مواضيع المحاضرة:
background image

Unit 3 - Immunological factors in disease

 

 

 

20 

Lecture 1 - Functional Anatomy & 
Physiology of the immune system:  

 

Functions of Host immune system: 

1)  To protect the host from pathogens while minimizing 

damage to self-tissues. 

2)   Limits excessive responses that might lead to 

autoimmune diseases. 
Dysfunctions or deficiency of the immune response leads 
to a variety of diseases involving every organ system in 
the body. 

  The immune system consists of an intricately   

  Linked network of cells, proteins and lymphoid organs 

which are strategically placed to ensure maximal 
protection against infection. 

  Immune defenses are categorized into : 

Innate & Adaptive immune response  

 

Properties of immune responses 

       Innate immune responses 

Adaptive  immune resp. 

 

Characteristics  

1  recognize generic microbial 

structure 

Ag specific responses 

2  immediate mobilized (minutes) 

slow responses (days) 

3  No memory 

memory 

4  Genetically encoded 

Not genetically encoded 

5  Identical responses in all 

individuals 

Aquired as an adaptive 
immune response to 
exposure to antigens 

6  Present in invertebrates  and 

vertebrates 

Presents in vertebrates 
only 

 

Immune components 

1  Constitutive barriers (skin) 

T and B lymphocytes 

2  Phagocytes(N, Macro) 

secreted molecules (Abs) 

3  NK cell 

Ag specific receptors 

4  Soluble mediators 

(Complement, Cytokines, acute 
phase protein) 

 

5  Pattern recognition molecules  

   (Toll like receptors) 

 

 

The innate immune system

 

Constitutive barriers to infection 

1)  Skin:  

  Tightly packed highly keratinized cells of the skin which 

limit colonization by microorganisms (MO). 

  Microbial growth is inhibited by physiological factors 

such as low PH and low O2 tension and sebaceous glands 
secrete hydrophobic oils that repel MO. Sweat contains 
lysozyme that destroy bacterial cell wall. Ammonia has 
antimicrobial activity. Defensine is also antimicrobial 
peptides 

2) 

Mucous membrane 

of the respiratory and 

gastrointestinal and genitourinary tract provides a 
constitutive barrier to infection. 

  Cilia and Secreted mucous trap invading pathogen. 

  Secretory IgA prevents bacteria and virus attaching to and 

penetrating epithelial cells 

  Lysozyme and defensine 

  Lactoferrin acts to starve invading bacteria of iron 

  Physical manoeuvres such as sneezing and coughing  

  GIT: HCL, salivary amylase destroy bacteria  

  Induced vomiting or diarrhoea promotes clearance of 

invading MO. 

3)  Endogenous commensal bacteria 

  About 10

14   

 bacteria normally reside at epithelial surface 

in symbiosis with the human host and compete with 
pathogenic bacteria for nutrients & space 

  They produce fatty acids and bactericidins that inhibits 

growth of MO. 

  Eradication of these normal flora with broad spectrum 

antibiotics  commonly results in opportunistic infection 
like candida   

 

Phagocytes 

  They are specialized cells which ingest and kill MO and 

produce inflammatory molecules which regulate other 
components of the immune system 

  It includes Neutrophils, Macrophages & monocytes. 

  They are crucial for defense against bacterial & fungal 

infections 

  They express a wide range of surface receptors to identify MO 

These pattern recognition receptors include: 
1- Toll-Like receptors 
2- Mannose receptors 
They recognize bacterial cell wall components, bacterial 
DNA and Viral Double stranded RNA directly  
Phagocytes recognize pathogen by these receptors alone. 

  Engulfment of microorganisms is greatly enhanced by 

opsonisation. 
Opsonins include acute phase proteins such as C reactive 
protein, Abs, complement. This opsonin binds to pathogen 
and phagocytes receptors acting as a bridge between the 
two and facilitating phagocytosis 


background image

Unit 3 - Immunological factors in disease

 

 

 

21 

Neutrophils 

  They are short lived cells with half-life of 6 hours 

  Kill MO directly  

  Facilitates the rapid transit of cells through tissues and 

amplify the immune system 

  Killing mediated by enzymes contained in the granules 

  Changes in the damaged cells triggers inflammatory 

molecules and cytokines to stimulate the production and 
maturation of N in BM. 

  The transit of N. through the blood stream is responsible for 

the rise in leukocyte count that occurs in early infection. 

  N. phagocytose the MO and fuse with cytoplasmic 

granules to form phagolysosome. 

