感染性心内膜炎(infective endocarditis,IE)是一种潜在致命的疾病。尽管病理学检查是确诊IE的金标准,但仅有少数患者接受了此项检查,临床诊断IE仍主要依据其临床症状。但IE全身表现多样且常无心脏指向性,给诊断带来极大挑战。基于IE的临床表现、影像学特征及病原学数据,国内外专家已开发出多种诊断工具。过去30年中,IE的微生物学和流行病学特征发生了显著变化,同时,影像学和实验室诊断技术的进步也对诊断方法产生了重要影响,导致诊断标准和工具持续演进。本文综述和解读IE的主要诊断标准,分析其发展历程、当前变化及效能,旨在为诊断工具的历史演进提供视角,并为未来的研究方向提供展望。
感染性心内膜炎(infective endocarditis,IE)是一种严重的、可能致命的心脏疾病,其主要特点是病原体直接侵犯心脏瓣膜,进而造成瓣膜损伤和赘生物的形成。IE的全球年发病率约为10~20/10万[1]。在欧洲,IE的发病率可能在增加,但在美国,尽管人口老龄化,IE发病率保持稳定;目前发展中国家暂缺可靠的流行病学数据。人工瓣膜心内膜炎的发病率在过去几十年中有所上升,目前占所有IE病例约20%[2]。在经导管主动脉瓣置换后,IE的年发病率为0.3~2.0/100[2]。病原微生物侵袭破坏瓣叶,易导致瓣膜关闭不全,进而引起急性心功能不全。不止如此,若赘生物发生脱落,可经血液循环到达冠状动脉、大脑、肾脏、脾脏和肺等,引起相应器官的栓塞和梗死。而伴随着病原微生物的血行播散、定植,各脏器可能继发脓肿、动脉炎、感染性动脉瘤等,部分继发出血。另外,病原微生物引起的机体免疫反应可介导肾小球肾炎、关节炎、心包炎及小血管炎等[3]。院内IE的死亡率为15%~30%,1年内的死亡率高达40%[4]。因此,IE应被认为是一种严重的、可致死性的全身性感染性疾病。
直接的病理学证据是诊断IE的金标准,但只有少数患者能够通过手术或尸检获得此类证据。过分依赖病理学检查可能导致确诊的延迟,从而延误治疗。在缺乏直接病理学证据的情况下,诊断IE需要巧妙地从两个方面进行:首先,确认系统性感染的存在;其次,证实感染已累及心脏瓣膜或心内膜,这两者都是不可或缺的。如果存在明确的感染但缺乏心内膜受累的证据,需要区分是否为单纯的血源性感染或其他部位的感染,如肺部、泌尿系统、腹部、脊柱或中枢神经系统等[5-6]。另一方面,当观察到心内膜受累的迹象但缺乏微生物感染的证据时,应考虑鉴别非细菌性血栓性心内膜炎(nonbacterial thrombotic endocarditis,NBTE),也称为利伯曼-萨克斯心内膜炎(Libman-Sacks endocarditis,LSE)[7]。NBTE是一种罕见病症,其特点是在心脏瓣膜上形成无菌性血栓性赘生物,这通常与高凝状态相关,如恶性肿瘤(约占80%)以及慢性炎症性疾病,包括系统性红斑狼疮、抗磷脂综合征和骨髓增生性疾病[8]。NBTE最常影响二尖瓣,其次是主动脉瓣,也可能影响其他瓣膜[9]。
到目前为止,IE的诊断依然充满挑战,因为直接证明系统性感染和心内膜受累的证据往往难以获得[10]。尽管新的检查技术已经帮助诊断了一些病例,但大多数IE的诊断还是依赖于上述的心脏外临床表现,这些表现仅提供间接证据,且并非IE所独有,因此缺乏特异性。
1 Beth Israel标准
自20世纪70年代以来,波士顿Beth Israel医院的Von Reyn团队对IE进行了严格的界定,并提出了后来被称为Von Reyn标准或Beth Israel标准的分类系统[11]。根据Beth Israel标准,IE的确诊需要病理学证据,这通常通过手术或尸检从心脏瓣膜赘生物或外周栓子中获得。而“极可能IE”和“可能IE”的定义,则是基于Pelletier等[12] 的工作进行的修订和扩展,这取决于血培养结果是持续性阳性还是间断性阳性,以及是否存在新的瓣膜反流、心脏易感状况和血管现象的证据。若不满足上述任一情况,则被归类为排除IE。这些标准在20世纪80—90年代得到了广泛采用。然而,由于能够提供病理学证据的患者数量有限,加之心脏影像学检查并未被纳入诊断标准,Beth Israel标准的敏感性存在不足[13-15]。
