作者：中国人民解放军总医院骨科  李睿

关节假体周围感染(PJI)是关节置换术后灾难性的并发症。据估计，1%～3%的初次置换患者以及3%～5%的翻修患者会发生PJI。根据最新文献报道，感染是膝关节置换术后翻修的首要原因，是髋关节置换术后翻修的第三或第四大原因。随着关节置换手术量的逐年增大，关节翻修将是未来关节外科手术的重要组成部分，PJI的病例量也必将随之逐年上升。预计到2020年，美国感染翻修的花费将超过16.2亿美元。目前中国暂无基于关节登记系统的可靠流行病学调查，但据翁习生教授于2019第七届中国髋关节外科学术大会(CHS)报告，通过对国内外各假体厂商登记数据的粗略汇总，2018年中国年人工关节置换量已达698583例，相比2017年增长23%。随着中国人口的老龄化，关节手术量也将逐年上升，PJI必将是未来中国关节外科医生面临的重要挑战。

正确治疗PJI的关键一步就是准确的诊断，它对于防止由于假阳性而导致不必要的二期翻修或由于假阴性导致的再植入假体失败至关重要。然而，PJI的准确诊断有时十分困难，有很多问题未能完美解决。如何快速、准确诊断PJI一直以来都是关节外科的热点及难点。

诊断标准

要做到准确诊断，先要明确诊断标准，由于PJI感染微生物毒力不同，宿主的反应不同，其临床表现和实验室检查有很大的差异。因此截至目前，尚未有完美的PJI诊断标准，也无任何一种检查可用来单独诊断PJI，在临床工作中，往往需要结合一系列的实验室检查进行综合判断。为此，一些国际组织，如美国骨科医师协会(AAOS)、骨与肌肉感染协会(MSIS)、美国感染病协会(IDSA)、关节假体周围感染国际共识工作组(ICGonPJI，下文简称ICG)，欧洲骨与关节感染协会(EBJIS)等陆续给出了各自的诊断指南。目前，由2013年关节假体周围感染国际共识会议(ICMonPJI，下文简称ICM)通过，随后被MSIS采纳的MSIS诊断标准2014修订版，是国际、国内诊断PJI最为广泛使用的指南(表1)。然而，该指南并未区分各诊断指标的权重；同时，近年来一些陆续被广泛接受并应用于临床的新指标、新方法也有待列入。因此，2018年7月ICG组织第二次ICM会议制定了PJI的最新诊断标准(表2)。新标准纳入了α-防御素检测，D-二聚体(D-dimer)检测等新指标；并对每项检测赋予了分值，按累计后总分判断是否存在感染。

然而，新诊断标准的制定主要基于美国3个关节外科中心的病例资料，尚未经过广泛验证。其中一些诊断手段也尚存争议，不少医生对该标准提出了质疑。在表决过程中，28%的代表反对该标准，5%的代表弃权，最终赞成票仅为67%。因此，该共识是否能被广泛接受还需时间验证。尽管各组织、各版本的诊断标准略有不同，但无论采用何种标准，对于症状、体征疑似PJI的患者，其诊断流程基本一致，均可划分为外周血检测、诊断性关节腔穿刺以及术中补充检查三类。

外周血检测

由于抽血简单易行，血清学检查常常是关节置换术后疑似关节假体周围感染的首选筛查手段。目前公认的有效筛查指标主要包括血沉(ESR)及C反应蛋白(CRP)。Huerfano等的一项META分析显示，采用指南推荐的阈值，即ESR≥30mmg/h，CRP≥10mg/L时，ESR在髋关节翻修前诊断PJI的敏感度、特异度分别为0.860(95%CI，0.825～0.890)和0.723(95%CI，0.704～0.742)；而CRP的敏感度、特异度分别为0.869(95%CI，0.835～0.899)以及0.786(95%CI，0.769～0.803)。值得注意的是，如果临床症状可疑，即便ESR、CRP均阴性也不能排除PJI的可能。

