background image

 

1

CHAPTER TWO 

PATHOLOGY OF THE REPIRATORY SYSTEM 

THE UPPER RESPIRATORY TRACT 

ACUTE INFECTIONS 
Common cold
 is the most frequent of these. The most common pathogens  are rhinoviruses, 
but  there  are  many  others  including  parainfluenza  and  influenza  viruses,  adenoviruses, 
enteroviruses. In a significant number of cases (around 40%) the cause cannot be determined; 
perhaps new viruses will be discovered. In a minority of cases, colds may be complicated by 
the development of bacterial otitis media or sinusitis. 
Acute pharyngitis, manifesting as a sore throat. Mild pharyngitis accompanies a cold and is 
the most common form of pharyngitis.  
Tonsillitis:  severe  forms  of  tonsillitis  occur  with  β-hemolytic  streptococci  and  adeno-virus 
infections

.  Streptococcal  tonsillitis  is  important  to  recognize  and  treat  early;  otherwise  the 

following complications may occur 
1. Peritonsillar abscesses ("quinsy") 
2. Post-streptococcal glomerulonephritis 
3. Acute rheumatic fever 
Herpangina  is  the  occurrence  of  painful  pharyngeal  vesicles  and  ulcers  caused  by 
Coxsackievirus.  
Infectious  mononucleosis,  caused  by  Epstein-Barr  virus  (EBV),  is  an  important  cause  of 
pharyngitis. 
Acute bacterial epiglottitis occurs predominantly in  young children caused by H. influenzae. 
Airway obstruction that complicates this condition can be fatal. 
Acute  laryngitis  can  result  from  inhalation  of  irritants,  allergic  reactions  or  infections  by 
common cold viruses. There are in addition two uncommon but important forms of laryngitis:  
1. Tuberculous laryngitis, which  is a consequence of active pulmonary tuberculosis, during 
which infected sputum is coughed up. 
2. Diphtheritic laryngitis: 
Corynebacterium diphtheriae
 elaborates a powerful exotoxin that 
causes  necrosis  of  the  mucosal  epithelium  accompanied  by  a  fibrinopurulent  exudate  that 
creates superficial, dirty-gray pseudomembrane of diphtheria. The major hazards include  
a.  Aspiration  of  the  sloughed  pseudomembrane  leading  to  causing  obstruction  of  major 
airways 
b. Absorption of bacterial exotoxins producing myocarditis & peripheral neuropathy. 
Laryngotracheobronchitis  (croup)  in  children  is  caused  mainly  by  parainfluenza  virus. 
Although  self-limited,  croup  may  cause  frightening  inspiratory  stridor  and  harsh,  persistent 
cough. Occasionally, the laryngeal inflammation may narrow the airway sufficiently to cause 
respiratory failure.  
Secondary  bacterial  infection  may  complicate  viral  infections  of  the  upper respiratory tract, 
particularly by staphylococci, streptococci, and H. influenzae. 
NASOPHARYNGEAL CARCINOMA 
This rare  neoplasm  has  a  strong  epidemiologic  links  to  EBV  &  a  high  frequency  in  China. 
These  facts  raise  the  possibility  of  viral  oncogenesis  on  a  background  of  genetic 
susceptibility.  The  cancers  are  either  squamous  cell  carcinoma  (keratinizing  or 
nonkeratinizing)  or  undifferentiated  carcinoma.  The  latter  is  the  most  common  and  the  one 
most closely linked with EBV. In nasopharyngeal carcinomas a striking infiltration of mature 
lymphocytes  can  often  be  seen.  These  neoplasms  are  therefore  referred  to  as 
"lymphoepitheliomas,"  although  the  lymphocytes  are  not  part  of  the  neoplastic  process. 
Nasopharyngeal  carcinomas  invade  locally,  spread  to  cervical  lymph  nodes,  and  then 
metastasize  to  distant  sites.  They  are,  however,  radiosensitive,  and  5-year  survival  rates  of 
50% are reported for even advanced cancers. 
 


background image

 

2

LARYNGEAL TUMORS 
Benign Lesions  
Vocal cord nodules ("polyps")
 are smooth protrusions (usually less than 0.5 cm in diameter) 
located, most often, on the true vocal cords. The nodules are composed of fibrous tissue and 
covered  by  stratified  squamous  mucosa.  These  lesions  occur  chiefly  in  heavy  smokers  or 
singers (singer's nodes), suggesting that they are the result of chronic irritation or voice abuse. 
Laryngeal papilloma (squamous papilloma) of the  larynx  is a benign  neoplasm, usually on 
the  true  vocal  cords,  that  forms  a  soft,  raspberry-like  excrescence  rarely  more  than  1 cm  in 
diameter.  Microscopically,  it  consists  of  multiple,  slender,  finger-like  projections  supported 
by central fibrovascular cores and covered by benign, stratified squamous epithelium. 
Papillomas  are usually  single  in  adults  but  are often  multiple  in  children,  in  whom  they  are 
referred to as recurrent respiratory papillomatosis (RRP), since they typically tend to recur 
after excision. These lesions are caused by human papillomavirus (HPV) types 6 and 11, do 
not become malignant, and often spontaneously regress at puberty. 
Malignant Lesions  
Carcinoma of the Larynx 
Carcinoma  of  the  larynx  most  commonly  occurs after  age  40  years  and  is  more  common in 
men  (7:  1)  than  in  women

.  Nearly  all  cases  occur  in  smokers,  and  alcohol  and  asbestos 

exposure  may  also  play  roles.  The  vast  majority  (95%)  are  squamous  cell  carcinomas.  The 
tumor develops mostly on the  vocal cords (glottic tumors), but it may arise  above the cords 
(supraglottic) or below the cords (subglottic). They begin as in situ lesions that later appear as 
pearly gray, wrinkled plaques on the mucosal surface, ultimately ulcerating and fungating. As 
expected with lesions arising from recurrent exposure to environmental carcinogens, adjacent 
mucosa may demonstrate squamous cell hyperplasia with foci of dysplasia, or even carcinoma 
in situ. 
Clinically  there  is  persistent  hoarseness.  Supraglottic  cancers  have  a  worse  prognosis  than 
glottic  tumors  because  of  their  earlier  metastasis  to  regional  (cervical)  lymph  nodes.  The 
subglottic  tumors,  like  the  supraglottic  ones,  tend  to  remain  clinically  silent,  &  thus  usually 
present as advanced disease. With surgery, radiation, or combined therapeutic treatments,only 
one  third  die  of  the  disease.  The  usual  cause  of  death  is  infection  of  the  distal  respiratory 
passages or widespread metastases and cachexia. 
 

 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


background image

 

3

 

THE LUNG 

ATELECTASIS  (COLLAPSE)  is  loss  of  lung  volume  caused  by  inadequate  expansion  of 
airspaces;  this  leads  to  shunting of  inadequately oxygenated blood from pulmonary  arteries 
into veins, thus giving rise to hypoxia

.  

Pathogenetically atelectasis is classified into three forms (Fig. 2-1) 
1. Resorption atelectasis  complicating obstruction

. The air already present distally gradually 

becomes  absorbed,  and  alveolar  collapse  follows.  Depending  on  the  level  of  airway 
obstruction,  an  entire  lung,  a  complete  lobe,  or  a  segment  may  be  involved.  A  mucous  or 
muco-purulent plug is the most common cause of such obstruction for e.g. following surgical 
operations or bronchial asthma, bronchiectasis, chronic bronchitis, or the aspiration of foreign 
bodies, particularly in children. 
2. Compression atelectasis
 is usually due to mechanical  compression of the  lung by pleural 
distension as in pleural effusion (congestive heart failure) or pneumothorax. Basal atelectasis 
is  another  example  &  is  due  to  elevated  diaphragm  as  that  occurs  in  bedridden  patients,  in 
those with ascites, and during and after surgery. 
3. Contraction atelectasis occurs in the presence of focal or generalized pulmonary fibrosis or 
pleural  fibrosis;  in  these  situations  there  is  interference  with  expansion  and  an  increase  in 
elastic recoil during expiration. 
Atelectasis  (except  contraction  type)  is  reversible  and  should  be  treated  quickly  to  prevent 
hypoxemia and infection of the collapsed lung. 
 
ADULT RESPIRATORY DISTRESS SYNDROME (ARDS) 
(previously “Shock lung”) is 

progressive respiratory insufficiency caused by diffuse alveolar damage” 

The clinical setting associated with ARDS include 
A. Respiratory 
1. Diffuse infections (viral, bacterial) 
2. Aspiration 
3. Inhalation (toxic gases, near drowning) 
4. O

therapy 

B. Non-respiratory 
1. Sepsis (septic shock) 

2. Trauma (with hypotension)  

3. Burns 

 

 

4. Pancreatitis  

 

5. Ingested toxins (e.g. paraquat) 

There  is  an  acute  onset  of  dyspnea,  hypoxemia  (refractory to  O

2

  therapy),  and  radiographic 

bilateral  pulmonary  infiltrates  (noncardiogenic  pulmonary  edema).  The  condition  may 
progress to multisystem organ failure.  
Pathogenesis
 
In  ARDS  there  is  damage  to  alveolar  capillary  membrane  by  endothelial  &/or  epithelial 
injury. This leads to three consequences  
1. Increased vascular permeability (endothelial damage) 
2. Loss of diffusion capacity of the gases 
3. Widespread surfactant deficiency (damage to type II pneumocytes).  
Nuclear factor κB, is suspected of tilting the balance in favor of pro-inflammatory rather than 
anti-inflammatory  mediators,  which  causes  the  endothelial  damage.  This  leads  to  fluid 
accumulation.  Following  the  insult,  there  is  increased  synthesis  of  a  potent  neutrophil 
chemotactic  and  activating  agent  IL-8  &  TNF  by  pulmonary  macrophages.  The  recruited, 
activated  neutrophils  release  oxidants,  proteases,  etc.  that  cause  damage  to  the  alveolar 
epithelium leading to loss of surfactant that interferes with alveolar expansion. 
Gross features:
 in the acute phase the lungs are dark red, airless, and heavy.  
Microscopic features
: (Fig. 2-2) 
The histologic reflection of ARDS in the lungs is known as diffuse alveolar damage.  
Early stage is characterized by   


background image

 

4

•  Capillary congestion and stuffing by neutrophils 
•  Necrosis of alveolar epithelial cells 
•  Interstitial and intra-alveolar edema and sometimes hemorrhage  
•  The presence of hyaline membranes is characteristic. They particularly line the distended 

alveolar ducts & consist of fibrin admixed with necrotic epithelial cells.  

•  Overall,  the  picture  is  very  similar  to  that  seen  in  respiratory  distress  syndrome  in  the 

newborn.  

Organizing stage is characterized by   

•  Marked regenerative proliferation of type II pneumocytes   
•  Organization of the fibrin exudates. This eventuates in intra-alveolar fibrosis.  
•  Marked fibrotic thickening of the alveolar septa. 
The prognosis of ARDS
 is gloomy and mortality rates are around 60% despite improvements 
in  supportive  therapy.  However,  in  most  patients  who  survive  the  acute  insult  normal 
respiratory  function returns. Alternatively, diffuse interstitial fibrosis occurs with permanent 
impairment of respiratory function.  
 
OBSTRUCTIVE PULMONARY DISEASE 
Under this heading come four entities  
1. Emphysema  
2. Chronic bronchitis  
3. Asthma 
4. Bronchiectasis 
Although chronic bronchitis may exist without emphysema, and pure emphysema may occur 
(with  inherited  α

1

-antitrypsin  deficiency),  the  two  diseases  usually  coexist.  This  is  because 

long-term  cigarette  smoking  is  a  common  underlying  agent  in  both  disorders.  Emphysema 
and  chronic  bronchitis  are  often  clinically  grouped  together  under  the  term  chronic 
obstructive  pulmonary  disease  (COPD),  
which  is  one  of  the  leading  causes  of  death.  The 
irreversibility  of  airflow  obstruction  of  COPD  distinguishes  it  from  asthma  (reversible 
obstruction) 
 
EMPHYSEMA  
is defined as "abnormal permanent enlargement of the airspaces distal to 
the  terminal  bronchioles,  accompanied  by  destruction  of  their  walls  without  obvious 
fibrosis
". 
Classification of Emphysema is according to its anatomic distribution within the lobule; the 
acinus is the structure distal to terminal bronchioles, and a cluster of 3 to 5 acini  is called a 
lobule. There are four major types of emphysema: 
1. Centriacinar  

 

2. Panacinar    

 

3. Distal acinar   

 

 

4. Irregular  
Only  the  first  two  cause  clinically  significant  airway  obstruction,  with  centriacinar 
emphysema being about 20 times more common than panacinar disease. 
Centriacinar  (Centrilobular)  Emphysema:  the  central  parts  of  the  acini  i.e.  the  respiratory 
bronchioles  are  affected,  while  distal  alveoli  are  spared  (Fig.  2-3).  The  lesions  are  more 
common and severe in the upper lobes. This type is most commonly associated with cigarette 
smoking.

