外固定支架钉道感染的预防



·综述·

外固定支架钉道感染的预防

刘少扬 ，王明海(复旦大学附属上海市第五人民医院，上海 220240)

【关键词】外固定支架；钉道感染；涂层；临床应用

0引言

随着社会交通的发展，伤、重的高能量创伤日渐增多，外固定支架因创伤小、操作简单被广泛应用于四肢开放、粉碎骨折治疗中. 伴随着外固定支架的大量应用，其并发症也越来越引起重视. 其中，钉道感染是外固定支架应用过程中最常见的并发症. 采用外固定支架治疗的患者中，钉道感染的发生率甚至超过了50%，其中约1%发生了严重的钉道感染[1-2]. 如感染仅局限在皮肤表面，往往不需要过多干预，如细菌侵入深层软组织或骨组织，会引起固定针松动，导致骨折复位丢失，严重者甚至导致发生慢性骨髓炎. 临床上预防钉道感染的措施很多，但仍不能很好地解决该问题，钉道感染仍是困扰医生和患者的主要并发症[3]. 本研究就目前预防和治疗钉道感染的方法及其进展作一综述.

1钉道感染的原因及表现

螺钉松动增加了钉道感染的机会，骨牵引钉道感染与螺钉松动是骨牵引术后的主要并发症,二者常互为因果关系. 钉道感染的过程可人为地分为：炎症期，细菌定植期，钉道感染期三个阶段. 炎症阶段主要为螺钉或固定针植入后因压迫、摩擦等刺激，引起皮肤的一种急性期表现，表现为皮温增高、渗液等，细菌培养阴性；如无细菌定植，则这些表现在72 h后逐渐消退. 细菌定植阶段表现为钉道处皮肤的红肿，渗液增加，有时会伴有疼痛，细菌培养常呈阳性，此时如不伴有全身症状，一般不影响整个治疗过程. 钉道感染阶段细菌往往已侵入深层组织或骨组织，除有以上两个阶段的表现外还伴随全身感染症状及螺钉或固定针的松动，脓液排出，细菌培养菌量明显增加，感染细菌大多数为金黄色葡萄球菌和表皮葡萄球菌[4-5]. 轻度的外固定支架钉道炎症主要表现为钉道口肿胀、渗液,但细菌培养往往呈阴性,也不涉及深部软组织和骨组织,不影响整个治疗过程. Holmes等[6]研究了大量钉道感染病例后，将钉道感染分为6级来指导临床工作.

2钉道感染的预防

钉道感染的预防可根据措施分为术前预防、术中预防和术后预防.

2.1术前预防主要是指术前准备阶段积极控制患者的原发疾病，如控制引起免疫力低下的血液系统疾病等；控制血糖水平；如条件允许应酌情停用激素类药物以预防术后感染；若为开放性骨折，应彻底清创并酌情预防性应用抗生素.

2.2术中预防可分为手术操作的技巧及术中应用特殊涂层螺钉.

2.2.1术中操作的注意事项①在安装支架固定针时，正确的方法是在进针处先用尖刀切开皮肤和筋膜，分开皮下组织和肌肉，血管钳触及骨皮质后，插入保护钻套，然后再置入螺钻钻孔和安装固定针，这样可避免钻头和螺钉绞伤皮肤软组织. ②穿针时要稳住电钻，不要使针尾有较大摆动，防止固定针和骨骺界面扭矩增加，从而导致明显的骨组织热损害发生局部骨坏死. 另外，手术操作时，要按先复位后穿钉的顺序，而不能穿钉后再行复位，这样会增加钉骨界面的应力，导致固定针松动和感染率增加.

2.2.2通过涂层赋予螺钉及外固定支架自身的抗菌效能全身应用抗生素有许多弊端，如较低的生物利用度、低效率、选择性差及血清毒性. 为减少部分抗生素的血清毒性，目前预防钉道感染的方法已逐渐由全身应用抗生素转变为以螺钉涂层来减少细菌的粘附.

增加螺钉抗菌效能的方法可分为两种：一种为直接以抗菌物质涂层减少钉道感染率；另一种以减少螺钉松动和增加骨界面强度来间接减少钉道感染的发生率. 在螺钉植入早期，一旦细菌贴附形成生物膜后，常规螺钉护理及抗生素应用作用有限，因此螺钉涂层还应在螺钉植入前期预防生物膜的形成. 目前报导的涂层螺钉较多，何种涂层更适合应用于临床尚无定论，缺乏进一步的动物随机对照试验.

2.2.2.1传统银离子涂层和抗生素涂层银离子对微生物有很高的毒性而对哺乳动物细胞仅具有低毒性，在医学上用于烧伤等外科的防治感染具有很长的历史. 现在预防钉道感染单独以银涂层用于的螺钉的逐渐减少，目前研究较多的是将银离子或银氧化物作为抗菌剂加入有载体功能的螺钉涂层中[7-8]. 阮洪江等[9]在动物实验中证实HA/Ag涂层螺钉具有良好的抗菌及成骨性能,能起到预防外固定支架螺钉钉道感染和松动的作用. 这种方法不仅可以减少银离子过度释放对机体的毒害作用，还可以控制其释放速度，使其作用更持久. 目前针对银离子对细胞的毒性的问题仍有争议，尚需进一步的研究.

