Prosthetic Joint Infection After Hip or Knee Arthroplasty : Treatment trends and outcomes

Abstract

Tekonivelinfektio on pelätty komplikaatio tekonivelleikkauksen jälkeen. Tekonivelinfektioita hoidetaan uusintaleikkauksella, jossa infektoitunut kudos poistetaan sekä proteesiosat poistetaan tai vaihdetaan joko osittain tai kokonaan. Tekonivelinfektiot johtavat usein toistuviin uusintaleikkauksiin, heikkoon toiminnalliseen lopputulokseen ja alentuneeseen elämänlaatuun, sekä lisääntyneeseen sairastavuuteen ja kuolleisuuteen.

Tämän tutkimuksen päätarkoituksena oli tarkastella tekonivelinfektioiden epidemiologiaa ja hoidon ajallisia trendejä, verrata erilaisia hoitomenetelmiä sekä selvittää, kuinka tekonivelinfektioiden uusintaleikkauksien jälkeisiä tuloksia voidaan ennustaa. Tutkimuksen materiaali kerättiin retrospektiivisesti Tekonivelsairaala Coxassa 1. tammikuuta 2008 ja 12. syyskuuta 2021 välisenä aikana potilaskertomuksista. Potilaat tunnistettiin ICD-10 (kansainvälisen tautiluokituksen 10. versio) koodilla T84.5 (sisäisestä nivelproteesista [endoproteesista] aiheutunut infektio tai tulehdusreaktio). Diagnoosit vahvistettiin vuoden 2013 kansainvälisen konsensuskokouksen diagnostisilla kriteereillä. Infektiot kategorisoitiin varhaisiin, akuutteihin hematogeenisiin sekä kroonisiin infektioihin.

Tutkimuksissa I ja III käytettiin kuvailevia tilastollisia menetelmiä tekonivelinfektioiden epidemiologian sekä hoidossa esiintyneiden trendien tutkimiseen. Tutkimuksissa II ja IV käytettiin Kaplan-Meier-menetelmää ja kumulatiivisia ilmaantuvuusfunktioita elinaika-analyyseihin. Lisäksi Coxin regressiota sekä Fine-Gray-regressiota hyödynnettiin tutkimuksien II ja IV regressioanalyyseissä. Tutkimuksen V tilastollisissa analyyseissä käytettiin logistista regressiota sekä päätöskäyräanalyysiä. Tutkimuksissa I–IV noudatettiin STROBE- ohjeistusta (STrengthening the Reporting of OBservational studies in Epidemiology) raportoinnissa, ja tutkimuksessa V noudatettiin tulosten raportoinnissa TRIPOD (Transparent Reporting of a multivariable prediction model for Individual Prognosis Or Diagnosis) ohjeistusta.

Varhaisten lonkkatekonivelinfektioiden ilmaantuvuus kasvoi 0,11 infektiosta 100 lonkkatekonivelen ensileikkausta kohden vuonna 2008 1,09 infektioon vuonna 2021. Polven tekonivelinfektioiden ilmaantuvuuksissa ei havaittu selkeitä trendejä, mutta sen sijaan, vuosittainen vaihtelu ilmaantuvuudessa oli suurta. Lonkkatekonivelinfektiopotilailla havaittiin sairaustaakan lisääntymistä, mutta polven tekonivelinfektion saaneilla potilailla samanlaista ilmiötä ei ollut nähtävissä.

Yksivaiheisten proteesinvaihtoleikkausten ilmaantuvuus kasvoi eniten, nousten 0,10:stä vuonna 2010 0,91:een vuonna 2021. Sama ilmiö yksivaiheisen proteesinvaihtoleikkausten lisääntyneessä käytössä havaittiin myös polven tekonivelinfektioiden hoidossa, sillä vuosina 2008–2009 12,1 % proteesinvaihtoleikkauksista oli yksivaiheisia, mutta vuosina 2020–2021 osuus oli 43,8 %. Lisäksi kaksivaiheisten proteesinvaihtoleikkausten osuus polven tekonivelinfektioiden hoidossa väheni merkittävästi: vuosina 2008–2009 57,6 % leikkauksista oli kaksivaiheisia, kun taas vuosina 2020–2021 osuus oli 6,3 %.

