Niektoré aspekty vzniku infekčných komplikácií pri artroplastike

Operácia náhrady bedrového kĺbu zaujala popredné miesto v chirurgickej liečbe závažných foriem patológie bedrového kĺbu. Táto operácia eliminuje alebo výrazne znižuje bolesť, obnovuje pohyblivosť kĺbu, poskytuje oporu končatine, zlepšuje chôdzu a v dôsledku toho výrazne zlepšuje kvalitu života pacienta. Nie je však žiadnym tajomstvom, že akýkoľvek chirurgický zákrok môže mať aj množstvo komplikácií, jednou z nich je infekcia. Podľa literatúry môže mať ortopedické centrum, ktoré vykonáva rozsiahle operácie náhrady kĺbov a vykonáva najmenej 100 operácií ročne, v prvom roku mieru infekčných komplikácií 17 %, v druhom roku sa táto miera znižuje o 5 %, v treťom roku o 3 % a v priemere môže dosiahnuť 4 %.

Problém infekčných komplikácií pri endoprotéze veľkých kĺbov sa stáva každým dňom čoraz naliehavejším, a to aj napriek aktívnemu využívaniu antibiotickej profylaxie a moderných metód chirurgickej antisepsie. Je to spôsobené rastúcim počtom inštitúcií praktizujúcich artroplastiku, ťažkosťami s identifikáciou patogénu, zložitosťou liečby a závažnosťou následkov. To všetko v konečnom dôsledku vedie k zhoršeniu výsledkov zákroku, zvýšeniu nákladov a doby pooperačnej rehabilitácie pacientov.

Problém je spôsobený aj celkovým stavom, najmä u staršieho pacienta, u ktorého má telo veľmi ťažké bojovať s infekciou. Imunosupresívny stav je spôsobený indukovanou sekundárnou imunodeficienciou po vysoko traumatickom dlhodobom chirurgickom zákroku a vstupom produktov deštrukcie tkaniva do krvi, ako aj vekom podmienenými charakteristikami imunitného systému u starších pacientov.

Nárast počtu artroplastík spolu s vysokým rehabilitačným potenciálom je sprevádzaný nárastom prípadov hlbokej infekcie v oblasti chirurgického zákroku, ktorý podľa domácich a zahraničných autorov predstavuje 0,3 % až 1 % pri primárnom zákroku a až 40 % alebo viac pri revízii. Liečba takýchto infekčných komplikácií je zdĺhavý proces vyžadujúci použitie drahých liekov a materiálov. Kedysi sa považovalo za absolútne neprijateľné implantovať endoprotézu do oblasti postihnutej infekciou. Rozvoj chápania patofyziológie infekcie spojenej s implantátmi, ako aj pokrok v chirurgickej technike, však umožnili úspešnú endoprotézu aj za týchto podmienok.

Väčšina chirurgov sa zhoduje v tom, že odstránenie komponentov endoprotézy a starostlivé chirurgické ošetrenie rany sú dôležitou počiatočnou fázou liečby pacienta. Stále však neexistuje konsenzus o metódach, ktoré dokážu obnoviť funkčný stav kĺbu bez bolesti a s minimálnym rizikom recidívy infekcie.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ]

Fázy tvorby biofilmu

Fáza 1. Vrátateľné prichytenie k povrchu. Mikroorganizmy najčastejšie existujú ako voľne plávajúce masy alebo jednotlivé (napr. planktónové) kolónie. Za normálnych podmienok však väčšina mikroorganizmov má tendenciu prichytiť sa k povrchu a nakoniec vytvoriť biofilm.

2. fáza. Trvalá adhézia k povrchu. Ako sa baktérie množia, pevnejšie priľnú k povrchu, diferencujú sa a vymieňajú si gény, čo zabezpečuje ich prežitie.

Krok 3: Tvorba ochrannej matrice/biofilmu hlienu. Po pevnom prichytení baktérie začnú tvoriť exopolysacharidovú obklopujúcu matricu známu ako extracelulárna polymérna látka. Toto je EPS matrica. Malé kolónie baktérií potom tvoria počiatočný biofilm. Zloženie EPS matrice sa líši v závislosti od prítomných mikroorganizmov, ale vo všeobecnosti zahŕňa polysacharidy, proteíny, glykolipidy a bakteriálnu DNA. Rôzne proteíny a enzýmy pomáhajú biofilmu pevnejšie priľnúť k lôžku rany. Plne vytvorené (zrelé) biofilmy neustále uvoľňujú planktónové baktérie, mikrokolónie a fragmenty, ktoré sa môžu rozptýliť a priľnúť k iným častiam lôžka rany alebo k iným povrchom rany a vytvoriť nové kolónie biofilmu.

