血清BMP-7、TGF-β1及bFGF水平在预测全膝关节置换术后早期假体周围感染诊断中的意义.pdf

实验与检验医学 2023 年 4 月第 41 卷第 2 期 Experimental and Laboratory Medicine,Apr.2023,Vol.41,No.2血清 BMP-7、TGF-1 及 bFGF 水平在预测全膝关节置换术后早期假体周围感染诊断中的意义郑炎，兰国，张亚，杨国军渊信阳市人民医院骨科袁河南 信阳 464000冤人工关节置换术 渊Artificial joint replacement袁AJR冤是骨科常见手术袁是采用金属尧聚乙烯和陶瓷等材料根据人体关节形态和结构进行疾病晚期关节重建袁 通过置入的人工假体代替原有功能达到恢复关节活动和缓解疼痛的目的1遥目前常用的AJR有膝关节置换术和髋关节置换术袁 全膝关节置换术(Total knee arthroplasty袁TKA)是在髋关节置换术发展成熟后治疗膝关节活动障碍的新技术袁对晚期膝骨关节炎尧 膝关节疼痛的患者有良好的手术效果2遥 既往研究报道袁膝关节置换术在治疗膝关节恶性病变的同时常出现术后假体周围感染渊Periprosthetic joint infection袁PJI冤的并发症袁我国TKA 术后并发 PJI 人数约为 15%袁 患者不得不采取二次手术和大量抗生素进行治疗袁 不仅影响患者的术后恢复和生活质量袁还增加了住院费用袁因此对术后 PJI 的早期预防显得尤为重要3遥 血清骨形态发生蛋白 渊Bone Morphogenetic Protein,BMP-7冤是转化生长因子-茁渊Transforming growth factor-茁,TGF-茁)家族中的重要成员袁在细胞转化为骨骼和软骨过程中发挥关键性的作用袁 在骨骼的愈合过程中有较高的表达4遥 转化生长因子-茁1渊Transforming growth factor-茁1,TGF-茁1冤具有调控细胞生长和分化的重要作用袁 在骨骼的发育中有较高的活性5遥 既往研究发现袁碱性成纤维细胞生长因子渊Basic fibroblast growth factor,bFGF冤在视网膜尧脑垂体中有较高的表达袁对创伤后早期愈合有积极的促进作用6遥 本研究旨在探讨 BMP-7尧TGF-茁1 和 bFGF 水平对 TKA 后早期 PJI 的预测价值遥1 资料与方法1.1 一般资料选取 2019 年 1 月至 2021 年 1 月在我院行 TKA 患者 120 例袁 根据术后是否发生早期 PJI 分组为感染组渊n=23冤和未感染组渊n=97冤遥渊1冤纳入标准院所有病例均为 TKA 术7后患者袁手术时间均在 3 个月以内曰1 周内未应用抗生素遥 渊2冤排除标准院存在其他部位骨科疾病曰肝肾功能不全曰血液系统疾病曰精神疾病史曰临床资料不完整遥 渊3冤感染组院满足 PJI 的判定标准8袁关节腔穿刺行细菌培养袁结果阳性袁且出现红肿尧发热尧疼痛等感染症状曰男性 10例袁女性 13 例曰年龄 5763 岁袁平均年摘要:目的 探讨血清骨形态发生蛋白渊BMP-7冤尧转化生长因子-茁1渊TGF-茁1冤及碱性成纤维细胞生长因子渊bFGF冤水平在预测全膝关节置换术渊TKA冤后早期假体周围感染渊PJI冤诊断中的意义遥 方法 选取 2019 年 1 月至 2021 年 1 月在我院行TKA 患者 120 例袁根据术后是否发生早期 PJI 分组为感染组渊n=23冤和未感染组渊n=97冤遥 收集患者一般资料袁采用 Logistic 回归分析影响患者预后的危险因素曰检测血清 BMP-7尧TGF-茁1尧bFGF尧血沉 渊ESR冤尧降钙素原渊PCT冤和超敏 C 反应蛋白渊CRP冤水平袁Pearson 分析 BMP-7尧TGF-茁1 及 bFGF 水平与炎症因子相关性袁 采用 ROC 曲线分析 BMP-7尧TGF-茁1 及 bFGF 水平对术后早期 PJI 的预测价值遥 结果 感染组和未感染组在 BMI尧文化程度尧合并糖尿病尧膝关节置换原因尧手术时间和术中出血量上均有差异渊P0.05冤曰Logistic 回归分析显示袁合并糖尿病尧膝关节置换原因为肿瘤和手术时间逸2 