مواضيع المحاضرة:
background image

Unit 12: Lung (Diseases of respiratory system)

 

 

 

071

 

Atelectasis (collapse) 

It is loss of lung volume caused by inadequate expansion 
of airspaces.
 It results in shunting of inadequately 
oxygenated blood from pulmonary arteries into veins, 
thus giving rise to a ventilation-perfusion imbalance & 
hypoxia.  
Atelectasis is classified into three forms:-

 

1)  Resorption Atelectasis 

Resorption atelectasis occurs when an obstruction 
prevents air from reaching distal airways. Depending on 
the level of airway obstruction, an entire lung, a complete 
lobe, or one or more segments may be involved. 

 

Causes of resorption collapse is obstruction of a bronchus 
by a mucous or mucopurulent plug. This frequently 
occurs postoperatively, also complicate bronchial asthma, 
bronchiectasis, chronic bronchitis, or the aspiration of 
foreign bodies.

 

2)  Compression Atelectasis 

This usually associated with accumulations of fluid, 
blood, or air within the pleural cavity, which 
mechanically collapse the adjacent lung. This is a frequent 
occurrence with pleural effusions, caused most commonly 
by congestive heart failure (CHF). Leakage of air into the 
pleural cavity (pneumothorax) also leads to compression 
atelectasis. 

 

Basal atelectasis resulting from the elevated position of 
the diaphragm commonly occurs in

 

1- bedridden patients

 

2- patients with ascites, 

 

3- patients during and after surgery.

 

3)  Contraction Atelectasis 

Occurs when either local or generalized fibrotic changes 
in the lung or pleura hamper expansion and increase 
elastic recoil during expiration.

 
 

Acute lung injury

 

Acute Respiratory Distress Syndrome (ARDS) 

ARDS is a clinical syndrome caused by diffuse alveolar 
capillary and epithelial damage. There is usually rapid 
onset of life-threatening respiratory insufficiency, 
cyanosis, and severe arterial hypoxemia that is refractory 
to oxygen therapy and that may progress to multisystem 
organ failure. The histologic manifestation of ARDS in 
the lungs is known as diffuse alveolar damage. ARDS is 
associated with either direct injury to the lung or indirect 
injury in the setting of a systemic process.

 

Pathogenesis 

  The alveolar capillary membrane is formed by 2 separate 

barriers: the microvascular endothelium and the alveolar 
epithelium. In ARDS the integrity of this barrier is 
compromised by either endothelial or epithelial injury, or both.
  

  The acute consequences of damage to the alveolar 

capillary membrane include  
1- Creased vascular permeability →alveolar flooding, 
2- Loss of diffusion capacity 
3- Widespread surfactant abnormalities caused by damage 
to type II pneumocytes recent work suggests that in 
ARDS, lung injury is caused by an imbalance of pro-
inflammatory and anti-inflammatory mediators.
 Nuclear 
factor κB
 (NF-κB), whose activation is tightly regulated 
under normal conditions shifting the balance in favor of 
pro-inflammatory state. As early as 30 minutes after an 
acute insult, there is increased synthesis of interleukin 8 
(IL-8), a potent neutrophil chemotactic and activating 
agent, by pulmonary macrophages as well asIL-1 & 
(TNF), leads to endothelial activation, and pulmonary 
microvascular sequestration and activation of neutrophils. 

 

Activated neutrophils release a variety of products (e.g., 
oxidants, proteases, platelet-activating factor, & 
leukotrienes) that cause damage to the alveolar epithelium 
and maintain the inflammatory cascade. Combined assault 
on the endothelium and epithelium perpetuate vascular 
leakiness and loss of surfactant that render the alveolar unit 
unable to expand. It should be noted that the destructive 
forces unleashed by neutrophils can be counteracted by an 
array of endogenous antiproteases, antioxidants, and anti-
inflammatory cytokines (e.g. IL-10) that are upregulated by 
pro-inflammatory cytokines. In the end, it is the balance 
between the destructive & protective factors that determines 
the degree of tissue injury and clinical severily of ARDS. 

 

Causes of ARDS

 

Direct Lung Injury 

Indirect Lung Injury 

Pneumonia 

Sepsis 

Aspiration of gastric contents 

Severe trauma with shock 

Uncommon Causes 
Pulmonary contusion 

Cardiopulmonary bypass 

Fat embolism 

Acute pancreatitis 

Near-drowning 

Drug overdose 

Inhalational injury 

Transfusion of blood products 

 

Uremia 

 

Morphology 

In the acute phase of ARDS the lungs are dark red, firm, 
airless, and heavy. Microscopically, there is capillary 
congestion, necrosis of alveolar epithelial cells, interstitial 
and intra-alveolar edema and hemorrhage, collections of 


background image

Unit 12: Lung (Diseases of respiratory system)

 

 

 

070

 

neutrophils in capillaries. The most characteristic finding 
is the presence of hyaline membranes, particularly lining 
the distended alveolar ducts. consist of fibrin-rich edema 
fluid admixed with remnants of necrotic epithelial cells. 
Overall, the picture is remarkably similar to that seen in 
respiratory distress syndrome in the newborn. 
 In the organizing stage there is marked proliferation of 
type II pneumocytes in an attempt to regenerate the 
alveolar lining. Resolution is unusual; more commonly 
there is organization of the fibrin exudates, with resultant 
intra-alveolar fibrosis. Marked thickening of the alveolar 
septa caused by proliferation of interstitial cells and 
deposition of collagen. 
 

