孫 彬 綜述 楊 濱 張 克 審校

(北京大學國際醫(yī)院骨科，北京 102206)

人工關節(jié)置換術后假體周圍感染(periprosthetic joint infection，PJI)是人工關節(jié)置換術最棘手的并發(fā)癥之一，雖然近年來經(jīng)過改進感染預防的措施，PJI發(fā)生率有所下降，但依舊是關節(jié)外科醫(yī)生最擔心的術后并發(fā)癥。在美國，PJI是膝關節(jié)置換翻修手術的首要原因，在髖關節(jié)翻修術的病因中排第3位[1，2]，PJI不僅給患者造成災難性打擊，也給社會造成巨大的經(jīng)濟負擔。目前，如何及時、準確診斷PJI仍是一個挑戰(zhàn)，尚缺乏金標準。近年來，新型生物標記物及分子生物學方法診斷PJI的研究不斷增多，本文對PJI傳統(tǒng)診斷方法、專家指南與共識進行回顧，對新進展及診斷標準進行文獻總結。

1 PJI診斷標準的歷史

2011年美國肌肉骨骼感染學會(Musculoskeletal Infection Society， MSIS)提出PJI的新定義(表1)[3]：將與假體相通的竇道，或者受累關節(jié)2次培養(yǎng)陽性且為同種細菌作為主要標準；將血清C反應蛋白(C-reactive protein，CRP)或動態(tài)紅細胞沉降率(erythrocyte sedimentation rate，ESR)升高，關節(jié)液白細胞計數(shù)或中性粒細胞百分比升高，受累關節(jié)處見膿液，假體關節(jié)處單次培養(yǎng)陽性，假體周圍組織冰凍切片見炎性細胞浸潤等作為次要標準。2013年假體周圍感染國際共識會議(International Consensus Meeting 2013，ICM 2013)對MSIS的診斷標準進行少量修改(表2、3)[4]，增加了一些新的指標(如白細胞酯酶)，并針對急性感染與慢性感染設定相關診斷閾值。 Parvizi等[5]在2018年發(fā)布了新的PJI診斷定義，診斷標準依舊分為主要標準和次要標準，并將次要標準賦予不同的權重分值，當累計分值超過診斷閾值時，即可診斷PJI。

表1 MSIS提出的PJI診斷標準[3]

表2 ICM 2013診斷標準(存在1項主要標準或3項以上次要標準即可診斷)[4]

表3 ICM 2013次要標準的診斷閾值[4]

相比2011年MSIS診斷標準，ICM 2013將次要標準由6項調(diào)整為5項，刪除假體關節(jié)處可見膿性組織這一次要標準，增加關節(jié)液白細胞酯酶這一實驗室檢查，并將白細胞酯酶陽性與關節(jié)液白細胞計數(shù)增加合并為一項次要診斷標準。Parvizi等[5]回顧性分析422例人工關節(jié)翻修(PJI 222例，無菌性松動200例)，指出2011年MSIS診斷標準的敏感性為79.3%(95%CI: 73.4%～84.4%)，特異性為99.5%(95%CI: 97.3%～99.99%)，ICM 2013的敏感性為86.9%(95%CI:81.8%～91.1%)，特異性為99.5%(95%CI:97.3%～99.99%)。可見，廣為應用的PJI診斷標準仍存在漏診的可能。2018年新定義將次要標準分為術前和術后獲取的兩類檢驗結果，關節(jié)液CRP和關節(jié)液α-防御素出現(xiàn)在標準中，且不同的次要診斷標準被賦予不同的分值(表4、5)。根據(jù)新的算法，Parvizi等指出該診斷標準的敏感性達97.7%(95%CI:94.7%～99.3%)，特異性為99.5%(95%CI:97.2%～99.99%)。本文介紹此最新定義，并重點綜述此定義中的各項診斷標準的最新進展。

表4 2018年PJI診斷新定義[5]

表5 2018年PJI診斷新定義中次要標準診斷閾值[5]