 

Panacinar (Panlobular) Emphysemathe acini are uniformly enlarged from the level of the 
respiratory  bronchiole  to  the  terminal  blind  alveoli  (Fig.  2-4).  It  tends  to  occur  more 
commonly in the lower lobes and is the type that occurs in α

1

-antitrypsin deficiency

Distal  Acinar  (Paraseptal)  Emphysema:  the  distal  part  of  the  acinus  is  primarily  involved 
especially  adjacent  to  the  pleura  and  the  lobular  connective  tissue  septa.  Characteristically, 
there  are  multiple,  adjacent,  enlarged  airspaces  up  to 2  cm  or  more  in  diameter,  sometimes 


background image

 

5

forming  cystic  structures  referred  to  as  bullae.  This  type  of  emphysema  probably  underlies 
many of the cases of spontaneous pneumothorax in young adults. 
 
Irregular Emphysema
the acinus is irregularly involved; it is associated with scarring. 
Pathogenesis of centriacinar & panacinar forms of emphysema 
These  are  thought  to  arise  as  a  result  of  imbalances  of  protease-antiprotease  and  oxidant-
antioxidant  (Fig.  2-5).  The  protease-antiprotease  imbalance  hypothesis  is  supported  by  the 
enhanced  tendency  of  emphysema  development  in  patients  with  genetic  α

1

-antitrypsin 

deficiency, which  is aggrvated by smoking. α

1

-Antitrypsin,  is  a major inhibitor of proteases 

(particularly  elastase)  secreted  by  neutrophils  during  inflammation.  Emphysema  seems  to 
result  from  the  destructive  effect  of  high  protease  activity  in  subjects  with  low  antiprotease 
action. Smoking seems to play a decisive role in the pathogenesis of emphysema  
1. It causes accumulation of neutrophils & macrophages within the alveoli through its direct 
chemoattractant effects and through the reactive oxygen species contained in it. These activate 
the transcription factor NF-κB, which switches on genes that encode TNF and IL-8. These, in 
turn,  attract  and  activate  more  neutrophils.  Accumulated  active  neutrophils  release  their 
granules, which are rich in a variety of proteases (elastase, proteinase, etc.) that result in tissue 
damage.  
2. Smoking  also  enhances  elastase  activity  in  macrophages;  this  elastase  is  not  inhibited  by 
α

1

-antitrypsin; additionally, it can digest this antiprotease.  

3.  Tobacco  smoke  contains  abundant  reactive  oxygen  free  radicals,  which  deplete  the 
antioxidant  mechanisms,  thereby  inciting  tissue  damage.  A  secondary  consequence  of 
oxidative injury is inactivation of native antiproteases, resulting in "functional" α

1

-antitrypsin 

deficiency even in patients without enzyme deficiency. 
Gross features  

•  The  diagnosis  and  classification  of  emphysema  depend  on  the  gross  appearance  of  the 

lung.  

•  Panacinar emphysema produces pale, voluminous lungs that obscure the  heart at autopsy. 

(Fig. 2-6

•  In  centriacinar  emphysema  the  lungs  are  less  voluminous  and  deeper  pink.  Generally,  in 

this type the upper two-thirds of the lungs are more severely affected.   

Microscopic features 

•  There is thinning and destruction of alveolar walls.  
•  With advanced disease, adjacent alveoli coalesce, creating large airspaces (Fig. 2-7). 
•  The capillaries within alveolar walls are reduced in number due to stretching.  
Course & prognosis 
With the loss of elastic tissue in the surrounding alveolar septa, there is reduced radial traction 
on the small airways. As a result, they tend to collapse during expiration-an important cause 
of  chronic  airflow  obstruction  in  severe  emphysema.  The  patient  is  barrel-chested  and 
dyspneic,  with  obviously  prolonged  expiration.  Hyperventilation  is  prominent  thus  gas 
exchange  is  adequate  and  blood  gas  values  are  relatively  normal  i.e.  there  is  no  cyanosis.  
Patients  with  emphysema  and  chronic  bronchitis  usually  have  less  prominent  dyspnea  and 
respiratory drive, so they retain carbon dioxide, become hypoxic, and are often cyanotic. The 
eventual  outcome  of  emphysema  is  the  gradual  development  of  secondary  pulmonary 
hypertension

,  arising  from  both  hypoxia-induced  pulmonary  vascular  spasm  and  loss  of 

pulmonary  capillary  surface  area  from  alveolar  destruction  and  stretching.  Death  from 
emphysema is related to either pulmonary failure, or right-sided heart failure (cor pulmonale). 
Conditions Related to Emphysema 
Several conditions resemble but are not really emphysema, these include 
a.  Compensatory  emphysema  refers  to  dilation  of  alveoli  in  response  to  loss  of  lung 
substance  elsewhere,  as  in  residual  lung  tissue  after  surgical  removal  of  a  diseased  lung  or 
lobe. 


background image

 

6

b. 

Obstructive  overinflation:  the  lung  expands  because  air  is  trapped  within  it.  A  common 

cause  is  subtotal  obstruction  by  a  tumor  or  foreign  object,  &  mucous  plugs  in  asthmatic 
patients  (Fig.  2-10).  It  can  be  a  life-threatening  emergency  if  the  affected  portion  extends 
sufficiently to compress the remaining normal lung. 
c. 

Bullous emphysema refers to any form of emphysema that produces bullae (spaces >1 cm 

in  diameter)  (Fig.  2-8).  They  represent  localized  accentuations  of  one  of  the  four  forms  of 
emphysema, are most often subpleural that with rupture leads to pneumothorax. 
d. Mediastinal (interstitial) emphysema signifies the entrance of air into the connective tissue 
of  the  lung,  mediastinum,  and  subcutaneous  tissue.  It  may  spontaneous  as  with  a  sudden 
increase in intra-alveolar pressure (associated with vomiting or violent coughing) that causes 
a tear, with dissection of air into the connective tissue. It is also likely to occur in patients on 
respirators  who  have  partial  bronchiolar  obstruction  or  in  persons  who  suffer  a  perforating 
injury  (e.g.,  a  fractured  rib).  When  the  interstitial  air  enters  the  subcutaneous  tissue,  the 
patient may blow up like a balloon, with marked swelling of the head and neck. 
 
CHRONIC BRONCHITIS  
is common among cigarette smokers and in smog-ridden cities. 
The diagnosis of chronic bronchitis is clinical; it is defined as "a persistent productive cough 
for at least 3 consecutive months in at least 2 consecutive years

."  

Pathogenesis 
The  distinctive  feature  of  this  disease  is  hypersecretion  of  mucus,  beginning  in  the  large 
airways. Although the single most important cause is cigarette smoking, other air pollutants, 
such  as  sulfur  dioxide  and  nitrogen  dioxide,  may  contribute.  These  environmental  irritants 
induce hypertrophy of mucous glands in the trachea and main bronchi and a marked increase 
in mucin-secreting goblet cells in the surface epithelium of smaller bronchi and bronchioles. 
In addition, these irritants cause inflammation with infiltration of CD8+ T cells, macrophages, 
and  neutrophils.    Microbial  infection  is  often  present  but  has  a  secondary  role,  chiefly  by 
maintaining the inflammation. 
Airflow obstruction in chronic bronchitis results from  
1. Small airway disease, (chronic bronchiolitis) induced by goblet cell metaplasia with mucus 
plugging of the bronchiolar lumen, inflammation, and bronchiolar wall fibrosis   
2.  Coexistent  emphysema:  while  small  airway  disease  is  important  in  the  early  and  mild 
airflow  obstruction,  chronic  bronchitis  with  significant  airflow  obstruction  is  almost  always 
complicated by emphysema.  
Gross features 

•  The  mucosal  lining  of  the  larger  airways  is  usually  hyperemic  and  edematous. It  is  often 

covered by a layer of mucus or mucopurulent secretions.  

•  The smaller bronchi and bronchioles may also be filled with similar secretions. 
Microscopic features 

•  The  diagnostic  feature  of  chronic  bronchitis  in  the  trachea  and  larger  bronchi  is 

enlargement of the mucus-secreting glands (Fig. 2-9).  

•  A  variable  density  of  inflammatory  cells,  largely  mononuclear  but  sometimes  admixed 

with  neutrophils,  is  frequently  present  in  the  bronchial  mucosa.  Neutrophils  increased 
markedly during superimposed acute exacerbations.  

•  Chronic  bronchiolitis  (small  airway  disease),  characterized  by  goblet  cell  metaplasia, 

mucus  plugging,  inflammation,  and  fibrosis.  In  severe  cases,  there  may  be  complete 
obliteration of the lumen due to fibrosis (bronchiolitis obliterans). 

Patients with chronic bronchitis presents with a prominent productive cough that may persist 
indefinitely without ventilatory dysfunction.  However, some may develop significant COPD 
with  outflow  obstruction.  This  is  accompanied  by  hypercapnia,  hypoxemia,  and  (in  severe 
cases)  cyanosis.  With  progression,  chronic  bronchitis  is  complicated  by  pulmonary 
hypertension  and  cardiac  failure.  Recurrent  infections  and  respiratory  failure  are  constant 
threats. 


background image

 

7

 
ASTHMA  is  "a chronic inflammatory disorder of the airways that causes recurrent attacks 
of  breathlessness

".  The  inflammation  seems  to  cause  an  increase  in  airway  responsiveness 

(bronchospasm) to a variety of stimuli, which would cause no such ill effects in nonasthmatic 
individuals. In two-thirds of the cases, the disease is "extrinsic" (atopic) due to IgE and T

H

2-

mediated immune responses to environmental antigens. In the remaining one-third, asthma is 
"intrinsic" (non-atopic) and is triggered by  non-immune stimuli such as aspirin; pulmonary 
infections, especially viral (common cold); psychological stress, etc. 
Pathogenesis 
The major etiologic factors of asthma are  
1. Genetic predisposition to type I hypersensitivity ("atopy"),  
2. Airway inflammation  
3. Bronchial hyper-responsiveness to a variety of stimuli.  
The  role  of  T

H

2:  the  "atopic"  form  of  asthma  is  associated  with  an  excessive  T

H

2  reaction 

against  environmental  antigens.  Three  cytokines  produced  by  T

H

2  cells  are,  in  particular, 

responsible for most of the features of asthma;

  

1. IL-4 stimulates IgE production 
2. IL-5
 activates eosinophils 
3. IL-13
 stimulates mucus production  
In addition, epithelial cells are activated to produce chemokines that recruit more T

H

2 cells, 

eosinophils, & other leukocytes, thus amplifying the inflammatory reaction.  
The role of genetics
: in asthma the bronchial smooth muscle hypertrophy and the deposition 
of subepithelial collagen may be the result of a genetically inherited predisposition. ADAM33 
is one of the genes implicated.  
The role of mast cells: 
these are part of the inflammatory infiltrate & contribute by secreting 
growth factors that stimulate smooth muscle proliferation. 
Atopic  asthma,  which  usually  begins  in  childhood,  is  triggered  by  environmental  antigens 
(dusts,  pollen,  animal  dander,  and  foods).  In  the  airways  the  inhaled  antigens  stimulates 
induction of T

H

2-type cells and release of interleukins IL-4 and IL-5. This leads to synthesis 

of IgE that binds to mucosal mast cells. Subsequent exposure of IgE-coated mast cells to the 
same  antigen  causes  the  release  of  chemical  mediators.  In  addition,  direct  stimulation  of 
subepithelial  vagal  receptors  provokes  reflex  bronchocospasm.  These  occur  within  minutes 
after stimulation thus called acute, or immediate, responseMast cells release other cytokines 
that cause the influx of other leukocytes, including eosinophils. These inflammatory cells set 
the stage for the late-phase reaction, which starts 4 to 8 hours later. 
The role of eosinophils
: these cells are particularly important in the late phase. Their effects 
are mediated by 
1.

  Major  basic  protein  and  eosinophil  cationic  protein,  which  directly  damage  airway 

epithelial cells.  

2.

  Eosinophil peroxidase causes tissue damage through oxidative stress.  

3.

  Leukotriene C

4

, which contribute to bronchospasm.  

Viral  infections  of  the  respiratory  tract  and  inhaled  air  pollutants  such  as  sulfur  dioxide 
increase  airway  hyper-reactivity  in  both  normal  &  non-atopic  asthmatics.  In  the  latter, 
however,  the  bronchial  spasm  is  much  more  severe  and  sustained.  It  is  thought  that  virus-
induced  inflammation  of  the  respiratory  mucosa  renders  the  subepithelial  vagal  receptors 
more sensitive to irritants.  
The  ultimate  humoral  and  cellular  mediators  of  airway  obstruction  are  common  to  both 
atopic and non-atopic variants of asthma, and hence they are treated in a similar way. 
Drug-Induced  Asthma:  several  drugs  provoke  asthma,  aspirin  being  the  most  striking 
example.  Presumably,  aspirin  inhibits  the  cyclooxygenase  pathway  of  arachidonic  acid 
metabolism  without  affecting  the  lipoxygenase  route,  thereby  shifting  the  balance  toward 
bronchoconstrictor leukotrienes. 


background image

 

8

Occupational Asthma: this form is stimulated by fumes (epoxy resins, plastics), organic and 
chemical dusts (wood, cotton, platinum), gases (toluene), and other chemicals. Asthma attacks 
usually develop after repeated exposure to the inciting antigen(s). 
Pathologic features 
(Fig. 2-10) 
Gross features:
 in fatal cases, the lungs are overdistended because of overinflation.  
Microscopic features:  

•  There  is  occlusion  of  bronchi  and  bronchioles  by  thick,  tenacious  mucous  plugs,  which 

contain numerous eosinophils. 

