血清炎症指标在髋关节置换术后慢性假体周围感染中的诊断作用

王 海，宋 燕，秦磊磊，王明贵，刘晓冬，饶锐强，尚 松，冉广文 (.重庆市涪陵中心医院骨一科，重庆 408099；.重庆市涪陵中心医院儿科，重庆 408099；.重庆医科大学附属第一医院骨科，重庆 40006)

人工关节置换术是终末期关节疾病的有效治疗方式，对纠正关节畸形，恢复关节功能，缓解患者疼痛和提高其生活质量有着良好的临床效果。慢性假体周围感染(periprosthetic joint infection,PJI)是人工关节置换术后严重的并发症之一，尽管已经有很多手段预防关节置换术后PJI的发生，但依旧存在大量与PJI发生相关的关节置换术后翻修等问题。PJI的发生已经成为导致髋关节置换(total hip arthroplasty,THA)术后翻修的第三大原因[1-3]。

由慢性PJI和其他原因造成的关节翻修治疗方案完全不同，因此对于PJI的准确诊断一直是临床医师关注的焦点。但目前对于THA术后慢性PJI的诊断标准仍存在诸多争议，并且由于其早期诊断困难，常导致重复感染、骨质严重缺损、关节功能障碍甚至截肢等，增加了治疗费用，给患者和社会造成了极大的负担[4-5]。因此，及时诊断THA术后慢性PJI并及时干预具有重要意义。已有报道多种分子标志物可以用来诊断PJI，如C-反应蛋白(C-reactive protein，CRP)、红细胞沉降率(erythrocyte sedimentation rate，ESR)、白细胞介素6(interleukin 6，IL-6)、降钙素原(procalcitonin，PCT)、关节液α防御素以及D-二聚体等[6-7]。其中D-二聚体是纤溶酶作用于交联纤维蛋白过程中产生的降解产物，其水平升高可反映受体内凝血系统以及纤溶系统的激活，提示患者体内有纤溶或血栓形成的可能[8]。Alijanipour等[9]通过对84例急性PJI及176例慢性PJI患者的回顾性研究发现，诊断慢性PJI的ESR和CRP水平高于常规诊断阈值，但炎症标志物诊断急慢性PJI的最佳阈值不同。本研究通过检测因THA术后慢性PJI或假体松动而接受关节翻修手术患者的CRP、ESR及D-二聚体水平，探讨其在THA术后慢性PJI诊断中的临床意义和价值。

1 资料与方法

1.1 临床资料

回顾性分析2015年9月至2019年9月重庆市涪陵中心医院收治的47例髋关节翻修手术患者的临床资料，其翻修原因包括THA术后慢性PJI和无菌性松动。本研究对于PJI的诊断采用2013年美国肌肉与骨骼感染协会(Musculoskeletal Infection Society，MSIS)诊断标准[10]，将纳入患者分为慢性PJI组(18例)和无菌性松动组(29例)。其中满足1项主要标准或3项次要标准即可诊断为PJI(表1)，假体置入后出现疼痛等感染症状超过6周则诊断为慢性PJI[11]。排除标准：①未能在术前完成D-二聚体检测；②合并凝血功能障碍疾病或既往存在血液高凝病史；③术前存在任何类型的皮肤溃疡、血肿、青紫瘀斑、近期外伤、人工关节脱位史(<2周)以及人工心脏瓣膜手术史；④前次手术为假体取出关节旷置术，此次因去除骨水泥间隔器行翻修手术；⑤术前筛查存在下肢或肺部血栓；⑥THA术后急性PJI(症状出现<6周)；⑦排除其他炎症性疾病如类风湿关节炎、痛风性关节炎等。2组患者年龄、性别、BMI等比较，差异均无统计学意义(P<0.05)，见表2。

表1 MSIS的PJI诊断标准及相关指标阈值

表2 2组患者基本资料

1.2 方法

本研究收集了因髋关节假体松动以及慢性PJI而进行翻修手术患者的资料和实验室检查结果，包括患者年龄，性别，BMI，入院时CRP、ESR以及D-二聚体水平。此外，所有患者常规行关节液细胞分类计数及病原微生物培养，术中至少取3处假体周围组织行组织病理学检测及病原微生物培养。所有标本微生物培养包括需氧培养、厌氧培养、真菌培养及延长培养，术前均进行了下肢深静脉血栓的筛查。

标本来源与采集：所有血液标本均于患者入院后次日清晨空腹抽取，置入真空静脉采血管，留取血清待检测或置于-20 ℃冰箱保存。ESR测定采用红细胞聚集计算的方法，CRP及D-二聚体测定采用免疫比浊法。所有操作严格按照试剂盒说明进行。

