目的:关节假体周围感染是人工关节置换术失败的主要原因之一,一旦发生,其结果是灾难性的,给患者在身体上、精神上和经济上产生严重负担。关节假体周围感染的管理,首先要早期诊断早期干预,其次是要找到致病菌对症治疗,再次就是选择正确的治疗方式。同时,关节假体周围感染造成的主要后果是感染引起的骨质破坏。因此我们需要明确关节假体周围感染诊治的合适方法。本研究旨在研究:1)关节假体周围的诊断方法研究,通过最常见的血清学诊断评估现有的指标并探索新的可靠指标,同时通过新的诊断手段,找到正确的致病菌;2)通过对比研究关节假体周围感染和无菌性松动导致骨质溶解的机制,进一步探究感染导致骨质破坏的途径;3)通过回顾性分析,评价非骨水泥一期翻修手术在假体周围感染治疗中的作用。方法:1、关节假体周围感染诊断研究:1)检测血清CRP、ESR、D-二聚体、IL-6、PD-L1浓度;2)对CRP、ESR、D-二聚体、IL-6、PD-L1进行联合分析;3)关节假体超声裂解液培养:对患者关节液培养、组织培养和假体裂解液培养,并对其敏感性和特异性进行比较;4)全宏基因组鸟枪法测序。2、关节假体周围感染和无菌性松动骨溶解机制研究:1)钛颗粒和金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus,S.aureus)的溶骨小鼠模型的建立;2)显微CT、HE染色、破骨细胞计数和破骨因子表达观察两种模型的溶骨反应;3)免疫组化和免疫荧光计数观察两种小鼠模型TNF-α、IL-1β、Th17细胞的表达;4)免疫组化和蛋白印记法观察无菌性松动(Aseptic loosening,ASL)和PJI患者假体周围组织TNF-α、IL-1β、IL-6、RANKL/RANK/OPG、NFATC1和NF-κB的表达。3、关节假体周围感染治疗研究:从2010年至2016年期间,126例患者进行了一期非骨水泥假体治疗,同时将万古霉素或者亚胺培南粉末撒入到髓腔。培养阴性、真菌感染和多药耐药微生物的感染的患者,术后关节腔注射病原体敏感的抗生素。术后评估感染复发和临床疗效。结果:1.1关节假体周围感染血清学诊断:1)三组患者血清CRP水平分别为A组14.04mg/L,B组31.18mg/L,C组9.270mg/L,其中A组和B组之间的差异P值<0.05;2)三组患者血清ESR水平分别为A组21.18mm/hr,B组47.67mm/hr,C组17.83mm/hr,其中A组和B组之间的差异P值<0.0001;3)三组患者血清D-二聚体水平分别为A组290.5ng/m L,B组566ng/m L,C组146.5ng/m L其中A组和B组之间的差异P值<0.01;4)三组患者血清IL-6水平分别为A组4.442pg/m L,B组18.04pg/m L,C组4.85pg/m L,其中A组和B组之间的差异P值<0.0001;5)CRP、ESR、D-二聚体和IL-6指标对照及联合分析:CPR和血沉联合检测PJI时,其敏感性为80%,特异性为84%,AUC值为0.86,阳性预测值为88%,阴性预测值为74%,阳性自然比为5.0,阴性自然比为0.24。D-二聚体和CRP联合诊断时,其敏感性提高到84%,特异性为75%,AUC值为0.8,阳性预测值为82%,阴性预测值为79%,阳性自然比为3.4,阴性自然比为0.21。当D-二聚体和ESR联合时,其AUC提高到0.86,敏感性为83%,特异性为82%,阳性预测值为86%,阴性预测值为78%,阳性自然比为4.6,阴性自然比为0.21。将D-二聚体与CRP和ESR联合检测,其AUC提高到0.86,敏感性为81%,特异性为82%,阳性预测值为85%,阴性预测值为77%,阳性自然比为4.5,阴性自然比为0.23。IL-6联合CRP,其敏感性提高到88%,特异性为95%,AUC值为0.92,阳性预测值为97%,阴性预测值为84%,阳性自然比为17.6,阴性自然比为0.13。将IL-6与ESR联合检测,其AUC提高到0.95,敏感性为89%,特异性为93%,阳性预测值为95%,阴性预测值为85%,阳性自然比为12.7,阴性自然比为0.12。IL-6、CRP和ESR三者联合检测PJI,其AUC高达0.96,敏感性不变为88%,特异性为95%,阳性预测值为97%,阴性预测值为84%,阳性自然比为17.6,阴性自然比为0.13。6)ASL组PD-L1的平均值是25.29pg/m L,PJI组的PD-L1的平均值是46.09,两组间差异明显(P值<0.001)。1.2关节假体超声裂解液培养结果:超声裂解液的培养67例患者中58例培养出了细菌,其敏感性为87%(95%CI,76%-93%)。