Infective endocarditis. Part I: Aetiology and pathogenesis.
Dr n. med. Sławomir Stawicki, dr Marek Roik, I Katedra i Klinika Kardiologii Akademii Medycznej w Warszawie
kierownik: prof. dr hab. n. med. Grzegorz Opolski
Słowa kluczowe: infekcyjne zapalenie wsierdzia, etiologia, patogeneza
Key words: infective endocarditis, aetiology, pathogenesis
Streszczenie
W pracy przedstawiono aktualne poglądy na temat etiologii i patogenezy infekcyjnego zapalenia wsierdzia (IZW). Częstość zachorowania na IZW w populacji ludności Polskiej jest nieznana. Dane epidemiologiczne z krajów Europy Zachodniej notują 19-59 zachorowań na IZW na milion mieszkańców rocznie. Najczęstszym czynnikiem etiologicznym IZW są bakterie, ale mogą je wywoływać także grzyby, mykobakterie, riketsje, chlamydie oraz mykoplasmy. Rozpoczęcie procesu zapalnego we wsierdziu poprzedzone jest zaburzeniem prawidłowych zależności pomiędzy czynnością hemodynamiczną wsierdzia, stopniem nieprawidłowości anatomicznych w sercu, a obecnością mikroorganizmów we krwi, które pojawiają się w niej przejściowo w następstwie wielu zdarzeń.
Abstract
In this article we reviewed etiology and pathogenesis of infective endocarditis (IE). The morbidity of IE in Polish population is unknown. Epidemiological data from eastern European countries show yearly incidence of IE to be about 19-59 cases per one million of inhabitants. The most common etiologic factor of IE is bacteria but it can be also caused by fungi, mycobacteria, rickettsiae, chlamydiae and mycoplasmas. Beginning of endocardial infectious process is preceded by disturbances in the normal balance between endocardial hemostatic function, degree of heart anatomical abnormalities and transient bacteriemia of different causes.
Infekcyjne zapalenie wsierdzia (IZW) jest wywoływanym przez różne drobnoustroje czynnym procesem zapalnym toczącym się we wsierdziu. Najbardziej charakterystyczną zmianą morfologiczną IZW są wegetacje, które powstają kiedy drobny uraz dotykający uszkodzonej lub rzadziej prawidłowej zastawki, doprowadza do zaburzenia czynności hemostatycznej wsierdzia zastawkowego. Wegetacja to różnej wielkości bezpostaciowa masa płytek i fibryny zakażona drobnoustrojami z obecnością komórek zapalnych. Zastawki serca są najczęstszym obszarem wzrostu wegetacji, ale proces zapalny może rozwijać się w miejscu ubytku w przegrodzie, na strunach ścięgnistych lub w mięśniu serca. IZW najczęściej spowodowane jest bakteriami z gatunku streptococci, staphylococci, enterococci i gram-ujemnych coccobacilli. Inne gatunki bakterii, grzyby, mykobakterie, rickettsie, chlamydie i mykoplasmy mogą także powodować IZW.
Epidemiologia
Częstość zachorowania na IZW w populacji ludności Polski nie jest znana. Dane epidemiologiczne z Francji notują 24 zachorowania na IZW rocznie na każdy milion mieszkańców. Przy czym 35% z tych chorych nie ma wcześniej wady serca, 33% ma rozpoznaną wadę serca, a 22% miało przed zachorowaniem wszczepioną zastawę. We wczesnych latach 80 zapadalność na IZW w Wielkiej Brytanii wynosiła 20, a w Holandii 19 zachorowań na milion mieszkańców rocznie. Wyższą zapadalność na IZW notowano w latach 1984-1990 w Szwecji, wynosząca 59 przypadków na milion mieszkańców rocznie. IZW występuje około 2-krotnie częściej u mężczyzn. U ponad połowy chorych z zapaleniem wsierdzia na zastawce naturalnej (NIZW) występują zmiany ułatwiające rozwój zapalenia do których zalicza się: chorobę reumatyczną serca, wrodzoną wadę serca, wypadanie płatka zastawki mitralnej, degeneracyjną chorobę serca, asymetryczny przerost przegrody międzykomorowej lub używanie dożylnych narkotyków. U 25 do 45% pacjentów nie występują zmiany ułatwiające rozwój NIZW.
Etiologia
Bakterie są najczęstszym czynnikiem etiologicznym IZW niezależnie od wieku chorych, czynników predysponujących oraz rodzaju zastawki, naturalnej czy wszczepionej.
