مواضيع المحاضرة: MUSCULOSKELETAL SYSTEM
background image

PATHOLOGY OF THE MUSCULOSKELETAL SYSTEM 

Part-one 

BONES & JOINTS 

CONGENITAL DISEASES OF BONE 

Osteogenesis  Imperfecta  (OI)  (Brittle  bone  diseases)  is  a  group  of  hereditary 
disorders caused by gene mutations  that eventuate in defective synthesis  of and thus 
premature degradation of type I collagen. The fundamental abnormality in all forms 
of  OI  is  too  little  bone,  resulting  in  extreme  susceptibility  to  fractures.  The  bones 
show marked cortical thinning and attenuation of trabeculae. 
Extraskeletal manifestations also occur because type I collagen is a major component 
of extracellular matrix in other parts of the body. The classic finding of blue sclerae is 
attributable  to  decreased  scleral  collagen  content;  this  causes  a  relative  transparency 
that  allows  the  underlying  choroid  to  be  seen.  Hearing  loss  can  be  related  to 
conduction defects in the middle and inner ear bones, and small misshapen teeth are a 
result of dentin deficiency. 
 

   

 

 
Achrondroplasia  
is  a  major  cause  of  dwarfism.  The  underlying  etiology  is  a  point 
mutation  in  the  fibroblast  growth  factor  receptor,  which  causes  inhibition  of 
chondrocyte  proliferation
,  which  is  associated  with  suppression  of  the  normal 
epiphyseal  growth  plate  expansion.  Thus,  long  bone  growth  is  markedly  shortened. 
The  most  conspicuous  changes  include  disproportionate  shortening  of  the  proximal 
extremities, 

bowing 

of 

the 

legs, 

and 

lordotic 

posture.

 


background image

 

Achondroplasia is an autosomal dominant disorder 
 
 
ACQUIRED DISEASES OF BONE DEVELOPMENT 
Osteoporosis  
is  characterized  by  increased  porosity  of  the  skeleton  resulting  from 
reduced bone mass
. The disorder may be localized to a certain bone (s), as in disuse 
osteoporosis  of  a  limb,  or  generalized  involving  the  entire  skeleton.  Generalized 
osteoporosis may be primary, or secondary. 
Primary generalized osteoporosis 

  Postmenopausal 

  Senile  

Secondary generalized osteoporosis 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Senile  and  postmenopausal  osteoporosis  are  the  most  common  forms.  In  the  fourth 
decade in both sexes, bone resorption begins to overrun bone deposition. Such losses 
generally occur in  areas  containing abundant  cancelloues bone such  as the vertebrae 
&  femoral  neck.  The  postmenopausal  state  accelerates  the  rate  of  loss;  that  is  why 
females are more susceptible to osteoporosis and its complications.  
 
 

B. Neoplasia 

Multiple myeloma 

Carcinomatosis  

 

A. Endocrine disorders  

Hyperparathyroidism 

Hypo or hyperthyroidism 

Others 

 

C. Gastrointestinal disorders 

Malnutrition & malabsorption 

Vit D & C deficiency 

Hepatic insufficiency   

 

D. Drugs 

Corticosteroids 

Anticoagulants 

Chemotherapy 

Alcohol 

E. Miscellaneous  

osteogenesis imperfecta 

immobilization  

pulmonary disease  

 


background image

Gross features 

  Because of bone loss, the bony trabeculae are thinner  and more widely separated 

than usual. This leads to obvious porosity of otherwise spongy cancellous bones. 

 

  

   

Microscopic features 

  There is thinning of the trabeculae and widening of Haversian canals. 

  The mineral content of the thinned bone is normal, and thus there is no alteration in 

the ratio of minerals to protein matrix. 

 

 

 
 
 
 
Etiology & Pathogenesis 

  Osteoporosis  involves  an  imbalance  of  bone  formation,  bone  resorption,  & 

regulation  of  osteoclast  activation.  It  occurs  when  the  balance  tilts  in  favor  of 
resorption. 

  Osteoclasts  (as  macrophages)  bear  receptors  (called  RANK  receptors)  that  when 

stimulated  activate  the  nuclear  factor  (NFκB)  transcriptional  pathway.  RANK 
ligand  synthesized  by  bone  stromal  cells  and  osteoblasts  activates  RANK.  RANK 
activation
 converts macrophages into bone-crunching osteoclasts and is therefore 
a major stimulus for bone resorption.  


background image

  Osteoprotegerin  (OPG)  is  a  receptor  secreted  by  osteoblasts  and  stromal  cells, 

which  can  bind  RANK  ligand  and  by  doing  so  makes  the  ligand  unavailable  to 
activate RANK, thus limiting osteoclast bone-resorbing activity.  

