background image

 

- 1 - 

 

General

 

Pathology / 

Inflammation, Healing and Repair

Dr. Saevan Saad Al-Mahmood

 

 

Chapter Three 

INFLAMMATION 

 

Inflammation

  is a 

local  response  (reaction)  of living  vasculaized  tissues 

to endogenous  and  exogenous  stimuli

.   The  term inflammation derived  from 

the  Latin word 

inflammare

 that mean 

to burn

.   

The main function of inflammation  to localize  and eliminate  the causative 

agent and to limit tissue injury. 

Thus,  inflammation  is  a  physiologic  (protective)  response  to  injury,  an 

observation made by Sir John Hunter in 1794 concluded: “inflammation is itself 
not to be considered as a disease but as a salutary operation consequent either to 
some violence or to some diseases”. 
 

3-1: Causes of Inflammation: 

1-Physical  agents:

  included  mechanical  injuries,  alteration  in  temperatures 

and  pressure, radiation injuries. 

2-Chemical agents:

 including  the ever-increasing lists of drugs and toxins such 

as concentrate acid and alkaline solutions. 

3-Biologic agents (infectious):

 included bacteria, viruses, fungi and parasites. 

4-Immunologic  disorders:

  included  hypersensitivity  reactions,  autoimmunity, 

immunodeficiency states etc. 

5-Genetic/metabolic disorders:

 examples gout, diabetes mellitus. 

 

3-2: Nomenclature of Inflammation: 

The  nomenclatures  of  inflammation  usually  indicated  by  the  suffix 

itis

Inflammation  of  the  appendix  called 

appendicitis

  and  that  of  meninges  as 

meningitis

. However, like any  rule it  has own exceptions examples 

pneumonia

typhoid fever

 

3-3: Classification of Inflammation: 

Inflammation  classified  crudely  based  on  [1]  duration  of  the  lesion  and             

[2] histologic appearances into:  

[a] 

Acute inflammation

 or 

[b] 

Chronic inflammation

 
 
 
 
 
 
 
 
 


background image

 

- 2 - 

 

General

 

Pathology / 

Inflammation, Healing and Repair

Dr. Saevan Saad Al-Mahmood

 

 

3-4: 

ACUTE INFLAMMATION (

Exudative Inflammation

)

 

Acute  inflammation  is  an  immediate  and  early  response  to  an  injurious 

agent and it is relatively of short duration, lasting for minutes to several hours or 
few days. Acute inflammation characterized by  exudation of  fluids  and  plasma 
proteins and  the  emigration of predominantly neutrophilic leucocytes to the site 
of injury. 
 
3-4-1: Cardinal Signs of Acute Inflammation: 

Redness

  (

rubor

),  which  is  due  to  dilation  of  small  blood  vessels  within 

damaged tissue with vein construction (as it occurs in cellulitis). 

Heat

  (

calor

),  which  results  from  increased  blood  flow  (hyperemia)  due  to 

regional vascular dilation. 

Swelling

  (

tumor

),  which  is  due  to  accumulation of  fluid  in  the  extravascular 

space that due to increased vascular permeability. 

-  Pain  (dolor),  which  results  from  stretching  and  destruction  of  tissues  due  to 

inflammatory edema, also from pus that produce pressure on nerve ending. 
Some  chemicals of  acute  inflammation like bradykinins, prostaglandins and 
serotonin induce pain. 

Loss  of  function

  (

loss of funcito

),  the  inflamed  area  loss its function due to 

pain, also severe swelling may also physically immobilize the tissue. 

 
3-4-2: Events of Acute Inflammation: 

Acute inflammation is categorized into an early vascular and a late cellular 

responses. 
1- 

Vascular Response

 has the following steps: 

a-  Immediate  (momentary)  vasoconstriction  in  seconds  due  to  neurogenic  or 

chemical stimuli that produced from damaged tissues. 

b- Vasodilatation of arterioles and venules resulting in increased blood flow. 
c- After the phase of increased blood flow there is a slowing of blood flow and 

stasis due  to  increased vascular permeability that  most  remarkably seen in 
the  post-capillary  venules.  The  increased  vascular  permeability  oozes 
protein-rich  fluid  into  extra-  vascular  tissues.  Due  to  this,  the  already 
dilated  blood  vessels  packed  with  red  blood  cells  resulting  in  stasis.  The 
protein-rich fluid  which is  now  found in  the extravascular  space  is called 

exudate

.  The  presence  of  the  exudates  clinically  appears  as  swelling. 

The chemical mediators are mediate vascular events of acute inflammation. 

 
2- 

Cellular Response

 

The cellular response has the following stages: 

a- Migration, rolling, pavementing and adhesion of leukocytes, 
b- Transmigration of leukocytes, 
c- Chemotaxis and 
d- Phagocytosis. 

 


background image

 

- 3 - 

 

General

 

Pathology / 

Inflammation, Healing and Repair

Dr. Saevan Saad Al-Mahmood

 

 

Normally  blood  cells  particularly  erythrocytes  in  venules  found  to  central 

(axial)  zone  and  plasma  assumes  the  peripheral  zone.  Because  of  increased 
vascular  permeability  more  neutrophils  accumulate  to  the  endothelial  surfaces 
(peripheral zone). 
  

a- Migration, rolling, pavementing, and adhesion of leukocytes:  

Margination is a peripheral positioning of white cells along the endothelial 

cells. Subsequently, rows of leukocytes tumble slowly along the endothelium in 
a process known as rolling. In  time,  the  endothelium  can  be  virtually  lined  by 
white cells, this appearance termed as pavementing.  