Streptococci viridans odpowiadają za 30 do 65% przypadków NIZW. Streptococcus mitior, Streptococcus sanguis, Streptococcus mutans, Streptococcus salivarius, Streptococcus anginosus stanowią fizjologiczną florę jamy ustnej człowieka. Zapalenie spowodowane wymienioną grupą bakterii rozwija się stosunkowo wolno, rzadko dochodzi do wytworzenia ropni, leczenie zachowawcze jest często skuteczne a rokowanie bywa dobre.
Streptococcus bovis jest fizjologiczną florą przewodu pokarmowego, stanowiąc 27% NIZW wywołanego przez paciorkowce zieleniejące. Zapalenie wsierdzia wywołane tymi bakteriami często współistnieje z polipami lub nowotworem jelita grubego. Streptococcus bovis wykazuje wysoką wrażliwość na penicyliny.
Streptococcus agalactiae jest częścią normalnej flory jamy ustnej, przewodu pokarmowego i układu moczo-płciowego. Zapalenie wsierdzia spowodowane tymi bakteriami występuje rzadko, charakteryzując się wysoką częstością powikłań zatorowych w krążeniu systemowym i septycznymi powikłaniami w układzie mięśniowo-stawowym.
Zakażenie spowodowane Streptococcus milleri rozwija się na naturalnych zastawkach lewego serca i związane jest z wysoką śmiertelnością. Często dochodzi do powstawania ropni, szczególnie w mózgu.
Streptococcus pneumoniae jest przyczyną około 2% NIZW, często rozwijającego się na pierwotnie prawidłowej zastawce aortalnej i szybko prowadzącego do jej zniszczenia, tworzenia ropni pierścienia oraz występowania ostrej niewydolności serca. Śmiertelność pacjentów leczonych farmakologicznie przekracza 60%. Często pacjenci kwalifikowani są do leczenia operacyjnego.
Enterococci są normalną florą przewodu pokarmowego i układu moczo-płciowego i są odpowiedzialne za 5-15% przypadków NIZW i w podobnym procencie za zapalenie na zastawce wszczepionej (WIZW). Przebieg zapalenia może być ostry, ale spotyka się również objawy typowe dla podostrego IZW. Enterokokowe zapalenie wsierdzia jest trudne do leczenia farmakologicznego z powodu oporności na antybiotyki. U 30% pacjentów zachodzi konieczność leczenia operacyjnego.
Staphylococci będące przyczyną IZW można podzielić na dwie grupy: koagulazo-dodatnie, której przedstawicielem jest Staphylococcus aureus i koagulazo-ujemne ze Staphylococcus epidermidis. Staphylococcus aureus jest częstą przyczyną IZW w całej populacji, odpowiedzialnym za 25 do 40% przypadków. Zapalenie spowodowane tym drobnoustrojem charakteryzuje się ostrym przebiegiem z wysoką gorączką i objawami ogólnymi. Szybko dochodzi do zniszczenia zastawki, tworzenia ropni pierścienia i mięśnia sercowego. U blisko 50% pacjentów występują powikłania ze strony ośrodkowego układu nerwowego. Śmiertelność jest wysoka i wynosi około 30% u pacjentów którzy nie używają dożylnych narkotyków oraz 85% u pacjentów z WIZW. Staphylococcus epidermidis jest najczęstszą przyczyną WIZW w pierwszym roku po operacji chirurgicznej i ważnym czynnikiem szpitalnego IZW, odpowiedzialnym za około 5% NIZW rozwijającego się głównie na nieprawidłowej zastawce.
Bakterie Gram-ujemne są ważnym czynnikiem etiologicznym nadkażeń w powikłanym przebiegu IZW o innej etiologii, a także w pierwotnej etiologii u osób używających dożylnych narkotyków. Bakterie grupy HACEK (Haemophilus species, Actinobacillus actinomycetemcomitans, Cardiobacterium hominis, Eikenella corodens, Kingella species) rosną powoli, powodując podostry przebieg choroby. Odpowiedzialne są za przypadki IZW z ujemnymi wynikami posiewów krwi. IZW wywołane tymi drobnoustrojami prowadzi do dużego zniszczenia zastawki, częste są zatory do krążenia systemowego. Pseudomonas aeruginosa jest bakterią Gram-ujemną powodująca IZW na zastawkach lewego i prawego serca, prawidłowych i nieprawidłowych, szybko doprowadzając do ich destrukcji i rozwoju niewydolności serca. Pałeczki jelitowe (Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae, Enterobacter species) są bardzo rzadko przyczyną IZW z ostrym przebiegiem klinicznym i rozwojem niewydolności serca.
Corynebacterium species określane jako diphteroids są ważnym czynnikiem etiologicznym WIZW w pierwszym roku po operacji wymiany zastawki.
