Risikoeinschätzung bei der Therapie der Osteitis anhand immunologischer Parameter

Zusammenfassung

Hintergrund: Die Behandlung der Osteitis beruht auf der chirurgischen Herdsanierung und der adjuvanten Applikation von Antibiotika (lokal/systemisch). Im Rahmen der Behandlung kommt es mitunter zu prolongierten Krankheitsverläufen, ohne dass Therapieregime (Durchführung der Behandlung), Virulenz und/oder Spezies der Keime oder spezifische Komorbiditäten dafür ursächlich zu sein scheinen. Fragestellung: Ist es mittels immunologischer Untersuchungsverfahren möglich, derartige Risikofälle frühzeitig zu erkennen? Geben diese Parameter dem Therapeuten die Möglichkeit, die Behandlungsstrategie präziser an die individuelle Situation des Patienten anzupassen? Patienten: Im Rahmen einer Pilotstudie wurden 20 Patienten mit chronischer Osteitis der unteren Extremität untersucht. Gruppe 1: 15 Patienten wiesen einen prolongierten Krankheitsverlauf und/oder eine ungewöhnlich hohe Anzahl an notwendigen operativen Eingriffen auf. Diese Verläufe waren nicht mit dem Keimspektrum oder den Komorbiditäten zu korrelieren. Gruppe 2: 5 Patienten zeigten einen erwartungsgemäßen Krankheitsverlauf (Behandlungsdauer, Anzahl Eingriffe). Methode: Bei allen Patienten wurden im Rahmen der regulär stationär stattfindenden Blutentnahme zusätzlich 4 ml Heparinblut, 1,5 ml EDTA-Blut sowie 1,5 ml Serum mittels zweier immunologischer Testverfahren untersucht: Phänotypisierung der Lymphozyten im peripheren EDTA-Blut mittels 8-Farb-Durchflusszytometrie, einschließlich Kalkulation der CD4-/CD8-Ratio und der Anzahl der doppelt negativen T-Zellen, Elispot-Assay zum Nachweis der T-Zell-Reaktivität auf Recall-Antigene. Ergebnis: In Gruppe 1 fanden sich gegenüber Gruppe 2 signifikant niedrigere Zahlen an zytotoxischen T-Zellen und doppelt negativen T-Zellen, während die Gesamtzahlen der T-Zellen und die T-Helferzellen nicht unterschiedlich waren. In der ROC-Analyse zeigte sich mit einer Area under the Curve (AUC) von 0,88 die höchste Trennschärfe bei der Messung der doppelt negativen T‐Zellen. Bei einem Cut-off von unter 60 doppelt negativen T-Zellen/µl gelang die Voraussage einer postoperativen septischen Komplikation mit einer 100 %-Spezifität und 87 %-Sensitivität. Bei den funktionellen Messungen war eine niedrigere Reaktivität auf Tetanustoxoid mit einer AUC von 0,76 der beste Parameter. Schlussfolgerung: Wie die dargestellten Ergebnisse zeigen, scheint die Risikostratifizierung mittels immunologischer Parameter (siehe Methode) im Rahmen der Behandlung von chronischen Knocheninfektionen möglich. Die Verifizierung der in dieser Pilotstudie erhobenen Daten an größeren Fallzahlen im Rahmen einer prospektiven Untersuchung mit entsprechender statistischer Auswertung wird erfolgen.

Abstract

Problem: The treatment of osteomyelitis is based on the surgical eradication of the septic focus and the additional administration of antibiotics (local and/or systemic). In some cases the course of the therapy may be prolonged without any obvious reason in terms of the quality of the surgical treatment, virulence and type of bacteria or the co-morbidities. Issue: Can these patients at risk be detected by immunological assessments? Will these immunological features lead to a more individualised therapeutic strategy? Patients: 20 patients suffering from chronic osteomyelitis of the lower extremity were included in our study. Group 1: 15 patients showed a prolonged course of the disease and/or an abnormal high rate of surgery. These courses could not be correlated with the bacterial spectrum or the co-morbidities. Group 2: 5 patients showed a clinical course as expected. Methods: Blood samples of all patients were analysed by immunological methods: lymphocytes were analysed by using 8 colour flow cytometry. CD4/8 ratio and double negative T cells were calculated. T cell response to recall antigens was determined by elispot testing. Results: In group 1 double negative T cell and cytotoxic T cell counts were significantly lower in comparison to group 2. This was not the case for T cells and T helper cells. In ROC analysis, area under the curve (AUC) analysis revealed best discrimination by double negative T cells (0.88). At a cut-off of 60 double negative T cells/µL, discrimination of septic complications revealed 100 % specificity and 87 % sensitivity. In elispot testing, reactivity to tetanus toxoid established best results (AUC 0.76). Conclusion: The analysis of the above data shows that the detection of higk-risk patients during the therapy for osteomyelitis based on immunological features seems to be possible. Further studies are needed to verify the data collected from our pilot study.

