胸部影像对社区获得性肺炎病原学检测技术的应用价值

安树昌 罗朝峰 崔蓉

社区获得性肺炎(community-acquired pneumonia,CAP)是临床上面临的常见问题,其发病率和死亡率均随年龄增长而逐渐增加,因此及时准确地给予目标性抗感染治疗显得尤为重要。指南推荐按照患者临床特点、特别是流行病学资料推测肺部感染可能的病原体是临床上经验性抗感染治疗的有效手段之一[1]。在临床实际工作中应强调在经验性抗感染治疗的同时,尽早明确病原体,以实现目标性抗感染[2]。本文结合实际病例,从不同病原体感染的成人CAP胸部影像学特点着手,讨论临床胸部影像对推测CAP的可能病原体及不同检测技术选择的应用价值,以提高临床上CAP病原体检出率,达到目标性抗感染治疗的目的。

一、胸部影像在CAP诊断中的地位

胸部影像(包括X线胸片、高分辨率CT)在CAP的诊断和病情评估中占据重要地位,是临床CAP诊断的必要条件之一。CAP在影像学上通常表现为以下3种类型[3]:(1)局灶性非节段性或大叶性肺炎。(2)多灶性支气管肺炎或小叶性肺炎。(3)局灶性或弥漫性间质性肺炎。胸部高分辨率CT(high resolution computer tomography,HRCT)比胸片能更好地显示CAP的模式和病灶分布,在对部分病例的感染诊断、病原推测和病情评估中更具优势。

按照患者的感染来源、年龄、基础疾病、免疫状态和胸部影像学等可以帮助我们缩小鉴别诊断范围,并推测可能的病原体,提供经验性抗感染治疗方案[1,4]。同样,根据上述临床资料尤其是不同病原体CAP常见影像学表现及特点,确定其检测的最佳标本及适用方法,将有助于临床更好地进行针对性病原学检测,进而提高检出率。

二、不同病原体CAP临床影像学特点

CAP常见病原体包括细菌、病毒、不典型病原体、真菌和寄生虫等。不同种类病原体感染的社区获得性肺炎具有各自的临床特点[1]:细菌性感染往往起病急、高热、寒战、咳脓性痰,外周血白细胞显著增高,出现肺部实变体征,影像学多表现为肺泡浸润或实变呈叶段分布;不典型病原体感染患者发病年龄较年轻,干咳多见,肺部体征较少,外周血白细胞不高或轻度增高,胸部影像学多表现为双肺病变、多发树芽征、小叶中心性结节、磨玻璃影及支气管壁增厚,病情进展也可呈实变影;病毒性感染多有季节性,可有流行病学史,急性上呼吸道感染症状,肌肉疼痛,感染指标正常或降低,胸部影像学表现为双肺病变,多发树芽征、多叶间质性渗出、磨玻璃影,也可伴实变影。此外,后两类病原体感染容易合并肺外或全身多系统受累[5]。

CAP的胸部影像学表现形式通常与感染病原体有关[6],是初步判断病原的参考依据之一。通常对于免疫功能正常患者而言,细菌感染的影像学以单侧、局灶或叶段实变影为主(图1),即所谓“典型肺炎”样改变;病毒及不典型病原体(支原体、衣原体、军团菌等)感染则以双肺多发、网状结节影、磨玻璃影等间质性渗出影多见(图2、3),即所谓“非典型肺炎”样改变[1,5]。在临床实际工作中需要注意的是,不同种类社区获得性病原体引起的肺炎具有不同临床特点,有时又具备相似的临床和影像学表现,如所谓“同病异征”、“异病同征”,即除了上述病原体感染的影像学共性特点,不同病原体感染也可表现出相似的影像学特点,例如病毒及不典型病原体感染也可出现肺实变[5](图4)。另外一些特殊影像学征象也需要加以关注,如类似肺部占位的球形肺炎(图5),合并反晕征的军团菌感染(图6)、隐球菌肺炎(图7),结核菌感染引起的肺实变(干酪性肺炎),表现为双肺多发结节渗出影的病毒性肺炎(图8A、B)等。

