Physiopathologie/ Infections sur Prothèse articulaire. DESC Maladies Infectieuses et Tropicales. Louis BERNARD

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1 Physiopathologie/ Infections sur Prothèse articulaire DESC Maladies Infectieuses et Tropicales Louis BERNARD Paris, Lundi 13/04/2015

2 CAS CLINIQUE

3 Monsieur G, 78 ans ne peux plus voyager douleurs de genou droit dès 50 mêtres poliomyélite dans l enfance Infarctus (stent 2012), Hyperplasie prostatique gonarthrose douloureuse depuis 18 mois indication de PTG Droite

4 QUESTION 1 Cette patiente a-t-elle des facteurs de risque d infection? Oui Non

5 REPONSE QUESTION 1 Ce patient a-t-il des facteurs de risque d infection? Non

6 NON Facteurs de risque connus : TERRAIN Polyarthrite rhumatoïde Diabète Néoplasie Traitement immunosuppresseur PERIOPERATOIRE Reprises chirurgicales multiples Hématome post op Cicatrisation difficile Absence d antibioprophylaxie, ciment Facteurs de risque discutables : Obésité, dénutrition Colonisation urinaire, foyer dentaire

7 Autres facteurs de risque d ISO Il existe des facteurs de risque discutables ou majorant faiblement le risque d ISO : l obésité, la dénutrition, la corticothérapie, la réalisation d une radiothérapie récente sur le site opératoire.

8 Physiopathologie Greffe bactérienne lors de l implantation Persistance d une greffe bactérienne Altération du système macrophagique anti infectieux L. Bernard MMI L. Bernard JAC

9 INFECTION OSSEUSE SUR MATERIEL HOTE -âge -terrain - Macrophages - Polynucléaires INFECTION BACTERIE -pathogénicité -adhérence -biofilm -SCV OS IMPLANT matrice intégration tissulaire séquestres libération d éléments

10 LES BIOMATERIAUX ORTHOPEDIQUES

11 LES BIOMATERIAUX ORTHOPEDIQUES Composition: Plusieurs types de matériaux: métal ou alliages métalliques (acier, chrome, cobalt, titane), polyéthylènes, céramique. Phénomènes inflammatoires associés aux implants stratégies adaptatives des bactéries: constats cliniques du déroulement des infections des difficultés thérapeutiques.

12 Surface métallique (1) Plus ou moins lisse n est pas un support inerte. Hautes énergies de surface, sites moléculaires insaturés. Oxydes des surfaces métalliques (acier, chrome, cobalt, titane) interagissent avec les glycoprotéines tissulaires et les structures membranaires des cellules eukariotes ou prokariotes. surface d interaction liante avec les bactéries

13 Surface métallique (2) Phénomènes physiques, ioniques, électrophysiologiques, biochimiques et moléculaires processus d intégration de l implant, processus d usure de l implant conditions de constitution et de persistance de l infection bactérienne. interface réactive avec son environnement.

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15 QUESTION 2 L interrogatoire réalisé par l anesthésiste montre que la petite-fille du patient a présenté un impétigo (S. aureus) Le patient est inquiet. Quelle est votre attitude? A Vous recherchez un portage de S aureus PVL + chez la petite fille B Vous rechercher un portage de S. aureus chez le patient C Vous décolonisez le patient si la recherche de S aureus est positive D Vous modifiez l antibioprophylaxie E Vous rassurez le patient sans réaliser aucune mesure

16 REPONSE QUESTION 2 L interrogatoire réalisé par l anesthésiste montre que la nièce de la patiente a présenté un impétigo (S. aureus) La patiente est inquiète. Quelle est votre attitude? E Vous rassurez la patiente sans réaliser aucune mesure

17 Dépistage SAMS, SARM en orthopédie et décolonisation: Avis divergents Effet positif Réduction du portage de SARM mais pas du taux d ISO Kalmeijer et al, CID 2002 Van Rijen, Cochrane 2008: effet (+): RR 0.6, Bode et al, NEJM 2011: Taux d ISO à S.aureus groupe mupirocin-chlorhexidine 3.4% vs 7.7% Absence de bénéfice en chirurgie générale Perl, NEJM 2002 Kallen, ICHE 2005 Mupirocine vs. 0; ISO 8.4% vs. 8.1% Harbarth,JAMA 2008 RT-PCR MRSA

18 Dépistage du Staphylococcus aureus en orthopédie Recommandations SFHH 2004-SPILF 2009 Il n est pas recommandé de faire un dépistage systématique à la recherche d un portage nasal de Staphylococcus aureus sensible à la méticilline (SAMS) en vue de son éradication préopératoire, quel que soit le type de chirurgie. Le dépistage nasal du SARM est recommandé chez les patients devant bénéficier d une chirurgie cardiaque ou orthopédique programmée, et venant de réanimation, de moyen ou long séjour ou en cas de lésions cutanées chroniques.

