引用本文： 杨云建, 杨帆, 张振东, 李恒, 陈继营. 初次人工全膝关节置换术后假体周围感染的病原菌分布及药敏分析. 中国修复重建外科杂志, 2014, 28(7): 848-852. doi: 10.7507/1002-1892.20140187 复制
目前，人工全膝关节置换术（total knee arthroplasty，TKA）是治疗终末期膝关节疾病的有效方法之一，临床应用广泛。假体周围感染（prosthetic joint infection，PJI）是TKA术后最严重并发症之一[1]，也是行二次翻修的最常见原因[2]。据统计，初次TKA术后PJI发生率为0.5%～2.0%[3-4]；其中，术后2年内为1.55%，2～10年每年增加0.46%[5-6]。因病原菌培养困难、细菌耐药性增强及多重耐药菌不断出现，PJI治疗困难，故及时掌握PJI的微生物学及药敏特点对于防治TKA术后PJI有重要意义。2003年1月－6月，我们收治初次TKA术后PJI患者65例（65膝），现回顾分析其微生物学及药敏特点，为临床诊治提供参考。报告如下。
1 临床资料
1.1 一般资料
本组男28例，女37例；初次TKA时年龄37～78岁，平均60.8岁；本次入院时年龄37～80岁，平均63.2岁。原发疾病：骨关节炎50例，类风湿性关节炎5例，创伤性关节炎5例，膝关节感染后关节强直1例，骨关节炎合并色素沉着绒毛结节性滑膜炎4例。单膝置换57例，其中左膝27例、右膝30例；同期双膝置换8例。置换术后2周～11年发生PJI，中位时间2.8年。左膝29例，右膝36例。体重指数21.2～34.5，平均 28.1。
1.2 术前及术中处理
入院后仔细询问患者病史，检查创面皮肤情况，发现3例患者伴红肿、皮温升高、渗液或蜂窝组织炎表现。患者均摄X线片，27例可见假体周围透光线、骨与骨水泥界面骨吸收等假体松动表现。实验室检查：红细胞沉降率为29.3～73.8 mm/1 h，平均63.2 mm/1 h；C反应蛋白12.5～197.0 mg/L，平均37.4 mg/L。严格无菌条件下行关节腔穿刺，取关节液行白细胞计数、分类以及需氧菌和厌氧菌培养，培养时间7～14 d[7]，超过14 d视为阴性，分枝杆菌延长至30 d。因使用抗生素会影响病原菌培养阳性率[8]，故入院前使用抗生素者需至少停用2周[9]后再抽取关节液进行培养。
翻修术中观察假体周围情况，在可疑感染部位多处取样 [10]，取关节液标本注入需氧和厌氧培养瓶进行病原菌培养，组织标本放入无菌试管采用琼脂平板培养基培养；并行药敏试验。同时行术中冰冻病理检查并计数5个高倍视野中性粒细胞均值。
1.3 PJI诊断及分型标准
患者满足以下任何1条标准即可诊断为PJI[11]：① 存在与关节腔相通的窦道。② 2次或2次以上假体周围不同组织或液体标本培养出相同微生物。③ 需满足以下任意4方面：红细胞沉降率与C反应蛋白升高；膝关节穿刺液白细胞计数升高；膝关节穿刺液中性粒细胞百分比升高；关节腔穿刺有脓液；假体周围组织或液体标本仅1次培养出微生物；术中冰冻切片计数5 个高倍视野，每高倍视野中性粒细胞平均数达5个以上。如患者未满足该诊断标准，可根据临床表现确诊。
按照Tsukayama等[12]分型标准将PJI分为4种类型：Ⅰ型，术中病原菌培养阳性；Ⅱ型，术后4周内早期感染，根据感染是否蔓延至关节腔内进一步分为早期浅表性感染（ⅡA型）和早期深部感染（ⅡB型）；Ⅲ型，急性血源性感染，指感染从身体其他部位通过血液播散种植到功能良好的假体周围，常发生于术后4周后；Ⅳ型，术后慢性隐匿性感染，低热、膝部疼痛或假体松动等症状持续时间＞ 4周。
2 结果
本组除7例患者未满足诊断标准，根据临床表现确诊外，其余患者均符合诊断标准，确诊为PJI。按照Tsukayama等分型标准：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
本组细菌培养阴性12例，阳性53例；病原菌以革兰阳性球菌（39/53）为主，其中凝固酶阴性葡萄球菌最多（24/53），其次为金黄色葡萄球菌（12/53）。两种葡萄球菌中耐药菌占61.11%（22/36）。凝固酶阴性葡萄球菌中，甲氧西林敏感的凝固酶阴性葡萄球菌10例，甲氧西林耐药的凝固酶阴性葡萄球菌 14例；金黄色葡萄球菌中，甲氧西林敏感的金黄色葡萄球菌4例，甲氧西林耐药的金黄色葡萄球菌8例。罕见病原菌和耐药菌分布于ⅡB型及Ⅳ型感染，绝大多数分布于Ⅳ型感染。见表 1。
表1
患者病原菌种类分布
Table1.