1.3 统计学分析

所有数据均采用Microsoft Excel建立和整理数据库，使用SPSS 22.0软件进行数据分析。符合正态分布的计量资料采用独立样本t检验；不符合正态分布的计量资料，2组间的差异性比较采用独立样本非参数秩和检验。对于性别、手术部位等计数资料的比较采用χ2检验。根据受试者工作特征曲线(receiver operating characteristic curve，ROC)测量各项指标的诊断价值，采用约登指数计算截断值，使用MedCalc 13.2.2软件(MedCalc Software bv,Ostend,Belgium)计算各指标敏感性、特异性和曲线下面积(area under curve,AUC)，并比较CRP、ESR及D-二聚体联合诊断结果。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 THA术后各分子标志物分析比较

THA术后慢性PJI组患者ESR、CRP、D-二聚体的中位数水平高于无菌性松动组，差异具有统计学意义(P<0.05)，见表3。

表3 2组患者各分子标志物分析比较

2.2 ESR、CRP及D-二聚体的ROC及AUC

CRP、ESR及D-二聚体的AUC分别为0.718、0.717、0.911，CRP、ESR及D-二聚体在诊断慢性PJI中均具有较好的诊断价值(P<0.05)，见图1。通过约登指数计算截断值，CRP为3.37 mg/L、ESR为32 mm/h、D-二聚体为1 180 ng/mL(表4)。

图1 ESR、CRP及D-二聚体的ROC及AUC

表4 CRP、ESR及D-二聚体的ROC及AUC结果

2.3 ESR、CRP及D-二聚体联合诊断结果比较

联合各血清学检测指标，观察其在诊断慢性PJI中的应用价值，根据CRP、ESR及D-二聚体各自的ROC及AUC，选择CRP>3.37 mg/L、ESR>32 mm/h、D-二聚体>1 180 ng/L作为诊断THA术后慢性PJI的阈值，用以评价联合指标的应用价值。当CRP>3.37 mg/L、ESR>32 mm/h时，诊断慢性PJI的敏感性和特异性分别为15.20%和81.60%。当D-二聚体>1 180 ng/mL、ESR>32 mm/h时，诊断慢性PJI的敏感性和特异性分别为21.20%和87.20%。当D-二聚体>1 180 ng/mL、CRP>3.37 mg/L时，诊断慢性PJI的敏感性和特异性分别为90.90%和82.10%，诊断准确性可达到84.17%，明显高于其他3种组合。但是，当CRP>3.37 mg/L、ESR>32 mm/h、D-二聚体>1 180 ng/mL均满足时，在诊断的敏感性和准确性方面并没有表现出较高的价值(表5)。

表5 ESR、CRP及D-二聚体联合诊断结果比较

3 讨论

PJI是关节置换术后严重的并发症之一。PJI的诊断至今仍然是困扰骨科医生的主要问题。Virolainen等[12]认为至今没有任何一种实验室检查可以准确地诊断PJI。传统的实验室检查如白细胞计数、CRP、ESR已经广泛应用于PJI的诊断，但由于这些指标的敏感性及特异性较低，因此传统实验室检查往往并不可靠，仅能作为疾病的初筛。近年来，D-二聚体在骨科感染领域的研究越来越多，有报道认为血清D-二聚体可以作为PJI诊断的敏感指标，并认为D-二聚体水平的变化可以指导二期翻修的时机，且与患者的感染严重程度和预后具有一定的相关性[13-14]。THA术后慢性PJI常以慢性包膜感染的形式出现，患者全身反应较轻且传统实验室检查常无异常表现，与THA术后假体松动相似度更高[15-16]。既往研究尚未对急慢性PJI予以区分，考虑到慢性PJI患者局部及全身的炎症反应较轻，诊断难度更大。以此为背景，本研究对THA术后慢性PJI及假体松动患者进行对比分析，探究D-二聚体在THA术后慢性PJI诊断中的作用，并观察D-二聚体联合传统实验室检测指标能否提高THA术后慢性PJI诊断的准确性。

D-二聚体是纤溶酶水解交联纤维蛋白后生成的特异性降解产物，为纤维蛋白降解产物中的最小片段，是反映机体纤溶亢进与高凝状态的分子标志物[17]。不仅如此，D-二聚体在诊断感染以及评估患者预后方面也得到了广泛的应用，被认为是诊断感染性疾病的特异性分子标志物[18-21]。郑照炼等[21]研究发现D-二聚体预测感染的截断值为436 μg/L，其诊断敏感性、特异性和阳性似然比均高于CRP，并且D-二聚体作为一种更为简单经济的检测手段，在未来的临床应用中可以取代CRP、PCT等感染筛查指标。D-二聚体在骨科领域最初是用于全关节置换术后下肢深静脉血栓(DVT)或肺栓塞(PE)的筛查。近年来，有报道发现D-二聚体在关节置换术后早期短时间内急剧增加至基线值的双倍水平并在短期内降至基线水平，这种动态变化比ESR和CRP更迅速，通过联合ESR和CRP检测可以作为早期诊断PJI的有效手段[22]。Shahi等[14]通过对86例关节置换术后无菌性松动及57例PJI患者进行对比分析发现，D-二聚体在诊断PJI中优于ESR和CRP，其敏感性和特异性分别为89%和93%，而ESR和CRP的敏感性分别为73%和79%，特异性分别为78%和80%，其中850 ng/mL被认为是D-二聚体诊断PJI的最佳阈值，并且D-二聚体被认为有望成为评估PJI患者二期翻修最佳时机的有效指标。但该研究纳入患者未明确定义急性或慢性PJI，也未将髋膝关节予以区分。据Parvizi等[10]研究发现THA术后慢性PJI与急性PJI的ESR和CRP诊断阈值不同，需要进一步将二者区分诊断。本研究中，D-二聚体诊断THA术后慢性PJI的最佳阈值为1 180 ng/mL，与Shahi等[14]研究结果有所区别，但这一结果再次证实了Parvizi等[10]认为的THA术后急慢性PJI患者在炎症标志水平方面有所不同并且应予以区分的观点。