Obstructive versus restrictive 

pulmonary diseases 

 

Diffuse pulmonary diseases can be classified in 2 categories 
(1) Obstructive disease (airway disease), characterized by 
limitation of airflow usually resulting from an increase in 
resistance caused by partial or complete obstruction at any 
level,  (2) Restrictive disease, characterized by reduced 
expansion of lung parenchyma accompanied by decreased 
total lung capacity. 
 

Obstructive lung (airway) diseases 

 

 

Emphysema 

  It characterized by abnormal permanent enlargement of the 

airspaces distal to the terminal bronchioles, accompanied 
by destruction of their walls without obvious fibrosis. 

  overinflation conditions in which enlargement of airspaces is 

not accompanied by destruction e.g.the distention of airspaces 
in the opposite lung after unilateral pneumonectomy 
 

  Types of Emphysema 

  Emphysema is classified according to its anatomic 

distribution within the lobule; recall that the acinus is the 
structure distal to terminal bronchioles, and a cluster of 
three to five acini is called a lobule.  

  There are four major types of emphysema: (1) 

centriacinar, (2) panacinar, (3) distal acinar, and (4) 
irregular. Only the first two cause clinically significant 
airway obstruction, with centriacinar emphysema being 
about 20-times more common than panacinar disease. 

 

1)  Centriacinar (Centrilobular) Emphysema 

In which the central or proximal parts of the acini, formed 
by respiratory bronchioles, are affected, while distal 
alveoli are spared. Thus, both emphysematous and normal 
airspaces exist within the same acinus and lobule. The 
lesions are more common and severe in the upper lobes, 
particularly in the apical segments. commonly seen as a 
consequence of cigarette smoking in people who do not 
have congenital deficiency of α

1

-antitrypsin 

 

2)  Panacinar (Panlobular) Emphysema 

In this type of emphysema, the acini are uniformly 
enlarged from the level of the respiratory bronchiole to 
the terminal blind alveoli. In contrast to centriacinar 
emphysema, panacinar emphysema tends to occur more 
commonly in the lower lung zones and is the type of 
emphysema that occurs in α

1

-antitrypsin deficiency. 

 

3)  Distal Acinar (Paraseptal) Emphysema  

In this form, the proximal portion of the acinus is normal 
but the distal part is primarily involved. The emphysema 
is more striking adjacent to the pleura, along the lobular 
connective tissue septa, and at the margins of the lobules. 
It occurs adjacent to areas of fibrosis, scarring, or 
atelectasis and is usually more severe in the upper half of 
the lungs. The characteristic findings are the presence of 
multiple, contiguous, enlarged airspaces that range in 
diameter from less than 0.5 mm to more than 2.0 cm, 
sometimes forming cystlike structures that with 
progressive enlargement are referred to as bullae. This 
type of emphysema probably underlies many of the cases 
of spontaneous pneumothorax in young adults. 

4)  Irregular Emphysema  

Irregular emphysema, so named because the acinus is 
irregularly involved, is almost invariably associated with 
scarring,
 such as resulting from healed inflammatory 


background image

Unit 12: Lung (Diseases of respiratory system)

 

 

 

071

 

diseases. Although clinically asymptomatic, this may be 
the most common form of emphysema. 

 

  Pathogenesis 

  Emphysema arising as a consequence of the protease-

antiprotease imbalance  

  The protease-antiprotease imbalance hypothesis is based 

on the observation that patients with a genetic deficiency 
of the antiprotease α

1

-antitrypsin have a markedly 

enhanced tendency to develop pulmonary emphysema, 
which is compounded by smoking. About 1% of all 
patients with emphysema have this defect. α

1

-Antitrypsin, 

normally present in serum, which is a major inhibitor of 
proteases (particularly elastase) secreted by neutrophils 
during inflammation.  

 

α

1

-Antitrypsin is encoded by (Pi) locus on chromosome 14.  

  The following sequence is postulated: 

1)  1-Neutrophils (the principal source of cellular proteases) 

are normally sequestered in peripheral capillaries, 
including those in the lung, and a few gain access to the 
alveolar spaces. 

2)  2-Any stimulus that increases either the number of 

leukocytes (neutrophils and macrophages) in the lung or 
the release of their protease-containing granules increases 
proteolytic activity. 

3)  3-With low levels of serum α

1

-antitrypsin, elastic tissue 

destruction is unchecked and emphysema results. 

  In smokers, neutrophils and macrophages accumulate in 

alveoli. The mechanism of inflammation is not entirely 
clear, but possibly involves the direct chemo attractant 
effects of nicotin , these activate the transcription factor 
NF-κB, which switches on genes that encode TNF and 
chemokines, including IL-8. These, in turn, attract and 
activate neutrophils. Accumulated neutrophils are 
activated and release their granules, rich in a variety of 
cellular proteases (neutrophil elastase, proteinase 3, and 
cathepsin G), resulting in tissue damage. 

  Smoking also enhances elastase activity in macrophages; 

macrophage elastase is not inhibited by α

1

-antitrypsin and, 

indeed, can proteolytically digest this antiprotease. There 
is increasing evidence that in addition to elastase, matrix 
metalloproteinases derived from macrophages and 
neutrophils have a role in tissue destruction. 

 

  Morphology 

  The diagnosis and classification of emphysema depend 

largely on the macroscopic appearance of the lung. 
Panacinar emphysema, when well developed, produces 
pale, voluminous lungs that often obscure the heart when 
the anterior chest wall is removed at autopsy. 

