超聲裂解液培養(yǎng)在關節(jié)假體周圍感染診斷中的應用

劉侃 ，陳繼營 ，郝立波

1 北京中醫(yī)藥大學第三附屬醫(yī)院骨科，北京100029；2 中國人民解放軍總醫(yī)院骨科

關節(jié)假體周圍感染（PJI）是人工關節(jié)置換術最嚴重的并發(fā)癥，發(fā)病率高、住院時間長且花費高［1］。致病微生物檢測是目前診斷PJI 的主要方法，假體周圍組織檢測（PTC）是PJI微生物學診斷的金標準。然而，由于抗生素的使用和細菌生物膜的形成，常規(guī)培養(yǎng)方法的靈敏度不超過75%［2］，且假陰性率較高［3］。破壞假體表面的生物膜，可提高采樣的有效率，改善培養(yǎng)結果。目前可通過超聲裂解液培養(yǎng)破壞假體表面的生物膜，從而提高培養(yǎng)陽性率［3］。多項研究評估了超聲裂解液培養(yǎng)的診斷效能，靈敏度為73%～88%，特異度為87%～99%［3-5］。然而，之前的研究并未統(tǒng)一使用感染共識來作為診斷標準［6］，結果的準確性有待商榷。因此，本研究前瞻性分析及評估超聲裂解液培養(yǎng)的診斷效能，為提高PJI 的病原檢出率提供理論支持。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 選擇 2018 年 11 月—2019 年 12 月中國人民解放軍總醫(yī)院第一醫(yī)學中心收治的疑似PJI 患者62 例，均擬行一期或二期髖或膝關節(jié)翻修術，男35 例、女27 例，年齡（61.33 ± 13.38）歲，BMI（25.14 ± 4.24）kg/m2，髖關節(jié)翻修48 例、膝關節(jié)翻修14 例。排除標準：一期植入占位器后仍然感染；診斷指標數(shù)據(jù)不全；超聲裂解液培養(yǎng)過程中標本明顯受到污染。

1.2 超聲裂解液培養(yǎng)方法及陽性標準 參考相關文獻［1，3］并對方法進行了改良。將手術取出的人工髖關節(jié)假體或人工膝關節(jié)假體置入準備好的低溫滅菌塑料容器內(nèi)，加入400 mL滅菌鹽水。用高分子無菌手術貼膜將裝有假體的滅菌容器進行密封處理，依次行渦旋 30 s、超聲振蕩 5 min（40 kHz，0.22 W/cm2）、再次渦旋30 s，然后于生物安全柜內(nèi)將密封容器內(nèi)裂解液注入到無菌離心管中進行離心處理（3 000 r/min，5 min，離心半徑10 cm）。離心完畢后去除上清液，將剩余的裂解液沉淀注入血培養(yǎng)瓶中進行需氧、厭氧和真菌培養(yǎng)。以上操作均在假體取出后2 h 內(nèi)完成。用自動血培養(yǎng)儀進行細菌培養(yǎng)并分析，培養(yǎng)周期14 d。結果報陽性者進行菌種鑒定和藥敏試驗，其中用質(zhì)譜分析法進行菌種鑒定。

1.3 關節(jié)液培養(yǎng)方法及陽性標準 術前或術中對患者進行關節(jié)液采樣，并把所得的標本注入血培養(yǎng)瓶中進行需氧、厭氧和真菌培養(yǎng)及關節(jié)液常規(guī)檢查。另取1滴關節(jié)液滴于白細胞酯酶試紙上。關節(jié)液注入血培養(yǎng)瓶后由自動血培養(yǎng)儀進行培養(yǎng)分析，方法及陽性標準同超聲裂解液培養(yǎng)。

1.4 假體周圍組織培養(yǎng)方法及陽性標準 術中取假體周圍可疑感染的組織至少3塊［7］，進行普通細菌培養(yǎng)和厭氧、真菌培養(yǎng)。所有患者另取3 份可疑組織進行快速冰凍切片，術中根據(jù)冰凍切片結果來指導診斷及下一步治療。組織研磨勻漿后注入血培養(yǎng)瓶中，由自動血培養(yǎng)儀進行培養(yǎng)分析，方法及陽性標準同超聲裂解液培養(yǎng)。

