一、發病原因
關節滑膜細胞具有吞噬和清除入侵細菌的功能，因此敗血癥患者并非均發生化膿性關節炎，只是在下列情況下才發生：
1.易感因素
(1)全身抵抗力降低：
化膿性關節炎多見于兒童和年老者，因為他們抵抗細菌的能力差。還可見于遺傳缺陷或者用了妨礙機體防御機制的藥物(如糖皮質激素或免疫抑制劑)后的病人，慢性疾病者也易并發化膿性關節炎，特別是惡性腫瘤、慢性肝病、糖尿病和系統性紅斑狼瘡等。鐮狀細胞疾病的患者傾向于沙門菌的關節炎和骨髓炎，也可有革蘭陽性和陰性菌的感染。多發性骨髓瘤易繼發肺炎球菌感染。白血病患者易并發革蘭陰性桿菌感染。慢性腎病也是易感因素，但在腎移植患者中，化膿性關節炎卻極少見。
(2)類風濕關節炎：
是化膿性關節炎重要的易感因素。在化膿性關節炎患者大部分有長期血清反應陽性的病史。類風濕關節炎并發化膿性關節炎的患者中，約有50%曾口服或關節內注射糖皮質激素，而且約75%為金黃色葡萄球菌所引起，治療效果差。
(3)結晶性關節炎：
痛風患者以及二水焦磷酸鈣化合物(calcium pyrophosphate dihydrate，CPPD)結晶沉著的關節炎易伴有化膿性關節炎，常為廣譜菌感染，僅50%為革蘭陽性菌，滑膜液中有結晶。化膿性關節炎可降低滑膜液的pH值，減少了尿酸鹽結晶的溶解度，并且蛋白溶解酶也可促進軟骨上結晶的剝落。
(4)關節退行性變：
原發或繼發的關節退行性變，都易引起化膿性關節炎。
(5)嚴重創傷的關節以及血友病患者也是傾向因素：
伴有慢性滑膜炎的關節內積血，以及骨和軟骨的組織結構破壞都可成為感染灶。穿刺抽出的血性滑膜液應常規培養。
(6)靜脈內用藥是重要的危險因素：
有些感染由革蘭陰性桿菌引起，如綠膿桿菌。但有些部位，常見的是金黃色葡萄球菌，常好發于骶髂關節、胸鎖關節以及椎間關節。此外靜脈內放置導管或血液透析也是同樣的危險因素。
(7)醫源性化膿性關節炎：
關節腔穿刺、糖皮質激素或放射性藥物的關節內注射均可引起化膿性關節炎。
2.常見致病菌
幾乎所有的致病菌均可引起化膿性關節炎，引起化膿性關節炎的非特異性細菌是指，除結核桿菌、致病性病菌、真菌等所謂特異性細菌以外，其他幾乎所有的致病菌或條件致病菌。最常見的是金黃色葡萄球菌，約占50%以上，其次為化膿性鏈球菌、肺炎雙球菌，占15%～20%。綠膿桿菌和其他革蘭陰性桿菌，如大腸桿菌、沙門豬霍亂菌屬、變形桿菌、流行性感冒嗜血桿菌、克雷白菌屬、厭氣桿菌、耶爾森腸炎桿菌、嗜鹽桿菌、產氣單胞菌屬和胎弧菌等，約占12%。對青霉素耐藥的葡萄球菌，如表皮葡萄球菌，引起醫源性化膿性關節炎的例數目前有所增加。傷寒桿菌引起化膿性關節炎較少見。
鏈球菌性化膿性關節炎通常來源于呼吸道和皮膚的血源性播散，革蘭陰性菌性化膿性關節炎常常與泌尿系統感染有關。此外，約有10%的患者具有典型的感染性關節炎臨床表現，但臨床檢查難以獲得病原學證據，這種病原不明的感染性關節炎中有19%左右可通過特殊毒素檢測而發現艱難梭狀菌屬的病原體。淋球菌性化膿性關節炎是國外感染性關節炎中最常見的，國內少見，但目前有增多的趨勢。
二、發病機制