•  Structural changes of airways include  

- Thickening of the basement membrane of the bronchial epithelium  
-  Edema  and  an  inflammatory  infiltrate  in  the  bronchial  walls,  with  a  prominence  of 
eosinophils and mast cells. 
- An increase in the size of the submucosal glands. 
- Hypertrophy of the bronchial muscle cells. 

Course & prognosis 
An  attack  of  asthma  is  characterized  by  severe  dyspnea  with  wheezing;  the  chief  difficulty 
lies in expiration. The victim struggles to get air into the lungs and then cannot get it out, so 
that  there  is  progressive  hyperinflation  of  the  lungs  with  air  trapped  distal  to  the  bronchi, 
which are constricted and filled with mucus and debris. In the usual case, attacks last from 1 
to  several  hours  and  subside  either  spontaneously  or  with  therapy.  Occasionally  a  severe 
paroxysm  occurs  that  does  not  respond  to  therapy  and  persists  for  days  and  even  weeks 
(status asthmaticus). The associated hypercapnia, acidosis, and severe hypoxia may be fatal. 
 
BRONCHIECTASIS refers to "the permanent dilation of bronchi and bronchioles caused by 
destruction  of  the  musclulo-  elastic  supporting  tissues,  resulting  from  or  associated  with 
chronic necrotizing infections.

" The disease is secondary to persisting infection or obstruction 

caused by  a  variety  of  conditions.  Once  developed,  it  gives  rise  to symptoms dominated by 
cough and expectoration of copious amounts of purulent, foul sputum. Diagnosis depends on 
an  appropriate  history  along  with  radiographic  demonstration  of  bronchial  dilation.  The 
conditions that most commonly predispose to bronchiectasis include the following: 
1.  Bronchial  obstruction  e.g.  by  tumors,  foreign  bodies.  Under  these  conditions,  the 
bronchiectasis  is  localized  to  the  obstructed  segment.  Bronchiectasis  can  also  complicate 
atopic asthma and chronic bronchitis

 through mucus impaction. In cystic fibrosis, widespread 

severe  bronchiectasis  results  from  obstruction  and  infection  caused  by  the  secretion  of 
abnormally  viscid  mucus.  Kartagener  syndrome,  an  autosomal  recessive  disorder,  is 
frequently associated with bronchiectasis and sterility in males. Structural abnormalities of the 
cilia impair mucociliary clearance in the airways, leading to persistent infections, and reduce 
the mobility of spermatozoa.  
2.  Necrotizing,  or  suppurative,  pneumonia,  particularly  with  virulent  organisms  such  as 
Staphylococcus  aureus  or  Klebsiella  spp.,  may  predispose  to  bronchiectasis.  In  the  past, 
postinfective  bronchiectasis  was  sometimes  a  sequel  to  the  childhood  pneumonias  that 
complicated  measles,  whooping  cough,  and  influenza,  but  this  has  substantially  decreased 
with the advent of successful immunization. Post-tubercculosis bronchiectasis continues to be 
a significant cause in endemic areas. 
Pathogenesis 

•  Two  processes  are  crucial  and  tangled  in  the  pathogenesis  of  bronchiectasis:  obstruction 

and chronic persistent infection. Either of these two processes may come first.  

•  Normal  clearance  mechanisms  are  impaired  by  obstruction,  so  secondary  infection  soon 

follows; conversely, chronic infection in time causes damage to bronchial walls, leading to 
weakening and dilation. For example, obstruction caused by a bronchogenic carcinoma or 
a  foreign  body  impairs  clearance  of  secretions,  providing  a  fertile  soil  for  superimposed 


background image

 

9

infection. The resultant inflammatory damage to the bronchial wall and the accumulating 
exudate further distend the airways, leading to irreversible dilation.  

•  A persistent necrotizing inflammation in the bronchi or bronchioles may cause obstructive 

secretions,  inflammation  throughout  the  wall  (with  peribronchial  fibrosis  and  traction  on 
the walls), and eventually dilation.  

Gross features  

•  Usually there is bilateral involvement of the lower lobes  
•  When  tumors  or  aspiration  of  foreign  bodies  lead  to  bronchiectasis,  involvement  may  be 

sharply localized to a single segment of the lungs.   

•  The airways may be dilated up to 4 times their usual diameter and can be followed almost 

to the pleural surfaces (Fig. 2-11

Microscopic features (Fig. 2-12) 

•  There  is  intense  acute  and  chronic  inflammatory  exudate  within  the  walls  of  the  bronchi 

and bronchioles. 

•  The desquamation of lining epithelium causes extensive areas of ulceration. When healing 

occurs, the lining epithelium may regenerate completely.  

•  In chronic cases there is fibrosis of the bronchial and bronchiolar walls and peribronchiolar 

areas.   

•  In some instances, the necrotizing inflammation destroys the bronchial or bronchiolar walls 

and forms a lung abscess. 

In  cases  of  severe,  widespread  bronchiectasis  hypoxemia,  hypercapnia,  pulmonary 
hypertension,  and  (rarely)  cor  pulmonale  occur.  Metastatic  brain  abscesses  and  reactive 
amyloidosis

 are other, less frequent complications. 

 
DIFFUSE INTERSTITIAL (RESTRICTIVE) LUNG DISEASES  
These are a heterogeneous group of disorders characterized by diffuse and usually chronic 
involvement of the pulmonary connective tissue, principally the delicate alveolar walls.
 The 
hallmark of these disorders is reduced compliance (because of stiff lungs), which necessitates 
increased effort of breathing. There are, in addition, abnormalities in the ventilation-perfusion 
ratio,  leading  to  hypoxia.  Chest  radiographs  show  diffuse  infiltration  by  small  nodules  or 
"ground-glass  shadows."  With  progression  respiratory  failure  may  develop,  often  in 
association with pulmonary  hypertension and cor pulmonale. The end stage of most of these 
diseases,  irrespective  of  etiology,  is  diffuse  interstitial  pulmonary  fibrosis  with  or  without 
honeycombing.  
Idiopathic  Pulmonary  Fibrosis  (IPF)  (cryptogenic  fibrosing  alveolitis)  is  characterized 
histologically  by  diffuse  interstitial  fibrosis,  which  in  advanced  cases  results  in  severe 
hypoxemia and cyanosis. Males (usually over 60 years) are more often affected. Grossly, the 
pleural  surfaces  of  the  lung  have  cobblestone  appearance  because  of  the  retraction  of  scars 
along  the  interlobular  septa.  The  histologic  hallmark  is  patchy  interstitial  fibrosis,  which 
varies  in  intensity  (Fig.  2-13  A).  The  dense  fibrosis  causes  collapse  of  alveolar  walls  and 
formation  of  cystic  spaces  lined  by  hyperplastic  type  II  pneumocytes  (honeycomb  fibrosis) 
(Fig  2-13  B).  The  interstitial  inflammation  is  usually  patchy  and  consists  of  lymphocytes. 
Secondary pulmonary hypertensive changes are often present. 
Pulmonary Involvement in Collagen Vascular Diseases 
Many  collagen  vascular  diseases  (e.g.,  SLE,  rheumatoid  arthritis,  systemic  sclerosis)  are 
associated with pulmonary manifestations. The histologic changes are in part similar to that of 
IPF,  vascular  sclerosis,  organizing  pneumonia,  and  bronchiolitis.  Pleural  involvement  may 
also  be  present.  Pulmonary  involvement  in  these  diseases  is  usually  associated  with  a  poor 
prognosis. 
Pneumoconioses  refer  to  the  non-neoplastic lung  reactions  to  inhalation of mineral dusts 
(Organic and inorganic). The three most common of these result from exposure to coal dust, 
silica, and asbestos; nearly always due to exposure in the workplace. However, the increased 


background image

 

10

risk of cancer as a result of asbestos exposure extends to family members of asbestos workers 
and to other individuals exposed to asbestos outside the workplace. 
Pathogenesis 
The reaction of the lung to mineral dusts depends on the size, shape, solubility, and reactivity 
of the particles; particles that are 1 to 5 µm are the most dangerous, because they lodge at the 
bifurcation  of  the  distal  airways.  Coal  dust  is  relatively  inert,  and  large  amounts  must  be 
deposited in the lungs before the disease is clinically apparent. Silica, asbestos, and beryllium 
are more reactive than coal dust, resulting  in  fibrotic reactions at  lower concentrations. The 
pulmonary alveolar macrophage play central role in the initiation and progression of lung 
injury  and  fibrosis.
  The  more  reactive  particles  stimulate  the  macrophages  to  release 
mediators of inflammation and fibroblast proliferation with collagen deposition. Some of the 
inhaled particles may reach the lymphatics. This leads to an amplification and extension of the 
local  reaction.  Tobacco  smoking  worsens  the  effects  of  all  inhaled  mineral  dusts,  but 
particularly asbestos particle. 
1. Coal Workers' Pneumoconiosis 
The spectrum of lung findings in coal workers includes  
a.  Asymptomatic  anthracosis,  in  which  pigment  accumulates  without  cellular  reaction.  It  is 
also  commonly  seen  in  all  urban  dwellers  and  tobacco  smokers.  Inhaled  carbon  pigment  is 
engulfed  by  alveolar  or  interstitial  macrophages,  which  then  accumulate  in  the  connective 
tissue along the lymphatics, including the pleural lymphatics, or in lymph nodes.  
b.  Simple  coal  workers'  pneumoconiosis  is  characterized  by  nodules  that  consist  of  dust-
laden macrophages with small delicate network of collagen fibers.  
c. Progressive massive fibrosis develops in 10% of those with the above; it occurs through the 
coalescence  of  the  fibrotic  nodules.  The  fibrosis  is  extensive  and  lung  function  is  impaired 
with subsequent pulmonary hypertension, and cor pulmonale. There is no increased frequency 
of bronchogenic carcinoma (cf. silicosis & asbestosis).  
 
2.  Silicosis
  is  the  most  common  chronic  occupational  disease  in  the  world.  It  is  caused  by 
inhalation  of  silica  crystals  mostly  quartz, usually  in  occupational  settings.  The  condition  is 
characterized by the formation of silicotic nodules, at first tiny, discrete, pale or black (when 
mixed  with  carbon)  involving  the  upper  zones  of  the  lungs.  Microscopically,  the  silicotic 
nodule  consists  of  concentrically  arranged  hyalinized  collagen  fibers  surrounding  an 
amorphous  center  (Fig.  2-14).  Polarized  microscopy  reveals  weakly  birefringent  silica 
particles,  primarily  in  the  center  of  the  nodules.  With  progression,  the  individual  nodules 
coalesce into large collagenous scars, and eventually progressive massive fibrosis. Silicosis is 
associated with an increased susceptibility to tuberculosis presumably due depression of cell-
mediated  immunity.  Silica  from  occupational  sources  is  carcinogenic  in  humans.  However, 
this subject continues to be controversial. 
 
3. Asbestosis and Asbestos-Related Diseases
 
Asbestos  is  a  family  of  silicate  crystals  with  a  fibrous    spatial  arrangement.  Occupational 
exposure to asbestos is associated with   
1. Interstitial pulmonary fibrosis (asbestosis)  

   2. Localized fibrous pleural plaques 

3. Pleural effusions    

 

 

 

   4. Bronchogenic carcinoma 

5.  Malignant mesotheliomas (pleural, peritoneal)       6. Laryngeal carcinoma  
An  increased  incidence  of  asbestos-related  cancers  is  noted  in  family  members  of  asbestos 
workers. 
Asbestosis  signifies  diffuse  pulmonary  interstitial  fibrosis  &  characteristically  shows  the 
presence  of  asbestos bodies,  which are  seen  as  golden  brown,  beaded rods. They  consist  of 
asbestos  fibers  coated  with an  iron-protein  material  (Fig. 2-15).  In  contrast  to  coal  workers 
pneumoconiosis and silicosis, asbestosis begins in the lower lobes and subpleural regions, but 


background image

 

11

the  entire  lungs  become  affected  as  fibrosis  progresses.  Simultaneously,  the  visceral  pleura 
undergoes fibrous thickening. 
Pleural  plaques  are  the  most  common  manifestation  of  asbestos  exposure  and  are  well-
circumscribed patches of dense  collagen that develop most frequently on the parietal pleura 
and over the domes of the diaphragm. 
The risk of bronchogenic carcinoma is  increased about five times for asbestos workers. The 
risk  for  mesotheliomas,  normally  a  very  rare  tumor,  is  more  than  1000  times  greater.  Both 
pleural  and  peritoneal  mesotheliomas  have  an  association  with  asbestos  exposure. 
Concomitant cigarette smoking greatly increases the risk of bronchogenic carcinoma but not 
that of mesothelioma. The carcinoma & mesothelioma associated with asbestos exposure have 
a particularly poor prognosis. 
 
Drug and Radiation-Induced Pulmonary Diseases 
Drugs  can  cause  both  acute  and  chronic  changes  in  the  lungs.  For  example,  bleomycin  (an 
anticancer  agent)  &  amiodarone  (an  anti-arrhythmic  agent)  causes  pneumonitis  and 
interstitial  fibrosis.  Radiation  pneumonitis  is  a  well-known  complication  of  therapeutic 
radiation
 of pulmonary and other thoracic tumors. 
 
