Différences cliniques et épidémiologiques entre les infections orthopédiques associées ou non à un implant

Thesis

Reference

Différences cliniques et épidémiologiques entre les infections orthopédiques associées ou non à un implant

CUEREL, Céline

Abstract

Il existe de nombreuses publications concernant les facteurs de risques des infections orthopédiques associées à un implant. Cependant, aucune n'a jamais investigué en quoi la présentation clinique et l'épidémiologie pouvaient différer entre les infections avec ou sans matériel orthopédique. Nous avons rassemblé les données cliniques et épidémiologiques de patients adultes ayant eu une infection orthopédique et ayant été hospitalisés entre 2004 et 2014. Parmi les 2740 épisodes d'infections orthopédiques répertoriés, 24% (665) étaient associés à un implant. Comparativement aux infections orthopédiques sans implant, les infections orthopédiques associées à un implant sont statistiquement plus fréquemment liées au sexe féminin, à l'âge avancé des patients, à la survenue d'une bactériémie et aux infections par des germes du microbiote de la peau. A l'inverse, les infections orthopédiques associées à un implant sont paradoxalement moins souvent associées à une immunosuppression, à la formation d'un abcès et à une infection au niveau du pied.

CUEREL, Céline. Différences cliniques et épidémiologiques entre les infections orthopédiques associées ou non à un implant. Thèse de doctorat : Univ. Genève, 2021, no. Méd. 11074

DOI : 10.13097/archive-ouverte/unige:155238 URN : urn:nbn:ch:unige-1552386

Available at:

http://archive-ouverte.unige.ch/unige:155238

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Section de médecine Clinique Département de Chirurgie

Service d’orthopédie et traumatologie de l’appareil locomoteur

Thèse préparée sous la direction du PD Docteur Domizio SUVÀ et du Professeur Didier HANNOUCHE

«

DIFFÉRENCES CLINIQUES ET ÉPIDÉMIOLOGIQUES ENTRE LES INFECTIONS ORTHOPÉDIQUES

ASSOCIÉES OU NON À UN IMPLANT

Thèse

présentée à la Faculté de Médecine de l'Université de Genève

pour obtenir le grade de Docteur en médecine par

Céline Anne-Frédérique CUÉREL

de

Villars-Sainte-Croix (VD)

Thèse n° ___________

Genève

2020

I

RÉSUMÉ

Il existe de nombreuses publications décrivant les infections ostéo-articulaires associées à un implant orthopédique. En revanche, il n’y a aucune étude qui compare les présentations cliniques et épidémiologiques entre infections avec ou sans implant orthopédique.

Nous avons rassemblé les données cliniques et épidémiologiques de patients adultes ayant eu une infection orthopédique et ayant été hospitalisés aux Hôpitaux Universitaires de Genève entre le 1^er janvier 2004 et le 31 décembre 2014.

Parmi les 2740 épisodes d’infections orthopédiques répertoriés, 76% n’étaient pas associés à un implant. Sur les 665 infections (soit 24% du nombre total d’épisodes) impliquant du matériel orthopédique, 319 (48%) étaient en relation avec des arthroplasties, 143 (21,5%) avec des plaques d’ostéosynthèse et 150 (22,5%) avec des clous intramédullaires. Les 53 épisodes d’infections restants (8% des infections impliquant du matériel) étaient en relation avec des broches, des vis isolées, des cerclages ou du matériel de spondylodèse [table 1].

Par rapport aux infections orthopédiques sans implant, les infections orthopédiques survenant en présence d’un implant sont plus fréquemment, et de façon statistiquement significative, associées au sexe féminin, à l’âge avancé, à la survenue d’une bactériémie et à des germes du microbiote de la peau (Staphylocoques à coagulase négative, corynébactéries ou propionibactéries). En

II

revanche, ces infections sont significativement moins fréquemment associées à une immunosuppression, à la formation d'un abcès, et à une infection au niveau du pied.

