Adam R. Guttentag, M.D.

Albert Einstein Medical Center

Philadelphia, Pa

ThoracicFungal Disease

Fungal Infections

•200,000 species of fungi

<200 known to cause human disease

•Mycosis-invasion of tissue by fungi

Superficial mycosis

Cutaneous mycosis

Subcutaneous mycosis

Systemic mycosis

»Primary (immune competent)

»Opportunistic (immune compromised)

Pulmonary Fungal InfectionsClinical presentations

•Asymptomatic

•Acute

•Chronic / Progressive

•Disseminated

Acute Fungal Infection(Competent Host)

•Infested soil disturbed, organisms inhaled

cavers, demolition workers, farmers

•Acute bronchopneumonia (consolidation)

•Enters lymphatics  hilar LN’s  bloodstream

•Cell-mediated immune response and delayedhypersensitivity (several weeks)

Necrotizing (caseating) granuloma formation

Similar process in LN’s

Acute Fungal Infection(Competent Host)

•Self-limited disease

•May heal completely

•May leave nodule(s) 5 mm. toseveral cm., which can calcify

Latent infection

Partial immunity to reinfection

Chronic / ProgressiveFungal Infection

•Inadequate (or excessive?) hostresponse

•Necrotizing  and fibrosinggranulomatous inflammation.

•Some forms indistinguishable frompostprimary TB

Disseminated Infection(Compromised Host)

•May be seen in any fungal infection

•Hematogenous spread early or late incourse of infection

•Miliary nodules 1-4 mm in size

•Systemic involvement  liver, spleen,marrow, skin, brain, bone, etc.

Invasive Infection(Compromised Host)

•Aspergillus, zygomycetes e.g. Mucor

•Invasion through bronchial wall  intoadjacent artery

•Thrombosis and infarction

Immune Competent Host:Endemic Fungi

•Histoplasma capsulatum

•Coccidioides immitis

•Blastomyces dermatiditis

•(Cryptococcus neoformans)

Histoplasmosis

•Endemic in Ohio,Mississippi/ Missouri,andSt. Lawrence river valleys

•Spores in soil rich in batand bird droppings

•Over 80%  seropositive inendemic areas

Acute Histoplasmosis

•Estimated 250,000 new cases in US/year

•Most infections asymptomatic or subclinical (>90%)

•Often mild respiratory or flu-like illness

3-14 days after exposure

Fever, cough, chest pain

•Sx depend on:

Inoculum inhaled

Immune status, age, previous exposure

•Sx resolve in weeks to months without treatment

Acute HistoplasmosisRadiology

•Often no X-rays

•Focal consolidation

•Multiple nodular opacities

May cavitate and often calcify

•Adenopathy 5-10%

Rarely isolated adenopathy

»Esp. in children (like TB)

43 y.o. construction foremanfrom Puerto Rico

Several months later

Chronic Histoplasmosis

•Histoplasmoma

•Chronic progressivehistoplasmosis

•Mediastinal granuloma

•Fibrosing mediastinitis

Histoplasmoma

•Common, usually <3 cm.

•Central or ring calcification

•Calcified LN’s often also present

•Calcification does not always indicate“healing”

May grow over time, harbor viable organisms

“Target” lesion

Laminar calcification

Chronic PulmonaryHistoplasmosis

•Almost always assoc. with emphysema

•Inflammation may be immune responseto antigens from colonizing organisms

•May progress to cavitation, fibrosis

•Radiographically indistinguishable frompostprimary TB, though may have lesssevere symptoms

Mediastinal Histoplasmosis

•MediastinalGranuloma

Conglomerateadenopathy

Often calcified

Usuallyasymptomatic

Mediastinal Histoplasmosis

•FibrosingMediastinitis

Leakage of antigen

Sclerosinginflammation whichmay calcify

Vascular, airway,esophagealinvolvement

Mimics cancer

DisseminatedHistoplasmosis

•Opportunistic disease

1 in 2000 infections in immune competent

•Acute fulminant or subacute course

•Miliary pattern

•+/- diffuse linear opacities and irregularnodules

•Hepatosplenomegaly

27 y.o. withAIDS, SOB

Coccidioidomycosis

•C. immitis: a soil saprophytein SW US

•Also endemic in many areasof South and CentralAmerica

•100,000 cases/yr in US

•Spores inhaled, change totissue-invasive hyphal form

•Cases seen in non-endemicareas due to travel toendemic area or reactivation

Coccidioidomycosis

•Acute “Valley fever”

