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Inflammation and Immunity.docx

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Department
Nursing
Course
NURSING 2LA2
Professor
Peter Helli
Semester
Winter

Description
Inflammation and Immunity Objectives: ­ Define inflammation ­ List the goals of inflammation ­ Identify common causes of inflammation ­ Review the roles of cells of inflammation ­ Discuss the vascular and cellular changes of the inflammatory response ­ Discuss the role of inflammatory mediators ­ Differentiate between acute and chronic inflammation ­ List and describe the five cardinal signs of inflammation ­ Briefly discuss the role of inflammation Inflammation: ­ Specific: the immune response ­ Non­specific: the inflammatory response ­ Inflammation can be innate (meaning natural or present at birth) or acquired (evolving  overtime after birth) ­ Each person has their own unique immune system tailored just for them, were all born  with an innate response, but acquire different immune systems as we are exposed to  different pathogens 3 Types of Defense Mechanisms: ­  Natural barriers : epithelial layer of the skin and mucous membranes lining the  gastrointestinal, genital­urinary and the respiratory tract which are known as natural  physical barriers ­  Chemical barriers : mucous, perspiration, tears, saliva, and earwax that trap and kill  microorganisms. Some of these contain enzymes, fatty and lactic acids and  antimicrobial proteins that destroy bacteria, and our own normal bacteria flora are  capable of producing chemicals to keep pathogens at bay  ­  Mechanical barriers : such as coughing, sneezing, sloughing, vomiting, urinating, and the  cilia action of the respiratory tract, as well as low skin temperatures discourage the  growth of bacteria Immunity: an acquired, specific and adaptive ability, overtime our bodies develop specific  antibodies to target certain antigens, and this defense mechanism contains memory. This means  that on first exposure to an antigen our immune system makes antibodies targeted toward that  antigen. Then to subsequent exposure to that same antigen those antibodies that match the  antigen will be called to action to fight off the pathogen Refers to where the inflammatory response originates (non­specific): Humoral: comes from the blood or plasma components, involves complement factors  Immune: formation of antibodies Cellular: cell derived process, in inflammation the involved cells are neutrophils and  macrophages, and in the immune response we are talking about leukocytes Inflammation: “A protective response designed to eliminate the initial cause of injury, remove damaged tissue  and generate new tissue” “The biochemical and cellular response of vascularized tissue to injury; designed to protect the  body from further injury” Goals of Inflammation: 1. Movement of necessary blood and plasma components required  to the site of injury 2. Deliver nutrients to the site of injury 3. Dilute, confine and/or eliminate injurious agents 4. Stimulate and assist the immune system 5. Promote healing and generation of new tissue • Increase metabolic rate, cells step up usual daily routines, increases heat production, our  oxygen and glucose consumption and our production of wastes • Secondly we have dilation of blood vessels, to help speed up the delivery of the  inflammatory components to the site of injury • We have an increased capillary permeability which allows for movement of white cells,  specifically neutrophils, proteins and nutrients out of the blood vessels and into the tissue  where it can go to work Causes of Inflammation: ­ Microbes ­ Immune reactions ­ Trauma ­ Tissue necrosis ­ Physical or chemical agents ­ Burns ­ Temperature extremes, oxygen deprivation, nutrient deprivation, nutrient deprivation,  genetic or immune defects, and ionizing radiation Acute Inflammation: ­ Occurs early and quick from minutes to hours, usually happens almost immediately ­ It is a reaction of local tissues and their blood vessels to injury ­ Occurs before adaptive immunity becomes established, and aimed at removing the  injurious agent and limiting the extent of tissue damage ­ Triggered by a variety of stimuli: infections, immune reactions, blunt and penetrating  trauma, physical or chemical agents (burns, frostbite, irradiation, caustic chemicals) and  tissue necrosis from any cause ­ Mediated by many factors ­ Short duration, does not last very long ­ Also self­limiting ­ Non­specific, same processes occur, no matter where the injury is ­ There are two phases: vascular and cellular ­ Will only have two outcomes: ­ Healing ­ Chronic inflammation Mediators of Inflammation: ­ Mast cell degranulation:  ­ Found in connective tissue close to a blood vessel and are prevalent along  mucosal surfaces of the lung and gastrointestinal tract and the dermis of the skin,  these cells don’t mature until they reach the circulation and settle in nearby  tissues ­  Most important activator of the inflammatory response ­  They produce lipid mediators and cytokines that induce inflammation, they  contain within their cytoplasm preformed granules ­ Synthesis: they also synthesize lipid mediators from cell membrane precursors,  such as prostaglandins and platelet activating factor, and stimulate cytokine and  chemokine synthesis by other cells such as monocytes and macrophages ­ Mast cells are especially important in the inflammatory response related to  hypersensitivity and allergies. They bind to one of the immune globulins, IgE, to  trigger the release of histamine and vasoactive substances from basophils ­ Also responsible for the release of eosinophil chemotactic factor ECFa which  serves to attract the eosinophils to the site of inflammation Activation of 3 plasma protein systems: these plasma derived mediators of inflammation are  synthesized in the liver and include coagulation factors and complement proteins. Many of these  protein components are enzymes that circulate in an inactive or “proenzyme” state. Activation of  a proenzyme by infection or injury creates a cascade type effect. Components of these plasma  protein systems are usually short­lived and are rapidly deactivated. Complement (cell lysis): ­ Mediates inflammation ­ It includes 20 different proteins, labeled C1­C9 and make up about 10% of the total  circulating proteins in the body ­ Destroys pathogens directly  ­ Activates and collaborates with other plasma protein systems to affect the same results ­ Once activated a cascade forms that plays an important role in immunity and  inflammation ­ Complement fragments contribute to the inflammatory response by causing vasodilation,  increasing vascular permeability and increasing activity of phagocytes ­ C3 and C5 are most important, and result in formation of opsonins, chemotactic factors  (attract other components of inflammation to the injured site) and anaphylic toxins: which  triggers all/some of the symptoms of anaphylaxis­ most important for chemotactic and  anaphylactic are C3a and C3b as well as C5 ­ Endpoint: membrane attack complex (MAC), formation of MAC is very important. This  is composed of components C5­C9. Its job is to create holes in the membrane of  pathogens allowing entry of water causing the cells to explode.  There are three possible avenues to which this cascade can be activated:  ­ The Classical pathway: is activated by antibodies, requires at least  two antigen antibody complexes to initiate the cascade. The immune  system can take advantage of this option for destruction of bacteria ­ The Lectin pathway: activated by bacteria carbohydrates and is  similar to the classical pathway but no antibodies are required.  Activated by a plasma lectin that binds to mannose on microbes and  activates the classical system pathway in the absence of antibody ­ The Alternative pathway: activated by gram­negative bacterial and  fungal cell wall polysaccharide termed endotoxins, no antibodies are  required and it begins with activation of C3b and merges with the  classical pathway at C5.  * The complement system is activated in three ways and has four affects: opsonization, mast cell  degranulation thru anaphylitoxic activity, leukocyte chemotaxics, and cell lysis a. C3: essential for the amplification stage. It affects C5­C9 b. The enzymatic cleavage of C3 produces C3b which is a  key opsonin that coats microbes and allows them to be  phagocytized after binding to type 1 complement  receptor on leukocytes c. C3a: can trigger an influx of neutrophils to enhance  inflammatory response d. C3a and C5a: leads to the activation of basophils and  mast cells and release of inflammatory mediators the  produce smooth muscle contraction, increased vascular  permeability and changes in endothelial cells to enhance  migration of phagocytes Clotting (formation of fibrin clots) ­ Activated by two pathways: intrinsic and extrinsic ­ Factor 10a and thrombin both act to provide the link between the coagulation system and  inflammation which is enhanced by many of the bi­products or fragments produced  during the clotting cascade ­ Makes a fibrous mesh network, goal is to produce a fibrous clot ­ Traps exudate organisms and invaders ­ Prevents spread to other tissues ­ Prepares