D’un point de vue microbiologique, on retrouve moins souvent du Staphylococcus aureus, des streptocoques et des infections polymicrobiennes. Les taux sériques de protéine C réactive (CRP) à l'admission sont similaires dans les deux groupes.

III

TABLE DES MATIÈRES

RÉSUMÉ………….……….….……...page I

INTRODUCTION………..……….………….page 1

BUT DE L’ETUDE………...………..page 11

DISCUSSION……….……….page 12

CONCLUSION………...….……page 17

BIBLIOGRAPHIE PARTIELLE DE L’ARTICLE (Discussion)………..….page 18

BIBLIOGRAPHIE de l’introduction en français………...……….page 20

TABLE 1 - Comparison of orthopaedic infections with and without implants………...page 23

ARTICLE ORIGINAL.……….…..page 24

1

INTRODUCTION

Les infections du système ostéo-articulaire peuvent être réparties en deux catégories : celles survenant en présence d’un implant et celles se développant sur des tissus natifs, sans matériel inerte sous-jacent. Parmi les infections associées à la présence d’un implant, on différencie les infections d’arthroplasties prothétiques et les infections de matériel d’ostéosynthèse (par exemple : clous et plaques). Les infections non-associées à un implant sont réparties entre arthrites septiques sur articulations natives, infections des tissus mous et ostéites.

Infections orthopédiques associées à un implant

Le nombre de patient porteurs d’implants orthopédiques ne cesse de croître, en raison du nombre élevé de patients victimes de fractures ou souffrant d’arthrose. En conséquence, en dépit d’un taux d’infection opératoire faible, compris entre 0.5%

et 2%, la problématique liée à l’infection des implants orthopédiques constitue un problème de santé publique avec un impact économique majeur [1].

Chez les patients ayant bénéficié de l’implantation d’une arthroplastie prothétique primaire, le taux d’infection est compris entre 0.5 et 1% pour les prothèses de la hanche, entre 0.5 et 2% pour les prothèses de genou et est inférieur à 1% pour les prothèses d’épaule 2, 3, 4.

2

Les taux d’infections des arthroplasties primaires sont probablement sous-estimés dans la mesure où (1) le diagnostic d’arthroplastie infectée peut parfois être difficile à poser en l’absence de culture bactériologique positive et (2) la valeur seuil du compte leucocytaire dans le liquide synovial permettant de diagnostiquer une infection est sujette à controverse [5]. Il n’est donc pas exclu qu’un certain nombre de descellements diagnostiqués comme aseptiques soient en réalité des infections à bas bruit.

Une fois implantée, toute arthroplastie reste susceptible à une contamination hématogène par une bactériémie, et ce durant toute la durée de vie du patient.

Certaines infections de prothèses peuvent donc se manifester après de longues périodes de latence, supérieures à 2 ans post-opératoires [6, 7]. Toutefois, les deux premières années sont la période la plus à risque d’infection, avec 60 à 70% des infections qui y surviennent 8. Enfin, le taux d’infection est considérablement plus élevé lors d’une chirurgie de révision que lors d’une arthroplastie primaire [9]

en raison de la durée opératoire, de la complexité de la chirurgie et de la présence de tissus cicatriciels.

En termes de coûts, la survenue d’une infection en lien avec une arthroplastie prothétique triple le coût total de l’implantation de la prothèse initiale. De plus, la mortalité liée au descellement septique d’une prothèse est cinq fois supérieure à celle d’un descellement aseptique.

3

Le taux d’infections en présence de matériel d’ostéosynthèse (clou, plaque) est faible lors d’une fracture fermée (1-2%) 10. La plupart de ces infections sont associées à une fracture ouverte, et ont un taux de survenue étroitement corrélé à la classification de Gustilo et Anderson 11; il se situe entre 2 et 4% pour les fractures ouvertes Gustilo I et II, et jusqu’à 52% lors des fractures Gustilo III. Dans ce dernier cas, l’importance des lésions des parties molles constitue le facteur déterminant de la survenue d’une infection du site opératoire. A ce propos, certaines fractures comportent un risque d’infection plus élevé, comme celles concernant le tibia proximal (à proximité du genou) et le tibia distal (à proximité de la cheville) 12, en raison d’une faible épaisseur des parties molles.