  Dysregulation of RANK, RANK ligand, and OPG interactions seems to be a major 

contributor in the pathogenesis of osteoporosis. Such dysregulation can occur for a 
variety of reasons, including aging and estrogen deficiency 

 

 

 
 

  Influence of agewith increasing age, osteoblasts synthetic activity of bone matrix 

progressively diminished in the face of fully active osteoclasts. 

  The  hypoestrogenic  effects:    the  decline  in  estrogen  levels  associated  with 

menopause  correlates  with  an  annual  decline  of  as  much  as  2%  of  cortical  bone 
and 9% of cancellous bone. The hypoestrogenic effects are attributable in part to 
augmented cytokine production
 (especially interleukin-1 and TNF). These translate 
into increased RANK-RANK ligand activity and diminished OPG. 

  Physical  activity:  reduced  physical  activity  increases  bone  loss.  This  effect  is 

obvious in an immobilized limb, but also occurs diffusely with decreased physical 
activity in older individuals.  

  Genetic factorsthese influence vitamin D receptors efficiency, calcium uptake, or 

PTH synthesis and responses. 

  Calcium nutritional insufficiency: the majority of adolescent girls (but not boys) 

have  insufficient  dietary  intake  of  calcium.  As  a  result,  they  do  not  achieve  the 
maximal peak bone mass, and are therefore likely to develop clinically significant 
osteoporosis at an earlier age. 

  Secondary causes of osteoporosisthese include prolonged glucocorticoid therapy 

(increases bone resorption and reduce bone synthesis.) 

 
The clinical outcome of osteoporosis depends on which bones are involved. Thoracic 
and  lumbar  vertebral  fractures  are  extremely  common
,  and  produce  loss  of  height 
and  various  deformities,  including  kyphoscoliosis  
that  can  compromise  respiratory 
function.  Pulmonary  embolism  and  pneumonia  are  common  complications  of 
fractures of the femoral neck, pelvis, or spine. 
 
Paget Disease (Osteitis Deformans) 


background image

This  unique  bone  disease  is  characterized  by  repetitive  episodes  of  exaggerated, 
regional osteoclastic activity (osteolytic stage), followed by exuberant bone formation 
(mixed  osteoclastic-osteoblastic  stage),  and  finally  by  exhaustion  of  cellular  activity 
(osteosclerotic stage). The net effect of this process is a gain in bone mass; however, 
the  newly  formed  bone  is  disordered  and  lacks  strength.  Paget  disease  usually  does 
not  occur  until  mid-adulthood  but  becomes  progressively  more  common 
thereafter.The  axial  skeleton  and  proximal  femur  are  involved  in  the  majority  of 
cases.  
Complications  include  In  patients  with  extensive  disease,  congestive  heart 
failure(hypervascularity  of  marrow  tissue),cranial  nerves  impingement  and  rarely 
bone sarcoma (usually osteogenic).   
 
Rickets and Osteomalacia: 
an excess of unmineralized matrix. 
Rickets  in  growing  children  and  osteomalacia  in  adults  are  skeletal  diseases  with 
worldwide distribution. They may result from  
1. Diets deficient in calcium and vitamin D 
2. Limited exposure to sunlight (in heavily veiled women, and inhabitants of northern 
climates with scant sunlight) 
3.  Renal  disorders  causing  decreased  synthesis  of  1,25  (OH)

