background image

Resistance of  

the Body to Infection 

Leukocytes 

Granulocytes 

the Monocyte-macrophage System  

and Inflammation


background image

 

Our  bodies  are 

exposed 

continually  to  bacteria,  viruses,  fungi,  and  parasites,  all  of  which 

occur  normally  and  to  varying  degrees 

in  the 

skin,  mouth,  respiratory  passage  ways, 

intestinal tract, lining membranes of the eyes, and even the urinary tract.  

 

blood leukocytes (white blood cells) and tissue cells derived from leukocytes 

work 

together 

in two ways to prevent disease:  

 

(1) by actually 

destroying 

invading bacteria or viruses by 

phagocytosis

,

 

 

(2) by 

forming 

antibodies 

and 

sensitized 

lymphocytes, 

one or both of which may destroy or 

inactivate the invader.  

 

Leukocytes (White Blood Cells) 

 

 

They  are 

formed

 

partially  in  the 

bone

 

marrow 

(

granulocytes 

and 

monocytes 

and  a  few 

lymphocytes

) and partially in the 

lymph

 

tissue 

(

lymphocytes 

and 

plasma cells

).  

 

After formation, they are 

transported 

in the blood to different parts of the body where they 

are needed and to areas of serious infection and inflammation. 

 

General Characteristic of  leukosytes 

 

 

A- Types of White Blood Cells.  

   

Six 

types 

of white blood cells are normally present in the blood. They are 

polymorphonuclear 

neutrophils

,  polymorphonuclear 

eosinophils

,  polymorphonuclear 

basophils

monocytes

lymphocytes

and,  occasionally  ,

 

plasma

 

cells. 

In  addition,  there  are  large  numbers  of 

platelets

which are fragments of another type of cell similar to the white blood cells found in 

the bone  marrow,  the 

megakaryocyte. 

The  first three types  of  cells,  the  polymorphonuclear 

cells, all have a 

granular 

appearance, ―

polys

,‖ because of the multiple nuclei.  

   The 

granulocytes

 

and

 

monocytes 

protect  the  body  against  invading  organisms  mainly  by 

ingesting  them  by 

phagocytosis

The 

lymphocytes

 

and

 

plasma

 

cells 

function  mainly  in 

connection  with  the 

immune

 

system

;  Finally,  the  function  of 

platelets 

is  specifically  to 

activate the blood clotting mechanism. 

 

 

 


background image

 

B- Concentrations of the Different White Blood Cells in the Blood. 

The  adult  human  being 

has 

about 

4000-10000

 

white  blood  cells  per 

microliter 

of  blood  (in 

comparison with 5 million red blood cells). 

 

neutrophils   ~  60 % 

Lymphocytes    30 % 

eosinophils       3   % 

basophils          1   % 

Monocytes       6   % 

 

The  number  of  platelets,  which  are  only  cell  fragments,  in  each  microliter  of  blood  is 
normally about 

150,000-

 

400000

.

 

 

C- Genesis of the White Blood Cells 

Formation 

Aside from those cells committed to form red blood cells, two major lineages of 

white blood 

cells 

are formed, the 

myelocytic 

and the 

lymphocytic 

lineages.  

The 

myelocytic lineage, 

begins with the 

myeloblast

the 

lymphocytic lineage, 

begin with the 

lymphoblast

.

 

The  granulocytes  and  monocytes  are 

formed 

only  in  the 

bone

 

marrow

.  Lymphocytes  and 

plasma cells are produced mainly in the various 

lymphogenous 

tissues—especially the 

lymph 

glands, 

spleen,  thymus,

 

tonsils

,  and  various  pockets  of  lymphoid  tissue  elsewhere  in  the 

body, such as in the 

bone

 

marrow 

and in so-called 

Peyer’s 

patches underneath the epithelium 

in the gut wall. 

 

Storage 

The 

white

 

blood

 

cells 

formed in the bone marrow are 

stored 

within the marrow until they are 

needed in the circulatory system.  