2 PJI經(jīng)典診斷指標

2.1 CRP和ESR

血清CRP和ESR對PJI的診斷很有幫助，被廣泛應用于指南或專家共識中。CRP和ESR正常在關節(jié)置換術后幾天內(nèi)快速上升達到峰值，CRP比ESR稍快。如果在沒有炎性關節(jié)病或感染的情況下，術后2周CRP可恢復正常，ESR約在術后6周后降至正常。術后3個月ESR升高，特別是CRP的升高，提示有感染的可能性。Huerfano等[6]meta分析顯示血清ESR對PJI診斷的敏感性為86%(95%CI:82.5%～89%)，特異性為72.3% (95%CI:70.4%～74.2%)，CRP敏感性為86.9% (95%CI:83.5%～89.9%) ，特異性為78.6%(95%CI:76.9%～80.3%)，認為血清ESR<30 mm/h或血清CRP <10 mg/L可以排除PJI。由于血清CRP和ESR是炎癥性反應的非特異性標志物，在炎癥性疾病中都會升高，此時需要將PJI與其他炎癥性疾病相鑒別。Kim等[7]回顧性分析197例(12例感染，185例非感染)，擬設定PJI診斷閾值，CRP>34.9 mg/L時，存在最高敏感性(100%)和特異性(90.3%)，CRP>74.5 mg/L時，存在最高陽性預測值(100%)及陰性預測值(99.2%)。多次、動態(tài)地關注CRP和ESR的變化趨勢對PJI檢出以及對診斷的排除有重要的意義。當ESR或CRP不能完全排除PJI診斷時，需要進一步完善檢查來明確診斷。

2.2 關節(jié)液白細胞計數(shù)和中性粒細胞百分比

關節(jié)液白細胞計數(shù)和中性粒細胞百分比對于PJI診斷具有非常重要的作用，因易于獲取、便于計數(shù)，且具有良好的診斷價值，在上述指南及共識中均作為診斷標準。急性期(術后6周內(nèi))，關節(jié)液WBC計數(shù)> 10 000個/μl，關節(jié)液中性粒細胞百分比>90%可考慮診斷PJI。慢性期(術后6周之后)，關節(jié)液WBC計數(shù)>3000個/μl，關節(jié)液中性粒細胞百分比>80%被推薦用于診斷PJI[4]。Lee等[8]meta分析顯示關節(jié)液白細胞計數(shù)對于診斷PJI具有89%敏感性(86%-91%)，86%特異性(80%～90%)，中性粒細胞百分比具有89%敏感性(82%～93%)，86%特異性(77%～92%)。在某些特殊情況下，關節(jié)液白細胞計數(shù)及中性細胞百分比的結果可能受到影響，應當謹慎解讀。當存在金屬磨損、腐蝕時，自動白細胞計數(shù)是不準確的[9]，因吞噬金屬離子的單核細胞會對自動計數(shù)儀器產(chǎn)生影響，從而導致假陽性，此時需要手動進行人工分類計數(shù)檢驗。如果穿刺前預防性應用抗生素，可能會對白細胞計數(shù)產(chǎn)生影響[10]，伴隨炎癥性關節(jié)病時并不會影響以上計數(shù)[11]。

3 PJI診斷的新型生物標記物

近年來，許多血清學及關節(jié)液標記物可用于臨床診斷[12]，包括D-二聚體、關節(jié)液白細胞酯酶、關節(jié)液α-防御素、下一代測序等。傳統(tǒng)診斷方式難以定論時，這些新的檢驗方法對PJI的診斷是有幫助的。

3.1 血清D-二聚體(D-Dimer)

D-二聚體是纖維蛋白降解產(chǎn)物，在纖維蛋白被纖溶酶破壞后釋放到血液中。在目前臨床應用中，D-二聚體多用于評估患者是否處于高凝狀態(tài)，并且對下肢深靜脈血栓形成的風險進行預測[13]。纖維蛋白可以介導并增強炎癥反應[14],Schutte等[15]報道D-二聚體升高患者可伴有感染或膿毒血癥的發(fā)生。D-二聚體對感染預測的價值引起更多學者對其的興趣，Shahi等[16]一項隊列分析結果顯示，PJI患者血清D-二聚體水平高于因無菌性松動行人工關節(jié)翻修術者，并將850 ng/dl作為診斷PJI的截斷值。該研究同時將血清D-二聚體與血清CRP及ESR作比較，其對PJI診斷的敏感性及特異性分別為89%及93%，均優(yōu)于血清CRP和ESR。該研究認為D-二聚體可以作為診斷PJI的一項有力證據(jù)。D-二聚體在最新的2018年診斷標準中也被納入為次要標準輔助診斷。但D-二聚體作為一項新的對感染和PJI存在診斷價值的血清標記物，報道的文獻不多，未來需要更多的臨床試驗來證明其診斷效力。

