The value of novel diagnostic methods in the diagnosis of periprosthetic joint infection and the complication rate after two-stage revision for periprosthetic hip infections

Background In recent years, attention has focused on novel diagnostic methods as alpha defensin and multiplex PCR (mPCR) for diagnosing periprosthetic joint infection. In addition, two stage revision is the most widely used surgical approach to manage periprosthetic hip infection (PHI). The aim of the first study was to evaluate the diagnostic value of qualitative (lateral flow) and quantitative (ELISA) alpha defensin test in patients with prosthetic failure and to compare both test methods among each other. In the second study, the performance of mPCR for genotypical resistance detection in microorganisms isolated from patients with implant-related infections was analysed. In the third study, the intra- and postoperative complications of a two-stage revision using resection arthroplasty during stages were investigated according to the length of the prosthesis free interval. Methods Study 1: In 71 patients with prosthetic failure, alpha defensin was determined in the aspirated synovial fluid using two different methods (qualitative and quantitative). The area under the curve (AUC) of each test was calculated and both AUCs were compared among each other using the z-test. Study 2: In 94 samples (60 sonication fluid, 34 synovial fluid) a comparison of phenotypical (culture) and genotypical resistance analysis (mPCR) was performed calculating the concordance. Study 3: According to the length of prosthesis-free interval, the 93 included patients were assigned to two groups (group 1 ≤ 10 weeks and group 2 > 10 weeks) and complication rates were compared using chi-squared test. The infection-free survival rate was calculated using Kaplan-Meier analysis. Results Study 1: The lateral flow test showed a sensitivity, specificity, and AUC of 46%, 98%, and 0.72, respectively; and the ELISA tests of 50%, 98%, and 0.74, respectively. There was no significant difference between both AUCs (p=0.566). Study 2: The sensitivity, specificity and concordance of the mPCR regarding genotypical susceptibility testing was 46%, 95%, and 80%, respectively. The concordance between phenotypical and genotypical susceptibility for biofilm-active agents was 84% for rifampin in Staphylococcus spp., and 89% for fluoroquinolone in Enterobacteriaceae. Study 3: Patients with a short interval showed less complications after reimplantation. At 24 months, the infection-free survival rate was 94% in group 1 and 86% in group 2 (p=0.058). Conclusion Due to the insufficient sensitivities of alpha defensin and mPCR, these tests cannot replace the established diagnostic test methods but may be useful as specific adjuncts. No difference between the qualitative and quantitative alpha defensin test was found. The complication rate (76%) of a two-stage revision with a prosthesis-free interval (resection arthroplasty) for PHI was high. Long intervals showed more complications. Therefore, short intervals (≤ 10 weeks) can be recommended between stages.Einleitung Neue Testmethoden wie alpha Defensin und das multiplex PCR (mPCR) System werden in den letzten Jahren zunehmend zur Diagnostik von periprothetische Gelenkinfektionen (PPI) herangezogen. Zudem zählt der zwei-zeitige Prothesenwechsel zu den am häufigsten eingesetzten operativen Therapieverfahren bei periprothetischen Hüftgelenkinfektionen (PHI). Das Ziel der ersten Studie war es, den diagnostischen Wert des qualitativen alpha Defensin Tests (Lateral flow Test) und des quantitativen alpha Defensin Tests (ELISA) in der Synovialflüssigkeit von Patienten mit Prothesenversagen zu untersuchen und miteinander zu vergleichen. In der zweiten Studie wurde die Genauigkeit der mPCR zur genotypischen Antibiotika-Resistenzbestimmung in Mikroorganismen von Patienten mit Implantat-assoziierten Infektionen evaluiert. In der dritten Arbeit wurden die intra – und postoperativen Komplikationen bei zwei-zeitigem Prothesenwechsel mit prothesen-freiem Intervall (Resektionsarthroplastie) zur Behandlung von PHI eruiert. Methodik Studie 1: Bei insgesamt 71 Patienten mit Prothesenversagen wurde die Synovialflüssigkeit qualitativ und quantitativ auf alpha Defensin untersucht. Für den Vergleich zwischen beiden Testmethoden wurden die Flächen unter den Kurven (AUCs) beider Methoden mittels z-Test verglichen. Studie 2: In 94 Proben (60 Sonikationsflüssigkeiten, 34 Synovialflüssigkeiten) wurde prospektiv ein Vergleich zwischen phänotypischer (Kultur) und genotypischer (mPCR) Resistenzbestimmung mit Hilfe von Konkordanz-Analysen durchgeführt. Studie 3: Abhängig von der Dauer des prothesen-freien Intervalls wurden die 93 eingeschlossenen Patienten in zwei Gruppen (Gruppe 1 ≤ 10 Wochen und Gruppe 2 > 10 Wochen) unterteilt und die Häufigkeit der Komplikationen mittels Chi-Quadrat Test verglichen. Zusätzlich wurde das infektionsfreie Überleben mit Hilfe von Kaplan-Meier Kurven analysiert. Ergebnisse Studie 1: Die Sensitivität, Spezifität und AUC des alpha Defensin lateral-flow Tests war 46%, 98% und 0.72; und des ELISA Tests 50%, 98% und 0.74. Es konnte kein signifikanter Unterschied zwischen beiden Testmodalitäten gefunden werden. Studie 2: Die Sensitivität, Spezifität und Konkordanz aller mittels mPCR durchgeführten genotypischen Resistenzbestimmungen war 46%, 95% und 80%. Die Übereinstimmung von genotypischer und phänotypischer Empfindlichkeit für Biofilm-aktive Substanzen war für Rifampicin bei Staphylokokken 84% und für Chinolone bei Enterobacteriaceae 89%. Studie 3: Patienten mit kurzem Intervall zeigten eine niedrigere Komplikationsrate nach Reimplantation. Das Infektions-freie Überleben nach 24 Monaten war in Gruppe 1 94% und in Gruppe 2 86% (p=0.058). Schlussfolgerung Aufgrund der geringen Sensitivitäten des alpha Defensins und der mPCR können diese Tests die etablierten diagnostischen Methoden nicht ersetzen und bei hoher Spezifität lediglich als zusätzliche Untersuchungen fungieren. Der Vergleich von qualitativem mit quantitativem alpha Defensin zeigte keinen Unterschied. Die Komplikationsrate nach zwei-zeitigem Prothesenwechsel mit prothesen-freiem Intervall (Girdlestone-Situation) zur Behandlung von PHI ist mit 76% hoch. Eine höhere Komplikationsrate wurde bei längerem Intervall beobachtet, weshalb ein kurzes Intervall (≤ 10 Wochen) zwischen Explantation und Reimplantation einer neuen Prothese empfohlen werden kann