Některé aspekty vzniku infekčních komplikací při artroplastice

Operace náhrady kyčelního kloubu zaujala přední místo v chirurgické léčbě závažných forem patologie kyčelního kloubu. Tato operace eliminuje nebo významně snižuje bolest, obnovuje pohyblivost kloubu, poskytuje oporu končetině, zlepšuje chůzi a v důsledku toho výrazně zlepšuje kvalitu života pacienta. Není však žádným tajemstvím, že jakýkoli chirurgický zákrok může mít také řadu komplikací, jednou z nich je infekce. Podle literatury může mít ortopedické centrum, které provádí velké operace náhrady kloubů a provádí alespoň 100 operací ročně, v prvním roce míru infekčních komplikací 17 %, ve druhém roce se tato míra snižuje o 5 %, ve třetím roce o 3 % a v průměru může dosáhnout 4 %.

Problém infekčních komplikací u endoprotézy velkých kloubů se stává každým dnem stále naléhavějším, a to i přes aktivní využívání antibiotické profylaxe a moderních metod chirurgické antisepse. To je dáno nárůstem počtu pracovišť praktikujících artroplastiku, obtížností identifikace patogena, složitostí léčby a závažností následků. To vše v konečném důsledku vede ke zhoršení výsledků zákroku, zvýšení nákladů a doby pooperační rehabilitace pacientů.

Problém je také způsoben celkovým stavem, zejména staršího pacienta, u kterého má tělo velmi obtížné boje s infekcí. Imunosupresivní stav je způsoben indukovanou sekundární imunodeficiencí po vysoce traumatickém dlouhodobém chirurgickém zákroku a vstupem produktů destrukce tkání do krve, stejně jako věkem podmíněnými vlastnostmi imunitního systému u starších pacientů.

Nárůst počtu artroplastik spolu s vysokým rehabilitačním potenciálem je doprovázen nárůstem případů hluboké infekce v oblasti chirurgického zákroku, který podle domácích i zahraničních autorů dosahuje 0,3 % až 1 % u primárních intervencí a až 40 % a více u revizních zákroků. Léčba těchto infekčních komplikací je zdlouhavý proces vyžadující použití drahých léků a materiálů. Dříve bylo považováno za absolutně nepřijatelné implantovat endoprotézu do oblasti postižené infekcí. Rozvoj chápání patofyziologie infekce spojené s implantáty, stejně jako pokrok v chirurgické technice, však umožnil úspěšnou endoprotézu i za těchto podmínek.

Většina chirurgů se shoduje na tom, že odstranění komponent endoprotézy a pečlivé chirurgické ošetření rány jsou důležitou počáteční fází léčby pacienta. Stále však neexistuje shoda na metodách, které by mohly obnovit funkční stav kloubu bez bolesti a s minimálním rizikem recidivy infekce.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ]

Fáze tvorby biofilmu

Fáze 1. Oboustranné přichycení k povrchu. Mikroorganismy nejčastěji existují jako volně plovoucí masy nebo jednotlivé (např. planktonické) kolonie. Za normálních podmínek má však většina mikroorganismů tendenci se přichytit k povrchu a nakonec vytvořit biofilm.

Fáze 2. Trvalá adheze k povrchu. Jak se bakterie množí, pevněji přilnou k povrchu, diferencují se a vyměňují si geny, což zajišťuje jejich přežití.

Krok 3: Tvorba ochranné matrice/biofilmu hlenu. Jakmile se bakterie pevně přichytí, začnou tvořit obklopující matrici exopolysacharidu, známou jako extracelulární polymerní látka. Toto je EPS matrice. Malé kolonie bakterií poté tvoří počáteční biofilm. Složení EPS matrice se liší v závislosti na konkrétních přítomných mikroorganismech, ale obecně zahrnuje polysacharidy, proteiny, glykolipidy a bakteriální DNA. Různé proteiny a enzymy pomáhají biofilmu pevněji přilnout k lůžku rány. Plně vytvořené (zralé) biofilmy neustále uvolňují planktonické bakterie, mikrokolonie a fragmenty, které se mohou rozptýlit a přilnout k jiným částem lůžka rány nebo k jiným povrchům rány a vytvořit tak nové kolonie biofilmu.