19 La bactérie: S. aureus Adhésion Pouvoir pathogène Présence intracellulaire Résistances aux antibiotiques

20 Adhésines du Staphylococcus aureus Ø Famille des MSCRAMMs (microbial surface components recognizing adhésive matrix molécules) : Protéine A: immunoglobulines Collagen binding protéin: os Clumping factor A et B: plaie, Clf: portage nasal Ø Adhérence aux cellules et à la matrice extracellulaire Ø Adhérence aux biomatériaux Ø Internalisation dans les cellules

21 Pouvoir pathogène du S. aureus S. aureus virulence factors Number of bacteria A B C Time (hours) Nombreuses Substances synthétisées (> 20) - Toxine - PVL Lag phase Exponential phase Post-exponential phase - PG - Adhesins - Toxins - Lipase - Proteases

22 Immunofluorescent staining of fibronectin on explanted coverslips

23 Persistance intracellulaire (ostéoblastes) du S. aureus Ostéomyélite chronique Webb LX J Surg Orthop Adv ;16:73-8.

24 Persistance intracellulaire (ostéoblastes) du S. aureus: Résistances aux antibiotiques Modèle in vitro d ostéomyélite chronique Ostéoblastes + S. aureus Lavage + gentamicine (destruction S.a. extra cellulaire) Ajout antibiotique (érythromycine, clindamycine, rifampicine) à T0, T12 JL Ellington, J. of Ortho Research 2006 ; 24 : 87-93

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27 Bactéries : conséquences cliniques 1 Rationnel de l adhérence de la bactérie sur les corps étrangers 2 Rationnel de la persistance des bactéries en intracellulaire 3 Rationnel de la résistance (rapide) des bactéries en intracellulaire

28 QUESTION 3 Concernant l usage du ciment contenant des antibiotiques lors de la pose de la PTH? A Le meilleur de ciment-genta est celui fabriqué en per-opératoire B La libération de gentamicine est prolongée pendant 1an C L effet du ciment à la gentamicine est lié au spectre large de l ATB D Il est existe de grandes cohortes relatant l effet favorable du ciment E L antibiotique peut favoriser à moyen terme l effritement du ciment

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30 PTH sans ciment : RR :5 (95% CI: ) de décèlement

31 97344 PTH FR d IPOA - Homme - Durée de chirurgie > 100 min - Absence de flux laminaire - PT sans ciment - PT sans ciment ATB

32 DEFICIT PHAGOCYTAIRE DANS LES INFECTIONS SUR MATERIEL

33 Prothèse de hanche: composants Tête céramique Cupule titane et polyéthylène Tige alliage chrome-cobalt Ciment méthyl-méthacrylate

34 Prothèse de genou!

35 Illustration de l usure des différents composants de prothèses articulaires en fonction du temps (Source : )

36 Aseptic Loosening! (microscopic analysis)! neocapsule Polyethylene particles MEB x 695!

37 Aseptic Loosening! (microscopic analysis)! MEB x 6061!

38 Mécanisme immunologique du descellement aseptique de prothèse articulaire E. Ingham, J. Fisher / Biomaterials 26 (2005)

39 Test de «killing bactérien» S aureus Phagocytose 2h PE Pn Pn T0 T30 T60 T120

40 PNn Phagocytose d une particule par un PNn particule

41 «Killing» de S.aureus par les polynucléaires en présence de particules de STRUCTURES DIFFERENTES % of Staphylococcus aureus survival T0 T30 T60 T120 times Control PEHD 10 7 /ml Latex10 7 /ml Latex10 8 /ml Latex10 9 /ml PEMD10 7 /ml PEMD10 8 /ml PEMD10 9 /ml Bernard L, Vaudaux P, Merle C, Stern R, Huggler E, Lew D, Hoffmeyer P. Biomaterials Sep;26(27):

42 Polynuclear cell Staphylococcus (green-fitc) Polyethylene particle (red-rhodamin) Double-staining fluorescence assay to measure polynuclear phagocytosis of Staphylococcus aureus in presence or absence of polyethylene particles

43 Polyethylene wear Polynuclear neutrophils! from Aseptic Loosening! (microscopic analysis)!

44 Pas de bol... J21 post opératoire, Apparition depuis 6 jours = hanche très douloureuse, écoulement purulent, syndrome inflammatoire

45 QUESTION 4 Quelle est votre proposition thérapeutique? A Lavage PTG avec maintien de l implant B Changement en 1 temps C Changement en 2 temps D Résection arthrodèse E antibiothérapie 6 à 12 s

