骨髄炎

「骨髄炎（osteomyelitis）」という用語は、骨と骨髄の炎症を指すために提唱されました（ギリシャ語の「osteomyelitis」は骨髄の炎症を意味します）。現在、この用語は骨組織（骨炎）、骨髄（脊髄炎）、骨膜（骨膜炎）、および周囲の軟部組織の感染性および炎症性病変として理解されています。骨髄炎は、骨の感染症としても定義されています。

骨髄炎は、微生物の侵入と増殖に反応して発症する局所的な炎症プロセスです。血行性骨髄炎の主な誘因は、骨髄管への微生物の内因性侵入です。一方、外因性骨髄炎では、骨や周囲組織の外傷が微生物の侵入を引き起こします。炎症の局所化は、生体の防御反応として機能し、化膿性壊死過程を抑制する機構が機能不全に陥った場合に起こり得る敗血症の発症を予防します。これは、微生物の毒性と病原性の高さ、病変の広範さ、炎症過程の持続期間、そして微生物の防御力の弱体化に起因すると考えられます。

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疫学

骨や関節の感染症の病因に関する理解が着実に進み、最新の診断法や治療法も導入されているにもかかわらず、過去 30 年間、骨や関節の感染症の患者数は減少傾向にありません。

急性血行性骨髄炎は小児10,000人中2人、慢性骨髄炎は成人10,000人中2人に発症し、症例の90%は下肢骨に発症します。長管骨病変のうち、脛骨が50%、大腿骨が30%、腓骨が12%、上腕骨が3%、尺骨が3%、橈骨が2%を占めています。現在、長管骨骨髄炎の疫学にはいくつかの傾向が見られます。血行性骨髄炎の構造に変化が生じています。主要工業国では、小児における急性血行性長管骨骨髄炎の発生率（人口10万人あたり年間2.9件の新規症例）が減少し、主な病原体である黄色ブドウ球菌の割合も55%から31%に減少しました。インフラが整備された国では、これらの疾患は非常にまれになっています。

近年、外傷後骨髄炎の患者数が増加しています。これは主に、特に交通事故による外傷の増加、化膿を引き起こす可能性のある微生物叢の変化、そして免疫系の障害によるものです。骨感染症の発症は、糖尿病、閉塞性血管疾患、腫瘍、アルコール依存症、喫煙によって促進されます。成人における骨髄炎の主な原因は、長管骨骨折です。この病態の発症は、多くの要因に依存しますが、特に骨および軟部組織の損傷部位と程度、血液供給と神経支配の障害、初期外科治療の適時性と質、抗生物質予防法、骨接合法の選択、そして形成外科的創傷閉鎖術が重要です。この点では、骨髄炎の発生率は大きく異なり、上肢の閉鎖骨折や外傷の外科的治療では 0.5～2% であるのに対し、軟部組織に広範囲の損傷を伴う脚や大腿部の開放骨折では 50% 以上になります。

現代の状況では、四肢への銃創後に骨髄炎を含む化膿性合併症が発生する割合が増加しており、その主な原因は骨関節損傷の重症度と、医療搬送段階における治療の不備です。戦後の武力紛争の経験によると、銃創による骨髄炎の発生率は少なくとも9～20%です。

骨折治療において、様々なタイプの内部金属骨接合法が世界中で広く普及しています。しかし、軟部組織への広範な損傷を伴う重度骨折に対する手術法の適応拡大、手術時期や手術法の不遵守、手術補助具や金属構造の不適切な選択は、骨や関節の重度の化膿性炎症につながります。スポークやロッド周囲の化膿、そして「スポーク」骨髄炎は、外部固定器具を用いた骨接合における最も一般的な合併症です。世界中で年間約100万件の膝関節および股関節置換手術が行われています。そのため、特に先進国では、人工関節置換後に発生する骨髄炎が大きな問題となっています。