Jak rychle se tvoří biofilm?

Experimentální laboratorní studie ukázaly, že planktonické bakterie, jako jsou stafylokoky, streptokoky, pseudomonas a E. coli, obvykle:

1. připojí se k sobě během několika minut;
2. tvoří pevně přichycené mikrokolonie během 2–4 hodin;
3. produkují extracelulární polysacharidy a stávají se výrazně tolerantnějšími k biocidům, jako jsou antibiotika, antiseptika a dezinfekční prostředky, během 6–12 hodin;
4. jsou zapojeny do plnohodnotných biofilmových kolonií, které jsou velmi odolné vůči biocidům a ztrácejí planktonické bakterie během 2–4 dnů v závislosti na druhu bakterií a podmínkách růstu;
5. rychle se zotavují z mechanického poškození a znovu vytvářejí zralý biofilm do 24 hodin. Tato fakta naznačují, že několik po sobě jdoucích čištění rány může poskytnout krátké časové období, například méně než 24 hodin, během kterého je antimikrobiální léčba nejúčinnější jak proti planktonickým mikroorganismům, tak proti buňkám patogenů uvnitř biofilmu v ráně.

Vidíte mikrobiální biofilm?

Biofilmy jsou mikroskopické struktury. V některých situacích, pokud se jim ponechá nekontrolovaný růst po delší dobu, se však stanou tak hustými, že je lze vidět pouhým okem. Například zubní plak se může hromadit a stát se jasně viditelným během jednoho dne. Některé bakterie v tomto fenotypu produkují pigmenty, které mohou usnadnit vizuální detekci celého biofilmu. Například P. aeruginosa, která se nachází ve fenotypu biofilmu, produkuje zelený molekulární pyocyanin v systému „quorum sensing“. Ale ani v tomto případě zelené zbarvení rány ne vždy indikuje přítomnost biofilmu tvořeného Pseudomonas sp.

[ 4 ], [ 5 ], [ 6 ], [ 7 ], [ 8 ], [ 9 ], [ 10 ]

Mohou se v strupech nacházet biofilmy?

Krvavá kůra je popisována jako silná, žlutá, relativně tmavá vrstva lůžka rány, zatímco biofilmy nalezené v ranách se zdají být želatinovější a světlejší. Mezi biofilmy a krvavou kůrou však může existovat souvislost. Biofilmy stimulují zánět, který zvyšuje propustnost cév, tvorbu exsudátu z rány a tvorbu fibrinové krvavé kůry. Přítomnost krvavé kůry tedy může naznačovat přítomnost biofilmu v ráně. Takový vztah mezi krvavou kůrou a biofilmem v chronických ranách je však třeba důkladněji prostudovat.

V současné době je nejspolehlivější metodou pro potvrzení přítomnosti mikrobiálního biofilmu specializovaná mikroskopie, jako je konfokální laserová skenovací mikroskopie.

[ 11 ], [ 12 ], [ 13 ], [ 14 ]

Klasifikace

Použití efektivní klasifikace je důležité pro volbu racionální metody léčby a porovnání jejích výsledků. Navzdory rozmanitosti navrhovaných klasifikačních systémů neexistuje jednotný mezinárodně uznávaný systém pro konstrukci diagnózy a následnou léčbu paraendoprotetické infekce, tj. léčba infekčních komplikací po endoprotéze není standardizována.