Ako rýchlo sa tvorí biofilm?

Experimentálne laboratórne štúdie ukázali, že planktónové baktérie, ako sú stafylokoky, streptokoky, pseudomonas a E. coli, zvyčajne:

1. pripojte sa k sebe v priebehu niekoľkých minút;
2. vytvárajú pevne prichytené mikrokolónie v priebehu 2-4 hodín;
3. produkujú extracelulárne polysacharidy a stávajú sa výrazne tolerantnejšími voči biocídom, ako sú antibiotiká, antiseptiká a dezinfekčné prostriedky, v priebehu 6 – 12 hodín;
4. sú zapojené do plnohodnotných biofilmových kolónií, ktoré sú veľmi odolné voči biocídom a strácajú planktónové baktérie v priebehu 2 – 4 dní v závislosti od typu baktérií a podmienok rastu;
5. rýchlo sa zotavujú z mechanického poškodenia a znovu vytvárajú zrelý biofilm do 24 hodín. Tieto fakty naznačujú, že niekoľko po sebe nasledujúcich čistení rán môže poskytnúť krátke časové obdobie, napríklad menej ako 24 hodín, počas ktorého je antimikrobiálna liečba najúčinnejšia proti planktónovým mikroorganizmom aj patogénnym bunkám v rámci biofilmu v rane.

Vidíte mikrobiálny biofilm?

Biofilmy sú mikroskopické štruktúry. Avšak v niektorých situáciách, keď sa nechajú nekontrolovane rásť dlhší čas, sa stanú tak hustými, že ich možno vidieť voľným okom. Napríklad zubný plak sa môže hromadiť a stať sa jasne viditeľným do jedného dňa. Niektoré baktérie vo fenotype produkujú pigmenty, ktoré môžu uľahčiť vizuálnu detekciu celého biofilmu. Napríklad P. aeruginosa, ktorá sa nachádza vo fenotype biofilmu, produkuje zelený molekulárny pyocyanín v systéme „quorum sensing“. Ale ani v tomto prípade zelené sfarbenie rany nie vždy naznačuje prítomnosť biofilmu tvoreného Pseudomonas sp.

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

Môžu sa v chrastách nájsť biofilmy?

Krvavá vrstva sa opisuje ako hrubá, žltá, relatívne tmavá vrstva lôžka rany, zatiaľ čo biofilmy nachádzajúce sa v ranách sa javia ako želatínovejšie a svetlejšie. Medzi biofilmami a krvavou vrstva však môže existovať súvislosť. Biofilmy stimulujú zápal, ktorý zvyšuje vaskulárnu permeabilitu, tvorbu exsudátu z rany a tvorbu fibrínovej krvavej vrstva. Prítomnosť krvavej vrstva teda môže naznačovať prítomnosť biofilmu v rane. Takýto vzťah medzi krvavou vrstva a biofilmom v chronických ranách je však potrebné dôkladnejšie preskúmať.

V súčasnosti je najspoľahlivejšou metódou na potvrdenie prítomnosti mikrobiálneho biofilmu špecializovaná mikroskopia, ako napríklad konfokálna laserová skenovacia mikroskopia.

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

Klasifikácia

Použitie účinnej klasifikácie je dôležité pre výber racionálnej metódy liečby a porovnanie jej výsledkov. Napriek rozmanitosti navrhovaných klasifikačných systémov neexistuje jednotný medzinárodne akceptovaný systém na zostavenie diagnózy a následnej liečby paraendoprotetickej infekcie, t. j. liečba infekčných komplikácií po endoprotéze nie je štandardizovaná.

