关节假体周围感染诊断进展

陈宾 司文腾

全关节置换术（TJA）正在改善全球数百万人的生活[1]。随着我国人口老龄化的加剧，TJA 手术量迅速增加。虽然TJA 并发症在不断减少，但仍无法完全避免。其中，关节假体周围感染（PJI）是术后严重的并发症之一。PJI 一旦发生即意味人工关节在体内使用寿命基本终结，并意味重复手术和长期应用抗菌药，严重者甚至危及患者生命，往往给个人和社会带来沉重的经济和心理负担[2]。PJI 的发病率为0.3%～3.0%，分别占全膝关节置换术（TKA）和全髋关节置换术（THA）失败率的25%和16%，而在翻修术后PJI 发病率可达20%[3]。PJI 诊断是困扰临床医生的常见问题之一。本文通过对PJI 诊断方法进行综述，为临床提供新的研究参考。

1 PJI 的诊断标准及指南

国际上很多共识和指南一致认为，PJI 的早期诊断是提高临床疗效的关键措施，并将PJI 分为急性和慢性两种[4]，但PJI 的临床诊断标准尚不统一。2018 年关于PJI 的第二届人工关节感染国际共识会议（ICM）曾提出新的诊断标准[5]（表1、2），但该诊断标准也存在不足，如指标复杂导致应用繁琐和诊断过程费时费力，以及不满足诊断条件时也无法完全排除PJI。它的临床应用价值有待进一步研究和验证。

表1 2018 年PJI 诊断标准

表2 2018 年PJI 诊断标准中次要标准诊断阈值

2 髋及膝关节PJI 诊断

无论采取何种PJI 诊断方法，对于疑似PJI 的患者，都应结合体格检查、病史筛查、全身性炎症指标检测、局部性炎症指标检测、影像学检查等结果进行综合诊断。

2.1 体格检查

PJI 的临床表现包括局部和全身症状。感染穿透软组织导致局部窦道与假体直接相通是PJI 的特征性表现。局部表现有疼痛、肿胀、皮温和红斑，切口愈合和引流情况也值得关注。如果感染同时伴有菌血症、败血症或脓毒血症，就会出现全身症状。

2.2 病史筛查

与体格检查一样，病史筛查也是初步诊断PJI的关键依据。病史筛查主要目的是发现可能引起PJI 的危险因素，如肥胖、营养不良、糖尿病、其他部位存在活动性感染、既往关节腔注射治疗史、抽烟史、耐甲氧西林葡萄球菌（MRSA）定植等[6-7]。另外，TJA 时确定可能成为PJI 危险因素的事件同样重要，如手术时间延长、术区引流量大或切口愈合异常、切口有渗出等。

2.3 全身性炎症指标检测

在对疑似PJI 患者进行初步评估时，血液检测是一种有效的筛查工具，具有快速、便利、灵敏、廉价等优势，有助于PJI 早期诊断。

2.3.1 CRP 与ESR 检测

CRP 与ESR 均为常见的PJI 诊断标志物，但敏感度和特异度均较低[8]。因此，在低毒力感染中，CRP 或 ESR 检测结果均可能因假阴性率较高而不足以诊断或排除PJI[9-10]，故只能作为疑似PJI 病例的初始筛查工具。

正是因为这个原因，外圆内方的全新一代路虎发现在刚刚推出的时候于设计方面迎来了很大的争议。其实观点的争议并不可怕，无数经典的例子告诉我们，认知的不同的确能够成就情节跌宕的故事并塑造出一个个独立且鲜活的个体。这辆路虎发现显然能够用设计中的“圆”拥抱和以往不同的支持者，并用性格里的“方”再次启发人们心中对经典的认知。

2.3.2 白细胞介素-6 与降钙素原

血清白细胞介素（IL）-6 与降钙素原（PCT）检测是较CRP 与ESR 检测更新的检测方法。由于IL-6 位于急性期炎症级联反应的上游[11]，因此可作为术后早期潜在感染的检测指标[4]。PCT 可因响应促炎刺激（尤其是细菌）而升高，故在系统性感染诊断方面特异度更高。但由于PJI 大多是局部低毒力感染，其PCT 刺激量级和阈值仍需确切临床证据予以确定。

