관절 치환술에서 감염성 합병증 발생의 몇 가지 측면

고관절 치환술은 심각한 고관절 질환의 외과적 치료에서 선도적인 위치를 차지하고 있습니다. 이 수술은 통증을 없애거나 상당히 감소시키고, 관절 운동을 회복시키며, 사지를 지지하고, 보행을 개선하여 결과적으로 환자의 삶의 질을 크게 향상시킵니다. 하지만 모든 외과적 치료에는 여러 합병증이 발생할 수 있다는 것은 누구나 아는 사실이며, 그중 하나가 감염입니다. 문헌에 따르면, 대규모 인공관절 치환술을 시행하고 매년 최소 100건의 수술을 시행하는 정형외과 센터는 첫해에 감염 합병증 발생률이 17%에 달하며, 이 비율은 2년차에는 5%, 3년차에는 3% 감소하여 평균 4%에 달할 수 있습니다.

항생제 예방과 현대적인 수술적 소독법의 적극적인 사용에도 불구하고, 대관절 인공관절 수술 시 감염 합병증 문제는 날로 심각해지고 있습니다. 이는 인공관절 수술 기관 수의 증가, 병원균 식별의 어려움, 치료의 복잡성, 그리고 후유증의 심각성 때문입니다. 이러한 모든 요인은 궁극적으로 수술 결과의 악화, 환자의 수술 후 재활 비용 및 기간 증가로 이어집니다.

이 문제는 특히 고령 환자의 경우, 신체가 감염과 싸우는 데 매우 어려움을 겪는 일반적인 상황 때문에 발생합니다. 면역억제 상태는 장기간의 심각한 외상성 수술 후 유발된 이차 면역결핍과 조직 파괴 산물의 혈액 유입, 그리고 고령 환자의 면역 체계의 연령 관련 특성으로 인해 발생합니다.

인공관절 수술 건수의 증가와 높은 재활 잠재력은 수술 부위의 심부 감염 사례 증가를 동반하고 있으며, 국내외 저자들의 연구에 따르면 일차 수술의 경우 0.3%에서 1%, 재수술의 경우 최대 40% 이상에 달합니다. 이러한 감염 합병증의 치료는 고가의 약물과 재료를 사용해야 하는 장기간의 과정입니다. 한때 감염 부위에 인공관절을 이식하는 것은 절대 용납될 수 없는 것으로 여겨졌습니다. 그러나 임플란트와 관련된 감염의 병태생리에 대한 이해와 수술 기법의 발전으로 이러한 경우에도 성공적인 인공관절 수술이 가능해졌습니다.

대부분의 외과의는 관내 인공삽입물 구성품 제거와 상처에 대한 신중한 외과적 치료가 환자 치료의 중요한 초기 단계라는 데 동의합니다. 그러나 통증 없이 최소한의 감염 재발 위험으로 관절 기능을 회복할 수 있는 방법에 대한 합의는 아직 없습니다.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ]

바이오필름 형성 단계

1단계. 표면에 가역적으로 부착. 대부분의 미생물은 자유롭게 떠다니는 덩어리 또는 단일(예: 플랑크톤) 군체로 존재합니다. 그러나 정상적인 조건에서는 대부분의 미생물이 표면에 부착하여 궁극적으로 생물막을 형성하는 경향이 있습니다.

2단계. 표면에 영구적으로 부착. 박테리아가 증식함에 따라 표면에 더 단단히 부착하고, 분화하며, 유전자를 교환하여 생존을 보장합니다.

3단계: 점액 보호 기질/바이오필름 형성. 박테리아는 단단히 부착되면 세포외 고분자 물질(exopolysaccharide)로 알려진 세포외 다당류를 둘러싼 기질을 형성하기 시작합니다. 이것이 EPS 기질입니다. 이후 작은 박테리아 군집이 초기 바이오필름을 형성합니다. EPS 기질의 구성은 존재하는 특정 미생물에 따라 다르지만 일반적으로 다당류, 단백질, 당지질, 박테리아 DNA로 구성됩니다. 다양한 단백질과 효소는 바이오필름이 상처 부위에 더 단단히 부착되도록 돕습니다. 완전히 형성된(성숙한) 바이오필름은 플랑크톤 박테리아, 미세 군집, 그리고 단편들을 지속적으로 배출하는데, 이들은 상처 부위의 다른 부분이나 다른 상처 표면에 분산되어 부착되어 새로운 바이오필름 군집을 형성할 수 있습니다.