2 Duke标准与改良Duke标准
在1994年,美国Duke大学的Durack及其同事[16]提出了一套新的IE诊断标准,即Duke标准。继承了Beth Israel标准的关键诊断指标,包括持续的血培养阳性、新出现的反流性杂音和血管现象,同时将超声心动图纳入主要诊断指标。Duke标准放宽了对病理学证据的要求,允许在满足一定数量的临床标准时进行IE的确诊。这意味着,根据Beth Israel标准被诊断为“极可能”的IE病例,按照Duke标准可能被重新分类为“确诊”。Duke标准还简化了诊断结论,将Beth Israel标准的4种分类(确诊、极可能、可能、排除)缩减为3种(确诊、可疑、排除)。随后的研究[13-14, 17] 证实,Duke标准在诊断IE时的灵敏度和特异度均显著优于Beth Israel标准。然而,最初的Duke标准在确诊某些病例,尤其是那些涉及考克斯体或血培养阴性的IE时,仍面临挑战。为此,Duke大学的研究团队在2000年提出了改良版Duke标准[18] ,将伯氏考克斯体的血清学检测纳入主要诊断指标,从而提高了IE的诊断灵敏度[13]。自此,改良Duke标准已成为全球范围内应用最广泛、认可度最高的IE诊断标准。尽管如此,改良Duke标准在疾病早期的诊断准确性仍有待提高,特别是在人工瓣膜心内膜炎(prosthetic valvular endocarditis,PVE)和起搏器电极IE的诊断中,超声心动图在约30%的病例中可能显示正常或不确定[19]。
3 中国标准
2001年,中华医学会儿科学分会心血管学组与中华儿科杂志编辑委员会共同制定了“中国小儿感染性心内膜炎的诊断标准(试行)”(简称中国标准)。该标准以Duke标准为蓝本,并对一些诊断指标进行了调整:将动脉栓塞、脓毒性肺梗死和感染性动脉瘤等血管征象提升为重要的主要诊断指标,而将新出现的瓣膜反流从主要指标中移除,降为次要指标,并新增了淤斑、脾肿大和镜下血尿作为次要诊断指标。根据中国标准,当存在心内膜受累的主要诊断指标时,仅需额外两项次要临床指标即可确诊IE。多项研究[20-21] 表明,相较于改良Duke标准,中国标准在诊断灵敏度上有显著提升。
然而,对于中国标准的合理性,笔者持保留态度。首先,根据上文,临床诊断IE的核心在于确认系统性感染的存在以及感染对心脏瓣膜或心内膜的累及。心脏外的临床表现虽然有助于诊断,但由于其发生率低且特异性不强,不应被视作主要诊断依据。将血管征象中的动脉栓塞、脓毒性肺梗死和感染性动脉瘤等心脏外表现提升为主要指标可能会降低诊断的特异度,这一点值得进一步商榷。例如,瓣膜赘生物的脱落可能同时满足中国标准中关于心内膜受累和重要动脉栓塞的诊断指标,但如果缺乏病原学证据,就难以区分是IE、NBTE还是瓣膜乳头样弹性纤维瘤。
其次,中国标准将新出现的瓣膜反流与超声心动图阳性发现视为两个独立的诊断依据,并将前者降为次要指标,而未明确指出它们是否可以同时作为诊断依据,这可能导致诊断时的重复计算问题。特别是,当存在心内膜受累的主要诊断指标时,中国标准要求仅再需两项次要临床指标即可确诊IE,这可能会降低诊断的特异度。例如,根据中国标准,如果超声心动图显示心内膜受累,再加上长时间发热、新出现的心脏杂音、肾小球肾炎或类风湿因子阳性中的任何两项,即可确诊IE,但这些临床表现在系统性红斑狼疮合并NBTE时也可能出现。
4 2015 ESC改良标准和2023 ESC改良标准