46 QUESTION 4 Quelle est votre proposition thérapeutique? A Lavage PTH avec maintien de l implant B Changement en 1 temps E antibiothérapie 6 à 12 s

47 Peut-on sauver cette prothèse? OUI! Mais J21 post pose PTG Sepsis < 1 mois Si : Reprise <<<<<< 1 mois (urgence!) Réf. M.D.Tsukayama M.D. et al., Infection after Total Hip Arthroplasty JBJS 1996 Vol 78-A

48 Efficacité lavage débridement fonction de l âge de la prothèse et de la durée des symptômes Absence de série prospective - plus le LD est précoce plus le succès est important - LD < 15 j > 50 % d efficacité Meehan, CID 2003(36: 845-9) 2: Tattevin, CID 1999 (29:292-5) 3: Brandt, CID, 1997(24:914-9) RAO, Clin Ortho Rel Research, 2003(414: 55-60) 5: Hartman, Clin Ortho Rel Research, 1991(273: 113-8) Gomez, AAC, sept 2011

49 T0 Cinétique de colonisation du matériel par un biofim T24h 5 jours Nishimura S. J Orthop Sci ;11:46-50.

50 Biofilm!

51 Biofim sur une surface métallique Microscope électronique à balayage Infections Associated with Indwelling Medical Devices. Waldvogel, FA, Bisno AL, 3rd ed. (2000) Sutherland IW. Trends Microbiol. 2001;9:222-7.

52 S. epidermidis - 15 IPOA - 22 «nez» Valour F PlosOne 2013

53 Valour F PlosOne 2013 Pas de différence entre souche «IPOA» et «nez» contrairement au S. aureus

54 TRAITEMENT CHIRURGICAL Technique 1! Débridement/rétention -chirurgicale ou parfois sous arthroscopie. - méthode: luxation de la prothèse (hanche) résection des tissus infectés libération des adhérences Lavage : 5 à 10 litres Ringer lactate fermeture sur redon Un à plusieurs lavages -indication: infections postopératoires précoces + germes peu virulents?

55 Résultats du «lavage» dans les PTH Symposium SOFCOT 2001 : % de succés Délai de prise en charge Infection aigüe, précoce Infection secondaire, retardée < 3 semaines 80 % 50 % 3 à 6 semaines 56 % 30 % > 6 semaines 40 % 15 % Pas de série prospective Résultats globaux < aux changements de PTH

56 CLASSIFICATION

57 Classification utilisée Tsukayama l infection postopératoire précoce, moins d un mois après l intervention ; l infection chronique, retardée se manifeste plus d un mois après l intervention ; l infection aigue hématogène, en général tardive, dans un contexte bactériémique ; l infection méconnue, révélée par la positivité des prélèvements bactériologiques peropératoires lors de la reprise d une prothèse descellée considérée comme aseptique.

58 Classification de Coventry 3 phases différentes: Type I: Type II: Type III: aiguë et précoce période post opératoire immédiate (< 1 mois) chronique plus tardive prothèse douloureuse. aiguë tardive voie hématogène prothèse le plus souvent asymptomatique

59 Classification de Zimmerli N. Engl. J. Med. 2004, 351, Stade 1 Précoce ( 3 mois ) Stade 2 Retardée ( 3 à 24 mois ) Stade 3 Tardive ( > 1 an ) Inconvénient Ne relève pas le caractère aigu ou non de l IPOA

60 QUESTION 5-a A votre avis quel(s) microorganisme(s) peut(vent) être isolé(s)? A Entérobactéries B Pseudomonas C Levures D Staphylocoque doré E Streptocoques

61 REPONSE QUESTION 5-a A votre avis quel(s) microorganisme(s) peut(vent) être isolé(s)? A Entérobactéries D Staphylocoques blanc? doré? E Streptocoques

62 Il s agit d une infection aiguë sur prothèse < 1 mois Staphylocoque doré+++ (crainte du SARM) Parfois Entérobactéries Streptocoques (entérocoques)

63 Répartition des bactéries dans les IPOA monomicrobiennes (n=260) BGN 10% Répartition des bactéries Ana 8% S aureus S.pidermidis Autres SCN Strepto bétahémolytiques Autres streptocoques Streptocoques Entérocoques 14% SA 40% Entérocoques Entérobactéries SCN 8% SE 17% P. aeruginosa P. acnes Autres anaérobies P. Bemer MICROBIOS, PHRC interrégional 2011, JCM

64 Le stade de l infection peut-il prédire la bactérie? F Infection précoce : < 3 mois Acquise en per-opératoire ou post-op immédiat Germes virulents : S. aureus, streptocoques béta-hémolytiques, bacilles à Gram négatif (Escherichia coli) F Infection «retardée» : 3-24 mois Acquise en per-opératoire ou post-op immédiat Importance du biofilm Germes peu virulents STACN, PA F Infection tardive : >24 mois Greffe prothétique par voie hématogène, infection récente ou concomitante d un autre site Germes virulents le plus souvent P. Bemer MICROBIOS, PHRC interrégional 2011 : résultats préliminaires, ESCMID

