膝关节肿瘤假体发生周围感染的危险因素分析及血清D-二聚体、Toll样受体2的预测价值

郭昶志 孙涛 韩殊曼 王令响 牛梦婧

河北医科大学第三医院骨肿瘤科（石家庄 050051）

膝关节置换术自20 世纪70 年代末和80 年代初出现并广泛流行，目前已成为提高生命质量的良好手段［1］。但有研究表明，关节置换后存在一系列的并发症会影响其使用效果，其中假体周围感染（prosthetic joint infection，PJI）是最严重的并发症之一，是导致患者进行翻修手术和残疾的主要原因；有文献报道PJI 发生率可高达5.3% ～ 13%［2］，而肿瘤型假体感染率可达普通患者的10 倍，严重影响患者生活质量，增加其经济负担［3］。因此及早识别膝关节肿瘤型假体周围感染，对其危险因素给予控制以减少PJI的发生具有重要意义。

目前，PJI 的诊断主要依据2011 年美国肌肉与骨骼感染医学会（Musculoskeletal Infection Society，MSIS）以及2013 年国际共识会议（International Consensus Meeting，ICM）对其作出的修正，但其诊断过程较为复杂，无论是微生物学培养还是病理学检查，效率均较低下。血液学检查方便快捷，随着医学技术的进步，新的血液生物标志物成为人们关注的热点。近年来，人们发现血清D-二聚体可以作为PJI 诊断的一种前景标志物［4-6］，但截至目前关于血清D-二聚体在PJI 诊断尚无准确结论；另外，Toll样受体家族（toll-like receptors，TLRs）是天然免疫中主要的模式识别受体（pathogenassociated molecular Pattern，PAMP），TLR2 是TLR家族的代表性受体，在天然免疫及炎症反应中发挥着重要作用［7］。因此，本研究将D-二聚体、TLR2 及两指标联合在膝关节肿瘤型假体周围感染的诊断价值，以期能早期识别PJI 的发生，提供临床指导、提高患者生命质量、减轻患者负担。

1 资料与方法

1.1 研究对象 本研究回顾性分析2008 年1 月至2020 年6 月在我院科室治疗并行随访的患者。其纳入排除标准如下，本研究经过我院伦理委员会的审批（编号：科2020-022-1）。

纳入标准：（1）经病理诊断明确为膝关节周围原发性恶性骨肿瘤者；（2）接受肿瘤切除且行假体置换患者；（3）随访满2 年。

排除标准：（1）所需收集资料不完整患者；（2）随访时间＜ 2 年患者；（3）有其他严重器质性疾病患者。（4）术前有其他部位严重感染患者。

1.2 研究方法

1.2.1 资料收集 通过查阅患者的电子病历，收集其病历资料，包括其基本资料（年龄、性别、BMI、糖尿病史、吸烟史）、围手术期资料（肿瘤位置、恶性肿瘤分期、手术时间、截骨长度、术中出血量等，术后第3 天中性粒细胞百分比、白细胞、血清D-二聚体、血清TLR 值）。

1.2.2 治疗方法 根据患者具体情况，包括其病理学分型、肿瘤分期、影像学检查等，制定不同的术前治疗方案。手术使用的假体为国产春立或者力达康，为旋转铰链式、组配式假体，假体柄为骨水泥，所有病例均行关节外切除术。根据术前磁共振成像（Magnetic resonance imaging，MRI）进行骨切除术，确定各患者的截骨长度、假体大小，其中截骨距离肿瘤两端至少5 cm，切除肿瘤组织后形成的骨关节缺损与假体大小匹配，安装假体时注意保护血管和神经。术后患肢在负压引流状态下、抬高维持3 ～ 5 d，并在此期间常规使用抗生素预防感染。如术后给予化疗，化疗期间行常规检查及对症处理。

1.2.3 假体周围感染的诊断及治疗方法 根据《中国人工关节感染诊断与治疗指南》，假体周围感染的诊断结合病史、临床体征及特征（包括体格检查、临床症状、血清学检查及微生物学检查等）。包括以下：（1）皮肤有窦道直接通向假体或者出现脓性渗出；（2）在关节液或者人工假体周围感染病灶组织进行微生物培养，连续两次均为阳性且为相同微生物；（3）存在明显的假体周围感染临床症状，即假体或其周围组织出现发红、肿胀、局部皮肤维度升高、疼痛或者血清学检查常用的炎性指标如C-反应蛋白（C-reactive protein，CRP）、血沉（erythrocyte sedimentation rate，ESR），白细胞计数（white blood cell，WBC）、中性粒细胞百分比出现异常；（4）病理学诊断阳性，每高倍镜下显示组织中性粒细胞计数＞ 5 个。以上任何一种情况即可诊断为假体周围感染。