图1 典型肺炎样影像HRCT示右下叶局灶实变 52岁男性,发热、咳嗽、黄痰10 d,化验外周血白细胞升高,合格痰培养铜绿假单胞菌(+) 图2 非典型肺炎样影像胸部HRCT示双肺多发磨玻璃样渗出 84岁男性,发热伴咳嗽8 d,既往有冠心病心脏搭桥术史,SARS-CoV-2核酸及抗原均(+) 图3 非典型肺炎样影像胸部CT平扫示双肺多发结节样渗出 40岁男性,咳痰10 d、喘憋3 d,血清特异性支原体IgM(+) 图4 非典型肺炎样影像胸片示双肺斑片实变影伴周围磨玻璃影 63岁男性,发热、咳嗽、憋气5 d,BALF-LAMP检测军团菌核酸(+) 图5 球形肺炎影像CT平扫示右上肺类圆形阴影 77岁男性,痰中带血10 d,既往胃腺癌胃大部切除术史2年,合格痰培养示肺炎克雷伯菌(+) 图6 非典型肺炎样影像胸部HRCT示双下肺渗出(白箭头),右下肺病灶呈反晕征(黑箭头) 46岁男性,高热3 d,门诊化验示肝功能损害、低磷血症,外周血mNGS检测军团菌核酸(+)

图7 隐球菌肺炎胸部HRCT示右下肺胸膜下渗出影,可见晕征(白箭头)及反晕征(黑箭头) 64岁男性,咳嗽、黄痰、胸闷1月,加重2 d,既往糖尿病史16年,肾癌术后9年,血清隐球菌荚膜抗原(+)

图8 A、B非典型肺炎样影像胸部CT示双肺多发结节渗出影(白箭头) 24岁女性,发热5 d,门诊化验白细胞降低,BALF-mNGS检测麻疹病毒核酸(+)

图9 非典型肺炎样影像HRCT示双肺磨玻璃影伴囊状低密度影(白箭头)

三、胸部影像在病原学检测技术中的应用

在临床工作中参考患者的上述影像资料特点,初步判定“典型肺炎”或“非典型肺炎”样影像改变,借以推测可能的感染病原体,然后参考该疑诊病原体的微生物学特点采取以下不同的检测方法,可尽早明确病原体,提高检出率,实现目标性抗感染治疗。

1 微生物学方法

微生物学方法包括涂片和培养,是最经典的病原学检测手段。涂片镜检主要用于细菌、真菌、分枝杆菌等胞外寄生型微生物(或兼性胞内菌)及寄生虫的检测。培养主要用于细菌和真菌的检测,细菌定量培养还有助于区分致病菌和定植菌,而对于病毒和不典型病原体等胞内寄生的微生物以及生长缓慢的病原体(如支原体、分枝杆菌等)微生物培养的临床应用价值有限[7]。细菌性肺部感染在临床影像学多呈现“典型肺炎”样改变(图1)。常用的检测标本类型有痰液、支气管肺泡灌洗液(bronchoalveolar lavage fluid,BALF)、纤支镜防污染毛刷、外周血、胸腔积液、组织活检标本等。

临床上痰标本的获取简单易行,合格痰标本涂片和培养结果一致时极具诊断价值,可明确感染病原,并避免不必要的有创检查,必要时还应反复多次送检,以提高病原检出率,在临床工作中应重视此类基本检验技术的应用。需要注意的是,痰标本容易受到上呼吸道定植菌污染,对痰培养结果的解读需要综合临床表现。

2 免疫学方法

免疫学方法包括血清学实验即对血清特异性抗体检测和快速抗原检测,主要用于病毒、真菌、不典型病原体和少部分细菌等。此类病原体的肺部感染在影像学多呈现“非典型肺炎”样改变(图2、3)。特异性血清IgM抗体检测可作为急性感染的参考(图3),而血清IgG抗体检测多用作回顾性诊断方法和流行病学调查,对临床急性感染诊断参考意义不大。目前呼吸道病毒抗原快速检测广泛应用于临床(图2),其特异度好,但存在敏感度低、假阴性率较高的问题[7];除病毒外,抗原快速检测还可用于对真菌抗原(血清、BALF标本等)、细菌抗原(尿肺炎链球菌抗原)和非典型病原体抗原(尿嗜肺军团菌抗原)等的检测。

由于真菌在环境中普遍存在及其易于呼吸道定植,患者常出现血清真菌抗体阳性现象,对急性感染诊断意义不大。血清抗体阳性仅对组织胞浆菌病、芽生菌病、球孢子菌病等地方性真菌病和慢性或过敏性曲霉菌病诊断有参考价值[8-9]。对临床上有侵袭性真菌感染高危因素人群连续2次的抗原阳性可作为诊断依据,有助于实施“先发治疗”策略,另外持续的抗原监测也可作为判断抗真菌治疗效果和预后的指标[8]。目前广泛应用的特异性较高的抗原检测方法包括1,3-β-D-葡聚糖抗原检测(G试验)、半乳甘露聚糖抗原检测(GM试验)和隐球菌荚膜抗原检测(图7)。1,3-β-D-葡聚糖和半乳甘露聚糖均属于真菌细胞壁的组成成分,前者见于念珠菌属、耶氏肺孢子菌、组织胞浆菌、球孢子菌,以及曲霉菌属、镰刀菌属和顶孢霉属等丝状真菌,后者则见于曲霉菌属、青霉菌属、拟青霉菌属和组织胞浆菌属等[8-9]。