  In centriacinar emphysema the lungs are a deeper pink 

than in panacinar emphysema and less voluminous, unless 
the disease is well advanced. 

  Generally, in centriacinar emphysema the upper two-

thirds of the lungs is more severely affected than the 
lower lungs. 

  Histologically there is thinning and destruction of 

alveolar walls. With advanced disease, adjacent alveoli 
become confluent, creating large airspaces. Terminal and 
respiratory bronchioles may be deformed because of the 
loss of septa that help tether these structures in the 
parenchyma. 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. In addition to alveolar 
loss, the number of alveolar capillaries is diminished. 

 

Chronic Bronchitis 

Is defined as a persistent productive cough for at least 
3 consecutive months in at least 2 consecutive years.
 It 
is common among cigarette smokers and urban dwellers 
in smog-ridden cities; about 20% - 25% of men in the 40- 
to 65-year age have the disease. Recurrent infections and 
respiratory failure are constant threats & diagnosis is 
made on clinical grounds. 

 

  Pathogenesis 

  Environmental irritants mainly cigarette smoking & 

other air pollutants, induce:- 
1)  
Hypertrophy of mucous glands in the trachea & main-

stem bronchi and lead to a marked increase in mucin-
secreting goblet cells in the surface epithelium of smaller 
bronchi and bronchioles lead to hypersecretion of mucus 

2)  Inflammation with infiltration of CD8+ T cells, 

macrophages, and neutrophils.  

  The morphologic basis of airflow obstruction in 

chronic bronchitis is more peripheral and results from 
1)  
"Small airway disease," induced by goblet cell 

metaplasia with mucus plugging of the bronchiolar 
lumen, inflammation, and bronchiolar wall fibrosis. 

2)  Coexistent emphysema: chronic bronchitis with 

significant airflow obstruction is almost always 
complicated by emphysema.  

 

  Morphology 

  Grossly, the mucosal lining of the larger airways is 

usually hyperemic and swollen due to edema. It is often 
covered by a layer of mucinous or mucopurulent 


background image

Unit 12: Lung (Diseases of respiratory system)

 

 

 

071

 

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

  Histologically,  

(1) In the trachea and larger bronchi is enlargement of 
the mucus-secreting glands
.  (2) Mixed inflammatory 
cells, largely mononuclear but sometimes admixed with 
neutrophils in the bronchial mucosa.  

 

Chronic bronchiolitis (small airway disease), 

characterized by goblet cell metaplasia, mucus plugging, 
inflammation, and fibrosis, is also present. In the most 
severe cases, there may be complete obliteration of the 
lumen due to fibrosis (bronchiolitis obliterans). It is the 
peribronchiolar fibrosis and luminal narrowing that results 
in airway obstruction. 

 

Asthma 

  Asthma is a chronic inflammatory airways disorder that 

causes recurrent episodes of wheezing, breathlessness, 
chest tightness, and cough, particularly at night and/or 
early in the morning.  

  This clinical picture is caused by repeated immediate 

hypersensitivity and late-phase reactions in the lung that 
give rise  
1)  intermittent and reversible airway obstruction, 
2)  chronic bronchial inflammation with eosinophils, 
3)  Bronchial smooth muscle cell hypertrophy and 

hyperreactivity. It is thought that inflammation causes 
an increase in (bronchospasm) to a variety of stimuli. 

  About 70% of cases are said to be "extrinsic" or "atopic" 

and are due to IgE and T

H

2-mediated immune responses 

to environmental Ags. While in 30% asthma is said to be 
"intrinsic" or "non-atopic" & is triggered by non-immune 
stimuli such as aspirin; pulmonary infections,(viruses); 
cold; psychological stress; exercise; and inhaled irritants.  

 

  Pathogenesis 

The major etiologic factors of asthma are genetic 
predisposition to type I hypersensitivity ("atopy"), acute 
and chronic airway inflammation, and bronchial hyper-
responsiveness to a variety of stimuli. 

1)  Atopic asthma is associated with an excessive T

H

reaction against environmental antigens. Cytokines”IL-4” 
produced by T

H

2 cells account for most of the features of 

asthma- stimulates IgE production, IL-5 activates 
eosinophils, and IL-13 stimulates mucus production. All 
of these cytokines are produced by T

H

2 cells. 

 In addition, epithelial cells are activated to produce 
chemokines that promote recruitment of more T

H

2 cells 

and eosinophils & other leukocytes.  

2)  "airway remodeling." These changes include 

hypertrophy of bronchial smooth muscle and deposition 
of subepithelial collagen, it may occur over several years 
before initiation of symptoms& its etiologic basis may be 
an inherited predisposition associated with accelerated 
proliferation of bronchial smooth muscle cells and 
fibroblasts. The gene that implicated called ADAM33, . 
Mast cells, are also thought to contribute to airway 
remodeling by secreting growth factors that stimulate 
smooth muscle proliferation. 

 

Atopic Asthma 

  This most common type of asthma usually begins in 

childhood. A positive family history of atopy is common, 
and asthmatic attacks are often preceded by allergic 
rhinitis, urticaria, or eczema. The disease is triggered by 
environmental antigens, such as dusts, pollen, animal 
dander, and foods…etc.  

