人工关节置换感染防治原则

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1、人工关节置换感染防治原则-张先龙1危险因素感染是人工关节置换术后最严重的并发症之一。由于治疗的长期性和困难性、极大的经济上的压力，假体周围感染的治疗给医生和医疗机构带来了巨大的挑战。包括全 髋关节置换和全膝关节置换在内，初次人工关节置换术后感染的发生率可达1.5%2.5%；全髋关节及全膝关节翻修时，感染的发生率更高，据报道可达 3.2%和5.6%。人工关节感染的危险因素可分为三类：第一类为患者自身的因素，如糖尿病、肥胖、皮肤条件差、其他部位存在感染等，这其中有相 当部分因素是医生所无法改变的；第二类则与手术技术和操作有关；第三类与手术室和病房环境有关。美国的Mayo Clinic 进行的一项大

2、型前瞻性临床研究中，术后伤口浅表感染、国家院内感染检测评分大于2分、患者伴随肿瘤和先前有人工关节置换史四项因素被认为与人工关节感染的 关系最为密切。免疫缺陷是较为常见的易引起感染的危险因素，这类患者中最常见的是类风湿性关节炎。由于疾病本身的原因，也由于类风湿性关节炎患者 常有长期服用类固醇类药物的病史，感染的风险增加。糖尿病患者易出现术后早期伤口不愈、浅表感染、关节内深部感染和晚期感染的可能性都大于普通患者。先前 手术史是人工关节感染另一重要危险因素。人工关节翻修时，感染的发生率更高。关节部位重复多次的手术一方面产生大量疤痕组织，恶化关节周围的软组织血运，也增加了关节内细菌污染的可能。另一方面

3、，翻修患者关节内大量的异物留存更增加了细菌停留、增殖的表面。2感染的预防措施现代围手术期感染预防措施主要包括预防性抗生素应用、层流手术室、隔离手术衣、抗生素骨水泥的应用等方面。抗生素骨水泥的应用近来日益引起人们的注意。2.1层流手术室层流手术室现已广泛应用。但有文献认为水平层流手术室术后感染率较垂直层流手术室明显为高。当人体处于水平层流出气口和患者之间时，人体上的细菌可能被吹向术野，垂直层流通过从上向下的空气流动能有效避免前述情况发生。2.2备皮与含碘皮肤薄膜巾备 皮不能去除毛囊和皮脂腺内的细菌，反而有可能造成皮肤的微创伤。目前提倡备皮在手术室进行，若术区皮肤无浓密毛发分布，不需要用锐性器械刮

4、除，仅用清洁剂 清洗即可。含碘皮肤薄膜巾粘贴于术野皮肤能降低切口内污染细菌的数量。含碘薄膜巾能将全膝置换的感染率控制在0.5%以下。2.3隔离手术服隔离手术服可能对降低感染率有所帮助。但也有学者认为隔离手术服与常规的手术服相比没有明显的优点，他们认为能完全覆盖头发的手术帽、防水手术服、术中勤换并戴双层手套能有效降低手术中的细菌污染。2.4预防性抗生素预 防性抗生素应该具有的特点：（1）非常好的对抗外科伤口的一般细菌，如葡萄球菌和链球菌；（2）有相对较长的半衰期，较好的组织渗透性，并且相对低毒和廉 价。手术伤口细菌污染大都来源于皮肤和空气传播。最常见的导致伤口深部感染的细菌是金黄色葡萄球菌和表皮

5、葡萄球菌。很多学者倾向于使用头孢唑啉和头孢呋 辛，因为对它们的研究比较透彻、具有长半衰期以及相对低廉的价格。对有青霉素阳性的患者，可以选择使用万古霉素或克林霉素。手术前应用抗生素能够 有效的减少术后关节感染的发生。抗生素应当在术前1小时内给药，而且理论上，越接近划皮时间给药越好。如果手术持续时间超过抗生素半衰期的12倍，或者 术中大量失血，则术中要追加一次抗生素。对膝关节置换患者必须注意在止血带充气前510分钟给药。2.5抗生素骨水泥在使用骨水泥假体和拥有登记制度的欧洲某些国家，预防性抗生素骨水泥使用十多年并成为常规，许多北欧的医生普遍接受初次置换采用预防性抗生素骨水泥。而在北美，医生更接受在

