Einige Aspekte der Entwicklung infektiöser Komplikationen in der Endoprothetik

Die Hüftgelenkersatzoperation nimmt in der chirurgischen Behandlung schwerer Formen von Hüftgelenkserkrankungen eine führende Stellung ein. Diese Operation beseitigt oder lindert Schmerzen deutlich, stellt die Gelenkbeweglichkeit wieder her, stützt die Extremität, verbessert den Gang und steigert dadurch die Lebensqualität des Patienten deutlich. Es ist jedoch kein Geheimnis, dass jede chirurgische Behandlung auch eine Reihe von Komplikationen mit sich bringen kann, darunter Infektionen. Laut Literatur kann ein orthopädisches Zentrum, das große Gelenkersatzoperationen durchführt und mindestens 100 Operationen pro Jahr durchführt, im ersten Jahr eine Infektionskomplikationsrate von 17 % aufweisen. Diese Rate sinkt im zweiten Jahr um 5 %, im dritten um 3 % und kann durchschnittlich 4 % betragen.

Das Problem infektiöser Komplikationen in der Endoprothetik großer Gelenke wird trotz des aktiven Einsatzes von Antibiotikaprophylaxe und modernen Methoden der chirurgischen Antisepsis täglich dringlicher. Dies ist auf die wachsende Zahl von Einrichtungen, die Endoprothetik praktizieren, die Schwierigkeit, den Erreger zu identifizieren, die Komplexität der Behandlung und die Schwere der Folgen zurückzuführen. All dies führt letztendlich zu einer Verschlechterung der Interventionsergebnisse sowie zu einer Erhöhung der Kosten und der Dauer der postoperativen Rehabilitation der Patienten.

Das Problem wird auch durch den Allgemeinzustand, insbesondere bei älteren Patienten, verursacht, bei dem der Körper große Schwierigkeiten hat, Infektionen zu bekämpfen. Der immunsuppressive Zustand wird durch eine induzierte sekundäre Immunschwäche nach einem hochtraumatischen, langwierigen chirurgischen Eingriff und den Eintritt von Gewebezerstörungsprodukten ins Blut sowie altersbedingte Merkmale des Immunsystems bei älteren Patienten verursacht.

Mit der steigenden Anzahl an Arthroplastiken und dem hohen Rehabilitationspotenzial geht auch eine Zunahme tiefer Infektionen im Bereich chirurgischer Eingriffe einher. Laut in- und ausländischen Autoren beträgt die Infektionsrate bei Erstoperationen 0,3 % bis 1 % und bei Revisionen bis zu 40 % oder mehr. Die Behandlung solcher infektiösen Komplikationen ist ein langwieriger Prozess, der den Einsatz teurer Medikamente und Materialien erfordert. Früher galt die Implantation einer Endoprothese in einen von einer Infektion betroffenen Bereich als absolut inakzeptabel. Das zunehmende Verständnis der Pathophysiologie von Implantatinfektionen sowie Fortschritte in der Operationstechnik ermöglichten jedoch auch unter diesen Bedingungen eine erfolgreiche Endoprothetik.

Die meisten Chirurgen sind sich einig, dass die Entfernung der Endoprothesenkomponenten und die sorgfältige chirurgische Wundbehandlung ein wichtiger erster Schritt in der Patientenbehandlung sind. Es besteht jedoch noch kein Konsens über Methoden, mit denen die Funktionsfähigkeit des Gelenks schmerzfrei und mit minimalem Risiko einer erneuten Infektion wiederhergestellt werden kann.

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Stadien der Biofilmbildung

Stufe 1. Reversible Anhaftung an der Oberfläche. Meistens existieren Mikroorganismen als frei schwebende Massen oder einzelne (z. B. planktonische) Kolonien. Unter normalen Bedingungen neigen die meisten Mikroorganismen jedoch dazu, sich an der Oberfläche anzuheften und schließlich einen Biofilm zu bilden.

Stufe 2. Dauerhafte Haftung an der Oberfläche. Wenn sich Bakterien vermehren, haften sie fester an der Oberfläche, differenzieren sich und tauschen Gene aus, was ihr Überleben sichert.

Schritt 3: Bildung einer Schleimschutzmatrix/eines Biofilms. Sobald sich Bakterien fest anhaften, bilden sie eine Exopolysaccharid-umgebende Matrix, die sogenannte extrazelluläre Polymersubstanz (EPS-Matrix). Kleine Bakterienkolonien bilden dann den initialen Biofilm. Die Zusammensetzung der EPS-Matrix variiert je nach den vorhandenen Mikroorganismen, umfasst aber in der Regel Polysaccharide, Proteine, Glykolipide und bakterielle DNA. Verschiedene Proteine und Enzyme tragen dazu bei, dass der Biofilm fester am Wundbett haftet. Vollständig ausgebildete (reife) Biofilme geben kontinuierlich planktonische Bakterien, Mikrokolonien und Fragmente ab, die sich verteilen und an anderen Stellen des Wundbetts oder an anderen Wundoberflächen haften können, um neue Biofilmkolonien zu bilden.