2

-D  or  phosphate 

depletion  
4. Malabsorption disorders.  
Although rickets and osteomalacia rarely occur outside high-risk groups, milder forms 
of vitamin D deficiency (also called vitamin D insufficiency) leading to bone loss and 
hip fractures are quite common in the elderly.  
Whatever  the  basis,  a  deficiency  of  vitamin  D  tends  to  cause  hypocalcemia.  When 
hypocalcemia  occurs,  PTH  production  is  increased,
  that  ultimately  leads  to 
restoration of the serum level of calcium to near normal levels (through mobilization 
of Ca from bone &  decreased renal calcium excretion; and  increased renal excretion 
of phosphate (result in  hypophosphetemia  ;  so mineralization of bone is  impaired or 
there is high bone turnover. 
The basic derangement in both rickets and osteomalacia is an excess of unmineralized 
matrix.
 This complicated in rickets by derangement of endochondral bone growth.  
The following sequence ensues in rickets: 
1. Overgrowth of epiphyseal cartilage with distorted, irregular masses of cartilage 
2. Deposition of osteoid matrix on inadequately mineralized cartilage 
3.  Disruption  of  the  orderly  replacement  of  cartilage  by  osteoid  matrix,  with 
enlargement and lateral expansion of the osteochondral junction  
4. Microfractures  and stresses of the inadequately  mineralized, weak, poorly  formed 
bone 
5. Deformation of the skeleton due to the loss of structural rigidity of the developing 
bones  
Gross features 

  The gross skeletal changes depend on the severity of the disease; its duration, & the 

stresses to which individual bones are subjected.  

  During the nonambulatory stage of infancy, the head and chest sustain the greatest 

stresses. The softened occipital bones may become flattened. An excess of osteoid 
produces  frontal  bossing.  Deformation  of  the  chest  results  from  overgrowth  of 
cartilage  or  osteoid  tissue  at  the  costochondral  junction,  producing  the  "rachitic 
rosary." The weakened metaphyseal areas of the ribs are subject to the pull of the 


background image

respiratory  muscles  and  thus  bend  inward,  creating  anterior  protrusion  of  the 
sternum (pigeon breast deformity). The pelvis may become deformed.  

  When  an  ambulating  child  develops  rickets,  deformities  are  likely  to  affect  the 

spine,  pelvis,  and  long  bones  (e.g.,  tibia),  causing,  most  notably,  lumbar  lordosis 
and bowing of the legs 

 

 

 
. 

  In  adults  the  lack  of  vitamin  D  deranges  the  normal  bone  remodeling  that  occurs 

throughout  life.  The  newly  formed  osteoid  matrix  laid  down  by  osteoblasts  is 
inadequately  mineralized,  thus  producing  the  excess  of  persistent  osteoid  that  is 
characteristic of osteomalacia. Although the contours of the bone are not affected, 
the  bone  is  weak  and  vulnerable  to  gross  fractures  or  microfractures,  which  are 
most likely to affect vertebral bodies and femoral necks. 

Hyperparathyroidism 
Abnormally high levels of parathyroid hormone (PTH) cause hypercalcemia. This can 
result  from  either  primary  or  secondary  causes.  Primary  hyperparathyroidism  is 
caused usually by a parathyroid adenoma, which is associated with autonomous PTH 
secretion.    Secondary  hyperparathyroidism,  on  the  other  hand,  can  occur  in  the 
setting of chronic renal failure. In either situation, the presence of excessive amounts 
of  this  hormone  leads  to  significant  skeletal  changes  related  to  a  persistently 
exuberant  osteoclast  activity  that  is  associated  with  increased  bone  resorption  and 
calcium mobilization.
 The entire skeleton is affected. PTH is directly responsible for 
the  bone  changes  seen  in  primary  hyperparathyroidism,  but  in  secondary 
hyperparathyroidism  additional  influences  also  contribute.  In  chronic  renal  failure 
there  is  inadequate  1,25-(OH)

2

-D  synthesis  that  ultimately  affects  gastrointestinal 

calcium absorption. The hyperphosphatemia of renal failure also suppresses renal α

1

-

hydroxylase,  which  further  impair  vitamin  D  synthesis;  all  these  eventuate  in 
hypocalcemia,  which  stimulates  excessive  secretion  of  PTH  by  the  parathyroid 
glands, & hence elevation in PTH serum levels.  
Bone changes include 

  Increased osteoclastic activity, with bone resorption. Cortical and trabecular bone 

are lost and replaced by loose connective tissue. 

  Bone resorption is especially pronounced in the subperiosteal regions and produces 

characteristic radiographic changes, best seen along the radial aspect of the middle 
phalanges of the second and third fingers.  

  reduced  bone  mass,  and  hence  are  increasingly  susceptible  to  fractures  and  bone 

deformities.  


background image

 
 
Osteonecrosis (Avascular Necrosis) 
Ischemic necrosis with resultant bone infarction occurs mostly due to fracture or after 
corticosteroid  use.  Microscopically,  dead  bone  trabeculae  (characterized  by  empty 
lacunae) are interspersed with areas of fat necrosis. The cortex is usually not affected 
because  of  collateral  blood  supply;  in  subchondral  infarcts,  the  overlying  articular 
cartilage  also  remains  viable  because  the  synovial  fluid  can  provide  nutritional 
support. With time, osteoclasts can resorb many of the necrotic bony trabeculae; any 
dead bone fragments that  remain  act  as  scaffolds for new bone formation, a process 
called  creeping  substitution.  Symptoms  depend  on  the  size  and  location  of  injury. 
Subchondral infarcts often collapse and can lead to severe osteoarthritis.  
 