Granulomatous Diseases 
Sarcoidosis
  is  a  systemic  granulomatous  disease  of  unknown  etiology  characterized  by 
noncaseating  granulomas  in  many  tissues  and  organs

.  Other  diseases,  including 

mycobacterial  or  fungal  infections  and  berylliosis,  sometimes  also  produce  noncaseating 
granulomas;  therefore,  the  histologic  diagnosis  of  sarcoidosis  is  one  of  exclusion.  Bilateral 
hilar lymphadenopathy &/or lung involvement is the major presenting manifestations in most 
cases.  Eye  and  skin  involvement  are  also  frequent  and  may  occasionally  be  the  presenting 
feature of the disease. 
Sarcoidosis occurs throughout the world, affecting both sexes and all races and ages. There is 
a  predilection  for  adults  younger  than  40  years  of  age.  Sarcoidosis  is  one  of  the  few 
pulmonary  diseases  with  a  higher  prevalence  among  nonsmokers.  Although  the  etiology  of 
sarcoidosis  remains  unknown,  it  is  probably  a  disease  of  disordered  immune  regulation  in 
genetically predisposed individuals exposed to certain environmental agents.  
Pathologic features 

•  Noncaseating epithelioid granulomas are the histopathologic marker of sarcoidosis (Fig. 

2-16). A thin layer of fibroblasts  is present peripheral to the  granuloma; over time, these 
proliferate and lay down collagen that replaces the entire granuloma with a hyalinized scar.  

•  Two  other  microscopic  features  are  sometimes  seen  in  the  granulomas:  1.  Schaumann 

bodies, laminated concretions composed of calcium and proteins; and 2Asteroid bodies, 
stellate  inclusions  enclosed  within  giant  cells.  They  are  neither  specific  nor  required  to 
make the diagnosis. Caseation necrosis (typical of tuberculosis) is absent. 

•  The  lungs  are  involved  in  90%  of  patients.  The  granulomas  predominantly  involve  the 

interstitium rather than airspaces. In up to 15% of patients, the granulomas are eventually 
replaced by diffuse interstitial fibrosis resulting in a honeycomb lung. (Fig. 2-13 B

•  Intrathoracic  hilar  and  paratracheal  lymph  nodes  are  enlarged  in  the  majority  of  patients. 

Unlike in tuberculosis, lymph nodes in sarcoidosis are "nonmatted" (nonadherent) and do 
not ulcerate. 

Course & prognosisin about two-thirds of symptomatic cases there is a gradual appearance 
of  dyspnea  with  or  without  fever,  fatigue,  weight  loss,  etc.  Because  of  the  variable  and 
nondiagnostic  clinical  features,  frequently  lung  or  lymph  node  biopsy  is  performed.  The 
presence  of  noncaseating  granulomas  is  suggestive  of  sarcoidosis,  but  other  identifiable 
causes  of  granulomatous  inflammation  must  be  excluded.  Sarcoidosis  follows  an 
unpredictable  course.  Overall,  70%  of  affected  individuals  recover  with  minimal  or  no 


background image

 

12

residual  manifestations;  20%  develop permanent  lung dysfunction  or visual  impairment.  Of 
the remaining 10%, most die of progressive pulmonary fibrosis and cor pulmonale. 
Other granulomatous lung diseases including infectious e.g. TB, fungal, etc. will be covered 
below. 
Pulmonary Eosinophilia 
A  number  of  pulmonary  entities  are  characterized  by  an  infiltration  and  activation  of 
eosinophils. These diverse diseases are generally of immunologic origin, but are incompletely 
understood. Pulmonary eosinophilia is divided into the following categories: 
1. Acute eosinophilic pneumonia 2. Simple pulmonary eosinophilia (Löffler syndrome),  
3.  Tropical  eosinophilia  4.  Secondary  eosinophilia,  5.  Idiopathic  chronic  eosinophilic 
pneumonia  
Smoking-Related Interstitial Lung Diseases 
Smoking  is  a  definite  cause  of  COPD  (emphysema  and  chronic  bronchitis).  However, 
smoking is also associated with restrictive interstitial lung diseases. Desquamative interstitial 
pneumonia  (DIP)

  and  respiratory  bronchiolitis  are  the  two  related  examples.  The  most 

striking  histologic  feature  of  DIP  is  the  accumulation  of  large  numbers  of  macrophages 
containing  dusty  brown  pigment  (smoker's  macrophages)  in  the  airspaces  (Fig.  2-17).  The 
alveolar septa are thickened by a sparse lymphocytic infiltration, and interstitial fibrosis, when 
present, is mild. Patients with DIP typically have a good prognosis with excellent response to 
steroid  therapy  and  smoking  cessation.  Respiratory  bronchiolitis  is  a  common  histologic 
lesion  found  in  smokers,  characterized  by  the  presence  of  pigmented  intraluminal 
macrophages similar to DIP, but within respiratory bronchioles. Mild peribronchiolar fibrosis 
is also seen. As with DIP, individuals present with gradual onset of dyspnea and dry cough, 
and the symptoms recede with cessation of smoking. 
 
DISEASES OF VASCULAR ORIGIN 
Pulmonary Embolism, Hemorrhage, and Infarction 
More than 95% of all pulmonary emboli arise from thrombi within the large deep veins of the 
lower legs, typically the popliteal and larger veins above it. Autopsy data on the incidence of 
pulmonary  emboli  vary  widely,  ranging  from  1%  in  the  general  hospitalized  population,  to 
30%  in  individuals  dying  after  severe  burns,  trauma,  or  fractures.  The  influences  that 
predispose  to venous  thrombosis  in  the  legs  were  discussed  in  the  chapter  of  hemodymanic 
disturbances. 

 

The consequences of thromboembolism in the lung depend largely on  
1. The size of the embolus, which defines the size of the occluded pulmonary artery 
2. The cardiopulmonary status  
There are two important consequences of embolic pulmonary arterial occlusion:  
A. An increase in pulmonary artery pressure primarily from blockage of flow.  
B. Ischemia of the down-stream pulmonary parenchyma.  
Thus, occlusion of a major vessel results in a  sudden increase in pulmonary  artery pressure, 
diminished  cardiac  output,  right-sided  heart  failure  (acute  cor pulmonale), or  even  death. If 
smaller  vessels

  are  occluded,  the  result  is  less  catastrophic,  and  the  event  may  even  be 

clinically  silent.  The  lung  is  oxygenated  not  only  by  the  pulmonary  arteries  but  also  by 
bronchial arteries and  directly  from  air  in  the  alveoli.  If  the bronchial  circulation  is  normal 
and  adequate  ventilation  is  maintained,  the  resultant  decrease  in  blood  flow  does  not  cause 
infarction.  Indeed,  infarction  resulting  from  pulmonary  thromboembolism  is  the  exception 
rather than the rule,

 occurring in as few as 10% of cases. It occurs only if there impairment of 

cardiac function or bronchial circulation, or if the region of the lung at risk is underventilated 
as a result of underlying pulmonary disease. 
Pulmonary Hypertension 
Pulmonary blood pressures are only about 1/8 of systemic pressure. Pulmonary hypertension 
(pressures reach 1/4 or more of systemic levels) is most often secondary to a decrease in the 


background image

 

13

cross-sectional area of the pulmonary vascular bed, or to increased pulmonary vascular blood 
flow. The causes of pulmonary hypertension include: 
1. Chronic obstructive or interstitial lung disease, due to destruction of lung parenchyma and 
consequent reduction in alveolar capillaries. 
2. Recurrent  pulmonary  emboli 

leading to a reduction  in the  functional cross-sectional area 

of the pulmonary vascular bed 
3. Antecedent heart disease e.g., mitral stenosis, which increases left atrial pressure, leading 
to  higher  pulmonary  venous  pressures,  and  ultimately  pulmonary  arterial  hypertension. 
Congenital left-to-right shunts are another cause of secondary pulmonary hypertension.  
4. Primary (idiopathic) pulmonary hypertension an uncommon cause.  
Pathologic features 
Vascular alterations in all forms of pulmonary hypertension (primary and secondary) involve 
the entire arterial tree and include: (Fig. 2-18
1. Large elastic arteries show atheromas  
2. Medium-sized muscular arteries show proliferation of smooth muscle cells in the intima & 
media, causing thickening of the wall with luminal narrowing  
3.  In  smaller  arteries  and  arterioles  there  is  medial  hypertrophy,  and  reduplication  of  the 
internal  and  external  elastic  membranes.  Individuals  with  severe,  long-standing  primary 
pulmonary  hypertension  may  develop  plexogenic  pulmonary  arteriopathy  i.e.  a  tuft  of 
capillary formations producing a network that occupy the lumens of dilated thin-walled, small 
arteries. 
Course & prognosis 
Secondary  pulmonary  hypertension  may  develop  (depending  on  the  cause)  at  any  age. 
Primary pulmonary  hypertension, on the other hand, is almost always encountered in  young 
persons,  more  commonly  women.  These  persons  eventually  develop  severe  respiratory 
insufficiency  and  cyanosis,  and  death  usually  results  from  right-sided  heart  failure  (cor 
pulmonale) within 2 to 5 years of the diagnosis. Without lung transplantation the prognosis is 
very poor. 
 
Diffuse Alveolar Hemorrhage Syndromes 
This may be secondary, complicating for e.g. necrotizing bacterial pneumonia, passive venous 
congestion,  bleeding  diathesis).  The  primary  form  is  represented  by  a  group  of  "primary" 
immune-mediated  diseases  that  present  as  hemoptysis,  anemia,  and  radiographic  diffuse 
pulmonary  infiltrates. Goodpasture syndrome is the classical member. It is characterized by 
rapidly  progressive,  glomerulonephritis  and  hemorrhagic  interstitial  pneumonitis.  Both  the 
renal  and  the  pulmonary  lesions  are  caused  by  antibodies  targeted  against  collagen  IV 
(basement  membrane).  The  characteristic  linear  pattern  of  immunoglobulin  deposition 
(usually IgG) is diagnostic in renal biopsy specimens & is also seen along the alveolar septa. 
These antibodies can be detected in the serum of the patients. The lungs are heavy, with areas 
of red-brown consolidation. 
Idiopathic Pulmonary  Hemosiderosis

 

is  a disease  of uncertain  etiology  that  has  pulmonary 

manifestations  and  histology  similar  to  those  of  Goodpasture  syndrome,  but  there  is  no 
associated renal disease or circulating anti-basement membrane antibody. 
Pulmonary Angiitis and Granulomatosis (Wegener Granulomatosis; WG):the majority of 
WG patients develop upper respiratory or pulmonary manifestations the result of necrotizing 
vasculitis ("angiitis") and parenchymal necrotizing granulomatous inflammation.  
 
PULMONARY INFECTIONS 
Pneumonias  are  common  cause  of  death.  Defects  in  natural  immunity  and  humoral 
immunodeficiency  lead  to  an  increased  incidence  of  infections  with  pyogenic  bacteria 
whereas cell-mediated immune defects lead to increased infections with intracellular microbes 
(as  mycobacteria  and  herpes  viruses)  as  well as  with microorganisms  of  very  low  virulence 


background image

 

14

(as  Pneumocystis  jiroveci).  Cigarette  smoke  impairs  mucociliary  clearance  and  pulmonary 
macrophage activity, while alcohol impairs cough and epiglottic reflexes, thereby  increasing 
the  risk  of  aspiration,  and  also  interferes  with  neutrophil  mobilization  and  chemotaxis. 
Pneumonia  may  be  acute or  as  chronic  disease.  The histologic  spectrum of pneumonia  may 
vary  from  a  fibrinopurulent  alveolar  exudate  seen  in  acute  bacterial  pneumonias,  to 
mononuclear interstitial infiltrates in viral and other atypical pneumonias, to granulomas and 
cavitation seen in many of the chronic pneumonias (e.g. tuberculous).  
Acute bacterial pneumonias can present as one of two anatomic (and radiographic) patterns: 
(Fig. 2-19
1. Bronchopneumonia showing a patchy distribution of inflammation that generally involves 
more than one lobe. The initial infection is of the bronchi and bronchioles with extension into 
the adjacent alveoli.  
2. Lobar pneumonia, which is by contrast, affecting the contiguous airspaces of part or all of 
a lobe; these are homogeneously filled with an exudate that can be visualized on radiographs 
as a  lobar or segmental consolidation (Fig. 2-20). Streptococcus pneumoniae is responsible 
for more than 90% of lobar pneumonias. The anatomic distinction between lobar pneumonia 
and  bronchopneumonia  is  often  become  blurred  because  (a)  many  organisms  can  produce 
either of the two patterns of distribution and (b) confluent bronchopneumonia can be hard to 
distinguish radiologically from lobar pneumonia.  
Classifying  pneumonias  by  the  setting  in  which  they  arise  considerably  narrows  the  list  of 
suspected pathogens and hence help choosing the suitable empirical antibiotic for treatment. 
Pneumonia  can  arise  in  seven  distinct  clinical  settings  ("pneumonia  syndromes"),  and  the 
causative pathogens are reasonably specific to each category. 
1.  Community-Acquired  Acute  Pneumonias  are  mostly  bacterial  in  origin.  Frequently  it 
follows a  viral upper respiratory tract  infection.  There  is usually abrupt high  fever, pleuritic 
chest  pain,  and  a  productive  mucopurulent  cough  and  occasionally  hemoptysis.  S. 
pneumoniae

