Количество случаев перипротезной инфекции (ППИ) крупных суставов непрерывно увеличивается параллельно росту числа первичных эндопротезирований крупных суставов и составляет в настоящее время 0,9—2,2%, а в случаях повторных (ревизионных) вмешательств достигает 5,9—13,6% [1—3]. ППИ является причиной 22—25,3% всех ревизионных вмешательств, снижая уровень качества жизни для пациентов и несет значительную финансовую нагрузку для системы здравоохранения в целом [4].
В настоящее время имеются различные подходы к диагностике ППИ крупных суставов. Используют следующие диагностические критерии в диагностике ППИ крупных суставов: Общества по инфекциям опорно-двигательного аппарата (MSIS) 2011 г., измененные и подвергнутые пересмотру Международным консенсусом по скелетно-мышечной инфекции (ICM) в 2013 г.; Американского общества инфекционных заболеваний (IDSA) 2013 г.; Международного консенсуса по скелетно-мышечной инфекции (ICM) 2018 г.; Всемирной ассоциации по борьбе с инфекцией в ортопедии и травматологии (WAIOT); Ассоциации травматологов-ортопедов России (АТОР) 2020 г. «Инфекция, ассоциированная с ортопедическими имплантатами» (на стадии рассмотрения); Европейского общества по инфекции костей и суставов (EBJIS) 2018 г., в 2021 г. опубликован измененный проект определения критериев, разработанный EBJIS и поддержанный MSIS и Европейским обществом клинической микробиологии и инфекционных заболеваний (ESCMID) [5—9].
Диагностика ППИ крупных суставов включает клинико-рентгенологические признаки, лабораторные маркеры (измерение уровня СОЭ, СРБ в крови, исследование количества лейкоцитов в синовиальной жидкости с определением процентного содержания полиморфноядерных нейтрофилов (PMN), микробиологическое и гистологическое исследования биоптатов, аспиратов и интраоперационного материала). Диагностические критерии в алгоритмах не совпадают, пороговые значения их различны, нет единого подхода в интерпретации диагностических тестов и их значимости в установлении случаев ППИ крупных суставов [10—14].
Ведется постоянный поиск новых маркеров ППИ крупных суставов с высокой прогностической ценностью, описаны новые предикторы: определение уровня альфа-дефензина, кальпротектина, интерлейкина-6, прокальцитонина, D-лактата, лактата, глюкозы, липокалина в синовиальной жидкости [15—18]. Однако выполнение этих тестов требует забора дополнительного клинического материала, больших затрат времени, использования дорогостоящего оборудования и реагентов.
Современные технологии автоматических гематологических анализаторов позволяют получать данные о флуоресценции и лазер-индуцированном светорассеянии лейкоцитов крови в режиме рутинного гематологического исследования в канале WDF гематологического анализатора. Данные о клеточной популяции (cell population data — CPD) предоставляют точные количественные данные о морфологических и функциональных характеристиках лейкоцитов (нейтрофилов, моноцитов и лимфоцитов). Детальное изучение этих клеточных параметров и их морфологических изменений в ответ на раздражители, такие как инфекции, позволяет получать ценную информацию о состоянии активации и функциональной активности клеток. Параметры CPD генерируются во время стандартного общеклинического исследования крови из первичной пробы пациентов, их получение не требуют дополнительных манипуляций. Следовательно, CPD может использоваться в качестве дополнительного маркера при меньших затратах, чем другие лабораторные тесты.
CPD лейкоцитов являются объектом поиска ранних маркеров септических состояний и бактериемии у взрослых и детей, ВИЧ-инфицированных пациентов [19—26]. Сообщается об использовании CPD в исследовании не только крови, но и других биологических жидкостей, например в исследовании (TNC-C) синовиальной жидкости для диагностики септического артрита [27].
Мы предлагаем использовать CPD в качестве прогностических маркеров ППИ крупных суставов.
Цель исследования — изучить CPD лейкоцитов в качестве диагностических маркеров ППИ крупных суставов на предоперационном этапе.
Материал и методы
Выполнено одноцентровое ретроспективное исследование, включающее результаты исследований пациентов, которым выполнены ревизионные оперативные вмешательства на тазобедренном и коленном суставах в 2022—2023 гг. в ФГБУ «ФЦТОЭ» Минздрава России (Барнаул).