6、具有感染高危倾向的初次和翻修手术中使用预防性抗生素骨水泥。使用抗生素骨水泥对于预防假体关节的细菌感染是有效的。但要注意可能的不利之处：混合抗生素可能导致骨水泥机械和结构强度下降；骨水泥内高浓度的抗生素释放可能导致毒性反应；对抗生素的过敏反应；抗药细菌的产生和费用增加等。3假体周围感染发病机理和细菌学病 原菌感染的途径有2种：血源性和直接进入。大约20%的假体周围感染是其他部位感染后通过血行传播的。任何菌血症都可以导致关节置换后感染。牙科操作可以 引起草绿色链球菌和厌氧菌感染，皮肤化脓性感染会导致葡萄球菌和链球菌感染。阴道和泌尿道和肠道的操作可以引起革兰氏阴性杆菌、肠球菌和厌氧菌感染。这些 细菌

7、往往导致单一病原菌的关节感染。直接进入的感染形式往往是手术中污染或伤口化脓感染延及假体。Davis等研究表明，人工关节置换术术野的污 染率高达63%（人工关节置换感染的细菌分布见表1）。术中污染最常见的细菌是凝固酶阴性葡萄球菌，文献报告约为50%70%。术野的污染首先直接来自 于室内空气细菌的污染，其次来自于被室内空气细菌污染的器械和手套。术者出汗比不出汗者容易污染术野。细菌污染也见于其它手术，但污染的细菌迅速被机体防 御系统清除，数量太少不足以引起感染。如果有异物存在，少量毒性很低的细菌能够在异物表面定居，继之引起假体周围感染。延迟伤口愈合，伤口血肿感染，伤口 感染和缝线的脓肿都可以导致深部

8、的假体周围感染。术后早期，如果存在以上的浅表感染，而深筋膜愈合不良，深部的假体周围组织没有通常的解剖屏障加以保护， 就会发生深部感染。通常情况下是由单一细菌引起，但也会发生多种细菌感染，特别是伤口延迟愈合而受排泄物的污染。少见的情况下，陈旧性的感染灶也可能是由 于植入假体造成组织损伤而复发，特别是过去有金葡菌和结核感染的病例。表1 人工关节置换感染的细菌分布种类比例全髋关节置换全膝关节置换金黄色葡萄球菌22.0%23.6%31.2%39.0%凝固酶阴性葡萄球菌19.0%37.5%15.0%29.3%链球菌9.0%11.2%6.0%10.9%革兰氏阴性菌8.0%28.2%4.0%12.7%厌氧菌

9、6.0%6.5%0%2.0%肠球菌0%9.2%0%1.4%培养阴性1.0%12.0%0.5%19.0%混合感染10.5%19.0%9.0%12.3%其他2.0%5.0%2.8%11.0%所有的手术操作都会发生细菌污染。其他的手术开放操作持续同样的时间也会发生同样数量的污染，但行关节置换的患者存在生物材料部位发生深部感染的危险性会增 加。生物材料增加细菌定植的敏感性是多因素的。植入假体以后，宿主与生物材料相互作用在其表面形成一层膜（所谓的生物膜）并对异物材料产生免疫反应。一种持续存在并扩大的免疫缺陷纤维炎症带在假体周围产生并不断造成组织损害，对感染的敏感性增加。如果微生物到达生物材料的表面，有很

