假体周围关节感染(PJI)是骨科手术的严重并发症，需要广泛和反复的翻修手术和长时间的全身抗生素治疗。原发性全髋关节或膝关节置换术(THA或TKA)后PJI的发生率为1%至2%。慢性PJI的3A临床标志是一个持续的，通常是低炎症的临床过程。即使是由低毒力微生物引起的感染也无法控制，这被认为与表面附着的多细胞结构(称为生物膜)的建立有关。事实上，最常遇到的病原体，即。金黄色葡萄球菌(S. aureus)，凝固酶阴性葡萄球菌(CoNS）如表皮葡萄球菌、链球菌、需氧革兰氏阴性菌、表皮杆菌和肠球菌，均表现出形成生物膜的能力，这在动物感染模型中已被证明具有致病性。生物膜的形成不仅可以保护细菌免受先天免疫效应机制的影响，而且对细菌的抗菌敏感性也有严重的影响。因此，PJI通常需要积极的手术治疗程序。

事实上，慢性PJI通常需要两个阶段的手术方法，其中假体外植后进行靶向抗菌治疗，随后重新植入新假体。然而，这种做法伴随着大量的发病率和死亡率，在全世界造成了巨大的经济负担。显然，深入了解PJI的发病机制是开发最佳预防和治疗方法的必要条件。PJI常伴有种植体相关性骨髓炎，导致严重的骨骼改变。骨髓炎急性期的特点是细菌快速复制、中性粒细胞浸润、化脓性炎症和骨坏死。如果感染进展到骨髓炎的慢性阶段，骨重塑的干扰就会出现。虽然生理性骨重塑的特点是破骨细胞平衡骨吸收和成骨细胞形成新骨，但慢性种植体相关性骨髓炎可能导致骨重塑受到干扰，通过激活破骨细胞导致骨吸收率高，以及成骨细胞改变骨形成。因此，慢性骨髓炎导致溶骨性骨破坏和硬化性骨增厚的结合，具有高度的骨脆性和刚性，正如小鼠模型所证明的那样。临床上，骨吸收增强和骨溶解可导致假体松动和假体周围骨折。最近的研究表明，细菌种类导致骨重塑的明显改变。然而，关于特定病原体对骨微观结构、骨重塑和细胞更新参数的具体影响的知识仅来自体外或小鼠实验，人体数据很少。

先前的一项研究检查了受PJI影响的患者的髋臼标本，发现破骨细胞数量增加，但没有分化成病原体，没有将PJI与无菌改造病例进行比较，也没有将结果与临床数据相关联。因此，本临床活检研究的目的是研究慢性PJI患者种植体周围骨标本的骨显微结构和细胞骨参数，并将其与初次种植和无菌翻修手术期间获得的对照标本进行比较。同时，我们还打算通过检测不同的细菌来比较PJI亚型之间的局部骨稳态。

方法：对20例髋关节、膝关节慢性PJI患者进行股骨小梁周围骨标本采集。对术前关节抽吸器和翻修手术中获得的组织标本进行微生物学分析。骨标本的显微结构和骨细胞参数通过组织形态测定法在未钙化切片上进行分析，并辅以抗酒石酸酸性磷酸酶免疫组织化学。将数据与初次关节置换术(n = 20)和无菌翻修(n = 20)期间获得的对照标本进行比较。

表1 .研究队列的临床、密度测定和实验室数据概述。

表二 假体周围关节感染组检出细菌分布

假体周围关节感染(PJI)中假体周围骨微观结构与对照组和无菌修复的比较。a)对照组、无菌组和PJI组的代表性组织学图像(von Kossa染色)。b)定量测定每组织体积骨体积(BV/TV)、小梁数量(Tb.N)、小梁厚度(Tb.Th)和小梁间距(Tb.Sp)。c)每骨体积的类骨体积(OV/BV)、每骨表面的类骨表面积(OS/BS)和类骨厚度(O.Th)的量化。比较对照组、无菌组和PJI组的骨显微结构参数和类骨参数。框表示25%和75%的百分位数，线表示中位数，须表示范围，彩色符号表示单个值。正态分布资料采用Tukey多重比较检验的单向方差分析，非参数资料采用Kruskal-Wallis检验和Dunn多重比较检验。除非p < 0.001，否则报告准确的p值。

假体周围关节感染(PJI)的细胞骨转换参数与对照组和无菌修复比较。a)对照组、无菌组和PJI组的代表性组织学图像(甲苯胺蓝染色)。b)对照组、无菌组和PJI组细胞骨转换参数(每骨周成骨细胞数(N.Ob/ b. pm)、每骨周成骨细胞表面积(b. s /BS)、每骨周破骨细胞数(N.Oc/ b. pm)、每骨表面破骨细胞表面积(c. s /BS))的量化和比较。框表示25%和75%的百分位数，线表示中位数，须表示范围，彩色符号表示单个值。c) PJI患者甲苯胺蓝染色和酒石酸盐抗性酸性磷酸酶(TRAP)染色的详细组织学图像。红色箭头表示破骨细胞。正态分布资料采用Tukey多重比较检验的单向方差分析，非参数资料采用Kruskal-Wallis检验和Dunn多重比较检验。除非p < 0.001，否则报告准确的p值。

假体周围关节感染组假体存活与组织学、假体周围骨组织参数的关系。假体数月存活率与骨骼参数(每组织体积骨体积(BV/TV)、每骨体积类骨体积(OV/BV)、每骨周长成骨细胞数(N.Ob/ b.m m)、每骨周长破骨细胞数(N.Oc/ b.m m))之间的线性回归分析(n = 20)。显示精确的p值和R2值。

假体周围关节感染组实验室炎症标志物与组织学骨参数的关系。a)血清CRP与骨参数(每组织体积骨体积(BV/TV)、每骨体积类骨体积(OV/BV)、每骨周长成骨细胞数(N.Ob/ b.m m)、每骨周长破骨细胞数(N.Oc/ b.m m))的线性回归分析(n = 20)。b)滑膜白细胞(WBC)计数与相同骨参数的线性回归分析(n = 15)。精确的p值(除非< 0.001)和R2值被描绘出来。**p < 0.05。

不同假体周围关节感染(PJI)病原菌患者骨代谢参数的比较。从金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌和表皮细菌感染患者的PJI标本中定量比较a)显微结构、b)类骨和c)细胞骨参数。框表示25%和75%的百分位数，线表示中位数，须表示范围，彩色符号表示单个值。正态分布资料采用Tukey多重比较检验的单向方差分析，非参数资料采用Kruskal - Wallis检验和Dunn多重比较检验。除非p < 0.001，否则报告准确的p值。BV/TV，骨体积/组织体积;N.Ob / B。Pm，每骨周成骨细胞数;N.Oc / B。Pm，每骨周破骨细胞数;Ob.S/BS，每骨表面成骨细胞表面积;Oc。S/BS，每骨表面破骨细胞表面积;OS/BS，每骨表面的类骨表面;O.Th，类骨厚度;OV/BV:类骨体积/骨体积;结核病。N，小梁数;结核病。Sp，小梁分离;结核病。小梁厚度。