分期关节置换术治疗感染性膝关节炎的疗效观察

邓涛 倪明 李想 徐驰 柴伟 牛二龙 周勇刚 郝立波 张国强 陈继营

感染性膝关节炎是一个发生率相对较低但致残及致死风险很高的疾病[1]。目前尚没有一致认可的理想治疗策略，其治疗仍面临巨大挑战[2]。传统治疗方法是在系统性抗生素治疗基础上行膝关节切开或关节镜下清理、冲洗、引流[3]。即使感染性关节炎的抗感染治疗足够及时且恰当，永久性关节破坏及持续感染的发生并不少见[4]。而对于感染控制失败的感染性关节炎，往往采取融合及截肢等挽救性治疗手段[5-6]。近年来，偶有报道把类似于二期翻修的方法用于治疗感染性膝关节炎，包括通过一期清创植入静态或关节型占位器控制感染，感染控制后二期行初次全膝关节置换 ( total knee arthroplasty，TKA ) 恢复膝关节功能的分期治疗方法[2,5,7-12]。

既往相关文献报道仅限于个案报道及小样本研究，且缺乏对占位器类型的比较。本研究通过相同的分期关节置换手术策略但采用不同于既往相关研究所用的占位器进行观察研究，以此进一步论证分期关节置换手术对感染性膝关节炎治疗的有效性，并探究分析不同类型占位器的疗效差异。

资料与方法

一、纳入标准与排除标准

1. 纳入标准：( 1 ) 诊断感染性膝关节炎；( 2 ) 予抗感染或其它手术方式治疗效果不佳；( 3 ) 膝关节疼痛症状明显，关节活动受限，术前膝关节 X 线片提示膝关节存在退行性改变；( 4 ) 术前评估可耐受手术且无精神疾病的患者；( 5 ) 充分理解二期手术的意义及相关风险并签署相关医疗文书。

2. 排除标准：( 1 ) 膝关节功能尚好，症状较轻；( 2 ) 合并其它部位感染 ( 肺部、泌尿系统、股骨、胫骨等 )；( 3 ) 未完成二期置换的病例。

二、一般资料

回顾性收集 2014 年 12 月至 2018 年 8 月在我院关节外科收治的感染性膝关节炎患者 26 例 ( 27 关 节 )。排除了 3 例未完成二期置换的患者，余 23 例 ( 24 关节 ) 中男 6 例 ( 7 关节 )，女 17 例 ( 17 关节 )，平均年龄为 61.6 岁 ( 45～75 岁 )。9 例 ( 9 关节 ) 采用含抗生素的胫骨平台占位器 ( A 组 )；14 例 ( 15 关节 ) 仅采用抗生素骨水泥珠链进行治疗 ( B 组 )。A 组中膝关节开放手术史 1 例，膝关节注射史 5 例，关节镜史 1 例，感染原因未知 2 例，培养阳性者 8 例 ( 3 例为真菌感染 )；B 组中外伤病史 3 例，膝关节注射史 5 例，关节镜史 3 例，感染原因未知 3 例，培养阳性者 6 例 ( 1 例为真菌感染，1 例为混合感染 )。所有患者平均随访时间为 27 个月。

三、感染性膝关节炎的诊断标准

结合病史，具有临床感染症状体征 ( 疼痛性积液、活动受限、皮温升高或存在与关节相同的窦道 )；升高的血清炎症标志物 [ C-反应性蛋白 ( C-reactive protein，CRP )＞10 mg / dL，红细胞沉降率 ( erythrocyte sedimentation rate，ESR )＞30 mm / h ]，多形核 ( polymorphonuclear leukocytes，PMN ) 细胞计数百分比＞90%；影像学提示关节间隙变窄、关节软骨破坏；手术时见关节腔内化脓性滑液、滑膜或组织；术中可疑感染组织冰冻切片 (＞5 个中性粒细胞 / 高倍镜视野 ) 关节液或组织培养阳性[11]。

