关节置换术中感染性并发症发展的几个方面

髋关节置换手术在严重髋关节病变的外科治疗中占据领先地位。该手术可以消除或显著减轻疼痛，恢复关节活动，为肢体提供支撑，改善步态，从而显著提高患者的生活质量。但众所周知，任何外科治疗都可能引发一系列并发症，其中之一就是感染。文献显示，一家进行大型关节置换手术且每年至少进行100例手术的骨科中心，其感染并发症发生率在第一年可达17%，第二年下降5%，第三年下降3%，平均为4%。

尽管积极使用抗生素预防和现代化的外科消毒方法，大关节内置假体感染并发症的问题仍日益凸显。这是由于开展关节置换术的机构数量不断增加，病原体识别难度加大，治疗复杂化以及后果严重性加剧。所有这些最终导致干预效果恶化，患者术后康复费用和时间延长。

这一问题也源于患者的普遍健康状况，尤其是老年患者，他们的身体对抗感染的能力非常有限。免疫抑制状态是由于高创伤性长期外科手术后诱发的继发性免疫缺陷、组织破坏产物进入血液，以及老年患者免疫系统与年龄相关的特征所致。

随着关节置换术数量的增加以及康复潜力的提升，外科手术区域深部感染病例也随之增加。据国内外学者统计，初次手术中深部感染的发生率为0.3%至1%，而翻修手术中则高达40%甚至更高。此类感染并发症的治疗过程漫长，需要使用昂贵的药物和材料。在感染区域植入内置假体曾被认为是绝对不可接受的。然而，随着对植入物相关感染病理生理学理解的加深以及外科技术的进步，即使在这些情况下也能成功植入内置假体。

大多数外科医生都认为，移除内置假体组件并仔细处理伤口是患者治疗的重要初始阶段。然而，目前尚无统一的治疗方法，无法确定哪些方法能够无痛地恢复关节功能，且感染复发风险极低。

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生物膜形成阶段

第一阶段：可逆性地附着于表面。微生物通常以自由漂浮的团块或单个菌落（例如浮游菌落）的形式存在。然而，在正常条件下，大多数微生物倾向于附着于表面，并最终形成生物膜。

第二阶段：永久粘附于表面。随着细菌的繁殖，它们会更牢固地粘附于表面，分化并交换基因，从而确保其生存。

步骤3：粘液保护基质/生物膜的形成。细菌牢固附着后，开始形成一种胞外多糖包围基质，称为胞外聚合物。这就是胞外聚合物基质。随后，小群细菌菌落形成初始生物膜。胞外聚合物基质的成分因具体微生物而异，但通常包含多糖、蛋白质、糖脂和细菌DNA。多种蛋白质和酶有助于生物膜更牢固地附着在伤口床上。完全形成（成熟）的生物膜会不断脱落浮游细菌、微菌落和碎片，这些细菌、微菌落和碎片可以分散并附着到伤口床的其他部位或其他伤口表面，形成新的生物膜菌落。

生物膜形成的速度有多快？

实验室研究表明，浮游细菌，如葡萄球菌、链球菌、假单胞菌和大肠杆菌通常：

1. 几分钟内即可加入；
2. 在2-4小时内形成牢固附着的微菌落；
3. 在 6-12 小时内产生细胞外多糖，并对抗生素、防腐剂和消毒剂等杀生物剂具有更强的耐受性；
4. 形成成熟的生物膜菌落，这些菌落对杀菌剂有很强的抵抗力，并且根据细菌的类型和生长条件，会在 2-4 天内失去浮游细菌；
5. 伤口在24小时内迅速从机械破坏中恢复，并重新形成成熟的生物膜。这些事实表明，多次连续的伤口清洁可以提供一个短时间（例如少于24小时）的抗菌治疗，在此期间，抗菌治疗对伤口中的浮游微生物和生物膜内病原体细胞都最有效。

你能看到微生物生物膜吗？

生物膜是微观结构。然而，在某些情况下，如果长时间不受控制地生长，生物膜会变得非常致密，肉眼可见。例如，牙菌斑可以在一天内积聚并变得清晰可见。一些具有生物膜表型的细菌会产生色素，从而有助于肉眼观察整个生物膜。例如，具有生物膜表型的铜绿假单胞菌会在“群体感应”系统中产生绿色分子绿脓素。但即使在这种情况下，伤口呈现绿色也并不总是表明存在由假单胞菌属形成的生物膜。

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结痂中可以发现生物膜吗？

焦痂被描述为伤口床上一层厚厚的、黄色的、颜色相对较深的层，而伤口中的生物膜则看起来更像胶状，颜色也更浅。然而，生物膜和焦痂之间可能存在某种联系。生物膜会刺激炎症，从而增加血管通透性、伤口渗出液的形成以及纤维蛋白焦痂的形成。因此，焦痂的存在可能表明伤口中存在生物膜。然而，慢性伤口中焦痂和生物膜之间的这种联系需要更深入的研究。

目前，确认微生物生物膜存在的最可靠方法是专门的显微镜检查，例如共聚焦激光扫描显微镜。

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分类

使用有效的分类对于选择合理的治疗方法并比较其结果至关重要。尽管提出的分类系统多种多样，但目前尚无国际公认的单一系统来构建人工血管周围感染的诊断和后续治疗，也就是说，人工血管周围感染并发症的治疗尚不规范。

