两种关节型间隔物在全膝关节置换术后假体周围感染二期翻修中的应用价值

费智轩，张子安，项帅，李海燕，王英振，张海宁

全膝关节置换术（total knee arthroplasty,TKA）后假体周围感染（periprosthetic joint infection,PJI）是此类手术最严重的并发症之一[1]。目前治疗PJI的方案主要分为冲洗和清创术、一期翻修术和二期翻修术3种方式。一期翻修是指在一期手术时彻底清创并完成新假体的植入，二期翻修则是在一期旷置手术时彻底清创并放入间隔物（spacer），待感染控制后进行二期手术将间隔物取出，同期进行膝关节假体翻修。与一期翻修相比，二期翻修需要进行多次手术，延长住院时间的同时增加了医源性损伤的风险。尽管如此，二期翻修可获得更好的感染控制，且安全性高于一期翻修[2,3]，有报道称，采用二期翻修治疗PJI的成功率超过80%[4,5]。

采用二期翻修治疗PJI虽可获得较满意的效果，但二期翻修中间隔物的种类选择和制作方法仍然有较大争议。目前在临床中使用的间隔物类型较多，总体分为固定型间隔物（static spacer）和关节型间隔物（articulating spacer）两类。固定型间隔物能有效控制感染[6]，同时起到制动关节、缓解疼痛、促进软组织愈合的作用。然而长期制动会使膝关节软组织挛缩及纤维化，继发导致关节活动功能障碍，使再次手术时显露困难，并对术后功能产生影响。有报道称固定型间隔物与骨骼接触面的应力会加速骨溶解[4]，造成手术间隔期的骨量丢失，增加间隔物移位的风险[7]。关节型间隔物可在旷置术后至翻修术前的间隔期为膝关节保留一定功能，减少股四头肌的挛缩、纤维化，以及胫骨、股骨的骨量丢失[6]，并在翻修手术后使患者获得更好的膝关节活动度[8]。现有大量文献报道某一种间隔物的治疗效果，但鲜有文献对两种间隔物的治疗效果进行对比研究。本研究通过回顾性对比两种关节型间隔物在TKA后PJI旷置手术前、翻修手术前及随访时的各项指标及患者满意度，探讨两种关节型间隔物的治疗效果，为临床应用提供参考。

1 资料与方法

1.1 一般资料

2006年3月至2019年5月，因TKA后PJI计划接受二期翻修手术患者39例。由术者根据经验和个人习惯选择旷置手术时植入间隔物的种类，根据间隔物种类将患者分为全骨水泥组和消毒回填组，其中全骨水泥组患者17例，消毒回填组患者22例。纳入标准：因TKA术后PJI于我中心接受二期翻修手术治疗的患者，并接受末次随访。排除标准：①在外院接受单次手术的患者；②因死亡或其他原因失访无法获取随访数据的患者。

经上述入选和排除标准筛查，纳入全骨水泥组和消毒回填组患者各15例，每组男6例，女9例，接受旷置手术时年龄分别为（69.7±9.5）岁、（68.0±7.4）岁，从翻修术后至随访时的时间分别为（71.5±25.3）个月、（68.3±31.1）个月，患者基础疾病情况见表1。

表1 全骨水泥组和消毒回填组一般资料比较

本研究获得青岛大学附属医院伦理委员会批准。患者均签署知情同意书。

1.2 感染的诊断标准

本研究使用的感染诊断标准[9]：关节周围出现与假体相通的窦道；采集关节内组织超过两组培养出细菌；或有一组细菌培养阳性结合①C 反应蛋白（Creactive protein,CRP）及红细胞沉降率（erythrocyte sedimentation rate,ESR）升高；②关节液白细胞升高（white blood cell count,WBC）及中性粒细胞比例增加；③关节内大量脓液形成。患者感染控制的诊断指标为周围软组织愈合良好，无疼痛、发热等症状，连续3次实验室检查WBC、ESR及CRP均正常。

1.3 手术方法及间隔物制作

一期旷置手术沿原手术切口显露膝关节，切开后留取关节液30 ml，分别于膝关节内侧、外侧及髌上囊处随机取软组织共6组，留作细菌培养及病理检查的样本，取出股骨、胫骨假体和垫片（图1）。