Distribution of pathogen and infection classification in patients with PJI
2.2 病原菌的耐药率
药敏试验结果显示，病原菌对青霉素、红霉素、头孢西丁耐药率高，对其余抗生素也有不同程度耐药，但未发现对万古霉素、利奈唑胺、美罗培南和氟康唑耐药的病原菌，见表 2。主要病原菌凝固酶阴性葡萄球菌和金黄色葡萄球菌均对青霉素耐药率最高，见表 3。
表2
病原菌对抗生素的耐药率
Table2.
Resistance of bacteria to antibiotics
表3
主要病原菌对抗生素的耐药情况
Table3.
Resistance of main pathogens to common antibiotics
3 讨论
3.1 病原菌分析
PJIⅠ型感染主要为凝固酶阴性葡萄球菌感染，常见于术前被诊断为无菌性松动患者，此型注意排除标本污染的可能，可通过术中多处取材、两个或多个标本培养出同一病原菌后确诊。Ⅱ型感染最常见病原菌是金黄色葡萄球菌，有时合并凝固酶阴性葡萄球菌和革兰阴性杆菌。Ⅲ型感染多由金黄色葡萄球菌、溶血性链球菌以及肠球菌属等革兰阳性球菌引起，皮肤和软组织感染是最常见的细菌来源。大部分Ⅳ型感染由凝固酶阴性葡萄球菌引起，有时也可见革兰阴性杆菌、链球菌属、肠球菌属以及厌氧菌[13]。
假体周围组织病原菌培养因具有较高的特异性（97%～100%）及阳性预测值（98%～100%），被视为诊断PJI的金标准[14]。Trampuz等 [9]报道PJI患者假体周围组织病原菌培养阳性率达65%～94%，本组65例患者中53例（81.54%）培养呈阳性，与文献报道结果一致。然而临床工作中病原菌培养有一定困难，有研究表明2%～18%的PJI患者病原菌培养为阴性[15-16]，本组也有12例患者细菌培养为阴性，其中有7 例是根据临床表现确诊。Parvizi等[2]研究表明，选择不恰当的培养基、生物膜的形成、获取标本前抗生素停用时间以及培养时间较短，均会导致培养结果假阴性，影响PJI的诊断和针对性治疗。结合文献[2]以及本组患者资料分析，我们认为病原菌培养阴性可能与以下5方面因素有关：① 培养前未严格停用抗生素2周；② 膝关节腔穿刺获得关节液量较少，关节液被稀释；③ 标本送检不及时；④ 培养时间较短；⑤ 标本取样份数较少。此外由于生物膜对细菌有保护作用，也会影响培养阳性率，可使用超声破坏生物膜并结合PCR技术提高培养阳性率[17]。
但也有学者持不同观点，Ghanem等[18]通过回顾性研究发现，对于已确诊的PJI患者，术前预防性使用抗生素不会降低术中组织培养结果的准确性。培养时间从1周延长至2周，组织标本培养敏感性从63%～64%上升到77%[19-20]。但培养时间延长存在污染导致假阳性的风险，组织标本污染导致培养假阳性占PJI患者的5%～37%[21-22]，标本污染引起的假阳性可能导致患者接受不必要的治疗，给患者带来巨大痛苦，需要医生给予关注和准确鉴别。
