Hintergrund und Fragestellung

Aufgrund der Herabsetzung der Immunkompetenz unterliegen Patienten mit einer chronischen Polyarthritis einer erhöhten Infektionsgefahr. Zusätzlich kommt es zu einer Erhöhung der Infektionsgefahr durch die Einnahme der Basistherapeutika bis hin zur Entstehung von Spontaninfektionen [1, 2]. Hierbei ist zwischen den verschiedenen Basistherapeutika und der Einnahme von Cortison zu unterscheiden, um das individuelle Risiko eines Patienten abzuschätzen [1]. Sind operative Interventionen erforderlich, muss dieses Risiko zwingend im Vorfeld der Operation abgeklärt und mit dem Patienten besprochen werden. Leider liegen zu den einzelnen Basistherapeutika keine validen klinischen Studien im Hinblick auf das perioperative Infektionsrisiko vor. Erschwerend kommt intraoperativ hinzu, dass erstens durch die chronische Polyarthritis selbst eine Synovialitis und Entzündungsreaktion mit Ergussbildung hervorgerufen werden, die makroskopisch einer bakteriellen Infektion sehr ähnlich sein kann, insbesondere wenn es sich um chronisch subakute Infektionen handelt. Oft sind intraartikuläre Injektionen mit Cortison oder auch Radiosynoviorthesen vorangegangen, sodass die Möglichkeit einer Infektion immer im Raum steht. Die Entnahme von mikrobiologischen Abstrichen ist in solchen Fällen zu empfehlen, und der direkte Erregernachweis stellt nach wie vor den Goldstandard zur Erkennung und Behandlung einer Infektion von Weichteil, Knochen oder Gelenk dar [6]. Dann kann resistogrammgerecht behandelt werden. Allerdings kann der Erregernachweis bis zu 14 Tage dauern, was eine kalkulierte Antibiose erforderlich machen kann. Dies geht mit der Gefahr einer Über- oder Fehltherapie und auch mit der Gefahr der Verschiebung des Selektionsdruckes und somit einer opportunistischen Infektion sowie den Nebenwirkungen einer Antibiose (z. B. einer pseudomembranösen Enterokolitis) einher. Zusätzlich muss kritisch angemerkt werden, dass heutzutage aufgrund der sensiblen Nachweismethoden teilweise erst nach Anreicherung niedrig virulente Keime nachgewiesen werden, deren klinische Relevanz im Einzelfall fraglich bleiben kann.

Es muss grundsätzlich unterschieden werden zwischen einer akuten bakteriellen sequestrierenden Osteomyelitis und einer chronisch infektiösen bakteriellen Osteomyelitis.

Die akute bakterielle sequestrierende Osteomyelitis ist histopathologisch definiert als eine bakterielle Infektionserkrankung des Knochengewebes [wichtigster Krankheitserreger von Osteomyelitiden: Staphylococcus (S.) aureus] wobei eine Osteitis (Kortikalis) von einer Osteomyelitis im engeren Sinn (Spongiosa, Myelon) unterschieden werden kann.

Der Nachweis von intramedullären, gruppiert gelagerten neutrophilen Granulozyten mit verplumpter Chromatinstruktur (Apoptose) sowie der Nachweis rarefizierter unregelmäßig konturierter Knochentrabekel (Knochendestruktion) mit optisch leeren Osteozytenlakunen stellen die Kriterien einer floriden bakteriellen Osteomyelitis dar. Aufgrund geringer Keimquantität oder antibiotischer Behandlung können mikrobiologische Langzeitkultivationen erforderlich sein. Hierdurch bietet die histopathologische Diagnostik trotz möglicher Zeitverzögerung durch die Entkalkung einen zeitlichen Vorteil. Die diagnostischen Kriterien von bakteriellen Infektionen im Generellen basieren im Wesentlichen auf dem Nachweis eines charakteristischen, leukozytären Infiltrats in Kombination mit weiteren, additiven, geweblichen und zellulären Infiltratmerkmalen [7], somit nicht bzw. weniger auf dem direkten Erregernachweis. Ein histopathologischer Erregernachweis durch enzymhistochemische Spezialfärbungen ist prinzipiell durchführbar, jedoch im Allgemeinen nur eingeschränkt möglich. Ausnahmen sind hier die Pilzinfektionen, mykobakterielle Infektionen und Infektionen durch sog. Makroorganismen (z. B. Wurminfektionen). „Polymerase chain reaction“ (PCR)-basierte Verfahren von Gewebeproben mit Sequenzierung/Hybridisierung der Amplifikate ermöglichen eine definitive Keimtypisierung [4]. Neuere Daten aus der Literatur belegen die Möglichkeit der PCR-analytischen Abklärung von Geweben bei infektionspathologischen Fragestellungen [4]. Somit sollte dieses Verfahren insbesondere bei unklaren Konstellationen Anwendung finden.