The 

lymphocytes 

are  mostly 

stored 

in  the  various  lymphoid  tissues,  except  for  a  small 

number that are temporarily being transported in the blood.  

megakaryocytes 

fragment  in  the  bone  marrow;  the  small  fragments,  known  as 

platelets 

(or 

thrombocytes

), then pass into the blood.  

 


background image

 

D- Life Span of the White Blood Cells 

 

eThe 

life 

of the 

granulocytes

 after being released from the bone  marrow is normally 

4 to 8

 

hours 

circulating in the blood and another 

4 to 5 days 

in tissues where they are needed. 

The 

monocytes

 also have a short transit time, 

10 to 20 hours 

in the blood, before wandering 

through  the  capillary  membranes  into  the  tissues.  Once  in  the  tissues,  they  swell  to  much 
larger sizes to become

 tissue macrophages

and, in this form, can live for 

months

Lymphocytes

 enter the circulatory system continually. 

After

 

a

 

few 

hours, they pass out of the 

blood back into the tissues. The lymphocytes have life spans of 

weeks

 

or

 

months

The 

platelets

 in the blood are replaced about once very 

10

 

days

 

E- Neutrophils and Macrophages Defend Against Infections 

T

he 

neutrophils

 

are

 mature cells that can attack and 

destroy 

bacteria even in the circulating 

blood.  

Conversely, the 

tissue macrophages

 

begin 

life as blood monocytes, which are immature cells 

while still in the blood and have little ability to fight infectious agents at that time. However, 
once  they 

enter 

the  tissues,  they  begin  to 

swell—sometimes

  increasing  their  diameters  as 

much as fivefold.

 

 

 

F- White Blood Cells Enter the Tissue Spaces by Diapedesis 

Neutrophils  and  monocytes  can 

squeeze 

through  the  pores  of  the  blood  capillaries  by 

diapedesis. 

That is, even though a pore is much 

smaller 

than a cell, a small portion of the cell 

slides 

through the pore at a time. 

Both neutrophils and macrophages Move Through Tissue Spaces by Ameboid Motion.  

Some cells move at velocities as great as 40 mm/min. 

 

G- White Blood Cells Are Attracted to Inflamed Tissue Areas by Chemotaxis 

Many 

different 

chemical substances in the tissues 

cause 

both neutrophils and macrophages to 

move toward the source of the chemical. This phenomenon is known as 

chemotaxis

.  

 

They include: 

 

(1) Some of the bacterial or viral 

toxins

,  

 

(2) 

degenerative 

products of the inflamed tissues themselves,  

 

(3)  several  reaction  products  of  the  ―

complement 

complex‖    activated  in  inflamed  tissues, 

and 

 

(4) several reaction products caused by plasma 

clotting 

in the inflamed area,  

 

 

 


background image

 

Phagocytosis 

means cellular 

ingestion 

of the offending agent by neutrophils and macrophages. Phagocytes 

must be selective 

of the material that is phagocytized; otherwise, normal cells and structures 

of the body might be ingested. Whether 

phagocytosis

 will occur depends especially on three 

selective 

procedures

.  

First

, most 

natural 

structures in the tissues have 

smooth

 

surfaces

, which resist phagocytosis.  

 

Second

,  most  natural  substances  of  the  body  have 

protective

 

protein 

coats  that  repel  the 

phagocytes. 

 

Third

, the immune system of the body develops 

antibodies

 

against infectious agents such as 

bacteria.  The  antibodies  then 

adhere 

to  the  bacterial  membranes  and  thereby  make  the 

bacteria  especially  susceptible  to  phagocytosis.  To  do  this,  the  antibody  molecule 

also

 

combines 

with the 

C3

 product of the 

complement cascade, 

which is an additional part of the 

immune system. The C3 molecules, in turn, 

attach 

to receptors on the phagocyte membrane, 

thus initiating phagocytosis. This selection and phagocytosis process is called 

opsonization

 

Phagocytosis

 

by

 

Neutrophils

.

  the  neutrophil 

first

 

attaches 

itself  to  the  particle  and  then 

projects 

pseudopodia 

in all directions around the particle. The pseudopodia meet one another 

on  the  opposite  side  and  fuse.  This  creates  an 

enclosed  chamber 

that  contains  the 

phagocytized particle.  

