引用本文： 楊云建, 楊帆, 張振東, 李恒, 陳繼營. 初次人工全膝關節置換術后假體周圍感染的病原菌分布及藥敏分析. 中國修復重建外科雜志, 2014, 28(7): 848-852. doi: 10.7507/1002-1892.20140187 復制
目前，人工全膝關節置換術（total knee arthroplasty，TKA）是治療終末期膝關節疾病的有效方法之一，臨床應用廣泛。假體周圍感染（prosthetic joint infection，PJI）是TKA術后最嚴重并發癥之一[1]，也是行二次翻修的最常見原因[2]。據統計，初次TKA術后PJI發生率為0.5%～2.0%[3-4]；其中，術后2年內為1.55%，2～10年每年增加0.46%[5-6]。因病原菌培養困難、細菌耐藥性增強及多重耐藥菌不斷出現，PJI治療困難，故及時掌握PJI的微生物學及藥敏特點對于防治TKA術后PJI有重要意義。2003年1月－6月，我們收治初次TKA術后PJI患者65例（65膝），現回顧分析其微生物學及藥敏特點，為臨床診治提供參考。報告如下。
1 臨床資料
1.1 一般資料
本組男28例，女37例；初次TKA時年齡37～78歲，平均60.8歲；本次入院時年齡37～80歲，平均63.2歲。原發疾病：骨關節炎50例，類風濕性關節炎5例，創傷性關節炎5例，膝關節感染后關節強直1例，骨關節炎合并色素沉著絨毛結節性滑膜炎4例。單膝置換57例，其中左膝27例、右膝30例；同期雙膝置換8例。置換術后2周～11年發生PJI，中位時間2.8年。左膝29例，右膝36例。體重指數21.2～34.5，平均 28.1。
1.2 術前及術中處理
入院后仔細詢問患者病史，檢查創面皮膚情況，發現3例患者伴紅腫、皮溫升高、滲液或蜂窩組織炎表現。患者均攝X線片，27例可見假體周圍透光線、骨與骨水泥界面骨吸收等假體松動表現。實驗室檢查：紅細胞沉降率為29.3～73.8 mm/1 h，平均63.2 mm/1 h；C反應蛋白12.5～197.0 mg/L，平均37.4 mg/L。嚴格無菌條件下行關節腔穿刺，取關節液行白細胞計數、分類以及需氧菌和厭氧菌培養，培養時間7～14 d[7]，超過14 d視為陰性，分枝桿菌延長至30 d。因使用抗生素會影響病原菌培養陽性率[8]，故入院前使用抗生素者需至少停用2周[9]后再抽取關節液進行培養。
翻修術中觀察假體周圍情況，在可疑感染部位多處取樣 [10]，取關節液標本注入需氧和厭氧培養瓶進行病原菌培養，組織標本放入無菌試管采用瓊脂平板培養基培養；并行藥敏試驗。同時行術中冰凍病理檢查并計數5個高倍視野中性粒細胞均值。
1.3 PJI診斷及分型標準
患者滿足以下任何1條標準即可診斷為PJI[11]：① 存在與關節腔相通的竇道。② 2次或2次以上假體周圍不同組織或液體標本培養出相同微生物。③ 需滿足以下任意4方面：紅細胞沉降率與C反應蛋白升高；膝關節穿刺液白細胞計數升高；膝關節穿刺液中性粒細胞百分比升高；關節腔穿刺有膿液；假體周圍組織或液體標本僅1次培養出微生物；術中冰凍切片計數5 個高倍視野，每高倍視野中性粒細胞平均數達5個以上。如患者未滿足該診斷標準，可根據臨床表現確診。
按照Tsukayama等[12]分型標準將PJI分為4種類型：Ⅰ型，術中病原菌培養陽性；Ⅱ型，術后4周內早期感染，根據感染是否蔓延至關節腔內進一步分為早期淺表性感染（ⅡA型）和早期深部感染（ⅡB型）；Ⅲ型，急性血源性感染，指感染從身體其他部位通過血液播散種植到功能良好的假體周圍，常發生于術后4周后；Ⅳ型，術后慢性隱匿性感染，低熱、膝部疼痛或假體松動等癥狀持續時間＞ 4周。
2 結果
本組除7例患者未滿足診斷標準，根據臨床表現確診外，其余患者均符合診斷標準，確診為PJI。按照Tsukayama等分型標準：Ⅰ型5例（7.69%）；Ⅱ型12例（18.46%），其中ⅡA型4例（6.15%）、ⅡB型8例（12.31%）；Ⅲ型3例（4.62%）；Ⅳ型感染45例（69.23%）。
2.1 病原菌的分布
本組細菌培養陰性12例，陽性53例；病原菌以革蘭陽性球菌（39/53）為主，其中凝固酶陰性葡萄球菌最多（24/53），其次為金黃色葡萄球菌（12/53）。兩種葡萄球菌中耐藥菌占61.11%（22/36）。凝固酶陰性葡萄球菌中，甲氧西林敏感的凝固酶陰性葡萄球菌10例，甲氧西林耐藥的凝固酶陰性葡萄球菌 14例；金黃色葡萄球菌中，甲氧西林敏感的金黃色葡萄球菌4例，甲氧西林耐藥的金黃色葡萄球菌8例。罕見病原菌和耐藥菌分布于ⅡB型及Ⅳ型感染，絕大多數分布于Ⅳ型感染。見表 1。
表1
患者病原菌種類分布
Table1.
