Basic Immunologic Tests for Synovial Fluid Local Immunity Assessment and Criteria for Its Alterations in Periprosthetic Infection after Knee Replacement
Authors: Костюк С.А. , Полуян О.С. , Бенько А.Н. , Лямцева А.К. , Соловей А.Н. 
Published: May 2024

Введение. Перипротезная инфекция (ППИ) является одной из наиболее частых причин несостоятельности имплантатов и необходимости проведения повторных операций, что имеет серьезные медицинские и социально-экономические последствия. Воспалительный ответ тканей при инфицировании включает каскад биологических событий, регулируемых рядом иммунных факторов, и действие этих иммунных факторов частично зависит от цитокинов и хемокинов, вырабатываемых в ответ на патогены, инородные тела и другие раздражители. Изучение локализованных факторов, связанных с иммунитетом, может оказаться полезным при анализе ППИ после эндопротезирования коленного сустава и одной из областей интереса в ортопедии, что позволит оценить влияние имплантатов и локализованных инфекций на иммунный ответ. Цель. Изучение содержания в синовиальной жидкости цитокинов провоспалительного (IL-6, IL-10, TNF-α), противовоспалительного (IL-4, IL-10) действия и иммуноглобулинов (IgM, IgG) у пациентов после эндопротезирования коленного сустава в зависимости от наличия или отсутствия признаков ППИ как для формирования представления о характере локализованного цитокинового ответа, так и для выделения иммунных маркеров тканевого уровня, специфичных для ППИ. Материалы и методы. Методом иммуноферментного анализа (ИФА) исследована сыворотка крови и синовиальная жидкость 27 пациентов с признаками ППИ, которые составили основную группу, и 20 пациентов группы сравнения, у которых данные признаки отсутствовали, после эндопротезирования коленного сустава. Осуществлена количественная оценка содержания цитокинов (IL-4, IL-6, IL-10, TNF-α, IFN-γ) и иммуноглобулинов (IgM, IgG) в биологическом материале пациентов. Результаты. Установлены статистически значимые изменения показателей иммунного статуса синовиальной жидкости пациентов с признаками ППИ, характеризующиеся увеличением содержания IL-4 (p<0,05), IL-6 (p<0,05), TNF-α (p<0,05), IFN-γ (p<0,05), IgM (p<0,05) и IgG (p<0,05), а также снижением количества противовоспалительного цитокина IL-10 (p<0,05) по сравнению со значениями аналогичных показателей пациентов, у которых данные признаки отсутствовали. Заключение. Настоящее исследование показало перспективность использования биомаркеров синовиальной жидкости для изучения и оценки состояния локального иммунного ответа при ППИ после эндопротезирования коленного сустава. Уровни цитокинов достоверно увеличивались при наличии признаков ППИ по сравнению с показателями пациентов без данных признаков. Выявление высоких концентраций IL-4, IL-6, TNF-α, IFN-γ, IgM, IgG и низкой концентрации IL-10 у пациентов с признаками ППИ в синовиальной жидкости по сравнению с сывороточными концентрациями подтверждает их доминирующую роль в развитии локального воспаления при данной патологии.

Introduction. Periprosthetic joint infection (PJI) is one of the most common causes of implant failure and the need for reoperations, thus having serious medical and social and economic consequences. Tissues’ inflammatory response to infection involves a cascade of biological events regulated by a number of immune factors, and effects of these immune factors partly rely on cytokines and chemokines produced in response to pathogens, foreign bodies, and other stimuli. Studying localized immune-related factors may prove useful in PJI analysis after knee arthroplasty and would be one of the fields of interest in orthopedics enabling to evaluate the impact of implants and localized infections on immune response. Purpose. To analyze the content of pro-inflammatory (IL-6, IL-10, TNF-α) and anti- inflammatory (IL-4, IL-10) cytokines and immunoglobulins (IgM, IgG) in synovial fluid in patients after knee arthroplasty depending on presence or absence of PJI signs, both to form an idea about localized cytokine response and to identify tissue-level immune markers specific for PJI. Materials and methods. Blood serum and synovial fluid of 27 patients with PJI signs who constituted the main group and 20 patients from the comparison group without these signs, after knee arthroplasty, were analyzed by ELISA. A quantification of cytokines (IL-4, IL-6, IL-10, TNF-α, IFN-γ) and immunoglobulins (IgM, IgG) in patients’ biological material was performed. Results. Statistically significant alterations in synovial fluid immune status indicators in patients with PJI signs were established, characterized by an increase in IL-4 (p<0.05), IL-6 (p<0.05), TNF-α (p<0.05), IFN-γ (p<0.05), IgM (p<0.05) and IgG levels (p<0.05), as well as a decrease in anti-inflammatory cytokine IL-10 levels (p<0.05) compared to similar values in patients without these signs. Conclusion. The study demonstrated the prospect of using synovial fluid biomarkers for examining and evaluating local immune response in PJI after knee arthroplasty, while the analysis of IL-4, IgM and IgG levels in the synovial fluid proved to be more informative than these immunological parameters of blood serum. Cytokines levels were significantly increased in the presence of PJI signs compared to similar values in patients without these signs. High levels of IL-4, IL-6, TNF-α, IFN-γ, IgM, IgG and low levels of IL-10 in synovial fluid in patients with PJI signs compared to serum levels provide evidence of their dominant role in the development of local inflammation in this pathology.