Infektionsdiagnostik bei Pseudarthrose – eine Analyse mittels Polymerase-Kettenreaktion (PCR)

Abstract

Hintergrund: Pseudarthrosen stellen eine häufige Komplikation bei der osteosynthetischen Frakturversorgung dar. Eine frühzeitige Infektionsdiagnostik ist essenziell, da septische Pseudarthrosen andere Therapiemaßnahmen als aseptische erfordern. Die mikrobiologische Analyse periimplantärer Gewebeproben (Goldstandard) weist jedoch suboptimale Sensitivitäten und Spezifitäten auf. Auch die histopathologische Evaluation periimplantärer Gewebeproben konnte diese Aspekte bisher nicht vollständig kompensieren. Der folglich bestehende Bedarf an innovativen Diagnostikmethoden wird in aktuellen Studien durch die Untersuchung mittels Polymerase-Kettenreaktion (PCR) und Sonikation exploriert. Das Ziel dieser Arbeit war die infektiologische Untersuchung sowie Gegenüberstellung konventioneller (Mikrobiologie, Histopathologie) und neuer Techniken (Sonikation, Multiplex-PCR) mit Fokus auf dem PCR-Verfahren bei Patienten mit Pseudarthrosen nach osteosynthetischer Therapie von Frakturen. Methodik: In der klinischen Studie wurden 38 Patienten inkludiert, welche im Zeitraum von Mai 2014 bis April 2016 eine Revision mit Explantation ihres osteosynthetischen Materials an der Charité - Universitätsmedizin Berlin erfuhren. Basierend auf der präoperativen, klinischen und radiologischen Diagnose wurden sie in drei Gruppen klassifiziert: 17 Patienten mit Pseudarthrosen (Pseudarthrosen), 15 Patienten mit aseptischen Implantatentfernungen (negative Kontrollen) sowie 6 Patienten mit klinischen periimplantären Infektionen (positive Kontrollen). Innerhalb jeder Gruppe erfolgte eine mikrobiologische Untersuchung des Sonikats, des Implantatabstrichs und der periimplantären Gewebeproben sowie eine histopathologische und molekulare Untersuchung mittels Multiplex-PCR (Unyvero i60 ITI System, Curetis GmbH, Holzgerlingen, Deutschland) von periimplantärem Gewebe. Identische Pathogendetektionen in der Mikrobiologie sowie positive histopathologische Befunde (nach Morawietz) wurden als Infektion gewertet. Ergebnisse: 9 von 17 Patienten der Pseudarthrosen-Gruppe erfüllten die Infektionskriterien. Für die PCR resultierten Sensitivitäten und Spezifitäten von 33 % bzw. 88 %. Bei den mikrobio-logischen Analysen wurden folgende Parameter ermittelt: Kultur (Sonikat) Sensitivität 89 % und Spezifität 38 %, Kultur (Implantatabstrich) Sensitivität 63 % und Spezifität 83 % sowie Kultur (periimplantäre Gewebeproben) Sensitivität 78 % und Spezifität 88 %. Die histopathologische Untersuchung präsentierte eine Spezifität von 100 % bei einer Sensitivität von 38 %. Diskussion: Die PCR konnte sich, auch unter Berücksichtigung der rapiden Untersuchungszeit von 5 Stunden, hinsichtlich der Pathogendetektionen nicht als gleichwertig zu konventionellen Techniken erweisen. Aufgrund der hohen Sensitivität erscheint ein Einsatz der Sonikation, unter Beachtung der niedrigen Spezifität, in der Zukunft sinnvoll. Kulturen von Gewebeproben generierten solide Sensitivitäten und Spezifitäten, weshalb sie legitim als Goldstandard gelten. Summa summarum ist der Anteil an Infektpseudarthrosen höher (53 %) als bisher angenommen. Weitere Modifikationen sind notwendig, um Verfahren wie die PCR in die routinemäßige Diagnostik zu implementieren und die reale Quote an septischen Pseudarthrosen zu identifizieren.

Background: Nonunions represent a common complication in the context of fracture treatment with osteosynthesis. A timely diagnosis of infection is essential because septic nonunions require different medical treatment. Nevertheless, cultures of peri-implant tissue (gold standard) offer suboptimal sensitivity and specifity. The histopathological testing of peri-implant tissue is not able to fully compensate these aspects, too. Hence, there exists a need for innovative diagnostics such as polymerase chain reaction (PCR) and sonication which are currently being investigated. The purpose of this dissertation was to examine conventional (microbiology, histology) and novel techniques (primary multiplex PCR, sonication) for the detection of infections in patients with nonunions after osteosynthetic treatment. Methods: A total of 38 patients that underwent revisions with explantations of their osteosynthesis at the Charité - Universitätsmedizin Berlin between May 2014 and April 2016 were included in this study. Based on the preoperative, clinical and radiological diagnosis they were classified into three groups: 17 patients with nonunions (pseudarthrosis), 15 patients with planned aseptic explantations (negative control) as well as 6 patients with clinical peri-implant infections (positive control). Cultures of peri-implant tissue, swab and sonication plus histopathological and molecular multiplex PCR examinations (Unyvero i60 ITI System, Curetis GmbH, Holzgerlingen, Germany) of peri-implant tissue were performed. An infection was defined as the presence of equivalent, microbiological pathogen detections or a positive histopathological result (Morawietz). Results: 9 out of 17 patients with nonunions fulfilled the infection criteria. PCR offered a sensitivity of 33 % and specificity of 88 %. The microbiological analyses of sonication, swab and peri-implant tissue showed sensitivities of 89 % versus 63 % versus 78 % and specificities of 38 % versus 83 % versus 88 %. Histopathological evaluation offered a specificity of 100 % with a sensitivity of 38 %. Discussion: Our results showed that, despite a brief processing time of 5 hours, the accomplishment of multiplex PCR using tissue is not comparable to conventional techniques. Due to high sensitivity the application of sonication seems to be useful in the future with respect to low specificity. Cultures of tissue generated a reliable sensitivity and specifity. Consequently, it is regarded as the legitimate gold standard. In conclusion, the amount of septic nonunions exceeds (53 %) previous estimations. Further modifications, notably for PCR, are necessary to implement these novel procedures for routine diagnostics and to ascertain the real rate of septic nonunions.