10、多会在其表面发生黏附。细菌的黏附受各种细菌和生物材料物理化学表面特性的调节。这些表面的特性，如极性和粗糙度，导致不同的细菌附着机制。如果细菌成功定居在假体表面，常常需 要经过很长时间才表现出假体周围感染。可能是因为生物膜上粘连的细菌沿假体表面缓慢持续生长，并通过界面微动的播散。生物膜与界面使细菌避免受到宿主防御 系统的攻击。当细菌离开生物膜成为浮游细菌，引起局灶感染时才表现为假体周围感染。这就导致了低毒性细菌可以潜伏几个月甚至几年而没有症状的结果。4假体周围感染的诊断假体周围感染的诊断仍是一个挑战，尚无可以普遍接受的诊断试验或方法对假体周围感染的诊断绝对精确或可靠。特别是在亚急性和低毒性感染的

11、情况下。目前，对假体周围感染的诊断有赖于临床资料、血清学和影像学检查。手术中的标本培养分离出细菌是确立最终诊断的金标准。当出现与假体相同的窦道或关节穿刺或手术时获得脓性的分泌物可确诊。虽然红细胞沉降率（ESR）和C反应蛋白（CRP）升高提示感染，但没有特异性并单凭此 诊断是不充分的。没有很有用的影像学诊断方法，因为感染后36个月才有影像学表现，这些表现常被认为是无菌性松动。使用如锝99标记的亚甲基二磷酸盐行 核素扫描对诊断感染有很高的敏感性，但缺乏特异性。骨扫描在假体植入后6个月，由于假体周围骨改建仍可以阳性。因此，一个阳性的核素扫描结果并不能确认感 染，但是正常或阴性的核素扫描结果对于假体关

12、节感染有可靠的阴性预测价值。计算机化断层显像（computerized tomography，CT），由于金属植入物形成伪影而限制其使用价值，核磁共振虽然存在金属材料时有效性降低，但可以用于钛和钽组成的假体。采用氟 18F脱氧葡糖的正电子发射成像技术对植入物成像仍处于研发阶段。通过穿刺获得关节液和术中获得组织标本复原（培养）出细菌仍是诊断假体关节 感染的标准方法。术中应当采取多个标本（至少3个）并迅速培养。拭子培养敏感性低，不采用。滑液和假体周围组织革兰氏染色敏感性低（25%30%）。穿 刺的滑液和假体组织的培养提供最可靠的检测病原菌的方法。45%100%的患者，关节穿刺侦测到病原菌，术中培养

13、的敏感性为65%94%。培养也可能 产生假阴性的结果，其原因包括：细菌在假体上生物膜内黏附；先前使用抗菌素；培养基不适合；难养的病原菌；运送到微生物实验室的时间过长。表浅伤口或窦道 的培养通常是阳性的，因为周围皮肤上的微生物可以定植，故其结果不可信。用聚合酶链式反应（PCR）检测细菌的rRNA仍在实验阶段，但显示很高的敏感 性。术中冰冻切片的组织学检查方法是检测放大400倍的高倍镜视野有大于5个的白细胞，这一方法具有很高的敏感性和特异性（分别达80%和90%）。5假体周围感染的分类人 工关节感染通常根据推测感染的传播途径和发病时间来进行分类。1975年，Coventry介绍了一个后来被广泛使用

14、的人工关节感染的分类方法。他将人工 关节感染分为三类：（1）术后急性感染；（2）术后延迟感染（发生于术后6个月2年）；（3）晚期血源性感染。这个分类主要根据发病的时间来推测感染的 传播途径。根据现代研究的结果，这种分类不尽合理，晚期感染也可能由局部潜伏的病原菌引起。为了更好的描述人工关节感染的病因，Schmalzried提出了另一种分类方法。在这种方法中，感染被分成四种情况：（1）手术污染；（2）血源性传播；（3）有感染史者关节的感染复发；（4）邻近感染的扩散。但这种方法存在着临床判断困难，缺乏实用性的问题。目前最被广泛认可和采用的感染分类方法是由Tsukayama（表 2）在1996年提出的