2015年,欧洲心脏病学会(European Society of Cardiology,ESC)在更新的IE管理指南中,对改良Duke标准进行了关键性扩展,形成了2015 ESC改良标准[22]。这些更新特别包括心脏CT和核素成像技术的应用,以更明确地诊断心内膜受累。核素成像通过静脉注射放射性标记的化合物,评估其在体内的分布,从而揭示器官功能和疾病特征。18F-FDG PET/CT使用18F-氟脱氧葡萄糖作为示踪剂,能够精确定位高代谢活性的炎症和肿瘤组织。WBC SPECT/CT则利用核素标记的白细胞,特异性地识别炎症性病灶。
至2023年,ESC进一步修订了诊断标准,发布2023 ESC改良标准。这些修订包括:(1)将粪肠球菌纳入典型IE致病菌列表;(2)细化影像学阳性结果的定义;(3)新增骨关节化脓性并发症作为次要诊断指标;(4)对易感心脏状况的定义进行了精细化管理[10]。这些改进显著提高了IE的诊断灵敏度,特别是在PVE的诊断中[22]。
5 2023 Duke-ISCVID标准
2023年,ISCVID联合Duke大学等机构的专家对改良Duke标准进行了全面补充,推出了2023 Duke-ISCVID标准[23]。该标准引入了多项革新(表1),包括新的微生物学诊断方法(巴尔通体属的酶免疫测定、PCR、扩增子/宏基因组测序、原位杂交)、影像学技术([18F]FDG-PET/CT、心脏CT)。术中探查被确认为一个新的主要诊断指标,同时扩充了IE的“典型”微生物列表,并对血培养的时间要求和静脉穿刺的指南进行了简化。此外,还增加了对心脏植入物感染的易感因素的考量(经导管的瓣膜植入物、心血管植入式电子装置、既往IE)。

这些更新反映了医学界对IE的深入理解,特别是在心脏植入物感染的流行病学、微生物学、临床表现等领域的新认识,以及感染性疾病影像学检查技术进步的新应用。宏基因组测序(metagenomic next‑generation sequencing,mNGS)利用高通量测序技术,将样本中的全部核酸片段化后进行测序,再应用生物信息学分析软件将测序结果与相关病原体数据库中的参考序列进行比对、分析和鉴定。mNGS可以无偏倚地检测多种病原微生物(包括病毒、细菌、真菌和寄生虫),且具有通量高、敏感性高、检测速度快等优势[24]。但也是由于mNGS技术的高敏感性,临床应用时常可在一个标本中检出多种微生物。如何从中辨别致病菌、污染菌与人体正常定植菌群,需要技术专家与临床医生通力协作,进行个体化分析。因此,2023 Duke-ISCVID标准虽然增加了基于核酸的检测技术作为获得病原学证据的手段,但谨慎地表示只有检测血液中的伯氏考克斯体、巴尔通体或惠普尔养障体呈阳性可以作为主要诊断指标,而其他微生物阳性只能认定为次要诊断指标。此外,将术中探查所见作为一条主要诊断指标也是一个里程碑式的进步,当缺乏其他诊断依据时,有经验的外科医生的临床判断非常重要。已有多篇回顾性研究报道2023 Duke-ISCVID标准的灵敏度较改良Duke标准和2015 ESC改良标准等显著提高(表3),但特异度可能下降,其仍需要前瞻性临床研究进行验证[25-28]。

6 总结与展望
在过去50年中,IE的诊断准则经历了翻天覆地的变化(表2),但其核心依然集中于两个关键点:确定系统性感染及心内膜的受累。技术的发展使我们能够更加精确地诊断系统性感染,从最初的血培养技术发展到了包括血清学和基于核酸的检测方法。同时,心内膜受累的诊断也由单一的查体方法进步到了心脏超声、CT扫描和核素显像等多样化的影像学技术。

2023 Duke-ISCVID标准的制定者们强调,随着对IE研究的持续进展,我们的诊断标准也应不断更新以反映最新的医学进展。未来可能会有更多创新技术,如蛋白质组学和影像组学,为IE的诊断带来新的突破。此外,鉴于长期血透[29-30]以及侵入性牙科操作[31] 与IE之间的联系已被多项研究所证实,新指南也推荐对接受侵入性口腔-牙科操作的IE风险人群进行抗生素预防[10]。这引发了关于是否应将血透和近期牙科操作史纳入IE易感因素的讨论。这些问题的答案,以及对IE诊断和预防策略的进一步理解,仍有赖于未来研究的深入探索。
