胸部影像對社區獲得性肺炎病原學檢測技術的應用價值

安樹昌 羅朝峰 崔蓉

社區獲得性肺炎(community-acquired pneumonia,CAP)是臨床上面臨的常見問題,其發病率和死亡率均隨年齡增長而逐漸增加,因此及時準確地給予目標性抗感染治療顯得尤為重要。指南推薦按照患者臨床特點、特別是流行病學資料推測肺部感染可能的病原體是臨床上經驗性抗感染治療的有效手段之一[1]。在臨床實際工作中應強調在經驗性抗感染治療的同時,盡早明確病原體,以實現目標性抗感染[2]。本文結合實際病例,從不同病原體感染的成人CAP胸部影像學特點著手,討論臨床胸部影像對推測CAP的可能病原體及不同檢測技術選擇的應用價值,以提高臨床上CAP病原體檢出率,達到目標性抗感染治療的目的。

一、胸部影像在CAP診斷中的地位

胸部影像(包括X線胸片、高分辨率CT)在CAP的診斷和病情評估中占據重要地位,是臨床CAP診斷的必要條件之一。CAP在影像學上通常表現為以下3種類型[3]:(1)局灶性非節段性或大葉性肺炎。(2)多灶性支氣管肺炎或小葉性肺炎。(3)局灶性或彌漫性間質性肺炎。胸部高分辨率CT(high resolution computer tomography,HRCT)比胸片能更好地顯示CAP的模式和病灶分布,在對部分病例的感染診斷、病原推測和病情評估中更具優勢。

按照患者的感染來源、年齡、基礎疾病、免疫狀態和胸部影像學等可以幫助我們縮小鑒別診斷范圍,并推測可能的病原體,提供經驗性抗感染治療方案[1,4]。同樣,根據上述臨床資料尤其是不同病原體CAP常見影像學表現及特點,確定其檢測的最佳標本及適用方法,將有助于臨床更好地進行針對性病原學檢測,進而提高檢出率。

二、不同病原體CAP臨床影像學特點

CAP常見病原體包括細菌、病毒、不典型病原體、真菌和寄生蟲等。不同種類病原體感染的社區獲得性肺炎具有各自的臨床特點[1]:細菌性感染往往起病急、高熱、寒戰、咳膿性痰,外周血白細胞顯著增高,出現肺部實變體征,影像學多表現為肺泡浸潤或實變呈葉段分布;不典型病原體感染患者發病年齡較年輕,干咳多見,肺部體征較少,外周血白細胞不高或輕度增高,胸部影像學多表現為雙肺病變、多發樹芽征、小葉中心性結節、磨玻璃影及支氣管壁增厚,病情進展也可呈實變影;病毒性感染多有季節性,可有流行病學史,急性上呼吸道感染癥狀,肌肉疼痛,感染指標正常或降低,胸部影像學表現為雙肺病變,多發樹芽征、多葉間質性滲出、磨玻璃影,也可伴實變影。此外,后兩類病原體感染容易合并肺外或全身多系統受累[5]。

CAP的胸部影像學表現形式通常與感染病原體有關[6],是初步判斷病原的參考依據之一。通常對于免疫功能正常患者而言,細菌感染的影像學以單側、局灶或葉段實變影為主(圖1),即所謂“典型肺炎”樣改變;病毒及不典型病原體(支原體、衣原體、軍團菌等)感染則以雙肺多發、網狀結節影、磨玻璃影等間質性滲出影多見(圖2、3),即所謂“非典型肺炎”樣改變[1,5]。在臨床實際工作中需要注意的是,不同種類社區獲得性病原體引起的肺炎具有不同臨床特點,有時又具備相似的臨床和影像學表現,如所謂“同病異征”、“異病同征”,即除了上述病原體感染的影像學共性特點,不同病原體感染也可表現出相似的影像學特點,例如病毒及不典型病原體感染也可出現肺實變[5](圖4)。另外一些特殊影像學征象也需要加以關注,如類似肺部占位的球形肺炎(圖5),合并反暈征的軍團菌感染(圖6)、隱球菌肺炎(圖7),結核菌感染引起的肺實變(干酪性肺炎),表現為雙肺多發結節滲出影的病毒性肺炎(圖8A、B)等。