2.3.3 外周血白细胞计数与血小板检测

虽然外周血白细胞计数结果很容易获得，但白细胞计数在PJI诊断方面敏感度和特异度均较低，因此不推荐作为PJI 筛查工具。血小板可受细菌活化，与中性粒细胞一起参与清除细菌。通过对血小板进行评估可以发现，血小板计数（PC）、PC/平均血小板体积（MPV）均可作为诊断PJI 工具[12]。

2.3.4 血清D-D

在2018 年ICM 确定的PJI 诊断标准中，评分为2 分的血清D-D 作为次要诊断标准，可有效区分慢性 PJI 与无菌性松动，但血清D-D 的检测结果可受多种因素影响，导致检验结果差别很大。

2.4 局部性炎症指标检测

机体各部位炎症因子的分布是不同的。与循环系统的血清不一样,关节腔内的关节液流动性小，其内环境相对稳定。关节腔内免疫细胞的活化、迁移、分泌情况，以及循环系统通过渗透沉积于关节液中的炎症因子水平，均能更好地反映PJI 关节的局部炎症状态，在诊断关节局部PJI 方面特异性更高[13]。

关节液是直接与假体接触的内环境，其成分和理化性质的改变在PJI 诊断中一直备受关注[14]。关节液白细胞异常升高,尤其是中性粒细胞百分比高,可提示PJI。LE 只在中性粒细胞内存在。标本颜色的变化可以作为LE 结果的判读依据，但若标本混有血液则会干扰判断。关节液白细胞在不同关节或PJI 不同时期的临界值有差异[15]，因此应设定诊断PJI 的不同参考值[10]。然而，如何设定适合的临界值目前尚未达成共识。α-防御素由活化的中性粒细胞自然释放，在感染部位可发挥抑制病原体的广谱抗菌作用。α-防御素用于诊断PJI 时，患者如伴局部金属微粒沉着可能产生假阳性，而伴低毒性病原菌感染则可能产生假阴性[16]。关节液CRP 诊断PJI 的效能仍存争议[17]。虽然关节液IL-6 诊断PJI 的敏感度较低，但特异度较高，可推荐作为确诊试验。关节液钙防卫蛋白是一种来源于中性粒细胞和巨噬细胞的含钙蛋白，其表达具有组织或细胞特异性，可作为急性炎性细胞活化的标志物，具有较高的敏感度和特异度，在排除和确诊PJI 方面均有实用价值[18-20]。

2.4.2 微生物培养

快速、准确的病原学诊断是成功治疗PJI 的基础。微生物培养是寻找PJI 病原证据的主要手段，但其周期较长，且存在标本取材不规范、生物膜形成以及培养前使用抗菌药物等因素可能导致临床病原检出率不高的不足。不同感染部位、不同医疗机构或不同地区的PJI 病原菌谱均存在差异[21]，可导致病原菌更具隐匿性和难培养性，其检出难度增加。PJI 的病原体多为金黄色葡萄球菌和凝固酶阴性葡萄球菌[22]，与人体的定植菌和环境中的污染菌具有一致性，也可能干扰PJI 诊断。

为提高培养的阳性率，可以根据不同的感染病情和进展，选择使用改善培养基条件、延长培养时间、使用专用培养瓶培养等不同方法。然而，运用不同的培养方法也会给统一病原学诊断带来困难。培养阳性可以诊断为PJI，但培养阴性却不能排除PJI，因此病原学鉴定始终无法独立作为诊断PJI 的金标准

2.4.3 宏基因组二代测序技术

宏基因组二代测序技术（mNGS）是利用二代测序技术获取样本中所有核酸片段的序列信息，经过生物信息分析与比对，检出所有生物的种类及序列数量的方法。它的特点是高通量和并行测序。mNGS 不但不需要预知被检疑似病原体的测序用遗传信息，而且可以针对临床样本的整个遗传内容，包括人类所有的重要病原体，1 次捕获数百万至数十亿个核酸序列，从而发现潜在的致病病原体和可能存在的新型病原体[23]。mNGS 在PJI 患者的病原检测方面具有非常可观的价值[24]，有助于识别常见、罕见，甚至新出现的病原体。