四、治疗方法

1. 一期手术：采用常规 TKA 的正中切口及髌骨旁内侧入路。术中取 3～5 块不同部位的可疑感染组织行术中快速冰冻检查；所有患者术中冰冻结果均提示膝关节存在感染。术野可及范围内进行彻底的清创及反复双氧水、碘伏、生理盐水冲洗。术中根据关节软骨破坏程度及感染扩散范围来决定植入何种类型占位器，对于关节软骨破坏比较严重且感染扩散至后方关节囊的患者，更倾向于选择胫骨平台占位器。对于使用抗生素骨水泥胫骨平台占位器者，胫骨平台截骨 9 mm，充分暴露及清理后关节囊；彻底清创后再将由磨具临时制好的胫骨平台占位器固定在胫骨平台上 ( 图 1a )；而抗生素骨水泥珠链被放置在膝关节囊前上方及两侧 ( 图 1b )。无论是胫骨占位器还是抗生素骨水泥珠链，抗生素使用的策略都是相同的。对于未明确感染病原菌的病例，40 g 骨水泥中放置 4 g 万古霉素＋2 g 美罗培南；对于术前已知培养结果的患者，按照药敏试验结果加入合适剂量的抗生素或抗真菌药。手术完成后放置负压引流管。

术后患侧膝关节保持伸直位，引流量＜50 ml / 天 且清亮时拔出引流管。拔出引流后允许在膝关节支具保护下部分负重活动。术后常规使用 6 周静脉广谱抗生素 ( 当培养结果为阴性时 ) 或相应敏感抗生素；随后口服抗生素至少 6 周或至临床症状及体征消失且血沉及 CRP 恢复正常；当连续两次指标正常后可将占位器取出行膝关节假体置换手术。

2. 二期手术：二期膝关节置换手术仍采用原切口及原入径。暴露好关节后取 3～5 块不同部位软组织行快速术中冰冻检查，结果显示排除感染时按原计划行关节置换，取出占位器后充分冲洗清理关节腔，按初次置换膝关节手术的方式完成手术。由于放置胫骨平台占位器的病例在一期手术时已完成胫骨平台截骨，此步骤可在二期时省略。术后按 TKA 术后常规方式治疗及功能锻炼。

如果患者间隔期的临床证据或二期术中冰冻表明持续性膝关节感染，此时需要更换与之前相同的骨水泥占位器再次结合系统抗生素使用继续抗感染治疗。两组患者各有 1 例进行占位器更换。

五、数据收集

( 1 ) 回顾患者住院病历，获取相关病史及相关检验检查结果、记录既往膝关节有创操作及时间、效果、结局等；( 2 ) 记录在院病例中手术前后患者膝关节活动度 ( range of motion，ROM ) 及 HSS ( hospital for special surgery knee ) 评分；( 3 ) 关节置换术后患者随访，复查膝关节正侧位 X 线片，血常规、血沉、CRP，关节 ROM 及 HSS 评分。六、统计学处理

采用 SPSS 20.0 软件对数据进行统计学分析，为评价各占位器组内的分期手术治疗疗效，使用单因素方差分析 ( ANOVA ) 比较术前、间隔期及置换术后 ROM 及 HSS 评分差异，再在各组中使用 LSDt检验比较任意两个时期的功能及活动差异。为比较两组间疗效的差异，使用独立样本t检验对处于同时期的两组患者的功能及 ROM 进行比较。P＜0.05 为差异有统计学意义。

结 果

一、一般情况

共有 26 例 ( 27 关节 ) 完成占位器植入的一期手术，其中有 2 例植入抗生素骨水泥珠链的患者膝关节在感染控制后，对自身膝关节功能恢复满意，取出珠链后拒绝行二期手术 ( 图 2 )；另有 1 例抗生素骨水泥珠链植入患者感染得到控制后，因经济无法负担选择放弃二期膝关节置换手术；其余 23 例 ( 24 关节 ) 术前相关信息见表 1。

表 1 术前患者基本信息Tab.1 Pre-surgery basic information of all patients

两组各有 1 例因间隔期持续感染再次清创并更换占位器，感染控制后均完成二期膝关节置换手术 ( 图 3 )。到随访为止所有 23 例 ( 24 关节 ) 都没有出现感染复发。