3.2 關節(jié)液CRP

除關節(jié)液中白細胞數(shù)量的增多，PJI患者關節(jié)液中也會檢測到炎性因子的升高，比如關節(jié)液CRP升高。Parvizi等[17]報道關節(jié)液CRP對PJI的診斷價值高于血清CRP。相較于2011年MSIS診斷標準和ICM 2013，關節(jié)液CRP在PJI最新診斷共識中作為次要診斷標準出現(xiàn)。Lee等[8]meta分析顯示關節(jié)液CRP對于PJI診斷的敏感性為85% (95%CI:78%～90%)，特異性為88% (95%CI:78%～94%)。Ronde-Oustau等[18]報道關節(jié)液CRP比血清CRP更能有效診斷人工關節(jié)感染，關節(jié)液CRP與血清CRP有高度的相關性和一致性，且具有更高的效度，陽性似然比更高，因而對PJI診斷的敏感性和特異性更高。當關節(jié)液CRP>2.78 mg/L時，診斷PJI的敏感性為100%，特異性為82%，陽性似然比為5.5；如果將臨界值設為>5.37 mg/L，診斷PJI的敏感性為90%，特異性將提升至91%，陽性似然比為9.9。比起單一血清或關節(jié)液CRP檢查，血清學結合關節(jié)穿刺液聯(lián)合檢測可能有更好的診斷價值，值得深入研究。

3.3 白細胞介素6(interleukin-6, IL-6)

IL-6是由活化的單核細胞和巨噬細胞產(chǎn)生的細胞因子，是全身炎癥反應綜合征和膿毒癥的早期敏感“警示”標志[19]。感染、創(chuàng)傷和手術后，IL-6均會升高。Lenski等[20]報道關節(jié)液IL-6≥30 750 g/ml時，應考慮PJI存在。Randau等[21]120例研究結果顯示，當將血清IL-6診斷閾值設定為>2.6 pg/ml時，診斷敏感性79.49% (95%CI:63.54%～90.70%)，特異性58.33%(95%CI:44.88%～70.93%)；將閾值設定為>6.6 pg/ml時，敏感性48.72%(95%CI:32.42%～65.22%)，特異性88.33% (95%CI:77.43%～95.18%)。由于這種細胞因子位于急性期炎癥級聯(lián)反應中其他標志物(如CRP)的上游[22]，因此，IL-6可能是檢測PJI更快、更靈敏的標志物[23]。此外，IL-6術后相對較快地恢復正常[24]，也使其在鑒別是否存在PJI診斷中起關鍵作用。

不同的meta分析都強調(diào)了IL-6在PJI背景下的診斷潛力。在最近17項研究的meta分析中，Xie等[23]報道血清IL-6的敏感性和特異性分別為72%(95%CI:63%～80%)和0.89(95%CI:77%～95%)。關節(jié)液IL-6對PJI的診斷價值高于血清試驗，敏感性和特異性分別為91%(95%CI:82%～96%)和90%(95%CI:84%～95%)。Berbari等[19]研究表明IL-6具有更高的診斷優(yōu)勢比，對于診斷PJI有更高的敏感性97%(95%CI:93%～99%)和特異性91%(95%CI:93%～99%)。Elgeidi等[25]認為將IL-6和CRP結合將會是PJI篩查的完美組合，敏感性和陰性預測值均高達100% 。李章來等[26]報道160例人工關節(jié)翻修術，測量血清IL-6、CRP，計算出IL-6結合CRP聯(lián)合檢測診斷PJI的敏感性為100%(95%CI:93.9%～100%)，特異性為98.3%(95%CI:90.9%～100%)。盡管IL-6有早期檢測PJI的光明前景，但由于結果的多變性，目前尚未作為診斷指南的一部分，需要更多的研究加以驗證。

3.4 白細胞酯酶

白細胞酯酶是由感染部位激活的中性粒細胞產(chǎn)生的酶，最初被用于協(xié)助診斷尿路感染[27]，應用比色條(尿液分析試紙)可以快速輕松地得出結果[28]。此外，關節(jié)液白細胞酯酶測試簡單且便宜，每次測試的估計成本約為0.17美元[29]，這樣快速、廉價、微創(chuàng)的試驗方法可以盡早得出結果，早期對PJI進行診斷治療。