Grzyby wywołujące IZW to najczęściej Candida albicans, Torulopsisi glabra i Aspargillus species. Wystąpienie grzybiczego zapalenia wsierdzia zwykle związane jest z obecnością czynników predysponujących takich jak: operacja wymiany zastawki, stosowanie dożylnych narkotyków, przedłużone leczenie antybiotykami i ciężka immunosupresja. Najczęściej grzyby powodują WIZW, głównie Candida albicans, Aspergillus species. U osób, które stosują dożylne narkotyki IZW jest spowodowane przez inne niż Candida albicans szczepy, najczęściej przez Candida parapsilosis. Wystąpienie nadkażenia grzybami powikłanej postaci bakteryjnej musi być brane pod uwagę, gdy dochodzi do nawrotu objawów chorobowych w końcowej fazie leczenia antybiotykami, bądź po jego zakończeniu. Rozpoznanie grzybiczego zapalenia wsierdzia jest trudniejsze niż bakteryjnego. Objawy najczęściej rozwijają się podstępnie w ciągu tygodni. Masywne wegetacje prowadzą do zniszczenia płatków zastawek, rzadko dochodzi do zakażenia mięśnia sercowego. Charakterystyczne jest występowanie zatorów w krążeniu systemowym, w tym zatorów w tętnicach kończyn dolnych.
Patogeneza i patofizjologia
Rozpoczęcie procesu zapalnego we wsierdziu poprzedzone jest zaburzeniem prawidłowych zależności pomiędzy czynnością hemostatyczną wsierdzia, stopniem nieprawidłowości anatomicznych w sercu a obecnością mikroorganizmów we krwi, które pojawiają się w niej przejściowo w następstwie wielu zdarzeń. W wyniku niewielkiego uszkodzenia wsierdzia dochodzi do powstawania w miejscu urazu mikroskopijnej skrzepliny bogatej w płytki i fibrynogen, nazywanej niebakteryjnym zakrzepowym zapaleniem wsierdzia. Jeśli w tym okresie drobnoustroje dostaną się do krwi to mogą osadzać się, a następnie namnażać na powstałych mikroskrzeplinach, zapoczątkowując rozwój IZW. Typowym miejscem powstawania mikroskrzeplin, a następnie wegetacji jest powierzchnia stykania się płatków zastawki mitralnej i trójdzielnej od strony przedsionków, a od strony komór dla zastawki aortalnej i płucnej.
Powstanie uszkodzenia spowodowane jest zmieniającymi się czynnikami hemodynamicznymi, spośród których najważniejszymi są: duża prędkość strumienia krwi uderzająca we wsierdzie, istnienie w układzie niskociśnieniowym wysokociśnieniowego strumienia krwi przepływającego przez wąskie ujście. Pojawienie się mikroorganizmów we krwi zapoczątkowuje przekształcanie się niebakteryjnego zakrzepowego zapalenia wsierdzia w IZW, przy czym drobnoustroje muszą być zdolne do utrzymania się i namnażania we wsierdziu.
Wskaźnik bakteriemii jest najwyższy w czasie urazów w jamie ustnej, szczególnie dziąseł i obniża się w okresie procedur diagnostyczno-terapeutycznych w układzie moczo-płciowym i przewodzie pokarmowym.
Występowanie objawów ogólnych w przebiegu procesu zapalnego zależy od obecności krążących cytokin i możliwości obronnych gospodarza. Obraz kliniczny IZW uwarunkowany jest: stopniem zajęcia serca przez proces zapalny, obecnością powikłań pozasercowych, interakcją pomiędzy wytwarzanymi przeciwciałami w odpowiedzi na zakażenie a antygenami tkankowymi. W sercu powstają wegetacje na wsierdziu zastawkowym, które najczęściej doprowadzają do destrukcji płatków lub szerzenia się uszkodzenia poza płatki zastawki. Dochodzi wówczas do perforacji płatków zajętej zastawki, pęknięcia strun ścięgnistych i ostrej niedomykalności mitralnej. Wystąpienie zakażenia pierścienia zastawki i przylegających części mięśnia sercowego powoduje powstanie ropnia, który szerząc się doprowadza do wytworzenia przetoki. Ropnie pierścienia i okołopierścieniowe dotyczą około 30% chorych z IZW najczęściej na wszczepionej zastawce lub naturalnej zastawce aortalnej. Szerzący się ropień pierścienia zastawki aortalnej może prowadzić do wytworzenia się przetoki pomiędzy aortą a lewym lub prawym przedsionkiem. Innym razem do wytworzenia przetoki w przednim płatku mitralnym. Efektem szerzenia się zapalenia na zastawce aortalnej i w jej otoczeniu może być wystąpienie zaburzeń przewodzenia przedsionkowo-komorowego. Ropień pierścienia zastawki mitralnej prowadzić może do wytworzenia nieprawidłowego połączenia pomiędzy jamami serca, a także gdy penetruje do worka osierdziowego jego ropne zapalenie. Czasami duże wegetacje na zastawce mitralnej naturalnej lub wszczepionej mogą spowodować istotne hemodynamiczne zwężenia ujścia zastawkowego.
