Borens, O.

Trampuz, A.

Serveur académique lausannois

universimed.comI 32Orthopädie & Rheumatologie 3 I 2010Implantate und Infektionen –  eine Herausforderung in der Orthopädie und TraumatologieMit der zunehmenden Anwendung von Implantaten in der Orthopädie und Unfallchirurgie sind wir auch vermehrt mit Biofilmen konfrontiert. Zu den häufigsten Implantaten ge- hören Gelenksprothesen (Hemi- oder Totalendoprothesen), aber auch Plat-ten nach Osteotomien, Platten und Nägel nach Frakturversorgungen (Osteo-synthesen) können sich infizieren. Der Erfolg der Therapie von Implantatin- fektionen ist abhängig von der präzisen mikrobiologischen Diagnose. Weil Mikro-organismen auf Fremdkörpern Biofilme bilden, sind sie oft schwer in umgebendem Gewebe nachzuweisen. Insbesondere in der orthopädischen Chirurgie, wo Schmer-zen nach Prothesenversorgung häufig sind, ist die rein klinische Abgrenzung zwischen normalen postoperativen Beschwerden und einer septischen Komplikation schwierig. Die korrekte Diagnose ist aber für den wei-teren postoperativen Verlauf beim Pati-enten extrem wichtig, da die richtige ini-tiale Behandlung über Erfolg oder Miss-erfolg einer kombinierten antibiotisch- chirurgischen Behandlung entscheidet.Rolle des BiofilmsBakterien können sich in zwei Lebens-formen befinden: •   Planktonische (frei lebende) Form, in welcher sie metabolisch aktiv sind und sich rasch teilen,•   Biofilm (sessile Form), in welcher die Bakterien metabolisch weniger aktiv sind und sich in der stationären Wachstums-phase befinden.Biofilme bestehen aus einer amorphen Matrix aus polymerisiertem Exopoly- saccharid, in welcher Mikroorganismen eingebettet sind. In der ersten Stufe bin-den sich Bakterien auf das Implantat und vermehren sich, bis eine mehrschichtige Struktur entsteht (Abb. 1). In einem zwei-ten Schritt entwickelt sich eine stabile Zellmatrix, in der die Bakterien geschützt persistieren können. Der reife Biofilm setzt sich zu 25–30% aus Bakterien und zu 70–75% aus Matrix zusammen. Über Wochen bis Jahre entwickeln sich komplexe dreidimensionale Strukturen mit Was-serkanälen (primitiver Zirkulations- mechanismus) und ein System der Kommunikation durch verschiedene Botenstoffe (Quorum-sensing-Mole-küle). Einzelne Mikroorganismen lö-sen sich aus dem Biofilm und wandeln sich in die planktonische Lebensform um. Pathogenese von ProtheseninfektionenDie Infektion eines Implantats kann auf drei unterschiedlichen Wegen erfolgen: 1.  Intraoperativ durch direkte Besiedlung (Kolonisation) des Fremdmaterials durch die chirurgische Wunde oder über den Luftweg. Die Gegenwart von Fremdmaterial (Metall, Polyethylen) er-höht die Pathogenizität von Bakterien und bereits sehr geringe Keimmengen können eine Infektion verursachen. Bei-spielsweise genügen 100 Kolonien von Staphylococcus aureus für eine Infek- tion.5, 7 Diese Infekte manifestieren sich typischerweise in den ersten 2 Jahren postoperativ. Sie werden in frühe (0 bis Neue diagnostische Möglichkeiten bei ProtheseninfektionenEin Biofilm wird von Bakterien gebildet, die sich in einer amorphen Matrix eingebettet befinden und chro-nisch persistierende Infektionen von Prothesen verursachen. Die häufigsten Erreger sind Staphylokokken, Streptokokken, Enterokokken, gramnegative Stäbchen und Anaerobier. Die Sonikation von entfernten Implantatanteilen kann die Sensitivität und Spezifität von Biofilminfektionen verbessern. Durch zunehmen-des Wissen in der Pathogenese und Verfügbarkeit von neuen diagnostischen Tests haben sich die Erfolgs-quoten bei Protheseninfektionen deutlich verbessert. In diesem Beitrag werden die konventionellen und neuen diagnostischen Möglichkeiten diskutiert.O. Borens, Lausanne A. Trampuz, Lausanneuniversimed.com 33 I|   referat3 Monate) und verzögerte (3 bis 24 Mo-nate) Infekte eingeteilt, was wichtig für die Wahl der Therapie ist. 2.  