Laborinformation

Periprothetische Infektionen

Probenentnahme

  • Strikte Hygiene. Die Probenentnahme sollte unter streng aseptischen Bedingungen erfolgen, um eine Kontamination zu vermeiden.
  • Biopsien, Punktate. Priorisiertes Untersuchungsmaterial für die kulturelle Diagnostik ist das intraoperativ entnommene Gewebe bzw. Implantatmaterial, bei klinischem Verdacht auf eine bakterielle Arthritis auch Gelenkpunktat. Abstriche von oberflächlichen Bereichen sind nicht repräsentativ und daher nicht zu empfehlen.
  • Multiple Patientenproben. Grundsätzlich sollte so viel Flüssigkeit oder Gewebe wie möglich zur mikrobiologischen Diagnostik eingesandt werden. Eine Untersuchung multipler Materialien aus regionär unterschiedlichen Abschnitten des infizierten Bereichs ist unbedingt anzustreben. In der Regel wird die Entnahme von 3 bis 5 Biopsien empfohlen, um die Sensitivität zu erhöhen und die Unterscheidung zwischen kontaminierenden und pathogenen Isolaten zu ermöglichen.
  • Größe der Biopsie. Da das Zerkleinern von größeren Biopsien im Labor das Kontaminationsrisiko erhöht, sollte das Biopsat bereits bei der Entnahme so dimensioniert werden, dass es in gebräuchlichen Transportgefäßen (Port-a-cul) transportiert und anschließend homogenisiert werden kann. Wichtig ist, dass ein Austrocknen des Biopsates, ggf. durch Zugabe einiger Tropfen steriler Kochsalzlösung, verhindert wird.
  • Gelenkpunktate haben ebenfalls eine hohe Aussagekraft. Sie können direkt in Blutkulturflaschen gegeben werden (aerob und anaerob 2x 10 ml). Zur Anfertigung eines mikroskopischen Präparates bitte zusätzlich 1 ml Punktat in einem sterilen Röhrchen mitgeben.
  • Blutkulturen bei Verdacht auf hämatogene Osteomyelitis 2 – 3 Blutkultursets einsenden.
  • Keine Antibiotikatherapie vor Probennahme. Der Beginn der antimikrobiellen Therapie sollte – sofern klinisch vertretbar- bis zur Gewinnung adäquaten Untersuchungsmaterials verschoben werden. Falls eine Antibiotikatherapie bereits eingeleitet wurde, sollte möglichst eine 10- bis 14-tägige Therapiepause vor erneuter Probengewinnung erfolgen.

Mikrobiologische Diagnostik

Bei klinischem Verdacht auf eine periprothetische Infektion besteht grundsätzlich eine Indikation zur mikrobiologischen Diagnostik. Die mikrobiologischen Untersuchungstechniken müssen an die Besonderheiten dieser Infektion angepasst werden. Diese weichen von den üblichen Routineverfahren ab. Dies gilt sowohl für die Abnahme der Materialien, als auch für die Auswahl der Nährmedien. Die Aufarbeitung von Biopsien erfolgt in unserem Labor mit einem Einweg-Homogenisiersystem, mit dem Vorteil einer hohen Erregernachweisrate, bei geringstmöglicher Kontaminationsrate. Soll eine ausgebaute Endoprothese mit der Sonifikationstechnik untersucht werden, muss eine vorherige Rücksprache mit unseren Fachärzten erfolgen. Die Endoprothese kann in unserem Verbundlabor MVZ Labor Dr. Stein und Kollegen, Mönchengladbach, untersucht werden.

Da die Keimzahlen oft gering und die Keime im Biofilm einen reduzierten Stoffwechsel mit entsprechend niedriger Vermehrungsrate aufweisen, beträgt die Bebrütungsdauer bei Untersuchungsmaterialien aus der Endoprothetik 14 Tage.

Darüber hinaus gibt es bei steriler Kultur die Möglichkeit des Nachweises eubakterieller 16S-rDNA (für Bakterien) und 18S-rDNA (für Pilze): hierbei wird ein Bereich aus dem 16S-r-RNA-Gen bzw. 18S-r-RNA-Gen, das bei allen Bakterien bzw. Pilzen vorkommt, amplifiziert. Das Amplifikat wird zur Erregeridentifizierung sequenziert. Mit dieser Methode können auch schwierig kultivierbare oder besonders langsam wachsende Bakterien nachgewiesen werden.

Bei der Auswertung ist die Abgrenzung von Kontaminationen sehr wichtig, da Keime der Hautflora häufig auch zu den Infektionserregen gehören.