与病原体培养相比，mNGS 时间优势更明显[25]，有利于快速临床决策[26]。此外，对于术前无法穿刺获得关节液的病例，也可以尝试对关节内微量的炎性组织进行活检[27]。对于PJI 诊断明确但培养阴性的病例，mNGS 检出病原的概率较大[28]。mNGS 对肺结核及肺外结核的总体敏感度高于培养[29]。因mNGS 具有检测敏感度高、非典型病原检出效能高、检测周期短、检测独立性强等优点，在临床应用领域越来越受到认可[30]。mNGS 为PJI的病原学诊断提供了更为有效的路径[31]。

2.4.4 超声裂解与生物膜

PJI 诊断的难点：一方面，因为细菌可以在20 d 左右时间内形成成熟的生物膜并附着于人工关节材料表面，通常不会激活宿主免疫系统而引起炎症，因而很难通过常规检测方法被发现；另一方面，细菌可以通过基因调控与群体内的其他细菌进行交流，促进耐药菌产生和伪装逃避诊断，而抗生素的使用则会加剧检测结果假阴性的情况。

因此，在诊断PJI 时有效去除生物膜尤其重要。超声裂解是声波通过聚集和再释放能量破坏生物膜结构的方法，可以显著提高致病微生物检出的阳性率[32]。将超声裂解液离心浓缩可进一步提高诊断的敏感度，尤其适用于之前已使用抗生素的患者。但超声裂解法操作步骤复杂，且必须在将假体取出后才能获得假体超声裂解液样本，因而对于术前诊断帮助不大。能否将超声裂解法用于PJI的术前诊断也是临床中的挑战。

2.4.5 组织学检测

对关节假体周围组织进行检测是PJI 常规诊断中的组成部分。关节假体周围组织样本常在旷置或翻修手术时获得，却很少用于术前组织活检。因为在组织切片中每个高倍视野下的中性粒细胞数量和视野数量差异较大，所以PJI 的组织学诊断标准尚存争议。另外，组织学评估的准确性不仅取决于病理学家，还受外科医生取材的影响[33]。目前，尚没有足够证据可以证明活检更有优势，但活检手术却需额外费用且可能会产生并发症，因此不建议将常规进行术前活检作为PJI 诊断方法。

2.5 影像学检查

影像学检查虽然对PJI 的诊断价值不大，但却不可缺少，因为它可以排除微小骨折和假体位置异常等潜在的病理变化。对每位诉TJA 后疼痛的患者，都应常规进行X 线检查。序贯的术后X 线检查可用于前后比较，一旦假体周围出现不规则状或多发骨溶解灶，且进展迅速，就要高度怀疑PJI 的可能。超声分析腹股沟淋巴结也是诊断PJI的重要依据[34]。增强成像技术（包括PET 扫描）鉴于检查结果的变异性以及额外的检查时间和费用，可在有条件的情况下用于亚临床感染[35]。

2.6 联合检测

迄今还没有任何一种检测方法能够独立、准确诊断PJI[36]。尤其在PJI 早期，病原量少,其引起的炎症因子变化轻微，同时炎症因子是多种损伤共同的传导信号，且合成分泌存在一定延迟性，均会导致相关指标的敏感度降低[37]。因此，依据循证医学方法，选择性使用联合诊断技术是提高PJI诊断准确性的重要手段[38]。哪些方法联合使用可以达到理想的诊断效果，且能最大限度地减轻患者痛苦并节省医疗花费,同样值得深入研究。

3 结语

随着医疗技术的不断发展，PJI 诊断方法已经足够丰富，但早期诊断手段仍不足。目前，PJI 的准确诊断流程非常复杂，且尚未达成普遍共识。甚至所谓的诊断“金标准”，即微生物培养，由于细菌生物膜的存在和培养方法的局限性，提供假阳性或假阴性结果的可能性也很大。对于TJI 术后疑似PJI 的患者，仍缺乏及时且准确的检测方法来对其做出诊断或排除。因此，对所有TJA 患者，置换后关节部位一旦出现异常，临床上就应高度怀疑PJI。

为应对PJI 病例数量不断增长的情况，临床医生应提高诊断PJI 的技术并更新经验。mNGS 为直接检测PJI 病原微生物带来了新途径[39]，超声裂解的出现降低了生物膜形成对发现病原微生物的不利影响。随着科技的发展，将分子生物学技术与超声裂解联合，有望获得更高的PJI 术前诊断效率[40]。另外，不同关节部位（髋关节与膝关节）和不同类型（急性与慢性）的PJI 应使用区分部位、类型和参考阈值的诊断指标，也有助于提高PJI 诊断阳性率。