Durch hämatogene oder lymphogene Streuung des Erregers ausgehend von einem anderen Infektionsherd wie zum Beispiel den Weichteilen (S. aureus), den Atemwegen (Streptococcus pneu-moniae), dem Darm (Salmonella spp.) oder den Harnwegen (Escherichia coli). Das Risiko für einen hämatogenen In-fekt ist lebenslang vorhanden, jedoch im ersten Jahr nach der Implantation am grössten. Bei Hüft- und Kniepro-thesen beträgt die Infektionsinzidenz 5,9 pro 1.000 Implantatjahre in den ersten zwei postoperativen Jahren und 2,3 pro 1.000 Implantatjahre in den fol-genden 8 Jahren.43.  Durch direkten Kontakt (per continui-tatem) oder Ausbreitung von einer be-nachbarten infizierten Stelle (z.B. Osteo-myelitis, Weichteilinfektion). Auch diese Infekte können zu jeder Zeit entstehen. Einteilung von ProtheseninfektionenTabelle 1 zeigt die Einteilung der Infekte mit den typischen Mikroorganismen von Protheseninfektionen. Koagulase-negative Staphylokokken (30–43%), Staphylo- coccus aureus (12–23%), Streptokokken (9–10%), gramnegative Stäbchen (3–6%), Enterokokken (3–7%), Anaerobier (2–4%) oder Mischflora (10–11%) sind die am häufigsten vorkommenden Erreger.3, 6 Die meisten Infektionen entstehen intraopera-tiv. Hierfür spricht die Effizienz präven-tiver Massnahmen wie die perioperative Anti biotikaprophylaxe sowie technischer Hygienemassnahmen wie die hocheffizi-ente Raumluftpartikelfilterung, von der gezeigt werden konnte, dass sie zu einer si-gnifikanten Reduktion von intraoperativ erworbenen Infektionen führt. Diagnostik von  ProtheseninfektionenKonventionelle DiagnostikDie Diagnose eines akuten postoperativen Infekts oder eines hämatogenen Infekts ist oft einfach, weil die klinischen Zei- chen wegweisend sind. Die Diagnose ei-ner verzögerten (low-grade) Infektion ist aber oft schwierig und eine gute Zusam-menarbeit von Orthopäden, Mikrobiolo-gen und Infektiologen ist für das Manage-ment entscheidend. Zusammengefasst die wichtigsten diagnostischen Mittel bei ei-ner „Low-grade“-Infektion: Laborparameter: Kein inflammatorischer Paramater wie Leukozyten, Leukozyten-differenzierung, C-reaktives Protein (CRP) oder Prokalzitonin (PCT) kann einen Pro-theseninfekt bestätigen oder ausschlie ssen. Die Blutsenkung wird in Europa nur mehr selten gemacht und kann wegen der feh-lenden Sensitivität nicht empfohlen wer-den. CRP und PCT sind in der Regel post-operativ erhöht und normalisieren sich in den folgenden Tagen. Insbesondere die Dynamik der inflammatorischen Marker ist von diagnostischer Bedeutung. Zum Beispiel ist eine Erhöhung der Werte nach primärem Abfall postoperativ prädiktiv für eine postoperative Infektion. Die Rolle von PCT wurde in einer kürzlich publizierten orthopädischen Studie studiert. Es konnte keine Verbesserung gegenüber dem weni-ger teuren CRP bei lokalisierten Infekten gezeigt werden. Gelenkspunktion: Die Gelenkspunktion ist ein wichtiges diagnostisches Mittel, um eine Protheseninfektion zu diagnostizie-ren. Für die Ermittlung der Zellzahl und die Differenzierung muss das Punktat in ein Röhrchen mit Antikoagulationsmittel gegeben werden (z.B. EDTA), das für die Mikrobiologie (Gramfärbung und Kultur) nativ geschickt wird. Bei einer Zellzahl