血清學指標聯合關節液分析在關節感染診斷中的應用

江琰笛 陶崑 張浩軍 張勇 李情操

隨著人口老齡化的加劇、人們生活水平的提高及交通意外等事故的增多，骨關節炎、股骨頭缺血性壞死和創傷性骨折等骨關節疾病的發病率不斷升高，導致人工關節置換術的數量不斷增加。原生關節感染以及人工關節置換術后假體關節的感染是一個非常嚴峻的臨床問題，與患者的病死率密切相關。然而，至今為止沒有單一的測試方法來確診原發性感染性關節炎或假體周圍感染（periprosthetic joint infection,PJI），而關節感染的早期診斷對治療方案的選擇至關重要，特別是PJI。為了避免診斷延誤和預防關節感染可能造成的破壞性并發癥，探討何種實驗室指標有助于診斷關節是否發生感染具有重要意義，本研究采用ROC曲線評價血清CRP、ESR、D-二聚體和關節液CRP及上述指標聯合檢測對關節感染的診斷效能，并確定最佳截斷值，為臨床應用提供理論依據，同時選用國內常見的白細胞酯酶試紙（LE）試紙條（HT系列干化學尿液分析試紙條），采用MULTISTIX 10SG（德國Bayer公司）尿試紙條作為對照，以基于證據和驗證的2018年肌肉與骨骼感染協會（MSIS）診斷標準更新版本[1]作為判斷關節是否感染的金標準，進一步驗證LE試紙條在關節感染診斷中的作用，現將結果報道如下。

1 對象和方法

1.1 對象 選取2018年8月至2020年12月寧波市第六醫院骨內科、關節外科就診的關節不適患者178例，男 99 例，女 79 例，年齡 11～86（57.0±16.4）歲。納入標準：出現不明原因或者臨床無法解釋的關節疼痛、關節積液、關節置換術后（包括髖、膝關節）關節持續腫脹發熱、臨床懷疑PJI或化膿性關節炎或感染性關節炎、持續出現ESR、CRP升高等，需行關節穿刺術鑒別是否存在感染的患者。排除標準：（1）術前未完成D-二聚體檢測；（2）合并凝血功能障礙疾病或血液病史；（3）術前存在任何類型的近期外傷、皮膚潰瘍、血腫、青紫淤斑、近期手術史（時間＜1個月）等；（4）術前篩查存在下肢或肺部血栓；（5）嚴重血性關節液或無足夠關節液。本研究經本院醫學倫理委員會批準，所有患者均知情同意。

1.2 方法

1.2.1 診斷標準 PJI的診斷標準參照2018年MSIS診斷標準更新版本[1]。主要標準：（1）兩個及以上的培養物培養出同一生物體；（2）竇道或與關節相通的證據或關節假體的可視性感染；兩個主要標準中符合其中一項即為感染。次要標準包括術前診斷和術中診斷。術前診斷中升高的血清CRP（＞100 mg/L）、D-二聚體（＞860 ng/ml）和 ESR（＞30 mm/h）的分值權重分別為2、2和 1分；關節液 WBC 升高（＞3 000個/μl）、α-防御素陽性、LE（2+）、多形核百分比（＞80%）和關節液CRP（＞6.9 mg/L）的分值權重分別為 3、3、3、2 和 1 分；總分≥6分的患者認為是感染，2～5分者需根據術中診斷結果來確認或排除診斷。術中診斷的術中組織學陽性、膿性和單個標本培養陽性的分值權重分別為3、3、2分。結合術前診斷，總分≥6分為已感染，4～5分為不確定，3分或更少則為未被感染。原發性感染性關節炎的診斷金標準是通過關節穿刺液培養陽性來判斷。

1.2.2 測試方法 所有患者于手術前空腹采集靜脈血10 ml進行D-二聚體、ESR和 CRP水平的檢測，無菌穿刺獲取的關節液行CRP和病原學培養檢測。另外留取少量關節液（2滴），即刻滴于兩種LE試紙條進行檢測。具體方法：在試紙條對應Leukocytes或LEU小格上滴加關節液1～2滴，等待1～2 min后將試紙與標準色帶進行比較，如變為紫色（2+）或深紫色（3+）（比色卡上后面2格顏色）則判定為陽性，若為無色（-）、淺粉色（±）或淡紫色（+）（比色卡上前面3格顏色）則為陰性。每次試驗用2張試紙條，1張用肉眼觀察（肉眼觀察由3位醫生判讀，結果按多數者判定），1張上機檢測，將得出的結果進行對比。若關節液中混有血液影響顏色判讀，則在滴定前經低速臺式離心機（湖南湘儀集團）5 000 r/min離心處理2～3 min，取上清液滴定試紙。最后以MSIS診斷標準更新版本作為金標準，與試紙測定結果進行比較。

