مواضيع المحاضرة: Cell and tissue regeneration
background image

Pathology                                                                                                                  Dr.lamyaa-lecture2

 

1

 

 

Healing

 

Cell and tissue regeneration:- 

•  Cell renewal occurs continuously in labile tissues such as the bone marrow, 

gut epithelium and skin. Damage to epithelia or an increased loss of blood 
cells can be corrected by the proliferation and differentiation of stem cells 
and, 

•  Tissue  regeneration  can  occur  in  parenchymal  organs  with  stable  cell 

populations, but with exception of the liver this is usually a limited process.  

The  surgical  removal  of  the  kidney  elicits  in  the  contralateral  kidney  a 
compensatory response that consists of both hypertrophy and hyperplasia of 
the proximal duct cells . 

 the  regenerative  response  of  the  liver  that  occurs  after  surgical  removal  of 
hepatic tissue is striking. Up to 60% of the liver may be removed in a procedure 
called living –donor transplantation, in which a portion of the liver is resected 
from a normal individual and is transplanted in recipient  with end stage liver 
disease, or after partial hepatectomies performed for tumor removal . in such 
cases the tissue resection triggers proliferation of the remaining hepatocytes 
(normal quiescent ). 

•  Expermintally, hepatocytes replication after partial hepatectomy is initiated 

by cytokines (e.g tumor necrosis factors TNF and interleukin 6 (IL 6) . EGF 
(epidermal growth factor receptors, or EGFR) with intirinsic tyrosine kinase 
activity is mitogenic for hepatocytes. 

•  It  should  be  emphasized  that  extensive  regeneration  or  compensatory 

hyperplasia  can  occur  only  if  the  residual  tissue  is  structurally  and 
functionally intact ,  as after partial surgical resection . by contrast, if the 
tissue is damaged by infection or inflammation regeneration is incomplete 
and is accompanied by scaring. 

Repair by connective tissue: 

Healing or repair by connective tissue is encountered if 

1.  A  severe  or  chronic  persistent  tissue  injury  that  result  in  damage  to 

parenchymal cells as well as the stromal framework 

2.  Injuries affects nondividing cells  


background image

Pathology                                                                                                                  Dr.lamyaa-lecture2

 

2

 

 

•  Under  these  conditions,  repair  occur  by  replacement  of  the  non-

regenerated  cells  with  the  connective  tissue,  or  by  a  combination  of 
regeneration of some cells and scar formation.  

•  Repair begin within 24 h of injury by the emigration of the fibroblasts and 

the induction of fibroblast and endothelial cell proliferation. 

•    By 3 to 5 days  a specialized type of tissue that is characteristic of healing 

called  granulation  tissue  is  apparent  .  the  term  granulation  tissue  derive 
from the pink soft granular gross appearance, such as that seen beneath the 
scab  of  a  skin  wound  .  it  is  microscopic  appearances  is  characterized  by 
proliferation  of  fibroblast  and  new  thin  –walled  ,  delicate  capillaries 
(angiogenesis),  in  a  loose  ECM  granulation  tissue  then  progressively 
accumulated connective tissue matrix. Eventually resulting in the formation 
of a scar which may remodel over time. 

 

 

Repair by connective tissue deposition consist of four sequential processes: 

1.  Formation of new blood vessels (angiogenesis) 

2.  Migration and proliferation of fibroblasts 

3.  Deposition of ECM (scar formation) 

4.  Maturation and reorganization of the fibrous tissue (remodeling) 

 


background image

Pathology                                                                                                                  Dr.lamyaa-lecture2

 

3

 

 

 

Angiogenesis (neovascularization)

Angiogenesis occur by two mechanism:- 
  The preexisting vessels send out capillary sprouts to produce new vessels

Angiogenesis  is  a  critical  process  in  healing  at  site  of  injury,  in  the 
development of the collateral circulation at site of ischemia and in allowing 
tumor to increase in size beyond the limits of their original blood supply. 