圖1 典型肺炎樣影像HRCT示右下葉局灶實變 52歲男性,發熱、咳嗽、黃痰10 d,化驗外周血白細胞升高,合格痰培養銅綠假單胞菌(+) 圖2 非典型肺炎樣影像胸部HRCT示雙肺多發磨玻璃樣滲出 84歲男性,發熱伴咳嗽8 d,既往有冠心病心臟搭橋術史,SARS-CoV-2核酸及抗原均(+) 圖3 非典型肺炎樣影像胸部CT平掃示雙肺多發結節樣滲出 40歲男性,咳痰10 d、喘憋3 d,血清特異性支原體IgM(+) 圖4 非典型肺炎樣影像胸片示雙肺斑片實變影伴周圍磨玻璃影 63歲男性,發熱、咳嗽、憋氣5 d,BALF-LAMP檢測軍團菌核酸(+) 圖5 球形肺炎影像CT平掃示右上肺類圓形陰影 77歲男性,痰中帶血10 d,既往胃腺癌胃大部切除術史2年,合格痰培養示肺炎克雷伯菌(+) 圖6 非典型肺炎樣影像胸部HRCT示雙下肺滲出(白箭頭),右下肺病灶呈反暈征(黑箭頭) 46歲男性,高熱3 d,門診化驗示肝功能損害、低磷血癥,外周血mNGS檢測軍團菌核酸(+)

圖7 隱球菌肺炎胸部HRCT示右下肺胸膜下滲出影,可見暈征(白箭頭)及反暈征(黑箭頭) 64歲男性,咳嗽、黃痰、胸悶1月,加重2 d,既往糖尿病史16年,腎癌術后9年,血清隱球菌莢膜抗原(+)

圖8 A、B非典型肺炎樣影像胸部CT示雙肺多發結節滲出影(白箭頭) 24歲女性,發熱5 d,門診化驗白細胞降低,BALF-mNGS檢測麻疹病毒核酸(+)

圖9 非典型肺炎樣影像HRCT示雙肺磨玻璃影伴囊狀低密度影(白箭頭)

三、胸部影像在病原學檢測技術中的應用

在臨床工作中參考患者的上述影像資料特點,初步判定“典型肺炎”或“非典型肺炎”樣影像改變,借以推測可能的感染病原體,然后參考該疑診病原體的微生物學特點采取以下不同的檢測方法,可盡早明確病原體,提高檢出率,實現目標性抗感染治療。

1 微生物學方法

微生物學方法包括涂片和培養,是最經典的病原學檢測手段。涂片鏡檢主要用于細菌、真菌、分枝桿菌等胞外寄生型微生物(或兼性胞內菌)及寄生蟲的檢測。培養主要用于細菌和真菌的檢測,細菌定量培養還有助于區分致病菌和定植菌,而對于病毒和不典型病原體等胞內寄生的微生物以及生長緩慢的病原體(如支原體、分枝桿菌等)微生物培養的臨床應用價值有限[7]。細菌性肺部感染在臨床影像學多呈現“典型肺炎”樣改變(圖1)。常用的檢測標本類型有痰液、支氣管肺泡灌洗液(bronchoalveolar lavage fluid,BALF)、纖支鏡防污染毛刷、外周血、胸腔積液、組織活檢標本等。

臨床上痰標本的獲取簡單易行,合格痰標本涂片和培養結果一致時極具診斷價值,可明確感染病原,并避免不必要的有創檢查,必要時還應反復多次送檢,以提高病原檢出率,在臨床工作中應重視此類基本檢驗技術的應用。需要注意的是,痰標本容易受到上呼吸道定植菌污染,對痰培養結果的解讀需要綜合臨床表現。

2 免疫學方法

免疫學方法包括血清學實驗即對血清特異性抗體檢測和快速抗原檢測,主要用于病毒、真菌、不典型病原體和少部分細菌等。此類病原體的肺部感染在影像學多呈現“非典型肺炎”樣改變(圖2、3)。特異性血清IgM抗體檢測可作為急性感染的參考(圖3),而血清IgG抗體檢測多用作回顧性診斷方法和流行病學調查,對臨床急性感染診斷參考意義不大。目前呼吸道病毒抗原快速檢測廣泛應用于臨床(圖2),其特異度好,但存在敏感度低、假陰性率較高的問題[7];除病毒外,抗原快速檢測還可用于對真菌抗原(血清、BALF標本等)、細菌抗原(尿肺炎鏈球菌抗原)和非典型病原體抗原(尿嗜肺軍團菌抗原)等的檢測。

由于真菌在環境中普遍存在及其易于呼吸道定植,患者常出現血清真菌抗體陽性現象,對急性感染診斷意義不大。血清抗體陽性僅對組織胞漿菌病、芽生菌病、球孢子菌病等地方性真菌病和慢性或過敏性曲霉菌病診斷有參考價值[8-9]。對臨床上有侵襲性真菌感染高危因素人群連續2次的抗原陽性可作為診斷依據,有助于實施“先發治療”策略,另外持續的抗原監測也可作為判斷抗真菌治療效果和預后的指標[8]。目前廣泛應用的特異性較高的抗原檢測方法包括1,3-β-D-葡聚糖抗原檢測(G試驗)、半乳甘露聚糖抗原檢測(GM試驗)和隱球菌莢膜抗原檢測(圖7)。1,3-β-D-葡聚糖和半乳甘露聚糖均屬于真菌細胞壁的組成成分,前者見于念珠菌屬、耶氏肺孢子菌、組織胞漿菌、球孢子菌,以及曲霉菌屬、鐮刀菌屬和頂孢霉屬等絲狀真菌,后者則見于曲霉菌屬、青霉菌屬、擬青霉菌屬和組織胞漿菌屬等[8-9]。