近年来，一项新诊断指标，D-dimer被新增纳入2018新感染共识诊断标准。D-dimer是纤维蛋白降解产物。根据Shahi等的研究结果显示，当血清D-dimer的诊断阈值取850ng/ml时，其敏感度，特异度分别为89%与93%，均高于ESR与CRP。然而，尽管D-dimer已被纳入2018新感染共识，但目前仅为单中心结果的报道，未来还需更多研究评价其对PJI的诊断价值。异常的血清学检测结果可提示关节假体周围感染的存在，无论单独或联合应用均不足以确诊PJI，对疑似患者，还需关节腔诊断性穿刺进一步明确诊断。

诊断性关节腔穿刺

当血清学指标怀疑感染或无法排除是否为PJI时，诊断性关节腔穿刺常常成为有效的进一步检查手段。通过诊断性穿刺，可获得包括关节液白细胞计数，中性粒细胞百分比，白细胞酯酶试纸检测，α-防御素检测以及细菌培养在内的各项检测结果。关节液的白细胞计数及中性粒细胞百分比是两项传统的检测指标。近期的一项META分析报道，关节白细胞计数的敏感度、特异度分别为0.89(0.86～0.91)和0.86(0.80～0.90)，中性粒百分比的敏感度、特异度分别为0.89(0.82～0.93)和0.86(0.77～0.92)。由于其较高的诊断价值，目前多数指南已将其列为诊断标准之一。

白细胞酯酶由中性粒细胞分泌，随着中性粒细胞的募集，聚集于感染部位。其检测试纸(LE试纸)为一种快速检测手段已逐渐被骨科医生接受。在2013ICM指南中，已将其与关节液白细胞计数共同作为一条诊断次要标准(表1)。近期的一项META分析显示，LE试纸的敏感度、特异度分别为0.89(0.86～0.91)及0.86(0.80～0.90)。一项大样本研究显示，与关节液白细胞计数，中性粒细胞百分比相比，LE试纸的诊断比值比(DOR)最高，为30.06(95%CI，17.8～50.7)。当使用LE试纸时，一个问题是由于其结果判定是基于颜色变化，对混有血液的关节液样本，结果判别受到干扰。为此Aggarwal等提出，应用便携式离心机以6600转/min离心120～180s去除红细胞后，取上清液再滴定试纸，可有效解决这一问题。然而，Li等的研究结果显示，离心可能会使关节液颜色变浅，并建议对于离心前的试纸结果，建议采用Grade3(++)作为诊断标准，而离心后的试纸结果，建议采用Grade1(+)作为诊断标准。此外，上述基于中性粒细胞的相关检查也受风湿免疫性疾病的影响，骨科常见疾病，如类风湿关节炎等，同样有升高的关节液计数。因此在这部分病例中，这些指标可能会受到一定影响。

关节液中的另一项标记物，α-防御素近年来是PJI诊断领域中的明星指标。有研究显示，α-防御素的诊断效能优于LE试纸，对各种微生物感染均有反应，且不受抗生素影响。近期一项Meta分析显示，α-防御素的敏感度，特异度分别为0.97(0.91～0.99)与0.97(0.94～0.98)。然而，早先报道的防御素结果虽有很高诊断效能，但其检测是基于ELISA的方法，结果报告较慢，临床使用受到限制。为此，Parvizi和Gehrke等与Zimmer公司合作，研制了一种便于临床检测的防御素快速检测试纸SynovasureTM。然而，该试纸的准确性仍有争议。Sigmund等报道，应用SynovasureTM诊断PJI的敏感度仅为69%。近期一项Meta分析显示，SynovasureTM的敏感度，特异度分别为0.80(0.65～0.89)与0.89(0.76～0.96)，不及基于ELSIA的检测结果。因而，对于该试纸的有效性仍值得进一步探讨。此外，目前该防御素试纸在中国大陆地区暂未正式批准使用。

上述方法对于是否存在PJI的诊断很有帮助，但这些检测均不能提供相关的病原微生物及药敏信息，因此，微生物培养这一环节至关重要。然而，目前微生物培养的阳性率并不高。近期的一项Meta分析显示，关节液培养的敏感度，特异度分别为0.62(0.50～0.74)及0.94(0.91～0.96)。一些研究证实，培养前停抗生素、使用血培养瓶、延长培养时间等方法可帮助提高微生物的检出率。通过术前诊断性穿刺，大部分患者可获得明确诊断。但仍有部分病例由于无法穿出关节液(drytap)或菌培养阴性等原因，需要依靠术中相关检查进一步辅助诊断。

