background image

PATHOLOGY OF THE CARDIOVASCULAR SYSTEM 

Dr: Khitam         Dr: Sazan           Dr: Kifah           Dr amear   

 
BLOOD VESSEL DISEASES  
Blood  vessels  have  a  primary  function  of  nourishing  various  organs  and  tissues  of  the  body  by  supplying 
them  with  blood.  Vascular  diseases  are  manifested  clinically  through  three  mechanisms  that  are  reflected 
through the diseased vessel (s) as 
1.  Progressive narrowing of the lumen associated with progressive ischemia of the relevant tissues. 
2.  Thrombosis associated with partial or complete luminal obstruction and/or embolism.  
3.  Aneurysmal dilatation that may eventuate in rupture with ischemic and destructive consequences. 
 
ARTERIOSCLEROSIS 
This  generic  term  refers  to  a  group  of  disorders  having  in  common  thickening  and  loss  of  elasticity  of 
arterial walls
 
and thus leading to sclerosis i.e. hardening of the wall. 
Under this heading come three distinctive morphological variants, namely 

1.  Atherosclerosis (the most frequent and important type) 
2.  Medial calcific sclerosis 
3.  Arteriolosclerosis 

 
ATHEROSCLEROSIS 
This  disease  is  responsible  for  more  deaths  and  serious  complications  than  any  other  disorder.  This  is 
because its prime targets are vital arteries, namely the coronaries, cerebral arteries, & the aorta. 
Accordingly the major consequences are  

1.  Myocardial infarction 
2.  
Cerebral infarction  
3.  
Aortic aneurysm 

 
Myocardial  infarction  alone  is  responsible  for  about  25%  of  all  deaths.  By  definition  atherosclerosis  is  “
disease  primarily  of  large  elastic  arteries  and  medium  sized  muscular  arteries.  Its  basic  lesion  is  the 
atheroma  (fibro-fatty  plaque),  which  is  a  raised  patch  within  the  intima  having  a  core  of  lipid  (mainly 
cholesterol and its esters) and a cap of fibrous tissue”.
 Examples of large elastic arteries are aorta, carotid, 
and  the  iliac  arteries,  &  examples  of  medium-sized  muscular  arteries  are  the  coronaries  and  popliteal 
arteries. 
 
Risk factors of atherosclerosis 
Risk factors of atherosclerosis are expressed largely in terms of the incidence of deaths caused by ischemic 
heart disease (IHD). This is because atherosclerosis does not by itself produce signs and symptoms but its 
prevalence is detected by its effects on the most commonly involved arteries, namely the coronaries.  
Risk  factors  that  predispose  to  atherosclerosis  and  the  resultant  IHD  can  be  divided  into  two  main 
groups 
                        Major 

A. Potentially modifiable (controllable)  

1.  Diet and hyperlipidemia 
2.  Hypertension 
3.  Cigarette smoking 
4.  Diabetes mellitus 

B. Nonmodifiable 

1.  Increasing age  
2.  Male gender 
3.  Family history 
4.  Genetic abnormalities  

Minor (uncertain risks) 

1.  Obesity 
2.  Physical inactivity 
3.  Stress (type A personality) 


background image

4.  High carbohydrate intake 
5.  Lipoprotein (a) 
6.  Hardened unsaturated fat intake 
7.  Chlamydia pneumonia 
8.  Hyperhomocystinemia 

 
Diet and Hyperlipidemia 
Hyperlipidemia  (particularly  hypercholesterolemia)  and  other  abnormalities  in  lipid  metabolism  are  major 
risk  factors  in  atherosclerosis.  The  evidences  linking  hypercholestrolemia  to  atherosclerosis  include  the 
following
 
1. Atherosclerotic plaques are rich in cholesterol and its esters. These are largely derived from lipoproteins 
of the blood. 
2.  Atherosclerotic  lesions  can  be  induced  in  experimental  animals  by  feeding  them  diets  that  raise  their 
plasma cholesterol levels. 
3. Genetic disorders that cause severe hypercholesterolemia lead to premature atherosclerosis, often fatal in 
childhood. 
4. Acquired diseases associated with hypercholesterolemia (as part of their manifestations) for e.g. nephrotic 
syndrome and hypothyroidism, are associated with increasing risk of atherosclerosis 
5. Populations having relatively high levels of serum cholesterol show higher mortality from 
IHD. This is reflected by the marked geographical variations in the incidence of atherosclerosis-related IHD, 
for  e.g.  the  mortality  rate  from  IHD  is  six  times  higher  in  the  USA  than  that  in  Japan.  This  is  probably 
related to differences in the life style and dietary customs. 
6.  Treatment  with  diet  and  cholesterol-lowering  drugs  reduces  cardiovascular  mortality  in  patients  with 
hypercholesterolemia.  
High dietary intake of cholesterol and saturated fats, e.g. those present in egg yolk, animal fats, and butter, 
raises  plasma  cholesterol  level.  The  higher  the  level  of  serum  cholesterol  the  higher  the  risk  particularly, 
with  levels  exceeding  200  mg/dl.  The  most  striking  association  is  with  elevated  levels  of  low-density 
lipoprotein (LDL). This is the lipoprotein moiety richest in cholesterol. In fact the major component of the 
total serum cholesterol associated with increased risk is LDL. Hypertriglyceridemia also appears to increase 
the  risk.  In  contrast,  serum  levels  of  high-density  lipoprotein  (HDL)  are  inversely  related  to  the  risk.  It  is 
believed  that  HDL  mobilizes  cholesterol  from  developing  atheromas  and  transports  it  to  the  liver  to  be 
eventually excreted into the bile. Exercise also raises the HDL level, whereas obesity and smoking lower it. 
Hypertension  is  a  major  risk  factor  at  all  ages.  Elevated  blood  pressure  accelerates  the  process  of 
atherosclerosis  and  increases  the  incidence  of  IHD  and  cerebrovascular  diseases.  Men  over  the  age  of  45 
years  with  a  blood  pressure  exceeding  170/95  mm  Hg  have  more  than  five-fold  greater  risk  of  IHD  than 
normotensives.  Antihypertensive  therapy  reduces  the  incidence  of  atherosclerosis-related  diseases, 
particularly IHD and CVA (cerebrovascular accidents; strokes). 
Cigarette  smoking  is  a  well-established  risk  factor.  It  is  the  most  important  avoidable  cause  of  IHD. 
Cigarette  smoking  is  the  main  cause  responsible  for  the  relatively  recent  increase  in  the  incidence  and 
severity of atherosclerosis in women. In the context of IHD, two facts are related to smoking 
a. It increases the incidence of sudden death among those with IHD 
b. Cessation of smoking in high-risk individuals is followed within a few years by a reduction in the risk of 
dying from IHD. 
Diabetes  mellitus:  diabetics  are  more  susceptible,  compared  with  nondiabetics  to  atherosclerosis-related 
diseases and in particular IHD, cerebrovascular accidents (CVA) and gangrene of lower extremities. This is 
probably related to 

1. Hyperlipidemia, which is seen in up to 50% of diabetics 
2. Increased platelets adhesiveness; predisposing to thrombotic episodes. 
3.  Some  diabetics  tend  to  be  obese  and  hypertensive;  thus  have  increased  tendency  to  develop  severe 
atherosclerosis. 

All diabetics who have  had the disease for at least ten years, irrespective of the age of onset, are likely to 
develop clinically significant atherosclerosis. 
Nonmodifiable risk factor 
Age: 
death rates from IHD rise with each decade of life. 
Male gender: since myocardial infarction is particularly uncommon in premenopausal     women. 


background image

Certain  genetic  defects:  certain  families  suffer  increased  frequency  of  heart  attacks  at  an  early  age.  This 
familial predisposition appears to be related to hyperlipidemia (due for e.g. to genetic defects in lipoprotein 
metabolism), hypertension, and diabetes mellitus. 
 
 
 
Pathology of atherosclerosis 
Gross features 

 The  basic  lesion  in  atherosclerosis  is  a  focal  intimal  thickening  termed  atheromatous  plaque  or  fibro-

fatty plaque. 

 Each plaque is white to whitish yellow elevation up to 1.5 cm in diameter; adjacent plaques, however, 

may fuse to form larger plaques.)  

 The  superficial  portion  of  these  lesions  (i.e.  facing  the  lumen)  tends  to  be  firm  and  white;  this  is  the 

fibrous capwhereas the deep portion is yellow and soft and represents the lipid component. It is from 
this yellow soft debris, the term atheroma is derived (Greek word for gruel). 

 The most heavily involved arteries by atherosclerosis and in descending order are 

1.   Abdominal aorta 
2.   Coronaries 
3.  Popliteal arteries 
4.  Descending thoracic aorta 
5.  Internal carotid arteries 
6.  Arteries forming the circle of Willis at the base of the brain. 

  Atheromatous  plaques  are  patchy  in  distribution  and  may  involve  the  arterial  wall in  asymmetrical 

fashion i.e. involve one portion of the wall circumference more severely than elsewhere and as such 
produce eccentric lesions. 

Microscopic features  

  The superficial cap is composed of smooth muscle cells and relatively dense collagen fibers. 

  Just  beneath  and  to  the  sides  of  the  cap  there  is  a  cellular  area  made  up  of  variable  mixture  of 

macrophages, smooth muscle cells and T-lymphocytes. 

  Deep  to  the  cellular  area  is  a  necrotic  core;  consisting  of  lipid  material,  cholesterol  clefts,  cellular 

debris and lipid-laden foam cells. 

  Finally,  especially  around  the  edges  of  the  lesion  there  are  proliferating  small,  thin-walled  blood 

vessels. 

  The  above  mentioned  components  may  occur  in  varying  proportions  in  different  plaques,  for  e.g. 

some plaques may be composed mostly of smooth muscle cells and fibrous tissue (fibrous plaques). 

 
The complicated atheroma 
The advanced atheromas are susceptible to the following changes that have clinical significance 
1.  Focal  rupture,  ulceration,  or  erosion  of  the  luminal  surface.  This  results  in  exposure  of  highly 

thrombogenic substances that induce thrombus formation. Alternatively, the fatty debris present within 
the  core  may  be  discharged  into  the  blood  stream  producing  microemboli (atheroemboli  or  cholesterol 
emboli).  

2.  Hemorrhage  in  to  the  plaque  which  is  especially  seen  in  the  coronaries,  either  from  rupture  of  the 

fibrous  cap  or  rupture  of  the  thin-walled  capillaries  that  vascularise  the  atheroma.  The  atheroma,  as  a 
result, expands. This will worsen the already present stenosis.  

3.  Superimposed  thrombosis  is  the  most  serious  complication  that  usually  occurs  on  disrupted  lesions 

(ruptured,  ulcerated,  eroded  lesions  or  those  with  intralesional  hemorrhage).  Thrombi  may  partially  or 
completely occlude the lumen. They may become incorporated into the athermatous plaque, enlarging it 
by subsequent organization.  

4.  Aneurysmal  dilatation;  in  severe  cases,  particularly  in  large  arteries  such  as  the  aorta,  the  underlying 

media  undergoes  pressure  or  ischemic  atrophy  with  loss  of  elastic  fibers.  This  may  cause  sufficient 
weakness that allows for aneurysaml dilatation (see under aneurysms) 

5.  Calcification, this may be patchy or massive.  
 
 


background image

Pathogenesis of atherosclerosis 
The most widely accepted theory of pathogenesis is called the response to injury hypothesis
This theory states that  

 Lesions of atherosclerosis are initiated as a response to some form of repeated chronic injury to arterial 

endothelium. 

 This  injury  increases  endothelial  permeability  to  plasma  lipids  as  well  as  permitting  blood  monocytes 

and platelets to adhere to the endothelium. 

  Monocytes  subsequently  enter  the  intima,  transform  into  macrophages  and  accumulate  lipids  to 

become foam cells. 

  Factors  released  from  both  platelets  and  macrophages  cause  migration  of  smooth  muscle  cells  from 

the media into the intima with eventual synthesis and accumulation of collagen. 

  Hyperlipidemia, hypertension and smoking may be responsible for the endothelial injury. 

