人工関節感染症

人工関節感染症（PJI）は人工関節周囲感染症とも呼ばれ、人工関節の急性、亜急性または慢性の感染症です。人工関節置換術後の期間中に発生することもあれば、何年も経ってから発生することもあります。通常は関節痛、紅斑（関節または隣接領域の赤み）、関節の腫れ、およびときに瘻孔（関節腔と外部環境をつなぐ管）の形成として現れます。PJIは、股関節および膝関節置換術の約2％、股関節または膝関節の再置換術の最大4％で発生すると推定されています。他の推定では、世界中のすべての関節置換術の1.4～2.5％にPJIが合併していることが示されています。^[1]股関節置換術と膝関節置換術がより一般的になるにつれて、発生率は将来大幅に上昇すると予想されます。これは通常、表皮ブドウ球菌や黄色ブドウ球菌などの好気性グラム陽性 細菌によって引き起こされますが、腸球菌属、グラム陰性菌、およびキューティバクテリウムも原因として知られており、真菌感染がまれに原因となることもあります。確定診断は滑液（関節液）から原因菌を分離することですが、関節液の炎症の兆候や画像診断も診断に役立つ場合があります。治療は、全身抗生物質、感染組織および壊死組織のデブリードマン、および関節腔への局所抗生物質の塗布を組み合わせて行います。人工関節感染症を引き起こす細菌は通常、バイオフィルム、つまり人工関節の表面に付着する厚い粘液を形成するため、治療が困難です。

人工関節周囲感染症の最も一般的な症状は関節痛です。^[2]その他の局所症状としては、紅斑（関節の赤み）、関節の腫れ、関節の熱感、人工関節の緩みなどがあります。^[2]慢性 PJI では、関節腔と外部環境をつなぐ管である瘻孔がより一般的であり、PJI の確定診断となります。^[3] PJI では発熱がみられることもありますが、まれです。^[2]

人工関節感染症は、人工関節置換術後いつでも起こる可能性があります。早期感染症（人工関節置換術後4週間以内に起こる）は通常、黄色ブドウ球菌、連鎖球菌、または腸球菌によるものです。^[4]一方、晩期感染症（人工関節置換術後3ヶ月以降に起こる）は通常、凝固酵素陰性ブドウ球菌またはキューティバクテリウムによるものです。 [ ^4] PJIのリスクが最も高いのは、手術中に細菌が関節腔に直接接種される可能性がある術後直後です。^[4] PJIのリスクが最も高いのは、この早期の期間、つまり人工関節置換術後2年以内です。^[1] 血行性拡散、つまり血流感染からの直接接種による人工関節の感染は、人工関節置換術後いつでも起こる可能性があり、黄色ブドウ球菌菌血症ではリスクが34%にもなります。^[4] PJIのその他の原因としては、近くの皮膚や軟部組織の感染症、骨の感染症（骨髄炎）が関節に直接広がることや、呼吸器感染症、胃腸炎、尿路感染症が関節に遠位に広がることが挙げられます。^[4]歯科処置により一時的な菌血症が発生し、人工関節への接種やPJIにつながる可能性があり、最も一般的な原因菌はストレプトコッカス・ビリダンスです。 ^[4]

PJI の最も一般的な原因は、黄色ブドウ球菌や凝固酵素陰性ブドウ球菌 (表皮ブドウ球菌など) などの好気性グラム陽性菌であり、股関節および膝関節 PJI の原因の 50% 以上を占めています。^[3]急性 PJI に関しては、最も一般的な原因菌は黄色ブドウ球菌 (急性感染症の 38% を占める) で、次いで好気性グラム陰性桿菌 (急性感染症の 24% を占める) となっています。^[3] PJI の 70% は単一菌性 (原因菌が 1 つ特定されている) ですが、症例の 25% は多菌性 (原因菌が複数特定されている) です。^[2] PJI の 3% は真菌によるものです。^[2] 肩の PJI の最も一般的な原因はプロピオニバクテリウム アクネスです。 ^[3]

PJI のリスク要因には、糖尿病、免疫抑制、喫煙、肥満、慢性腎臓病、軟部組織感染症の存在、体の他の部位の感染症、または置換関節周囲の脂肪組織の増加などがあります。^[1] PJI のリスク増加につながる可能性のある外科的要因には、創傷離開(手術後の手術創の予期しない開放) と血腫(血液の集まり) の形成があります。^[1]