Die akuten bakteriellen Osteomyelitiden beinhalten im Wesentlichen eine granulozytenreiche intramedulläre entzündliche Infiltration mit Destruktion des spongiösen Knochengewebes, den Nachweis von sog. Mikroabszessen, ≥ 5 Granulozyten. Die Diagnose einer chronischen infektiösen bakteriellen Osteomyelitis ist histopathologisch insbesondere dann sicher, wenn ein geweblicher, kontinuierlicher Zusammenhang mit einer floriden bakteriellen Osteomyelitis besteht. Die Differenzialdiagnose chronischer Osteomyelitiden umfasst Lymphominfiltrate, Knochenmarkkarzinosen, Langerhans-Zell-Histiozytose, Lipoidgranulomatose und aseptische Knochennekrose. Bei einem gelenknahen Bezug stellen die Pseudarthrose und die sog. Charcot-Arthropathie die wichtigste Differenzialdiagnose dar. Die Kriterien einer bakteriellen Synovialitis basieren ebenfalls auf dem Granulozytennachweis. Charakteristisch ist ein entzündliches Infiltrat aus gruppiert positionierten neutrophilen Granulozyten, die Zellkerne zeigen eine verplumpte, pyknotische Chromatintextur als ein zytologische Substrat der Granulozytenapoptose bei Keimphagozytose. Weitere Kriterien umfassen die Deckzellschicht-Ulzerationen sowie Fibrininsudationen und Fibrinauflagerungen. Die Sensitivität und Spezifität der histopathologischen, bakteriellen Infektionsdiagnostik kann durch die Detektion von CD15+-neutrophilen Granulozyten im Gewebe gesteigert werden [5].

Deswegen empfehlen wir speziell für rheumaorthopädische Patienten in solchen Fällen standardmäßig mehrere Gewebeproben von verschiedenen Gewebetypen und Stellen des Situs, die histopathologisch aufgearbeitet werden. Der Vorteil der Histologie besteht darin, dass hier die Gewebereaktionen einer bakteriellen Entzündung nachgewiesen werden und einerseits von einer Kontamination, die keine zelluläre Reaktion hervorruft, und andererseits einer rheumatischen Synovialitis unterschieden werden können [3, 7]. Leider existierten bisher auch hierzu keine validen klinischen Studien, welche die Korrelation von mikrobiologischem Erregernachweis und histopathologischem Nachweis von Entzündungszeichen beweisen. Da dieses Thema aber eine enorme klinische Bedeutung und direkten Einfluss auf die Behandlungsstrategie in diesem Hochrisikopatientengut hat, wurde diese Studie in Kooperation mit dem Medizinischen Zentrum für Histologie, Zytologie und molekularer Diagnostik in Trier initiiert.

Hypothese der Studie ist, dass ein hoher prädiktiver Wert für einen mikrobiologischen Erregernachweis durch histopathologischen Nachweis von Entzündungszeichen bei intraoperativ entnommenen Gewebeproben bei Patienten mit chronischer Polyarthritis besteht, aber sich gleichzeitig diese Methoden in den Ergebnissen unterscheiden können und so in der Zusammenschau falsch positive sowie falsch negative Diagnosen insbesondere einer Low-grade-Infektion vermindert werden können, die lediglich auf einem mikrobiologischen Nachweis basieren. Deswegen ist eine Differenzierung in den Ergebnissen zu erwarten.