  In the airways there is an initial sensitization to the 

inhaled antigens, which 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. 
Exposure of IgE-coated mast cells to the same antigen 
causes cross-linking of IgE and the release of chemical 
mediators. Mast cells on the respiratory mucosal surface 
are initially activated; the resultant mediator release opens 
mucosal intercellular junctions, allowing penetration of 
the antigen to more numerous mucosal mast cells. In 
addition, direct stimulation of subepithelial vagal 
(parasympathetic) receptors
 provokes reflex 
bronchoconstriction through both central and local 
reflexes. This occurs within minutes after stimulation and 
is therefore called the acute, or immediate, response, 
which consists of bronchoconstriction, edema (due to 
increased vascular permeability), and mucus secretion. A 
variety of inflammatory mediators have been implicated 
in the acute-phase response, includes: Leukotrienes C

4

D

4

, and E

4

Acetylcholine, histamineProstaglandin 

D

2

,.Platelet-activating factor. 

  Mast cells also release additional cytokines that cause the 

influx of other leukocytes, including neutrophils & 
mononuclear cells, & eosinophils. These inflammatory 
cells set the stage for the late-phase reaction, which starts 
4 to 8 hours later & may persist for 12 to 24 hours or more 

 

Non- Atopic Asthma 

Viral infections of the respiratory tract (most common) 
and inhaled air pollutants such as sulfur dioxide, ozone, 
and nitrogen dioxide. These agents increase airway hyper-
reactivity in both normal and asthmatic subjects. In the 


background image

Unit 12: Lung (Diseases of respiratory system)

 

 

 

071

 

latter, however, the bronchial response, manifested as 
spasm, is much more severe and sustained. A positive 
family history is uncommon, serum IgE levels are normal, 
and there are no associated allergies.  

 

Drug-Induced Asthma  

Several pharmacologic agents provoke asthma, aspirin 
being the most striking example. Individuals with aspirin 
sensitivity present with recurrent rhinitis and nasal polyps, 
urticaria, and bronchospasm. The precise mechanism 
remains unknown. 

Occupational Asthma 

This form of asthma 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). 

 
Morphology 

  In fatal cases, grossly, the lungs are overdistended because 

of overinflation, and there may be small areas of 
atelectasis. The most striking macroscopic finding is 
occlusion of bronchi and bronchioles by thick, tenacious 
mucus plugs. Histologically, the mucus plugs contain 
whorls of shed epithelium (Curschmann spirals). 
Numerous eosinophils and Charcot-Leyden crystals 
(collections of crystalloids made up of eosinophil proteins) 
are also present. The other characteristic findings of 
asthma, collectively called "airway remodeling" 

  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 walls.  

 

Bronchiectasis 

Bronchiectasis is the permanent dilation of bronchi and 
bronchioles caused by destruction of the muscle and 
elastic supporting tissue, resulting from or associated with 
chronic necrotizing infections. It is not a primary disease 
but rather is secondary to persisting infection or 
obstruction caused by a variety of conditions.  
 

Predisposing Factors 

  Bronchial obstruction. by tumors, foreign bodies, and 

occasionally impaction of mucus. Under these conditions, 
the bronchiectasis is localized to the obstructed lung 
segment. Bronchiectasis can also complicate atopic 
asthma and chronic bronchitis. 

  Congenital or hereditary conditions. Like  

  In cystic fibrosis, widespread severe bronchiectasis 

results from obstruction and infection caused by the 
secretion of abnormally viscid mucus.  

  In immunodeficiency states, particularly 

immunoglobulin deficiencies, bronchiectasis is likely to 
develop because of an increased susceptibility to repeated 
bacterial infections. 

  Kartagener syndrome, an autosomal recessive disorder, 

is frequently associated with bronchiectasis and with 
sterility in males. Structural abnormalities of the cilia 
impair mucociliary clearance in the airways, leading to 
persistent infections, and reduce the mobility of 
spermatozoa.  

  Suppurative, pneumonia, due to Staphylococcus aureus 

or Klebsiella spp., may predispose to bronchiectasis.  
 

Pathogenesis 

Two processes in the pathogenesis of bronchiectasis: 
Obstruction and chronic persistent infection. Either of 
these two processes may come first. Normal clearance 
mechanisms are hampered by obstruction (by a 
bronchogenic carcinoma or a foreign body), so secondary 
infection soon follows; conversely, chronic infection in 
time causes damage to bronchial walls, leading to 
weakening and dilation.  
 

Morphology 

  Bronchiectatic involvement of the lungs usually affects 

the lower lobes bilaterally, When tumors or aspiration of 
foreign bodies lead to bronchiectasis, involvement may be 
sharply localized to a single segment of the lungs. 
Usually, the most severe involvement is found in the more 
distal bronchi and bronchioles. The airways may be 
dilated to as much as four times their usual diameter.  

  The histologic findings vary with the activity and 

chronicity of the disease. In the full-blown active case, an 
intense acute and chronic inflammatory exudate 
within the walls of the bronchi and bronchioles
 and the 
desquamation of lining epithelium cause extensive areas 
of ulceration. 

  In the usual case, a mixed flora can be cultured from the 

involved bronchi, including staphylococci, streptococci, 
pneumococci, .When healing occurs, the lining epithelium 
may regenerate completely; however, usually so much injury 
has occurred that abnormal dilation and scarring persist. 

  Fibrosis of the bronchial and bronchiolar walls and 

peribronchiolar fibrosis develop in more chronic cases. 
In some instances, the necrosis destroys the bronchial or 
bronchiolar walls and forms a lung abscess 


background image

Unit 12: Lung (Diseases of respiratory system)

 

 

 

071

 

Pulmonary infections 

Pneumonia defined as any infection in the lung. It may be 
acute or chronic disease with a more protracted course. 