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原因 骨髄炎

1880年、ルイ・パスツールは骨髄炎患者の膿から初めて微生物を分離し、ブドウ球菌と名付けました。その後、あらゆる化膿性微生物が骨髄炎を引き起こす可能性があり、その臨床像と形態学的所見は微生物の種組成に依存することが明らかになりました。現在、小児の長骨急性血行性骨髄炎の原因菌は、主に単菌性細菌（最大95%）です。これは通常、黄色ブドウ球菌であり、症例の50～90%で分離されます。この微生物は、骨軟骨向性と高い適応性により、あらゆる骨髄炎症例において主要な原因菌であり続けています。この適応性は、抗生物質耐性菌を含む様々な毒性株の出現を招き、最終的には保存的治療の有効性の低下につながります。

1歳未満の乳幼児では、骨や血液からStreptococcus agalactiaeと大腸菌が最も多く分離されますが、1歳以上の乳幼児では、Streptococcus pyogenesとHaemophilus influenzaeが分離されます。4歳以上の乳幼児では、H. influenzaeの分離頻度が減少しており、これはこの病原体に対する新しいワクチンの使用とも関連しています。

開放骨折により軟部組織に広範な損傷を伴う急性外傷後骨髄炎の患者では、グラム陰性微生物（主に緑膿菌）を主体とする好気性・嫌気性混合細菌が培養されます。病変部における微生物汚染は、通常、骨組織1gあたり106～108個の微生物小体です。

慢性骨髄炎において、主な病因はブドウ球菌属のグラム陽性球菌であり、中でもブドウ球菌（Staphylococcus aureus）が優勢です。その出現頻度は病態の段階に応じて異なり、60～85%の範囲です。慢性炎症過程においては、ブドウ球菌は単独または好気性・嫌気性菌共存下で存在することがあります。ブドウ球菌は、グラム陰性細菌および嫌気性細菌に置き換えられ、これらの細菌はグラム陽性細菌よりも広く使用されている抗菌薬に対する耐性が高いという特徴があります。

病因

骨髄炎は、血行性感染の伝播、微生物の骨への直接侵入、または隣接する外部感染巣からの感染によって引き起こされる可能性があります。外傷後骨髄炎では、組織の損傷と血液供給の途絶により、微生物叢の直接侵入が起こります。この形態の骨髄炎の発症は、微生物の侵入、その量、種類、毒性、そして軟部組織への損傷の程度に直接依存します。様々な物理的、生物学的因子や併発疾患によって体の防御反応と適応反応が阻害されると、感染を効果的に抑制する反応を示す能力が低下し、これが疾患の初期段階の発症に寄与する可能性があります。

深部における長期の骨感染症は、細菌に囲まれた血管の欠損した皮質の存在によって維持されます。この細菌は異物として作用し、ほとんどの開放骨折における骨髄炎の主な原因となります。外傷後骨髄炎は、通常の病原性微生物に加えて、非病原性のブドウ球菌や嫌気性球菌によっても引き起こされる可能性があります。これらの細菌は、受傷時に皮質の壊死領域に侵入し、嫌気性条件下で骨の分離と骨髄炎の発症を促進します。このような骨感染症は、開放骨折後によく発生します。

骨髄炎の発症過程においては、多くの全身的および局所的因子が免疫反応、代謝、そして局所的な血液供給に影響を与えます。全身的因子としては、栄養不良、腎機能および肝機能障害、糖尿病、慢性低酸素症、免疫疾患、悪性疾患、高齢および老齢期、免疫抑制および免疫不全、脾臓摘出、ウイルス感染、アルコール依存症、喫煙などが挙げられます。慢性リンパ浮腫、静脈うっ滞、血管病変、動脈炎、重度の瘢痕性変化、線維化、小血管病変、神経障害といった局所的因子も、感染症の発症に寄与します。

急性骨髄炎は、浮腫、血管うっ滞、小血管の血栓症を伴う化膿性感染症として特徴付けられます。急性期には、局所的な炎症により骨内および骨膜への血液供給が阻害され、壊死した骨の大きな破片（骨片）が形成されます。感染した非生存組織の存在、微生物の無効な反応、そして不適切な治療が、疾患の慢性化につながります。化膿性過程が慢性期に移行すると、微生物叢が徐々に変化します。表皮ブドウ球菌と黄色ブドウ球菌の低毒性株が優勢になり始めます。

