引用本文： 李恒, 杨瑞, 耿磊, 杨云建, 张振东, 陈继营. 细菌培养阴性的关节假体周围感染的临床特点. 中国修复重建外科杂志, 2014, 28(1): 30-33. doi: 10.7507/1002-1892.20140007 复制
关节置换术可有效减轻症状，重建关节，提高患者生活质量。而关节假体周围感染（prosthetic joint infection，PJI）是关节置换术后最严重并发症。对于PJI已有大量临床与基础研究报道，但其诊断标准仍未明确。PJI的诊断需综合患者临床症状与体征、实验室指标、影像学、关节液培养及病理表现得出，诊断复杂且治疗困难。二期翻修手术及长期大量使用抗生素，给PJI患者带来生理上的痛苦及心理和经济上的负担。对PJI的诊断关键是找到致病细菌。美国感染疾病协会（IDSA）2013年发布了关于PJI的诊断与治疗指南，尤其强调了细菌培养的重要性[1]。若能在术前关节穿刺液培养中找到关键性致病细菌，提供可靠药敏试验，则能有效指导手术方案及术后抗生素使用。但对于一部分患者，无论是术前关节液穿刺还是术中关节液培养，结果均为阴性。此类患者的治疗方案难以确定，抗生素使用只能凭借术者临床经验选择，术后失败率极高[2-4]，患者不得不再次或多次行翻修术来控制感染。本研究回顾性分析我院收治的PJI患者临床资料，研究关节液细菌培养阴性患者的临床特征及实验室检查指标与阳性患者的差异，以期为临床PJI患者的进一步诊断提供依据。报告如下。
1 临床资料
1.1 患者选择标准
PJI诊断标准[1]：① 存在与关节相通的窦道。② 术中冰冻切片连续计数10个高倍镜视野，中性粒细胞平均值＞ 5个；或石蜡切片中显示明显炎性反应、成血管现象。③ 术中可见关节周围脓聚现象。④ 连续2次关节液培养结果均为阳性。符合上述标准任意1条或1 条以上者可诊断为PJI。2012年1月－2013年7月共收治104例关节翻修患者，其中66例诊断为PJI。
根据术前关节穿刺与术中关节液或组织培养结果，将66例患者分为培养阴性组（CN组）和培养阳性组（CP组）。纳入标准：CN组连续2次关节液培养结果均为阴性；CP组连续2次关节液培养均为阳性，且菌种一致。对于2次培养结果均为阳性，但致病菌种不一致的情况，多次取关节穿刺液进行培养，若连续培养结果一致，则纳入CP组；若多次培养仅1次阳性，则认为样本污染，纳入CN组。本研究CN组21例，CP组45例。患者均知情同意。
1.2 一般资料
CN组：男13例，女8例；年龄44～79岁，平均59.7岁。身高1.52～1.78 m，平均1.67 m；体重45～98 kg，平均69.5 kg；体重指数（body mass index，BMI）15.94～32.00，平均24.82。均为单侧手术，髋关节翻修12例，膝关节翻修9例。CP组：男22例，女23例；年龄19～86岁，平均62.4岁。身高1.50～1.78 m，平均1.65 m；体重40～89 kg，平均67.0 kg；BMI 16.65～36.65，平均25.50。均为单侧手术，髋关节翻修28例，膝关节翻修17例，包含右侧全股骨翻修1例。
两组患者性别、年龄、身高、体重、BMI等一般资料比较，差异均无统计学意义（P＞ 0.05），具有可比性。
1.3 术前评估
由于术前使用抗生素会导致培养结果异常[5]，故患者入院前均停止使用抗生素2周以上，入院即抽血测定C反应蛋白（C reactive protein，CRP）和红细胞沉降率（erythrocyte sedimentation rate，ESR）。入院后询问病史，包括术前诊断、假体生存时间。均行术前X线片检查，髋关节摄双髋正位片及患髋侧位片，膝关节摄站立位下肢全长片及屈曲30°侧位片。根据关节周围透亮线评估假体松动情况；综合临床症状、影像学及术前ESR、CRP水平预评估患者是否为可疑PJI。若影像学显示假体松动、患侧关节存在窦道，CRP或ESR高于正常临界值（CRP：0～0.8 mg/dL，ESR：0～20 mm/1 h），则高度怀疑为PJI。翻修术前1～2 d行关节穿刺术，将抽出的液体分别注入需氧培养瓶及厌氧培养瓶内行细菌学培养，培养周期为10 d[6-7]。