   It has recently been found that endothelial precursor cells may migrate from 

the bone marrow to areas of injury and participate in angiogenesis at these 
sites .  

•  New vessels formed during angiogenesis are leaky. This leakiness explains 

why  granulation  tissue  is  often  edematous,  and  account  in  part  for  the 
edema that may persist in healing wounds long after the acute inflammatory 
response has resolved.  

•  Several factor induce angiogenesis, but the most important are VEGF and 

basic fibroblast growth factor (FGF-2). VEGF stimulate both proliferation and 
motility of endothelial cells thus initiating the process of capillary sprouting 
. in angiogenesis involving endothelial cell precursors from the bone marrow 
and  to  induce  proliferation  and  motility  of  these  cells  at  the  sites  of 
angiogenesis
 

 

 

 

 

 

 

 

 
 

 

Migration of fibroblasts  and ECM  Deposition (scar formation): 

Scar  formation  builds  on  the  granulation  tissue  framework.  It  occurs  in  tow 
steps:- 

•  Migration and proliferation of fibroblast into the site of the injury and  

•  Deposition of ECM by these cells  


background image

Pathology                                                                                                                  Dr.lamyaa-lecture2

 

4

 

 

The recruitment and stimulation of fibroblasts is driven by many growth factors 
including PDGF (platelet derived growth factor). One source of these factor is 
the  activated  endothelium  but  more  importantly  growth  factors  are  also 
elaborated  by  inflammatory  cells,  macrophages  in  particular  are  important 
cellular  constituents  of  granulation  tissue,  and  beside  clearing  extracellular 
debris and fibrin at the site of injury, they elaborate a host of mediators that 
induce fibroblast proliferation and ECM production. Mast cells and lymphocytes 
can contribute directly or indirectly to fibroblast proliferation and activation. 

 

Deposition of ECM by these cells: 

 

As  healing  progresses,  the  number  of  proliferating  fibroblast  and  new 
vessels  decreases,  however,  the  fibroblast  progressively  become  more 
synthetic and hence there is increased deposition of ECM. 

 

 Collagen synthesis in particular is critical to the development of strength in 
a  healing  wound  site  .  collagen  synthesis  by  fibroblasts  begins  early  in 
wound healing and continues for several weeks, depending on the size of 
the wound. 

 

 The  same  growth  factor  that  regulate  fibroblast  proliferation  also 
participate in stimulating ECM synthesis. 

 

As  the  scar  matures  there  is  progressive  vascular  regression  ,  which 
eventually transforms the highly vascularized granulation  tissue into a pale 
largely avascular scar.  

 

Many growth factors are involved in the above processes including TGF-B , 
PDGF, and FGF as well as cytokines (IL- & TNF). 

ECM and tissue remodeling: 

•  ECM continues to be modified and remodeled. The outcome of the repair 

process is in part a balance between ECM synthesis and degradation, 

•   the degradation of collagens and other ECM components is accomplished 

by  a  family  of  matrix  metalloproteinase  (MMP),  which  are  dependent  on 
zinc ion for their activity .MMPS include interstitial enzymes that degrade 
collagen, fibronectin, proteoglycans, synovial cells ) and their synthesis and 
secretion are regulated by growth factors, cytokines and other agents. Their 
synthesis may be suppressed pharmacologically with steroids. 

•  Cutaneous wound healing: 

This is a process that involves both epithelial regeneration and the formation of 
connective tissue scar and is thus illustrative of the general principles that apply 
to  wound  healing  in  all  tissues.  The  events  are  orchestrated  by  interplay  of 
growth actors and ECM. 
Cutaneous wound healing has three main phases:- 
•  Inflammation 


background image

Pathology                                                                                                                  Dr.lamyaa-lecture2

 

5

 

 

•  Formation of granulation tissue  
•  ECM deposition and remodeling 
 

 

Event  in  wound  healing  overlap  to  a  great  extent  and  cannot  be  completely 
separated from each other. 
Based on the nature of the wound, the healing of the cutaneous wounds can 
occur by first or second intention. 