von >1.700 Leukozyten/µl (Knieprothese) bzw. >4.200 Leukozyten/µl (Hüftprothese) und/oder einem neutrophilen Granulo-zytenanteil von >65% (Knieprothese) bzw. >80% (Hüftprothese) ist eine Prothesen-infektion sehr wahrscheinlich.8Intraoperative Diagnostik: Die makrosko-pische Beurteilung durch den Orthopäden ist ein wichtiges Diagnosekriterium: Ist die Prothese mit Eiter bedeckt und oder gelockert, ist dies ein starkes Kriterium für eine Infektion. Mindestens 3 Gewebebi-opsien sollten aus makroskopisch auf-fälligen Bezirken entnommen werden. Sie Abb. 1: Biofilm auf Prothesenoberfläche. Frei lebende (planktonische) Bakterien werden von Anti-biotika und dem Immunsystem abgetötet, während adhärente Bakterien im Biofilm in der extrazellu-lären Matrix geschützt überleben KlassifikationBeginn der symptome nach ImplantationPathogenese Typische ErregerFrühinfektion <3 Monate Intraoperativ oder früh postoperativ erworbenVirulente Mikroorganismen wie Staphylococcus aureus oder gramnegative ErregerVerzögerte (low-grade) Infektion 3–24 Monate Intraoperativ erworbenWenig virulente Mikroorga-nismen wie Koagulase-nega-tive Staphylokokken oder Propionibacterium acnesSpätinfektion >24 Monate Vor allem hämatogene InfektionenTypisch durch virulente Mikroorganismen wie  S. aureus, Streptokokken oder gramnegative Erreger (Hautinfekt, Pneumonie, Harnwegsinfektionen)Tab.: Klassifikation von Protheseninfektionenuniversimed.comI 34Orthopädie & Rheumatologie 3 I 2010werden nativ (ohne Zusatz) möglichst schnell in ein mikro-biologisches Labor zur Kultur gebracht. Um auch langsam wachsende Bakterien wie An-aerobier oder spezielle Bakte-rienformen (z.B. sogenannte „Small-colony variants“-Bakte-rien) zu erfassen, wird eine Be-brütungszeit von 10–14 Tagen empfohlen.2 Bei kulturnega-tiven Infektionen bestätigt uns eine akute Entzündung histo-pathologisch (definiert als mehr als 5 neutrophile Gra nulozyten pro „High power“-Gesichts-feld) die Protheseninfektion. Neue diagnostische TestsSonikation von explantierten Prothesen: Durch Sonikation (Ultraschall) können Mikroorganismen von der Oberfläche des infizierten Implantats entfernt werden (Abb. 2). Vor der Sonikation wird Flüssig-keit eingefügt, damit die Ultraschallwellen die ganze Implantatoberfläche erfassen. Die nach der Sonikation entstandene Flüs-sigkeit (das Sonikat) wird für Kulturen an-gesetzt und kann für andere Methoden (zum Beispiel PCR) verwendet werden. Somit ist im Fall einer Entfernung des Im-plantats (oder dessen mobiler Teile) eine Diagnostik am Ort der Infektion möglich. Mittels der Sonikation können bis 10.000-mal mehr Bakterien als mit Gewebepro-ben nachgewiesen werden (79% vs. 61%, p<0,001, Spezifität von 99%).3 Damit können Mischinfektionen und unter-schiedliche Bakterien-Morpho-typen besser nachgewiesen wer-den. Die Sensitivität ist ins- besondere bei Patienten mit vorangegangener Antibiotika-therapie verbessert, weil die im Biofilm geschützten Bakterien besser überleben. Auch Teile der Prothese (z.B. mobile Teile aus Polyethylen oder einzelne Schrauben) können mit dieser Methode analysiert werden. Das Implantat wird aseptisch im Operationssaal aus dem Körper entfernt und im sterilen Behälter ins Mikrobiologiela-bor transportiert. Nach Zusatz von Ringerlösung wird das Im-plantat kräftig geschüttelt und für 1 Minute dem Ultraschall ausgesetzt (40 kHz, 0,1–0,2 W/cm2). Die entstehende Flüssigkeit (Sonikat) wird mi-krobiologisch verarbeitet und die Bakteri-enmenge quantitativ angegeben (Anzahl von koloniebildenden