Методы диагностики глубокой перипротезной инфекции области коленного сустава

1Целью обзора является рассмотрение эпидемиологических и патогенетических аспектов развития перипротезной инфекции области коленного сустава.

Глубокая инфекция области хирургического вмешательства, возникшая после операции тотального эндопротезирования (ТЭП) крупных суставов, является грозным осложнением, которое причиняет значительный вред здоровью пациента, наносит экономический ущерб, а также оказывает большую нагрузку на профильное медицинское учреждение. Частота перипротезной инфекции (ППИ) колеблется в пределах 1-4% в случаях первичного и 4-58% — ревизионного ТЭП. Учитывая факт возникновения труднодиагностируемой ППИ, причиной которой являются низковирулентные микроорганизмы, а также внедрение в повседневную клиническую практику современных способов клинической лабораторной диагностики (содержание CD15-положительных нейтрофильных гранулоцитов, α-дефензинов, лейкоцитарной эстеразы, соникация интраоперационно удаленных имплантатов), можно с уверенностью ут-

верждать, что истинная частота инфекционно-воспалительных осложнений ТЭП крупных суставов гораздо выше, чем это принято считать [1, 2].

Основную роль в развитии ППИ играют Staphylococcus aureus и Staphylococcus epidermidis, доля которых составляет от 20 до 90%. Данные микроорганизмы за счет формирования биопленок являются сложными для диагностики и лечения. Реже встречаются такие грамположительные возбудители, как различные виды Streptococcus и Enterococcus. Грамотрицательные возбудители ППИ (Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae и др.) занимают в структуре возбудителей ППИ около 10-20% от общего количества. Незначительная часть (1-3%) инфекционных осложнений развивается под действием анаэробных микроорганизмов и грибковой микрофлоры. Некоторые авторы придают большое значение Propionibacterium acnes в развитии инфекционных осложнений. В отдельных ситуациях возможны также комбинации возбудителей инфекционного процесса [3, 4].

Вид микрофлоры и ее вирулентность определяют течение инфекционного процесса. Развитие ППИ обусловлено либо контаминацией операционной раны во время ТЭП, либо гематогенным или лим- фогенным распространением патогенных микроорганизмов из эндогенного очага инфекции, которое происходит позже чем через год после оперативного вмешательства. В зависимости от вида возбудителя клиническая картина может быть ярковыраженной (стафилококки, грамотрицательные бактерии) и развиваться в раннем послеоперационном периоде. Если же инфекционным агентом являются низковирулентные микроорганизмы (St. epidermidis и др.), то воспалительный процесс имеет вялотекущее или же бессимптомное течение [5, 6].

Диагностический алгоритм ППИ включает типовые мероприятия по выявлению наличия и особенностей течения инфекционного процесса, основанные на комплексном применении клинических, лабораторных и инструментальных тестов.

Большое значение имеют сбор анамнеза и жалоб пациента, учет факторов риска, обусловливающих иммуносупрессию или контаминацию раны. Наличие в прошлом у больного травм, оперативных вмешательств, выполнявшихся на суставе, а также инфекционно-воспалительных заболеваний повышает риск развития ППИ. Особое внимание необходимо уделять наличию тяжелой сопутствующей патологии (системные заболевания соединительной ткани, сахарный диабет, недостаточность органов и систем, наличие очагов хронической инфекции, пагубные пристрастия), снижающей защитные свойства иммунной системы человека. Предпосылками развития воспаления в послеоперационном периоде может быть длительное заживление послеоперационной раны или отхождение послеоперационной гематомы. Длительность оперативного вмешательства и управляемой ишемии конечности, степень травматизации тканей, подготовка оперирующего хирурга и общая продолжительность пребывания пациента в стационаре — далеко не полный перечень факторов, создающих предпосылки для развития инфекционного процесса [7–9].