Osteomyelitis  
This refers to inflammation of the bone and related marrow cavity almost always due 
to  infection
.  Osteomyelitis  can  be  acute  or  a  chronic.  The  most  common  etiologic 
agents are pyogenic bacteria and Mycobacterium tuberculosis. 
Pyogenic Osteomyelitis 
The offending organisms reach the bone by one of three routes:  
1. Hematogenous dissemination (most common) 
2. Extension from a nearby infection (in adjacent joint or soft tissue) 
3.  Traumatic  implantation  of  bacteria  (as  after  compound  fractures  or  orthopedic 
procedures).  
Staphylococcus  aureus  is  the  most  frequent  cause.  Mixed  bacterial  infections, 
including  anaerobes,  are  responsible  for  osteomyelitis  complicating  bone  trauma.  In 
as many as 50% of cases, no organisms can be isolated. 
Pathologic features: 

  The offending bacteria proliferate & induce an acute inflammatory reaction.  

  Entrapped bone undergoes early necrosis; the dead bone is called sequestrum.  

  The  inflammation  with  its  bacteria  can  permeate  the  Haversian  systems  to  reach 

the  periosteum.  In  children,  the  periosteum  is  loosely  attached  to  the  cortex; 
therefore,  sizable  subperiosteal  abscesses  can  form  and  extend  for  long  distances 
along the bone surface.   

  Lifting  of  the  periosteum  further  impairs  the  blood  supply  to  the  affected  region, 

and both suppurative and ischemic injury can cause segmental bone necrosis.  

  Rupture of the periosteum can lead to an abscess in the surrounding soft tissue and 

eventually  the  formation  of  cutaneous  draining  sinus.  Sometimes  the  sequestrum 
crumbles and passes through the sinus tract. 

  In  infants  (uncommonly  in  adults),  epiphyseal  infection  can  spread  into  the 

adjoining  joint  to  produce  suppurative  arthritis,  sometimes  with  extensive 
destruction of the articular cartilage and permanent disability. 

  After  the  first  week  of  infection  chronic  inflammatory  cells  become  more 

numerous.  Leukocyte  cytokine  release  stimulates  osteoclastic  bone  resorption, 
fibrous tissue ingrowth, and bone formation in the periphery, this occurs as a shell 
of living tissue (involucrum) around a segment of dead bone. Viable organisms can 
persist in the sequestrum for years after the original infection. 

Chronicity  may  develop  when  there  is  delay  in  diagnosis,  extensive  bone  necrosis, 
and improper management.  


background image

 

 

 
Complications of chronic osteomyelitis include 
1. A source of acute exacerbations 
2. Pathologic fracture 
3. Secondary amyloidosis 
4. Endocarditis 
5. Development of squamous cell carcinoma in the sinus tract (rarely osteosarcoma). 
 
Tuberculous Osteomyelitis 
Bone  infection  complicates  up  to  3%  of  those  with  pulmonary  tuberculosis.  Young 
adults  or  children  are  usually  affected.  The  organisms  usually  reach  the  bone 
hematogenously.  The  long  bones  and  vertebrae  are  favored  sites.  The  lesions  are 
often  solitary  (multifocal  in  AIDS  patients).  The  infection  often  spreads  from  the 
initial  site  of  bacterial  deposition  (the  synovium  of  the  vertebrae,  hip,  knee,  ankle, 
elbow, wrist, etc) into the adjacent epiphysis, where it causes typical  granulomatous 
inflammation  with  caseous  necrosis
  and  extensive  bone  destruction.  Tuberculosis  of 
the vertebral bodies (Pott disease), is an important form of osteomyelitis. Infection at 
this site causes vertebral deformity  and collapse, with  secondary neurologic deficits. 
Extension of the infection to the adjacent soft tissues with the development of  psoas 
muscle  abscesses
  is  fairly  common  in  Pott  disease.  Advanced  cases  are  associated 
with  cutaneous  sinuses,  which  cause  secondary  bacterial  infections.  Diagnosis  is 
established by synovial fluid direct examination, culture or PCR.  