本研究中有2例沙门菌、1例真菌和1例分枝杆菌等罕见菌。沙门菌属于肠杆菌科，一般经粪口途径传播[23]，感染者多表现为局部感染、胃肠炎、败血症、慢性带菌者等症状[24]，沙门菌性关节炎较少见[25]。Carlile等[26]也在TKA后感染患者中发现了沙门菌感染。目前对真菌感染的研究较少，临床上仅1%的PJI患者为真菌感染[27]，最常见的病原菌是念珠菌[28]，感染多见于髋、膝关节，肩关节和掌指关节也有报道[29-30]。假体周围分枝杆菌感染的诊断和治疗仍是难点，其早期诊断和早期治疗非常重要，随着分枝杆菌耐药率的不断升高，应根据药敏结果，实行个体化和有适当监测的治疗，并对患者进行教育，从而达到最佳治疗反应和最少副作用。罕见菌的出现提高了治疗难度，提醒我们应警惕并加强相关研究。
3.2 病原菌耐药性分析
目前治疗PJI的另一个挑战是细菌耐药问题，革兰阳性球菌耐药现象严重，其中凝固酶阴性葡萄球菌和金黄色葡萄球菌最显著[31-32]。本组TKA后PJI患者中，前两位的凝固酶阴性葡萄球菌和金黄色葡萄球菌对青霉素类和大环内酯类药物的耐药率高，同时对其他抗菌药物也有不同程度耐药，耐甲氧西林凝固酶阴性葡萄球菌检出率为58.33%，耐甲氧西林金黄色葡萄球菌检出率为66.67%尚未检出对万古霉素、利奈唑胺及美罗培南耐药的菌株。提示对于PJI患者，无药敏试验结果前可经验性使用万古霉素或利奈唑胺。
综上述，初次TKA后PJI病原菌主要是凝固酶阴性葡萄球菌和金黄色葡萄球菌等革兰阳性球菌，入院后可先经验性选用万古霉素或利奈唑胺，然后根据药敏试验结果调整抗生素；需高度警惕罕见菌和耐药菌，甚至多重耐药菌。但本研究存在以下不足：① 为回顾性研究，时间跨度大，临床资料不完整；② 为单中心研究，样本例数较少；③ 早期患者治疗不规范，取样本前停用抗生素时间较短，培养基种类选择单一和培养时间较短。此外，目前缺乏统一的PJI诊断标准，各中心相关研究数据无法直接比较。
目前，人工全膝关节置换术（total knee arthroplasty，TKA）是治疗终末期膝关节疾病的有效方法之一，临床应用广泛。假体周围感染（prosthetic joint infection，PJI）是TKA术后最严重并发症之一[1]，也是行二次翻修的最常见原因[2]。据统计，初次TKA术后PJI发生率为0.5%～2.0%[3-4]；其中，术后2年内为1.55%，2～10年每年增加0.46%[5-6]。因病原菌培养困难、细菌耐药性增强及多重耐药菌不断出现，PJI治疗困难，故及时掌握PJI的微生物学及药敏特点对于防治TKA术后PJI有重要意义。2003年1月－6月，我们收治初次TKA术后PJI患者65例（65膝），现回顾分析其微生物学及药敏特点，为临床诊治提供参考。报告如下。
1 临床资料
1.1 一般资料
本组男28例，女37例；初次TKA时年龄37～78岁，平均60.8岁；本次入院时年龄37～80岁，平均63.2岁。原发疾病：骨关节炎50例，类风湿性关节炎5例，创伤性关节炎5例，膝关节感染后关节强直1例，骨关节炎合并色素沉着绒毛结节性滑膜炎4例。单膝置换57例，其中左膝27例、右膝30例；同期双膝置换8例。置换术后2周～11年发生PJI，中位时间2.8年。左膝29例，右膝36例。体重指数21.2～34.5，平均 28.1。
1.2 术前及术中处理