Критерии исключения: наличие у пациентов аутоиммунных поражений суставов, онкологических заболеваний, острых воспалительных состояний, а также ревизионных оперативных вмешательств второго и последующих этапов лечения перипротезной инфекции. В исследование включен 241 пациент, все были прооперированы в 2022—2023 гг.; 81 пациент исключен из исследования (рис. 1). Анализу подвергнуты данные 160 пациентов: 90 мужчин (средний возраст 58,2 года) и 70 женщин (средний возраст 63,7 года). Были сформированы две группы исследования: пациенты с асептическими ревизионными оперативными вмешательствами (1-я группа, n=83, из них 57 мужчин, 26 женщин, средний возраст 64,19±10,63 года) и пациенты с ревизионными оперативными вмешательствами первого этапа лечения перипротезной инфекции (2-я группа, n=77, из них 33 мужчины, 44 женщины, средний возраст 63,57±12,62 года).
Рис. 1. Блок-схема дизайна исследования.
У пациентов 2-й группы диагностирована перипротезная инфекция суставов / инфекция области оперированного сустава. Критериями ППИ являлись: наличие свищевого хода, сообщающегося с полостью оперированного сустава, отек, гипертермия в области оперированного сустава; повышение уровня СРБ в сыворотке крови выше 10 нг/л; увеличение количества лейкоцитов в аспирате из оперированного сустава выше 2000·109/мл, увеличение процентного содержания нейтрофилов в аспирате выше 70%; обнаружение роста идентичных микроорганизмов из двух и более образцов биоматериала (аспират, тканевые биоптаты, соникационная жидкость).
У всех пациентов на предоперационном этапе анализировали данные общеклинического исследования крови, полученные на автоматическом гематологическом анализаторе XNL-550 (Sysmex, Япония) в течение 2 ч после забора материала. Проведено межгрупповое сравнение традиционных параметров гематологического исследования (количество лейкоцитов, тромбоцитов, концентрация гемоглобина, относительное количество гранулоцитов, относительное количество незрелых гранулоцитов (IG, %)) и 25 исследовательских параметров CPD канала WDF гематологического анализатора XNL-550 (Sysmex, Япония) (табл. 1).
Таблица 1. Исследовательские параметры канала WDF (CPD)
| № | Параметр | Описание параметра |
| 1. | TNC | Общее число ядросодержащих клеток: количество лейкоцитов + число ядросодержащих эритроцитов |
| 2. | WBC-C | Общее количество лейкоцитов под рассеянным прямым и боковым светом канала WDF |
| 3. | TNC-C | Общее число ядросодержащих клеток: количество лейкоцитов + число ядросодержащих эритроцитов под рассеянным прямым и боковым светом канала WDF |
| 4. | WBC-D | Уровень лейкоцитов при измерении от канала WDF |
| 5. | WBC-D | Число частиц, полученное путем вычитания из WBC-D числа ядросодержащих клеток |
| 6. | NEUT# | Число частиц, полученное путем вычитания абсолютного количества незрелых гранулоцитов из абсолютного количества нейтрофилов |
| 7. | NEUT% | Отношение числа частиц, полученное путем вычитания абсолютного количества незрелых гранулоцитов из абсолютного количества нейтрофилов, к числу лейкоцитов |
| 8. | NE-SSC | Интенсивность бокового светорассеяния области NEUT на диаграмме рассеяния WDF |
| 9. | NE-SFL | Интенсивность флуоресценции области NEUT на диаграмме рассеяния WDF |
| 10. | NE_FSC | Интенсивность фронтального светорассеяния области NEUT на диаграмме рассеяния WDF |
| 11. | NE-WX | Ширина бокового светорассеяния области NEUT на диаграмме рассеяния WDF |
| 12. | NE-WY | Ширина распределения флуоресценции области NEUT на диаграмме рассеяния WDF |
| 13. | NE-WZ | Ширина распределения фронтального светорассеяния области NEUT на диаграмме рассеяния WDF |
| 14. | LY-X | Интенсивность бокового светорассеяния области LYMPH на диаграмме рассеяния WDF |
| 15. | LY-Y | Интенсивность флуоресценции LYMPH на диаграмме рассеяния WDF |
| 16. | LY-Z | Интенсивность фронтального светорассеяния LYMPH на диаграмме рассеяния WDF |
| 17. | MO-X | Интенсивность бокового светорассеяния области MONO на диаграмме рассеяния WDF |
| 18. | MO-Y | Интенсивность флуоресценции MONO на диаграмме рассеяния WDF |
