人工関節置換術後の最も深刻な合併症の一つに感染症があり、患者に幾度もの手術負担をかけるだけでなく、膨大な医療資源を消費します。過去10年間で人工関節置換術後の感染率は大幅に低下しましたが、現在、人工関節置換術を受ける患者数の増加率は感染率の低下率をはるかに上回っているため、術後感染症の問題は無視できません。
I. 罹患原因
人工関節置換術後の感染症は、薬剤耐性菌による院内感染とみなすべきである。最も一般的な原因菌はブドウ球菌で、全体の70～80％を占める。グラム陰性桿菌、嫌気性菌、非A群連鎖球菌もよく見られる。
II. 病因
感染症は、早期感染と後期感染（または遅発性感染）の2種類に分けられます。早期感染は、手術中に細菌が関節内に直接侵入することによって引き起こされ、一般的には表皮ブドウ球菌（Staphylococcus epidermidis）が原因です。後期感染は、血液を介して感染することによって引き起こされ、最も多いのは黄色ブドウ球菌（Staphylococcus aureus）です。手術を受けた関節は感染しやすい傾向があります。例えば、人工関節置換術後の再置換手術では感染率が10%に達し、関節リウマチで関節置換術を受けた人でも感染率は高くなります。
ほとんどの感染症は手術後数ヶ月以内に発生し、最も早い場合は手術後2週間以内に現れることがありますが、数年後に急性関節腫脹、疼痛、発熱などの初期症状が現れる場合もあります。発熱症状は、術後肺炎、尿路感染症などの他の合併症と鑑別する必要があります。
早期感染の場合、体温は回復しないだけでなく、手術後3日経っても上昇します。関節痛は徐々に軽減するだけでなく、徐々に悪化し、安静時にもズキズキとした痛みがあります。切開部から異常な滲出液や分泌物が見られます。これを注意深く検査し、発熱を肺や尿路など体の他の部位の術後感染と安易に結びつけてはいけません。また、切開部の滲出液を脂肪液化などの一般的な滲出液と単純に見過ごしてはいけません。感染が表層組織にあるのか、人工装具周囲の深部にあるのかを特定することも重要です。
進行した感染症の患者（そのほとんどは退院している）では、関節の腫れ、痛み、発熱は重度ではない場合がある。患者の半数は発熱がないかもしれない。黄色ブドウ球菌は、患者のわずか10%で白血球数の増加を伴う無痛性感染症を引き起こすことがある。血沈の上昇はより一般的だが、これも特異的ではない。痛みは、人工関節の緩みと誤診されることがある。後者は、安静によって軽減されるはずの運動に伴う痛みと、安静によって軽減されない炎症性の痛みである。しかし、人工関節の緩みの主な原因は、遅発性の慢性感染症であると示唆されている。
III. 診断
1. 血液学的検査：
主な検査項目は、白血球数と分類、インターロイキン6（IL-6）、C反応性タンパク質（CRP）、赤血球沈降速度（ESR）です。血液学的検査の利点は、簡便で実施しやすく、結果が迅速に得られることです。ESRとCRPは特異性が低いですが、IL-6は術後早期の人工関節周囲感染の判定に非常に有用です。
2.画像検査：
X線フィルム：感染症の診断において、感度も特異度も低い。
膝関節置換術後の感染症のX線写真
関節造影：感染症の診断における主な代表的な所見は、滑液の流出と膿瘍の観察である。
CT検査：関節液貯留、瘻孔、軟部組織膿瘍、骨びらん、人工関節周囲の骨吸収の可視化。
MRI：関節液や膿瘍の早期発見には非常に感度が高いが、人工関節周囲感染症の診断には広く用いられていない。
超音波検査：体液貯留。
3. 核医学
テクネチウム-99骨シンチグラフィーは、人工関節置換術後の人工関節周囲感染症の診断において感度33%、特異度86%であり、インジウム-111標識白血球シンチグラフィーは、感度77%、特異度86%で、人工関節周囲感染症の診断においてより有用である。人工関節置換術後の人工関節周囲感染症の検査に2つのシンチグラフィーを併用すると、感度、特異度、精度が向上する。この検査は、人工関節周囲感染症の診断において、核医学におけるゴールドスタンダードである。フルオロデオキシグルコース陽電子放出断層撮影（FDG-PET）。感染部位でグルコース取り込みが増加した炎症細胞を検出する。
4. 分子生物学的手法
PCR：高感度、偽陽性
遺伝子チップ技術：研究段階。
5. 関節穿刺：