1.3 統計學處理 采用SPSS 19.0統計軟件。非正態分布的計量資料以 M（P25，P75）表示，組間比較采用Mann-Whitney U檢驗。等級資料組間比較采用秩和檢驗，血清CRP、ESR、D-二聚體和關節液CRP對于關節感染診斷的效能分析采用ROC曲線，計算 AUC，并采用Z檢驗對各指標的AUC進行比較。根據Youden指標最大時為最佳截斷值，計算靈敏度、特異度、陽性預測值、陰性預測值。

2 結果

2.1 關節液培養結果 178例患者獲取187個關節穿刺液標本，培養出病原菌22例患者（兩個及以上的關節液標本培養出同一細菌），其中金黃色葡萄球菌4例，腐生葡萄球菌1例，緩慢葡萄球菌1例，沃氏葡萄球菌1例，表皮葡萄球菌2例，無乳鏈球菌2例，殺鮭氣單胞菌1例，產酸克雷伯桿菌2例，棒狀桿菌2例，光滑念珠菌3例，非典型分枝桿菌1例，其他革蘭陽性球菌2例。

2.2 兩組患者血清 CRP、ESR、D-二聚體和關節液CRP水平的比較 感染組ESR、關節液CRP、血清CRP水平均高于非感染組（均P＜0.05），感染組D-二聚體與非感染組差異無統計學意義（P＞0.05），見表1。

表1 兩組患者血清CRP、ESR、D-二聚體和關節液CRP水平比較

2.3 血清CRP、ESR、D-二聚體、關節液CRP及聯合檢測診斷關節感染的效能比較 各指標診斷關節感染的ROC曲線見圖1，效能比較見表2。關節液CRP的最佳截斷值為37.2 mg/L，靈敏度和特異度分別為0.800和0.804，其 AUC大于血清CRP、ESR、D-二聚體的AUC，差異有統計學意義（P＜0.05），與聯合檢測比較差異無統計學意義，見表3。

表2 血清CRP、ESR、D-二聚體和關節液CRP及聯合檢測關節感染效能比較

表3 血清CRP、關節液CRP、ESR、D-二聚體以及聯合檢測的AUC比較

圖1 血清CRP、ESR、D-二聚體和關節液CRP診斷關節感染的ROC曲線

2.4 LE試紙判讀情況 178例患者共抽取187個關節穿刺液標本，4例由于自動比色讀取器無法讀取而排除，最終納入183個進行LE試紙判讀，其中關節液混有少量血液52個，經離心處理后均可讀數。經過比較，174個（95.08%）關節穿刺液標本肉眼觀察與自動比色讀取器完全一致，差異無統計學意義（Z=-0.030，P＞0.05），見表4。

表4 視覺判讀與自動比色讀取器之間的比較（個）

2.5 LE試紙檢測與MSIS標準更新版本檢測結果的比較 178例中，MSIS標準診斷感染組22例，其中PJI 8例，原發性感染性關節炎14例；非感染組156例，其中假體松動6例，假體磨損1例，假體移位1例，不明原因關節置換術后疼痛10例，類風濕性關節炎21例，痛風性關節炎26例，骨性關節炎69例，反應性關節炎1例，絨毛結節性關節炎1例，股骨頭無菌性壞死7例，銀屑病性關節炎3例，強直性脊柱炎7例，半月板損傷3例。LE試紙診斷PJI，真陽性7例，假陽性0例，真陰性18例，假陰性1例；LE試紙診斷原生關節感染，真陽性10例，假陽性28例，真陰性110例，假陰性4例。

2.6 診斷試驗的評價依據 LE試紙診斷PJI的靈敏度為 0.875（95%CI：0.474～0.997），特異度為 1.000（95%CI：0.815～1.000），陽性預測值為100%，陰性預測值為94.74%（95%CI：74.21%～99.12%）。LE試紙診斷原發性感染性關節炎的靈敏度為 0.714（95%CI：0.419～0.916），特異度為 0.797（95%CI：0.720～0.861），陽性預測值為 26.32%（95%CI：18.28%～36.32%），陰性預測值為 96.49%（95%CI：92.29%～98.44%）。