바이오필름은 얼마나 빨리 형성되나요?

실험 연구실 연구에 따르면 포도상구균, 연쇄상구균, 녹농균 및 대장균과 같은 플랑크톤 박테리아는 일반적으로 다음과 같은 특성을 보입니다.

1. 몇 분 안에 서로 합류하세요.
2. 2~4시간 내에 단단히 부착된 미세 군체를 형성합니다.
3. 6~12시간 내에 세포외 다당류를 생성하고 항생제, 방부제, 소독제 등의 살생제에 대한 내성이 상당히 높아집니다.
4. 본격적인 바이오필름 군집에 관여하며, 이 군집은 살생제에 매우 강하고 박테리아 종류와 성장 조건에 따라 2~4일 이내에 플랑크톤 박테리아를 잃습니다.
5. 기계적 파괴로부터 빠르게 회복되고 24시간 이내에 성숙한 바이오필름을 재형성합니다. 이러한 사실은 여러 차례의 연속적인 상처 세척이 24시간 미만의 짧은 시간 동안만 효과가 있을 수 있음을 시사하며, 이 시간 동안 항균 치료는 상처 내 플랑크톤 미생물과 바이오필름 내 병원균 세포 모두에 가장 효과적입니다.

미생물 바이오필름을 볼 수 있나요?

바이오필름은 미세한 구조입니다. 그러나 어떤 경우에는 장기간 방치하면 육안으로 볼 수 있을 정도로 빽빽해집니다. 예를 들어, 치태는 축적되어 하루 만에 선명하게 보일 수 있습니다. 이러한 표현형에 속하는 일부 박테리아는 전체 바이오필름을 시각적으로 감지할 수 있도록 색소를 생성합니다. 예를 들어, 바이오필름 표현형에 속하는 녹농균(P. aeruginosa)은 "쿼럼 센싱" 시스템에서 녹색 분자 피오시아닌을 생성합니다. 그러나 이 경우에도 상처 부위의 녹색 염색이 항상 슈도모나스 속(Pseudomonas sp.)에 의해 형성된 바이오필름의 존재를 나타내는 것은 아닙니다.

[ 4 ], [ 5 ], [ 6 ], [ 7 ], [ 8 ], [ 9 ], [ 10 ]

딱지에서 바이오필름을 찾을 수 있나요?

가피는 상처 기저부의 두껍고 노랗고 비교적 어두운 층으로 설명되는 반면, 상처에서 발견되는 바이오필름은 더 젤라틴처럼 보이고 더 밝습니다. 그러나 바이오필름과 가피 사이에는 연관성이 있을 수 있습니다. 바이오필름은 염증을 자극하여 혈관 투과성, 상처 삼출물 생성, 그리고 피브린 가피 형성을 증가시킵니다. 따라서 가피의 존재는 상처에 바이오필름이 존재함을 나타낼 수 있습니다. 그러나 만성 상처에서 가피와 바이오필름 사이의 이러한 연관성은 더 심도 있게 연구되어야 합니다.

현재 미생물 바이오필름의 존재를 확인하는 가장 신뢰할 수 있는 방법은 공초점 레이저 주사 현미경과 같은 특수 현미경입니다.

[ 11 ], [ 12 ], [ 13 ], [ 14 ]

분류

효과적인 분류 체계를 사용하는 것은 합리적인 치료 방법을 선택하고 그 결과를 비교하는 데 중요합니다. 제안된 분류 체계의 다양성에도 불구하고, 관내인공삽입술 주변 감염의 진단 및 후속 치료를 위한 국제적으로 인정된 단일 체계는 없습니다. 즉, 관내인공삽입술 후 감염 합병증 치료는 표준화되어 있지 않습니다.

