人工關節感染｜預防勝於治療！

撰文 | 台北榮總骨科 蔡尚聞醫師

人工關節感染，是臨床上少見卻是相當棘手的問題，造成病患以及手術醫師巨大的困擾，其治療過程往往漫長而辛苦，俗話說得好，預防勝於治療，以下向大家介紹造成人工關節感染的各種因子，進而探討病患和醫生需要共同做出哪些努力！

據統計^1-5，在美國人工關節感染率約為1%，其中人工髖關節感染率約為1%，人工膝關節感染率介於1-2%，但近期報告略有上升的趨勢。 而因為感染導致人工關節失敗需要再手術的比例，在髖關節佔所有失敗原因的14.8%，在膝關節佔所有失敗原因甚至高達25.2%，足見感染造成的重大影響！

一旦發生人工關節感染，常需要再次手術合併較長時間的抗生素使用，甚至需要做兩階段重建手術(第一階段先拆除關節，待感染控制後再行第二階段的關節再置換)，後續會有專文介紹人工關節感染的治療。

感染是怎麼發生的？

人工關節感染途徑，分成兩種：

(1) 局部傳播

例如：手術傷口癒合不良或是感染、同側下肢有其他傷口感染或是蜂窩性組織炎(例如：控制不佳的血糖合併糖尿病足)等，這類途徑我們稱作直接傳播(direct seeding)。

(2) 血液傳播

例如：泌尿道感染、侵入性牙科處置或是其他全身性感染(發燒合併血液培養出細菌)等狀況，這類的細菌來源都遠離人工關節的位置，但經過短暫或是持續性的菌血症(就是細菌存在血液的狀態)，使得細菌有機會經過血液而附著到人工關節的表面。

什麼是生物膜(biofilm)？

提到人工關節感染，就一定要知道什麼是生物膜(biofilm)。

人工關節裝在身體內是外來物，不像一般組織表面有血液供應，能帶來足夠的免疫細胞，所以遇到細菌的抵抗力也就較低。根據研究，存在人工關節的情況下，只需要原本十萬分之一(1/100000) 的細菌量就可以造成感染事件的發生！而細菌附著在人工關節表面，會逐漸形成一個細菌聚落，細菌分泌並形成一層厚實的醣外被(Glycocalyx, 糖萼, 像是一層保護罩)，而這層保護罩使得細菌對於抗生素以及免疫細胞的攻擊的抵抗性大大的提升，導致細菌更難被殺乾淨。

造成感染都是些什麼菌？

• • 葡萄球菌屬 (Staphylococcus spp.)

  • 鏈球菌屬 (Streptococcus spp.)

這類細菌屬於革蘭氏陽性球菌(Gram-positive cocci, GPC)，多數存在皮膚表面或是黏膜上，一般而言，是最常見造成感染的菌種，傳染模式可為局部傳播或是血液傳播，至於其他較為少見的感染菌種，包括：

• • 革蘭氏陰性桿菌 (Gram-negative bacilli, GNB)

  • 黴菌 (Fungus)

  • 分枝桿菌 (Mycobacteria)

以上這些相較革蘭氏陽性球菌較為少見，通常是血液傳播，病患也合併較複雜的內科疾病、免疫力較為低下，其治療結果通常較差。

病患自身因子：

(1) 糖尿病

證據顯示手術期間控制不佳的血糖與急性感染相關（延伸閱讀：我有糖尿病 適合接受人工關節置換手術嗎？），但長期仍然沒有一個很好的糖尿病指標可以預測感染風險的增加，包括糖化血色素(HbA1c)也不行，但一篇追蹤研究⁶仍然顯示在糖尿病的病患長期而言有高達7倍的人工關節感染風險，另一個病例對照研究⁷也發現發生人工關節感染的病患，相較於沒有感染的病患，有較高的糖尿病比例(22% vs. 9%)，代表糖尿病的影響仍然明顯而重要。

(2) 肥胖

根據WHO定義，身體質量指數[body mass index, BMI = 體重(kg)/身高²(m)]超過30即定義為肥胖。

肥胖導致感染風險的增加原因有很多，包括手術時間較長(手術較為難開)、需要輸血比例較高、傷口癒合能力較差以及抗生素的組織穿透性較差(即給予同樣的抗生素，到達組織的濃度較低，抗菌表現差)。研究報告⁸分別指出當身體質量指數(BMI)超過40的病患，相較於正常體重的病患，人工關節感染的風險高出約40%之多。

然而臨床上，需要接受人工關節置換的病患大多都有體重過重、或是甚至肥胖的問題，很實際的問題是病患往往因為腳痛而沒有辦法好好運動配合飲食控制減重，所以先減重再接受人工關節手術有其相當的困難度，此時就需要病患與醫師術前針對風險有充分的評估及討論。

(3) 抽菸

香菸的其中一個成分，尼古丁(nicotine)所導致的血管收縮效應，會大大影響傷口循環，導致傷口癒合不良，進而讓細菌局部滲透，有機可乘，研究顯示⁹，術前的戒菸可有效降低各種手術的感染率達50%之多！