65 QUESTION 5-b Cinq prélèvements ont été effectués: 3/5 : S. aureus metis, fluroroquinoloness et rifampicines 1/5 : S.aureus + S à coag négative 1/5 : S à cog négative (qq colonies à J5 )rifampicine R A vous faîtes un relais oral par FQ et rifampicine B Poursuite de vanco IV C Poursuite de la ceftriaxone D Appel du labo E reprise chirurgicale pour une ablation de PTH

66 QUESTION 5-b Cinq prélèvements ont été effectués: 3/5 : S. aureus metis, fluroroquinoloness et rifampicines 1/5 : S.aureus + S à coag négative 1/5 : S à cog négative (qq colonies à J5 )rifampicine R B Poursuite de vanco IV D Appel du labo

67 Powder Choice - Mister Infectiologist? rifampicine+ofloxacine 3 mois, avec pour but : - recherche de synergie - biodisponibilité orale - Mais absence de consensus et d études cliniques - Durée incertaine

68 Ecoulement sur fistule à M3 Signes inflammatoires locaux avec douleurs postopératoires importantes

69 QUESTION 7 Peut-on sauver cette prothèse? Oui Non

70 REPONSE QUESTION 7 Peut-on sauver cette prothèse? Non

71 Peut-on sauver cette prothèse? NON! Car Sepsis tardif ou persistant Changement 1 T, 2T Résection tête et col Fistulisation Abstension

72 TRAITEMENT CHIRURGICAL Technique 2! Remplacement de prothèse en un temps (1T)! Méthode:! -ablation de la PTH infectée (en totalité ou en partie)! - lavage et curetage extensif des tissus! - réimplantation d une prothèse, (souvent ciment ATB)! Indication:!!- prothèse descellée!!- germe peu virulent!!- documentation bactériologique préalable!!

73 TRAITEMENT CHIRURGICAL Technique 3! Remplacement en deux temps (2T) Méthode: ablation de la PTH infectée (en totalité ou en partie) lavage et curetage extensif des tissus implantation d un écarteur (spacer) antibiothérapie par voie générale délai sans prothèse: 6 s à.1 an réimplantation d une prothèse (2ème temps) Indication: traitement de choix, meilleure efficacité

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76 Le changement en 2 temps = quand 1 temps impossible Germe non déterminé ou multi-résistant Sepsis chronique déjà (multi) opéré Destruction osseuse majeure Localisations septiques multiples Contamination hématogène: porte d entrée non traitée

77 Critique du 2 temps AVANTAGES sécurité supplémentaire : Ponction avant la réimplantation s assurant de l absence de germe résiduel INCONVENIENTS 2 interventions Morbidité ++ Repose + difficile qu'en 1 temps => Tendance actuelle = 1 temps

78 QUESTIONS 8 Microbiologie: quelle(s) procédure(s) A une ponction à l aiguille B 5 prélèvements per opératoires C PCR ARN 16s sur le liquide articulaire D Examen direct du prélèvement articulaire avec broyage et RT-PCR E Ensemencement de tous les prélèvements sur flacons hémocultures

79 REPONSE QUESTIONS 8 Microbiologie: quelle(s) procédure(s) B 5 prélèvements per opératoires

80 3 Bactéries quiescentes Petites colonies ou Small Colony Variants

81 Bactéries quiescentes æ Taille (1/10) Croissance lente (7j) æ Pigmentation æ hémolyse ä R aux aminoglycosides Gêne = fema

82 Bactéries quiescentes : importance clinique 5 cas/83 IPOA ( ) 2 patients bactériémiques 1 patient : ± IPOA bilatérale Durée antibiothérapie : 4 à 22 mois 100% d échec Puis changement en 2 T P. Sendi, CID 2006 : 43:961-7

83 Valour F

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85 No

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87 INFECTION OSSEUSE SUR MATERIEL HOTE -âge -terrain - Macrophages - Polynucléaires INFECTION BACTERIE -pathogénicité -adhérence -biofilm -SCV OS IMPLANT matrice intégration tissulaire séquestres libération d éléments

88 On retiendra Physiopathologie: Bactérie: biofim, SCV, intracellulaire, virulence Biomatériaux: inflammation, usure, structure Hôte: terrain/os, immunosuppression Conséquence thérapeutique Infection aigue= urgence Lavage-débridement = PRECOCE +++ Traitement = chirurgical Prise en charge multidisciplinaire Antibiothérapie : plus court / FQ-rifamp.