background image

 

 

BONE TUMORS 

Primary bone tumors are classified according to their normal cell of origin or line of 
differentiation. Among the benign mass lesions, osteochondroma and fibrous cortical 
defect  occur  most  frequently.  Osteosarcoma  is  the  most  common  primary  bone 
cancer,  followed  by  chondrosarcoma  and  Ewing  sarcoma.  Benign  tumors  markedly 
outnumber  their  malignant  counterparts,  particularly  before  age  40;  bone  tumors  in 
the elderly are much more likely to be malignant. 
Most bone tumors develop during the first few decades of life and tend to originate in 
the long bones of the extremities. Nevertheless, specific tumor types target certain age 
groups  and  anatomic  sites;  such  clinical  information  is  often  critical  for  the 
appropriate  diagnosis.  For  instance,  most  osteosarcomas  occur  during  adolescence, 
with  half  arising  around  the  knee,  either  in  the  distal  femur  or  proximal  tibia.  In 
contrast, chondrosarcomas tend to develop during mid- to late adulthood and involve 
the trunk, limb girdles, and proximal long bones. 
Benign  lesions  are  frequently  asymptomatic  and  are  detected  as  incidental  findings. 
Others  produce  pain  or  a  slowly  growing  mass.  Occasionally,  a  sudden  pathologic 
fracture is the first manifestation. Radiologic imaging is important in the evaluation of 
bone tumors; however, biopsy and microscopic evaluations are necessary for the final 
diagnosis. 
 
Bone-Forming Tumors 
1. Osteoma 
is a benign lesion of bone that in many cases represent a developmental 
abnormaly or reactive growth rather than true neoplasms. They are most common in 
the  head,  including  the  paranasal  sinuses.  Microscopically,  there  is  a  mixture  of 
woven  and  lamellar  bone.  They  may  cause  local  mechanical  problems  (e.g., 
obstruction of a sinus cavity) and cosmetic deformities. 
2.  Osteoid  Osteoma  and  Osteoblastoma  are  benign  neoplasms  with  very  similar 
histologic features. Both lesions typically arise during the 2

nd

 & 3

rd

 decades. They are 

well-circumscribed  lesions,  usually  involving  the  cortex.  The  central  area  of  the 
tumor, termed the nidus, is characteristically radiolucent. Osteoid osteomas arise most 
often in the proximal femur and tibia, and are by definition  less than 2 cmwhereas 
osteoblastomas  are  larger
.  Localized  pain  is  an  almost  universal  complaint  with 
osteoid osteomas, and is usually relieved by aspirin. Osteoblastomas arise most often 


background image

in  the  vertebral  column;  they  also  cause  pain,  which  is  not  responsive  to  aspirin. 
Malignant transformation is rare unless the lesion is treated with radiation. 
Gross features 
 

  Both lesions are round-to-oval masses of hemorrhagic gritty tan tissue.  

  A rim of sclerotic bone is present at the edge of both types of tumors.  

Microscopic features 

  There are interlacing trabeculae of woven bone surrounded by osteoblasts.  

  The  intervening  connective  tissue  is  loose,  vascular  &  contains  variable  numbers 

of giant cells. 

 
3. Osteosarcoma 
This is “a bone-producing malignant mesenchymal tumor.” Excluding myeloma and 
lymphoma,  osteosarcoma  is  the  most  common  primary  malignant  tumor  of  bone 
(20%). The peak age of incidence is 10-25 years with 75% of the affected patients are 
younger than age 20 years; there is a second peak that occurrs in the elderly, usually 
secondary to other conditions, e.g. Paget disease, bone infarcts, and prior irradiation. 
Most  tumors  arise  in  the  metaphysis  of  the  long  bones  of  the  extremities,  with  60% 
occurring  about  the  knee,  15%  around  the  hip,  &  10%  at  the  shoulder.  The  most 
common  type  of  osteosarcoma  is  primary,  solitary,  intramedullary,  and  poorly 
differentiated, producing a predominantly bony matrix. 
Gross features  

  The  tumor  is  gritty,  gray-white,  often  with  foci  of  hemorrhage  and  cystic 

degeneration.  

  It frequently destroys the surrounding cortex to extend into the soft tissue.  