Distribution of pathogen and infection classification in patients with PJI
2.2 病原菌的耐藥率
藥敏試驗結果顯示，病原菌對青霉素、紅霉素、頭孢西丁耐藥率高，對其余抗生素也有不同程度耐藥，但未發現對萬古霉素、利奈唑胺、美羅培南和氟康唑耐藥的病原菌，見表 2。主要病原菌凝固酶陰性葡萄球菌和金黃色葡萄球菌均對青霉素耐藥率最高，見表 3。
表2
病原菌對抗生素的耐藥率
Table2.
Resistance of bacteria to antibiotics
表3
主要病原菌對抗生素的耐藥情況
Table3.
Resistance of main pathogens to common antibiotics
3 討論
3.1 病原菌分析
PJIⅠ型感染主要為凝固酶陰性葡萄球菌感染，常見于術前被診斷為無菌性松動患者，此型注意排除標本污染的可能，可通過術中多處取材、兩個或多個標本培養出同一病原菌后確診。Ⅱ型感染最常見病原菌是金黃色葡萄球菌，有時合并凝固酶陰性葡萄球菌和革蘭陰性桿菌。Ⅲ型感染多由金黃色葡萄球菌、溶血性鏈球菌以及腸球菌屬等革蘭陽性球菌引起，皮膚和軟組織感染是最常見的細菌來源。大部分Ⅳ型感染由凝固酶陰性葡萄球菌引起，有時也可見革蘭陰性桿菌、鏈球菌屬、腸球菌屬以及厭氧菌[13]。
假體周圍組織病原菌培養因具有較高的特異性（97%～100%）及陽性預測值（98%～100%），被視為診斷PJI的金標準[14]。Trampuz等 [9]報道PJI患者假體周圍組織病原菌培養陽性率達65%～94%，本組65例患者中53例（81.54%）培養呈陽性，與文獻報道結果一致。然而臨床工作中病原菌培養有一定困難，有研究表明2%～18%的PJI患者病原菌培養為陰性[15-16]，本組也有12例患者細菌培養為陰性，其中有7 例是根據臨床表現確診。Parvizi等[2]研究表明，選擇不恰當的培養基、生物膜的形成、獲取標本前抗生素停用時間以及培養時間較短，均會導致培養結果假陰性，影響PJI的診斷和針對性治療。結合文獻[2]以及本組患者資料分析，我們認為病原菌培養陰性可能與以下5方面因素有關：① 培養前未嚴格停用抗生素2周；② 膝關節腔穿刺獲得關節液量較少，關節液被稀釋；③ 標本送檢不及時；④ 培養時間較短；⑤ 標本取樣份數較少。此外由于生物膜對細菌有保護作用，也會影響培養陽性率，可使用超聲破壞生物膜并結合PCR技術提高培養陽性率[17]。
但也有學者持不同觀點，Ghanem等[18]通過回顧性研究發現，對于已確診的PJI患者，術前預防性使用抗生素不會降低術中組織培養結果的準確性。培養時間從1周延長至2周，組織標本培養敏感性從63%～64%上升到77%[19-20]。但培養時間延長存在污染導致假陽性的風險，組織標本污染導致培養假陽性占PJI患者的5%～37%[21-22]，標本污染引起的假陽性可能導致患者接受不必要的治療，給患者帶來巨大痛苦，需要醫生給予關注和準確鑒別。