Wie schnell bildet sich ein Biofilm?

Experimentelle Laborstudien haben gezeigt, dass planktonische Bakterien wie Staphylokokken, Streptokokken, Pseudomonas und E. coli normalerweise:

1. kommen Sie innerhalb weniger Minuten zusammen;
2. bilden innerhalb von 2–4 Stunden fest anhaftende Mikrokolonien;
3. produzieren extrazelluläre Polysaccharide und werden innerhalb von 6–12 Stunden deutlich toleranter gegenüber Bioziden wie Antibiotika, Antiseptika und Desinfektionsmitteln;
4. sind an vollwertigen Biofilmkolonien beteiligt, die sehr resistent gegen Biozide sind und je nach Bakterienart und Wachstumsbedingungen innerhalb von 2–4 Tagen planktonische Bakterien verlieren;
5. Sie erholen sich schnell von mechanischer Zerstörung und bilden innerhalb von 24 Stunden einen neuen, reifen Biofilm. Diese Tatsachen legen nahe, dass mehrere aufeinanderfolgende Wundreinigungen einen kurzen Zeitraum, beispielsweise weniger als 24 Stunden, ermöglichen, in dem die antimikrobielle Behandlung sowohl gegen planktonische Mikroorganismen als auch gegen pathogene Zellen im Wundbiofilm am wirksamsten ist.

Können Sie mikrobiellen Biofilm sehen?

Biofilme sind mikroskopische Strukturen. In manchen Fällen werden sie jedoch, wenn sie über einen längeren Zeitraum ungehindert wachsen, so dicht, dass sie mit bloßem Auge erkennbar sind. Beispielsweise kann sich Zahnbelag ansammeln und innerhalb eines Tages deutlich sichtbar werden. Einige Bakterien dieses Phänotyps produzieren Pigmente, die die visuelle Erkennung des gesamten Biofilms erleichtern. Beispielsweise produziert P. aeruginosa, ein Biofilm-Phänotyp, das grüne molekulare Pyocyanin im „Quorum Sensing“-System. Doch selbst in diesem Fall weist eine grüne Verfärbung der Wunde nicht immer auf das Vorhandensein eines von Pseudomonas sp. gebildeten Biofilms hin.

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Können sich Biofilme im Schorf befinden?

Schorf wird als dicke, gelbe, relativ dunkle Schicht des Wundbetts beschrieben, während Biofilme in Wunden gallertartiger und heller erscheinen. Es besteht jedoch möglicherweise ein Zusammenhang zwischen Biofilmen und Schorf. Biofilme fördern Entzündungen, die die Gefäßdurchlässigkeit, die Bildung von Wundexsudat und Fibrinschorf erhöhen. Daher kann das Vorhandensein von Schorf auf das Vorhandensein von Biofilm in der Wunde hinweisen. Ein solcher Zusammenhang zwischen Schorf und Biofilm bei chronischen Wunden muss jedoch noch genauer untersucht werden.

Die derzeit zuverlässigste Methode zum Nachweis eines mikrobiellen Biofilms ist die spezielle Mikroskopie, beispielsweise die konfokale Laser-Scanning-Mikroskopie.

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Einstufung

Die Verwendung einer effektiven Klassifikation ist wichtig für die Wahl einer rationalen Behandlungsmethode und den Vergleich ihrer Ergebnisse. Trotz der Vielfalt der vorgeschlagenen Klassifikationssysteme gibt es kein einheitliches international anerkanntes System zur Diagnose und anschließenden Behandlung paraendoprothetischer Infektionen, d. h. die Behandlung infektiöser Komplikationen nach Endoprothetik ist nicht standardisiert.