1.4 术中评估
术中观察关节周围组织情况，出现脓聚或与关节相通的窦道则可明确为感染。若关节周围组织炎症明显，则选择炎症较明显的组织送冰冻病理切片，计数10个高倍镜视野下的中性粒细胞，平均值＞ 5认为感染[8]。将关节周围异常组织或关节液分别注入需氧培养瓶及厌氧培养瓶内培养10 d，再次行细菌学培养。术后保留炎性组织行石蜡切片，分析组织病理形态，根据Morawietz等[9]分型方法，由同一位病理科医师对石蜡切片进行组织学分型并统计。
1.5 统计学方法
采用SPSS16.0统计软件进行分析。计量资料以均数±标准差表示，符合正态分布数据组间比较采用t 检验，非正态分布数据组间比较采用Wilcoxon秩和检验；检验水准α=0.05。
2 结果
2.1 术前评估
CN组患者术前CRP和ESR分别为（1.29 ± 1.84） mg/dL和（22.86 ± 28.42）mm/1 h，均显著低于CP组的（5.08 ± 9.57）mg/dL和（36.74 ± 31.26）mm/1 h，差异均有统计学意义（t=2.094，P=0.038；t=7.761，P=0.000）。CN组假体生存时间为8～504个月，中位时间72个月；CP组为15 d～300个月，中位时间25个月；两组比较差异有统计学意义（U=2.231，P=0.026）。
2.2 术中评估
共发现与关节相通的窦道患者12例，CN组3例，CP组9例；出现脓聚患者15例，均为CP组患者；中性粒细胞平均值＞ 5个的患者43例，CN组19例，CP组24例。根据Morawietz等[9]分型方法进行组织学分型，CN组Ⅰ型2例，Ⅱ型7例，Ⅲ型12例；CP组Ⅰ 型6例，Ⅱ型25例，Ⅲ型13例，Ⅳ型1例。CN组多为Ⅲ型，表现为多核巨噬细胞及炎性成血管现象；CP组多为Ⅱ型，表现为活跃的成纤维细胞及大量中性粒细胞浸润。见图 1。
图1
两组主要组织学分型的组织病理学表现 ⓐ CN组Ⅲ型 ⓑ CP组Ⅱ型
Figure1.
Histopathology findings of major typing in 2 groups ⓐ Type Ⅲ in CN group ⓑ Type Ⅱ in CP group
2.3 细菌培养结果
术前和术中2次关节液穿刺细菌学培养均为阳性且菌种一致患者共45例（CP组），细菌培养阳性率为68.18%（45/66）。主要为葡萄球菌属，共31例（68.89%），包括金黄色葡萄球菌11例，表皮葡萄球菌10例，凝固酶阴性葡萄球菌9例，邓路葡萄球菌1例；其他包括大肠埃希菌3例，肠球菌2例，链球菌3例，布氏杆菌2例，真菌（近平滑念珠菌）1例，铜绿假单胞菌2例，芽孢杆菌1例。
其中2例链球菌感染患者（1髋、1膝）病情严重，行多次清创及占位器植入术治疗，效果均不明显，出现明显的坏死性筋膜炎表现；后经持续封闭式负压引流，感染得以控制。1例真菌感染患者，术后控制真菌6个月后，其ESR和CRP恢复正常。
3 讨论
目前对于假体无菌性松动的诊断仍存在一定争议，部分医师认为大部分无菌性松动可能由低毒性细菌感染所致[10-11]。Bereza等[11]用超声技术处理培养组织后通过PCR测定发现，之前诊断为无菌性松动的患者大部分为PJI，且存在多种细菌共生的现象，从而致使致病菌之间相互抑制，处于静默状态，导致临床症状缺失及培养结果阴性。因此正确诊断及找到正确致病细菌是关节翻修术成功不可或缺的先决条件[2, 12-13]。
PJI的误诊与漏诊会导致一系列错误治疗，给患者带来不必要的痛苦与巨大经济负担。近年来，越来越多基础与临床研究致力于如何更迅速且准确地诊断PJI[14-17]，细菌培养结果在PJI诊断中有着至关重要的意义[18]。ISDA于2013年发布的PJI诊断与治疗指南中，将微生物学临床证据定义为B-Ⅱ级，同为B-Ⅱ级的临床证据还包括存在与关节相通的窦道以及组织病理学检查[1]。