  (pneumococcus)  is  the  most  common  cause.  Streptococcus  (Pneumococcal) 

pneumoniae occur with increased frequency in those with underlying chronic diseases (CHF, 
COPD, or diabetes), humoral immunodefincies & impaired splenic function (e.g., sickle cell 
disease or splenectomy).  
Either  lobar  or  bronchopneumonia,  may  occur;  the  latter  is  much  more  prevalent  at  the 
extremes  of  age.  Because  pneumococcal  lung  infections  usually  originate  by  aspiration  of 
pharyngeal flora (20% of adults harbor S. pneumoniae in their throats), the lower lobes or the 
right  middle  lobe  are  most  frequently  involved.  In the  era  before  antibiotics,  pneumococcal 
pneumonia  involved  entire  or  almost  entire  lobes  (lobar  pneumonia)  and  evolved  through 
four stages: congestion, red hepatization, gray hepatization, and resolution (Fig 2-21). Early 
antibiotic therapy alters or stops this typical progression, so if the person dies, the anatomic 
changes  seen  at  autopsy  may  not  match  the  classic  stages.  During  the  first  stage,  that  of 
congestion,  the  affected  lobe(s)  is  (are)  heavy,  red,  and  wet;  histologically,  vascular 
congestion can be seen, with proteinaceous fluid, scattered neutrophils, and many bacteria in 
the alveoli. Within a few days, the stage of red hepatization follows, in which the lung lobe 
has  a  liver-like  consistency;  the  alveolar  spaces  are  packed  with  neutrophils,  red  cells,  and 
fibrin.  In  the  next  stage,  gray  hepatization,  the lung  is  dry,  gray,  and  firm,  because  the  red 
cells  are  lysed,  while  the  fibrinosuppurative  exudate  persists  within  the  alveoli.  Resolution 
follows in uncomplicated cases; the exudates within the alveoli are enzymatically digested to 
produce semifluid debris that is resorbed, ingested by macrophages, coughed up, or organized 
by  fibroblasts.  The  pleural  reaction  (fibrinous  or  fibrinopurulent  pleuritis)  may  similarly 
resolve or undergo organization, leaving fibrous thickening or permanent adhesions. 
In  the  bronchopneumonia  (Fig. 2-22),  gray-red  to  yellow patches  of  consolidation,  up  to 4 
cm in diameter are distributed throughout one or several lobes, most frequently bilateral and 
basal.  Confluence  of  these  foci  may  occur  in  severe  cases,  producing  the  appearance  of  a 
lobar  consolidation.  The  large  intervening  areas  are  generally  normal.  Histologically,  the 


background image

 

15

reaction consists of focal suppurative exudate that fills the bronchi, bronchioles, and adjacent 
alveolar spaces. With appropriate therapy, complete resolution of the inflammation is the rule 
for  both  forms.  Occasionaly  complications  especially  with  serotype  3  pneumococci  may 
occur: 
1. Abscess  

 

 

 

 

 

 

2. Empyema    

 

3 Solid areas of fibrosis complicating organization        
4. Bacteremic dissemination may lead to meningitis, arthritis, or infective endocarditis. 
Examination  of  Gram-stained  sputum  is  an  important  step  in  the  diagnosis  of  acute 
pneumonia.  The  presence  of  numerous  neutrophils  containing  the  typical  gram-positive, 
lancet-shaped  diplococci  is  good  evidence  of  pneumococcal  pneumonia,  however,  S. 
pneumoniae

  is  a  part  of  the  endogenous  flora  and  therefore  false-positive  results  may  be 

obtained. Isolation of pneumococci from blood cultures is more specific.  
Other  organisms  commonly  implicated  in  community-acquired acute pneumonias  include 
Haemophilus influenzae
, which is the most common bacterial cause of acute exacerbation of 
COPD.  Moraxella  catarrhalis,  which  is  the  second  most  common  bacterial  cause  of  acute 
exacerbation of COPD in adults. Staphylococcus aureus is an important cause of secondary 
bacterial pneumonia after viral respiratory illnesses (e.g., measles in children and influenza in 
both children and adults). It is associated with a high incidence of complications, such as lung 
abscess  and  empyema.  Klebsiella pneumoniae  is  the  most  frequent  cause  of  gram-negative 
bacterial pneumonia. It frequently  afflicts debilitated and malnourished persons, particularly 
chronic  alcoholics.

  Thick  and  gelatinous  sputum  is  characteristic,  because  the  organism 

produces  an  abundant  viscid  capsular  polysaccharide,  which  the  individual  may  have 
difficulty  coughing  up.  Pseudomonas  aeruginosa  is  associated  with  infections  in  cystic 
fibrosis  &  in  hospitalized  patients.  It  is  also  common  in  neutropenic  persons,  usually 
secondary to chemotherapy; in victims of extensive burns; and in those requiring mechanical 
ventilation. P. aeruginosa has a propensity to invade blood vessels at the site of infection with 
consequent  extrapulmonary  spread;  Pseudomonas  bacteremia  is  a  fulminant  disease,  with 
death  occurring  within  a  matter  of  days.  Legionella  pneumophila  (the  agent  of  legionnaire 
disease) is common with some predisposing condition such as cardiac, renal, immunologic, or 
hematologic  disease.  Organ  transplant  recipients  are  particularly  susceptible.  Legionella 
pneumonia can be quite severe and immunosuppressed individuals may have a fatality rate of 
30% to 50%.  
 2.  Community-Acquired  Atypical  Pneumonias  denotes  absence  of  physical  findings  of 
consolidation (due to lack of alveolar  exudates), & only moderate elevation of WBC count. 
Mycoplasma  pneumoniae  is  the  most  common  offender.  It  is  particularly  common  among 
children and young adults. Other etiologic agents are viruses (including influenza types A and 
B),  Chlamydia  pneumoniae  and  Coxiella  burnetti  (Q  fever).  Atypical  pneumonias  may  be 
complicated by secondary bacterial infection due to denudation of the respiratory epithelium 
that  inteferes  with  mucociliary  clearance.  Viral  infections  of  the  respiratory  tract  are  well 
known for this complication.  
Pathologic features of atypical pneumonias 
Regardless of cause, the morphologic patterns are similar. The process may be patchy, or it 
may  involve  whole  lobes  bilaterally  or  unilaterally.  Grossly,  there  are    red-blue,  congested 
areas.  Microscopically,  the  inflammatory  reaction  is  largely  confined  within  the  alveolar 
walls, which are widened by edema & mononuclear inflammatory  infiltrate of lymphocytes, 
histiocytes,  and,  occasionally,  plasma  cells.  In  contrast  to  bacterial  pneumonias,  alveolar 
spaces  are  free  of  cellular  exudates 

(Fig.  2-23).  In  severe  cases  ARDS  may  develop. 

Identifying  the  causative  agent  can  be  difficult.  Tests  for  Mycoplasma  antigens  and 
polymerase  chain  reaction  (PCR)  testing  for  Mycoplasma  DNA  are  available.  Patients  with 
community-acquired pneumonia for which a bacterial agent seems unlikely are treated with a 


background image

 

16

macrolide antibiotic effective against Mycoplasma and Chlamydia pneumoniae, because these 
are the most common treatable pathogens. 
Influenza Infections 
The influenza virus is RNA virus, bound by a nucleoprotein that determines the virus type (A, 
B,  or  C).  The  spherical  surface  of  the  virus  is  a  lipid  bilayer  containing  the  viral 
hemagglutinin  and  neuraminidase,  which  determine  the  subtype  (e.g.,  H1N1,  H3N2,  etc.). 
Host antibodies to the hemagglutinin and neuraminidase prevent and ameliorate, respectively, 
future infection with the influenza virus. The type A viruses are the major cause of pandemic 
and  epidemic  influenza  infections.  Epidemics  of  influenza  occur  through  mutations  of  the 
hemagglutinin and neuraminidase antigens that allow the virus to escape most host antibodies 
(antigenic drift).

 Pandemics, which last longer and are more widespread than epidemics, may 

occur when both the hemagglutinin and neuraminidase are replaced through recombination of 
RNA  segments  with  those  of  animal  viruses,  making  all  animals  susceptible  to  the  new 
influenza  virus  (antigenic  shift).  Commercially  available  influenza  vaccines  provide 
reasonable  protection  against  the  disease,  especially  in  vulnerable  infants  and  elderly 
individuals.  A particular  subtype of  avian  influenza  ("bird  flu,"  H5N1)  has  caused  massive 
outbreaks in domesticated poultry in parts of Southeast Asia in the last few years; this strain is 
particularly  dangerous,  since  it  has  the  potential to  "jump"  to  humans and  thereby  cause  an 
unprecedented, worldwide influenza pandemic. 
The  2009  outbreak  of  influenza  A  virus  subtype  H1N1  is  an  epidemic  of  a  new  strain  of 
influenza virus identified in April 2009, commonly referred to as "Swine flu." It is thought to 
be  a  mutation  of  four  known  strains  of  influenza  A  virus  subtype  H1N1:  one  endemic  in 
humans, one endemic in birds, and two endemic in pigs (swine). The signs of infection with 
swine  flu  are  similar  to  influenza

.  People  at  higher  risk  of  serious  complications  include 

people age 65 years and older, children younger than 5 years old, pregnant women, people of 
any  age  with  chronic  medical  conditions  (such  as  asthma,  diabetes,  or  heart  disease),  and 
people  who  are  immunosuppressed.

 

Transmission  is  through

 

Sneezes  or  coughs,  and 

contaminated  objects  (touching  something  with  flu  viruses  on  it  and  then  touching  your 
mouth or nose). Influenza viruses are not known to be transmissible to people through eating 
processed pork or other food products derived from pigs." 
 
Severe Acute Respiratory Syndrome (SARS) 
This  first  appeared  in  the  end  of  2002  in  China,  and  subsequently  spread  to  several 
neighboring  countries  (Hong  Kong,  Taiwan  etc,),  where  large  outbreaks  also  occurred. 
Between 2002 and 2003, when the outbreak ended, over 8,000 cases and about 750 deaths had 
been  ascribed  to SARS.  The cause  is  a  previously undiscovered  coronavirus  (SARS-CoV), 
which  has  the  ability  to  infect  the  lower  respiratory  tract  and  induce  viremia.  The  lungs  of 
patients dying of SARS, usually shows ARDS changes with multinucleated giant cells.  
 
3. Nosocomial  Pneumonia (hospital-acquired
) defined as  "pulmonary infections acquired 
in  the  course  of  a  hospital  stay
".  They  are  common  in  hospitalized  persons  with  severe 
illness, immune suppression, or prolonged antibiotic therapy. Those on mechanical ventilation 
are  also  susceptible;  infections  acquired  in  this  setting  are  designated  ventilator-associated 
pneumonia
.
 Gram-negative rods and S. aureus are the most common offenders. 
 
4.  Aspiration  Pneumonia  
occurs  in  markedly  debilitated  patients  or  those  who  aspirate 
gastric  contents  either  while  unconscious  (e.g.,  after  a  stroke)  or  during  repeated  vomiting. 
The resultant pneumonia is partly chemical, resulting from the extremely irritating effects of 
the  gastric  acid,  and  partly  bacterial.  Recent  studies  implicate  aerobes  (S.  pneumoniae,  S. 
aureus,  H.  influenzae, and  Pseudomonas aeruginosa

) more commonly than  anaerobes (such 

as Bacteroides). This type of pneumonia is often necrotizing with a fulminant clinical course. 
In those who survive, abscess formation is a common complication. 


background image

 

17

 
5. Necrotizing pneumonia & Lung Abscess  
Lung  Abscess  
refers  to  "a  localized  area  of  suppurative  necrosis  within  the  pulmonary 
parenchyma,  resulting  in  the  formation  of  one  or  more  large  cavities

".  Necrotizing 

pneumonia  often  coexists  or  evolves  into  lung  abscess,  making  the  distinction  between  the 
two somewhat subjective. The causative organism may be introduced into the lung by any of 
the following mechanisms: 
a.

 Aspiration of infective material from carious teeth or infected sinuses or tonsils, as during 

oral  surgery,  anesthesia,  coma,  or  alcoholic  intoxication  and  in  debilitated  patients  with 
depressed cough reflexes.  
b.  Aspiration  of  gastric  contents,

  usually  accompanied  by  infectious  organisms  from  the 

oropharynx.  
c.  As  a  complication  of  necrotizing  bacterial  pneumonias,

  particularly  those  caused  by  S. 

aureus, Streptococcus pyogenes, K. pneumoniae, Pseudomonas

 spp. etc. 

d. Mycotic infections and bronchiectasis 
e. Bronchial obstruction,

 particularly with bronchogenic carcinoma. 

f. within a necrotic portion of a tumor 
g. Septic  embolism,

  from  septic  thrombophlebitis  or  from  infective  endocarditis of  the  right 

side of the heart. 
h.  hematogenous  spread  of  bacteria 

in  disseminated  pyogenic  infection  as  with 

staphylococcal bacteremia.  
Anaerobic bacteria are present in almost all lung

 abscesses, sometimes in vast numbers, and 

they are the exclusive isolates in one-third to two-thirds of cases.  
Pathological Features 

•  Abscesses vary in diameter from very small lesions to large cavities of 5 cm or more.  
•  The  localization  and  number  depend  on  the  mode  of  development.  Pulmonary  abscesses 

resulting from aspiration are much more common on the right side (more vertical airways), 
and  are  mostly  single  (Fig  2-24).  In  this  location,  they  tend  to  occur  in  the  posterior 
segment  of  the  upper  lobe  and  in  the  apical  segments  of  the  lower  lobe.  Abscesses  that 
develop in the  course of pneumonia or bronchiectasis are commonly multiple, basal, and 
diffusely  scattered.  Septic  emboli  and  abscesses  arising  from  hematogenous  seeding  are 
commonly multiple and may affect any region of the lungs.  