Schlüsselwörter

Osteomyelitis - Risikostratifizierung - Immunstatus - Lymphozyten - Tetanustoxid

Key words

osteomyelitis - risk assessment - immune mapping - lymphocytes - tetanus toxoid

Literatur

• 1 Tiemann A H, Hofmann G O. Principles of the therapy of bone infections in adult extremities: are there any new developments?.  Strategies Trauma Limb Reconstr. 2009;  4 57-64
• 2 Hofmann G O. Infektionen der Knochen und Gelenke. München, Jena: Urban und Fischer; 2004
• 3 Perry C R. Bone and Joint Infections. London: Martin Dunitz; 2004
• 4 Schnettler R, Steinau H U. Septische Knochenchirurgie. Stuttgart, New York: Thieme; 2004
• 5 Cierny G C, Mader J T, Pennick J J. A clinical staging system for adult osteomyelitis.  Contemp Orthop. 1985;  10 17-37 [Reprinted in: Clin Orthop Relat Res 2003; 414: 7–24]
• 6 McPherson E J, Woodson C, Holtom P et al. Periprosthetic total hip infection: outcomes using a staging system.  Clin Orthop Relat Res. 2002;  403 8-15
• 7 von Dossow V, Sander M, MacGill M et al. Perioperative cell-mediated immune response.  Front Biosci. 2008;  13 3676-3684
• 8 Madiba T E, Muckart D J, Thomson S R. Human immunodeficiency disease: how should it affect surgical decision making?.  World J Surg. 2009;  33 899-909
• 9 Braunschweig R, Bergert H, Kluge R et al. Bildgebende Diagnostik von Osteitis/Osteomyelitis und Gelenkinfekten.  Z Orthop Unfall. 2010;  im Druck
• 10 Currier J R, Kuta E G, Turk E et al. A panel of MHC class I restricted viral peptides for use as a quality control for vaccine trial ELISPOT assays.  J Immunol Methods. 2002;  260 157
• 11 Kreher C R, Dittrich M T, Guerkov R et al. CD4+ and CD8+ cells in cryopreserved human PBMC maintain full functionality in cytokine ELISPOT assays.  J Immunol Methods. 2003;  278 79-93
• 12 Hendrich C, Frommelt L, Eulert J. Septische Knochen- und Gelenkchirurgie. Berlin, Heidelberg, New York: Springer; 2004
• 13 Niedhardt C, Miltner O, Zilkens K W et al. Bakterielle Osteitis.  Orthopäde. 2004;  33 297-303
• 14 Miller K L. The immune System… an Overview. In: Ram B P, Harris M C, Tyle P, eds. Immunology: clinical, fundamental and therapeutic Aspects. New York, Weinheim: VCH; 1990: 1-25
• 15 Bowen T R, Widmair J C. Host classification predicts infection after open fracture.  Clin Orthop Relat Res. 2005;  433 205-211
• 16 Wagner C, Kondella K, Bernschneider T et al. Post-traumatic osteomyelitis: analysis of inflammatory cells recruited into the site of infection.  SHOCK. 2003;  20 503-510
• 17 Wagner C, Kaksa A, Müller W et al. Polymorphonuclear neutrophils in posttraumatic osteomyelitis: cells recovered from the inflamed site lack chemotactic activity but generate superoxides.  SHOCK. 2004;  22 108-115
• 18 Wagner C, Heck D, Lautenschläger K et al. T-lymphocytes in implant-associated posttraumatic osteomyelitis: identification of cytotoxic T-effector cells at the site of infection.  SHOCK. 2006;  25 241-246
• 19 Reimann J. Double-negative (CD4–CD8-), TCR alpha beta-expressing, peripheral T cells.  Scand J Immunol. 1991;  34 679-688
• 20 von Baehr V, Mayer W, Liebenthal C et al. Improving the in vitro antigen specific T cell proliferation assay: the use of interferon-alpha to elicit antigen specific stimulation and decrease bystander proliferation.  J Immunol Methods. 2001;  251 63-71