Einheiten pro ml Sonikationsflüssigkeit). Molekulardiagnostik: Von den moleku-laren Methoden wie der Polymerase-Ket-ten-Reaktion (PCR) erhofft man sich eine verbesserte Diagnostik bei Prothesenin-fekten, insbesondere bei Patienten, welche vor der Probenentnahme eine Antibioti-katherapie erhalten haben. Die bisherigen Studien haben die PCR vor allem in der Gelenksflüssigkeit und im Gewebe unter-sucht. Die nicht überzeugenden Daten waren einerseits bedingt durch die nied-rigere Sensitivität und Spezifizität bei durchgeführter Breitspektrum- (eubakte-rieller) PCR (16S rDNA) und andererseits konnte durch eine spezifische PCR jeweils nur ein Erreger nachgewiesen werden. Bei unbekanntem Er-reger oder Mischinfektionen war diese Diagnostik nicht zu empfehlen. In einer kürzlich durchgeführten Studie konnte erstmals gezeigt werden, dass mittels einer Multiplex-PCR aus der Sonikationsflüssigkeit eine verbesserte Sensitivität im Vergleich zur Sonikationskul-tur erreicht werden kann (62% vs. 78%, p<0,01).1 Vor allem bei Patienten, die bereits eine Antibiotikatherapie erhalten hatten, konnte die Sensitivität von 42% auf 100% gesteigert werden. Die nicht erkannten Erreger waren Propioni-bacterium acnes und Corynebacterium species, welche im Kit der Multiplex-PCR nicht enthalten sind. Mit einer modifi-zierten Multiplex-PCR könnte die Dia-gnostik somit deutlich verbessert werden. AusblickDurch die aktive Forschung in der Pro-theseninfektiologie sind in den letzten Jah-ren viele neue Aspekte in die Prophylaxe, Diagnostik und Therapie eingegangen. Auch in der Diagnostik werden zurzeit interessante neue Methoden getestet. Zum einen mit der Mikrokalorimetrie,9, 10 welche mittels Hitzemessung (in Joule)kleinste Mengen (1 bis 10 Kolonien) an replizierenden Bakterien detektieren kann (Abb. 3). Falls es bei der Untersuchung von Flüssigkeit im Mikrokalorimeter zu einer exogenen Hitzebildung kommt, muss es sich um einen Infekt handeln, da nur Bakte-rien oder Pilze in dieser ausser-halb des Körpers Hitze produ-zieren können.10 Die „Matrix-Assisted Laser Desorption/ Ionization Time-of-Flight Mass Spectrometry“(MALDI-TOF MS)-Analyse könnte zudem eine erfolgversprechende Me-thode für eine rasche Identi-fizierung von wachsenden Kei-men sein. Dank dieser 2 neuen Methoden unter Zuhilfenahme der Sonikation konnte in ver-schiedenen internen Versuchen die Zeit bis zur Diagnose des infizierenden Keims auf 2 Stun-den verkürzt werden.10Abb 2: Vergleich der Kultur des Gewebebiopsie und der Flüssigkeit nach der Sonikation (Sonikat)Abb. 3: Temperaturkurven von Sonikationsflüssigkeiten von entfernten orthopädischen Implantaten. Von 34 entfernten Prothesen zeigten 7 infi-zierte Prothesen eine Hitzeproduktion, welche auf eine Replikation von Mikroorganismen zurückzuführen war. Bei den übrigen 27 nachweislich nicht infizierten Prothesen kam es zu keiner Hitzeentwicklung10TemperaturkurvenHeat flow (mW)4504003503002502001501005000 4 8 12 16 20 24Time (h)© UNIVERSIMED®s. aureuss. epidermidiss. pyogeness. aureusnegative control|   referatwww.lima-switzerland.chinfo@lima-switzerland.chWenn es um die Beurteilung geht, was die beste Lösung für den Patienten ist, dann möchten Sie keine Kompromisse eingehen. Lima bietet ein durchdachtes, modulares System, kombiniert mit den besten Materialien, um eine optimale Wahl zu treffen.Das Lima Hüft-Revisions-System ermöglicht Ihnen, Ihre eigene Lösung in die Praxis umzusetzen.JEDE HÜFTREVISION ISTINDIVIDUELL UND EINZIGARTIGDas Lima Hüft-Revisions-System