Enfin, il existe des situations cliniques reconnues pour favoriser une infection du site opératoire post-ostéosynthèse. Il s’agit des patients polytraumatisés, des cas d’atteintes sévères des parties molles ou de lésions pénétrantes, des traumatismes de guerre ou des patients avec un syndrome des loges de la jambe 13. D’autres conditions plus rares, comme les fractures post-irradiation, les fractures pathologiques et les pseudarthroses constituent également des circonstances pouvant favoriser une infection après une ostéosynthèse 14.

4

Classification des infections en présence de matériel

Il existe plusieurs systèmes de classification des infections liées au matériel d’ostéosynthèse 15 :

- Selon le processus d’inoculation - Selon le délai après la chirurgie

- Selon le type d’hôte (facteurs de risque liés au patient).

- Selon le stade de guérison de la fracture (pseudarthroses)

Ces différents mécanismes physiopathologiques sont exposés ci-dessous.

La survenue d’une infection d’un implant orthopédique répond à différents processus d’inoculation :

- Une inoculation directe du germe dans la plaie chirurgicale durant l’intervention (infection péri-opératoire). Dans la plupart de ces cas, le germe sera soit un germe de la peau, soit un germe manuporté (infection exogène).

- Une bactériémie due à un foyer infectieux distant du site opératoire (infection hématogène).

- Une plaie pénétrante ou un foyer infectieux adjacent au matériel (infection contigüe).

- Un incident cicatriciel, exposant ainsi le matériel d’ostéosynthèse qui sera, de ce fait, rapidement contaminé.

5

Concernant les infections de matériel prothétique, un système de classification chronologique a été proposé par Coventry en 1975 [6] puis modifié par Fitzgerald et col. en 1977 [7] :

- L’infection précoce fait état d’une infection survenant dans les 3 mois suivant l’implantation de la prothèse.

- L’infection subaiguë apparaît entre 3 et 24 mois post-opératoire.

- L’infection tardive survient dans un délai supérieur à 24 mois post- opératoire.

Une classification chronologique est également utilisée dans les cas d’infection après une ostéosynthèse [15, 16]. On distingue :

- Les infections précoces ou aigues, qui sont les plus courantes. Elles surviennent dans les 2 premières semaines post-opératoires et sont provoquées par des germes virulents comme le Staphylococcus aureus ou des bactéries à gram négatif.

- Les infections subaigües surviennent dans un délai supérieur à 2 semaines post-opératoires mais avant 10 semaines. Le tableau clinique est moins bruyant et les germes les plus courants sont le Staphylococcus coagulase

6

négatif, et certains germes saprophytes de la peau comme le Propionibacterium acnes ou le Corynebacterium.

- Les infections tardives sont quant à elles caractérisées par une manifestation du processus infectieux au-delà de 10 à 12 semaines post- opératoires. Les germes sont généralement très virulents (Staphylococcus aureus, Streptococcus, bacilles à gram négatif) et leur acquisition est hématogène.

Facteurs de risque des infections en présence de matériel

Certaines situations cliniques présentent un risque infectieux accru. L’identification des facteurs de risque éventuels d’une infection ostéo-articulaire joue un rôle important dans la stratégie thérapeutique. En effet, certains facteurs peuvent être optimisés ou corrigés dans le but d’augmenter la probabilité de succès du traitement. Une liste non exhaustive de ces facteurs de risques reconnus figure ci- dessous : [15, 17, 18].

- Personnes âgées

- Hyperglycémie ou diabète (non) insulino-requérant mal contrôlé - Troubles cardiovasculaires

- Arthrite rhumatoïde

- Antécédents d’interventions chirurgicales orthopédiques

7

- Immunosuppression

- Toxicomanie intraveineuse - Ostéoporose

- Séropositivité VIH (virus de l’immunodéficience humaine) - Insuffisance rénale chronique

- Consommation excessive d’alcool - Dépression

- Fracture ouverte - Chirurgie de révision

- Temps chirurgical dépassant les 3 heures

Biofilm

L’une des spécificités des infections liées au matériel orthopédique est la présence de biofilm. Ce dernier compromet l’action des antibiotiques et nécessite fréquemment l’ablation de l’implant infecté.