本研究中有2例沙門菌、1例真菌和1例分枝桿菌等罕見菌。沙門菌屬于腸桿菌科，一般經糞口途徑傳播[23]，感染者多表現為局部感染、胃腸炎、敗血癥、慢性帶菌者等癥狀[24]，沙門菌性關節炎較少見[25]。Carlile等[26]也在TKA后感染患者中發現了沙門菌感染。目前對真菌感染的研究較少，臨床上僅1%的PJI患者為真菌感染[27]，最常見的病原菌是念珠菌[28]，感染多見于髖、膝關節，肩關節和掌指關節也有報道[29-30]。假體周圍分枝桿菌感染的診斷和治療仍是難點，其早期診斷和早期治療非常重要，隨著分枝桿菌耐藥率的不斷升高，應根據藥敏結果，實行個體化和有適當監測的治療，并對患者進行教育，從而達到最佳治療反應和最少副作用。罕見菌的出現提高了治療難度，提醒我們應警惕并加強相關研究。
3.2 病原菌耐藥性分析
目前治療PJI的另一個挑戰是細菌耐藥問題，革蘭陽性球菌耐藥現象嚴重，其中凝固酶陰性葡萄球菌和金黃色葡萄球菌最顯著[31-32]。本組TKA后PJI患者中，前兩位的凝固酶陰性葡萄球菌和金黃色葡萄球菌對青霉素類和大環內酯類藥物的耐藥率高，同時對其他抗菌藥物也有不同程度耐藥，耐甲氧西林凝固酶陰性葡萄球菌檢出率為58.33%，耐甲氧西林金黃色葡萄球菌檢出率為66.67%尚未檢出對萬古霉素、利奈唑胺及美羅培南耐藥的菌株。提示對于PJI患者，無藥敏試驗結果前可經驗性使用萬古霉素或利奈唑胺。
綜上述，初次TKA后PJI病原菌主要是凝固酶陰性葡萄球菌和金黃色葡萄球菌等革蘭陽性球菌，入院后可先經驗性選用萬古霉素或利奈唑胺，然后根據藥敏試驗結果調整抗生素；需高度警惕罕見菌和耐藥菌，甚至多重耐藥菌。但本研究存在以下不足：① 為回顧性研究，時間跨度大，臨床資料不完整；② 為單中心研究，樣本例數較少；③ 早期患者治療不規范，取樣本前停用抗生素時間較短，培養基種類選擇單一和培養時間較短。此外，目前缺乏統一的PJI診斷標準，各中心相關研究數據無法直接比較。
目前，人工全膝關節置換術（total knee arthroplasty，TKA）是治療終末期膝關節疾病的有效方法之一，臨床應用廣泛。假體周圍感染（prosthetic joint infection，PJI）是TKA術后最嚴重并發癥之一[1]，也是行二次翻修的最常見原因[2]。據統計，初次TKA術后PJI發生率為0.5%～2.0%[3-4]；其中，術后2年內為1.55%，2～10年每年增加0.46%[5-6]。因病原菌培養困難、細菌耐藥性增強及多重耐藥菌不斷出現，PJI治療困難，故及時掌握PJI的微生物學及藥敏特點對于防治TKA術后PJI有重要意義。2003年1月－6月，我們收治初次TKA術后PJI患者65例（65膝），現回顧分析其微生物學及藥敏特點，為臨床診治提供參考。報告如下。
1 臨床資料
1.1 一般資料
本組男28例，女37例；初次TKA時年齡37～78歲，平均60.8歲；本次入院時年齡37～80歲，平均63.2歲。原發疾病：骨關節炎50例，類風濕性關節炎5例，創傷性關節炎5例，膝關節感染后關節強直1例，骨關節炎合并色素沉著絨毛結節性滑膜炎4例。單膝置換57例，其中左膝27例、右膝30例；同期雙膝置換8例。置換術后2周～11年發生PJI，中位時間2.8年。左膝29例，右膝36例。體重指數21.2～34.5，平均 28.1。
1.2 術前及術中處理