中补充检查

术中见脓原本作为一项次要诊断标准被纳入到MSIS和IDSA诊断标准，但由于见脓的判断过于主观，在MSIS诊断标准2014修订版中已将其去掉。有研究报道，在非感染的金对金假体病例翻修时均可出现“脓液”，但其实为金属磨屑引起的组织副反应。此外，有研究证实，依靠术中见脓诊断PJI的敏感度为0.82，特异度仅为0.32，用于诊断PJI并不可靠。值得注意的是，在2018新感染共识中，术中见脓再次被列为诊断标准之一。这也是本次共识修订中的争议议题之一。

相对于辨别是否存在脓液，术中取假体周围组织进行病理学检查相对客观。Grammatopoulos等报道，在金对金假体失败的病例中，组织病理学检查也可有效的区分感染与非感染病例。病理学检查主要基于每高倍视野的多核中性粒细胞(PMN)计数。然而，计数的阈值还未能进一步统一。AAOS指南认为每高倍视野PMN>10为阳性，而MSIS指南认为，每高倍视野PMN>5为阳性。一项纳入了26项研究(1982～2009)的Meta分析认为以现有的研究结果，两种临界值的准确性没有统计学差异，无论设定为哪种临界值，都不会影响病理学分析的价值。而另一项纳入了12项研究(1972～2012)的Meta分析认为，尽管二者敏感度无明显差异，但每高倍视野取10个中性粒细胞作为阈值可获得更好的特异性。

近年来，免疫组化研究表明，即使每高倍视野取5个PMN作为诊断阈值似乎仍过高。Morawietz等证实，采用CD15进行免疫组织化学染色，在10个高倍视野(HPF)中找到23个中性粒细胞应作为PJI的病理诊断阈值。近期一项包含264例患者的多中心研究支持上述诊断标准，采用这种阈值的敏感度、特异度分别为0.82(0.749～0.878)，0.90(0.763～0.972)。此外，Kashima等采用CAE(氯醋酸酯酶)染色，得到了相似结论，认为每高倍视野应取2个PMN作为病理诊断阈值。然而，尽管上述病理技术可以帮助更好的识别PMN，其均基于石蜡切片的组织化学技术。相对于术中冰冻，过长的检测时间失去了其指导术中决策的价值。仅可作为验证术前、术中诊断准确性的参考指标，以便术后及时调整治疗方案。除送检组织进行病理检查外，术中还可取组织进行微生物培养。尽管同样无助于手术方案的选择，但其微生物及药敏信息可有效指导术后抗生素使用，特别是对于术前菌培养阴性病例。有研究认为，术中组织培养不完全等同于术前关节液培养，尤其对于多重感染或低毒性感染病例，术中取多块组织培养可能获得更多信息。但对术中需要取多少块组织标本去培养，既往研究未获统一结论。根据2018新共识，绝大多数专家认为应取至少3块组织送检，其敏感度，特异度，阳性预测值和阴性预测值分别为0.62(0.50-0.74)，0.93(0.88～0.98)，0.78(0.66～0.90)及0.85(0.78～0.92)。

对于怀疑假体周围感染，但菌培养阴性病例，对术中取出的假体进行超声裂解(sonication)，而后取裂解液进行培养是一种可选择的解决方案。Trampuz等在一项包括331例假体周围感染患者的研究中指出，超声裂解后培养的方法可使微生物检出率从60.8%提高至78.5%。对于14天内有抗生素使用史病例，微生物检出率可从45.5%提高至75.0%。这提示超声裂解对近期有抗生素使用史病例意义重大。近期的一项META分析显示，超声裂解结合血培养系统进行病原微生物培养的敏感度，特异度分别为0.85(0.77～0.91)，0.86(0.81～0.91)。然而，这种方法的操作过程相对繁琐且有一定假阳性风险，因此，目前并不推荐其作为临床常规检查。

