background image

1

 

 

Pathology of the urinary system 

The pathology of the kidney 

Introduction:

 

Disease of the kidney are divided into four categories depending on which component of the 
kidney is primarily affected; these are 

a.  Glomerular 
b.  Tubular 
c.  Interstitial 
d.  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  disease  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 form of chronic renal disease tend ultimately to damage all four components of 
the kidney thus eventuates in chronic renal failure (end stage kidney disease). 

 

Glomerular diseases

:-  

The  glomerulus  consist  of  an  anastomosing  network  of  capillaries  invested  by  two  layers  of 
epithelium; visceral and parietal . the visceral epithelium (podocytes) is an intrinsic part of the 
capillary  wall,  whereas  the  parietal  epithelium  lines  the  Bowmans  space  (urinary  space),  the 
cavity  in  which  plasma  ultrafiltrate  first  collects.  The  glomerular  capillary  wall  is  the  filtration 
unite and consists of the following structures:- 

1.  A thin layer of fenestrated endothelial cells (each hole is about 100 nm in diameter ). 
2.  Glomerular  basement  membrane  (GBM),  ultrastructurally  made  up  of  a  thick,  dense 

central layer (lamina densa), and thinner, lucent peripheral layers (lamina rara interna & 
externa) 

3.  The  visceral  epithelial  cells  (podocytes)  that  possess  foot  processes  adherent  to  the 

lamina rara externa of the basement membrane. Adjacent foot processes are separated 
by 25-  nm  wide  filtration  slits  bridged  by a  thin  slit  diaphragm  composed  in  largely  of 
nephrin. 


background image

2

 

 

4.  The entire glomerular tuft is supported by mesangial cells lying between the capillaries. 

Basement  membrane-  like  mechanical  matrix  forms  a  meshwork  through  which  the 
mesangial cells are scattered. 

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 cation than anions 

The  podocyte  is  decisive(important)  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 component.. 

 

 

The pathogenesis of the glomerular diseases:- 

Immune  mechanisms  (antibody  –  associated  &  cellular)  underlie  most  primary  and    many 
secondary glomerular diseases: 

Circulating immune complex- mediated nephritis (type III hypersensitivity reactions) 


background image

3

 

 

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: 

a.  Endogenous as in SLE or  
b.  Exogenous  as    in  bacterial  (streptococcal),  viral  (hepatitis  B),  parasitic  (plasmodium 

falciparum malaria), and spirocheatal ( Treponema Pallidum) infections. 

c.  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  the  leukocytes.  E.M 
reveals the immune complexes as electron dense granular deposits in the glomerulus. 

Mediators of immune injury:- 

A  major  pathway  of  antibody  initiated  injury  is  activation  of  the  complement  that  lead  to 
generation  of  chemotactic  agents  (mainlyC5a)  and  thus  recruitment  of  the  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  the  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 

 

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  antibodies.  It  results  from  the 
formation of autoantibodies directed against the GBM. Deposition of these antibodies creates 
linear  pattern
  of  staining  when  visualized  by  I.F.M  .  this  is  in  contrast  with  granular  pattern 
described  for  other  forms  of  immune  complex-mediated  nephritis.  Sometimes  the  anti-  GBM 
antibodies  cross  react  with  the  basement  membranes  of  the  lung  alveoli,  result  in  combined 
lung and kidney lesions (Goodpasture syndrome).  


background image

4

 

 

Planted  antigens  also  include  DNA  bacterial  products,  aggregated  IgG  which  deposit  in  the 
mesangium  because  of  their  size.  Most  of  these  planted  Ags  induce  a  granular  pattern  of 
immunoglobulin deposition as seen by I.F.M 

 

Cell mediated immune GN:-   

T cell- mediated injury may account for some cases of GN in which either there are no deposits 
of Ab or immune complexes or the deposits do not correlate with the severity of damage 

 

 

 

FIGURE  20-4   Antibody-mediated  glomerular  injury  can  result  either  from  the  deposition  of 
circulating  immune  complexes  (A)  or,  more  commonly,  from  in  situ  formation  of  complexes 
exemplified  by  anti-GBM  disease  (B)  or  Heymann  nephritis  (C).  D  and  E,  Two  patterns  of 
deposition  of  immune  complexes  as  seen  by  immunofluorescence  microscopy:  granular, 


background image

5

 

 

characteristic of circulating and in situ immune complex nephritis (D), and linear, characteristic 
of classic anti-GBM disease (E). 

The nephrotic syndrome

:-   

This refers to a clinical complex that is includes:- 

1.  Massive proteinuria ( daily protein loss of 3.5 gm or more in adults) 
2.  Hypoalbuminemia ( plasma albumin level less than 3 gm) 
3.  Generalized edema 
4.  Hyperlipidemia and lipiduria 

The initial event is the derangement of the capillary walls that leads to increased permeability 
of  plasma  protein  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  the  plasma  colloid  osmotic 
pressure as a result of hypoalbuminemia and retention of salt and water by the kidney.  

As the fluid escape from the vascular tree into the tissues, there is 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 
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 and 
thus  hyperlipidemia.  the  lipiduria  reflects  the  increased  permeability  of  the  GBM  to 
lipoproteins.  

