“Unexpected” Infections in Revision Arthroplasty for Aseptic Loosening

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Background. Data from the national registers of arthroplasty showed that about 12% of hip and knee arthroplasty undergo revision within 10 years after the primary surgery. The leading cause of hip revisions is aseptic loosening of components, knee joint — periprosthetic infection (PPI). Some of the infectious complications, including those related to mechanical causes, remain out of sight.

The aim of the study was to identify the frequency of «unexpected» infections during revision knee and hip arthroplasty performed for aseptic complications of any etiology.

Materials and Methods. 839 cases of revision arthroplasty of knee and hip joints were analyzed, including 485 aseptic revisions in 450 patients. Clinical, X-ray, laboratory (complete blood count and comprehensive metabolic panel, coagulation panel) methods, synovial fluid analysis and microbiological examination of punctures, including intraoperative ones, were used. The ICM and EBJIS (European Bone and Joint Infections Society) consensus recommendations were used as criteria for assessing the presence of infection.

Results. The average age of patients at the time of the revision was 61.7 years. The hip joint prevailed (59.4%), knee joint — 40.6%. The growth of microorganisms in the intraoperative biomaterial was detected in 2.08% of observations: in 10 out of 287 patients after aseptic revision of the hip joints and in none of the 198 revisions of the knee joints. In 8 out of 10 cases, the causative agents were coagulase-negative staphylococci, including 6 — MRSE; in two cases, anaerobic bacteria. All revisions were carried out by a one-stage method. Patients with detected PPI underwent systemic antibacterial therapy. At the stage of catamnesis, reinfection was assumed in one of the 10 identified cases of PPI, the patient did not show up for revision. In control 63% of the group of the other (aseptic) 470 patients, PPI developed in 4 cases, two-stage revisions were carried out.

Conclusions. The frequency of infections accidentally detected during aseptic revisions of large joints was 2.08%. Three-time examination of joint punctures, including intraoperative, provides additional opportunities for the diagnosis of PPI during aseptic revision, and also allows you to choose the optimal stage of revision treatment. The experience gained makes it possible in certain cases to perform one-stage revision in the treatment of PPI.

About the authors

Nikolay S. Nikolaev

Federal Center of Traumatology, Orthopedics and Arthroplasty (Cheboksary); Chuvash State University named after I.N. Ulyanov

Email: nikolaevns@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1560-470X

Dr. Sci. (Med.), Professor

Russian Federation, Cheboksary

Nadezhda N. Pchelova

Federal Center of Traumatology, Orthopedics and Arthroplasty (Cheboksary)

Author for correspondence.
Email: nadyapchelova@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9507-9118

врач клинической лабораторной диагностики, врач-бактериолог

Russian Federation, Cheboksary

Elena V. Preobrazhenskaya

Federal Center of Traumatology, Orthopedics and Arthroplasty (Cheboksary)

Email: alenka_22@bk.ru
ORCID iD: 0000-0003-3556-145X

начальник научно-образовательного отдела

Russian Federation, Cheboksary

Valentina V. Nazarova

Federal Center of Traumatology, Orthopedics and Arthroplasty (Cheboksary)

Email: fc@orthoscheb.com
ORCID iD: 0000-0002-8872-4040

врач клинической лабораторной диагностики

Russian Federation, Cheboksary

Natal’ya Yu. Dobrovol’skaya

Federal Center of Traumatology, Orthopedics and Arthroplasty (Cheboksary)