目前抗生素涂层研究大多集中在髓内钉，设计外固定支架抗生素涂层的研究较少. 抗生素涂层现在多采用浸润法获得. Aykut等[10]在兔胫骨骨折的模型中证实，抗生素涂层能明显降低钉道感染的发生率. 然而局部抗生素的应用，细菌耐药的问题逐渐出现，尤其在一些开放性骨折的病例中[11]. 抗生素释放的速率是一个不容忽视的问题，如短时间内释放速度过快则产生毒性会抑制骨折部位的愈合；而在植入身体一段时间后抗生素浓度不能达到有效抑菌浓度也是不利的. 因此，抗生素缓释系统无疑是一个和更为合理的选择[12]. 目前多以PMMA、PDLLA为载体，是一种新型局部给药方式，也最大程度地减少了对耐药菌株筛选的风险，因此缓释系统被看作是骨科器械发展的“未来”[13].

2.2.2.2直接通过抑制细菌粘附，防止生物膜形成的涂层此类涂层以银涂层、钛合金及铜合金为代表. 部分非金属材料涂层也有报导具有抗菌活性. 涂层的纳米结构表面可以大大减少细菌的粘附，Singh[14]通过实验证明，当纳米材料表面的粗糙度达到20 nm时，细菌粘附增加，而进一步增加粗糙度可以有效地减少细菌的粘附，减少生物膜的形成.

钛合金有足够的机械强度且抗腐蚀作用较强，被广泛应用于骨科材料的构建. 在接触氧气后，钛表面会自发形成一层稳定的氧化膜，这层膜可增加钛的生物相容性[15]. 二氧化钛的在可见光紫外线波段下可产生氧自由基，从而抑制细菌粘附和增殖；Noimark等[16]将二氧化钛纳米粒子嵌入聚硅氧烷聚合物，结果表明，其明显抑制了葡萄球菌和大肠杆菌的增殖. 二氧化钛需要在足够时间的紫外光照射才能发挥足够的抗菌特性，用于临床后会有诸多不便；在可见光条件下二氧化钛是否也具有可靠的抗菌特性尚缺乏动物实验研究. 自发形成的二氧化钛薄膜生物惰性较强，用于螺钉涂层弊端较多，如骨与螺钉界面关系不强，易导致螺钉松动. 在二氧化钛表面通过电化学腐蚀、离子电子氧化等方法获得纳米结构，可以增强二氧化钛的生物相容性及潜在的载药能力[17]. 近期Ercan等[18]在体外实验中表明了二氧化钛纳米管优越的抑菌性能，且直径为80 nm的纳米管抑菌作用最为明显. 目前陆续有报导将二氧化钛纳米管作为载体用于抑制细菌粘附，如银离子[8]；一氧化二银[7]；万古霉素[17]等.

铜离子具有广谱杀菌作用，但高浓度的铜离子会影响RNA的转录及细胞膜的稳定性[19]. 铜合金杀菌作用为浓度依赖性，合金含铜量越高，杀菌作用越强，但同时对机体的毒性也越大. Shirai等[19]通过动物实验表明，1%铜含量的钛铜合金能显著抑制生物膜的形成，且并不增加血液中铜离子的浓度，对机体无毒害作用. 即便如此，目前铜合金的杀菌效果有限，不能完全替代常规临床治疗，仍需联用抗生素及局部消毒剂. 进一步的研究应致力于探索何种材料与铜的合金可以减少铜的细胞毒性.

2.2.2.3通过增强螺钉骨整合减少螺钉松动的几率来间接预防钉道感染此类材料必须具备良好的生物相容性，能够促进成骨细胞的分化及细胞向螺钉表面的粘附. 这些材料以羟基磷灰石和壳聚糖为代表. 生物材料的纳米结构表面可以显著地增强材料的生物相容性，促进哺乳动物细胞的粘附，纳米技术的应用也将此类涂层扩展到一些金属材料，如纳米二氧化钛微管等，纳米银涂层等[14].

羟基磷灰石及壳聚糖以其优越的骨传导性现已广泛应用于骨科手术中. 在钉道周围这些涂层可作为骨增殖的支架，从而可以增强螺钉-骨界面强度，进一步减少螺钉的松动[20-21]. 此外，此类涂层还能诱导软组织细胞的向该涂层的粘附，这有利于减少螺钉植入所带来的无菌炎症[21]. Pieske等[22]对比了两组不稳定腕骨骨折外固定的患者，结果表明羟基磷灰石涂层的固定针固定强度更高，螺钉松动发生的几率较低. 羟基磷灰石能够增强螺钉-骨的界面强度，从而减少螺钉松动的几率，但并不能减少螺钉周围细菌的定植[23]. 将壳聚糖和羟基磷灰石结合可做成抗生素缓释材料[24].

