Μελέτη του κινδύνου εμφάνισης αιματογενούς λοίμωξης σε διαφόρων τύπων μεταλλικά εμφυτεύματα

Εισαγωγή: Η λοίμωξη μετά από ολική αρθροπλαστική είναι μια πολύ σοβαρή, ακόμα και απειλητική, για τη ζωή επιπλοκή της ορθοπαιδικής χειρουργικής με ποσοστά που κυμαίνονται από 0.3%-3% μετά από επέμβαση ολικής αρθροπλαστικής ισχίου και 0.5%-1.9% μετά από ολική αρθροπλαστική γόνατος. Πολλοί παράγοντες σχετικοί με τον ασθενή, το εμφύτευμα, τη χειρουργική τεχνική και το χειρουργικό περιβάλλον δύνανται να συμβάλλουν στην εκδήλωση μιας τέτοιας σοβαρής επιπλοκής. Οι παράγοντες οι σχετικοί με το εμφύτευμα περιλαμβάνουν το μέγεθος και το σχήμα του εμφυτεύματος, την τεχνική και τη σταθερότητα της τοποθέτησης, τα χαρακτηριστικά επιφανείας του εμφυτεύματος, τη χρήση ή όχι τσιμέντου και τέλος τον τύπο του μετάλλου που χρησιμοποιείται και τη βιοσυμβατότητά του. Το ιδανικό κράμα για την κατασκευή εμφυτεύματος θα πρέπει να έχει καλή ιστοσυμβατότητα, ευνοϊκότερα χαρακτηριστικά προσκόλλησης ώστε να μειώνει το σχηματισμό βιομεμβράνης και την φυσιολογική ιστική αντίδραση, να έχει ελάχιστο βαθμό διάβρωσης και να μην περιέχει αλλεργιογόνα χαρακτηριστικά. Επί του παρόντος, πορώδεις επιφάνειες με κοβάλτιο-χρώμιο και αυτές με τιτάνιο χρησιμοποιούνται ευρέως. Η προσθήκη στρώματος με φωσφορικό ασβέστιο όπως ο υδροξυαπατίτης και το τριφωσφορικό άλας προάγει το ρυθμό ενσωμάτωσης της επιφάνειας για οστική διείσδυση αλλά και την επιφάνεια αύξησης του οστού. Σύμφωνα με την θεωρία του Gristina για την παθογένεια της λοίμωξης του εμφυτεύματος (αγώνας ταχύτητας για την επιφάνεια), μία γρήγορη ιστική ενσωμάτωση με ένα βιολογικά δραστικό υλικό (όπως το ταντάλιο, το στρώμα υδροξυαπατίτη και το σπογγώδες τιτάνιο) θα μπορούσε να καταλήξει σε μία μικρότερη βακτηριακή αποίκιση σε σχέση με την επικάλυψη της επιφάνειας από μία αργή ιστική αντίδραση(όπως το τιτάνιο). Οι λοιμώξεις οι σχετικές με τα εμφυτεύματα κατηγοριοποιούνται βάση της παθογένειας τους σε δύο κλινικές οντότητες. Τις άμεσες μετεγχειρητικές λοιμώξεις, οι οποίες μπορούν να προκληθούν κατά τη διάρκεια της επέμβασης με άμεση μόλυνση του τραύματος, και τις απώτερες μετεγχειρητικές λοιμώξεις, στις οποίες τα πρώτα συμπτώματα εμφανίζονται σε απώτερο χρόνο από την εγχείριση. Συνήθως είναι το αποτέλεσμα αιματογενούς διασποράς βακτηρίων. Στις μέρες μας, έχουν καθιερωθεί πειραματικά μοντέλα που οδήγησαν στην εισαγωγή καινοτόμων θεραπειών σχετικά με την επούλωση των καταγμάτων και τη χρήση νέων επιφανειών οστεοενσωμάτωσης. Ένα αξιόπιστο πειραματικό μοντέλο περιπροθετικών λοιμώξεων θα οδηγήσει