潘允琪， 汤 瑾， 王坚镪， 李运改

（上海市第六人民医院检验科，上海 200233）

假体周围感染（periprosthetic joint infection，PJI）是关节置换术后发生的一种严重的并发症，严重影响患者的生活质量。因此，准确、及时的PJI诊断对临床治疗有重要的指导意义。目前临床上常通过病史采集、血液检测、微生物培养、影像学检查以及病理学检查诊断PJI。但常规方法不能明确诊断PJI的原因主要有细菌生物膜的生长，苛养菌、厌氧菌的检出率低下，围手术期预防性使用抗菌药物及不正确的样本采集、转运和污染病原菌的干扰等。虽然目前有临床实验室使用血培养连续监测系统，并进行假体超声液的增菌培养，仍有部分PJI无法明确病原菌。本文对PJI的实验室检测方法进行综述，以便为临床诊治提供参考。

1 常规血液检测

血液检测作为一种常用的筛查方法，用于关节置换术后疼痛患者的初步检查，包括白细胞计数、C反应蛋白（C-reactive protein，CRP）、红细胞沉降率（erythrocyte sedimentation rate，ESR）等。CRP和ESR具有较高的敏感性，但易受其他感染性和非感染炎性疾病的影响，特异性较差。ESR和CRP在急性术后6周均升高，其中CRP升高对PJI的诊断准确度较高，而ESR的升高易受手术影响[1]。有研究发现，ESR和CRP联合检测诊断PJI的敏感性会增强[2]，但ESR和CRP的假阴性率为10%～12%，尤其是在痤疮丙酸杆菌或凝固酶阴性葡萄球菌等低毒力病原菌感染时[3]。

2 关节液检测

2.1 关节液白细胞计数和中性粒细胞百分比

关节液因直接从感染部位抽取，其检测结果比常规血液检测更可靠，特别是在合并有全身性感染或使用抗菌药物的情况下。有荟萃分析结果表明，关节液白细胞计数诊断PJI的敏感性为86%～91%，特异性为80%～90%，关节液中性粒细胞百分比诊断PJI的敏感性为82%～93%，特异性为77%～92%[4]。但不同研究之间的诊断阈值存在差异，故其不宜作为诊断PJI的独立指标。另外，术前抽取关节液检测白细胞计数比术中抽取更敏感，而且与全髋关节置换后假体感染相比，关节液中性粒细胞计数诊断全膝关节置换后PJI更敏感[5]。有研究结果表明，二期翻修失败的患者术前关节液白细胞计数＞60 000/μL，中性粒细胞百分比＞92%，可为临床治疗提供指导[6]。

2.2 关节液CRP检测

CRP作为全身性感染的评价指标，对局部感染的诊断特异性较差。有研究发现，术前关节液CRP诊断PJI的敏感性、特异性均高于血清CRP，甚至与术中冰冻切片的病理诊断相比，也无明显差异[7]，而且检测关节液CRP更经济，无需复杂的检测技术。然而，TETREAULT等[8]指出使用同样的免疫分光光度法检测关节液和血清CRP，关节液的诊断阈值为6.6 mg/L，血清的诊断阈值为11.2 mg/L，但其在敏感性、特异性方面相似。因此，关节液CRP应与其他关节液检测和血清CRP检测结果相结合，以提高诊断准确性。鉴于关节穿刺较困难，需借助超声引导完成，一般在高度怀疑PJI时，可行关节液检测。

3 新的生物标志物

3.1 白细胞酯酶（leukocyte esterase，LE）

LE是活化的中性粒细胞分泌的酶，聚集在感染部位，在尿液分析中常用来诊断尿路感染。PARVIZI等[9]首次证明LE检测是一种新型的诊断PJI的方法，该测试是将样本滴在比色条带上，通过读取比色条带的颜色变化来判断结果。WETTERS等[10]通过检测223例手术患者的关节液发现，LE诊断PJI的阴性预测值为100%，即如果关节液LE阴性可以排除PJI。该试验操作简单、成本低，但易受血液污染的影响。有学者指出，若将关节液样本以2 000×g离心2～3 min可以克服这种缺点，从而提高检测结果的准确性[11]。

3.2 α-防御素

α-防御素是从活化的中性粒细胞中被释放出的抗菌肽，通过整合破坏病原体生物膜，在免疫系统中起抗菌作用。采用酶联免疫吸附试验进行α-防御素定量检测，可鉴别PJI和假体松动，其敏感性为97%～100%，特异性为95%～100%[12-14]。α-防御素侧流实验（alpha defensin lateral flow，ADLF）可在10 min内快速报告结果，但诊断PJI的敏感性和特异性相对较低，分别为82%～94%和67%～77%[15-17]。RENZ等[17]将ADLF与关节液白细胞计数比较，在慢性PJI中，ADLF的敏感性和特异性分别为54%和91%，而白细胞计数的敏感性（86%）显著高于ADLF，因此，当怀疑白细胞计数为假阳性时，可将ADLF作为验证试验。