入院后仔細詢問患者病史，檢查創面皮膚情況，發現3例患者伴紅腫、皮溫升高、滲液或蜂窩組織炎表現。患者均攝X線片，27例可見假體周圍透光線、骨與骨水泥界面骨吸收等假體松動表現。實驗室檢查：紅細胞沉降率為29.3～73.8 mm/1 h，平均63.2 mm/1 h；C反應蛋白12.5～197.0 mg/L，平均37.4 mg/L。嚴格無菌條件下行關節腔穿刺，取關節液行白細胞計數、分類以及需氧菌和厭氧菌培養，培養時間7～14 d[7]，超過14 d視為陰性，分枝桿菌延長至30 d。因使用抗生素會影響病原菌培養陽性率[8]，故入院前使用抗生素者需至少停用2周[9]后再抽取關節液進行培養。
翻修術中觀察假體周圍情況，在可疑感染部位多處取樣 [10]，取關節液標本注入需氧和厭氧培養瓶進行病原菌培養，組織標本放入無菌試管采用瓊脂平板培養基培養；并行藥敏試驗。同時行術中冰凍病理檢查并計數5個高倍視野中性粒細胞均值。
1.3 PJI診斷及分型標準
患者滿足以下任何1條標準即可診斷為PJI[11]：① 存在與關節腔相通的竇道。② 2次或2次以上假體周圍不同組織或液體標本培養出相同微生物。③ 需滿足以下任意4方面：紅細胞沉降率與C反應蛋白升高；膝關節穿刺液白細胞計數升高；膝關節穿刺液中性粒細胞百分比升高；關節腔穿刺有膿液；假體周圍組織或液體標本僅1次培養出微生物；術中冰凍切片計數5 個高倍視野，每高倍視野中性粒細胞平均數達5個以上。如患者未滿足該診斷標準，可根據臨床表現確診。
按照Tsukayama等[12]分型標準將PJI分為4種類型：Ⅰ型，術中病原菌培養陽性；Ⅱ型，術后4周內早期感染，根據感染是否蔓延至關節腔內進一步分為早期淺表性感染（ⅡA型）和早期深部感染（ⅡB型）；Ⅲ型，急性血源性感染，指感染從身體其他部位通過血液播散種植到功能良好的假體周圍，常發生于術后4周后；Ⅳ型，術后慢性隱匿性感染，低熱、膝部疼痛或假體松動等癥狀持續時間＞ 4周。
2 結果
本組除7例患者未滿足診斷標準，根據臨床表現確診外，其余患者均符合診斷標準，確診為PJI。按照Tsukayama等分型標準：Ⅰ型5例（7.69%）；Ⅱ型12例（18.46%），其中ⅡA型4例（6.15%）、ⅡB型8例（12.31%）；Ⅲ型3例（4.62%）；Ⅳ型感染45例（69.23%）。
2.1 病原菌的分布
本組細菌培養陰性12例，陽性53例；病原菌以革蘭陽性球菌（39/53）為主，其中凝固酶陰性葡萄球菌最多（24/53），其次為金黃色葡萄球菌（12/53）。兩種葡萄球菌中耐藥菌占61.11%（22/36）。凝固酶陰性葡萄球菌中，甲氧西林敏感的凝固酶陰性葡萄球菌10例，甲氧西林耐藥的凝固酶陰性葡萄球菌 14例；金黃色葡萄球菌中，甲氧西林敏感的金黃色葡萄球菌4例，甲氧西林耐藥的金黃色葡萄球菌8例。罕見病原菌和耐藥菌分布于ⅡB型及Ⅳ型感染，絕大多數分布于Ⅳ型感染。見表 1。
表1
患者病原菌種類分布
Table1.
Distribution of pathogen and infection classification in patients with PJI
2.2 病原菌的耐藥率
藥敏試驗結果顯示，病原菌對青霉素、紅霉素、頭孢西丁耐藥率高，對其余抗生素也有不同程度耐藥，但未發現對萬古霉素、利奈唑胺、美羅培南和氟康唑耐藥的病原菌，見表 2。主要病原菌凝固酶陰性葡萄球菌和金黃色葡萄球菌均對青霉素耐藥率最高，見表 3。
表2
病原菌對抗生素的耐藥率
Table2.
Resistance of bacteria to antibiotics
表3
主要病原菌對抗生素的耐藥情況
Table3.