στην περαιτέρω διαλεύκανση της παθογένειας και παθοφυσιολογίας των περιπροθετικών λοιμώξεων και πιθανώς σε νέα μέτρα πρόληψης και θεραπείας. Παρόλα αυτά δεν υπάρχει ακόμα πειραματικό μοντέλο, ιδανικό για τον έλεγχο οξέων περιπροθετικών λοιμώξεων. Στο πειραματικό μας εργαστήριο έχει αναπτυχθεί ένα ελεγμένο και αξιόπιστο πειραματικό μοντέλο που προσομοιάζει απώτερη αιματογενή λοίμωξη σε κονίκλους, το οποίο και χρησιμοποιήθηκε στη δική μας μελέτη. Υπόθεση εργασίας της πειραματικής μας μελέτης ήταν ότι μεταλλικά εμφυτεύματα από διαφορετικά υλικά, συμπεριλαμβανομένων και σύγχρονων τρισδιάστατων μεταλλικών δομών, που χρησιμοποιούνται για σύνδεση χωρίς τσιμέντο, είναι λιγότερο ευαίσθητα στην ανάπτυξη λοίμωξης. Υλικό και Μέθοδος: Πενήντα αρσενικά, σκελετικά ώριμα (μεγαλύτερα των 3 μηνών), λευκά κουνέλια Νέας Ζηλανδίας χρησιμοποιήθηκαν στην παρούσα μελέτη. Πενήντα προθέσεις τοποθετήθηκαν σε 50 τυχαία επιλεγμένα πειραματόζωα, σε 5 ομάδες των 10 ζώων. Στην ομάδα μελέτης Α τοποθετήθηκαν ράβδοι από λείο τιτάνιο (smooth titanium,ST), στη B από τραχεία επιφάνεια τιτανίου (grit blasted titanium, GB), στη Γ ράβδοι τιτανίου με επικάλυψη υδροξυαπατίτη (HA coated titanium, HA), στην ομάδα Δ δοκιδωτό μέταλλο από ταντάλιο (trabecular metal, T) και στην ομάδα Ε, ράβδοι σπογγώδους τιτανίου (cancellous titanium, CT). Ο μικροοργανισμός που επιλέχθηκε για ενοφθαλμισμό ήταν στέλεχος MRSA το οποίο ανήκει στον κλώνο MLST-80 και παράγει Panton-Valentin-Leucocidin (PVL) σε διάλυμα 1ml βακτηριακού εναιωρήματος συγκέντρωσης 3x108 cfu/ml, το οποίο βάσει των αποτελεσμάτων του προηγουμένου πειραματικού μοντέλου ήταν αρκετό για να προκαλέσει λοίμωξη στην άρθρωση, χωρίς μεγάλο κίνδυνο για συστηματικές αντιδράσεις και ενδεχομένως θάνατο. Ο χρησιμοποιούμενος παθογόνος μικροοργανισμός ήταν «στανταρισμένος». Η ομάδα Α χρησιμοποιήθηκε ως ομάδα ελέγχου και έγινε έγχυση 1ml φυσιολογικού ορού. Χειρουργική επέμβαση 2 σταδίων διενεργήθηκε σε όλα τα ζώα. Όλες οι επεμβάσεις εκτελέστηκαν στο δεξί κάτω άκρο, υπό γενική αναισθησία και άσηπτες συνθήκες. Κατά την πρώτη επέμβαση, γινόταν προετοιμασία του αυλού της κνήμης για την press-fit εμφύτευση των αποστειρωμένων ράβδων. Στη δεύτερη επέμβαση, 4 βδομάδες μετά, πραγματοποιήθηκε παρασκευή της μηριαίας αρτηρίας και έγχυση του βακτηριακού εναιωρήματος. Τέλος, μετά το πέρας άλλων 4 εβδομάδων, τα πειραματόζωα υπόκεινταν σε ευθανασία και τα δείγματα της κνήμης λαμβάνονταν για βακτηριολογικό, εμβιομηχανικό και ιστοπαθολογικό έλεγχο. Αποτελέσματα: Σε 6 κονίκλους διαπιστώθηκε εικόνα τοπικής λοίμωξης μετά το 2ο χειρουργείο. Τρία ανήκαν στην ομάδα Β (GB titanium), και από ένα στις ομάδες Γ (HA coated titanium), Δ (trabecular metal) και Ε (cancellous titanium). Στατιστικά σημαντική διαφορά βρέθηκε στη σύγκριση της ομάδας Β με τις υπόλοιπες ομάδες. Στον ακτινολογικό έλεγχο μόνο 2 δείγματα της ομάδας Β ανιχνεύθηκαν με ακτινοδιαυγαστικές γραμμές ενδεικτικές για σηπτική χαλάρωση. Στις δοκιμασίες ελκυσμού (pull out tests), παρατηρήθηκε ότι το φορτίο διαχωρισμού της διεπιφάνειας ήταν στατιστικά σημαντικά υψηλότερο (p<0.05) στα δοκίμια με κάλυψη υδροξυαπατίτη (ομάδα C) σε σύγκριση με τις υπόλοιπες ομάδες, ενώ στατιστικά σημαντικές διαφορές ανευρέθηκαν και στη σύγκριση δοκιμίων τανταλίου (ομάδα D) και σπογγώδους τιτανίου (ομάδα Ε) με αυτά των ομάδων GB τιτανίου (ομάδα Β) και με την ομάδα ελέγχου (ομάδα Α) (p<0.05). Η εξέταση για ανίχνευση της λοίμωξης μέσω συμβατικών καλλιεργειών και PCR πραγματοποιήθηκε σε τρία διαφορετικά ανατομικά μέρη, το μεταφυσιακό οστούν, την διεπιφάνεια πρόθεσης-εμφυτεύματος στον αυλό, και στο ίδιο το εμφύτευμα. Όσον αφορά το εμφύτευμα, βρέθηκε μεγαλύτερη ανάπτυξη καλλιεργειών στην ομάδα Β με στατιστικά σημαντική διαφορά και επομένως υπεροχή των ομάδων Γ, Δ, Ε ως προς την ομάδα Β. Μελετώντας τις καλλιέργειες που αναπτύχθηκαν στη διεπιφάνεια εμφυτεύματος – οστού στατιστικά σημαντικές διαφορές βρέθηκαν μεταξύ όλων των ομάδων (p=0.032). Και εδώ είχαμε μεγαλύτερη ανάπτυξη καλλιεργειών στην ομάδα Β. Όσον αφορά τον έλεγχο των δειγμάτων από το μεταφυσιακό οστό δεν βρέθηκαν στατιστικά σημαντικές διαφορές (p=0.7). Στηριζόμενοι στο ημιποσοτικό ιστοπαθολογικό score, οι διαφορές μεταξύ των δειγμάτων ήταν μικρές και όχι ικανές να καταδείξουν στατιστικώς σημαντική διαφορά. Συμπέρασμα: Μεταλλικά εμφυτεύματα από νέα υλικά, όπως trabecular metal and cancellous titanium, που εμφυτεύονται χωρίς τη χρήση τσιμέντου, έχουν μικρότερο κίνδυνο βακτηριακού αποικισμού και εμφάνισης απώτερης μετεγχειρητικής λοίμωξης. Η ερμηνεία των αποτελεσμάτων μας μπορεί να γίνει βάσει δύο θεωρήσεων. Η μία είναι η θεωρία του Gristina για την παθογένεια των λοιμώξεων, βάσει της οποίας, η ταχεία ενσωμάτωση ενός βιοδραστικού υλικού όπως το trabecular metal, το cancellous titanium και το HA-coated titanium μπορεί να οδηγήσει σε πιο δύσκολο και μικρότερο σε έκταση αποικισμό βακτηρίων σε σχέση με ένα εμφύτευμα που ενσωματώνεται με πιο αργό ρυθμό όπως το Co-Cr ή το GB titanium. Η άλλη θεωρία είναι ότι κάποια υλικά όπως το trabecular metal, το cancellous titanium και το HA-coated titanium έχουν εγγενή αντιμικροβιακή δράση.