The possibility of using synovial C-reactive protein, interleukin-6 and presepsin in the diagnosis of periprostheticjoint infection.

Full Text

Введение.

         Инфекционные осложненияпри протезировании суставов являются одной из основных проблем ортопедической хирургии. Своевременная верификация перипротезной инфекции (ППИ) основанная на клинических, гистологических, бактериологических и цитологических критериях оказываетсущественное влияние на успех лечения [1, 2]. Однако выявление инфекционной природы проблем с протезным суставом остается сложной задачей, которую пытаются решить несколько международных рабочих групп [3, 4, 5, 6]. Наибольшей проблемной в диагностики ППИ является отсутствия роста патогенна в биологическом материалеили пограничные значениях уровней сывороточных и синовиальных маркеров в отдельных случаях [7].

         Проспективное когортное исследование Fernandez-SampedroM, etal. в2015г показало, что у 25% пациентов с ППИ был ошибочно поставлен диагноз асептическая нестабильность эндопротезов в первый год после первичной артропластики [8]. Интраоперационное микробиологическое  и гистологическое исследование перипротезных тканей являются надежными диагностическими методами обнаружения ППИ [9, 10]. Однако для определения правильной тактики оперативного лечения подтвердить наличие инфекции необходимо перед ревизией на дооперационном этапе. Дополнительным инструментом верификации ППИ могут стать маркеры воспаления синовиальной жидкости. Зарубежными исследователям и продемонстрирована потенциальная диагностическая значимость CD14, TREM-1, TLR2, С-реактивного белка (СРБ), лейкоцитарной эстеразы, интерлейкина-6, интерлейкина-1β, α-дефензина и интерлейкина-17 в синовиальной жидкости [11, 12, 13].

         Многолетний опыт работы нашей клиники показал, что частота «неожиданных инфекций» при первично диагностированных асептических расшатываниях протезированных суставов достигает 2,08% [14]. Поэтому наша работа была направлена на оценку возможность использования в диагностике ППИ дополнительных синовиальных биомаркеров, доступных для измерения в лаборатории.

Цели исследования- определить значимость синовиальных С-реактивного белка, интерлейкина-6 и пресепсина в диагностике ППИ.

Материал и методы.

Проведено проспективное когортное одноцентровое слепое исследование случаев ревизионной артропластики крупных суставов по поводу инфекционного и асептического воспаления области эндопротеза, выполненных в ФГБУ «Федеральный центр травматологии, ортопедии и эндопротезирования» Минздрава России (г. Чебоксары), в 2022–2023гг. Исследование выполнено после одобрения локального этического комитета в соответствии с этическими принципами Хельсинской декларации 2013, правилами клинической практики в Российской Федерации и приказом локальными документами правового обеспечения лечебно - диагностического процесса больницы. До проведения исследования были получены письменное добровольное согласие у каждого пациента (или их законных представителей) на участие в исследовании и публикацию медицинских данных. Сотрудники клинико-диагностической лаборатории при выполнении исследования не знали, к какой группе исследования был отнесен пациент, процесс выполнения анализов проводился автоматизировано.

         Исследования включало 66 пациентов с признаками хронического воспаления в области эндопротеза, симптомы которого появились через год после первичной имплантации сустава и потребовали повторного хирургического вмешательства. До ревизионной операции пациентам был взят как минимум один образец пунктата синовиальной жидкости. Изначально исследование включало 101 пациента, из которых у 8-ми синовиальная жидкость содержала примеси не растворимые гиалуронидазой и была не пригодна для исследования, в 27 случаях – синовиальная жидкость получена в количестве, недостаточном для исследования (менее 5 мл). ППИ диагностировалась согласно критериям диагностики ICMPhilly 2018 при наличии одного из основных или 6 и более баллов согласно малым критериям [4]. Пациенты делились на 2 группы: в I группу (n = 17) были включены пациенты с ППИ, а в группу II (n = 49) –с асептическим воспалением в области эндопротеза. Группы пациентов были сопоставимы по полу, возрасту и типу эндопротеза (таблица 1).

Таблица 1

Характеристики исследуемых групп.

		Инфекционное воспаление, N=17	Асептическое воспаление N=49	P≤ 0,05
Возраст		64,1±10,8	63,4±11,9	0,7821
пол	муж	7 (41,2%)	19 (38,8%)	1,0000
	жен	10 (58,8%)	30 (62,1%)
Локализация эндопротеза
Коленный сустав		12 (70,6%)	29 (59,2%)	0,5634
Тазобедренный сустав		4 (23,5%)	19 (38,8%)	0,3772
Плечевой сустав		1 (5,9%)	1 (2,0%)	0,4517

 

 

Рисунок 1. Блок-схема дизайна исследования

 

Образцы синовиальной жидкости подвергались бактериологическому и цитологическому исследованиям, а так же определению уровней СРБ, пресепсина и интерлейкина-6 (ИЛ-6).