Email: medlab67@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-8786-4316

заведующая клинико-диагностической лабораторией

Russian Federation, Cheboksary

References

  1. Шубняков И.И., Тихилов Р.М., Денисов А.О., Ахмедилов М.А., Черный А.Ж., Тотоев З.А. и др. Что изменилось в структуре ревизионного эндопротезирования тазобедренного сустава в последние годы? Травматология и ортопедия России. 2019;25(4):9-27. doi: 10.21823/2311-2905-2019-25-4-9-27. Shubnyakov I.I., Tikhilov R.M., Denisov A.O., Akhmedilov M.A., Cherny A.Z., Totoev Z.A. et al. [What Has Changed in the Structure of Revision Hip Arthroplasty?]. Travmatologiya i Ortopediya Rossii [Traumatology and Orthopedics of Russia]. 2019;25(4):9-27. (In Russian). doi: 10.21823/2311-2905-2019-25-4-9-27.
  2. Николаев Н.С., Малюченко Л.И., Преображенская Е.В., Карпухин А.С., Яковлев В.В., Максимов А.Л. Применение индивидуальных вертлужных компонентов в эндопротезировании тазобедренного сустава при посттравматическом коксартрозе. Гений ортопедии. 2019;25(2):207-213. doi: 10.18019/1028-4427-2019-25-2-207-213. Nikolaev N.S., Malyuchenko L.I., Preobrazhenskaya E.V., Karpukhin A.S., Yakovlev V.V., Maksimov A.L. [The use of individual components of the acetabulum in hip arthroplasty in posttraumatic coxarthrosis]. Genij Ortopedii. 2019;25(2):207-213. (In Russian). doi: 10.18019/1028-4427-2019-25-2-207-213.
  3. Fevang B.T., Lie S.A., Havelin L.I., Engesaeter L.B., Furnes O. Improved results of primary total hip replacement. Acta Orthop. 2010;81(6):649-659. doi: 10.3109/17453674.2010.537807.
  4. Kowalik T.D., DeHart M., Gehling H., Gehling P., Schabel K., Duwelius P., Mirza A. The Epidemiology of Primary and Revision Total Hip Arthroplasty in Teaching and Nonteaching Hospitals in the United States. J Am Acad Orthop Surg. 2016;24(6):393-398. doi: 10.5435/JAAOS-D-15-00596.
  5. Patel A, Pavlou G, Mújica-Mota RE, Toms AD. The epidemiology of revision total knee and hip arthroplasty in England and Wales: a comparative analysis with projections for the United States. A study using the National Joint Registry dataset. Bone Joint J. 2015;97-B(8):1076-1081. doi: 10.1302/0301-620X.97B8.35170.
  6. Bardou-Jacquet J., Souillac V., Mouton A., Chauveaux D. Primary aseptic revision of the femoral component of a cemented total hip arthroplasty using a cemented technique without bone graft. Orthop Traumatol Surg Res. 2009;95(4):243-248. doi: 10.1016/j.otsr.2009.04.007.
  7. Roberts V.I., Esler C.N., Harper W.M. A 15-year follow-up study of 4606 primary total knee replacements. J Bone Joint Surg Br. 2007;89(11):1452-1456. doi: 10.1302/0301-620X.89B11.19783.
  8. Purudappa P.P., Sharma O.P., Priyavadana S., Sambandam S., Villafuerte J.A. Unexpected positive intraoperative cultures (UPIC) in revision Hip and knee arthroplasty- A review of the literature. J Orthop. 2019;17:1-6. doi: 10.1016/j.jor.2019.06.028.
  9. Labek G., Thaler M., Janda W., Agreiter M., Stöckl B. Revision rates after total joint replacement: cumulative results from worldwide joint register datasets. J Bone Joint Surg Br. 2011;93(3):293-297. doi: 10.1302/0301-620X.93B3.25467.
  10. Прохоренко В.М., Азизов М.Ж., Шакиров Х.Х. Ревизионное эндопротезирование тазобедренного сустава: исследование «случай-контроль». Современные проблемы науки и образования. 2016;6. Режим доступа: http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=25677. Prokhorenko V.M., Azizov M.Zh., Shakirov Kh.Kh. [Revision hip arthroplasty: a case-control study]. Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya [Modern problems of science and education]. 2016;6; Available from: http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=25677. (In Russian).
