Twelve-Year Dynamics of Leading Pathogens Spectrum Causing Orthopedic Infection: A Retrospective Study

Cover Page

Cite item

Abstract

Background. The number of surgeries on the musculoskeletal system is increasing every year. Along with the increasing access to orthopedic care, the number of patients with orthopedic infection, the etiological agents of which can be from various taxonomic groups, is also increasing. Staphylococcus aureus and different types of coagulase-negative staphylococci (CoNS), including S. epidermidis and S. lugdunensis, together are the causative agents in 70% of cases.

Aim of the study — to analyze the dynamics of the microbial spectrum isolated from patients of the septic surgery department for the period from 2011 to 2022.

Methods. We performed a retrospective analysis of the microbial spectrum isolated from patients who were treated in the septic surgery department from January 1, 2011 to December 31, 2022. The leading pathogens were microorganisms whose share in the spectrum exceeded 3.5%. Of the isolated pathogens, 48.8% were the only etiological agents, and microbial associations were detected in 51.2% of the isolated pathogens.

Results. A total of 10,327 bacteria strains were identified over the 12-year period. The leading microorganisms causing orthopedic infection were Staphylococcus spp., Enterococcus spp., Propionibacterium spp., Pseudomonas aeruginosa, Corynebacterium spp., Streptococcus spp., Klebsiella spp. and Acinetobacter spp. In the dynamics of isolated pathogens during the analyzed period, several trends were determined: a decrease in the shares of S. aureus, Enterococcus spp., P. aeruginosa, Acinetobacter spp. and an increase in the shares of CoNS and Corynebacterium spp.

Conclusion. During 12 years, in the microbial spectrum of orthopedic infection in patients of the septic surgery department of our Center, Gram-positive bacteria, in the majority representatives of the genus Staphylococcus, prevailed. At the same time, a significant decrease in the share of S. aureus strains and an increase in the frequency of isolation of various species of CoNS were registered. A significant decrease in the number of non-fermenting Gram-negative bacteria was also revealed.

About the authors

Alina R. Kasimova

Vreden National Medical Research Center of Traumatology and Orthopedics; Pavlov First Saint Petersburg State Medical University

Author for correspondence.
Email: kasi-alina@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-6284-7133

Cand. Sci. (Med.)

Russian Federation, St. Petersburg; St. Petersburg

Olga S. Tufanova

Vreden National Medical Research Center of Traumatology and Orthopedics

Email: katieva@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4891-4963
Russian Federation, St. Petersburg

Ekaterina M. Gordina

Vreden National Medical Research Center of Traumatology and Orthopedics

Email: emgordina@win.rniito.ru
ORCID iD: 0000-0003-2326-7413

Cand. Sci. (Med.)

Russian Federation, St. Petersburg

Anton N. Gvozdetsky

Mechnikov North-Western State Medical University

Email: Gvozdetskiy_AN@hotmail.com
ORCID iD: 0000-0001-8045-1220

Cand. Sci. (Med.)

Russian Federation, St. Petersburg

Kseniia S. Radaeva

Pavlov First Saint Petersburg State Medical University

Email: xenrada@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-2121-094X
Russian Federation, St. Petersburg

Anna N. Rukina

Vreden National Medical Research Center of Traumatology and Orthopedics

Email: anrukina@win.rniito.ru
ORCID iD: 0000-0003-3307-4674
Russian Federation, St. Petersburg

Svetlana A. Bozhkova

Vreden National Medical Research Center of Traumatology and Orthopedics

Email: clinpharm-rniito@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-2083-2424

Dr. Sci. (Med.)

