Periprostetik enfeksiyon etkenleri arasında biyofilm yapısının farklılıkları
Differences of biofilm structure among periprosthetic infection agents
Yazar: MEHMET BATU ERTAN
Danışman: PROF. DR. BÜLENT ABDURRAHMAN ERDEMLİ
Ankara Üniversitesi / Tıp Fakültesi / Ortopedi ve Travmatoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Tıpta Uzmanlık, 2020
Konu: Ortopedi ve Travmatoloji = Orthopedics and Traumatology
Dizin: Artroplasti = Arthroplasty ; Biyofilmler = Biofilms ; Enfeksiyonlar = Infections ; Protezlere bağlı enfeksiyonlar = Prosthesis related infections ; Pseudomonas aeruginosa = Pseudomonas aeruginosa ; Staphylococcus aureus = Staphylococcus aureus ; Staphylococcus epidermidis = Staphylococcus epidermidis

Özet:
Giriş ve Amaç: Periprostetik eklem enfeksiyonları (PEE) total eklem artroplastilerindeki en sık revizyon cerrahi sebebplerinden biridir. Mevcut PEE tablosu altında en sık uygulanan cerrahi yöntemler; implant korunarak debridman-antibiyoterapi (DAIR), tek basamaklı veya iki aşamalı revizyon cerrahileridir. Erken başlangıçlı PEE (<3-4 hafta) varlığında uygulanabilecek bir prosedür olan DAIR, biyofilm yapısının mevcut immün sistem altında olgunlaşmadığı ve PEE tablosunun debridman ve antibiyoterapi ile tedavi edilebileceği temeline dayanmaktadır. Çalışmamızda PEE etkenlerindeki biyofilm oluşumunun mikrobiyolojik saptanması ve implant yüzeyindeki gelişiminin karşılaştırılması amaçlanmıştır. Elde edilecek sonuçlar ile birlikte PEE tedavisi etkenlere göre yeniden değerlendirilecektir.
Yöntem: Altı grupta toplam 48 sprague-dawley rat ile in-vivo çalışma planlandı. Çalışmaya stafilokokkus aureus, stafilokokkus epidermidis biyofilm (-) suş, stafilokokkus epidermidis biyofilm (+) suş, psödomonas aeruginosa ve candida albicans etkenleri ile kontrol grubu dâhil edilmiştir. Deney hayvanlarının interskapular bölgelerinde oluşturulan poş bölgelerine 6 adet standart titanyum alaşımı (Ti6Al4V) diskler yerleştirilmiştir. Tüm etkenler eşit sayıda olacak şekilde planktonik mikroorganizma inoküle edildikten sonra her 2 haftalık dönemde disk ve yumuşak doku kültürleri alınmıştır. Bu örnekler enfeksiyon yükleri ve elektron mikroskobu ile biyofilm görünümü açısından karşılaştırılmıştır. 6.haftada tüm deney hayvanlarına ötenazi işlemi sonrası abse dokuları histolojik olarak incelenmiştir. Gruplar yumuşak doku kültürleri ve disk kültürlerindeki koloni sayılarına, SEM görüntülerindeki biyofilm yapılarına, eksanguinasyon örneklerinden elde edilen tam kan sayımı sonuçlarına ve abselerin histolojik incelemesine göre uygun istatistiksel yöntemlerle karşılaştırılmıştır.
Bulgular: Tam kan sayımı sonuçları ve abse görülme sıklığına göre karşılaştırılan etkenlerin arasında anlamlı seviyede bir fark saptanmamıştır. Stafilokokkus aureus etkeni disk sonuçlarındaki enfeksiyon yükü açısından tüm zaman dilimlerinde  (2-4-6 hafta) diğer etkenlere göre anlamlı üstünlük sağlamıştır. Yumuşak doku kültürlerinde ise bu üstünlük sadece 4 ve 6.hafta sonuçlarında görülmüştür. 2.haftadaki yumuşak doku kültür sonuçlarında ayrıca psödomonas aeruginosa etkeninin enfeksiyon yükü açısından kontrol gruplarına göre anlamlı yüksekliği saptanmıştır. Biyofilm yapının karşılaştırıldığı sem görüntülerinde ise gruplar arası belirgin bir fark izlenmemiştir.