複数の人工関節、 MRSA PJI、関節リウマチ、または菌血症の存在は、複数のPJI（同時感染または後続感染）のリスクをもたらします。^[2]

ある研究では、関節が外部環境に開放されたままになる手術時間が90分を超えると判定されており、これもPJIのリスクを高めるとされている。^[2]

人工関節感染症は、原因となる微生物のほとんどが人工関節の表面に対してバイオフィルム、つまり厚く付着する膜を形成するため、一般的に治療が困難です。細菌は接着タンパク質を分泌し、細菌同士や関節表面に付着するのに役立ちます。^[1]次に細菌は、複雑な細胞外マトリックスであるバイオフィルムの分泌を促進する細菌シグナルとして機能する自己誘導タンパク質を分泌します。[ ^1]バイオフィルムは抗生物質の浸透性を大幅に低下させ、抗生物質の殺菌効果から細菌を保護します。^{[2] [1]}バイオフィルムが完全に成熟するまでには通常 4 週間かかります。^[4] 顆粒球はバイオフィルムに遭遇すると貪食活性が低下し、細菌が生き残ることも可能になります。^[2]

PJIの存在は、提案されている主要な診断基準の1つが満たされたときに確認されます。^[4]

• 関節と皮膚をつなぐ洞管
• 義肢周囲の化膿
• 関節液分析で白血球数が1μLあたり2000個以上、または顆粒球が70%以上
• 関節液分析で10視野あたり23個を超える顆粒球の存在（急性炎症を示唆）
• 人工関節周囲の組織から採取した少なくとも 2 つの組織生検（または、特定された微生物が非常に毒性が強い場合は 1 つの組織生検）における関節液の培養で微生物の増殖が認められるか、または人工関節の 超音波処理液からの培養で 1 mLあたり 50コロニー形成単位を超える。
  • 超音波処理とは、人工関節を体から取り出し、液体培地に入れて超音波を照射し、人工関節に付着している微生物を除去する処理を指します。得られた液体、つまり超音波処理物はその後培養されます。^[4]
  • 超音波検査はPJIの診断において関節液培養に対する優れた感度を有する^[4]

関節液や超音波検査液のポリメラーゼ連鎖反応検査は診断に役立つ可能性がある。^[4]

手術中の皮膚スワブ、副鼻腔スワブ、人工関節表面のスワブは、汚染のリスクが高く、診断率が低い（培養される病原体ではなく汚染のリスクを含む）ため推奨されません。^{[4] [2]}

血液培養はPJIの約25％の症例で陽性であり、特に急性PJIでは陽性であるが、血液培養から分離された微生物は関節液から分離された微生物と必ずしも相関するわけではないため、血液培養はPJIの診断に役立たない。^[2]

全血球数における白血球数の上昇、炎症マーカー（赤血球沈降速度およびC反応性タンパク質）の上昇、またはプロカルシトニンなどの感染を特定しようとする通常の血液検査は、PJIの診断において感度も特異度も高くありません。^[4]

単純X線検査はPJIの診断に対する感度と特異度は低いが、人工関節周囲の放射線透過線、骨の破壊、人工関節の緩みや移動が明らかになることがある。^{[2] [4]} 白血球シンチグラフィーやPETスキャンなどの機能画像検査は、感染と一致する代謝亢進領域を特定し、診断を助ける可能性がある。^[4]

磁気共鳴画像法は軟部組織感染症に特化しており、金属アーチファクト低減シーケンス（MARS）MRIはPJIの診断に非常に有用である。^[4]

外科的デブリードマンを行わない抗生物質治療のみでは、通常は治療失敗に終わる。^[2]急性感染症（バイオフィルムが未熟であると考えられる場合）は通常、DAIR法、すなわちデブリードマン、全身および局所抗生物質、およびインプラント保持（インプラントは除去しない）を用いて治療される。^{[4] [2]}しかし、インプラントの可動性があり簡単に交換できる部品は、DAIR法で交換されることが多い。^[4]洞管がある場合、人工器官が緩んでいる場合、または手術創が閉じられない場合は、DAIRは禁忌である。^[2] DAIRの微生物治癒率は、初期、亜急性、および後期感染症でそれぞれ74％、49％、44％である。^[2]