전체 고관절 치환술 후 심부 감염에 대한 가장 일반적인 분류는 MB Coventry(1975)-RH Fitzgerald(1977)에 의한 것입니다. 주요 분류 기준은 감염 발현 시간(수술과 감염 과정의 첫 발현 사이의 시간 간격)입니다. 이 기준을 바탕으로 저자들은 심부 감염의 세 가지 주요 임상 유형을 제안했습니다. 1996년 DT Tsukayama 등은 양성 수술 중 배양으로 정의되는 IV형으로 이 분류를 보완했습니다. 이 유형의 주변 인공관절 감염은 인공관절 표면의 무증상 세균 집락화를 의미하며, 동일한 병원균이 분리된 두 개 이상의 샘플에서 양성 수술 중 배양의 형태로 나타납니다. 2~5개 수술 중 샘플의 양성 배양. 감염 유형에 따라 저자들은 특정 치료 전략을 권장했습니다.

전체 고관절 인공관절 수술(Coventry-Fitzgerald-Tsukayama) 후 심부감염의 분류

1. 급성 수술 후 감염 - 첫 달 이내
2. 후기 만성 감염 - 1개월부터
3. 급성 혈액감염 - 최대 1년
4. 양성 수술 중 배양 - 1년 이상 후

따라서 I형 감염의 경우, 괴사절제술을 통한 재수술, 폴리에틸렌 라이너 교체 및 관내 인공삽입물의 나머지 구성품 보존이 타당하다고 간주됩니다. II형 감염의 경우, 강제 괴사절제술을 통한 재수술 시 관내 인공삽입물 제거가 필요하며, III형 관내 인공삽입물 주변 감염 환자의 경우 관내 인공삽입물 보존 시도가 가능합니다. 수술 중 배양 검사에서 양성 반응이 나온 경우, 6주 동안 억제적 비경구 항생제 치료를 시행하는 보존적 치료를 시행할 수 있습니다. 관내
인공삽입물 주변 감염의 병인학적 특징.

관내보철물 감염은 임플란트 관련 감염의 특수한 사례로, 병원균 침투 경로, 발생 시기 및 임상 증상의 심각도와 관계없이 관내보철물에만 특이적으로 발생합니다. 이 경우 감염 과정의 발달에 있어 주도적인 역할을 하는 것은 미생물이며, 미생물이 생물학적 및 비생물학적 표면에 서식하는 능력입니다.

미생물은 여러 가지 표현형 상태로 존재할 수 있습니다. 부착성 - 박테리아의 바이오필름 형태(바이오필름), 자유 생활성 - 플랑크톤 형태(용액에 부유 상태로 존재), 잠복성 - 포자. 인공관절 주변 감염을 유발하는 미생물의 병원성은 임플란트 표면에 특수한 바이오필름(바이오필름)을 형성할 수 있는 능력에 기인합니다. 이러한 사실을 이해하는 것은 합리적인 치료 전략을 수립하는 데 매우 중요합니다.

임플란트에 대한 박테리아의 정착은 두 가지 대체 메커니즘을 통해 이루어질 수 있습니다. 첫 번째 메커니즘은 정전기장력, 표면장력, 반더-윌스 힘, 소수성, 수소 결합으로 인해 숙주 단백질로 덮여 있지 않은 인공 표면과 박테리아 사이의 직접적인 비특이적 상호작용입니다(첫 번째 메커니즘). 미생물은 임플란트의 재질에 따라 선택적으로 부착되는 것으로 나타났습니다. St. epidermidis 균주는 관내 인공삽입물의 폴리머 부위에, St. aureus 균주는 금속 부위에 더 잘 부착됩니다.

두 번째 메커니즘은 임플란트의 재료가 "숙주" 단백질로 코팅되는 것입니다. 이 단백질은 이물질과 미생물을 결합하는 수용체와 리간드 역할을 합니다. 모든 임플란트는 소위 생리적 변화를 겪으며, 이로 인해 임플란트는 거의 즉시 혈장 단백질, 특히 알부민으로 코팅됩니다.

[ 15 ], [ 16 ]

바이오필름은 상처 치유 과정을 어떻게 방해합니까?

상처 표면이 바이오필름에서 분리되는 동안, 바이오필름은 만성 염증 반응을 자극합니다. 이 반응으로 바이오필름 주변에 많은 수의 호중구와 대식세포가 생성됩니다. 이러한 염증 세포는 다량의 반응성 산화제와 단백질 분해 효소(기질 금속단백분해효소와 엘라스타제)를 생성합니다. 단백질 분해 효소는 바이오필름이 조직에 부착되는 것을 방해하여 상처에서 제거하는 데 도움을 줍니다. 그러나 이러한 반응성 산화제와 단백질 분해 효소는 건강하고 치유 중인 조직, 단백질, 그리고 면역 세포까지 파괴하여 치료의 질을 저하시킵니다.