15、。他将人工关节感染分成四类：型：行关节翻修时，仅术中标本培养阳性，而缺乏其它直接证据；型：术后早期感染（发生于手术以后 1个月以内）；型：急性血源性感染；型：术后晚期感染（手术1个月以后发病，并呈隐匿发病）。根据这个方法，Tsukayama制定了相应的治疗策 略：术中培养阳性患者术后静脉应用抗生素6周；术后早期感染行清创治疗；术后晚期感染行二期翻修置换；急性血源性感染行清创治疗。Tsukayama报道 采用这种治疗策略，四种类型的感染分别取得了90%、71%、85%、50%的治疗成功率。因此，这种感染分类法较好的将发病时间和感染病因进行了综合考 虑，临床判断容易并能有效的指导治疗，是一种实用的

16、分类方法。表2 Tsukayama感染分类法型型型型发病时间术中培养阳性术后早期急性血源性播散晚期慢性感染定义2个以上标本（含2个）培养阳性感染于术后1个月以内发生功能良好的关节突发血源播散的感染手术1个月以后发生治疗方法静脉应用抗生素清创保留假体清创保留假体取出假体、清创、二期置换6假体周围感染的治疗原则治 疗人工关节感染的目的是消除感染、解除疼痛、改善功能，治疗的基本原则是应用抗生素与彻底的手术清创相结合。具体治疗方案取决于病原菌的种类、毒力、对抗 生素的敏感性；感染持续的时间和严重程度；患者的年龄和健康状况；患者意愿、对手术承受的能力；医生的经验和技术水平。根据上述条件的不同，治疗手段可

17、分 为：单纯药物治疗；清创保留关节假体；一期置换（同一次手术中取出感染的关节假体并植入新的假体）；二期置换（首次手术取出所有异物，彻底清创，经过一定 间隔时间后，第二次手术再植入新的假体）；为控制感染的其他手术（包括关节融合手术，关节切除的成形手术，甚至是截肢手术），医生必须严格把握指征，抱有 侥幸心理而过于保守将无法根治感染，达不到预期效果甚至导致感染恶化，而过于激进的治疗会产生高额的手术费用，增加手术创伤，也会增加患者经济上和心理上 的负担。6.1单纯抗生素抑制治疗单纯抗生素抑制治疗仅适用于全身情况差而不能耐受手术者、长期卧床者、对关节活动功能要求低或拒绝手 术治疗的患者。长期抗生素抑制治

18、疗的前提是：假体稳定；相对毒力低；吸收良好的敏感抗生素；对口服抗生素治疗有良好的耐受性；患者顺应性好。这种抗生素抑 制疗法也不是没有危险，主要的问题是出现继发抗药性，局部感染灶蔓延到临近组织或变成全身性感染，药物长期使用潜在的副作用，以及因为单纯使用抗生素抗感 染失败而转为切开处理之后的后续抗炎治疗，同时，也增加了院内交叉感染的可能。此方法只适合做为那些困难病例最后的治疗办法，而对于全身情况可耐受手术的 患者建议不要保守，当机立断行手术彻底清创，否则只会导致感染的恶化。6.2清创保留假体清创保留假体是指术中清创去除血肿、纤维疤痕 组织、窦道、无活性的骨和软组织，术中交换内衬，大量脉冲冲洗但保留

19、假体，术后敏感抗生素应用至少3个月。这种方法的优点是无需更换假体、手术费用低、操 作简单。缺点是可能残留感染、感染复发可能性大。因此，必须严格把握指征。症状和体征持续时间、假体稳定程度、病原体种类是治疗成败的关键，符合条件的患 者治疗成功率为82%100%，若不符合条件，成功率仅14%68%。适应证：（1）感染症状、体征持续时间在3周以内；（2）假体稳定性好；（3）软组织条件尚好，无大量疤痕形成；（4）病原体对药物敏感（包括对利福平敏感的葡萄球菌和对奎诺酮类敏感的革兰氏阴性杆菌等）。相 对禁忌证：其他关节有人工关节置换手术史，有人工心脏瓣膜置换手术史的患者。为了避免感染累及到这些假体，不建议保