Then the chamber 

invaginates 

to the inside of the cytoplasmic cavity and 

breaks 

away from 

the outer cell membrane to form a free-floating 

phagocytic 

vesicle

 

(also called a 

phagosome

inside the cytoplasm.  

 

Phagocytosis

 

by

 

Macrophages

When activated by the immune system they are much more 

powerful 

phagocytes than neutrophils,  

 

Once Phagocytized, Most Particles Are Digested by Intracellular Enzymes.  

 

lysosomes 

and other cytoplasmic granules in the neutrophil or macrophage come in 

contact 

with  the  phagocytic  vesicle,  and  their 

membranes

 

fuse

,

  thereby  dumping  many  digestive 

enzymes and bactericidal agents into the vesicle. Thus, the phagocytic vesicle now becomes 

digestive

 

vesicle

,  

The 

lysosomes

 

of

 

macrophages 

(but not of neutrophils) also contain large amounts of 

lipases

which digest the thick lipid membranes possessed by some bacteria such as the tuberculosis 
bacillus. 

 


background image

 

 

Both Neutrophils and Macrophages Can Kill Bacteria.  

 

Much  of  the  killing 

effect

 

results 

from  several  powerful 

oxidizing 

agents.

  These  oxidizing 

agents  include  large  quantities  of 

superoxide 

(

O2

–), 

hydrogen  peroxide 

(

H2O2

),  and 

hydroxyl ions 

(–

OH

–), all of which are lethal to most bacteria, even in small quantities. Also, 

one of the lysosomal  enzymes, 

myeloperoxidase

,  catalyzes  the reaction between  H2O2  and 

chloride ions to form 

hypochlorite

, which is exceedingly bactericidal.  

 

 

Monocyte-Macrophage Cell System (Reticuloendothelial System) 

 

 

After  entering  the  tissues  and  becoming  macrophages, 

another 

large  portion  of  monocytes 

becomes 

attached 

to the tissues and remains attached for 

months

 

or

 

even

 

years 

until they are 

called on to perform specific local protective functions.  

 

 

 

    They have the 

same 

capabilities as the mobile macrophages to 

phagocytize 

large quantities of 

bacteria,  viruses,  necrotic  tissue,  or  other  foreign  particles  in  the  tissue.  And,  when 
appropriately 

stimulated

, they can 

break

 

away 

from their attachments and once again 

become

 

mobile 

macrophages  that  respond  to  chemotaxis  and  all  the  other  stimuli  related  to  the 

inflammatory process. 

 

 

Thus, the body has a widespread ―

monocyte-macrophage

 

system

‖ in virtually all tissue areas. 

The total 

combination of

 

monocytes

mobile 

macrophages, 

fixed 

tissue macrophages, and a 

few specialized 

endothelial 

cells in the bone marrow, spleen, and lymph nodes is 

called

 the 

reticuloendothelial system.  

 

 

 

1. Tissue Macrophages in the Skin and Subcutaneous Tissues (Histiocytes). 

 

 

when  the  skin  is  broken  infection  begins  in  a  subcutaneous  tissue  and  local  inflammation 
ensues, local tissue 

macrophages

 

can

 

divide 

in situ and form more macrophages. Then they 

perform the usual functions. 

