α-防御素和脂多糖对老年髋关节置换术后假体周围感染和无菌性松动的预测价值

doi:10.3877/cma.j.issn.1674-1358.2020.02.011

目的

探讨α-防御素（DEFA）和脂多糖（LPS）对老年髋关节置换术后假体周围感染及无菌性松动的预测价值。

方法

选取2015年2月至2018年2月凉山彝族自治州第二人民医院骨科收治的105例接受人工髋关节置换术老年患者作研究对象，根据术后1年是否发生并发症将患者分为对照组（36例）、无菌松动组（41例）和感染组（28例）。采用VITEK-2 Compact全自动微生物鉴定系统对抽取的关节滑液进行菌株鉴定，使用酶联免疫吸附试验（ELISA）测定关节滑液中DEFA水平，采用免疫透射比浊法检测LPS水平。使用受试者工作特征曲线（ROC）分析术后关节滑液DEFA和LPS水平对并发无菌性松动及假体周围感染的预测价值。

结果

28例感染组患者关节液中共分离出31株病原菌，其中革兰阳性菌18株（58.06%），以凝固酶阴性葡萄球菌所占比例最高（5/31、16.13%）；革兰阴性菌13株（41.94%），以铜绿假单胞菌所占比例最高（4/31、12.90%）。各组研究对象关节滑液DEFA和LPS水平差异均有统计学意义（F = 141.328、84.922，P均< 0.001），其中无菌松动组和感染组患者关节滑液DEFA[（3.70 ± 1.18）mg/L、（8.14 ± 2.65）mg/L]和LPS[（0.47 ± 0.14）ng/ml、（0.69 ± 0.22）ng/ml）]水平均显著高于对照组[（1.52 ± 0.49）mg/L、（0.21 ± 0.06）ng/ml）]（t_DEFA= 10.324、14.701；t_LPS= 10.334、12.531，P均< 0.001）；感染组患者关节滑液DEFA[（8.14 ± 2.65）mg/L]和LPS[（0.69 ± 0.22）ng/ml]水平均显著高于无菌松动组[（3.70 ± 1.18）mg/L、（0.47 ± 0.14）ng/ml]（t_DEFA= 9.465、t_LPS= 5.080，P均< 0.001）。革兰阳性菌感染组患者关节滑液DEFA水平[（8.50 ± 2.19）mg/L]高于革兰阴性菌感染组[（6.89 ± 1.31）mg/L]（t = 2.114、P = 0.044），LPS水平[（0.57 ± 0.09）ng/ml]低于革兰阴性菌感染组[（0.80 ± 0.10）ng/ml]（t = 6.231、P < 0.001）。术后关节滑液DEFA和LPS水平预测无菌性松动的ROC曲线下面积分别为0.934和0.873，预测假体周围感染的ROC曲线下面积分别为0.941和0.895。术后关节滑液DEFA联合LPS水平预测无菌性松动的ROC曲线下面积为0.986，敏感性和特异性分别为95.10%和94.40%；预测假体周围感染的ROC曲线下面积为0.990，敏感性和特异性分别为100.00%和92.70%。

结论

老年髋关节置换术后关节滑液DEFA联合LPS水平对预测假体周围感染及无菌性松动具有较高地敏感性和特异性。

关键词: 髋关节置换, α-防御素, 脂多糖, 假体周围感染, 无菌性松动

Objective

To investigate the predictive value of α-defensins (DEFA) and lipopolysaccharide (LPS) for periprosthetic infection and aseptic loosening in elderly patients after hip replacement.

Methods

From February 2015 to February 2018, a total of 105 elderly patients who received hip replacement in the Department of Orthopaedics, the Second People’s Hospital of Liangshan Yi Autonomous Prefecture were selected, and were divided into control group (36 cases), aseptic loosening group (41 cases) and infection group (28 cases) according to whether complications occurred one year after operation. The strains of the extracted synovial fluid were identified by VITEK-2 Compact automatic microbial identification system, the level of DEFA in synovial fluid was measured by enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA), the levels of LPS were detected by immunoturbidimetric assay. The diagnostic values of DEFA and LPS in synovial fluid after operation for aseptic loosening and periprosthetic infection was analyzed by Receiver operating characteristic curve (ROC).