  There  is  extensive  spread  within  the  medullary  canal,  with  replacement  of  the 

marrow.  However,  penetration  of  the  epiphyseal  plate  or  the  joint  space  is 
infrequent.  

 

 

 

Microscopic features 

  Tumor cells are pleomorphic with large hyperchromatic nuclei; bizarre tumor giant 

cells are common, as are mitoses.  


background image

  The direct production of mineralized or unmineralized bone (osteoid) by malignant 

cells  is  essential  for  diagnosis  of  osteosarcoma.  The  neoplastic  bone  is  typically 
fine, lace-like but can also be deposited in broad sheets. 

  Cartilage  can  be  present  in  varying  amounts.  When  malignant  cartilage  is 

abundant, the tumor is called a chondroblastic osteosarcoma 

Pathogenesis 

  Several  genetic  mutations  are  closely  associated  with  the  development  of 

osteosarcoma. In particular, RB gene mutations that occur in both sporadic tumors, 
and in individuals with hereditary retinoblastomas. In the latter there are germ-line 
mutations in the RB gene (inherited).  

  Spontaneous osteosarcomas also frequently exhibit mutations in genes that regulate 

the cell cycle including p53, cyclins, etc.  

Osteosarcomas  typically  present  as  painful  enlarging  masses.  Radiographs  usually 
show a large, destructive, mixed lytic and blastic mass with infiltrating margins. The 
tumor  frequently  breaks  the  cortex  and  lifts  the  periosteum.  The  latter  results  in  a 
reactive  periosteal  bone  formation;  a  triangular  shadow  on  x-ray  between  the  cortex 
and  raised  periosteum  (Codman  triangle)  is  characteristic  but  not  specific  of 
osteosarcomas.  Osteosarcomas  typically  spread  hematogenously;  10%  to  20%  of 
patients have demonstrable pulmonary metastases at the time of diagnosis. 
 
Cartilage-Forming Tumors 
1.  Osteochondroma  (Exostosis)  
is  a  relatively  common  benign  cartilage-capped 
outgrowth  attached  by  a  bony  stalk  to  the  underlying  skeleton.  Solitary 
osteochondromas are usually first diagnosed in late adolescence and early adulthood 
(male-to-female  ratio  of  3:1);  multiple  osteochondromas  become  apparent  during 
childhood,  occurring  as  multiple  hereditary  exostosis,  an  autosomal  dominant 
disorder.  Inactivation  of  both  copies  of  the  EXT  gene  (a  tumor  suppressor  gne)  in 
chondrocytes  is  implicated  in  both  sporadic  and  hereditary  osteochondromas. 
Osteochondromas  develop  only  in  bones  of  endochondral  origin  arising  at  the 
metaphysis  near  the  growth  plate  of  long  tubular  bones,  especially  about  the  knee. 
They  tend  to  stop  growing  once  the  normal  growth  of  the  skeleton  is  completed. 
Occasionally  they  develop  from  flat  bones  (pelvis,  scapula,  and  ribs).  Rarely, 
exostoses involve the short tubular bones of hands and feet. 
Pathological features 
 
 


background image

 

 

Osteochondromas vary from 1-20cm in size.  

  The cap is benign hyaline cartilage.  

  Newly  formed  bone  forms  the  inner  portion  of  the  head  and  stalk,  with  the  stalk 

cortex merging with the cortex of the host bone. 

Osteochondromas  are  slow-growing  masses  that  may  be  painful.  Osteochondromas 
rarely  progress  to  chondrosarcoma  or  other  sarcoma,  although  patients  with  the 
multiple hereditary exostoses are at increased risk of malignant transformation. 
 
2.  Chondroma  
is  a  benign  tumor  of  hyaline  cartilage.  When  it  arises  within  the 
medullary  cavity,  it  is  termed  enchondroma;  when  on  the  bone  surface  it  is  called 
juxtacortical  chondroma.  Enchondromas  are  usually  diagnosed  in  persons  between 
ages 20 and 50 years; they are typically solitary and located in the metaphyseal region 
of tubular bones, the favored sites being the short tubular bones of the hands and feet
Ollier  disease  is  characterized  by  multiple  chondromas  preferentially  involving  one 


background image

side  of  the  body.  Chondromas  probably  develop  from  slowly  proliferating  rests  of 
growth plate cartilage. 
Pathological features 

  Enchondromas are gray-blue, translucent nodules usually smaller than 3 cm.  