•  Healing by first intention :- 

One  of  the  simplest  example  of  the  wound  repair  is  the  healing  of  a  clean 
uninfected surgical incision approximated by surgical sutures. This is referred 
to as primary union or healing by first intention.  
The incision causes only focal disruption of the epithelial basement membrane 
continuity and death of a relatively few epithelial and connective tissue cells. 
As a result, epithelial regeneration predominates over fibrosis. a small scar is 
formed but there is minimal wound contraction. 
•  The narrow incisional space first fill with fibrin clotted blood.  
•  Within 24 hr , neutrophils are seen at the incision margin migrating toward 

the fibrin clot. 

•   Within 24 to 48 hrs, epithelial cells from both edges have begun to migrate 

and proliferate along the dermis. The cells meet at the midline, beneath the 
surface scab yielding a thin but continuous epithelial layer. 

Wound healing by primary and secondary union. 

 

 

 

 

•  By  day  3  neutrophils  have  been  largely  replaced  by  macrophages  and 

granulation  tissue  progressively  invade  the  incision  space.  Epithelial  cell 
proliferation continues yielding a thickened epidermal covering layer 

•  By  day  5,  neovascularization  reach  its  peak  as  granulation  tissue  fill  the 

incisional  space.  The  epidermis  recover  its  normal  thickness  as 


background image

Pathology                                                                                                                  Dr.lamyaa-lecture2

 

6

 

 

differentiation of surface cells yields a mature epidermal architecture with 
surface keratinization 

•   During  the  second  week  there  is  continued  collagen  accumulation  and 

fibroblast proliferation that bridge the incision. The leukocytes infiltrate , 
edema and increase vascularity are diminished 

•  The long process of blanching begins accomplished by increasing collagen 

deposition within the incisional scar and the regression of vascular channels. 

• 

By the end of the first month, the scar comprises acellular connective tissue 
largely devoid of inflammatory cells and covered by an essentially normal 
epidermis . the tensile strength of the wound increases with time . however 
the  epidermal  appendages  destroyed  in  the  line  of  the  incision  are 
permanently loss

 
 

 

Arm, healing surgical incision. This image demonstrates healing by 

first intention which occur in clean, un infected wounds that have 

apposed edges. 

•  Healing by second intention (healing by secondary union):- 

1.  When cells or tissue loss is more extensive 
2.  the repair process is more complex, 
3.  the inflammatory reaction is more intense, 
4.   there is abundant development of granulation tissue and 
5.   the wound contracts by the action of myofibroblast.  
6.  This is followed by the accumulation of ECM and formation of a large scar.  
7.  This mode of healing occurs in : 
•  Large wound  
•  Abscesses 
•  Ulceration 


background image

Pathology                                                                                                                  Dr.lamyaa-lecture2

 

7

 

 

•   After infarction in parenchymal organs 

 

 

 

Wound with large tissue defect healed by secondary intention. Note the 

red granular appearance of the granulation tissue. A whitish- greenish- 

yellow neutrophilic exudates represent an inflammatory response to 

bacterial invasion of the wound. 

 

Keloid 

Keloid nodular masses of of hyperplastic scar tissue, occur when the wound 

healing process runs unchecked. They are more commonly in people of 

African descent. surgical excision leads to repeated keloid formation. 

• 

Factors influencing wound healing:

 

A.  Local 
1.  Type, size& location of wound. 
2.  Adequacy of blood supply. 
3.  Infection. 
4.  Movement 


background image

Pathology                                                                                                                  Dr.lamyaa-lecture2

 

8

 

 

5.  Presence of foreign body material. 
6.  Exposure to ionizing radiation, & ultraviolet light. 
B.Systemic 

1.  Circulatory status.  
2.  Metabolic status. 
3.  Systemic infection. 
4.  Diabetes mellitus. 
5.  Hormones. 
6.  Hematological diseases; neutropnia. 
7.  Renal failure. 
8.  Tumor cachexia 

Local factors: 

Type, size and location of the wound   

1.  A clean, aseptic surgical wound heals faster than a wound produced by 

blunt trauma with abundant necrosis and irregular edges.  