h 均是影响 TKA 术后PJI 的独立危险因素曰 感染组 BMP-7尧TGF-茁1 和 bFGF 水平低于未感染组 渊P0.05冤袁 ESR尧CRP 和 PCT 水平高于未感染组渊P0.05冤曰BMP-7尧TGF-茁1 及 bFGF 水平与 ESR尧PCT 和 CRP 水平呈负相关 渊P0.05冤遥1.2 方法 术后 1 d 采集患者空腹静脉血 5 mL 保存于不抗凝试管袁 离心 渊德国 Hettich MIKRO220/220R 离心机冤并分离血清渊3 000 r,10 min冤遥 取上层清液置于-20益冰箱保存袁 采集标本到检验时间臆2 h遥 采用酶联免疫吸附试验渊Enzyme-linkedimmunosorbent assay袁ELISA冤检测患者血清 BMP-7尧TGF-茁1 和 bFGF 水平袁 仪器采用上海生产的SpectraMax iD5 多功能微孔板酶标仪袁试剂和试剂盒由武汉菲恩生物科技有限公司提供遥 采用魏氏法测量患者血沉 渊Erythrocyte sedimentation rate袁ESR冤水平袁仪器选择北京普朗新技术有限公司生产的红细胞沉降率测定仪 PUC-2068B袁 试剂和试剂盒由上海博湖生物科技有限公司提供遥 采用免疫比浊法检测患者 C 反应蛋白 渊C-reactive pro鄄tein袁CRP冤水平袁仪器选择日立 7600 自动生化分析仪袁 试剂和试剂盒由武汉菲恩生物科技有限公司提供遥 采用免疫荧光层析法检测患者 PCT 水平袁仪器选择小型 VIPAS 全自动荧光酶标仪袁 试剂和试剂盒由上海雅吉生物科技有限公司提供袁 检验过程严格按照仪器与试剂说明书进行遥1.3 观察指标 根据研究目的自行设计调查表袁通过电子病历系统收集患者临床资料袁 包括性别尧年龄尧体质量指数渊Body mass index 袁BMI冤尧文化程度等遥1.4 统计学处理 采用 SPSS 17.0 软件对所得数据进行分析袁满足正态分布的计量资料均以均数依标准差渊x依s冤表示袁采用 t 检验分析比较 TKA 患者组间差异袁计数资料均以率(%)表示袁分类资料之间比较采用 字2检验曰采用 Pearson 相关性分析影响血清BMP-7尧TGF-茁1 和 bFGF 与炎症因子之间的相关性曰受试者工作特征渊Receiver operating character鄄istic,ROC冤 曲线分析血清 BMP-7尧TGF-茁1 和bFGF 对术后 PJI 诊断价值袁P约0.05 为差异有统计学意义遥2 结果2.1 比较两组一般资料 分析一般资料可见袁感染组和未感染组在 BMI尧文化程度尧合并糖尿病尧膝关节置换原因尧 手术时间和术中出血量上均有显著差异渊P0.05冤袁见表 1遥2.2 影响 TKA 术后患者 PJI 的 Logistic 回归分析对 2.1 中列出的影响 TKA 术后 PJI 的危险因素差异变量进行二分类 Logistic 回归分析袁 检验水准琢=0.05遥 未感染组=0袁感染组=1曰采用中位数法进行变量赋值袁BMI臆27 kg/m2=0袁跃27 kg/m2=1曰 初中以上学历=0曰初中及初中以下学历=1曰未合并糖尿病=0袁合并糖尿病=1曰膝关节置换原因为骨折=0袁膝关节置换原因为肿瘤=1曰手术时间2 h=0袁手术时间逸2 h=1曰 术中出血量200 mL=0袁 术中出血量逸200 mL=1遥 Logistic 回归分析显示袁合并糖尿病尧膝关节置换原因为肿瘤和手术时间逸2 h 均是影响 TKA 术后 PJI 的独立危险因素袁见表 2遥2.3 比较感染组与未感染组患者 BMP-7尧TGF-茁1及 bFGF 水平感染组 BMP-7尧TGF-茁1 和 bFGF水平显著低于未感染组渊P0.05冤袁见表 3遥2.4 比较感染组与未感染组患者 ESR尧PCT 和 CRP水平 感染组 ESR尧CRP 和 PCT 水平显著高于未感染组渊P0.05冤袁见表 4遥2.5 分析 BMP-7尧TGF-茁1 及 bFGF 水平与 ESR尧PCT 和 CRP 水平相关性 BMP-7尧TGF-茁1 及bFGF水平与 