•Persistent primary

•Chronic progressive

•Disseminated

CoccidioidomycosisClinical Features

•60% of cases asymptomatic

•15% mild sx

•5% disseminated infection

•“Valley fever”

2-3 week incubation period

Flu-like illness

Mild to severe respiratory disease

E. nodosum or E. multiforme

Resolves in 2-4 weeks

Acute CoccidioidomycosisRadiology

•Pneumonia with parenchymal consolidation (75%)

•Single or multiple foci

•May have acute transient cavities

•Streaky peribronchial densities

•Adenopathy in 25%, may be only finding

•Effusion in 20%, usually small

Persistent Primary Cocci

•Clinical or Xray findings after 6 weeksdefine persistent primary disease

<10 % of symptomatic cases

•Nodule (coccidioidoma)

•Cavitary disease

•Unusual progressive pneumonia

Coccidioidoma

•Almost always asymptomatic

•Develops from pneumonic process

•Usually <1.5 cm, single, peripheral,+/- cavitation

•Calcification uncommon

Differs from histo, TB

24 y.o. asymptomatic woman

Cavitary Cocci

•Cavities form fromnecrosis of nodules

Thin or thick wall (thin isclassic)

May fluctuate in size

Upper lobe, solitary

>50% asymptomatic, mayhave hemoptysis

50% resolve within 2 yrs

Chronic Progressive Cocci

•<1% of pulmonary cases

•Impaired host defenses

•Fibronodular or necrotizing withcavitation

•Resembles chronic TB, histo

Disseminated Cocci

•0.5% of white patients, 10-15% of non-whites (immune competent)

•Immune compromised patients

•Usually evident within weeks ofprimary infection

•Miliary disease in lungs

•Bones, joints, skin, meninges, LN’s

•Fatal in 50% if untreated

Blastomycosis

•Endemic areas broadly overlapw/ histo

•Much less common disease

•Serologic/antigen testsunreliable

•Acute clinical diseaseuncommon

•Chronic disease more common

Malaise, wt loss, CP, fever,mild cough

•Rare fulminant disease

Blastomycosis

•Highly variable appearance

Consolidation, often with air bronchogram

Focal mass

Interstitial disease

Miliary

•Commonly mimics bacterial pneumonia orbronchogenic Ca

Delay in diagnosis

Case fatality rate ~5%

Blastomycosis

•Nodal enlargementuncommon

•Extrathoracic diseaserelatively common comparedto histo

Skin - characteristic lesions

Bone

Brain

Prostate

3 months later

Immunodeficient Host:Ubiquitous Fungi

•Cryptococcus neoformans

•Aspergillus fumigatus

•Candida sp. (esp. albicans)

•Zygomycetes

Mucor

Rhizopus

Absidia

Cryptococcosis

•C. neoformans a ubiquitous soilsaprophyte

•Pulmonary infection can occur in normalor compromised host

•Route of entry almost always inhalational

•Treatment only for progressive disease orcompromised host

Most pulmonary disease is asymptomatic

CryptococcosisCompetent Host

•Fungal “collections”

Rare

Growth in lung without inflammation

Often asymptomatic

Subpleural nodules or masses

•Nodules

most common form

Up to several cm in size

Ca++ rare

CryptococcosisCompetent host

•Pneumonia

Acute form rare, sx usually subacute

May be bilateral

Adenopathy common

•Disseminated

Rare in normal host

Common in compromised host

CryptococcosisCompromised Host

•Most common fungal pathogen in AIDS

•Second most common in transplantpatients after Aspergillus

•Pneumonic consolidation or diffuse

Mimics PCP

•Cavitation (<25%)