関節内に埋め込まれる抗生物質を含んだポリメチルメタクリレート（PMMA）は有用であるが、これらの非吸収性ビーズ自体がバイオフィルムを伴う細菌によって定着する可能性があるため、生体吸収性の局所抗生物質キャリア（硫酸カルシウムビーズ、吸収性ゲンタマイシンスポンジ）が好まれる。^[4]

慢性 PJI は、1 段階の再手術 (同じ手術手順で人工関節を新しいものに交換)、または 2 段階の再手術 (感染した関節を除去して抗生物質スペーサーを配置し、その後に 2 回目の手術で新しい人工関節を配置) で治療できます。^[4] 2 段階の再手術は、罹患率の増加、入院期間の延長、固定時間の延長、機能的転帰の悪化、およびコストの上昇を伴います。^[4]したがって、骨と軟部組織が損傷していないかほとんど損傷しておらず、関節置換術の再手術歴がない場合は、1 段階の交換が治療の選択肢となります。^[4]股関節 PJI の場合、両方の種類の手術は同等に効果的ですが、1 段階の手術の方が回復が早くなります。^{[5] [6] [7]}

陰圧創傷療法は、使用されるスポンジ自体がバイオフィルムや環境からの新しい微生物（多剤耐性菌を含む）によってコロニー化されることが多いため、推奨されません。^[4]

PJI では長期間の抗生物質療法が必要であり、通常は 6～12 週間の抗生物質療法が必要です。^{[2] [4]}最初は静脈内抗生物質を使用し、その後経口抗生物質に移行します。全身抗生物質を開始する前に細菌負荷を減らすために外科的デブリードマンを行う戦略が採用されることもあります。^[4]一般的な治療法では、14 日後に経口抗生物質に切り替えます。^[4] MRSA の場合、静脈内アンピシリン-スルバクタムまたはアモキシシリンとクラブラン酸にバンコマイシンを加えたものが、一般的に採用されている経験的抗生物質治療戦略です。^[4]

手術が失敗したり、最適な抗生物質療法にもかかわらずPJIが持続する場合は、偽関節を伴う股関節切除関節形成術（大腿骨頭切除術）が行われることがあります。^{[2]また、膝のPJIの治療が失敗した場合は、}関節固定術（膝関節の人工的な骨化誘導）が行われます。^[2]これらは、重大な障害があるため、最後の治療法と考えられています。^[2]

抗生物質予防、つまり予防措置として周術期（通常は人工関節置換術の開始60分前未満）に少量の抗生物質を投与すること（通常は第二世代セファロスポリンを使用）は、急性PJIのリスクを軽減すると考えられています。^{[2] [1]}

手術前にMRSA保菌者のスクリーニングと除菌、クロルヘキシジンワイプまたは石鹸と水による皮膚洗浄を行うことで、PJIのリスクを低下させることができる可能性がある。 ^[2]

アメリカ歯科医師会によると、人工関節インプラントを装着した患者の場合、通常の歯科処置の前に予防的に抗生物質を投与することは、PJIの予防には一般的に推奨されません。しかし、歯科医や他の医師が患者のリスクが高いと判断した特定の状況では、抗生物質による予防が必要になる場合があります。^[8]

股関節 PJI 後の 5 年死亡率は 21% で、年齢調整対照群の 4 倍です。^[2]また、股関節 PJI 後の 10 年死亡率は 45% で、感染していない股関節置換術を受けた人では 29% でした。^[2] PJI を受けた人の 25% は、PJI 治療後 1 年以内に予定外の再手術を受けています。^[2]膝と股関節 PJI を受けた人の入院期間は、感染していない膝と股関節置換術を受けた対照群と比較して長く、膝では 5.3 日、股関節では 3.3 日です。^[2]

PJI は膝関節置換術の失敗原因として最も多く、股関節置換術の失敗原因としては 3 番目に多い。^[1] 2017 年現在、股関節置換術の 2.1%、膝関節置換術の 2.3% で PJI が発生する。^[2] PJI の発生率は過去 20 年間で 3 倍以上に増加しており、今後さらに増加すると予想されている。この増加は、現在行われている股関節および膝関節形成術の件数が大幅に増加したことによるものと考えられている。^[2]