ESR尧PCT 和 CRP 水平呈负相关 渊P0.05冤袁见表 5遥2.6 ROC 分析 BMP-7尧TGF-茁1 及 bFGF 水平预测术后 PJI 价值 BMP-7尧TGF-茁1 及 bFGF 预测术后早期 PJI 的 AUC 分别为 0.761尧0.765 和 0.740袁联合检测预测术后早期 PJI 的 AUC 为 0.899袁见表 6尧图 1遥图 1 BMP-7、TGF-1 及 bFGF 水平预测术后 PJI 的 ROC 曲线分析211窑窑实验与检验医学 2023 年 4 月第 41 卷第 2 期 Experimental and Laboratory Medicine,Apr.2023,Vol.41,No.2影响因素感染组（n=23）未感染组（n=97）字2/tP性别年龄（岁）BMI（kg/m2）文化程度合并高血压合并糖尿病膝关节置换原因膝关节置换材料手术时间（h）术中出血量（mL）男女初中及初中以下初中以上有无有无骨折肿瘤骨水泥生物型假体2220020010（43.48）13（56.52）60.122.3425.362.0218（78.26）5（21.74）11（47.83）12（52.17）17（73.91）6（26.09）6（26.09）17（73.91）9（39.13）14（60.87）15（65.22）8（34.78）16（69.57）7（30.43）48（49.48）49（50.52）60.382.4727.142.0732（32.99）65（67.01）34（35.05）63（64.95）25（25.77）72（74.23）60（61.86）37（38.14）33（34.02）64（65.98）31（31.96）66（68.04）29（29.90）68（70.10）0.2690.4583.72415.6781.29418.9399.6120.2138.70112.4820.6040.6480.0010.0010.2560.0010.0020.6440.0030.001表 1 比较两组一般资料(xs)3 讨论TKA 通过手术清除全膝关节内滑膜和骨赘袁对缺损骨和软组织进行修复和处理袁 多采用置入固定假体代替关节功能袁 临床常用于类风湿性关节炎尧创伤性关节炎尧膝骨肿瘤的治疗9-10遥 由于置入的金属假体缺乏营养的持续输入常滋生细菌造成 PJI袁严重者甚至导致脓毒血症和败血症袁危及患者生命11遥本研究通过分析感染组与未感染组一般资料发现袁两组患者在 BMI尧文化程度尧合并糖尿病尧膝关节置换原因尧手术时间和术中出血量上均危险因素茁SEWald 字2OR95%CIPBMI27 kg/m2初中及初中以下学历合并糖尿病膝关节置换原因为肿瘤手术时间2 h术中出血量200 mL0.9310.8751.0871.0140.9870.7980.4970.4690.5140.4890.4320.4363.5093.4814.4724.3005.2203.3502.5372.3992.9652.7572.6832.2210.9586.7200.9576.0151.0838.1211.0577.1881.1516.2570.9455.2200.0620.0630.0350.0390.0220.068表 2 影响 AJR 术后患者 PJI 的 Logistic 回归分析BMP-7（pg/mL）TGF-1（pg/mL）84.369.45128.4713.5414.7340.00195.149.67139.4114.1514.2480.001bFGF（pg/mL）62.256.38108.3911.3219.2200.001组别感染组（n=23）未感染组（n=97）tP表 3 比较两组患者 BMP-7、TGF-1 及 bFGF 水平(xs)CRP（mg/L）23.412.4512.371.0633.3840.001PCT（ng/mL）8.360.971.240.7538.5850.001组别ESR（mm/h）感染组（n=23）未感染组（n=97）tP38.143.9619.252.0732.1720.001表 4 比较两组患者 