D-二聚体可以反映人体凝血障碍以及炎症反应。当器官、组织出现感染，血管内皮细胞受到损伤时，形成局部微血栓，D-二聚体水平会迅速升高，而后续炎症反应会使人体凝血功能下降，进一步扩大感染。因此，D-二聚体的升高可以表明患者感染程度增加[23]。D-二聚体水平变化是机体发生各种不良事件的标志，包括感染性休克、菌血症以及凝血功能紊乱等。Mikula等[24]发现在菌血症发生3.5 h以内，迅速升高的D-二聚体水平可以识别菌血症并评估患者预后及死亡发生风险。全身感染及机体各器官衰竭会引起D-二聚体水平升高，同时D-二聚体也可以作为这些疾病的早期诊断标志物[25]。在骨关节感染领域中，D-二聚体同样也表现出早期识别感染的优越性。Ribera等[26]的研究认为，骨关节感染同样也会引起纤溶系统的激活，导致微血栓的形成及D-二聚体等分子标志物的升高。

本研究评估患者ESR、CRP和D-二聚体作为THA术后慢性PJI诊断标志物的作用，慢性PJI组ESR、CRP和D-二聚体中位数水平高于无菌性松动组。CRP和ESR在诊断感染性疾病中具有良好的敏感性和特异性，也被广泛应用于PJI的诊断[27-28]。但在本研究中，CRP和ESR在诊断THA术后慢性PJI方面并未显示出优越的价值，这一结果与既往Della Valle等[29]及Pérez-Prieto等[30]的观点相一致，他们认为慢性PJI常由低毒力的感染引起，这种慢性低毒力的感染并不会引起全身剧烈的炎症反应，ESR及CRP在鉴别此类感染中的作用有限。本研究基于MSIS诊断标准中相关的诊断分子标志物，分析比较了ESR、CRP以及D-二聚体3种常用分子标志物在慢性PJI诊断中的作用，发现D-二聚体在THA术后无菌性松动与慢性PJI中具有显著差异，并且当D-二聚体>1 180 ng/L时，诊断慢性PJI的敏感性及特异性分别为96.97%、69.23%，在3种标志物中敏感性最高。

不仅如此，本研究结果提示联合指标较单一指标更能显著提高慢性PJI诊断的准确性。当满足CRP>3.37 mg/L和D-二聚体>1 180ng/L时，对慢性PJI的诊断准确率可达到84.17%；但当联合3种指标时，即当满足ESR>32 mm/h、CRP>3.37 mg/L、D-二聚体>1 180 ng/L时，诊断慢性PJI的敏感性和特异性并没有显著提升，而当满足CRP>3.37mg/L、D-二聚体>1180 ng/L时在诊断的特异性方面有所改善。因此本研究建议将CRP与D-二聚体联合应用于THA术后慢性PJI的早期诊断。

本研究存在一些局限性：①纳入的患者数量相对较少，可能对研究结果产生偏移，需要多中心大样本数据进行分析；②慢性PJI的诊断至今尚无准确标准，本研究以2013年MSIS的PJI诊断标准作为主要诊断依据，因此被分配到无菌性松动组的部分患者可能也存在THA术后慢性PJI；③纳入患者在术中取组织活检时虽然根据外科医生的判断收集了炎症变化最明显的组织样本，但是所选择的区域有可能没有被感染，也被纳入作为对照，因而对研究结果可能产生影响。

综上，本研究认为D-二聚体是诊断THA术后慢性PJI的良好分子标志物之一，在区分THA术后无菌性松动与慢性PJI中，相对于传统炎症标志物，其敏感性和特异性较高，并且CRP联合D-二聚体可显著提高诊断的准确性和特异性。但目前关于D-二聚体在关节置换术后慢性PJI领域的应用相对较少，需要更多的证据来支持D-二聚体对慢性PJI的诊断以及其变化趋势对二期翻修时机选择的有效性。