Les bactéries peuvent être classées en deux différentes formes de vie [19], les bactéries planctoniques (dites libres) et les bactéries en biofilm. Il existe un continuum d’une forme à l’autre. Les bactéries sous forme planctonique flottent librement et possèdent un métabolisme actif avec une phase de réplication rapide.

En opposition, le biofilm représente plutôt une phase stationnaire avec un

8

métabolisme moins actif et montre donc une plus grande résistance aux agents antimicrobiens.

Le biofilm apparaît sur les implants après quelques semaines d’infection ; cette structure est formée par une agrégation de germes en colonies (25-30%) qui sont intégrées dans une matrice (70-75%) constituée de polysaccharides exogènes et de produits extracellulaires, le tout adhérant de façon très solide à la surface des implants [20]. La constitution et la maturation du biofilm passe par 5 étapes :

1. Phase d’adhésion : les germes, sous forme planctonique, voguent en suspension, et viennent adhérer à la surface des implants.

2. Phase de croissance : les germes se multiplient, formant ainsi des microcolonies et commencent à sécréter la matrice polysaccharidique.

3. Phase de colonisation : l’organisation architecturale en 3 dimensions du biofilm progresse avec une multiplication des microorganismes qui vont former des macrocolonies tout en sécrétant une substance polymérique extracellulaire.

4. Phase de maturation : croissance en épaisseur du biofilm.

5. Phase de dispersion : dispersion du biofilm pour coloniser d’autres sites, à l’instar de véritables métastases infectieuses.

9

Le biofilm confère aux germes qui le constituent une forte résistance, tant d’un point de vue mécanique, que vis-à-vis des agents antimicrobiens. Les bactéries en biofilm sont jusqu’à mille fois plus résistantes aux antibiotiques que celles sous forme planctoniques, laissant présupposer de l’inefficacité des antibiotiques une fois le biofilm établi.

Malheureusement, seuls quelques antibiotiques peuvent pénétrer le biofilm et détruire les bactéries en son sein, pour autant que sa formation date de moins de quatre semaines. Il s’agit de la Rifampicine pour les coques à gram positif et des fluoroquinolones pour les bacilles à gram négatif.

Infections orthopédiques non-associées à un implant

Parallèlement aux infections décrites ci-dessus, beaucoup d’infections du système musculo-squelettique surviennent dans des terrains exempts d’implants [20]. On distingue les arthrites septiques natives, les infections des tissus mous et les ostéites. Les arthrites septiques représentent plus de 50% des cas chez l’adulte. Les infections des tissus mous viennent en second plan et finalement, les ostéites ou ostéomyélites aiguës, qui sont plus rares.

Dans la majorité des cas, les modalités de contamination sont similaires à celles des infections liées à un implant, à savoir : (1) une contamination hématogène, (2) une contamination de voisinage ou (3) une inoculation directe (traumatisme, injection).

10

Dans tous les cas, le risque infectieux est accru chez les patients avec un diabète ou une insuffisance vasculaire des membres inférieurs.

Les principaux facteurs de risque reconnus sont : - l’âge au-delà de 70 ans

- le sexe masculin

- la présence d’un foyer infectieux locorégional - un rhumatisme inflammatoire

- une immunopathie (néoplasie, diabète, cirrhose, insuffisance rénale) - une toxicomanie intraveineuse.

Les infections survenant en l’absence d’implant orthopédique diffèrent significativement de celles avec un implant sous-jacent en ce qui concerne la bactériologie, le taux de réussite du traitement et le type de traitement requis (chirurgical versus conservateur). Toutefois, aucun travail de recherche n’a analysé spécifiquement les différences cliniques et épidémiologiques entre ces deux types d’infections.