•Adenopathy

•CNS disease coexists commonly in AIDS

•Disseminated disease common in AIDS

40 y.o. S/P renal txp

27 y.o. with AIDS

Aspergillosis

•Aspergillus fumigatus -- ubiquitoussaprophyte

•Unusual cause of disease in normal host

•Spores inhaled, ingested bymacrophages

•Spores can convert to invasive hyphalform

AspergillosisForms of Disease

•Depend on host immune state

Normal - mycetoma

Mild compromise - semi-invasive

Compromised - IPA

Hyperimmune – ABPA

Immune status

hyperimmune

compromised

competent

ABPA

mycetoma

semi-invasive

IPA

Mycetoma(“Fungus Ball”, Aspergilloma)

•Non-invasive form - saprophytic growth ina pre-existing cavity (TB, sarcoid, bulla)

•Cavity is “sheltered” from the immunesystem

•Vascular granulation tissue lines cavity

•Pleural reaction locally

Mycetoma

•CXR/CT: Hallmark is a mobile mass withina cavity

•Decubitus or prone views

•May have severe hemoptysis

•Systemic antifungals ineffective

•Rx: resection, embolization, intracavitaryantifungal(?)

Semi-invasive Aspergillosis“chronic necrotizing Aspergillosis”

•Underlying host disease

DM, sarcoid, debilitation, COPD, ETOH

•Indolent necrotizing granulomatousinfection

•Constitutional sx, chronic cough,fever, sputum

Semi-invasive Aspergillosis

•Upper lobes

•+/- mycetoma

•Treatment only for sx

Invasive PulmonaryAspergillosis (IPA)

•Primary form (normal host) rare

•Secondary form - severelyimmunocompromised patients

Acute leukemia on chemotherapy

AIDS

Corticosteroid use

Cytotoxics

Organ transplant

Invasive PulmonaryAspergillosis

•Organism invades tissue, thrombosesarteries  infarction of lung tissue

•Sx: Fever cough, pleuritis, dyspnea

•Dx: TBBx (+) only in 50%, often need OLBx

•Rx: IV Ampho-B

•Mortality 90% in transplant pts, 35% inleukemia pts

Invasive PulmonaryAspergillosis

•Rapidly progressive pneumonia

•Multifocal or localized

•Often nodular early, progresses toconfluence

•“Air crescent” sign late as immunesystem recovers and cavitation occurs

•CT “halo” sign

67 y.o. with  leukemia

3 days later

CT “halo” sign

Aspergillus Infectioncharacteristic appearances

Allergic BronchopulmonaryAspergillosis (ABPA)

•Asthmatics

•Noninvasive endobronchial fungal growth

•Antigens stimulate hypersensitivity reaction

•Excess mucus containing organisms andeosinophils

•Inflammation leads to bronchiectasis

•Clinical :

Fever, pleuritis, eosinophilia, expectoration of plugs

Occasionally aymptomatic

ABPA

•CXR: central bronchiectasis  with mucoidimpaction

•“rabbit ears”, “fingers in glove”

•Occ. Atx, fibrosis, migratory opacities

•Rx: Steroids

BronchocentricGranulomatosis

•Rare disease-final pathway of several insults?

•Necrotizing granulomas centered on bronchi

•Aspergillus found inside granulomas in40-50% of asthmatics. Not found innonasthmatics with BG.

•Same pathology seen in other infections:

TB, endemic fungi

•Eosinophilia in blood

•Usually radiographic appearance of ABPA

•Nodule(s) or consolidation can mimic Ca

Candidiasis

15 y.o. diabeticwith fever

Mucormycosis

Final page of the radiology boards

Pulmonary Fungal DiseasesTake-Home Messages

•Remember endemic areas!

•Histo:  Nodules, chronic fibroproductivedisease mimics TB

•Cocci:  Nodules or thin-walled cavities

•Blasto:  Mass-like lesions

•Crypto:  AIDS patients, nodules, cavitation

•Aspergillus:  Mycetoma, fulminant invasiveform, ABPA

Thank you