利益冲突:无。
作者贡献:卿洪琨负责研究设计、实施,文献整理与分析,论文撰写;王维腾负责文献整理、分析、论文修改和数据分析整理;简旭华负责论文审阅与修改。
感染性心内膜炎(infective endocarditis,IE)是一种严重的、可能致命的心脏疾病,其主要特点是病原体直接侵犯心脏瓣膜,进而造成瓣膜损伤和赘生物的形成。IE的全球年发病率约为10~20/10万[1]。在欧洲,IE的发病率可能在增加,但在美国,尽管人口老龄化,IE发病率保持稳定;目前发展中国家暂缺可靠的流行病学数据。人工瓣膜心内膜炎的发病率在过去几十年中有所上升,目前占所有IE病例约20%[2]。在经导管主动脉瓣置换后,IE的年发病率为0.3~2.0/100[2]。病原微生物侵袭破坏瓣叶,易导致瓣膜关闭不全,进而引起急性心功能不全。不止如此,若赘生物发生脱落,可经血液循环到达冠状动脉、大脑、肾脏、脾脏和肺等,引起相应器官的栓塞和梗死。而伴随着病原微生物的血行播散、定植,各脏器可能继发脓肿、动脉炎、感染性动脉瘤等,部分继发出血。另外,病原微生物引起的机体免疫反应可介导肾小球肾炎、关节炎、心包炎及小血管炎等[3]。院内IE的死亡率为15%~30%,1年内的死亡率高达40%[4]。因此,IE应被认为是一种严重的、可致死性的全身性感染性疾病。
直接的病理学证据是诊断IE的金标准,但只有少数患者能够通过手术或尸检获得此类证据。过分依赖病理学检查可能导致确诊的延迟,从而延误治疗。在缺乏直接病理学证据的情况下,诊断IE需要巧妙地从两个方面进行:首先,确认系统性感染的存在;其次,证实感染已累及心脏瓣膜或心内膜,这两者都是不可或缺的。如果存在明确的感染但缺乏心内膜受累的证据,需要区分是否为单纯的血源性感染或其他部位的感染,如肺部、泌尿系统、腹部、脊柱或中枢神经系统等[5-6]。另一方面,当观察到心内膜受累的迹象但缺乏微生物感染的证据时,应考虑鉴别非细菌性血栓性心内膜炎(nonbacterial thrombotic endocarditis,NBTE),也称为利伯曼-萨克斯心内膜炎(Libman-Sacks endocarditis,LSE)[7]。NBTE是一种罕见病症,其特点是在心脏瓣膜上形成无菌性血栓性赘生物,这通常与高凝状态相关,如恶性肿瘤(约占80%)以及慢性炎症性疾病,包括系统性红斑狼疮、抗磷脂综合征和骨髓增生性疾病[8]。NBTE最常影响二尖瓣,其次是主动脉瓣,也可能影响其他瓣膜[9]。
到目前为止,IE的诊断依然充满挑战,因为直接证明系统性感染和心内膜受累的证据往往难以获得[10]。尽管新的检查技术已经帮助诊断了一些病例,但大多数IE的诊断还是依赖于上述的心脏外临床表现,这些表现仅提供间接证据,且并非IE所独有,因此缺乏特异性。
1 Beth Israel标准
自20世纪70年代以来,波士顿Beth Israel医院的Von Reyn团队对IE进行了严格的界定,并提出了后来被称为Von Reyn标准或Beth Israel标准的分类系统[11]。根据Beth Israel标准,IE的确诊需要病理学证据,这通常通过手术或尸检从心脏瓣膜赘生物或外周栓子中获得。而“极可能IE”和“可能IE”的定义,则是基于Pelletier等[12] 的工作进行的修订和扩展,这取决于血培养结果是持续性阳性还是间断性阳性,以及是否存在新的瓣膜反流、心脏易感状况和血管现象的证据。若不满足上述任一情况,则被归类为排除IE。这些标准在20世纪80—90年代得到了广泛采用。然而,由于能够提供病理学证据的患者数量有限,加之心脏影像学检查并未被纳入诊断标准,Beth Israel标准的敏感性存在不足[13-15]。
2 Duke标准与改良Duke标准