При проведении объективного осмотра определяют длительность и выраженность болевого синдрома. Часто ППИ, обусловленная низковирулентными возбудителями, не имеет никаких клинических проявлений, кроме боли в области сустава. Характерным является отсутствие безболевого периода с момента ТЭП. Необходимы определение степени ограничения функции нижней конечности и коленного сустава, анализ нюансов изучаемой анатомической зоны (изменения в области сустава, характерные для воспалительного процесса: отек мягких тканей, изменение окраски кожных покровов, наличие гнойных затеков). Кроме того, возможны местные проявления инфекционного процесса, обусловленные сенсибилизацией организма микробными токсинами: развитие дерматита, экземы. Наличие свищевого хода требует обязательного его зондирования для выявления связи с полостью сустава, а следовательно, и с компонентами эндопротеза [10, 11].

Стандартным является проведение общего и биохимического анализов крови для выявления изменений, характерных для воспаления (повышение уровня лейкоцитов, скорости оседания эритроцитов более 30 мм/ч, С-реактивного белка более 10 мг/л при хронической ППИ и С-реактивного белка более 100 мг/л при острой манифестации воспаления). Количество лейкоцитов в крови, значения скорости оседания эритроцитов и концентрации С-реактивного белка повышаются при развитии острого воспаления. При наличии у пациента хронической ППИ или иммуносупрессии различного генеза не может быть колебаний данных маркеров. Лейкоцитоз крови имеет низкую информативность в связи с малой чувствительностью (45%) при специфичности 87%. Всегда необходимо учитывать, что показатели скорости оседания эритроцитов и С-реактивного белка имеют высокую чувствительность (75-88%) с одновременно низкой специфичностью (55-70%), при этом их изменения могут происходить под воздействием причин, не связанных с ППИ области коленного сустава. При одновременном повышении уровня этих показателей совокупная чувствительность последних возрастает до 96%, однако специфичность по-прежнему остается низкой. В связи с этим перечисленные показатели все чаще относят к разряду вспомогательных [12–14].

Эффективным методом диагностики инфекционного процесса является определение уровня продуцируемого моноцитами и стимулированными макрофагами интерлейкина-6, регулирующего, наряду с фактором некроза опухоли-альфа и интерлейкином-1, процесс высвобождения из клеток печени С-реактивного белка. Уровень этого маркера нормализуется уже через 48–72 часа после ТЭП, в отличие от С-реактивного белка и скорости оседания эритроцитов (3 и 8 недель соответственно). Вероятность обнаружения глубокой ППИ возрастает при сочетании превышения нормы интерлейкина-6 в комбинации с повышением уровня С-реактивного белка до 94%. Проводятся исследования по выполнению в качестве дополнительного информативного теста на определение уровня интерлейкина-8 и интерлейкина-2. Диагностическое значение также имеет увеличение уровней таких маркеров воспалительного процесса, как прокальцитонин (выше 0,3 нг/мл) и фактор некроза опухоли-альфа (более 40нг/мл). Оба показателя обладают крайне высокой чувствительностью (более 90%), но низкой специфичностью (33-55%). При развитии ППИ значительно возрастает уровень транспортных белков (церулоплазмина, ингибитора альфа-1-трипсина, гаптоглобина) и происходит снижение такого показателя, как уровень альбумина [15–17].

Перспективным является проведение исследований по определению уровня экспрессии генов молекул врожденного иммунитета Тоll-подобных рецепторов (Toll-like receptors (TLRs): TLR2, TLR4) и противомикробного пептида (HBD1) для определения глубокой ППИ. Данные рецепторы играют важную роль в развитии воспалительного процесса. TLR4 распознает липополисахариды (ЛПС) клеточной стенки грамнегативных микроорганизмов, TLR2 обладает наибольшим спектром специфичности из всех определяемых TLRs, он связывается с липопротеинами грампозитивных и грамнегативных микроорганизмов, пептидогликаном и липотейхоевой кислотой грампозитивных микроорганизмов, грибковым зимозаном. В результате этих реакций распознавания молекул различных патогенов (в том числе вирусного и грибкового происхождения) происходит увеличение локального синтеза цитокинов, хемокинов, простагландинов и противомикробных пептидов, и запускается каскад реакций воспалительного ответа [18, 19]. Проводятся работы по внедрению ПЦР-диагностики глубокой перипротезной инфекции, но данная методика, несмотря на высокий научный потенциал, пока не получила широкого распространения из-за высокой стоимости исследования [20–21].