Results

A total of 31 pathogenic bacteria were isolated from the synovial fluid of 28 infected patients, among which, 18 strains (58.06%) were Gram-positive, and the coagulase-negative Staphylococci accounted for the largest proportion (5/31, 16.13%); the other 13 strains (41.94%) were Gram-negative bacteria, and Pseudomonas aeruginosa accounted for the largest proportion (4/31, 12.90%). There were significant differences in the levels of DEFA and LPS in synovial fluid among three groups (F = 141.328, 84.922, all P < 0.001), the levels of DEFA [(3.70 ± 1.18) mg/L and (8.14 ± 2.65) mg/L] and LPS [(0.47 ± 0.14) ng/ml and (0.69 ± 0.22) ng/ml] in synovial fluid of aseptic loosening group and infected group were significantly higher than those of control group [(1.52 ± 0.49) mg/L and ( 0.21 ± 0.06 )ng/ml] (t_DEFA = 10.324, 14.701; t_LPS = 10.334, 12.531; all P < 0.001), and the levels of DEFA [(8.14 ± 2.65) mg/L] and LPS [(0.69 ± 0.22) ng/ml] in synovial fluid of infected group were significantly higher than those of aseptic loosening group [(3.70 ± 1.18) mg/L and (0.47 ± 0.14) ng/ml] (t_DEFA = 9.465, t_LPS = 5.080; both P < 0.001). The level of DEFA [(8.50 ± 2.19) mg/L] in synovial fluid of patients with positive Gram-positive infection was higher than that of Gram-negative bacteria infection group [(6.89 ± 1.31) mg/L] (t = 2.114, P = 0.044), and the level of LPS [(0.57 ± 0.09) ng/ml] was lower than that of Gram-negative bacteria infection [(0.80 ± 0.10) ng/ml], with significant difference (t = 6.231, P < 0.001). The areas under ROC curve of joint synovial fluid DEFA level and LPS level for diagnosis of aseptic loosening were 0.934 and 0.873, respectively, while the areas under ROC curve for diagnosis of periprosthetic infection were 0.941 and 0.895, respectively. The area under ROC curve for diagnosis of aseptic loosening predicted by DEFA and LPS was 0.986, the sensitivity and specificity were 95.10% and 94.40%, respectively. The area under ROC curve for diagnosis of periprosthetic infection was 0.990, the sensitivity and specificity were 100.00% and 92.70%, respectively.

Conclusions

The level of DEFA joint synovial fluid combined with LPS in elderly patients after hip replacement was more sensitive and specific for the diagnosis of periprosthetic infection and aseptic loosening.

Key words: Hip replacement, α-defensin, Lipopolysaccharide, Periprosthetic infection, Aseptic loosening

表1 各组患者的基本资料

组别	例数	性别（男/女，例）	年龄（±s，岁）	发病原因[例（ % ） ]
组别	例数	性别（男/女，例）	年龄（±s，岁）	股骨头坏死	股骨颈骨折	骨关节炎	类风湿关节炎
对照组	36	21/15	73.52 ± 3.25	14（38.89）	12（33.33）	7（19.44）	3（8.33）
无菌松动组	41	24/17	72.48 ± 3.33	16（39.02）	13（31.71）	9（21.95）	3（7.32）
感染组	28	17/11	73.81 ± 3.13	10（35.71）	9（32.14）	7（25.00）	2（7.14）
统计量	?	χ²= 0.044	F = 1.673	χ²= 0.092	χ²= 0.024	χ²= 0.284	χ²= 0.040
P值	?	0.978	0.193	0.955	0.988	0.868	0.980

表1 各组患者的基本资料

组别	例数	性别（男/女，例）	年龄（±s，岁）	发病原因[例（ % ） ]
组别	例数	性别（男/女，例）	年龄（±s，岁）	股骨头坏死	股骨颈骨折	骨关节炎	类风湿关节炎
对照组	36	21/15	73.52 ± 3.25	14（38.89）	12（33.33）	7（19.44）	3（8.33）
无菌松动组	41	24/17	72.48 ± 3.33	16（39.02）	13（31.71）	9（21.95）	3（7.32）
感染组	28	17/11	73.81 ± 3.13	10（35.71）	9（32.14）	7（25.00）	2（7.14）
统计量	?	χ²= 0.044	F = 1.673	χ²= 0.092	χ²= 0.024	χ²= 0.284	χ²= 0.040
P值	?	0.978	0.193	0.955	0.988	0.868	0.980

