background image

PATHOLOGY OF THE URINARY SYSTEM 

Dr. Ameer Dhahir 

Part one 

 

Objectives: 

  Defining certain clinical terms related to urinary 

disorders.  

  Describing the pathogenesis of glomerular diseases 

  Defining certain clinical syndromes related to 

glomerular pathology and these include: 

o  Nephrotic syndrome 
o  Nephritic syndrome 
o  Chronic glomerulonephritis 
Highlighting their pathological features 

  Mentioning certain tubulointerstitial disorders: 

o  Tubulointerstitial nephritis 

  Acute pyelonephritis 
  Chronic pyelonephritis 

o  Drug induced interstitial nephritis 
o  Acute tubular necrosis 

Mentioning their pathogenesis and the most 
important pathological features 

  Describing the pathogenesis of renal blood vessels 

disorders 

 
 

INTRODUCTION 
Diseases  of  the  kidney  are  divided  into  four  categories  depending  on  which 
component of the kidney is primarily affected; these are  
1. Glomerular 2. Tubular  3. Interstitial  4. Vascular  
This division is useful because  
a. The early manifestations of each group of diseases tend to be distinctive.  
b.  These  groups  differ  in  their  pathogenesis,  for  e.g.,  glomerular  diseases  are  often 
immunologically mediated, whereas  tubular and  interstitial disorders are more likely 
to be caused by toxic or infectious agents. However, it should be noted that 
1.  The  interdependence  of  renal  components  translated  into  that  damage  to  one 
component is almost always affects secondarily the others.  
2. All forms of chronic renal disease tend ultimately to damage all four components of 
the kidney thus, eventuates in chronic renal failure (end-stage kidney disease).  
 
 


background image

Clinical Manifestations of Renal Diseases  
These can be grouped into well-defined syndromes, each of which is distinctive to the 
component that is primarily affected.  
At this point certain terms need to be clarified  
Azotemia: is an "elevation of blood urea, nitrogen and creatinine levels". It is largely 
related to a decreased glomerular filtration rate (GFR). Azotemia is divided into  
1. Prerenal azotemia, encountered with hypoperfusion of the kidneys, which decreases 
GFR as in shock states 
2. Renal, which is due to renal par benchymal damage 
3. Postrenal that results from urine out flow obstruction below the level of the kidney.  
Uremia:  signifies 

"azotemia  associated  with 

biochemical 

and  systemic 

clinicopathological  alterations"  such  as  metabolic  and  endocrine  changes,  uremic 
gastroenteritis, peripheral neuropathy and fibrinous pericarditis. 
The major renal syndromes are 
Acute  nephritic  syndrome:
  is  characterized  by  acute  onset  of  usually  gross 
hematuria, mild to moderate proteinuria, azotemia, edema, and hypertension; it 
is the classic presentation of acute poststreptococcal glomerulonephritis.  
 
The nephrotic syndrome: is characterized by heavy proteinuria (excretion of >3.5 
gm  of  protein/day  in  adults),  hypoalbuminemia,  severe  edema,  hyperlipidemia, 
and lipiduria

 
Asymptomatic  (microscopic) hematuria  or proteinuria,  or a combination thereof, 
is usually a manifestation of mild glomerular abnormalities. 
 
Acute renal failure refers to recent onset of oliguria or anuria, with azotemia. 
 
Chronic renal failure refers to prolonged symptoms and signs of uremia; it is the end 
result of all chronic renal diseases. 
 
Urinary  tract  infection  (UTI)  is  characterized  by  bacteriuria  and  pyuria  (bacteria 
and leukocytes in the urine. The infection may be symptomatic or asymptomatic, and 
may affect the kidney (pyelonephritis) or the bladder (cystitis) only. 
 
Nephrolithiasis (renal stones) is manifested by renal colic, hematuria, and recurrent 
stone formation. 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


background image

GLOMERULAR DISEASES 

 

 
The  glomerular  basement  membrane  shows  selective  permeability,  which  is  size-
dependent  and  charge-dependent.
  The  major  characteristics  of  glomerular  filtration 
are 
1. A high permeability to water and small solutes 
2. Almost complete impermeability to molecules of the size and molecular charge of 
albumin. 
3. More permeability to cations than anions.  
The  podocyte  is  decisive  to  the  glomerular  barrier  function  by  providing  a  distal 
resistance  to  the  flow  of  water  and  a  barrier  to  the  filtration  of  proteins.  It  is  also 
largely responsible for synthesis of GBM components. 


background image

  
 
 
 
PATHOGENESIS OF GLOMERULAR DISEASES IN GENERAL 
Immune  mechanisms  (antibody-associated  &  cellular)  underlie  most  primary  and 
many  secondary  glomerular  diseases.  :  the  following  immune  mechanism  are 
important: 

  Circulating Immune Complex 

  Cell-Mediated Immune Glomerulonephritis 

  In Situ Immune Complexes 

  Other Mechanisms( podocyte injury and nephron loss)  

 

 
Circulating  Immune  Complex-mediated  Nephritis  (type  III  hypersensitivity 
reactions) 
With  circulating  immune  complex-mediated  disease,  the  glomerulus  is  an  "innocent 
bystander"  because  it  is  not  responsible  for  their  formation.  The  antigen  in  these 
complexes may be 
1. Endogenous, as in SLE or  
2.  Exogenous,  as  in  bacterial  (streptococcal),  viral  (hepatitis  B),  parasitic 
(Plasmodium falciparum malaria), and spirochetal (Treponema pallidum) infections.  
3. Unknown as often the case in membranous nephropathy. 
The  antigen-antibody  complexes  are  trapped  in  the  glomeruli,  where  they  produce 
injury,  mainly  through  the  activation  of  complement  and  the  recruitment  of 
leukocytes.  Electron  microscopy  reveals  the  immune  complexes  as  electron-dense 
deposits or clumps that are:  
1. Mesangial  
2. Subendothelial i.e. between the endothelial cells and the GBM  
3. Subepithelial i.e. at the outer surface of the GBM and the podocytes  
The  presence  of  immunoglobulins  and  complement  in  these  deposits  can  be 
demonstrated  by  immunofluorescence  microscopy.  When  fluoresceinated  anti-


background image

immunoglobulin or anti-complement antibodies are used, the immune complexes are 
seen as granular deposits in the glomerulus. 
 
Cell-Mediated Immune Glomerulonephritis 
T  cell-mediated  injury  may  account  for  some  cases  of  glomerulonephritis  (GN)  in 
which either there are no deposits of antibodies or immune complexes, or the deposits 
do not correlate with the severity of damage.  
 
Nephritis Caused by In Situ Immune Complexes 
Antibodies  in  this  form  of  injury  react  directly  with  planted  antigens  in  the 
glomerulus. The best-characterized disease in this group is anti-GBM antibody GN
It results from the formation of autoantibodies directed against the GBM. Deposition 
of  these  antibodies  creates  a  linear  pattern  of  staining  when  visualized  with 
immunofluorescence microscopy; this is in contrast to the granular pattern described 
for  other  forms  of  immune  complex-mediated  nephritis.  Sometimes,  the  anti-GBM 
antibodies  cross-react  with  basement  membranes  of  lung  alveoli,  resulting  in 
combined  lung  and  kidney  lesions  (Goodpasture  syndrome).  Planted  antigens  also 
include  DNA,  bacterial  products,  aggregated  IgG,  which  deposit  in  the  mesangium 
because of their size. 

 

Two patterns of deposition of immune complexes as seen by immunofluorescence microscopy. A, 
Granular,  characteristic  of  circulating  and  in  situ  immune  complex  deposition.  B,  Linear, 
characteristic of classic anti-GBM antibody GN.
 

 
 
Other Mechanisms of Glomerular Injury 
1.  Podocyte  injury:  this  can  be  induced  by  antibodies  to  visceral  epithelial  cell 
antigens  as  in  some  cases  of  focal  and  segmental  glomerulosclerosis.  Such  injury  is 
reflected  by  effacement  of  podocyte's  foot  processes  associated  with  proteinuria.  In 
most  forms  loss  of  normal  slit  diaphragms  is  a  key  feature  in  the  development  of 
proteinuria. 
2.  Nephron  Loss:  any  renal  disease  destroying  sufficient  nephrons  to  the  extent  of 
reducing  the  GFR  to  30%-50%  of  normal  shows  relentless  progression  to  end-stage 
renal  failure.  Such  individuals  develop  proteinuria,  and  their  kidneys  show 
widespread  glomerulosclerosis. The latter is  initiated by the adaptive hypertrophy of 


background image

the  remaining  unaffected  glomeruli  to  maintain  renal  function.  These  adaptations 
ultimately lead to  further endothelial and epithelial  cell injury, which is  followed by 
capillary  collapse  and  obliteration,  increased  deposition  of  mesangial  matrix,  and 
eventually  by  segmental  or  global  sclerosis  of  glomeruli.  This  results  in  further 
reductions in the nephron mass and a vicious cycle of continuing glomerulosclerosis. 
 
 
 
 
Mediators of Immune Injury: 

 

A  major  pathway  of  antibody-initiated  injury  is  activation  of  the  complement  that 
leads  to  the  generation  of  chemotactic  agents  (mainly  C5a)  and  thus  recruitment  of 
neutrophils and monocytes. Neutrophils in turn release : 
1. Proteases, which cause GBM degradation;  
2. Oxygen-derived free radicals, which cause cell damage; and  
3. Arachidonic acid metabolites, which contribute to reduction in GFR.  
In some cases, however, complement-dependent (but not neutrophil-dependent) injury 
occurs through the effect of the C5-C9 lytic component (membrane attack complex) 
of complement, which causes  
1. Epithelial cell detachment and  
2.  Stimulation  of  mesangial  and  epithelial  cells  to  secrete  various  mediators  of  cell 
injury.  
3.  Up-regulation  of  transforming  growth  factor-β  (TGF-β)  receptors  on  podocytes; 
TGF-β  stimulates  synthesis  of  extracellular  matrix,  thus  giving  rise  to  altered  GBM 
composition and thickening. 
 
INDIVIDUAL CLINICLAL SYNDROMES: 
 
THE NEPHROTIC SYNDROME  
This refers to a clinical complex that includes 
1. Massive proteinuria i.e. daily urine protein loss of 3.5 gm or more in adults 


background image

2.  Hypoalbuminemia i.e. plasma albumin levels less than 3 gm/dl 
3. Generalized edema 
4. Hyperlipidemia and lipiduria  
The  initial  event  is  a  derangement  in  the  glomerular  capillary  walls  that  leads  to 
increased permeability to plasma proteins allowing their escape from the plasma into 
the  glomerular  filtrate.  With  long-standing  or  extremely  heavy  proteinuria,  serum 
albumin  is  decreased,  resulting  in  hypoalbuminemia.  The  generalized  edema  is,  in 
turn,  a  consequence  of  the  drop  in  plasma  colloid  osmotic  pressure  as  a  result  of 
hypoalbuminemia,  and  retention  of  salt  and  water  by  the  kidney.  As  fluid  escapes 
from the vascular tree into the tissues, there is a concomitant drop in plasma volume, 
with  diminished  glomerular  filtration.  Compensatory  secretion  of  aldosterone,  along 
with  the  reduced  GFR  and  reduction  of  secretion  of  natriuretic  peptides,  promotes 
retention  of  salt  and  water  by  the  kidneys,  thus  further  aggravating  the  edema.  By 
repetition  of  this  chain  of  events,  generalized  edema  (anasarca)  may  develop.  It  is 
possible that hypoalbuminemia triggers increased synthesis of lipoproteins in the liver 
& thus hyperlipidemia. The lipiduria reflects the increased permeability of the GBM 
to lipoproteins. 
The  relative  frequencies  of  the  several  causes  of  the  nephrotic  syndrome  vary 
according  to  age.
  In  children  1  to  7  years  of  age,  the  nephrotic  syndrome  is  almost 
always caused by a primary kidney disease, whereas among adults  it is  often due to 
renal manifestations of a systemic disease.  
The most frequent systemic causes of the nephrotic syndrome in adults are  
1. Diabetes 

 

 

2. Amyloidosis  

 

 

3. SLE  
The  most  important  primary  glomerular  lesions  that  lead  to  the  nephrotic 
syndrome are  
1. Minimal-change disease (MCD), which is more important in children  
2.Focal and segmental glomerulosclerosis (FSGS), 
which is more important in adults. 
3. Membranous nephropathy   
4. Membranoproliferative GN 
 
Minimal-Change Disease (MCD) (Lipoid Nephrosis) 
This is the most frequent cause of the nephrotic syndrome in children, mostly between 
ages  1  and  7  years  (65%).  The  glomeruli  have  a  normal  appearance  under  light 
microscopy; however, electron microscopy shows diffuse effacement of podocyte foot 
processes.  This  is  presumably  due  to  a  T-cell  derived  factor  that  causes  podocyte 
damage.  The  cells  of  the  proximal  convoluted  tubules  are  often  heavily  loaded  with 
protein  droplets  and  lipids  secondary  to  tubular  reabsorption  of  the  leaking 
lipoproteins(lipoid  nephrosis).  The  renal  function  is  preserved  in  most  individuals. 
The protein loss is confined to the smaller serum proteins, chiefly albumin (selective 
proteinuria). The prognosis in children with this disorder is generally good; more than 
90% of cases respond to a short course of corticosteroid therapy. 


background image

 

 


background image

 

 
 
Focal and Segmental Glomerulosclerosis 
(FSGS) is characterized histologically by 
sclerosis  (fibrosis)  affecting  some  but  not  all  glomeruli  (focal)  and  involving  only 
segments  of  each  affected  glomerulus  (segmental).  FSGS  is  either  primary 
(idiopathic)  or  secondary.  The  former  is  a  common  cause  of  nephrotic  syndrome  in 
adults (30%) & frequent cause in children (10%). The secondary form is seen with   
1. HIV immunodeficiency or heroin abuse (HIV nephropathy, heroin nephropathy)  
2. IgA nephropathy  
3. Maladaptation after nephron loss (see above) 
4.  Mutations  affecting  cytoskeletal  proteins  of  podocytes
  (e.g.,  nephrin)  (inherited 
form) 
Unlike  MCD,  there  is  a  higher  incidence  of  hematuria  and  hypertension;  the 
proteinuria  is  nonselective,  and  the  response  to  corticosteroid  therapy  is  poor.  The 
pathogenesis  of  primary  FSGS  is  unknown.  As  with  MCD,  permeability-increasing 
factors  produced  by  lymphocytes  have  been  proposed.  The  affected  segment  of  the 
glomerulus  shows  increased  mesangial  matrix,  obliterated  capillary  lumens,  and 
deposition  of  hyaline  masses.  In  time,  progression  of  the  disease  leads  to  global 
sclerosis  of  the  glomeruli  with  secondary  tubular  atrophy  and  interstitial  fibrosis. 
About 50% of individuals suffer renal failure after 10 years. 


background image

 


background image

 

High-power  view  of  focal  and  segmental  glomerulosclerosis  (PAS  stain),  seen  as  a  mass  of  scarred, 
obliterated  capillary  lumens  with  accumulations  of  matrix  material,  that  has  replaced  a  portion  of  the 
glomerulus.  This  trichrome  stain  of  a  glomerulus  in  a  patient  with  FSGS  demonstrates  blue  collagen 
deposition. FSGS accounts for about a sixth of cases of nephrotic syndrome in adults and children. 

 
 
Membranous Nephropathy (Membranous Glomerulonephritis, MGN)  
This  is  a  slowly  progressive  disease,  most  common  in  adults  30  to  50  years  of  age. 
The disease is idiopathic (primary) in about 85% of cases. In the remainder it may be 
secondary to other disorders, including: 
1. Infections (chronic hepatitis B, syphilis, schistosomiasis, malaria) 
2. Malignancy, particularly lung and colonic carcinomas and melanoma 
3. Autoimmune diseases e.g. SLE  
4. Exposure to inorganic salts (gold, mercury) 
5. Drugs (penicillamin, captoril, NSIAD) 
MGN is  a chronic immune complex  nephritis.  Most idiopathic forms  are  considered 
autoimmune  disease  caused  by  antibodies  to  renal  GBM  autoantigen.  The  basic 
change  microscopically  is  diffuse  thickening  of  the  GBM.  Eventually  the  glomeruli 
become gradually sclerosed. The proteinuria is nonselective, involving globulins and 
albumin molecules. Overall, only 40% suffer progressive disease terminating in renal 
failure after 2 to 20 years.  


background image

 


background image

 

A,  Diffuse  thickening  of  the  glomerular  basement  membrane.  B,  Schematic  diagram  illustrating 
subepithelial  deposits,  effacement  of  foot  processes,  and  the  presence  of  "spikes"  of  basement  membrane 
material between the immune deposits. 

  


background image

Immunofluorescence appearance of MGP.  

 

A  silver  stain  of  the  glomerulus  highlights  the  proteinaceous  basement  membranes  in  black.  There  are 
characteristic  "spikes"  seen  with  membranous  glomerulonephritis  seen  here  in  which  the  black  basement 
membrane material appears as projections around the capillary loops. 

 
Membranoproliferative Glomerulonephritis (MPGN)
  
This  is  manifested  histologically  not  only  by  GBM  thickening  but  also  by 
proliferation  of  glomerular  cells.  It  accounts  for  up  to  10%  of  cases  of  primary 
nephrotic  syndrome  in  children  and  adults.  Some  individuals  present  only  with 
hematuria  or  subnephrotic  proteinuria;  others  have  a  combined  nephrotic-nephritic 
picture. Two major types of MPGN (I and II) are recognized: 
 Type  I  is  far  more  common  (80%  of  cases).  Different  pathogenic  mechanisms  are 
involved in the development of type I and type II disease. Most cases of type I MPGN 
seem  to  be  caused  by  circulating  immune  complexes,  but  the  inciting  antigen  is  not 
known  (primary);  it  also  occurs  as  a  secondary  form  in  association  with  hepatitis  B 
and C antigenemia, SLE, & extra-renal infections.  
The  fundamental  abnormality  in  type  II  appears  to  be  excessive  complement 
activation.  
By light microscopy, both types of MPGN are similar.
 The glomeruli are large, with 
an  accentuated  lobular  appearance,  and  proliferation  of  mesangial  and  endothelial 
cells  as  well  as  leukocytic  infiltration.  The  GBM  is  thickened,  and  the  glomerular 
capillary  wall  often  shows  a  double  contour,  due  to  the  inclusion  within  it  of 
processes  of  mesangial  and  inflammatory  cells.  Types  I  and  II  have  different 
ultrastructural  and  immunofluorescence  microscopic  features.  The  prognosis  of 
MPGN  is  generally  poor  in  that  40%  of  the  cases  progressed  to  end-stage  renal 
failure. Type II MPGN (also called dense-deposit disease) has a worse prognosis.  


background image

 

 

 

A,  showing  mesangial  cell  proliferation,  basement  membrane  thickening,  leukocyte  infiltration,  and 
accentuation  of  lobular  architecture.  B,  Schematic  representation  of  patterns  in  the  two  types  of 
membranoproliferative  GN.  In  type  I  there  are  subendothelial  deposits;  type  II  is  characterized  by 
intramembranous  dense  deposits  (dense-deposit  disease).  In  both,  mesangial  interposition  gives  the 
appearance of split basement membranes when viewed by light microscopy. 
 


background image

 

thickening of the basement membrane (“tram-track” appearance) at the arrow. Jones silver stain

 
THE NEPHRITIC SYNDROME  
This is a clinical complex, usually of acute onset, characterized by  
1. Hematuria    
2. Oliguria with azotemia   

 

3. Hypertension 
The  lesions  that  cause  the  nephritic  syndrome  have  in  common  proliferation  of  the 
cells  within  the  glomeruli,  accompanied  by  leukocytic  infiltrate.  This  inflammatory 
reaction injures the capillary walls, permitting escape of red cells into the urine, and 
induces hemodynamic changes that lead to a reduction in the GFR. The reduced GFR 
is manifested clinically by oliguria, fluid retention, and azotemia. Hypertension is the 
result  of  both  the  fluid  retention  and  excessive  renin  release.  The  acute  nephritic 
syndrome  may  be  secondary  to  a  systemic  disorders  such  as  SLE,  or  it  may  be  the 
result of primary glomerular disease e.g. acute postinfectious GN. 
Acute  postinfectious  (Poststreptococcal)  GN  is  typically  associated  with 
streptococcal  infection,  but  other  infectious  agents  may  be  responsible.  The  latter 
include certain pneumococcal and staphylococcal infections, as well as some common 
viral diseases such as mumps, measles, chickenpox, and hepatitis B and C. The classic 
case  of  poststreptococcal  GN  develops  in  a  child  1  to  4  weeks  after  recovery  from 
"nephritogenic" strains of β-hemolytic, group A streptococcal infection, usually of the 
pharynx  or  skin.  Immune  complex  deposition  is  involved  in  the  pathogenesis.  The 
relevant  antigens  are  probably  streptococcal  proteins.  Serum  complement  levels  are 
low and serum anti-streptolysin O antibody titers are elevated.  Characteristically the 
histology shows  a uniformly increased cellularity of the glomerular tufts  that affects 
nearly  all  glomeruli.  This  increased  cellularity  is  caused  both  by  proliferation  and 
swelling  of  both  endothelial  and  mesangial  cells  as  well  as  by  a  neutrophilic  and 
monocytic  infiltrate.  Recovery  occurs  in  most  children.  Conversely  up  to  50%  of 
adults develop end-stage renal disease. 


background image

 

A,  Glomerular  hypercellularity  is  caused  by  intracapillary  leukocytes  and  proliferation  of  intrinsic 
glomerular  cells.  Note  the  red  cell  casts  in  the  tubules.  B,  Typical  electron-dense  subepithelial  "hump" 
(arrow) and intramembranous deposits. BM, basement membrane; CL, capillary lumen; E, endothelial cell; 
Ep, visceral epithelial cells (podocytes).
 
 

 

The  hypercellularity  of  post-streptococcal  glomerulonephritis  is  due  to  increased  numbers  of  epithelial, 
endothelial, and mesangial cells as well as neutrophils  in and around the capillary loops. This disease may 
follow  several  weeks  after  infection  with  certain  strains  of  group  A  beta  hemolytic  streptococci.  Patients 
typically have an elevated anti-streptolysin O (ASO) titer.
 
 


background image

 

Post-streptococcal glomerulonephritis is immunologically mediated, and the immune deposits are distributed in the 
capillary loops in a granular, bumpy pattern because of the focal nature of the deposition process. 
 
 

 
IgA Nephropathy (Berger Disease) usually affects children and  young adults as an 
episode  of  gross  hematuria  occurring  within  1  or  2  days  of  a  nonspecific  upper 
respiratory tract infection (or less commonly gastrointestinal or urinary infection.), to 
lasts several days and then subsides, only to recur every few months. IgA nephropathy 
is one of the most common causes of recurrent microscopic or gross hematuria and is 
the  most  common  glomerular  disease  revealed  by  renal  biopsies  worldwide.  
The 
pathogenic hallmark is the deposition of IgA in the mesangium. IgA nephropathy may 
be viewed  as  a localized (renal) variant  of Henoch-Schönlein purpura, which is  also 
characterized  by  IgA  deposition  in  the  mesangium  but  it  is  a  systemic  syndrome 
characterized  by  purpuric  rash,  abdominal  pain  and  arthritis.  Microscopically,  the 
glomeruli may be normal or show one of the following:   
1. Focal proliferative GN   
2. Diffuse mesangioproliferative GN  
3. Crescentic GN (rare).  
Serum  IgA  is  increased  in  50%  of  patients  due  to  its  increased  production  in  the 
marrow presumably in response to respiratory or GIT exposure to viruses, bacteria, or 
food proteins. Slow progression to chronic renal failure occurs in up to 50% of cases. 


background image

 

 

A, Light microscopy showing mesangial proliferation and matrix increase. 


background image

B. There is characteristic immunofluorescence deposition of IgA, principally in mesangial regions. 

 
Rapidly Progressive (Crescentic) Glomerulonephritis (RPGN; CrGN)  
This  is  a  clinical  syndrome  associated,  irrespective  of  the  etiology,  with  glomerular 
crescents; these are produced by proliferation of the parietal epithelial cells associated 
with infiltration by monocytes and macrophages. CrGN is characterized clinically by  
1. Rapidly progressive loss of renal function       
2. Nephritic syndrome     
3. Severe oliguria (often)                                      
4. Death from renal failure within weeks to months (if untreated). 
 
The onset of RPGN is much like that of the nephritic syndrom. Proteinuria sometimes 
approaching nephrotic range may occur. The prognosis can be related to the number 
of  crescents;  those  with  crescents  in  less  than  80%  of  the  glomeruli  have  a  better 
prognosis than those with higher percentages of crescents.  
A practical classification divides CrGN into three groups on the basis of immunologic 
findings.  In  each  group,  the  disease  may  be  associated  with  a  known  disorder  or  it 
may be idiopathic. 

1.  Type I (Anti-GBM Antibody): Anti-GBM antibodies are present in the serum 

and are helpful in diagnosis.  

a.  Idiopathic (renal without pulmonary involvement)  
b.  Goodpasture syndrome  

This group is characterized by linear IgG deposits along the GBM.  In some of these 
individuals  the  anti-GBM  antibodies  also  bind  to  pulmonary  alveolar  capillary 
basement  membranes  to  produce  the  clinical  picture  of  pulmonary  hemorrhages 
associated with renal failure (Goodpasture syndrome).  

2.  Type II (Immune Complex): 

a.  Idiopathic  
b.  Postinfectious/infection related  
c.  SLE 
d.  Henoch-Schönlein purpura/IgA nephropathy 

In all of these cases, immunofluorescence shows the characteristic granular pattern of 
staining  of  the  GBM  and/or  mesangium  for  immunoglobulin  and/or  complement.  In 
addition to the crescents, segments of glomeruli show evidence of the underlying GN.  

 

3.  Type III (Pauci-Immune) ANCA Associated  

a.  Idiopathic      
b.  Wegener granulomatosis  

 

c.  Microscopic angiitis 

This  group is  defined by the lack morphologically  of both  anti-GBM  antibodies and 
immune  complex  deposition.  Most  of  these  individuals  have  antineutrophil 
cytoplasmic  antibodies  (ANCA)  in  the  serum.  The  latter  have  a  role  in  some 
vasculitides.  Therefore,  in  some  cases  type  there  is  a  component  of  a  systemic 
vasculitis. In the idiopathic form the disease is limited to the kidney. The uninvolved 
segments of glomeruli appear normal. 


background image

 

Note  the  collapsed  glomerular  tufts  and  the  crescent-shaped  mass  of  proliferating  cells  and  leukocytes 
internal to Bowman's capsule
 

 
CHRONIC  GLOMERULONEPHRITIS  is  one  of  the  outcomes  of  the  various 
glomerular  diseases  already  discussed.  It  is  an  important  cause  of  end-stage  renal 
disease.  Among  all  individuals  who  require  chronic  hemodialysis  or  renal 
transplantation,  30% to  50% have the diagnosis  of chronic GN.  By the time chronic 
GN is discovered, the glomerular changes are so advanced that it is difficult to detect 
the nature of the original lesion. Classically, the kidneys are symmetrically contracted 
with red-brown surface. Microscopically, the feature common to all cases is advanced 
scarring  of  the  glomeruli,  sometimes  to  in  the  point  of  complete  sclerosis.  There  is 
relentless  progression  to  uremia  and  death.  The  rate  of  progression  is  extremely 
variable.  Renal  dialysis  and  kidney  transplantation  alter  this  course  and  allow  long-
term survival. 


background image

 

 

A  Masson  trichrome  preparation  shows  complete  replacement  of  virtually  all  glomeruli  by  blue-staining 
collagen. 
 

 

TUBULO-INTERSTITIAL DISEASES 

Most  forms  of  tubular  injury  also  involve  the  interstitium,  so  the  two  are  discussed 
together. Under this heading are two categories  
1.  Inflammatory  involvement  of  the  tubules  and  interstitium  (tubulo-interstitial 
nephritis) 
2.  Ischemic or toxic tubular necrosis leading to acute renal failure 
 
TUBULOINTERSTITIAL NEPHRITIS (TIN): 
 TIN  is  a  group  of  inflammatory  diseases  of  the  kidneys  primarily  involving  the 
interstitium and tubules. The glomeruli are spared or affected late in the course.  TIN 
is subdivided into  
1. Bacterial TIN, the renal pelvis is prominently involved (pyelonephritis)   


background image

2. Nonbacterial TIN ; these include tubular injury resulting from  

a.  drugs  
b.  metabolic disorders (e.g. hypokalemia)  
c.  physical injury (e.g. irradiation)  
d.  viral infections 
e.  immune reactions 

 
Pyelonephritis  
This is divided into acute and chronic forms 
Acute pyelonephritis is a common bacterial suppurative inflammation of the kidney 
(nephritis)  and  renal  pelvis  (pyelitis);  hence  the  term  pyelonephritis.  The  great 
majority of cases of pyelonephritis are associated with lower UTI (cystitis, prostatitis, 
and urethritis). E. coli is by far the most common offender. Other important organisms 
are Proteus, Klebsiella, Enterobacter, and Pseudomonas; these are usually associated 
with  recurrent  infections,  especially  due  to  urinary  tract  instrumentations  (e.g. 
cystoscopy, catheterization) or congenital or acquired anomalies of the lower urinary 
tract  (e.g.  vesicoureteral  reflux  or  polycystic  kidney  disease,  presence  of  stones, 
prostatic hyperplasia in the elderly).  
Pathogenesis 
Bacteria  can  reach  the  kidneys  either  through  the  bloodstream  (hematogenous)  or 
from the lower urinary tract (ascending infection). The former is exemplified by acute 
pyelonephritis complicating septicemia or infective endocarditis. Ascending infection 
from  the  lower  urinary  tract  is  the  most  common  &  is  an  important  route  by  which 
bacteria  reach  the  kidney.  The  evolution  of  acute  pyelonephritis  occurs  through  the 
following steps  
1.  Bacterial  adhesion  to  the  urethral  urothelium  is  influenced  by  genetically 
determined properties of both the urothelium and the offending bacteria.  
2.  Gaining  access  to  the  bladder  is  by  growth  expansion  of  the  colonies  and  by 
moving  against  urine  flow  assisted  by  urethral  instrumentation,  including 
catheterization  and  cystoscopy.  In  the  absence  of  instrumentation,  UTI  most 
commonly  affects  females  because  of  factors  that  facilitate  entry  of  bacteria  to  the 
bladder; these are  

a.  Close  proximity  of  the  urethra  to  the  enteric  bacteria-loaded  rectum 

favoring colonization  

b.  Short urethra  
c.  Trauma to the urethra during sexual intercourse (honeymoon cystitis)  

3.  Outflow  obstruction:  normally,  bladder  urine  is  sterile  as  a  result  of  the 
antimicrobial  properties  of  the  bladder  mucosa  and  the  flushing  action  of  periodic 
voiding  of  urine.  With  outflow  obstruction  or  bladder  dysfunction,  these  natural 
defenses  are  overwhelmed,  setting  the  stage  for  UTI.  Obstruction  at  the  level  of  the 
urinary bladder (e.g. by prostatic hyperplasia) results in incomplete bladder emptying 
and hence increased residual volume of urine (urine stasis). In the presence of stasis, 
bacteria introduced into the bladder can multiply freely, without being flushed out or 
destroyed by the bladder mucosa. From the contaminated bladder urine, the bacteria 
ascend  along  the  ureters  to  infect  the  renal  pelvis  and  parenchyma.  Thus,  UTI  is 
particularly  frequent  in  association  with  benign  prostatic  hyperplasia  in  male  and 
uterine prolapse in females. UTI is also frequent in diabetics because of the increased 
susceptibility to infection and neurogenic bladder, which in turn predisposes to urine 
stasis.  


background image

4.  Vesicoureteral  reflux  (VUR):  incompetence  of  the  vesicoureteral  orifice  allows 
bacterial ascent along the ureter & then into the pelvis. The normal ureteral insertion 
into the bladder is a competent one-way valve that prevents retrograde flow of urine, 
especially  during  micturition,  when  the  intra-vesical  pressure  rises.  An  incompetent 
vesicoureteral orifice allows the reflux of bladder urine into the ureters; this is termed 
vesicoureteral  reflux  (VUR).  Up  to  40%  of  young  children  with  UTI  have  this 
anomaly,  which  is  usually  a  congenital  defect.  VUR  can  also  be  acquired  in 
individuals  with  a  flaccid  bladder  resulting  from  spinal  cord  injury  and  with 
neurogenic bladder dysfunction secondary to diabetes. The effect of VUR is similar to 
that of an obstruction in that after voiding there is residual urine in the urinary tract, 
which  favors  bacterial  growth.  Furthermore,  VUR  affords  a  ready  mechanism  by 
which the infected bladder urine can be pushed up to the renal pelvis and further into 
the renal parenchyma through open ducts at the tips of the papillae (intrarenal reflux). 
 


background image

 

 

The vesicoureteral junction. In normal individuals (A), the intravesical portion of the ureter is oblique, such 
that  the  ureter  is  closed  by  muscle  contraction  during  micturition.  The  most  common  cause  of  reflux  is 
congenital complete or partial absence of the intravesical ureter (B). 
 
 

Gross features of acute pyelonephritis 

 One or both kidneys may be involved. The affected kidney may be normal in size or   

enlarged.  


background image

 Characteristically, discrete,  yellowish, raised abscesses are  grossly apparent on the 

renal  surface.  They  are  variably  scattered  and  may  coalesce  to  form  a  single  large 
abscess.  

 When obstruction is prominent, the pus may fill the renal pelvis, calyces, and ureter, 

producing pyonephrosis 


background image

 

 

Microscopic features 


background image

 The characteristic feature of acute pyelonephritis is suppurative inflammation within 

the renal parenchyma. Both the tubules & interstitium are involved.  

 Large  numbers  of  intratubular  neutrophils  frequently  extend  into  the  collecting 

ducts, giving rise to the characteristic white cell casts found in the urine.  

 Typically, the glomeruli are not affected.  

 

There is intense acute neutrophilic infiltration within tubules and the renal substance.  

 
 
Chronic Pyelonephritis (CPN) and Reflux Nephropathy 
For the pathological diagnosis of CPN two criteria must be met 
1. Grossly visible scarring deformity of the pelvicalyceal system 
2.  Microscopic predominance of interstitial inflammation & fibrosis  
CPN is an important cause of chronic renal failure. It can be divided into two forms:  
1.  Chronic  obstructive  pyelonephritis:  recurrent  infections  superimposed  on 
obstructive lesions lead to recurrent bouts of renal inflammation and scarring, which 
eventually  cause  chronic  pyelonephritis.  The  disease  can  be  bilateral,  as  with 
congenital  anomalies  of  the  urethra  (posterior  urethral  valves),  or  unilateral,  such  as 
occurs with calculi and unilateral obstructive lesions of the ureter. 
2.  Chronic  reflux-associated  pyelonephritis
  is  the  more  common  form  and  results 
from  superimposition  of  a  UTI  on  congenital  vesicoureteral  reflux  and  intrarenal 
reflux. Reflux may be unilateral or bilateral; thus, the resultant renal damage is either 
unilateral or bilateral. 
Gross features: 

 One  or  both  kidneys  may  be  involved,  either  diffusely  or  in  patches.  Even  when 

involvement  is  bilateral,  the  kidneys  are  not  equally  damaged  and  therefore  are  not 
equally contracted
This uneven involvement is useful in differentiating CPN from the 
more symmetrically contracted kidneys of benign nephrosclerosis and chronic GN.  

 The  hallmark  of  CPN  is  scarring  involving  the  pelvis  &/or  calyces  leading  to 

marked calyceal deformities  


background image

 

 

Typical  coarse  scars  of  chronic  pyelonephritis  associated  with  vesicoureteral  reflux.  The  scars  are  usually 
located at the upper or lower poles of the kidney and are associated with underlying blunted calyces.
 

 
Microscopic features: 

 These  are  largely  non-diagnostic  since  similar  alterations  may  be  seen  with  other 

tubulo-interstitial disorders such as analgesic nephropathy.  

 The parenchyma shows the following features: 


background image

-  Interstitial  fibrosis  with  infiltration  by  lymphocytes,  plasma  cells,  and  sometimes 
neutrophils 
-  Dilation  or  contraction  of  tubules,  with  atrophic  lining  epithelium.  Many  of  the 
dilated  tubules  contain  pink  to  blue  colloid-like  casts;  the  overall  appearance  is 
reminiscent of thyroid tissue, hence the descriptive term thyroidization. 

 Chronic  inflammation  with  fibrosis  involving  the  pelvi-calyceal  mucosa  and  wall. 

This 

is  an  important  feature  that  is  used  in  the  differentiation  from  other  conditions  that 
give otherwise similar parenchymal changes.
 

 Vascular  changes  of  benign  arteriolosclerosis  caused  by  the  frequently  associated 

hypertension.  

 Although glomeruli may be normal, some are sclerosed (glomerulosclerosis). Such 

changes represent maladaptive changes secondary to nephron loss.  
 
Absence of significant bacteriuria should not rule out CPN. If the disease is bilateral 
and  progressive,  tubular  dysfunction  occurs  with  loss  of  concentrating  ability, 
manifested by polyuria and nocturia. Some persons with CPN or reflux nephropathy 
ultimately develop glomerular lesions of global sclerosis and secondary FSGS. These 
are associated with proteinuria and eventually contribute to progressive chronic renal 
failure. 

 

There is a large collection of chronic inflammatory cells associated with fibrosis that involves the interstitum 
&  periglomerular  areas  (arrow).  This  biopsy  is  from  here  a  patient  with  a  history  of  multiple  recurrent 
urinary tract infections.
 

 
 
Drug-Induced Interstitial Nephritis (DIN) 
Drugs are important causes of renal injury. There are two forms of DITN: 
1.  Acute  DIN:  this  is  most  frequently  occurs  with  such  drugs  as  methicillin, 
ampicillin,  rifampin,  thiazide  diuretics,  NSAID,  phenindione,  and  cimetidine.  Most 
likely, the drugs act as haptens that bind to a cytoplasmic or extracellular component 


background image

of  the  secreting  tubular  cells  and  become  immunogenic.  It  is  important  to  recognize 
drug-induced renal damage, because withdrawal of the offending drug is followed by 
recovery. 
2. Analgesic Nephropathywith the intake of large quantities of analgesics, patients 
may develop chronic interstitial nephritis. Most people who develop this nephropathy 
consume mixtures containing some combination of aspirin, paracetamol, caffeine, and 
codeine  for  long  periods.  Papillary  necrosis  is  the  initial  event,  and  the  interstitial 
nephritis in the overlying renal parenchyma is a secondary phenomenon. Cessation of 
analgesic intake may stabilize or even improve renal function. 
Acute Tubular Necrosis (ATN)  
This  is  a clinicopathologic entity  characterized acute renal  failure due to  necrosis  of 
tubular epithelial cells. It is the most common cause of acute renal failure. ATN is a 
reversible renal lesion that arises in clinical settings that have in common a period of 
inadequate  blood  flow  to  the  peripheral  organs,  often  in  the  setting  of  marked 
hypotension and shock. The pattern of ATN associated with shock is called ischemic 
ATN
.
 Hemolytic crises including mismatched blood transfusions, and myoglobinuria, 
also produce a picture resembling ischemic ATN.  
A  second  pattern,  called  nephrotoxic  ATN,  is  caused  by  a  variety  of  poisons, 
including  heavy  metals  (e.g.,  mercury);  organic  solvents  (e.g.,  carbon  tetrachloride); 
and drugs such as gentamicin and other antibiotics, and radiographic contrast agents. 
Pathogenesis 
The decisive events in both ischemic and nephrotoxic ATN are believed to be  
1. Tubular injury and  
2. Severe disturbances in blood flow to tubular cells.  

