TOPICS Principle of Inflammation Inflammation – Inflammatory cells – Acute inflammation and Repair – Chronic inflammation Tissue repair Natapol Supanatsetakul MD, PhD. Department of Pathology Faculty of Medicine, Naresuan University 13 มกราคม 2557 INFLAMMATION 5 Cardinal signs of Inflammation ปวด Pain (dolor) Complex reactions in response to injurious agents that affect the body, บวม Swelling (tumor) fundamentally a protective response แดง Redness (rubor) Inflammation consists of รอน Heat (calor) 1. Vascular response Loss of function 2. Cellular response สูญเสียหนาที่การทํางาน (Migration and activation of leukocytes) (functio laesa) 3. Systemic response Suffix –itis : Appendicitis, Myocarditis Otitis, Neuritis, etc. 1 Vascular and cellular reactions are mediated Inflammatory Cells by chemical factors, derived from plasma proteins or cells (Cytokines) and are Neutrophil produced in response to or activated by the Macrophage stimuli Lymphocyte Plasma cells Inflammation is divided into – Acute inflammation – Chronic inflammation Neutrophils เปนเซลลอักเสบ (inflammatory cells) ที่พบเปนสวนมากในการอักเสบ แบบเฉียบพลัน (Acute inflammation) โดยเฉพาะในชวง 6 -24 ชั่วโมง แรก จะมีการกระตุน และเพิ่มจํานวน มาในบริเวณที่เนื้อเยื่อเกิดการ บาดเจ็บ หรือการติดเชื้อ เปนเซลลเม็ดเลือดขาว (Leukocytes) ชนิดที่มีแกรนูลจําเพาะ (specific granules) มีขนาดเสนผานศูนยกลางประมาณ 10-15 μm หรือขนาดประมาณ 2 เทาของเม็ดเลือดแดง นิวเคลียสมีประมาณ 2-5 Neutrophil lobes โครมาตินติดสีเขมทึบ specific granule มีขนาดเล็ก ละเอียด ติด สีชมพูอมมวง เรียกวา Neutophilic granules http://www.chronicprostatitis.com/images/neutrophil.jpg http://faculty.une.edu/com/abell/histo/neutrophil.jpg 2 Neutrophils in Tissue Macrophages Macrophages (หรือเซลลที่เรียกวา monocytes ในขณะที่อยูในกระแสเลือด) เปนเซลลอักเสบ (inflammatory cells) ที่พบมากในการอักเสบแบบเรื้อรัง (chronic inflammation) โดยจะเริ่มเขามามีบทบาทในเนื้อเยื่อใน 24-48 ชั่วโมง ภายหลังจากการบาดเจ็บ ในเนื้อเยื่อ จะเห็น macrophages เปนเซลลขนาดใหญ มีนิวเคลียสเดี่ยว ภายใน cytoplasm จะประกอบดวยเศษซากเซลลที่ macrophages เก็บกินดวยวิธี phagocytosis Macrophages มีชื่อเรียกแตกตางกันตามชนิดของเนื้อเยื่อที่พบ เชน Kupffer cells ในเนื้อเยื่อตับ, alveolar macrophages ในเนื้อเยื่อปอด, microglial cells ในเนื้อเยื่อระบบประสาทสวนกลาง Macrophages Lymphocytes เปนเซลลอักเสบที่มีบทบาทในการอักเสบชนิดเรื้อรัง (chronic inflammation) และในระบบภูมิคุมกัน (immune system) โดยจะมีการ สงสัญญาณกระตุนซึ่งกันและกัน ระหวาง lymphocytes และ macrophages Small lymphocytes จะมีขนาดใหญกวาเม็ดเลือดแดงเล็กนอย นิวเคลียสมีขนาดใหญเกือบเต็มเซลล โครมาตินหยาบ ติดสีเขม และ เรียงตัวชิดติดกันแนน เซลลมี cytoplasm สีฟาออนใส ปริมาณนอยจน Monocyte in บางครั้งแทบมองไมเห็น cytoplasm ได blood smear 3 Lymphocytes Plasma cells เปนเซลลที่พัฒนาจาก activated B lymphocytes ใหสามารถสราง และ หลั่ง antibody ออกมาจับกับ antigen ในเนื้อเยื่อที่เกิดกระบวนการ อักเสบ โดยเฉพาะในกระบวนการอักเสบแบบเรื้อรัง Plasma cells เปนเซลลที่มีขนาดประมาณ 2-3 เทาของเม็ดเลือดแดง นิวเคลียสรูปกลม หรือรูปไข คอนไปขางใดขางหนึ่งของเซลล (Eccentric nucleus) โครมาตินหยาบเปนปน พบลักษณะนิวเคลียสคลายซี่ลอเกวียน (cartwheel nucleus) cytoplasm มีปริมาณมาก ติดสีฟา และเห็น ชองวางขาวติดกับนิวเคลียส (perinuclear halo) Plasma