Thereafter,  the  binding  of  leukocytes  with  endothelial  cells  is 

facilitated  by  cell adhesion  molecules  such  as  selectins,  immunoglobulins and 
integrins,  which result in adhesion of leukocytes with the endothelium. 
 

b- Transmigration of leukocytes 

Leukocytes  escape  from  venules  and  small  veins  but  only  occasionally 

from  capillaries.  The  movement  of  leukocytes  by  extending  pseudopodia 
through  the  vascular  wall  occurs  by  a  process  called  diapedesis.  The  most 
important  mechanism  of  leukocyte  emigration  is  via  widening  of  inter- 
endothelial  junctions  after  endothelial  cells  contractions.  The  basement 
membrane disrupted and resealed thereafter immediately. 

 
c- Chemotaxis: 

chemotaxis  define  as  unidirectional  attraction  of  leukocytes  from  vascular 

channels  towards  the  site  of  inflammation  within  the  tissue  space  guided  by 
chemical gradients (including bacteria and cellular debris). The  most  important 
chemotactic  factors  for  neutrophils  are 

[1]

  components  of  the  complement 

system  (C

5a

), 

[ 2 ]

  bacterial  and  mitochondrial  products  of  arachidonic  acid 

metabolism  (such  as  leukotriene  B

4

  and  cytokines  IL-8).  All  granulocytes, 

monocytes and to lesser extent lymphocytes respond to chemotactic stimuli. 

How  do  leukocytes  "see"  or  "smell"  the  chemotactic  agent

?  This  is 

because  receptors  on  cell  membrane  of  the  leukocytes  react  with  the 
chemoattractants resulting  in  the  activation  of 

phospholipase C

  that  ultimately 

leads  to  release  of 

cytocolic calcium ions

 and these ions trigger cell movement 

towards the stimulus. 

  

d- Phagocytosis 

Phagocytosis is the process of engulfment and internalization by specialized 

cells of particulate material, which includes invading microorganisms, damaged 
cells,  and  tissue  debris.  These  phagocytic  cells  include  polymorphonuclear 
leukocytes (particularly neutrophiles), monocytes and tissue macrophages. 
 
 
 


background image

 

- 4 - 

 

General

 

Pathology / 

Inflammation, Healing and Repair

Dr. Saevan Saad Al-Mahmood

 

 

3-4-3: Phagocytosis involves three distinct but interrelated steps: 

1-

Recognition  and  attachment  of  the  particle  to  be  ingested  by  the 

leukocytes:

 Phagocytosis is  enhanced  if  the  material  to  be  phagocytosed is 

coated with certain plasma proteins called 

opsonins

. These opsonins promote 

the  adhesion  between  the  particulate  material  and  the  phagocyte’s  cell 
membrane.  The  three  major  opsonins  are: 

(1)

 

The  Fc  fragment  of  the 

immunoglobulin

(2)

 

Components  of  the  complement  system  C

3b

  and  C

3bi

and  the 

(3)

 

Carbohydrate-binding  proteins  –  lectins

.  Thus,  IgG  binds  to 

receptors  for  the  Fc  piece  of  the  immunoglobulin  (FcR)  whereas  C

3cb

 and 

C

3bi

 are ligands for complement receptors CR

1

 and CR

2

 respectively. 

 
2-

Engulfment:

  During  engulfment,  extension  of  the  cytoplasm  (pseudopods) 

flow  around  the  object  to  be  engulfed,  eventually  resulting  in  complete 
enclosure  of  the  particle  within  the 

phagosome

 created  by  the  cytoplasmic 

membrane  of  the  phagocytic  cell.  As  a  result  of  fusion  between  the 
phagosome  and  lysosome,  a 

phagolysosome

  is  formed  and  the  engulfed 

particle is exposed to the 

degradative lysosomal enzymes

 
3-

Killing  or  degradation: 

The  ultimate  step  in  phagocytosis  of  bacteria  is 

killing and degradation. There are two forms of bacterial killing: 

a-

Oxygen-  independent  mechanism:

  This  is  mediate  by  some  of  the 

constituents 

of 

the 

primary 

and 

secondary 

granules 

of 

polymorphonuclear  leukocytes.  These 

include: 

(1)

 

Bactericidal 

permeability increasing protein (BPI) Lysozymes

 

(2)

 

Lactoferrin

 

(3)

 

Major 

basic  protein

 

(4)

 

Defenses

.  It  is  probable  that  bacterial  killing  by 

lysosomal  enzymes  is  inefficient  and  relatively  unimportant  compared 
with  the  oxygen  dependent  mechanisms.  The  lysosomal  enzymes  are, 
essential for the degradation of dead organisms within phagosomes. 

b-

Oxygen-  dependent  mechanism: 

There  are  two  types  of  oxygen- 

dependent killing mechanisms: 

i-

Non-  myeloperoxidase  dependent:

  The  oxygen  -  dependent  killing  of 

microorganisms is  due to  formation of  reactive oxygen species such as 
hydrogen  peroxide  (H

2

O

2

),  super  oxide  (O2)  and  hydroxyl  ion  (HO-

and  possibly  single  oxygen  (1O

2

).  These  species  have  single  unpaired 

electrons  in  their  outer  orbits  that  react  with  molecules  in  cell 
membrane or nucleus to cause damages. 

The destructive effects of H

2

O

2

 

in the body are gauged by the action of the glutathione peroxidase and 
catalase.

 

ii-

Myloperoxidase–  dependent:

  The    bactericidal    activity    of    H

2

O

2

  

involves    the   

lysosomal    enzyme  myeloperoxidase

,  which  in  the 

presence  of  halide  ions  converts  H

2

O

2

  to  hypochlorous  acid  (HOCI). 

This  H

2

O

2

  –  halide  -  myecloperoxidease  system  is  the  most  efficient 

bactericidal  system  in  neutrophils.  A  similar  mechanism  is  also 
effective against fungi, viruses, protozoa and helminthes. 


background image

 

- 5 - 

 

General

 

Pathology / 

Inflammation, Healing and Repair

Dr. Saevan Saad Al-Mahmood

 

 

 

3-4-4: Chemical mediators of inflammation 

Chemical  mediators  account  for  the  events  of  inflammation.  The 

Inflammation  has  the  following sequence:  Cell injury lead  to  release  Chemical 
mediators  which  lead  to  initiate  inflammatory  response  (i.e.  the  vascular  and 
cellular events). The sources of mediators of inflammation can be derived from 
plasma or cells. 
 
1-

 Plasma- derived mediators: 

a- 

Complement activation:

 the complement activation lead to increases vascular 

permeability  (C

3a

,C

5a

),  activates  chemotaxis  (C

5a

)  and  opsoninization 

(C

3b

,C

3bi

). 

b- 

Factor XII (Hegman factor) activation

: Its  activation  results  in  recruitment 

of  four  systems:  the  kinin,  the  clotting,  the fibrinolytic and the compliment 
systems. 