(4) 喝酒

喝酒除了增加感染風險，也可能因為酒醉跌傷導致各種人工關節併發症，包括人工關節旁骨折、關節脫臼、或是人工關節介面損壞(例如陶瓷破裂)等問題。

(5) 營養狀況不佳

血中白蛋白低下(albumin < 3.5 g/dL) 或是淋巴球數目較少(lymphocyte count <1200) 可能反應營養狀況不佳，進而影響身體免疫能力。

(6) 慢性肝炎 (ex. B、C型肝炎)

慢性肝炎合併肝硬化或是肝功能嚴重損害的狀況下，會導致白蛋白(albumin)生成降低的狀況。白蛋白的角色，在於當作免疫細胞合成相關蛋白質以及組織修復時的原料，與營養狀況不佳時類似，白蛋白的低下對於免疫細胞執行正常功能及傷口癒合都會有負面的影響。

(7) 愛滋病

根據我們2018年新發表的研究¹⁰，愛滋病患接受全人工髖關節置換手術前，病毒量控制在偵測不到的狀態(undetectable viral load)合併CD4淋巴球>200cells/mm³的數量條件下，手術感染的風險極低。而規則服用愛滋病藥物控制疾病，則是長期保護免於免疫力低下的重點。

其他事件：

(1) 身體存在其他感染，包括短期或是持續的菌血症、敗血症等情況

進行人工關節手術的同時，身體存在有感染狀況為手術的禁忌症。接受人工關節手術之後，如果發生感染(例如：泌尿道感染、肺炎、蜂窩性組織炎、糖尿病足感染等)，需要立即就醫，接受正規抗生素或是手術治療，切莫暴露在未治療的菌血症或是甚至敗血症情況下，增加血液傳播細菌導致人工關節感染的可能性。

另外，需要接受侵入性牙科處置時，也可適切提醒醫師關於存在人工關節的部分，在處置後口服預防性抗生素，也是相當重要的一環。

(2) 反覆輸血

有研究指出¹¹，輸血可能存在潛在增加感染的風險，如何在手術當中減少失血，進而減少需要輸血的必要，也是手術醫師努力的目標（延伸閱讀：成功的微創人工膝關節手術｜不僅要止痛 還要止血！）。

關於預防感染，手術醫師的功課有哪些？

(1) 標準術前預防性抗生素

(2) 除去皮膚上的毛髮

(3) 標準消毒程序，使用氯己定(Chlorhexidine-based)、碘酒(povidone-iodine-based, alcohol-based)溶液進行消毒

(4) 手術鋪單使用含碘鋪單(iodine-impregnated drapes)

(5) 手術醫師穿戴多層手套

(6) 熟練的手術技術，縮短手術時間

(7) 減少出血(及輸血)

小結：

認識造成人工關節感染的危險因子，儘可能針對這些因子做出調整、避免或是治療，將感染的風險降到最低，醫師與病患有很多功課可以共同注意及努力！

【 延伸閱讀 】

• 人工關節感染｜早期發現早期治療

• 微創人工膝關節置換手術是什麼？

• 人工膝關節 原來長這樣？

• 人工髖關節原來這樣裝？認識人工髖關節手術

• 人工膝關節置換成功的重要關鍵 | 術後止痛 !

• 我有糖尿病 適合接受人工關節置換手術嗎？

• 人工髖關節材料有哪些｜金屬？陶瓷？耐磨墊片？

• 保膝手術！高位脛骨截骨矯正手術是什麼？

參考文獻

1. Periprosthetic joint infection. Kapadia BH et al. Lancet, 2016.

2. Projections of primary and revision hip and knee arthroplasty in the US from 2005 to 2030. Kurtz et al. JBJS-A, 2007.

3. The NJR Editorial Board. “National joint registry for England, Wales and Northern Ireland”10^th Annual Report 2013.

4. Periprosthetic joint infection: the economic impact of methicillin-resistant infections. Parvizi J et al. JOA, 2010

5. The epidemiology of revision total knee arthroplasty in the US. Bozic et al. CORR, 2010.

6. Obese diabetic patients are at substantial risk for deep infection after primary TKA. Dowsey MM et al. CORR, 2009.

7. Perioperative hyperglycemia and postoperative infection after lower limb arthroplasty. Mraovic et al. J Diabetes Sci Tech, 2011.

8. Morbid obesity independently impacts complications, mortality, and resource use after TKA. D’Apuzzo MR et al. CORR, 2014.

9. Wound healing and infection in surgery. The clinical impact of smoking and smoking cessation: a systemic review and meta-analysis. Sørensen et al. Arch Surg, 2012.

10. Optimal timing for elective total hip replacement in HIV-positive patients. Chang et al. OTSR, 2018.

11. Impact of perioperative allogeneic and autologous blood transfusion on acute wound infection following total knee and total hip arthroplasty. Newman ET et al. JBJS-A, 2014.