滑膜是高度血管化的疏松結締組織，內面并未襯有基底膜，細菌很容易隨著血流通過滑膜進入關節，所以敗血癥是關節感染的最常見原因。此外細菌也可直接進入關節，如手術、創傷、關節穿刺及藥物注射時帶入，或由關節附近組織的感染或骨髓炎蔓延而發生關節感染。
一旦細菌進入關節，滑膜吞噬細胞及嗜中性粒細胞即開始吞噬細菌。然而，這種局部防御機制只能消滅關節內的表皮葡萄球菌，對金黃色葡萄球菌是無效的。實驗證明，關節內注射103～105個金黃色葡萄球菌后24～48h內，出現滑膜增生和成團的嗜中性粒細胞浸潤。48h后可見軟骨細胞壞死，膿腫及肉芽組織形成。滑膜細胞及嗜中性粒細胞釋放蛋白酶，引起滑膜、軟骨及骨壞死。蛋白酶在滑膜微粒酶的激活下，使軟骨糖蛋白退化，軟骨破壞。實驗表明硫酸軟骨素的喪失早于膠原。Smith和Schurman將金黃色葡萄球菌與骨一起培養，發現金黃色葡萄球菌能產生蛋白多糖的釋放因子，使軟骨在48h內釋放的蛋白多糖增加3～4倍，從而證實了化膿性關節炎中，軟骨基質喪失早于酶改變的原因。無生命力的細菌雖對蛋白多糖的釋放無作用，然而有證據表明，無生命力的細菌存在時，滑膜炎及軟骨破壞仍可進展，原因是細菌的脂多糖類可直接促使軟骨降解釋放IL-1。
原發感染病灶形成后，通常需要幾天才發生血行傳播。在此期間，淋巴細胞被激活產生抗體。抗體與細菌或抗原的碎片形成免疫復合物，它們在關節中釋放組織胺，產生趨化因子，直接或間接促進酶的活化及吞噬作用。因此，化膿性關節炎的致病過程可分兩個階段：細菌毒性因子產生的炎癥過程及患者的免疫系統產生的無菌性炎癥。同一種致病因子在不同病人中，可表現出不同的炎癥癥狀;而同一病人的不同時期，可有不同的炎癥表現。由于致病菌或無活性的抗原與自身免疫系統發生相互作用，其對關節的持續損害并不因感染受到控制、病原消失而停止。因此，單純的加強感染性關節炎的早期診斷與治療，并不能降低關節炎的致殘率。
細菌進入關節腔后即產生滑膜炎。有生命力的細菌激活軟骨細胞釋放軟骨降解酶，滑膜巨噬細胞釋放金屬蛋白酶，嗜中性粒細胞釋放彈性蛋白酶，破壞軟骨和骨。肉芽組織同類風濕關節炎的血管翳一樣，影響關節軟骨獲取營養，侵蝕軟骨和骨，使關節進一步破壞。
炎癥的病理過程可分為滑膜炎與關節炎。前者僅影響滑膜，后者則累及軟骨。實際上是一個病程的兩個不同階段。根據細菌的毒力、組織的反應和感染的時限，不同的炎癥階段有不同的關節滲出液：①漿液性滲出期：滑膜腫脹、充血、白細胞浸潤、滲出液為漿液性。此時軟骨尚未破壞，若能控制感染，軟骨基質糖蛋白尚可恢復，關節功能可完全康復。②漿液纖維蛋白性滲出期：滑膜炎程度加劇，滑膜表面形成纖維蛋白斑。滲液增多、黏稠、細胞成分增多。大量膿細胞和纖維蛋白滲出物覆蓋于滑膜和軟骨表面，關節內纖維粘連。由于細菌產物的協同作用，糖蛋白成分改變，軟骨細胞的機械性壓力增加、營養障礙、產生基質的能力喪失。治療后關節功能有不同程度的受損。③膿性滲出期：為炎癥的最嚴重階段。滑膜腫脹、增厚，并開始壞死;關節腔內大量黃白色膿液;白細胞自溶產物破壞骨膠質和剩余糖蛋白;軟骨細胞壞死;滑膜破壞，并侵犯骨質;關節腔內大量肉芽組織形成;關節囊和周圍軟組織感染，有蜂窩組織炎和膿腫形成。治療后，雖能控制炎癥，但關節功能不可能完全復原，常遺有纖維性或骨性強直、病理性脫位及各種關節畸形。