  Killing of MO ocuurs through a combination of oxidative 

and non –oxidative pathways 

1)  Oxidative killing is also known as respiratory burst, is 

mediated by NADPH oxidase enzyme complex which 
converts  oxygen into reactive oxygen species : 
   - Hydrogen peroxide          - Superoxide  
Myeloperoxidase enzyme  
   - Hypochlorous ions (HOCL

-

2)  Non- oxidative (oxygen-independent killing) 
  Occurs through release of bactericidal enzymes including 

lysozyme and lactoferrin 

  The process of phagocytosis deplete N glycogen reserves 

and followed by N death 

  After N death, their content is released and lysosomal 

enzymes degrade collagen & liquefaction of adjacent 
tissues. The accumulation of dead and dying N. results in 
the formation of pus. When the amount of pus is 
extensive, result in abscess formation. 

 

Monocytes and Macrophages 

  Monocytes are the precursors of tissue macrophages  

  They produced in the BM and exported to circulation 

constitutes about 5% of leukocytes  

  After 7-10 Hrs in the blood stream , they migrate to 

peripheral tissues where they differentiate into tissue 
macrophages. They do not die after killing pathogens. 

  In the liver----- Kupffer cell 

In the lung-----alveolar macrophages 
In the kidney----mesangial cells 
In the brain-----microglial cells 

  Functions of Macrophages: 

1)  Initiation and amplification of the inflammatory response 

by cytokines secretions (IL-1, IL-6, IL-8, TNF alpha) 

2)  Killing of MO by phagocytosis (oxidative and non-

oxidative pathways) 

3)  Resolution and repair of inflammation by: 
a.  Scavenging of necrotic and apoptotic cell 
b.  Tissue remodelling by elastase and collagenase enzymes 
c.  Scar formation by IL-1 , platelet derived growth factor, 

fibroblast growth factor 

4)  Link between innate and adaptive by presentation of Ag 

to T cells and T cells secreted cytokines act on 
macrophages that enhance phagocytosis. 
 

Natural killer cells (NK) cell 

  Is large granular lymphocytes 

  Acts against tumor cell and virally infected cell 

  It is not Ag specific cell and generate memory cell 

  It kills target cell by Ab dependent cell mediated 

cytotoxicity (ADCC) and perforin –granzyme pathway 

  Produce the following cytokines (TNF-α, IFN-α , IFN- γ) 

 

Mast cell and Basophils  

1)  they are derived from BM 7 play an important role in allergy 
2)  Mast cell reside in the tissues that are exposed to external 

stimuli like skin and gut  

3)  Basophiles reside in the circulation and recruited to 

tissues in response to inflammation. 

  Both had a cytoplasmic granules containing histamine and 

other mediators 

  Other mediators synthesized after activation  

(Leukotrienes, prostaglandins) 

  Local release of these mediators initiates inflammatory 

cascades that lead to increase local blood flow, vascular 
permeability, stimulate smooth muscle contraction and 
increase secretion at mucosal surface. 
 

Cytokines 

Are soluble proteins that acts as multipurpose chemical 
messengers. More than 100 cytokines have been described 
with overlapping complex roles in modifying the immune 
response 

  IL-1 secreted from macrophages and stimulates N 

recruitment, T cell and macrophages activation; induce 
fever and acute phase reactant. 

  IL-2 secreted from Th 1 , stimulate proliferation and 

differentiation of Ag specific T cell 

  IL-4 secreted from Th2 , and mast cell , stimulates 

maturation of T and B cell and enhance IgE production 

  IL-6 secreted from Th2 and macrophages,stimulate 

maturation of B cell to plasma cell  

  Il-12 secreted from macrophages and activate NK cell and 

stimulates IFN gamma and TNF alpha release by T cell 


background image

Unit 3 - Immunological factors in disease

 

 

 

22 

  IFN alpha secreted from Th1 and macrophages and NK 

cell and had antiviral activity & activates TCD8 cell, NK , 
macrophages 

  IFN gamma secreted from Th1cell that increases 

antitumor and antimicrbial activity of macrophages  

  TNF alpha secreted from macrophages and it is pro 

inflammatory and had direct cytotoxic, increase apoptosis  

 

Complement system: 

  It is a group of more than twenty tightly regulated 

functionally linked proteins that act to promote 
inflammation and elimenate pathogens  

  It is synthesis in the liver 

  It is circulate in inactive form 

  It is activated by three pathways: 

1)  Classical pathway: is initiated when IgG or IgM 

binds Ag forming immune complex 

2)  Alternative pathway: is initiated by binding C3 to 

LPS of G –ve bacterial cell wall, C3 to teichoic acid of 
G + ve bacteria   

3)  Lectin pathway: is activated by the direct binding of 

mannose-binding lectin to microbial cell surface 
carbohydrates(mannose on the pathogen surface) 

