【2016年】万古霉素磷钙骨水泥在人工髋关节置换术后感染二期翻修术中作用的实验研究【临床医学论文】

【2016年】万古霉素磷钙骨水泥在人工髋关节置换术后感染二期翻修术中作用的实验研究【临床医学论文】 临床医学论文-万古霉素磷钙骨水泥在人工髋关节置换术后 感染二期翻修术中作用的实验研究 作者:王茂源，赵建宁，吴苏稼，包倪荣 【关键词】 人工髋关节 建立兔人工髋关节置换术后感染动物模型，探讨万古霉素磷酸钙骨水泥 (VCMCPC)在人工全髋关节置换术后感染二期翻修术中的作用。,方法,新西兰大 白兔60只，行人工髋关节置换术，术毕将含有1×108CFU耐甲氧西林皮葡萄 球菌株的明胶海绵即刻置入至左侧髋关节内，建立兔人工髋关节置换术后感染模 型。术后4周清创，植入药物缓释材料，间隔6周后行二期置换术，观察万古霉 素磷酸钙骨水泥在人工全髋关节置换术后感染二期翻修术中的作用。,结果,耐 甲氧西林表皮葡萄球菌株接种后4周后所有动物的左侧髋关节均感染。二期再植 和处死前各组感染率均下降，VCMCPC、VCMPMMA组感染率控制满意，而与对照组 比较差异显着。,结论,载药CPC在人工髋关节置换术后感染二期翻修术中能明 显降低感染复发率，可提高翻修成功率。 关键词:感染; 翻修; 关节成形术; 人工髋关 Abstract:,Objective,To study the effects vancomycinimpregnated calcium phosphate cement(VCMCPC) on the management of infection in the twostage revision for the infection after hip arthroplasty. ,Method, Gelatin sponge ,having methicillinresistant staphylococcus epidermidis(MRSE) of 1×108 CFU, was implanted in the left hip of 60 rabbits after the hip arthroplasty. The animal model of infected hip arthroplasty was established in rabbits. Debridement was performed four weeks later, the carrier material for VCM was implanted, and twostage revision arthroplasty was performed after 6 weeks. Effects of VCMCPC on the management of infection in the twostage revisions were observed.,Result,All left hip joints of animals were infected 4 weeks after MRSE.The rate of intbction decreased at replantation and before sacrificed and the infection control decreased significantly for group VCMCPC, VCMPMMA, as compared with that for the control group.,Conclusion, The drugimpregnated CPC can obviously decrease the rate of reinfection and increase the success rate of twostage revisions to treat the infection after the hip arthroplasty. Key words: Infection; Revision; Arthroplasty; Artifical hip joint 作为人工全髋关节置换术最严重的并发症，人工髋关节置换术后感染给病人 带来无法承受的经济损失和精神打击。人工髋关节置换术后感染大多采用二期翻 修术治疗。目前在人工髋关节置换术后感染二期翻修中应用最多的可植入药物缓 释材料为聚甲基丙烯酸骨水泥(polymethylmethacrylate，PMMA)。磷酸钙骨水泥 (calcium phosphate cement，CPC)，也称羟基磷灰石骨水泥(hydroxyapatite cement，HAC)，是一种新型的非陶瓷类人工骨材料，其作为药物缓释材料代替 PMMA骨水泥应用于人工髋关节置换术后感染中的研究报道目前在国内外均尚未 见到。为此作者对万古霉素磷酸钙骨水泥(vancomycin calcium phosphate cement，VCMCPC)在人工髋关节置换术后感染二期翻修中的作用进行了研究。 