1、細菌感染關節的途徑
細菌感染關節的途徑可分成血行性感染、直接污染和周圍感染延及關節3種類型。
(1)血行性感染：
血行性感染是指細菌隨血流通過滑膜組織進入關節，引起化膿性關節炎。
細菌主要來源于遠離關節部位的感染病灶。如皮膚損傷后細菌污染、毛囊炎、癤腫、蜂窩織炎、癰、丹毒、淋巴腺炎、膿毒血癥;呼吸道、消化道、牙齒、扁桃腺、泌尿生殖系等部位的感染;腸傷寒、流感、猩紅熱等急性傳染性疾病;血栓性靜脈炎、心血管內植入物、靜脈內放置導管、血液透析，甚至普通靜脈穿刺、藥物注射、輸液等都可以使細菌直接進入血液。關節滑膜是高度血管化的疏松結締組織，其內面并未襯覆基底膜，細菌很容易隨著血液通過滑膜而進入關節。
血行性感染多發于易感者的關節。易感者主要包括嬰幼兒、兒童、年老體弱者;有遺傳缺陷或應用妨礙機體防御機制的藥物，如糖皮質激素、免疫抑制劑的患者;慢性疾病患者也易并發化膿性關節炎，尤其是糖尿病、慢性肝病、惡性腫瘤、系統性紅斑狼瘡、鐮狀細胞疾病等患者;抵抗細菌能力下降的血液疾病，如白血病、骨髓瘤患者。雖然慢性腎病是易感因素，而且腎移植術后可能需要長期應用免疫抑制劑，但此類患者卻很少發生化膿性關節炎，其原因不明。
本身有病變的關節容易合并化膿性感染。如類風濕關節炎易合并感染，75%是金黃色葡萄球菌引起感染，其中半數曾口服和關節內注射糖皮質激素，這也可能是易感的原因之一。痛風合并化膿性感染時，會降低關節液的pH值，減少尿酸鹽結晶的溶解度，蛋白溶解酶可促進軟骨上結晶的脫落，使關節內結晶增加。原發或繼發于夏科關節的關節退行性變，也容易引起化膿性關節炎。關節嚴重創傷、血友病性關節炎、關節內的積血積液，都可成為感染灶，對此類患者的關節穿刺液，應該進行常規檢查培養，以免漏診。
(2)直接污染：
這種感染途徑是指細菌自體外直接進入關節，引起化膿性關節炎。這種途徑多見于關節開放性創傷，細菌直接污染關節，清創不及時或不徹底時。近年來，交通事故、機械損傷等意外事故的增加，這一類型的化膿性關節炎有增加趨勢。另外，由于醫療行為引起化膿性關節炎也有所增加，如關節穿刺、關節封閉治療、關節腔內注射藥物，尤其是關節內注射強的松龍或得保松等糖皮質激素類藥物;用關節鏡行介入性檢查或關節內手術;經皮關節內骨折的外固定架固定;人工關節置換術等，這些有創性的檢查和治療使經外來性途徑關節化膿性感染的病例增加。
(3)周圍感染延及關節
這種感染途徑是指關節周圍組織化膿性感染，例如骨髓炎，肌腱、腱鞘、滑液囊化膿性感染，以及蜂窩織炎，深部膿腫等，直接侵蝕關節，引起化膿性關節炎。
骨髓炎延及關節，引起關節感染的情況有兩種：一種是關節內骨骼發生骨髓炎，如嬰幼兒股骨頭頸骨髓炎，在炎癥不能有效控制時，將會發展為化膿性關節炎;另一種情況是干骺端的骨髓炎，當炎癥突破骺板和關節囊對關節的防護，進入關節，會合并化膿性關節炎。但第二種情況并非必然發生。干骺端骨髓炎可引起關節內無菌性炎性滲出、關節積液，此時容易把骨髓炎誤診為化膿性關節炎，在關節穿刺或手術治療骨髓炎時，應注意避免把炎癥引入關節。積極治療骨髓炎，能防止骨髓炎自行延及關節。