  11. Postler A., Lützner C., Beyer F., Tille E., Lützner J. Analysis of Total Knee Arthroplasty revision causes. BMC Musculoskelet Disord. 2018;19(1):55. doi: 10.1186/s12891-018-1977-y.
  12. Винклер Т., Трампуш А., Ренц Н., Перка К., Божкова С.А. Классификация и алгоритм диагностики и лечения перипротезной инфекции тазобедренного сустава. Травматология и ортопедия России. 2016;(1):33-45. doi: 10.21823/2311-2905-2016-0-1-33-45. Winkler T., Trampuz A., Renz N., Perka C., Bozhkova S.A. [Classification and algorithm for diagnosis and treatment of hip prothetic joint infection]. Travmatologiya i ortopediya Rossii [Traumatology and Orthopedics of Russia]. 2016;(1):33-45. (In Russian). doi: 10.21823/2311-2905-2016-0-1-33-45.
  13. Середа А.П., Кавалерский Г.М., Мурылев В.Ю., Рукин Я.А. Диагностика перипротезной инфекции. Часть 1: серология. Травматология и ортопедия России. 2014;(4):115-126. doi: 10.21823/2311-2905-2014-0-4-4-14. Sereda A.P., Kavalersky G.M., Murylev V.Yu., Rukin Ya.A. [Periprosthetic infection diagnosis. Part 1: serology]. Travmatologiya i ortopediya Rossii [Traumatology and Orthopedics of Russia]. 2014;(4):115-126. (In Russian). doi: 10.21823/2311-2905-2014-0-4-4-14.
  14. Anagnostakos K., Thiery A., Meyer C., Sahan I. Positive Microbiological Findings at the Site of Presumed Aseptic Revision Arthroplasty Surgery of the Hip and Knee Joint: Is a Surgical Revision Always Necessary? Biomed Res Int. 2020;2020:2162136. doi: 10.1155/2020/2162136.
  15. Kapadia B.H., Berg R.A., Daley J.A., Fritz J., Bhave A., Mont M.A. Periprosthetic joint infection. Lancet. 2016;387(10016):386-394. doi: 10.1016/S0140-6736(14)61798-0.
  16. Parvizi J., Fassihi S.C., Enayatollahi M.A. Diagnosis of Periprosthetic Joint Infection Following Hip and Knee Arthroplasty. Orthop Clin North Am. 2016;47(3):505-515. doi: 10.1016/j.ocl.2016.03.001.
  17. Parvizi J., Tan T.L., Goswami K., Higuera C., Della Valle C., Chen A.F., Shohat N. The 2018 Definition of Periprosthetic Hip and Knee Infection: An Evidence-Based and Validated Criteria. J Arthroplasty. 2018;33(5):1309-1314.e2. doi: 10.1016/j.arth.2018.02.078.
  18. Renz N., Yermak K., Perka C., Trampuz A. Alpha Defensin Lateral Flow Test for Diagnosis of Periprosthetic Joint Infection: Not a Screening but a Confirmatory Test. J Bone Joint Surg Am. 2018;100(9):742-750. doi: 10.2106/JBJS.17.01005.
  19. Renard G., Laffosse J.M., Tibbo M., Lucena T., Cavaignac E., Rouvillain J.L. et al. Periprosthetic joint infection in aseptic total hip arthroplasty revision. Int Orthop. 2020;44(4):735-741. doi: 10.1007/s00264-019-04366-2.
  20. Шпиняк С.П., Бабушкина И.В., Максюшина Т.Д., Галашина Е.А., Чибрикова Ю.А., Бондаренко А.С., Норкин И.А. Методы диагностики глубокой перипротезной инфекции области коленного сустава (Обзор). Саратовский научно-медицинский журнал. 2018;14(3):607-610. Shpinyak S.P., Babushkina I.V., Maksyushina T.D., Galashina E.A., Chibrikova Yu.A., Bondarenko A.S., Norkin I.A. [The methods of deep periprosthetic infection diagnostics in the area of knee joint (Review)]. Saratovskij nauchno-medicinskij zhurnal [Saratov Journal of Medical Scientific Research]. 2018;14(3):607-610. (In Russian).
  21. Moojen D.J., van Hellemondt G., Vogely H.C., Burger B.J., Walenkamp G.H., Tulp N.J. et al. Incidence of low-grade infection in aseptic loosening of total hip arthroplasty. Acta Orthop. 2010;81(6):667-673. doi: 10.3109/17453674.2010.525201.