 

Causes  

Bacterial, viral, fungal, chemical…. . 
Acute bacterial pneumonias can present as 
bronchopneumonia or lobar pneumonia. 

1)  Bronchopneumonia implies a patchy distribution of 

inflammation that generally involves more than one lobe, 
results from an initial infection of the bronchi and 
bronchioles with extension into the adjacent alveoli.  

2)  Lobar pneumonia the contiguous airspaces of part or all of 

a lobe are homogeneously filled with an exudate that can 
be visualized on radiographs as a lobar or segmental 
consolidation. Streptococcus pneumoniae is responsible 
for more than 90% of lobar pneumonias. Other 
classification of pneumonias 
1-base on specific etiologic agent 
2-clinical setting if no pathogen can be isolated.  

 

Community-Acquired Acute Pneumonias 

 Most community-acquired acute pneumonias are bacterial 
in origin. Usually the infection follows a viral upper 
respiratory tract infection. The onset is usually abrupt, with 
high fever, chills, pleuritic chest pain, & a productive 
mucopurulent cough; S. pneumoniae is the most common 
cause of community-acquired acute pneumonia. 

 

I-Streptococcus pneumoniae 

Pneumococcal infections occur with increased frequency 
in three groups of individuals:  

1)  Those with underlying chronic diseases such as CHF, 

COPD, or diabetes. 

2)  Those with either congenital or acquired immunoglobulin 

defects (e.g., the acquired immune deficiency syndrome). 

3)  Those with decreased or absent splenic function (e.g., 

sickle cell disease or after splenectomy). because the 
spleen contains the largest collection of phagocytes & thus 
responsible for removing pneumococci from the blood. 

 

Morphology 

  With pneumococcal lung infection, it could be lobar or 

bronchopneumonia, the latter is more prevalent at the 
extremes of age. Regardless of the distribution of the 
pneumonia, 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 and evolved through 
four stages: congestion, red hepatization, gray 
hepatization,
 and resolution. Early antibiotic therapy 
alters this typical progression. 

1)  Congestion stage: in which the affected lobe heavy & 

red. Histologically, vascular congestion can be seen, with 
proteinaceous fluid, scattered neutrophils, and many 
bacteria in the alveoli.  

2)  Red hepatization stage in which the lung lobe has a 

liver-like consistency; the alveolar spaces are packed with 
neutrophils, red cells, and fibrin. 

3)  Gray hepatization in this stage the lung is dry, gray, and 

firm, because RBC are lysed, while the fibrinosuppurative 
exudate persists within the alveoli.  

4)  Stage of Resolution follows in uncomplicated cases, as 

exudates within the alveoli are enzymatically digested to 
produce granular, semifluid debris that is resorbed, 
ingested by macrophages, coughed up, or organized by 
fibroblasts growing into it.  

  The pleural involvment (pleuritis) may resolve or 

undergo organization, leaving fibrous thickening or 
permanent adhesions 

  In the bronchopneumonic pattern, foci of inflammatory 

consolidation are distributed in patches throughout one or 
more lobes, most frequently bilateral and basal. Well-
developed lesions up to 3 - 4 cm in diameter are slightly 
elevated and are gray-red to yellow. The lung tissues 
surrounding areas of consolidation is usually hyperemic 
and edematous& Pleural involvement is less common 
than in lobar pneumonia.  

  Histologically, the lesion consists of focal suppurative 

exudate that fills the bronchi, bronchioles, and adjacent 
alveolar spaces. 

 

Complications: 

1)  Abscess due to tissue destruction and necrosis .  
2)  Empyema when pus accumulate in the pleural cavity. 
3)  Organization of the intra-alveolar exudate may convert 

areas of the lung into solid fibrous tissue;  

4)  bacteremic dissemination may lead to meningitis, 

arthritis, or infective endocarditis. Complications are 
much more likely with serotype 3 pneumococci 

 

Diagnosis  

1)  Gram-stained sputum is an important step in the diagnosis 

of acute pneumonia. Looking for neutrophils containing 
the typical gram-positive diplococci is good evidence of 
pneumococcal pneumonia, but as S. pneumoniae is an 
endogenous flora and therefore false-positive results may 
be obtained by this method.  


background image

Unit 12: Lung (Diseases of respiratory system)

 

 

 

071

 

2)  Blood cultures is more specific. During early phases of 

illness, blood cultures may be positive in 20% to 30% of 
persons with pneumonia.  
 

II-Haemophilus influenzae  

It can cause a life-threatening form of pneumonia in 
children, often following a respiratory viral infection. 
Adults at risk are those with chronic pulmonary diseases 
such as chronic bronchitis, cystic fibrosis, and 
bronchiectasis.  
.Encapsulated H. influenzae type b was an important 
cause of epiglottitis and suppurative meningitis in 
children, & vaccination against this organism in infancy 
has significantly reduced the risk. 
 

III-Staphylococcus aureus 

It is an important cause of secondary bacterial pneumonia 
in children and healthy adults after viral respiratory 
illnesses (e.g., measles in children and influenza in both 
children & adults).Staphylococcal pneumonia is associated 
with a high incidence of complications, such as lung 
abscess and empyema.Staphylococcal pneumonia occurring 
in association with right-sided staphylococcal endocarditis 
is a serious complication of intravenous drug abuse. It is 
also an important cause of nosocomial pneumonia 
 

IV-Klebsiella pneumoniae 

K. pneumoniae is the most frequent cause of gram-
negative bacterial pneumonia.It frequently Affect 
debilitated and malnourished persons, particularly chronic 
alcoholics.Thick and gelatinous sputum is characteristic, 
because the organism produces an abundant viscid 
capsular polysaccharide. 
 