全髋关节置换术后深部感染最常见的分类是由 MB Coventry (1975) - RH Fitzgerald (1977) 提出的。主要分类标准是感染出现的时间（手术与感染过程首次出现之间的时间间隔）。基于此标准，作者提出了三种主要的深部感染临床类型。1996 年，DT Tsukayama 等人补充了此分类，增加了 IV 型，定义为术中培养阳性。这种类型的假体周围感染是指假体表面无症状细菌定植，表现为术中对两个或多个样本进行阳性培养，并分离出相同的病原体。2-5 个术中样本培养呈阳性。根据感染类型，作者推荐了特定的治疗策略。

全髋关节置换术后深部感染的分类（Coventry-Fitzgerald-Tsukayama）

1. 急性术后感染——术后第一个月内
2. 晚期慢性感染 - 从一个月开始
3. 急性血源性感染——长达一年
4. 术中培养呈阳性 - 一年或更长时间后

因此，对于I型感染，应进行坏死切除术修复术，更换聚乙烯内衬，并保留内置假体的剩余组件。对于II型感染，在进行强制性坏死切除术修复术时，必须移除内置假体；对于III型内置假体旁感染患者，可以尝试保留内置假体。如果术中细菌培养结果呈阳性，可采取保守治疗——给予六周的抑制性肠外抗生素治疗。内置
假体旁感染的发病机制特点。

人工关节周围感染是植入物相关感染的一个特例，无论病原体的侵入途径、发展时间和临床表现的严重程度如何，都具有人工关节感染的特异性。在这种情况下，微生物在感染发展过程中起主导作用，因为它们能够在生物源性和非生物源性表面定植。

微生物可以以多种表型存在：粘附型——细菌的生物膜形式（生物膜）、自由生活型——浮游型（在溶液中呈悬浮状态）、潜伏型——孢子。引起人工关节周围感染的微生物的致病性基础在于它们能够在植入物表面形成特殊的生物膜（生物膜）。了解这一事实对于制定合理的治疗策略至关重要。

细菌在植入物中的定植可以通过两种机制实现。第一种机制是通过细菌与未被宿主蛋白覆盖的人工表面之间由于静电场力、表面张力、范德-威尔斯力、疏水性和氢键作用而发生的非特异性相互作用。研究表明，微生物对植入物的粘附选择性取决于植入物的材质。表皮葡萄球菌菌株更容易粘附在内置假体的聚合物部分上，而金黄色葡萄球菌菌株则更容易粘附在金属部分上。

在第二种机制中，植入物的材料被“宿主”蛋白包裹，这些蛋白充当受体和配体，将异物和微生物结合在一起。需要注意的是，所有植入物都会经历所谓的生理变化，这会导致植入物几乎立即被血浆蛋白（主要是白蛋白）包裹。

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生物膜如何干扰伤口愈合过程？

在伤口表面生物膜剥离的过程中，生物膜会刺激慢性炎症反应。该反应导致大量中性粒细胞和巨噬细胞在生物膜周围出现。这些炎症细胞会产生大量的活性氧化剂和蛋白酶（基质金属蛋白酶和弹性蛋白酶）。蛋白酶有助于破坏生物膜与组织的附着，将其从伤口处清除。然而，这些活性氧化剂和蛋白酶也会破坏健康和正在愈合的组织、蛋白质和免疫细胞，从而降低治疗质量。

慢性炎症反应并不总是能够成功去除生物膜，有人推测这种反应对生物膜“有益”。通过诱导无效的炎症反应，生物膜可以保护其形成微生物，并增加渗出液的产生，而渗出液反过来又是营养来源和维持生物膜的手段。

是否存在促进伤口中生物膜形成的条件？

目前尚不清楚是否存在有利于伤口生物膜形成的情况。然而，一些削弱免疫系统或降低抗生素疗效的潜在因素可能有利于伤口生物膜的形成（例如，组织缺血或坏死、营养不良）。

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生物膜管理的原则是什么？

即使伤口很可能含有生物膜，也不能一步到位地进行治疗。最佳方案可能是采取多种伤口床准备措施，去除生物膜团块并防止生物膜重塑。这种方法有时被称为“基于生物膜的伤口护理”。

我如何知道生物膜是否已被去除？

由于缺乏明确的症状和成熟的实验室微生物群落鉴定方法，很难确定伤口何时摆脱生物膜。最具指示性的是伤口逐渐愈合，其特征是渗出液分泌减少和焦痂脱落。在制定明确的指南之前，临床医生必须根据具体情况决定如何治疗受生物膜感染的伤口。例如，即使治疗成功，也可能需要改变伤口护理的方法或频率，或考虑是否需要局部使用抗菌药物。应根据患者的健康状况考虑其他刺激伤口愈合的措施，并应旨在增强免疫系统。因此，生物膜会影响慢性炎症疾病的病程，最近的数据表明，它们在破坏慢性伤口愈合过程中也发挥着重要作用。生物膜对抗体、抗生素、防腐剂、消毒剂和吞噬细胞具有很高的耐受性。目前，对生物膜伤口的治疗包括强制性频繁伤口清洁，并结合使用伤口敷料和抗菌剂，以防止伤口再次感染并抑制生物膜的重新形成。

在考虑伤口感染的病因时，应该考虑到从微生物学的角度来看，任何局部感染灶都应被视为病理性生物群落。这意味着，位于特定病灶中的任何微生物群只有在找到最佳条件以维持和发挥所有营养功能（包括最大限度地实现其对宿主生物的致病性）时，才能够积极参与感染过程。反过来，承认这一立场是后续结论的基础。如果病原体的初始致病性足够高，并且宿主的天然抗感染防御机制不足或被某些背景病理过程削弱，那么病理性生物群落的形成可能是感染过程本身逐渐发展的结果。

医学副博士加里富洛夫·加米尔·加基利耶维奇。关节置换术中感染并发症发生的一些方面//实用医学。2012年12月8日（64）/第1卷