  This mimics the binding of C1 to immune complex, thus 

bypassing the need for immune complex formation 

  Activation of the complement by any one of these 

pathways results in activation of C3 ending in a final 
common pathway  

  C5-C9 (MAC) membrane attack complex ending with 

pores formation on the cell surface  

  It is important in defense mechanisms against encapsulated 

bacteria (Neisseria & Haemophilus influenzae) 

  Fragments of complement act as an opsonin. naphylotoxins  

 

The adaptive immune system: 

  When the innate immune system failed to eradicate the 

pathogen the adaptive immunity will be stimulated 

  It is characterized by specificity, highly adaptive & can 

respond to unlimited number of molecules & had a memory 

  There are two major arms of adaptive immunity: 

1) Humoral immunity mediated by Abs which is produced 
by B cells.   2) Cellular immunity mediated by T cells that 
secrete cytokines 

 

Lymphoid organs 

Primary lymphoid organs that involved in lymphocytes 
development which include BM where both T and B 

lymphocytes are derived from haemopoietic stem cell and 
where lymph.mature. The second organ is thymus  

 

Thymus: 

Is bilobed structure that active during fetal and neonatal 
period and involuted after puberty. In the thymus 
immature T cell undergoes selection and maturation. 
Absence of thymus is associated with profound T cell 
immune deficiency. 
Secondary lymphoid organs include spleen, LN, mucosa 
associated lymphoid tissue and gut associated lymphoid 
tissue where the pathogen interacts with lymphocytes. 

 

Spleen

Is highly effective in filtration of blood and important site 
of phagocytosis of aged RBC, bacteria, immune 
complexes and other debris 
It is important defense against encapsulated bacteria 
(Streptococcus pneumonia and H influenzae infection)  

 

Lymph node

 

It consists from: 
1)  Cortex (B cell) primary follicles 
2)  Para cortex (T cell and dendritic cell) 
3)  Medulla (plasma cell) & contains sinuses hat rich in 

macrophages 

 

MALT 

Includes Peyer’s patches, Appendix, tonsils & Adenoids  

 

Lymphatics 

Functions 
1)  
Provide access to LN 
2)  2-return tissue fluid to venous system 
3)  Transport fat from small intestine to the blood stream 
It begins as blind ended capillaries & then form lymphatic 
ducts then enter LN (Afferent) and leave LN (Efferent) 
and drain into thoracic duct then superior vena cava  
 

Humoral Immunity 

B cells: 

They arise in the BM stem cells and found as mature B 
cells in BM, LN, spleen and to lesser extent blood stream. 
It encountered soluble Ag usually in LN by Ab that found 
on its surface and presented to T cells. Stimulated B cells 
by Ag respond by proliferation known as clonal expansion 
and differentiate into either plasma cell and memory cells 

 

Immunoglobulins:  

  Are soluble proteins consists from two heavy and two 

light chains. The heavy chain determins the isotypes IgG, 
IgM, IgA, IGE,IgD  

  Functions: * Opsonins, ADCC 


background image

Unit 3 - Immunological factors in disease

 

 

 

23 

* Actvation classical pathway of complement 
* Present in the secretions (Sec IgA) and deficiency of 
this leads to recurrent resp and GIT infection 

  First exposure to Ag leads to IgM production (longer lag 

phase) and for short period of time  

  Second exposure to AG leads to large titer of  IgG 

production with higher affinity (shorter lag phase) 
 

Cellular immunity: 

  T cells are important against virus ,fungi, intracellular 

bacteria 

  It arise in the bone marrow and exported as immature 

cells to thymus undergo differentiation and selection 

  Ag in order to recognized by T cells , must be processed 

into smaller fragment and combined to HLA (human 
leukocyte antigens)  

  HLA molecules are highly polymorphic to ensure 

diversity in recognition of Ags within the population. 

  T cells can be divided according to its function, 

recognition of HLA molecules and expression of cell 
surface proteins. 

  Leukocytes cell surface molecules are named 

systematically by assigning them a cluster of 
differentiation (CD) Ag numbe 

 

T cytotoxic (CD8) 

They recognize Ag peptide in association with MHC class I  
Kill target cell by perforin granzyme 
Secret IFN gamma 

 

T helper (CD4) 

  They recognize Ag peptide in association with MHC class II 
  Produce cytokines and provide co -stimulatory signals  

that support the activation of Tc 

  Assist production of mature Ab by B cells 
  Th cells can be divided into subsets according to 

cytokines they produced : 
* Th1 (IL-2, IFN- gamma, TNF-alpha), support 
development of delayed type hypersensitivity 
* Th2 (IL-4, IL-5, IL-10) promote allergic response  
* Regulatory CD4+ lymphocytes, important in the 
regulation of other CD4 cells and prevention of 
autoimmune diseases 
 

 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 




رفعت المحاضرة من قبل: Mostafa Altae
المشاهدات: لقد قام 6 أعضاء و 118 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