         Для определения синовиальных маркеров биологический материал подвергался центрифугированию (Hettich MIKRO 200) при 3000 оборотов в мин в течение 5 минут. Анализ на синовиальный СРБ выполняли в день доставки биоматериала с помощью автоматических биохимических анализаторов SAPPHIRE 400, FurunoCA-270 Electric и набора CRP FS (DiaSys Diagnostic Systems GmbH, Германия) иммунотурбидиметрический методом. Для определения ИЛ-6 супернатант аликвотировали и хранили до проведения исследования при -35°C, далее исследовали с помощью иммунохимическиого анализатора Bio-Radi Mark и набора Интерлейкин-6-ИФА-БЕСТ (АО Вектор-Бест, Россия). Пресепсин исследовали иммунохемилюменисцентным методом на анализаторе PATHFAST™, используя набор PATHFAST Presepsin (PHC Corporation, Япония).

         Интраоперационно выполняли бактериологическое исследование образцов не менее 3-х забранных тканевых биоптатов, суставной жидкости при её наличии, смывов с удаленных металлоконструкций (после ультразвуковой обработки). Также со всех образцов производился бактериологический посев с культивированием до 14 дней.

         Статистическая обработка полученных данных проводилась с помощью пакета анализа программы Microsoft Excel 2007.Категориальные данные описывали в виде абсолютных значений и процентных долей. Количественные показатели оценивали на предмет соответствия нормальному распределению с помощью критерия Колмогорова-Смирнова. Для каждых величин рассчитывались средних арифметические (M) и стандартные ошибки (SD) с использованием программы GraphPad Prism 8.3.0. Достоверность отличия между группами рассчитывались с помощью Манна-Уитни U теста. Для каждого диагностического теста строились кривые рабочей характеристикой приемника (ROC), проводилсярасчет площадипод кривой (AUC),чувствительности, специфичности,положительной прогностической ценности, отрицательной прогностической ценности и точности в процентах с расчётом 95 % доверительного интервала Клоппера-Пирсона (ДИ) с помощью программного обеспечения Med Calc 13.2.2 (MedCalc Software, Остенде, Бельгия). Пороговые значения для лабораторных показателей рассчитывались с помощью индекс Юдена J.

Результаты исследования.

         Среди пациентов преобладали женщины - 40 (60,6%)пациентов. Средний возраст составил 63,6±11,5 года. Патология преимущественно располагалась в области коленных суставов, которая была у 41(62,1%) пациентов, меньше патологии тазобедренных суставов в 23 (34,8%) случаев и плечевых суставов у 2 (3%). Несмотря на разное число пациентов в группах исследования (17 и 49 соответственно), не было различий по полу, возрасту и локализации эндопротеза (табл.1). Всем исследуемым пациентам было выполнено ревизионное оперативное вмешательство: в группе I – с установкой спейсера, в группе II – реимплантация эндопротеза.

         Случаи «инфекционного воспаления» (n=17) в 100 % имели идентичный положительный микробиологический рост культуры как минимум в 2-х образцах исследования (рис. 2). В группе «асептического воспаления» мы не получили роста бактерий  ни в одном из исследуемых биологических материалов.

 

Рисунок 2. Видовой спектр возбудителей  случаев«инфекционного воспаления» области эндопротеза.

         Среди выделенных патогенов преобладали грамположительные микроорганизмы, большая часть которых была St. Аureus (включая метициллин-резистентные штаммы в 10% случаев).

         Все анализируемые показатели были выше в группе инфекционного воспаления включая пресепсин и ИЛ-6 (p>0,05), лейкоциты, ПЯН и СРБ (p<0,05) (таблица 3).Уровни сывороточного СРБ в группах исследования (I группа-90,9±24,4 мг/л, II группа-15,9±5,0 мг/л, P =0,0093) коррелировали с синовиальным СРБ

Таблица 3

Результаты лабораторных исследований синовиальных маркеров воспаления

 

Показатели/группы		Инфекционное воспаление, N=17	Асептическое воспаление N=49	P**
СЖ*	Лейкоциты (кл/мкл)	33383,5±8667,8	1348,7±933,3	0,0021
	ПЯН (%)	91,2±1,5	41,5±8,3	0,0001
	СРБ (мг/л)	39,9±13,9	2,8±0,7	0,0178
	Пресепсин пг\мл	1308,7±307,5	942,4±117,4	0,2790
	ИЛ-6 пг\мл	4695,5±3758,3	1070,9±219,2	0,3509

P- уровень достоверности Манна-Уитни U тест.