•  As the focus of suppuration enlarges, it usually ruptures into airways. Thus, the contained 

exudate may be partially drained, producing an air-fluid level on radiographic examination. 

Microscopic features 

•  There is suppurative liquefactive necrosis (Fig. 2-24 
•  Depending on the chronicity, the  above may be  surrounded by  variably thickened fibrous 

tissue  and  mononuclear  infiltration  by  variable  amounts  of  (lymphocytes,  plasma  cells, 
macrophages). 

Complications  
1.  Rupture  into  the  pleural  cavity

  producing  bronchopleural  fistulas,  the  consequence  of 

which is pneumothorax or empyema.  
2. Embolization

 of septic material to the brain, gives rise to meningitis or brain abscess. 

3. Secondary amyloidosis

 may develop in chronic cases 

Course & prognosis 
The manifestations of a lung abscess are similar to those of bronchiectasis (productive cough 
of  copious,  foul  sputum).  Abscesses  occur  in  up  to15%  of  persons  with  bronchogenic 
carcinoma; thus, when a  lung abscess is suspected in an older person, underlying carcinoma 
must be considered. Overall, the mortality rate is in the range of 10%. 
 
6. Chronic Pneumonia
 is mostly a localized lesion in an immunocompetent person, with or 
without regional  lymph  node involvement. There  is typically granulomatous inflammation


background image

 

18

which may be due to bacteria (e.g., M. tuberculosis) or fungi. In the  immunocompromised, 
there  is  usually  systemic  dissemination  of  the  causative  organism,  accompanied  by 
widespread disease 
Tuberculosis 
Tuberculosis is by far the most important of the chronic penumonia; it causes 6% of all deaths 
worldwide.  Tuberculosis  is  "a  communicable  chronic  granulomatous  disease  caused  by 
Mycobacterium  tuberculosis
".
  It  usually  involves  the  lungs  but  may  affect  any  organ  or 
tissue.  Tuberculosis  thrives  wherever  there  is  poverty,  crowding,  and  chronic  debilitating 
illness; elderly, with their weakened defenses, are also susceptible. Certain disease states also 
increase the risk
:  
1. Diabetes mellitus

  

2. Hodgkin lymphoma 

  

3. Chronic lung disease

 (particularly silicosis)  

4. Chronic renal failure  
5. Malnutrition & Alcoholism  
6. Immunosuppression including HIV infection

.  

Most of these predisposing conditions are related to impairment of T cell-mediated immunity 
against the Mycobacteria. The latter are slender rods that are acid fast, thus stained positively 
with  ZN  stain.  M.  tuberculosis  hominis  is  responsible  for  most  cases  of  tuberculosis. 
Oropharyngeal  and  intestinal  tuberculosis  contracted  by  drinking  milk  contaminated  with 
Mycobacterium bovis is now rare in developed nations. Other mycobacteria, particularly M. 
avium-intracellulare
,
  are  much  less  virulent  than  M.  tuberculosis  and  rarely  cause  disease. 
However, it complicates up to 30% of patients with AIDS. 
Pathogenesis 
Primary TB  

•  In  the  previously  unexposed  immunocompetent  individual,  the  source  of  the  organism  is 

exogenous; this leads to the development of cell mediated immunity; primarily mediated by 
T

H

1 cells primarily mediated by T

H

1 cells, which stimulate macrophages to kill bacteria but 

this  is  associated  simultaneously  with  the  development  of  destructive  tissue 
hypersensitivity in the form of caseation necrosis.  

•  The  virulent  organisms  once  inside  macrophages  impair  effective  phagolysosomal 

digestion, which in turn leads to unrestricted mycobacterial proliferation. Thus, the earliest 
phase  of  primary  tuberculosis  is  characterized  by  bacillary  proliferation  within  alveolar 
macrophages,  with  resulting  bacteremia  and  seeding  of  multiple  sites.  Nevertheless,  most 
persons at this stage are asymptomatic; only about 5% of the infected develop significant 
disease.
  

•  The  activated  macrophages  release  a  variety  of  mediators  including  secretion  of  TNF, 

which  is  responsible  for  recruitment  of  monocytes,  which  in  turn  undergo  activation  and 
differentiation  into  the  "epithelioid  histiocytes"  that  characterize  the  granulomatous 
response.  

•  About 3 weeks are needed for the development of the hypersensitivity reaction. 
Pathological features
 of primary TB  

•  The inhaled bacilli are embedded in the distal airspaces of the lower part of the upper lobe 

or the upper part of the lower lobe, usually close to the pleura.  

•  As  sensitization  develops,  a  bout1  cm  area  of  gray-white  inflammatory  consolidation 

develops (the Ghon focus). The center of this focus undergoes caseous necrosis.  

•  Tubercle  bacilli,  either  free  or  within  phagocytes,  drain  to  the  regional  nodes,  which  also 

often  caseate.  This combination of  Ghon  focus and  nodal  involvement  is  referred to as 
the Ghon complex
 (Fig. 2-25).  

•  During  the  first  few  weeks,  there  is  also  lymphatic  and  hematogenous  dissemination  to 

other parts of the body.  


background image

 

19

•  In  approximately  95%  of  cases,  development  of  cell-mediated  immunity  controls  the 

infection.  Hence,  the  Ghon  complex  undergoes  progressive  fibrosis,  often  followed  by 
radiologically  detectable  calcification,  and,  despite  seeding  of  other  organs,  no  lesions 
develop. 

•  Microscopically, there is the characteristic granulomatous inflammatory reaction that forms 

both caseating and noncaseating tubercles. Individual tubercles are microscopic; it is only 
when  multiple  granulomas  coalesce  that  they  become  macroscopically  visible.  The 
granulomas are usually enclosed within a fibroblastic rim with lymphocytes. Multinucleate 
giant cells are present in the granulomas. (Fig. 2-26

The chief potential harmful outcomes of primary tuberculosis are  
1.  Induction  of  destructive  tissue  hypersensitivity,  which  is  more  damaging  on  subsequent 
infection (secondary TB)  
2. Healed foci of scarring may harbor viable bacilli for years, and thus be a potential nidus for 
reactivation when host defenses are compromised 
3.  The  disease  progresses  relentlessly  into  progressive  primary  tuberculosis  (uncommon). 
This  occurs  in  immunocompromised  individuals  e.g.  AIDS  patients  or  in  those  with 
nonspecific 

impairment 

of 

host 

defenses 

(malnourished 

children 

or 

elderly). 

Immunosuppression results in the absence of a tissue hypersensitivity reaction and thus there 
are no granulomas but only sheets of foamy histiocytes packed with the bacilli   (nonreactive 
tuberculosis
)
.  Progressive  primary  tuberculosis  often  resembles  acute  bacterial  pneumonia, 
with  lower  and  middle  lobe  consolidation,  hilar  lymphadenopathy,  and  pleural  effusion; 
cavitation  is  rare.  Lympho-hematogenous  dissemination  may  result  in  the  development  of 
tuberculous meningitis and miliary tuberculosis. 
Secondary Tuberculosis (Postprimary) (Reactivation Tuberculosis)

  

Secondary tuberculosis is the pattern of disease that arises in a previously sensitized host. 
Pathogenesis  

•  Reactivation of the dormant primary infection (as in nonendemic, low-prevalence areas) or 

re-exposure  to  the  bacilli  in  a  previously  sensitized  host  (as  in  endemic  areas)  results  in 
rapid  recruitment  of  defensive  reactions  but  also  tissue  necrosis  (caseation).  This  occurs 
when the protection (immunity) offered by the primary infection is weakened. 

•  Whatever  the  source,  only  less  than  5%  with  primary  disease  subsequently  develop 

secondary tuberculosis.  

•  Secondary  pulmonary  tuberculosis  is  classically  localized  to  the  apex  of  one  or  both 

upper lobes. This may relate to high oxygen tension in the apices.  

•  Because of the preexistence of hypersensitivity, the bacilli excite a marked tissue response 

that tends to wall off the  focus. As a result of this localization, the regional  lymph  nodes 
involvement is less prominently than they are in primary tuberculosis.  

•  Cavitation  occurs  readily  in  the  secondary  form,  &  is  almost  inevitable  in  neglected 

cases.  As  a  result  erosion  of  airways  occurs;  this  converts  the  patient  into  a  source  of 
infection to others; he now raises sputum containing bacilli.  

Gross features of secondary TB 

•  The initial lesion is usually a small focus of consolidation, less than 2 cm in diameter, near 

the apical pleura. Such foci are sharply circumscribed, firm, and gray-white to yellow areas 
that have a variable amount of central caseation and peripheral fibrosis. This, if neglected 
progresses to cavitations.  

Microscopic features 

•  The  active  lesions  show  characteristic  coalescent  tubercles  with  central  caseation.  TB 

bacilli can be demonstrated by specific staining methods. (Fig. 2-27)  

Progression of secondary TB 
In  favorable  cases,  the  initial  localized  apical  parenchymal  damage  undergoes  progressive 
healing  by  fibrosis  &  eventually  represented  by  fibrocalcific  scars.  This  happy  outcome 


background image

 

20

occurs  either  spontaneously  or  after  therapy.  Alternatively,  the  disease  may  progress  and 
extend along several different pathways:  
A. Progressive pulmonary tuberculosis: the apical lesion enlarges with expansion of the area 
of  caseation.  Erosion  into  a  bronchus  evacuates  the  caseous  center,  creating  a  ragged, 
irregular cavity lined by caseous material (Fig. 2-28); whereas erosion of blood vessels results 
in hemoptysis. The pleural cavity is always involved and serous pleural effusions, tuberculous 
empyema, or fibrous obliteration may develop. 
B.  Miliary  pulmonary  disease  occurs  when  organisms  drain  through  lymphatics  into  the 
lymphatic ducts, which empty into the venous return to the right side of the heart and thence 
into the pulmonary arteries. Individual lesions are either microscopic or small (2-mm) foci of 
yellow-white;  these  scatter  diffusely  through  the  lungs  (miliary  is  derived  from  the 
resemblance  of  these  foci  to  millet  seeds

).  (Fig.  2-29)  Miliary  lesions  may  expand  and 

coalesce to yield almost total consolidation of large regions or even whole lobes of the lung.  
C.  Endobronchial,  endotracheal,  and  laryngeal  tuberculosis  may  develop  when  infective 
material is spread either through lymphatic channels or from expectorated infectious material. 
The mucosal lining may be studded with minute granulomatous lesions. 
D.  Systemic  miliary  tuberculosis  occurs  when  infective  foci  in  the  lungs  invade  the 
pulmonary  venous  return  to  the  heart;  the  organisms  subsequently  disseminate  through  the 
systemic arterial system. Almost every organ in the body may be seeded. The appearances are 
similar to miliary pulmonary disease. Miliary tuberculosis is most prominent in the liver, bone 
marrow, spleen (Fig. 2-30), adrenals, meninges, kidneys, fallopian tubes, and epididymis. 
E.  Isolated-organ  tuberculosis  may  appear  in  any  one  of  the  organs  or  tissues  seeded 
hematogenously  and  may  be  the  presenting  manifestation  of  tuberculosis.  Organs  typically 
involved include the meninges (tuberculous meningitis), kidneys (renal tuberculosis), adrenals 
(formerly  an  important  cause  of  Addison  disease),  bones  (tuberculous  osteomyelitis),  and 
fallopian  tubes  (tuberculous  salpingitis).  When  the  vertebrae  are  affected,  the  disease  is 
referred to as Pott disease. Paraspinal "cold" abscesses in persons with this disorder may track 
along the tissue planes to present as an abdominal or pelvic mass. 
F.  Tuberculous  Lymphadenitis  is  the  most  frequent  form  of  extrapulmonary  tuberculosis, 
usually  occurring  in  the  cervical  region  ("scrofula").  It  tends  to  be  unifocal,  and  most 
individuals do not have evidence of ongoing extranodal disease. 
H. Intestinal tuberculosis was fairly  common as  a primary focus of tuberculosis contracted 
by the drinking of contaminated milk. In developed countries today, intestinal tuberculosis is 
more often  a  complication  of  protracted  advanced  secondary  tuberculosis,  secondary  to  the 
swallowing of coughed-up infective material. Typically, the organisms are trapped in mucosal 
lymphoid  aggregates  of  the  small  and  large  bowel,  which  then  undergo  inflammatory 
enlargement with ulceration of the overlying mucosa, particularly in the ileum.  
The  diagnosis  of  pulmonary  disease  is  based  in  part  on  the  history  and  on  physical  and 
radiographic  findings  of  consolidation  or  cavitation  in  the  apices  of  the  lungs.  However, 
tubercle bacilli must be identified to establish the diagnosis

The  most  common  method  for  diagnosis of  tuberculosis  remains  demonstration of  acid-fast 
organisms in sputum by special stains e.g. acid-fast stain; most protocols require at least two 
sputum examinations before labeling the case as  sputum negative. Conventional cultures for 
mycobacteria require up to 10 weeks. PCR amplification of M. tuberculosis DNA allows for 
even greater rapidity of diagnosis 
and is currently approved for use. PCR assays can detect as 
few  as  10  organisms  in  clinical  specimens,  compared  with  greater  than  10,000  organisms 
required  for  smear  positivity.  However,  culture  remains  the  gold  standard  because  it also 
allows testing of drug susceptibility.
 