图1 旷置术中取出的原假体

消毒回填组：将股骨假体及聚乙烯垫片彻底清理干净后，使用1%碘伏浸泡10 min，放入无菌包装内进行高温、高压灭菌消毒（132℃，220 kPa）。彻底清除关节内的异常滑膜及坏死组织，去除残余骨水泥，使用200 ml 2%过氧化氢，300 ml 1%碘伏，以及1000 ml生理盐水反复冲洗3次。根据术前细菌药敏结果，选择敏感抗生素（万古霉素1 g 或美罗培南1 g 或两性霉素B 200 mg）与40 g骨水泥充分混合，将骨水泥在面团期涂抹在消毒后的股骨假体背面及胫骨平台骨面，胫骨髓腔内保留1 cm 骨水泥柱。等待骨水泥即将发热时，将消毒后的垫片和股骨假体置于股骨及胫骨骨面。骨缺损由抗生素骨水泥进行填充。在骨水泥凝固后再次用2%过氧化氢，1%碘伏及生理盐水冲洗关节腔及皮下组织，放置引流管，逐层缝合切口。

全骨水泥组：清创及假体取出过程与消毒回填组相同，选择敏感抗生素（万古霉素1 g 或美罗培南1 g或两性霉素B 200 mg）与40 g骨水泥充分混合，将骨水泥在面团期手工捏制成股骨假体、胫骨假体的形状。在骨水泥即将发热时，将捏制的间隔物放置到膝关节内，其他操作与消毒回填组一致。

本研究中间隔物的选择主要根据术者的个人偏好与习惯，与患者膝关节骨缺损程度无明显相关性，两种间隔物选择亦不存在绝对禁忌证。

1.4 术后处理

患者在术后即可进行踝泵、直腿抬高等康复动作的练习，根据患者膝关节引流量，在术后第1 天或第2天拔除引流管，拔管后患者进行可耐受的最大活动度的被动屈曲训练。患者在拔管后可在助行器的辅助下下地活动，活动量以不增加患肢疼痛为宜，下地活动后对膝关节局部进行冰敷，以减轻局部炎症反应和疼痛。患者旷置术后至翻修术前允许进行最大程度的膝关节活动，可部分负重，总负重不超过体重的80%。

术后根据细菌培养结果及药物敏感实验静脉应用抗生素6 周。患者在二期翻修手术前需先停止使用抗生素2 周，停药期间监测WBC、中性粒细胞计数、ESR 和CRP 维持在正常水平，连续3 次检测均正常后可进行二期翻修手术。

1.5 评价指标

为对比两种间隔物对PJI患者的治疗效果，本研究收集了患者在旷置手术前入院时、翻修术前入院时的血液生化指标和膝关节活动度，旷置术中、翻修术中细菌培养结果和手术时间，术后2 d 内失血量，翻修术中垫块及高限制型假体使用率，随访时膝关节活动度、屈曲挛缩程度，患者美国膝关节协会评分（Knee Society Score,KSS）、膝关节功能评分（Knee Society Functional Score,KSFS）、满意度等指标，综合分析患者整个治疗过程的感染控制情况及膝关节功能恢复情况。膝关节活动度测量方法：测量工具为量角器，患者取仰卧位，将量角器固定臂与患者股骨中线平行，移动臂与胫骨中线平行，轴心位于膝关节中心外侧进行测量。术后2 d内失血量计算方法为：失血量=［（术前红细胞比容-术后第2 天红细胞比容）/术前红细胞比容］×体重×7%×1000+术中输血量。本研究中的数据统计及评分由同一人员完成。

1.6 统计学方法

正态分布的数据以均数±标准差表示，非正态分布数据以M（QL，QU）表示。满足正态分布的数据使用Student'st检验进行比较分析，不满足正态分布的数据采用Mann-WhitneyU检验进行分析，计数资料采用四格表的确切概率法进行分析，所有数据分析均在GraphPad Prism 8 软件下进行，以P＜0.05 为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 旷置术中细菌培养情况

全骨水泥组旷置术中细菌培养结果为葡萄球菌类9例（60.0%）、链球菌类1例（6.7%）、非结核分枝杆菌1 例（6.7%）、鲍曼不动杆菌1 例（6.7%）、假白喉棒状杆菌1 例（6.7%），病原学培养阴性结果2 例（13.3%）。

消毒回填组旷置术中细菌培养结果为葡萄球菌类9例（60.0%）、铜绿假单胞菌1例（6.7%）、链球菌类1例（6.7%），病原学培养阴性结果4例（26.7%）。

2.2 一期旷置手术情况

全骨水泥组和消毒回填组患者在接受一期旷置术前的膝关节活动度、术后2 d内失血量差异均无统计学意义。全骨水泥组患者一期旷置手术时间短于消毒回填组（P＜0.01，表2）。