  Microscopically,  there  is  well-circumscribed  hyaline  matrix  and  cytologically 

benign chondrocytes.  

Most enchondromas are detected as incidental findings; occasionally they are painful 
or  cause  pathologic  fractures.  Solitary  chondromas  rarely  undergo  malignant 
transformation, but those associated with enchondromatosis are at increased risk. 
 
3.  Chondrosarcomas  
are  malignant  tumors  of  cartilage  forming  tissues.  They  are 
divided  into  conventional  chondrosarcomas  and  chondrosarcoma  variants.  Each  of 
these  categories  comprises  several  distinct  types,  some  defined  on  microscopic 
grounds &  others  on the basis of location within the affected bone, for e.g. they  are 
divided  into  central  (medullary),  peripheral  (cortical),  and  juxtacortical  (periosteal). 
The  common  denominator  of  chondrosarcoma  is  the  production  of  a  cartilaginous 
matrix  and  the  lack  of  direct  bone  formation  by  the  tumor  cells  (cf  osteosarcoma).
 
Chondrosarcomas  occur  roughly  half  as  frequently  as  osteosarcomas;  most  patients 
age 40 years or more, with men affected twice as frequently as women. 
Pathological features
  


background image

 

 

Conventional chondrosarcomas arise within the medullary cavity of the bone to form 
an  expansile  glistening  mass  that  often  erodes  the  cortex.  They  exhibit  malignant 
hyaline  or  myxoid  stroma.  Spotty  calcifications  are  typically  present.  The  tumor 
grows with broad pushing fronts into marrow spaces and the surrounding soft tissue. 
Tumor grade is determined by cellularity, cytologic atypia, and mitotic activity. Low-
grade  tumors  resemble  normal  cartilage.  Higher  grade  lesions  contain  pleomorphic 
chondrocytes  with  frequent  mitotic  figures  with  multinucleate  cells  and  lacunae 
containing two or more chondrocytes. Dedifferentiated chondrosarcomas refers to the 
presence  of  a  poorly  differentiated  sarcomatous  component  at  the  periphery  of  an 
otherwise  typical  low-grade  chondrosarcoma.  Other  histologic  variants  include 


background image

myxoid, clear-cell and mesenchymal chondrosarcomas. Chondrosarcomas commonly 
arise  in  the  pelvis,  shoulder,  and  ribs.  A  slowly  growing  low-grade  tumor  causes 
reactive  thickening  of  the  cortex,  whereas  a  more  aggressive  high-grade  neoplasm 
destroys  the  cortex  and  forms  a  soft  tissue  mass.  There  is  also  a  direct  correlation 
between grade and biologic behavior. Size is another prognostic feature, with tumors 
larger  than  10  cm  being  significantly  more  aggressive  than  smaller  tumors.  High-
grade Chondrosarcomas  metastasize hematogenously, preferentially to the lungs and 
skeleton.  
 
Fibrous and Fibro-Osseous Tumors 
Fibrous tumors of bone are common and comprise several morphological variants.   
1. Fibrous Cortical Defect and Nonossifying Fibroma 
Fibrous  cortical  defects
  occur  in  30%  to  50%  of  all  children  older  than  2  years  of 
age;  they  are  probably  developmental  rather  than  true  neoplasms.  The  vast  majority 
are  smaller  than  0.5  cm  and  arise  in  the  metaphysis  of  the  distal  femur  or  proximal 
tibia; almost half are bilateral or multiple. They may enlarge in size (5-6 cm) to form 
nonossifying  fibromas.    Both  lesions  present  as  sharply  demarcated  radiolucencies 
surrounded by a thin zone of sclerosis. Microscopically are cellular and composed of 
benign fibroblasts and macrophages, including multinucleated forms. The fibroblasts 
classically exhibit a storiform pattern.  Fibrous cortical defects are asymptomatic and 
are  usually  only  detected  as  incidental  radiographic  lesions.  Most  undergo 
spontaneous  differentiation  into  normal  cortical  bone.  The  few  that  enlarge  into 
nonossifying  fibromas  can  present  with  pathologic  fracture;  in  such  cases  biopsy  is 
necessary to rule out other tumors. 
 