 
2- 

Cell- derived chemical mediators: 

Cell-derived chemical mediators include agents as in the following table 

   Cellular mediators 

 Cells of origin 

  Functions 

Histamine 

Mast cells,  basophiles 

Vascular leakage and platelets 

Serotonine 

Platelets 

Vascular leakage 

Lysosomal enzymes 

Neutrophiles 

Bacterial  and  tissue  destruction 
macrophages 

Prostaglandines 

All leukocytes 

Vasodilatation, pain, fever 

Leukotriens 

All leukocytes 

LB4 

Chemoattractant 

LC4, 

LCD4,  and  LE4  Broncho  and 
vasoconstriction 

Platelet activating factor 

All leukocytes 

Bronchoconstriction  and  WBC 
priming 

Activated oxygen species 

All leukocytes 

Endothelial and tissue damage 

Nitric oxide 

Macrophages 

Leukocyte activation 

Cytokines                 

Lymphocytes, macrophages    Leukocyte activation 

 

Most  mediators  perform  their  biologic  activities  by  initially  binding  to 

specific  receptors  on  target  cells.  Once  activated  and  released  from  the  cells, 
most  of  these  mediators  are  short  lived.  Most  mediators  have  the  potential  to 
cause harmful effects. 
 
 
 
 
 


background image

 

- 6 - 

 

General

 

Pathology / 

Inflammation, Healing and Repair

Dr. Saevan Saad Al-Mahmood

 

 

3-4-5: Morphology of acute inflammation 
Characteristically,  the  acute  inflammatory  response  involves  production  of 
exudates.  An  exudate  is  an  edema  fluid  with  high  protein  concentration, 
which  frequently  contains  inflammatory  cells.  A  transudate  is  simply  a  non-
inflammatory  edema  caused  by  cardiac,  renal,  undernutritional,  and  other 
disorders. 
 
The differences between an exudate and a transudate are 

Features 

EXUDATE 

TRANSUDATE 

Cause 
 
 

inflammation 
 
 

Non-inflammatory  

Appearance 

Colored, turbid, hemorrhagic 

disorders Clear, translucent or 
pale yellow 

Specific gravity 

Greater than or equal to 1.020 

Much less 

Coagulation 

Yes                     

No 

Protein 

> 3gm % 

< 3gm % 

Cells 

Abundant WBC, RBC, and Cell 
debris usually present 

Only few mesothelial cells 

Bacteria 

Present 

Absent 

 
 
3-4-6: Types of acute inflammation: 

1-Serous inflammation 

Either  an  outpouring  of  a  thin  fluid  that  derived  from  the  blood  serum  or 

secretion  of  mesothelial  cells  lining  the  peritoneal,  pleural,  and  pericardial 
cavities characterizes this. It resolves without inflammatory reactions. 
 

2-Fibrinous inflammation 

More severe injuries result in  greater vascular permeability that  ultimately 

leads  to  exudation of larger molecules such as  fibrinogens through the vascular 
barrier.  Fibrinous  exudate  is  characteristic  of  inflammation  in  serous  body 
cavities such as the pericardium (butter and bread appearance) and pleura. 

Course of fibrinous inflammation include 

(1)

  the  Resolution by  fibrinolysis 

(2)

  Scar  formation  between  parietal  and  visceral  surfaces,  i.e.  the  exudates  get 

organized and 

(3)

 Fibrous strand formation that bridges the pericardial space. 

 

3) Suppurative (Purulent) inflammation 

This  type  of  inflammation  characterized  by  the  production  of  a  large 

amount  of  pus.  Pus  is  a  thick  creamy  or  liquid,  yellowish  or  blood  stained  in 
colour  and  composed  of 

(1)

  A  large  number  of  living  or  dead  leukocytes  (pus 

cells) 

(2) 

Necrotic tissue debris 

(3)

 Living and dead bacteria 

(4)

 Edema fluid. There 


background image

 

- 7 - 

 

General

 

Pathology / 

Inflammation, Healing and Repair

Dr. Saevan Saad Al-Mahmood

 

 

are two types of suppurative iflammation: 

a- 

Localized suppurative  inflammation  (Abscess formation):

 An  abscess  is  a 

circumscribed  accumulation  of  pus  in  a  living  tissue.  It  encapsulated  by 
pyogenic  membrane,  which  consists  of  layers  of  fibrin,  inflammatory cells 
and granulation tissue. 

b- 

Diffuse suppurative (phlegmonous) inflammation:

 

characterized by  diffuse 

spread of the exudate through tissue spaces. It is caused by virulent bacteria 
(e.g. Streptococci spp. cause cellulitis in palmar spaces). 

 

4) Catarrhal inflammation 

This is a mild and superficial inflammation of the mucous membrane. It is 

commonly  seen  in  the  upper  respiratory  tract  following  viral  infections  where 
mucous secreting glands are present in large numbers, e.g.  Rhinitis. 
 

5) Pseudomembranous inflammation 

The  basic  elements  of  pseudomembranous  inflammation  are  extensive 

necrosis  of  the  surface  epithelium  of  an  inflamed  mucosa  and  severe  acute 
inflammation  of  the  underlying  tissues.  The  fibrinogens  in  the  inflamed  tissue 
coagulate  within  the  necrotic  epithelium.  Then 

(1)

  Fibrinogen, 

(2)

  Necrotic 

epithelium, 

(3)

  Neutrophilic  polymorphs, 

(4)

  Red  blood  cells, 

(5)

  Bacteria  and                  

(6)

 tissue debris form a 

false (pseudo) membrane

, which forms a white or colored 

layer over the surface of inflamed mucosa. 

Pseudomembranous  inflammation  exemplified  by  dipthetric  infection  of 

the pharynx or larynx, also on Clostridium difficille infection in the large bowel 
following certain antibiotic use. 
 