         На рис.3 представлены ROC-кривые для определения  значимости синовиальных маркеров (лейкоциты, ПЯН, СРБ, пресепсин и ИЛ-6) в диагностике ППИ. Площадь AUC под ROC-кривой графика чувствительности и специфичности варьирует от 0 до 1, показывая корреляцию исследуемого показателя с наличием ППИ. Чем ближе результат AUC к 1, тем выше информативность интегративного показателя. ROC-анализ показал ценность для практического использования в диагностике ППИ синовиальных лейкоцитов, ПЯН, СРБ, и ИЛ-6 (AUC>0,7)(рисунок 3).

Рисунок 3 ROC-кривая для маркеров воспаления в синовиальной жидкости: (а) лейкоциты, (б) ПЯН, (в) СРБ, (г) пресепсин, (д) ИЛ-6

 

         Показатели клеточного состава синовиальной жидкости лейкоциты и ПЯН обеспечивали лучшие различия между группами инфекционного и асептического воспаления с AUC 0,928 (ДИ 95%: 0,837-0,977, p<0,0001) и 0,876 (ДИ 95%:0,772 - 0,945, p<0,0001) соответственно. В то же время среди исследуемых синовиальных маркеров воспаления наибольшей дифференциацией обладали СРБ с AUC 0,776 (ДИ 95%:  0,656-0,870, p=0,0004) и ИЛ-6 0,712 (ДИ 95%: 0,583-0,820, p=0,0048), пресепсин не обеспечивал достоверные различия в группах исследования AUC 0,582 (ДИ 95%: 0,453-0,703, p=0,3344).

         Получены пороговые значения СРБ - 5,6 мг/л, пресепсина -1212,0 пг/мл, ИЛ-6 – 988,5 пг/мл, с чувствительностью, специфичностью и отрицательной прогностической ценностью соответственно 62,50%, 85,71% и 87,50% (СРБ); 43,75%, 79,59% и 81,25% (пресепсин); 87,50%, 63,04 и 93,47% (ИЛ-6) (таблица 4).

Таблица 4

ROC-анализ параметров маркеров воспаления в синовиальной жидкости

Параметры статистики/синовиальная жидкость	Лейкоциты	ПЯЛ	СРБ	Пресепсин	ИЛ-6
Пороговые значения	6250кл\мкл	76%	5,6мг/л	1212пг/мл	988,5пг/мл
AUC (95% ДИ)	0,928 (0,837-0,977)	0,876 (0,772-0,945)	0,776 (0,656-0,870)	0,582 (0,453-0,703)	0,712 (0,583-0,820)
Чувствительность % (95% ДИ)	82,35 (56,57-96,20)	81,32 (55,47-95,10)	62,50 (35,43-84,80)	43,75 (19,75-70,12)	87,50 (61,65-98,45)
Специфичность % (95% ДИ)	97,96 (89,15-99,95)	95,92 (86,02-99,50)	85,71 (72,76-94,06)	79,59 (65,66-89,76)	63,04 (46,54-76,23)
Положительная прогностическая ценность %	93,33	87,50	58,82	41,18	45,16
Отрицательная прогностическая ценность %	94,12	94,00	87,50	81,25	93,55
Точность %	93,94	95,92	80,00	70,77	69,35

 

Обсуждение.

         Культуральные методы диагностики инфекции вне всякого сомнения являются значимыми для определения тактики лечения пациентов с проблемами в области протезированных суставов. В реальной практике по данным нашего недавнего исследования процент отрицательных результатов микробиологического исследования при установленном диагнозе инфекционного осложнения может достигать до 29,1 % [7]. В таких случаях диагностика ППИ затруднена, поскольку клинические симптомы часто напоминают симптомы асептического расшатывания с неспецифической болью. Для предотвращения неоправданных оперативных вмешательств в случае ложноположительного диагноза ППИ важна правильная предоперационная диагностика. Кроме того, неспособность диагностировать ППИ до ревизионной операции приведет к одноэтапной ревизии без соответствующего лечения, что, скорее всего, приведет к рецидиву инфекции. Количество исследований, пытающихся определить наилучшую комбинацию лабораторных тестов для прогнозирования ППИ подчеркивает необходимость улучшения диагностики. Проанализировав данные зарубежной литературы, мы обратили внимание на диагностические шансы синовиальных маркеров воспаления для верификации ППИ в помощь к известным алгоритмам диагностических критериев.