二、术前的膝关节 HHS 评分与关节 ROM 比较

术前，A 组和 B 组患者平均 HSS 评分分别为 ( 36.9±12.9 ) 分 ( 14～61 分 ) 和 ( 30.5±11.0 ) 分 ( 8～46 分 )，差异无统计学意义 (P＝0.208，Levene’s 差齐性检验P＝0.994 ) ( 表 2 )；A 组与 B 组患者术前平均膝关节 ROM 分别为 ( 66.2±27.9 ) ° ( 20°～ 100° ) 和 ( 47.7±26.2 ) ° ( 20°～95° )，差异无统计学意义 (P＝0.116，Levene’s 差齐性检验P＝0.567 )。

图 1 a：胫骨平台占位器植入术中；b：抗生素骨水泥珠链植入术中Fig.1 a: Tibial plateau spacer implantation; b: Antibiotic cement beads implantation

三、间隔期的膝关节 HHS 评分与关节 ROM 比较

占位器间隔期，A 组患者平均 HSS 评分改善至 ( 58.9±11.4 ) 分 ( 41～73 分 ) (P＜0.001 )，B 组患者平均 HSS 评分也改善至 ( 45.5±14.0 ) 分 ( 23～73 分 ) (P＜0.0 0 1 )，与术前相比差异均有统计学意义 ( 表 3 )；但 A 组膝关节功能评分明显较 B 组高 (P＝0.025 )。

A 组患者平均 ROM 轻度下降为 ( 57.8±32.2 ) ° ( 20°～110° )，与术前比较下降幅度小，差异无统计学意义 (P＝0.509 )，B 组患者平均 ROM 改善至 ( 69.7±25.6 ) ° ( 10°～100° )，与术前比较差异有统计学意义 (P＜0.05 )；间隔期间 A 组与 B 组 ROM 差异无统计学意义 (P＝0.328 )。

四、二期术后的膝关节 HHS 评分与关节 ROM 比较

二期术后平均随访时间为 2 7.3 个月 ( 12～ 54 个月 )。末次随访时 A 组患者平均 HSS 评分显著改善至 ( 90.5±5.5 ) 分 ( 83～95 分 ) ( 与间隔期比较P＜0.001，与术前比较P＜0.001 )，平均 ROM 提高至 ( 109.4±18.1 ) ° ( 85°～130° ) ( 与间隔期比较P＝0.002，与术前比较P＜0.001 )；B 组患者平均 HSS 评分显著改善至 ( 80.9±13.5 ) 分 ( 63～95 分 ) ( 与间隔期比较P＜0.001，与术前比较P＜0.001 )，平均 ROM 提高至 ( 96±23.3 ) ° ( 65°～130° ) ( 与间隔期比较P＝0.006，与术前比较P＜0.001 )，所有二期术后数据较术前及间隔期均有提高且差异均有统计学意义。而二期关节置换术后，两组患者间 ROM (P＝0.153 ) 及 HSS 评分 (P＝0.054 ) 的差异均无统计学意义。

表 2 两组各期 ROM 及 HSS 评分比较Tab.2 Comparison of ROM and HSS scores at different stages between the two groups

图 2 1 例抗生素骨水泥珠链患者植入手术前后及取出后膝关节正位 X 线片 a：右膝关节感染膝关节正位 X 线片；b：抗生素骨水泥珠链植入术后膝关节正位 X 线片；c：抗生素骨水泥珠链取出术后膝关节正位 X 线片图 3 1 例胫骨平台占位器患者植入手术前后及二期置换术后膝关节正位 X 线片 a：左膝关节感染膝关节正位 X 线片；b：胫骨平台占位器植入后膝关节正位 X 线片；c：二期置换术后膝关节正位 X 线片Fig.2 AP X-ray fi lms of the right knee with antibiotic cement beads a: AP X-ray fi lm before operation; b: AP X-ray fi lm of antibiotic cement beads implantation; c: AP X-ray fi lm after beads removalFig.3 AP X-ray fi lms of the left knee with tibial plateau spacer a: AP X-ray fi lm before operation; b: AP X-ray fi lm of tibial plateau spacer implantation; c: AP X-ray fi lm after staged joint replacement

表 3 LSD - t 检验两两比较各组 ROM 及 HSS 评分不同时期的差异Tab.3 LSD - t results in the comparison of ROM and HSS scores at different stages between the two groups