骨組織壊死は、急性外傷後骨髄炎の重要な病態です。壊死した骨は、肉芽組織の酵素によってゆっくりと吸収されます。吸収は、生骨と壊死骨の境界で最も速く、最も早期に起こります。局所性骨髄炎における海綿骨の壊死はゆっくりと吸収されます。骨の皮質部の壊死領域は、生骨から徐々に分離し、骨片を形成します。壊死骨内の有機元素は、マクロファージまたは多形核白血球によって産生されるタンパク質分解酵素によって大部分が破壊されます。血液供給が阻害されるため、壊死骨は生骨よりも視覚的に明るく見えます。生存不可能な海綿骨の小さな領域は2～3週間以内に吸収されますが、皮質部の骨片の除去には数ヶ月かかる場合があります。

慢性骨髄炎の形態学的特徴は、骨壊死、骨新生、および多形核白血球の滲出であり、これに多数のリンパ球、組織球、そして時には形質細胞が加わる。壊死した骨の存在はしばしば瘻孔形成を引き起こし、そこから膿が周囲の軟部組織に入り込み、最終的に皮膚表面に現れて慢性瘻孔を形成する。新生骨の密度と厚さは徐々に増加し、比較的良好な条件下では新しい骨幹の一部または全体を形成する可能性がある。これら2つの並行するプロセスは、壊死の程度と感染の程度および持続期間に応じて、数週間から数ヶ月かけて進行する。骨内膜の骨増殖により髄管が不明瞭になる場合がある。

腐骨を除去後、残存した空洞は新たな骨で埋めることができます。これは特に小児に多く見られます。外傷後二次性骨髄炎は、外傷による組織損傷と、微生物の侵入と増殖によって発症します。損傷した骨が十分に安定化されないと、化膿性感染症の発症と拡大、二次壊死および腐骨の形成につながります。

多くの研究者は、開放骨折患者の広範囲創傷は、創面を早期に閉鎖せずに治療することが望ましいと考えています。しかし、早期閉鎖は急性化膿性感染症への対処という問題を引き起こします。このような創傷を長期間開放管理することは、骨髄炎の深刻な脅威となります。したがって、開放骨折患者における外傷後骨髄炎の主な原因を考慮する必要があります。

• 病変に対する時期尚早かつ不適切な外科的治療。
• 不適切で誤って選択された固定方法。
• 長期にわたる広範囲の傷。
• 軟部組織損傷の程度の誤った評価;
• 術後のモニタリングが不十分。

開放骨折における骨髄炎の予防において極めて重要なのは、創面の一時的閉鎖および最終的な閉鎖過程において、創傷滲出液を適時に除去することです。創傷滲出液の蓄積は、二次壊死の発生原因の一つでもあります。

外傷性骨髄炎の発生原因の分析により、開放骨折における化膿性合併症の頻度および骨髄炎の発生に影響を与える因子の一つに、金属浸漬骨接合術（IMP）が含まれていることが確認されました。特に脛骨において、軟部組織への重度の損傷を伴う開放骨折において、金属浸漬骨接合術を使用すると、感染リスクが劇的に高まることが知られています。この傾向は特に銃創骨折において顕著であり、多くの専門家がこの種の外傷における金属浸漬骨接合術の使用を禁止する必要があるとの見解を固めました。

固定器具の製造に使用される合金は免疫学的に不活性であると考えられていますが、金属「不耐性」の症例を観察せざるを得ない場合もあります。重症例では、このような反応の結果、瘻孔の形成や二次感染を伴う急性炎症の臨床像が示されます。このプロセスは、ハプテン（金属の生体内変化と金属分子とタンパク質の結合によって生じる物質）の形成に基づいており、これが感作の前提条件となります。このプロセスの引き金となるのは、過酸化物による酸化、貪食、または機械的破壊（骨片の安定性の破壊、または固定器具要素同士の摩擦による場合）によるインプラントの表面破壊です。金属に対する感作は、最初から存在する場合もあれば、浸漬金属骨接合術の結果として発症する場合もあります。