3-4-7: Effects of acute inflammation
1- Beneficial effects:  

a- 

Dilution of toxins

: The concentration of chemical and bacterial toxins at the 

site  of inflammation  diluted  via  exudate,  then  remove  from  site  by  flow 
of exudates from the venules through the tissue to the lymphatics. 

b- 

Protective antibodies:

 Exudation results in the presence of plasma proteins 

including antibodies at  the  site  of  inflammation. Thus,  antibodies directed 
against  the  causative  organisms  will  react  and  promote  microbial 
destruction by phagocytosis or complement- mediated cell lysis. 

c- 

Fibrin  formation:

  fibrin  formation  will  prevents  bacterial  spread  and 

enhances phagocytosis by leukocytes. 

d- 

Plasma  mediator  systems  provisions:

  The  complement,  coagulation, 

fibrinolytic, and kinin systems provided to the area of injury by the process 
of inflammation. 

e- 

Cell  nutrition:

  The  flow  of  inflammatory  exudates  brings  with  it  glucose, 

oxygen  and  other  nutrients  to  meet  the  metabolic  requirements  of  the 
greatly  increased  number  of  cells.  It  also  removes  their  solute  waste 
products via lymphatic channels. 


background image

 

- 8 - 

 

General

 

Pathology / 

Inflammation, Healing and Repair

Dr. Saevan Saad Al-Mahmood

 

 

f- 

Promotion  of  immunity:

  Microorganisms  and  their  toxins  carried  by  the 

exudates  either  free  or  in  phagocytes, along  the  lymphaics  to  local  lymph 
nodes where they stimulate an immune response to generate antibodies and 
cellular immune mechanisms of defense. 

 
2- Harmful effects: 

a- 

Tissue  destruction:

  Inflammation  may  result  in  tissue  necrosis  and  the 

tissue necrosis may in turn incite inflammation. 

b- 

Swelling:

  swelling  caused  by inflammation  may have serious  mechanical 

effects  at  certain  locations.  Examples  include  acute  epiglottitis  with 
interference in breathing; acute meningitis and encephalitis with effects of 
increased intracranial pressure. 

c- 

Inappropriate

 

response:

  The  inflammatory  seen  in  hypersensitivity 

reactions  is inappropriate (i.e. exaggerated). 

 
3-4-8: Course of acute inflammation
 

Acute inflammation may end up in: 

1- 

Resolution:

  by  complete  restitution  of  normal  structure  and  function  of the 

tissue, e.g. lobar pneumonia. 

2- 

Healing by fibrosis (scar formation). 

3- 

Abscess  formation: 

When  abscess  formed,  it  should  drain  all  abscesses. 

However, if it is left untouched, it may  result in: 

a- 

Sinus formation: 

when an abscess cavities makes contact with each other.  

b- 

Fistula formation:

 when an abscess tract connects two epithelial surface. 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


background image

 

- 9 - 

 

General

 

Pathology / 

Inflammation, Healing and Repair

Dr. Saevan Saad Al-Mahmood

 

 

3-5: 

CHRONIC INFLAMMATION

 (

Proliferative Inflammation

) 

Chronic  inflammation  is  prolonged  inflammatory  process  or  reaction 

(weeks  or  months)  where  an  active  inflammation,  tissue  destruction  and 
attempts at repair are proceeding simultaneously. 
 
3-5-1: Causes of chronic inflammation: 
1-

Persistent  infections:

  Certain  microorganisms  associated  with  intracellular 

infection  such  as  tuberculosis, leprosy, certain fungi that are characteristically 
cause  chronic  inflammation.  These  organisms  are  of  low  toxicity  and  evoke 
delayed hypersensitivity reactions. 

2-

Prolonged  exposure  to  non-degradable  but  partially  toxic  substances

  either 

endogenous  lipid  components  which  result  in  atherosclerosis  or  exogenous 
substances such as silica, asbestos. 

3-

Progression  from  acute  inflammation:

  Acute  inflammation  almost  always 

progresses  to  chronic  inflammation  following  persistent  suppuration  as  a 
result  of  uncollapsed  abscess  cavities,  foreign  body  materials  (dirt,  cloth, 
wool), sequesterum in osteomylitis, or a sinus/fistula from chronic abscesses. 

4-

Autoimmuniy:

  Autoimmune  diseases  such  as  rheumatoid  arthritis  and 

systemic lupus erythematosis are chronic inflammation

s

 from the outset. 

 
3-5-2: Cells of chronic inflammation: 
1- 

Monocytes and Macrophages:

 are the prima dona (primary cells) in chronic 

inflammation.  Macrophages  arise  from  the  common  precursor  cells  in the 
bone  marrow,  which  give  rise  to  blood  monocytes.  These  cells  are  then 
diffusely  scattered  in  various  parts  of  the  body,  in  the  liver  (Kuffer  cells), 
spleen,  lymph  nodes  (histiocytes),  lungs  (alveolar  macrophages),  bone 
marrow, brain (microglia), skin (Langerhan’s cells). These cells constitute the 
mononuclear-  phagocytic  system.  Macrophages  are  scavenger  cells  of  the 
body. 

2-

T-Lymphocytes:

 are primarily involved in cellular immunity with lymphokine 

production,  and  they  are  the  key  regulator  and  effector  cells  of  the  immune 
system. 

3- 

B-lymphocytes  and  Plasma  cells:

  produce  antibody  directed  either  against 

persistent  antigen  in  the  inflammatory  site  or  against  altered  tissue 
components. 

4- 

Mast  cells  and  eosinophil:

  appear  predominantly  in  response  to  parasitic 

infestations and allergic reactions. 

 

Though  neutrophils  are  hallmarks  of  acute  inflammatory  reactions,  large 

numbers  of  neutrophils  may  be  seen  in  some  forms  of  chronic  inflammation, 
notably chronic osteomylitis, actinomycosis and choric lung diseases induced by 
smoking and other stimuli.  