 

2. Macrophages in the Lymph Nodes.  

 

Essentially 

no 

particulate  matter  that  enters  the  tissues,  such  as 

bacteria

,  can  be 

absorbed 

directly  through  the  capillary  membranes  into  the  blood.  Instead,  if  the  particles  are  not 
destroyed  locally  in  the  tissues,  they 

enter 

the  lymph  and  flow  to  the  lymph  nodes 

located 

intermittently  along  the  course  of  the lymph  flow.  The  foreign  particles  are  then 

trapped 

in 

these nodes in a meshwork of 

sinuses lined 

by 

tissue macrophages. 


background image

 

 

3. Alveolar Macrophages in the Lungs.  

 

If  the  particle  is 

not

 

digestible

,  the  macrophages  often  form  a  ―

giant

 

cell

‖ 

capsule 

around  the     

particle until it can be slowly dissolved. Such capsules are frequently 

formed 

around tuberculosis 

bacilli

,

 silica dust particles

,

 and even carbon particles.  

 

4. Macrophages (Kupffer Cells) in the Liver Sinusoids.  

 

These  cells  form  such  an  effective 

filtration

 

system 

that  almost  none  of  the  bacteria  from  the 

gastrointestinal 

tract  succeeds  in  passing  from  the 

portal 

blood  into  the  general 

systemic 

circulation.  
 

5. Macrophages of the Spleen and Bone Marrow. 

 

The spleen is 

similar 

to the lymph nodes, except that blood, instead of lymph, flows through the 

tissue spaces of the spleen.  
a  small 

artery 

penetrates  from  the  splenic  capsule  into  the 

splenic  pulp 

and 

terminates 

in  small 

capillaries

. The capillaries are highly 

porous

, allowing whole blood to pass out of the capillaries 

into 

cords

  of  red  pulp. 

The  blood  then  gradually 

squeezes 

through  the 

trabecular

 

meshwork 

of 

these  cords  and  eventually  returns to the circulation through the  endothelial  walls of the 

venous

 

sinuses

.

 

The 

trabeculae 

of  the  red  pulp  are 

lined 

with  vast  numbers  of  macrophages,  and  the 

venous

 

sinuses 

are also lined with macrophages.  

phagocytizing 

unwanted  debris  in  the  blood,  including  especially 

old  and  abnormal 

red  blood 

cells. 
 


background image

 

Inflammtion Role of Neutrophils and Macrophages 

 

              When  tissue 

injury 

occurs,  whether  caused  by  bacteria,  trauma,  chemicals,  heat,  or  any 

other  phenomenon, 

multiple

  substances  are 

released 

by  the  injured  tissues  and  cause 

dramatic 

secondary

 

changes 

in the surrounding uninjured tissues. This entire complex of 

tissue changes is 

called

 

inflammation

 

 

 

Inflammation is characterized by 

 

(1) 

vasodilation 

of the local blood vessels, with consequent excess local blood flow;  

(2) increased 

permeability 

of the capillaries, allowing 

leakage 

of large quantities of fluid into the 

interstitial spaces;  

(3) often 

clotting 

of the fluid in the interstitial spaces because of excessive amounts of 

fibrinogen 

and other proteins leaking from the capillaries; 

(4) 

migration 

of large numbers of granulocytes and monocytes into the tissue;  

(5) 

swelling 

of the tissue cells.  

 

 

 

 

Some  of  the  many  tissue 

products

 

that

 

cause 

these  reactions  are 

histamine

bradykinin

serotonin

prostaglandins

several different 

reaction products of the 

complement 

system

reaction  products  of  the  blood 

clotting

 

system

and  multiple  substances  called 

lymphokines 

that are 

released

 by sensitized T cells. 


background image

 

“Walling-Off” Effect of Inflammation.  

 

 

One of the first results of inflammation is to ―

wall

 

off 

‖ the area of injury from the remaining 

tissues. The 

tissue spaces and the lymphatics

 in the inflamed area are 

blocked 

by fibrinogen 

clots. This walling-off process delays the spread of bacteria or toxic products.  