在1994年,美国Duke大学的Durack及其同事[16]提出了一套新的IE诊断标准,即Duke标准。继承了Beth Israel标准的关键诊断指标,包括持续的血培养阳性、新出现的反流性杂音和血管现象,同时将超声心动图纳入主要诊断指标。Duke标准放宽了对病理学证据的要求,允许在满足一定数量的临床标准时进行IE的确诊。这意味着,根据Beth Israel标准被诊断为“极可能”的IE病例,按照Duke标准可能被重新分类为“确诊”。Duke标准还简化了诊断结论,将Beth Israel标准的4种分类(确诊、极可能、可能、排除)缩减为3种(确诊、可疑、排除)。随后的研究[13-14, 17] 证实,Duke标准在诊断IE时的灵敏度和特异度均显著优于Beth Israel标准。然而,最初的Duke标准在确诊某些病例,尤其是那些涉及考克斯体或血培养阴性的IE时,仍面临挑战。为此,Duke大学的研究团队在2000年提出了改良版Duke标准[18] ,将伯氏考克斯体的血清学检测纳入主要诊断指标,从而提高了IE的诊断灵敏度[13]。自此,改良Duke标准已成为全球范围内应用最广泛、认可度最高的IE诊断标准。尽管如此,改良Duke标准在疾病早期的诊断准确性仍有待提高,特别是在人工瓣膜心内膜炎(prosthetic valvular endocarditis,PVE)和起搏器电极IE的诊断中,超声心动图在约30%的病例中可能显示正常或不确定[19]。
3 中国标准
2001年,中华医学会儿科学分会心血管学组与中华儿科杂志编辑委员会共同制定了“中国小儿感染性心内膜炎的诊断标准(试行)”(简称中国标准)。该标准以Duke标准为蓝本,并对一些诊断指标进行了调整:将动脉栓塞、脓毒性肺梗死和感染性动脉瘤等血管征象提升为重要的主要诊断指标,而将新出现的瓣膜反流从主要指标中移除,降为次要指标,并新增了淤斑、脾肿大和镜下血尿作为次要诊断指标。根据中国标准,当存在心内膜受累的主要诊断指标时,仅需额外两项次要临床指标即可确诊IE。多项研究[20-21] 表明,相较于改良Duke标准,中国标准在诊断灵敏度上有显著提升。
然而,对于中国标准的合理性,笔者持保留态度。首先,根据上文,临床诊断IE的核心在于确认系统性感染的存在以及感染对心脏瓣膜或心内膜的累及。心脏外的临床表现虽然有助于诊断,但由于其发生率低且特异性不强,不应被视作主要诊断依据。将血管征象中的动脉栓塞、脓毒性肺梗死和感染性动脉瘤等心脏外表现提升为主要指标可能会降低诊断的特异度,这一点值得进一步商榷。例如,瓣膜赘生物的脱落可能同时满足中国标准中关于心内膜受累和重要动脉栓塞的诊断指标,但如果缺乏病原学证据,就难以区分是IE、NBTE还是瓣膜乳头样弹性纤维瘤。
其次,中国标准将新出现的瓣膜反流与超声心动图阳性发现视为两个独立的诊断依据,并将前者降为次要指标,而未明确指出它们是否可以同时作为诊断依据,这可能导致诊断时的重复计算问题。特别是,当存在心内膜受累的主要诊断指标时,中国标准要求仅再需两项次要临床指标即可确诊IE,这可能会降低诊断的特异度。例如,根据中国标准,如果超声心动图显示心内膜受累,再加上长时间发热、新出现的心脏杂音、肾小球肾炎或类风湿因子阳性中的任何两项,即可确诊IE,但这些临床表现在系统性红斑狼疮合并NBTE时也可能出现。
4 2015 ESC改良标准和2023 ESC改良标准
2015年,欧洲心脏病学会(European Society of Cardiology,ESC)在更新的IE管理指南中,对改良Duke标准进行了关键性扩展,形成了2015 ESC改良标准[22]。这些更新特别包括心脏CT和核素成像技术的应用,以更明确地诊断心内膜受累。核素成像通过静脉注射放射性标记的化合物,评估其在体内的分布,从而揭示器官功能和疾病特征。18F-FDG PET/CT使用18F-氟脱氧葡萄糖作为示踪剂,能够精确定位高代谢活性的炎症和肿瘤组织。WBC SPECT/CT则利用核素标记的白细胞,特异性地识别炎症性病灶。