1 材料和方法 11 材料 耐甲氧西林的表面葡萄球菌株(methicillinresistant staphylococcus epidermidis，MRSE)(南京军区南京总医院微生物室提供)，自制人工假体，万古霉素(vancomycin, VCM)(商品名:稳可信，购自美国Lilly公司)，聚甲基丙烯酸骨水泥(商品名:医用骨水泥?，购自天津市合成材料工业研究所)，磷酸钙骨水泥(商品名:瑞邦骨泰，由上海瑞邦生物材料有限公司惠赠)。 12 实验动物 实验动物为南京军区南京总医院动物实验中心饲养繁殖的健康雄性新西兰大白兔60只，体重30,35 kg。实验期间死亡8只，及时补充。 13 手术操作 131 人工髋关节置换术后感染模型的建立 MRSE菌种使用前于37?培养1 d，等渗盐水配成菌液，用VITEK比浊仪粗测细菌浓度后，血细胞计数板精确计数，2 h以内使用。20 g,L戊巴比妥钠溶液30 mg,kg兔耳缘静脉麻醉，以左侧股骨大转子为中心，做长4 cm的弧形切口，从左股前与外侧肌间隙进入髋关节，切除股骨头保留股骨距2 mm。以自制髓腔锉扩髓，放入不锈钢假体。将含有1×108 CFU MRSE的明胶海绵即刻置入至髋关节内，逐层缝合切口。 132 二期翻修术 (1)清创术:细菌接种4周后行彻底清创，清除感染肉芽组织、可疑感染、失活组织及人工假体、手术缝线等异物。过氧化氢、生理盐水 和碘伏各反复冲洗3次;(2)VCMCP,、VCMPMMA的制备:?VCM无菌条件下与PMMA粉剂按1?20的质量比混匀，再按粉液10 g?45 ml的比例聚合为VCMPMMA;?VCM无菌条件下与CPC粉剂按1?20的质量比混匀，再按粉液10 g?4 ml的比例聚合为VCMCPC。将60只新西兰大白兔随机分为3个组，即VCMCPC组、VCMPMMA组及对照组。分别将制备好的VCMCPC、VCMPMMA植入随机选好的40只兔髋关节内，对照组的20只兔髋关节内清创后植入单纯的PMMA，逐层缝合切口。间隔6周后，彻底清创，取出VCMCPC、VCMPMMA;(3)二期置换:二期植入人工假体，同时对VCMCPC组、VCMPMMA组及对照组分别植入VCMCPC、VCMPMMA及PMMA以固定假体。于二期翻修术后12周，处死动物。每次手术后均肌注先锋霉素V共5 d，05 g,次，2次,d。 14 主要结局观察指标 ?大体观察:伤口愈合情况，局部有无红、肿和窦道形成;?细菌:清创、二期再植后和处死前，分别在关节囊、髋臼窝及股骨髓腔内各取组织1块，每块重约05 g，行细菌培养，2块或以上组织MRSE培养阳性则判定为感染。 15 统计学处理 随机对照的实验研究，SPSS 100统计软件，行x,检验。 2 结 果 21 大体观察 实验动物意外死亡8只，其中麻醉意外死亡3只，VCMCPC组死亡1只，VCMPMMA组死亡2只，对照组死亡2只。所有动物切口无感染，全部一期愈合。23只动物于清创前形成软组织内脓肿。清创时左髋关节内均可见白色脓液积聚。 22 细菌培养 植入细菌4周后清创时所有动物感染率100,。动物处死前各组感染率均不同程度下降，动物处死时经细菌培养证实为再感染者共有20只兔，平均为333,，其中VCMC,,组1只，VCMPMMA组6只，对照组13只(表1)。VCMCPC组及VCMPMMA组感染控制满意，,,,PMMA组与对照组比较差异有显着意义(x2=491，P<005)，而VCMCPC组与对照组比较有非常显着意义(x,=1583，P<0005)，VCMCPC组与VCMPMMA组比较差异有显着意义(x,=466，P<005)。 表1 细菌培养阳性结果 3 讨 论 人工髋关节置换术后感染，二期翻修手术治疗是目前应用较多、疗效较肯定的治疗方式。传统的过程是使用PMMA骨水泥作为药物缓释载体负荷抗生素，置入关节内作为局部长期的抗生素释放点，配合胃肠外抗生素联合达到清除感染的目的。本实验采用的致病菌为1×108 CFU MRSE，结果所有动物全部感染。因此本实验采用的药物缓释载体负荷的抗生素均为MRSE敏感的VCM。 在人工髋关节置换术后感染二期翻修术中，局部应用抗生素缓释材料的作用及优点得到了肯定。 Koo等,1,用PMMA骨水泥负荷万古霉素、妥布霉素及头孢噻肟后做成关节间置器，用于人工髋关节置换术后感染二期翻修术，间期6,12周后再行非骨水泥人工髋关节置换，22例患者随访41个月，治愈率为95,。Leuning等,2,在12例全髋关节置换术后感染应用庆大霉素骨水泥片行二期翻 修术，平均间期为4个月后行再植术，平均随访27个月，无1例感染复发。Schmalzried等,3,在研究中使用万古霉素和妥布霉素骨水泥者，关节局部引流液中它们的浓度分别高达54 mg/L和232 mg,L，这表明抗生素骨水泥释放出的抗生素在局部组织的浓度比一般的静脉给药要高出许多，远远超出所需要的治疗浓度。本实验的研究也表明抗生素骨水泥用于人工髋关节置换术后感染二期翻修术中，能降低感染复发率(VCMCPC组与对照组比较，P<0005，VCMPMMA组与对照组比较，P<005)。 