但并非所有PJI患者的细菌培养均可找到致病菌。取样误差、抗生素使用以及一些致病菌处于生物膜包裹低毒性状态[15]，或多种细菌共同感染且相互抑制，都是导致培养结果异常的原因[3-4, 12]。据报道细菌培养阴性的PJI患者发病率为7%～41%，其发病率不同有多方面原因[19-20]。我们认为最主要原因是对PJI的诊断尚缺乏共识，不同学者对PJI有不同的诊断标准。本研究细菌培养阴性PJI患者发生率为31.82%（21/66），其发生率较高可能是由于对PJI诊断标准更宽泛（为防止漏诊发生）所致，也与一部分患者入院前曾行不正规抗生素治疗有关。
本研究对培养阴性患者的临床特征及实验室检查指标与培养阳性患者进行了对比分析，结果显示，CN组患者ESR和CRP均明显低于CP组，假体生存时间明显长于CP组。从一定意义上说明培养阴性的PJI大体上为低毒性，引起的炎性反应普遍低于培养阳性PJI。有学者认为[21]关节置换术后2年内翻修者多为PJI，无论细菌培养是否为阳性。本研究病理结果显示，CN组患者病理表现多集中于Morawietz组织学分型Ⅲ型，即磨损型与感染型的混合型，而CP组患者多集中于Ⅱ型，即感染型。由于本研究培养细菌的种类及样本量有限，细菌培养阴性与阳性患者假体周围组织病理表现仍需进一步研究。
本研究中，细菌培养阳性患者菌种的大体类型也与文献报道相似，主要致病菌属为葡萄球菌属[1, 22]；大肠埃希菌居第2位；链球菌感染同样较为高发，其发病较为迅速，病灶呈蔓延状，难以控制。
本研究存在一定局限性：① 作为单中心研究，病例数较少，且部分患者在入院前曾不正规使用抗生素，造成本研究培养阴性率高于文献报道。② 患者均行需氧和厌氧培养，但对于某些致病菌种，可能需要更合适的培养基或更长时间培养周期。③ 对于细菌培养阴性与阳性患者在病理分型上的不同分布，其相关性有待进一步研究。④ 对于培养阴性的PJI患者需进一步长期随访，评估其假体生存状况与阳性患者是否存在差异。
关节置换术可有效减轻症状，重建关节，提高患者生活质量。而关节假体周围感染（prosthetic joint infection，PJI）是关节置换术后最严重并发症。对于PJI已有大量临床与基础研究报道，但其诊断标准仍未明确。PJI的诊断需综合患者临床症状与体征、实验室指标、影像学、关节液培养及病理表现得出，诊断复杂且治疗困难。二期翻修手术及长期大量使用抗生素，给PJI患者带来生理上的痛苦及心理和经济上的负担。对PJI的诊断关键是找到致病细菌。美国感染疾病协会（IDSA）2013年发布了关于PJI的诊断与治疗指南，尤其强调了细菌培养的重要性[1]。若能在术前关节穿刺液培养中找到关键性致病细菌，提供可靠药敏试验，则能有效指导手术方案及术后抗生素使用。但对于一部分患者，无论是术前关节液穿刺还是术中关节液培养，结果均为阴性。此类患者的治疗方案难以确定，抗生素使用只能凭借术者临床经验选择，术后失败率极高[2-4]，患者不得不再次或多次行翻修术来控制感染。本研究回顾性分析我院收治的PJI患者临床资料，研究关节液细菌培养阴性患者的临床特征及实验室检查指标与阳性患者的差异，以期为临床PJI患者的进一步诊断提供依据。报告如下。
1 临床资料
1.1 患者选择标准
PJI诊断标准[1]：① 存在与关节相通的窦道。② 术中冰冻切片连续计数10个高倍镜视野，中性粒细胞平均值＞ 5个；或石蜡切片中显示明显炎性反应、成血管现象。③ 术中可见关节周围脓聚现象。④ 连续2次关节液培养结果均为阳性。符合上述标准任意1条或1 条以上者可诊断为PJI。2012年1月－2013年7月共收治104例关节翻修患者，其中66例诊断为PJI。