Die gebräuchlichste Klassifikation tiefer Infektionen nach totaler Hüftarthroplastik stammt von MB Coventry (1975) – RH Fitzgerald (1977). Das wichtigste Klassifikationskriterium ist der Zeitpunkt der Manifestation der Infektion (das Zeitintervall zwischen der Operation und der ersten Manifestation des Infektionsprozesses). Basierend auf diesem Kriterium schlugen die Autoren drei klinische Haupttypen tiefer Infektionen vor. 1996 ergänzten DT Tsukayama et al. diese Klassifikation um Typ IV, definiert als positive intraoperative Kultur. Dieser Typ paraendoprothetischer Infektion bedeutet eine asymptomatische bakterielle Besiedlung der Oberfläche der Endoprothese, die sich in Form positiver intraoperativer Kulturen von zwei oder mehr Proben mit Isolierung desselben Erregers manifestiert. Positive Kulturen von 2-5 intraoperativen Proben. Abhängig von der Art der Infektion empfahlen die Autoren eine bestimmte Behandlungsstrategie.

Klassifikation der tiefen Infektion nach totaler Hüftarthroplastik (Coventry-Fitzgerald-Tsukayama)

1. Akute postoperative Infektion – innerhalb des ersten Monats
2. Späte chronische Infektion - ab einem Monat
3. Akute hämatogene Infektion - bis zu einem Jahr
4. Positive intraoperative Kultur – nach einem Jahr oder länger

Bei einer Typ-I-Infektion ist daher eine Revision mit Nekrektomie, Ersatz des Polyethylen-Liners und Erhalt der verbleibenden Komponenten der Endoprothese gerechtfertigt. Bei einer Typ-II-Infektion ist bei einer Revision mit obligatorischer Nekrektomie die Entfernung der Endoprothese erforderlich, bei Patienten mit einer paraendoprothetischen Infektion Typ III ist ein Versuch zur Erhaltung der Endoprothese möglich. Bei einer positiven intraoperativen Kultur kann die Behandlung konservativ erfolgen – mit einer suppressiven parenteralen Antibiotikatherapie über sechs Wochen.
Besonderheiten der Pathogenese der paraendoprothetischen Infektion.

Die paraendoprothetische Infektion ist ein Sonderfall der implantatassoziierten Infektion und ist unabhängig von den Penetrationswegen des Erregers, der Entwicklungszeit und der Schwere der klinischen Manifestationen spezifisch für die Endoprothetik. In diesem Fall kommt den Mikroorganismen und ihrer Fähigkeit, biogene und abiogene Oberflächen zu besiedeln, die führende Rolle bei der Entwicklung des Infektionsprozesses zu.

Mikroorganismen können in verschiedenen phänotypischen Zuständen existieren: adhärent – Biofilmform von Bakterien (Biofilm), freilebend – planktonisch (in Lösung in suspendiertem Zustand), latent – Sporenform. Die Pathogenität von Mikroben, die paraendoprothetische Infektionen verursachen, beruht auf ihrer Fähigkeit, spezielle Biofilme (Biofilme) auf den Oberflächen von Implantaten zu bilden. Das Verständnis dieser Tatsache ist äußerst wichtig für die Festlegung rationaler Behandlungstaktiken.

Die bakterielle Besiedlung des Implantats kann durch zwei alternative Mechanismen erfolgen. Durch direkte unspezifische Wechselwirkung zwischen dem Bakterium und der künstlichen, nicht mit Wirtsproteinen bedeckten Oberfläche aufgrund elektrostatischer Feldkräfte, Oberflächenspannungskräfte, Vander-Wils-Kräfte, Hydrophobie und Wasserstoffbrücken (erster Mechanismus). Es hat sich gezeigt, dass je nach Material, aus dem es hergestellt ist, eine selektive Haftung von Mikroben am Implantat stattfindet. St. epidermidis-Stämme haften besser an Polymerteilen der Endoprothese, St. aureus-Stämme besser an Metallteilen.

Beim zweiten Mechanismus wird das Material des Implantats mit „Wirtsproteinen“ beschichtet, die als Rezeptoren und Liganden fungieren und den Fremdkörper und den Mikroorganismus miteinander verbinden. Es ist zu beachten, dass alle Implantate sogenannte physiologische Veränderungen durchlaufen, die dazu führen, dass das Implantat fast augenblicklich mit Plasmaproteinen, hauptsächlich Albumin, beschichtet wird.

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Wie beeinträchtigen Biofilme den Wundheilungsprozess?

Während sich die Wundoberfläche vom Biofilm löst, stimuliert dieser eine chronische Entzündungsreaktion. Diese Reaktion führt zur Bildung einer großen Anzahl von Neutrophilen und Makrophagen rund um den Biofilm. Diese Entzündungszellen produzieren große Mengen reaktiver Oxidantien und Proteasen (Matrix-Metalloproteinasen und Elastasen). Proteasen tragen dazu bei, die Anhaftung des Biofilms an Gewebe zu unterbrechen und ihn von der Wunde zu entfernen. Diese reaktiven Oxidantien und Proteasen zerstören jedoch auch gesundes und heilendes Gewebe, Proteine und Immunzellen, was die Behandlungsqualität beeinträchtigt.