Najbežnejšiu klasifikáciu hlbokej infekcie po totálnej endoprotéze bedrového kĺbu použili M. B. Coventry (1975) - R. H. Fitzgerald (1977). Hlavným klasifikačným kritériom je čas prejavu infekcie (časový interval medzi operáciou a prvým prejavom infekčného procesu). Na základe tohto kritéria autori navrhli tri hlavné klinické typy hlbokej infekcie. V roku 1996 D. T. Tsukayama a kol. doplnili túto klasifikáciu o typ IV, definovaný ako pozitívna intraoperačná kultúra. Tento typ paraendoprotetickej infekcie znamená asymptomatickú bakteriálnu kolonizáciu povrchu endoprotézy, ktorá sa prejavuje formou pozitívnych intraoperačných kultúr dvoch alebo viacerých vzoriek s izoláciou rovnakého patogénu. Pozitívne kultúry 2 – 5 intraoperačných vzoriek. V závislosti od typu infekcie autori odporučili určitú liečebnú stratégiu.

Klasifikácia hlbokej infekcie po totálnej endoprotéze bedrového kĺbu (Coventry-Fitzgerald-Tsukayama)

1. Akútna pooperačná infekcia - v priebehu prvého mesiaca
2. Neskorá chronická infekcia - od jedného mesiaca
3. Akútna hematogénna infekcia - do jedného roka
4. Pozitívna intraoperačná kultivácia – po jednom roku alebo neskôr

Pri infekcii typu I sa teda za opodstatnenú považuje revízia s nekrektómiou, výmena polyetylénovej vložky a zachovanie zostávajúcich komponentov endoprotézy. Pri infekcii typu II je počas revízie s povinnou nekrektómiou potrebné odstránenie endoprotézy a u pacientov s paraendoprotetickou infekciou typu III je možný pokus o zachovanie endoprotézy. Pri diagnostikovaní pozitívnej intraoperačnej kultivácie môže byť liečba konzervatívna - supresívna parenterálna antibiotická liečba počas šiestich týždňov.
Charakteristiky patogenézy paraendoprotetickej infekcie.

Paraendoprotetická infekcia je špeciálnym prípadom infekcie spojenej s implantátom a bez ohľadu na cesty penetrácie patogénu, čas vývoja a závažnosť klinických prejavov je špecifická pre endoprotézu. V tomto prípade zohrávajú vedúcu úlohu mikroorganizmy vo vývoji infekčného procesu, ich schopnosť kolonizovať biogénne a abiogénne povrchy.

Mikroorganizmy môžu existovať v niekoľkých fenotypových stavoch: adherentný - biofilmová forma baktérií (biofilm), voľne žijúci - planktónová forma (v roztoku v suspendovanom stave), latentný - spóry. Základom patogenity mikróbov spôsobujúcich paraendoprotetické infekcie je ich schopnosť tvoriť špeciálne biofilmy (biofilmy) na povrchu implantátov. Pochopenie tejto skutočnosti je mimoriadne dôležité pre určenie racionálnej liečebnej taktiky.

Bakteriálna kolonizácia implantátu sa môže uskutočniť dvoma alternatívnymi mechanizmami. Priamou nešpecifickou interakciou medzi baktériou a umelým povrchom, ktorý nie je pokrytý hostiteľskými proteínmi, v dôsledku síl elektrostatického poľa, síl povrchového napätia, Vander-Wilsových síl, hydrofóbnosti a vodíkových väzieb (prvý mechanizmus). Ukázalo sa, že existuje selektívna adhézia mikróbov na implantát v závislosti od materiálu, z ktorého je vyrobený. Adhézia kmeňov St. epidermidis prebieha lepšie na polymérnych častiach endoprotézy a kmeňov St. aureus na kovových častiach.

V druhom mechanizme je materiál, z ktorého je implantát vyrobený, potiahnutý „hostiteľskými“ proteínmi, ktoré fungujú ako receptory a ligandy viažuce cudzie teleso a mikroorganizmus. Treba poznamenať, že všetky implantáty prechádzajú takzvanými fyziologickými zmenami, ktoré vedú k tomu, že implantát je takmer okamžite potiahnutý plazmatickými proteínmi, predovšetkým albumínom.

[ 15 ], [ 16 ]

Ako biofilmy narúšajú proces hojenia rán?

Počas uvoľňovania povrchu rany z biofilmu tento stimuluje chronickú zápalovú reakciu. Táto reakcia vedie k výskytu veľkého množstva neutrofilov a makrofágov obklopujúcich biofilm. Tieto zápalové bunky produkujú veľké množstvo reaktívnych oxidantov a proteáz (matrixové metaloproteinázy a elastázy). Proteázy pomáhajú narušiť pripojenie biofilmu k tkanivám a odstraňovať ho z rany. Tieto reaktívne oxidanty a proteázy však ničia aj zdravé a hojace sa tkanivá, proteíny a imunitné bunky, čo zhoršuje kvalitu liečby.