| 19. | MO-Z | Интенсивность фронтального светорассеяния MONO на диаграмме рассеяния WDF |
| 20. | LY-WX | Ширина распределения бокового светорассеяния области LYMPH на диаграмме рассеяния WDF |
| 21. | LY-WY | Ширина распределения интенсивности флуоресценции LYMPH на диаграмме рассеяния WDF |
| 22. | LY-WZ | Ширина распределения интенсивности фронтального светорассеяния LYMPH на диаграмме рассеяния WDF |
| 23. | MO-WX | Ширина распределения интенсивности бокового светорассеяния области MONO на диаграмме рассеяния WDF |
| 24. | MO-WY | Ширина распределения интенсивности флуоресценции MONO на диаграмме рассеяния WDF |
| 25. | MO-WZ | Ширина распределения интенсивности фронтального светорассеяния MONO на диаграмме рассеяния WDF |
Нормально распределенные непрерывные величины представлены в виде M±SE, где M — выборочное среднее, SE — стандартная ошибка среднего. Для величин с ненормальным распределением указаны медиана, первый и третий квартили. В случаях нормального распределения для сравнения выборок использовали t-критерий Стьюдента. Равенство выборочных дисперсий оценивали по F-критерию Фишера. В случае распределений, не соответствующих нормальному, использовали непараметрический U-критерий Манна—Уитни. Статистически значимыми различия считали при p<0,05. Качество прогностической модели оценивалось, исходя из значений площади под ROC-кривой (AUC). Также проведено сравнение прогностической значимости NEUT# и LY-W отдельно и в диагностической модели с традиционными параметрами гематологического исследования (количество лейкоцитов, тромбоцитов, концентрация гемоглобина, относительное количество гранулоцитов, относительное количество незрелых гранулоцитов (IG, %)) у пациентов с асептическими и инфекционными ревизионными вмешательствами. Накопление, обработку и графическое представление данных осуществляли с помощью компьютерных программ Statistica 12.0 (StatSoft), MedCalc и Microsoft Office Excel 2017.
Результаты
При межгрупповом сравнении традиционных параметров гематологического исследования только количество тромбоцитов показало достоверные различия в исследуемых группах, оно было ниже у пациентов с асептическими ревизионными оперативными вмешательствами: значения в 1-й и 2-й группах составили соответственно 253,0·109/л (213,5; 289,50) и 307,41·109/л (237,00; 349,00) (p=0,002). Получен оптимальный критерий для диагностики перипротезной инфекции крупных суставов: 281,07·109/л с площадью под характерологической кривой (AUC) 0,65, чувствительностью 68,8% и специфичностью 63,8%.
Количество лейкоцитов крови, относительное количество гранулоцитов, незрелых гранулоцитов, концентрация гемоглобина не показали достоверных различий в группах исследования (табл. 2).
Таблица 2. Сравнительный анализ прогностической ценности традиционных и исследовательских параметров CPD лейкоцитов у пациентов с асептическими и инфекционными ревизионными вмешательствами
| Лейкоциты, ·109/л | Гранулоциты, % | IG, % | НВ, г/л | Тромбоциты, 109/л | NEUT# | LY-WY | ДМ=0,244·NEUT#+ 0,005·LY-WY–5,307 | |
| 1-я группа: пациенты с асептическими ревизионными оперативными вмешательствами (n=83) | ||||||||
| Среднее | 6,91 | 59,30 | 0,26 | 130,06 | 260,00 | 4,10 | 896,00 | |
| SE | 0,21 | 0,92 | 0,04 | 1,74 | 8,87 | 0,15 | 9,56 | |
| Медиана | 6,64 | 59,20 | 0,20 | 130,00 | 253,00 | 3,89 | 881,00 | |
| 1-й квартиль | 5,70 | 54,10 | 0,10 | 119,50 | 213,50 | 3,15 | 837,50 | |
| 3-й квартиль | 7,84 | 64,15 | 0,30 | 143,00 | 289,50 | 4,87 | 937,50 | |
| 2-я группа: пациенты с ревизионными оперативными вмешательствами первого этапа лечения перипротезной инфекции крупных суставов (n=77) | ||||||||
| Среднее | 7,60 | 62,70 | 0,27 | 125,81 | 307,42 | 4,79 | 937,06 | |
| SE | 0,23 | 1,12 | 0,03 | 4,94 | 10,80 | 0,20 | 11,01 | |
| Медиана | 7,62 | 62,40 | 0,20 | 120,00 | 293,00 | 4,55 | 922,00 | |
| 1-й квартиль | 6,41 | 56,00 | 0,10 | 108,00 | 237,00 | 3,55 | 885,00 | |
| 3-й квартиль | 8,86 | 71,30 | 0,40 | 133,00 | 349,00 | 5,73 | 981,00 | |
| Р1—2 | 0,080 | 0,059 | 0,986 | 0,803 | 0,002 | 0,023 | 0,016 | |
| Cut-off для диагностики ППИ | 8,22 | 60,70 | 0,20 | 158,04 | 281,07 | 4,79 | 937,06 | 1,00 |