 Tubular epithelial cells are sensitive to both anoxia & toxins.  

 Toxic  injury  eventuates  in  decreased  Na

+

  reabsorption  by  proximal  tubules  and 

hence  increased  sodium  delivery  to  distal  tubules.  The  latter,  through  a  tubulo-
glomerular feedback system, contributes to vasoconstriction and thus ischemia.  

 The debris resulting from shedding of tubular cells results can block urine outflow, 

and eventually increases intratubular pressure, thereby decreasing GFR.  

 Additionally,  fluid  from  the  damaged  tubules  could  leak  into  the  interstitium, 

resulting in increased interstitial pressure and collapse of the tubules.  

 Ischemic tubular cells also express chemokines, cytokines, and adhesion molecules 

that recruit and immobilize leukocytes that can participate in tissue injury. 

 Ischemic renal injury is also characterized by severe hemodynamic alterations that 

cause  reduced  GFR.  The  major  one  is  intrarenal  vasoconstriction,  which  results  in 
both reduced glomerular plasma flow and reduced oxygen delivery to the functionally 
important tubules in the outer medulla.  

 Vasoconstriction  is  mediated  by  sublethal  endothelial  injury,  leading  to  increased 

release  of  the  endothelial  vasoconstrictor  endothelin  and  decreased  production  of 
vasodilatory nitric oxide and prostaglandins. 
Pathological features 
 is characterized by  

 Necrosis  of  short  segments  mostly  of  the  proximal  tubule;  thus  necrosis  may  be 

missed in biopsy samples.  

 Frequently a variety of tubular injuries are noted in the epithelial cells of proximal 

convoluted  tubules  such  as  vacuolization  and  detachment  of  tubular  cells  into  the 
urine.  


background image

 Presence of proteinaceous casts in the distal tubules and collecting ducts along with 

hemoglobin and other plasma proteins.  

 When crush injuries have produced ATN, the casts are composed of myoglobin.  

 The interstitium usually shows generalized edema along with a mild inflammatory 

infiltrate consisting of polymorphonuclear leukocytes, lymphocytes, and plasma cells.  

 In the toxic form Necrosis is more diffuse. 

 Except  where  the  basement  membrane  is  destroyed,  regeneration  is  total  and 

complete. 

 

There  is  prominent  vacuolization  of  tubular  epithelial  cells.  Some  tubules  show  epithelial  sloughing  & 
regeneration (arrow).  

 

DISEASES OF RENAL BLOOD VESSELS 

Changes affecting renal blood vessels are both frequent & important for the following 
reasons 
1. The renal vasculature is secondarily involved in almost all diseases of the kidney.  
2. Various forms of systemic arteritis also involve renal vessels & such involvement is 
clinically important.  
3.  The  kidney  is  intimately  involved  in  the  pathogenesis  of  both  essential  and 
secondary hypertension. 
Benign Nephrosclerosis (BNS)  
Some  degree  of  BNS  is  present  in  many  of  those  older  than  60  years  of  age.  The 
frequency and severity  of the lesions  are increased at  any  age  when hypertension or 
diabetes mellitus are present. It is not clear whether BNS is the cause of hypertension 
or conversely, hypertension just accelerates an age-related vascular sclerosis.  
 

 

 

 

 

 

Malignant Nephrosclerosis 
Malignant  hypertension  occurs  in  only  about  5%  of  hypertensive  patients.  It  may 
occur de novo, or suddenly complicates mild hypertension.  
Pathogenesis  
The following sequence of events is suggested.  
1.  Initially,  there  is  renal  arteriolar  vascular  damage,  mostly  from  long-standing 
benign  hypertension.  The  result  is  increased  permeability  of  the  small  vessels  to 
fibrinogen and other plasma proteins, endothelial cell injury, and platelet deposition.  
2. This  leads  to  occurrence of fibrinoid necrosis of arterioles and small arteries with 
thrombosis. 


background image

3. Platelet-derived and other growth factors cause intimal smooth muscle hyperplasia 
that  results  in  hyperplastic  arteriolosclerosis  (typical  of  malignant  hypertension) 
associated  with  further  narrowing  of  the  vascular  lumina.  The  kidneys  become 
markedly ischemic.
  
4.  With  severe  involvement  of  the  renal  afferent  arterioles,  the  renin-angiotensin 
system
 is stimulated. A self-perpetuating cycle is thus created in which angiotensin II 
causes  intrarenal  vasoconstriction,  and  the  resultant  renal  ischemia  stimulates  renin 
secretion. 
5.  Aldosterone  levels  are  elevated;  the  salt  retention  contributes  to  the  elevation  of 
blood pressure.  
The  consequences  of  the  markedly  elevated  blood  pressure  on  the  blood  vessels 
throughout the body are known as malignant arteriolosclerosis, and the renal disorder 
is referred to as malignant nephrosclerosis.  
 
 
 




رفعت المحاضرة من قبل: Abdalmalik Abdullateef
المشاهدات: لقد قام 10 أعضاء و 184 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