本研究中将PJI 分为急性感染与慢性感染。急性 PJI 包括术后早期感染与急性血源性感染。术后早期感染指在术后短时间内（＜ 4 周）出现的关节部位感染；急性血源性感染指致病菌经血行播散至功能良好的人工关节，导致急性感染。慢性PJI 主要分为术后＞ 4 周出现感染与从发生急性感染到获得有效诊治的时间＞ 4 周两种［8］。诊断为假体周围感染的患者主要根据其具体情况采取清创灌洗术、翻修手术、截肢手术。对于早期感染的患者，可以采取清洗灌洗术或者一期翻修手术；如发现时感染已是晚期，行二期翻修手术；二期翻修手术如失败，则使用Ilizarov 技术治疗；如严重感染且经以上治疗无效的患者则需进行截肢手术。

1.2.4 随访 由1 名骨肿瘤科医师对患者进行随访，随访方式包括电话随访、门诊复查、病历系统相结合的方式；随访时间为术后1 年内3 个月/次，术后2 ～ 3 年6 个月/次，超过3 年的1 年/次；随访内容包括假体周围感染情况包括是否出现相应症状、血清学检查或者影像学检查等方式监测假体周围感染情况，另随访其恶性肿瘤复发转移情况。

1.3 统计学方法 使用SPSS 26.0 及Medcalc19.8软件进行统计学分析。连续且符合正态分布资料使用（±s）描述，连续但不符合正态分布资料使用M（P25，P75）描述；计数资料使用例（%）表示；使用logistic 回归分析方法进行危险因素分析。使用Medcalc19.8 软件绘制ROC 曲线，使用Delong 法比较各指标曲线下面积（Area under curve，AUC）是否具有统计学差异。P＜ 0.05 表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 假体生存特征及感染情况 2008 年1 月至2020 年6 月在我院科室治疗并行随访的患者有205 例，经纳入排除标准最终纳入136 例患者，随访时间为24 ～ 162 个月，其3 年假体生存率为92%，5 年假体生存率为89%，10 年假体生存率为81%。见图1。

图1 人工假体生存曲线Fig.1 Survival curve of artificial prostheses

136 例患者中，16 例（11.76%）患者发生假体周围感染，感染发生时间均为手术后的2 年内。16 例患者中13 例患者出现临床表现，包括局部的红肿热痛、脓液渗出或者窦道形成；16 例患者中14 例患者细菌学培养为阳性，其中金黄色葡萄球菌5 例，大肠埃希菌4 例，表皮葡萄球菌4 例、铜绿假单胞菌1 例。

2.2 假体周围发生感染的单因素分析 感染组与非感染组患者的术后化疗、手术时间、白细胞、中性粒细胞计数、血清D-二聚体、血清TLR 不同，差异有统计学意义（P＜ 0.05），见表1。

表1 膝关节假体周围发生感染的单因素筛选Tab.1 Univariate analysis of infection around knee prosthesis

2.3 假体周围感染的多因素分析 将两组之间有统计学差异的因素纳入logistic 回归模型进行分析，变量赋值见表2，结果显示：术后化疗、手术时间、白细胞、血清D-二聚体、血清TLR2 均为关节假体发生周围感染的危险因素，见表3。

表2 膝关节假体周围感染Logistic 回归分析的变量赋值表Tab.2 Variable assignment table for logistic regression analysis of knee joint periprosthetic infection

表3 膝关节假体周围感染的多因素分析结果表Tab.3 Multifactor analysis of infection around knee joint prostheses

2.4 血清D-二聚体、TLR2 在假体周围感染的诊断价值分析 对血清D-二聚体、TLR2 及两指标联合诊断假体周围感染的价值进行分析，结果显示：两指标联合、血清D-二聚体、血清TLR2 的AUC 为依次0.917、0.894、0.778（P＜ 0.05），其中血清D-二聚体与TLR2、联合诊断的AUC 比较均无统计学差异（P＞ 0.05），TLR2的AUC 小于联合诊断（P＜ 0.05）；两指标联合、血清D-二聚体、血清TLR2 的灵敏度依次为0.975、0.908、0.708；两指标联合、血清D-二聚体、血清TLR2 的特异度依次为0.75、0.75、0.812。见图2 及表4。

表4 血清D-二聚体、TLR2 在膝关节假体周围感染的诊断价值Tab.4 ROC curve of serum D-dimer，TLR2，and combined diagnosis

图2 血清D-二聚体、TLR2 及联合诊断的ROC 曲线图Fig.2 ROC curve of serum D-dimer，TLR2，and combined diagnosis

3 讨论

假体周围感染是一种严重的并发症，严重感染患者甚至面临截肢的危险；另外，在临床实际操作过程中由于清洗灌洗术的应用指征比较严格［9-10］，假体周围感染患者通常需要进行翻修手术［11-12］，翻修术的治疗漫长而复杂，导致患者的生活质量下降，经济负担增加。因此及早识别假体周围感染具有重要意义，为了更快速的诊断膝关节肿瘤型假体周围感染，结合目前血液学的发展，本研究进行了血清标志物D-二聚体、TLR2 对膝关节肿瘤型假体周围感染的诊断价值分析。

本次研究显示，术后化疗、较长的手术时间是假体周围感染发生的危险因素。其中，术后化疗会导致患者免疫力低下，增加其术后发生急性或者慢性感染的风险，本次研究结果中术后化疗患者发生假体周围感染的危险为未化疗患者的3.142 倍。另外MORII 等［13-14］对膝关节肿瘤内假体重建术后深部感染表明，术后化疗与膝关节患者的深部感染无关。但在进行术后化疗时，均应及时监测患者血象，如发生白细胞数降低，可适当调整化疗方案并给予患者粒细胞集落刺激因子等免疫增强手段改善患者的免疫功能，以避免不必要的危险。