| Площадь под AUC | 0,60 | 0,60 | 0,57 | 0,53 | 65,9 | 0,62 | 0,64 | 0,659 |
| Чувствительность, % | 71,50 | 60,3 | 60,4 | 100 | 68,8 | 71,4 | 77,9 | 53,2 |
| Специфичность, % | 57,30 | 61,05 | 56,00 | 51,8 | 63,8 | 53,01 | 51,81 | 84,7 |
Из 25 исследовательских параметров CPD достоверные межгрупповые различия показали NEUT# (число частиц, полученное путем вычитания абсолютного количества незрелых гранулоцитов из абсолютного количества нейтрофилов) и LY-WY (ширина распределения интенсивности флуоресценции LYMPH на диаграмме рассеяния WDF), оцененные как предикторы перипротезной инфекции крупных суставов. У пациентов с асептическими ревизионными оперативными вмешательствами значения NEUT# и LY-WY оказались достоверно ниже в сравнении с пациентами с перипротезной инфекцией крупных суставов: соответственно 4,1±0,15 и 4,78±0,2 (p=0,023), 896±9,5 и 937,06±11,01 (p=0,016). Рассчитаны оптимальные критерии значений для диагностики ППИ: NEUT# — 4,79 (4,45—5,13) с площадью под характерологической кривой (AUC) 0,62 (0,54—0,695); LY-WY — 937,06 (918,73—955,4) с площадью под характерологической кривой (AUC) 0,648 (0,568—0,721). Параметры NEUT# и LY-WY продемонстрировали высокую чувствительность — 71,4% и 77,9% при специфичности 53,01% и 51,81% соответственно.
Для улучшения прогностической ценности маркеров было решено объединить их в диагностическую модель (ДМ) с уравнением регрессии ДМ=0,244·NEUT#+0,005·LY-WY–5,307. При объединении NEUT# и LY-WY в ДМ мы наблюдали увеличение AUC до 0,659 (0,565—0,685), а также повышение специфичности маркера для диагностики ППИ крупных суставов до 84,7% при чувствительности 53,2% (рис. 2).
Рис. 2. Площадь под характерологической кривой (AUC) для диагностической модели (ДМ) с уравнением регрессии ДМ=0,244·NEUT#+0,005·LY-WY–5,307.
Обсуждение
Прогностическая ценность ДМ с уравнением регрессии ДМ=0,244·NEUT#+0,005·LY-WY–5,307 сопоставима с прогностической ценностью количества тромбоцитов в диагностике ППИ крупных суставов, однако ДМ продемонстрировала более высокую специфичность. В литературе описана важная роль тромбоцитов в ответе на острое и хроническое воспаление. Отношение количества тромбоцитов к количеству лимфоцитов, количества тромбоцитов к среднему объему тромбоцитов, а также количество тромбоцитов и средний объем тромбоцитов упоминаются в литературе в качестве дополнительных критериев диагностики ППИ [28—33]. Проведенное нами исследование подтверждает литературные данные в части прогностической ценности количества тромбоцитов у пациентов с ППИ, однако состояния, связанные со снижением количества или функций тромбоцитов могут искажать диагностическую эффективность этого метода. Предложенная нами диагностическая модель исследовательских параметров лейкоцитов демонстрирует более высокую специфичность и имеет ресурсы для повышения аналитических характеристик. В условиях латентной инфекции суставов, при отсутствии / замедленном росте микробиологической культуры возможно использование CPD, характеризующих ответ пациента на инфекцию, это позволит оценить наличие или отсутствие инфекции сустава.
Проведенное исследование имеет ограничения: предложенная нами диагностическая модель не использовалась у пациентов с аутоиммунным поражением суставов, наличием онкологических заболеваний, а также острых воспалительных состояний. Необходимо изучение исследовательских параметров лейкоцитов у данных категорий пациентов. Кроме того, применение для диагностики CPD не стандартизировано и зависит от конкретной модели гематологического анализатора. Мы будем продолжать работу по поиску диагностических моделей исследовательских параметров лейкоцитов с более высокой прогностической ценностью.
Выводы
Полученная диагностическая модель (ДМ) с уравнением регрессии ДМ=0,244·NEUT#+0,005·LY-WY-5,307 может использоваться в качестве маркера отсутствия инфекции у пациентов с ревизионными оперативными вмешательствами, так как обладает высокой специфичностью при средней прогностической ценности.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.