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BUT DE L’ETUDE

Notre étude a pour but de comparer les présentations cliniques et épidémiologiques des infections associées à des implants orthopédiques par rapport aux infections sans implants sous-jacents.

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DISCUSSION

Nous avons mené, dans notre institution, une étude de cohorte rétrospective de 11 ans afin de déterminer en quoi la présentation clinique ou l'épidémiologie peuvent différer entre infections orthopédiques avec ou sans implants.

Les dossiers de tous les patients, hospitalisés entre 2004 et 2014, pour infections ostéo-articulaires ont été revus. Des critères épidémiologiques (sexe, immunosuppression, antécédents chirurgicaux), cliniques (température), biologiques (formule sanguine complète, protéine C réactive) et bactériologiques (hémocultures, identification du germe incriminé, profil de résistance) ont été extraits des dossiers et collectés dans une base de données. Deux groupes ont été constitués et comparés, à savoir : les patients souffrant d’une infection orthopédique associées à un implant et ceux présentant une infection orthopédique non-associée à un implant.

Au total, 2740 dossiers ont pu être inclus. L’âge moyen des patients était de 57 ans et on note une prédominance de patients de sexe masculin (68.2%). Parmi les patients inclus, 37% étaient immunocompromis et 12% bactériémiques. Le Staphylococcus aureus est le pathogène prédominant avec 1052 infections, soit 38.4%, suivi par les germes du genre Streptococcus, impliqué dans 13% des cas (358 infections).

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Sur les 2740 épisodes infectieux relevés, 658, soit 24%, étaient associés à un implant orthopédique, dont quasiment la moitié (319) concernait une prothèse.

Comparativement aux infections sans implants, les infections orthopédiques associées aux implants sont plus susceptibles d’être dues à des infections mono- microbiennes et dues à des germes de la peau, tels que Staphylococcus coagulase negative, Corynebacteria ou Propionibacteria. Elles sont aussi caractérisées par une incidence supérieure de bactériémie chez les patients (15% versus 10% : p <

0.01) et impliquent plus souvent des femmes et des patients plus âgés.

A l’inverse, les infections orthopédiques liées à des implants étaient moins souvent associées à un état d’immunosuppression, à la formation d'abcès, à des infections à staphylocoques, à streptocoques ou à des infections du pied que les infections sans implants.

La valeur de la protéine C-réactive n’avait quant à elle aucun pouvoir discriminatif entre les deux types d’infections.

Les résultats de cette étude montrent que les infections associées à un implant comportent des différences significatives en ce qui concerne leur présentation

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clinique, leur épidémiologie ou leur caractéristique bactériologique par rapport aux infections orthopédiques sans implants.

La relation entre germes de la peau et infections associées à des implants a déjà été reconnue et largement décrite [1, 2, 3]. Le facteur le plus important dans la pathogenèse des infections associées au matériel orthopédique réside essentiellement dans la capacité de la bactérie à coloniser la surface du matériel et à former un biofilm épais. Au sein du biofilm, les microorganismes sont entourés et protégés par une matrice de polymère, et ils se développent en communautés complexes et organisées présentant une hétérogénéité structurelle et fonctionnelle.

Cent bactéries simples suffisent pour déclencher la formation de biofilm, alors qu’il faut plus de 100 000 germes de la famille des Staphylococcus aureus pour former un abcès [1, 2], et cela indépendamment d’une éventuelle suppression immunitaire sous-jacente. Les infections inhérentes à des germes de la peau causent généralement des infections lentement insidieuses, sans fièvre, frissons ou sepsis.

Leurs caractéristiques résident dans leur présentation clinique, notamment l'augmentation lente de la douleur et du descellement de l'implant, généralement entre 3 et 24 mois après une arthroplastie [4].

Notre base de données n’a pas distingué les bactériémies primaires ou secondaires ; c'est-à-dire si les infections orthopédiques avec implants deviennent bactériémiques secondairement ou si ces implants sont davantage infectés en cas de bactériémie

15

distante. Cette dernière pathogenèse est bien documentée dans la littérature [5], avec jusqu'à 40% d'infections d'arthroplasties secondaires dans les bactériémies à Staphylococcus aureus.