  Macrophages  produce,  among  other  substances,  toxic  free  oxygen  radicals  (ROS)  that  oxidize 

(modify) LDL in the lesions. This oxidized LDL is considered atherogenic, as it is 

-  Chemotactic to blood monocytes  
-  Inhibits macrophage motility thus preventing them from leaving the atheroma. 
-  Cytotoxic to endothelial cells increasing their permeability  

This  suggests  that  antioxidants  e.g.  vitamin  E  and  ß-carotene  may  be  effective  in  preventing 
atherosclerosis by reducing LDL oxidation. 

Infection and Atherosclerosis 
Seroepidemiologic studies have suggested that some infectious agents may contribute to atherosclerosis. 
Chlamydia pneumoniae and cytomegalovirus have been the most studied, although there is also interest in 
Helicobacter pylori, herpesvirus, and other organisms. Genomic sequences of these agents have been found 
in human atherosclerotic lesions, but whether they are causally associated or simply enter the diseased artery 
wall is not known. 
Clinical significance of atherosclerosis 

Atherosclerosis cause clinical disease through the following 
1.  Slow,  progressive  narrowing  of  the  arterial  lumen  that  result  in  chronic  ischemia  of  the  relevant 
tissues. 
2. Sudden occlusion of the lumen by superimposed thrombosis or hemorrhage into the atheroma. 
This may produce severe ischemia that if prolonged may terminate in infarction.  
3. Providing a site for thrombosis and then embolism. 
4. Weakening of the wall of an artery, causing aneurysmal dilatation with subsequent rupture. 

In large arteries such as the aorta the main complications are 

1.  Development  of  large  mural  thrombi  over  the  plaques  that  may  dislodge  leading  to  peripheral 

emboli. 

2.  Aneurysmal dilatation of the wall due to weakness of the media. 
3.  Rupture of the atheroma leading to the development of cholesterol emboli. 

In smaller arteries such as the coronary, cerebral, popliteal, renal and mesenteric arteries, the main effect 
is  narrowing  of  the  lumen  leading  to  chronic  ischemia.  However,  if  this  is  complicated  by  superadded 
thrombosis  or  hemorrhage  in  to  the  plaque,  occlusion  of  the  vessel  lumen  occurs  with  subsequent 
catastrophic  events  such  as  myocardial  infarction,  cerebral  infarction,  gangrene  of  lower  limbs,  renal  or 
intestinal infarctions.  
 
MEDIAL CALCIFIC SCLEROSIS (Monckeberg’s arteriosclerosis) 
This  variant  of  arteriosclerosis  is  of  undetermined  etiology  &  is  characterized  by  ring-like  calcifications 
within the media of medium sized to small muscular arteries. The calcification does not narrow the lumen 
and thus the condition is of little clinical significance. It may coexist with atherosclerosis in the same artery. 
The  arteries  most  commonly  affected  are  those  of  the  extremities  (femoral,  tibial,  radial  and  ulnar),  and 
those of the genital tract in both sexes. The condition can be demonstrated in individuals over the age of 50 
years.  
 
 
 
 


background image

ARTERIOLOSCLEROSIS (Hypertensive vascular disease) 
Hypertension is the most important cause of this group of vascular diseases. Hypertension has the following 
effects on blood vessels 
1. It accelerates the process of atherosclerosis. 
2. Causes structural changes in the blood vessel wall that predisposes to  

a.  Aortic dissection. 
b.  Cerebrovascular hemorrhage.  

3. Induce changes in arterioles referred to as arteriolosclerosis. 
There are two forms of arteriolosclerosis; hyaline & hyperplastic. 
Hyaline arteriolosclerosis 
This condition is encountered in the 
1. Elderly whether normotensive or hypertensive. 
2. Hypertensive individuals where it is more severe and more generalized. 
3. Diabetics as part of the characteristic diabetic microangiopathy. 
Microscopic features 

  The vascular lesion consists of a homogeneous, pink, hyaline thickening of the arteriolar wall with 

loss of the native structural details 

  This is associated with narrowing of the lumen. 

The  hyaline  change  in  arteriolar  wall  is  believed  to  be  due  to  leakage  of  plasma  proteins  into  the  wall 
through  a  leaking  endothelium.  Hyaline  arteriosclerosis  is  a  major  pathologic  change  in  benign 
nephrosclerosis.  In  this  condition  the  arteriolar  narrowing  leads  to  diffuse  symmetric  shrinkage  and  fine 
granularity  of the kidneys. This  is  due  to  diffuse bilateral impairment  of renal blood  supply that  results  in 
loss of nephrons.  
Hyperplastic arteriolosclerosis 
In  contrast  to  hyaline  arteriolosclerosis,  hyperplastic  arteriolosclerosis  is  related  to  more  acute  or  severe 
elevations  of  blood  pressure  and  is  therefore  characteristic  of  malignant  hypertension  (defined  as  diastolic 
pressure usually over 120 mm Hg). 
Microscopic features  

  It  is  characterized  by  an  onion-skin  concentric,  laminated  thickening  of  the  arteriolar  wall  with 

progressive narrowing of the lumen.  

  The changes are due to reduplication of smooth muscle cells with thickening and reduplication of the 

basement membranes.  

  Frequently  these  changes  are  associated  with  fibrinoid  necrosis  of  arteriolar  wall  (necrotizing 

arteriolitis). 

  Arterioles in all tissues may be affected, but main sites are the renal and intestinal arterioles. 

 
INFLAMMATORY DISEASE OF BLOOD VESSELS (The vasculitides) 
Vasculitis  refers  to  inflammation,  often  with  necrosis  of  blood  vessels.  This  is  encountered  in  diverse 
clinical  setting.  The  terms  arteritis,  vasculitis  and  angiitis  are  used  interchangeably  because  in  addition  to 
arteries and arterioles, veins and capillaries may be involved in some of the conditions. 
Mechanisms of vascular injury 
1. Infectious  
2. Immunologically mediated 
3. Unknown  
The two most common mechanisms of injury are 
1. Direct invasion of the vascular walls by microorganisms e.g. bacteria, fungi or viruses.  
2. Immune-mediated inflammation.  
a. Immune complex-mediated as in Henoch-Schönlein purpura and SLE, rheumatoid arthritis, drug induced, 

Hepatitis B and C virus) 

b. Direct antibody attack-mediated as in Goodpasture’s syndrome and Kawasaki disease. 
c. Cell-mediated as in organ transplant rejection 
d. Antineutrophil cytoplasmic autoantibody-mediated (ANCA-mediated) as in microscopic 
     polyarteritis 
Infections, in addition of causing direct damage to blood vessels, can indirectly induce 


background image

immune-mediated damage through, either the formation of immune complexes or triggering cross reactivity. 
Distinction  between  direct  infectious  and  immunologic  mechanisms  is  important.  This  is  because 
immunosuppressive therapy is the appropriate treatment for the latter whereas the same treatment would be 
potentially harmful for infectious vasculitis (suppressing immunity may flare up the infection). Finally, the 
mechanism of vasculitis may be unknown as in polyarteritis nodosa (PAN) 
 
Classification of vasculitides 
This  depends  on  the  size  of  the  vessel  involved,  its  anatomic  site,  histological  features  and  the  clinical 
manifestations. Categories include  
1.   Large vessel Vasculitis e.g. giant cell (temporal, cranial) arteritis. 
2.   Medium-sized vessel Vasculitis e.g. polyarteritis nodosa and Kawasaki disease. 
3. 
Small vessel Vasculitis e.g. Henoch-Schonlein purpura and cutaneous leukoclastic Vasculitis. 
 
Giant  cell  (temporal)  arteritis
  is  a  relatively  common  disease.  It  is  an  acute  and  chronic,  often 
granulomatous  inflammation  of  large  to  small  arteries.  Evidences  point  to  a  T-cell  –mediated  immune 
response  possibly  to  a  vessel-wall  antigen.  It  principally  involves  cranial  vessels  especially  the  temporal 
arteries  in  patients  over  50  years.  Other  arteries  may  also  be  involved  including  vertebral  and  ophthalmic 
arteries. In some cases the aortic arch has been involved (giant cell aortitis). 
Classical  manifestations  include  severe  throbbing  pain  and  tenderness  over  the  involved  temporal  artery, 
which is associated with swelling and redness of the overlying skin. There is often claudication of the jaw 
and  visual  manifestations  such  as  blurring  of  vision,  diplopia  or  sudden  blindness.  The  ESR  is  often 
markedly  elevated  (over  100  mm/hr).  Biopsy  of  the  temporal  artery  may  be  diagnostic  and  is  required  to 
confirm the clinical diagnosis.  
 
Takayasu Arteritis 
This is another granulomatous vasculitis that classically involves the aortic arch. In half the cases, it affects 
also the pulmonary arteries. It is characterized principally by ocular disturbances and marked weakening of 
the pulses in the upper extremities (pulseless disease). It is seen predominantly in females younger than age 
40.  Autoimmune  mechanisms  are  suspected.  When  the  aortic  arch  is  involved,  the  orifices  of  the  major 
arteries  to  the  upper  portion  of  the  body  may  be  markedly  narrowed  or  even  obliterated  by  intimal 
thickening. Microscopically, there is chronic inflammation of the adventitia and the media, sometimes with 
granulomatous inflammation. Thus, the disease may be indistinguishable from giant cell (temporal) arteritis. 
In fact, distinctions among giant cell lesions of the aorta are based largely on the age of the patient, and most 
giant cell lesions of the aorta in young patients are Takayasu arteritis. Involvement of the root of the aorta 
may cause dilation of the aortic valve ring, producing aortic valve insufficiency. Narrowing of the coronary 
ostia may lead to myocardial infarction. 
 
Poly arteritis nodosa group of vasculitides (PAN) 
This group is characterized by systemic vasculitis and includes  
1.  The  classical  (macroscopic)  PAN
  is  characterized  by  necrotizing  inflammation  of  small  and  medium-
sized muscular arteries (but not arterioles, capillaries, or venules). The principal targets are the main visceral 
arteries  such  as  renal,  coronary,  hepatic  and  mesenteric  arteries.  The  pulmonary  circulation  is 
characteristically spared. 
Pathological features  
Gross features  

  There is a sharply localized segmental involvement of the artery with aneurysmal dilatation.  

  The latter can be demonstrated angiographically as nodularity along the course of the affected vessel; 

hence the term nodosa. 

Microscopic features: the acute lesions are characterized by  

  Fibrinoid necrosis of the arterial wall, which is often localized to a portion of the circumference.  

  An  intense  infiltration  of  the  arterial  wall  and  peri-arterial  region  by  inflammatory  cells  including 

neutrophils and eosinophils. 

  The consequences of arteritis include 

1.  Superadded thrombosis  
2.  Weakening of the wall or aneurysmal dilatation may eventuate in rupture of the artery at that point. 


background image

As the result of the above changes there is ischemic damage to the tissues supplied by the 
involved artery e.g. renal, myocardial or intestinal infarction. 
The diagnosis can be established by the demonstration of necrotizing arteritis with the above 
microscopic features in tissue biopsy specimen such as those of the kidney or nodular skin 
lesions. 
2. Microscopic polyarteritis (allergic or leucocytoclastic vasculitis) 
(Clastic: broken into pieces; this refers to the fragmented nature of the WBC nuclei present in the lesion). 
This is a systemic necrotizing vasculitis that differs from classic PAN by 
a. it affects arterioles, capillaries and venules (small vessel vasculitis) 
b. necrotizing glomerulonephritis and pulmonary capillaritis are particularly common.  
The  main  clinical  features  are  hemoptysis,  hematuria  and  proteinuria,  bowel  bleeding  and  skin  purpura. 
ANCAs  (anti-neutrophilic  cytoplasmic  antibodies)  are  present  in  80%  of  the  cases.  In  many  cases  the 
condition is precipitated by an immunological reaction to an antigen such as 1. Drugs e.g. penicillin 

2. 

Microorganisms e.g. streptococci 
3. Tumor antigens e.g. in malignancies 

4. Heterologous protein 

 

Kawasaki disease (Mucocutaneous lymph node syndrome) 
This is an acute systemic disorder of infancy and childhood characterized by 
1.  Skin rash  
2.  Erythema of the conjunctiva, oral mucosa, palms and feet.  
3.  Cervical lymphadenopathy. 
4.  Vasculitis, which is PAN-like and characteristically involves the coronaries. 
Death  occurs  in  2%  of  the  cases  due  to  coronary  arteritis  with  superimposed  thrombosis  or  rupture  of 
coronary artery aneurysm. The cause is uncertain but a viral etiology is suspected. 
  
Henoch-Schonlein purpura is a small vessel vasculitis most commonly seen in children. It is characterized 
by abdominal pain, acute arthritis, glomerulonephritis and nonthrombocytopenic purpura that is distributed 
over the extensor aspects of the limbs and buttocks. These skin lesions consist of subepidermal necrotizing 
vasculitis involving small blood vessels. Deposition of IgA is present in the glomeuli and affected small 
blood vessels. 
 
Thromboangiitis  obliterans  (Buerger’s  disease)  is  a  distinctive  disease  characterized  by  segmental 
vasculitis with thrombosis of medium sized and small arteries and sometimes veins of the extremities. The 
disease  had  occurred  almost  exclusively  men  who  were  heavy  cigarette  smokers.  However,  it  has  been 
increasingly  reported  in  women,  probably  reflecting  the  increase  in  smoking  habit  by  women  in  the  past 
several decades. The relationship to cigarette smoking is a consistent features of this disease. It is postulated 
that  there  is  initially  an  endothelial  injury  either  directly  or  through  hypersensitivity  to  some  tobacco 
products.  To  begin  with  there  are  features  of  vascular  insufficiency  e.g.  pain  on  exercise  and  intermittent 
claudication.  Eventually  gangrene  of  the  extremities  occurs  that  necessitates  amputation.  Remission  and 
relapses correlate with cessation and resumption of smoking. 
 
Wegener Granulomatosis 
is characterized by a triad of 
1. Acute necrotizing granulomas of the upper &/or lower respiratory tracts 
2. Necrotizing or granulomatous vasculitis most prominent in the lungs and upper airways 
3. Focal necrotizing glomerulonephritis. 
 
Allergic granulomatosis and angiitis (Churg-Strauss syndrome)
 is a related entity distinguished by a 
strong association with allergic rhinitis, bronchial asthma, and peripheral eosinophilia. 
 
 
 
 
 
 
 


background image

Raynaud’s disease and Raynaud’s phenomenon 
Raynaud’s  disease
  refers  to  attacks  of  pallor  or  cyanosis  of  the  fingers  or  toes.  It  is  caused  by  intense 
vasospasm of local small arteries or arterioles. This disease is seen principally in otherwise healthy young 
females.  The  arterial  and  arteriolar  walls  are  devoid  of  structural  changes.  The  cause  is  unknown  but  is 
probably a reflection of exaggerated normal vasomotor responses to cold or emotion. 
Raynaud’s phenomenon
 is clinically similar to the above but it is secondary to arterial narrowing induced 
by such diseases as SLE, systemic sclerosis, atherosclerosis or Buerger’s disease. 
 
ANEURYSMS AND DISSECTION 
An aneurysm by definition is a localized abnormal dilatation of any vessel including the heart. The aorta is 
the  most  commonly  involved  vessel.  Left  ventricular  aneurysm  may  complicate  myocardial  infarction. 
Aneurysms are either true or false. A true aneurysm is bounded by the components of the blood vessel wall 
i.e.  the  blood  is  still  within  the  confines  of  the  circulatory  system.  In  contrast,  a  false  aneurysm 
(pseudoaneurysm, pulsating hematoma) is an extra-vascular collection of blood that communicates with 
the  intravascular  space.  Its  wall  is  derived  from  the  outer  layers  of  the  arterial  wall  or  peri-arterial  tissue. 
False aneurysm is seen for e.g. as a result of a post-myocardial infarction rupture contained by pericardial 
adhesions  or  a  leak  at  the  anastomosis  of  a  vascular  graft.  Arterial  dissection,  usually  of  the  aorta 
(dissecting  aneurysm),  arises  when  blood  enters  the  wall  of  the  artery,  dissecting  between  its  layers  and 
creating a blood-filled cavity within the wall itself. 
Classifications of aneurysms 
Aneurysms  are  classified  either  morphologically  (according  to  their  gross  appearance  or  etiologically  (the 
underlying mechanism responsible for their development). 
Morphological classification  
This is based on the macroscopic shape and size 
1.  Berry  aneurysm
  is  a  small,  spherical  dilatation  usually  up  to  1.5  cm  in  diameter.  It  is  most  frequently 
seen within the circle of Willis at the base of the brain. (Berry: any small globular or ovoid juicy fruit, not 
having a stone) 
2. Saccular aneurysm is a spherical bulge from a portion of the vessel wall that varies in size from 5 to 20 
cm in diameter i.e. a giant berry aneurysm. 
3. Fusiform aneurysm
 results from gradual, progressive dilatation of the whole circumference of a segment 
of the vessel and may reach up to 20 cm in diameter. 
Etiological classification  

1.  Atherosclerosis 
2.  Cystic medial necrosis or degeneration 
3.  Syphilis 
4.  Vasculitides e.g. PAN and Kawasaki disease 
5.  Trauma leading to arterio-venous aneurysm 
6.  Congenital defects such as that producing berry aneurysms in the brain 
7.  Mycotic aneurysm produced as a result of infection of the arterial wall. 

The most important causes of aortic aneurysms are atherosclerosis and cystic medial degeneration. 
 
Atherosclerotic aneurysm 
Atherosclerosis is the most frequent etiology of aneurysms. It causes arterial wall thinning 
through medial destruction secondary to intimal plaques. Atherosclerosis is a major cause of 
abdominal aneurysms.  
Pathologic features  

  It  usually  occurs  in  the  abdominal  aorta,  mostly  between  the  levels  of  renal  arteries  and  the  iliac 

bifurcation.  They  may  also  be  seen  in  the  common  iliac  arteries,  the  aortic  arch,  and  descending 
portions of thoracic aorta. 

  It is usually fusiform, contains atheromatous ulcers covered by mural thrombi. The latter may be a 

source of emboli that may lodge in renal vessels or those to the lower limbs.  

Two Abdominal Aortic Aneurysms (AAA) variants merit special mention: 
a. Inflammatory AAA is characterized by dense periaortic fibrosis with lymphoplasmacytic infiltrate. 


background image

b.  Mycotic  AAA  is  an  infected  atherosclerotic  aneurysm  by  circulating  microorganisms  in  the  wall, 

particularly  in  the  setting  of  bacteremia  from  a  primary  Salmonella  gastroenteritis.  In  such  cases, 
suppuration further destroys the media, potentiating rapid dilation and rupture.  

The clinical effects of aortic aneurysm include 

1.  Rupture in to the peritoneal cavity or retroperitoneum with massive or fatal hemorrhage. 
2.  Pressure on adjacent structures leading for e.g. obstruction of a ureter or erosion of vertebrae. 
3.  Occlusion  of  a  vessel  either  by  direct  pressure  or  through  intramural  thrombus  formation  e.g. 

vertebral branches supplying spinal cord. 

4.  Embolism from the atheroma or mural thrombus. 
5.  Creation of abdominal mass that may be confused on physical examination with a tumor. 

Prosthetic grafts should replace large aneurysms (> 5 cm in diameter) to avoid the possibility of rupture. 
 
Aortic dissection (dissecting aneurysm) 
This  is  characterized  by  dissection  of  blood  along  the  plane  of  aortic  media,  with  the  formation  of  blood-
filled channel within the aortic wall that often ruptures, causing massive hemorrhage. The dissection may or 
may not be associated with significant dilatation of the aorta; it is for this reason the older term dissecting 
aneurysm is discouraged. This dissection of the aorta occur principally in two groups of patients 
1.  Hypertensive men (90 % of the cases) 
2.  In those with a systemic or localized abnormality of connective tissues that affects the aorta (e.g. Marfans 

syndrome) (10% of the cases), the patients are usually younger than the above group.  

Conditions associated with aortic dissection are 
1.  Hypertension (80% of the cases) 
2.  Cystic medial necrosis or degeneration of the aortic wall 
3.  Previous surgery to the aorta e.g. coronary bypass or aortic valve replacement 
4.  Pregnancy usually third trimester 
Gross features  

  A  tear  in  the  aortic  intima  causes  the  dissection.  This  is  usually  transverse  and  located  within  the 

ascending portion of thoracic aorta.  

  This tear exposes the diseased media to the blood at intra-aortic pressure. The media is cleaved into 

two layers, creating a false lumen in addition to the existing true lumen. 

Microscopic features 

  The blood dissects into the media of the wall creating a vessel with a double lumen. In most patients 

with aortic dissection no specific underlying causative pathology is seen in the aortic wall.  

  The most frequent histologically detectable abnormality is called cystic medial degeneration 

(CMD); this is presumably responsible weakening of the wall. The degenerative changes range from 
mild fragmentation of elastic fibers to focal separation of both elastic and fibro-muscular fibers by 
small clefts or cystic spaces (cystic medial degeneration).  

Aortic dissection may have the following consequences 

1.  Rupture  into  any  of  the  three  body  cavities  i.e.  pericardial,  pleural  or  peritoneal.  This  is  the  most 

common cause of death. 

2.  Extension of the dissection into the great arteries of the neck, coronaries, renal, mesenteric, or iliac 

arteries. This leads to their obstruction with subsequent ischemic damage to the relevant organs e.g. 
myocardial infarction, renal infarction, and spinal cord ischemic injury (due to involvement of spinal 
arteries). Retrograde dissection into the aortic root that leads to disruption of the valvular apparatus 
with consequent aortic valve insufficiency. 

3.  Rupture in the lumen of the aorta through a second distal tear. This is thought to prevent a fatal extra-

aortic hemorrhage. 

Syphilitic (Luetic) aneurysm 
This is a recognized complication of tertiary syphilis. With the decline in the incidence of tertiary syphilis, 
these  types  of  aneurysms  have  become  uncommon.  The  dilatation  is  confined  to  the  thoracic  aorta  and 
usually  involves  the  arch.  To  begin  with,  there  is  inflammation  of  the  vasa  vasorum  within  the  aortic 
adventitia that eventuates in their luminal obliteration. The inflamed small vessels (vasa) are surrounded by 
an infiltrate rich in plasma cells. This leads to ischemic injury of the media that terminates in medial scarring 
and  hence  weakening  and  aneurysmal  dilatation.  Contraction  of  the  scarred  media  leads  to  intimal 
redundancy  with  subsequent  wrinkling  referred  to  as  ‘tree  barking’.  Syphilitic  aneurysm  may  also  cause 


background image

aortic valve ring dilatation resulting in aortic insufficiency. This is due to circumferential stretching of the 
cusps  and  widening  of  the  commissures  between  the  cusps.  On  the  long  run  the  Lt  ventricular  wall 
undergoes  volume  overload  hypertrophy  with  subsequent  dilatation.  The  resultant  markedly  cardiomegaly 
has been likened to a cow’s heart (cor bovinum). The thoracic location of syphilitic aneurysm distinguishes 
it from typical atherosclerotic aneurysm, which rarely affects the aortic arch and never involves the root of 
the aorta. 
 
Mycotic aneurysm 
This refers to a dilatation of an artery as a result of weakness of its wall secondary to infection. Thrombosis 
and rupture are possible complications. The infection reaches the artery through one of three routes 
1.  Lodgment of septic embolus in the artery, usually complicating infective endocarditis. 
2.  Extension of an adjacent Suppurative precesses. 
3.  Circulating microorganisms (bacteremia, septicemia) that directly infect the arterial wall. 
Mycotic aneurysm may involve, among others, the aorta, cerebral vessels or the popliteal artery. 
 
Berry aneurysm (saccular aneurysm-Congenital aneurysm) 
This  is  the  most  frequent  type  of  intracranial  aneurysms  and  the  one  most  frequently  responsible  for 
subarachnoid hemorrhage. It has an incidence of about 2% in the general population. An unruptured berry 
aneurysm  is  a  thin-walled  bright  red  out-pouching  at  arterial  branch  points  along  the  circle  of  Willis  or 
major vessels just beyond. The pathogenesis is thought to be due to congenital defect of the media especially 
at  bifurcations.  Ruptured  berry  aneurysm  with  clinically  significant  subarachnoid  hemorrhage  is  most 
frequent in the age group of 40-50 years. 
 

 

Nwr DISEASES OF VEINS AND LYMPHATICS 
Varicose veins and phlebothrombosis/thrombophlebitis together constitute about 90% of venous diseases. 
Varicose veins 
These are abnormally dilated, tortuous veins produced by prolonged increase in intraluminal venous 
pressure. 
The superficial veins of the legs are the usual sites of involvement. Much less common, but more 
significant are involvement of veins in the lower esophagus (esophageal varices) due to portal hypertension 
for e.g. secondary to liver cirrhosis. Hemorrhoids are another example of varicose veins. Varicose veins of 
leg superficial veins 
Predisposing factors 

1.  Conditions associated with elevation of venous pressure in these veins 

a.  Pregnancy; this explains the higher incidence in females 
b.  Obesity 
c.  Occupations requiring long periods of standing 

2.  Weakening of the walls of veins 

a.  Defective  development  of  the  vein  wall;  this  possibly  explains  the  familial  tendency  of 

varicose veins. 

b.  Age; the condition is much more common over the age of 50 years. 

The affected veins, which are visible through the skin of legs, are dilated, tortuous, elongated and scarred. 
There is variation in the thickness of the wall. The above changes lead to deformity and incompetence of the 
vein valves. This aggravates the situation and a vicious circle is thus created. 
Varicose  veins  lead  to  local  venous  stasis,  congestion,  edema  and  thrombosis.  Embolism  is  very  rare 
(superficial veins). 
Disabling complications include 

1.  Persistent edema 
2.  Stasis dermatitis (due to stasis of blood and liberation of hemosiderine) 
3.  Varicose ulcers. 

Thrombophlebitis and phlebothrombosis 
These are two designations for inflammation and venous thrombosis. 
Predisposing factors include 

1.  Cardiac failure 
2.  Neoplasia 


background image

3.  Pregnancy 
4.  Obesity 
5.  Postoperative states 
6.  Prolonged bed rest and immobilization 

Site of occurrence include 

1.  The deep veins of the leg are the most common sites of venous thrombosis.   
2.  Additional sites for deep vein thrombosis (DVT) include periprostatic plexus of veins in males and 

the pelvic veins in females. 

3.  Dural sinuses and skull veins in bacterial meningitis and otitis media.  
4.  Portal vein thrombosis may complicate intra-abdominal sepsis. 

Two special variants of phlebothrombosis 

1.  Phlegmasia Alba Dolens (painful white leg): this is an ileo-femoral venous thrombosis that occurs 

usually in pregnant females, in the third trimester or immediately following delivery. It is manifested 
by severely painful swelling of the lower limb. The predisposition to thrombosis is attributed to stasis 
of  blood  caused  by  the  pressure  of  gravid  uterus  on  the  pelvic  veins  compounded  by  the 
hypercoagulable state during pregnancy. 

2.  Migratory  thrombophlebitis:  this  refers  to  the  occurrence  of  venous  thrombi,  often  multiple  that 

classically  disappears  at  one  site  to  reappear  elsewhere.  It  is  usually  encountered  in  patients  with 
visceral malignancies especially those of the pancreas, lung and colon.  

 
DISEASES OF LYMPHATIC VESSELS 
Lymphangitis 
refers to inflammation of lymphatic vessels due to drainage of infective focus. Group A beta-
hemolytic streptococci is the most frequent offending organism. The condition is characterized clinically by 
the  occurrence  of  painful  subcutaneous  red  streaks  extending  along  the  course  of  lymphatics  with  painful 
enlargement of regional lymph nodes (acute lymphadenitis). If not treated the condition may be complicated 
by 

1.  Spread to surrounding soft tissue leading to cellulites or multiple local abscesses. 
2.  When  regional  lymph  nodes  fail  to  stop  the  spread  of  bacteria,  drainage  occurs  into  the 

venous system with subsequent bacteremia or septicemia. 

Lymphedema 
Occlusion of lymphatic vessels leads to abnormal accumulation of interstitial fluid in the affected part. This 
is referred to as obstructive lymphedema. Causes of lymphatic vessels obstruction include 

1.  Spread of malignant tumors to regional lymph nodes and lymphatic channels. 
2.  Radical surgical removal of regional lymph nodes e.g. axillary lymph odes dissection of radical 

mastectomy 

3.  Postradiation fibrosis 
4.  Filariasis 
5.  Postinflammatory scarring of lymphatic vessels. 

Persistence of the edema leads to  

1.  Interstitial fibrosis, which is most evident in the subcutaneous tissue. This is manifested as induration 

of the edematous area.  

2.  Enlargement of the affected part (e.g. elephantiasis of the lower limb) 
3.  Peau d’ orange appearance of the overlying skin 
4.  Skin ulceration. 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


background image

VASCULAR TUMORS 
This is a heterogeneous group of neoplasms and tumor like conditions. It is best divided according to their 
biological behavior into the following three groups 
I. Benign: e.g. hemangiomas, pyogenic granulomas, glomus tumor, and vascular ectasias. 
II. Intermediate: locally aggressive tumors that rarely metastasize e.g. hemangioendothelioma and 
Kaposis’s sarcoma 
III. Malignant: e.g. angiosarcoma, hemagiopericytoma. 
I. Benign vascular tumors & tumor-like lesions  
Hemangiomas
  are  very  common  tumors,  constituting  more  than  5%  of  all  benign  tumors.  They  are  most 
common in infants and children. They are subdivided into 
Capillary hemangiomas, which represent focal proliferation of capillary-sized blood vessels. They usually 
occur  in  the  skin,  subcutaneous  tissues,  lips,  and  oral  mucous  membranes.  Strawberry  type  of  capillary 
hemangioma is seen in the skin of newborns, but it usually regresses and disappears in the majority of the 
cases.  
Cavernous hemangiomas are characterized by focal proliferation of large (venous-sized) vascular channels. 
They are seen most often in the skin, lips, and tongue but also encountered in the liver, spleen and pancreas.  
In most cases, the tumors are of little clinical significance; however,  
1. There can be a cosmetic disturbance.  
2. Visceral hemagiomas detected by imaging studies may need to be distinguished from more ominous 
malignant tumors. 
3. Brain hemangiomas can cause pressure symptoms or rupture.  
4 Cavernous hemangiomas are component of von Hippel-Lindau disease; they involve the cerebellum or 
brain stem and eye grounds, along with similar lesions in the pancreas and liver. 
Pyogenic Granuloma (see GIT; mouth) 
This form of capillary hemangioma is a rapidly growing red nodule on the skin, gingival, or oral mucosa; it 
bleeds  easily  and  is  often  ulcerated.  Roughly  a  third  of  lesions  develop  after  trauma.  The  proliferating 
capillaries are accompanied by edema and an acute and chronic inflammatory infiltrate, an appearance with 
striking similarity to exuberant granulation tissue. Pregnancy tumor (granuloma gravidarum) is a pyogenic 
granuloma  that  occurs  in  the  gingiva  of  1%  of  pregnant  women.  These  lesions  can  spontaneously  regress 
(especially after pregnancy) or undergo fibrosis. 
Lymphangioma 
1. Simple (Capillary) Lymphangioma are  
slightly elevated or  pedunculated, small lesions are composed 
of small lymphatic channels. They are mainly seen in the head, neck, and axillary subcutaneous tissues.  
2.  Cavernous  Lymphangioma  (Cystic  Hygroma)  are  typically  found  in  the  neck  or  axilla  of  children. 
These  lesions  can  occasionally  be  enormous  (up  to  15  cm  in  diameter)  and  may  fill  the  axilla  or  produce 
gross  deformities  about  the  neck.  Tumors  are  composed  of  massively  dilated  endothelial-lined  lymphatic 
spaces separated by intervening connective tissue stroma containing lymphoid aggregates. 
Glomangioma (glomus tumor)
 is a tumor that originates from glomus bodies (which normally control skin 
blood flow and temperature), especially in fingers and toes. It is seen as a very tender, bluish nodule, near 
the  end  of  a  finger  or  toe.  It  consists  of  vascular  spaces  surrounded  by  rounded  cuboidal  cells  of  smooth 
muscle derivation. 
Vascular  Ectasias  are common  lesions  characterized  by  local  dilation of  preexisting  vessels;  they  are  not 
true neoplasms; they include 
1. Nevus Flammeus 
2. Spider Telangiectasia 
3. Hereditary Hemorrhagic Telangiectasia (Osler-Weber-Rendu Disease) 
Bacillary Angiomatosis is an opportunistic infection in immunocompromised persons (e.g. AIDS patients) 
that manifests as vascular proliferations involving skin, bone, brain, etc. It is caused by infection with gram-
negative bacilli of the Bartonella genus. 
 
II. Intermediate-Grade (Low-Grade Malignant) Tumors 
A.  Kaposi  Sarcoma  
is  used  to  be  fairly  common  in  patients  with  AIDS  prior  to  the  advent  of  effective 
antiretroviral therapy, and its presence is used as a criterion for diagnosing AIDS.  
Four forms of the disease are recognized, all of these share the same underlying viral pathogenesis: 


background image

1.  Chronic  KS  (classic  KS)  characteristically  occurs  in  older  men.  It  is  not  associated  with  HIV.  There 
multiple red to purple skin plaques or nodules, usually in the distal lower extremities.  
2.  Lymphadenopathic  KS  (African,  endemic  KS)  is  particularly  prevalent  among  South  African  Bantu 
children;  it  is  also  not  associated  with  HIV.  Skin  lesions  are  sparse,  and  patients  present  instead  with 
lymphadenopathy  due  to  KS  involvement;  the  tumor  occasionally  involves  the  viscera  and  is  extremely 
aggressive. 
3.  Transplant-associated  KS  occurs  in  the  setting  of  solid-organ  transplantation  with  its  attendant  long-
term  immunosuppression.  It  tends  to  be  aggressive  (even  fatal)  with  nodal,  mucosal,  and  visceral 
involvement; cutaneous lesions may be absent. 
4.  AIDS-associated  KS  (epidemicKS)  was  found  in  a  third  of  AIDS  patients,  particularly  male 
homosexuals. However, with current regimens of intensive antiretroviral therapy, KS incidence is now less 
than  1%  (although  it  is  still  the  most  prevalent  malignancy  in  AIDS  patients  in  the United  States).  AIDS-
associated KS can involve lymph nodes and viscera, with wide dissemination early in the course of disease. 
Most patients eventually die of opportunistic infectious rather than from KS. 
Pathogenesis 
Regardless  of  the  clinical  subtype  (described  above),  95%  of  KS  lesions  have  been  shown  to  be  due  to 
human  herpesvirus  8  [HHV-8]  infection.  The  virus  is  transmitted  sexually  and  by  poorly  understood 
nonsexual routes.  
Pathological features  

  Three stages are recognized: patch, plaque, and nodular.  

  Patches  are  solitary  or  multiple  pink,  red,  or  purple  macules,  typically  confined  to  the  distal  lower 

extremities. They are difficult to distinguish from granulation tissue. 

  With  time,  lesions  spread  proximally  and  convert  into  larger,  violaceous,  raised  plaques  composed  of 

dermal accumulations of dilated, jagged vascular channels lined by plump spindle cells and perivascular 
aggregates  of  similar  spindled  cells.  Scattered  between  the  vascular  channels  are  red  blood  cells, 
hemosiderin-laden macrophages, lymphocytes, and plasma cells. 

  At a still later stage, lesions become nodular. These lesions are more sarcomatous than the above. The 

nodular  stage  is  often  accompanied  by  nodal  and  visceral  involvement,  particularly  in  the  African  and 
AIDS-associated variants.  

 
B.  Hemangioendotheliomas  
are  vascular  neoplasms  with  histology  and  clinical  behaviors  intermediate 
between benign hemangiomas and frankly anaplastic angiosarcomas. 
 
III. Malignant Tumors 
A. Angiosarcomas  
are malignant  endothelial neoplasms  with  histology varying  from highly differentiated 
tumors that resemble hemangiomas to anaplastic lesions. Older adults are commonly affected. 
They occur at any site but most often involve skin, soft tissue, breast, and liver. Hepatic angiosarcomas are 
associated  with  carcinogenic  exposures,  including  arsenic  (arsenical  pesticides),  Thorotrast  (a  radioactive 
contrast agent formerly used for radiologic imaging), and polyvinyl chloride (PVC; a widely used plastic). 
The  increased  frequency  of  angiosarcomas  among  PVC  workers  is  one  of  the  truly  well-documented 
instances  of  human  chemical  carcinogenesis.  Angiosarcomas  can  also  arise  in  the  setting  of  lymphedema, 
classically  in  the  ipsilateral  upper  extremity  several  years  after  radical  mastectomy  for  breast  cancer;  the 
tumor presumably arises from lymphatic vessels (lymphangiosarcoma). Angiosarcomas can also be induced 
by radiation. Clinically, angiosarcomas are locally invasive and can metastasize readily. The current 5-year 
survival rates approach 30%. 
B. Hemangiopericytomas are rare tumors derived from pericytes-myofibroblast-like cells that are normally 
arranged  around  capillaries  and  venules.  They  are  most  common  on  the  lower  extremities  (especially  the 
thigh)  and  in  the  retroperitoneum.  They  consist  of  numerous  branching  capillary  channels  and  gaping 
sinusoidal  spaces  enclosed  within  nests  of  spindle-shaped  to  round  cells.  The  tumors  may  recur  after 
excision, and roughly half metastasize, usually hematogenously to lungs, bone, or liver. 
 

 
 

 


background image

THE HEART 

The Normal heart 
The average weight of the heart in females is 250 to 300 g whereas in males it is slightly heavier (300 to 350 
g). The normal thickness of the Rt. ventricular wall is 0.3 to 0.5 cm whereas that of the Lt ventricle is thicker 
(1.2 to 1.5 cm). Higher weight or ventricular thickness signifies hypertrophy; below normal weight signifies 
atrophy;  and  below  normal  thickness  of  the  ventricular  wall  implies  dilatation.  A  normal  ventricular 
thickness may be found in a markedly heavy (hypertrophied) heart indicating ventricular dilatation.  
The three major epicardial coronary arteries are 
1. The left anterior descending (LAD)  
2. The left circumflex (LCX) arteries 
Both the LAD & LCX arise from the stem of the left coronary artery 
3. The right coronary artery (RCA).  
Knowledge of the areas of the ventricles supplied by each of the three major coronary arteries helps 
predicting the location of infarcts that result from occlusion of any of these arteries.  
The left main coronary artery bifurcates within 1 cm of its origin into the LAD and LCX coronary 
arteries. The LCX supplies the lateral wall of the left ventricle . The LAD coronary artery provides blood to 
the 
1.  Anterior left ventricle 
2.  Adjacent anterior right ventricle, and 
3.  Anterior half-to-two thirds of the interventricular septum.  
In the apical region, the LAD artery supplies the ventricles circumferentially (see Fig. 11-2). 
The RCA nourishes the bulk of the right ventricle and posteroseptal left ventricle (see Fig. 11-2), including 
the posterior third-to-half of the interventricular septum at the base of the heart. The epicardial coronary 
arteries are usually arranged in a so-called right coronary-dominant distribution. The pattern of dominance is 
determined by the coronary artery that contributes most of the blood to the posterior descending coronary 
artery. Ten percent of human hearts display a left-dominant pattern, with the left circumflex coronary artery 
supplying the posterior descending coronary artery.  
Thus, occlusions of the right as well as the left coronary artery can cause left ventricular damage.  
 
Cardiac hypertrophy 
This is an adaptive response to increased mechanical load on the heart in which there is an increase in the 
rate  of  protein  (myofilaments)  synthesis  within  each  cell.  As  a  result  there  is  an  increase  in  cell  size 
(hypertrophy). Causes of hypertrophy include 
1. Pressure overload  
a. systemic or pulmonary hypertension  
b. aortic or pulmonary stenosis  
2. Volume overload  
a. aortic or pulmonary regurgitation  
b. abnormal communications between the two sides of the heart, congenital or acquired  
3. Excessive stimulation as of β-adrenergic receptors e.g. in hyperthyroidism leading to an increase in heart 
rate.  
The severity of hypertrophy depends on the underlying causes  
1. Mild hypertrophy
 (up to 2X normal weight) as in ischemic heart disease  
2. Moderate hypertrophy
 (>2X to 3X normal) as in systemic hypertension & aortic stenosis  
3.  Marked  hypertrophy
  (>  3X  normal;  up  to  1000  gm  heart  weight)  as  in  aortic  regurgitation  and 
hypertrophic cardiomyopathy.  
The  pattern  of  hypertrophy  reflects  the  nature  of  the  underlying  cause,  for  e.g.  in  pressure-overload 
hypertrophy  there  is  concentric  hypertrophy  of  the  left  ventricle.  This  hypertrophy  may  reduce  the  cavity 
diameter i.e. restrict diastolic fillingIn contrast, in volume-overload hypertrophy there is also dilation that 
increases  the  size  of  the  ventricular  cavity.  Owing  to  the  dilation,  wall  thickness  of  a  heart  in  which  both 
hypertrophy and dilation have occurred is not necessarily increased, and it may be normal or even less than 
normal  i.e.  the  dilation  masks  hypertrophy.  Thus,  wall  thickness  is  not  by  itself  an  adequate  measure  of 
volume-overload  hypertrophy.  Hypertrophied  heart  shows  increased  oxygen  consumption  due to  increased 
metabolic  requirements  and  thus,  hypertrophy  constitutes  a  breakable  balance  of  the  adaptation-related 
changes  (e.g.  new  myofilaments  synthesis)  versus  those  related  to  the  injurious  agent  e.g.  decrease  in 


background image

capillary density due to the pressure effect of the enlarged myocyte and this stimulates deposition of fibrous 
tissue. Thus sustained cardiac hypertrophy often progresses to cardiac failure. In contrast to the pathologic 
hypertrophy,  physiologic  hypertrophy  that  is  induced  by  regular  tough  exercise  is  rather  an  extension  of 
normal growth and has minimal or no harmful effect. 
 
HEART DISEASES 
Heart disease, especially ischemic, is the predominant cause of disability and death. It accounts for about 
40% of all postnatal deaths
this is twice the number of deaths caused by all forms of cancer combined.  
Five categories of disease account for nearly all cardiac mortality  
1.  Congenital heart disease 
2.  Ischemic heart disease (IHD) (coronary heart disease)  
3.  Hypertensive heart disease (systemic and pulmonary) 
4.  Valvular heart disease (Rheumatic, etc.) 
5.  Cardiomyopathies (non-ischemic-primary myocardial disease)  
 
ISCHEMIC HEART DISEASE (IHD)  

 

IHD  covers  four  closely  related  syndromes  resulting  from  inadequacy  of  oxygeneated  blood  supply  to  the 
heart to meet its physiologic demands
.  

1.  Angina pectoris 
2.  Myocardial infarction 
3.  Chronic ischemic heart disease 
4.  Sudden cardiac death, which may be superimposed on any of the above three. 

The  occurrence  of  any  of  the  above  depends  on  the  rate  of  development  of  arterial  narrowing(s)  and  its 
ultimate severity; this inturn is a reflection of the relative contributions of four events, namely 
a. Stenosis  

b. platelet aggregation  

c. thrombosis    

d. coronary artery spasm 

Pathogenesis of ischemic heart disease 
The heart may suffer a deficiency of oxygen supply with the following circumstances 
1.  Reduction in coronary blood flow (90% of the cases) due to one or more of the following 

a.  Atherosclerosis (the main cause) 
b.  Coronary artery spasm 
c.  Hemodynamic derangements leading to hypoperfusion (e.g. shock states and heart failure) 
d.  Nonatherosclerotic coronary diseases (e.g. arteritis) 

2. Increased demand (as in tachycardia, ventricular hypertrophy) 
3. Reduced oxygen carrying capacity of the blood as occurs in 

a.  Anemia 
b.  Cigarette smoking 
c.  Advanced lung diseases  
d.  Cyanotic congenital heart diseases  
e.  Carbon monoxide poisoning 

A.  The  role  of  coronary  atherosclerosis:  over  90%  of  patients  with  one  of  the  ischemic  syndromes  have 
advanced coronary atherosclerosis. This is defined as having one or more stenotic lesions causing at least 
75% reduction of the luminal cross sectional area of at least one of the major (epicardial) coronary arteries
. 
The stenosing plaques tend to occur within the first 2 cm of the LAD and LCX & proximal and distal thirds 
of the RC. 
B.  The  role  of  platelets
:  rupture  of  an  atheromatous  plaque  exposes  the  subendothelial  collagen,  which  is 
thrombogenic  and  thus  leading  to  platelet  adherence,  activation,  and  a  chain  of  release  reaction.  These 
changes eventuate  in  the  production  of  a  large  pool  of  activated  platelets  within  the  coronary  system.  The 
aggregated platelets may lead to   
1.  Occlusive thrombosis   
2.  Micro-emboli that aggravate the perfusion deficit 
3.  Liberation  of  vasoactive  products  released  by  the  activated  platelets  that  include  thromboxane  A2, 

histamine, and serotonin, which contribute to a possible coronary vasospasm. 

Two agents have been found to significantly reduce the incidence of mortality from IHD 
1. The long-term use  of  small doses of  aspirin, which  intefers with  the  synthesis of  thromboxane A2. The 
latter is a potent aggregator of platelets and a vasoconstrictor.  


background image

2. The eating of diets rich in fish with their polyunsaturated omega

-3

 fatty acids, which tend to inhibit platelet 

aggregation. 
C.  The  role  of  vasospasm:  vasospasm  of  atheromatous  epicardial  arteries  has  been  documented 
angiographically in some patients with angina or MI. This spasm may contribute to rupture or fissuring of 
plaques  with  subsequent  platelet  aggregation  &  thrombosis.  Activation  of  aggregated  platelets  could 
aggravate the spasm through their products. Thus vasospasm could intiate platelet aggregation & aggregated 
platelets could worsen the vasospasm.  In rare cases, coronary artery spasm has been associated with acute 
MI in patients having no atheromatous coronary narrowing. 
D. The role of nonatheromatous lesions of the coronaries 
The following disorders, when involving the coronaries, have been associated with one or more of the IHD 
syndromes: 
1.  Emboli to the coronaries 
2.  Arteritis (e.g., Takayasu's disease, SLE, Kawasaki's syndrome, PAN and others) 
3.  Cocaine abuse through triggering arrhythmias and vasospasm 
4.  Trauma to the coronaries. 
E. The role of hemodynamic disturbances 
1.  Shock  may  be  associated  with  significant  fall  in  blood  pressure  thus  severely  reducing  coronary 

perfusion, particularly in vessels already narrowed by atherosclerosis.  

2.  Left-sided heart failure is  associated with  a decrease in  cardiac output that  inturn  reduces perfusion  of 

the coronary system. 

The  above  two  in  addition  to  conditions  interfering  with  oxygen-carrying  capacity  of  the  blood  (listed 
above) colud aggravate the already present ischemia.  
The acute ischemic coronary syndromes: this term encompasses the following  
1.  Unstable angina     

 

2.  Acute MI (transmural or subendocardial)   

 

 

3.  Sudden cardiac death 
4.  Percutaneous coronary intervensions  
The above four reflect rapid progression in the severity of coronary artery stensosis; generally initiated by a 
rapid  (acute)  conversion  of  a  stable  atherosclerotic  plaque  to  unstable  one,  usually  with  superimposed 
thrombosis. The acute conversion involves the one of two events  
1.  Erosion, ulceration, fissuring or rupture; these are complicated by superimposed thrombosis.  
2.  Hemorrhage into the plaque, expanding its volume and thus aggravates the already present stenosis.  
Slowly  developing  stenoses  may  stimulate  collateral  vessels  over  time,  which  protect  against  myocardial 
ischemia and infarction even with an eventual severe narrowing of the lumina. Although only a single major 
coronary artery may be affected by the stenosis, two or all three coronaries (LAD, LCX, and RCA) are often 
involved.  Disruption  of  the  atheromatous  plaque  is  decisive  to  the  pathogenesis  of  the  acute  coronary 
syndromes
. In acute transmural MI, the usual event is a thrombus superimposed on a disrupted but partially 
stenotic  plaque.  This  converts  the  stenosis  into  a  total  occlusion.  In  contrast,  with  unstable  angina,  acute 
subendocardial  infarction,  or  sudden  cardiac  death,  the  luminal  obstruction  by  thrombosis  is  usually 
incomplete.  Sudden  cardiac  death  can  be  the  result  of  regional  myocardial  ischemia  that  induces  a  fatal 
ventricular arrhythmia (e.g. ventricular fibrillation). 
 
ANGINA  PECTORIS  
is  characterized  by  sudden,  usually  recurrent  attacks  of  substernal  or  precordial 
chest discomfort or pain
 caused by transient myocardial ischemia. This ischemia is not sufficient enough to 
cause infarction. There are three overlapping patterns of angina 
1.  Stable angina 
2.  Prinzmetal (variant) angina 
3.  Unstable (crescendo angina) (preinfarction angina).  
They  are  caused  by  varying  combinations  of  increased  myocardial  demand  and  decreased  myocardial 
perfusion. 
Stable  (typical)  angina  is  the  most  common  form  that  is  caused  by  reduction  of  coronary  perfusion  to  a 
critical  level  by  chronic  fixed  stenosing  atherosclerosis  of  75%  or  greater  of  the  original  lumen.  This 
generally causes symptomatic ischemia whenever there is increased cardiac workload, such as that produced 
by physical activity, emotional excitement, etc. It is usually relieved by rest or nitroglycerin. The latter is a 
strong vasodilator.  


background image

Prinzmetal (variant) angina is uncommon form that occurs at rest and is due to episodic occlusive coronary 
artery spasm of normal or minimally diseased coronary artery.  
Unstable  angina  is  one  of  the  acute  coronary  syndromes  and  characterized  by  progressively  increased 
frequency  and  more  prolonged  attacks  of  angina.  It  is  induced  by  disruption  of  an  atherosclerotic  plaque 
with superimposed thrombosis and possibly embolization to a more distal vessels and/or vasospasm. These 
changes generally cause a severe reduction of the arterial lumen by 90%. Unstable angina lies intermediate 
between stable angina on the one hand and MI on the other.   
 
MYOCARDIAL INFARCTION  
is  the most important  form of  IHD and is  the leading cause of  death in 
many countries. 
Over 50% of these fatalities occur in the first hour, before the patient reaches the hospital, 
mainly due to the onset of fatal arrhythmias such as ventricular fibrillation.  
Morphologically MI are divided into two types; these have differing significance 
1.  Transmural infarct, which is the most common and more serious. 
2.  Subendocardial (nontransmural) infarct. 
Pathogenesis of MI 
Transmural  infarction:  
the  vast  majority  of  these  (90%)  are  caused  by  an  occlusive  coronary  thrombus 
overlying an ulcerated or fissured stenotic atheroma. Increased myocardial demand, as with tachycardia or 
hemodynamic disturbances, may constitute the final blow in an already unstable situation. 
It  seems  that  behind  every  acute  MI  a  dynamic  interaction  has  occurred  among  several  or  all  of  the 
following: 
1.  severe coronary atherosclerosis 
2.  acute atheromatous change (fissuring, ulceration, etc.) 
3.  Platelet aggregation & activation 
4.  superimposed thrombosis 
5.  vasospasm 
Subendocardial myocardial infarction 
The  subendocardium  is  most  vulnerable  region  to  any  reduction  in  coronary  blood  flow.  Almost  always 
there is advanced, but often not severe, coronary atherosclerosis. Thrombosis has been demonstrated in only 
25% of the cases and total occlusion of a major coronary artery or branch is uncommon (autopsy studies). 
There is a suspicion that a thrombus often initiates the process, but is then spontaneously lysed.  In support 
of  this  hypothesis  is  the  beneficial  effect  of  fibrinolytic  treatment  of  patients  with  recently  developed 
subendocardial infarcts. It has been proposed that diffuse atherosclerosis with global reduction of coronary 
flow  (increased  demand,  vasospasm,  or  platelet  aggregation)  transform  the  situation  into  critical 
insufficiency that eventuates in this form of infarction.  
Gross features of MI 
Transmural infarcts 
Virtually all tranasmural infarcts involve the Lt ventricle (including the interventricular septum). When they 
affect the posterior free wall and posterior portion of interventicular septum, they extend into the adjacent Rt 
ventricular wall in up to 30% of the cases. Isolated infraction of the Rt ventricle is distinctly uncommon (1-
3%).  The  transmural  infarct  is  usually  4  to  10  cm  in  the  longest  dimension,  but  may  involve  the  entire 
circumference  of  the  Lt  Ventricle.  Severe  stenosing  coronary  atheroma  is  generally  present  with  an 
occlusive thrombus. The efficiency of the collaterals may modify the extent and distribution of the infarct. 
Depending on the length of patient's survival, the area of necrosis undergoes a progressive sequence of gross 
changes. 

  Myocardial infarcts less than12 hours old are usually invisible on gross examination. 

  After that the lesion displays pallor or red-blue cyanotic discoloration (due to stagnated, trapped blood) 

  After 24 hours from onset,  the infarct becomes progressively a more sharply defined, yellow, softened 

area 

  By the end of the first week it is rimmed by a hyperemic, narrow zone of highly vascularized connective 

tissue (line of demarcation) 

  Over  the  succeeding  weeks,  the  necrotic  muscles  are  progressively  replaced  by  the  ingrowth  of 

granulation tissue.  

  In  most  instances,  scarring  is  well  advanced  by  the  end  of  six  weeks,  but  the  time  required  for  total 

replacement depends on the size of the original infarct. 


background image

The  anterior  or  posterior  papillary  muscles  may  be  involved  by  the  infarction.  The  resultant  loss  of 
contraction may induce acute mitral valve incompetence that may persist with fibrous healing of the infarct. 
Even  worse,  the  acutely  infracted  papillary  muscle  may  rupture  transversely  to  cause  catastrophic  gross 
incompetence. 
A fibrinous or fibrino-hemorrhagic pericarditis usually develops about the 2

nd

 or 3

rd

 day. It usually resolves 

with the healing of the infarct. 
Involvement  of  the  ventricular  endocardium  often  results  in  mural  thrombosis,  which  produces  a  risk  of 
peripheral embolism. Later the thrombus organizes to be eventually represented by dense fibrous thickening.  
Rupture  of  the  infarct  (5%  of  cases)  may  occur  in  the  free  wall  of  the  Lt  Ventricle  (resulting  in  cardiac 
temponade)  or  less  often,  the  inter-ventricular  septum  (resulting  in  L→R  shunting  of  blood).  The  rupture 
occurs  usually  about  the  4

th

  or  5

th

  day  from  the  onset  of  infarction;  at  which  time  the  necrotic  focus  is 

maximally soft (myomalacia cordis). 
With large infarcts, the necrotic area may balloon out; this is called infarct expansion. Mural thrombosis is 
common in such areas. Eventual fibrosis of the infracted area leads to ventricular aneurysm.  
Subendocardial infarct  
The  morphology  of  the  subendocardial  infarct  is  analogous  qualitatively  to  the  of  transmural  infarct.  By 
definition, however, it is limited to the inner third of the LV wall. The lesion may be multifocal, cover an arc 
of  the  circumference  of  the  LV,  or  sometimes  totally  encircle  it.  Although  mural  thrombi  may  complicate 
the picture, pericarditis, ventricular aneurysms, and rupture are rare complication.  
Microscopic features  

  Typically the myocardial cells show coagulative necrosis. This is not detectable for the first 4 to 8 hours.  

  The necrotic area is invaded by acute inflammatory cells & later by macrophages.  

  Gradual replacement of the infarct by granulation tissues from the line of demarcation occurs.  

  The  eventual  event  is  healing  by  fibrosis.  Once  an  MI  is  completely  healed,  it  is  impossible  to 

distinguish its age (i.e., the dense fibrous scars of 8-week-old and 10-year-old lesions look similar).  

Infarct Modification by Reperfusion (reperfusion injury)  
The  most  effective  way  to  rescue  ischemic  myocardium  threatened  by  infarction  is  to  restore  tissue 
perfusion quickly by restoration of coronary flow (reperfusion). This could be established through one of the 
following  
1. Thrombolysis   
2. Balloon angioplasty   
3. Coronary arterial bypass graft (CABG).  
However, this reperfusion induces a set of complications that include 
1.  Reperfusion-induced arrhythmias 
2.  Myocardial hemorrhage 
3.  Apoptotic and necrotic cell damage 
4.  Microvascular injury 
5.  Prolonged ischemic dysfunction (myocardial stunning).  
Thus,  despite  the  possible  beneficial  outcomes  of  reperfusion  some  small  amount  of  new  cellular  damage 
may  occur.  Reperfusion  injury  is  mediated  by  the  generation  of  oxygen  free  radicals  from  infiltrating 
leukocytes  during  reperfusion.  Apoptosis  may  be  prominent;  thus,  prevention  of  apoptosis  may  be  a 
potential therapeutic target to limit reperfusion injury. Reperfusion-induced microvascular injury causes not 
only hemorrhage, but also endothelial swelling that occludes capillaries and may prevent local reperfusion to 
areas of critically injured myocardium (no reflow).   
Complications of Myocardial Infarction  
75% of patients with acute infarcts sustain one or more of the following complications  
1. Pump (heart) failure
, which is proportional to the size of the infarct.  
a.  Some  degree  of  left  ventricular  failure  with  hypotension  is  often  present.  This  is  complicated  by 
pulmonary vascular congestion, which may progress to pulmonary edema.  
b.  Cardiogenic  shock  complicating  severe  "pump  failure".  This  is  particularly  seen  in  patients  with 
extensive  infarcts  of  the  left  ventricle  (greater  than  40%  of  the  left  ventricle  muscle  mass).  The  mortality 
rate is 70% (two thirds of in-hospital deaths). 
2. Arrhythmias
; the result of conduction disturbances and myocardial irritability following MI. They are the 
usual cause of the over 50% of deaths that occur within the first hour of onset of MI; these individuals never 
reach the hospital. 


background image

3.  Myocardial  rupture  the  result  of  mechanical  weakening  of  the  necrotic  and  subsequently  inflamed 
myocardium and include  
a. Rupture of the ventricular free wall, with   hemopericardium and cardiac tamponade; this is usually fatal.  
b. Rupture of the ventricular septum, leading to a L→R shunt 
c. Rupture of the papillary muscles, resulting in acute severe mitral regurgitation.  
5. Pericarditis: a fibrinous or fibrohemorrhagic pericarditis is usual but resolves over         
  time. 
6.  Right  ventricular  infarction;  this  is  often  accompanies  ischemic  injury  of  the  adjacent  posterior  left 
ventricle and ventricular septum. A right ventricular infarct can yield serious functional impairment. 
7. Infarct extension: new necrosis may occur adjacent to an existing infarct. 
8. Infarct expansion: owing to the weakening of necrotic muscle, there may be disproportionate stretching, 
thinning, and dilation of the infarct region (especially with anteroseptal infarcts), which is often associated 
with mural thrombus. 
9. Mural thrombus; this occurs due to the combination of  
a. Locally deficient contractility (causing stasis) 
b.  Endocardial  damage  that  exposes  the  subendocardial  thrombogenic  zone  with  eventual  thrombus 
formation that could act as a potential embolus. 
10. Ventricular aneurysm of the ventricular wall that is bounded by a healed fibrotic myocardium, which 
paradoxically  bulges  during  systole.  Complications  of  ventricular  aneurysms  include  mural  thrombosis, 
arrhythmias, and heart failure. Rupture of the fibrotic wall, however, does not occur 
11. Mitral regurgitation (insuffiency) complicating MI may occur as an early or late event. The early onset 
insufficiency  is  either  due  to  ischemic  dysfunction  of  a  papillary  muscle  and  underlying  myocardium  or 
rupture  of  a  necrotic  papillary  muscle.  Whereas  the  late  onset  insufficiency  is  due  to  papillary  muscle 
fibrosis and shortening &/or ventricular dilation 
12. Progressive late heart failure (see chronic IHD).  
 
CHRONIC ISCHEMIC HEART DISEASE (CIHD) (ISCHEMIC CARDIOMYOPATHY)  
By  definition  this  is  a  "progressive  heart  failure  that  complicates  ischemic  myocardial  damage".  CIHD 
usually  represents  a  post-infarction  cardiac  decompensation  due  to  exhaustion  of  the  compensatory 
hypertrophy of the viable myocardium. However, in other cases severe CIHD may be present without acute 
or healed infarction but with diffuse myocardial dysfunction. CIHD is characterized by the development of 
severe,  progressive  heart  failure,  sometimes  punctuated  by  episodes  of  angina  or  MI.  Arrhythmias  are 
common. The diagnosis rests largely on the exclusion of other forms of cardiac diseases. Such patients make 
up nearly 50% of cardiac transplant recipients.  
 
SUDDEN CARDIAC DEATH 
(SCD) is defined as "unexpected death from cardiac causes  within 1 hour 
after symptom onset or without the onset of symptoms
". In many adults, SCD is a complication and often 
the first clinical manifestation of IHD. With decreasing age of the victim, the following nonatherosclerotic 
causes of SCD become increasingly probable: 

1.  Congenital structural coronary arterial abnormalities 
2.  Aortic valve stenosis 
3.  Mitral valve prolapse 
4.  Myocarditis and Cardiomyopathy 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


background image

VALVULAR HEART DISEASE 
This is defined as "cardiac diseases due primarily to valvular abnormalities namely stenosis, regurgitation 
(insufficiency or incompetence), or both".
 Stenosis is failure of a valve to open completely, thus interfering 
with  forward  flow.  Regurgitation,  in  contrast,  results  from  failure  of  a  valve  to  close  completely,  thus 
allowing reversed flow. Stenosis and regurgitation may occur in isolation or in combination.  
Functional regurgitation (no structural abnormality of the valve) occurs in association with 
1.  Dilatation of mitral or tricuspid valvesthis occurs secondary to ventricular dilation, which causes the 

papillary muscles of the relevant valve to be pulled down and outward, thus preventing the cusps of the 
intact valves to come together closely during systole. 

2.  Dilatation  of  aortic  or  pulmonary valves  secondary to  dilation  of  the relevant  valve  ring,  thus  pulling 

the valve commissures apart preventing full closure of the valve cusps.  

Valvular dysfunction can vary in degree from slight and physiologically unimportant to severe and rapidly 
fatal. For example, sudden  destruction of an aortic valve cusp  by infective  endocarditis may  cause  rapidly 
fatal cardiac failure owing to massive regurgitation. In contrast, rheumatic mitral stenosis usually develops 
over years and its clinical effects are remarkably well tolerated.  
Valvular  abnormalities  may  be  either  congenital  or  acquired;  most  frequent  of  these  are  stenoses  of  the 
aortic and mitral valves. 
 
Valvular Degenerations  
1. Valvular degenerations caused by calcification  
The  heart  valves  are  subjected  to  repetitive  mechanical  stresses;  these  normally  delicate  structures  suffer 
cumulative damage that is complicated by dystrophic calcification, which may lead to clinically important 
disease. The most frequent calcific valvular diseases are  
1. Calcific aortic stenosis   
2. Calcification of a congenitally bicuspid aortic valve  
3. Mitral annular calcification 
Calcific  Aortic  Stenosis  is  the  consequence  of  calcification  owing  to  progressive  and  advanced  age-
associated "wear and tear" of either previously anatomically normal (tricuspid) aortic valve or congenitally 
bicuspid valve. It usually manifests in the sixth to seventh decades of life with congenitally bicuspid valves 
but  not  until  the  eighth  and  ninth  decades  with  previously  normal  valves;  hence  the  term  senile  calcific 
aortic stenosis
 is used to describe the latter condition. There are heaped-up calcified masses within the aortic 
cusps that prevent the opening of the cusps. The obstruction to left ventricular outflow leads to concentric 
left ventricular (pressure overload) hypertrophy and eventually, heart failure.   
Mitral Annular Calcification  

 

Degenerative  calcific  deposits  can  develop  in  the  fibrous  ring  (annulus)  of  the  mitral  valve  as  irregular, 
stony hard nodules that lie behind the leaflets. The process generally does not affect valvular function.  
3.  Myxomatous degeneration of the mitral valve (mitral valve prolapse; floppy mitral vlave)
  
in this condition one or both mitral leaflets are "floppy" and prolapse or balloon back into the left atrium 
during systole. Mitral valve prolapse affects 3% or more of adults, most often young women & is one of the 
most  common  forms  of  valvular  heart  disease  in  the  industrialized  world.  The  affected  leaflets  are  often 
enlarged,  redundant,  thick,  and  rubbery.  The  tendinous  cords  are  elongated,  thinned,  and  occasionally 
ruptured. Annular dilation is characteristic. The essential histological change is reduction of the fibrosa layer 
of  the  valve,  on  which  the  structural  integrity  of  the  eaflet  depends,  accompanied  by  focally  marked 
thickening of the spongiosa layer with deposition of mucoid (myxomatous) material. A favored pathogenetic 
mechanism  is  the  proposal  that  there  is  an  underlying  developmental  defect  of  connective  tissue,  possibly 
systemic. This is supported by the common occurrence of this condition in Marfan syndrome. Although the 
great  majority  of  patients  have  no  troublesome  effects,  approximately  3%  develop  one  of  five  serious 
complications: 
1. Infective endocarditis   
2. Mitral regurgitation  
3. Embolism resulting from leaflet thrombi   
4. Arrhythmias  
5. Sudden death 
 
 


background image

RHEUMATIC FEVER AND RHEUMATIC HEART DISEASE 
Rheumatic  fever  (RF)  is  an  acute  inflammatory,  immunologically  mediated,  systemic  disease  occurring  a 
few weeks after an episode of group A streptococcal pharyngitis. The most important consequences of RF 
are  chronic  deformities  of  cardiac  valves  (particularly  mitral  stenosis)  due  to  damage  and  fibrosis.  These 
produce  permanent  dysfunction  and  severe  cardiac  problems  decades  later.  The  incidence  of  RF  has 
declined remarkably in many parts of the world over the past 40 years. During acute RF, focal inflammatory 
lesions are found in various tissues of the body but most distinctively within the heart, where they are called 
Aschoff  bodies.  Aschoff  bodies  consist  of  foci  of  swollen  collagen  surrounded  by  lymphocytes,  some 
plasma  cells,  and  distinctive  plump  macrophages  called  Anitschkow  cells  (pathognomonic  for  RF). 
Anitschkow  cells  have  abundant  cytoplasm  and  central  round-to-ovoid  nuclei  in  which  the  chromatin  is 
disposed  in  a  central,  slender,  wavy  ribbon  (hence  the  designation  "caterpillar  cells").  Some  of  these 
macrophages  become  multinucleated  to  form  Aschoff  giant  cells.  During  acute  RF,  diffuse  inflammation 
and  Aschoff  bodies  may  be  found  in  any  of  the  three  layers  of  the  heart-pericardium,  myocardium,  or 
endocardium-hence  the  designation  rheumatic  pancarditis.  In  the  pericardium,  the  inflammation  is 
accompanied  by  a  fibrinous  or  serofibrinous  pericardial  exudate,  described  as  a  "bread-and-butter" 
pericarditis
.  The  myocarditis  takes  the  form  of  scattered  Aschoff  bodies  within  the  interstitial  connective 
tissue,  often  perivascularly.  Concomitant  involvement  of  the  endocardium  and  the  left-sided  valves  by 
inflammatory foci typically results in fibrinoid necrosis within the cusps (and along the tendinous cords) on 
which  sit  small  (1-  to  2-mm)  vegetations  (verrucae)  along  the  lines  of  closure.  These  irregular,  warty 
projections  probably  arise  from  the  precipitation  of  fibrin  at  sites  of  erosion,  related  to  underlying 
inflammation  and  collagen  degeneration,  and  cause  little  disturbance  in  cardiac  function.  Subendocardial 
lesions,  perhaps  exacerbated  by  regurgitant  jets,  may  induce  irregular  thickenings  called  MacCallum 
patches
, usually in the left atrium.  
Chronic RHD
 is the result of organization of the acute inflammation and subsequent fibrosis. In particular, 
the  valvular  leaflets  become  thickened  and  retracted,  causing  permanent  deformity.  The  cardinal  anatomic 
changes of the mitral valve are  
1. Leaflet thickening  2. Commissural fusion   3. Shortening, thickening and fusion of the tendinous cords. 
In chronic disease, the mitral valve is virtually always abnormal; alone (70% of the cases) or together with 
the aortic valve (25%). RHD is the most frequent cause of mitral stenosis (99% of cases). Microscopically 
there  is  diffuse  fibrosis  often  with  invasion  by  new  blood  vessels;  these  changes  obliterate  the  originally 
layered and avascular leaflet architecture. The diagnostic Aschoff bodies are rarely seen being replaced by 
fibrosis.  Fibrous  bridging  across  the  valvular  commissures  and  calcification  create  "fish  mouth"  or 
"buttonhole" stenoses
. With tight mitral stenosis, the left atrium progressively dilates and may harbor mural 
thrombus. Long-standing congestive changes in the lungs may induce pulmonary vascular and parenchymal 
changes and in time lead to right ventricular hypertrophy. The left ventricle is generally normal with isolated 
pure mitral stenosis. 
Pathogenesis of RF & RHD   
It is assumed that RF is due to a hypersensitivity reaction induced by group A streptococci. It is thought that 
antibodies  that  are  originally  developed  and  directed  against  the  M  protein  of  the  offending  streptococci 
also  cross-react  with  glycoprotein  antigens  in  the  heart,  joints,  and  other  tissues
.  In  support  of  this  is  the 
absence  of  the  bacteria  in  RF  lesions  of  various  tissues.    A  genetic  predisposition  to  the  disease  appears 
operating as well, because only a minority of infected patients (3%) develop RF. The chronic sequelae result 
from progressive fibrosis due to both healing of the acute inflammatory lesions and the turbulence of blood 
flow induced by the valvular deformities. Acute RF appears most often in children between ages 5 and 15 
years. Although pharyngeal cultures for streptococci are negative by the time the illness begins, antibodies 
to one or more streptococcal enzymes, such as streptolysin O and DNAse B, are present and can be detected 
in the sera of most patients. After an initial attack, there is an increased tendency of having further insults of 
the disease with subsequent pharyngeal infections. Hazards associated with RHD include 
1.  An  increased  tendency  of  having  further  new  attacks  of  RF.  Carditis  is  likely  to  worsen  with  each 
recurrence, and damage is cumulative.  
2. Embolization primarily from atrial thrombi 
3. Infective endocarditis superimposed on deformed valves.  
The manifestations of chronic rheumatic carditis usually occur years or even decades after the initial episode 
of acute RF.   
 


background image

INFECTIVE ENDOCARDITIS (IE) 
This  serious  condition  signifies  "colonization  of  the  heart  valves  (or  the  endocardium)  by  microbes  with 
eventual formation of bulky, friable vegetations that is often results in destruction of the underlying cardiac 
structures
".  Bacteria  are  the  most  common  offendrs  (bacterial  endocarditis)  but  other  microorganisms  are 
occasionally the causative agents e.g. fungi, rickettsiae of Q fever, and chlamydiae. IE has been classified on 
clinical grounds into acute and subacute forms.   
Acute endocarditis signifies an infection that is   

-  Destructive  
-   Involving frequently a normal heart valve 
-  Caused by virulent microorganism 
-  Associated with  a  rapid course  leading  to  death within days to  weeks  of  more than 50%  of  the 

patients  despite  treatmentant;  the  disease  is  difficult  to  cure  by  antibiotics  and  usually  require 
surgery. 

In contrast subacute endocarditis signifies an infection that is 

-  A less destructive   
-  involving a previously abnormal heart, particularly deformed valves

 

-  Caused by organisms of low virulence   
-  Associated  with  insidious  and  protracted  course  (weeks  to  months).  Subacute  IE  recovers  after 

appropriate antibiotic therapy  

Etiology and Pathogenesis 
Two sets of factors predispose to IE   
1.  Structural  abnormalities  of  the  heart  valves;  IE  may  develop  on  previously  normal  valves,  but  the 
presence of cardiac and vascular abnormalities predispose to this form of infection. These include  
a. Rheumatic heart disease  
b. Myxomatous (floppy) mitral valve  

 

c. Degenerative calcific aortic stenosis 
d. Bicuspid aortic valve (calcified or not)  
e. Artificial (prosthetic) valves 
2. Host factors particularly those that interfere with defenses; such as 
a. neutropenia   

 

 

  

b. immunodeficiency e.g. associated with  malignancy & therapeutic immunosuppression. 
c. diabetes mellitus 

 

 

 

 

d. alcohol 
e. intravenous drug abuse 
Endocarditis  of  previously  damaged  or  abnormal  valves  is  caused  most  commonly  (60%  of  cases)  by 
Streptococcus viridans. In contrast, the more virulent Staph. aureus can attack either healthy or deformed 
valves;    they  are  responsible  for  10%  to  20%  of  cases  overall.  Staph.  aureus  is  also  a  major  offender  in 
intravenous  drug  abusers.  Prosthetic  valve  endocarditis  is  caused  most  commonly  by  coagulase-negative 
staphylococci  (e.g.,  Staph.  epidermidis).    In  about  10%  of  all  cases  of  endocarditis,  no  organism  can  be 
isolated
  from  the  blood  (culture-negative"  endocarditis).  The  primary  event  in  the  development  of 
endocarditis is seeding of the blood with microbes. The portal of entry of the agent into the bloodstream may 
be  
a. Obvious or occult focus of infection  
b. Dental or surgical procedure that cause transient bacteremia  
c. Injection of contaminated material into the bloodstream by IV drug users  
 
Gross features  

  Friable, bulky, and potentially destructive vegetations are formed in both the subacute and acute forms of 

the disease. 

  The aortic and mitral valves are the most common sites of infection, although the valves of the right heart 

may also be involved, particularly in intravenous drug abusers.  

  The vegetations may be single or multiple and may involve more than one valve.  

  Vegetations sometimes erode into the underlying myocardium to produce an abscess cavity (ring abscess).  

  The vegetations of subacute endocarditis are associated with less valvular destruction than those of acute 

form, although the distinction between the two forms may be difficult.  


background image

Microscopic features 

  The vegetations in general contain fibrin, inflammatory cells, and bacteria (or other organisms) 

  The vegetations of typical subacute IE often have granulation tissue at their bases (suggesting chronicity).  

  With the passage of time, fibrosis, calcification, and a chronic inflammatory infiltrate may develop.  

  Subacute endocarditis is typically associated with less valvular destruction than is the acute form. 

Complications of IE (whether acute or subacute)  
A.  Cardiac 
1. Valvular destruction leading to dysfunction (insufficiency or stenosis) that eventuates in heart failure 
2. Myocardial abscesses that eventuates in perforation of IV septum or free wall 
3. Suppurative pericarditis 
4. Artificial valve dehiscence  
B. Embolic with infarctions  
1. Lt sided: brain, spleen, kidneys, etc.   
2. Rt sided: lungs  
C.  Metastatic  infections
  (including  septic  infarcts)  especially  with  acute  e.g.  brain  and  renal  abscesses, 
meningitis, etc. 
D. Renal complications 
1.  Embolic infarction that may be multiple and septic 
2.  Immunologically mediated glomerulonephritis; owing to trapping of antigen-antibody complexes, which 

can cause hematuria, albuminuria, or renal failure. 

 
NON-INFECTED VEGETATIONS  
1.  Nonbacterial  thrombotic  endocarditis
  (NBTE);  this  is  characterized  by  the  deposition  of  small  sterile 
vegetations (fibrin, platelets, etc.) on the leaflets of the cardiac valves. They may be a source of emboli and 
results in infarcts of the brain, heart, etc.  Because of its frequent association with venous thromboses (and 
pulmonary  embolism),  a  common  origin  of  the  two  has  been  suggested  i.e.  a  hypercoagulable  state  with 
systemic  activation  of  the  coagulation  system  (a  situation  analogues  to  that  occurring  in  DIC).  Conditions 
associated with NBTE include 
 A. Conditions that promote hypercoagulability 
1. Cancer (especially, mucinous adenocarcinomas of the pancreas) 
2. Hyperestrogenic states 
3. Extensive burns 
4. Sepsis 
B. Endocardial trauma, as from an indwelling catheter.

 

 
2. Endocarditis of SLE (Libman-Sacks endocarditis)  

 

In  some  SLE  patients,  there  is  mitral  and  tricuspid  valvulitis  complicated  by  presence  of  small,  sterile 
vegetations.  Subsequent  fibrosis  can  lead  to  serious  valvular  deformities  that  resemble  chronic  Rheumatic 
heart disease.  
 
CARCINOID HEART DISEASE 
This is one of the major features of the carcinoid syndrome as it is seen in about half of the patients. The 
syndrome  itself  is  seen  in  about  10%  of  patients  with  GI  carcinoids  with  hepatic  metastses.  The  cardiac 
involvement  is  characterized  by  fibrous  thickening  of  the  endocardium  that  is  seen  mainly  on  the  outflow 
tract of the Rt ventricle. The pathogenesis of the changes is uncertain, but probably attributed to the elevated 
blood levels of serotonin or bradykinins. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


background image

MYOCARDITIS 
This  is  defined  as  "inflammation  of  the  heart  muscles  and  characterized  by  a  leukocytic  infiltration  and 
necrosis or degeneration of the myocytes"

Major causes include 
1.  Viruses eg. Coxackie, ECHO, influenza, polio 
2.  Chlamydia and Rickettsia 
3.  Bacteria e.g Corynebacterium (diphtheria), TB, salmonella 
4.  Fungi and parasites e.g. aspergillus, monilia and echinococccus. 
5.  Immune  mediated  e.g.  poststreptococcal  (Rheumatic  fever),  SLE,  drugs  e.g.  methyldopa  (aldomet), 

transplant rejection 

6.  Others as radiation, heat stroke, sarcoidosis, giant cell myocarditis and Kawasaki disease 
During the active phase the heart is enlarged with dilatation of all its chambers. The ventricular myocardium 
is  flabby  and  mottled  by  pale  or  hemorrhagic  foci.  The  endocardium  and  valves  are  unaffected.  After  the 
acute phase has passed the heart may appear normal. Microscopy is influenced by the etiologic agent. The 
involvement may be patchy and thus cardiac biopsy may give false negative results. Isolated myofiberlysis 
or patchy foci of necrosis are accompanied by an inflammatory cell infiltration. With viral myocarditis the 
infiltrate is usually mononuclear while pyogenic bacteria produce suppurative inflammation sometimes with 
microabscesses. 
 
CARDIOMYOPATHIES (CMP) 
By  definition  this  is  a  "non-inflammatory  heart  muscle  disease  of  unknown  cause".  Cardiomyopathies  are 
divided in to three pathological categories  
1. Dilated (congestive)   
2. Hypertrophic  
3. Restrictive 
Dilated (congestive) CMP 
In  this  condition  there  is  gradual  development  of  heart  failure  associated  with  dilatation  of  all  the  four 
chambers of the heartThe valves are normal and there is no significant coronary atheroma. The etiology is 
uncertain but the following are suspected 
1. Alcohol toxicity 

2. Nutritional deficiency related to pregnancy  

3. Genetic defect 

4. Post-viral myocarditis 

The patients usually die within 5 years due to progressive heart failure or embolism (complicating chamber 
thrombosis due to poor contraction and blood stasis or arrhythmia) 
Hypertrophic CMP 
This  occurs  most  often  in  young  adults,  and  is  characterized  by  cardiac  enlargement  with  myocardial 
hypertrophy.  The  hypertrophy  is  often  asymmetrical  in  that  the  Lt  ventricle  is  usually  more  involved  than 
the  Rt.  On  cross  section,  the  ventricular  cavity  loses  its  usual  round  to  ovoid  shape  and  may  become 
compressed into a banana-like by the thickened IV septum that protrudes into the lumen. This may interfere 
with the outflow of blood through the aorta (obstructive hypertrophic CMP). Sudden death is common. The 
most distinctive microscopic feature is the disorganization and disarray of the hypertrophied muscle fibers. 
Evidences suggest a genetic basis for the disease.  
Restrictive/infiltrative CMP 
There is restriction of ventricular filling due to infiltration of the myocardium by one of the following  
1. Amyloidosis 2. Sarcoidosis 3. Edocardial fibroelastosis 4. Endomyocardial fibrosis 
5. Loefler's endocarditis 
Cardiac amyloidosis: 
may be part of systemic amyloidosis or may affect only the heart, particularly in the 
aged.  
 
 
 
 
 
 
 
 


background image

PERICARDITIS 
Primary pericarditis is uncommon;  in  most  cases it is caused by infection, usually by viruses; this  may  be 
associated with myocarditis. In most cases pericarditis is secondary and due to  
1. Acute MI   
2. Cardiac surgery   
3. Mediastial irradiation  
4. Pneumonia or pleuritis  
5. Uremia (the most common systemic disorder associated with pericarditis) 
6. Other less frequent cause e.g. rheumatic fever, SLE, and metastatic cancers.  
Pericarditis may resolve without sequele but the process can progress to chronic fibrosis. However, it may 
cause immediate hemodynamic complications if a significant effusion is present (see below).  
Pathological features 

  In  patients  with  viral,  uremic  or  rheumatic  pericarditis,  the  exudate  is  typically  fibrinous,  imparting  a 

shaggy appearance to the surface (bread-and-butter pericarditis).  

  In acute bacterial pericarditis the exudate is  fibrinopurulent (suppurative), often with areas of frank pus. 

Tuberculous pericarditis can show areas of caseation.  

  Pericarditis due to  malignancy is often associated with shaggy fibrinous exudate and a bloody effusion; 

metastases  can  be  grossly  evident  as  irregular  excrescences  or  may  be  relatively  inapparent  (as  in 
leukemia).  

  Acute  fibrinous  or  fibrinopurulent  pericarditis  usually  resolves  without  any  sequelae.  However,  when 

there  is  extensive  suppuration  or  caseation,  healing  can  result  in  chronic  pericarditis  with  fibrosis
Chronic  pericarditis  displays  delicate  adhesions  or  dense,  fibrotic  scars  that  obliterate  the  pericardial 
space.  In  extreme  cases  the  heart  is  so  completely  encased  by  dense  fibrosis  that  it  cannot  expand 
normally during diastole (constrictive pericarditis).  

 
PERICARDIAL EFFUSIONS  
 Normally,  there  is  about  30  to  50  ml  of  thin,  clear,  straw-colored  serous  fluid  in  the  pericardial  sac. 
Pericardial effusions in excess of this amount occur in a number of settings, in addition to the inflammatory 
states described above. The major types and some of their more common causes include:  

  Serous: CHF, hypoalbuminemia 

  Serosanguinous: chest trauma, malignancy, ruptured MI or aortic dissection 

  Chylous: mediastinal lymphatic obstruction 

The consequences of  pericardial effusions depend on the amount of fluid  and the rate of its accumulation. 
Slowly accumulating effusions-even as large as 1000 ml- can be tolerated without clinical manifestation. In 
contrast, rapidly developing collections of as little as 250 ml can restrict diastolic cardiac filling to produce 
fatal cardiac tamponade.  
 
HEMOPERICARDIUM
  is  the  presence  of  pure  blood  within  the  pericardial  sac.  This  may  complicate 
penetrating injuries to the heart, ruptured MI or ruptured aortic dissection (at the root of the aorta).  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


background image

 
CARDIAC TUMORS 
Metastatic Neoplasms 
The most common tumor of the heart is a metastatic one; tumor metastases to the heart occur in about 5% of 
patients dying of cancer. In descending order cancers metastatic to the heart are   
1. Lung carcinoma  
2. Lymphoma   
3. Breast carcinoma   
 
Primary Neoplasms 
These  are  uncommon  &  mostly  benign.  The  five  most  common  (account  for  80%  to  90%  of  all  primary 
heart tumors), in descending order of frequency (adults) 

  

Myxoma  is  the  most  common  primary  tumor  of  adult  hearts.  The  vast  majority  (90%)  are  located  in  the 
atria,  mostly  the  left  and  at  the  region  of  fossa  ovalis.  They  may  reach  a  large  size  (10  cm),  and  are 
spherical,  hard  or  soft,  translucent  lesions  with  a  gelatinous  appearance.  Pedunculated  forms  are  often 
mobile causing intermittent obstruction of the mitral valve during systole. Sometimes, this is associated with 
damage to the valve (wrecking-ball effect).  
Rhabdomyoma  
is  the  most  common  primary  tumor  of  infants/children  hearts,  and  frequently  discovered 
because of an obstruction of a valvular orifice or cardiac chamber. These tumors occur with high frequency 
in patients with tuberous sclerosis. They are considered as hamartomas rather than true neoplasms and may 
be  caused  by  defective  apoptosis  during  developmental  remodeling.  They  are  generally  small,  gray-white 
myocardial masses up to several centimeters in diameter that protrude into the ventricular chambers  
 

 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

1. Myxomas     

2. Fibromas 

3. Lipomas     

4. Papillary fibroelastomas  

5. Rhabdomyomas 

6. Angiosarcomas (malignant) 

4. Leukemia 
5. Melanoma 
6. Others e.g. carcinomas of the liver, and colon 




رفعت المحاضرة من قبل: Abdalmalik Abdullateef
المشاهدات: لقد قام 13 عضواً و 192 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

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