假体周围感染的常规筛查手段[16]。IL-6、IL-16、IL-18是单核巨噬细胞在炎症状态下分泌的细胞因子，亦被证实具有较高的敏感性与特异性[17-18]。除炎症因子外，有学者发现全身或局部感染也将激活纤维蛋白溶解活性。Shahi等[19]发现假体周围感染患者的血浆D-二聚体水平较无菌性松动患者明显升高，以850 ng/mL为界值，其诊断的敏感性与特异性分别达89%和93%，优于血沉与CRP。纤维蛋白原是一种急性期蛋白，除参与凝血过程外，也能反映感染状态，或许也将成为假体周围感染诊断的重要指标之一[20]。

4 手术方式与抗感染方案的选择

即便在明确病原菌的情况下，假体周围感染的治疗也极具挑战，对于培养阴性患者的治疗就更加棘手。有学者发现，培养阴性假体周围感染的感染复发率明显高于培养阳性假体周围感染[21]。Mortazavi等[22]报道，培养阴性假体周围感染治疗失败率增加4倍。假体周围感染手术方式的选择包括：扩创保留假体、一期翻修、二期翻修、关节融合或截肢术[22]。最佳的手术方式需骨科医师与感染科医师综合评估感染类型、并存疾病、局部软组织条件、全身状态、假体稳定性及手术风险等因素[23]。清创保留假体的创伤较小、费用相对较低，但其适应证较严格：适用于急性血源性感染(出现症状的时间应短于3周)、一般情况良好、表现为低毒力病原菌所致的感染[23]。但对于该术式的有效性还存争议，Gehrke等[24]报道该术式治疗早期深部感染和急性血源性感染的成功率仅达62%和25%。大部分文献不推荐一期翻修作为培养阴性假体周围感染的首选手术方式，二期翻修的治疗成功率要优于一期翻修，二期翻修能有效清除耐药菌、真菌或罕见菌所致的感染，能够取得较高的成功率，达70%～100%[5]。此外，对部分即便行翻修手术也不能改善关节活动度和功能的患者，或许可考虑行关节融合或截肢术。

除手术治疗外，抗菌药物的应用对于有效治疗感染也是必须的。临床医师选择敏感抗菌药物、制定抗感染方案常需依据感染病原菌的种类及其对抗菌药物的敏感性[25]。截至目前，还未形成关于培养阴性假体周围感染抗感染方案制定标准的共识。大部分文献报道，为有效覆盖常见病原菌(金黄色葡萄球菌约占24%～43%，凝固酶阴性葡萄球菌约占12%～26%)，氨基糖肽类抗菌药物(如万古霉素)、氨基糖肽类联合头孢菌素或氨基糖肽类联合喹诺酮类常常被作为首选抗感染方案[21，26]，有部分文献报道，单独使用头孢菌素、β内酰胺类、喹诺酮类或联合运用抗菌药物治疗培养阴性假体周围感染也取得较高治疗成功率[5]。还有部分研究认为，目前建议应用于培养阳性假体周围感染的抗感染方案同样适用于培养阴性病例，如：革兰阳性菌所致的感染选择利福平联合万古霉素或利奈唑胺，革兰阴性菌所致感染选择利福平联合喹诺酮类抗菌药物[27]。除抗菌药物的种类外，抗菌药物的使用疗程也非常关键，目前对于使用疗程亦未统一。文献报道，培养阴性假体周围感染的抗菌药物使用疗程约在4周～6个月，其中，大部分研究建议静脉使用抗菌药物的疗程应在6周[27]。长期使用广谱抗菌药物或联合运用多种抗菌药物尽管能覆盖常见病原菌，但有引起全身或局部脏器毒性反应、诱导多重耐药菌产生的风险，并且可能并不能覆盖真菌或罕见病原菌所致感染[28-30]。Santoso等[31]为避免诱导病原菌产生耐药性，在治疗培养阴性假体周围感染时，万古霉素的使用率仅达29.6%。Reisener等[4]建议静脉运用氨苄西林舒巴坦钠2周，续贯口服利福平联合左氧氟沙星。如何制定出一种抗感染方案，既能够有效作用于未知的病原菌，还能避免因使用广谱抗菌药物或联合应用抗菌药物所致的全身及脏器毒性，避免诱导病原菌产生耐药性，还需进一步探讨与论证。

培养阴性假体周围感染在临床并不少见，由于病原菌的不确定性，给临床医师在明确诊断和制定恰当治疗方案时带来严峻的挑战，并且有较高的治疗失败率。影响病原菌检出的主要因素为：获取标本前使用抗菌药物、不恰当的标本采集与培养方法、病原菌分泌并藏匿于生物膜中。因此，为提高病原菌检出率，对可疑病例在获取培养标本前应暂缓使用抗菌药物、同时改良标本的采集及培养方式，必要时可采用分子生物学检测手段(基因测序、PCR、α-防御素等)。手术方式的选择多倾向于二期翻修，抗菌药物种类的选择与使用疗程还未达成共识，关于培养阳性假体周围感染的抗感染方案是否也适用于培养阴性病例，还是需要运用长疗程、广谱的抗感染方案，均需进一步的探究。