至2023年,ESC进一步修订了诊断标准,发布2023 ESC改良标准。这些修订包括:(1)将粪肠球菌纳入典型IE致病菌列表;(2)细化影像学阳性结果的定义;(3)新增骨关节化脓性并发症作为次要诊断指标;(4)对易感心脏状况的定义进行了精细化管理[10]。这些改进显著提高了IE的诊断灵敏度,特别是在PVE的诊断中[22]。
5 2023 Duke-ISCVID标准
2023年,ISCVID联合Duke大学等机构的专家对改良Duke标准进行了全面补充,推出了2023 Duke-ISCVID标准[23]。该标准引入了多项革新(表1),包括新的微生物学诊断方法(巴尔通体属的酶免疫测定、PCR、扩增子/宏基因组测序、原位杂交)、影像学技术([18F]FDG-PET/CT、心脏CT)。术中探查被确认为一个新的主要诊断指标,同时扩充了IE的“典型”微生物列表,并对血培养的时间要求和静脉穿刺的指南进行了简化。此外,还增加了对心脏植入物感染的易感因素的考量(经导管的瓣膜植入物、心血管植入式电子装置、既往IE)。

这些更新反映了医学界对IE的深入理解,特别是在心脏植入物感染的流行病学、微生物学、临床表现等领域的新认识,以及感染性疾病影像学检查技术进步的新应用。宏基因组测序(metagenomic next‑generation sequencing,mNGS)利用高通量测序技术,将样本中的全部核酸片段化后进行测序,再应用生物信息学分析软件将测序结果与相关病原体数据库中的参考序列进行比对、分析和鉴定。mNGS可以无偏倚地检测多种病原微生物(包括病毒、细菌、真菌和寄生虫),且具有通量高、敏感性高、检测速度快等优势[24]。但也是由于mNGS技术的高敏感性,临床应用时常可在一个标本中检出多种微生物。如何从中辨别致病菌、污染菌与人体正常定植菌群,需要技术专家与临床医生通力协作,进行个体化分析。因此,2023 Duke-ISCVID标准虽然增加了基于核酸的检测技术作为获得病原学证据的手段,但谨慎地表示只有检测血液中的伯氏考克斯体、巴尔通体或惠普尔养障体呈阳性可以作为主要诊断指标,而其他微生物阳性只能认定为次要诊断指标。此外,将术中探查所见作为一条主要诊断指标也是一个里程碑式的进步,当缺乏其他诊断依据时,有经验的外科医生的临床判断非常重要。已有多篇回顾性研究报道2023 Duke-ISCVID标准的灵敏度较改良Duke标准和2015 ESC改良标准等显著提高(表3),但特异度可能下降,其仍需要前瞻性临床研究进行验证[25-28]。

6 总结与展望
在过去50年中,IE的诊断准则经历了翻天覆地的变化(表2),但其核心依然集中于两个关键点:确定系统性感染及心内膜的受累。技术的发展使我们能够更加精确地诊断系统性感染,从最初的血培养技术发展到了包括血清学和基于核酸的检测方法。同时,心内膜受累的诊断也由单一的查体方法进步到了心脏超声、CT扫描和核素显像等多样化的影像学技术。

2023 Duke-ISCVID标准的制定者们强调,随着对IE研究的持续进展,我们的诊断标准也应不断更新以反映最新的医学进展。未来可能会有更多创新技术,如蛋白质组学和影像组学,为IE的诊断带来新的突破。此外,鉴于长期血透[29-30]以及侵入性牙科操作[31] 与IE之间的联系已被多项研究所证实,新指南也推荐对接受侵入性口腔-牙科操作的IE风险人群进行抗生素预防[10]。这引发了关于是否应将血透和近期牙科操作史纳入IE易感因素的讨论。这些问题的答案,以及对IE诊断和预防策略的进一步理解,仍有赖于未来研究的深入探索。
利益冲突:无。
作者贡献:卿洪琨负责研究设计、实施,文献整理与分析,论文撰写;王维腾负责文献整理、分析、论文修改和数据分析整理;简旭华负责论文审阅与修改。