The  relative  frequencies  of  the  several  causes  of  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 (DM, amyloidosis, SLE) 

The most primary glomerular lesions that lead to the nephrotic syndrome are: 

1.  Focal and segmental glomeruloscrelrosis (FSGS), which is more important in adult  
2.  Minimal changes disease (MCD), which is more important in children. 
3.  Membranous nephropathy 
4.  Membanoproliferative GN 

 

 

Minimal change disease (MCD) (lipoid nephrosis):- 

This is the most frequent cause of nephrotic syndrome in children mostly between ages 1 and 7 
years  (65%).  The  glomeruli  have  normal  appearance  under  L.M.  however  E.M.  shows  diffuse 


background image

6

 

 

effacement of 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. The renal function is preserved in most individual . the protein loss is confined to 
the  smaller  serum  proteins,  chiefly  albumin  (selective  proteinuria).  The  prognosis  in  children 
with  the  disorder  is  generally  good,  more  than  90%  of  cases  respond  to  a  short  course  of 
corticosteroid 

therapy. 

 


background image

7

 

 

 

Minimal  change  disease.  A,  Under  the  light  microscope  the  PAS-stained  glomerulus  appears  normal, 
with  a  delicate  basement  membrane.  B,  Schematic  diagram  illustrating  diffuse  effacement  of  foot 
processes of podocytes with no immune deposits. 

 

Focal and segmental glomerulosclerosis:-  

Is  characterized  histologically  by  sclerosis  (fibrosis)  affecting  some  but  not  all  the  glomeruli 
(focal)  and  involving  only  segments  of  each  glomerulus  (segmental).FSGS  is  either  primary  or 


background image

8

 

 

secondary.  The  former  is  the  common  cause  of  nephrotic  syndrome  in  adults  (30%)  and 
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 
4.  Mutation affecting cytoskeletal proteins of podocytes (e.g. nephrin) (inherited form). 

Unlike  MCD  there  is  higher  incidence  of  hematuria  and  hypertension;  the  proteinuria  is 
nonselective and the response to the corticosteroid therapy is poor. At least 50% of individuals 
with  FSGS  develop  end  stage  renal  failure  with  20  years  of  diagnosis.  The  pathogenesis  of 
primary FSGS is unknown. 

 As with MCD, permeability – increasing factors produced by lymphocytes have been proposed. 
The entrapment of plasma proteins and lipids occur in foci of injury where the sclerosis occur . 

 FSGS initially affects focally the juxtamedullary glomeruli. With progression eventually all level 
of the cortex are affected.  

The  affected  segment  of  the  glomerulus  shows  increased  mesangial  matrix  ,  obliterated 
capillary lumens and deposition of the hyaline masses . in time progression of the disease lead 
to  global  sclerosis  of  the  glomeruli  with  secondary  tubular  atrophy  and  interstitial  fibrosis.  
About 50% of individuals suffer renal failure after 10 years. 

 

 

Membranous nephropathy (membranous glomerulonephritis, MGN):- 

This slowly progressive disease most commonly in adults 30  -50 years of age the disease is of 
idiopathic  (primary  in  about  85%)  of  cases.  In  the  remainder  it  may  be  secondary  to  other 
disorders, including :- 


background image

9

 

 

1.  Infections(chronic hepatitis B, syphilis, malaria, schistosomiasis) 
2.  Malignancy especially lung , colonic carcinoma and melanoma 
3.  Autoimmune disease e.g. SLE  
4.  Exposure to inorganic salts (gold, mercury) 
5.  Drugs (penicillamin, captopril, NSAID) 

MGN is a chronic immune complex nephritis, most idiopathic form are considered autoimmune 
diseases caused by antibodies to renal GBM autoantigen. There seem to be a direct action of 
the  C5b-C9  (the  membrane  attack  complex)  on  the  podocytes  and  mesangial  cells,  inducing 
them to liberates protease and oxidants that can cause the damage .  

The basic changecs microscopically is the diffuse thickening of the GBM. By E.M. this thickening 
is  caused  by  subepithelial  deposits  that  are  separated  from  each  other  by  small  spike  like 
protrusions of GBM matrix (spike and dome pattern ); these can be highlighted by silver stains. 
With progression these spikes close over the deposits, to incorporate them into the GMB. 

 Podocytes  show  effacement  of  foot  processes.  Eventually  the  glomeruli  become  gradually 
sclerosed.  

IFM  shows  typical  graunular  depositis  of  immunoglobulin  and  complement    along  the  GBM 
nonselective,  involving  globulins  and  albumin  molecule  .  overall  only  40%  suffer  progressive 
disease terminating in renal failure after 2- 20 years. 

 


background image

10

 

 

 

 

Membranoproliferative glomerulonephritis:- 

This  is  manifested  histologically  not  only  by  GBM  thickening  but  also  by  proliferation  of  the 
glomerular cells. 

 It account for up to 10% of cases of primary nephrotic syndrome in children and adults . 

 some  individual  present  only  with  hematuria  or  subnephrotic  proteinuria;  other  have 
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  immunocomplexes.  But  the 
inciting  antigen  is  not  known  (primary);  it  also  occur  as  a  secondary  form  in  association  of 
hepatitis B and C antigenemia ,SLE, and 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.  


background image

11

 

 

The GBM is thickened and the glomerular capillary wall often shows a double contour or ''tram 
track'' appearance especially evident in silver or periodic acid Schiff (PAS) stains. This is caused 
by ''splitting of the GBM '' due to inclusion(insertion) within it  of processes of mesangial and 
inflammatory cells . type I AND type II have different ultrastructural and I.F.M features.  

The  prognosis  of  MPGN    is  generally  poor  in  that  40  %  of  the  cases  progressed  to  end  stage 
renal failure. Type II MPGN  (also caused dense- deposit disease ) has a worse prognosis. 

 

 

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 nephritic syndrome have in common proliferation of the cells within the 
glomeruli, accompanied by leukocytic infiltration.  

This inflammatory reaction injures the capillary walls permitting escape of the red cell into the 
urine and induces hemodynamic changes that lead to reduction in the GFR .  

the reduced GFR is manifested clinically by oliguria, fluid retention, and azotemia. Hypertension 
is the result of both the fliud retention and excessive renin release.  

The acute nephritic syndrome may be secondary to systemic disorders such as SLE  or it may be 
the result of primary glomerular disease e.g. acute postinfectious GN. 


background image

12

 

 

 

Acute postinfectious (post streptococcal) GN :- 

This  is  typically  associated  with  streptococcal  infection,  but  other  infectious  agents  may  be 
responsible. The latter include certain pneumococcal and staphylococcal infections, as well as 
common viral diseases such as mumps, measles, chichenpox and hepatitis B and C .  

The  classic  case  of  PSGN  develops  in  children  1-4  weeks  after  recovery  from  nephritogenic 
''strain of β- hemolytic group A streptococcal infection usually of the pharynx or skin. 

 Immune complex deposition is involved in the pathogenesis.  

The  relavent  Ag  are  probably  streptococcal  proteins.  Serum  complement  level  are  low  and 
serum anti  streptolysin O antibodies titers are elevated.  

Characteristically  the  histology  shows  a  uniform increased  cellularity of  the  glomerular  tufts  . 
that  affect  nearly  all  glomeruli.  This  increases  cellularity  is  caused  both  by  proliferation  and 
swelling  of  both  endothelial  and  mesangial  cells  as  well  as  by  a  neutrophilic  and  monocytic 
infiltrate . 

 E.M show subepithelial humps. 

 IFM  display  these  immune  complexes  as  scattered  granular  deposits  of  IGg  and  complement 
within the capillary walls. 

 Recovery occur in most children . (conversely up to 50% of adult develop end stage renal failure 


background image

13

 

 

 

 

IgA nephropathy (Berger disease)

:- 

Usually affects children and young adults as episodes of gross hematuria occurring within 1 to 2 
days of nonspecific upper respiratory tract infections to last several days and then subsides only 
to recur every few months. 

 IgA nephropathy is the most common cause of recurrent microscopically and gross hematuria 
and is the most common glomerular disease revealed by renal biopsies worldwide .  

the pathogenic hallmark is the deposition of the IgA in the mesangium.  IgA may be viewed as a 
localized  renal  variant  of  Henoch  –  Schonlein  purpura,  which  is  also  characterized  by  IgA 
deposition  in  the  masangium  but  it  is  a  systemic  syndrome  characterized  by  purpuric  rash, 
abdominal pain and arithritis. Microscopically, the glomeruli may be normal or show one of the 
following: 

1.  Focal proliferative GN 


background image

14

 

 

2.  Diffuse mesangioproliferative GN 
3.  Crescentic GN (rare) 

The  characteristic  IFM  picture  is  of  mesangial  deposition  of  IgA.  Electron  microscopy  shows 
mesangial electron – dense deposits.  

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.  

The  deposition  of  IgA  and  IgA-  immune  complexes  in  the  mesangium  activate  the  alternative 
complement  pathway  and  initiate  glomerular  injury.  Slow  progression  to  chronic  renal  failure 
occurs in up to 50% of cases. 

 

Rapidly progressive (Crescent) glomerulonephritis (RPGN; Cr GN):- 

This  is  a  clinical  syndrome  associated,  irrespective  of  the  etiology,  with  glomerular  crescents; 
these are produce by proliferation of the parietal epithelial cells associated with infiltration by 
monocytes and macrophages. Cr GN is characterized clinically by:- 

1.  Rapidly progressive loss of renal function 
2.  Nephritic syndrome AND Severe oliguria (often) 
3.  Death from renal failure within weeks to months (if untreated) 

A  practical  classification  divide  Cr  GN  into  three  groups  on  the  basis  of  immunoglobuline 
findings.  In  each  group  the  disease  may  associated  with  a  known  disorder  or  it  may  be 
idiopathic. 

Type I (anti-GBM antibody): 

●  Idiopathic  
●  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  alveolar  capillary  basement  membranes  to  produce  the 
clinical  picture  of  pulmonary  hemorrhage  associated  with  renal  failure  (  Goodpasture 
syndrome).  In  idiopathic  cases  the  renal  involvement  occur  in  the  absence  of  pulmonary 
disease. Anti GBM antibodies are present in the serum and are helpful in diagnosis.  

IFM is characteristics with strong linear staining of deposited IgG and C3  along the GBM; these 
deposits are not visualized by E.M 

Type II (immune complex):- 

1.  Idiopathic  
2.  Postinfectious 
3.  SLE 
4.  Henoch –Schonlien purpura/ IgA nephropathy 


background image

15

 

 

In all of these cases, IFM shows the characteristic granular pattern of staining of the GBM and 
or mesangium for immunoglobulin and or complement.  

Type III (pauci-immune) ANCA associated:- 

●  Idiopathic 
●  Wegener granulomatosis 
●  Microscopic angitis 

This  group  is  defined  by  the  lack  morphologically  of  both  anti-GBM  antibodies  and  immune 
complexes  deposition.  Most  of  these  individuals  have  antinutrophil  cytoplasmic  antibodies 
(ANCA) in the serum.  

IF studies for immunoglobulin and complement are negative (cf of type I and II) and there are 
no ultrastructural deposits

The  onset  of  RPGN  is  much  like  that  of  the  nephritic  syndrome.  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 percentage of crescents. 

 

 

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, 30-50% 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. 


background image

16

 

 

 Classically the kidneys are symmetrically contracted with red brown surface.  

Microscopically  the  feature  common  to  all  cases  is  advanced  scaring  of  the  glomeruli
Sometimes to in the point of complete sclerosis.  

There  is  relentless progression to uremia  and death. The  rate  of the  progression  is  extremely 
variable.  Renal  dialysis  and  kidney  transplantation  alter  this  course  and  allow  long  term 
survival. 

 

 

 

 

Tubulointerstitial diseases:- 

Most form of tubular diseases  also  involve  the  interstitium  ,  so the  two  are  discuss together. 
Under this heading are two categories:- 

1.  Inflammatory  involvement  of  the  tubules  and  the  interstitium  (tubule-interstitial 

nephritis) 

2.  Ischemic or toxic tubular necrosis (ATN) leading to acute renal failure. 

Tubulointerstitial  nephritis  (TIN):-  is  a  group  of  inflammatory  disease  of  the  kidneys  primarily 
involve 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) 
2.  Nonbacterial TIN these include tubular injury resulting from drugs, metabolic disorders 

(hypokalemia), physical injury (irradiation), viral infection, immune reactions. 

 Pyelonephritis:- this divided into acute and chronic form. 


background image

17

 

 

Acute pyelonephritis:- is a common bacterial suppurative inflammation of the kidney and the 
renal  pelvis,  and  an  important  manifestation  of  the  UTI  .  the  great  majority  of  cases  of 
pyelonephritis  are  associated  with  lower  UTI  (cystitis,  prostitis,  urethritis).  Ecoli.  Is  by  far  the 
most common offender. Other important organisms are proteus , kelbsiela, enterobacter and 
pseudomonas. These are usually associated with recurrent infections, especially due to urinary 
tract manipulations or congenital or acquired anomalies 

Pathogenesis:- 

Bacteria  can  reach  the  kidneys  either  through  the  blood  stream  (hematogenous)(descending 
infection)  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  rout  by  which  bacteria 
reach the kidney. The evolution of acute pyelonephritis occur through the following steps: 

 

 

 

 

 

1.  Bacterial  adhesion  to  urethral  urothelium  is  influenced  by  genetically  determined 

propertitis of both urothelium and the offending bacterial facilitate 

2.  Gaining  access  to  the  bladder  is  by  growth  expansion  of  the  colonies  and  by  moving 

against the urine out flow, the latter is overcome by urethral instrumentation including 


background image

18

 

 

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)  The close proximity of the urethra to the enteric bacteria loaded rectum favoring 

colonization 

b)  The 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  the  UTI  .  obstruction  at  the  level  of  the  urinary 
bladder result in incomplete emptying and increase residual volume of the urine . in the 
presence of the stasis , bacteria introduce 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 ureter to infect the renal pelvis and paranchyma . 
thus UTI is also frequently in DM because of the increased the susceptibility  to infection 
and neurogenic bladder which in turn predisposes to urine stasis 

4.  Vesicoureteral  reflux  (VUR):-  incompetence  of  the  vesicouretral  orifice  is  required  to 

allow  bacterial  ascent  along  the  ureter  and  then  into  the  pelvis  .  the  normal  ureteral 
insertion into the bladder is a competent one way valve that prevent retrograde flow of 
urine  ,  especially  during  micturition,  when  the  intravesical  pressure  rises.  An 
incompetent vesicoureteral orifice allow the reflux of the bladder urine into the ureter. 
This  is  termed  vesicoureteral    reflux  (VUR).  This  condition  is  present  in  40%  of  young 
children  with  UTI  and  is  usually  a  congenital  defect.  VUR  can  also  be  acquired  in 
individual  with  flaccid  bladder  resulting  from  spinal  cord  injury  and  with  neurogenic 
bladder dysfunction secondary to DM.  

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 propelled up to the renal pelvis 
and  father  into  the  renal  parenchyma  through  open  ducts  at  the  tips  of  the  papillae 
(intrarenal reflux). 

 

Gross features of acute pyelonephritis:- 

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

enlarged. 

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

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


background image

19

 

 

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

producing pyonephrosis 

 

microscopic fearures:- 

●  The  characteristic  features  of  acute  pyelonephritis  is  suppurative  necrosis  with  renal 

parenchyma. Both the tubules and interstitium are infiltrated 

●  Large numbers of intratubular neutrophils frequently extending into the collecting ducts 

giving rise to the characteristic white cell cast found in the urine 

●  Typically, the glomeruli are not affected.  

 

Chronic pyelonephritis (CPN) and reflux nephropathy:- 


background image

20

 

 

For the pathological diagnosis of the CPN two criteria must be present  

1)  Grossly visible scaring deformity of the pelvicalyceal system  
2)  Microscopic predominance of interstitial inflammation and 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  scaring,  which  eventually 
cause chronic pyelonephritis. The disease can be bilateral as with congenital anomalies 
of  the  urethra  (posterior  urethral  valves),  or  unilateral  such  as  occur  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 vesicouretral 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 kidneys  

 
The hallmark of CPN is scaring involving the pelvis & or calyces leading to papillary blunting and 

marked calyceal deformities 

 

Microscopic features:- 


background image

21

 

 

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

tubulointerstitial disorders such as analgesic nephropathy. 

●  The parenchyma shows the following features. 

-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  give 
otherwise similar parenchymal changes. 

●  vascular changes of benign arterioseclerosis caused by the frequently associated HT. 

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 occur with loss of concentrating ability, manifested by 
polyuria and necturia. Some persons with CPN or reflux nephropathy ultimately develop 
glomerular  lesion  of  global  sclerosis  and  secondary  FSGN.  These  are  associated  with 
proteinuria and eventually contribute to progressive chronic renal failure. 

 


background image

22

 

 

 

Diseases of renal blood vessels :- 

Changes affecting blood vessels are both frequent and important for the following 
reasons:- 

1.  The  renal  vasculature  is  secondarily  involved  in  almost  diseases  of  the 

kidney 

2.  Various  form  of  systemic  arteritis  also  involved  blood  vessels  and  such 

involvement is secondarily important  

3.  The kidney is intimately involved in the pathogenesis of both essential and 

secondary HT 

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 lesion are increased at any age when HT &DM is present . 

 it is not clear whether BNS is a cause of HT or conversely, HT just accelerates an age related 
vascular seclerosis. 

 Howevere  many  renal  diseases  cause  HT  which  in  turn  associated  with  BNS  .  thus  this  renal 
lesion is often seen superimposed on other primary kidney diseases 

Gross features:- 

The kidneys are symmetrically shrunken with diffuse fine granularity of the surface 

Microscopic features :- 

●  The basic changes are hyaline thickening of the walls of the small arteries and arterioles 

(hyaline  arteriosclerosis).  This  appears  as  a  homogenous  pink  hyaline  thickening  that 
reduce the lumen 

●  The  narrowing  of  the  lumen  result  in  markedly  decreased  blood  flow  through  the 

affected vessels and thus producing ischemic atrophy of all structures of the kidney.  

●  In advance cases the glomeruli become globally seclerosed . diffuse tubular atrophy and 

interstitial fibrosis are often present. 

●  BNS  rarely  causes  severe  damage  to  the  kidney  .  however  all  person  with  this  lesion 

usually show some functional impairment 

 


background image

23

 

 

 

 

 

 

 


background image

24

 

 

 

Malignant nephroseclerosis:

Malignant    HT  occur  in  only  about  5%  of  hypertensive  pateints.  It  may  occur  de  novo  or 
suddenly complicates mild HT 

Pathogenesis 

The following sequence of event is suggested 

1.  Initially there is renal arteriolar vascular damage mostly from long standing benign HT. 

the result is increased permeability of the small vessels to fibrinogen and other plasma 
proteins, endothelial cell injury and platelets deposition 

2.  This  lead  to  occurrence  of  fibriniod  necrosis  of  the  arterioles  and  small  arteries  with 

thrombosis 

3.  Platelet derived and other growth factors cause intimal smooth muscle hyperplasia 
4.  With severe involvement of the renal afferent arterioles , the renine stem is cycle is thus 

created  in  which  angiotensin  II  causes  intrarenal  vasoconstriction  and  the  resultant 
renal ischemia  stimulates renini secretion. 

5.  Aldosterone  levels  are  elevated  the  salt  retention  contributes  to  the  elevation  of  the 

blood pressure 

The  consequences  of  markedly  elevated  blood  pressure  on  the  blood  vessels  throughout 
the  body  are  known  as  malignant  arteriosclerosis  and  the  renal  disorder  is  referred  to  as 
malignant nephroseclerosis

Gross feature

The kidney which may be normal in size or slightly shrunken display small pinpoint petechial 
hemorrahges on the cortical surface due to rupture of arterioles or glomerular capillaries. 
These give the kidney a pecular flea –bitten appareance 

Microscopic:- 

●  There  is  fibrinoid  necrosis  of  the  arterioles.  The  vessel  walls  show  homognous 

granular eosinophilic appareance. 

●  In the small arteries and large arterioles, proliferation of the intemal smooth muscle 

cells produce hyperplastic arterioloselerosis in which the intimal smoothe cells show 
concentric  arrangement  (onion  skin  appearance).  This  lesion  cause  marked 
narrowing of the arterioles and small arteries to the point of total obliteration 

●  Necrosis  may  also  involve  glomeruli,  with  microthrombi  within  the  glomeruli  and 

necrotic arterioles. 


background image

25

 

 

 

The  full-developed  syndrome  of  malignant  HT  is  characterized  by  diastolic  pressures  greater 
than 120 mmHg, papilledema, encephalopathy cardiovascular abnormalities and renal failure at 
the  onset  of  rapidly  rising  blood  pressure  there  is  marked  proteinutia  and  microscopic  or 
sometimes  macroscopic  hematuria  followed  soon  by  renal  failure.  The  syndrome  is  a  true 
medical  emergency.  About  50%of  patients  survive  at  least    5  years.  Ninety  percent  of  deaths 
are caused by uremia and the other 10% by cerebral hemorrhage or cardiac failure  

 

Urinary Tract Obstruction "Obstructive Uropathy"  

Causes  

✓ Congenital abnormalities or anomalies:  

 

 

 

 

-pelvic Junction Obstruction  

-ureteral reflux  

✓ urinary stone  
✓ Benign prostatic hypertrophy  
✓  Tumors  (Ca.  prostate,  bladder,  cervix,  ureter,  Renal  pelvis, 
retroperitoneum).  
✓  Inflammation:  prostatitis,  ureteritis,  urethritis,  retroperitoneal  fibrosis, 
endometriosis.  
✓ Sloughed necrotic papillae, blood clots.  
✓ Pregnancy, uterine prolapsed.  


background image

26

 

 

✓ Neurogenic bladder (spinal cord damage).  

 

Obstruction either  
sudden or insidious onset  
complete or intermittent & partial  
Unilateral or Bilateral  
Obstruction increases the susceptibility to infection UTI and stone formation, 
if not relieved → permanent renal atrophy.  
 
Complication  
1. Infection.  
2. Stone formation.  
3. Hydronephrosis.  
 
Effects of urinary obstruction  
Hydronephrosis  

☒ Dilatation of the  renal pelvis and calyces with progressive atrophy  of the 
kidney due to chronic incomplete (Partial) obstruction to urine outflow.  
☒ With more progressive dilatation → more atrophy of renal parenchyma and 
kidney become as cystic structure  

 


background image

27

 

 

 
 
 
☒ Effects:  
1. infection  
2. stone formation  
3. Renal Failure (Bilateral) 

 

 

 

 
Renal Stones (calculi, Urolithiasis)  

❖ Can occur at any level of urinary tract, but mainly occur in the kidney.  
❖ Male > Female.  
❖ Types: according to the constituents of stones, can be classified into:  
1. Calcium stones. 80%  
2. Triple phosphate stone. 10 – 15%  
3. Uric acid stone. 6%  
4. Cystine stone. 1 – 2%  
Calcium stones  

✓ Composed of  

 


background image

28

 

 

 

 

 
Hypercalciuria, hypercalcemia & Hyperoxaluria  

✓ The stone are radio opaque.  
✓ Formed in acidic urine  
 
Triple phosphate (Struvite) stone  
Composed of magnesium, ammonium & phosphate.  
Formed in alkaline urine by urea splitting bacteria  
stag-horn stones (infection)  
Radio opaque.  
 
Uric acid stone  

☒ Common in pt. with hyperuricemia, such as gout-  
☒ Radiolucent.  
☒ Formed in acidic urine  
 
Cystine stones  
occur  due  to  genetically  defect  in  the  renal  transport  of  amino  acid  like 
cystine.  
Predisposing factors  
1. Decreased urine volume (dehydration).  
2. Increased of stone constituents  
3. Obstruction + Stasis of urine,  
 
e,g, Prolong immobilization.  
4. Infections.  
5. change in urine PH.  
6. Diet. Vitamin A deficiency.  
7. Idiopathic  
8. Lack of inhibiter of crystal 

formation & urinary mucoprotein 

 

 

Effects and complications  

1. Passage of small stone → down the ureter to bladder → severe renal colic 
with  injury  to  ureter  →  hematuria  &  /or  inflammation  →  stricture  with 
subsequent impaction.  
2.  Passage  of  large  stone  →  impaction  at  upper  or  lower  end  of  ureter  or 
pelvic brim → stasis causing hydroureter, hydronephrosis & infection + stasis 
with further stone formation – stag horn stones  


background image

29

 

 

3. Pelvic suppuration and ulceration.  
4.  Squamous  metaplasia  of  pelvis  Transitional  epith.  with  risk  of 
development of Sq. cell Ca.  
 
Urinary bladder stones  

❖ Either single or multiple  
❖ most cases arise  in renal pelvis and  pass down to bladder where grow to 
larger size sometime very large size  
❖  it  cause  cystitis,  hematuria,  obstruction,  ulceration  of  mucosa,  Squamous 
metaplasia & risk of Sq. cell . Ca.  
 
Tumors of the Kidneys  

Benign Tumors  

Adenoma  

✓ Small yellowish cortical tumor  
✓ less than 5 mm Ø.  
 
Angiomyolipomas  
Hamartoma  composed  of  mixture  of  blood  vessels,  smooth  muscle,  and  fat, 
common in patient with Tuberous sclerosis.  
Oncocytoma  
Epithelial tumour composed (oncocytic cells), may reach large size 12 cm Ø.  
Renal hemangioma  
Hematuria.  

 

Renal fibroma  

☒ Small round whitish nodule of fibrous tissue  
☒ Seen in medulla  

 

                           

Malignant Tumors  

Renal cell carcinoma, Hypernephroma , Adenocarcinoma  
 
Clear cell carcinoma
 
The commonest primary malignant renal tumor in adult  
❖ 90% of all renal cancers (tubular epithelial cell)  
❖ 1-3% of visceral cancers.  
❖ Most common in 50-70 years of age  
❖ Male predominance  
❖ Most cases sporadic, very few familial cases.  


background image

30

 

 

❖ 40% of patient with von- Hippel-lindaue disease (retinal hemangioma with 
cerebellar hemangioblastoma) develop RCC, usually bilateral (AD disease)  

 

Grossly:  rounded  mass  3-15  cm  or  more,  partially  encapsulated,  yellowish-
orange in color, with areas of hemorrhage, necrosis and cyst formation.  

 

 
❖ Histology: tumor composed of large clear cells (Clear Cell Carcinoma) rich 
in glycogen and lipid, arranged in solid masses, tubules, acini, and papillae, 
some tumor composed of granular cells  


background image

31

 

 

 

 
clinically 
   Hematuria  

 

 

(PTH),  Polycythemia  (erythropoietin),  H.T  (renin),  Cushing  syndrome 
(glucocorticoid), Amyloidosis.Secondaries (pathological fracture) Bone 
 
Prognosis 
depend on Tumour size, Grade and Stage (extent of spread).  

 

-renal fat, adrenal glands and others.  

lymph nodes by lymphatic. 

 

- year survival is 45%, and up to 70% in absence of metastasize.  

 
 
Wilm's Tumour (Nephroblastoma)  

✓ commonest malignant renal tumour in infant and childhood  
✓ 25% of all cancer in children  
✓ Most occurs between 2-5 years  
✓ Usually unilateral as palpable Abdominal Mass  
✓ Most cases are sporadic  


background image

32

 

 

✓  few  cases  5-10%  familial  associated  with  other  developmental 
malformation syndrome have deletion in chromosome 11p  
✓ (aniridia, genitourinary anomalies, mental retardation), hemihypertrophy. 
& It is embryonic tumor derived from renal blastema  
✓ Gross: large soft well – circumscribed whitish renal mass rapidly invades 
blood vessels and give pulmonary metastasis. 

 
 

Triphasic histological features  

1.  Blastema cells – small round cells.  

2. Epithelial cells – forming primitive tubules and primitive glomeruli.  
3. Stromal spindle cells 
 

 

 
 Prognosis 
improved recently by combination of  

 

-95% - survival or cure.  

 

 
Transitional cell carcinoma of Renal Pelvis  

✓ 5-10% of renal tumour  
✓ Early diagnosed because of obstruction, hematuria, or renal colics 

✓  Similar to urothelial tumour of bladder, most are papillary 


background image

33

 

 

 
Prognosis 

●  Good for papillary superficial-low grade tumor  
●  70% -- 5 yrs survival  
●  Poor for Invasive (infiltrating )--high grade tumour  
●  10% --5 yrs survival  

✓ Secondary tumor  
are not uncommon in kidney 
 
 
 
Diseases of the urinary Tract  
1. Obstruction  
2. Infections  
3. Stone formation  
4. Tumors  
 

                                       
 
Ureter 

Obstructive lesions most important causing hydroureter and hydronephrosis  
Intrinsic Factors  
Stone < 5mm Ø causing renal colic, larger not enter  
Stricture either congenital or acquired (inflammation)  
Tumour – TCC  
Blood clots: massive hematuria from stone, tumours, papillary necrosis.  
Neurogenic bladder  
 
Extrinsic Factors  
Periureteral  inflammation:  e.g.:  salpingitis,  peritonitis,  diverticulitis, 
retroperitoneal fibrosis & endometriosis.  
Tumour:  e.g.  rectum,  bladder,  prostate,  ovaries,  uterus,  cervix,  lymphoma, 
sarcoma  
ureteral obstruction is one cause of death in cervical carcinoma.  
 

 
 
Urinary bladder 

Congenital anomalies  
Diverticula  


background image

34

 

 

☒  Congenital  defect  or  more  commonly  acquired  from  persistent  urethral 
obstruction  
☒  Predispose  to  infection,  stone  formation,  vesicoureteral  reflux  &  rarely 
carcinoma. 
 
 

Bladder Extrophy  

❖ Incomplete closure of anterior abdominal & bladder walls, as exposed sac  
❖ Predispose to infection and adenocarcinoma  
 
Inflammation  
Acute and Chronic Cystitis  

✓ Very common, causing frequency, dysuria, lower abdominal pain & fever  
✓ chronic cystitis is the result of repeated attacks of acute cystitis-  
✓ common in female especially during pregnancy.-  
✓  common  in  elderly  male  it  associated  with  obstruction  of  the  urethra 
caused by BPH or urethral stricture. 
Causative agents: 

●  Bacteria e.g. E- coli, proteus, klebsiella 
●  viruses e.g. cytomegalovirus, adenovirus 
●  Fungi  e.g.  Candida  (in  immunosuppressed  patients,  “AIDS,  cancer 

patient,  DM,  and  receiving  long-term  Antibiotic”)  Chlamydia  & 
Mycoplasma.  

 
Tuberculous cystitis  
Occurs secondary to TB of kidney & epididymis.  
Radiation cystitis  
hemorrhagic cystitis due to chemotherapy such as cyclophosphamide.  
Bilhariziasis is common in Egypt, produce chronic granulomatous cystitis & 
predispose to carcinoma.  
 
Special forms of cystitis  
Interstitial cystitis (Hunner ulcer)  

☒ Chronic cystitis of unknown etiology  
☒ Commonly seen women  
☒ Associated with severe pain not respond to treatment. 
 
 

Malakoplakia: (soft Yellowish plaques)  

☒ Chronic bacterial cystitis (E. coli & Proteus)  
☒ characterized by soft- yellowish plaques covering bladder mucosa  
☒ It may occurs in other organs such as colon, lung, bones, kidney & prostate.  


background image

35

 

 

 
Metaplasia  
Two types occur in bladder mucosa  
1. Glandular (intestinal) metaplasia  
Occurs  in  chronic  inflammation,  characterized  by  formation  of  cystic  glands 
lined by columnar cells called cystitis cystica and cystitis  glandularis, when 
extensive, carry risk of adenocarcinoma. 
  
2. Squamous metaplasia  
Result from chronic inflammation, stone, bilhariziasis, extrophy  
predisposes to Squamous cell Carcinoma of the bladder.  
 
Bladder Tumors 
 
most  bladder  tumours  95%  arise  from  transitional  epithelium  (Urothelium) 
“Transitional cell tumors“  
Are very common.  
 
Benign Tumours  
Papilloma  

❖ is very rare, composed of finger - like papillae  
❖ May recur, local excision  
❖  some  regard  all  transitional  cell  tumors  are  malignant,  no  papilloma  = 
grade- I TCC  
❖ But other are not believed this.  
 
Inverted papilloma  
Downward growth of papillae with smooth surface, from benign nodule. 
 
Bladder Carcinomas  

✓ Are common.  

✓ 5% squamous cell carcinoma  

✓ 1-2% adeno carcinoma  

✓ 3-4% mixed carcinoma.  

✓ 90% are transitional cell carcinoma  

✓ Predisposing factors  
1. Smoking.  
2. Infection: Bilharziasis.  
3. Analgesic abuse.  
4. Chemotherapy  
5. Chemical substances: Naphthylamine.  
 


background image

36

 

 

Transitional cell carcinoma TCC  
Commonest Ca. of bladder  
Trigone common site  
Also occurs in ureter and renal pelvis.  
More in male, M/F: 3:1  
Between 50-80 years.  
 
Grading of TCC is important for prognosis  
Low-Grade Papillary TTC (I – II)  

☒ Papillary, Well-Differentiated Tumor  
☒ Usually Superficial- Non Invasive Tumor.  
☒ Good prognosis  
☒ Local Recurrence is common.  
 
High-grade TTC (III-IV)  

❖ Most aggressive Sessile (Non-Papillary) Tumors  
❖ Less-Differentiated Tumors  
❖  Invasion  of  muscle  layers  and  lymphatic  in  the  bladder  wall  are 
widespread and extensive  
❖ Very poor prognosis  
❖ Clinically – Painless hematuria  
 
Frequency and Dysuria  

❖ Prognosis depend on  

 

 

❖ 5-Yr survival is 95% for Low- Grade, 35% for High- Grade  

 
Four morphologic patterns of bladder tumor
 
 


background image

37

 

 

 

 
Squamous cell carcinoma  

✓  Arise  in  areas  of  squamous  metaplasia  due  to  chronic  inflammation  and 
irritation as in stone and Billariziasis  
✓ Usually poorly – differentiated  
✓ Prognosis is very poor, Regardless of the tumour grade.  
✓ Death occurs in the first year of the diagnosis.  
 
Adenocarcinoma  
Uncommon 1-2 % of all cancer  
Arise in the background of  

✓  chronic  inflammation  with  cystitis  cystica  and  cystitis  –  glandularis 
(glandular metaplasia)  
✓ Bladder Extrophy  
✓ Urachal remnant at the dome.  
 

 
 




رفعت المحاضرة من قبل: Mubark Wilkins
المشاهدات: لقد قام 7 أعضاء و 120 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