ESR、CRP 和 PCT 水平(xs)212窑窑实验与检验医学 2023 年 4 月第 41 卷第 2 期 Experimental and Laboratory Medicine,Apr.2023,Vol.41,No.2变量截断值敏感度（%）特异度（%）AUCP95%CIBMP-7TGF-1bFGF联合检测91.42 pg/mL113.67 pg/mL78.36 pg/mL75.3569.5652.1778.2678.2677.3552.1793.440.7610.7650.7400.8990.0010.0010.0010.0010.6520.8700.6530.8580.6340.8470.8390.958表 6 BMP-7、TGF-1 及 bFGF 水平预测术后 PJI 的 ROC 特征有差异遥 分析原因袁BMI 高患者多肥胖袁术中不仅会增加麻醉风险袁 同时对膝关节剥离相对较多的软组织袁使术中置入假体后软组织覆盖相对减少袁增加了伤口暴露和感染的风险遥 文化程度较高的患者健康教育需求性更高尧依从性更高袁对术后恢复和早期功能锻炼更为重视袁 降低了术后二次感染的风险遥 以上均为 TKA 术后并发 PJI 的相关因素袁 但不足以构成独立危险因素袁 进一步 Logistic回归分析后发现袁合并糖尿病尧膝关节置换原因为肿瘤和手术时间逸2 h 均是影响 TKA 术后并发PJI 的独立危险因素遥 糖尿病患者由于糖代谢和脂肪代谢紊乱袁 术后常出现血运障碍使营养物质无法沿血流输注到伤口处袁 出现伤口不易愈合的现象袁增加 TKA 术后感染风险遥膝关节处肿瘤进行置换后袁 肿瘤的切除常会剥离肿瘤周围的软组织结构袁使膝盖处血管和神经分布相对较少袁缺乏营养物质的供应并发术后 PJI遥 此外袁手术时间过长会增加术中伤口在空气的暴露时间袁 使细菌沿手术切口侵入关节的感染性增加袁 术中出血量大常使患者在术中和术后出现血容量不足和贫血的状态袁 膝关节处组织和器官长期处于缺氧的状态使伤口经久难愈袁加大感染风险遥因此临床在 TKA 术后应重点关注 BMI 高尧文化程度低尧合并糖尿病尧膝关节处肿瘤病变的患者袁术中坚持无菌原则袁对手术复杂尧 手术时间长的患者积极备血及时补充血容量袁并进行抗感染治疗遥本研究发现袁感染组 BMP-7尧TGF-茁1 和 bFGF水平显著低于未感染组遥 BMP-7 在细胞分化为软骨和骨骼中有较高的表达袁 通过诱导 SMAD1 和SMAD5 磷酸化诱导新骨的形成袁 有研究报道12袁BMP-7 在维持关节完整性尧 骨折修复和重塑中发挥重要的作用遥 故当患者术后并发 PJI 时袁骨骼修复功能和新骨形成过程遭到破坏袁 呈现较低的表达水平遥 既往有学者发现袁TGF-茁1 对免疫系统有重要的调节作用袁 可以促进急性损伤后伤口的愈合13遥 分析本研究结果发现袁患者 TKA 术后 TGF-茁1 水平相对较高袁 人体不断分泌 TGF-茁1 调节术后伤口的愈合和骨组织的修复袁 当患者发生 PJI时袁 炎症水平抑制生长因子分泌袁 使患者出现TGF-茁1 水平降低的状态遥 bFGF 主要存在于表皮细胞内袁 是促进细胞分裂和血管因子生成的重要生长因子袁 通过促进细胞的生长和分化达到修复手术切口的目的袁 同时可改善机体循环并营养神经袁本研究发现袁患者术后出现 PJI 时袁膝盖部位的神经组织恢复速度减慢袁 推测可能是由于术中对神经和组织的剥离使膝盖缺乏丰富的营养物质来源袁难以分泌较多的 bFGF 促进术后关节部位结构功能恢复袁以此恶性循环袁造成膝关节的久治不愈和反复感染遥 本研究发现感染组患者 ESR尧CRP 和PCT 水平显著高于未感染组遥 ESR 是红细胞在一定条件下的下降速度袁 与血浆粘度和红细胞聚集力有密切的关系袁既往研究发现14袁ESR 可以反应结缔组织炎症的严重程度遥 TKA 术后并发 PJI袁患者膝盖部位分泌大量炎症因子袁 破坏了关节处免疫机制袁出现 ESR 不同程度的升高遥CRP 是人体遇到急性损伤时急剧上升的反应蛋白袁 是检验炎症和组织损伤的非特异性标志物袁术后并发 PJI 加重了机体的炎症反应袁使 CRP 在短时间内急剧上升遥PCT 