入院后仔细询问患者病史，检查创面皮肤情况，发现3例患者伴红肿、皮温升高、渗液或蜂窝组织炎表现。患者均摄X线片，27例可见假体周围透光线、骨与骨水泥界面骨吸收等假体松动表现。实验室检查：红细胞沉降率为29.3～73.8 mm/1 h，平均63.2 mm/1 h；C反应蛋白12.5～197.0 mg/L，平均37.4 mg/L。严格无菌条件下行关节腔穿刺，取关节液行白细胞计数、分类以及需氧菌和厌氧菌培养，培养时间7～14 d[7]，超过14 d视为阴性，分枝杆菌延长至30 d。因使用抗生素会影响病原菌培养阳性率[8]，故入院前使用抗生素者需至少停用2周[9]后再抽取关节液进行培养。
翻修术中观察假体周围情况，在可疑感染部位多处取样 [10]，取关节液标本注入需氧和厌氧培养瓶进行病原菌培养，组织标本放入无菌试管采用琼脂平板培养基培养；并行药敏试验。同时行术中冰冻病理检查并计数5个高倍视野中性粒细胞均值。
1.3 PJI诊断及分型标准
患者满足以下任何1条标准即可诊断为PJI[11]：① 存在与关节腔相通的窦道。② 2次或2次以上假体周围不同组织或液体标本培养出相同微生物。③ 需满足以下任意4方面：红细胞沉降率与C反应蛋白升高；膝关节穿刺液白细胞计数升高；膝关节穿刺液中性粒细胞百分比升高；关节腔穿刺有脓液；假体周围组织或液体标本仅1次培养出微生物；术中冰冻切片计数5 个高倍视野，每高倍视野中性粒细胞平均数达5个以上。如患者未满足该诊断标准，可根据临床表现确诊。
按照Tsukayama等[12]分型标准将PJI分为4种类型：Ⅰ型，术中病原菌培养阳性；Ⅱ型，术后4周内早期感染，根据感染是否蔓延至关节腔内进一步分为早期浅表性感染（ⅡA型）和早期深部感染（ⅡB型）；Ⅲ型，急性血源性感染，指感染从身体其他部位通过血液播散种植到功能良好的假体周围，常发生于术后4周后；Ⅳ型，术后慢性隐匿性感染，低热、膝部疼痛或假体松动等症状持续时间＞ 4周。
2 结果
本组除7例患者未满足诊断标准，根据临床表现确诊外，其余患者均符合诊断标准，确诊为PJI。按照Tsukayama等分型标准：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
本组细菌培养阴性12例，阳性53例；病原菌以革兰阳性球菌（39/53）为主，其中凝固酶阴性葡萄球菌最多（24/53），其次为金黄色葡萄球菌（12/53）。两种葡萄球菌中耐药菌占61.11%（22/36）。凝固酶阴性葡萄球菌中，甲氧西林敏感的凝固酶阴性葡萄球菌10例，甲氧西林耐药的凝固酶阴性葡萄球菌 14例；金黄色葡萄球菌中，甲氧西林敏感的金黄色葡萄球菌4例，甲氧西林耐药的金黄色葡萄球菌8例。罕见病原菌和耐药菌分布于ⅡB型及Ⅳ型感染，绝大多数分布于Ⅳ型感染。见表 1。
表1
患者病原菌种类分布
Table1.
Distribution of pathogen and infection classification in patients with PJI
2.2 病原菌的耐药率
药敏试验结果显示，病原菌对青霉素、红霉素、头孢西丁耐药率高，对其余抗生素也有不同程度耐药，但未发现对万古霉素、利奈唑胺、美罗培南和氟康唑耐药的病原菌，见表 2。主要病原菌凝固酶阴性葡萄球菌和金黄色葡萄球菌均对青霉素耐药率最高，见表 3。
表2
病原菌对抗生素的耐药率
Table2.
Resistance of bacteria to antibiotics
表3
主要病原菌对抗生素的耐药情况
Table3.