尽管PMMA骨水泥作为药物缓释载体在人工髋关节置换术后感染二期翻修术中广泛应用，并取得了良好效果，但其本身存在许多不足:(1)聚合时大量散热，15 min内绝热温升高达80?，会严重损伤髓腔内壁细胞和组织，大大降低其抗感染能力。同时高温也会削弱抗生素的活性;(2)聚合反应释放单体，损害单核巨噬细胞系统的趋化反应、吞噬作用及杀菌活性;(3)其单体的毒性会引起患者血压下降甚至术中猝死的危险;(4)材料生物兼容性差，植入后引起较大的炎症反应并形成纤维包裹，造成抗生素释放困难;(5)在体内生物不可降解性会使其成为耐药菌株寄生的良好场所。因此越来越多的学者致力于研制可体内生物降解、兼容性好、不产热的药物缓释载体。 CPC是一种新型的非陶瓷类人工骨材料，拥有PMMA骨水泥的优点又能避免上述提到PMMA骨水泥的缺点，其几乎在骨组织材料领域中展示了一个新的广泛应用的前景。它具有以下几个突出的优点:(1)自行固化性能:CPC在37?、100,湿度环境中(模拟体内环境)能自行硬化，固化过程不放热，无刺激性气味，且对人体组织没有损伤;(2)优良的生物兼容性能:可以在骨的表面形成磷灰石和羟基磷灰石材料，与周围的松质骨成紧密结合、直接、突起样结合;(3)可降解性:因化学组成(羟基磷灰石)同骨无机成份相同，材料降解同时伴随新生骨形成;(4) 骨传导作用:能提供新骨形成的支架或模板;(5)可作为药物缓释载体负荷抗生素。在体外药物释放实验中，载药CPC显示出良好的缓释特性。大多数药物的释放速度同载药量、固液比、释放介质、药物种类都有一定的关系。同时在动物体内的载药CPC药物释放实验中，实验结果同体外结果表现出较好的相关性,4,。Lazarettos等,5,在实验中载有3,替考拉宁(teicoplanin)的CPC用于治疗骨髓炎。结果表明载有替考拉宁的CPC药物缓释系统在治疗骨髓炎上取得了令人满意的治疗效果，并且载药CPC能诱导新骨填充骨缺损处。Joosten等,6,在由金黄色葡萄球菌所致的慢性骨髓炎动物模型中，植入载有庆大霉素的CPC，6周后组织病理学和微生物学检查表示无感染迹象。Sasaki等,7,合成了一包含CPC、庆大霉素及聚乙烯乳酸的药物缓释系统，此药物缓释系统的体内外药物释放实验结果显示其有效药物浓度持续2个月。把此药物缓释系统植入骨髓炎动物模型中，不仅能有效阻止骨髓炎的发展，并且能诱导局部骨形成。以上研究均表明CPC作为药物缓释载体在骨髓炎中的作用得到肯定。在本实验中，CPC作为药物缓释材料首次代替PMMA骨水泥应用于人工髋关节置换术后感染二期翻修术中。结果证明，VCMCPC与VCMPMMA相比，前者更能降低感染复发率，提高翻修成功率(P<005) PMMA骨水泥生物力学特性呈逐渐下降的趋势，这是人工假体的松动的主要原因之一。目前对人工假体固定的方法之一就是向非骨水泥固定方向发展。而CPC在骨界面间可以降解并伴有新骨的形成和长入，因此随着时间的推移，其生物力学强度有逐渐增强的趋势，其由早期的机械固定逐渐转变为生物固定,8,。另外有研究,9，10,表明CPC对蛋白有很强的亲和性，并有合适的三维立体构形，是生物肽、骨生长因子、骨髓间质干细胞及骨细胞的有效载体，诱导骨形成。作者认为如果能在人工髋关节置换术后感染二期翻修术中同时使用CPC来固定生物型假体，还可解决翻修术中存在的骨量不足、早期机械固定生物型假体以致患者可早期下床锻炼等问题。当然CPC在此方面的作用还有待进一步研究。 4 结 论 载药CPC在人工髋关节置换术后感染二期翻修术中能明显降低感染复发率， 可提高翻修成功率。CPC在人工髋关节置换术后感染二期翻修术中能否完全替代 PMMA骨水泥仍要进行大量的研究，但就作为药物缓释载体，局部抗感染这一方 面作者认为CPC可以替代PMMA骨水泥。 参考文献: ,1, Koo KH，Yang JW，Cho SH，et al(Impregnation of vancomycin， gentamicin，and cefotaxime in a cement spacer for twostage cementless reconstruction in infected total hip arthroplasty,J,(J Arthroplasty， 2001，16(7):882-892. ,2, Leunig M，Chosa E，Speck M，et al(Acement spacer fortwostage revision of infected implants of the hip joint,J,.Int Orthop,1998,22(4):209-214( ,3, Schmalzried TP，Amstutz HC,Au MK,et al(Etiology of deep sepsis in total hip arthroplasty(The significance of hematogenous and recurrent infections,J,(Clin Orthop Relat 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