本次研究结果显示，手术时间≥ 180 min的患者其发生假体周围感染的风险是手术时间＜ 180 min患者的3.56 倍。这一结果与以往研究结果一致，武亚楠等［15］发现骨肉瘤患者假体周围感染组比非感染组的手术时间要长（P＜ 0.05）；孙哲等对初次人工膝关节置换术后假体周围感染进行研究，手术时间≥ 3 h 为其危险因素（OR= 6.373，95%CI：1.026 ～ 39.566，P= 0.047）［16］；BOURGET-MURRAY等［17］研究，对于原发性全膝关节置换术，手术时间对于手术部位发生深部感染的风险有影响。可能因手术时间的延长导致伤口暴露时间较长，增加细菌播种的机会，并导致随后的假体周围感染；且膝关节肿瘤型假体手术相对于传统的膝关节置换术，因解剖关系复杂，肿瘤需尽量切除等原因，其手术时间更长。因此，术者应通过谨慎和熟练的手术程序来减少手术时间，以减少假体周围感染的机会。

血清D-二聚体是体内凝血系统激活时为维持体内凝血、纤溶系统的平衡产生的小分子纤维蛋白降解物，是诊断血栓性疾病可靠的指标之一。有研究表明炎症的产生往往与凝血反应有关，血清D 二聚体成为继C 反应蛋白（C-reactive protein，CRP）、红细胞沉降率（erythrocyte sedimentationrate，ESR）之后关注的另一血清标志物，近年来被广泛研究。ACKMANN 等［18］研究表明，D-二聚体在关节假体慢性感染的诊断灵敏度仅为0.38，远远低于传统监测指标CRP 的灵敏度（0.88），但与其他指标联合诊断时表现出较好的特异度；Shahi A 研究表明D-二聚体在截断值为850 ng/mL时，其灵敏度与特异度均较好，分别为0.89%、0.93［19］；WANG 等［20］meta 分析表明，D-二聚体在诊断PJI 的灵敏度、特异度和AUC 分别为0.82（95%CI： 0.73 ～0.89）、0.73（95%CI： 0.58 ～ 0.83）、0.85（95%CI：0.82～ 0.88）；本研究结果显示，截断值为666.67 ng/mL时，其灵敏度为0.908，特异度为0.750，AUC 为0.894（P＜ 0.01）。

TLR2为TLR家族成员，与目前已知的其余9种toll 样受体一起在人体的免疫中发挥着重要作用；在病原体入侵时通过识别侵入机体的细菌，激活机体的炎症反应消除病原体［21-22］；假体的置入会影响TLR 的表达，降低机体的免疫能力，更易发生感染［23］。因此，本研究观察了常用的TLR2 与假体周围感染的关系，结果表明：TLR2 在假体周围感染组的表达高于非感染组（P＜ 0.05），这一结果与以往研究结果一致，如陈晓辉的研究均表明假体周围感染组的TLR2 水平高于非感染组［24-25］；另有研究表明常见细菌中金黄色葡萄球菌的Lpps是TLR2 的主要配体［26］，TLR2 与其他受体一起对感染宿主的免疫驱动有影响［27］，进一步证明TLR2与感染的关系；但TLR2 不是PJI 的危险因素（P＞0.05），其诊断关节假体周围感染的灵敏度为0.780，特异度为0.812，其约登指数为0.592。

两指标联合诊断时，其AUC 为0.917（95%CI：0.841 ～ 0.992，P= 0.039），灵敏度为0.975，特异度为0.75，约登指数为0.725；分别对两指标联合、血清TLR2、D-二聚体的AUC 进行两两比较，结果显示：血清D-二聚体与TLR2、联合诊断的AUC 比较差异均无统计学意义（P＞ 0.05），TLR2的AUC小于联合诊断（P＜ 0.05）。AUC 越接近1，其诊断价值越高，联合诊断具有良好的诊断价值，而血清D-二聚体与TLR2 具有一定的诊断价值。

但本研究只纳入了患者的基本资料、围手术期资料，没有纳入其他因素，如其他部位的感染、营养情况等。在下一步研究中，需要在随访过程中进一步收集其长期资料，更全面进行分析。

综上所述，术后化疗、手术时长为肿瘤型假体发生周围感染的危险因素；血清D-二聚体、TLR2水平及联合诊断可以较好的预测假体周围感染的发生。但如何更好的管理、控制危险因素，是否有其他方法能够更早识别感染发生需要进一步进行研究，以期更好的保证假体置换的手术效果、提升患者生命质量。

【Author contributions】GUO Changzhi performed the experiments and wrote the article.NIU Mengjing performed the experiments.HAN Shuman and WANG Lingxiang revised the article.SUN Tao designed the study and reviewed the article.All authors read and approved the final manuscript as submitted.

【Conflict of interest】The authors declare no conflict of interest.