關節置換術后假體周圍感染的實驗室診斷

潘允琪， 湯 瑾， 王堅鏹， 李運改

（上海市第六人民醫院檢驗科，上海 200233）

假體周圍感染（periprosthetic joint infection，PJI）是關節置換術后發生的一種嚴重的并發癥，嚴重影響患者的生活質量。因此，準確、及時的PJI診斷對臨床治療有重要的指導意義。目前臨床上常通過病史采集、血液檢測、微生物培養、影像學檢查以及病理學檢查診斷PJI。但常規方法不能明確診斷PJI的原因主要有細菌生物膜的生長，苛養菌、厭氧菌的檢出率低下，圍手術期預防性使用抗菌藥物及不正確的樣本采集、轉運和污染病原菌的干擾等。雖然目前有臨床實驗室使用血培養連續監測系統，并進行假體超聲液的增菌培養，仍有部分PJI無法明確病原菌。本文對PJI的實驗室檢測方法進行綜述，以便為臨床診治提供參考。

1 常規血液檢測

血液檢測作為一種常用的篩查方法，用于關節置換術后疼痛患者的初步檢查，包括白細胞計數、C反應蛋白（C-reactive protein，CRP）、紅細胞沉降率（erythrocyte sedimentation rate，ESR）等。CRP和ESR具有較高的敏感性，但易受其他感染性和非感染炎性疾病的影響，特異性較差。ESR和CRP在急性術后6周均升高，其中CRP升高對PJI的診斷準確度較高，而ESR的升高易受手術影響[1]。有研究發現，ESR和CRP聯合檢測診斷PJI的敏感性會增強[2]，但ESR和CRP的假陰性率為10%～12%，尤其是在痤瘡丙酸桿菌或凝固酶陰性葡萄球菌等低毒力病原菌感染時[3]。

2 關節液檢測

2.1 關節液白細胞計數和中性粒細胞百分比

關節液因直接從感染部位抽取，其檢測結果比常規血液檢測更可靠，特別是在合并有全身性感染或使用抗菌藥物的情況下。有薈萃分析結果表明，關節液白細胞計數診斷PJI的敏感性為86%～91%，特異性為80%～90%，關節液中性粒細胞百分比診斷PJI的敏感性為82%～93%，特異性為77%～92%[4]。但不同研究之間的診斷閾值存在差異，故其不宜作為診斷PJI的獨立指標。另外，術前抽取關節液檢測白細胞計數比術中抽取更敏感，而且與全髖關節置換后假體感染相比，關節液中性粒細胞計數診斷全膝關節置換后PJI更敏感[5]。有研究結果表明，二期翻修失敗的患者術前關節液白細胞計數＞60 000/μL，中性粒細胞百分比＞92%，可為臨床治療提供指導[6]。

2.2 關節液CRP檢測

CRP作為全身性感染的評價指標，對局部感染的診斷特異性較差。有研究發現，術前關節液CRP診斷PJI的敏感性、特異性均高于血清CRP，甚至與術中冰凍切片的病理診斷相比，也無明顯差異[7]，而且檢測關節液CRP更經濟，無需復雜的檢測技術。然而，TETREAULT等[8]指出使用同樣的免疫分光光度法檢測關節液和血清CRP，關節液的診斷閾值為6.6 mg/L，血清的診斷閾值為11.2 mg/L，但其在敏感性、特異性方面相似。因此，關節液CRP應與其他關節液檢測和血清CRP檢測結果相結合，以提高診斷準確性。鑒于關節穿刺較困難，需借助超聲引導完成，一般在高度懷疑PJI時，可行關節液檢測。

3 新的生物標志物

3.1 白細胞酯酶（leukocyte esterase，LE）

LE是活化的中性粒細胞分泌的酶，聚集在感染部位，在尿液分析中常用來診斷尿路感染。PARVIZI等[9]首次證明LE檢測是一種新型的診斷PJI的方法，該測試是將樣本滴在比色條帶上，通過讀取比色條帶的顏色變化來判斷結果。WETTERS等[10]通過檢測223例手術患者的關節液發現，LE診斷PJI的陰性預測值為100%，即如果關節液LE陰性可以排除PJI。該試驗操作簡單、成本低，但易受血液污染的影響。有學者指出，若將關節液樣本以2 000×g離心2～3 min可以克服這種缺點，從而提高檢測結果的準確性[11]。

3.2 α-防御素

α-防御素是從活化的中性粒細胞中被釋放出的抗菌肽，通過整合破壞病原體生物膜，在免疫系統中起抗菌作用。采用酶聯免疫吸附試驗進行α-防御素定量檢測，可鑒別PJI和假體松動，其敏感性為97%～100%，特異性為95%～100%[12-14]。α-防御素側流實驗（alpha defensin lateral flow，ADLF）可在10 min內快速報告結果，但診斷PJI的敏感性和特異性相對較低，分別為82%～94%和67%～77%[15-17]。RENZ等[17]將ADLF與關節液白細胞計數比較，在慢性PJI中，ADLF的敏感性和特異性分別為54%和91%，而白細胞計數的敏感性（86%）顯著高于ADLF，因此，當懷疑白細胞計數為假陽性時，可將ADLF作為驗證試驗。