Studiendesign und Untersuchungsmethoden

Alle Patienten mit klinisch eindeutigem Verdacht auf eine Infektion von Gelenk, Knochen oder Weichteil mit nachgewiesener chronischer Polyarthritis, die im Zeitraum von April bis August 2011 deswegen operiert werden mussten, wurden in die Studie eingeschlossen. An 20 Patienten wurden intraoperativ sowohl mikrobiologische Abstriche als auch Gewebeproben zur histologischen Aufarbeitung entnommen.

Die formale Zustimmung der Patienten wurde eingeholt, und die Kriterien von Helsinki wurden befolgt. Die weitere Auswertung erfolgte verschlüsselt und anonym.

Einschlusskriterien waren hochgradiger klinischer und laborchemischer Verdacht auf eine Infektion an einem nativen Gelenk oder Weichteil sowie chronische Polyarthritis als Grunderkrankung.

Ausgeschlossen wurden Patienten mit Endoprothesen-assoziierten Infektionen, da wir dies als eine eigene Entität betrachten, sowie Patienten ohne chronische Polyarthritis.

Die Korrelation von histologischem Befund und Keimnachweis wurde mit exaktem Test nach Fisher analysiert, und die Odds Ratio (OR) wurde berechnet. Dazu wurde IBM SPSS Statistics Software für Windows Release 20.0.0 (2011, Chicago) verwendet. Das Signifikanzniveau ist zweiseitig und bei dem p-Wert kleiner als 0,05 getestet.

Ergebnisse

Es wurden 20 Patienten in die Studie eingeschlossen (10 Männer und 10 Frauen, Tab. 1). Das Durchschnittsalter betrug zum Untersuchungszeitpunkt 61,7 Jahre.

Tab. 1 Patientendaten
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An 20 Patienten wurden insgesamt 18-mal Keime nachgewiesen (2-mal mehrere Keime in einer Probe). Bei 4 Operationen gelang kein Keimnachweis. Am häufigsten wurde S. aureus nachgewiesen, gefolgt von S. epidermidis (Tab. 2).

Tab. 2 Intraoperativer Erregernachweis
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Konnte ein Keimnachweis erbracht werden, sprach auch in über 93 % der Fälle der histologische Befund für eine Infektion (Tab. 3).

Tab. 3 Korrelation histologischer Befund und Keimnachweis
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In einem Fall waren übereinstimmend entgegen der klinischen Vermutung der Erregernachweis und der histologische Befund unauffällig (Tab. 4).

Tab. 4 Klinischer Verlauf, Laborbefunde und Synovialanalysen der Patienten mit histologischem Nachweis einer Infektion, aber negativem Erregernachweis
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In 3 von 4 Fällen ohne erfolgreichen Erregernachweis wurde histologisch eindeutig der Verdacht auf eine Infektion übereinstimmend mit dem klinischen Befund erhoben (Tab. 4). Bei allen Patienten bestand klinisch der Verdacht auf eine Infektion. Bei den Patienten B und C zeigte nicht nur die präoperativ durchgeführte Synovialanalyse klare Hinweise auf einen Infekt, sondern auch der weitere Verlauf mit der Notwendigkeit einer Revision mit klinisch eindeutigem Hinweis auf Persistenz eines Infektes bestätigte das Ergebnis der Histologie, obwohl kein Keimnachweis gelang (Tab. 4).

Bei Patient D bestätigte sich der klinische Hinweis auf einen Infekt weder in Histologie noch in der Mikrobiologie, sodass von einer nicht infizierten Nekrose ausgegangen werden muss.

Lediglich in Fall A scheint sich der histologische Verdacht auf eine Low-grade-Infektion nicht zu bestätigen.

Das relative Risiko OR beträgt 20 % bei einem positiven histologischen Befund mit negativem Keimnachweis (3 zu 4) im Vergleich zum positiven Keimnachweis (15 zu 1).