3 討論

及時診斷對于感染性關節炎和PJI患者是至關重要的，以盡量減少原生關節和PJI的破壞性影響。有國外報道稱，8%～27%的急性單關節關節炎患者可發展成為膿毒性關節炎，且其死亡率可達11%[2-3]。關節感染的早期診斷對治療方案的選擇至關重要，特別是PJI。有文獻報道，關節置換術后1%～3%的患者發生PJI[4-5]。對于原發關節感染和PJI的診斷，沒有絕對的金標準。盡管臨床上通過細菌培養出病原菌來作為原發關節感染的金標準，但是培養的結果容易受抗生素的影響或者標本污染的可能。PJI的診斷是基于臨床癥狀、外周血和關節液的實驗室結果、微生物培養、假體周圍組織的組織學評估和術中結果來綜合診斷的。基于證據和驗證的2018年MSIS診斷標準更新版本是目前為止臨床公認的診斷PJI的金標準，與MSIS（79.3%）和國際共識會議的定義（86.9%）相比，其靈敏度為0.977，特異度為0.995[1]。但是每一條指標都有它的局限性，并且在不滿足金標準的情況下，PJI仍然可能存在[6]。LE試紙作為一種準確、便捷、經濟的檢測手段逐漸應用于髖膝關節PJI的診斷中。國外學者也先后證實了LE試紙在診斷關節感染方面良好的靈敏度和特異度[7-8]。

本研究顯示關節感染的主要病原菌為革蘭陽性球菌，這與多篇研究一致[9-10]。本研究中關節液CRP的最佳截斷值為37.2 mg/L，靈敏度和特異度分別為0.800和0.804，其AUC值大于血清CRP、ESR、D-二聚體的AUC值，差異有統計學意義（P＜0.05），與聯合檢測比較差異無統計學意義。在關節置換中，關節液CRP水平升高與PJI有關。有研究先后評估了關節液CRP在診斷PJI中的作用，顯示了關節液CRP的診斷準確性優于血清CRP[11-12]。另外，還對關節液CRP的不同測定方法進行了評價。在本研究中，關節液CRP的AUC超過了其他參數，閾值遠高于其他的研究，可能是因為本研究不僅包括慢性感染，還包括急性感染。血清D-二聚體是纖溶的分解產物，由于凝血異常作為宿主的炎癥反應感染，與已建立的炎癥標志物CRP和ESR相似，血清D-二聚體被證明是系統性膿毒癥預后的主要決定因素[13]。本研究中感染組D-二聚體與非感染組差異無統計學意義，可能是因為兩組患者制動導致血液的高凝或者炎癥的影響。在本研究中D-二聚體的診斷準確性不高，由于陽性標本不多，還需要多中心研究和更多的數據來證明血清D-二聚體的價值。

本研究中LE試紙診斷PJI的靈敏度、特異度、陽性預測值、陰性預測值分別為0.875、1.000、100%、94.74%，診斷原發性感染性關節炎的分別為0.714、0.797、26.32%、96.49%。無論診斷PJI還是原發性感染性關節炎，其較高的陰性預測值顯示了排除感染的極高可靠性。研究中發現，LE試驗最大的不足是當關節液標本混有血液時無法準確讀取試驗結果。由于試驗是比色法，深色標本會干擾試紙上的顏色變化，導致假陽性。另外當試紙上的顏色進行肉眼判讀時會涉及一定的主觀性，雖然判定結果以多數意見為準的辦法，但是多個不同的醫生分析結果可能導致一些可變性和偏移。所以，本研究采用2張試紙，1張上機檢測，與1張肉眼得出的結果進行對比。另外，試紙的顏色會隨著時間的變化而加深，導致判讀結果的改變。本研究判讀試紙的時間是120 s，有部分文獻判讀試紙的時間是60～90 s[14]，可能跟關節液的黏稠程度及不同廠家試紙的滲透程度有關。具體合適的試紙判讀時間還需進一步實驗探討。此外，本研究將比色卡最后一格歸為PJI陽性結果，最后兩格歸為感染性關節炎的判定標準。到目前為止，具體哪一格作為陽性結果仍有一定爭論。由于本研究中PJI患者和感染性關節炎的病例數不多，限制了這些結果的效用。然而，極佳的陰性預測值表明，LE試紙在排除原發性感染性關節炎中的應用是有價值的。這是一種價格低廉、可重復的測試，并可在床旁進行，對資源有限和經驗豐富的地區醫院來說尤為合適。

關節液WBC計數在鑒別和確定關節感染方面有重要價值，但是其診斷感染的閾值還沒有很好的確定[14]。α-防御素作為一種新的關節感染的診斷試驗，具有100%的靈敏度和特異度，但在急性化膿性關節炎的評估中缺乏必要的即時性，價格昂貴且需送到第三方檢測[16]。

綜上所述，關節液CRP對關節感染有很好的診斷價值，其診斷價值優于血清CRP、ESR、D-二聚體。LE試驗是一種快速且廉價的感染檢測方法，在評估疑似感染性關節炎或PJI的患者時可以提供重要的附加信息。任何試驗都存在著不足，也需要更多的研究更多的數據來獲取更多的循證醫學證據。