Russian Federation, St. Petersburg

Rashid M. Tikhilov

Vreden National Medical Research Center of Traumatology and Orthopedics

Email: rtikhilov@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-0733-2414

Dr. Sci. (Med.), Professor

Russian Federation, St. Petersburg

References

  1. Samelis P., Papagrigorakis E., Sameli E., Mavrogenis A., Savvidou O., Koulouvaris P. Current concepts on the application, pharmacokinetics and complications of antibiotic-loaded cement spacers in the treatment of prosthetic joint infections. Cureus. 2022;14(1):e20968. doi: 10.7759/cureus.20968.
  2. SIRIS Report 2019. Annual Report of the Swiss National Joint Registry, Hip and Knee, 2012–2018. November 2019. doi: 10.13140/RG.2.2.15632.56323.
  3. Akindolire J., Morcos M.W., Marsh J.D., Howard J.L., Lanting B.A., Vasarhelyi E.M. The economic impact of periprosthetic infection in total hip arthroplasty. Can J Surg. 2020;63(1):E52-E56. doi: 10.1503/cjs.004219.
  4. Drago L., De Vecchi E., Bortolin M., Zagra L., Romanò C., Cappelletti L. Epidemiology and Antibiotic Resistance of Late Prosthetic Knee and Hip Infections. J Arthroplasty. 2017;32(8):2496-2500. doi: 10.1016/j.arth.2017.03.005.
  5. Masters E.A., Ricciardi B.F., Bentley K.L.M., Moriarty T.F., Schwarz E.M., Muthukrishnan G. Skeletal infections: microbial pathogenesis, immunity and clinical management. Nat Rev Microbiol. 2022;20(7):385-400. doi: 10.1038/s41579-022-00686-0.
  6. Kheir M.M., Tan T.L., Ackerman C.T., Modi R., Foltz C., Parvizi J. Culturing Periprosthetic Joint Infection: Number of Samples, Growth Duration, and Organisms. J Arthroplasty. 2018;33(11):3531-3536.e1. doi: 10.1016/j.arth.2018.06.018.
  7. Akgün D., Maziak N., Plachel F., Siegert P., Minkus M., Thiele K. et al. The role of implant sonication in the diagnosis of periprosthetic shoulder infection. J Shoulder Elbow Surg. 2020;29(6):e222-e228. doi: 10.1016/j.jse.2019.10.011.
  8. Гордина Е.М., Божкова С.А. Бактериальные биопленки в ортопедии: проблема и возможные перспективы профилактики. РМЖ. 2021;29(8):29-32. Gordina E.M., Bozhkova S.A. Bacterial biofilms in orthopedics: the problem and possible prospects for prevention. RMJ. 2021;29(8):29-32. (In Russian).
  9. Божкова С.А., Касимова А.Р., Тихилов Р.М., Полякова Е.М. Рукина А.Н., Шабанова В.В. и др. Неблагоприятные тенденции в этиологии ортопедической инфекции: результаты 6-летнего мониторинга структуры и резистентности ведущих возбудителей. Травматология и ортопедия России. 2018;24(4):20-31. doi: 10.21823/2311-2905-2018-24-4-20-31. Bozhkova S.A., Kasimova A.R., Tikhilov R.M., Polyakova E.M., Rukina A.N., Shabanova V.V. et al. Adverse Trends in the Etiology of Orthopedic Infection: Results of 6-Year Monitoring of the Structure and Resistance of Leading Pathogens. Traumatology and Orthopedics of Russia. 2018;24(4):20-31. (In Russian). doi: 10.21823/2311-2905-2018-24-4-20-31.
  10. Zeller V., Kerroumi Y., Meyssonnier V., Heym B., Metten M.A., Desplaces N. et al. Analysis of postoperative and hematogenous prosthetic joint-infection microbiological patterns in a large cohort. J Infect. 2018;76(4):328-334. doi: 10.1016/j.jinf.2017.12.016.
  11. Wimmer M., Friedrich M., Randau T., Ploeger M., Schmolders J., Strauss A. et al. Polymicrobial infections reduce the cure rate in prosthetic joint infections: outcome analysis with two-stage exchange and follow-up two years. Int Orthop. 2016;40(7):1367-1373. doi: 10.1007/s00264-015-2871-y.
  12. Issa K., Pourtaheri S., Stewart T., Faloon M., Sahai N., Mease S. et al. Clinical differences between monomicrobial and polymicrobial vertebral osteomyelitis. Orthopedics. 2017;40(2):e370-e373. doi: 10.3928/01477447-20161108-05.
  13. Sebastian S., Malhotra R., Sreenivas V., Kapil A., Chaudhry R., Dhawan B. A Clinico-microbiological study of prosthetic joint infections in an indian tertiary care hospital: role of universal 16s rrna gene polymerase chain reaction and sequencing in diagnosis. Indian J Orthop. 2019;53(5):646-654. doi: 10.4103/ortho.IJOrtho_551_18.