 
 


background image

 

- 10 - 

 

General

 

Pathology / 

Inflammation, Healing and Repair

Dr. Saevan Saad Al-Mahmood

 

 

Differentiation points between acute and chronic inflammation

s

 include: 

Characteristics 

Acute inflammation 

Chronic inflammation 

Duration 

Short 

Relatively long 

Pattern 

Stereotyped 

Varied 

Predominant cell 

Neutrophils 

Lymphocytes 

Macrophages, 

plasma cells 

Tissue destruction 

Mild to moderate 

Marked 

Fibrosis 

Absent 

Present 

Inflammatory reaction 

Exudative 

Productive 

 
 
3-5-3: Classification of chronic inflammation: 

Chronic  inflammation  classified  into  the  following  two  types  based  on 

histologic features: 
1-

Nonspecific   chronic   inflammation:

 This type of inflammation   involves   a  

diffuse   accumulation  of macrophages and lymphocytes at site of injury that 
is  usually  productive  with  new  fibrous  tissue  formations,  e.g.  Chronic 
cholecystitis. 

2-

Specific  inflammation  (granulomatous  inflammation):

  Granulomatous 

inflammation characterized by the presence of 

granuloma

. A granuloma is a 

microscopic  aggregate  of  epithelioid  cells  with  fibrous  tissue  surrounding. 
Epithelioid cell is  an  activated macrophage, with  a  modified epithelial cell-
like appearance (hence the name  epithelioid). The  epithelioid cells  can  fuse 
with  each  other  and  form  multinucleated  giant  cells.  So,  even  though,  a 
granuloma basically a collection of epithelioid cells, it also  usually contains 
multinucleated  giant  cell  (

Giant  cells  formed  by  fusion  of  macrophages  by  

concerted  attempt  of  two  or  more  cells  to  engulf  a  single  particle

)  and  is 

usually  surrounded  by  a  cuff  of  lymphocytes  and  occasional  plasma  cells. 
There are two types of giant cells: 

a- 

Foreign  body-type  giant  cells:

  which  have  irregularly  scattered  nuclei 

in presence of indigestible materials. 

b- 

Langhans giant cells: 

in which the nuclei are arranged peripherally in a 

horse -shoe pattern which is seen typically in tuberculosis, sarcoidosis.  

 
 
3-5-4: Pathogenesis of granuloma type: 

There are two types of granulomas, which differ in their pathogenesis. 

1- 

Foreign  body  granuloma:

  Inert  foreign  bodies  such  as  talc,  sutures  (non- 

absorbable)  initiate  these  granulomas,  fibers  that  are  large  enough  to 
preclude phagocytosis by a single macrophage and do not incite an immune 
response. 

 


background image

 

- 11 - 

 

General

 

Pathology / 

Inflammation, Healing and Repair

Dr. Saevan Saad Al-Mahmood

 

 

2- 

Immune  granulomas:

  Antigen  presenting  cells  (macrophages)  engulf  a 

poorly soluble inciting agent. Then, the macrophage processes and presents 
part  of  the  antigen  (in  association  with  MHC  type2  molecules)  to  CD

4

+

helper 1 cells, which become activated. The activated CD

4

+

 T-cells produce 

cytokines  (IL-2  and  interferon  gamma).The  IL-2  activates  other  CD

4

+

helper  cells  and  perpetuates  the  response.  The  IFN-γ  is  important  in 
transforming  macrophages  into  epitheloid  cells  and  multinucleated  giant 
cells. The  cytokines implicated  not  only  in  the  formation  but  also  in  the 
maintenance  of  granuloma.  Macrophage  inhibitory  factor  helps  to 
localize  activated  macrophages  and  epitheloid cells. 

 
3-5-5: Causes of granuloma: 
1-

Bacterial

Tuberculosis, Leprosy, Syphilis, Cat scratch disease, Yersiniosis. 

2-

Fungal:

 Histoplasmosis, Cryptococcosis, Coccidioidomycosis, Blastomycosis. 

3-

Helminthic:

 Schistosomiasis. 

4-

Protozoal:

 Leishmaniasis, Toxoplasmosis.  

5-

Chlamydia:

 Lymphogranuloma venerum. 

6-

Inorganic material:

  Berrylliosis. 

7-

Idiopathic:

 Acidosis, Cohn’s disease, Primary biliary cirrhosis. 

 
 
3-6: SYSTEMIC EFFECTS OF INFLAMMATIONS
 

The systemic effects of inflammation include: 

1- 

Fever:

  is  the  most  important  systemic  manifestation  of  inflammation.  It  is 

coordinated  by  the  hypothalamus  and  by  cytokines  (IL  -1,  IL-6,  TNF-α) 
released from macrophages and other cells. 

2- 

Endocrine and metabolic responses

: include liver secrets acute phase proteins 

such  as 

[1]

C-reactive  proteins, 

[2]

Serum  Amyloid  A, 

[3]

Complement  and 

coagulation proteins, 

[4]

Increased Glucocorticoids, 

[5]

Decreased Vasopressin.  

3- 

Autonomic  responses

:  include 

[1]

Redirection  of  blood  flow  from  the 

cutaneous to the deep vascular bed. 

[2]

Increased Pulse rate and blood pressure 

[3]

Decreased Sweating. 

4- 

Behavioral  responses

:  include  Rigor,  chills,  anoroxia,  somnolence,  and 

malaise. 

5- 

Leucocytosis: 

a  common  feature  of  inflammation,  especially  in  bacterial 

infections.    Its  usual  count  is  15,000  to  20,000  cells/mm3.  Most  bacterial 
infections  induce 

neutrophilia

.  Some  viral  infections  such  as  infectious 

mononucleosis,  and  mumps  cause 

lymphocytosis

.  Parasitic  infection  and 

allergic reactions (bronchial asthma) and hay fever induce 

eosinophilia

6- 

Leukopenia: 

a feature of typhoid fever and some parasitic infections. 

7- 

Weight  loss: 

thought  to  be  due  to  the  action  of  IL-1  and  TNF-α  which 

increase  catabolism  in  skeletal  muscle,  adipose  tissue  and  the  liver  with 
resultant negative nitrogen balance. 


background image

 

12 

 

General

 

Pathology / 

Inflammation, Healing and Repair

Dr. Saevan Saad Al-Mahmood

 

 

 

Chapter Four 

TISSUE HEALING 

 

The  word  healing,  used  in  a  pathological  context,  refers  to  the  body’s 

replacement  of destroyed tissue by living tissue. 
 

4-1: 

Processes of Healing:

 

The healing process involves two distinct processes: 

1- 

Regeneration

, replacement of lost tissue by tissues similar in type. 