讨 论

感染性膝关节炎的治疗与膝关节感染及膝关节假体周围感染不同。对于急性膝关节感染，目前往往采取关节镜手术治疗[1]；对于慢性关节感染或骨髓炎，膝关节切开清创更适用[5]；对于关节假体周围感染，普遍认可的治疗手段为二期翻修手 术[13-14]。但对于感染性膝关节炎，目前尚缺乏统一的治疗策略，且极具挑战[15]。针对这一难题，少量研究提出了类似二期翻修的分期关节置换策略。本研究与二期翻修的治疗理念相同，在一期通过彻底清创植入抗生素骨水泥占位器控制感染，感染控制后再通过二期 TKA 重建膝关节恢复膝关节功能。

尽管可供参考的研究有限，但已有研究均表明分期关节置换术能给感染性膝关节炎带来较满意的感染控制率及膝关节功能恢复，是感染性膝关节炎的可期待的治疗策略。Nazarian 等[5]报道了采用非关节型占位器以分期关节置换治疗慢性感染性膝关节炎的 14 个案例，成功率为 100%。Shaikh 等[10]报道了 15 例感染性膝关节炎均使用关节型占位器，其中 1 例失败予更换同型占位器，另有 2 例感染治愈后因对功能满意拒绝取出占位器行二期关节置换。Yi 等[12]报道了 17 例用关节型占位器治疗严重膝关节感染的案例，仅 1 例失败。不足的是，既往报道的分期手术均在一期手术时完成了大量的截骨工作，不利于骨量的保留；且占位器若长期留置体内存在松动或碎裂继而磨损骨量的风险。有研究表明间隔期过长会使得占位器表面生物膜形成而进一步导致持续感染或再感染[16]。因此，本研究提出用抗生素骨水泥珠链及胫骨平台占位器进行优化。

本研究中共纳入了 23 例 ( 24 关节 ) 行占位器植入，其中胫骨平台占位器组有 9 例 ( 9 关节 )，骨水泥珠链组 14 例 ( 15 关节 )，两组各有 1 例感染控制失败于间隔期更换同种类型占位器，在结合全身抗生素应用后，所有患者的感染均得到有效控制。相比于关节型占位器，胫骨平台占位器在保留更多骨量的同时达到彻底的清创。结果表明无论是用抗生素骨水泥珠链还是胫骨平台骨水泥垫片作为局部占位器，都能达到令人满意的膝关节感染控制，二期膝关节置换手术更是为那些存在关节破坏、关节功能严重受损的膝关节炎患者重获膝关节功能。但是对于感染性膝关节炎患者而言，直接进行关节置换形成假体周围感染的风险极高。分期膝关节置换手术的前提也必须要将膝关节感染控制，否则膝关节置换失败率会明显增加。理论上，胫骨平台占位器植入时，进行了胫骨平台截骨，使关节腔暴露更加充分，能对后关节囊进行更彻底的清创，这一点在单纯放置抗生素骨水泥珠链是无法达到的，限于样本量的原因，此次研究未发现两种清创方式在感染清除方面的差异。对于使用抗生素骨水泥珠链的患者，在感染控制后若膝关节功能恢复满意可以暂时不行膝关节置换，这对于已经截骨的胫骨平台占位器组患者不适用。

研究中尚存在一些局限性。首先，此回顾性研究包含病例数较少且分组并非随机，这受限于此类病发病率较低且尚无统一治疗方式。但笔者已经纳入所有我院的近 4 年符合用二期手术治疗的感染性膝关节患者，总病例量超过先前报道，且本次研究包含两种类型的占位器组可作亚组对比。其次，本次研究随访的时间长短不一，且个别患者未达到 2 年以上时间随访，长期疗效有待后续观察，但所有患者在置换术前临床表现、检查指标及术中冰冻都确认感染控制，术后随访至少 1 年时未见任何复发感染的迹象。

综上所述，采用分期关节置换方式治疗感染性膝关节炎，无论是选择抗生素骨水泥珠链还是胫骨平台占位器，均有能够有效地彻底控制感染；感染控制后行关节置换手术能够满意地恢复膝关节的功能。对于感染控制后不确定是否行关节置换的患者，更推荐使用抗生素骨水泥珠链。