Vuoden seurannan jälkeen, 26,6 % (luottamusväli [LV] 22,2–31,2 %) lonkkatekonivelinfektion saaneista potilaista oli joutunut toiseen uusintaleikkaukseen ja 7,9 % (LV 5,2–10,9 %) oli kuollut. Toisen uusintaleikkauksen riski oli suurin puhdistusleikkauksen jälkeen (36,6 %, LV 28,5–44,7 %) ja pienin yksivaiheisen proteesinvaihtoleikkauksen jälkeen (20,2%, LV 13,4–28 %) yhden vuoden seurannassa. Varhaisten lonkkatekonivelinfektioiden hoidossa yksivaiheisen proteesinvaihtoleikkauksen jälkeen uuden uusintaleikkauksen riski oli pienempi (vaarasuhde 0,51, LV 0,31–0,84) ilman lisättyä kuolemanriskiä (vaarasuhde 1,05, LV 0,5–2,2) verrattuna puhdistusleikkaukseen. Tulokset polven tekonivelinfektion jälkeen olivat paremmat kuin lonkan: vuoden seurannan jälkeen 22,8% (LV 18,6– 27,3%) potilaista oli joutunut toiseen uusintaleikkaukseen ja 3,6% (LV 2,0–5,9%) oli menehtynyt. Jokaisen polvi-infektiotyypin kohdalla yksivaiheisen proteesinvaihtoleikkauksen tulokset vuoden seurannan jälkeen olivat parempia kuin kaksivaiheisen proteesinvaihtoleikkauksen. Polvi-infektioiden kohdalla puhdistusleikkauksien tulokset olivat erinomaisia ja etenkin varhaisten infektioiden hoidossa epäonnistumisen riski oli pienin vuoden seurannassa (26,1%, LV 15%–35,8%).

Tutkimuksessa V analysoitiin ja validointiin KLIC-ennustepisteytys varhaisten tekonivelinfektioiden vuoksi suoritetuille puhdistusleikkauksille sekä yksivaiheisille proteesinvaihtoleikkauksille. KLIC-pistemäärän lisääntymisellä oli kohtalainen ennustearvo varhaisen epäonnistumisen suhteen puhdistusleikkauksen jälkeen (vetosuhde 1,45, LV 1,13–1,90), mutta yksivaiheisen proteesinvaihtoleikkauksen suhteen pisteytys oli vain heikosti ennustava epäonnistumisen suhteen (vetosuhde 1,20, LV 0,93–1,56). Puhdistusleikkauksen AUC 60 päivän jälkeen oli 0,63 (LV 0,55–0,72) ja yksivaiheen proteesinvaihtoleikkauksen 0,56 (LV 0,46–0,66), osoittaen heikkoa erottelukykyä varhaisen epäonnistumisen ennustamisessa. Lisäksi myös päätöskäyräanalyysi osoitti, ettei KLIC-ennustepisteytys tarjoa huomattavaa hyötyä kliinisen työn päätöksentekoon.

Yhteenvetona voidaan todeta tämän tutkimuksen osoittaneen, että varhaisten tekonivelinfektioiden ilmaantuvuus ei ole vähentynyt, vaan päinvastoin, ilmaantuvuus on jopa kasvanut edellisen vuosikymmenen aikana. Lisäksi tutkimus osoitti, että yksivaiheinen proteesinvaihtoleikkaus on varteenotettava vaihtoehto sekä varhaisten lonkkatekonivelinfektioiden että kroonisten polvitekonivelinfektioiden hoidossa. Koska tekonivelinfektioiden absoluuttisen määrän odotetaan kasvavan entisestään tulevaisuudessa, tuloksiamme tulisi käyttää tulevien hoitomenetelmien suunnittelussa. Lisäksi tutkimus osoitti, että tekonivelinfektion hoidon onnistumisen ennustaminen on vaikeaa, eivätkä nykyiset ennustemallit ole päteviä kliiniseen käyttöön.

Lopuksi, koska tekonivelinfektioiden määrä tulee kasvamaan tulevaisuudessa, mutta kirjallisuus on ristiriitaista sekä rajallista, tarvitsemme tulevaisuudessa lisää korkealaatuisia tutkimuksia tästä aiheesta. Tulevaisuudessa tulisi keskittyä korkealaatuisiin prospektiivisiin tutkimuksiin, joissa vertaillaan isossa aineistossa ja satunnaistetussa tutkimusasetelmassa eri hoitotapoja tekonivelinfektioiden hoidossa. Erityisesti varhaisten tekonivelinfektioiden hoitolinjoista tarvitaan lisää laadukasta tutkimusta.

Prosthetic joint infection (PJI) is a feared complication after joint replacement surgery. The incidence of PJI has been reported to range between 1% and 2%. Prosthetic joint infections are treated with revision surgery, where the infectious tissues are debrided, and prosthetic components are removed or exchanged either partly or totally. In general, PJIs are associated with multiple surgeries, inferior patient-reported outcomes, as well as increased comorbidity and mortality.

The aims of this dissertation were to examine the epidemiology of PJI and trends in the treatment of patients who have the infection, to compare different treatment strategies, and to examine how outcomes after revision surgery due to early PJI can be better predicted.