cells ACUTE INFLAMMATION Rapid response to an injurious agent that serves to deliver mediators of host defense (leukocytes and plasma proteins) to the site of injury 4 Three majors components: Stimuli for Acute inflammation 1. Alterations on vascular caliber that lead Infections and microbial toxins to an increase in blood flow Trauma 2. Increase vascular permeability due to Physical and chemical agents vascular structural change that permits Tissue necrosis fluid, plasma protein (fibrin, complement) and leukocytes to leave the circulation Foreign bodies Immune reactions 3. Emigration of the leukocytes from the microcirculation to the stimulated site Vascular Changes Changes in vascular flow and caliber – Brief vasoconstriction and Vasodilation – Earliest manifestation of acute inflammation – Stasis Æ increased blood viscosity – Quickly followed by increased vascular permeability Increased vascular permeability – Hallmark of acute inflammation – Protein and fluid leakage from the vascular lumen to the interstitial space 5 Extravascular fluid Exudate : high protein concentration, turbid Transudate : low protein concentration, clear Pus or purulent exudate (หนอง) : leukocytes-rich exudate with cellular debris Cellular Events Migration of neutrophils to the site of injury : Margination Rolling Adhesion Transmigration (diapedesis) Migration Æ chemotaxis 6 CHEMICAL MEDIATORS OF Chemical mediators INFLAMMATION Vasoactive amines: Histamine Mediators originate either from plasma or from cells Plasma proteins: complement system, The production is triggers by microbial products or by host proteins, or by other chemical mediators kinin system, clotting and fibrinolytic system Mediators perform activity by binding their specific Arachidonic acid metabolites: prostaglandins, receptors (specificity) leukotrienes, thromboxanes One mediator can stimulate the release of other mediators (cascade) Cytokines and chemokines: Interleukin-1(IL-1), Mediators have different effects on different cell Tumor necrotic factor (TNF) types Nitric oxide (NO) Most mediators are short-lived Effects of Chemical mediators Pain: Prostaglandin, bradykinin Increased vascular permeability, edema Vasodilation: histamine, NO Fever, acute phase symptoms: IL-1, TNF Tissue damage Chemotaxis, leukocyte recruitment and activation 7 OUTCOME OF ACUTE INFLAMMATION การหายเปนปกติ (Complete resolution) การซอมแซม (Healing by connective tissue replacement, Fibrosis หรือ scar) การอักเสบแบบเรื้อรัง (Chronic inflammation) MORPHOLOGIC PATTERN OF ACUTE INFLAMMATION Suppurative or purulent inflammation Serous inflammation – Inflammation with pus or purulent exudate – Burn formation – Inflammation in the body cavity – Acute appendicitis – Acute meningitis Fibrinous inflammation – Abscess : localized collections of purulent – Severe injury, results in greater vascular inflammatory tissue permeability – Fibrinopurulent inflammation – Leakage of fibrinogen (plasma protein) 8 Skin Abscess Abscess (ฝ) Focal collection of pus (consisting of neutrophils, necrotic cells, and edema fluid) Abscess has a central, largely necrotic region rimmed by a layer of preserved neutrophils, and