Nejběžnější klasifikaci hluboké infekce po totální endoprotéze kyčelního kloubu provedli MB Coventry (1975) - RH Fitzgerald (1977). Hlavním klasifikačním kritériem je doba manifestace infekce (časový interval mezi operací a prvním projevem infekčního procesu). Na základě tohoto kritéria autoři navrhli tři hlavní klinické typy hluboké infekce. V roce 1996 D. Tsukayama a kol. doplnili tuto klasifikaci o typ IV, definovaný jako pozitivní intraoperační kultura. Tento typ paraendoprotetické infekce znamená asymptomatickou bakteriální kolonizaci povrchu endoprotézy, která se projevuje formou pozitivních intraoperačních kultur dvou nebo více vzorků s izolací stejného patogenu. Pozitivní kultury 2-5 intraoperačních vzorků. V závislosti na typu infekce autoři doporučili určitou léčebnou strategii.

Klasifikace hluboké infekce po totální endoprotéze kyčelního kloubu (Coventry-Fitzgerald-Tsukayama)

1. Akutní pooperační infekce - během prvního měsíce
2. Pozdní chronická infekce - od jednoho měsíce
3. Akutní hematogenní infekce - až jeden rok
4. Pozitivní intraoperační kultivace – po jednom roce nebo déle

U infekce typu I se tedy za opodstatněnou považuje revize s nekrektomií, výměna polyethylenové vložky a zachování zbývajících komponent endoprotézy. U infekce typu II je během revize s povinnou nekrektomií nutné odstranění endoprotézy a u pacientů s paraendoprotetickou infekcí typu III je možný pokus o zachování endoprotézy. Při diagnostice pozitivní intraoperační kultivace může být léčba konzervativní - supresivní parenterální antibiotická terapie po dobu šesti týdnů.
Charakteristika patogeneze paraendoprotétické infekce.

Paraendoprotetická infekce je zvláštním případem infekce spojené s implantáty a bez ohledu na cesty průniku patogenu, dobu vývoje a závažnost klinických projevů je specifická pro endoprotézu. V tomto případě hrají hlavní roli v rozvoji infekčního procesu mikroorganismy, jejich schopnost kolonizovat biogenní a abiogenní povrchy.

Mikroorganismy mohou existovat v několika fenotypových stavech: adherentní - biofilmová forma bakterií (biofilm), volně žijící - planktonická forma (v roztoku v suspendovaném stavu), latentní - spory. Základem patogenity mikrobů způsobujících paraendoprotetické infekce je jejich schopnost vytvářet speciální biofilmy (biofilmy) na povrchu implantátů. Pochopení této skutečnosti je nesmírně důležité pro stanovení racionální léčebné taktiky.

Bakteriální kolonizace implantátu může být dosažena dvěma alternativními mechanismy. Přímou nespecifickou interakcí mezi bakterií a umělým povrchem nepokrytým hostitelskými proteiny v důsledku sil elektrostatického pole, sil povrchového napětí, Vander-Wilsových sil, hydrofobicity a vodíkových vazeb (první mechanismus). Bylo prokázáno, že existuje selektivní adheze mikrobů k implantátu v závislosti na materiálu, ze kterého je vyroben. Adheze kmenů St. epidermidis probíhá lépe na polymerních částech endoprotézy a kmenů St. aureus na kovových.

V druhém mechanismu je materiál, ze kterého je implantát vyroben, potažen „hostitelskými“ proteiny, které fungují jako receptory a ligandy, jež vážou cizí těleso a mikroorganismus dohromady. Je třeba poznamenat, že všechny implantáty procházejí tzv. fyziologickými změnami, které vedou k tomu, že implantát je téměř okamžitě potažen plazmatickými proteiny, především albuminem.

[ 15 ], [ 16 ]

Jak biofilmy narušují proces hojení ran?

Během uvolňování biofilmu z povrchu rány stimuluje biofilm chronickou zánětlivou reakci. Tato reakce vede k výskytu velkého množství neutrofilů a makrofágů obklopujících biofilm. Tyto zánětlivé buňky produkují velké množství reaktivních oxidantů a proteáz (matrixové metaloproteinázy a elastázy). Proteázy pomáhají narušit připojení biofilmu k tkáním a odstraňovat ho z rány. Tyto reaktivní oxidanty a proteázy však také ničí zdravé a hojící se tkáně, proteiny a imunitní buňky, což zhoršuje kvalitu léčby.