Prognosis  is  generally  favorable  if  infections  are  localized  to  the  lungs,  but  it  worsens 
significantly when the disease occurs in the setting of aged, debilitated, or immunosuppressed 
persons, who are at high risk for developing miliary tuberculosis, and in those with multi-drug 
resistant-TB. Amyloidosis may appear in persistent cases. 


background image

 

21

Nontuberculous  Mycobacterial  Disease  is  mostly  in  the  form  of  chronic  but  clinically 
localized  pulmonary  disease  in  immunocompetent  individuals.  Strains  implicated  most 
frequently include M. avium-intracellulare. Nontuberculous mycobacteriosis may present as 
upper  lobe  cavitary  disease,  mimicking  tuberculosis,  especially  in  individuals  with  a  long-
standing  history of smoking or alcoholism. The presence of concomitant chronic pulmonary 
disease e.g. COPD, is an important risk factor. In immunosuppressed individuals (primarily, 
HIV-positive  patients),  M.  avium-intracellulare  presents  as  disseminated  disease,  associated 
with systemic symptoms. 
Histoplasmosis, Coccidioidomycosis, and Blastomycosis (Fig. 2-   
Fungal  infections  of  the  lung  are  due  mainly  to  Histoplasma  capsulatum,  Coccidioides 
immitis,

  and  Blastomyces  dermatitidis.  Infections  present  either  as  isolated  pulmonary 

involvement  as  in  immunocompetent  individuals,  or  as  disseminated  disease  in 
immunocompromised persons. T cell-mediated immune responses are critical  for containing 
the infection, and therefore, persons with compromised cell-mediated immunity, such as those 
with HIV, are more prone to systemic disease. Clinical manifestations may take the form of 
(1)  acute  (primary)  pulmonary  infection,  (2)  chronic  (cavitary)  pulmonary  disease,  or  (3) 
disseminated  miliary  disease.

  The  primary  pulmonary  nodules,  composed  of  aggregates  of 

macrophages stuffed with organisms, are associated with similar lesions in the regional lymph 
nodes.  These  lesions  develop  into  small  granulomas  complete  with  giant  cells,  and  may 
develop  central  necrosis  and  later  fibrosis  and  calcification.  The  similarity  to  primary 
tuberculosis is striking,

 and differentiation requires identification of the yeast forms (best seen 

with periodic acid-Schiff or silver stains).  
 
7. Pneumonia in the Immunocompromised Host 
The appearance of a pulmonary  infiltrate and signs of infection (e.g., fever) are some of the 
most common and serious complications in immunocompromised persons whose immune and 
defense  systems  are  suppressed  by  disease,  immunosuppression  for  organ  transplants, 
malignancy,  or  irradiation.  A  wide  variety  of  opportunistic  microorganisms,  many  of  which 
rarely cause infection in normal hosts, can cause these pneumonias.  
Examples of pulmonary opportunistic pathogens include  
1. Bacteria (P. aeruginosa, Mycobacterium spp., etc) 
2. Viruses (cytomegalo and herpesvirus viruses) 
3. Fungi (P. jiroveci, Candida spp., Aspergillus spp., and Cryptococcus neoformans).  
Cytomegalovirus Infections  
Cytomegalovirus  (CMV),  a  member  of  the  herpesvirus  family,  may  produce  a  variety  of 
disease manifestations, depending partly on the age of the infected host but even more on the 
host's  immune  status.  In  immunosuppressed  adults,  CMV  pneumonia  is  a  serious  problem. 
Histologically,  affected  cells  (alveolar  macrophages,  epithelial  and  endothelial  cells)  are 
characteristically enlarged, often to a diameter of 40 µm, and they show cellular and nuclear 
polymorphism.  Prominent  intranuclear  basophilic  inclusions  occupying  half  the  nuclear 
diameter are usually separated from the nuclear membrane by a clear halo (Fig. 2-32 A). CMV 
in immunosuppressed individuals occurs most commonly in recipients of organ  & allogeneic 
bone  marrow  transplants

  as  well  as  patients  with  AIDS.  CMV  is  the  most  common 

opportunistic  viral  pathogen  in  AIDS.

  In  all  the  above  settings,  serious,  life-threatening 

disseminated  CMV  infections  occurs;  primarily  pneumonitis,  colitis,  and  retinitis.  The 
pneumonia  is  interstitial  in  type  &  can  progress  to  full-blown  ARDS.  Diagnosis  of  CMV 
infections  is  made  by  demonstration  of  characteristic  morphologic  alterations  in  tissue 
sections, viral culture, rising antiviral antibody titer, and PCR-based detection of CMV DNA. 
Pneumocystis Pneumonia 
P.  jiroveci
  (formerly  P.  carinii),  an  opportunistic  infectious  agent  long  considered  to  be  a 
protozoan,  is  now  believed  to  be  more  closely  related  to  fungi.  Virtually  all  persons  are 
exposed  to  Pneumocystis  during  early  childhood,  but  in  most  the  infection  remains  latent. 


background image

 

22

Reactivation  and  clinical  disease  occurs  almost  exclusively  in  those  who  are 
immunocompromised  (very  commonly  in  AIDS  patients  but  also  in  the  severely 
malnourished infants). Pneumocystis produce an interstitial pneumonitis with a characteristic 
intra-alveolar foamy, pink-staining exudate with H&E stains ("cotton candy" exudate). Silver 
stains  of  tissue  sections  reveal  cup-shaped  cyst  in  the  alveolar  exudates  (Fig.  2-32  B).The 
most  sensitive  and  effective  method  of  diagnosis  is  to  identify  the  organism  in 
bronchoalveolar  lavage  fluids  or  in  a  transbronchial  biopsy  specimen.  Immunofluorescence 
antibody kits and PCR-based assays have also become available for use on clinical specimens.  
Opportunistic Fungal Infection 
1. Candidiasis
 
Candida albicans

 is the most frequent disease-causing fungus. It is a normal inhabitant of the 

oral cavity. Systemic candidiasis (with associated pneumonia) is a disease that is restricted to 
immunocompromised  patients.  In  tissue  sections,  C.  albicans  demonstrates  yeastlike  forms, 
pseudohyphae, and true hyphae. The organisms may be visible with routine hematoxylin and 
eosin stains, but a variety of special "fungal" stains (methenamine-silver, periodic acid-Schiff) 
are  commonly  used  to  highlight  the  pathogens.  (Fig.  2-33)  Candida  pneumonia  usually 
presents radiographically as bilateral nodular infiltrates, resembling Pneumocystis pneumonia. 
2.  Cryptococcosis  is  caused  by  C.  neoformans  &  is  almost  exclusively  presents  as  an 
opportunistic  infection  in  immunocompromised  hosts,  particularly  those  with  AIDS  or 
hematolymphoid malignancies. The fungus, 5- to 10-µm yeast, has a thick, gelatinous capsule, 
which  is  invaluable  for  the  diagnosis  (Fig.  2-34).  The  capsular  antigen  is  the  substrate  for 
latex  agglutination  assay,  which  is  positive  in  more  than  95%  of  patients  infected  with  the 
organism. Human cryptococcosis usually manifests as pulmonary, central nervous system, or 
disseminated disease.
 
3.  The  Opportunistic  Molds:  Mucormycosis
  and  invasive  aspergillosis  are  uncommon 
infections  almost  always  limited  to  immunocompromised  hosts.  The  hyphae  of 
Mucormycosis  are  nonseptate  and  branch  at  right  angles;  in  contrast,  the  hyphae  of 
Aspergillus  species  are  septate  and  branch  at  more  acute  angles  (Fig.  2-35).  Pulmonary 
mucormysosis  can  cause  cavitary  lung  lesions  or  may  present  radiologically  with  diffuse 
"miliary"  involvement.  Invasive  aspergillosis  is  associated  with  necrotizing  pneumonia,  the 
fungus tends to invade blood vessels, and thus systemic dissemination, especially to the brain, 
is often a fatal complication. Allergic pulmonary aspergillosis occurs in patients with asthma 
who  develop  an  exacerbation  of  symptoms  due  to  reaction  to  the  fungus  growing  in  the 
bronchi.  Aspergilloma  ("fungus  ball")  occurs  by  colonization  of  preexisting  pulmonary 
cavities (e.g., ectatic bronchi or lung cysts, post-tuberculous cavitary lesions) by the fungus.  
 
LUNG TUMORS 
Bronchial  carcinomas  constitute  95%  of  primary  lung  tumors;  the  remaining  5%  includes 
bronchial carcinoids, sarcomas, lymphomas, and a few benign lesions.  
Pulmonary  Hamartoma  is  the  most  common  benign  lesion;  it  is  rounded, small  (3-4  cm), 
discrete mass that often displayed as "coin" lesion on chest radiographs. They consist mainly 
of  mature  cartilage  with  a  scattered  of  bronchial  glands  that  are  often  admixed  with  fat, 
fibrous tissue, and blood vessels in varying proportions (Fig. 2-36 
 
Carcinomas 
Carcinoma  of  the  lung  is  the  commonest  cause  of  cancer-related  deaths  in  industrialized 
countries.  The  rate  of  increase  among  males  is  slowing down, but  it  continues  to  accelerate 
among  females;  it  has  overrun  breast  cancer  as  a  cause  of  death  since  1987.  This  is 
undoubtedly  related  to  the  strong  relationship  of  cigarette  smoking  and  lung  cancer.  Most 
patients are in the age group of 50-60 years. The prognosis of lung cancer is very poor: the 5-
year survival rate for all stages combined is about 15%

.  

There are four major histologic types of lung carcinomas  


background image

 

23

1. Squamous cell carcinoma  
2. Adenocarcinoma  
3. Small-cell carcinoma  
4. Large-cell carcinoma.  
Adenocarcinomas  are  the  most  common  primary  tumors  arising  in  women,  in  lifetime 
nonsmokers, and in persons younger than 45 years. For therapeutic purposes, carcinomas of 
the  lung  are  divided  into  two  groups:  small-cell  lung  cancer  (SCLC)  and  non-small-cell 
lung  cancer  (NSCLC).  
The  latter  category  includes  squamous  cell,  adenocarcinomas,  and 
large-cell  carcinomas.  The  reason  for  this  division  is  that  virtually  all  SCLCs  have 
metastasized by the time of diagnosis and hence  are not curable by  surgery. Therefore, they 
are  best  treated  by  chemotherapy,  with  or  without  radiation.  In  contrast,  NSCLCs  usually 
respond  poorly  to  chemotherapy  and  are  better  treated  by  surgery.  In  addition,  these  two 
groups show  genetic  differences.  SCLCs are  characterized  by  a  high  frequency  of  RB  gene 
mutations, while the p16 gene is commonly inactivated in NSCLCs.  
Etiology and Pathogenesis

 

It seems that large areas of the respiratory mucosa have undergone mutation after exposure to 
carcinogens  ("field  effect").  On  this  fertile  soil,  those  cells  that  accumulate  additional 
mutations ultimately develop into cancer.

  

The role of Cigarette smoking is the main agent responsible for the genetic changes that give 
rise  to  lung  cancers.  About  90%  of  lung  cancers  occur  in  active  smokers  (or  those  who 
stopped recently). The increased risk is 60 times greater among habitual heavy smokers (two 
packs a day for 20 years) compared with nonsmokers. Women have a higher susceptibility to 
carcinogens  in  tobacco  than  men.  Although  cessation  of  smoking  decreases  the  risk  of 
developing  lung  cancer  over  time,  genetic  changes  that  predate  lung  cancer  can  persist  for 
many  years  in  the  bronchial  epithelium  of  ex-smokers.  Passive  smoking  (proximity  to 
cigarette smokers) increases the risk to twice that of nonsmokers.

 

There is a linear correlation 

between the intensity of smoking and the appearance of squamous metaplasia that progresses 
to  squamous  dysplasia  and  carcinoma  in  situ,  before  culminating  in  invasive  cancer. 
Squamous and small-cell carcinomas show the strongest association with tobacco exposure

 

The role of occupation-related environmental agents; these may act alone or synergistically 
with smoking  to be pathogenitically  related  to  some  lung  cancers,  for e.g.  radioactive ores
dusts  containing  arsenic,  chromium,  uranium,  nickel,  vinyl  chloride,  and  mustard  gas

Exposure  to  asbestos  increases  the  risk  of  lung  cancer  5  times  in  nonsmokers.  However, 
heavy smoking with asbestos exposure increases the risk to 50 times.

 

 

The role of hereditary (genetic) factors:  not all  persons exposed to tobacco smoke develop 
cancer.  It  seems  that  the  effect  of  carcinogens  is  modulated  by  hereditary  (genetic)  factors. 
Many  procarcinogens  require  metabolic  activation  via  the  P-450  enzyme  system  for 
conversion  into  carcinogens.  Evidences  support  this  scenario  in  that  persons  with  specific 
genetic abnormalities of P-450 genes have an increased capacity to metabolize procarcinogens 
derived from cigarette smoke and thus sustain the greatest risk of developing lung cancer. 