化膿性關節炎的膿液可以穿破關節囊，引起關節周圍蜂窩織炎和膿腫，膿腫破潰形成竇道。應注意的是：別把關節周圍單純的蜂窩織炎和深部膿腫誤診為已發生化膿性關節炎，在治療中誤把感染帶入關節，釋放白細胞介素-1，使滑膜炎癥和軟骨破壞繼續進展。
2.化膿性關節炎的病理分期
化膿性關節炎的病理過程可劃分為滑膜炎和關節炎。前者僅影響滑膜，后者則以損害軟骨為特征。依據細菌的毒力、組織的反應能力以及感染的時限，關節滲出液可以分成3類，可以用以劃分病理階段。
(1)漿液性滲出期：
細菌進入關節，局部防御機制啟動，滑膜吞噬細胞和中性粒細胞開始吞噬細菌，首先表現為急性滑膜炎征象，關節滑膜充血水腫。隨著炎癥時間遷延，中性粒細胞浸潤增多，滑膜絨毛增殖、分泌增加。此時炎癥程度尚輕，關節內滲出液為漿液性，白細胞很少、外觀較清亮、類似血清，此時有人稱之為漿液性關節炎(serous arthritis)。此期軟骨沒有被破壞，這時如果能有效控制感染，軟骨基質糖蛋白可以恢復，關節功能也可以較好地恢復。
(2)漿液纖維蛋白性滲出期：
隨著炎癥發展、病程遷延、滑膜炎癥程度加劇，滲出液增加，纖維蛋白濃度增高，關節液變得黏稠，細胞成分增多，稱為漿液纖維蛋白性關節炎(serofibrinous arthritis)。
這時可見大量膿細胞和纖維蛋白滲出物覆蓋于滑膜和軟骨面上，從而影響關節液的吸收。軟骨細胞所受到的機械壓力也隨之增加，造成營養攝取障礙，軟骨內糖蛋白成分發生改變，產生基質的能力喪失。在此時期，經積極治療，即使終止了炎癥的進展，痊愈后關節功能亦將有不同程度受損。
(3)膿性滲出期：
炎癥發展到最嚴重階段，出現滑膜腫脹、肥厚及壞死。關節腔內有大量黃白色膿液，中性粒細胞釋放的彈性蛋白酶，軟骨細胞釋放的軟骨降解酶，滑膜巨噬細胞釋放的金屬蛋白酶，破壞軟骨基質及余下的糖蛋白，致使軟骨大片壞死。肉芽組織覆蓋在軟骨面上，充填于關節腔內并侵入軟骨內和軟骨下骨，加上血液淤積，血栓形成，軟骨下骨質、滑膜、關節內韌帶等組織大量壞死。接著出現關節囊和周圍軟組織感染，引起蜂窩織炎和膿腫，炎癥和膿腫穿透肌筋膜和皮膚，破潰形成竇道。到了此時期，可出現關節纖維性或骨性強直，產生病理性脫位，以及各種關節畸形，留下不可逆的殘疾。
3.臨床病理表現
血源性感染較多見，也可為關節開放性損傷、關節穿刺繼發感染，或從周圍軟組織感染蔓延而來。關節受感染后，首先引起滑膜炎，有滑膜水腫、充血，產生滲液。根據不同程度和不同階段的滑膜炎，表現不同的關節滲出液而分為3個階段。
(1)漿液性關節炎：
滑膜充血、腫脹，炎性分泌物與關節液混合，關節囊膨脹，并有少量纖維素沉著在關節滑膜表面。在此期間內控制感染，關節功能可以保存。
(2)漿液纖維性關節炎：
炎癥繼續發展，滑膜不僅充血，且有更明顯的炎癥。關節液混濁度增加，呈絮狀，含有大量粒性白細胞及少量單核細胞。滑膜增厚并有大量纖維素沉著和肉芽組織形成，關節軟骨尚未受累。愈合后關節內有粘連形成，關節功能部分受損。
(3)膿性關節炎：
感染嚴重，滲出液轉為膿性，膿液內含有大量細菌和中性粒細胞和少量紅細胞，小血管發生栓塞和壞死。壞死和退變的白細胞釋出的溶解酶，溶解關節面軟骨，直到侵蝕破壞軟骨下骨質。由于關節內壓力增高，壓迫破壞滑膜直到穿破關節囊和皮膚，形成竇道，可長期不愈。即使愈合，關節常發生纖維。