2- 

Repair

  (healing by  scaring), replacement of  lost  tissue by  granulation tissue 

that matures to  form  scar  tissue.  Healing  by  fibrosis  is  inevitable when  the 
surrounding specialized cells do not possess the capacity to proliferate. 

 

Whether  healing  takes  place  by  regeneration  or  by  repair  (scarring)  is 

determined  partly  by  the  type  of  cells  in  the  damaged  organ  and  partly  by  the 
destruction or  the  intactness of  the stromal  framework  of  the  organ.  Hence,  it 
is  important  to  know  the  types  of  cells  in  the body. 
 

4-2: 

Types of Cells:

 

Based on their proliferative capacity there are three types of cells. 

1- 

Labile cells

 

These  are  cells  have  a  continuous  turn  over  (new  cells)  by  programmed 

division  of  stem  cells.  They  found  in  the  surface  epithelium  of  the 
gastrointestinal  tract,  urinary  tract  or  the  skin.  The  cells  of  lymphoid  and 
haemopoietic  systems  are  further  examples  of  labile  cells.  The  chances  of 
regeneration are excellent. 
 
2- 

Stable cells

 

Tissues  that  have  such type  of  cells  have  normally  a  much  lower  level  of 

replication.  However,  the  cells  of  such  tissues  can  undergo  rapid  division  in 
response  to  injury.  For  example,  mesenchymal  cells  such  as  smooth  muscle 
cells,  fibroblasts,  osteoblasts  and  endothelial  cells  are  stable  cells  that  can 
proliferate.  Liver, endocrine  glands and renal tubular  epithelium  has also such 
type of cells, which can regenerate. Their chances of regeneration are good. 
 
3- 

Permanent cells

 

These  are  non-dividing  cells.  If  lost,  permanent  cells  cannot  replaced, 

because they do not have the capacity to proliferate, e.g. adult neurons, striated 
muscle cells, and cells of the lens, and when these cells e lost they replaced by 
less specialized cells like fibrocytes. 
 


background image

 

13 

 

General

 

Pathology / 

Inflammation, Healing and Repair

Dr. Saevan Saad Al-Mahmood

 

 

 

 

4-3: 

Type of Tissue Healing: 

1- 

Healing

 (

by Regeneration-same tissue

) 

Regeneration  (generare=bring  to  life)  is  the  renewal  of  a  lost  tissue  in 

which  the  lost cells are replaced by identical ones.  Labile  and  stable  cells  can 
regenerate  in  one  condition  the  stromal  framework  are  intact.  Regeneration 
involves two processes: 

1- 

Proliferation of surviving cells to replace lost tissue.

 

2- 

Migration of surviving cells into the vacant space. 

The capacity of a tissue for regeneration depends on its 

1- 

Proliferative ability,

 

2- 

Degree of damage to stromal framework and

 

3- T

ype and severity of the damage. 

 
2- 

Repair

 (

by connective tissue-scar tissue

) 

Repair  is  the  orderly  process  by  which  lost  tissue  eventually  replaced  by 

less  specialized  tissue  termed  scar  tissue.  A  wound  in  which  only  the  lining 
epithelium  is  affected  heals  exclusively  by  regeneration.  In  contrast,  wounds 
that extend through the basement membrane to the connective tissue (dermis  in 
the skin or the sub-mucosa in the gastrointestinal tract) lead to the formation of 
granulation  tissue  and  eventual  scarring  (scar  tissue).  Tissues  containing 
differentiated  (permanent)  cells  such  as  neurons  and  skeletal  muscle  cells 
cannot  heal  by  regeneration  but  heal  by  formation  of  granulation  tissue.  In 
granulation-tissue formation, three phases may be observed:  

a- 

Inflammatory  Phase:

  At  this  phase,  inflammatory  exudate  containing 

polymorphs cells is seen in the area of tissue injury with platelet aggregation 
and fibrin deposition. 

b- 

Demolition  Phase:

  The  dead  cells  liberate  their  autolytic  and  proteolytic 

enzyme  which  secreted  from  disintegrating  polymorphs  cells.  There  is 
infiltration  of  macrophage  to  ingest  particulate  matter,  either  digesting  or 
removing it. 

c- 

Ingrowth  of  granulation  tissue:

  This  is  characterized  by  proliferation  of 

fibroblasts and an growth of newly blood vessels (

angiogenesis

) into the area 

of injury with a variable number of inflammatory cells.  

 

Event occurs at Ingrowth of granulation tissue  

Fibroblasts  synthesize  and  secrete  extracellular  matrix  components, 

including  fibronectin,  proteoglycans,  and  collagen  types  I  and  III.  The 
fibronectin  and  proteoglycans  form  the  ‘scaffolding’  for  rebuilding  of  the 
matrix.  Fibronectin  binds  to  fibrin  and  acts  as  a  chemotactic  factor  for  the 
recruitment of more fibroblasts and macrophages.  

The  synthesis  of  collagen  by  fibroblasts  begins  within  24  hours  of  the 


background image

 

14 

 

General

 

Pathology / 

Inflammation, Healing and Repair

Dr. Saevan Saad Al-Mahmood

 

 

 

injury although its deposition in  the tissue is  not  apparent until 4  days. By  day 
5,  collagen  type  III  is  the  predominant  matrix  protein  being  produced;  but  by 
day 7 to 8, type I is prominent, and it eventually becomes the major collagen of 
mature scar  tissue.  This  type  I  collagen is  responsible for  providing the tensile 
strength of the matrix in a scar. 

At  same  time  of  fibroblast  proliferation  there  is 

angiogenesis

 

(neovascularization), 

a proliferation and formation of new small blood vessels

Vascular proliferation starts 48 to 72 hours after injury and lasts for several days. 

With  further  healing,  there  is  an  increase  in  extracellular  constituents, 

mostly  collagen,  with  a  decrease  in  the  number  of  active  fibroblasts  and  new 
vessels. Despite an increased collagenase  activity in the wound (responsible  for 
removal  of  built  collagen),  collagen  accumulates  at  a  steady  rate,  usually 
reaching a maximum 2 to 3 months after the injury. 