The data of this study were collected retrospectively from electronic patient records at the Coxa Hospital for Joint Replacement for the period January 1, 2008, to September 12, 2021. Patients were identified by searching the ICD-10 (International Classification of Diseases 10th revision) code T84.5 (Infection and inflammatory reaction due to internal joint prosthesis). Thereafter, the 2013 International Consensus Meeting diagnostic criteria were applied to confirm the diagnosis of PJI. Infections were further classified as early, acute hematogenous, and chronic.

In studies I and III, descriptive statistics were used to examine the temporal trends and epidemiology of PJI. In studies II and IV, the Kaplan-Meier method and cumulative incidence functions were used for the survival analyses. In addition, Cox proportional hazards regression and Fine-Gray regression were used for regression analyses in studies II and IV. To examine the prediction of failure after early PJI, logistic regression and decision-curve analysis were used for the statistical analyses in study V. In studies I to IV, STROBE (STrengthening the Reporting of OBservational studies in Epidemiology) guidelines were followed for the reporting of the results. In study V, the Transparent Reporting of a multivariable prediction model for Individual Prognosis Or Diagnosis (TRIPOD) guidelines were followed in the reporting of the results.

The incidence of early PJIs of the hip increased from 0.11 per 100 primary THAs in 2008 to 1.09 in 2021. Among PJIs of the knee, no clear trends were observed, but the yearly changes in incidences were large. Among patients with PJI of the hip, the comorbidity burden increased during the study period. However, among patients with PJI of the knee, no change in the comorbidity burden was found.

The use of one-stage revisions increased remarkably during the study period. The incidence of one-stage revisions increased from 0.10 per 100 primary total hip arthroplasties (THAs) in 2010 to 0.91 per 100 primary THAs in 2021. A similar trend of increased use of one-stage revision was also observed among knee PJIs, as 12.1% of the revisions in 2008–2009 were one-stage, whereas the proportion had risen to 43.8% in 2020–2021. In contrast, the use of two-stage revisions for knee PJIs decreased remarkably from 57.6% in 2008–2009 to 6.3% in in 2020–2021.

At 1-year follow-up, 26.6% (confidence interval [CI], 22.2%–31.2%) of hip PJI patients had undergone a reoperation and 7.9% (CI, 5.2%–10.9%) had died. The lowest risk for reoperation was after one-stage revision (20.2%, CI, 13.4%–28%), and highest if debridement, antibiotics, and implant retention (DAIR) was performed (36.6%, CI, 28.5%–44.7%). Among early hip infections, one-stage revision was associated with a lower risk for reoperation (hazard ratio [HR] 0.51, CI, 0.31–0.84) with no added mortality risk (HR 1.05, CI, 0.5–2.2) when compared to DAIR. The results after knee PJI were better. After 1-year follow-up, 22.8% (CI, 18.6%–27.3%) of patients had to be reoperated and 3.6% (CI, 2.0%–5.9%) died. Furthermore, after 1-year follow-up the failure rates favored one-stage revision over two-stage revision for all knee infection types. In addition, the results after DAIR were good; for early infections, the risk of failure within the 1-year follow-up was the lowest when DAIR was performed (26.1%, CI 15%–35.8%).

In study V, DAIRs and one-stage revisions were analyzed, and a preoperative prediction score, the KLIC-score, was externally validated. After DAIR, the KLIC- score had a moderate predictive ability (odds ratio [OR] 1.45 per one-unit increase, CI, 1.13–1.90) for early failure, but after one-stage revision the predictive ability was inferior (OR 1.20, CI, 0.93–1.56). After 60 days, the discriminative ability of the KLIC-score was poor both after DAIR (area under curve [AUC] 0.63, CI, 0.55–0.72) and one-stage revision (AUC 0.56, CI, 0.46–0.66). Results from the decision-curve analyses were similar, and the KLIC-score offered no remarkable net benefit to clinical decision-making.

In conclusion, the findings of this dissertation reveal that the incidence of early PJIs has not decreased, but rather it has even increased during the previous decade. In addition, this study has also shown that one-stage revision is a viable treatment option for both early hip PJIs and chronic knee PJIs. As the number of PJIs will likely increase in future, the findings of this dissertation should be used during discussions on future treatment strategies. The results of this dissertation also show that the prediction of failure after PJI treatment is difficult, and that current prediction models are not valid for clinical use.

Finally, as the number of PJIs will increase in future, but the literature on PJIs remains divergent and limited, further high-quality studies on this important topic are warranted. Therefore, future research should focus on large, high-quality, prospective trials that compare different treatment approaches for PJIs, especially for cases of early PJIs.