3 病理學方法

組織活檢標本是診斷肺部感染性疾病的金標準之一,由于屬于侵入性操作,多在非侵入性方法不能確診、高度疑診感染的情況下選擇[7],臨床上常常用于結核病和病毒、真菌等感染的診斷[8-11],另外一個重要臨床意義可用于鑒別非感染性疾病。社區獲得性肺炎病原的病理學檢查包括組織病理學和細胞病理學,檢測標本可以是經皮肺活檢、經支氣管鏡肺活檢(transbronchial lung biopsy,TBLB)標本以及BALF標本等[11]。

組織活檢標本除了直接鏡檢進行感染診斷及非感染性疾病的鑒別外,還可以進行微生物培養和分子生物學檢測,可顯著提高病原檢出率[11]。應用支氣管鏡檢查及灌洗技術可以獲取下呼吸道感染局部標本,除了可以完善微生物培養等其他檢測手段外,BALF標本還可以進行細胞形態學分析,也有助于感染性疾病的診斷及鑒別[11-12]。

4 分子診斷方法

自上世紀80年代核酸擴增技術問世以來,分子診斷技術在病原學檢測方面得到了迅猛發展[13],包括聚合酶鏈反應(直接PCR、RT-PCR、qPCR等)、等溫(恒溫)擴增技術(loop-mediated isothermal amplification,LAMP)、芯片技術、靶向通用引物多重 PCR和一代測序靶向技術(16S rRNA)、宏基因組二代測序(metagenomics next generation sequencing,mNGS)和基質輔助激光解析/電離飛行時間質譜(matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry,MALDI-TOF MS)技術等,其中多重 PCR和測序技術等可用于細菌、不典型病原體、病毒、真菌和寄生蟲等幾乎所有病原微生物檢測,并能發現一些新發病原體[7]。分子診斷技術對“非典型肺炎”樣影像學改變CAP患者及時明確病原體更具優勢(圖4、6、8、9)。檢測標本包括鼻咽和口咽分泌物、痰液、支氣管肺泡灌洗液、胸水、活檢肺組織等。分子診斷方法有顯著優點,包括快速、高效,敏感度和特異度均較高,可檢測低水平的微生物,不受既往抗生素治療的影響,部分檢測技術還可檢測相關耐藥基因等[7,14]。

64歲男性,發熱伴喘息1周,因IgA腎病口服糖皮質激素治療2月,BALF多重 PCR檢測示肺孢子菌核酸(+)

采用實時定量PCR(qPCR)方法檢測CAP病原的敏感性優于傳統的培養技術,特別是呼吸道病毒的檢出率顯著高于鼻咽拭子培養技術[15]。通過對肺外周型感染性病變分別采集TBLB、BALF、支氣管針刷(bronchial needle brushing,BB)標本進行mNGS技術檢測病原,其敏感度和特異度 均優于傳統的培養技術,特別是對免疫受損患者的真菌(隱球菌除外)的檢出率更具優勢[11]。GeneXpert MTB/RIF檢測技術可快速檢測痰液、BALF、胸腔積液及多種體液中的結核分枝桿菌和利福平耐藥基因,并快速鑒別結核桿菌和非結核分枝桿菌,極大地提高了檢測靈敏度[16-17]。

與傳統方法相比,盡管分子診斷技術具有很大優勢,仍然存在一些不足:如在檢測過程中不能排除失活微生物或其遺傳物質片段的影響,假陽性率及污染可能性較高;對胞內菌、某些真菌、RNA病毒的檢測敏感度偏低;特別是呼吸道標本有時難以區分定植微生物和病原微生物,對其結果解讀需要密切聯系臨床[7-8,13]。宏基因組測序雖然可檢測幾乎所有病原體,但價格昂貴,尚難以在臨床廣泛應用。

四、總結

對CAP病原學診斷是臨床工作的重點和難點之一,基于臨床影像學特點的診斷思路可提示更加準確的檢測技術。為盡快明確病原可遵循如下路徑:首先要綜合患者的流行病學史、基礎疾病、免疫功能狀態、臨床表現、輔助檢查等資料,考慮是否為下呼吸道感染性疾病;其次根據患者的胸片及胸部CT等影像資料特點,初步判定為“典型肺炎”或“非典型肺炎”樣影像改變,借以推測可能的病原體,前者以細菌感染為主,后者則以病毒及不典型病原體為主;然后參考該疑診病原體的微生物學特點采集合適標本并采取恰當的方法進行檢測,必要時應采用多種檢測手段相互印證,以盡快明確病原體,實現目標性抗感染治療,從而獲取臨床最佳療效和延緩微生物耐藥的發生。