Die chronische Entzündungsreaktion führt nicht immer zur erfolgreichen Entfernung des Biofilms. Es wird angenommen, dass eine solche Reaktion dem Biofilm förderlich ist. Durch die Auslösung einer ineffektiven Entzündungsreaktion schützt der Biofilm die ihn bildenden Mikroorganismen und erhöht die Produktion von Exsudat, das wiederum als Nährstoffquelle und Mittel zur Erhaltung des Biofilms dient.

Gibt es Bedingungen, die die Biofilmbildung in einer Wunde fördern?

Es ist nicht bekannt, ob es Bedingungen gibt, die die Bildung von Biofilm in einer Wunde begünstigen. Grunderkrankungen, die das Immunsystem schwächen oder die Wirkung von Antibiotika verringern, können jedoch die Entwicklung von Biofilm in Wunden begünstigen (z. B. Gewebeischämie oder -nekrose, schlechte Ernährung).

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Was sind die Prinzipien des Biofilmmanagements?

Auch wenn die Wahrscheinlichkeit hoch ist, dass eine Wunde Biofilm enthält, gibt es keine einheitliche Behandlungsmethode. Eine kombinierte Strategie, die Elemente der Wundbettvorbereitung nutzt, um die Biofilmmasse zu entfernen und eine Remodellierung des Biofilms zu verhindern, kann optimal sein. Dieser Ansatz wird manchmal als „biofilmbasierte Wundversorgung“ bezeichnet.

Wie erkenne ich, ob der Biofilm entfernt wurde?

Das Fehlen eindeutiger Symptome und etablierter Labormethoden zur Identifizierung mikrobieller Gemeinschaften erschwert die Bestimmung des Zeitpunkts, an dem eine Wunde biofilmfrei ist. Der wichtigste Indikator ist eine fortschreitende Wundheilung, gekennzeichnet durch eine verminderte Exsudatsekretion und das Ablösen des Schorfes. Bis endgültige Leitlinien entwickelt sind, müssen Kliniker individuell über die Behandlung biofilmbefallener Wunden entscheiden. So kann es beispielsweise nach erfolgreicher Behandlung notwendig sein, die Methode oder Häufigkeit der Wundversorgung zu ändern oder den Bedarf an topischen antimikrobiellen Mitteln zu prüfen. Zusätzliche Maßnahmen zur Förderung der Wundheilung sollten im Kontext des Gesundheitszustands des Patienten erwogen werden und auf die Unterstützung des Immunsystems abzielen. Biofilme beeinflussen den Verlauf chronisch-entzündlicher Erkrankungen, und neuere Daten deuten darauf hin, dass sie auch den Heilungsprozess chronischer Wunden maßgeblich stören. Biofilme weisen eine hohe Toleranz gegenüber Antikörpern, Antibiotika, Antiseptika, Desinfektionsmitteln und Phagozyten auf. Zu den aktuellen Behandlungsmethoden für Wunden mit Biofilmen gehört die obligatorische häufige Wundreinigung in Kombination mit der Verwendung von Wundverbänden und antimikrobiellen Mitteln, um eine erneute Wundinfektion zu verhindern und die Neubildung von Biofilmen zu hemmen.

Bei der Betrachtung der Ätiopathogenese einer Wundinfektion sollte berücksichtigt werden, dass jeder lokale Infektionsherd aus mikrobiologischer Sicht als pathologische Biozönose betrachtet werden sollte. Dies bedeutet, dass jede in einem bestimmten Herd lokalisierte Mikrobiota nur dann aktiv am Infektionsprozess teilnehmen kann, wenn sie optimale Bedingungen für die Existenz und Manifestation aller vegetativen Funktionen vorfindet, einschließlich der maximalen Entfaltung ihrer Pathogenität für den Wirtsorganismus. Die Anerkennung dieser Position dient wiederum als Grundlage für nachfolgende Schlussfolgerungen. Wenn die anfängliche Pathogenität des Erregers hoch genug ist und die natürlichen Mechanismen der antiinfektiösen Abwehr des Wirtes unzureichend sind oder durch einen pathologischen Hintergrundprozess geschwächt werden, kann die Bildung eines pathologischen Biotops eine Folge der allmählichen Entwicklung des Infektionsprozesses selbst sein.

Kandidat der medizinischen Wissenschaften Garifullov Gamil Gakilievich. Einige Aspekte der Entwicklung infektiöser Komplikationen während der Endoprothetik // Praktische Medizin. 8 (64) Dezember 2012 / Band 1