分子生物学手段

由于传统培养的微生物检出率有限，目前利用分子生物学手段，尤其是二代测序技术查找病原菌，越来越受到重视。在2018新ICM共识中，也将分子生物学检查列为重要补充检查手段之一。二代测序技术(NGS)是相对于第一代DNA测序技术(Sanger法)而言的新型测序手段。相比第一代测序技术，采用边合成边测序法，其最大的优势在于通量高、成本较低、敏感性高，可以同时测定几百万甚至上亿条DNA或RNA序列，大大加快了全基因组测序的速度，从而极大地降低单个碱基测序的成本。目前，在PJI诊断方面，二代测序主要分为目标基因扩增测序法以及鸟枪法(shotgun)。

目标基因扩增测序法即先针对16SRNA基因、内转录间隔区(ITS)等进行PCR扩增，而后再进行测序。Tarabichi等前瞻性收集了65例翻修以及37例初次关节置换病例的术中关节液，组织以及拭子样本。根据MSIS诊断标准，17例培养阳性的PJI病例中，94.1%(16/17)的二代测序结果也为阳性，11例菌培养阴性的PJI病例中，81.8%(9/11)二代测序结果为阳性。这提示，二代测序对于菌培养阴性病例可能更有意义。然而，值得注意的是，37例MSIS标准诊断为非感染患者中，除1例传统培养及二代测序均阳性外，其余36例菌培养阴性病例中，25%(9/36)的二代测序结果显示阳性。此外，在微生物培养均为阴性的17例初次置换中，仍有35.3%(6/17)的病例二代测序提示阳性。这提示二代测序的假阳性问题不可忽视。

Tarabichi等在另一项包含86例关节液样本的研究中，以α-防御素和细菌培养作为区分感染的诊断依据，也得到了相似的结论。

基于二代测序技术的另一种手段是宏基因组测序(mNGS)。该技术不同于上述针对16SRNA基因和ITS进行扩增后再进行测序，而是采用鸟枪法(shotgun)，即不针对特定核酸片段进行扩增，对包括来自宿主和任何微生物的核酸一同进行测序，而后将测序结果重组并与已有数据库进行比对，继而进行细菌鉴定。宏基因组测序的好处在于，可鉴别扩增测序法无法覆盖到的微生物，如病毒等。此外，在理论上可以更完整的恢复所鉴定微生物的全部基因组，从而更完整地鉴定相关耐药基因、毒力基因以及对菌株进行高分辨率的分型。但宏基因组测序的固有弱点在于来自宿主DNA的影响，占比过多的宿主DNA会严重干扰目标微生物的检出。此外，相对扩增测序法，鸟枪法对测序深度有更高的要求。

Street等率先对97例超声裂解液进行了宏基因组检测，初步得到了满意效果。Thoendel等进一步测试了408例超声裂解液样本。研究发现，94.8%(109/115)的菌培养阳性PJI患者与测序结果一致。而且，测序法还在9.6%(11/115)的病例中检出了额外潜在病原微生物。43.9%(43/98)的菌培养阴性PJI病例通过测序检出了潜在病原微生物。而对于非感染病例，此法在3.6%(7/195)的病例中检出微生物，与培养一致率为96.4%(188/195)，假阳性率较低。此外，已有针对关节液样本进行宏基因组测序的研究。

由于以上的相关进展，2018ICM共识推荐其作为重要辅助检查手段，尤其对于菌培养阴性的患者及考虑多重感染病例，二代测序作为新的分子生物学检测手段可作为传统培养的补充。然而，虽然分子生物学手段在PJI诊断中显示出巨大潜力，但仍有一定局限，不能替代传统的微生物培养。首先，此法仅可检测少数耐药基因，无法对细菌的药敏情况做出全面判断；其次，假阳性率相对较高，作为诊断依据有可能造成困扰；最后，成本仍然相对较高，不易推广。这些问题有待于在将来的实践中逐步解决。

其它新型标志物探索

在研究利用传统检测方法的同时，很多医务工作者在不断探索发现新的标志物。在外周血检测指标中，已有越来越多的文献证实，血清白细胞介素6(IL-6)对诊断早期感染有一定帮助。近期，随着D-dimer被发现可用于PJI的诊断，凝血相关指标亦越来越受重视。Klim等报道，血浆纤维蛋白原检测可能也有一定意义，当阈值取519mg/dl时，其诊断PJI的敏感度，特异度分别为0.90和0.34。由于血浆纤维蛋白原为术前血清四项中的一项，属术前常规筛查指标，因此，是一种很有潜力的一线筛查指标。此外，Marazzi等报道了一种新型标记物Presepsin(CD14的可溶片段)可用于关节假体周围感染的诊断。这些新的外周血标记物如证实有效，检测方便，常可作为一线筛查手段，但目前看还需要更多临床实践验证。