根据术前关节穿刺与术中关节液或组织培养结果，将66例患者分为培养阴性组（CN组）和培养阳性组（CP组）。纳入标准：CN组连续2次关节液培养结果均为阴性；CP组连续2次关节液培养均为阳性，且菌种一致。对于2次培养结果均为阳性，但致病菌种不一致的情况，多次取关节穿刺液进行培养，若连续培养结果一致，则纳入CP组；若多次培养仅1次阳性，则认为样本污染，纳入CN组。本研究CN组21例，CP组45例。患者均知情同意。
1.2 一般资料
CN组：男13例，女8例；年龄44～79岁，平均59.7岁。身高1.52～1.78 m，平均1.67 m；体重45～98 kg，平均69.5 kg；体重指数（body mass index，BMI）15.94～32.00，平均24.82。均为单侧手术，髋关节翻修12例，膝关节翻修9例。CP组：男22例，女23例；年龄19～86岁，平均62.4岁。身高1.50～1.78 m，平均1.65 m；体重40～89 kg，平均67.0 kg；BMI 16.65～36.65，平均25.50。均为单侧手术，髋关节翻修28例，膝关节翻修17例，包含右侧全股骨翻修1例。
两组患者性别、年龄、身高、体重、BMI等一般资料比较，差异均无统计学意义（P＞ 0.05），具有可比性。
1.3 术前评估
由于术前使用抗生素会导致培养结果异常[5]，故患者入院前均停止使用抗生素2周以上，入院即抽血测定C反应蛋白（C reactive protein，CRP）和红细胞沉降率（erythrocyte sedimentation rate，ESR）。入院后询问病史，包括术前诊断、假体生存时间。均行术前X线片检查，髋关节摄双髋正位片及患髋侧位片，膝关节摄站立位下肢全长片及屈曲30°侧位片。根据关节周围透亮线评估假体松动情况；综合临床症状、影像学及术前ESR、CRP水平预评估患者是否为可疑PJI。若影像学显示假体松动、患侧关节存在窦道，CRP或ESR高于正常临界值（CRP：0～0.8 mg/dL，ESR：0～20 mm/1 h），则高度怀疑为PJI。翻修术前1～2 d行关节穿刺术，将抽出的液体分别注入需氧培养瓶及厌氧培养瓶内行细菌学培养，培养周期为10 d[6-7]。
1.4 术中评估
术中观察关节周围组织情况，出现脓聚或与关节相通的窦道则可明确为感染。若关节周围组织炎症明显，则选择炎症较明显的组织送冰冻病理切片，计数10个高倍镜视野下的中性粒细胞，平均值＞ 5认为感染[8]。将关节周围异常组织或关节液分别注入需氧培养瓶及厌氧培养瓶内培养10 d，再次行细菌学培养。术后保留炎性组织行石蜡切片，分析组织病理形态，根据Morawietz等[9]分型方法，由同一位病理科医师对石蜡切片进行组织学分型并统计。
1.5 统计学方法
采用SPSS16.0统计软件进行分析。计量资料以均数±标准差表示，符合正态分布数据组间比较采用t 检验，非正态分布数据组间比较采用Wilcoxon秩和检验；检验水准α=0.05。
2 结果
2.1 术前评估
CN组患者术前CRP和ESR分别为（1.29 ± 1.84） mg/dL和（22.86 ± 28.42）mm/1 h，均显著低于CP组的（5.08 ± 9.57）mg/dL和（36.74 ± 31.26）mm/1 h，差异均有统计学意义（t=2.094，P=0.038；t=7.761，P=0.000）。CN组假体生存时间为8～504个月，中位时间72个月；CP组为15 d～300个月，中位时间25个月；两组比较差异有统计学意义（U=2.231，P=0.026）。
2.2 术中评估
共发现与关节相通的窦道患者12例，CN组3例，CP组9例；出现脓聚患者15例，均为CP组患者；中性粒细胞平均值＞ 5个的患者43例，CN组19例，CP组24例。根据Morawietz等[9]分型方法进行组织学分型，CN组Ⅰ型2例，Ⅱ型7例，Ⅲ型12例；CP组Ⅰ 型6例，Ⅱ型25例，Ⅲ型13例，Ⅳ型1例。CN组多为Ⅲ型，表现为多核巨噬细胞及炎性成血管现象；CP组多为Ⅱ型，表现为活跃的成纤维细胞及大量中性粒细胞浸润。见图 1。
图1
两组主要组织学分型的组织病理学表现 ⓐ CN组Ⅲ型 ⓑ CP组Ⅱ型
Figure1.