2.2.2.4复合生长因子以干凝胶薄膜、磷灰石等涂层负载一些因子来增强机体自身局部的抗菌能力是目前抗菌治疗的新设计. 相对于抗生素，这些物质常半衰期较短，不存在细菌耐药的问题，且对机体无害. 它们通过增强螺钉骨整合能力来减少螺钉的松动间接的预防钉道感染；或通过增强局部体液免疫的强度来抑制细菌对螺钉的粘附来预防钉道感染. 一氧化氮(NO)及纤维母细胞生长因子2(FGF-2)较常用. NO作为吞噬细胞合成过氧亚硝基的原料，过氧亚硝基又可进一步生成超氧化物抑制细菌的粘附生物膜的生成. 且NO在成骨作用中起到重要的调控机制. Holt等[25]通过在小鼠脊柱上植入NO涂层的螺钉表明，该涂层可显著地抑制细菌的增殖和预防细菌生物膜的形成. 近年来有学者将FGF-2复合在钉道涂层表面，这样既可以增加螺钉-骨的界面强度，又可以促进螺钉周围软组织成纤维细胞的增殖及血管化，减少炎性反应，从而打破钉道感染-螺钉松动的恶性循环[26]. 但目前复合生长因子的螺钉多采用浸入法获得，生长因子的释放时间有限，且释放速率难以控制. Mutsuzaki等[21]通过动物实验发现，生长因子的释放在外固定架植入4周以内效果良好，4周后生长因子释放殆尽螺钉松动发生率显著增加，仍需合用局部消毒及全身应用抗生素. NO涂层存在同样的问题. 进一步的研究需要着力于如何控制此类物质的释放速率来控制远期钉道感染的发生率. 此外，这类技术较新，尚缺乏大量的体外及动物实验研究.

2.3术后几种消毒剂对钉道感染的预防术后钉道处皮肤的常用消毒剂有生理盐水、双氧水、75%的酒精、洗必泰、碘伏等. 以何种方式清洗钉道周围皮肤尚无定论. 2010年英国皇家护理学院社会矫形和创伤护理中心推荐的方案为每周一次以洗必泰清洗钉道周围皮肤[27]. 目前唯一的一个随机对照试验结果认为额外的钉道周围皮肤护理对降低钉道感染无意义[28].

75%乙醇为临床上使用最广的消毒剂，可有效杀灭细菌和真菌，但乙醇有易挥发特性，不能保持其有效浓度；乙醇滴入针眼，可使针孔皮肤及皮下组织脱水变性，长期使用导致针孔皮肤脱水收缩，出现针孔增大，乙醇在外固定架植入初期的钉道护理应用较少.

0.5%碘伏是碘与作为载体的表面活性剂的络合物,是预防和控制针孔感染较理想的消毒剂. 用碘伏纱条湿敷创面，不但能杀菌、消肿，而且有收敛作用，使组织渗出减少，促使肉芽生长. 但是碘伏稀释溶液不稳定，需要在使用前配置，另外其对金属有腐蚀作用.

洗必泰具有广谱抑菌、杀菌作用，其带正电荷,与带负电荷的微生物细胞表面反应,从而破坏细菌细胞膜的完整性[29]，对革兰阳性菌和阴性菌均有抗菌作用. 洗必泰溶液是用于钉道护理的有效药物，Cam等[30]在对133位骨折外固定术后患者进行研究后认为洗必泰溶液的抗菌效果优于碘伏，可降低感染风险，且患者的舒适度较高.

近年来，聚已亚甲基盐酸(PHMB)也运用于临床预防钉道感染，它是一种被公认为21世纪最安全高效的广谱抗菌剂，抑菌浓度低，广谱低毒，作用速度快，泡沫量低，并且能形成一层阳离子薄膜持续长时间抑菌，目前广泛用于医疗器械的消毒. Lee等[31]在一项随机对照试验后认为，含PHMB的纱布可明显减少钉道感染的发生率.

3结语

综上所述，钉道感染是外固定治疗骨折的最为多见，也是不可避免的并发症. 洗必泰为目前首选的钉道消毒剂. 全身应用抗生素均有弊端. 为解决这些难题，近年来各式各样的涂层技术层出不穷，也各具优势. 现在钛合金及其氧化物涂层、磷灰石涂层及银合金涂层仍是主要的研究热点. 目前应用何种涂层的螺钉能较好降低钉道感染的发生率尚没有一致的看法. 将各种因子复合于涂层中也为预防钉道感染提出了新的方法，有较好的应用前景. 新的螺钉涂层的研发除了保证抗菌特性以外，涂层的骨传导性及无毒性也是不可忽略的问题. 研制纳米材料及抗生素和生长因子的缓释材料，降低合金材料的毒性，是未来外固定支架涂层技术发展的主要趋势.

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【中图分类号】R181.3+2

【文献标识码】A

作者简介：刘少扬 . 硕士. E-mail:shaoyang7817@126.com

收稿日期：2015-11-28；接受日期：2015-12-15

文章编号：2095-6894(2016)01-61-04