Dans ce travail de recherche, nous n'avons pas étudié l'incidence totale des infections nosocomiales du site opératoire [6], mais plutôt l'incidence des infections liées ou non à un implant, pouvant être à la fois d'origine communautaire et/ou nosocomiale. Cette différence est importante, dans la mesure où notre étude peut donner l’impression que les infections du pied sont moins fréquemment liées à la présence d’un implant (4% de toutes les infections associées à l’implant) par rapport à d’autres chirurgies, ce qui n’est pas le cas. Seules les infections nosocomiales du pied sont moins liées aux implants, ceci car la majorité des interventions orthopédiques du pied ne nécessitent pas de matériel d’ostéosynthèse.

En effet, la chirurgie de correction de l’avant-pied, la chirurgie tendineuse, les interventions auprès de patients diabétiques ainsi que les gestes d’amputations ne laissent pas d’implants dans le corps du patient. Cela ne signifie donc pas que les pieds ont globalement moins d'infections du site opératoire. Si l’on considère toutes les infections nosocomiales du pied, l'incidence dans notre établissement est estimée à 3% (429/14 300 ; données non publiées). Le nombre de prothèses totales de chevilles effectuées dans notre hôpital est bas, et de ce fait, nous n'avons observé

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aucune infection d'arthroplastie à ce niveau. Dans la littérature, l'incidence de l'infection dans les arthroplasties totales de la cheville (primaire et toutes révisions) est de 2,6% selon Henricson et al. [7] du registre suédois (1993-2005) ou 3 à 5%

selon le registre néo-zélandais [8].

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CONCLUSION

En conclusion, avec cette étude, nous avons démontré que la présence d’un implant est susceptible de modifier le tableau clinique d’une infection ostéo-articulaire. En effet, les infections orthopédiques associées à un implant sont statistiquement plus souvent mono-microbiennes, bactériémiques et dues à des commensaux cutanés, que les infections sans implant sous-jacent. Les infections associées à un implant concernent également plus souvent les femmes et des patients plus âgés, mais sont moins souvent associées à la suppression immunitaire, à la formation d'abcès et aux infections des pieds.

Finalement, la présence d’un implant orthopédique rend la prise en charge de l’infection plus complexe, car indissociable d’une prise en charge multidisciplinaire conjointe entre chirurgiens et infectiologues. Cette prise en charge doit se faire dans les meilleurs délais afin de minimiser les risques de production de biofilm et ainsi maximiser les chances de préserver l’implant.

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BIBLIOGRAPHIE PARTIELLE DE L’ARTICLE (Discussion)

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20

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23 Table 1 – Comparison of orthopaedic infections with and without implants

* Significant p values ≤0.05 (two-tailed) are displayed in bold.

+Immunosuppressive therapy, renal dialysis, cirrhosis Child C, human immunodeficiency virus infection, active malignancy, pregnancy, splenectomy, agranulocytosis

°coagulase-negative staphylococci, corynebacteria, propionibacteria

With implants Implant-free

n = 2740 n = 665 p value* n = 2075

Female sex 251 (38%) < 0.01 620 (30%)

Median age 64 years < 0.01 54 years

Median serum C-reactive protein level 82 mg/L 0.30 75 mg/L

Bacteraemia 102 (15%) < 0.01 217 (10%)

Immune suppression⁺ 180 (27%) < 0.01 841 (41%)

- - Diabetes mellitus 86 (13%) < 0.01 573 (28%)

Foot infections 29 (4%) < 0.01 400 (19%)

Infection due to Staphylococcus aureus 186 (28%) < 0.01 866 (42%)

Infection due to streptococci 49 (7%) < 0.01 309 (15%)

Infection to non-fermenting rods 86 (13%) < 0.01 172 (8%)

Infection due to skin commensals° 140 (21%) < 0.01 151 (7%)

Abscess formation 91 (14%) < 0.01 979 (47%)

Polymicrobial infection 113 (17%) < 0.01 459 (22%)

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