32例患者术前或者术中抽出适量的关节液,其中18例培养阳性,敏感性为56%(95%CI,38%-73%)。67例患者术中组织培养,47例患者培养阳性,其敏感性为70%(95%CI,56%-79%)。51例无菌性松动患者假体进行超声裂解,8例培养阳性,超声裂解液培养特异性为84%(95%CI,78%-96%),28例患者术中关节液进行培养,均培养阴性,其培养特异性为100%(95%CI,88%-100%)。51例患者术中组织进行培养,其中5例培养阳性,其培养特异性为90%(95%CI,56%-79%)。1.3全宏基因组鸟枪法测序:应用全宏基因组鸟枪法测序分析了髋关节和膝关节翻修术中1例关节滑膜样本。其中符合IDSA诊断标准的假体周围感染患者8例,以及另外3例为无菌性松动的样本。8例假体周围感染患者中4例为细菌培养阳性,全宏基因组鸟枪法测序检测出金黄色葡萄球菌1例,表皮葡萄球菌及危害罗尔斯顿菌1例,布鲁氏菌属1例,阿氏肠杆菌1例;在4例培养阴性假体周围感染患者中,全宏基因组鸟枪法测序检测出拟致病菌3例,其中大芬戈尔德菌1例,鲍曼不动杆菌、痤疮丙酸杆菌1例,危害罗尔斯顿菌1例。2.关节假体周围感染和无菌性松动骨溶解机制研究:2.1钛颗粒和金黄色葡萄球菌溶骨小鼠模型溶骨反应:1)显微CT分析钛颗粒和金黄色葡萄球菌对小鼠颅骨的作用:测量骨体积在同体积中所占有的量(BV/TV),钛颗粒植入组比假手术组低,差异具有统计学意义(P<0.05),金黄色葡萄球菌植入组比假手术高且差异有统计学意义(P<0.05),同时,钛颗粒植入组和金黄色葡萄球菌植入之间差异也明显(P<0.05)。分析三组小鼠颅骨骨密度(BMD)发现,比起假手术组,钛颗粒植入组和金黄色葡萄球菌植入组的骨密度显著下降(P<0.05),并且钛颗粒植入组比起金黄色葡萄球菌植入组,其骨密度也较低(P<0.05)。钛颗粒植入组和金黄色葡萄球植入组整骨的孔隙率明显高于正常组(P<0.05),同样,钛颗粒植入组的孔隙率高于金黄色葡萄球菌植入(P<0.05);2)HE染色分析钛颗粒和金黄色葡萄球菌对小鼠颅骨的作用:颅骨表面侵蚀率,钛颗粒植入组和金黄色葡萄球菌比起安慰组具有显著差异性,(P<0.05);同时,钛颗粒植入组比金黄色葡萄球菌组颅骨表面侵蚀率高(P<0.05);3)钛颗粒和金黄色葡萄球菌对破骨细胞作用:钛颗粒植入组的Trap阳性细胞比安慰组和金黄色葡萄球菌都多(P<0.05);Trap阳性细胞在钛颗粒植入组比金黄色葡萄球菌植入组多(P<0.05);2.2钛颗粒和金黄色葡萄球菌引起的炎症反应:1)钛颗粒植入组和金黄色葡萄球菌组均有TNF-α的高表达(P<0.05)。钛颗粒植入组的TNF-α表达高于金黄色葡萄球菌植入组(P<0.05);2)钛颗粒植入组和金黄色葡萄球菌组均有IL-1β的高表达(P<0.05)。钛颗粒植入组的IL-1β表达高于金黄色葡萄球菌植入组(P<0.05);3)钛颗粒植入组和金黄色葡萄球菌组均有IL-6的高表达(P<0.05)。同时,金黄色葡萄球菌植入组的IL-6表达水平高于钛颗粒植入组(P<0.05);4)钛颗粒植入组和金黄色葡萄球菌组中Th17细胞分布多于安慰组(P<0.05)。钛颗粒植入组和金黄色葡萄球菌植入组比较发现,金黄色葡萄球菌组中Th17细胞分布更多(P<0.05);2.3 ASL和PJI组假体周围组织炎症因子表达:1)ASL组和PJI组假体周围组织都有大量IL-1β表达,两组表达水平没有差异(P>0.05);2)PJI组关节假体周围感染的组织中IL-6、TNF-α表达高于无菌性松动的假体周围组织(P<0.05);2.4 ASL和PJI组假体周围组织破骨相关因子表达:1)无菌性松动假体周围组织中表达比感染性假体周围组织高(P<0.05);2)NFATC1和NF-κB在两组组织中都有表达,但是之间差异无统计学意义(P>0.05)。3.应用非骨水泥假体一期翻修治疗慢性髋关节假体周围感染治愈率为89.2%,Harris评分平均为80分(63-92,P<0.05)。结论:1)关节假体周围感染血清学诊断,D-二聚体敏感性和特异性较低,不能单独使用来诊断PJI,而IL-6具有较高的敏感性和特异性,当跟CRP和ESR联合时,其诊断效率增高。PD-L1作为新的诊断指标,具有较好的敏感性和特异性;2)假体超声裂解液培养仍然是个简单且方便的寻找PJI致病菌的有效手段;3)全宏基因组鸟枪法测序技术是诊断关节假体周围感染致病菌的有效工具,尤其对培养阴性的感染;4)关节假体周围感染和无菌性松动导致的骨质破坏机制是相互联系的,但也有一定区别;5)非骨水泥一期翻修手术是治疗假体周围感染的有效手段之一。