关节液标志物来源于可能感染部位，可能更直接反应感染情况，其筛查一直是研究重点，近期一项Meta分析证实，关节液CRP的敏感度、特异度，0.85(0.78～0.90)，0.88(0.78～0.94)。Parvizi等于2018年提出的一项新PJI诊断评分系统将关节液CRP列入其中，赋值1分。然而，Vanderstappen等指出，关节液C反应蛋白的ROC曲线下面积为0.977，而血清C反应蛋白的曲线下面积为0.979，两种方法效能相似。Tetreault等在一项包含150例患者的研究中也得出了相似的结论。可能基于上述原因，2018新国际共识会议最终未采纳这项指标作为诊断标准之一。

此外，Xie等的一项Meta分析指出，关节液IL-6的敏感度、特异度分别为0.89(95%CI，0.77～0.95)及0.90(95%CI，0.84～0.95)，高于血清IL-6的敏感度0.72(0.63～0.80)和特异度0.91(0.82～0.96)。因此，关节液IL-6作为关节液标记物对诊断PJI可能有一定意义。Deirmengian等在一项包含95例患者(26例PJI)的研究中筛查了43种关节液标记物，共发现16种潜在的优秀标记物。其中5种标记物的敏感度和特异度均达到了100%，包括α-防御素(α-defensin)、中性粒细胞弹性蛋白酶2(ELA-2)、杀菌/通透性增强蛋白(BPI)、乳铁传递蛋白(Lactoferrin)、中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白(NGAL)。其中，NGAL又称Lipocalin-2(LCN2)，近期有研究报道其区分PJI与无菌性松动的敏感度、特异度分别为86.3%及77.2%。然而，除α-防御素及NGAL外，其它指标的进一步跟踪研究较少，还需在更多的研究中确认其有效性。

快速与便捷化诊断

在准确诊断的同时，检测方法的快速与便捷化是未来重要发展趋势。目前，关于便捷化诊断的研究正不断涌现。如前所述，防御素试纸是这方面的先驱之一，但其准确度仍存在争议。此外，Wimmer等开发了基于IL-6的快速检测试纸，据报道，84.6%的关节液样本可被成功检测。Wouthuyzen-Bakker等报道，使用基于钙卫蛋白(Calprotectin)的快速检测手段QuantumBlue®，可在20min内得到测试结果，其敏感度、特异度、阳性预测值及阴性预测值分别为0.89，0.90，0.81和0.95。在其随后的一项研究中也得到相似的结论。Minegishi等介绍了一种基于多重PCR技术的简便诊断手段。这种方法可对单链生物素化的PCR产物和胶体金标记的链霉素PCR产物进行直观评价，无需电泳装置、过渡发光器或荧光检测器等额外检测设备。然而，截至目前，此诊断方法仅可用于MSSA，MRSA，andMRCNS三种细菌。Janz等介绍了一种基于检测16SRNA的快速试纸条，整个检测流程可在25min内完成。据报道，这种试纸在建模人群(17例)的敏感度、特异度分别为87.5%和100%，在验证人群(60例)的敏感度、特异度分别为82%和89%。然而，该方法并不能鉴定出微生物种属和耐药性。此外，尽管该系统是自动化的，但也需要一些如PCR仪等特殊设备。这些问题仍需要进一步通过改良相关技术来解决。

总结与展望

综上所述，随着近年来新诊断指标的不断发现，检查技术的不断更新，诊断策略的不断优化，PJI的诊断体系已有了长足进步。未来的发展一方面在于通过基础研究领域的不断突破，为临床诊断提供新方法、新思路；另一方面也需通过高质量临床研究为争议问题提供可靠证据，从而进一步丰富和完善PJI诊断体系。

来源：中国骨与关节杂志2019年4月第8卷第4期