表2 感染组患者病原菌分布及构成比

病原菌		株数	构成比（%）
革兰阳性菌		18	58.06
?	凝固酶阴性葡萄球菌	5	16.13
?	金黄色葡萄球菌	4	12.90
?	粪肠球菌	4	12.90
?	表皮葡萄球菌	2	6.45
?	溶血性链球菌	2	6.45
?	其他	1	3.23
革兰阴性菌		13	41.94
?	铜绿假单胞菌	4	12.90
?	鲍曼不动杆菌	3	9.68
?	大肠埃希菌	3	9.68
?	其他	3	9.68

表2 感染组患者病原菌分布及构成比

病原菌		株数	构成比（%）
革兰阳性菌		18	58.06
?	凝固酶阴性葡萄球菌	5	16.13
?	金黄色葡萄球菌	4	12.90
?	粪肠球菌	4	12.90
?	表皮葡萄球菌	2	6.45
?	溶血性链球菌	2	6.45
?	其他	1	3.23
革兰阴性菌		13	41.94
?	铜绿假单胞菌	4	12.90
?	鲍曼不动杆菌	3	9.68
?	大肠埃希菌	3	9.68
?	其他	3	9.68

表3 各组患者关节滑液DEFA和LPS水平（±s）

组别	例数	DEFA（mg/L）	LPS（ng/ml）
对照组	36	1.52 ± 0.49	0.21 ± 0.06
无菌松动组	41	3.70 ± 1.18	0.47 ± 0.14
感染组	28	8.14 ± 2.65	0.69 ± 0.22
F值	?	141.328	84.922
P值	?	< 0.001	< 0.001
t₁值	?	10.324	10.334
P₁值	?	< 0.001	< 0.001
t₂值	?	14.701	12.531
P₂值	?	< 0.001	< 0.001
t₃值	?	9.465	5.080
P₃值	?	< 0.001	< 0.001

表3 各组患者关节滑液DEFA和LPS水平（±s）

组别	例数	DEFA（mg/L）	LPS（ng/ml）
对照组	36	1.52 ± 0.49	0.21 ± 0.06
无菌松动组	41	3.70 ± 1.18	0.47 ± 0.14
感染组	28	8.14 ± 2.65	0.69 ± 0.22
F值	?	141.328	84.922
P值	?	< 0.001	< 0.001
t₁值	?	10.324	10.334
P₁值	?	< 0.001	< 0.001
t₂值	?	14.701	12.531
P₂值	?	< 0.001	< 0.001
t₃值	?	9.465	5.080
P₃值	?	< 0.001	< 0.001

表4 不同菌群感染者关节滑液DEFA和LPS水平（±s）

组别	例数	DEFA（mg/L）	LPS（ng/ml）
革兰阳性菌感染组	18	8.50 ± 2.19	0.57 ± 0.09
革兰阴性菌感染组	10	6.89 ± 1.31	0.80 ± 0.10
t值	?	2.114	6.231
P值	?	0.044	< 0.001

表4 不同菌群感染者关节滑液DEFA和LPS水平（±s）

组别	例数	DEFA（mg/L）	LPS（ng/ml）
革兰阳性菌感染组	18	8.50 ± 2.19	0.57 ± 0.09
革兰阴性菌感染组	10	6.89 ± 1.31	0.80 ± 0.10
t值	?	2.114	6.231
P值	?	0.044	< 0.001

图1 ROC曲线分析术后关节滑液DEFA和LPS水平对无菌性松动的预测价值

图2 ROC曲线分析术后关节滑液DEFA和LPS水平对假体周围感染的预测价值

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Predictive value of α-defensin and lipopolysaccharide for periprosthetic infection and aseptic loosening in elderly patients after hip arthroplasty

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