 

The  role  of

 

bronchioalveolar  stem  cells  (BASCs)  in  the  development  of  peripheral 

adenocarcinoma:  the  "cell  of  origin"  for  peripheral  adenocarcinomas  is  the  BASCs. 
Following peripheral lung injury, the multipotent BASCs undergo expansion to replenish the 
normal  cell  types  found  in  this  location,  thereby  facilitating  epithelial  regeneration.  BASCs 
are considered the tumor initiating  cells  i.e. the first to acquire the somatic  K-RAS mutation 
that  enables  their  daughter  cells  to  escape  normal  "checkpoint"  mechanisms  and  result  in 
pulmonary adenocarcinomas.

 

Gross Features 

• 

Carcinomas  of  the  lung  begin  as  small  mucosal  lesions  that  are  usually  firm  and  gray-
white.  Further  enlargement  result  in  either  intraluminal  masses,  or  invasion  of  the 
bronchial  wall  to  form  large  bulky  masses  pushing  into  adjacent  lung  parenchyma. 


background image

 

24

Obstruction of the bronchial lumen often produces distal atelectasis and infection. (Fig. 2-
37
)

 

• 

Some  tumors  tend  to  a  rise  centrally  near  the  hilum  i.e.    in  major  brochi,  these  are 
exemplified  by  squamous  cell  &  small  cell  carcinomas.  Adenocarcinomas  may  occur 
centrally but are usually more peripherally  located, many arising in relation to peripheral 
lung scars ("scar carcinomas").  (Fig. 2-38)

 

• 

Large tumors may undergo cavitation; this is caused by central necrosis (Fig. 2-39

 

• 

These  tumors  may  extend  to  the  pleura,  invade  the  pleural  cavity  and  chest  wall,  and 
spread to adjacent intrathoracic structures. (Fig. 2-38) (Fig. 2-40

 

• 

Metastasis occurs first to peribronchial, hilar and mediastinal lymph nodes 

 

• 

More distant spread can occur via the lymphatics or the hematogenous route.

 

Microscopic features 
Squamous cell carcinomas
 are often preceded for years by squamous metaplasia or dysplasia 
in the bronchial epithelium, which then transforms to carcinoma in situ, a phase that may last 
for  several  years.  These  tumors  range  from  well-differentiated  showing  keratin  pearls  and 
intercellular  bridges  to  poorly  differentiated  neoplasms  having  only  minimal  residual 
squamous cell features. (Fig. 2-41
Adenocarcinomas  assume  a  variety  of  forms,  including  gland  forming  (acinar),  papillary, 
and  solid  types
.

  The  solid  variant  often  requires  demonstration  of  intracellular  mucin 

production by special stains to establish its adenocarcinomatous nature. (Fig. 2-42

 

Bronchioloalveolar  carcinomas  (BACs)  are  a  subtype  of  adenocarcinomas.  They  involve 
peripheral  parts  of  the  lung,  either  as  a  single  nodule  or,  more  often,  as  multiple  diffuse 
nodules that may coalesce to produce pneumonia-like consolidation. The key feature of BACs 
is their growth along preexisting structures and preservation of alveolar architecture

. (Fig. 2-

43)

 

Large-cell carcinomas are undifferentiated malignant epithelial tumors that lack the cytologic 
features  of  glandular  or  squamous  differentiation.  The  cells  have  large  nuclei,  prominent 
nucleoli.  (Fig.  2-44)  Large-cell  carcinomas  probably  represent  undifferentiated  examples  of 
squamous cell or adenocarcinomas at the light microscopic level. Ultrastructurally, however, 
minimal glandular or squamous differentiation is common. 

 

Small-cell  lung  carcinomas  are  composed  of  small  tumor  cells  with  a  round  to  fusiform 
nuclei  with  finely  granular  chromatin,  and  scant  cytoplasm.  Mitotic  figures  are  frequently 
seen (Fig. 2-45). Despite the term of "small," the neoplastic cells are usually twice the size of 
resting  lymphocytes. Necrosis  is  invariably present and may be extensive. These tumors are 
derived  from  neuroendocrine  cells  of  the  lung,  and  hence  they  express  a  variety  of 
neuroendocrine  markers  in  addition  to  many  polypeptide  hormones  that  may  result  in 
paraneoplastic syndromes (see below).

 

Combined  tumors:  a  minority  of  bronchogenic  carcinomas  reveal  more  than  one  line  of 
differentiation,  sometimes  several,  suggesting  that  all  are  derived  from  a  multipotential 
progenitor cell.

 

 
All subtypes of lung cancer show involvement of successive chains of nodes about the carina, 
in  the  mediastinum,  and  in  the  neck  (scalene  nodes)  and  clavicular  regions  and,  sooner  or 
later,  distant  metastases.  Involvement  of  the  left  supraclavicular  node  (Virchow  node)  is 
particularly characteristic and sometimes calls attention to an occult primary tumor. 

 

These cancers, when advanced, often extend into the pericardial or pleural spaces, leading to 
inflammation and effusions. They may compress or infiltrate the superior vena cava to cause 
either  venous  congestion  or  the  full-blown  vena  caval  syndrome.  Apical  neoplasms  may 
invade the brachial or cervical sympathetic plexus to cause severe pain in the distribution of 
the ulnar nerve or to produce Horner syndrome (ipsilateral enophthalmos, ptosis, miosis, and 
anhidrosis).  Such  apical  neoplasms  are  sometimes  called  Pancoast  tumors,  and  the 


background image

 

25

combination  of  clinical  findings  is  known  as  Pancoast  syndrome.  Pancoast  tumor  is  often 
accompanied by destruction of the first and second ribs and sometimes thoracic vertebrae. 
As  with  other  cancers,  tumor-node-metastasis  (TNM)  categories  have  been  established  to 
indicate the size and spread of the primary neoplasm.

 

 
Course & prognosis 
Carcinomas of the lung are silent lesions that more often than not have spread beyond curable 
resection  at  the  time  of  diagnosis.  Too  often,  the  tumor  presents  with  symptoms  related  to 
metastatic spread to the brain (mental or neurologic changes), liver (hepatomegaly), or bones 
(pain). Overall, NSCLCs have a better prognosis than SCLCs. When NSCLCs (squamous cell 
carcinomas  or  adenocarcinomas)  are  detected  before  metastasis  or  local  spread,  cure  is 
possible by lobectomy or pneumonectomy. SCLCs, on the other hand, is almost always have 
spread by  the  time  of  the diagnosis, even  if  the primary  tumor  appears  small and  localized. 
Thus, surgical resection is not a practical treatment

. They are very sensitive to chemotherapy 

but invariably recur. Median survival even with treatment is 1 year. 
 
Paraneoplastic syndromes 
Up to10% of all patients with lung cancer develop clinically overt paraneoplastic syndromes. 
These include  
1.

 Hypercalcemia caused by secretion of a parathyroid hormone-related peptide. 

2. Cushing syndrome (from increased production of ACTH); 
3. Inappropriate secretion of ADH  
4. Neuromuscular syndromes, including a myasthenic  syndrome, peripheral  neuropathy,  and 
polymyositis 
5. Clubbing of the fingers and hypertrophic pulmonary osteoarthropathy 
6.  Hematologic  manifestations,  including  migratory  thrombophlebitis,  nonbacterial 
endocarditis, and disseminated intravascular coagulation.  
Hypercalcemia is most often encountered with squamous cell carcinomas, the hematologic 
syndromes with adenocarcinomas. The remaining syndromes are much more common with 
small-cell neoplasms, but exceptions occur. 
 
Bronchial Carcinoids 
are thought to arise from the Kulchitsky cells (neuroendocrine cells) of 
the bronchial mucosa and represent about 5% of all pulmonary neoplasms. The mean age of 
occurrence is 40  years. Ultrastructurally, the  neoplastic cells contain cytoplasmic dense-core 
neurosecretory  granules  and  may  secrete  hormonally  active  polypeptides.  In  contrast  to  the 
more ominous small-cell carcinomas, carcinoids are often resectable and curable.  
Gross features 
Most bronchial carcinoids originate in main bronchi and grow in one of two patterns 
1.

 An Obstructing spherical, intraluminal mass (Fig. 2-46

2. A mucosal plaque penetrating the bronchial wall to fan out in the peribronchial tissue

.  

Some tumors, (about 10%) metastasize to hilar nodes but distant metastasis is rare.  
Microscopic features 

•  They are composed of nests of uniform cells that have regular round nuclei with "salt-and 

pepper" chromatin, absent or rare mitoses (Fig. 2-46).  

•  A subset designated atypical carcinoid that differ from the typical by  
1. Having higher mitotic rate, cytologic pleomorphism , and focal necrosis 
2.  Having a higher incidence of lymph node and distant metastasis.  
Typical  carcinoid,  atypical  carcinoid,  and  small-cell  carcinoma  can  be  considered  to 
represent a continuum of increasing histologic aggressiveness and malignant potential within 
the spectrum of pulmonary neuroendocrine neoplasms. 
Course & prognosis  


background image

 

26

Most  clinical  features  are  related  to  their  intraluminal  growth  (cough,  hemoptysis,  and 
recurrent  bronchial  and  pulmonary  infections).  Some  are  asymptomatic  and  discovered  by 
chance on imaging studies. Only rarely do they induce the carcinoid syndrome, characterized 
by intermittent attacks of diarrhea, flushing, and cyanosis. The reported 10-year survival rates 
for  typical  carcinoids  are  85%,  but  these  drop  to  35%  for  atypical  carcinoids.  Only  5%  of 
patients with SCLC are alive at 10 years. 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


background image

 

27

THE PLEURA 

Pleural Effusion refers to the presence of fluid in the pleural space. The fluid can be either a 
transudate or an exudate. A transudate is termed hydrothoraxwhich is mostly due to CHF. 
An exudates is characterized by protein content of 3.0 gm/dl or more and, often, inflammatory 
cells. The four principal causes of pleural exudate are 
1. Microbial invasion

; either direct extension of a pulmonary infection or blood-borne seeding 

(suppurative exudates or empyema) 
2.

 Cancer (lung carcinoma, metastatic cancers to the lung or pleural mesothelioma 

3.

 Pulmonary infarction 

4.

 Viral pleuritis 

Less common causes include SLE, rheumatoid arthritis, uremia.  
Cancer  should be  suspected  as  the  underlying  cause of  an  exudative  effusion in  any  patient 
older than the age of 40, particularly when there is no febrile illness, no pain, and a negative 
tuberculin  test  result.  These  effusions  characteristically  are  large  and  frequently  bloody 
(hemorrhagic). Cytologic examination may reveal malignant and inflammatory cells.  
Pneumothorax 
refers to air in the pleural sac. It may occur in young, healthy adults, usually 
men  without  any  known  pulmonary  disease  (spontaneous  pneumothorax), or  as  a  result  of 
some  thoracic  (e.g.  a  fractured rib) or  lung  disorder (secondary  pneumothorax).  Secondary 
pneumothorax  occurs  with  rupture  of  any  pulmonary  lesion  situated  close  to  the  pleural 
surface that allows  inspired air to gain access to the pleural cavity. Such pulmonary  lesions 
include  emphysema,  lung  abscess,  tuberculosis,  carcinoma,  etc.  Supportive  mechanical 
ventilation with high pressure may also trigger secondary pneumothorax.  
A  serious  complication  may  occur  through  a  ball-valve  leak  that  creates  a  tension 
pneumothorax
.  This  shifts  the  mediastinum,  which  may  be  followed  by  impairment  of  the 
pulmonary circulation that may be fatal.  
With prolonged collapse, the lung becomes vulnerable to infection, as does the pleural cavity. 
Empyema is thus an important complication of pneumothorax

 (pyopneumothorax). 

Hemothorax  is the collection of whole blood (in contrast to bloody effusion)  in the pleural 
cavity,  is  a  complication  of  a  ruptured  intrathoracic  aortic  aneurysm  that  is  almost  always 
fatal. 
Chylothorax  
is  a  pleural  collection  of  a  milky  lymphatic  fluid  containing  microglobules  of 
lipid. It implies obstruction of the major lymph ducts, usually by an intrathoracic cancer (e.g., 
a primary or secondary mediastinal neoplasm, such as a lymphoma). 
 
Malignant Mesothelioma 
is a rare cancer of mesothelial cells, usually arising in the parietal 
or visceral pleura. It also occurs, much less commonly, in the peritoneum and pericardium. In 
the  USA  approximately  50%  of  individuals  with  this  cancer  have  a  history  of  exposure  to 
asbestos. The latent period for developing malignant mesotheliomas is long (25 to 40 years) 
after  initial asbestos exposure. The combination of cigarette  smoking  and asbestos exposure 
greatly  increases  the  risk  of  bronchogenic  carcinoma,  but  it  does  not  increase  the  risk  of 
developing malignant mesotheliomas. 
Gross features 

•  These tumors begin in a localized area but in the course of time spread widely.  
•  At autopsy, the affected lung is typically ensheathed by a yellow-white, firm layer of tumor 

that obliterates the pleural space (Fig. 2-47). 

•  The neoplasm may directly invade the thoracic wall or the subpleural lung tissue.  
Microscopic features 

•  Mesotheliomas conform to one of three patterns:  

1. Epithelial, in which cuboidal cells line tubular and microcystic spaces, into which small 
papillary buds project. 
2
Sarcomatoid, in which spindled cells grow in sheets 
3. Biphasic, having both sarcomatoid and epithelial areas. 




رفعت المحاضرة من قبل: Abdalmalik Abdullateef
المشاهدات: لقد قام 24 عضواً و 345 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل