Respiratory system

Hussien Mohammed Jumaah
CABM
Lecturer in internal medicine
Mosul College of Medicine
2016

learning-topics

Respiratory disease

Normal breath sounds originate 

mainly from the rapid 

turbulent airflow in the larynx, trachea and main bronchi.

The acinus 

is the gas exchange unit of the lung and 

comprises branching respiratory bronchioles and clusters 
of alveoli. Here the air makes close contact with the blood 
in the pulmonary capillaries 

(gas-to blood distance < 0.4 μm)

, and 

oxygen uptake and CO

2

excretion occur. 

The alveoli are lined 

with flattened epithelial cells 

(type I pneumocytes) and a few, more cuboidal, 
type II pneumocytes. The latter produce surfactant, which is 
a mixture of phospholipids that reduces surface tension 
and counteracts the tendency of alveoli to collapse under 
surface tension. Type II pneumocytes can divide to 
reconstitute type I pneumocytes after lung injury.

The volume 

of the lungs at the end of a 

tidal (‘normal

’) 

breath out is called the functional residual capacity (FRC). 
At this volume, the 

inward

elastic recoil of the lungs 

(resulting from elastin fibres and surface tension in the alveolar lining fluid) 

is balanced by the 

resistance

of the chest wall 

to inward 

distortion from its resting shape, causing negative pressure 
in the pleural space. 
Elastin fibres allow the lung to be easily distended at 
physiological lung volumes, but collagen fibres cause 
increasing stiffness as full inflation is approached so that, in 
health, the maximum inspiratory volume is limited by the 
lung (rather than the chest wall). 

With in the lung, the weight of tissue compresses the 
dependent regions and distends the uppermost parts, so a 
greater portion of an inhaled breath passes to the basal 
regions, which also receive the greatest blood flow as a 
result of gravity. Elastin fibres in alveolar walls maintain 
small airway patency by radial traction on the airway walls. 
Even in health, however, these small airways narrow during 
expiration because they are surrounded by alveoli at higher 
pressure, but are prevented from collapsing by radial 
elastic traction. In emphysema, loss of
alveolar walls leaves the small airways unsupported,
and their collapse on expiration causes air trapping and
high end-expiratory volume

Control of breathing

The respiratory motor neurons in the posterior medulla are 
the origin of the respiratory cycle. Their activity is 
modulated by multiple external inputs :

• Central chemoreceptors 

in the ventrolateral medulla 

sense the pH of the CSF and indirectly stimulated by a rise 
in arterial PCO

2

.

• The carotid bodies 

sense hypoxaemia but are mainly 

activated by arterial PO

2 

values below 8 Kpa (60 mmHg) 

also sensitised to hypoxia by raised arterial PCO

2

.

• Muscle spindles 

in the respiratory muscles sense changes in 

mechanical load. 

• Vagal sensory fibres 

from the lung may be stimulated by stretch, 

by inhaled toxins or by disease processes in the interstitium.

• Cortical 

(volitional) and 

limbic

(emotional) influences can override 

the automatic control of breathing.

The pulmonary circulation in health operates at low
pressure 

(24/9 mmHg), 

can accommodate large increases in 

flow with minimal rise in pressure, such as during exercise. 
Pulmonary hypertension (PH) occurs when vessels are 
destroyed by emphysema, obstructed by thrombus, involved 
in interstitial inflammation or thickened by pulmonary 
vascular disease. The RV responds by hypertrophy,

with right 

axis deviation and P pulmonale on the ECG

. PH with hypoxia and 

hypercapnia is associated with salt and water retention 
(‘cor pulmonale’), with elevation JVP and peripheral 
oedema. This is thought to result mainly from a failure of 
the hypoxic and hypercapnic kidney to excrete sufficient 
salt and water. hypoxia constricts pulmonary arterioles 
and airway CO

2 

dilates bronchi, helping to maintain good 

regional matching of ventilation and perfusion. 

Lung defences

Upper airway defences

Large airborne particles are trapped by nasal 

hairs

, and 

smaller particles settling on the mucosa are cleared
towards the oropharynx by the columnar 

ciliated

epithelium which covers the turbinates and septum .
During cough, expiratory 

muscle

effort against a closed

glottis results in high intrathoracic pressure, which is
then released explosively. 
The flexible posterior 

tracheal wall

is pushed inwards by 

the high surrounding pressure, which reduces tracheal 
cross-section and thus maximises the airspeed to achieve 
effective expectoration. 
The larynx also acts as a 

sphincter

, protecting the 

airway during swallowing and vomiting.

Lower airway defences

The sterility, are maintained by cooperation between the 
innate and adaptive immune responses .

The innate 

response is characterised by a number of defence 
mechanisms. Inhaled matter is trapped in airway mucus 
and cleared by the mucociliary escalator. Cigarette smoke 
increases mucus secretion but reduces mucociliary clearance 
and predisposes towards lower respiratory tract infections. 
Defective mucociliary transport is also a feature of 
Kartagener’s, Young’s syndrome , which are characterised 
by repeated sino-pulmonary infections and bronchiectasis.

Airway secretions contain antimicrobial peptides 

(defensins ,IgA and 

lysozyme), 

antiproteinases and antioxidants, assist with the 

opsonisation and killing of bacteria, and the regulation of the 
powerful proteolytic enzymes 

secreted by inflammatory cells. 

In particular,  α

1

-antiproteinase (A1Pi) regulates 

neutrophil elastase, and deficiency of this may be 
associated with premature emphysema. Macrophages
engulf microbes, organic dusts. They are unable to digest 
inorganic agents, such as asbestos or silica, which lead to 
their death and the release of powerful proteolytic 
enzymes that cause parenchymal damage. Neutrophil
numbers in the airway are low, but the pulmonary 
circulation contains a marginated pool that may be 
recruited rapidly in response to bacterial infection. This 
may explain the prominence of lung injury in sepsis 
syndromes and trauma. 

Adaptive immunity 

is 

characterised by the specificity of the response and the 
development of memory. Lung dendritic cells facilitate 
antigen presentation to T and B lymphocytes.

The ‘plain’ chest X-ray

A postero-anterior (PA) film provides information on the 
lung , heart, mediastinum, vascular structures and thoracic 
cage. Additional information may be obtained from a 

lateral

film, particularly if pathology is suspected 

behind

the heart shadow or deep in the diaphragmatic sulci. Air 
bronchogram means that proximal bronchi are patent. 
Collapse (implying obstruction of the lobar bronchus) is 
accompanied by loss of volume and displacement of the 
mediastinum towards the affected side . 
The presence of 

ring shadows 

(thickened bronchi seen end-

on), 

tramline shadows 

(thickened bronchi seen side-on) or 

tubular shadows 

(bronchi filled with secretions) suggests 

bronchiectasis

, 

but

CT is a much more sensitive.

How to interpret CX-ray

Computed tomography (CT) 

CT and High-resolution CT (HRCT) provides images of the 
pulmonary parenchyma , identifying bronchiectasis and 
assessing type and extent of emphysema , mediastinum, 
pleura and bony structures. CT is superior to chest 
radiography in determining the position and size of a 
pulmonary lesion and whether calcification or cavitation is 
present. It is now routinely used in the assessment of patients 
with suspected lung cancer and facilitates guided 
percutaneous needle biopsy. 

CT pulmonary angiography 

(CTPA) the investigation 

of 

choice in 

the diagnosis of pulmonaryTE , has largely 

replaced the radioisotope-based ventilation–perfusion 
scan, although the latter continues to provide useful 
information in the pre-operative lung resection. 

In pulmonary hypertension,

Doppler 

assessment of tricuspid 

regurgitant jets allows accurate non-invasive measurement 
of pulmonary artery pressure in most cases. 

Right heart 

cath 

used in the investigation of pulmonary hypertension.

Positron emission tomography (PET) 

is useful in the 

investigation of pulmonary nodules, mediastinal nodes and 
metastatic disease in lung cancer. The negative predictive 
value is high; however, the positive predictive value is poor. 

Ultrasound

Used to assess the pleural space for pleural fluid. It also 
allows direct visualisation of the diaphragm and solid 
organs such as the liver, spleen and kidneys, thereby 
allowing safe pleural aspiration, biopsy and intercostal 
chest drain insertion, also be used to guide needle biopsy 
of superficial lymph node or chest wall masses. 

Endoscopic examination

Laryngoscopy

The larynx may be inspected directly with a fibreoptic
laryngoscope. Left-sided lung tumours may involve the left 
recurrent laryngeal nerve, paralysing the left vocal cord 
and leading to a hoarse voice and a ‘bovine’ cough.

Bronchoscopy

The trachea and the first 3–4 generations of bronchi may 
be inspected using a flexible bronchoscope. Flexible 
bronchoscopy is usually performed under local anaesthesia 
with sedation, on an outpatient basis. Abnormal tissue in the 
bronchial lumen or wall can be biopsied, and bronchial 
brushings, washings or aspirates can be taken for
cytological or bacteriological examination. 

Small biopsy specimens of lung tissue, taken by forceps 
passed through the bronchial wall (transbronchial
biopsies), may be helpful in the diagnosis of 
bronchocentric disorders such as sarcoid, hypersensitivity 
pneumonitis and malignancy, but are generally too small 
to be of diagnostic value in other diffuse parenchymal 
pulmonary disease . Transbronchial needle aspiration 
(TBNA) may be used to sample mediastinal lymph nodes 
and to stage lung cancer. 

Rigid bronchoscopy 

requires general anaesthesia and is 

reserved for specific situations, such as massive
haemoptysis or removal of foreign bodies . 
Endobronchial laser therapy and endobronchial stenting
may be easier with rigid bronchoscopy.

Assessment of the mediastinum

The sampling of mediastinal lymph nodes is essential in
the diagnosis and staging of lung cancer and may
confirm the diagnosis of tuberculosis or sarcoidosis. 

Endobronchial ultrasound

(EBUS), using a specialised 

bronchoscope, allows directed needle aspiration from 
peribronchial nodes. Lymph nodes down to the main 
carina can also be sampled using a 

mediastinoscope

passed through a small incision at the suprasternal notch 
under general anaesthetic. 
Lymph nodes in the lower mediastinum may be 
biopsied via the oesophagus using 

endoscopic

ultrasound

(EUS), an oesophageal endoscope equipped

with an ultrasound transducer and biopsy needle.

Investigation of pleural disease

Core biopsy 

of the pleura, guided by either 

ultrasound

or CT, has largely replaced the traditional ‘blind’ method
of pleural biopsy using an Abram’s needle. 

Thoracoscopy

, which involves the insertion of an 

endoscope through the chest wall, facilitates biopsy 
under direct vision.

Immunological and serological tests

The presence of pneumococcal antigen (revealed by 
counter- immunoelectrophoresis) in sputum, blood or 
urine may be of diagnostic importance in pneumonia. 
Influenza viruses can be detected in throat swab 
samples by fluorescent antibody techniques.

In blood, high or rising antibody titres to specific 
organisms (Legionella, Mycoplasma, Chlamydia or viruses) 
may eventually clinch a diagnosis suspected on clinical 
grounds but early diagnosis of Legionella is best done by 
urine antigen testing. Precipitating antibodies may indicate 
a reaction to fungi such as Aspergillus or to antigens 
involved in hypersensitivity pneumonitis . Total levels of IgE, 
and levels of IgE directed against specific antigens, can be 
useful in assessing the contribution of allergy to respiratory 
disease.

Skin tests

The tuberculin test may be of value in the diagnosis of 
tuberculosis. Skin hypersensitivity tests are useful in the 
investigation of allergic diseases

Microbiological investigations

Sputum, pleural fluid, throat swabs, blood, and bronchial 
washings and aspirates can be examined for bacteria, 
fungi and viruses. The use of hypertonic saline to induce 
expectoration of sputum is useful in facilitating the 
collection of specimens for microbiology. 

Histopathology and cytology

Biopsies of pleura, lymph node or lung often allows a 
‘tissue diagnosis’ to be made, in suspected malignancy or 
interstitial lung disease. Important causative organisms, 
such as M. tuberculosis, Pneumocystis jirovecii or fungi, may 
be identified in bronchial washings, brushings or 
transbronchial biopsies. 

Respiratory function testing

Used to aid diagnosis, assess functional impairment, and monitor
treatment or progression of disease. Airway narrowing, lung 
volume and gas exchange capacity are quantified and compared 
with normal values adjusted for age, gender, height and ethnic 
origin. In diseases characterised by airway narrowing (e.g. 
asthma, bronchitis and emphysema), maximum expiratory flow is 
limited by dynamic compression of small intrathoracic airways, 
some of which may close completely during expiration, limiting 
the volume that can be expired (‘

obstructive

’ defect). 

Hyperinflation of the chest results, and can become extreme if 
elastic recoil is also lost due to parenchymal destruction, as in 
emphysema. 

In contrast

, diseases that cause interstitial 

inflammation and/or fibrosis lead to 

progressive loss of lung 

volume 

(‘

restrictive

’ defect) with normal expiratory flow rates.

FIG. 

Respiratory function tests in health and disease. 

A 

Volume/time traces from forced expiration in a normal subject, in 

COPD and in fibrosis. 

COPD

causes slow, prolonged and limited

exhalation. In 

fibrosis, 

forced expiration results in rapid expulsion 

of a reduced forced vital capacity (FVC). Forced expiratory volume 
(FEV

1

) is reduced in both diseases but is disproportionately reduced, 

compared to FVC, in COPD. 

B 

The same data plotted as flow/volume loops. In COPD, collapse 

of intrathoracic airways limits flow, particularly during mid- and late 
expiration. The blue trace illustrates large airway obstruction, which 
particularly limits peak flow rates. 

C 

Lung volume measurement. Volume/time graphs during quiet 

breathing with a single maximal breath in and out. COPD causes 
hyperinflation with increased residual volume. 

Fibrosis 

causes a proportional reduction in all lung volumes.

Measurement of airway obstruction

Airway narrowing is assessed by asking patients to blow 
out as 

hard

and as 

fast

as they can into a peak flow 

meter or a spirometer. Peak flow meters are cheap and 
convenient for home monitoring of peak expiratory flow 
(PEF) in the detection and monitoring of asthma, but results 
are effort-dependent. More accurate and reproducible 
measures are obtained by inhaling fully, then exhaling at 
maximum effort into a spirometer. 
The forced expired volume in 1 second (FEV

1

) is the volume 

exhaled in the first second, and the forced vital capacity 

(FVC) 

is the 

total volume exhaled. 

FEV

1

is disproportionately reduced in airflow obstruction, 

resulting in FEV

1

/FVC ratios of < 70%. In this situation, 

spirometry should be repeated following inhaled short-
acting β

2

-adrenoceptor agonists (e.g. salbutamol); a 

large improvement in FEV

1

(

over 400 mL

) and variability 

in peak flow over time are features of asthma . 

To distinguish large 

airway narrowing (e.g. tracheal 

stenosis or compression) 

from small 

airway narrowing, 

flow/volume loops are recorded using spirometry.
These display flow in relation to lung volume (rather than 
time) during maximum expiration and inspiration,  and the 
pattern of flow reveals the site of airflow obstruction

Lung volumes

Tidal volume and vital capacity (VC – the maximum
amount of air that can be expelled from the lungs after
the deepest possible breath) can be measured by 
spirometry. Total lung capacity (TLC – the total amount of 
air in the lungs 

after

taking the deepest breath possible) 

can be measured by asking the patient to rebreathe an 
inert non-absorbed gas (usually 

helium

) and recording how

much the test gas is diluted by lung gas. This measures
the volume of intrathoracic gas that mixes with tidal
breaths. Alternatively, lung volume may be measured
by body 

plethysmography

, which determines the

pressure/volume relationship of the thorax. This method
measures total intrathoracic gas volume, including
poorly ventilated areas such as bullae.

Transfer factor

To measure the capacity of the lungs to exchange gas,
patients inhale a test mixture of 0.3% carbon monoxide,
which is taken up 

avidly by haemoglobin 

in pulmonary

capillaries. 
After a short breath-hold, the 

rate of disappearance 

of 

CO into the circulation is calculated from a sample of 
expirate, and expressed as the TLCO or carbon monoxide 
transfer factor. 
Helium is also included in the test breath to allow 
calculation of the volume of lung examined by the test 
breath. Transfer factor expressed per unit lung volume is 
termed KCO.

How to interpret respiratory function abnormalities

Arterial blood gases and oximetry

The measurement of hydrogen ion concentration, PaO

2

and PaCO

2

, and derived bicarbonate concentration in an

arterial blood sample is essential to assess the degree
and type of respiratory failure, and for measuring acid–
base status. Interpretation of results is made easier by 
blood gas diagrams ,which indicate whether any

acidosis or alkalosis 

is due to acute or chronic respiratory

derangements of PaCO

2

, or to metabolic causes.

Pulse oximeters with finger or ear probes measure the 
difference in absorbance of light by oxygenated and
deoxygenated blood to calculate its oxygen saturation
(SaO

2

). This allows non-invasive continuous assessment

of oxygen saturation in patients, which is useful in
assessing hypoxaemia and its response to therapy.

Exercise tests

Resting measurements may be unhelpful in early disease
or in patients complaining only of exercise-induced
symptoms. Exercise testing with spirometry before and
after can help demonstrate exercise-induced asthma.
Walk tests include the self-paced

6-minute walk 

and

the externally paced incremental ‘

shuttle

’ test, where

patients walk at increasing pace between two cones
10 m apart. These provide simple, repeatable assessments
of disability and response to treatment. 
Cardiopulmonary bicycle exercise testing, with measurement 
of metabolic gas exchange, ventilation and ECG changes, is 
useful for quantifying exercise limitation and detecting occult 
CV or respiratory limitation in a breathless patient.

PRESENTING PROBLEMS IN RESPIRATORY DISEASE

Cough

Caused by stimulation of sensory nerves in the mucosa of 
the pharynx, larynx, trachea and bronchi. Cough reflex 
induced by changes in air temperature or exposure to 
irritants. The explosive quality of a normal cough is lost in 
patients with respiratory muscle paralysis or vocal cord 
palsy. Paralysis of a single vocal cord gives rise to a 
prolonged, low-pitched, inefficient ‘bovine’ cough 
accompanied by hoarseness. Coexistence of an 

inspiratory noise (stridor) 

indicates partial obstruction of 

a major airway (e.g. laryngeal oedema, tracheal tumour, 
scarring, compression or inhaled foreign body) and 
requires urgent investigation and treatment. 

Cough

AHR = 
airway hyper-reactivity

Causes of cough

Acute 

transient cough is most commonly caused by viral

lower respiratory tract infection, post-nasal drip resulting
from rhinitis or sinusitis, aspiration of a foreign body, or 
throat-clearing secondary to laryngitis or pharyngitis , 
pneumonia, aspiration, congestive heart failure or 
pulmonary embolism. 

Chronic

cough present more of a challenge, especially 

when physical examination, chest X-ray and lung function 

studies are normal

. In this context, it is most often 

explained by cough-variant asthma, post-nasal drip 
secondary to nasal or sinus disease, or gastro-
oesophageal reflux with aspiration, diagnosis of the latter 
may require ambulatory oesophageal pH monitoring or a 
prolonged trial of anti-reflux therapy 

ACE inhibitors cause chronic cough in 10% -15%. 
Bordetella pertussis infection in adults can also result in 
protracted cough.
While most patients with a bronchogenic carcinoma have 
an abnormal chest X-ray on presentation, fibreoptic 
bronchoscopy or thoracic CT is advisable in most adults 
(especially smokers) with otherwise unexplained cough of 
recent onset, as this may reveal a small endobronchial
tumour or unexpected foreign body. In a small percentage 
of patients, dry cough may be the presenting feature of 
interstitial lung disease.

Breathlessness

The feeling of an uncomfortable need to breathe. It is 

unusual 

among sensations, as it has no defined receptors, 

no localised representation in the brain.

Pathophysiology

Respiratory diseases can stimulate dyspnoea by:
• stimulating intrapulmonary sensory nerves (e.g.
pneumothorax, interstitial inflammation and pulmonary embolus)
• increasing the mechanical 

load

on the respiratory muscles (e.g. 

airflow obstruction or pulmonary fibrosis)
• causing hypoxia, hypercapnia or acidosis, which stimulate 
chemoreceptors. 
In cardiac failure

, 

pulmonary congestion reduces compliance and 

can also obstruct the small airways. Reduced cardiac output also limits 
oxygen supply to the skeletal muscles, causing early lactic acidaemia 
and further stimulating breathing via the central chemoreceptors.

Differential diagnosis

Chronic exertional breathlessness
Key questions include:
How is your breathing at rest and overnight?
In 

COPD, 

there is a fixed, structural limit to maximum

ventilation, and a tendency for progressive hyperinflation
during exercise. Breathlessness is mainly apparent
when 

walking

, and patients usually report minimal

symptoms at rest and overnight. Orthopnoea

, however, 

is 

common in COPD, as well as in heart disease, because 
airflow obstruction is made worse by cranial displacement 
of the diaphragm by the abdominal contents when 
recumbent, so many patients choose to sleep propped up. 

In contrast

, patients with significant 

asthma 

are often 

woken from their sleep by breathlessness with chest 
tightness and wheeze.
How much can you do on a good day?
Noting ‘breathless on exertion’ is not enough; the
approximate distance the patient can walk on the level
, along with capacity to climb inclines or stairs. In mild 
asthma, the patient may be free of symptoms and signs 
when well. Gradual, progressive loss of exercise capacity 
over months and years, is typical of COPD.
Relentless, progressive breathlessness , present at rest, often 
accompanied by a dry cough, suggests interstitial fibrosis

Impaired left ventricular function can cause chronic 
exertional breathlessness, cough and wheeze. A history of 
angina, hypertension or myocardial infarction raises the 
possibility of a cardiac cause. The chest X-ray may show 
cardiomegaly, ECG and echo may provide evidence of left 
ventricular disease. Measurement of arterial blood gases
may help, as, in the absence of an intracardiac shunt or
pulmonary oedema, the PaO

2

in cardiac disease is

normal and the PaCO

2

is low or normal.

Did you have breathing problems in childhood or at 
school? A history of childhood wheeze increases
the likelihood of asthma, although this history may be
absent in late-onset asthma. A history of atopic allergy
also increases the likelihood of asthma.

Do you have other symptoms along with your 
breathlessness?
Digital or perioral paraesthesiae and a feeling that ‘I
cannot get a deep enough breath in’ are typical features
of psychogenic hyperventilation. Additional symptoms 
include lightheadedness, central chest discomfort or even 
carpopedal spasm due to acute respiratory alkalosis. 
Psychogenic breathlessness rarely disturbs sleep, 
frequently occurs at rest, may be provoked by stressful 
situations and may even be relieved by exercise. The 
Nijmegen questionnaire can be used to score some of the 
typical symptoms of hyperventilation. Arterial blood gases 
show normal PO

2

, low PCO

2

and alkalosis.

Pleuritic chest pain with chronic breathlessness, 
particularly if it occurs in more than one site over time, 
should raise suspicion of thromboembolic disease. 
Morning headache is an important symptom in patients 
with breathlessness, as it may signal the onset of carbon 
dioxide retention and respiratory failure. 

Factors suggesting psychogenic hyperventilation

Acute severe breathlessness
This is one of the most common and dramatic medical
emergencies. The history and a rapid but careful 
examination will usually suggest a diagnosis , confirmed 
by investigations, chest X-ray, ECG and blood gases. 

History

Establish the rate of onset and severity and whether 
cardiovascular symptoms (chest pain, palpitations, 
sweating and nausea) or respiratory symptoms 

(cough, 

wheeze, haemoptysis, stridor)

are present. A previous history of 

LV ventricular failure, asthma or COPD is valuable. In the 
severely ill patient, it may be necessary to obtain the 
history from accompanying witnesses. In children, the 
possibility of inhalation of a foreign body or acute 
epiglottitis should always be considered.

Clinical assessment

• level of consciousness
• degree of central cyanosis
• evidence of anaphylaxis (urticaria or angioedema)
• patency of the upper airway
• ability to speak (in single words or sentences)
• cardiovascular status (heart rate and rhythm, blood 
pressure and degree of peripheral perfusion).
Pulmonary oedema is suggested by pink, frothy sputum 
and bi-basal crackles. 
Asthma or COPD by wheeze and prolonged expiration; 
pneumothorax by a silent resonant hemithorax; and 
pulmonary embolus by severe breathlessness with
normal breath sounds. Leg swelling may suggest cardiac 
failure or, if asymmetrical, venous thrombosis. 

System

Acute dyspnoea 

Chronic exertional 

dyspnoea

Cardiovascular

*Acute pulmonary oedema

Chronic heart failure 
Myocardial ischaemia (angina 
equivalent)

Respiratory

*Acute severe asthma
*Acute exacerbation of COPD
*Pneumothorax
*Pneumonia
*Pulmonary embolus
ARDS
Inhaled foreign body (especially in children)
Lobar collapse
Laryngeal oedema (e.g. anaphylaxis)

*COPD
*Chronic asthma
Bronchial carcinoma
Interstitial lung disease 
(sarcoidosis, fibrosing alveolitis,
extrinsic allergic alveolitis, 
pneumoconiosis)
Chronic pulmonary 
thromboembolism
Lymphatic carcinomatosis (may 
cause intolerable
breathlessness)
Large pleural effusion(s)

Others

Metabolic acidosis (e.g. diabetic 
ketoacidosis, lactic acidosis, uraemia, 
overdose of salicylates, ethylene glycol
poisoning)
Psychogenic hyperventilation (anxiety or 
panic-related)

Severe anaemia
Obesity
Deconditioning

Causes of breathlessness

Differential diagnosis of acute breathlessness

Chest pain

Pleurisy, a sharp chest pain aggravated by deep 
breathing or coughing, feature of pulmonary infection or 
infarction; malignancy. On examination, rib movement may 
be restricted and a pleural rub may be present. 
Malignant involvement of the chest wall or ribs can cause 
gnawing, continuous local pain. Central chest pain suggests 
heart disease but also occurs with tumours affecting the 
mediastinum, oesophageal disease or disease of the 
thoracic aorta . Massive pulmonary embolus may cause 
ischaemic cardiac pain, as well as severe breathlessness. 
Tracheitis produces raw upper retrosternal pain, 
exacerbated by the accompanying cough. 
Musculoskeletal chest wall pain is usually exacerbated by 
movement and associated with local tenderness.

Differential 
diagnosis of 
chest pain

1 May also cause peripheral 
chest pain. 
2 Can sometimes cause 
central chest pain.

Haemoptysis

Coughing up blood, irrespective of the amount, is an 
alarming symptom and patients nearly always seek 
medical advice. Care should be taken to establish that it is 
true haemoptysis and not haematemesis, or gum or 
nose bleeding. Many episodes of haemoptysis remain 
unexplained, even after full investigation, and are likely to 
be due to simple bronchial infection. A history of 
repeated small haemoptysis, or blood-streaking of 
sputum, is highly suggestive of bronchial carcinoma. 
Fever, night sweats and weight loss suggest tuberculosis. 
Pneumococcal pneumonia often causes ‘rusty’-coloured 
sputum but can cause frank haemoptysis, as can all 
suppurative pneumonic infections, including lung abscess . 

Bronchiectasis and intracavitary mycetoma can cause 
catastrophic bronchial haemorrhage, and in these patients 
there may be a history of previous tuberculosis or 
pneumonia in early life, pulmonary thromboembolism is a 
common cause and should always be considered. Physical 
examination may reveal clues. Clubbing suggests bronchial 
carcinoma or bronchiectasis; other signs of malignancy, such 
as cachexia, hepatomegaly and lymphadenopathy, should 
be sought. Fever, pleural rub and signs of consolidation; a 
minority with pulmonary infarction also have unilateral leg 
swelling or pain suggestive of DVT . Rashes, haematuria
and digital infarcts point to an underlying vasculitis, which 
may be associated with haemoptysis.

Bronchial disease

• Carcinoma* • Bronchiectasis* • Acute bronchitis* • Bronchial 
adenoma • Foreign body

Parenchymal disease

Tuberculosis* • Suppurative  neumonia • Parasites (e.g. hydatid 
disease, flukes) • Lung abscess • Trauma • Actinomycosis • Mycetoma

Lung vascular disease

Pulmonary infarction* • Goodpasture’s syndrome • Polyarteritis 
nodosa • Idiopathic pulmonary haemosiderosis

Cardiovascular disease

• Acute left ventricular failure* • Mitral stenosis • Aortic aneurysm

Blood disorders

• Leukaemia • Haemophilia • Anticoagulants

*More common causes

Causes of haemoptysis

Management

In severe acute haemoptysis, the patient should be nursed 
upright (or on the side of the bleeding, if this is known), 
given high-flow oxygen and resuscitated as required. 
Bronchoscopy in the acute phase is difficult bronchial
tree. If radiology shows an obvious central cause, then rigid 
bronchoscopy under general anaesthesia may allow 
intervention to stop bleeding; however, the source often 
cannot be visualised. Intubation with a divided 
endotracheal tube may allow protected ventilation of the 
unaffected lung to stabilise the patient. Bronchial 
arteriography and embolisation , or even emergency 
surgery, can be life-saving in the acute situation.

The incidental pulmonary nodule

The incidental finding of a rounded opacity measuring up 
to 3 cm in diameter is common. Majority are benign 
(unchanged over 2 years). Otherwise, the likelihood of 
malignancy is assessed by considering the characteristics
of the patient, age, smoking history , history of prior 
malignancy, and the appearance of the nodule in terms of 
its size, margin, density and location . Ther are invariably 
beyond the vision of the bronchoscope , endoscopic 
bronchoscopic ultrasound may overcome this . Tissue is most 
commonly obtained using percutaneous needle biopsy 
under ultrasound or CT guidance, complicated by 
pneumothorax in 20%, this technique should only be 
contemplated with an FEV1 of >35% predicted.

Haemorrhage into the lung or pleural space, air embolism 
and tumour seeding are rare. PET scanning provides useful 
information about nodules of at least 1 cm in diameter, high 
metabolic activity is strongly suggestive of malignancy, 
while an inactive ‘cold’ nodule is benign . False-positive may 
occur with some infectious or inflammatory nodules, and 
false-negative results with neuro-endocrine tumours and 
bronchiolo-alveolar cell carcinomas. Where tissue biopsy is 
contraindicated and the lesion is too small to be assessed 
by PET, interval thoracic CT may be considered. The period 
between scans is based upon the average tumour doubling 
time . However, there is risk of radiation exposure. If the 
nodule is highly likely to be malignant and the patient is 
fit, the best option may be to proceed to surgical resection.

Common causes

• Bronchial carcinoma • Single metastasis • Localised 
pneumonia • Lung abscess • Tuberculoma • Pulmonary 
infarct

Uncommon causes

• Benign tumours • Lymphoma • Arteriovenous malformation 
• Hydatid cyst  • Bronchogenic cyst • Rheumatoid nodule • 
Pulmonary sequestration • Pulmonary haematoma • 
Wegener’s granuloma • ‘Pseudotumour’ – fluid collection in 
a fissure • Aspergilloma (usually surrounded by air ‘halo’)

Causes of pulmonary nodules

Clinical and 
radiographic 

features
distinguishing 

benign from 
malignant 

nodules

Pleural effusion

The accumulation of serous fluid within the pleural
space.The accumulation of frank pus is termed empyema ,
that of blood is haemothorax, and that of chyle is a 
chylothorax. In general, pleural fluid accumulates as a 
result of either increased hydrostatic pressure or 
decreased osmotic pressure (‘transudative’ effusion, as 
seen in cardiac, liver or renal failure), or from increased 
microvascular pressure due to disease of the pleura or 
injury in the adjacent lung (‘exudative’ effusion). 
The causes of the majority of pleural effusions are 
identified by a thorough history, examination and 
relevant investigations.

Causes of pleural effusion

Light’s criteria

Pleural effusion: main causes and features

Clinical assessment

Symptoms (pain on inspiration and coughing) and signs
of pleurisy (a pleural rub) often precede the effusion, 
especially in pneumonia, pulmonary infarction or 
connective tissue disease. However, when breathlessness is 
the only symptom, depending on the size and rate of 
accumulation, the onset may be insidious. 

Investigations

Radiological investigations

The classical appearance is a curved shadow at the lung base, 
blunting the costophrenic angle and ascending towards the axilla . 
Fluid appears to track up the lateral chest wall. In fact, fluid 
surrounds the whole lung at this level, but casts a radiological 
shadow only where the X-ray beam passes tangentially across the 
fluid against the lateral chest wall. Around 200 mL of fluid is 
required to be detectable on a PA chest X-ray. 

Pleural fluid below the lower lobe (‘subpulmonary effusion’) 
simulates an elevated hemidiaphragm. Pleural fluid 
localised within an oblique fissure may produce a rounded 
opacity that may be mistaken for a tumour.
Ultrasound is more accurate than plain chest X-ray
for determining the presence of fluid. CT scanning is 
indicated where malignant disease is suspected.

Pleural aspiration and biopsy

In some conditions (e.g. left ventricular failure), it should
not be necessary to sample fluid unless atypical features
are present. However, in most other circumstances, 
diagnostic sampling is required. Simple aspiration provides 
information on the colour and texture of fluid may 
immediately suggest an empyema or chylothorax. 

The presence of blood is consistent with pulmonary 
infarction or malignancy, traumatic tap. Biochemical 
analysis allows classification into transudate and exudates.
The predominant cell type and cytological examination is 
essential. A low pH suggests infection , rheumatoid arthritis, 
ruptured oesophagus or advanced malignancy. Ultrasound-
or CT-guided biopsy provides tissue for pathological and 
microbiological analysis. Where necessary, 

video-assisted 

thoracoscopy allows visualisaton and direct guidance of a biopsy .

Management

Therapeutic aspiration may be required to palliate breathlessness but 
removing more than 1.5 L at a time is associated with a small risk of 
re-expansion pulmonary oedema. Pleural effusion 

Should never 

be 

drained to dryness before diagnosis, as biopsy may be precluded 
until further fluid accumulates.  Treatment of the underlying cause.

Empyema

This is a collection of pus in the pleural space, which
may be as thin as serous fluid or so thick that it is 
impossible to aspirate, even through a wide-bore needle.
Microscopically, neutrophil leucocytes are present in large 
numbers. An empyema may involve the whole pleural 
space or only part of it (‘loculated’ or ‘encysted’
empyema) and is usually unilateral. It is always
secondary to infection in a neighbouring structure, usually 
the lung, most commonly due to the bacterial pneumonias
and tuberculosis. Over 40% of patients with community-
acquired pneumonia develop an associated pleural
effusion (‘para-pneumonic’ effusion) and about 15% of
these become secondarily infected. 

Other causes are infection of a haemothorax following 
trauma or surgery, oesophageal rupture, and rupture of 
a subphrenic abscess. Both pleural surfaces are covered 
with a thick, shaggy, inflammatory exudate and if the 
condition is not adequately treated, pus may rupture into 
a bronchus, causing a bronchopleural fistula and 
pyopneumothorax, or track through the chest wall with the 
formation of a subcutaneous abscess or sinus,
so-called empyema necessitans.

Clinical assessment

An empyema should be suspected in patients with 
pulmonary infection if there is severe pleuritic chest pain or
persisting or recurrent pyrexia, despite appropriate 
antibiotic treatment. 

Clinical features of empyema

Investigations

Chest X-ray appearances may be indistinguishable from
pleural effusion, although pleural adhesions may confine the 
empyema to form a ‘D’-shaped shadow against the inside of 
the chest wall .When air is present as well as pus 
(pyopneumothorax), a horizontal ‘fluid level’ marks the 
air/liquid interface. Ultrasound shows the position of the 
fluid, the extent of pleural thickening. CT provides 
information on the pleura, underlying lung parenchyma and 
patency of the major bronchi. 
Ultrasound or CT is used to identify the optimal site for 
aspiration. If the fluid is thick and turbid pus, empyema is 
confirmed. Other features are a fluid glucose of less than 
3.3 mmol/L 

(60 mg/ dL), 

LDH of > 

1000 U/L, 

or a fluid pH < 7.0 .

However, pH measurement should be avoided if pus is
thick, as it damages blood gas machines. The pus is
frequently sterile on culture if antibiotics have already
been given. The distinction between tuberculous and
non- tuberculous disease can be difficult and often
requires pleural biopsy, histology and culture.

Chest X-ray 

showing a ‘D’-shaped 

shadow in the left mid-zone, 
consistent with an empyema. In this 
case, an intercostal chest drain has 
been inserted but the loculated 
collection of pus remains.

Management

An empyema will only heal if infection is eradicated
and the empyema space is obliterated, allowing 
apposition of the visceral and parietal pleural layers. 
This can only occur if re-expansion of the compressed 
lung is secured at an early stage by removal of all the pus
from the pleural space. When the pus is sufficiently thin, 
this is most easily achieved by the insertion of a wide-bore 
intercostal tube into the most dependent part of the 
empyema space. If the initial aspirate reveals turbid fluid 
or frank pus, or if loculations are seen on ultrasound, the 
tube should be put on suction (

−5 to −10 cm H

2

O) and 

flushed regularly with 20 mL normal saline. 

A ppropriate antibiotic should be given for 2–4 weeks. 
Empirical antibiotic treatment 

(e.g. IV co-amoxiclav or cefuroxime 

with metronidazole) 

should be used if the organism is unknown. 

Intrapleural fibrinolytic therapy is of no benefit. An 
empyema can often be aborted if these measures are 
started early, but if the intercostal tube is not providing 
adequate drainage, for example, when the pus is thick or 
loculated, surgical intervention is required to clear the 
cavity of pus and break down adhesions.
Surgical ‘decortication’ may be required if gross 
thickening of the visceral pleura is preventing re-
expansion of the lung. Surgery is also necessary if a 
bronchopleural fistula develops.
Despite the availability of antibiotics, empyema remains 
a significant cause of morbidity and mortality.

Respiratory failure

Pulmonary gas exchange fails to maintain normal arterial 
oxygen and carbon dioxide levels. Its classification into 
types I and II is defined by the absence or presence of 
hypercapnia (raised PaCO

2

).

Pathophysiology

When disease impairs ventilation of part of a lung (e.g.
in asthma or pneumonia), perfusion of that region
results in hypoxic and CO

2

-laden blood entering the 

pulmonary veins. Increased ventilation of neighbouring
regions of normal lung can increase CO

2

excretion, 

correcting arterial CO

2

to normal, but cannot augment

oxygen uptake because the haemoglobin flowing
through these regions is already fully saturated. 

Admixture of blood from the underventilated and normal
regions thus results in hypoxia with normocapnia, which is 
called ‘type I respiratory failure’. 
Diseases causing this include all those that impair 
ventilation locally with sparing of other .

Arterial hypoxia with hypercapnia 

(

type II 

respiratory

failure) is seen in 

conditions that cause generalised,

severe ventilation–perfusion mismatch, leaving insufficient
normal lung to correct PaCO

2

, or a disease that

reduces total ventilation. The latter includes not just
diseases of the lung but also disorders affecting any
part of the neuromuscular mechanism of ventilation.

How to interpret blood gas abnormalities in 
respiratory failure

Management of acute respiratory failure

Prompt diagnosis and management of the underlying
cause is crucial. In type I, high concentrations of oxygen 
(40–60% by mask) will usually relieve hypoxia by 
increasing the alveolar PO

2

in poorly ventilated lung units. 

Occasionally, however (e.g. severe pneumonia affecting 
several lobes), mechanical ventilation may be needed to 
relieve hypoxia. Patients who need high concentrations of 
oxygen for more than a few hours should receive 
humidified oxygen. Acute type II is an emergency. It is 
useful to distinguish between patients with high ventilatory 
drive (rapid respiratory rate and accessory muscle 
recruitment) who cannot move sufficient air, and those with 
reduced or inadequate respiratory effort.

In the former, particularly if inspiratory stridor is present, 
acute upper airway obstruction from foreign body 
inhalation or laryngeal obstruction (angioedema, 
carcinoma or vocal cord paralysis) must be considered, as 
the Heimlich manoeuvre , immediate intubation or 
emergency tracheostomy may be life-saving.
More commonly, the problem is in the lungs, with
severe COPD or asthma, acute respiratory distress 
syndrome (ARDS) arising from a variety of insults or 
occasionally tension pneumothorax . In all such cases, high 
concentration (e.g. 60%) oxygen should be administered,
pending a rapid examination of the respiratory
system and measurement of arterial blood gases. 

Patients with tension pneumothorax, and air should be 
aspirated from the pleural space and a chest drain 
inserted as soon as possible. Patients with generalised 
wheeze, scanty breath sounds bilaterally or a history of 
asthma or COPD should be treated with nebulised 
salbutamol 2.5 mg with oxygen, repeated until 
bronchospasm is relieved. Failure to respond to initial 
treatment, declining conscious level and worsening
respiratory acidosis (H+ > 50 nmol/L (pH < 7.3), PaCO

2

> 6.6 kPa (50 mmHg)) on blood gases are all indications 
that supported ventilation is required .

A small percentage of patients with severe COPD and 
type II respiratory failure develop abnormal
tolerance to raised PaCO

2

and may become dependent

on hypoxic drive to breathe. In these patients only, lower
concentrations of oxygen (

24–28% by Venturi mask) 

should be 

used to avoid precipitating worsening respiratory 
depression . Regular monitoring of arterial blood gases is 
important. Patients with acute type II failure who have 
reduced drive or conscious level may be suffering from 
sedative poisoning, CO

2 

narcosis or a primary failure of 

neurological drive 

(e.g. following intracerebral haemorrhage or 

head injury). History from a witness may be invaluable, and reversal 
of specific drugs with (for example) opiate antagonists is 
occasionally successful, but should not delay intubation and 
supported mechanical ventilation.

Chronic and ‘acute on chronic’ type II respiratory failure

The most common cause of chronic type II respiratory
failure is severe COPD. Although PaCO

2

may be 

persistently raised, there is no persisting acidaemia 
because the kidneys retain bicarbonate, correcting arterial 
pH to normal. This 

‘compensated’ 

pattern, which may also

occur in chronic neuromuscular disease or kyphoscoliosis,
is maintained until there is a further acute illness such as an 
exacerbation of COPD which precipitates an episode of 
‘acute on chronic’ respiratory failure, with acidaemia and 
initial respiratory distress followed by drowsiness and 
eventually coma.

These patients have lost their chemo-sensitivity to elevated
PaCO

2

, and so they may paradoxically depend on

hypoxia for respiratory drive, and are at risk of respiratory
depression if given high concentrations of oxygen
– for example, during ambulance transfers or in emergency
departments. Moreover, in contrast to acute severe
asthma, some patients with ‘acute on chronic’ type II
due to COPD may not be distressed, despite being critically 
ill with severe hypoxaemia, hypercapnia and acidaemia. 
Physical signs of CO

2

retention (confusion, flapping 

tremor, bounding pulses , warm periphery and so on) can 
be helpful if present, they may not be, so arterial blood 
gases are mandatory in the assessment of initial severity 
and response to treatment.

Management

The principal aims of treatment in acute on chronic type

II 

respiratory failure are to achieve 

a safe PaO

2

(> 7.0 

kPa (52 mmHg)) 

without

increasing PaCO

2

and acidosis,

while identifying and treating the precipitating condition.
In these patients, it is not necessary to achieve a
normal PaO

2

; even a small increase will often have

a greatly beneficial effect on tissue oxygen delivery,
since their PaO

2

values are often on the steep part of

the oxygen saturation curve .The risks of worsening 
hypercapnia and coma must be balanced against
those of severe hypoxaemia, which include potentially
fatal arrhythmias or severe cerebral complications.

Patients who are conscious and have adequate
respiratory drive may benefit from non-invasive
ventilation (NIV), which has been shown to reduce the need 
for intubation and shorten hospital stay. Patients who are 
drowsy and have low respiratory drive require an urgent 
decision regarding intubation and ventilation, as this is 
likely to be the only effective treatment, even though 
weaning off the ventilator may be difficult in severe 
disease. Respiratory stimulant drugs, such as doxapram, 
tend to cause unacceptable distress due to increased 
dyspnoea, and have been largely superseded by 
intubation and mechanical ventilation in patients with CO

2

narcosis, as they provide only minor and transient 
improvements in arterial blood gases.

Initial assessment

Patient may not appear distressed, 
despite being critically ill
• Conscious level (response to 
commands, ability to cough)
• CO

2 

retention (warm periphery, 

bounding pulses, flapping tremor)
• Airways obstruction (wheeze, 
prolonged expiration, hyperinflation, 
intercostal indrawing, pursed lips)
• Cor pulmonale (peripheral oedema, 
raised JVP, hepatomegaly, ascites)
• Background functional status and 
quality of life
• Signs of precipitating cause

Investigations

• Arterial blood gases (severity of 
hypoxaemia, hypercapnia,
acidaemia, bicarbonate)
• Chest X-ray

Management

• Maintenance of airway
• Treatment of specific precipitating cause
• Frequent physiotherapy ± pharyngeal 
suction
• Nebulised bronchodilators
• Controlled oxygen therapy
Start with 24% Venturi mask

Aim for a PaO

2 

> 7 kPa (52 mmHg)

(a 

PaO

2 

< 5 (37 mmHg) is dangerous)

• Antibiotics if evidence of infection
• Diuretics if evidence of fluid overload

Progress

• If PaCO

2 

continues to rise or a safe PaO

2 

cannot be achieved without severe 
hypercapnia and acidaemia, mechanical
ventilatory support may be required

Assessment and management of ‘acute on chronic’ type II 
respiratory failure

Home ventilation for chronic respiratory failure

NIV is of great value in spinal deformity, neuromuscular
disease , central alveolar hypoventilation and cystic 
fibrosis. Morning headache (due to elevated PaCO

2

) and 

fatigue are common symptoms. In the initial stages, 
ventilation is insufficient for metabolic needs only during 
sleep, when there is a physiological decline in ventilator 
drive. Over time, however, CO

2

retention becomes 

chronic, with renal compensation of acidosis. 
Treatment by home-based NIV overnight is often 
sufficient to restore the daytime PCO

2

to normal, and to 

relieve fatigue and headache. In advanced disease , 
daytime NIV may also be required.

Lung transplantation

Established treatment for carefully selected patients with 
advanced lung disease unresponsive to medical treatment . 

Single-lung

transplantation may be used for selected for 

advanced emphysema or lung fibrosis. This is 

contraindicated

in chronic bilateral pulmonary infection, 

such as cystic fibrosis and bronchiectasis, because the 
transplanted lung is vulnerable to cross-infection in the 
context of post-transplant immunosuppression and for these 
individuals 

bilateral-lung 

transplantation is the standard 

procedure. 

Combined heart–lung 

transplantation is still 

occasionally needed for advanced congenital heart disease 
such as Eisenmenger’s syndrome, and is preferred by some 
surgeons for the treatment of primary pulmonary 
hypertension unresponsive to medical therapy. 

The prognosis is improving steadily with modern 
immunosuppressive drugs: over 50% 10-year survival in 
some UK centres. However, chronic rejection resulting in 
obliterative bronchiolitis continues to afflict some recipients. 
Corticosteroids are used to manage acute rejection, but 

drugs that inhibit cell-mediated

immunity specifically, such 

as ciclosporin, mycophenolate and tacrolimus are
used to prevent chronic rejection. 
Azithromycin, statins and total lymphoid irradiation are 
employed to treat obliterative bronchiolitis, but late organ 
failure remains a significant problem. The major factor 
limiting is the shortage of donor lungs. To improve organ 
availability, techniques to recondition the lungs in vitro after 
removal from the donor are being developed.

OBSTRUCTIVE PULMONARY DISEASES

Asthma

A chronic inflammatory disorder of the airways, in which 
many cells and cellular elements play a role. The chronic 
inflammation is associated with airway hyper-
responsiveness that leads to recurrent episodes of 
wheezing, breathlessness, chest tightness and coughing, 
particularly at night and in the early morning. Associated 
with wide spread but variable airflow obstruction that is 
often reversible, spontaneously or with treatment. Although 
the development and course of the disease, and the 
response to treatment, are influenced by genetic
determinants, the rapid rise in prevalence implies that
environmental factors are critically important. 

To date, studies have explored the potential role of indoor 
and outdoor allergens, microbial exposure, diet, vitamins,
breastfeeding, tobacco smoke, air pollution and obesity
but no clear consensus has emerged.

Pathophysiology

Airway hyper-reactivity (AHR) –in response to triggers
that have little or no effect in normal individuals – is 
integral to the diagnosis of asthma. The relationship 
between atopy (the propensity to produce IgE) and asthma 
is well established, and in many individuals there is a clear 
relationship between sensitisation and allergen exposure, as 
demonstrated by skin prick reactivity or elevated serum 
specific IgE. Common examples of allergens include house 
dust mites, pets such as cats and dogs, pests such as 
cockroaches, and fungi. 

Inhalation of an allergen into the airway is followed by an 
early and late-phase bronchoconstrictor response . 
Allergic mechanisms are also implicated in some cases of 
occupational asthma . In cases of aspirin-sensitive asthma, 
the ingestion of salicylates results in inhibition of the cyclo-
oxygenase enzymes, preferentially shunting the metabolism 
of arachidonic acid through lipoxygenase pathway with
resultant production of asthmogenic cysteinyl 

leukotrienes

. In exercise-induced asthma, hyperventilation 

results in water and heat loss from the respiratory mucosa, 
which triggers mediator release. In persistent asthma, a 
chronic and complex inflammatory response ensues, influx 
of inflammatory cells, transformation of airway structural 
cells, and 

secretion of cytokines, chemokines and growth factors.

Although asthma is predominantly characterised by airway 
eosinophilia, neutrophilic inflammation predominates in 
some patients, while, in others, scant inflammation is 
observed: so-called ‘pauci-granulocytic’ asthma.
With increasing severity and chronicity, remodelling of the 
airway may occur, leading to fibrosis of the airway wall, 
fixed narrowing of the airway and a reduced response to 
bronchodilator medication.

Changes in peak flow 
following allergen challenge.

A similar 

biphasic 

response is 

observed following a variety of 
different challenges. 
Occasionally, an isolated late 
response is seen with no early 
reaction.

Clinical features

Typical symptoms include recurrent episodes of wheezing,
chest tightness, breathlessness and cough. Asthma is 
commonly mistaken for a cold or chest infection . 
Classical precipitants include exercise, particularly in cold
weather, exposure to airborne allergens or pollutants,
and viral upper respiratory tract infections. An inspection 
for nasal polyps and eczema should be performed. Rarely, 
vasculitic rash may suggest Churg–Strauss syndrome .
Patients with mild intermittent asthma are usually
asymptomatic between exacerbations. Individuals with
persistent asthma report ongoing breathlessness and
wheeze, with symptoms fluctuating over the course of one 
day, or from day to day or month to month.

Asthma characteristically displays a diurnal pattern,
with symptoms and lung function being 

worse in the

early morning. 

Particularly when poorly controlled,

symptoms such as cough and wheeze disturb sleep and
have led to the term ‘nocturnal asthma’. Cough may be
the dominant symptom in some, and the lack of wheeze or 
breathlessness may lead to a delay in diagnosis ‘cough-
variant asthma’. Some patients with asthma have a similar 
inflammatory response in the upper airway. Careful 
enquiry should be made as to a history of sinusitis, sinus 
headache, a blocked or runny nose, and loss of sense of 
smell. Particular enquiry should be made about potential 
allergens, such as exposure to a pet cat, guinea pig, 
rabbit or horse, pest infestation, exposure to moulds.

In some circumstances, the appearance of asthma is
triggered by medications. Beta-blockers, even when
administered topically as eye drops, may induce
bronchospasm, as may aspirin and other NSAIDs. The 
classical aspirin sensitive patient is female and presents in 
middle age with asthma, rhinosinusitis and nasal polyps. 
Aspirin sensitive patients may also report symptoms 
following alcohol (in particular, white wine) and foods 
containing salicylates. Other medications implicated include 
the oral contraceptive pill, cholinergic agents and 
prostaglandin F2α. 

Betel nuts contain arecoline, which is

structurally similar to methacholine and can aggravate asthma. 
Aminority of patients develop severe form of asthma, and this 
appears to be more common in women. Allergic triggers are less 
important and airway neutrophilia predominates.

Diagnosis

The diagnosis is predominantly clinical. Supportive
evidence is provided by the demonstration of variable 
airflow obstruction, preferably by using spirometry to 
measure FEV

1

and VC. This identifies the obstructive 

defect, defines its severity, and provides a baseline for 
bronchodilator reversibility . If spirometry is not available, 
a peak flow meter may be used. Patients should be 
instructed to record peak flow readings after rising in the 
morning and before retiring in the evening.
A diurnal variation in PEF of more than 20% (the 
lowest values typically being recorded in the morning) is 
considered diagnostic, and the magnitude of variability 
provides some indication of disease severity .

A trial of corticosteroids (e.g. 30 mg daily for 2 weeks) 
may be useful in establishing the diagnosis, by 
demonstrating an improvement in either FEV

1

or PEF.

It is not uncommon for patients whose symptoms
are suggestive of asthma to have normal lung function.
In these circumstances, the demonstration of AHR by
challenge tests may be useful to confirm the diagnosis.
AHR is sensitive but non-specific: 
it has a 

high negative predictive value 

but positive results 

may be seen in other conditions, such as COPD, 
bronchiectasis and cystic fibrosis. When symptoms are 
predominantly related to exercise, an exercise challenge 
may be followed by a drop in lung function.

• Measurement of allergic status: 

the presence of atopy

may be demonstrated by skin prick tests. Measurement
of total and allergen-specific IgE. Blood eosinophilia.

• Radiological examination: 

chest X-ray appearances are

often normal or show hyperinflation of lung fields.
Lobar collapse may be seen if mucus occludes a large 
bronchus and, if accompanied by the presence of flitting 
infiltrates, may suggest that asthma has been complicated 
by allergic bronchopulmonary aspergillosis . 

• Assessment of eosinophilic airway inflammation:

an induced sputum eosinophil count of greater than 2% or 
exhaled breath nitric oxide concentration (FENO) may 
support the diagnosis but is non-specific.

How to make a diagnosis of asthma

Serial recordings PEF 

Note the sharp overnight fall 
(

morning dip

) and subsequent 

rise during the day. Following 
the introduction of 
corticosteroids, there is an 
improvement in PEF rate and 
loss of morning dipping.

Management

The goal of treatment should be to obtain and maintain
complete control , but aims may be modified according to 
the circumstances and the patient. Unfortunately, majority 
of individuals with asthma report suboptimal control.
Whenever possible, patients should be encouraged to
take responsibility for managing their own disease. 
A full explanation of the nature of the condition, the
relationship between symptoms and inflammation and, if 
appropriate, the use of PEF. 
Avoidance of aggravating factors
This is particularly important in occupational asthma but 
also be relevant in atopic, removing or reducing exposure 
to antigens, such as a pet, may effect improvement.

House dust mite exposure may be minimised by
replacing carpets with 

floorboards 

and using mite 

impermeable bedding

. Many patients are sensitised to 

several ubiquitous aeroallergens, making avoidance 
strategies largely impractical. 
Measures to reduce fungal exposure and eliminate 

cockroaches

may be applicable and medications known to 

precipitate or aggravate asthma should be avoided. 

Smoking

cessation is important, as not only encourages 

sensitisation, but also induces a relative corticosteroid 
resistance in the airway.

The stepwise approach to the management of asthma 

Step 1: 

Occasional use of inhaled short-acting β

2

-

adrenoreceptor agonist bronchodilators
For patients with mild intermittent asthma (symptoms
less than once a week for 3 months and fewer than two
nocturnal episodes per month), it is usually sufficient to
prescribe an inhaled short-acting β

2

-agonist, such as

salbutamol or terbutaline, to be used as required.
Metered-dose inhaler remains the most widely prescribed.

Step 2: 

Introduction of regular preventer therapy

Regular anti-inflammatory therapy (inhaled corticosteroids 
(ICS), beclometasone, budesonide , fluticasone or 
ciclesonide) started in addition to inhaled β

2

-agonists taken 

on an as-required basis for any patient who:
• has experienced an exacerbation in the last 2 years 

• uses inhaled β2-agonists three times a week or more
• reports symptoms three times a week or more
• is awakened by asthma one night per week.
For adults, a reasonable starting dose is 400 μg
beclometasone dipropionate (BDP) or per day although 
higher doses may be required in smokers. Alternative less 
effective preventive agents, chromones, leukotriene receptor 
antagonists, and theophyllines.

Step 3: 

Add-on therapy

If a patient remains poorly controlled, a thorough review 
should be undertaken of adherence, inhaler technique and 
ongoing exposure to modifiable aggravating factors. 
A further increase in the dose of ICS may benefit some 
patients but, in general, add-on therapy should be 
considered in adults taking 800 μg/day BDP 

(or equivalent). 

Long-acting β

2

-agonists (LABAs), such as salmeterol and 

formoterol 

(duration of action of at least 12 hours), 

represent the first 

choice of add-on therapy. They have consistently been 
demonstrated to improve asthma control and to reduce the 
frequency and severity of exacerbations when compared 
to increasing the dose of ICS alone. Fixed combination 
inhalers of ICS and LABAs have been developed; more 
convenient, increase compliance and prevent using a LABA 
as monotherapy – the latter may be accompanied by an 
increased risk of life-threatening attacks or asthma death.
The onset of action of formoterol is similar to that of 
salbutamol such that, in carefully selected patients, a fixed 
combination of budesonide and formoterol may be used as 
both rescue and maintenance therapy.

Oral leukotriene receptor antagonists (e.g. montelukast 

10 mg 

daily

) are generally less effective than LABA as add-on 

therapy, but may facilitate a reduction in the dose of ICS 
and control exacerbations. Oral theophyllines may be 
considered in some patients but their unpredictable
metabolism, propensity for drug interactions and prominent 
side-effects limit their widespread use.

Step 4: 

Poor control on moderate dose of inhaled steroid 

and add-on therapy: addition of a fourth drug
In adults, the dose of ICS may be increased to 2000 μg
BDP/BUD (or equivalent) daily. A nasal corticosteroid
preparation should be used in patients with prominent
upper airway symptoms.

Oral therapy with leukotriene receptor antagonists, 
theophyllines or a slow-release β

2

- agonist may be 

considered. If the trial of add-on therapy is ineffective, it 
should be discontinued.  Oral itraconazole may be 
contemplated in patients with allergic bronchopulmonary 
aspergillosis.

Step 5: 

Continuous or frequent use of oral steroids

At this stage, prednisolone therapy (usually administered
as a single daily dose in the morning) should be
prescribed in the lowest amount necessary to control
symptoms. Patients on long-term corticosteroid tablets
(> 3 months) or receiving more than three or four courses
per year will be at risk of systemic side-effects .

Osteoporosis can be prevented in this group by giving
bisphosphonates . In atopic patients, omalizumab, a 
monoclonal antibody directed against IgE, may prove 
helpful in reducing symptoms and allowing a reduction in 
the prednisolone dose. Steroid-sparing therapies, such as 
methotrexate, ciclosporin or oral gold, may be considered.

Step-down therapy

Once asthma control is established, the dose of inhaled 
(or oral) corticosteroid should be titrated to the lowest 
dose at which effective control of asthma is maintained.
Decreasing the dose of ICS by around 25–50% every 3
months is a reasonable strategy for most patients.

How to use a metered-dose inhaler.

Inhaled corticosteroids and asthma

Asthma in 
pregnancy

Exacerbations of asthma

The course may be punctuated by exacerbations. 
Exacerbations are most commonly precipitated by viral
infections, but moulds , pollens and air pollution are also 
implicated. Most attacks are characterised by a gradual 
deterioration over several hours to days but some appear 
to occur with little or no warning: so-called brittle asthma. 
Management of mild to moderate exacerbations
Doubling the dose of ICS does not prevent an impending 
exacerbation. Short courses of ‘rescue’ oral corticosteroids

(prednisolone 30–60 mg daily) 

are often required to regain control.

Tapering to withdraw treatment is not necessary, unless 
given for more than 3 weeks.

Indications for ‘rescue’ courses include:

• symptoms and PEF progressively worsening day by day, 
with a fall of PEF < 60% of the patient’s personal best 
recording
• onset or worsening of sleep disturbance by asthma
• persistence of morning symptoms until midday
• progressively diminishing response to an inhaled 
bronchodilator
• symptoms sufficiently severe to require treatment with 
nebulised or injected bronchodilators.

Management of acute severe asthma

Measurement of PEF is mandatory, unless the patient is too 
ill to cooperate.
Arterial blood gas analysis is essential to determine the 
PaCO

2

, a normal or elevated level being particularly 

dangerous. A chest X-ray is not immediately necessary, 
unless pneumothorax is suspected.
Treatment includes the following measures:

• Oxygen. 

High concentrations (humidified if possible) 

should be administered to maintain the oxygen saturation 
above 92% in adults. Failure to achieve appropriate 
oxygenation is an indication for assisted ventilation.

• High doses of inhaled bronchodilators. 

Short-acting

β

2

-agonists are the agent of choice.

In hospital, they are most conveniently given via a 
nebuliser driven by oxygen, but delivery of multiple 
doses of salbutamol via a metered-dose inhaler through a 
spacer device provides equivalent bronchodilatation and 
can be used in primary care. Ipratropium bromide 
provides further bronchodilator therapy and added to 
salbutamol in acute severe or life-threatening attacks.

• Systemic corticosteroids. 

These reduce the inflammatory 

response and hasten the resolution of an exacerbation. 
They can usually be administered orally as prednisolone, 
but IV hydrocortisone in patients who are vomiting.
Potassium supplements may be necessary, as repeated 
doses of salbutamol can lower serum potassium.

If patients fail to improve, a number of further options
may be considered. Intravenous magnesium may
provide additional bronchodilatation in patients whose
presenting PEF is below 30% predicted. 
Some patients appear to benefit from the use of 
intravenous aminophylline but cardiac monitoring is 
recommended.
PEF should be recorded every 15–30 minutes and
then every 4–6 hours. Pulse oximetry should ensure that
SaO

2

remains above 92%, but repeat arterial blood 

gases are necessary if the initial PaCO

2

measurements 

were normal or raised, the PaO

2

was below 8 kPa (60 

mmHg), or the patient deteriorates.

Immediate assessment of acute severe asthma

Prognosis

The outcome from acute severe asthma is generally good. 
Death is fortunately rare. Failure to recognise the severity, 
contributes to delay in delivering appropriate therapy and 
to under-treatment.
Prior to discharge, patients should be stable on discharge
medication 

(nebulised therapy should have been discontinued for at least 24 

hours) 

and the PEF should have reached 75% of predicted. 

The acute attack should prompt a look for and avoidance 
of any trigger factors, the delivery of asthma education 
and the provision of a written self-management plan. 
The patient should be offered an appointment with a GP 
or asthma nurse within 2 working days of discharge, and 
follow-up at a specialist hospital clinic within a month.

Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) 

COPD is a preventable and treatable disease 
characterised by persistent airflow limitation that is 
usually progressive, and associated with an enhanced 
chronic inflammatory response in the airways and the lung 
to noxious particles or gases. 
Exacerbations and comorbidities contribute to
the overall severity in individual patients. Related 
diagnoses include 

chronic bronchitis 

(cough and sputum

on most days for at least 3 months, in each of 2 
consecutive years) and 

emphysema 

(abnormal 

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

Extra-pulmonary effects

Weight loss and skeletal muscle dysfunction. Commonly 
associated comorbid conditions include cardiovascular, 
cerebrovascular disease, the metabolic syndrome, 
osteoporosis, depression and lung cancer.
Epidemiology and aetiology
The prevalence is directly related to the prevalence of 
tobacco smoking. By 2020, it is forecast to represent the 
third most important cause of death worldwide. Cigarette 
smoking represents the most significant risk factor, the risk 
relates to the amount and the duration of smoking.  It is 
unusual to develop COPD with <10 pack years 

(1 pack year = 

20 cigarettes/day/year)

and not all smokers develop the condition, 

suggesting that individual susceptibility factors are important.

Risk factors for development of COPD

Pathophysiology

COPD has both pulmonary and systemic components.
The presence of airflow limitation, combined with 
premature airway closure, leads to gas trapping and 
hyperinflation, reducing pulmonary and chest wall 
compliance. Pulmonary hyperinflation also flattens the 
diaphragmatic muscles and leads to an increasingly 
horizontal alignment of the intercostal muscles, placing the 
respiratory muscles at a mechanical disadvantage. The 
work of breathing is therefore markedly increased, first on 
exercise, when the time for expiration is further shortened, 
but then, as the disease advances, at rest.
Emphysema , classified by the pattern of the enlarged 
airspaces as centriacinar, panacinar or paraseptal. 

The pulmonary and systemic features of COPD.

Clinical features

COPD should be suspected in any patient > 40 years 
who presents with symptoms of chronic bronchitis and/or 
breathlessness. Important differential diagnoses include 
chronic asthma, tuberculosis, bronchiectasis and 
congestive cardiac failure. Cough and associated sputum 
production are usually the first symptoms, often referred 
to as a ‘smoker’s cough’. Haemoptysis may complicate 
exacerbations of COPD but should not be attributed to 
COPD without thorough investigation. Breathlessness 
usually precipitates the presentation. The severity should 
be quantified by documenting what level of exertion the 
patient can manage before stopping; scales such as the 
modified MRC dyspnoea scale may be useful . 

In advanced disease, enquiry should be made about the 
presence of oedema, and morning headaches, which may 
suggest hypercapnia.
Physical signs are non-specific, correlate poorly with 
lung function, and are seldom obvious until the disease is 
advanced. Breath sounds are typically quiet. Crackles 
may accompany infection but, if persistent, raise the 
possibility of bronchiectasis. Clubbing is not a feature of 
COPD and should trigger further investigation for lung 
cancer or fibrosis. Pitting oedema should be sought but the 
frequently used term ‘cor pulmonale’ is actually a 
misnomer, as the right heart seldom ‘fails’ in COPD and 
the occurrence of oedema usually relates to failure of salt 
and water excretion by the hypoxic hypercapnic kidney. 

The body mass index is of prognostic significance.

Two classical phenotypes have been described: 

‘pink 

puffers’ 

and ‘

blue bloaters’. 

The former are typically 

thin and breathless, and maintain a normal PaCO

2 

until 

the late stage of disease.The latter develop hypercapnia 
earlier and may develop oedema and secondary 
polycythaemia. These phenotypes often overlap.

Investigations

Although there are no reliable radiographic signs that
correlate with the severity, a chest X-ray is essential to 
identify alternative diagnoses, such as cardiac failure, 
other complications of smoking such as lung cancer, and 
the presence of bullae. A blood count is useful to exclude 
anaemia or polycythaemia, and in young with basal
emphysema, α1-antiproteinase should be assayed.

The diagnosis requires objective demonstration of airflow 
obstruction by spirometry and is established when the post-
bronchodilator FEV

1

/FVC is < 70%.  The severity of may 

be defined in relation to the post-bronchodilator FEV

1

. 

Measurement of lung volumes provides an assessment
of hyperinflation, performed by using the helium dilution 
technique . In severe COPD, and with large bullae, body 
plethysmography is preferred because the use of helium 
may underestimate lung volumes. Emphysema is suggested 
by a low gas transfer value . Exercise tests provide an 
objective assessment of exercise tolerance and judging 
response to bronchodilator or rehabilitation programmes; 
and in assessing prognosis. Pulse oximetry of < 93% may 
indicate the need for referral for a domiciliary oxygen.

Modified MRC dyspnoea scale

Spirometric classification of COPD severity based on 
post-bronchodilator FEV

1

Management

It is usually possible to help breathlessness, reduce the 
frequency and severity of exacerbations, enhance the 
health status, and improve the prognosis.
Reducing exposure to noxious particles and gases
Every attempt should be made to highlight to the patient
the role of smoking with advice and assistance to help 
them stop. Reducing the number of cigarettes smoked 
each day has little impact on the course COPD, but 
complete cessation is accompanied by an improvement in 
lung function and deceleration in the rate of FEV

1

decline. 

In regions where the indoor burning of biomass fuels is 
important, the introduction of non-smoking cooking devices 
or use of alternative fuels should be encouraged. 

Bronchodilators

Short-acting bronchodilators, such as the β

2

-agonists 

salbutamol and terbutaline, or the anticholinergic 
ipratropium bromide, may be used for patients with mild 
disease, 

but longer acting 

bronchodilators, such as the β

2

-

agonists salmeterol, formoterol, or the anticholinergic 
tiotropium, are more appropriate for moderate to severe 
disease. Significant improvements in breathlessness may be 
reported. Oral bronchodilator may be used in patients who 
cannot use inhaled devices efficiently. 
Theophylline improve breathlessness and quality of life, 
but side-effects, unpredictable metabolism and drug 
interactions limited their use . Selective phosphodiesterase
inhibitors are currently under appraisal.

Corticosteroids

Inhaled corticosteroids (ICS) reduce the frequency
and severity of exacerbations, recommended in patients 
with severe disease (FEV

1

< 50%) who report two or more 

exacerbations requiring antibiotics or oral steroids per 
year. Regular use is associated with a small improvement in 
FEV

1

, but ICS do not alter the natural history of the FEV

1 

decline. It is more usual to prescribe a fixed combination 
of an ICS and a LABA. 
Oral corticosteroids are useful during exacerbations but 
maintenance therapy contributes to osteoporosis and 
impaired skeletal muscle function and should be avoided. 

Pulmonary rehabilitation

Exercise should be encouraged at all stages and patients
reassured that breathlessness, whilst distressing, is not
dangerous. Multidisciplinary programmes that incorporate
physical training, disease education and nutritional
counselling reduce symptoms, improve health status and 
enhance confidence. 

Oxygen therapy

Long-term domiciliary oxygen therapy (LTOT) has been
shown to be of significant benefit in selected patients . 
Patients should use oxygen for a minimum of 15 hours per 
day; greater benefits are seen in patients who receive 
more than 20 hours per day. The aim is to increase the 
PaO

2

to at least 8 kPa 

(60 mmHg) 

or SaO

2

to at least 90%. 

Surgical intervention

Patients in whom large bullae compress surrounding
normal lung tissue, who otherwise have minimal airflow
limitation and a lack of generalised emphysema, may be
considered for bullectomy. Patients with predominantly
upper lobe emphysema, with preserved gas transfer and
no evidence of pulmonary hypertension, may benefit
from lung volume reduction surgery (LVRS), in which
peripheral emphysematous lung tissue is resected with
the aim of reducing hyperinflation and decreasing the
work of breathing. Both bullectomy and LVRS can be
performed thorascopically, minimising morbidity. Lung
transplantation may benefit carefully selected patients
with advanced disease .

Other measures

Patients with COPD should be offered an annual
influenza vaccination and, as appropriate, pneumococcal
vaccination. Obesity, poor nutrition, depression and
social isolation should be addressed as far as possible.
Mucolytic therapy or antioxidant agents are occasionally
used but with limited evidence.
Addressing end-of-life needs is an important yet
often ignored aspect of care in advanced disease. 
Morphine may be used for palliation of breathlessness in
advanced disease and benzodiazepines in low dose may
reduce anxiety. 
Decisions regarding resuscitation should be discussed with 
the patient in advance of critical illness.

Long-term domiciliary oxygen therapy

Prescription of long-term oxygen therapy in COPD

Non-invasive ventilation in COPD Exacerbations 

Calculation of the BODE index

Obstructive 
pulmonary 
disease in 
old age

Prognosis

COPD has a variable natural history but is usually 
progressive.
The prognosis is inversely related to age and directly 
related to the post-bronchodilator FEV

1

. Other poor 

prognostic indicators include weight loss and pulmonary
hypertension. A composite score comprising the body mass 
index (B), the degree of airflow obstruction (O), a 
measurement of dyspnoea (D) and exercise capacity (E) 
may assist in predicting death from respiratory and other 
causes . Respiratory failure, cardiac disease and lung 
cancer represent common modes of death.

Acute exacerbations of COPD 

are characterised by an

increase in symptoms and deterioration in lung function
and health status. They become more frequent as the
disease progresses and are usually triggered by bacteria, 
viruses or a change in air quality. They may be 
accompanied by the development of respiratory failure 
and/ or fluid retention and are an important cause of 
death. Many patients can be managed at home with the use 
of increased bronchodilator therapy, a short course of
oral corticosteroids and, if appropriate, antibiotics. The
presence of cyanosis, peripheral oedema or an alteration
in consciousness indicates the need for referral to hospital.

Management

In patients with an exacerbation of severe COPD, high
concentrations of oxygen may cause respiratory depression 
and worsening acidosis .Controlled oxygen at 24% or 28% 
should be used with the aim of maintaining a PaO

2

> 8 

kPa 

(60 mmHg) 

(SaO

2

88% - 92%) without worsening 

acidosis. Nebulised short-acting β

2

-agonists, combined with 

an anticholinergic agent (e.g. salbutamol and ipratropium), 
should be administered. With careful supervision, it is 
usually safe to drive nebulisers with oxygen, but if concern 
exists regarding oxygen sensitivity, they may be driven by 
compressed air and supplemental oxygen delivered by 
nasal cannula.
Oral prednisolone ,

30 mg for 10 days, 

reduces symptoms and 

improves lung function are recommended .

Prophylaxis against osteoporosis should be considered in 
patients who receive repeated courses of steroids .
The role of bacteria in exacerbations remains controversial 
and there is little evidence for the routine administration of 
antibiotics. They are currently recommended, however, for 
patients reporting an increase in sputum purulence, sputum 
volume or breathlessness. In most cases, simple regimens are 
advised, such as an aminopenicillin or a macrolide. Co-
amoxiclav is only required in regions where β-lactamase-
producing organisms are known to be common. If, despite 
the above measures, the patient remains tachypnoeic, 
hypercapnic and acidotic 

(PaCO

2

> 6 kPa, H+ ≥ 45 (pH < 7.35))

, 

then NIV commenced. Its use is associated with reduced 
requirements for mechanical ventilation and mortality .

NIV not useful in patients who cannot protect their airway. 
Mechanical ventilation may be considered in those with a 
reversible cause for deterioration (e.g. pneumonia), or if 
there is no prior history of respiratory failure.
Exacerbations may be accompanied by the development
of peripheral oedema that usually responds to diuretics.
There has been a vogue for using intravenous infusions of 
aminophylline, but evidence for benefit is limited and there 
is an associated risk of inducing arrhythmias and drug 
interactions. The use of the respiratory stimulant doxapram
has been largely superseded by the development of NIV, 
but it may be useful for a limited period in selected 
patients with a low respiratory rate.

Bronchiectasis

Bronchiectasis means abnormal dilatation of the bronchi.
Chronic suppurative airway infection with sputum 
production, progressive scarring and lung damage occur.

Aetiology and pathology

Bronchiectasis may result from a congenital defect
affecting airway ion transport or ciliary function, such
as cystic fibrosis or may be acquired secondary to 
damage to the airways by a destructive infection of which 
tuberculosis is the most common worldwide. Inhaled toxin 
or foreign body. Localised bronchiectasis may occur due 
to the accumulation of pus beyond an obstructing 
bronchial lesion, such as enlarged tuberculous hilar lymph 
nodes, a bronchial tumour or an inhaled foreign body 
(e.g. an aspirated peanut).

Causes of bronchiectasis

Congenital
• Cystic fibrosis
• Ciliary dysfunction syndromes 
Primary ciliary dyskinesia (immotile cilia syndrome) 
Kartagener’s syndrome (sinusitis and transposition of the viscera)
• Primary hypogammaglobulinaemia 
Acquired: children
• Pneumonia (complicating whooping cough or measles)
• Primary TB
• Inhaled foreign body
Acquired: adults
• Suppurative pneumonia
• Pulmonary TB
• Allergic bronchopulmonary aspergillosis complicating asthma
• Bronchial tumours

Clinical features

Physical signs in the chest may be unilateral or bilateral.
If the bronchiectatic airways do not contain secretions
and there is no associated lobar collapse, there are
no abnormal physical signs. When there are large
amounts of sputum in the bronchiectatic spaces, numerous
coarse crackles may be heard over the affected areas.
Collapse with retained secretions blocking a proximal
bronchus may lead to locally diminished breath sounds,
while advanced disease may cause scarring and 
overlying bronchial breathing. Acute haemoptysis is an
important complication of bronchiectasis.

Symptoms of bronchiectasis

Investigations

Sputum culture may reveal common respiratory pathogens 
Pseudomonas aeruginosa, fungi such as Aspergillus and 
various mycobacteria. Frequent cultures are necessary. 
Bronchiectasis, unless very gross, is not usually apparent on 
a chest X-ray. In advanced disease, thickened airway walls, 
cystic bronchiectatic spaces, and associated areas of 
pneumonic consolidation or collapse may be visible. CT is 
much more sensitive, and shows thickened, dilated airways.

A screening test by measuring the time taken for a small pellet of 
saccharin placed in the anterior chamber of the nose to reach the 
pharynx, at which point the patient can taste it. This time should not 
exceed 20 minutes but is greatly prolonged in patients with ciliary 
dysfunction. Ciliary beat frequency may also be assessed from 
biopsies taken from the nose. Structural abnormalities of cilia can be 
detected by electron microscopy.

Management
In patients with airflow obstruction, inhaled bronchodilators 
and corticosteroids should be used to enhance patency.

Physiotherapy

Patients should be shown how to perform regular daily
physiotherapy to assist the drainage of excess secretions, 
this is of great value both in reducing the amount of cough 
and sputum, and in preventing recurrent episodes of 
infection. Patients should lie in a position in which the
lobe to be drained is uppermost. Deep breathing followed 
by forced expiratory manoeuvres (the ‘active cycle of 
breathing’ technique) helps to move secretions in the dilated 
bronchi towards the trachea, from which they can be 
cleared by vigorous coughing. 

Devices that increase airway pressure either by a constant 
amount (positive expiratory pressure mask) or in an 
oscillatory manner (flutter valve), aid sputum clearance in 
some patients, and a variety of techniques should be tried 
to find the one that suits the individual. The optimum
duration and frequency of physiotherapy depend on the 
amount of sputum, but 5–10 minutes twice daily is a
minimum for most patients.

Antibiotic therapy

For most patients, the appropriate antibiotics are the same 
as those used in COPD but larger doses and longer 
courses are required. When secondary infection occurs 
with staphylococci and Gram-negative bacilli, in particular 
Pseudomonas species, antibiotic therapy should
be guided by the microbiological sensitivities.

For Pseudomonas, oral ciprofloxacin 

(500–750 mg twice daily)

or ceftazidime by IV or infusion 

(1–2 g 3 times daily) 

may be 

required. Haemoptysis in often responds to treatment of the 
underlying infection, although, in severe cases, percutaneous
embolisation of the bronchial circulation by an 
interventional radiologist may be necessary.

Surgical treatment

Excision of bronchiectatic areas is indicated in a small 
proportion of cases. These are usually patients in
whom the bronchiectasis is confined to a single lobe or
segment on CT. Unfortunately, many of the patients in
whom medical treatment proves unsuccessful are also 
unsuitable for surgery because of either extensive bilateral 
bronchiectasis or coexisting severe airflow obstruction. 

In progressive forms of bronchiectasis, resection of 
destroyed areas of lung that are acting as a reservoir of 
infection should only be considered as a last resort.

Prognosis

The disease is progressive when associated with ciliary 
dysfunction and cystic fibrosis, and eventually causes 
respiratory failure. In other patients, the prognosis can be 
relatively good if physiotherapy is performed regularly 
and antibiotics are used aggressively.

Prevention

As bronchiectasis commonly starts in childhood following 
measles, whooping cough or a primary tuberculous 
infection, adequate prophylaxis for and treatment of 
these conditions are essential. The early recognition and 
treatment of bronchial obstruction are also important.

Cystic fibrosis

Is the most common fatal genetic disease in Caucasians, 
with autosomal recessive inheritance, a carrier rate of 1 in 
25, and an incidence of about 1 in 2500 live births .
CF is the result of mutations affecting a gene on the long 
arm of chromosome 7, which codes for a chloride channel
known as cystic fibrosis transmembrane conductance 
regulator (CFTR); this influences salt and water movement 
across epithelial cell membranes. The genetic defect causes 
increased sodium and chloride content in sweat and 
increased resorption of sodium and water from respiratory 
epithelium . Relative dehydration of the airway epithelium 
is thought to predispose to chronic bacterial infection and 
ciliary dysfunction, leading to bronchiectasis. 

Cystic fibrosis: 

basic defect in the pulmonary epithelium. 

A

The CF gene codes for a 

chloride channel (1) in the apical (luminal) membrane of epithelial cells in the conducting 
airways. This is normally controlled by cyclic adenosine monophosphate (cAMP) and 
indirectly by β- adrenoceptor stimulation, and is one of several apical ion channels which 
control the quantity and solute content of airway-lining fluid. Normal channels appear to 
inhibit the adjacent epithelial sodium channels (2). 

B

In cystic fibrosis, one of many CF gene 

defects causes absence or defective function of this chloride channel (3). This leads to 
reduced chloride secretion and loss of inhibition of sodium channels, with excessive sodium 
resorption (4) and dehydration of the airway lining. The resulting abnormal airway-lining 
fluid predisposes to infection by mechanisms still to be fully explained.

The gene defect also causes disorders in the gut epithelium, 
pancreas, liver and reproductive tract.
In the 1960s, few patients with CF survived childhood, yet with 
aggressive treatment of airway infection and nutritional support, 
life expectancy has improved dramatically, so that there are now 
more adults than children with CF in many developed countries. 
Until recently, the diagnosis was most commonly made from the 
clinical picture (bowel obstruction, failure to thrive, steatorrhoea 
and/or chest symptoms in a young child), supported by sweat 
electrolyte testing and genotyping.
Patients with unusual phenotypes were commonly missed, however, 
and late diagnosis led to poorer outcomes.

Neonatal screening for CF using immunoreactive 

trypsin and 

genetic testing of newborn blood samples is now routine in the UK, 
and should reduce delayed diagnosis and improve outcomes. 
Prenatal screening by amniocentesis offered to those at high risk.

Clinical features

The lungs are macroscopically normal at birth, but 
bronchiolar inflammation and infections usually lead to 
bronchiectasis in childhood. At this stage, the lungs are 
most commonly infected with Staphylococcus aureus; 
however, in adulthood, many patients become colonised 
with Pseudomonas aeruginosa. Recurrent exacerbations of 
bronchiectasis,  initially in the upper lobes , subsequently 
throughout both lungs, cause progressive lung damage, 
resulting ultimately in death from respiratory failure. 
Most men with CF are infertile due to failure of 
development of the vas deferens, but microsurgical 
sperm aspiration and 

in vitro fertilisation 

are possible. 

Complications of cystic fibrosis

Treatment of CF lung disease

The management is that of severe bronchiectasis. While 
infections with Staph. aureus can often be managed with 
oral antibiotics, IV treatment 

(frequently self-administered through an 

implanted subcutaneous vascular port) 

is usually needed for 

Pseudomonas infections. Regular nebulised antibiotic
(colistin or tobramycin) is used between exacerbations in 
an attempt to suppress chronic Pseudomonas infection.
Unfortunately, the bronchi eventually become colonised 
with resistant pathogens . 
Aspergillus and non-tuberculous mycobacteria frequently 
found in the sputum but, in most cases, these behave as 
benign ‘colonisers’ and do not require specific therapy. 

Some patients have coexistent asthma, which is treated 
with inhaled bronchodilators and corticosteroids; allergic 
bronchopulmonary aspergillosis also occurs occasionally.

Four

maintenance treatments have been shown to

cause modest 

rises in lung function and/or to reduce the

frequency of chest exacerbations in CF patients . 
Individual responses are variable.
For advanced CF lung disease, home oxygen and NIV
may be necessary to treat respiratory failure. Ultimately,
lung transplantation can produce dramatic improvements
but is limited by donor organ availability.

Treatments that reduce chest exacerbations
and/or improve lung function in cystic fibrosis

Treatment of non-respiratory manifestations of CF

There is a clear link between good nutrition and prognosis . 
Malabsorption due to exocrine pancreatic failure treated 
with oral pancreatic enzymes and vitamin. The increased 
caloric requirements are met by supplemental feeding, 
nasogastric or gastrostomy tube feeding if required. 
Diabetes develops in > 25% and often requires insulin. 
Osteoporosis secondary to malabsorption and chronic ill 
health should be sought and treated.

Novel therapies for cystic fibrosis

Small molecules designed to correct the defects are being developed, 
and one (ivacaftor) gives significant clinical benefits. Somatic gene 
therapy also under development. Manufactured normal copies of the 
CF gene are ‘packaged’ in liposomes or virus vectors administered by 
aerosol inhalation. Trials are under way but more efficient gene
delivery methods are needed to make this practical.

Cystic fibrosis in adolescence

Upper respiratory tract infection (URTIs) 

coryza (the common cold), acute pharyngitis and acute
tracheobronchitis, are the most common communicable 
diseases. The vast majority are caused by viruses and, in 
adults, are usually short-lived and rarely serious.

Acute coryza 

is the most common URTI , usually the result 

of rhinovirus infection. In addition to general malaise, 
acute coryza typically causes nasal discharge, sneezing
and cough, sore throat, a hoarse or lost voice. If 
complicated by a tracheitis or bronchitis, chest tightness
and wheeze typical of asthma occur, treatment with simple 
analgesics, antipyretics and decongestants. If repeated 
URTIs ‘go to the chest’, diagnosis of asthma should be 
considered. 

A variety of viruses causing URTI may also trigger 

exacerbations of asthma or COPD.

Bordetella pertussis, 

the cause of whooping cough, is

an important source of URTI. It is highly contagious and
is notifiable in the UK. Vaccination confers protection
and is usually offered in infancy, but its efficacy wanes
in adult life and the infection is easily spread. Adults
usually experience a mild illness similar to acute coryza,
but some individuals develop paroxysms of coughing
which can persist for weeks to months, earning whooping
cough the designation of 

‘the cough of 100 days’.

The diagnosis may be confirmed by bacterial culture,
polymerase chain reaction (PCR) from a 
nasopharyngeal swab or serological testing. 
If the illness is recognised early in the clinical course, 
macrolide antibiotics may ameliorate the course.

Rhinosinusitis typically causes a combination of nasal
congestion, blockage or discharge, and may be 
accompanied by facial pain/pressure or loss of smell. 
Examination usually confirms erythematous swollen nasal
mucosa and pus may be evident. Nasal polyps should
be sought and dental infection excluded. 
Treatment with topical corticosteroids,nasal decongestants
and regular nasal douching are usually sufficient and, 
although bacterial infection is often present, antibiotics
are only indicated if symptoms persist for > 5 days. 
Persistent symptoms or recurrent episodes should prompt a 
referral to an ear, nose and throat specialist.

Pneumonia

Acute respiratory illness associated with radiological 
shadowing, which may be segmental, lobar or multilobar.
, pneumonias are usually classified as community- or 
hospital-acquired, or as occurring in immunocompromised
hosts. ‘Lobar pneumonia’ is a radiological and pathological
term referring to homogeneous consolidation of one or more 
lung lobes, often with associated pleural inflammation. 
‘Bronchopneumonia’ refers to more patchy alveolar
consolidation associated with bronchial and bronchiolar 
inflammation, often affecting both lower lobes. 
The inflammatory response in lobar pneumonia evolves 
through stages of congestion, red then grey hepatisation, 
and finally resolution. 

In the first stage, the alveolar units are flooded by a 
proteinaceous exudate and by neutrophils and red blood 
cells, and numerous pneumococci may be observed. 
As fibrin forms on the cut surface of the affected lobe, it 
resembles liver and so this stage is known as ‘red 
hepatisation’. 
As congestion resolves, the lung tissue becomes grey 
(‘grey hepatisation’), and ultimately, clearance and repair 
mechanisms restore the normal architecture of the lung.

Community-acquired pneumonia

It affects all age groups but is particularly common at the 
extremes of age; worldwide, CAP continues to kill more 
children than any other illness, and its propensity to ease 
the passing of the frail and elderly led to pneumonia being 
known as the 

‘old man’s friend’.

Most cases are spread by 

droplet infection and several factors may impair the 
effectiveness of local defences and predispose to CAP . 
Streptococcus pneumoniae remains the most common 
infecting agent. 

The likelihood 

that other organisms may be 

involved depends on the age of the patient and the clinical 
context. 
Viral infections are important causes of CAP in children, and 
their contribution to adult CAP is increasingly recognised .

A ‘best guess’ as to the likely organism may be made
from the 

context

in which pneumonia develops, 

but not

from the clinical and radiological picture, which does
not differ sufficiently from one organism to another; the
term ‘atypical pneumonia’ has therefore been dropped.
Mycoplasma pneumoniae is more common in young ,
whereas Haemophilus influenzae is more in the elderly, 
particularly when underlying lung disease is present. 
Legionella pneumophila occurs in local outbreaks centred on 
contaminated cooling towers in hotels, hospitals and other
industrial buildings. Staphylococcus aureus is more
following an episode of influenza. Travel facilitates the 
spread of illnesses such as 

s

evere 

a

cute 

r

espiratory 

s

yndrome 

(SARS), 

caused by a form of 

Coronavirus

Factors that predispose to pneumonia

Organisms causing community-acquired pneumonia

Clinical features

Systemic features such as fever, rigors, shivering and 
malaise predominate and delirium may be present. The 
appetite is invariably lost and headache frequently 
reported. Pulmonary symptoms include cough, which at 
first is characteristically short, painful and dry, but later
accompanied by the expectoration of mucopurulent
sputum. Rust-coloured sputum may be seen in patients
with Strep. pneumoniae, and the occasional individual
may report haemoptysis. Pleuritic chest pain may be a
presenting feature and, on occasion. Upper abdominal 
tenderness is sometimes apparent with lower lobe 
pneumonia or if there is associated hepatitis. Less typical 
presentations may be seen in very young and the elderly.

On examination, the respiratory and pulse rate may
be raised , blood pressure low, mental state may reveal a 
delirium. These are important indicators of the severity. 
Oxygen saturation on air may be low, and the patient 
cyanosed and distressed. Consolidated lung is typically 
dull to percussion and, as conduction of sound is enhanced, 
auscultation reveals bronchial breathing and whispering
pectoriloquy; crackles. However, in many, signs are more 
subtle with reduced air entry only, but crackles are usually 
present. On occasion, inferences as to the likely organism 
may be drawn from clinical examination. For example, 
herpes labialis may point to streptococcal infection, as 
may the finding of ‘rusty’ sputum. Poor dental hygiene 
prompt consideration of Klebsiella or Actinomyces israelii.

Hospital CURB-65. 

*Defined as a Mental Test Score of 8 or less, or new 
disorientation in person, place or time.

Differential diagnosis of pneumonia

• Pulmonary infarction
• Pulmonary/pleural TB
• Pulmonary oedema (can be unilateral)
• Pulmonary eosinophilia 
• Malignancy: bronchoalveolar cell carcinoma
• Rare disorders: cryptogenic organising pneumonia/
bronchiolitis obliterans organising pneumonia

Investigations

The aims of investigation to confirm diagnosis , exclude 
other, assess the severity and identify complications.
Whilst many cases of mild to moderate CAP can be 
successfully managed without identification of the organism, 
a range of microbiological tests should be performed on 
patients with severe CAP.

Investigations in CAP

Sputum

Sputum samples
• Gram stain , culture and 
antimicrobial
sensitivity testing
Oropharynx swab
• PCR for Mycoplasma 
pneumoniae and other 
atypical Pathogens

Urine

• Pneumococcal and/or 
Legionella antigen

Chest X-ray

Lobar pneumonia
• Patchy opacification evolves into 
homogeneous consolidation 
• Air bronchogram (air-filled bronchi 
appear lucent against consolidated lung 
tissue) may be present 
Bronchopneumonia
• Typically patchy and segmental 
shadowing
Complications
• Para-pneumonic effusion, abscess or 
empyema
Staph. aureus
• Suggested by multilobar shadowing, 
cavitation, pneumatocoeles and 
abscesses

Pleural fluid

• Always aspirate and culture when 
present 

in more than trivial

amounts, 

preferably with US guidance

Pneumonia of the right middle 
lobe. 

A

PA view: consolidation in the 

right middle lobe with 
characteristic opacification 
beneath the horizontal fissure and 
loss of normal contrast between 
the right heart border and lung. 

B

Lateral view: consolidation 

confined to the anteriorly situated 
middle lobe.

Management

The most important aspects of management are 
oxygenation, fluid balance and antibiotic. In severe or 
prolonged illness, nutritional support may be required.

Oxygen

Oxygen should be administered to all patients with
tachypnoea, hypoxaemia, hypotension or acidosis, with
the aim of maintaining the PaO

2

at or above 8 kPa

(60 mmHg) 

SaO

2

at or above 92%. High concentrations (35% 

or more), preferably humidified, should be used in all 
who do not have hypercapnia associated with COPD. 
Continuous positive airway pressure (CPAP) should be 
considered in those who remain hypoxic despite this, and 
managed in a high-dependency or intensive care where 
mechanical ventilation can be employed.

Intravenous fluids

These should be considered in patients with severe illness, 
old and those who are vomiting. Inotropic support may be 
required in patients with shock .

Antibiotics

Prompt administration of antibiotics improves outcome. The 
initial choice of antibiotic is guided by clinical context, 
severity assessment, local knowledge of antibiotic 
resistance patterns. Uncomplicated pneumonia,
a 7-day course is adequate, although treatment is usually 
required for longer in those with Legionella, staphylococcal 
or Klebsiella pneumonia. Oral antibiotics are usually 
adequate unless the patient has a severe illness, 
impaired consciousness, loss of swallowing reflex, or 
functional or anatomical reasons for malabsorption.

Antibiotic treatment for CAP

It is important to 

relieve pleural pain, as it may prevent 

the patient from breathing normally and coughing 
efficiently. For the majority, simple analgesia with 
paracetamol, co- codamol or NSAIDs is sufficient. 
In some, opiates may be required but these must
be used with extreme caution in poor respiratory function, 
as they may suppress ventilation.
Physiotherapy is not usually indicated in patients with
CAP, but may help expectoration in those who suppress
cough because of pleural pain. Most patients respond 
promptly to antibiotic therapy.
However, fever may persist for several days and the
chest X-ray often takes several weeks or even months 
to resolve, especially in old age. 

Delayed recovery suggests

either that a complication has occurred , that the diagnosis 
is incorrect or, alternatively, that the pneumonia may be 
secondary to a proximal bronchial obstruction or recurrent 
aspiration. The mortality rate of adults with non-severe
pneumonia is very low (< 1%);  hospital death rates are 
typically between 5 and 10% but may be as high as 50% 
in severe illness.

Discharge and follow-up

Discharge depends on  their home circumstances and the 
likelihood of complications. CX-ray need

not

be repeated 

before discharge in those making a satisfactory recovery. 
Clinical review arranged around 6 weeks later and a 
CX-ray obtained if there are persistent symptoms, signs or 
suspect underlying malignancy.

Indications for referral to ITU

Complications of pneumonia

• Para-pneumonic effusion – common
• Empyema
• Retention of sputum causing lobar collapse
• Deep vein thrombosis and pulmonary embolism
• Pneumothorax, particularly with Staph. aureus
• Suppurative pneumonia/lung abscess
• ARDS, renal failure, multi-organ failure 
• Ectopic abscess formation (Staph. aureus)
• Hepatitis, pericarditis, myocarditis, meningoencephalitis
• Pyrexia due to drug hypersensitivity

Prevention

Current smokers should be advised to stop. Influenza
and pneumococcal vaccination should be considered in
selected patients . Because of the mode of spread,
Legionella pneumophila has important public health 
implications and usually requires notification to the 
appropriate health authority. 
In developing countries, tackling malnourishment and 
indoor air pollution, and encouraging immunisation 
against measles, pertussis and Haemophilus influenzae type 
b are particularly important in children.

Hospital-acquired pneumonia

Hospital-acquired or 

nosocomial

pneumonia is a new

episode of pneumonia occurring at least 2 days after
admission to hospital. It is the second most common
hospital-acquired infection (HAI) and the leading cause
of HAI-associated death. The elderly are particularly at
risk, along with patients in intensive care units, especially
when mechanically ventilated; in the latter case, the term 
‘ventilator-associated pneumonia’ (VAP) is used. Healthcare-
associated pneumonia (HCAP) is the development of 
pneumonia in a person who has spent at least 2 days in 
hospital within the last 90 days, or has attended a 
haemodialysis unit, received intravenous antibiotics, or been 
resident in a nursing home or other long-term care facility. 

The factors predisposing to the development of 
pneumonia in a hospitalised patient are listed in Box. The 
organisms implicated in early-onset HAP (occurring within 
4–5 days of admission) are similar to those involved in 
CAP. 

Late onset HAP 

is associated with 

a different 

range of 

pathogens to CAP, with more Gram-negative bacteria 
(e.g. Escherichia, Pseudomonas, Klebsiella species and 
Acinetobacter baumannii), Staph. aureus (including the 
methicillin-resistant type (MRSA)) and anaerobes

Factors 
predisposing 
to hospital-
acquired
pneumonia

Clinical features and investigations

The diagnosis should be considered in any hospitalised
or ventilated patient who develops purulent sputum (or
endotracheal secretions), new radiological infiltrates, an
otherwise unexplained increase in oxygen requirement,
a core temperature of more than 38.3°C, and a 
leukocytosis or leucopenia. However, the clinical features
and radiographic signs are variable and non-specific, 
raising a broad differential diagnosis that includes 
venous thromboembolism, ARDS, pulmonary oedema, 
pulmonary haemorrhage and drug toxicity. 
Therefore, in contrast to CAP, microbiological 
confirmation should be sought whenever possible. 

As in CAP, the full blood count (FBC), urea and 
electrolytes (U&E), erythrocyte sedimentation rate (ESR) 
and C-reactive protein (CRP), and arterial blood gas 
samples should be sent for analysis and a chest X-ray 
performed, but other investigations and imaging may be 
necessary to exclude other conditions.
Adequate sputum samples may be difficult
to obtain in frail elderly patients and physiotherapy
should be considered to aid expectoration. In patients
who are mechanically ventilated, bronchoscopy-directed 
protected brush specimens, bronchoalveolar lavage
(BAL) or endotracheal aspirates may be obtained.

Management

The principles of management are similar to those for
CAP, adequate oxygenation, appropriate fluid balance 
and antibiotics. However, the choice of empirical antibiotic
therapy is considerably more challenging, given the 
diversity of pathogens and drug resistance.

In early-onset 

HAP, patients who have received no

previous antibiotics can be treated with co-amoxiclav or
cefuroxime. If the patient has received a course of recent
antibiotics, then piperacillin/ tazobactam or a third 
generation cephalosporin should be considered.

In late-onset 

HAP, the choice of antibiotics must cover the 

Gram-negative bacteria (see above), Staph. aureus 
(including MRSA) and anaerobes.

Antipseudomonal cover by a carbapenem (meropenem) 

or 

a third-generation cephalosporin combined with an 

aminoglycoside. MRSA cover may be provided by 
glycopeptides, such as vancomycin or linezolid.
Acinetobacter baumannii is usually sensitive to carbapenems 
but resistant cases require the prolonged administration
of nebulised colistin. The choice of agents is most
appropriately guided by knowledge of local patterns of
microbiology and antibiotic resistance. In the absence of 
good evidence, the duration of antibiotic therapy remains 
a matter for clinical judgement.
Physiotherapy to aid expectoration in the immobile and 
elderly, and  nutritional support is often required.

Prevention

Despite appropriate management, the mortality from
HAP is approximately 30%, so prevention is very 
important.
Good hygiene is paramount, particularly with regard to 
handwashing and any equipment used. The risk of 
aspiration should be minimised, and the use of
stress ulcer prophylaxis with proton pump inhibitors
limited, as they may increase the risk of ventilator-
associated pneumonia. Oral antiseptic (chlorhexidine
2%) may be used to decontaminate the upper airway,
and some intensive care units employ selective 
decontamination of the digestive tract when the anticipated 
requirement for ventilation will exceed 48 hours.

Respiratory 
infection in 
old age

Suppurative pneumonia, aspiration pneumonia and 
pulmonary abscess

These conditions are considered together, as their
aetiology and clinical features overlap. Characterised by 
destruction of the lung parenchyma by the inflammatory 
process and, although microabscess formation is a 
characteristic histological feature, ‘pulmonary abscess’ is 
usually taken to refer to lesions in which there is a large 
localised collection of pus, or a cavity lined by chronic 
inflammatory tissue, from which pus has escaped by rupture 
into a bronchus. Often develop after the inhalation of 
septic material during operations on the nose, mouth or 
throat under general anaesthesia, or of vomitus during 
anaesthesia or coma, particularly if oral hygiene is poor. 

Additional risk factors for aspiration include bulbar or 
vocal cord palsy, stroke, achalasia or oesophageal reflux, 
and alcoholism. Aspiration tends to localise to dependent 
areas, such as the apical segment of the lower lobe in a 
supine patient. May also complicate local bronchial 
obstruction from a neoplasm or foreign body. Infections 
are usually due to a mixture of anaerobes and aerobes in 
common with the typical flora encountered in the mouth and 
upper respiratory tract 

(Bacteroides melaninogenicus, Fusobacterium 

necrophorum, anaerobic or micro- aerophilic cocci, and Bacteroides fragilis) .

When occurs in a previously healthy lung, the most likely 
infecting organism is Staph. Aureus or Klebsiella pneumoniae.
Bacterial infection of a pulmonary infarct or a collapsed
lobe may also produce a suppurative P or lung abscess.

The organisms isolated from the sputum include Strep. 
pneumoniae, Staph. aureus, Strep. pyogenes, H. influenzae 
and anaerobic bacteria. In many cases, however, no 
pathogen can be isolated, particularly when antibiotics 
have been given. Strains of community-acquired MRSA 
produce the cytotoxin Panton–Valentine leukocidin.
Injecting drug-users are at particular risk of developing 
haematogenous lung abscess, often in association with 
endocarditis affecting the pulmonary and tricuspid valves.

A non-infective form 

of aspiration pneumonia –

exogenous lipid pneumonia – may follow the aspiration of 
animal, vegetable, or mineral oils.

Clinical features of suppurative pneumonia

Investigations and management

Radiological features include homogeneous lobar or 
segmental opacity consistent with consolidation or collapse. 
Abscesses are characterised by cavitation and fluid level. 
Occasionally, emphysematous bulla becomes infected and 
appears as a cavity containing an air–fluid level.
Aspiration pneumonia can be treated with intravenous
co-amoxiclav 

1.2 g 3 times daily

. If an anaerobic infection is 

suspected (e.g. from fetor of the sputum), oral 
metronidazole

400 mg 3 times daily

should be added. Further 

modification of antibiotics may be required, depending on 
the clinical response and the microbiological results. 
CA-MRSA is usually susceptible to a variety of oral non-β-
lactam antibiotics, such as trimethoprim/ sulfamethoxazole, 
clindamycin, tetracyclines and linezolid. 

Parenteral therapy with vancomycin or daptomycin can 
also be considered. F. necrophorum is highly susceptible to 
β-lactam antibiotics, and to metronidazole, clindamycin 
and third-generation cephalosporins. Prolonged treatment 
for 4–6 weeks may be required in some patients with lung 
abscess. Physiotherapy is of great value, especially when 
suppuration is present in the lower lobes or when a large 
abscess cavity has formed. In most patients, there is a 
good response to treatment and, although residual fibrosis 
and bronchiectasis are common sequelae, these seldom 
give rise to serious morbidity. Surgery should be 
contemplated if no improvement occurs, despite optimal 
medical therapy. Removal or treatment of any obstructing 
endobronchial lesion is essential.

Pneumonia in the immunocompromised patient

Patients immunocompromised by drugs or disease
(particularly HIV) are at high risk of pulmonary infection. 
The majority of cases are caused by the same pathogens 
that cause pneumonia in non-immunocompromised 
individuals, but in patients with more profound 
immunosuppression, unusual organisms or those normally 
considered to be of low virulence or non-pathogenic 
may become ‘opportunistic’ pathogens .Therefore, the 
possibility of Gram-negative bacteria, especially 
Pseudomonas aeruginosa, viral agents, fungi, 
mycobacteria, and less common organisms such as 
Nocardia asteroides has to be considered.
Infection is often due to more than one organism.

Causes of immune suppression-associated lung infection

Clinical features

These typically include fever, cough and breathlessness,
but are influenced by the degree of immunosuppression;
symptoms are less specific in the more profoundly
immunosuppressed. The speed of onset tends to be less
rapid in patients with opportunistic organisms such as
Pneumocystis jirovecii and mycobacterial infections than
with bacterial infections . 
In P. jirovecii pneumonia, symptoms of cough and 
breathlessness can be present for several days or weeks 
before the onset of systemic symptoms or the appearance 
of X-ray abnormalities.

Diagnosis

Invasive investigations, bronchoscopy, BAL, transbronchial
biopsy or surgical lung biopsy, are often impractical, as 
many patients are too ill to undergo these safely. However, 
‘induced sputum’ offers a relatively safe. 
HRCT is useful in differentiating the likely cause:
• Focal unilateral airspace opacification favours
bacterial infection, mycobacteria or Nocardia.
• Bilateral opacification favours P. jirovecii pneumonia, 
fungi, viruses and unusual bacteria, e.g. Nocardia.
• Cavitation : N. asteroides, mycobacteria and fungi.
• The presence of a ‘halo sign’ may suggest Aspergillus 
• Pleural effusions suggest a pyogenic bacterial
infection and are uncommon in P. jirovecii pneumonia

Management

In theory, treatment should be based on the identified 
causative organism but, in practice, this is frequently 
unknown and broad-spectrum antibiotic therapy is 
required, such as a third-generation cephalosporin or a 
quinolone, plus an antistaphylococcal antibiotic, or an 
antipseudomonal penicillin plus an aminoglycoside.
Thereafter, treatment may be tailored according to
the results of investigations and the clinical response. 
It may dictate adding antifungal or antiviral therapies.

Tuberculosis

Tuberculosis (TB) is caused by infection with Mycobacterium 
tuberculosis (MTB), which is part of a complex of 
organisms including M. bovis (reservoir cattle) and M. 
africanum (reservoir human). In 2010, an estimated 8.8 
million incident cases occurred and TB was estimated to 
account for nearly 1.5 million deaths, making it the second 
most common cause of death due to an infective disease. 
Furthermore, it is estimated that around one-third of the 
world’s population has latent TB. 

The majority of cases occur in the world’s poorest nations, who 
struggle to cover the costs associated with management and control 
programmes . In Africa, the resurgence of TB has been largely driven 
by HIV and, in the former Soviet Union and Baltic, by a lack of 
appropriate health care associated with social and political upheaval.

Pathology and pathogenesis

M. bovis infection arises from drinking non- sterilised
milk from infected cows. M. tuberculosis is spread by the
inhalation of aerosolised droplet nuclei from other
infected patients. Once inhaled, the organisms lodge in
the alveoli and initiate the recruitment of macrophages
and lymphocytes. Macrophages undergo transformation
into epithelioid and Langhans cells, which aggregate
with the lymphocytes to form the classical
tuberculous granuloma . 

Numerous granulomas 

aggregate to form a primary lesion or ‘

Ghon focus

’ 

(a pale yellow, caseous nodule, usually 
a few millimetres to 1–2 cm in diameter), which is 
characteristically situated in the periphery of the lung.

Spread of organisms to the hilar lymph nodes is followed 
by a similar pathological reaction, and the combination of 
the primary lesion and regional lymph nodes is referred 
to as the ‘

primary complex of Ranke

’. Reparative 

processes encase the primary complex in a fibrous 
capsule, limiting the spread of bacilli: so-called latent TB . 
If no further complications ensue, this lesion eventually 
calcifies and is clearly seen on a chest X-ray. 

However, 

lymphatic or haematogenous spread may 

occur before immunity is established, seeding 
secondary foci in other organs, including lymph nodes, 
serous membranes, meninges, bones, liver, kidneys and 
lungs, which may lie dormant for years. 

The only clue that infection has occurred may be the 
appearance of a cell-mediated, delayed-type 
hypersensitivity reaction to tuberculin, demonstrated by 
tuberculin skin testing. If these reparative processes fail, 
primary progressive disease ensues.The estimated risk of 
developing disease after primary infection is 10%, half of 
this risk occurring in the first 2 years after infection.

Clinical features: pulmonary disease

Primary pulmonary TB

Refers to the infection of a previously uninfected 
(tuberculin-negative) individual. A few patients develop a 
self-limiting febrile illness but clinical disease only occurs if 
there is a hypersensitivity reaction. Progressive primary 
disease may appear during the course of the initial illness 
or after a latent period of weeks or months.

Factors 
increasing 
the risk of TB

Tuberculous granuloma. 

Normal lung tissue is 

lost and replaced by a mass of fibrous tissue 
with granulomatous inflammation
characterised by large numbers of 
macrophages and multinucleate giant
cells (Langhans cells ,white arrow). The 
central area of this focus shows caseous
degeneration (black arrow).

Primary pulmonary TB. 

(1) 

Spread from the primary focus to hilar 

and mediastinal lymph glands to form the 
‘primary complex’, which in most cases heals
spontaneously. 

(2) 

Direct extension of the 

primary focus – progressive pulmonary TB. 

(3) 

Spread to the pleura – tuberculous 

pleurisy and pleural effusion. 

(4) 

Blood-borne spread: few bacilli –

pulmonary, skeletal, renal, genitourinary 
infection, often months or years later; massive 
spread – miliary TB and meningitis.

Natural history of untreated primary TB

Features of primary TB

Clinical presentations of pulmonary TB

Chronic complications of pulmonary TB

Chest X-ray: 

major 

manifestations and 
differential diagnosis of 
pulmonary TB. Less 
common manifestations 
include pneumothorax, 
ARDS ,cor pulmonale and 
localised emphysema.

Miliary TB

Blood-borne dissemination gives rise to miliary TB, which 
may present acutely but more frequently is characterised
by 2–3 weeks of fever, night sweats, anorexia, weight loss 
and a dry cough. Hepatosplenomegaly may develop and 
the presence of a headache may indicate coexistent 
tuberculous meningitis. Auscultation of the chest is 
frequently normal, but in more advanced disease, 
widespread crackles are evident. Fundoscopy may show 
choroidal tubercles. The classical appearances on chest X-
ray are of fine 

1–2 mm lesions (‘millet seed’) 

distributed 

throughout the lung fields, although occasionally the 
appearances are coarser. Anaemia and leucopenia reflect 
bone marrow involvement. 

‘Cryptic’ miliary

TB is an 

unusual presentation sometimes seen in old age .

Cryptic TB

Post-primary pulmonary TB

Refers to exogenous (‘new’ infection) or endogenous 
(reactivation of a dormant primary lesion) infection in a 
person who has been sensitised by earlier exposure. It is 
most frequently pulmonary and characteristically occurs in 
the apex of an upper lobe, where the oxygen tension 
favours survival of the strictly aerobic organism. 
The onset is usually insidious, developing slowly over 
several weeks. 
Systemic symptoms include fever, night sweats, malaise, 
and loss of appetite and weight, and are accompanied 
by progressive pulmonary symptoms .Very occasionally, 
this form of TB may present with one of the 
complications listed in Box.

Radiological changes include illdefined opacification in 
one or both of the upper lobes, and as progression occurs, 
consolidation, collapse and cavitation develop to 
varying degrees .It is often difficult to distinguish active 
from quiescent disease on radiological criteria alone, but 
the presence of a miliary pattern or cavitation favours 
active disease.
In extensive disease, collapse may be marked and results
in significant displacement of the trachea and 
mediastinum. 
Occasionally, a caseous lymph node may drain into an 
adjoining bronchus, leading to tuberculous pneumonia.

Clinical features: 
Extrapulmonary disease

accounts for about 20% of cases in those who are HIV-
negative but is more common in HIV-positive individuals.

Lymphadenitis

Lymph nodes are the most common extrapulmonary site 
of disease. Cervical and mediastinal glands are 
affected most frequently, followed by axillary and 
inguinal, and more than one region may be involved.
Disease may represent primary infection, spread from
contiguous sites, or reactivation. Supraclavicular
lymphadenopathy is often the result of spread from 
mediastinal disease. The nodes are usually painless and
initially mobile but become matted together with time.

When caseation and liquefaction occur, the swelling
becomes fluctuant and may discharge through the skin
with the formation of a ‘collar-stud’ abscess and sinus
formation. Approximately half of cases fail to show
any constitutional features, such as fevers or night
sweats. The tuberculin test is usually strongly positive.
During or after treatment, paradoxical enlargement,
development of new nodes and suppuration may all
occur but without evidence of continued infection; surgical

excision is rarely necessary. 

In non-immigrant children in the UK, most mycobacterial 
lymphadenitis is caused by opportunistic mycobacteria, 
especially of the M. avium complex.

Gastrointestinal tuberculosis

TB can affect any part of the bowel. Upper gastrointestinal 
tract involvement is rare. 

Ileocaecal disease 

accounts for 

approximately half of abdominal TB cases.
Fever, night sweats, anorexia and weight loss are usually
prominent and a right iliac fossa mass may be palpable.
Up to 30% of cases present with an acute abdomen.
Ultrasound or CT may reveal thickened bowel wall,
abdominal lymphadenopathy, mesenteric thickening or
ascites. Barium enema and small bowel enema reveal
narrowing, shortening and distortion of the bowel, with
caecal involvement predominating.

Diagnosis rests on obtaining histology by either 
colonoscopy or minilaparotomy.
The main differential diagnosis is Crohn’s disease . 
Tuberculous peritonitis is characterised by abdominal 
distension, pain and constitutional symptoms.
The ascitic fluid is exudative and cellular, with a
predominance of lymphocytes. Laparoscopy reveals
multiple white 

‘tubercles’ over the peritoneal 

and

omental surfaces. Low-grade hepatic dysfunction is
common in miliary disease, in which biopsy reveals 
granulomas. Occasionally, patients may be frankly
icteric, with a mixed hepatic/cholestatic picture.

Pericardial disease : Disease occurs in two forms :

pericardial effusion and constrictive pericarditis. 
Fever and night sweats are rarely prominent and the 
presentation is usually insidious, with breathlessness and
abdominal swelling. Coexistent pulmonary disease is
very rare, with the exception of pleural effusion. 
Pulsus paradoxus, a raised JVP, hepatomegaly, ascites
and peripheral oedema are common to both types. 
Pericardial calcification occurs in around 25%. Constriction 
is associated with S3, atrial fibrillation. Diagnosis is based 
on clinical, radiological and echo.The effusion is frequently 
blood-stained. Open biopsy can be performed where 
there is diagnostic uncertainty. The addition of 
corticosteroids to antituberculosis has been shown to help 
both forms of pericardial disease.

Central nervous system disease

Meningeal disease represents the most important form
of central nervous system TB. Unrecognised and
untreated, it is rapidly fatal. Even when appropriate
treatment is prescribed, mortality rates of 30% have been 
reported, whilst survivors may be left with neurological 
sequelae. 

Bone and joint disease

The spine is the most common site for bony TB (Pott’s
disease), which usually presents with chronic back pain
and typically involves the lower thoracic and lumbar spine 

The infection starts as a discitis , spreads along the spinal 
ligaments to involve the adjacent anterior vertebral bodies, 
causing angulation with subsequent kyphosis. 
Paravertebral and psoas abscess formation is common and 
the disease may present with a large (cold) abscess in the 
inguinal region. CT or MRI is valuable in gauging the extent 
of disease, the amount of cord compression, and the site 
for needle biopsy or open exploration, if required. The 
major differential diagnosis is 

malignancy

, which tends 

to affect the vertebral body and leave the 

disc intact. 

Important complications include spinal instability or cord 
compression. TB can affect any joint but most frequently 
involves the 

hip or knee. 

Presentation is insidious, with pain 

and swelling; fever and night sweats are uncommon.

Genitourinary disease

Fever and night sweats are rare with renal tract TB and
patients are often only mildly symptomatic for many
years. Haematuria, frequency and dysuria are often
present, with sterile pyuria found on urine microscopy
and culture. In women, infertility from endometritis, or
pelvic pain and swelling from salpingitis or a tuboovarian
abscess occurs occasionally. In men, genitourinary TB may 
present as epididymitis or prostatitis.

Systemic presentations of extrapulmonary TB.

Diagnosis

The presence of an otherwise unexplained cough for
> 2–3 weeks, in regions where TB is prevalent, or typical 
chest X-ray changes , should prompt further investigation . 
Direct microscopy of sputum remains the most important first
step. The probability of detecting acid-fast bacilli is 
proportional to the bacillary burden in the 

sputum 

(typically 

positive when 

5000–10 000 organisms 

are present).

The most effective techniques are the Ziehl– Neelsen and
rhodamine– auramine. The latter causes the tuberculous
bacilli to fluoresce against a dark background; however, it 
is more complex and expensive.
A positive smear is sufficient for the presumptive diagnosis 
but definitive diagnosis requires culture. 

Smear-negative sputum should also be cultured, as only 

10–100 viable 

organisms are required 

for sputum to be

culture-positive. 

A diagnosis of smear-negative TB may

be made in advance of culture if the chest X-ray 
appearances are typical of TB and there is no response
to a broad-spectrum antibiotic. MTB grows slowly and may 
take between 4 and 6 weeks to appear on solid medium, 
such as L

ِ  wenstein–Jensen or Middlebrook. 

Faster growth (1–3 weeks) occurs in liquid media, such as 
the radioactive BACTEC system or the non-radiometric 
mycobacteria growth indicator tube (MGIT). The BACTEC 
method is the most widely accepted as the reference 
standard in developed nations and detects mycobacterial 
growth by measuring the liberation of 

14

CO

2

, following 

metabolism of 

14

C labelled substrate in the medium.

Drug sensitivity testing is particularly important in
those with a previous history of TB, treatment failure
or chronic disease, and in those who are resident in or
have visited an area of high prevalence of resistance, or
who are HIV-positive. The detection of rifampicin 
resistance, using molecular tools to test for the presence of 
the rpo gene currently associated with around 95% of
rifampicin-resistant cases, is important, as rifampicin
forms the cornerstone of 6-month chemotherapy.
Nucleic acid amplification tests, such as the Xpert/
RIF test, combine the potential to diagnose TB and detect
the presence of rifampicin resistance, and may become
the test of first choice in individuals with HIV or those
suspected to have multi-drug-resistant tuberculosis 

(MDR-TB). 

If a cluster of cases suggests a common source, confirmation 
may be sought by fingerprinting of isolates with restriction-
fragment length polymorphism (RFLP).
The diagnosis of extrapulmonary TB can be more
challenging. There are generally fewer organisms 
(particularly in meningeal or pleural fluid), so culture or
histopathological examination of tissue is more important.

Adenosine deaminase in pleural fluid

, and to a lesser 

extent in CSF, may assist in confirming suspected TB. In 
the presence of HIV, examination of sputum may still be 
useful, as subclinical pulmonary disease is common.

Diagnosis of TB

Typical changes of 
tuberculosis

. The 

chest X-ray shows 
bilateral upper lobe 
airspace shadowing 
with cavitation.

Management

Chemotherapy

The treatment of TB is based on the principle of an initial
intensive phase to reduce the bacterial population
rapidly, followed by a continuation phase to destroy any
remaining bacteria . Standard treatment involves 6 
months’ treatment with isoniazid and rifampicin, 
supplemented in the first 2 months with pyrazinamide and 
ethambutol. Fixed-dose tablets combining two or three 
drugs are preferred. 
Treatment should be commenced immediately in any 
smear-positive patient, or smear-negative but with typical 
chest X-ray and no response to standard antibiotics.

Six months of therapy is appropriate for all patients
with new-onset pulmonary TB and most cases of
extrapulmonary TB. 

However, 12 months 

of therapy is

recommended for 

meningeal

TB, including involvement

of the 

spinal

cord in cases of spinal TB; in these cases,

ethambutol may be replaced by streptomycin. 
Pyridoxine should be prescribed in pregnant women and 
malnourished patients to reduce the risk of peripheral 
neuropathy with isoniazid. Where drug resistance is not 
anticipated, patients can be assumed to be non-infectious 
after 2 weeks of appropriate therapy. 
Most patients can be treated at home. 

Admission to a hospital unit with 

appropriate isolation 

facilities should be considered where there is uncertainty
about the diagnosis, intolerance of medication, 
questionable treatment adherence, adverse social 
conditions or a significant risk of MDR-TB (culture-positive 
after 2 months on treatment, or contact with known MDR-
TB). Patients treated with rifampicin should be advised
that their urine, tears and other secretions will develop
a bright orange/red coloration, and women taking the
oral contraceptive pill must be warned that its efficacy
will be reduced and alternative contraception may
be necessary. Ethambutol and streptomycin should
be used with caution in renal failure, with appropriate
dose reduction and monitoring of drug levels. 

Adverse drug reactions occur in about 10% of patients, 
but are significantly more common with HIV co-infection.
Baseline liver function and regular monitoring are
important for patients treated with standard therapy.
Rifampicin may cause asymptomatic hyperbilirubinaemia
but, along with isoniazid and pyrazinamide, may
also cause hepatitis. Mild asymptomatic increases in
transaminases are common but significant hepatotoxicity
only occurs in 2–5%. It is appropriate to stop treatment
and allow any symptoms to subside and the liver
function tests (LFTs) to recover before commencing a
stepwise re-introduction of the individual drugs. 
Less hepatotoxic regimens may be considered, including
streptomycin, ethambutol and fluoroquinolone.

Corticosteroids 

reduce inflammation and limit tissue

damage, and are currently recommended when treating
pericardial or meningeal disease, and in children with
endobronchial disease. They may confer benefit in TB of
the ureter, pleural effusions and extensive pulmonary
disease, and can suppress hypersensitivity drug 
reactions.

Surgery 

should be considered in cases complicated

by massive haemoptysis, loculated empyema,
constrictive pericarditis, lymph node suppuration, and
spinal disease with cord compression, but usually only
after a full course of antituberculosis treatment.

The effectiveness 

of therapy for pulmonary TB is

assessed by further sputum smear at 2 months and at
5 months. 

Treatment failure is defined as 

a positive

sputum smear or culture at 5 months or any patient
with a multidrug resistant strain, regardless of whether
they are smear-positive or negative. 

Extrapulmonary TB 

must be assessed clinically or 

radiographically, as appropriate.

Treatment of new TB patients (World Health 
Organization recommendations)

Main adverse reactions of first-line antituberculous 
drugs

Control and prevention

The World Health Organization (WHO) is 
committed to reducing the incidence of TB by 
2015. Supporting the development of 
laboratory and health-care services to
improve detection and treatment of active and 
latent TB is an important component of this goal.

Detection of latent TB

Contact tracing is a legal requirement in many countries.
It has the potential to identify the probable index case,
other cases infected by the same index patient (with or
without evidence of disease), and close contacts who
should receive BCG vaccination (see below) or 
chemotherapy. Approximately 10–20% of close contacts 
of patients with smear-positive pulmonary TB and 2–5% 
of those with smear-negative, culture-positive disease have
evidence of TB infection. Cases are commonly identified 
using the tuberculin skin test . An otherwise asymptomatic 
contact with a positive tuberculin skin test but a normal 
chest X-ray may be treated with 

chemoprophylaxis

to prevent infection from progressing to clinical disease. 

Chemoprophylaxis

is also recommended for children 

aged less than 16 years identified during contact
tracing as having a strongly positive tuberculin test, 
children aged less than 2 years in close contact with 
smear-positive pulmonary disease, those in whom recent
tuberculin conversion has been confirmed, and babies of
mothers with pulmonary TB. It should also be considered
for HIV-infected close contacts of a patient with smear-
positive disease. A course of rifampicin and isoniazid 
for 3 months or isoniazid for 6 months is effective. 
Tuberculin skin testing may be associated with false-
positive reactions in those who have had a BCG 
vaccination and in areas where exposure to non-
tuberculous mycobacteria is high. 

The skin tests may also be falsely negative in the setting of 
immunosuppression or overwhelming infection. These 
limitations may be overcome by employing interferon-
gamma release assays (IGRAs) .These tests measure the 
release of IFN-γ from sensitised T cells in response to 
antigens, such as early secretory antigenic target, that are 
encoded by genes specific to the MTB and are not shared 
with BCG or opportunistic mycobacteria. The greater 
specificity of these tests, combined with the logistical 
convenience of one blood test, as opposed to two visits for 
skin testing, suggests that IGRAs will replace the tuberculin 
skin test in low-incidence, high-income countries.

Skin testing 
in TB: tests 
using 
purified
protein 
derivative 
(PPD)

Gradings of the Heaf 
test response. 

A 

Negative.

B 

Grade 1. 

C 

Grade 2. 

D 

Grade 3. 

E 

Grade 4.

The principles of interferon-
gamma release assays.

A sample of either purified T 
cells (T-SPOT.TB® test) or whole 
blood (QuantiFERON®–TB 
Gold test) is incubated in the 
presence of antigens specific to 
Mycobacterium tuberculosis 
(MTB). The release of 
interferon-gamma (IFN-γ) by 
the cells is measured by 
enzyme-lined immunosorbent
assay (ELISA). 
(ELISPOT = enzyme-linked 
immunosorbent spot assay)

Directly observed therapy (DOT) 

Poor adherence to therapy is a major factor in 
prolonged illness, risk of relapse, and the emergence of 
drug resistance.
Directly observed therapy (DOT) involves the
supervised administration of therapy 

3 times weekly to

improve adherence. DOT has become an important
control strategy in resource-poor nations. In the UK, it
is currently recommended for patients thought unlikely
to be adherent to therapy: homeless people and drifters,
alcohol or drug users, patients with serious mental
illness and those with a history of non-compliance.

TB and HIV/AIDS

The close links between HIV and TB, particularly in sub-
Saharan Africa, and the potential for both diseases to
overwhelm health-care funding in resource-poor nations
have been recognised, with the promotion of 
programmes that link detection and treatment of TB with
detection and treatment of HIV. 
It is recommended that all patients with TB should be 
tested for HIV disease.
Mortality is high and TB is a leading cause of death in
HIV patients. 

Drug-resistant TB

Defined by the presence of resistance to any first-line 
agent. Multidrug-resistant TB 

(MDR-TB) 

is defined by 

resistance to at least rifampicin and isoniazid, with or 
without other drug resistance.

Extensively drug-resistant 

TB (XDR-TB) is defined as

resistance to at least rifampicin and isoniazid, in addition
to any quinolone and at least one injectable second-line 
agent. It is more common in those with a prior history of TB, 
particularly if treatment has been inadequate,
and those with HIV infection. Diagnosis is challenging, and 
although cure may be possible, it requires prolonged
treatment with less effective, more toxic and more
expensive therapies. The mortality rate from MDR-TB is high 
and that from XDR-TB higher still.

Factors contributing to the emergence of
drug-resistant TB

Vaccines

BCG (the Calmette– Guérin bacillus), a live attenuated
vaccine derived from M. bovis, is the most established
TB vaccine. It is administered by intradermal injection
and is highly immunogenic. BCG appears to be effective
in 

preventing

disseminated disease, including tuberculous

meningitis, in children, 

but its efficacy in adults 

is

inconsistent and new vaccines are urgently needed.
Current vaccination policies vary worldwide according
to incidence and health-care resources, but usually
target children and other high-risk individuals. BCG is
very safe, with the occasional complication of local
abscess formation. 

It should not 

be administered to

those who are immunocompromised or pregnant.

Prognosis

Following successful completion of chemotherapy, cure
should be anticipated in the majority. There is a small 
(< 5%) and unavoidable risk of relapse. Most
relapses occur within 5 months and usually have the
same drug susceptibility. 

In the absence of treatment

, a

patient with smear-positive TB will remain infectious for
an average of 2 years; in 1 year, 25% of untreated will 
die. Death is more likely in those who are smear-positive 
and those who smoke. A 

few

patients die unexpectedly 

soon after commencing therapy and it is possible that 
some have subclinical hypoadrenalism that is unmasked 
by a rifampicin-induced increase in steroid metabolism. 
HIV-positive patients have higher mortality rates and a 
modestly increased risk of relapse.

Opportunistic mycobacterial infection

Other species of environmental mycobacteria (often
termed ‘atypical’) 

may cause human disease .

The sites commonly involved are the lungs, lymph
nodes, skin and soft tissues. The most widely recognised
of these mycobacteria, 

M. avium complex 

(MAC), is well

described in severe HIV disease 

(CD4 count < 50 cells/ mL).

However, several others (including MAC) colonise and/or 
infect apparently immunocompetent patients with chronic 
lung diseases such as COPD, bronchiectasis, 
pneumoconiosis, old TB, or cystic fibrosis. 
The clinical presentation varies from a relatively indolent
course in some to an aggressive course characterised by 
cavitatory or nodular disease in others. 

Radiological appearances may be similar to classical TB, 
but in patients with bronchiectasis, opportunistic infection
may present with lower-zone nodules. The most commonly
reported organisms include M. kansasii, M. malmoense,
M. xenopi and M. abscessus. More rapid diagnostic systems 
are under development, including DNA probes, high-
performance liquid chromatography (HPLC), PCR restriction 
enzyme analysis (PRA). With the exception of M. kansasii, 
drug sensitivity testing is usually unhelpful in predicting 
treatment response. 
There is usually no requirement for notification, as the 
organisms are not normally communicable.

Site-specific 
opportunistic
mycobacterial 
disease

Respiratory diseases caused by fungi

The majority of fungi encountered by humans are harmless 
saprophytes but in certain circumstances some species may 
cause disease by infecting human tissue, promoting 
damaging allergic reactions or producing toxins. 

‘Mycosis’ 

is disease caused by fungal infection.

Factors predisposing to fungal disease

Aspergillus species

Most cases of bronchopulmonary aspergillosis are
caused by Aspergillus fumigatus, but other members of
the genus (A. clavatus, A. flavus, A. niger and A. terreus)
occasionally cause disease. 

Classification of bronchopulmonary aspergillosis

Allergic bronchopulmonary aspergillosis

Allergic bronchopulmonary aspergillosis (ABPA) occurs
as a result of a hypersensitivity reaction to germinating
fungal spores in the airway wall. The condition may
complicate the course of asthma and cystic fibrosis, and
is a recognised cause of pulmonary eosinophilia .
The prevalence of ABPA is approximately 1–2% in
asthma and 5–10% in cystic fibrosis. A variety of human
leucocyte antigens (HLA) convey both an increased and
a decreased risk of developing the condition, suggesting
that genetic susceptibility is important.

Clinical features and investigations

Clinical features depend on the stage of the disease.
Common manifestations in the early phase include
fever, breathlessness, cough productive of bronchial
casts, and worsening of asthmatic symptoms. The
appearance of radiographic infiltrates may cause ABPA
to be mistaken for pneumonia, but the diagnosis may
also be suggested by segmental or lobar collapse on
chest X-rays of patients whose asthma symptoms are
stable. If bronchiectasis develops, its symptoms and 
complications often overshadow those of asthma.

Features of allergic bronchopulmonary aspergillosis

Branching Aspergillus 
hyphae seen in ABPA. 

The figure shows the use 
of calcofluor white, a 
non-specific 
fluorochrome stain that
binds to fungi and 
fluoresces when 
exposed to light of the 
appropriate
wavelength. Aspergillus 
fumigatus was 
subsequently grown on 
culture.

Management

ABPA is generally considered an indication for regular
therapy with low-dose oral corticosteroids (prednisolone
7.5–10 mg daily), with the aim of suppressing the
Immunopathological responses and preventing progressive
tissue damage. In some patients, itraconazole 

(400 mg/day) 

facilitates a reduction in oral steroids, and a 4-month trial is 
usually recommended to assess its efficacy. The use of 
specific anti- IgE monoclonal antibodies is under 
consideration. Exacerbations, particularly when associated 
with new chest X-ray changes, should be treated promptly 
with prednisolone 40–60 mg daily and physiotherapy. If 
persistent lobar collapse occurs, bronchoscopy (usually 
under general anaesthetic) should be performed to remove 
impacted mucus and ensure prompt re-inflation.

Aspergilloma

Inhaled Aspergillus may lodge and germinate in areas of
damaged lung tissue, forming a fungal ball or 
‘aspergilloma’.
The upper lobes are most frequently involved and
fungal balls readily form in tuberculous cavities . Less 
common causes include damage from a lung abscess 
cavity, a bronchiectatic space, pulmonary infarct,
sarcoid, ankylosing spondylitis or even a cavitated
tumour. The presence of multiple aspergilloma cavities
in a diseased area of lung has been termed a ‘complex
aspergilloma’ (see below).

Clinical features and investigations

Simple aspergillomas are often asymptomatic ,identified 
incidentally on chest X-ray. However, they may cause 
recurrent haemoptysis, which may be severe and life-
threatening. Non-specific systemic features, such as lethargy 
and weight loss, may also be reported. The fungal ball 
produces a tumour-like opacity on X-ray, distinguished from 
a carcinoma by the presence of a crescent of air between 
the fungal ball and the upper wall of the cavity. HRCT is 
more sensitive. Elevated serum precipitins to A. fumigatus 
are found in virtually all. Sputum microscopy demonstrates 
scanty hyphal fragments and is usually positive on culture. 
Less than half exhibit skin hypersensitivity to extracts of A. 
fumigatus. 

Rarely, 

other filamentous fungi can cause 

intracavitary mycetoma and are identified by culture.

CT of 
aspergilloma 

in 

the left upper 
lobe. The 
rounded fungal 
ball is separated 
from the wall of 
the cavity by a 
‘halo’ of air.

Management

Asymptomatic cases do not require treatment. Specific
antifungal therapy is of no value and steroids may 
predispose to invasion. Aspergillomas complicated by 
haemoptysis should be excised surgically. In those unfit 
for surgery, palliative procedures range from local 
instillation of amphotericin B to bronchial artery 
embolisation.
The latter may be used to control haemoptysis prior to
definitive surgery.

Invasive pulmonary aspergillosis

Invasive pulmonary aspergillosis (IPA) is most commonly
a complication of profound neutropenia caused
by drugs (especially immunosuppressants) and/or disease .

Clinical features and investigations

Acute IPA causes a severe necrotising pneumonia and
must be considered in any immunocompromised patient 
who develops fever, new respiratory symptoms 
(particularly pleural pain or haemoptysis) or a pleural rub. 
Invasion of pulmonary vessels causes thrombosis and
infarction, and systemic spread may occur to the brain,
heart, kidneys and others organs. Tracheobronchial
aspergillosis involvement is characterised by the formation
of fungal plaques and ulceration.

HRCT characteristically shows macronodules (usually ≥ 1 
cm), which may be surrounded by a ‘halo’ of low 
attenuation if captured early (< 5 days). Culture
or histopathological evidence of Aspergillus in diseased
tissues provides a definitive diagnosis, but the majority
of patients are too ill for invasive tests such as 
bronchoscopy or lung biopsy. Other investigations include
detection of Aspergillus cell wall components 
(galactomannan and β-1,3-glucan) in blood or BAL fluid 
and Aspergillus DNA by PCR. Diagnosis is often inferred
from a combination of features .

Risk factors for invasive aspergillosis

Criteria for the diagnosis of probable invasive pulmonary 
aspergillosis1

Host factors

• Recent history of neutropenia (< 0.5 × 109/L for ≥ 10 days)
temporally related to the onset of fungal disease
• Recipient of allogeneic stem cell transplant
• Prolonged use of corticosteroids (average minimum 0.3 mg/kg/day 
prednisolone or equivalent) for > 3 wks (excludes ABPA)
• Treatment with other recognised T-cell immune
suppressants, such as ciclosporin, TNF-α blockers, specific
monoclonal antibodies (e.g. alemtuzumab) or nucleoside
analogues during the last 90 days
• Inherited severe immune deficiency, e.g. chronic granulomatous 
disease or severe combined immune deficiency

Criteria for the diagnosis of probable invasive pulmonary 
aspergillosis1– cont’d

Management and prevention

IPA carries a high mortality rate, especially if treatment
is delayed. The treatment of choice is voriconazole.
Second-line agents include liposomal amphotericin
caspofungin or posaconazole. Response may be assessed
clinically, radiologically and serologically (by estimation
of the circulating galactomannan level). 
Recovery is dependent on immune reconstitution, which 
may be accompanied by enlargement and/or cavitation 
of pulmonary nodules.

Patients at risk of Aspergillus (and other fungal infections)
should be nursed in rooms with high-efficiency
particulate air (HEPA) filters and laminar airflow. In
areas with high spore counts, patients are advised to
wear a mask if venturing outside their hospital room.
Posaconazole (200 mg 3 times daily) or itraconazole
(200 mg/day) may be prescribed for primary 
prophylaxis, and patients with a history of definite or 
probable IPA should be considered for secondary 
prophylaxis before further immunosuppression.

Other fungal infections

Mucormycosis

may present with a pulmonary

syndrome indistinguishable clinically from acute IPA.
Diagnosis relies on histopathology (where available)
and/or culture of the organism from diseased tissue.
The principles of treatment are as for other forms of
mucormycosis: correction of predisposing factors, 
antifungal therapy with high-dose lipid amphotericin B or
posaconazole, and surgical débridement.
Other fungal infections, 

histoplasmosis

, 

coccidioidomycosis

, blastomycosis and 

cryptococcosis

.

TUMOURS OF THE BRONCHUS AND LUNG

Lung cancer is the most common cause of death from
cancer worldwide, causing 1.4 million deaths per year .
Tobacco use is the major preventable cause.
Just as tobacco use and cancer rates are falling in some
developed countries, both smoking and lung cancer are
rising in Eastern Europe and in many developing countries.
The great majority of tumours in the lung are primary
bronchial carcinomas and, in contrast to many other 
tumours, the prognosis remains poor, with < 30% of 
patients surviving at 1 year and 6–8% at 5 years. 
Carcinomas of many other organs, as well as osteogenic 

and other sarcomas, may cause metastatic pulmonary deposits.

Primary tumours of the lung

Aetiology

Cigarette smoking is by far the most important cause of
lung cancer. It is thought to be directly responsible for
at least 90% of lung carcinomas, the risk being 
proportional to the amount smoked and to the tar content 
of cigarettes. The death rate from the disease in heavy
smokers is 40 times that in non-smokers. Risk falls
slowly after smoking cessation, but remains above that
in non-smokers for many years. 

It is estimated 

that 1 in

2 smokers dies from a smoking-related disease, about
half in middle age. The effect of ‘passive’ smoking is
more difficult to quantify but is currently thought to be
a factor in 5% of all lung cancer deaths. 

Exposure to naturally occurring radon is another risk. The 
incidence of lung cancer is slightly higher in urban than in 
rural dwellers, which may reflect differences in 
atmospheric pollution (including tobacco smoke) or 
occupation, since a number of industrial materials are 
associated with lung cancer . 

Bronchial carcinoma

Pathology

Bronchial carcinomas arise from the bronchial epithelium
or mucous glands. When the tumour occurs in a large
bronchus, symptoms arise early, but tumours originating 
in a peripheral bronchus can grow very large without 
producing symptoms, resulting in delayed diagnosis.

Peripheral squamous tumours may undergo central
necrosis and cavitation, and may resemble a lung 
abscess on X-ray . Bronchial carcinoma may involve
the pleura directly or by lymphatic spread, and may
extend into the chest wall, invading the intercostal
nerves or the brachial plexus and causing pain. 
Lymphatic spread to mediastinal and supraclavicular 
lymph nodes often occurs before diagnosis. Blood-borne 
metastases occur most commonly in liver, bone, brain, 
adrenals and skin. Even a small primary tumour may 
cause widespread metastatic deposits and this is a 
particular characteristic of small-cell lung cancers.

Common cell types in bronchial carcinoma

The burden of lung cancer

Large 
cavitated 
bronchial 
carcinoma in 
left
lower lobe.

Clinical features

Lung cancer presents in many different ways, reflecting
local, metastatic or paraneoplastic tumour effects.
• Cough. This is the most common early symptom. It is often 
dry but secondary infection may cause purulent sputum. A 
change in the character of a smoker’s cough, particularly if 
associated with other new symptoms, should always raise 
suspicion of bronchial carcinoma.
• Haemoptysis. is common, especially with central 
bronchial tumours. Although it may be caused by bronchitic 
infection, haemoptysis in a smoker should always be 
investigated to exclude a bronchial carcinoma. 
Occasionally, central tumours invade large vessels, causing 
sudden massive haemoptysis that may be fatal.

• Bronchial obstruction. This is another common 
presentation, and the clinical and radiological 
manifestations depend on the site and extent of the 
obstruction, any secondary infection, and the extent of 
coexisting lung disease. Complete obstruction causes 
collapse of a lobe or lung, with breathlessness, mediastinal 
displacement and dullness to percussion with reduced 
breath sounds.
Partial bronchial obstruction may cause a monophonic, 
unilateral wheeze that fails to clear with coughing, and 
may also impair the drainage of secretions to cause 
pneumonia or lung abscess as a presenting problem. 

Collapse of the right lung: 

effects on neighbouring structures. 

A 

Chest X-ray. 

B 

The typical abnormalities are highlighted.

Pneumonia that recurs at the same site or responds slowly 
to treatment, particularly in a smoker, should always 
suggest an underlying bronchial carcinoma. Stridor (a 
harsh inspiratory noise) occurs when the larynx, trachea 
or a main bronchus is narrowed by the primary tumour
or by compression from malignant enlargement of
the subcarinal and paratracheal lymph nodes. 
• Breathlessness. Breathlessness may be caused by
collapse or pneumonia, or by tumour causing a large 
pleural effusion or compressing a phrenic nerve and 
leading to diaphragmatic paralysis.

• Pain and nerve entrapment. Pleural pain usually indicates 
malignant pleural invasion, although it can occur with distal 
infection. Intercostal nerve involvement causes pain in the 
distribution of a thoracic dermatome. Carcinoma in the lung 
apex may cause Horner’s syndrome (ipsilateral partial
ptosis, enophthalmos, miosis and hypohidrosis of the face) 
due to involvement of the sympathetic chain at or above 
the stellate ganglion.
Pancoast’s syndrome (pain in the inner aspect of the
arm, sometimes with small muscle wasting in the
hand) indicates malignant destruction of the T1 and
C8 roots in the lower part of the brachial plexus by
an apical lung tumour.

• Mediastinal spread. Involvement of the 

oesophagus

may cause dysphagia. If the 

pericardium

is invaded,

arrhythmia or pericardial effusion may occur.

Superior

vena cava obstruction by malignant nodes

causes suffusion and swelling of the neck and face,
conjunctival oedema, headache and dilated veins on
the chest wall, and is most commonly due to bronchial 
carcinoma. Involvement of the 

left

recurrent laryngeal 

nerve by tumours at the left hilum causes vocal cord 
paralysis, voice alteration and a ‘bovine’ cough (lacking 
the normal explosive character). Supraclavicular lymph 
nodes may be palpably enlarged or identified using 
ultrasound; if so, a needle aspirate may provide a simple 
means of cytological diagnosis.

• Metastatic spread. This may lead to focal neurological
defects, epileptic seizures, personality change, jaundice, 
bone pain or skin nodules. Lassitude, anorexia and weight 
loss usually indicate metastatic spread.
• Finger clubbing. Overgrowth of the soft tissue of the 
terminal phalanx, leading to increased nail curvature and 
nail bed fluctuation, is often seen.
• Hypertrophic pulmonary osteoarthropathy (HPOA).
This is a painful periostitis of the distal tibia, fibula,
radius and ulna, with local tenderness and sometimes 
pitting oedema over the anterior shin. X-rays reveal 
subperiosteal new bone formation.
While most frequently associated with bronchial
carcinoma, HPOA can occur with other tumours.

• Non-metastatic extrapulmonary effects .
The syndrome of inappropriate antidiuretic hormone 
secretion (SIADH) and ectopic adrenocorticotrophic 
hormone secretion are usually associated with small-cell
lung cancer.
Hypercalcaemia may indicate malignant bone destruction 
or production of hormone-like peptides by a tumour. 
Associated neurological syndromes may occur with any 
type of bronchial carcinoma.

Endocrine 

• Inappropriate 
antidiuretic hormone 
secretion causing
hyponatraemia
• Ectopic 
adrenocorticotrophic 
hormone secretion
• Hypercalcaemia due to 
secretion of parathyroid 
hormone-related peptides
• Carcinoid syndrome
• Gynaecomastia

Other

• Digital clubbing
• Hypertrophic pulmonary 
osteoarthropathy
• Nephrotic syndrome
• Polymyositis and 
dermatomyositis
• Eosinophilia

Neurological 

• Polyneuropathy
• Myelopathy
• Cerebellar degeneration
• Myasthenia (Lambert–Eaton 
syndrome)

Non-metastatic extrapulmonary
manifestations of bronchial carcinoma

Investigations

The main aims of investigation are to confirm the 
diagnosis, establish the histological cell type and define 
the extent of the disease.
Imaging
Bronchial carcinoma produces a range of appearances
on chest X-ray, from lobar collapse to mass lesions, 
effusion or malignant rib destruction . 
CT should be performed early as it may reveal 
mediastinal or metastatic spread and is helpful for 
planning biopsy procedures: for example, in establishing 
whether a tumour is accessible by bronchoscopy or 
percutaneous CT-guided biopsy.

Common radiological presentations of 
bronchial carcinoma.

Biopsy and histopathology

Around three-quarters of primary lung tumours can be 
visualised and sampled directly by biopsy and brushing 
using a flexible bronchoscope. Bronchoscopy also allows 
an assessment of operability, from the proximity of 
central tumours to the main carina .
For tumours which are too peripheral to be accessible by 
bronchoscope, the yield of ‘blind’ bronchoscopic washings 
and brushings from the radiologically affected area is 
low, and percutaneous needle biopsy under CT or 
ultrasound guidance is a more reliable way to obtain a 
histological diagnosis. There is a small risk of iatrogenic 
pneumothorax, which may preclude the procedure if 
there is extensive coexisting COPD. 

In patients who are unfit for invasive investigation, 
sputum cytology can reveal malignant cells , although the 
yield is low.
In patients with pleural effusions, pleural aspiration and 
biopsy is the preferred investigation. Where facilities 
exist, thoracoscopy increases yield by allowing 
targeted biopsies under direct vision. 
In patients with metastatic disease, the diagnosis can 
often be confirmed by needle aspiration or biopsy of 
affected lymph nodes, skin lesions, liver or bone marrow.

Bronchoscopic view 

of a bronchogenic 
carcinoma.
There is distortion of 
mucosal folds, 
partial occlusion of 
the airway lumen
and abnormal 
tumour tissue.

Staging to guide treatment
The propensity of small-cell lung cancer to metastasise
early dictates that patients with this are usually not
suitable for surgical intervention. In patients with
non-small-cell cancer, appropriate treatment and 
prognosis are determined by disease extent, so careful 
staging is required. CT scanning is used early to detect 
obvious local or distant spread. Enlarged upper 
mediastinal nodes may be sampled using a bronchoscope 
equipped with endobronchial ultrasound (EBUS) or by 
mediastinoscopy.
Nodes in the lower mediastinum can be sampled through 
the oesophageal wall using endoscopic ultrasound. 

Combined CT and PET imaging is used increasingly to 
detect metabolically active tumour metastases. Head CT, 
radionuclide bone scanning, liver ultrasound and bone 
marrow biopsy are generally reserved for patients with 
clinical, haematological or biochemical evidence of tumour 
spread to these sites. Information on tumour size and nodal 
and metastatic spread is then collated to assign the 
patient to one of seven staging groups that determine 
optimal management and prognosis . 
Detailed physiological testing is required to assess 
whether the patient’s respiratory and cardiac function is 
sufficient to allow aggressive treatment.

Tumour stage 

and 5-year survival in non-small cell lung cancer. The 

figure shows the relationship between tumour extent (size, lymph 
node status and metastases) and average prognosis (% survival at 
5 years for each clinical stage).

Management

Surgical resection carries the best hope of long-term 
survival, but some patients treated with radical 
radiotherapy and chemotherapy also achieve prolonged 
remission or cure. Unfortunately, in over 75% of cases, 
treatment with the aim of cure is not possible, or is 
inappropriate due to extensive spread or comorbidity. 
Such patients are offered palliative therapy and best 
supportive care.
Radiotherapy and in some cases chemotherapy can
relieve distressing symptoms.

Surgical treatment
Accurate pre-operative staging, coupled with 
improvements in surgical and post-operative care, now 
offers 5-year survival rates of over 75% in stage I 
disease (N0, tumour confined within visceral pleura) and
55% in stage II disease, which includes resection in
patients with ipsilateral peribronchial or hilar node
involvement.

Radiotherapy
While much less effective than surgery, radical 
radiotherapy can offer long-term survival in selected 
patients with localised disease in whom comorbidity 
precludes surgery. Radical radiotherapy is usually 
combined with chemotherapy when lymph nodes are 
involved (stage III). 
Highly targeted (stereotactic) radiotherapy may be given in 
3–5 treatments for small lesions. The greatest value of 
radiotherapy, however, is in the palliation of distressing 
complications, such as superior vena cava obstruction, 
recurrent haemoptysis, and pain caused by chest wall 
invasion or by skeletal metastatic deposits. 

Obstruction of the trachea and main bronchi
can also be relieved temporarily. Radiotherapy can be 
used in conjunction with chemotherapy in the treatment of 
small-cell carcinoma, and is particularly efficient at 
preventing the development of brain metastases in patients 
who have had a complete response to chemotherapy.
Chemotherapy
The treatment of small-cell carcinoma with combinations
of cytotoxic drugs, sometimes in combination with
radiotherapy, can increase the median survival from
3 months to well over a year. 
The use of combinations of chemotherapeutic drugs requires 
considerable skill and should be overseen by teams of 
clinical oncologists and specialist nurses.

Combination chemotherapy leads to better outcomes 
than single-agent treatment. Regular cycles of therapy, 
including combinations of intravenous cyclophosphamide, 
doxorubicin and vincristine or intravenous cisplatin and 
etoposide, are commonly used. 
In general, chemotherapy is less effective in non-small-
cell bronchial cancers. 
However, studies in such patients using platinum-based 
chemotherapy regimens have shown a 30% response 
rate associated with a small increase in survival.

Some non-small-cell lung tumours, particularly 
adenocarcinomas, carry detectable mutations in the 
epidermal growth factor receptor (EGFR) gene. Patients 
with these mutations are particularly responsive to the 
tyrosine kinase inhibitors gefitinib and erlotinib. In non-
small-cell carcinoma, there is some evidence that 
chemotherapy given before surgery may increase
survival and can effectively ‘down-stage’ disease with
limited nodal spread. Post-operative chemotherapy is
now proven to enhance survival rates when operative
samples show nodal involvement by tumour. Nausea and 
vomiting are common side-effects of chemotherapy and 
are best treated with 5-HT3 receptor antagonists

Laser therapy and stenting
Palliation of symptoms caused by major airway
obstruction can be achieved in selected patients using 
bronchoscopic laser treatment to clear tumour tissue
and allow re-aeration of collapsed lung. The best
results are achieved in tumours of the main bronchi.
Endobronchial stents can be used to maintain airway
patency in the face of extrinsic compression by 
malignant nodes.

General aspects of management

The best outcomes are obtained when lung cancer is
managed in specialist centres by multidisciplinary
teams, including oncologists, thoracic surgeons, respiratory
physicians and specialist nurses. Effective communication,
pain relief and attention to diet are important.
Lung tumours can cause clinically significant depression
and anxiety, and these may need specific therapy. When 
a malignant pleural effusion is present, an attempt should 
be made to drain the pleural cavity using an intercostal 
drain; provided the lung fully re-expands, pleurodesis 
with a sclerosing agent such as talc should be performed 
to prevent recurrent effusion.

Prognosis

The overall prognosis in bronchial carcinoma is very
poor, with around 70% of patients dying within a year
of diagnosis and only 6–8% of patients surviving 5 years
after diagnosis. 
The best prognosis is with well-differentiated squamous 
cell tumours that have not metastasised and are amenable 
to surgical resection. 