bietet eine patientenorientierte Lösung  für jeden Fall.universimed.comI 36Orthopädie & Rheumatologie 3 I 2010 |   referatReferenzen1  Achermann Y, Vogt M, Leunig M, Wust J, Trampuz A: Improved Diagnosis of Periprosthetic Joint In-fection by Multiplex Polymerase Chain Reaction in Sonication Fluid of Removed Implants. J Clin Mi-crobiol 20102  Schafer P, Fink B, Sandow D, Margull A, Berger I, Frommelt L: Prolonged bacterial culture to identify late periprosthetic joint infection: a promising stra-tegy. Clin Infect Dis 2008; 47: 1403-14093  Trampuz A, Piper KE, Jacobson MJ, Hanssen AD, Unni KK, Osmon DR, Mandrekar JN, Cockerill FR, Steckelberg JM, Greenleaf JF, Patel R: Sonication of removed hip and knee prostheses for diagnosis of infection. N Engl J Med 2007; 357: 654-6634  Trampuz A, Zimmerli W:. Prosthetic joint infections: update in diagnosis and treatment. Swiss Med Wkly 2005; 135: 243-2515  Zimmerli W, Lew PD, Waldvogel FA: Pathogenesis of foreign body infection. Evidence for a local ra-nulocyte defect. J Clin Invest 1984; 73: 1191-12006  Zimmerli W, Trampuz A, Ochsner PE: Prosthetic-joint infections. N Engl J Med 2004; 351: 1645-16547  Zimmerli W, Waldvogel FA, Vaudaux P, Nydegger UE: Pathogenesis of foreign body infection: de-scription and characteristics of an animal model. J Infect Dis 1982; 146: 487-4978  Trampuz A, Hanssen AD, Osmon DR, Mandrekar J, Steckelberg JM, Patel R: Synovial fluid leukocyte count and differential for the diagnosis of prosthe-tic knee infection. 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Damit der Sportler die entsprechenden Bausteine zur Verfügung hat, ist daher eine Substitution mit Nahrungsergänzungsmitteln sinnvoll, meint Dr. med. Bernhard Segesser von der Praxis- klinik Rennbahn in Muttenz.Der neue Vita Pro-Flex® Drink aus dem Hause Vita Health Care verbessert die Kollagenernährung des Bindegewebes, wodurch bei Gewebsverletzungen der Sehnen-, Bänder- und Knorpelaufbau positiv beeinflusst wird. Ein Drink beinhaltet Kollagen-Hydrolysat, Glukosaminsulfat und Chondroitinsul-fat, wodurch die Synthese und Wasseraufnahme im Knorpel gefördert werden, sowie Vitamin C und E für den optimalen Einbau der Aminosäuren in die Grundsubstanz des Binde-gewebes und weiters zur Verbesserung der Elastizität. Die Resultate randomisierter Studien zeigen, dass die Stimu-lation der Kollagen-II-Synthese im nativen Knorpelgewebe mit Kollagen-Hydrolysat eine schnellere Gewebssynthese, eine bessere Gelenksfunktion sowie eine Schmerzlinderung bewirken kann. Bernhard Segesser empfiehlt, Vita Pro-Flex zur Unterstützung der Regeneration des Knorpels, der Sehnen und des ge- samten Bindegewebes auch ohne vorhergehende Gewebs- verletzung oder beim alternden Gewebe einzunehmen.  1 Drink enthält:10g Kollagen-Hydrolysat1.230mg Glukosaminsulfat500mg Chondroitinsulfat180mg Vitamin C30mg Vitamin E + Schwefeldonatormit Zitrusgeschmack und ohne Zuckerzusatz 40 Sachets pro PackungQuelle: Forschung aktuell Vita Health CareKollagennahrung für das Bindegewebe: der neue Vita Pro-Flex® Drinkpharma-newsBernhard segesser, Muttenz:„Ich empfehle Vita Pro-Flex zur un-terstützung der Regeneration des Knorpels, der sehnen und des ge-samten Bindegewebes auch ohne vorhergehende Gewebsverletzung oder beim alternden Gewebe ein-zunehmen.“ 

Neue diagnostische Möglichkeiten bei Protheseninfektionen.

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Neue diagnostische Möglichkeiten bei Protheseninfektionen.

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