2. Fibrous Dysplasia 
is a benign mass lesion in which all components of normal bone 
are  present,  but  they  fail  to  differentiate  into  mature  structures.  
Fibrous  dysplasia 
occurs as one of three clinical patterns: 
A. Involvement of a single bone (monostotic) 
B. nvolvement of multiple bones (polyostotic) 
C. Polyostotic disease, associated with café au lait skin pigmentations and endocrine 
abnormalities, especially precocious puberty (Albright syndrome). 
Fibrous dysplasia can be : 

  Monostotic fibrous dysplasia accounts for 70% of cases 

  Polyostotic fibrous dysplasia without endocrine dysfunction accounts for the 

majority of the remaining cases.  

  Albright syndrome accounts for 3% of all cases.  

 
Gross features  

  The lesion is well-circumscribed, intramedullary; large masses expand and distort 

the bone.  

On section it is tan-white and gritty.  
Microscopic features 

  There  are  curved  trabeculae  of  woven  bone  (mimicking  Chinese  characters), 

without osteoblastic rimming 

  The above are set within fibroblastic proliferation  

Rarely,  polyostotic  disease  can  transform  into  osteosarcoma,  especially  following 
radiotherapy. 
 
Other  Bone Tumors 


background image

1.  Ewing  Sarcoma  &  Primitive  Neuroectodermal  Tumor  (PNET)  are  primary 
malignant  small  round-cell  tumors  of  bone  and  soft  tissue
.  They  are  viewed  as  the 
same  tumor  because  they  share  an  identical  chromosome  translocation;  they  differ 
only  in  degree  of  differentiation.  PNETs  demonstrate  neural  differentiation  whereas 
Ewing sarcomas are undifferentiated. After osteosarcomas, they are the second most 
common pediatric bone sarcomas
. Most patients are 10 to 15 years old. The common 
chromosomal abnormality is a translocation that causes fusion of the EWS gene with a 
member  of  the  ETS  family  of  transcription  factors.  The  resulting  hybrid  protein 
functions  as  an  active  transcription  factor  to  stimulate  cell  proliferation.  These 
translocations  are  of  diagnostic  importance  since  almost  all  patients  with  Ewing 
tumor have t(11;22). 
Pathological features
 

  Ewing sarcoma and PNETs arise in the medullary cavity but eventually invade the 

cortex and periosteum to produce a soft tissue mass.  

  The tumor is tan-white, frequently with foci of hemorrhage and necrosis.  

 
Microscopic features 

  There  are  sheets  of  uniform  small,  round  cells  that  are  slightly  larger  than 

lymphocytes with few mitoses and little intervening stroma.  

  The cells have scant glycogen-rich cytoplasm.  

  The  presence  of  Homer-Wright  rosettes  (tumor  cells  circled  about  a  central 

fibrillary  space) indicates  neural  differentiation,  and hence  indicates by definition 
PNET. 

Ewing  sarcoma  and  PNETs  typically  present  as  painful  enlarging  masses  in  the 
diaphyses of long tubular bones (especially the femur) and the pelvic flat bones. The 
tumor  may  be  confused  with  osteomyelitis  because  of  its  association  with  systemic 
signs & symptoms of infection. X-rays show a destructive lytic tumor with infiltrative 
margins  and  extension  into  surrounding  soft  tissues.  There  is  a  characteristic 
periosteal reaction depositing bone in an onionskin fashion. 


background image

 

 

 

1.  Giant-Cell Tumor of Bone (GCT): 

 is  dominated  by  multinucleated  osteoclast-type  giant  cells,  hence  the 
synonym  osteoclastoma.  GCT  is  locally  aggressive,  usually  arising  in 
individuals  in  their  20s  to  40s.  Current  opinion  suggests  that  the  giant  cell 
component  is  likely  a  reactive  macrophage  population  and  the  mononuclear 
cells  are  neoplastic
.  Tumors  are  large  and  red-brown  with  frequent  cystic 
degeneration.  They  are  composed  of  uniform  oval  mononuclear  cells  with 
frequent mitoses, with scattered osteoclast-type giant cells that may contain 30 
or more nuclei. 

The majority of GCTs arise in the epiphysis of long bones around the knee (distal 
femur and proximal tibia). Radiographically, GCTs are large, purely lytic, and 
eccentric; the overlying cortex is frequently destroyed, producing a bulging soft tissue 
mass with a thin shell of reactive bone. Although GCTs are benign, roughly 50% 
recur after simple curettage; some malignant examples (5%) metastasize to the lungs. 




رفعت المحاضرة من قبل: Abdalmalik Abdullateef
المشاهدات: لقد قام 12 عضواً و 117 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