2.  Small wounds heal faster than large ones.  

3. 

Wounds  that  occur  in  richly  vascularized  areas  such  as  the  face  heal 
faster than those that occur in poorly vascularized areas such as the foot

.  

•  Adequacy of blood supply 
1.  Wound with poor blood supply heal slowly e.g. Leg wounds in patients with 

varicose veins. 

2.  Ischemia  due  to  pressure  produces  bedsores.  The  same  mechanism 

(pressure) prevents their healing. Ischemia due to arterial obstruction also 
prevents healing. 
  

•  Infection  
1.  Wounds provide a portal of entry for microorganisms. Infection delays or 

prevents healing.  

•  Movement  
1.  Early motion subjects the wound to persistent trauma.  
2.  Exercise also increases the circulating levels of glucocorticoids, which inhibit 

repair. 

  

 

•  Exposure to ionizing radiation & ultraviolet light 

1.  Irradiation of the wound blocks cell proliferation, retards granulation tissue 

formation & interferes with blood supply. The outcome is slow healing.  

2.  Exposure of wounds to ultraviolet light accelerates the rate of healing. 

Systemic factors:

 

•  Circulatory status 


background image

Pathology                                                                                                                  Dr.lamyaa-lecture2

 

9

 

 

1.  Cardiovascular  status  determines  the  blood  supply  to  the  injured  area, 

which is important for wound healing. Poor healing  attributed to old age is 
often due largely to impaired circulation. 
  

•  Metabolic status     
1.  Protein calorie malnutrition impairs healing.  
2.   Vit.  C  deficiency  (scurvy)  impairs  wound  healing.  This  is  because  vit.c  is 

involved in synthesis of collagen Thus in vit.c deficiency the collagen fibers 
show less cross-linking than normal & is more readily degraded.  

3.  Zinc  is  required  for  collagen  synthesis,  so  its  deficiency  will  lead  to  delay 

wound healing. 

•  Systemic infection 
Leads to delay wound healing (multifactorial). 
  
•  Diabetes mellitus  
Wounds  in  diabetics  often  become  infected  &  in  turn,  infection  makes  the 
control of diabetes difficult, resulting in sever retardation or failure of healing. 
  
•  Hormones  
Corticosteroides impair wound healing due to  
1.  inhibition of collagen synthesis,  
2.  general depression of protein synthesis &  
3.  anti-inflammatory  effect,  with  scanty  macrophage  infiltrates  &  so  lack  of 

macrophage-derived growth factors. 

Complications of wound healing

•  Wound dehiscence and Incisional hernias. A wound after a laparotomy may 

burst  open.  This  occurs  in  0.5-5%  of  all  abdominal  operations.  Increased 
mechanical stress on the wound from vomiting, coughing, or ileus is a factor 
in over 90% of cases. 

     Incisional hernia is a late consequence of a weak abdominal scar. 

•  Ulceration.  Wounds  ulcerate  because  of  inadequate  blood  supply  & 

vascularization. For example, leg wounds typically ulcerate.  

     Non-healing wounds develop in areas devoid  of sensation, such  as trophic or 
neuropathic ulcers, which may be seen in patients with spinal cord injury,  

•  Excessive scar formation (Keloid). An excessive deposition of extracellular 

matrix at the wound site results in hypertrophic scar or keloid. Histologically, 
there  are  abundant,  broad  &  irregular  collagen  bundles,  with  more 
capillaries and fibroblasts than  would be expected for a scar of the same 
age. 

[]

 

[]

 


background image

Pathology                                                                                                                  Dr.lamyaa-lecture2

 

11

 

 

• 

Excessive contraction (contracture). A decrease in wound size depends on 
the presence of myofibroblasts

.  

 

 

 

 

 

 

 

 




رفعت المحاضرة من قبل: Mubark Wilkins
المشاهدات: لقد قام 7 أعضاء و 81 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