表2 全骨水泥组和消毒回填组一期旷置手术情况（）

表2 全骨水泥组和消毒回填组一期旷置手术情况（）

注：*表示数据形式为M［QL，QU］

2.3 二期翻修手术情况

接受二期翻修手术时，消毒回填组患者膝关节活动度优于全骨水泥组（P＜0.01）；消毒回填组两次手术间隔时间长于全骨水泥组（P=0.04）。消毒回填组有1例患者术中细菌培养为阳性，病原微生物为溶血性葡萄球菌，与初次感染的病原微生物一致，这例患者因感染未控制再次接受清创手术，治疗后痊愈；全骨水泥组有1例患者术中细菌培养为阳性，病原微生物为白念珠菌，与初次感染的病原微生物（非结核分枝杆菌）不一致，这例患者在翻修术后接受敏感抗生素治疗后痊愈；翻修手术中，两组患者的手术时间、骨水泥用量、手术后2 d 内失血量差异均无统计学意义。消毒回填组使用垫块患者为4例，垫块使用率为26.7%；全骨水泥组使用垫块患者为10 例，还有1 例患者因骨量丢失严重，使用铰链膝假体进行翻修，垫块及高限制型假体使用率为73.3%，差异有统计学意义（P=0.03，表3）。

表3 全骨水泥组和消毒回填组二期翻修手术情况

2.4 随访情况

所有患者接受翻修手术后3个月、6个月、1年接受随访，并在2021 年4 月接受末次随访。末次随访时，两组患者膝关节活动度（P=0.29）、屈曲挛缩（P=0.87）差异均无统计学意义。两组KSS 评分（P=0.16）、KSFS 评分（P=0.13）、满意度（P=0.81）差异均无统计学意义。全骨水泥组自二期翻修术后均未接受再次手术；消毒回填组有1例患者在翻修术后接受清创术，其余患者未接受再次手术（表4）。

表4 全骨水泥组和消毒回填组患者的末次随访数据

典型病例见图2。

图2 患者，男，65岁，因左侧全膝关节置换术后感染乙型溶血性链球菌接受二期翻修手术，旷置手术时使用消毒回填型间隔物治疗，翻修术后感染控制良好，膝关节活动度满意

3 讨论

本研究通过对全骨水泥组和消毒回填组患者在旷置术前、翻修术前、随访时的各项指标及随访时的情况进行分析，发现消毒回填组在旷置手术至翻修手术间隔期拥有更良好的膝关节活动度，在二期翻修手术中出现骨缺损的病例更少，垫块及高限制型假体的使用率更低，并且两组患者在感染控制率和随访时KSS 评分、KSFS 评分、满意度方面差异无统计学意义。两组病例的具体情况对比分析如下。

3.1 细菌培养结果

本研究对一期旷置手术时膝关节样本进行细菌培养，培养结果无明显差异，两组病例中均有9 例（60.0%）感染的病原菌为葡萄球菌属，与以往研究结果相似[10]，因此菌群类型这一干扰因素对感染控制率的影响基本可以排除。表皮葡萄球菌是人体皮肤的常见定植菌，有报道[11]称，在压力条件下，在关节假体中，表皮葡萄球菌可能会保持稳定的生长，造成感染的原因可能与TKA术后切口表面污染和患者抵抗力较低有关。患者接受抗生素治疗会对细菌培养结果产生重要影响，Hindle等[12]报道在进行细菌培养前使用抗生素会使其准确度从79%降至28%。部分患者在旷置手术中细菌培养为阴性，可能与术前抗生素应用或标本取样等因素有关[13]。

3.2 两种间隔物的效果比较

一期旷置手术时，两组患者的膝关节活动度和术后2 d 内失血量差异无统计学意义。全骨水泥组手术中不需要等待假体高温高压消毒，手术时间明显少于消毒回填组。消毒回填组患者接受两组手术的间隔时间长于全骨水泥组，膝关节活动度优于全骨水泥组，目前虽没有报道提出关于最佳手术间隔期的时间界定[14]，但更好的膝关节活动度可能使患者将翻修手术时间延后。二期翻修手术时，垫片及高限制型假体使用率也少于全骨水泥组。消毒回填组使用初次置换的股骨假体和垫片与膝关节匹配度良好，允许膝关节进行更大幅度的活动，可以减少膝关节周围软组织挛缩，使患者两次手术间隔期生活质量提升；全骨水泥型间隔物与膝关节匹配度不高，活动时可能与膝关节产生摩擦及撞击，加速骨溶解进程，造成骨缺损严重，在二期翻修手术中增加了垫块使用率。在骨水泥使用量、手术时间、感染控制率和手术后2 d 内失血量方面，两组差异无统计学意义。随访时，两组患者的膝关节活动度、屈曲挛缩、KSS评分、KSFS评分和满意度差异均无统计学意义。消毒回填组在翻修术后有1例（6.7%）接受再手术，全骨水泥组无患者接受再手术，二者差异无统计学意义。以上数据说明两组患者在随访时膝关节功能存在差异的可能性不大。

