Diagnosis, Risk Factors and Prevention of Periprosthetic Joint Infections

Abstract

Tekonivelinfektio on tekonivelleikkauksen pelätyimpiä komplikaatioita, sillä niihin liittyy merkittävää sairastavuutta ja kuolleisuutta. Hoito on lisäksi kallista. Noin 1– 2% tekonivelistä infektoituu. Näiden syiden vuoksi tekonivelinfektioita seurataan useimmissa hoitoon liittyvien infektioiden seurantaohjelmissa ja niiden ehkäisyyn käytetään merkittävästi resursseja. Tästä huolimatta tekonivelinfektiolle ei ole olemassa yhtenäistä määritelmää ja olemassa olevat määritelmät pohjautuvat vaihtelevaan näyttöön. Lisäksi joidenkin tekonivelinfektoiden ehkäisyssä käytettyjen menetelmien, kuten leikkausta edeltävän virtsanäytteen seulonnan, merkitys on kyseenalaistettu. Toisaalta uusia keinoja ehkäistä tekonivelinfektioita etsitään jatkuvasti.

Tekonivelinfektiot voidaan jakaa esiintymisajankohdan mukaan varhaisiin, viivästyneisiin ja myöhäisiin infektioihin. Suurin osa myöhäisistä infektioista on hematogeenisia, eli veriteitse levinneitä, mutta hematogeeninen tekonivelinfektio voi kehittyä missä vaiheessa vain leikkauksen jälkeen. Aiemmat tutkimukset ovat osoittaneet, että noin kolmasosa <i>Staphylococcus aureus</i>-bakteremioista johtaa tekonivelinfektioon potilailla, joilla on tekonivel, mutta muiden patogeenien osalta asiaa ei ole juuri tutkittu. Lisäksi riskitekijöitä tekonivelinfektion kehittymiselle bakteremian seurauksena ei tunneta.

Tässä tutkimuksessa verrataan kahta eri tekonivelinfektion määritelmää tekonivelinfektion diagnosoinnissa ja lisäksi tekonivelinfektion riskitekijöitä ja ehkäisykeinoja. Lisähuomiota kiinnitettiin bakteremian seurauksena kehittyneisiin tekonivelinfektioihin. Prospektiivisen infektioseurannan kautta tunnistettujen tekonivelinfektiotapausten lisäksi tekonivelinfektioiden tunnistamiseen käytettiin mikrobiologisia tuloksia, sairaalan hoitoilmoitusrekisteriä ja infektion vuoksi tehtyjä revisioleikkauksia. Tämä tehtiin, jotta tekonivelinfektiot saataisiin tunnistettua mahdollisimman kattavasti, erityisesti myöhäisten tekonivelinfektioiden osalta, koska näitä ei löydetä tavanomaisessa infektioseurannassa.

Tekonivelinfektion ilmaantuvuus oli 0,68% (158/23171) vuoden seurannassa ensitekonivelleikkauksen jälkeen. Lonkissa ilmaantuvuus oli hieman matalampi kuin polvissa: 0,57% vs. 0,77%. Pidemmässä seurannassa (12 vuoteen saakka) tekonivelinfektion ilmaantuvuus oli 1,50% ja ilmaantumistiheys 3,3 tuhatta henkilövuotta kohti.

Niistä 405:stä tekonivelinfektiotapauksesta, jotka täyttivät joko toiset tai molemmat tekonivelinfektion määritelmät, 73 (18%) täyttivät ainoastaan vanhemmat kriteerit, kun taas pelkästään uudet kriteerit täyttäviä oli ainoastaan yksi (0,2%). Tekonivelinfektion diagnoosi perustui kliinikon mielipiteeseen 39:ssä (53%) niistä tapauksista, jotka eivät täyttäneet uutta tekonivelinfektion määritelmää.

