Einleitung Nach wie vor stellen biofilmassoziierte periprothetische Infektionen in der Diagnostik und Therapie eine besondere Herausforderung dar. Entscheidend für den Therapieerfolg ist, neben den chirurgischen Maßnahmen, auch die Identifikation der beteiligten Erreger und deren antibiotische Eradikation. Die Besiedlung des verwendeten Prothesenmaterials wurde bisher in nur wenigen Studien untersucht. Die Sonikation ist eine geeignete Methode mikrobiologische Erreger auf Fremdmaterial nachzuweisen und damit auch Unterschiede in der Häufigkeit und der Art infektverursachender Erreger zu ermitteln. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es daher ein mögliches materialspezifischen Erregerwachstums auf explantiertem Prothesenkomponenten zu untersuchen, um eventuell auch Rückschlüsse auf den Einsatz geeigneter Prothesenmaterialien sowie Therapiestrategien ziehen zu können.
Methodik In einer klinischen Beobachtungsstudie wurden 104 Prothesenkomponenten von periprothetischen Infektionen von Knie- und Hüftgelenken von 54 Patientenfällen mittels Sonikation auf Art und Menge des Erregerwachstum untersucht. Dabei wurde materialspezifisch analysiert und eine Unterteilung in Polyethylen (PE), Metall, Keramik und Zement (PMMA) vorgenommen. So konnte später das Keimwachstum qualitativ und quantitativ vergleichend beurteilt werden. Bei allen Fällen wurden gleichzeitig Gewebekulturen angelegt und die Ergebnisse beider mikrobiologischen Verfahren verglichen. Zudem wurde untersucht, ob ein Erregernachweis durch die Sonikation bereits bei Frühinfekten möglich ist.
Ergebnisse Insgesamt wurde auf allen vier Arten von Fremdmaterial ein Erregerwachstum nachgewiesen. Auf PE zu 74,3%, auf Metall zu 76,6%, auf Keramik zu 72,7% und auf PMMA zu 57,1%. Polyethylen wurde dabei als Material mit der höchsten Erregerlast (>50 KBE/ml) identifiziert. Hierbei handelte es sich überwiegend um Staphylococcus epidermidis (61% der nachgewiesenen Erreger). Insgesamt war die Sensitivität der Sonikation als Nachweismethode einer PPI in der vorliegenden Arbeit signifikant höher als die der Gewebekultur (p<0,001). Besonders der Nachweis von koagulase-negativen Staphylokokken (KNS) und Propionibakterien gelang durch die Sonikation signifikant häufiger als im Gewebe (p=0,023). Bei den vorliegenden Frühinfektionen war ein Erregernachweis im Sonikat ab einem Zeitraum von vier Wochen stets möglich.
Schlussfolgerung/ Fazit Gerade bei biofilmassoziierten Infektionen ist die Diagnostik mittels Gewebekultur allein nicht ausreichend. Der zusätzliche Einsatz der Sonikation zur Identifikation der Erreger ist hier notwendig. Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass der Wechsel von mobilen Prothesenteilen aus Polyethylen beim Frühinfekt äußerst sinnvoll ist, um die Erregerlast im betroffenen Gelenk zu senken. Ab einem Zeitraum von vier Wochen sollte für eine vollständige chirurgischen Erregereradikation neben dem Debridément des Gewebes, ein kompletter Prothesenwechsel aufgrund von ubiquitärem Wachstum angestrebt werden. Neben zuvor genannten Therapiemaßnahmen zur Behandlung einer PPI, wird die Entwicklung biofilmresistenter Prothesenoberflächen weiterhin eine wichtige Möglichkeit sein, das Infektionsrisiko selbst zu reduzieren.
Backround Biofilm-associated periprosthetic jointinfection are still one of the most challenging complications after orthopedic joint replacement. Besides surgical intervention, an accurate identification and antimicrobial treatment of the causative organism is essential for a successful eradication. To date, only few studies have investigated the bacterial colonisation considering different material types of implants. Sonication is an appropriate method to detect pathogenes on prosthetic material and so to analyse possible differences in quantity and type of species. Therefore aim of this study will be the analysis of bacterial growth on implant components depending on it´s type of material to draw conclusions about the efficient usage of prosthetic material and further strategies of therapy. Methods In this clinical study overall 104 explanted specimen material of hip- and kneeimplants of 54 patientcases, diagnosed with periprosthetic joint infection (PJI) according MISIS criteria, were investigated by sonication for type and quantity of bacterial colonisation. Before analysis it has been seperated into polyethylen, metal, ceramic and PMMA. So it has been possible to compare different materials in quality and quantity of bacterial growth. Besides the usage sonication, at least 3 cultures of tissue samples were performed on each case to compare the results of both diagnostic procedures. Furthermore in this study it´s been evaluated which duration of early infection is necessary to present a mature bacterial biofilm for reliable results of sonication. Results Bacterial growth has been detected on all types of explanted materials. Growth on PE was 74.3%, on metal it was 76.6%, on ceramics it was 72.7% and on PMMA it was 57.1%. Polyethylen has been identified with the highest concentration (>50 KBE/ml) of causative organism. Particularly is has been presented by staphylococcus epidermidis (61% of all detected organism). Sensitivity of soniaction for detection of PJI was significantly higher than sensitivity of tissue culture (p<0.001). Especially coagulase negative staphylococcus species (CNS) and Propionibacteria were identified significant more frequent through sonication than in tissue samples (p=0.023). In case of early infection sonication has been successful four weeks after start of infection. Conclusions In particular in case of biofilmassociated infections it is not sufficent to use tissue cultures for diagnosis. Therefore a standardised utilization of sonication is necessary. The study´s findings show that a change of mobile components, especially made from PE, seems reasonable to reduce the amount of pathogenes in early site infections. However, after a time period of more than 4 weeks postinfectional, a total explantation of all prosthetic components should be considered due to ubiquitous growth of causative organism. Another objective will be the further development of biofilm-resistant surface-compositions to reduce risc of infection.