 

1. Tissue Macrophage Is a First Line of Defense Against Infection. 

 

 

When  the  macrophages  activated  by  the  products  of  infection  and  inflammation,  the  first 
effect  is  rapid 

enlargement 

of  each  of  these  cells.  Next,  many  of  macrophages  break  loose 

from their attachments and 

become

 

mobile

 

2. Neutrophil Invasion of the Inflamed Area Is a Second Line of Defense.  

 

 

the products from the inflamed tissues initiate the following reactions:  
(1)  They 

alter 

the  inside  surface  of  the  capillary 

endothelium

,  causing  neutronphils  to  stick  to 

thecapillary walls in the inflamed area. This effect is called 

margination

.  

 

(2)  They  cause  the 

intercellular

 

attachments 

between  the  endothelial  cells  of  the  capillaries 

andsmall  venules  to 

loosen

,  allowing 

openings 

large  enough  for  neutrophils  to  pass  by 

diapedesis

.  

 

(3) Then cause 

chemotaxis 

of the neutrophils toward the injured tissues.  

 

 

The 

products 

of  inflammation  also 

mobilize  the  stored

  neutrophils  of  the  marrow  into  the 

circulating blood increasing its count to fourfold to fivefold  this is  called Neutrophilia  

 

3. Second Macrophage Invasion into the Inflamed Tissue Is a Third Line of Defense. 

 

 

Along with the invasion of neutrophils, monocytes from the blood 

enter 

the inflamed tissue 

and 

enlarge 

to become macrophages.  

 

4.  Increased  Production  of  Granulocytes  and  Monocytes  by  the  Bone  Marrow  Is  a  Fourth 

Line of Defense.  

 

 

This  results  from 

stimulation 

of  the  granulocytic  and  monocytic  progenitor  cells  of  the 

marrow.  

 


background image

 

Feedback Control of the Macrophage and Neutrophil Responses 

 

(1) 

tumor necrosis factor 

(

TNF

),  

(2) 

interleukin-1 

(

IL-1

),  

(3) 

granulocyte-monocyte colony-stimulating factor 

(

GM-CSF

),  

(4) 

granulocyte colony-stimulating factor 

(

G-CSF

),  

(5) 

monocyte colony-stimulating factor 

(

M-CSF

). 

 

These  factors  are 

formed 

by 

activated  macrophage 

cells  in  the  inflamed  tissues  and  in  smaller 

quantities by other 

inflamed tissue cells

.  

 

Formation 

of Pus 

 

When  neutrophils  and  macrophages  engulf  large  numbers  of  bacteria  and  necrotic  tissue, 
eventually die

.  

 

After several days, a 

cavity 

is often excavated in the inflamed tissues that 

contains 

varying 

portions of 

necrotic 

tissue, dead 

neutrophils

, dead 

macrophages

, and tissue 

fluid

.  

 

 

This mixture is commonly known as 

pus

.  

 

 

After  the  infection  has  been  suppressed,  the  dead  cells  and  necrotic  tissue  in  the  pus 
gradually 

autolyze 

over a period of 

days

, and the end products are eventually absorbed into 

the surrounding tissues and lymph 

 

Eosinophils 

 

 

1- 

produced 

in large numbers in people with 

parasitic

 

infections

 

eosinophils 

attach 

themselves  to  the  parasites  by  way  of  special  surface  molecules  and 

release 

substances that kill many of the parasites.  

 

e.g. a highly 

larvacidal 

polypeptide called 

major

 

basic

 

protein

 

 

2-  The 

mast  cells  and  basophils  release 

an 

eosinophil 

chemotactic 

factor 

that  causes 

eosinophils to 

migrate 

toward the inflamed 

allergic

 

tissue

.  

 

The  eosinophils  are  believed  to 

detoxify 

some  of  the  inflammation-inducing  substances 

released  by  the  mast  cells  and  basophils  and  probably  also  to 

phagocytize 

and  destroy 

allergen-antibody  complexes,  thus  preventing  excess 

spread 

of  the  local  inflammatory 

process. 




رفعت المحاضرة من قبل: Ismail AL Jarrah
المشاهدات: لقد قام 5 أعضاء و 159 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