Resistance of main pathogens to common antibiotics
3 討論
3.1 病原菌分析
PJIⅠ型感染主要為凝固酶陰性葡萄球菌感染，常見于術前被診斷為無菌性松動患者，此型注意排除標本污染的可能，可通過術中多處取材、兩個或多個標本培養出同一病原菌后確診。Ⅱ型感染最常見病原菌是金黃色葡萄球菌，有時合并凝固酶陰性葡萄球菌和革蘭陰性桿菌。Ⅲ型感染多由金黃色葡萄球菌、溶血性鏈球菌以及腸球菌屬等革蘭陽性球菌引起，皮膚和軟組織感染是最常見的細菌來源。大部分Ⅳ型感染由凝固酶陰性葡萄球菌引起，有時也可見革蘭陰性桿菌、鏈球菌屬、腸球菌屬以及厭氧菌[13]。
假體周圍組織病原菌培養因具有較高的特異性（97%～100%）及陽性預測值（98%～100%），被視為診斷PJI的金標準[14]。Trampuz等 [9]報道PJI患者假體周圍組織病原菌培養陽性率達65%～94%，本組65例患者中53例（81.54%）培養呈陽性，與文獻報道結果一致。然而臨床工作中病原菌培養有一定困難，有研究表明2%～18%的PJI患者病原菌培養為陰性[15-16]，本組也有12例患者細菌培養為陰性，其中有7 例是根據臨床表現確診。Parvizi等[2]研究表明，選擇不恰當的培養基、生物膜的形成、獲取標本前抗生素停用時間以及培養時間較短，均會導致培養結果假陰性，影響PJI的診斷和針對性治療。結合文獻[2]以及本組患者資料分析，我們認為病原菌培養陰性可能與以下5方面因素有關：① 培養前未嚴格停用抗生素2周；② 膝關節腔穿刺獲得關節液量較少，關節液被稀釋；③ 標本送檢不及時；④ 培養時間較短；⑤ 標本取樣份數較少。此外由于生物膜對細菌有保護作用，也會影響培養陽性率，可使用超聲破壞生物膜并結合PCR技術提高培養陽性率[17]。
但也有學者持不同觀點，Ghanem等[18]通過回顧性研究發現，對于已確診的PJI患者，術前預防性使用抗生素不會降低術中組織培養結果的準確性。培養時間從1周延長至2周，組織標本培養敏感性從63%～64%上升到77%[19-20]。但培養時間延長存在污染導致假陽性的風險，組織標本污染導致培養假陽性占PJI患者的5%～37%[21-22]，標本污染引起的假陽性可能導致患者接受不必要的治療，給患者帶來巨大痛苦，需要醫生給予關注和準確鑒別。
本研究中有2例沙門菌、1例真菌和1例分枝桿菌等罕見菌。沙門菌屬于腸桿菌科，一般經糞口途徑傳播[23]，感染者多表現為局部感染、胃腸炎、敗血癥、慢性帶菌者等癥狀[24]，沙門菌性關節炎較少見[25]。Carlile等[26]也在TKA后感染患者中發現了沙門菌感染。目前對真菌感染的研究較少，臨床上僅1%的PJI患者為真菌感染[27]，最常見的病原菌是念珠菌[28]，感染多見于髖、膝關節，肩關節和掌指關節也有報道[29-30]。假體周圍分枝桿菌感染的診斷和治療仍是難點，其早期診斷和早期治療非常重要，隨著分枝桿菌耐藥率的不斷升高，應根據藥敏結果，實行個體化和有適當監測的治療，并對患者進行教育，從而達到最佳治療反應和最少副作用。罕見菌的出現提高了治療難度，提醒我們應警惕并加強相關研究。
3.2 病原菌耐藥性分析
目前治療PJI的另一個挑戰是細菌耐藥問題，革蘭陽性球菌耐藥現象嚴重，其中凝固酶陰性葡萄球菌和金黃色葡萄球菌最顯著[31-32]。本組TKA后PJI患者中，前兩位的凝固酶陰性葡萄球菌和金黃色葡萄球菌對青霉素類和大環內酯類藥物的耐藥率高，同時對其他抗菌藥物也有不同程度耐藥，耐甲氧西林凝固酶陰性葡萄球菌檢出率為58.33%，耐甲氧西林金黃色葡萄球菌檢出率為66.67%尚未檢出對萬古霉素、利奈唑胺及美羅培南耐藥的菌株。提示對于PJI患者，無藥敏試驗結果前可經驗性使用萬古霉素或利奈唑胺。
綜上述，初次TKA后PJI病原菌主要是凝固酶陰性葡萄球菌和金黃色葡萄球菌等革蘭陽性球菌，入院后可先經驗性選用萬古霉素或利奈唑胺，然后根據藥敏試驗結果調整抗生素；需高度警惕罕見菌和耐藥菌，甚至多重耐藥菌。但本研究存在以下不足：① 為回顧性研究，時間跨度大，臨床資料不完整；② 為單中心研究，樣本例數較少；③ 早期患者治療不規范，取樣本前停用抗生素時間較短，培養基種類選擇單一和培養時間較短。此外，目前缺乏統一的PJI診斷標準，各中心相關研究數據無法直接比較。