  14. Li H., Fu J., Niu E., Chai W., Xu C., Hao L. et al. The risk factors of polymicrobial periprosthetic joint infection: a single-center retrospective cohort study. BMC Musculoskelet Disord. 2021;22:780. doi: 10.1186/s12891-021-04664-0.
  15. Valenzuela M., Averkamp B., Odum S., Rowe T., Fehring T.K. Polymicrobial colonization of prosthetic joint infections treated with open wound management. J Arthroplasty. 2022;37(7S):S653-S656. doi: 10.1016/j.arth.2022.03.016.
  16. Fröschen F.S., Randau T.M., Franz A., Molitor E., Hoerauf A., Hischebeth G.T.R. Microbiological Trends and Antibiotic Susceptibility Patterns in Patients with Periprosthetic Joint Infection of the Hip or Knee over 6 Years. Antibiotics (Basel). 2022;11(9):1244. doi: 10.3390/antibiotics11091244.
  17. Ull C., Yilmaz E., Baecker H., Schildhauer T.A., Waydhas C., Hamsen U. Microbial findings and the role of difficult-to-treat pathogens in patients with periprosthetic infection admitted to the intensive care unit. Orthop Rev (Pavia). 2020;12(3):8867. doi: 10.4081/or.2020.8867.
  18. Abubakar U., Sulaiman S.A.S. Prevalence, trend and antimicrobial susceptibility of Methicillin Resistant Staphylococcus aureus in Nigeria: a systematic review. J Infect Public Health. 2018;11(6):763-770. doi: 10.1016/j.jiph.2018.05.013.
  19. Hamdan E.M., Hassan A.A., Amin S.A., Ahmed H.A., Ataelmanan A.E., Elmakki M.A. et al. Increasing Prevalence of Methicillin-resistant Staphylococcus aureus among Hospital and Community acquired Infections in Khartoum State, Sudan. Infect Disord Drug Targets. 2022. doi: 10.2174/1871526523666221201101411.
  20. Arjyal C., Kc J., Neupane S. Prevalence of Methicillin-Resistant Staphylococcus aureus in Shrines. Int J Microbiol. 2020;2020:7981648. doi: 10.1155/2020/7981648.
  21. França A., Gaio V., Lopes N., Melo L.D.R. Virulence Factors in Coagulase-Negative Staphylococci. Pathogens. 2021;10(2):170. doi: 10.3390/pathogens10020170.
  22. 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;22(1):33-45. doi: 10.21823/2311-2905-2016-0-1-33-45. Winkler T., Trampuz A., Renz N., Perka C., Bozhkova S. Classification and algorithm for diagnosis and treatment of hip prosthetic joint infection. Traumatology and Orthopedics of Russia. 2016;22(1):33-45. (In Russian). doi: 10.21823/2311-2905-2016-0-1-33-45.
  23. Widerström M., Stegger M., Johansson A., Gurram B.K., Larsen A.R., Wallinder L. et al. Heterogeneity of Staphylococcus epidermidis in prosthetic joint infections: time to reevaluate microbiological criteria? Eur J Clin Microbiol Infect Dis. 2022;41(1):87-97. doi: 10.1007/s10096-021-04352-w.
  24. Hischebeth G.T., Randau T.M., Ploeger M.M., Friedrich M.J., Kaup E., Jacobs C. et al. Staphylococcus aureus versus Staphylococcus epidermidis in periprosthetic joint infection-Outcome analysis of methicillin-resistant versus methicillin-susceptible strains. Diagn Microbiol Infect Dis. 2019;93(2):125-130. doi: 10.1016/j.diagmicrobio.2018.08.012.
  25. Rabaud C., Mauuary G. Infection and/or colonization by methicillin-resistant Staphylococcus epidermidis (MRSE). Pathol Biol (Paris). 2001;49(10):812-814. doi: 10.1016/s0369-8114(01)00221-8.
  26. Benito N., Franco M., Ribera A., Soriano A., Rodriguez-Pardo D., Sorlí L. et al. Group for the Study of Prosthetic Joint Infections. Time trends in the aetiology of prosthetic joint infections: a multicentre cohort study. Clin Microbiol Infect. 2016;22(8):732.e1-8. doi: 10.1016/j.cmi.2016.05.004.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 2. Frequency of isolation of MSSE, MRSE and other CoNS

Download (289KB)
3. Fig. 3. Frequency of isolation of P. aeruginosa, Klebsiella spp. and Acinetobacter spp.

Download (251KB)
4. Fig. 1. Ratio of MSSA/MRSA isolation

Download (37KB)

Copyright (c) 2024 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 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».