만성 염증 반응이 항상 바이오필름의 성공적인 제거로 이어지는 것은 아니며, 이러한 반응은 바이오필름에 "유익"하다는 가설이 제기되어 왔습니다. 바이오필름은 비효과적인 염증 반응을 유도함으로써, 바이오필름을 형성하는 미생물을 보호하고 삼출물 생성을 증가시키는데, 이는 영양 공급원이자 바이오필름 유지 수단이 됩니다.

상처에 바이오필름이 형성되기 쉬운 환경이 있나요?

상처에 바이오필름 형성을 촉진하는 요인이 있는지는 알려져 있지 않습니다. 그러나 면역 체계를 약화시키거나 항생제의 효과를 감소시키는 기저 질환(예: 조직 허혈 또는 괴사, 영양 부족)이 상처에 바이오필름 형성을 촉진할 수 있습니다.

[ 17 ], [ 18 ], [ 19 ], [ 20 ], [ 21 ], [ 22 ]

바이오필름 관리의 원칙은 무엇입니까?

상처에 바이오필름이 존재할 가능성이 높더라도, 단일 단계 치료는 불가능합니다. 상처 기저부(wound bed)의 요소들을 활용하여 바이오필름 덩어리를 제거하고 바이오필름 리모델링을 방지하는 복합적인 전략이 최선일 수 있습니다. 이러한 접근법을 "바이오필름 기반 상처 치료"라고도 합니다.

바이오필름이 제거되었는지 어떻게 알 수 있나요?

명확한 증상이 없고 미생물 군집을 식별하는 확립된 실험실 방법이 없기 때문에 상처에서 바이오필름이 사라지는 시점을 정확히 파악하기 어렵습니다. 가장 확실한 지표는 삼출물 분비 감소와 가피 탈락을 특징으로 하는 점진적인 상처 치유입니다. 확실한 지침이 개발될 때까지 임상의는 바이오필름에 감염된 상처의 치료 방법을 사례별로 결정해야 합니다. 예를 들어, 치료가 성공적일 경우 상처 관리 방법이나 빈도를 변경하거나 국소 항균제의 필요성을 고려해야 할 수 있습니다. 상처 치유를 촉진하기 위한 추가 조치는 환자의 건강 상태를 고려하여 고려되어야 하며, 면역 체계를 지원하는 것을 목표로 해야 합니다. 따라서 바이오필름은 만성 염증성 질환의 진행에 영향을 미치며, 최근 연구에 따르면 만성 상처의 치유 과정을 방해하는 데에도 중요한 역할을 하는 것으로 나타났습니다. 바이오필름은 항체, 항생제, 소독제, 소독제 및 식세포에 대한 높은 내성을 가지고 있습니다. 바이오필름이 있는 상처에 대한 현재 치료법에는 상처 재감염을 예방하고 바이오필름 재형성을 억제하기 위해 상처 드레싱과 항균제를 사용하는 것과 함께 의무적으로 자주 상처를 세척하는 것이 포함됩니다.

상처 감염의 병인병리학을 고려할 때, 모든 국소 감염 초점은 미생물학적 관점에서 병리학적 생물군집(biocenosis)으로 간주되어야 한다는 점을 고려해야 합니다. 이는 특정 초점에 위치한 모든 미생물총이 숙주 유기체에 대한 병원성을 최대로 실현하는 것을 포함하여 모든 영양 기능의 존재와 발현에 최적의 조건을 찾는 한에서만 감염 과정에 적극적으로 참여할 수 있음을 의미합니다. 이러한 입장을 인지하는 것은 결국 후속 결론의 기초가 됩니다. 병원체의 초기 병원성이 충분히 높고 숙주의 자연적인 항감염 방어 기전이 불충분하거나 어떤 배경 병리학적 과정에 의해 약화된다면, 병리학적 생물군집의 형성은 감염 과정 자체의 점진적인 발달의 결과일 수 있습니다.

의학 박사 후보생 가리풀로프 가밀 가킬리예비치. 인공관절 수술 중 감염성 합병증 발생의 몇 가지 측면 // 실용의학. 2012년 12월 8일(64) / 제1권