Hospital-Acquired Pneumonias (Nasocomial 
pneumonia) 

Nosocomial or hospital-acquired, pneumonias are defined as 
pulmonary infections acquired in the course of a hospital 
stay. Nosocomial infections are common in hospitalized 
persons with severe underlying disease, immune 
suppression, or prolonged antibiotic therapy. Those on 
mechanical ventilation are at high-risk. Gram-negative rods 
(Enterobacteriaceae and Pseudomonas spp.) & S. aureus are 
the most common isolates; while, S. pneumoniae is not a 
major pathogen in nosocomial infections 
 

Aspiration Pneumonia 

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. These individuals have abnormal gag and 
swallowing reflexes that facilitate aspiration. The 
resultant pneumonia is partly chemical, resulting from the 
extremely irritating effects of the gastric acid, and partly 
bacterial recent studies implicate aerobes more commonly 
than anaerobes. This type of pneumonia is often 
necrotizing, with a fulminant clinical course, and is a 
frequent cause of death in persons predisposed to 
aspiration & abscess formation is a common complication 

 

Lung Abscess 

Lung abscess refers to a localized area of suppurative 
necrosis within the pulmonary parenchyma, resulting in 
the formation of large cavity. The term necrotizing 
pneumonia has been used for a similar process resulting in 
multiple small cavitations; necrotizing pneumonia often 
coexists or evolves into lung abscess, The causative 
organism may be introduced into the lung by any of the 
following mechanisms 

1)  Aspiration of infective material from carious teeth or 

infected sinuses or tonsils, particularly likely during oral 
surgery, anesthesia, coma, or alcoholic intoxication and in 
debilitated patients with depressed cough reflexes. 

2)  Aspiration of gastric contents, usually accompanied by 

infectious organisms from the oropharynx. 

3)  As a complication of necrotizing bacterial pneumonias, 

particularly those caused by S. aureus, Streptococcus 
pyogenes, K. pneumoniae, Pseudomonas spp., and, rarely, 
type 3 pneumococci. Mycotic infections and 
bronchiectasis may also lead to lung abscesses. 

4)  Bronchial obstruction, particularly with bronchogenic 

carcinoma obstructing a bronchus or bronchiole. Impaired 
drainage, distal atelectasis, and aspiration of blood and 
tumor fragments all contribute to the development of 
abscesses. An abscess may also form within an excavated 
necrotic portion of a tumor. 

5)  Septic embolism, from septic thrombophlebitis or from 

infective endocarditis of the right side of the heart.In 
addition, lung abscesses may result from hematogenous 
spread of bacteria in disseminated pyogenic infection e.g. 
staphylococcal bacteremia which results in multiple lung 
abscesses. 
Anaerobic bacteria are present in almost all lung 
abscesses e.g. Bacteroides& microaerophilic streptococci. 
 

Morphology 

  Abscesses vary in diameter from a few millimeters to large 

cavities of 5 to 6 cm. The localization and number of 


background image

Unit 12: Lung (Diseases of respiratory system)

 

 

 

077

 

abscesses depend on their mode of development. 
Pulmonary abscesses resulting from aspiration of infective 
material are much more common on the right side (more 
vertical airways) than on the left, and most are single. On 
the right side, they tend to occur in the posterior segment of 
the upper lobe and in the apical segments of the lower lobe, 
because these locations reflect the probable course of 
aspirated material when the patient is recumbent. 

  Abscesses that develop in the course of pneumonia or 

bronchiectasis are commonly multiple, basal, and 
diffusely scattered.  

  abscesses arising from hematogenous seeding or Septic 

emboli are commonly multiple and may affect any region 
of the lungs. 

  As the focus of suppuration enlarges, it almost inevitably 

ruptures into airways. Thus, the contained exudate may be 
partially drained, producing an air-fluid level on 
radiographic examination. Occasionally, abscesses 
rupture into the pleural cavity and produce bronchopleural 
fistulas, the consequence of which is pneumothorax or 
empyema. Other complications arise from embolization 
of septic material to the brain, giving rise to meningitis or 
brain abscess.  

  Histologically there is suppuration surrounded by variable 

amounts of fibrous scarring and mononuclear infiltration 
(lymphocytes, plasma cells, macrophages), depending on 
the chronicity of the lesion. 

 
Lung tumors 

Primary lung cancer is a common disease. Bronchial 
epithelium is the site of origin of 95% of primary lung 
tumors (carcinomas); the remaining 5% includes 
bronchial carcinoids, mesenchymal malignancies (e.g., 
fibrosarcomas, leiomyomas), lymphomas, and a few 
benign lesions.  
The most common benign lesions are Hamartomas:- 
Spherical, small (3-4 cm), discrete that often show up as 
"coin" lesions on chest radiographs. They consist mainly 
of mature cartilage but are often admixed with fat, fibrous 
tissue, and blood vessels in varying proportions. 

 

Carcinoma 

Lung cancer is the number one cause of cancer-related 
deaths in industrialized countries. In either sex. These 
statistics are related to the causal relationship of cigarette 
smoking and lung cancer.  
The peak incidence of lung cancer occurs in persons in 
their 50s and 60s. The 5-year survival rate for all stages of 

lung cancer combined is about 15%; even those with 
disease localized to the lung have a 5-year survival of 
approximately 45%. 