20、留假体。手术沿着原切口入路进入关节 腔，首先去除聚乙烯垫片和内衬，彻底清除感染病变的组织，清理后使用高频脉冲冲洗杀菌剂或敏感抗生素溶液冲洗关节腔。冲洗的量应不少于5000 ml。如果发现假体出现松动，周围有大块骨缺损，或软组织活力不够，则应当当机立断取出假体，更换新的假体或二期更换假体。术后部分学者建议保留进出水管 灌洗23天。术后全身使用抗生素，采用敏感抗生素静脉联合用药，24周后改为口服，治疗髋关节假体周围感染的疗程为3个月，膝关节假体周围感染为6个 月。随访期间，监测患者的X线片、CRP和ESR。术后的康复锻炼同初次关节置换。6.3一期置换一期置换在欧洲应用广泛，它是指在一 次手术中取出

21、所有异物，彻底清创，并再次植入新的假体。适用感染症状、体征持续时间超过3周、软组织条件满意，无严重合并疾患，无难治性病原体（包括肠球 菌、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌、耐奎诺酮的铜绿假单孢菌）的患者；年龄较大不宜多次手术或长期卧床者；明确病原菌，对抗生素敏感，并且可以使用抗生素骨水 泥固定。存在窦道，深部有广泛脓肿形成的患者，失败率高，不适于一期置换。与二期置换相比，一期置换不会因为多次手术操作而增加创伤，避免了关节 腔内瘢痕增生，影响关节活动度。一期关节再置换不需做取出假体的关节成形，降低了手术难度，免除再次住院手术，同时也减轻了患者的医疗支出和社会的经济负 担。但是，与二期置换不同，一期置换并

22、不是在感染控制稳定的情况下实施的，所以感染还是有可能存在的。一期置换术前应行诊断性关节穿刺，鉴定出病 原菌，为抗生素治疗提供依据。一期再置换不用人工骨或异体骨，以减少再次感染。骨缺损用抗生素骨水泥充填。一期置换常规使用抗生素骨水泥，骨水泥中需要添 加敏感抗生素，一般2或3种敏感抗生素联用混合于骨水泥中，作局部抗菌治疗，但可能会对骨水泥强度有一定影响。假体选择必须使用骨水泥假体，由于要行激进 的清创手术，因此膝关节一般需使用限制性较高的假体。髋关节则需使用骨水泥固定假体，不建议在一期翻修中使用非骨水泥假体，因为假体本身得不到抗生素骨水 泥的保护。一期置换术后，需要全身静脉使用抗生素6周，开始2周

23、静脉给药，以后改成口服。随访期间，监测患者的X线片、CRP和ESR。6.4二期置换二 期置换北美国家应用较多，它是指首次手术取出所有异物，彻底清创，经过一定间隔时间后（一般48周），第二次手术植入新的假体。虽然二期再置换需取出关 节做关节成形，手术难度大，成本上升，治疗时间长，但能稳定控制感染，治愈率均高于上述的几种治疗方法，被认为是消除感染、恢复关节功能最好的选择。成功 率可以达到90%以上。对防止关节再感染十分有效。适应人群为：（1）感染症状、体征持续时间超过3月；（2）软组织条件不满意，存在窦道、水 肿、软组织深部广泛脓肿的患者；（3）严重感染，包括多种病原体混合感染、格兰氏阴性菌感染、

24、致病菌毒力强、广泛耐药的感染和病原菌不明确的感染，如感染 病原体为难治性肠球菌、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌、耐奎诺酮的铜绿假单孢菌的患者；（4）经过抗生素抑制、灌洗、清创，甚至是一期再置换失败的患者； （5）容易感染的人群，比如糖尿病、风湿性疾病、全身免疫力减退和合并有慢性肺部、泌尿系感染的患者。二期再置换包括两个步骤，清创取出假体，放 置间隔，以及感染控制后二期的假体再植入。第一步的方法同一期再置换，切除瘢痕、窦道等，注意皮瓣的设计，有缺损的可以做软组织的皮瓣移植。取出假体、骨 水泥、碎骨块等异物，清除感染坏死组织，充分灌洗。关节腔内放置含抗生素骨水泥间隔物；或者放置形状同膝关节假体的临时假体