Histopathologische Kriterien der Infektionsdiagnostik

Akute bakterielle sequestrierende Osteomyelitis

Die diagnostischen Kriterien einer akuten bakteriellen sequestrierenden Osteomyelitis umfassen im Wesentlichen die intramedulläre, granulozytenreiche entzündliche Infiltration mit Destruktion des spongiösen Knochengewebes.

  • Osteoklastennachweis (auf der Trabekeloberfläche);

  • diffuse und gruppierte Lagerung (sog. Mikroabszesse, ≥ 5 Granulozyten) von segmentierten neutrophilen Granulozyten im zumeist hochgradig ödematösen Markraumgewebe. Die neutrophilen Granulozyten zeigen eine verplumpte, pyknotische Chromatintextur (Granulozytenapoptose bei bakterieller Keimphagozytose);

  • in der Ethylendiamintetraacetat (EDTA)-Entkalkung sind Knochentrabekeln mit optisch leeren Osteozytenlakunen als Kriterium für nekrotisches Knochentrabekel (sog. Knochensequester) nachweisbar;

  • Knochengewebe mit hämatopoetischer Funktion (z. B.: Axialskelett) weist eine reduzierte bzw. vollständig fehlende Hämatopoese auf.

Chronische infektiöse Osteomyelitis

Die diagnostischen Kriterien einer chronischen bakteriellen sequestrierenden Osteomyelitis umfassen im Wesentlichen

  • spongiöses Knochengewebe mit reaktiver Knochenneubildung, fokalem, entzündlich bedingtem Knochenabbau,

  • hochgradig fibrosierte Markräume mit teils granulozytenreichem, teils plasmazellreichem lymphozytärem und makrophagenreichem entzündlichem Infiltrat.

Bakterielle Synovialitis

Diagnostische Kriterien einer bakteriellen Synovialitis sind

  • entzündliches Infiltrat, bestehend mehrheitlich aus neutrophilen Granulozyten. Die Zellkerne haben eine verplumpte, pyknotische Chromatintextur (Granulozytenapoptose bei Keimphagozytose);

  • Deckzellschicht-Ulzerationen,

  • Fibrininsudationen und Fibrinauflagerungen.

Die histopathologische Differenzialdiagnose besteht in

  • Kristallarthritis (Gichtanfall),

  • reaktiver Arthritis,

  • monoartikulärer Manifestation einer rheumatoiden Arthritis.

Mithilfe der PAS-Reaktion oder der Grocott-Reaktion kann ein Nachweis einer Pilzinfektion erfolgen, die Untersuchung mit der Ziehl-Neelsen-Reaktion komplementiert die Diagnostik, da floride Synovialitiden auch durch eine initiale Mykobakterien-Infektion bedingt sein können. Der molekularpathologische, PCR-basierte Nachweis von Borrelien- und Chlamydien-DNA in der Synovialmembran kann in Abhängigkeit des Entzündungsmusters erforderlich sein [4].

Diskussion

Es konnte ein sehr hoher prädiktiver Wert eines positiven histopathologischen Befundes für einen positiven Keimnachweis gezeigt werden (Tab. 3). Gerade die Unterschiede in den Ergebnissen beider Methoden unterstreichen die Nützlichkeit einer zusätzlichen gezielten histopathologischen Untersuchung in Kombination mit der Mikrobiologie: In den 3 von 4 Fällen, in denen kein Keimnachweis gelang, aber der histologische Befund eindeutig eine Infektion beschrieb, waren der klinische Verlauf, der Laborbefund und die Synovialanalyse in 2 Fällen eindeutig infektiös (Tab. 4). Diese beiden Patienten mussten revidiert werden, und es gelang nur nach eingehendem Débridement und kalkulierter Antibiose in Rücksprache mit den klinischen Mikrobiologen, die Befunde zur Ausheilung zu bringen. Hier liegt der Verdacht sehr nahe, dass es sich, wie histologisch vermutet, um eine Low-grade (in dem anderen Falle sogar um eine High-grade)-Synovialitis handelte und der Erregernachweis misslang. Die Diskrepanz der Befunde spricht aus unserer Sicht also eher für die histologischen Befunde und nicht gegen sie.