関節液の細胞学的検査、細菌培養、および薬剤感受性試験。
この方法はシンプルで、速く、正確です。
股関節感染症の場合、関節液中の白血球数が3,000/mlを超え、かつESRとCRPの上昇が認められることが、人工関節周囲感染症の存在を示す最良の基準となる。
6. 術中迅速凍結切片組織病理検査
人工関節周囲組織の迅速術中凍結切片法は、組織病理学的検査において最も一般的に用いられる術中検査法である。フェルドマンの診断基準、すなわち、少なくとも5つの異なる顕微鏡視野において、高倍率（400倍）で5個以上の好中球が認められるという基準が、凍結切片にしばしば適用される。この方法の感度と特異度はそれぞれ80%と90%を超えることが示されており、現在では術中診断のゴールドスタンダードとなっている。
7. 病理組織の細菌培養
人工関節周囲組織の細菌培養は、感染症の診断において高い特異性を持ち、人工関節周囲感染症の診断におけるゴールドスタンダードとみなされており、薬剤感受性試験にも使用できる。
IV. 鑑別診断s
黄色ブドウ球菌による無痛性の人工関節感染症は、人工関節の緩みとの鑑別がより困難です。X線検査などの検査で確定診断を行う必要があります。
V. 治療
1. 単純な抗生物質による保存的治療
ツァカイスマとセガワは、人工関節置換術後の感染症を4つのタイプに分類した。タイプIは無症状型で、再置換手術の組織培養で細菌増殖が認められ、少なくとも2つの検体から同じ細菌が培養される。タイプIIは早期感染で、手術後1か月以内に発生する。タイプIIIは遅発性慢性感染、タイプIVは急性血行性感染である。抗生物質治療の原則は、感受性、適切な量、適切な期間である。また、術前の関節腔穿刺と術中の組織培養は、抗生物質の適切な選択に非常に重要である。細菌培養がタイプI感染で陽性の場合、感受性抗生物質を6週間投与するだけで良好な結果が得られる。
2. 人工装具の保持、デブリードマンおよび排液、チューブ灌流手術
外傷後も人工関節を温存する治療の前提は、人工関節が安定しており、急性感染症であることです。感染原因菌が特定され、細菌の毒性が低く、感受性のある抗生物質が使用可能であり、デブリードマン中にライナーまたはスペーサーを交換できることが条件となります。文献によると、抗生物質単独による治癒率はわずか6%、抗生物質とデブリードマンおよび人工関節温存を併用した場合の治癒率は27%にとどまっています。
良好な人工関節固定を伴う初期段階の感染症または急性血行性感染症に適しており、また、感染症が抗菌療法に感受性のある低毒性細菌感染症であることも明らかです。この治療法は、徹底的なデブリードマン、抗菌剤による洗浄と排液（6週間）、および術後の全身静脈内抗菌薬投与（6週間から6ヶ月）から構成されます。欠点：失敗率が高い（最大45%）、治療期間が長い。
3. 一段階再手術
この方法は、外傷が少なく、入院期間が短く、医療費が安く、傷跡や関節の硬直も少なく、術後の関節機能の回復に有利であるという利点があります。この方法は、主に初期感染症や急性血行性感染症の治療に適しています。
ワンステージ置換術、すなわちワンステップ法は、低毒性感染症、徹底的なデブリードマン、抗生物質骨セメント、および感受性抗生物質の入手可能性に限定されます。術中組織凍結切片の結果に基づくと、高倍率視野あたり白血球が5個未満であれば、低毒性感染症が示唆されます。徹底的なデブリードマンの後、ワンステージ人工関節置換術が実施され、術後に感染の再発はありませんでした。
徹底的なデブリードマンの後、開腹手術を必要とせずに人工関節をすぐに交換します。侵襲が少なく、治療期間が短く、費用が安いという利点がありますが、術後感染の再発率は高く、統計によると約23%～73%です。一段階人工関節置換術は主に高齢患者に適しており、以下のいずれにも該当しません。(1) 置換関節に対する複数回の手術歴。(2) 瘻孔形成。(3) 重度の感染（敗血症など）、周囲組織の虚血および瘢痕。(4) 外傷の不完全なデブリードマンと部分的なセメントの残存。(5) 骨髄炎を示唆するX線所見。(6) 骨移植を必要とする骨欠損。(7) 混合感染または毒性の強い細菌（例：D連鎖球菌、グラム陰性菌）。(8) 骨移植を必要とする骨欠損。(9) 骨移植を必要とする骨欠損。 （10）骨移植を必要とする骨移植。連鎖球菌D、グラム陰性菌（特に緑膿菌など）、真菌感染症、抗酸菌感染症；（8）細菌培養が不明瞭。