25、，常规取组织培养，确定病原 体，并作药敏试验。临时关节间隔物的优点在于维持了肢体的长度和关节周围组织张力；早期的关节活动，有利功能康复，促进感染的痊愈。二期翻修时判 断感染是否已经彻底控制以及翻修时再次彻底清创非常重要。手术前应进行全面评估，包括物理检查和髋关节穿刺抽吸，排除感染持续存在的可能。术中伤口应无急 性炎症表现，如果有感染持续存在的迹象，不应植入新假体和植骨。植入新假体时应再次培养，供术后抗生素治疗参考。也可在术中进行冰冻切片检查，如果每高倍 视野下白细胞超过10个则提示有感染存在。另外，翻修时应再次彻底清创，这对预防感染复发非常重要。假体的植入毕竟保留了关节的功能，维持了肢体的正常

26、长 度。但是，考虑到部分患者平时生活要求不高、反复感染等因素，限制肢体部分功能的做法是值得考虑的。6.5关节融合手术关节融合手术能 够有效缓解关节疼痛，术后关节的稳定性好。传统观念认为，关节融合术是治疗全膝感染的最佳手段，它被认为是去除感染、减轻疼痛、增强膝关节稳定性的理想方 法。膝关节活动的丧失，限制了患者坐、洗脚、穿鞋袜等日常活动。但Blom AW等对13例深部感染患者的研究显示，关节融合术对日常生活质量的影响未必不如二期翻修术，而且，再感染、疼痛的发生率也较低。对膝关节感染实 施关节融合的指征：（1）严重免疫抑制，易感染人群，反复感染和二期再置换有再次感染可能的人群；（2）严重的骨缺损，

27、没有条件做表面或铰链关节的患者； （3）关节周围软组织条件差，伸膝装置严重破坏的感染关节；（4）对术后关节稳定性有较高要求的患者。髋关节融合的指征，同膝关节感染，只是第三条改为反 复脱位，关节不稳定的患者。融合术存在的困难在于不能彻底清除感染、骨丢失、肢体短缩，而且，感染会使融合的成功率降低。而使有带血运的自体骨移 植填充，是关节提高融合术成功的关键因素。对于严重骨丢失的患者实施关节融合术时可以考虑在融合部位使用骨移植物或骨替代物以尽可能减少下肢长度的丢失。 关节融合术包括使用外在钉棒进行加压的外固定方法及使用髓内钉或钢板的内固定方法。在有感染的情况下，外固定装置可以避开病灶，提高融合的成功率

28、。6.6关节切除术尝 试了清创保留假体、关节再置换和融合无效后，全面评价患者的年龄、骨和软组织条件和抗生素的敏感性以后，然后再考虑关节切除手术。关节成形术虽然保存了患 者的肢体，但是疼痛依然存在。如果感染还不能控制的话，那就只能考虑截肢手术了。关节切除不受骨和软组织缺损的影响，但术后必须佩戴支具或管形石膏，至少 6个月，以减轻疼痛、保护关节。而以后的日子，只能依靠双拐或轮椅，严重影响了日常生活。关节切除成形术适宜的人群是：生活要求低、全身条件差而不能耐受多次手术、下肢多关节受累的患者，特别适用于生活不能自理的老年人和在轮椅上生活的患者。6.7关节截肢术关节截肢术在不得以的情况下采用，主要针对：（1）混合感染，抗生素无效；（2）大量组织破坏，膝关节功能不可修复者，可行膝关节上截肢，作为最后的补救措施。尽管截肢术治疗最彻底，但涉及到患者的接受性问题，值得慎重考虑。