Sonuç: Stafilokokkus aureus incelenen diğer PEE etkenleriyle karşılaştırıldığında 2.hafta itibariyle implant kültürlerinde enfeksiyon yükü açısından anlamlı olarak yüksek bulunmuştur. Stafilokokkus aureus açısından ulaşılan bu sonuç, <3-4 haftalık PEE varlığında uygulanan DAIR prosedürü sonrası görülen daha yüksek başarısızlık oranlarını açıklayabilir. Stafilokokkus aureus etkeninin PEE'den sorumlu olması halinde DAIR prosedürü yerine tek veya iki basamaklı revizyon artroplasti cerrahisi önerilmektedir. Çalışmamızda ulaşılan sonuçlar yakın dönemdeki derleme çalışmalarında yer alan stafilokokkus aureus etkeni ile görülen periprostetik eklem enfeksiyonlarının cerrahi tedavisine dair klinik şüpheleri mikrobiyolojik olarak destekler niteliktedir.

Abstract:
Introduction: Periprosthetic joint infections (PJI) is one of the most common causes of revision surgery in total joint arthroplasties. The most frequently applied surgical methods under the current PJI are debridement-antibiotic and implant retention (DAIR) procedure and single or two stage revision arthroplasties. DAIR, a procedure that can be performed in the presence of early-onset PJI (<3-4 weeks), is based on the assumption that the biofilm structure does not mature under the current immune system and that PJI can be treated by debridement and antibiotherapy. In our study, it was aimed to determine the microbiological formation of biofilm formation in PJI agents and to compare its development on the implant surface. Along with the results to be obtained, PJI treatment will be re-evaluated according to the factors.
Methods: In-vivo study was planned with a total of 48 sprague-dawley rats in six groups. The study included staphylococcus aureus, staphylococcus epidermidis biofilm (-) strain, staphylococcus epidermidis biofilm (+) strain, pseudomonas aeruginosa and candida albicans and control group. 6 standard titanium alloy (Ti6Al4V) discs were placed in pouch regions formed in the interscapular regions of the experimental animals. After planktonic microorganism was inoculated with all factors equal, disc and soft tissue cultures were taken every 2 weeks. These samples were compared in terms of infection loads and electron microscopy and biofilm appearance. In the 6th week, after the euthanasia procedure for all experimental animals, the abscess tissues were examined histologically. The groups were compared with appropriate statistical methods according to colony numbers in soft tissue cultures and disc cultures, biofilm structures in SEM images, complete blood count results obtained from exsanguination samples and histological examination of abscesses.
Results: No significant difference was found between the agents compared with the results of complete blood count and frequency of abscess. Staphylococcus aureus provided significant superiority over other agents in all time periods (2-4-6 weeks) in terms of infection load in the disc results. In soft tissue cultures, this superiority was seen only in the results of the 4th and 6th weeks. In the soft tissue culture results of the 2nd week, the pseudomonas aeruginosa was found to be significantly higher in terms of infection load than the control group. In sem images where the biofilm structure was compared, there was no distinctive difference between the groups.
Conclusion: Staphylococcus aureus was significantly higher in terms of infection burden in implant cultures as of the 2nd week compared to other PJI agents examined. This conclusion in terms of staphylococcus aureus may explain the higher failure rate seen after the DAIR procedure performed in the presence of <3-4 weeks PJI. If the staphylococcus aureus agent is responsible for PJI, one or two stage revision arthroplasty surgery is recommended instead of the DAIR procedure. The results obtained in our study microbiologically support clinical suspicions regarding the surgical treatment of periprosthetic joint infections seen with the staphylococcus aureus factor in recent review studies.