4. 第二段階の再手術
この手術法は、適応範囲が広いこと（十分な骨量、豊富な関節周囲軟部組織）と感染症の根絶率が高いことから、過去20年間にわたり外科医に好まれてきた。
スペーサー、抗生物質担体、抗生物質
スペーサーの挿入方法に関わらず、関節内の抗生物質濃度を高め、感染症の治癒率を向上させるためには、抗生物質を併用したセメント固定が必要である。一般的に使用される抗生物質は、トブラマイシン、ゲンタマイシン、バンコマイシンである。
国際的な整形外科医コミュニティは、人工関節置換術後の深部感染症に対する最も効果的な治療法を認識している。その治療法は、徹底的なデブリードマン、人工関節および異物の除去、関節スペーサーの挿入、少なくとも6週間の静脈内抗菌薬の継続投与、そして最後に、感染が効果的に制御された後の人工関節の再挿入からなる。
利点：
再手術前に効果的に使用できる、細菌の種類と感受性のある抗菌剤を特定するのに十分な時間。
他の全身性感染巣が併発している場合でも、タイムリーに治療することが可能です。
壊死組織や異物をより徹底的に除去するためのデブリードマンを行う機会は2回あり、これにより術後感染症の再発率を大幅に低下させることができます。
デメリット：
再麻酔や手術はリスクを高める。
治療期間の長期化と医療費の増加。
術後の機能回復は不良で、回復も遅い。
関節形成術：治療に反応しない持続性感染症や大きな骨欠損に適しています。患者の状態によっては再手術や再建手術が困難になる場合があります。術後の残存疼痛、可動性を補助するための装具の長期使用、関節の不安定性、四肢短縮、機能障害などがあり、適用範囲は限られています。
関節形成術：術後感染症に対する伝統的な治療法であり、術後の安定性と疼痛緩和に優れている。欠点としては、四肢の短縮、歩行障害、関節可動域の喪失などが挙げられる。
切断：術後深部感染症の治療における最終手段です。以下の症例に適しています：（1）修復不可能な重度の骨欠損、軟部組織欠損；（2）強い細菌毒性、混合感染、抗菌治療が無効で全身毒性を引き起こし生命を脅かす；（3）慢性感染症患者の再手術の複数回失敗の既往歴がある。
VI. 予防
1. 術前因子：
患者の術前状態を最適化し、既存の感染症はすべて術前に治癒させるべきである。最も一般的な血流感染症は、皮膚、尿路、呼吸器からのものである。股関節または膝関節の人工関節置換術では、下肢の皮膚は損傷を受けないようにすべきである。高齢者によく見られる無症候性細菌尿は、術前に治療する必要はないが、症状が現れたら速やかに治療しなければならない。扁桃炎、上気道感染症、足白癬の患者は、局所感染巣を除去する必要がある。大規模な歯科手術は血流感染の潜在的な原因となるため、避けるべきであるが、歯科手術が必要な場合は、人工関節置換術の前に実施することが推奨される。貧血、低タンパク血症、糖尿病、慢性尿路感染症などの全身状態の悪い患者は、全身状態を改善するために、原疾患に対して積極的かつ早期に治療すべきである。
2. 術中管理：
（１）関節形成術の日常的な治療アプローチにおいても、完全に無菌的な技術と器具を用いるべきである。
（２）患者の皮膚が院内感染細菌株にコロニー化するリスクを減らすため、術前入院は最小限に抑えるべきであり、ルーチン治療は手術当日に行うべきである。
（３）術前部位は皮膚の準備のために適切に準備されなければならない。
（４）手術着、マスク、帽子、層流式手術室は、手術室内の空気中の細菌を減らすのに効果的です。二重手袋を着用することで、外科医と患者間の手の接触のリスクを減らすことができ、推奨されます。
（５）より制限的な、特にヒンジ付きの人工関節の使用は、研磨性の金属破片が貪食活性を低下させるため、制限のない人工膝関節全置換術よりも感染のリスクが高いことが臨床的に証明されており、したがって人工関節の選択においては避けるべきである。
（６）術者の手術手技を改善し、手術時間を短縮する（可能であれば２．５時間未満）。手術時間を短縮することで、空気への曝露時間を短縮でき、ひいては止血帯の使用時間を短縮できる。手術中は乱暴な操作を避け、創部を繰り返し洗浄し（パルス式洗浄ガンが最適）、汚染が疑われる切開部にはヨード蒸気浸漬を行うことができる。