         Наилучшую прогностическую ценность по данным исследования QinL. с соавт. (2020г) имел синовиальный ИЛ-6 (с порогом 1855,36 пг/мл с чувствительностью 94,59% и специфичностью 92,86%, который в сочетании с сывороточным ИЛ-6 повышал точность диагностики ППИ до 96,77%. [15]. В нашем исследовании мы не смогли подтвердить этих данных, несмотря на это синовиальный ИЛ-6 показал хорошие результаты: с порогом 988,5 пг/мл он имел самую высокую отрицательную  прогностическую ценность (93,55 %) среди синовиального СРБ и пресепсина.

         Оценку роли пресепсина  для диагностики ППИ проводили DelvaML. с соавт. (2023 г), которые пришли к выводу что синовиальный пресепсин может служить потенциальным биомаркером ППИ, несмотря на то что он продемонстрировал AUC (0,41) необходимы дальнейшие исследования для его соотношения с другими лабораторными данными [16]. Busch A. с соавт. (2023 г) в своем проспективном исследовании определили пороговое значением пресепсина синовиальной жидкости выше 0,06 нг/мл   с чувствительностью 29% и специфичностью 51% для диагностики ППИ и пришли к выводу что пресепсин не подходит для исключения или диагностики ППИ [17]. В нашем исследовании синовиальный пресепсин показал худшие результаты среди исследуемых синовиальных маркеров, не обеспечивая достоверных различий в группах исследования.

         Другим не менее важным биомаркером ППИ по результатам зарубежного исследования, опубликованного Miamidian JL. с соавт. (2024г) является синовиальный СРБ с оптимальным пороговым значением 4,45 мг/л для ППИ, которое дает чувствительность 86,1% и специфичность 87,1% [18]. В нашей небольшой проспективной когорте пациентов, перенесших ревизионную артропластику, использование синовиального СРБ является более точным маркером, чем количество ИЛ-6 или пресепсина синовиальной жидкости для выявления ППИ. Поскольку исследование синовиального СРБ не несет больших экономических затрат с возможностью организации в любой клинической лаборатории, возможно рекомендовать использовать его как вспомогательный инструмент в сложных сомнительных случаях для диагностики перипротезной инфекции суставов после тотального эндопротезирования тазобедренного, коленного  и плечевого суставов.

         Ограничением исследования являлась малая выборка пациентов. В некоторых случаях не удавалось получить образцы синовиальной жидкости («сухой сустав»), либо объем был недостаточный. Из анализа исключали пациентов, пункционный материал которых содержал посторонние примеси (частицы металла, цемента, фибрин или сгусток гноя, не лизированный гиалуронидазой). В представленном исследовании не использовались   одноразовые стерильные мембранные фильтры для удаления посторонних примесей, хотя эту методику вероятно можно использовать для очистки синовиального пунктата. При выборе фильтра стоит учитывать состав мембранных элементов, они не должны уменьшать активность синовиальных белков.

Краткое заключение.

         В случаях наличия клинико-лабораторных признаков инфекционного воспаления эндопротеза наблюдали повышение уровня синовиального СРБ, который демонстрировал наибольшую чувствительность и специфичность среди исследуемых синовиальных маркеров наряду с лейкоцитами и ПЯН (специфичность 85,7% с минимальной отрицательной прогностической ценностью 87,5%). Использование пороговых значений синовиального СРБ 5,6 мг/л может повысить точность диагностики ППИ в сомнительных случаях и помочь в определении тактики хирургического лечения пациента на дооперационном этапе. Необходимо продолжить исследование на большей кагорте пациентов с привлечением  лабораторий других центров, специализирующихся на лечении проблем протезированных суставов.

About the authors

Lyudmila Valentinovna Lyubimova

Author for correspondence.
Email: borisova-80@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-5750-4459

Svetlana Ivanovna Pavlova

Email: flavonoid@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-9976-7866

Nikolay Stanislavovich Nikolaev

Email: nikolaev@orthoscheb.ru
ORCID iD: 0000-0002-1560-470X

Evgeniy Aleksandrovich Lyubimov

Email: elyubimov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5262-0197

Nadezhda Nikolaevna Pchelova

Email: nadyapchelova@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9507-9118

Vladimir Urievich Emelianov

Federal Center of Traumatology, Orthopedics and Arthroplasty; Chuvash State University named after I.N. Ulyanov

Email: vemelianov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1720-1741

Vladimir Yu. Emelianov — Doctor; Assistant Professor

Cheboksary

Russian Federation

References

Supplementary files