 

Histologic types:- 

The four major histologic types of carcinomas of the lung 
are squamous cell carcinoma, adenocarcinoma, small-cell 
carcinoma, and large-cell carcinoma. In some cases there 
is a combination of histologic patterns (e.g., combined 
small-cell carcinoma, adenosquamous carcinoma). 
Adenocarcinoma has replaced squamous cell carcinoma 
as the most common primary lung tumor in recent years.  
For therapeutic purposes, carcinomas of the lung are 
classified into two broad groups: 
1-small-cell lung cancer (SCLC)  
2-non-small-cell lung cancer (NSCLC) which includes 
squamous cell, adenocarcinomas, and large-cell 
carcinomas. The reason is that all SCLCs have 
metastasized by the time of diagnosis and 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, there are also genetic differences 
between SCLCs and NSCLCs. For example, SCLCs are 
characterized by a high frequency of RB gene mutations, 
while activating KRAS and EGFR oncogene mutations are 
restricted to adenocarcinomas within the NSCLC group 
and are rare in SCLCs. 

 

Etiology and Pathogenesis 

  Carcinomas of the lung arise by accumulation of genetic 

abnormalities that result in transformation of benign 
bronchial epithelium into neoplastic tissue. The sequence 
of molecular changes start by  inactivation of the tumor 
suppressor genes located on chromosome 3p as an early 
event, whereas p53 mutations or activation of the KRAS 
oncogene occurs relatively late. Loss of chromosome 3p 
material, can be found even in benign bronchial 
epithelium of individuals with lung cancer, as well as in 
the respiratory epithelium of smokers without lung 
cancers, suggesting that large areas of the respiratory 
mucosa are mutagenized after exposure to carcinogens. 
On this fertile soil, those cells that accumulate additional 
mutations ultimately develop into cancer.  

  Statistically, about 90% of lung cancers occur in active 

smokers or those who stopped recently. The increased risk 
becomes 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. Cessation of smoking decreases the risk 


background image

Unit 12: Lung (Diseases of respiratory system)

 

 

 

071

 

of developing lung cancer over time but it may never 
return to baseline levels. Passive smoking (proximity to 
cigarette smokers) increases the risk of developing lung 
cancer to approximately twice that of nonsmokers. 

  The smoking of pipes and cigars also increases the risk, 

but only modestly. 

  It is well known that not all persons exposed to tobacco 

smoke develop cancer. It is very likely that the mutagenic 
effect of carcinogens is conditioned by hereditary (genetic) 
factors. Recall that many chemicals (procarcinogens) 
require metabolic activation via the P-450 monooxygenase 
enzyme system for conversion into ultimate carcinogens. 
There is evidence that persons with specific genetic 
polymorphisms involving the P-450 genes have an 
increased capacity to metabolize procarcinogens derived 
from cigarette smoke and, conceivably, incur the greatest 
risk of developing lung cancer. 

 

Morphology 

  Carcinomas of the lung begin as small mucosal lesions 

that are usually firm and gray-white. They may form 
intraluminal masses, invade the bronchial mucosa, or 
form large bulky masses pushing into adjacent lung 
parenchyma. Some large masses undergo cavitation 
caused by central necrosis or develop focal areas of 
hemorrhage. Finally, these tumors may extend to the 
pleura, invade the pleural cavity and chest wall, & spread 
to adjacent intrathoracic structures. More distant spread 
can occur via the lymphatics or the hematogenous route. 
 

 

Squamous cell carcinomas 

are more common in men 

than in women and are closely correlated with a smoking 
history; they tend to arise centrally in major bronchi and 
eventually spread to local hilar nodes, but they disseminate 
outside the thorax later than other histologic types. Large 
lesions may undergo central necrosis, giving rise to 
cavitation. 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. By this time, 
atypical cells may be identified in cytologic smears of 
sputum or in bronchial lavage fluids or brushings, although 
the lesion is asymptomatic and undetectable on 
radiographs. Eventually, the small neoplasm reaches a 
symptomatic stage, when a well-defined tumor mass begins 
to obstruct the lumen of a major bronchus, often producing 
distal atelectasis and infection. Simultaneously, the lesion 
invades surrounding pulmonary substance. Histologically, 
these tumors range from well-differentiated squamous cell 
neoplasms showing keratin pearls and intercellular bridges 

to poorly differentiated neoplasms having only minimal 
residual squamous cell features. 
 

 

Adenocarcinomas

 are usually more peripherally 

located, many arising in relation to peripheral lung scars 
(“scar carcinomas”). Adenocarcinomas are the most 
common type of lung cancer in women and nonsmokers. It 
grow slowly and form smaller masses than do the other 
subtypes, but they tend to metastasize widely at an early 
stage 

  Histologically, they assume a variety of forms, including 

acinar (gland forming)papillary

, and 

solid types

. The 

putative precursor of peripheral adenocarcinomas has 
been described as atypical adenomatous hyperplasia 
(AAH). Microscopically, AAH is recognized as a well-
demarcated focus of epithelial proliferation composed of 
cuboidal to low-columnar cells with various degrees of 
cytologic atypia (nuclear hyperchromasia, pleomorphism, 
prominent nucleoli). Genetic analyses of AAH show 
many of the molecular aberrations associated with 
adenocarcinomas (e.g., KRAS mutations). 
 

 

Bronchioloalveolar carcinomas (BACs) 

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
. The two subtypes of BACs are mucinous 
and nonmucinous, with the former comprising tall, 
columnar cells with prominent cytoplasmic and intra-
alveolar mucin. it is proposed that some invasive 
adenocarcinomas of the lung may arise through an 
atypical adenomatous hyperplasia-bronchioloalveolar 
carcinoma-invasive adenocarcinoma sequence
.  
 