completely walled off by connective tissue Lung abscess http://missinglink.ucsf.edu/lm/DermatologyGlossary/img/ Dermatology%20Glossary/Glossary%20Clinical%20Images/Abscess.jpg http://www.microscopyu.com/galleries/pathology/index.html Liquefactive necrosis : Lung abscess Ulcers (acute or chronic) – Local defect or excavation of the surface of an organ or tissue – Epithelial layer (mucosa) is lost – Most common encounter in GI mucosa : oral ulcer, peptic ulcer Subcutaneous tissue : skin ulcer เนื้อเยื่อปอดที่ตายจะมีการยอยสลายโดยเอนไซม hydrolase จากเซลล อักเสบ ทําใหเนื้อเยื่อเละ ไมเหลือเคาโครงเดิม 9 CHRONIC INFLAMMATION Inflammation of prolonged duration (weeks or months) in which active inflammation, tissue destruction, and attempts at repair are proceeding simultaneously. https://www.bcbsri.com/BCBSRIWeb/images/image_popup/r7_ulcers.jpg Cause of chronic inflammation Morphologic features Infiltration with mononuclear cells, including Persistent infection macrophages, lymphocytes and plasma cells (Acute inflammation = Neutrophils) Prolonged exposure to potentially toxic agents, either exogenous or endogenous Tissue destruction Autoimmunity Healing by connective tissue replacement of damaged tissue (fibrosis, scar) 10 https://www.med.illinois.edu/m34/clerkships/surgery/student/other/path/slides/Cholelithiasis%20&%20Chronic%20Cholecystitis.jpg Chronic cholecystitis Granuloma with gall stones Granulomatous inflammation A distinctive pattern of chronic inflammation Characterized by +/- central caseous necrosis, activated epithelioid macrophage (histiocyte), multinucleated giant cells, and peripheral lymphocytes Mycobacterium tuberculosis infection, leprosy, Syphilis, Sarcoidosis Chronic hepatitis with progressive to cirrhosis http://www.pathology.vcu.edu/education/gi/MacronodularCirrhosisHepatitisC.jpg TB Granuloma http://www.pathologyatlas.ro/tuberculous-lymphadenitis-granuloma.php http://www.pathologyatlas.ro/tuberculous-lymphadenitis-granuloma.php 11 Granulomatous inflammation TOPICS Epithelioid histiocytes Inflammation Caseous – Acute inflammation necrosis – Chronic inflammation Tissue repair lymphocytes TISSUE-PROLIFERATIVE ACTIVITY REPAIR Labile tissue (continuous dividing tissue) To restore the normal structure, functions – Epithelium (Epidermis, GI tract epithelium) and survival of the organism – Hematopoietic cells in bone marrow Stable tissue (quiescent tissue) –Liver Tissue-proliferative activity –Kidney – Mesenchymal tissue : fibroblasts, smooth muscle Permanent tissue (nondividing tissue) – Neuron and brain tissue – Cardiac and striated muscle 12 REPAIR Type of Repair Regeneration (การงอกใหม) Healing with scar formation (การซอมแซมเนื้อเยื่อและเกิดแผลเปน) Fibrosis (tissue scar) (การเกิดแผลเปนพังผืด) HEALING, SCAR FORMATION AND FIBROSIS Induction of an inflammatory processes Proliferation and migration of parenchymal and connective tissue cells Formation of new blood vessels (angiogenesis) and granulation tissue Hallmark of healing : proliferation of fibroblasts and endothelial cells to form granulation tissue 13 CUTANEOUS WOUND HEALING Inflammatory process Granulation tissue formation Re-epithelialization