Aiemmin raportoiduista tekonivelinfektion riskitekijöistä miessukupuoli (OR 2,21, 95% luottamusväli (LV) 1,56–3,11), polven tekonivel (OR 1,43, 95% LV 1,01–2,04) ja ikä (OR 1,03, 95% LV 1,01–1,05) lisäsivät tekonivelinfektion riskiä monimuuttujamallissa vuoden seurannassa. Diabeteksen vaikutus tekonivelinfektioriskiin oli lähes tilastollisesti merkittävä (OR 1,64, 95% LV 0,99– 2,73).

Leikkausta edeltävä bakteriuria ei toisaalta lisännyt tekonivelinfektion riskiä yhden muuttujan (OR 0,72, 95% LV 0,34–1,54) tai monimuuttujamallissa (OR 0,82, 95% LV 0,38–1,77) vuoden seurannassa. Leikkausta edeltävässä virtsanäytteessä kasvaneiden taudinaiheuttajien ja tekonivelinfektion aiheuttajien välillä ei myöskään todettu yhteyttä, eikä bakteriurian hoitaminen tehokkailla antibiooteilla vähentänyt tekonivelinfektion riskiä (OR 0,62, 95% LV 0,07–5,14). Leikkausta edeltävä oraalisten antibioottien käyttö kuitenkin liittyi vähentyneeseen tekonivelinfektion riskiin (OR 0,40, 95% LV 0,22–0,73) ja antibioottien käyttö ylipäänsä ennen tekonivelleikkausta oli yleistä: 4106:tta (18%) tekonivelleikkausta edelsi yksi tai useampia antibioottikuureja.

Pidemmässä seurannassa (12 vuoteen saakka) 3,8% (542/14378) potilaista, joilla oli tekonivel, sairasti veriviljelypositiivisen infektion. Useampia bakteremioita oli 85:lla potilaalla, ja kaiken kaikkiaan bakteremiaepisodeja oli 643. Yleisin veriviljelypositiivisen infektion aiheuttaja oli <i>Escherichia coli</i> (241/643, 37%). Tekonivelinfektio bakteremian seurauksena kehittyi seitsemässä prosentissa (46/643) veriviljelypositiivisista infektioista. Riski oli suurin beetahemolyyttisille streptokokeille (21%, 12/58), <i>Staphylococcus aureukselle</i> (20%, 21/105) ja viridans- ryhmän streptokokeille (16%, 4/25) ja pienin gramnegatiivisille bakteereille (1,3%, 4/314). Koagulaasinegatiivisten stafylokokkien aiheuttamiin bakteremioihin ei myöskään liittynyt yhtään tekonivelinfektiota. Bakteremian seurauksena kehittyneen tekonivelinfektion riskiä lisäsivät toistuvat bakteremiat (OR 2,29, 95% LV 1,17–4,50) ja riski oli suurin vuoden sisään edeltävästä leikkauksesta ilmaantuneille bakteremioille. Pitkäaikaissairaudet tai muut potilaisiin liittyvät tekijät eivät kuitenkaan lisänneet tekonivelinfektioriskiä bakteremian aikana.

Periprosthetic joint infection (PJI) is a disastrous complication of joint replacement surgery, and approximately 1–2% of replaced joints become infected over the years. PJIs are associated with increased morbidity and mortality and treatment is costly. Because of this, PJIs are part of most surgical site infection surveillance programs and considerable efforts are made to prevent them. Nevertheless, there is still no uniform definition for PJI and existing definitions are based on a varied level of evidence. In addition, the usefulness of some of the methods used to prevent PJIs, such as screening for preoperative bacteriuria, has been questioned. On the other hand, there is a continuing search to identify new methods to prevent PJIs.

PJIs can be classified based on their timing with respect to previous surgery into early, delayed and late infections. Most of the late infections are hematogenous in origin, even though hematogenous PJIs can occur any time after surgery. Previous studies have shown that approximately one third of patients with <i>Staphylococcus aureus</i> bacteremia and a joint replacement develop a PJI, but little is known about the risk for other pathogens. Furthermore, the risk factors for developing a PJI during bacteremia are not known.