3 病理学方法

组织活检标本是诊断肺部感染性疾病的金标准之一,由于属于侵入性操作,多在非侵入性方法不能确诊、高度疑诊感染的情况下选择[7],临床上常常用于结核病和病毒、真菌等感染的诊断[8-11],另外一个重要临床意义可用于鉴别非感染性疾病。社区获得性肺炎病原的病理学检查包括组织病理学和细胞病理学,检测标本可以是经皮肺活检、经支气管镜肺活检(transbronchial lung biopsy,TBLB)标本以及BALF标本等[11]。

组织活检标本除了直接镜检进行感染诊断及非感染性疾病的鉴别外,还可以进行微生物培养和分子生物学检测,可显著提高病原检出率[11]。应用支气管镜检查及灌洗技术可以获取下呼吸道感染局部标本,除了可以完善微生物培养等其他检测手段外,BALF标本还可以进行细胞形态学分析,也有助于感染性疾病的诊断及鉴别[11-12]。

4 分子诊断方法

自上世纪80年代核酸扩增技术问世以来,分子诊断技术在病原学检测方面得到了迅猛发展[13],包括聚合酶链反应(直接PCR、RT-PCR、qPCR等)、等温(恒温)扩增技术(loop-mediated isothermal amplification,LAMP)、芯片技术、靶向通用引物多重 PCR和一代测序靶向技术(16S rRNA)、宏基因组二代测序(metagenomics next generation sequencing,mNGS)和基质辅助激光解析/电离飞行时间质谱(matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry,MALDI-TOF MS)技术等,其中多重 PCR和测序技术等可用于细菌、不典型病原体、病毒、真菌和寄生虫等几乎所有病原微生物检测,并能发现一些新发病原体[7]。分子诊断技术对“非典型肺炎”样影像学改变CAP患者及时明确病原体更具优势(图4、6、8、9)。检测标本包括鼻咽和口咽分泌物、痰液、支气管肺泡灌洗液、胸水、活检肺组织等。分子诊断方法有显著优点,包括快速、高效,敏感度和特异度均较高,可检测低水平的微生物,不受既往抗生素治疗的影响,部分检测技术还可检测相关耐药基因等[7,14]。

64岁男性,发热伴喘息1周,因IgA肾病口服糖皮质激素治疗2月,BALF多重 PCR检测示肺孢子菌核酸(+)

采用实时定量PCR(qPCR)方法检测CAP病原的敏感性优于传统的培养技术,特别是呼吸道病毒的检出率显著高于鼻咽拭子培养技术[15]。通过对肺外周型感染性病变分别采集TBLB、BALF、支气管针刷(bronchial needle brushing,BB)标本进行mNGS技术检测病原,其敏感度和特异度 均优于传统的培养技术,特别是对免疫受损患者的真菌(隐球菌除外)的检出率更具优势[11]。GeneXpert MTB/RIF检测技术可快速检测痰液、BALF、胸腔积液及多种体液中的结核分枝杆菌和利福平耐药基因,并快速鉴别结核杆菌和非结核分枝杆菌,极大地提高了检测灵敏度[16-17]。

与传统方法相比,尽管分子诊断技术具有很大优势,仍然存在一些不足:如在检测过程中不能排除失活微生物或其遗传物质片段的影响,假阳性率及污染可能性较高;对胞内菌、某些真菌、RNA病毒的检测敏感度偏低;特别是呼吸道标本有时难以区分定植微生物和病原微生物,对其结果解读需要密切联系临床[7-8,13]。宏基因组测序虽然可检测几乎所有病原体,但价格昂贵,尚难以在临床广泛应用。

四、总结

对CAP病原学诊断是临床工作的重点和难点之一,基于临床影像学特点的诊断思路可提示更加准确的检测技术。为尽快明确病原可遵循如下路径:首先要综合患者的流行病学史、基础疾病、免疫功能状态、临床表现、辅助检查等资料,考虑是否为下呼吸道感染性疾病;其次根据患者的胸片及胸部CT等影像资料特点,初步判定为“典型肺炎”或“非典型肺炎”样影像改变,借以推测可能的病原体,前者以细菌感染为主,后者则以病毒及不典型病原体为主;然后参考该疑诊病原体的微生物学特点采集合适标本并采取恰当的方法进行检测,必要时应采用多种检测手段相互印证,以尽快明确病原体,实现目标性抗感染治疗,从而获取临床最佳疗效和延缓微生物耐药的发生。