本研究发现，在旷置手术中使用经过高温高压消毒的股骨假体及垫片作为间隔物，能够在旷置手术至翻修手术间期较好地保留膝关节活动度，提高患者生活质量，同时能够减少膝关节周围软组织挛缩，使翻修手术时膝关节更容易显露；膝关节骨量丢失的减少，也使垫片及高限制型假体使用率下降，能够减轻患者的经济负担。

但原假体消毒回填型间隔物的使用同样存在争议，目前提出最多的质疑为高压灭菌消毒后的假体是否存在细菌形成的生物膜，从而导致细菌难以清除、感染控制失败。Hofmann等[15]首先报道了26例使用原假体消毒回填型间隔物的患者在平均30个月的随访中未发生再次感染。Choi 等[16]发现接受消毒回填型间隔物治疗的患者与接受其他类型间隔物治疗的患者在感染控制率及术后功能评分方面差异无统计学意义。Anderson 等[17]在旷置手术中使用消毒回填的股骨假体和新的垫片，获得了良好感染控制率。本研究将初次使用垫片同股骨假体一同进行高温高压灭菌后植入关节内，在感染控制率、手术间期满意度及随访时功能评分等方面与之前报道近似[18]。

术后并发症也是关节型间隔物需要关注的问题之一。如果感染导致膝关节出现大量骨吸收，或假体取出过程中造成骨量丢失严重，可能出现间隔物无法稳定固定于关节表面的情况，增加脱位或间隔物断裂的风险；本研究中仅使用重新消毒的股骨假体及垫片进行回填，有可能因为填充物厚度不足导致关节反张和关节不稳定使患者出现术后疼痛、关节功能丧失等并发症。Bernard等[19]报道关节型间隔物并发症发生率达57%，主要包括假体倾斜及内外侧移位等。有报道称如果关节型间隔物出现半脱位将导致二期翻修手术时限制型假体的使用率升高[20]。有报道证实手术间期出现间隔物相关并发症将明显影响到患者手术间隔期的关节功能[21]。本研究中，尚未发现有病例在两次手术间期出现假体倾斜或内外侧移位的情况。

为进一步减少间隔物并发症的出现，间隔物的种类选择十分关键。笔者认为原假体消毒回填型间隔物主要适用于在旷置术前膝关节存在屈曲挛缩，在两次手术间隔期对膝关节活动有一定要求的患者；造成感染的细菌毒力较低，皮肤未形成与外界相通的窦道的患者；无内外侧副韧带损伤导致的冠状面不稳定的患者。

与原假体消毒回填型间隔物相比，全骨水泥型间隔物消除了因原假体消毒不彻底导致再感染的风险。术者可以根据假体取出及清创后关节间隙的大小进行间隔物的制作，使关节间隙得到充分填充，保证关节内的稳定，因此全骨水泥型间隔物适用范围较原假体消毒回填型间隔物更广泛。主要适用于旷置术前存在关节内不稳定，在两次手术间期对活动度要求较低的患者；细菌毒力较大、感染控制困难、软组织条件不佳的患者。

目前关节型间隔物的选择指征并无统一定论，术者的个人偏好和经验在间隔物选择中起重要作用。

3.3 本研究局限性

本研究存在一定的局限性。本研究为回顾性研究，存在证据等级不高且容易出现选择偏倚的问题。尽管在本研究中感染不同菌株的患者在功能改善和感染控制率方面差异无统计学意义，但并无病原学依据证明在不同菌群中使用同样治疗方法具有同样的有效性，也没有关于手术间隔期的病原学研究作为支撑。另外，虽然本研究中消毒回填型间隔物在感染控制率方面与其他研究类似，但感染控制与诸多因素相关，如清创、抗生素的使用等，本研究无法说明感染控制与间隔物使用这一单一因素相关。由于患者个体差异，术者根据患者病情为患者进行个体化的治疗也可能导致结果出现偏倚。消毒回填型间隔物的使用还需要大宗病例的前瞻性对比研究来进一步证实。

4 结论

TKA术后PJI的治疗中，全骨水泥型间隔物和原假体消毒回填型间隔物在感染控制率、随访时膝关节活动度、功能评分和满意度方面没有明显差异。原假体消毒回填型间隔物能够较好地保留患者在旷置手术到翻修手术之间的膝关节活动度，减少膝关节周围软组织挛缩和肌肉萎缩，降低翻修手术时暴露难度。更重要的是，原假体消毒回填型间隔物与膝关节匹配良好，能够减少膝关节活动时的摩擦和撞击，减少骨量丢失，有效减少垫块及高限制型假体的使用率。原假体消毒回填型间隔物在治疗PJI 过程中能够在最大程度地保留手术间隔期膝关节功能，是一种值得优先考虑的关节型间隔物选择。

【利益冲突】所有作者均声明不存在利益冲突