3. 術後因子：
（１）外科手術による打撃はインスリン抵抗性を誘発し、高血糖を引き起こす可能性があります。この現象は術後数週間続くことがあり、患者を創傷関連合併症に陥りやすくします。さらに、糖尿病でない患者にも発生します。したがって、術後の臨床的な血糖値モニタリングは同様に重要です。
（２）深部静脈血栓症は血腫およびそれに伴う創傷関連の問題のリスクを高めます。症例対照研究では、深部静脈血栓症を予防するための低分子ヘパリンの術後投与が感染の可能性を減らすのに有益であることが分かりました。
（３）閉鎖式ドレナージは感染の侵入経路となる可能性があるが、創傷感染率との関連性は具体的に研究されていない。予備的な結果では、術後鎮痛剤投与に使用される関節内カテーテルも創傷感染を起こしやすい可能性があることが示唆されている。
4. 抗生物質による予防投与：
現在、手術前後に全身静脈内投与される予防的抗生物質投与のルーチン臨床応用により、術後感染のリスクが低減されています。臨床では主にセファロスポリン系抗生物質が第一選択薬として用いられており、抗生物質投与のタイミングと手術部位感染率の間にはU字型の曲線関係があり、抗生物質投与の最適時間枠の前後に感染リスクが高くなります。最近の大規模研究では、切開の30～60分前に抗生物質を投与した場合の感染率が最も低いことが分かりました。一方、人工股関節全置換術に関する別の大規模研究では、切開後最初の30分以内に抗生物質を投与した場合の感染率が最も低いことが示されました。したがって、投与時期は一般的に手術の30分前、麻酔導入時に投与するのが最も効果的であると考えられています。術後にも予防的抗生物質が投与されます。欧米では通常、術後3日目まで抗生物質が投与されますが、中国では1～2週間連続投与されることが報告されています。しかしながら、特別な事情がない限り、強力な広域スペクトル抗生物質の長期使用は避けるべきであり、抗生物質の長期使用が必要な場合は、真菌感染症を予防するために抗真菌薬を併用することが推奨されるというのが一般的な見解である。バンコマイシンは、メチシリン耐性黄色ブドウ球菌を保有する高リスク患者に有効であることが示されている。特に抗生物質の半減期が短い場合、両側手術を含む長時間の外科手術には、より高用量の抗生物質を使用すべきである。
5．抗生物質と骨セメントの併用：
抗生物質を注入したセメントは、ノルウェーでも人工関節置換術に初めて使用され、当初ノルウェー人工関節登録研究で、抗生物質の静脈内投与とセメント注入の併用（抗生物質入り人工関節）が、どちらか一方の方法よりも深部感染率を効果的に低下させることが示されました。この発見は、その後16年間にわたる一連の大規模研究で確認されました。フィンランドの研究とオーストラリア整形外科学会2009は、初回および再置換膝関節置換術における抗生物質注入セメントの役割について同様の結論に達しました。また、骨セメント40gあたり2gを超えない量の抗生物質粉末を添加しても、骨セメントの生体力学的特性は影響を受けないことも示されています。ただし、すべての抗生物質を骨セメントに添加できるわけではありません。骨セメントに添加できる抗生物質は、安全性、熱安定性、低アレルギー性、良好な水溶性、広範な抗菌スペクトル、粉末状であることなどの条件を満たす必要があります。現在、臨床現場ではバンコマイシンとゲンタマイシンがより一般的に使用されている。セメントへの抗生物質注入は、アレルギー反応、耐性菌の出現、人工関節の無菌性弛緩のリスクを高めると考えられていたが、今のところこれらの懸念を裏付ける証拠はない。
VII．要約
関節感染症の治療を成功させるには、病歴、身体診察、補助検査による迅速かつ正確な診断が不可欠です。感染の根絶と、痛みのない、正常に機能する人工関節の回復が、関節感染症治療の基本原則です。関節感染症に対する抗生物質治療は簡便で安価ですが、根絶には多くの場合、外科的治療法の組み合わせが必要です。外科的治療法を選択する際の鍵は、関節感染症治療の中核となる人工関節の除去の問題を考慮することです。現在、抗生物質、デブリードマン、人工関節置換術を組み合わせた治療法は、ほとんどの複雑な関節感染症に対する包括的な治療法となっています。しかし、この治療法は依然として改善と完成が必要です。
投稿日時：2024年5月6日