for healing ­ Endpoint: fibrous clot, it serves to prevent the spread of infection by trapping the  offending agent, and retaining it at the site of inflammatory activity, to prevent  ­ bleeding, and also to provide the eventual framework for repair Kinin (vasodilation, vascular permeability and pain) ­ Interacts closely with the clotting system ­ Activated by factor 12a (both kinin and clotting systems) ­ In this cascade, vasoactive peptides are generated from plasma proteins called kininogens  by the action of proteases called callikrins: they can be found in tissue and body fluids  including saliva, tears, sweat, urine and feces  ­ Short lived ­ ENDPOINT: Results in the production and release of bradykinin which causes: 1. Vasodilation 2. Pain 3. Extravascular smooth muscle contraction 4. Increased vascular permeability 5. Leukocyte chemotaxis ­ Very similar to histamine but short lived as the kinins are degraded by kinineases to  maintain homeostasis ­ And is important at the latter phases of inflammation ­ Release of cell derived mediators Two Phases of Inflammation: Vascular: Changes in vessel diameter leads to increase in blood flow to the area of injury ­ Brief period of vasoconstriction ­ Followed by vasodilation, increasing blood flow to the area ­ Slowing of blood flow velocity­ blood becomes more viscous because water is following  the solutes into tissues ­ Proteins are leaving the vessels into the extravascular space ­ And leukocytes are able to leave the blood vessel to the site of injury ­ Increased hydrostatic pressure ­ Heat and redness ­ Increased vascular permeability, because the space between cells are increasing ­ Brief vasoconstriction followed by vasodilation ­ Increased capillary permeability ­ And movement of leukocytes into the tissues *This process leads to the 5 cardinal signs of inflammation: heat, redness, edema, pain  and loss of function Permeability Changes: ­ Binding of mediators to endothelial receptors (examples of chemical mediators are  histamines, bradykinin­ vasodilator and causes pain, and leukotrinins. ­ When mediators bind to receptors on the endothelial cells, the cells begin to retract  leaving wide gaps between them as a result, proteins and molecules which were once too  big to get thru can now leave the vessel quite freely taking water along with them ­ Endothelial cell retraction ­ Loss of proteins and water into tissue ­ Decreased osmotic pressure ­ Edema, pain and impaired function ­ Increased blood viscosity ­ Low velocity flow ­ Leukocytes stick to endothelium Cellular: Leukocytes and other cells migrate from the circulation to the tissue to eliminate  offending agents ­ The endothelial lining undergoes changes which results in an increase of vascular  permeability and loss of fluid and substances into the tissue Leukocyte Emigrations: ­ During normal conditions cells float in the blood vessel continuously and the  endothelium secretes nitric oxide causing vasodilation and limiting the sticking of cells to  it self ­ During inflammation, as chemical mediators are released from mast cells and  macrophages activation of plasma proteins are released from dying cells and cause the  production of adhesion molecule on the surface of many cells involving inflammation ­ These adhesion molecules cause certain cells, like leukocytes and platelets to become  sticky and they adhere to the endothelial wall Emigration of Leukocytes: ­ Leukocytes are recruited to the site of injury and facilitated to linger there, by the slowing  of blood flow ­ They then line up and adhere to the endothelium and move along the endothelial wall  (rolling), with the help of those adhesion molecules ­ Some of the adhesion molecules are selectins, integrins, and members of the  immunoglobulin (Ig) superfamily (ICAM­1, ICAM­2, and VCAM­1) and are found on  both the leukocyte and endothelial cell walls and are complementary, meaning they fit  together like a lock and key ­ Then through a process called “chemotaxis”, leukocytes are encouraged to move into the  tissue where the injury has occurred 1. Margination: leukocytes move along the endothelial wall 2. Adhesion: leukocytes stick to the endothelium with the help of adhesion molecules 3. Transmigration: leukocytes move to the site of injury in response to chemotactic factors 4. Chemotaxis: a response involving cell orientation or cell movement that is either toward  (positive chemotaxis) or away from (negative chemotaxis) a chemical stimulus Cells Involved in Inflammation: Normally, cells float within our blood vessels continuously and h
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