Ультразвуковая диагностика позволяет выявить признаки воспалительных изменений в мягких тканях коленного сустава (отек, избыточная пролиферация и васкуляризация околопротезных тканей, а также наличие скопления жидкости: гематом, экссудата, гнойных затеков). Этот метод исследования является дополнением к комплексу диагностических мероприятий [22].

Рентгенография в стандартных проекциях применяется для выявления признаков расшатывания эндопротеза, остеолиза или резорбции кости вокруг компонентов эндопротеза, субпериостальной реакции. В раннем послеоперационном периоде это исследование неинформативно. Больным, имеющим свищевые ходы, для определения их связи с имплантатом осуществляют тугое заполнение последних рентгеноконтрастным веществом. Компьютерная и магнитно-резонансная томография дополняют общую картину исследования. Необходимость выполнения сцинтиграфии и ее результативность являются предметом дискуссии [23].

Исследование аспирата из полости сустава является обязательным для выявления глубокой ППИ. В случае Punctio sicca возможна аспирация промывных вод околопротезного пространства при помощи стерильного физиологического раствора. В дальнейшем проводятся цитологическое, микробиологическое и биохимическое исследования. Наличие более 1100–3000 лейкоцитов в мкл аспирата из околопротезного пространства с преобладанием нейтрофильных гранулоцитов (>65-80%) характерно для инфекционного процесса. Исследование обладает высокой чувствительностью и специфичностью (84 и 93%). Положительный тест лейкоцитарной эстеразы и α-дефензина является показателем ППИ. Микробиологическое исследование включает в себя окраску образцов по Граму с последующей микроскопией, а также посев материала для выявления патогенных микроорганизмов с определением их чувствительности к антимикробным химиопрепаратам. Для исключения ложноотрицательных результатов нежелательно проводить исследование отделяемого из свищевого хода. Требуется также за 2 недели до исследования прекратить прием антибиотиков. Взятие аспирата необходимо производить трижды с различной периодичностью, при этом однократное выявление низковирулентных микроорганизмов свидетельствует о контаминации. Всегда следует учитывать, что возбудители ППИ склонны к образованию биопленок на поверхности эндопротеза, что препятствует их выявлению и также может приводить к ложноотрицательным результатам. Интраоперационные методы исследования включают в себя визуальную оценку тканей хирургом, взятие материала для микробиологического и гистоморфологического исследований. Хирургом выполняется взятие тканевых биоптатов из 4–6 различных точек сустава с последующим посевом материала на питательные среды. С целью выявления пленочных форм микроорганизмов применяется УЗ-обработка удаленных компонентов эндопротеза или спейсера с последующим микробиологическим исследованием полученной жидкости. Ультразвуковая обработка имплантатов повышает частоту выявления патогенных микроорганизмов на 13%, что особенно важно для пациентов с субклиническим или бессимптомным течением ППИ. Гистологическое исследование тканей сустава, как правило, позволяет выявить картину неспецифического воспаления с наличием нейтрофильных гранулоцитов. В последнее время широко распространяется оригинальный алгоритм гистоморфологической оценки

ППИ с использованием шкалы CD15 focus score и программного обеспечения CD15 QuantiFier, в основе которых лежит оптимизированный способ счета CD15-положительных нейтрофильных гранулоцитов (CD15 НГ) в синовиально-подобной поверхностной мембране (SLIM) [24]. Данный метод дает возможность стандартизировать количественные методы, необходимые для дифференциальной диагностики ППИ и асептической нестабильности компонентов эндопротеза. По сравнению с микробиологической диагностикой гистоморфологический способ требует наименьшего времени, в том числе в случаях подозрения на ППИ, обусловленную низковирулентным бактериальным патогеном [25–27].

Таким образом, дифференциальная диагностика между асептической нестабильностью эндопротеза и глубокой ППИ с субклиническим или бессимптомным течением является трудоемким и затратным процессом. В то же время выявление скрытой ППИ, обусловленной низковирулентными возбудителями, определяет тактику хирургического лечения пациентов и результаты последующей реабилитации, поэтому дальнейшее развитие методов диагностики инфекционного процесса в области эндопротеза сустава является перспективным направлением современной медицины и требует мультидисциплинарного подхода.