3.3 白细胞介素（interleukin，IL）

有研究结果表明，IL-6可能是诊断PJI较为理想的生物标志物。IL-6可促进破骨细胞活化，从而导致骨质破坏，PJI导致关节液中IL-6浓度增加，在局灶性假体周围骨溶解和假体松动过程中起主要作用[18]。DEIRMENGIAN等[19]检测了12种关节液生物标志物，并证实PJI患者关节液中IL-1和IL-6水平显著高于无感染患者。IL-6和IL-1β对诊断PJI表现出高度敏感性，并且在一期翻修和二期翻修间存在较大差异，有助于PJI治疗效果的监测[20]。

3.4 其他生物标志物

有很多新的检测指标可用于诊断PJI，如一些具有抗菌作用的细胞因子和蛋白质。有学者指出，除α-防御素外，关节液中的中性粒细胞弹性蛋白酶2（neutrophil elastase 2，ELA-2）、杀菌性/通透性增强蛋白（bactericidal/permeabilityincreasing protein，BPI）、中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白（neutrophil gelatinase-associated lipocalin，NGAL）和乳铁蛋白（lactoferrin，LF）在诊断PJI方面也有一定作用[21]。Toll样受体（Toll-like receptor，TLR）是可识别病原体相关分子模式的跨膜受体，在激活炎症反应中发挥不可或缺的作用[22]。这些生物标志物都是具有抗菌活性的宿主蛋白，在消灭病原菌的先天性免疫中起重要作用。当存在病原菌时，这些蛋白质会在关节液中聚集，从而有助于PJI的诊断。但这些检测指标仍需要进一步的研究来论证其与PJI的相关性。

4 病原微生物鉴定

微生物学培养是PJI诊断的金标准，通过细菌或真菌培养分离出病原菌，再进行体外药物敏感性试验，提供临床病原学诊断依据和用药指导。为提高检出率，应至少留取2份关节液样本和3份组织样本分别进行需氧菌和厌氧菌培养[23]。

4.1 关节液培养

美国骨科医师协会和美国感染病协会建议通过术前关节液培养诊断PJI[24]。有Meta分析发现术前关节液培养诊断PJI的敏感性和特异性分别为72%和95%，特异性符合相关指南诊断标准[24]。关节液培养的主要问题是其敏感性低，特别是在慢性感染中，病原菌被包被在生物膜中，导致培养假阴性。为了增加关节液培养的敏感性，有学者将其接种到血培养瓶中进行培养，结果显示关节液的培养敏感性（90%～92%）优于术中假体组织培养（77%～82%）和拭子培养（68%～76%）[25]。

4.2 假体组织培养

术中假体组织培养是明确诊断PJI的最佳方法，是PJI病因诊断的金标准。针对围术期使用抗菌药物及生物膜形成引起的假阴性，TRAMPUZ等[26]通过超声震荡（40 kHz，5 min）提高假体组织培养阳性率，该方法可有效地将细菌从假体生物膜中震荡出来，从而有利于细菌的分离和培养。与普通组织培养相比，超声震荡培养将敏感性从61%提高到79%，特别是对于术前使用抗菌药物的患者来说更为适用。近年来，该方法不断改进，但其敏感性仍未超过83%[27]。有学者[28]设计了一种新方法：将假体组织通过超声裂解处理后与BD Bactec系统孵育相结合，即将假体组织超声处理后置于血培养瓶中培养5 d，由于BD Bactec瓶中添加了抗菌药物灭活树脂，使得致病菌的检测率提高，培养阳性率达到81%。

5 分子生物学诊断

5.1 聚合酶链反应

由于病原菌培养诊断PJI的阳性率较低，近来的临床试验中开展了另一种鉴定PJI的方法，即聚合酶链反应。临床上常用的诊断PJI的方法有广谱聚合酶链反应和实时聚合酶链反应，其在检测细菌方面有更高的敏感性（64%～100%），且检测时间较短，不受术前抗菌药物使用的影响[29]。GHEBREMEDHIN等[30]发现通过检测高敏感性和特异性的靶基因可将葡萄球菌进行分类鉴定，这些靶基因包括hsp60、femA、sodA、rpoB、gap和tuf基因序列等。尽管广谱聚合酶链反应适合鉴定PJI中的病原体，但其在样本收集、DNA提取过程中常引起污染，导致假阳性率较高，且无法检测多重感染。

5.2 下一代测序（next generation sequencing，NGS）

虽然微生物培养仍是PJI病原菌鉴定的主要依据，但NGS等分子技术已逐步被应用于临床，并被证明其诊断PJI的实用性。最近的一项研究发现，NGS通过分析术中组织样本可检测出近80%的培养阴性菌[31]。此外，NGS与微生物培养在分析关节液样本病原菌时也有高度的一致性[32]。NGS诊断PJI的阳性率较高，但其是否能有效实施仍需要多中心研究及临床试验的验证。

6 总结

目前，PJI的快速诊断仍然是临床面临的巨大挑战，PJI与其他相关疾病的鉴别诊断决定了所选择的手术方式、治疗策略以及预后的不同。其诊断困难的原因包括缺乏特定的临床症状和体征，全身性炎症指标常显示阴性结果[33]；缺乏准确的实验室检查结果以及由于术前抗菌药物治疗和生物膜形成而导致的病原菌培养率较低。血清和关节液生物标志物是诊断PJI较为敏感和特异的方法，但是需要组织学和微生物学培养来明确致病菌，从而判断感染的治疗效果。未来的研究应侧重于寻找针对病原菌及其代谢产物的检测方法，使PJI的诊断更敏感，特异，且经济、高效。