1.5 統(tǒng)計學方法 采用SPSS17.0 統(tǒng)計軟件。依據(jù)改良MSIS 診斷標準［6］，建立四格表，分別計算超聲裂解液培養(yǎng)、關節(jié)液培養(yǎng)、假體周圍組織培養(yǎng)的靈敏度、特異度、陽性預測值、陰性預測值。符合正態(tài)分布的計量資料用表示，兩組間比較采用t檢驗；計數(shù)資料比較采用χ2檢驗。P＜0.05 為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 一般資料 62 例患者中，依據(jù)改良的肌肉與骨骼感染協(xié)會診斷標準［6］確診PJI 36 例、無菌性松動 26 例。PJI 患者 36 例，男 21 例、女 15 例，年齡（61.79 ± 14.34）歲，BMI（25.02 ± 4.19）kg/m2，手術部位：髖關節(jié)27 例、膝關節(jié)9 例，假體生存時間（30.63±15.39）個月，急性感染5例（置換后至出現(xiàn)癥狀時間＜3個月）、慢性感染31例（置換后至出現(xiàn)癥狀時間≥3 個月）；無菌性松動 26 例，男 14 例、女 12例，年齡（60.04 ± 12.42）歲，BMI（25.25 ± 4.28）kg/m2，手術部位：髖關節(jié) 21 例、膝關節(jié) 5 例，假體生存時間（66.17 ± 13.54）個月。11 例 PJI 患者、12 例無菌性松動患者未獲得足夠的關節(jié)液行常規(guī)分析。

2.2 62例疑似PJI患者的診斷結果 36例PJI患者中，超聲裂解液培養(yǎng)陽性30 例（83.3%）、關節(jié)液培養(yǎng)陽性27 例（75%）、假體周圍組織培養(yǎng)陽性25 例（69.4%）。超聲裂解液培養(yǎng)陽性率高于關節(jié)液培養(yǎng)及假體周圍組織培養(yǎng)，且與假體周圍組織培養(yǎng)比較差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。

26 例無菌性松動患者中，有4 例超聲裂解液培養(yǎng)陽性，依據(jù)菌種鑒定結果（2例藤黃微球菌、1例表皮葡萄球菌、1 例弗氏檸檬酸桿菌），提示存在標本污染的可能。

超聲裂解液培養(yǎng)靈敏度較關節(jié)液培養(yǎng)、假體周圍組織培養(yǎng)高，且與假體周圍組織培養(yǎng)比較差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）；但超聲裂解液培養(yǎng)特異度較關節(jié)液培養(yǎng)、假體周圍組織培養(yǎng)低，且與關節(jié)液培養(yǎng)比較差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。3 種培養(yǎng)方法陽性預測值和陰性預測值差異均無統(tǒng)計學意義（P均＞0.05），見表1。

表1 3種培養(yǎng)方法對62例患者的診斷效能比較［%，M（95%CI）］

2.3 36 例PJI患者的診斷結果 5例急性感染患者中，超聲裂解液培養(yǎng)陽性4 例（80%）、關節(jié)液培養(yǎng)陽性5 例（100%）、假體周圍組織培養(yǎng)陽性4 例（80%）。3 種培養(yǎng)方法的靈敏度比較差異無統(tǒng)計學意義（P均＞0.05）。31 例慢性感染患者中，超聲裂解液培養(yǎng)陽性26 例（83.8%），關節(jié)液培養(yǎng)陽性22 例（71%）、假體周圍組織培養(yǎng)陽性21 例（67.7%），超聲裂解液培養(yǎng)的靈敏度高于假體周圍組織培養(yǎng)和關節(jié)液培養(yǎng)，且與假體周圍組織培養(yǎng)比較差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。

4例術前2周內(nèi)接受過抗生素治療的患者，超聲裂解液培養(yǎng)陽性3 例（75%）、關節(jié)液培養(yǎng)陽性1 例（25%）、假體周圍組織培養(yǎng)陽性1例（25%）。超聲裂解液培養(yǎng)的靈敏度明顯高于假體周圍組織培養(yǎng)和關節(jié)液培養(yǎng)（P均＜0.05），在此方面超聲裂解液培養(yǎng)突顯出了明顯的優(yōu)勢。

27 例髖關節(jié)PJI 患者中，超聲裂解液培養(yǎng)陽性23 例（85.2%）、關節(jié)液培養(yǎng)陽性20 例（74.1%）、假體周圍組織培養(yǎng)陽性19 例（70.4%）。超聲裂解液培養(yǎng)的靈敏度高于關節(jié)液培養(yǎng)及假體周圍組織培養(yǎng)，且與假體周圍組織培養(yǎng)比較差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。9 例膝關節(jié) PJI 患者中，超聲裂解液培養(yǎng)陽性 7 例（77.8%）、關節(jié)液培養(yǎng)陽性 7 例（77.8%）、假體周圍組織培養(yǎng)陽性6 例（66.7%），3種培養(yǎng)方法的靈敏度比較差異無統(tǒng)計學意義（P均＞0.05）。3 種培養(yǎng)方法對髖關節(jié)及膝關節(jié)部位的陽性預測值、陰性預測值差異無統(tǒng)計學意義（P均＞0.05）。見表2。