3.3 白細胞介素（interleukin，IL）

有研究結果表明，IL-6可能是診斷PJI較為理想的生物標志物。IL-6可促進破骨細胞活化，從而導致骨質破壞，PJI導致關節液中IL-6濃度增加，在局灶性假體周圍骨溶解和假體松動過程中起主要作用[18]。DEIRMENGIAN等[19]檢測了12種關節液生物標志物，并證實PJI患者關節液中IL-1和IL-6水平顯著高于無感染患者。IL-6和IL-1β對診斷PJI表現出高度敏感性，并且在一期翻修和二期翻修間存在較大差異，有助于PJI治療效果的監測[20]。

3.4 其他生物標志物

有很多新的檢測指標可用于診斷PJI，如一些具有抗菌作用的細胞因子和蛋白質。有學者指出，除α-防御素外，關節液中的中性粒細胞彈性蛋白酶2（neutrophil elastase 2，ELA-2）、殺菌性/通透性增強蛋白（bactericidal/permeabilityincreasing protein，BPI）、中性粒細胞明膠酶相關脂質運載蛋白（neutrophil gelatinase-associated lipocalin，NGAL）和乳鐵蛋白（lactoferrin，LF）在診斷PJI方面也有一定作用[21]。Toll樣受體（Toll-like receptor，TLR）是可識別病原體相關分子模式的跨膜受體，在激活炎癥反應中發揮不可或缺的作用[22]。這些生物標志物都是具有抗菌活性的宿主蛋白，在消滅病原菌的先天性免疫中起重要作用。當存在病原菌時，這些蛋白質會在關節液中聚集，從而有助于PJI的診斷。但這些檢測指標仍需要進一步的研究來論證其與PJI的相關性。

4 病原微生物鑒定

微生物學培養是PJI診斷的金標準，通過細菌或真菌培養分離出病原菌，再進行體外藥物敏感性試驗，提供臨床病原學診斷依據和用藥指導。為提高檢出率，應至少留取2份關節液樣本和3份組織樣本分別進行需氧菌和厭氧菌培養[23]。

4.1 關節液培養

美國骨科醫師協會和美國感染病協會建議通過術前關節液培養診斷PJI[24]。有Meta分析發現術前關節液培養診斷PJI的敏感性和特異性分別為72%和95%，特異性符合相關指南診斷標準[24]。關節液培養的主要問題是其敏感性低，特別是在慢性感染中，病原菌被包被在生物膜中，導致培養假陰性。為了增加關節液培養的敏感性，有學者將其接種到血培養瓶中進行培養，結果顯示關節液的培養敏感性（90%～92%）優于術中假體組織培養（77%～82%）和拭子培養（68%～76%）[25]。

4.2 假體組織培養

術中假體組織培養是明確診斷PJI的最佳方法，是PJI病因診斷的金標準。針對圍術期使用抗菌藥物及生物膜形成引起的假陰性，TRAMPUZ等[26]通過超聲震蕩（40 kHz，5 min）提高假體組織培養陽性率，該方法可有效地將細菌從假體生物膜中震蕩出來，從而有利于細菌的分離和培養。與普通組織培養相比，超聲震蕩培養將敏感性從61%提高到79%，特別是對于術前使用抗菌藥物的患者來說更為適用。近年來，該方法不斷改進，但其敏感性仍未超過83%[27]。有學者[28]設計了一種新方法：將假體組織通過超聲裂解處理后與BD Bactec系統孵育相結合，即將假體組織超聲處理后置于血培養瓶中培養5 d，由于BD Bactec瓶中添加了抗菌藥物滅活樹脂，使得致病菌的檢測率提高，培養陽性率達到81%。

5 分子生物學診斷

5.1 聚合酶鏈反應

由于病原菌培養診斷PJI的陽性率較低，近來的臨床試驗中開展了另一種鑒定PJI的方法，即聚合酶鏈反應。臨床上常用的診斷PJI的方法有廣譜聚合酶鏈反應和實時聚合酶鏈反應，其在檢測細菌方面有更高的敏感性（64%～100%），且檢測時間較短，不受術前抗菌藥物使用的影響[29]。GHEBREMEDHIN等[30]發現通過檢測高敏感性和特異性的靶基因可將葡萄球菌進行分類鑒定，這些靶基因包括hsp60、femA、sodA、rpoB、gap和tuf基因序列等。盡管廣譜聚合酶鏈反應適合鑒定PJI中的病原體，但其在樣本收集、DNA提取過程中常引起污染，導致假陽性率較高，且無法檢測多重感染。

5.2 下一代測序（next generation sequencing，NGS）

雖然微生物培養仍是PJI病原菌鑒定的主要依據，但NGS等分子技術已逐步被應用于臨床，并被證明其診斷PJI的實用性。最近的一項研究發現，NGS通過分析術中組織樣本可檢測出近80%的培養陰性菌[31]。此外，NGS與微生物培養在分析關節液樣本病原菌時也有高度的一致性[32]。NGS診斷PJI的陽性率較高，但其是否能有效實施仍需要多中心研究及臨床試驗的驗證。

6 總結

目前，PJI的快速診斷仍然是臨床面臨的巨大挑戰，PJI與其他相關疾病的鑒別診斷決定了所選擇的手術方式、治療策略以及預后的不同。其診斷困難的原因包括缺乏特定的臨床癥狀和體征，全身性炎癥指標常顯示陰性結果[33]；缺乏準確的實驗室檢查結果以及由于術前抗菌藥物治療和生物膜形成而導致的病原菌培養率較低。血清和關節液生物標志物是診斷PJI較為敏感和特異的方法，但是需要組織學和微生物學培養來明確致病菌，從而判斷感染的治療效果。未來的研究應側重于尋找針對病原菌及其代謝產物的檢測方法，使PJI的診斷更敏感，特異，且經濟、高效。