該試驗操作簡便、微創(chuàng)，同時具有較高的敏感性與特異性。白細胞酯酶在PJI診斷中的應用由Parvizi等[28]最先報道，使用(2+)讀數(shù)作為PJI的閾值，敏感性可達80.6%。白細胞酯酶也在ICM 2013和2018年PJI診斷新定義中作為次要診斷標準協(xié)助診斷。李睿等[30]回顧性分析63例髖、膝關節(jié)置換術后白細胞酯酶在PJI診斷中的應用，以MSIS標準作為診斷標準，敏感性為91.4% (95%CI:75.8%～97.8%)，特異性為96.4% (95%CI:79.8%～99.8%)。近期的另一項研究[31]將(+)和(2+)作為閾值的白細胞酯酶測試與標準診斷測試(包括血清ESR，血清CRP，關節(jié)液白細胞計數(shù)和中性細胞百分比)進行比較，結果顯示白細胞酯酶在PJI的診斷中具有更好的價值。 Lee等[8]meta分析顯示白細胞酯酶對于PJI診斷的敏感性為77% (95%CI:63%～87%)，特異性為95% (95%CI:86%～98%)，可見，其特異性較敏感性更有價值。當關節(jié)穿刺液混有血液時，可能會影響試紙條比色，影響結果。不過，白細胞酯酶具有廉價且易于獲取結果的優(yōu)點，值得在臨床推廣。

3.5 α-防御素(Alpha-defensin)

α-防御素是宿主非特異抗感染免疫的重要組成部分，具有廣譜抗菌性的活性小分子肽類，由活化的中性粒細胞釋放，作為對病原體的先天免疫反應的一部分，對革蘭氏陽性、陰性菌均具有廣譜抗菌活性[32]且并不受先前是否應用抗生素影響，被不少文獻報道存在較高的敏感性與特異性。Wyatt等[29]meta分析顯示α-防御素陽性對PJI診斷的敏感性為100%(95%CI:82%～100%)，特異性為96%(95%CI:89%～99%)。彭永剛等[33]meta分析結果顯示α-防御素陽性對PJI診斷的敏感性為96%(95%CI:92%～99%)，特異性為97%(95%CI:95%～98%)。Deirmengian等[34]將α-防御素與白細胞酯酶用于診斷46例人工關節(jié)翻修(23例符合MSIS診斷標準)，α-防御素陽性對于診斷的敏感性及特異性均為100%，且相較于白細胞酯酶不會因關節(jié)液中混有血液而影響檢驗結果。α-防御素相比于白細胞酯酶的不足在于費用遠遠高于后者，α-防御素每次檢測花費約760美元，并需要送至特定的實驗室，相比于應用試紙即可完成的白細胞酯酶檢測不夠廉價、便捷[35]。

3.6 病原學培養(yǎng)和病理組織分析

3.6.1 關節(jié)液穿刺培養(yǎng) 不論是2011年PJI診斷指南，還是ICM 2013診斷標準和2018年PJI診斷新定義，受累關節(jié)不同部位2次培養(yǎng)出相同病原菌都作為診斷PJI的主要標準。關節(jié)液穿刺培養(yǎng)結果不僅有助于PJI診斷，還有助于選擇合適的抗菌藥物，有效治療感染。關節(jié)穿刺是一種微創(chuàng)、易于操作的臨床技術，可疑PJI時，應常規(guī)進行關節(jié)腔穿刺及關節(jié)液培養(yǎng)。Squire等[36]報道關節(jié)液培養(yǎng)敏感性50%～93%，特異性82%～97%。Rodriguez-Merchan等[37]meta分析結果顯示，圍術期關節(jié)穿刺液培養(yǎng)的敏感性和特異性分別為67.6%(95%CI:28%～100%)和98.4%(95%CI:96%～100%)?？梢?，關節(jié)液穿刺培養(yǎng)對PJI的特異性高，但敏感性波動較大。關節(jié)液穿刺培養(yǎng)可以在PJI的診斷中起關鍵的作用，但是不同的研究結果卻存在很大差異。