 

Large-cell carcinomas 

are undifferentiated malignant 

epithelial tumors that lack the cytologic features of small-
cell carcinoma and glandular or squamous differentiation. 
The cells typically have large nuclei, prominent nucleoli, 
and a moderate amount of cytoplasm. Large-cell 
carcinomas probably represent squamous cell or 
adenocarcinomas that are so undifferentiated that they can 
no longer be recognized by light microscopy. 
Ultrastructurally, however, minimal glandular or 
squamous differentiation is common 
 

 

Small-cell lung carcinomas 

generally appear as pale 

gray, centrally located masses with extension into the 
lung parenchyma and early involvement of the hilar and 
mediastinal nodes. These cancers are composed of tumor 


background image

Unit 12: Lung (Diseases of respiratory system)

 

 

 

071

 

cells with a round to fusiform shape, scant cytoplasm, and 
finely granular chromatin. Mitotic figures are frequently 
seen, " the neoplastic cells are usually twice the size of 
resting lymphocytes. Necrosis is invariably present and 
may be extensive. The tumor cells are markedly fragile 
and often show fragmentation and "crush artifact" in 
small biopsy specimens. Another feature of small-cell 
carcinomas, best appreciated in cytologic specimens, is 
nuclear molding resulting from close apposition of tumor 
cells that have scant cytoplasm. These tumors are derived 
from neuroendocrine cells of the lung, and hence they 
express a variety of neuroendocrine markers  in addition 
to a host of polypeptide hormones that may result in 
paraneoplastic syndromes. 
 

Clinical course 

Carcinomas of the lung are silent, insidious lesions In 
some instances, chronic cough and expectoration call 
attention to still localized, resectable disease. By the time 
hoarseness, chest pain, superior vena caval syndrome, 
pericardial or pleural effusion, or persistent segmental 
atelectasis or pneumonitis makes its appearance, the 
prognosis is grim. Too often, the tumor presents with 
symptoms emanating from metastatic spread to the brain 
(mental or neurologic changes), liver (hepatomegaly), or 
bones (pain). Although the adrenals may be nearly 
obliterated by metastatic disease, adrenal insufficiency 
(Addison disease) is uncommon because islands of 
cortical cells sufficient to maintain adrenal function 
usually persist. 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, have 
invariably spread by the time they are first detected, even 
if the primary tumor appears small and localized. Thus, 
surgical resection is not a viable treatment. They are very 
sensitive to chemotherapy but invariably recur. Median 
survival even with treatment is 1 year. It is variously 
estimated that 3% to 10% of all patients with lung cancer 
develop clinically overt paraneoplastic syndromes. These 
include  

1)  Hypercalcemia caused by secretion of a parathyroid 

hormone-related peptide (osteolytic lesions may also 
cause hypercalcemia, but this would not be a 
paraneoplastic syndrome; 

2)  Cushing syndrome (from increased production of 

adrenocorticotropic hormone);  

3)  syndrome of inappropriate secretion of antidiuretic hormone 

4)  Neuromuscular syndromes, including a myasthenic 

syndrome, peripheral neuropathy, and polymyositis;  

5)  Clubbing of the fingers and hypertrophic pulmonary 

osteoarthropathy; and 

6)  Hematologic manifestations, including migratory 

thrombophlebitis, nonbacterial endocarditis, and 
disseminated intravascular coagulation. Secretion of 
calcitonin and other ectopic hormones has also been 
documented. Hypercalcemia is most often encountered 
with squamous cell neoplasms, the hematologic 
syndromes with adenocarcinomas. The remaining 
syndromes are much more common with small-cell 
neoplasms, but exceptions abound. 
 
 

Carcinoids 

Bronchial carcinoids are thought to arise from the 
Kulchitsky cells (neuroendocrine cells) that line the 
bronchial mucosa and resemble intestinal carcinoids. The 
neoplastic cells contain dense-core neurosecretory 
granules in their cytoplasm and, may secrete hormonally 
active polypeptides. They occasionally occur as part of 
the multiple endocrine neoplasia syndrome. Bronchial 
carcinoids appear at an early age (mean 40 years) and 
represent about 5% of all pulmonary neoplasms. In happy 
contrast to their more ominous neuroendocrine 
counterpart, small-cell carcinomas, carcinoids are often 
resectable and curable. 
 
Morphology 

  Most bronchial carcinoids originate in main-stem bronchi 

and grow in one of two patterns: (1) an obstructing 
polypoid, spherical, intraluminal mass; or (2) a mucosal 
plaque penetrating the bronchial wall.About 5% -15% of 
these tumors have metastasized to the hilar nodes at 
presentation, distant metastasis is rare. 

  Histologically, these neoplasms are composed of nests of 

uniform cells that have regular round nuclei with "salt-
and-pepper" chromatin, absent or rare mitoses, and little 
pleomorphism. 

  Atypical carcinoid tumors display a higher mitotic rate, 

increased cytologic variability, and focal necrosis. & have 
a higher incidence of lymph node and distant metastasis 
than "typical" carcinoids, and understandably persons 
with atypical carcinoids fare worse in the long run with 
p53 mutations in 20% to 40% of cases.  
 

 




رفعت المحاضرة من قبل: Mostafa Altae
المشاهدات: لقد قام 7 أعضاء و 179 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