是反应细菌感染的敏感指标15袁可以反应患者术后早期炎症反应水平袁故在术后 PJI 初期有较高的表达水平遥 因此临床可通过检测 ESR尧CRP 和PCT 动态判断患者术后炎症水平和预后状况遥通过本研究发现袁BMP-7尧TGF-茁1 及 bFGF 水平与ESR尧PCT 和 CRP 水平呈负相关袁 且联合检测BMP-7尧TGF-茁1 及 bFGF 指标对患者术后早期 PJI具有较高的预测价值遥 说明临床可通过联合检测BMP-7尧TGF-茁1 及 bFGF 水平判断患者术后膝关水平BMP-7（pg/mL）TGF-1（pg/mL）bFGF（pg/mL）PCT（ng/mL）CRP（mg/L）ESR（mm/h）-0.245-0.287-0.2760.0190.0140.018-0.302-0.314-0.3080.0290.0310.027-0.325-0.259-0.3780.0260.0160.036rPrPrP表 5 BMP-7、TGF-1 及 bFGF 水平与 ESR、PCT 和 CRP 水平相关性分析213窑窑实验与检验医学 2023 年 4 月第 41 卷第 2 期 Experimental and Laboratory Medicine,Apr.2023,Vol.41,No.2参考文献1Sunbul M.Hepatitis B virus genotypes:global distribution and clin鄄ical importanceJ.World J 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后监测 BMP-7尧TGF-茁1 及bFGF 水平对术后早期 PJI 有良好的预测价值袁临床医师可以此为参考判断患者术后恢复状况遥参考文献1Wang W,Liu J,Zhou SH,et al.Periprosthetic joint infection afterartificial joint replacement and preoperative anemiaJ.Zhongguo GuShang袁 2018袁31(10):971-975.2Jaffe WL,Dundon JM,Camus T.Alignment and Balance Methodsin Total Knee ArthroplastyJ.J Am Acad Orthop Surg袁 2018 袁26(20):709-716.3Yang X,Li GH,Wang HJ,et al.Continuous Passive Motion AfterTotal Knee Arthroplasty:A Systematic Review and Meta-analysisof Associated Effects on Clinical OutcomesJ.Arch Phys Med Re鄄habil,2019,100(9):1763-1778.4Gomez-Puerto MC,Iyengar PV,Garc侏a de Vinuesa A,et al.Bonemorphogenetic protein receptor signal transduction in human dis鄄easeJ.J Pathol,2019,247(1):9-20.5Kale VP.Transforming growth factor-茁 boosts the functionality ofhuman bone marrow-derived mesenchymal stromal cellsJ.Cell Bi鄄ol Int,2020,44(11):2293-2306.6Sangany CM,Moodley J,Onyagunga OA,et al.Role of basic fi鄄broblast growth factor in human immunodeficiency virus 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