Rare types of lung tumour

Causes of large bronchus obstruction

Secondary tumours of the lung

Blood-borne metastatic deposits in the lungs may be
derived from many primary tumours, in particular those
of the breast, kidney, uterus, ovary, testes and thyroid.
The secondary deposits are usually multiple and 
bilateral.
Often there are no respiratory symptoms and
the diagnosis is made on radiological examination.
Breathlessness may occur if a considerable amount of
lung tissue has been replaced by metastatic tumour.

Endobronchial deposits are uncommon but can cause
Haemoptysis and lobar collapse.

Lymphatic infiltration 

may develop in patients with

carcinoma of the breast, bronchus , stomach, bowel, 
pancreas. 

‘Lymphangitic carcinomatosis’ 

causes severe

and rapidly progressive breathlessness associated with
marked hypoxaemia. The chest X-ray shows diffuse 
pulmonary shadowing radiating from the hilar regions,
often associated with septal lines, and CT demonstrates
characteristic polygonal thickened interlobular septa.
Palliation of breathlessness with opiates may help

Tumours of the mediastinum

Benign tumours and cysts in the mediastinum are
often diagnosed when a chest X-ray is undertaken for
some other reason. In general, they do not invade vital
structures but may cause symptoms by compressing the
trachea or the superior vena cava. A dermoid cyst may
very occasionally rupture into a bronchus.

Malignant

mediastinal tumours are distinguished by

their power to invade as well as compress surrounding
structures. 
As a result, even a small malignant tumour can produce 
symptoms, although more commonly the tumour has 
attained a considerable size before this happens .

The most common cause is mediastinal
lymph node metastases from bronchogenic 
carcinoma, but lymphomas, leukaemia, malignant 
thymic tumours and germ-cell tumours can cause 
similar features.
Aortic and innominate aneurysms have destructive 
features resembling those of malignant 
mediastinal tumours.

Causes of a mediastinal mass

The divisions of the mediastinum. 

(1) 

Superior mediastinum.

(2) 

Anterior mediastinum. 

(3) 

Middle mediastinum. 

(4) 

Posterior mediastinum. Sites of 

the more common mediastinal tumours are also illustrated.

Clinical features of malignant mediastinal invasion

Investigations

A benign mediastinal tumour generally appears on chest 
X-ray as a sharply circumscribed mediastinal opacity 
encroaching on one or both lung fields . CT (or MRI) is the 
investigation of choice for mediastinal tumours. 
A malignant mediastinal tumour seldom has a clearly 
defined margin and often presents as a general 
broadening of the mediastinum. Bronchoscopy may reveal 
a primary bronchial carcinoma causing mediastinal 
lymphadenopathy. Endobronchial ultrasound may be used 
to guide sampling of peribronchial masses. The posterior 
mediastinum can be imaged and biopsied via the 
oesophagus using endoscopic ultrasound .

Mediastinoscopy under general anaesthetic can be used to 
visualise and biopsy masses in the superior and anterior 
mediastinum, but surgical exploration of the chest, with 
removal of part or all of the tumour, is often required to 
obtain a histological diagnosis.

Management

Benign mediastinal tumours should be removed surgically 
because most produce symptoms sooner or later.
Cysts may become infected, while neural tumours have
the potential to undergo malignant transformation. The
operative mortality is low in the absence of coexisting
cardiovascular disease, COPD or extreme age.

INTERSTITIAL AND INFILTRATIVE PULMONARY DISEASES

Diffuse parenchymal lung disease

The diffuse parenchymal lung diseases (DPLDs) are a
heterogeneous group of conditions affecting the pulmonary 

parenchyma (interstitium) 

and/or 

alveolar lumen

, which 

are frequently considered collectively as they 

share a

sufficient number of clinical and radiographic similarities . 
They often present with a cough that is typically dry and 
distressing, and breathlessness that is frequently insidious 
in onset but thereafter relentlessly progressive. 

Physical examination 

inspiratory crackles , clubbing. Pulmonary function tests 
show a restrictive ventilatory defect in the presence of 
small lung volumes and reduced gas transfer.

Features common to the diffuse parenchymal lung 
diseases

Conditions that mimic diffuse parenchymal lung 
disease

Classification of diffuse parenchymal lung disease.

Algorithm for the investigation of patients with interstitial lung 
disease following initial clinical and chest X-ray examination.

The typical radiographic 

findings , ground glass and reticulonodular shadowing in 
the earliest stages, with progression to honeycomb cysts 
and traction bronchiectasis. They are most easily 
appreciated on HRCT .

Idiopathic interstitial pneumonias

The idiopathic interstitial pneumonias represent a major
subgroup of DPLDs that are grouped together because of 
their unknown aetiology . They are often distinguished by 
the predominant histological pattern on tissue biopsy; 
hence they are frequently referred to by their pathological 
description – for example, usual interstitial pneumonia or 
non-specific interstitial pneumonia. 
The most important 

is idiopathic pulmonary fibrosis.

Idiopathic interstitial pneumonias

Idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) 

Defined as a progressive fibrosing interstitial 
pneumonia of unknown cause, occurring in adults and 
associated with the histological or radiological pattern of 
usual interstitial pneumonia (UIP). Important differentials 
include fibrosing diseases caused by occupational
exposure, medication or connective tissue diseases.
The histological features are suggestive of repeated 
episodes of focal damage to the alveolar epithelium 
consistent with an autoimmune process but the aetiology 
remains elusive; speculation has included exposure to 
viruses 

(e.g. Epstein–Barr virus), 

occupational dusts (metal or 

wood), drugs (antidepressants) or chronic GERD. 
Genetic factors likely to be important. 

There is a strong association with cigarette 

smoking

Clinical features

IPF usually presents in the older adult and is uncommon
before the age of 50 years. With the advent of 
widespread CT scanning, it may present as an incidental
finding in an otherwise asymptomatic individual but
more typically presents with progressive breathlessness
(which may have been insidious) and a non-productive
cough. 

Constitutional symptoms are unusual. 

Clinical findings include finger clubbing and the presence 
of bi-basal fine late inspiratory crackles.

Investigations

Established IPF will be apparent on chest X-ray as bilateral 
lower lobe and subpleural reticular shadowing. However, 
the CX-ray may be normal with early or limited disease.

HRCT demonstrates a patchy, peripheral, subpleural and 
basal reticular pattern and, in advanced disease, 
honeycombing cysts and traction bronchiectasis .When 
these features are present, biopsy is seldom necessary. 
HRCT appearances may also be sufficiently characteristic 
to suggest alternative diagnosis such as hypersensitivity 
pneumonitis or sarcoidosis. The presence of pleural 
plaques may suggest asbestosis.Pulmonary function 
tests show a restrictive defect with reduced lung volumes 
and gas transfer. Bronchoscopy is seldom necessary unless 
there is a possibility of infection or a malignant  process; 
lymphocytosis may suggest chronic hypersensitivity 
pneumonitis. Dynamic tests to document exercise tolerance 
and exercise-induced arterial hypoxaemia. 

The tissue samples obtained by transbronchial lung 
biopsy are invariably insufficient to be of value and, if 
tissue is required, a surgical lung biopsy should be 
performed. UIP is the histological pattern predominantly 
encountered in IPF However, it is also found in asbestosis, 
hypersensitivity pneumonitis, connective tissue diseases and 
drug reactions.
It is not uncommon to identify mildly positive antinuclear
antibodies or anti-cyclic citrullinated peptide (anti-CCP), in 
which case repeat serological testing should be 
performed, as lung disease may precede the
appearance of connective tissue disease.

Laboratory investigations

• Full blood count: lymphopenia in sarcoid; eosinophilia in
pulmonary eosinophilias and drug reactions; neutrophilia in
hypersensitivity pneumonitis
• Ca

2+

: may be elevated in sarcoid

• Lactate dehydrogenase: may be elevated in active 
alveolitis
• Serum angiotensin-converting enzyme: non-specific 
indicator of disease activity in sarcoid
• ESR and CRP: non-specifically raised
• Autoimmune screen: anti-cyclic citrullinated peptide (anti-
CCP) and other autoantibodies may suggest connective 
tissue disease

Investigations in diffuse parenchymal lung disease

Radiology 
Pulmonary function
Bronchoscopy

• Bronchoalveolar lavage: differential cell counts may point to
sarcoid and drug-induced pneumonitis, pulmonary eosinophilias, 
hypersensitivity pneumonitis or cryptogenic organising pneumonia; 
useful to exclude infection
• Transbronchial biopsy: useful in sarcoid and differential of
malignancy or infection
• Bronchial biopsy: occasionally useful in sarcoid

Video-assisted thorascopic lung biopsy (in selected cases)

• Allows pathological classification: presence of asbestos
bodies may suggest asbestosis, silica in occupational
fibrosing lung disease

Others

• Liver biopsy: may be useful in sarcoidosis
• Urinary calcium excretion: may be useful in sarcoidosis

Idiopathic pulmonary fibrosis. 

A 

Chest X-ray showing bilateral, predominantly lower-zone and 

peripheral coarse reticulonodular shadowing and small lungs. 

B 

The CT scan shows honeycombing and scarring which is most 

marked peripherally.

Management and prognosis

Treatment is difficult. Although the combination of
prednisolone, azathioprine and N-acetylcysteine had
shown some promise, large studies suggest that it is
mostly ineffective. Disappointing results have also been
reported for trials of colchicine, interferon-γ 1b, bosentan
and etanercept. Subject to further investigation, 
pirfenidone may slow the rate of decline of lung function 
and, by inference, improve mortality. 
It remains sensible to treat gastro-oesophageal reflux and 
to look for and treat pulmonary hypertension but, where 
possible, treatment with experimental agents outside 
clinical trials should not be tried. 

Where appropriate, lung transplantation should be 
considered. Oxygen may help breathlessness
but opiates may be required to relieve severe dyspnoea.
The optimum treatment for acute exacerbations is
unknown but corticosteroids should probably be used.
The natural history is usually one of steady decline
but some patients are prone to exacerbations, which are
accompanied by an acute deterioration in breathlessness,
disturbed gas exchange, and new ground glass
changes or consolidation on HRCT. In advanced disease,
central cyanosis is detectable and patients may develop
features of right heart failure. IPF is associated with an 
increased risk of carcinoma of the lung.

Sarcoidosis

Sarcoidosis is a multisystem granulomatous disorder
of unknown aetiology characterised by the presence of
non-caseating granulomas . The tendency for sarcoid to 
present in spring and summer has led to speculation about 
the role of infective agents, including mycobacteria, 
propionibacteria and viruses. Genetic susceptibility is 
supported by familial clustering; a range of class II HLA 
alleles confer protection from or susceptibility to the 
condition. Sarcoidosis occurs 

less frequently in smokers

.

Clinical features

Sarcoidosis is considered with other DPLDs, as over 90% of 
cases affect the lungs, but can involve almost any organ .

L

ِ  fgren’s syndrome – an acute illness characterised by 

erythema nodosum, peripheral arthropathy, uveitis, 
bilateral hilar lymphadenopathy (BHL), lethargy and 
occasionally fever – is often seen in young women. 
Alternatively, BHL may be detected in an otherwise 
asymptomatic undergoing a CX-ray for other purposes.
Pulmonary disease may also present in a more insidious
with cough, exertional breathlessness and radiographic 
infiltrates; chest auscultation is often unremarkable.
Fibrosis occurs in 20% and may cause a silent loss of lung 
function.
Pleural disease is uncommon and finger clubbing not a 
feature. Complications such as bronchiectasis, 
aspergilloma, pneumothorax, pulmonary hypertension and 
cor pulmonale have been reported but are rare.

Presentation of sarcoidosis

Possible systemic involvement in sarcoidosis.

Investigations

Lymphopenia is characteristic and liver function
tests may be mildly deranged. Hypercalcaemia may be
present (reflecting increased formation of calcitrol –
1,25-dihydroxyvitamin D3 – by alveolar macrophages),
particularly if the patient has been exposed to strong
sunlight. Hypercalciuria may also be seen and may lead
to nephrocalcinosis. Serum ACE may provide a 
nonspecific marker of disease activity and can assist in 
Monitoring the clinical course. Chest radiography has been 
used to stage sarcoid . In patients with pulmonary 
infiltrates, pulmonary function testing may show a 
restrictive defect accompanied by impaired gas 
exchange. Exercise tests may reveal oxygen desaturation.

Bronchoscopy may demonstrate a ‘cobblestone’ 
appearance of the mucosa, bronchial and transbronchial 
biopsy usually shows non-caseating granulomas. The BAL 
fluid typically contains an increased CD4:CD8 T-cell ratio. 
Characteristic HRCT appearances include reticulonodular 
opacities that follow a perilymphatic distribution, centred on 
bronchovascular bundles and the subpleural areas.
The occurrence of erythema nodosum with BHL on
chest X-ray is often sufficient for a confident diagnosis,
without recourse to a tissue biopsy. Similarly, a typical
presentation with classical HRCT features may also be
accepted. Otherwise, the diagnosis should be confirmed
by histological examination of the involved organ. The
presence of anergy (e.g. to tuberculin skin tests) may
support the diagnosis.

Chest X-ray changes in sarcoidosis

Management

Patients who present with acute illness and erythema 
nodosum are treated with NSAIDs and, if disease is 
severe, a short course of corticosteroids. The majority of 
patients enjoy spontaneous remission and so, if there is 
no evidence of organ damage, systemic corticosteroid 
therapy can be withheld for 6 months. Prednisolone

(starting dose of 20–40 mg/day) 

should be commenced immediately 

in the presence of hypercalcaemia, pulmonary, renal 
impairment and uveitis . Topical steroids may be useful in 
cases of mild uveitis, and inhaled corticosteroids have 
been used to shorten the duration of systemic 
corticosteroid use in asymptomatic parenchymal sarcoid.
Patients should be warned that strong sunlight might 
precipitate hypercalcaemia and endanger renal function.

Features suggesting a less favourable outlook include
age > 40 years, Afro-Caribbean ethnicity, persistent
symptoms for more than 6 months, the involvement of
> three organs, lupus pernio and a stage III/IV .
In patients with severe disease, methotrexate
(10–20 mg/week), azathioprine (50–150 mg/day)
and the use of specific tumour necrosis factor (TNF)-α
inhibitors have been effective. Chloroquine,
hydroxychloroquine and low-dose thalidomide may be
useful in cutaneous sarcoid with limited pulmonary
involvement. Selected patients may be referred for 
consideration of single lung transplantation. The overall
mortality is low (1–5%) and usually reflects cardiac
involvement or pulmonary fibrosis.

Systemic corticosteroids in pulmonary sarcoidosis

Respiratory involvement in connective tissue disorders

Pulmonary complications of connective tissue disease
are common, and affect the airways, alveoli, pulmonary
vasculature, diaphragm and chest wall muscles, and
chest wall itself . In some instances, pulmonary
disease may precede the appearance of the connective
tissue disorder. 

Indirect

associations between

connective tissue disorders and respiratory complications

include

those due to disease in other organs, 

e.g.

thrombocytopenia causing haemoptysis; pulmonary
toxic effects of drugs used to treat the connective tissue
disorder, e.g. gold and methotrexate; and secondary
infection due to the disease itself, neutropenia or
Immunosuppressive drug regimens.

Respiratory complications of connective tissue disorders

Rheumatoid disease

Pulmonary involvement accounting for around 10–20% of 
the mortality.The majority of cases occur within 5 years of 
the diagnosis but may precede joint involvement in 10–
20%. Pulmonary fibrosis is the most common. Pleural 
effusion is common, especially in men with seropositive 
disease. Effusion (exudate) usually small and unilateral but 
can be large and bilateral. Most resolve spontaneously. 
Effusions that fail to resolve may respond to a short course 
of prednisolone 

(30–40 mg daily)

but some become chronic. 

Rheumatoid pulmonary

nodules

usually asymptomatic and 

detected incidentally, usually multiple and subpleural.
Solitary nodules can mimic primary bronchial carcinoma
and, when they are multiple, the differential diagnoses
include pulmonary metastatic disease. 

Cavitation

raises the possibility of tuberculosis and 

predisposes to pneumothorax. 
The combination of rheumatoid nodules and 
pneumoconiosis is known as Caplan’s syndrome.
Bronchitis and 

bronchiectasis

are both common

in rheumatoid patients. Rarely, the potentially fatal 
condition called obliterative bronchiolitis may develop. 
Bacterial lower respiratory tract 

infections

are frequent.

Treatments given for rheumatoid arthritis may also be
relevant: corticosteroid therapy predisposes to infections,
methotrexate may cause fibrosis, and anti-TNF therapy has 
been associated with the reactivation of tuberculosis.

Systemic lupus erythematosus (SLE) 

Pleuropulmonary involvement is more common in lupus
than in any other connective tissue disorder and may be
a presenting problem, in which case it is sometimes 
attributed incorrectly to infection or pulmonary embolism.
Up to two-thirds of patients have repeated episodes
of pleurisy, with or without effusions. 
Effusions may be bilateral and may also involve the 
pericardium. The most serious manifestation of lupus is an 
acute alveolitis, which may be associated with diffuse 
alveolar haemorrhage. This condition is life-threatening 
and requires immunosuppression. 

Pulmonary fibrosis is a relatively uncommon 
manifestation of SLE. Some patients with SLE present with 
exertional dyspnoea and orthopnoea but without overt 
signs of pulmonary fibrosis.
The chest X-ray reveals elevated diaphragms, and
pulmonary function testing shows reduced lung
volumes. This condition has been described as ‘shrinking
lungs’ and has been attributed to diaphragmatic
myopathy.
SLE patients with antiphospholipid antibodies are at
increased risk of venous and pulmonary 
thromboembolism and require life-long anticoagulation.

Systemic sclerosis

Most patients with systemic sclerosis eventually develop 
diffuse pulmonary fibrosis; at necropsy, more than 90% 
have evidence of lung fibrosis. In some patients, it is indolent 
but when progressive, as in IPF, the median survival time is 
around 4 years. Pulmonary fibrosis is rare in the CREST 
variant of progressive systemic sclerosis but isolated 
pulmonary hypertension may develop.
Other pulmonary complications include recurrent aspiration 
pneumonias secondary to oesophageal disease. Rarely, 
sclerosis of the skin of the chest wall may be so extensive 
and cicatrising as to restrict chest wall movement – this 
constitutes the so-called 

‘hidebound chest’.

Pulmonary eosinophilia and vasculitides 

Refers to the association of Radiographic (usually 
pneumonic) abnormalities and peripheral blood 
eosinophilia.  Eosinophils are the predominant cell 
recovered in sputum or BAL, and eosinophil products are 
likely to be the prime mediators of tissue damage.

Acute eosinophilic pneumonia

Acute febrile illness characterised by diffuse pulmonary 
infiltrates and hypoxic respiratory failure. The pathology is 
usually that of diffuse alveolar damage. Diagnosis is 
confirmed by BAL, which characteristically demonstrates 
more than 25% eosinophils. The condition is usually 
idiopathic but drug reactions should be considered.

Corticosteroids

invariably induce prompt and complete resolution.

Pulmonary eosinophilia

Extrinsic (cause known)

• Helminths: e.g. Ascaris, Toxocara, Filaria
• Drugs: nitrofurantoin, para- aminosalicylic acid 
(PAS),sulfasalazine, imipramine, chlorpropamide, phenylbutazone
• Fungi: e.g. allergic bronchopulmonary aspergillosis

Intrinsic (cause unknown)

• Cryptogenic eosinophilic pneumonia
• Churg–Strauss syndrome, diagnosed on the basis of ≥ 4 of :
Asthma
Peripheral blood eosinophilia > 1.5 × 10

9

/L 

(or > 10% of a total WBC)

Pulmonary infiltrates
Paranasal sinus disease
Mononeuropathy or polyneuropathy
Eosinophilic vasculitis on biopsy of an affected site
• Hypereosinophilic syndrome
• Polyarteritis nodosa

Tropical pulmonary eosinophilia

Occurs as a result of a mosquito-borne filarial infection 
caused by the tissue-dwelling human nematode Wuchereria 
bancrofti or Brugia malayi. The condition presents with 
fever, weight loss, dyspnoea and asthma-like symptoms. 
There is marked peripheral blood eosinophilia and 
elevation of total IgE. High antifilarial antibody titres are 
seen. The diagnosis may be confirmed by a response to 
treatment with diethylcarbamazine (6 mg/kg/day for 3 
weeks).
Tropical pulmonary eosinophilia must be distinguished
from infection with Strongyloides stercoralis , as 
corticosteroids may cause life-threatening dissemination
in the latter.

Granulomatosis with polyangiitis

Granulomatosis with polyangiitis (also known as 
Wegener’s granulomatosis) is a rare vasculitic and
granulomatous condition .The lung is commonly involved in 
systemic forms of the condition but a limited pulmonary 
form may also occur. 
Respiratory symptoms include cough, haemoptysis and 
chest pain.
Associated upper respiratory tract manifestations
include nasal discharge and crusting, and otitis media.
Fever, weight loss and anaemia are common. 
Radiological features include multiple nodules and 
cavitation that may resemble primary or metastatic 
carcinoma, or a pulmonary abscess.

Tissue biopsy confirms the distinctive pattern of 
necrotising granulomas and necrotising vasculitis.
Other respiratory complications of granulomatosis
with polyangiitis include tracheal subglottic stenosis
and saddle nose deformity. The differential diagnoses
include mycobacterial and fungal infection and other
forms of pulmonary vasculitis, including polyarteritis
nodosa (pulmonary infarction), microscopic polyangiitis,
Churg–Strauss syndrome (in which there is marked
tissue eosinophilia and association with asthma), 
necrotizing sarcoid, bronchocentric granulomatosis and 
lymphomatoid granulomatosis.

Goodpasture’s syndrome

This describes the association of pulmonary haemorrhage
and glomerulonephritis, in which IgG antibodies bind to 
the glomerular or alveolar basement membranes.
Pulmonary disease usually precedes renal involvement 
and includes radiographic infiltrates and hypoxia with or 
without haemoptysis. It occurs more commonly in men and 
almost exclusively in smokers.