The tensile strength of the 

wound  continues  to  increase  many  months  after  the  collagen  content  has 
reached a maximum

 

As  the  collagen  content  of  the  wound  increases,  many  of  the  newly 

formed  vessels  disappear.  This  vascular  involution  which takes place in a few 
weeks,  dramatically  transforms  a  richly  vascularized  tissue  in  to  a  pale, 
avascular scar tissue. 
 

4-4: 

Wound contraction 

Wound contraction is a mechanical reduction in the size of the defect. The 

wound is  reduced  approximately  by  70-80%  of  its  original  size.  Contraction 
results  in  much  faster  healing since  only   amount  of  destroyed tissue  has  to 
be  replaced.  If contraction is prevented healing is slow and a large ugly scar is 
formed.  The  wound  contraction  occur  due  to  contraction  of  myofibroblasts. 
Myofibroblasts have  the  features intermediate between those  of  fibroblasts and 
smooth  muscle  cells.  Two  to  three  days  after  the  injury  they  migrate  into  the 
wound and their active contraction decrease the size of the defect. 
 

4-5: 

Molecular control of healing process 

Healing  involves  an  orderly  sequence  of  events  which  includes 

regeneration  and  migration  of  specialized  cells,  angiogenesis,  proliferation  of 
fibroblasts  and  related  cells,  matrix  protein  synthesis  and  finally  cessation  of 
these  processes.  These  processes  are  mediated  and  control  by  a  series  of  low 
molecular  weight  polypeptides  referred  to  as 

growth  factors

.  These  growth 

factors have the capacity to stimulate cell division and proliferation. 

Sources of 

Growth Factors are 

(1)

 Platelets activated after endothelial damage 

(2)

 Damaged 

epithelial  cells 

(3)

  Circulating  serum  growth  factors 

(4)

  Macrophages 

(5)

 

Lymphocytes recruited to the area of injury.  

The  healing  process  ceases  when  lost  tissue  has  been  replaced.  The 

mechanisms  regulating  this  process  are  not  fully  understood.  TGF-β  acts  as  a 


background image

 

15 

 

General

 

Pathology / 

Inflammation, Healing and Repair

Dr. Saevan Saad Al-Mahmood

 

 

 

growth  inhibitor  for  both  epithelial  and  endothelial  cells  and  regulates  their 
regeneration. 
 

4-6: 

Wound Healing 

The  two  processes  of  healing  (described  above)  can  occur  during  healing 

of a diseased organ or during healing of a wound. A wound can be accidental or 
surgical. Healing of a wound demonstrates both epithelial regeneration (healing 
of  the  epidermis) and  repair by  scarring (healing of the dermis).  There are two 
patterns of wound healing depending on the amount of tissue damage: 
1- Healing by first intention 
2- Healing by second intention 
 
4-6-1: 

Healing by first intention

  

Healing  of  a  clean  surgical  incision  is  the  best  example  of  this  type  of 

healing.  The  wound  edges  are  approximated  by  surgical  sutures,  and  healing 
occurs  with  a  minimal  loss  of  tissue.  Such  healing  is  referred  as  “primary 
union” or “healing by first intention”. The incision causes the death of a limited 
number  of  epithelial  cells  as  well  as  of  dermal  adnexa  and  connective  tissue 
cells,  the  incisional  space  is  narrow  and  immediately  fills  with  clotted  blood, 
containing  fibrin  and  blood  cells,  dehydration  of  the  surface  clot  forms  the 
well-known  scab  that  covers  the  wound  and  seals  it  from  the  environment 
almost at once. 

Event in Healing by First Intention 

1-  Within  24  hours,  neutrophils  appear  at  the  margins  of  the  incision  moving 

toward  the  fibrin  clot.  The  epidermis  at  its  cut  edges  thickens  as  a  result  of 
mitotic  activity  of  basal  cells  and,  within  24  to  48  hours,  spurs  of  epithelial 
cells  from  the  edges  both  migrate  and  grow  along  the  cut  margins  of  the 
dermis  and  beneath  the  surface  scab  to  fuse  in  the  midline,  thus  producing a 
continuous but thin epithelial layer. 

2-  By  day  3,  the  neutrophils  have  been  largely  replaced  by  macrophages. 

Granulation  tissue  progressively  invades  the  incisional  space.  Collagen  fibers 
are  now  present in  the  margins of  the incision, but  at  first  these are vertically 
oriented and  do  not  bridge the  incision. Epithelial cell proliferation continues, 
thickening the epidermal covering layer. 

3-  By  day  5,  the  incisional  space  is  filled  with  granulation  tissue. 

Neovascularization  is  maximal.  Collagen  fibrils  become  more  abundant  and 
begin  to  bridge  the  incision. The epidermis  recovers  its  normal  thickness  and 
differentiation  of  surface  cells  yields  a  mature  epidermal  architecture  with 
surface keratinization. 

4-  During  the  second  week,  there  is  continued  accumulation  of  collagen  and 

proliferation  of  fibroblasts.    Leukocytic    infiltrate,    edema,    and    increased  
vascularity    have    largely  disappeared.  At  this  time,  the  long  process  of 


background image

 

16 

 

General

 

Pathology / 

Inflammation, Healing and Repair

Dr. Saevan Saad Al-Mahmood

 

 

 

blanching  begins,  accomplished  by  the  increased  accumulation  of  collagen 
within the incisional scar, accompanied by regression of vascular channels. 

5- By the end of the first month, the scar comprises a cellular connective tissue 

devoid  of  inflammatory  infiltrate,  covered  now  by  an  intact  epidermis.  The 
dermal  appendages  that  have  been  destroyed  in  the  line  of  the  incision  are 
permanently lost. Tensile strength of the wound increases thereafter, but it may 
take months for the wounded area to obtain its maximal strength. 