3.6.2 術中病原學培養(yǎng) 目前的專家共識[38]建議應將至少3個但不超過6個術中樣本送去培養(yǎng)，將培養(yǎng)物置入血培養(yǎng)瓶中立即送檢，培養(yǎng)至少5～14 d。在懷疑培養(yǎng)陰性的PJI，或生長緩慢和苛求生物體的情況下(比如痤瘡丙酸桿菌)，考慮更長的培養(yǎng)時間>14 d。張寧等[39]meta分析顯示PJI術中組織培養(yǎng)的靈敏性和特異性分別為85.1%和96.9%，關節(jié)液培養(yǎng)的靈敏性和特異性分別為77.4%和96.8%，可見，組織培養(yǎng)的敏感性和特異性存在一定優(yōu)勢。是否應當在細菌檢出前使用抗生素值得關注。預防性應用抗生素可以降低人工關節(jié)翻修術后感染幾率，但可能會影響細菌的檢出。Wouthuyzen-Bakker等[40]報道預防性應用抗生素組關節(jié)液穿刺培養(yǎng)陽性率為88%(145/165)，非預防性應用抗生素組陽性率為95%(344/362)。美國骨科醫(yī)師協(xié)會指南建議，對于懷疑可能存在PJI患者，在獲取確定性的診斷之前不使用抗生素。如果在穿刺前已經(jīng)接受抗生素治療，建議至少停藥2周后再進行關節(jié)穿刺可以提高敏感性。在已經(jīng)確定病原體的情況下，術前預防性應用抗生素并不會降低術中培養(yǎng)的敏感性[41,42]。

3.6.3 術中病理切片 Mirra等[43]提出冷凍切片400倍放大的高倍鏡視野中，至少存在3個高倍視野，每個視野至少可見5個中性白細胞。多項研究中[44～46]顯示，術中冷凍切片檢查對于診斷PJI特異性較高，在非手術方法無法明確是否存在感染時，具有良好的應用價值。病理學檢查結果是由外科醫(yī)生及病理科醫(yī)生共同得出的，想要獲得一份準確的病理學報告，需要外科醫(yī)生術中準確取材以及經(jīng)驗豐富的病理科醫(yī)生進行切片分析。

4 分子生物學診斷技術進展

當通過以上方法仍不能明確診斷是否存在感染時，應當進一步考慮分子診斷技術，如下一代測序(next generation sequencing，NGS)。NGS是一系列高通量DNA測序方法，能夠以更低的成本，更短時間內(nèi)產(chǎn)生更大量的數(shù)據(jù)，并且比以前的方法需要更少的手動干預[47]。與聚合酶鏈反應(PCR)不同，NGS可以“開放”模式使用，不依賴于一組參數(shù)或一組PCR引物靶標。因此，能夠檢測出臨床樣品中存在的所有微生物DNA，并提供微生物譜的完整圖像，不需要考慮存在哪些可能的病原體。NGS在所有已知的微生物數(shù)據(jù)庫中搜索包括細菌、病毒、酵母、真菌和寄生蟲在內(nèi)的匹配物，無須進行額外的單獨測試。Tarabichi等[48]在一項前瞻性研究中納入65例關節(jié)翻修術和17例初次關節(jié)置換術，28例翻修術被診斷為PJI，其中25例NGS檢測為陽性，陽性率89.3%(95%CI:71.8%～97.7%)，11例病原菌培養(yǎng)陰性中，9例被NGS檢測出病原菌。Huang等[49]2019年報道1例全髖關節(jié)置換術后PJI，血清CRP、ESR均正常，關節(jié)穿刺液白細胞及中性粒細胞百分比升高，細菌培養(yǎng)為陰性，該患者最終經(jīng)由NGS檢測出一種鮮有報道且很難培養(yǎng)的微小小單胞菌，該種菌是一種常見于口腔疾病的厭氧菌，很少造成PJI發(fā)生。Ivy等[50]應用NGS對168例膝關節(jié)置換失敗進行關節(jié)液分析，82例關節(jié)液培養(yǎng)陽性中74例(基因分析)和68例(物種分析)檢測出已知病原菌，且有2例(基因分析)和3例(物種分析)關節(jié)液中探測出培養(yǎng)結果中未報告的病原體；在60例細菌培養(yǎng)陰性、臨床診斷考慮無菌性假體松動中，7例(基因分析)和4例(物種分析)關節(jié)液標本中存在病原微生物，如金黃色葡萄球菌、瓊尼不動桿菌等病原微生物。多中心臨床研究和最終臨床試驗是必要的，以驗證基于NGS的測試診斷PJI的準確性和靶向抗菌治療的益處，是未來可期的突破性進展。

5 小結

綜上所述，目前對于PJI診斷依舊困難，缺乏“金標準”。盡管診斷方法多種多樣，仍缺乏一個公認的最佳檢測手段。因此，將不同檢驗指標賦予不同分值，納入一種算法中可以提高對PJI診斷的準確率，事實證明新的算法也存在良好的敏感性與特異性。但仍有個別特殊的情況不能完全辨別，這些患者需要借助于NGS等新技術。希望在不久的將來，診斷PJI的方法可以更加高效、微創(chuàng)，為關節(jié)外科醫(yī)生和患者帶來福音。