Chronická zápalová reakcia nie vždy vedie k úspešnému odstráneniu biofilmu a existuje hypotéza, že takáto reakcia je pre biofilm „prospešná“. Vyvolaním neúčinnej zápalovej reakcie biofilm chráni mikroorganizmy, ktoré ho tvoria, a zvyšuje produkciu exsudátu, ktorý je zase zdrojom výživy a prostriedkom na udržanie biofilmu.

Existujú podmienky, ktoré podporujú tvorbu biofilmu v rane?

Nie je známe, či existujú podmienky, ktoré prispievajú k tvorbe biofilmu v rane. Základné ochorenia, ktoré oslabujú imunitný systém alebo znižujú účinky antibiotík, však môžu prispievať k tvorbe biofilmu v ranách (napr. ischémia alebo nekróza tkaniva, nedostatočná výživa).

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

Aké sú princípy manažmentu biofilmu?

Aj keď existuje vysoká pravdepodobnosť, že rana obsahuje biofilm, neexistuje jednokroková liečba. Optimálna môže byť kombinovaná stratégia, ktorá využíva prvky prípravy spodiny rany na odstránenie masy biofilmu a zabránenie jeho prestavbe. Tento prístup sa niekedy označuje ako „starostlivosť o rany založená na biofilme“.

Ako zistím, či bol biofilm odstránený?

Absencia jasných symptómov a zavedených laboratórnych metód na identifikáciu mikrobiálnych spoločenstiev sťažuje presné určenie okamihu, kedy je rana bez biofilmu. Najvýraznejším príkladom je progresívne hojenie rán, ktoré sa vyznačuje znížením sekrécie exsudátu a odlupovaním krusty. Kým nebudú vypracované definitívne usmernenia, lekári budú musieť rozhodovať o tom, ako liečiť rany postihnuté biofilmom, individuálne. Napríklad, keď je liečba úspešná, môže byť potrebné zmeniť spôsob alebo frekvenciu starostlivosti o rany alebo zvážiť potrebu lokálnych antimikrobiálnych látok. Ďalšie opatrenia na stimuláciu hojenia rán by sa mali zvážiť v kontexte zdravotného stavu pacienta a mali by byť zamerané na podporu imunitného systému. Biofilmy teda ovplyvňujú priebeh chronických zápalových ochorení a nedávne údaje naznačujú, že zohrávajú významnú úlohu aj pri narúšaní procesu hojenia chronických rán. Biofilmy majú vysokú úroveň tolerancie voči protilátkam, antibiotikám, antiseptikám, dezinfekčným prostriedkom a fagocytom. Súčasná liečba rán s biofilmami zahŕňa povinné časté čistenie rán v kombinácii s použitím obväzov na rany a antimikrobiálnych látok na prevenciu reinfekcie rán a inhibíciu opätovnej tvorby biofilmu.

Pri úvahách o etiopatogenéze infekcie rán treba vziať do úvahy, že akékoľvek lokálne infekčné ohnisko by sa malo z mikrobiologického hľadiska považovať za patologickú biocenózu. To znamená, že akákoľvek mikrobiota nachádzajúca sa v danom ohnisku je schopná aktívne sa podieľať na infekčnom procese iba vtedy, ak nájde optimálne podmienky pre existenciu a prejav všetkých vegetatívnych funkcií vrátane maximálnej realizácie svojej patogenity pre hostiteľský organizmus. Rozpoznanie tejto pozície zase slúži ako základ pre následné závery. Ak je počiatočná patogenita patogénu dostatočne vysoká a prirodzené mechanizmy protiinfekčnej obrany hostiteľa sú nedostatočné alebo oslabené nejakým základným patologickým procesom, potom môže byť vznik patologického biotopu dôsledkom postupného vývoja samotného infekčného procesu.

Kandidát lekárskych vied Garifullov Gamil Gakilievich. Niektoré aspekty vývoja infekčných komplikácií počas artroplastiky // Praktická medicína. 8 (64) december 2012 / Zväzok 1