 
4-6-2: 

Healing by second intention 

When  there  is  more  extensive  loss  of  cells  and  tissue,  such  as  occurs  in 
infarction, inflammatory ulceration, abscess formation, and surface wounds that 
create  large  defects,  the  reparative  process  is  more  complicated.  The  common 
denominator in  all  these  situations  is  a  large  tissue  defect  that  must  be  filled. 
Regeneration  of  parenchymal  cells  cannot  completely  reconstitute  the  original 
architecture. Abundant granulation tissue grows in from the margin to complete 
the repair. This form of healing is referred to as “secondary union” or “healing 
by second intention.” 
Secondary healing differs from primary healing in several respects: 
1-  Inevitably,  large  tissue  defects  initially  have  more  fibrin  and  more  necrotic 

debris  and exudate  that must  be removed.  Consequently,  the inflammatory 
reaction  is more intense. 

2- Much  larger  amounts of  granulation tissue  are  formed.  When  a  large  defect 

occurs in deeper tissues, such as  in  a  viscus, granulation tissue bears the  full 
responsibility for its closure, because drainage to the surface cannot occur. 

3-  Perhaps  the  feature  that  most  clearly  differentiates  primary  from  secondary 

healing  is  the  phenomenon  of  wound  contraction,  which  occurs  in  large 
surface wounds. 

4-  Healing by  second  intention  takes  much  longer  than  when  it  occurs  by  first 

intention. 

 

4-7: 

Factors that influence wound healing

 

A number of factors can alter the rate and efficiency of healing. These can 

be  classified  in  to  those  which  act  locally,  and  those  which  have  systemic 
effects.  Most  of  these  factors  have  been  established  in  studies  of  skin  wound 
healing but many are likely to be of relevance to healing at other sites. 
 
4-7-1: 

Local Factors 

1- Type, size, and location of the wound

A  clean, aseptic wound produced by 

the  surgeon’s  scalpel  heals  faster  than  a  wound  produced  by  blunt  trauma, 
which  exhibits  abundant  necrosis  and  irregular  edges.  Small  blunt  wounds 
heal faster than larger ones. Injuries in richly vascularized areas (the face) heal 
faster than those in poorly vascularized ones (the foot). In areas where the skin 


background image

 

17 

 

General

 

Pathology / 

Inflammation, Healing and Repair

Dr. Saevan Saad Al-Mahmood

 

 

 

adheres  to  bony  surfaces, as  in  injuries  over  the  tibia,  wound contraction and 
adequate  apposition  of  the  edges  are  difficult.  Hence,  such  wounds  heal 
slowly. 

2-  Vascular  supply: 

Wounds  with  impaired  blood  supply  heal  slowly.  For 

example,  the  healing  of  leg  wounds  in  patients  with  varicose  veins  is 
prolonged. Ischemia due to pressure produces bed sores and then prevents their 
healing. Ischemia due to arterial obstruction, often in the lower extremities of 
diabetics, also prevents healing. 

3-  Infection: 

Wounds  provide  a  portal  of  entry  for  microorganisms  infection 

delays  or  prevents  healing, promotes  the  formation  of  excessive  granulation 
tissue  and  may  result  in large deforming scars. 

4-  Movement: 

Early  motion  particularly  before  tensile  strength  has  been 

established preventing or retarding healing. 

5-  Ionizing  radiation:

  Irradiation  leaves  vascular  lesions  that  interfere  with 

blood  supply  and  result  in  slow  wound  healing.  Acutely,  irradiation  of  a 
wound blocks cell proliferation, inhibits contraction, and retards the formation 
of granulation tissue. 

 
4-7-2: 

Systemic Factors

1-  Circulatory  status: 

Cardiovascular  status  which  determining  the  blood 

supply  to  the  injured  area,  is  important  for  wound  healing.  Poor  healing 
attributed to old age is often due  to impaired circulation. 

2- Infection: 

Systemic infections delay wound healing. 

3-  Metabolic  status: 

Poorly  controlled  diabetes  mellitus  is  associated  with 

delayed  wound  healing.  The  risk  of  infection  in  clean  wound  approaches 
fivefold the risk  in  non- diabetics.  In  diabetic  patients,  there  can  be  impaired 
circulation secondary to arteriosclerosis and impaired sensation due to diabetic 
neuropathy. The impaired sensation renders the lower extremity blind to every 
day hazards. Hence, in diabetic patients, wounds heal in very slowly pattern. 

4- Nutritional deficiencies: 

Protein deficiency:  In  protein  depletion  there  is  an  impairment  of  granulation 

tissue and collagen formation, resulting in a great delay in wound healing. 

Vitamin deficiency: Vitamin C is required for collagen synthesis and secretion. 

It  is  required in  hydroxylation of proline and lysine in the process of collagen 
synthesis.  Vitamin  C  deficiency  results  in  grossly  deficient  wound  healing, 
with a lack of vascular proliferation and collagen deposition. 

Trace  element  deficiency:  Zinc  deficiency  will  retard  healing  by  preventing 

cell proliferation. Zinc is necessary in several DNA and RNA polymerases and 
transferases;  hence,  a  deficiency  state  will  inhibit  mitosis.  Proliferation  of 
fibroblasts  (fibroplasia)  is therefore retarded. 

5-  Hormones: 

Corticosteroids  impair  wound healing,  an  effect  attributed  to  an 

inhibition  of  collagen  synthesis.  However,  these  hormones  have  many  other 


background image

 

18 

 

General

 

Pathology / 

Inflammation, Healing and Repair

Dr. Saevan Saad Al-Mahmood

 

 

 

effects,  including  anti-inflammatory  actions  and  a  general  depression  of 
protein  synthesis.  It  also  inhibits  fibroplasia  and  neovascularization.  Both 
epithelialization  and  contraction  are  impaired.  It  is  therefore  difficult  to 
attribute  their  inhibition  of  wound  healing  to  any  one  specific  mechanism. 
Thyroid  hormones,  androgens,  estrogens  and  growth  hormone  also  influence 
wound  healing.  This  effect,  however,  may  be  more  due  to  their  regulation 
of  general  metabolic status rather than to a specific modification of the healing 
process. 

6-  Anti-inflammatory  drugs: 

Anti-inflammatory  medications  do  not  interfere 

with wound healing when administered at the usual daily  dosages. Asprin and 
indomethalin both inhibit prostaglandin synthesis and thus delay healing. 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 




رفعت المحاضرة من قبل: Yehia Vet
المشاهدات: لقد قام 13 عضواً و 250 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