  22. Ribera A., Morata L., Moranas J., Agulló J.L., Martínez J.C., López Y. et al. Clinical and microbiological findings in prosthetic joint replacement due to aseptic loosening. J Infect. 2014;69(3):235-243. doi: 10.1016/j.jinf.2014.05.003.
  23. Figueiredo A., Ferreira R., Alegre C., Judas F., Fonseca F. Diagnosis of Periprosthetic Joint infection: from Novel Synovial Fluid Biomarkers to Identification of the Etiological Agent. Nov Tech Arthritis Bone Res. 2018;2(4):555594. doi: 10.19080/ NTAB.2018.02.555595.
  24. Zahar A., Webb J., Gehrke T., Kendoff D. One-stage exchange for prosthetic joint infection of the hip. Hip Int. 2015;25(4):301-307. doi: 10.5301/hipint.5000264.
  25. Zeller V., Lhotellier L., Marmor S., Leclerc Ph., Krain A., Graff W. et al. One-stage exchange arthroplasty for chronic periprosthetic hip infection: results of a large prospective cohort study. J Bone Joint Surg Am. 2014;96(1):e1. doi: 10.2106/JBJS.L.01451.
  26. Anagnostakos K., Fink B. Antibiotic-loaded cement spacers — lessons learned from the past 20 years. Expert Rev Med Devices.2018;15(3):231-245. doi: 10.1080/17434440.2018.1435270.
  27. Janz V., Bartek B., Wassilew G.I., Stuhlert M., Perka C.F., Winkler T. Validation of Synovial Aspiration in Girdlestone Hips for Detection of Infection Persistence in Patients Undergoing 2-Stage Revision Total Hip Arthroplasty. J Arthroplasty. 2016;31(3):684-687. doi: 10.1016/j.arth.2015.09.053.
  28. Николаев Н.С., Любимова Л.В., Пчелова Н.Н., Преображенская Е.В., Алексеева А.В. Использование имплантатов с покрытием на основе двумерно-упорядоченного линейно-цепочечного углерода, легированного серебром, для лечения перипротезной инфекции. Травматология и ортопедия России. 2019;25(4):98-108. doi: 10.21823/2311-2905-2019-25-4-98-108 Nikolaev N.S., Lyubimova L.V., Pchelova N.N., Preobrazhenskaya E.V., Alekseeva A.V. [Treatment of Periprosthetic Infection with Silver-Doped Implants Based on Two-Dimensionally Ordered Linear Chain Carbon]. Travmatologiya i Ortopediya Rossii [Traumatology and Orthopedics of Russia]. 2019;25(4):98-108. doi: 10.21823/2311-2905-2019-25-4-98-108. (In Russian).
  29. Parvizi J., Tan T.L., Goswami K., Higuera C., Della Valle C., Chen A.F. et al. The 2018 Definition of Periprosthetic Hip and Knee Infection: An Evidence-Based and Validated Criteria. J Arthroplasty. 2018;33(5):1309-1314.e2. doi: 10.1016/j.arth.2018.02.078.
  30. Tsukayama D.T., Estrada R., Gustilo R.B. Infection after total hip arthroplasty. A study of the treatment of one hundred and six infections. J Bone Joint Surg Am. 1996;78(4):512-523. doi: 10.2106/00004623-199604000-00005.
  31. Zimmerli W. Infection and musculoskeletal conditions: Prosthetic-joint-associated infections. Best Pract Res Clin Rheumatol. 2006;20(6):1045-1063. doi: 10.1016/j.berh.2006.08.003.
  32. Corvec S., Portillo M.E., Pasticci B.M., Borens O., Trampuz A. Epidemiology and new developments in the diagnosis of prosthetic joint infection. Int J Artif Organs. 2012;35(10):923-934. doi: 10.5301/ijao.5000168.
  33. Trampuz A., Perka C., Borens O. Gelenkprothesen infektion: Neue Entwicklungen in der Diagnostik und Therapie [Prosthetic joint infection: new developments in diagnosis and treatment]. Dtsch Med Wochenschr. 2013;138(31-32):1571-1573. doi: 10.1055/s-0033-1343280. (In German).
  34. Balato G., De Franco C., Balboni F., De Matteo V., Ascione T., Baldini A. et al. The role of D-dimer in periprosthetic joint infection: a systematic review and meta-analysis. Diagnosis (Berl). 2021. doi: 10.1515/dx-2021-0032. Online ahead of print.