Chronická zánětlivá reakce ne vždy vede k úspěšnému odstranění biofilmu a existuje hypotéza, že taková reakce je pro biofilm „prospěšná“. Vyvoláním neúčinné zánětlivé reakce biofilm chrání mikroorganismy, které jej tvoří, a zvyšuje produkci exsudátu, který je zase zdrojem výživy a prostředkem k udržení biofilmu.

Existují podmínky, které podporují tvorbu biofilmu v ráně?

Není známo, zda existují podmínky, které podporují tvorbu biofilmu v ráně. Základní onemocnění, která oslabují imunitní systém nebo snižují účinky antibiotik, však mohou rozvoj biofilmu v ranách podporovat (např. ischemie nebo nekróza tkáně, špatná výživa).

[ 17 ], [ 18 ], [ 19 ], [ 20 ], [ 21 ], [ 22 ]

Jaké jsou principy managementu biofilmu?

I když existuje vysoká pravděpodobnost, že rána obsahuje biofilm, neexistuje jednokroková léčba. Optimální může být kombinovaná strategie, která využívá prvky přípravy spodiny rány k odstranění masy biofilmu a prevenci jeho remodelace. Tento přístup se někdy označuje jako „péče o rány založená na biofilmu“.

Jak poznám, že byl biofilm odstraněn?

Nedostatek jasných symptomů a zavedených laboratorních metod pro identifikaci mikrobiálních společenstev ztěžuje přesné určení okamžiku, kdy je rána zbavena biofilmu. Nejvýraznějším je progresivní hojení ran, charakterizované poklesem sekrece exsudátu a odlupováním eschary. Dokud nebudou vypracovány definitivní směrnice, budou muset lékaři o tom, jak léčit rány postižené biofilmem, rozhodovat individuálně. Například, pokud je léčba úspěšná, může být nutné změnit způsob nebo frekvenci péče o rány nebo zvážit potřebu lokálních antimikrobiálních látek. Další opatření ke stimulaci hojení ran by měla být zvažována v kontextu zdravotního stavu pacienta a měla by být zaměřena na podporu imunitního systému. Biofilmy tak ovlivňují průběh chronických zánětlivých onemocnění a nedávné údaje naznačují, že hrají také významnou roli v narušování procesu hojení chronických ran. Biofilmy mají vysokou míru tolerance vůči protilátkám, antibiotikům, antiseptikům, dezinfekčním prostředkům a fagocytům. Současná léčba ran biofilmy zahrnuje povinné časté čištění ran v kombinaci s použitím obvazů na rány a antimikrobiálních látek, které zabraňují reinfekci rány a inhibují opětovnou tvorbu biofilmu.

Při zvažování etiopatogeneze ranné infekce je třeba vzít v úvahu, že jakékoli lokální infekční ložisko by mělo být z mikrobiologického hlediska považováno za patologickou biocenózu. To znamená, že jakákoli mikrobiota nacházející se v daném ložisku je schopna aktivně se podílet na infekčním procesu pouze potud, pokud nachází optimální podmínky pro existenci a projev všech vegetativních funkcí, včetně maximální realizace své patogenity pro hostitelský organismus. Uznání této pozice zase slouží jako základ pro následné závěry. Pokud je počáteční patogenita patogenu dostatečně vysoká a přirozené mechanismy protiinfekční obrany hostitele jsou nedostatečné nebo oslabené nějakým patologickým procesem na pozadí, pak může být vznik patologického biotopu důsledkem postupného rozvoje samotného infekčního procesu.

Kandidát lékařských věd Garifullov Gamil Gakilievich. Některé aspekty vývoje infekčních komplikací během artroplastiky // Praktická medicína. 8 (64) prosinec 2012 / Svazek 1