The present study examines two different diagnostic criteria sets used to identify PJIs and potential risk factors and ways of preventing PJIs, with an added emphasis on hematogenous PJIs. Data sources to identify PJIs were microbiological results, hospital discharge records and revision surgeries done because of an infection and the hospital’s own infection records, in addition to prospectively collected infection surveillance data. Multiple data sources were used to identify PJIs as extensively as possible, especially late PJIs that are not identified by routine infection surveillance. In a one-year follow-up after primary hip or knee replacement surgery, the incidence of PJI was 0.68% (158/23 171). The incidence was lower for hip replacements than for knee replacements: 0.57% vs. 0.77%. In the longer follow-up period (up to 12 years) the incidence of PJI after primary joint replacement surgery was 1.50% and the incidence rate was 3.3 per 1000 person-years.

Of the identified 405 PJI cases that met either one or both of the diagnostic criteria sets for PJI, 73 (18%) of the patients fulfilled only the older criteria, whereas only one (0.2%) fulfilled only the new criteria. Both sets of criteria were met by 331 (82%) of the patients. The diagnosis of PJI was based only on the clinician’s opinion in 39 (53%) of the cases not meeting the new criteria set. Of the previously reported risk factors for PJI, male gender (OR 2.21, 95% CI 1.56–3.11), knee replacement (OR 1.43, 95% CI 1.01–2.04) and older age (OR 1.03, 95% CI 1.01–1.05) were associated with an increased risk for PJI in a multivariable analysis, and the effect of diabetes was also almost statistically significant (OR 1.64, 95% CI 0.99–2.73). On the other hand, preoperative bacteriuria was not associated with an increased risk for PJI in the univariate (OR 0.72, 95% CI 0.34–1.54) or multivariable analysis (OR 0.82, 95% CI 0.38–1.77). Furthermore, there was no correlation between the pathogens identified in the preoperative urine culture and those causing the PJIs, and treating the bacteriuria with effective antibiotics did not decrease the risk for developing a PJI (OR 0.62, 95% CI 0.07–5.14). Instead, the overall use of oral antibiotics preoperatively was associated with a decreased risk for developing a PJI (OR 0.40, 95% CI 0.22–0.73). In addition, the use of preoperative oral antibiotics was common, with 4106 (18%) joint replacement operations preceded by one or more courses of antibiotics.

During the follow-up of up to 12 years, 542 patients with a joint replacement (out of 14 378, 3.8%) developed at least one episode of bacteremia and 85 patients had multiple bacteremias. In total, there were 643 episodes of bacteremia. The most common pathogen causing the bacteremias was <i>Escherichia coli</i> (241/643, 37%). A PJI as a consequence of bacteremia developed in 7.2% of the bacteremias (46/643). This was most common for beta-hemolytic streptococci (21%, 12/58), <i>S.aureus </i> (20%, 21/105) and viridans group streptococci (16%, 4/25), but rare for gram- negative bacteria (1.3%, 4/314). There were no PJIs related to bacteremias caused by coagulase-negative staphylococci. Multiple bacteremias increased the risk for developing a PJI during bacteremia (OR 2.29, 95% CI 1.17–4.50) and the highest risk was for bacteremias occurring within one year from previous surgery. On the other hand, chronic diseases or other patient related factors did not influence the risk of developing a PJI as a consequence of bacteremia.

In conclusion, the different diagnostic criteria used to identify PJIs, especially in surgical site infection surveillance and research work, are not concordant with each other. The new, more objective, criteria produce notably lower number of PJIs that are identified. On the other hand, a large proportion of cases defined as infected by the treating clinician, did not meet the new criteria. There is still a lack of a gold standard to identify PJIs, especially in research and surveillance.

Based on the results of the study, preoperative urinary screening of asymptomatic patients before elective joint replacement surgery is not necessary to prevent PJIs, nor is treatment of asymptomatic preoperative bacteriuria. The lower risk of developing a PJI associated with preoperative oral antibiotic use is a novel finding and warrants further research before any definitive conclusions can be made on its significance. In addition, no modifiable patient-related risk factors could be identified to prevent the occurrence of a PJI as a consequence of bacteremia. However, the pathogen causing the bacteremia, previous history of infections and the timing of the bacteremia with respect to previous surgery should be taken into account when considering the risk for developing a PJI during bacteremia.