Resistance of main pathogens to common antibiotics
3 讨论
3.1 病原菌分析
PJIⅠ型感染主要为凝固酶阴性葡萄球菌感染，常见于术前被诊断为无菌性松动患者，此型注意排除标本污染的可能，可通过术中多处取材、两个或多个标本培养出同一病原菌后确诊。Ⅱ型感染最常见病原菌是金黄色葡萄球菌，有时合并凝固酶阴性葡萄球菌和革兰阴性杆菌。Ⅲ型感染多由金黄色葡萄球菌、溶血性链球菌以及肠球菌属等革兰阳性球菌引起，皮肤和软组织感染是最常见的细菌来源。大部分Ⅳ型感染由凝固酶阴性葡萄球菌引起，有时也可见革兰阴性杆菌、链球菌属、肠球菌属以及厌氧菌[13]。
假体周围组织病原菌培养因具有较高的特异性（97%～100%）及阳性预测值（98%～100%），被视为诊断PJI的金标准[14]。Trampuz等 [9]报道PJI患者假体周围组织病原菌培养阳性率达65%～94%，本组65例患者中53例（81.54%）培养呈阳性，与文献报道结果一致。然而临床工作中病原菌培养有一定困难，有研究表明2%～18%的PJI患者病原菌培养为阴性[15-16]，本组也有12例患者细菌培养为阴性，其中有7 例是根据临床表现确诊。Parvizi等[2]研究表明，选择不恰当的培养基、生物膜的形成、获取标本前抗生素停用时间以及培养时间较短，均会导致培养结果假阴性，影响PJI的诊断和针对性治疗。结合文献[2]以及本组患者资料分析，我们认为病原菌培养阴性可能与以下5方面因素有关：① 培养前未严格停用抗生素2周；② 膝关节腔穿刺获得关节液量较少，关节液被稀释；③ 标本送检不及时；④ 培养时间较短；⑤ 标本取样份数较少。此外由于生物膜对细菌有保护作用，也会影响培养阳性率，可使用超声破坏生物膜并结合PCR技术提高培养阳性率[17]。
但也有学者持不同观点，Ghanem等[18]通过回顾性研究发现，对于已确诊的PJI患者，术前预防性使用抗生素不会降低术中组织培养结果的准确性。培养时间从1周延长至2周，组织标本培养敏感性从63%～64%上升到77%[19-20]。但培养时间延长存在污染导致假阳性的风险，组织标本污染导致培养假阳性占PJI患者的5%～37%[21-22]，标本污染引起的假阳性可能导致患者接受不必要的治疗，给患者带来巨大痛苦，需要医生给予关注和准确鉴别。
本研究中有2例沙门菌、1例真菌和1例分枝杆菌等罕见菌。沙门菌属于肠杆菌科，一般经粪口途径传播[23]，感染者多表现为局部感染、胃肠炎、败血症、慢性带菌者等症状[24]，沙门菌性关节炎较少见[25]。Carlile等[26]也在TKA后感染患者中发现了沙门菌感染。目前对真菌感染的研究较少，临床上仅1%的PJI患者为真菌感染[27]，最常见的病原菌是念珠菌[28]，感染多见于髋、膝关节，肩关节和掌指关节也有报道[29-30]。假体周围分枝杆菌感染的诊断和治疗仍是难点，其早期诊断和早期治疗非常重要，随着分枝杆菌耐药率的不断升高，应根据药敏结果，实行个体化和有适当监测的治疗，并对患者进行教育，从而达到最佳治疗反应和最少副作用。罕见菌的出现提高了治疗难度，提醒我们应警惕并加强相关研究。
3.2 病原菌耐药性分析
目前治疗PJI的另一个挑战是细菌耐药问题，革兰阳性球菌耐药现象严重，其中凝固酶阴性葡萄球菌和金黄色葡萄球菌最显著[31-32]。本组TKA后PJI患者中，前两位的凝固酶阴性葡萄球菌和金黄色葡萄球菌对青霉素类和大环内酯类药物的耐药率高，同时对其他抗菌药物也有不同程度耐药，耐甲氧西林凝固酶阴性葡萄球菌检出率为58.33%，耐甲氧西林金黄色葡萄球菌检出率为66.67%尚未检出对万古霉素、利奈唑胺及美罗培南耐药的菌株。提示对于PJI患者，无药敏试验结果前可经验性使用万古霉素或利奈唑胺。
综上述，初次TKA后PJI病原菌主要是凝固酶阴性葡萄球菌和金黄色葡萄球菌等革兰阳性球菌，入院后可先经验性选用万古霉素或利奈唑胺，然后根据药敏试验结果调整抗生素；需高度警惕罕见菌和耐药菌，甚至多重耐药菌。但本研究存在以下不足：① 为回顾性研究，时间跨度大，临床资料不完整；② 为单中心研究，样本例数较少；③ 早期患者治疗不规范，取样本前停用抗生素时间较短，培养基种类选择单一和培养时间较短。此外，目前缺乏统一的PJI诊断标准，各中心相关研究数据无法直接比较。