骨髄炎に関する知識を深める新たな段階は、分子レベル、分子レベル、細胞レベル、臓器レベルといった様々な組織レベルでの病因研究と結びついています。黄色ブドウ球菌などの骨髄炎の主な病原体に関する研究により、細菌が感染を引き起こし維持し、骨組織細胞を直接損傷し、体の防御免疫反応を阻害し、抗生物質の効果を低下させる、細胞外および細胞内の微生物による攻撃および侵入のメカニズムが明らかになりました。近年、細胞性免疫および体液性免疫の調節因子の一つであるサイトカインの役割が活発に研究されています。また、骨芽細胞という骨産生細胞が、骨組織における微生物の細胞内侵入に反応して、免疫細胞および炎症メディエーターの抗原特異的活性化を引き起こすという、これまで知られていなかった新たな役割も示されました。同時に、骨髄炎の症状は多岐にわたるため、その病因については全てが完全に解明されているわけではないことに留意すべきである。提唱されている病因メカニズムの多くは仮説レベルのものである。

症状 骨髄炎

骨髄炎の診断には、多くの場合、詳細な病歴聴取で十分です。血行性骨髄炎の小児は、発熱、易刺激性、疲労、脱力、局所的な炎症徴候など、急性感染の徴候を呈することがあります。しかし、非定型的な経過をたどることもよくあります。血行性骨髄炎の小児では、罹患骨の周囲の軟部組織が感染を局所化することがあります。関節は通常、感染の影響を受けません。血行性骨髄炎の成人では、長期間の痛みや微熱など、漠然とした徴候がみられるのが通常です。罹患骨の高熱、悪寒、腫れ、充血も起こることがあります。接触性骨髄炎では、損傷部位の周囲に局所的な骨や関節の痛み、充血、腫れ、滲出液がよく見られます。骨髄炎の急性期には、発熱、悪寒、寝汗などの重度の全身性炎症反応の徴候が現れることがありますが、慢性期には認められません。血行性骨髄炎と接触性骨髄炎のどちらも慢性期へ進行する可能性があります。慢性期は、持続的な疼痛、滲出液、微熱を特徴とします。瘻孔は感染部位の近くに多く見られます。瘻孔が閉鎖すると、膿瘍や急性播種性軟部組織感染症を発症する可能性があります。

フォーム

骨髄炎は、臨床経過と罹患期間に基づき、伝統的に急性と慢性に分類されます。病態原理に基づき、骨髄炎は血行性と外傷性に分類されます。外傷性骨髄炎は、骨組織および周囲の軟部組織への機械的、外科的、銃撃による損傷の結果として発症する可能性があります。血行性骨髄炎は、主に慢性の経過を辿ることがあります（ブロディ膿瘍、ガレ硬化性骨髄炎、オリエール蛋白性骨髄炎）。

テキサス大学医学部が採用している成人の長管骨骨髄炎の臨床的・解剖学的分類であるツェルニー・マーダー分類は、実用上有用であると考えられます。この分類は、骨損傷の構造と患者の状態という2つの原則に基づいています。この分類によれば、骨の構造的損傷は条件付きで4つのタイプに分類されます。

• タイプ I (髄質骨髄炎) - 血行性骨髄炎および髄内骨接合術後の化膿により長骨の骨髄腔の構造の広範囲に損傷が生じるもの。
• タイプ II (浅部骨髄炎) - 骨の皮質部分のみに損傷が生じ、通常は骨の直接感染または軟部組織の隣接する感染源から発生します。化膿性関節も浅部骨髄炎 (骨軟骨炎) に分類されます。
• タイプIII（局所性骨髄炎） - 骨の皮質部分と骨髄管の構造が損傷します。ただし、このタイプの損傷では、感染プロセスが骨の直径全体に広がらないため、骨は依然として安定しています。
• タイプ IV (びまん性骨髄炎) - 骨の直径全体に損傷が生じ、安定性が失われます。例としては、感染性偽関節、開放性粉砕骨折後の骨髄炎などがあります。

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