  35. Frommelt L. Gelenkpunktat und Erregernachweis bei periprothetischer Infektion [Aspiration of joint fluid for detection of the pathogen in periprosthetic infection]. Orthopade. 2008;37(10):1027-1034. doi: 10.1007/s00132-008-1345-y. (In German).
  36. Fink B., Gebhard A., Fuerst M., Berger I., Schäfer P. High diagnostic value of synovial biopsy in periprosthetic joint infection of the hip. Clin Orthop Relat Res. 2013;471(3):956-964. doi: 10.1007/s11999-012-2474-5.
  37. Ghanem E., Houssock C., Pulido L., Han S., Jaberi F.M., Parvizi J. Determining «true» leukocytosis in bloody joint aspiration. J Arthroplasty. 2008;23(2):182-187. doi: 10.1016/j.arth.2007.08.016.
  38. Deirmengian C., Feeley S., Kazarian G.S., Kardos K. Synovial Fluid Aspirates Diluted with Saline or Blood Reduce the Sensitivity of Traditional and Contemporary Synovial Fluid Biomarkers. Clin Orthop Relat Res. 2020 Aug;478(8):1805-1813. doi: 10.1097/CORR.0000000000001188.
  39. Куковенко Г.А., Елизаров П.М., Алексеев С.С., Сорокина Г.Л., Иваненко Л.Р., Ерохин Н.Е. и др. Важность выполнения алгоритма диагностики поздней глубокой перипротезной инфекции тазобедренного сустава. Травматология и ортопедия России. 2019;25(4):75-87. doi: 10.21823/2311-2905-2019-25-4-75-87. Kukovenko G.A., Elizarov P.M., Alekseev S.S., Sorokina G.L., Ivanenko L.R., Erokhin N.E. et al. Importance of the Algorithm for Diagnosis of Late Deep Periprosthetic Hip Infection. Travmatologiya i Ortopediya Rossii [Traumatology and Orthopedics of Russia]. 2019;25(4):75-87. doi: 10.21823/2311-2905-2019-25-4-75-87. (In Russian).
  40. Kobayashi N., Procop G.W., Krebs V., Kobayashi H., Bauer T.W. Molecular identification of bacteria from aseptically loose implants. Clin Orthop Relat Res. 2008;466(7):1716-1725. doi: 10.1007/s11999-008-0263-y.
  41. Ермаков А.М., Клюшин Н.М., Абабков Ю.В., Тряпичников А.С., Коюшков А.Н. Одноэтапное ревизионное эндопротезирование при лечении перипротезной инфекции тазобедренного сустава. Гений ортопедии. 2019;25(2):172-179. doi: 10.18019/1028-4427-2019-25-2-172-179. Ermakov A.M., Klyushin N.M., Ababkov Yu.V., Tryapichnikov A.S., Koyushkov A.N. [One-stage revision arthroplasty in the treatment of periprosthetic hip joint infection]. Genij Ortopedii. 2019;25(2):172-179. doi: 10.18019/1028-4427-2019-25-2-172-179. (In Russian).
  42. Добровольская Н.Ю., Прищепа Н.П., Преображенская Е.В., Пчелова Н.Н. ПЦР-исследование как вспомогательный метод диагностики перипротезной инфекции после эндопротезирования суставов (клинический случай). Клиническая лабораторная диагностика. 2020;65(5):332-336. doi: 10.18821/0869-2084-2020-65-5-332-336. Dobrovol’skaya N.Yu., Prishchepa N.P., Preobrazhenskaya E.V., Pchelova N.N. [PCR research as an auxiliary method for diagnostics of periphresitical infection after endostreditision of joints (clinical case)]. Klinicheskaya laboratornaya diagnostika [Clinical Laboratory Diagnostics]. 2020;65(5):332-336. doi: 10.18821/0869-2084-2020-65-5-332-336. (In Russian).
  43. Ilchmann T., Zimmerli W., Ochsner P.E., Kessler B., Zwicky L., Graber P. et al. One-stage revision of infected hip arthroplasty: outcome of 39 consecutive hips. Int Orthop. 2016;40(5):913-918. doi: 10.1007/s00264-015-2833-4.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Study design flowchart

Download (88KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Species structure of isolated microorganisms (number of results)

Download (22KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2021 Nikolaev N.S., Pchelova N.N., Preobrazhenskaya E.V., Nazarova V.V., Dobrovol’skaya N.Y.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».