Zatory fragmentami wegetacji występują u 20-45% pacjentów z IZW i często są przyczyną zgonów. Najczęściej występują w przebiegu IZW spowodowanym przez bakterie Gram-ujemne, Staphylococcus aureus i grzyby z grupy candida. Następstwa kliniczne zatorowości są różne i zależne od wielu czynników w tym od wielkości zatoru, jego lokalizacji, okresu leczenia i indywidualnej reakcji chorego organizmu. Zatory materiałem zakażonym mogą powodować powstawanie ropnia mózgu, ropni w nerkach, wątrobie, kościach i płucach.
Prawdopodobieństwo wystąpienia zatoru jest największe gdy wegetacje są ruchome, wielkość ich przekracza 10 mm i związane są z przednim płatkiem zastawki mitralnej. Zatory do płuc są częste u osób używających dożylnych narkotyków, gdy proces zapalny obejmuje zastawkę trójdzielną. Zatory wegetacjami lewej połowy serca najczęściej doprowadzają do wystąpienia udaru mózgu i rzadziej do wystąpienia zawału serca. Zatory w tętnicach kończyn występują stosunkowo rzadko.
W czasie trwania IZW we krwi pojawiają się różne przeciwciała i kompleksy imunologiczne będące odpowiedzią układu imunologicznego na obecność antygenu. Zalicza się do nich przeciwciała klasy IgM, IgG, IgA. Znaczenie kliniczne mają te, które tworzą kompleksy immunologiczne i aktywują układ dopełniacza, ponieważ powodują rozwój zapalenia w kłębuszkach nerkowych i zapalenie naczyń. Obecność powiększonej śledziony wskazuje na nasiloną odpowiedź immunologiczną typu komórkowego. Czynnik reumatoidalny (przeciwciało klasy IgM lub IgG) jest spotykany u połowy chorych z IZW po ponad 6 tygodniach. Miano czynnika reumatoidalnego spada powoli w następstwie efektywnej terapii przeciwgrzybiczej.
Piśmiennictwo:
1. Bayer AS, Bolger AF, Taubert KA i wsp. Diagnosis and management of infective endocarditis and its complications. Circulation 1998, 98: 2936-2948.
2. Bonow RO, Carabello B, de Leon AC Jr i wsp. ACC/AHA guidelines for the management of patients with valvular heart disease: Executive summary. A report of the American College of Cardiology/American Heart Association Task Force on Practice Guidelines (Committee on Management of Patients with Valvular Heart Disease). Circulation 1998, 98: 1949-1984.
3. Cheitlin MD, Alpert JS, Armstrong WF i wsp. ACC/AHA guidelines for the clinical application of echocardiography: A report of the American College of Cardiology/American Heart Association Task Force on Practice Guidelines (Committee on Clinical Aplication Of Echocardiography). Circulation 1997, 95: 1686-1744.
4. Dajani AS, Taubert KA, Wilson W i wsp. Prevention of bacterial endocarditis: Recommendations by the American Heart Association. Circulation 1997, 96: 358-366.
5. Durack DT, Lukes AS, Bright DK. New criteria for diagnosis of infective endocarditis: Utilization of specific echocardiographic findings. Am J Med 1994, 96: 200-209.
6. Dzierżanowska D. Antybiotykoterapia praktyczna (red. Dzierżanowska D), a-medica press, Bielsko-Biała 1994.
7. Karchmer AW. Infective Endocarditis. In: Heart Disease. 6th edition (eds. Braunwald E, Zipes DP, Libby P), W.B.Saunders Company, Philadelphia 2001:1723-1748.
8. Rydlewska-Sadowska W. Zapalenie wsierdzia. W: Echokardiografia kliniczna (red. Rydlewska-Sadowska W), Biblioteka Instytutu Kardiologii, Warszawa 1991, 272-283.
9. Shively BK. Infekcyjne zapalenie wsierdzia. W: Kardiologia. Współczesne rozpoznawanie i leczenie (red. Crawford MH), Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa 1997, 462-486.
10. Stępińska J, Biederman A, Krzemińska-Pakuła M i wsp. Infekcyjne zapalenie wsierdzia. Standardy Polskiego Towarzystwa Kardiologicznego. Kardiol Pol 2000, 53: 456-463.