Hintergrundinformationen

Die periprothetische Infektion stellt mit einer Häufigkeit von 1 bis 2 % eine seltene, aber schwerwiegende Komplikation der Gelenkersatzchirurgie dar. Diese Infektion geht von einer bakteriellen Besiedelung der Prothesenoberfläche aus, wobei die Bakterien einen Biofilm bilden, der sich entlang der Prothesenoberfläche im Interface zwischen Knochen und Fremdmaterial langsam ausbreitet.

Der Zeitraum von der Kolonisation bis zur Manifestation einer periprothetischen Infektion kann Wochen bis 2 Jahre nach Implantation betragen. Die Erreger können die Prothese unmittelbar intraoperativ bei Implantation oder über den Blut- bzw. Lymphweg erreichen. Für eine periprothetische Infektion reicht eine niedrige Infektionsdosis von ca. 100 Keimen aus.

Das klinische Erscheinungsbild ist vielfältig und reicht von der häufigen Low-grade-infection bis hin zur seltenen septikämischen, lebensbedrohlichen Verlaufsform.

Die Schwierigkeit der Behandlung dieser Infektion beruht auf der Bildung eines Biofilms. Im Biofilm sind die Mikroorganismen in eine Polymer-Matrix eingeschlossen, ihre Struktur ähnelt der eines vielzelligen Organismus. Daher sind die Mikroorganismen sowohl vor der körpereigenen Abwehr als auch vor Antibiotika geschützt. Außerdem befinden sich Erreger in Biofilmen häufig in der stationären Phase der Vermehrung.

Zur Eradikation der Erreger ist das radikale chirurgische Débridement unerlässlich, die ergänzende gezielte Antibiose ist in der Lage, den Erfolg der Infektionschirurgie abzusichern. Deswegen ist der Erregernachweis unbedingt anzustreben.

Das Erregerspektrum wird hauptsächlich von grampositiven Bakterien dominiert.

Tab. 1: Erregerspektrum aus 1.077 Isolaten (Auszug)

Bakterienart Anzahl
Absolut Relativ
Staphylococcus epidermidis / spp. 441  42 % 
Staphylococcus aureus 282  26 % 
Propionibakterien  93  9% 
Streptococcus spp. 66  6 % 
Gram negative Erreger 45  5% 

(Frommelt L., Periprosthetic Infection – Bacteria and the interface between prosthesis and bone, in Learmonth ID (ed) Interfaces in total hip arthroplasty, Springer, London, 2000)

Tab. 2: Erregerspektrum aus 2779 Isolaten (Abstriche, Punktate und PE’s von Knochen und Gelenken, Labor Limbach, 2012)

Bakterienart  Anzahl (%) 
Staphylococcus aureus 31 % 
Staphylococcus spp. (nicht S. aureus) 31 % 
Propionibakterien  9 %
Enterobacteriaceae  9 % 
Enterococcus spp.  8 % 
Streptococcus spp.  5 % 

Für Nachfragen und ggf. weitere Informationen sind unsere Fachärzte erreichbar unter 06221-3432-125

Literatur:

  • Frommelt, L., Periprosthetic Infection – Bacteria and the interface between prosthesis and bone: In Learmonth ID (ed) Interfaces in total hip arthroplasty. Springer, London, 2000.
  • Heidrich, C., Frommelt, L., Eulert, J. (Hrsg.). Septische Knochen- und Gelenkchirurgie. Springer Berlin Heidelberg 2004.
  • Herrmann, M., Becker, K., von Eiff, C., Fegeler, W., Frommelt, L., Gärtner, B., Geipel, U., Heppert, V., Leitritz, L., Podbielski, A., Schmitt, E., Seifert, H. Infektionen der Knochen und des Knorpels.
    Teil I: Untersuchungsgang und Nachweismethoden. MiQ 18. 2004
    Teil II: Therapieprinzipien und spezielle Fragestellungen. MiQ 19. 2004
  • Zimmerli, W. et al, Prosthetic-Joint Infections, N Engl J Med 2004; 351:1645-54
  • Roux, A.-L. et al, Diagnosis of prosthetic joint infection by beadmill processing of a periprosthetic specimen, Clinical Microbiology and Infection 2010; 7: 445-450
  • Larsen, L. et al, Optimizing culture methods for diagnosis of prosthetic joint infections: a summary of modifications and improvements reported since 1995, Journal of Medical Microbiology 2012; 61: 309-316
  • Trampuz, A. et al, Sonication of removed hip and knee prostheses for diagnosis of infection, N Engl J Med 2007; 357: 654-63