表2 不同部位PJI患者細菌培養(yǎng)結果比較［%，M（95%CI）］

3 討論

超聲裂解液培養(yǎng)原理為低頻超聲波可通過假體周圍的液體形成高低壓區(qū)域，即微小氣泡形成于低壓階段，在高壓階段坍塌，釋放能量并釋放出植入物表面的細菌［8］。因此，超聲裂解液培養(yǎng)通過擴增微生物細胞物質(zhì)的采樣，可以識別出傳統(tǒng)組織和關節(jié)液檢測中無法鑒定到的病原體，從而提高細菌培養(yǎng)的靈敏度，這類似于其他方法如聚合酶鏈反應或其他基于分子的診斷方法，同時還能提供抗生素藥敏測試［9］。目前，超聲裂解液培養(yǎng)已經(jīng)應用于髖、膝、肩、肘和踝PJI 領域，但診斷的準確性卻不盡相同。原因可能為超聲裂解的程序不同、PJI的診斷標準不同、培養(yǎng)陽性的閾值不同、研究中納入了非關節(jié)假體、術前使用了抗生素等。

本研究結果表明，所有髖膝關節(jié)PJI 的患者中，超聲裂解液培養(yǎng)的靈敏度為83.3%，而假體周圍組織培養(yǎng)和關節(jié)液培養(yǎng)的的靈敏度則分別為69.4%和75%。在5 例PJI 患者中，組織或關節(jié)液培養(yǎng)并未檢出細菌，而超聲裂解液培養(yǎng)結果呈陽性，這一發(fā)現(xiàn)支持了超聲裂解可增加細菌培養(yǎng)陰性PJI 的病原檢出率的假說。此外，很多之前的研究也已證實，超聲裂解液培養(yǎng)較傳統(tǒng)細菌培養(yǎng)的靈敏度高［7，10］。

Meta 分析顯示，與傳統(tǒng)組織培養(yǎng)相比，超聲裂解液培養(yǎng)對PJI 的診斷具有較高的靈敏度，尤其適用于之前使用過抗生素的患者［11］。超聲裂解液培養(yǎng)的靈敏度不受術前抗生素干預時機的影響［12］。而本研究中雖然術前2 周內(nèi)服用抗生素的患者并不多，但卻發(fā)現(xiàn)超聲裂解液培養(yǎng)確實較傳統(tǒng)培養(yǎng)有更高的陽性率，因此有理由相信超聲裂解液培養(yǎng)能夠為這類PJI患者的診斷提供更多幫助。

本研究結果顯示，在晚期感染的患者中，超聲裂解液培養(yǎng)較組織培養(yǎng)及關節(jié)液培養(yǎng)有更高的靈敏度。原因是在急性感染中細菌尚未形成生物膜，因此，組織培養(yǎng)也具有良好的靈敏度。然而，2013 年PJI 的國際共識會議上提出了反對常規(guī)進行假體超聲裂解的方法。專家組認為，超聲裂解液培養(yǎng)應在術前穿刺培養(yǎng)陰性或2周內(nèi)接受過抗生素治療的疑似或已確診的PJI 病例中應用［13］。同樣，研究表明，只有在遲發(fā)的植入物失敗病例中才會推薦應用超聲裂解液培養(yǎng)［8］。而另一方面，其他研究結論則認為，超聲裂解液培養(yǎng)在臨床上常規(guī)檢測病原學方面相當可靠［11］。依據(jù)本研究結果，我們認為超聲裂解液培養(yǎng)是一種廉價而有用的檢測方法，在控制污染的前提下可以在PJI的診斷中常規(guī)應用。

此外，不同部位的關節(jié)超聲裂解液培養(yǎng)其靈敏度也不盡相同。文獻報道，髖或膝關節(jié)部位超聲裂解液培養(yǎng)的靈敏度比肩關節(jié)高［3］。本研究分析發(fā)現(xiàn)，超聲裂解液培養(yǎng)在髖PJI 方面具有顯著優(yōu)勢，但在膝PJI 方面卻無優(yōu)勢。原因可能為在全膝關節(jié)置換中使用的是骨水泥假體，需要應用含有抗生素的骨水泥，這可能會影響細菌生物膜的結構，從而凸顯不出超聲裂解液培養(yǎng)在靈敏度方面的優(yōu)勢。但是，本研究中膝PJI 的絕對病例數(shù)較低，也有可能因此降低了差異。

本研究雖然為前瞻性研究，但仍舊存在局限性。如納入研究的患者總數(shù)量相對較少且僅包括髖膝關節(jié)置換的患者，因此結果的分析會受此影響；未進行分子診斷學研究，如應用聚合酶鏈式反應分析超聲裂解液，下一步研究中我們將采用二代測序法；術前2 周接受抗生素治療的患者比例較低，無法準確評估超聲裂解液培養(yǎng)在此類患者中的應用價值。