Auch gerade beim Nachweis von niedrig virulenten Keimen erst nach Anreicherung steht immer der Verdacht der Kontamination im Raum, der durch eine histopathologische Untersuchung geklärt werden könnte.

In einem Fall waren der mikrobiologische und histologische Befund negativ und auch der weitere Verlauf unauffällig, sodass davon ausgegangen werden muss, dass es sich in diesem Fall um eine rheumatische Synovialitis und nicht, wie klinisch initial vermutet, um einen Infekt handelte (Patient D, Tab. 4).

Die histopathologische Diagnostik von bakteriellen Infektionen ist als eine die Mikrobiologie ergänzende Diagnostik anzusehen und erfolgt in erster Linie durch die Beurteilung der erregerverursachten geweblichen Reaktionsmuster: diffuse und gruppierte Lagerung (sog. Mikroabszesse, ≥ 5 Granulozyten (Abb. 1) von segmentierten neutrophilen Granulozyten. Die neutrophilen Granulozyten zeigen zumeist eine verplumpte pyknotische Chromatintextur als ein Zeichen der Granulozytenapoptose bei bakterieller Keimphagozytose. Eine Keimtypisierung ist durch enzymhistochemische Färbungen im Allgemeinen nur eingeschränkt möglich (Ausnahmen: z. B. Pilzinfektion, TBC). Immunhistochemie und PCR-basierte Methoden vervollständigen das methodische Repertoire der histopathologischen Infektionsdiagnostik [4]. Diese Methoden ermöglichen eine definitive Keimspezifizierung. Eine PCR aus den mikrobiologischen Proben wurde nicht durchgeführt, da dies ein vergleichsweise aufwendiges und teures Verfahren darstellt. In unklaren Fällen sollte dieses Verfahren aber in Betracht gezogen werden. Ein Vorteil der histopathologischen Infektionsdiagnostik besteht insbesondere bei Infektionen mit sog. minimaler Keimquantität (Low-grade-Infektionen) in einer zeitnahen Beurteilung der Gewebeproben. Falsch positive Ergebnisse („Kontamination der Gewebeprobe“) können somit histopathologisch weitgehend ausgeschlossen werden, da die Beurteilung der geweblichen Reaktionsmuster erfolgt, die Ausdruck der sog. Erreger-Wirt-Reaktion sind und nicht durch eine Gewebekontamination hervorgerufen werden können.

Abb. 1
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Erregerverursachtes, gewebliches Reaktionsmuster. Granulozytäres entzündliches Infiltrat, bestehend aus neutrophilen Granulozyten mit Nachweis sog. Mikroabszesse (gruppierte Lagerung von neutrophilen Granulozyten teilweise mit sog. Granulozytenapoptosen) bei mikrobiologisch gesichertem Nachweis von Staphylococcus aureus (HE-Färbung, Vergr. 150:1)

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Also sind gerade die differierenden Befunde beider Methoden entscheidend für den Therapieerfolg, weswegen eine signifikante Korrelation von Histopathologie und Mikrobiologie gar nicht erwünscht ist, da sich diese beiden Methoden ergänzen und so Fehldiagnosen vermindert werden können.

Fazit für die Praxis

  • Die klinische Beurteilung für die richtige Behandlung von Patienten mit chronischer Polyarthritis und Verdacht auf Infektion bleibt eine schwierige Einzelfallabwägung.

  • Die histologischen intraoperativen Gewebebefunde erbringen aus unserer Sicht unverzichtbare Zusatzinformationen gerade bei nichteindeutigen Befunden und sollten aus diesem Grund standardmäßig bei Verdacht auf Infektion entnommen werden.

  • Nur in der Zusammenschau aller Befund und der Klinik kann in interdisziplinärer Absprache mit den Pathologen und Mikrobiologen die optimale Therapie für den Patienten gefunden werden.