Histopathology findings of major typing in 2 groups ⓐ Type Ⅲ in CN group ⓑ Type Ⅱ in CP group
2.3 细菌培养结果
术前和术中2次关节液穿刺细菌学培养均为阳性且菌种一致患者共45例（CP组），细菌培养阳性率为68.18%（45/66）。主要为葡萄球菌属，共31例（68.89%），包括金黄色葡萄球菌11例，表皮葡萄球菌10例，凝固酶阴性葡萄球菌9例，邓路葡萄球菌1例；其他包括大肠埃希菌3例，肠球菌2例，链球菌3例，布氏杆菌2例，真菌（近平滑念珠菌）1例，铜绿假单胞菌2例，芽孢杆菌1例。
其中2例链球菌感染患者（1髋、1膝）病情严重，行多次清创及占位器植入术治疗，效果均不明显，出现明显的坏死性筋膜炎表现；后经持续封闭式负压引流，感染得以控制。1例真菌感染患者，术后控制真菌6个月后，其ESR和CRP恢复正常。
3 讨论
目前对于假体无菌性松动的诊断仍存在一定争议，部分医师认为大部分无菌性松动可能由低毒性细菌感染所致[10-11]。Bereza等[11]用超声技术处理培养组织后通过PCR测定发现，之前诊断为无菌性松动的患者大部分为PJI，且存在多种细菌共生的现象，从而致使致病菌之间相互抑制，处于静默状态，导致临床症状缺失及培养结果阴性。因此正确诊断及找到正确致病细菌是关节翻修术成功不可或缺的先决条件[2, 12-13]。
PJI的误诊与漏诊会导致一系列错误治疗，给患者带来不必要的痛苦与巨大经济负担。近年来，越来越多基础与临床研究致力于如何更迅速且准确地诊断PJI[14-17]，细菌培养结果在PJI诊断中有着至关重要的意义[18]。ISDA于2013年发布的PJI诊断与治疗指南中，将微生物学临床证据定义为B-Ⅱ级，同为B-Ⅱ级的临床证据还包括存在与关节相通的窦道以及组织病理学检查[1]。
但并非所有PJI患者的细菌培养均可找到致病菌。取样误差、抗生素使用以及一些致病菌处于生物膜包裹低毒性状态[15]，或多种细菌共同感染且相互抑制，都是导致培养结果异常的原因[3-4, 12]。据报道细菌培养阴性的PJI患者发病率为7%～41%，其发病率不同有多方面原因[19-20]。我们认为最主要原因是对PJI的诊断尚缺乏共识，不同学者对PJI有不同的诊断标准。本研究细菌培养阴性PJI患者发生率为31.82%（21/66），其发生率较高可能是由于对PJI诊断标准更宽泛（为防止漏诊发生）所致，也与一部分患者入院前曾行不正规抗生素治疗有关。
本研究对培养阴性患者的临床特征及实验室检查指标与培养阳性患者进行了对比分析，结果显示，CN组患者ESR和CRP均明显低于CP组，假体生存时间明显长于CP组。从一定意义上说明培养阴性的PJI大体上为低毒性，引起的炎性反应普遍低于培养阳性PJI。有学者认为[21]关节置换术后2年内翻修者多为PJI，无论细菌培养是否为阳性。本研究病理结果显示，CN组患者病理表现多集中于Morawietz组织学分型Ⅲ型，即磨损型与感染型的混合型，而CP组患者多集中于Ⅱ型，即感染型。由于本研究培养细菌的种类及样本量有限，细菌培养阴性与阳性患者假体周围组织病理表现仍需进一步研究。
本研究中，细菌培养阳性患者菌种的大体类型也与文献报道相似，主要致病菌属为葡萄球菌属[1, 22]；大肠埃希菌居第2位；链球菌感染同样较为高发，其发病较为迅速，病灶呈蔓延状，难以控制。
本研究存在一定局限性：① 作为单中心研究，病例数较少，且部分患者在入院前曾不正规使用抗生素，造成本研究培养阴性率高于文献报道。② 患者均行需氧和厌氧培养，但对于某些致病菌种，可能需要更合适的培养基或更长时间培养周期。③ 对于细菌培养阴性与阳性患者在病理分型上的不同分布，其相关性有待进一步研究。④ 对于培养阴性的PJI患者需进一步长期随访，评估其假体生存状况与阳性患者是否存在差异。
