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24.8: Entzündungen
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24.8: Inflammation

24.8: Entzündungen

Overview

In response to tissue injury and infection, mast cells initiate inflammation. Mast cells release chemicals that increase the permeability of adjacent blood capillaries and attract additional immune cells to the wound or site of infection. Neutrophils are phagocytic leukocytes that exit the bloodstream and engulf invading microbes. Blood clotting platelets seal the wound and fibers create a scaffold for wound healing. Macrophages engulf aging neutrophils to end the acute inflammatory response.

Acute Inflammation Protects the Body

Tissue injury and infection are the primary causes of acute inflammation. Inflammation protects the body by eliminating the cause of tissue injury and initiating the removal of cell debris resulting from the initial damage and related immune cell activity. Inflammation involves mediators of both the innate and adaptive immune system. Proper regulation of inflammation is crucial to clear the pathogen and remove cell debris without overly damaging healthy tissue in the process. If inflammatory processes are not properly regulated, chronic inflammation can arise that is often fatal.

Mast Cells Initiate and Regulate Inflammation

Mast cells are the first to respond to tissue injury, as they are primarily located in areas that have contact with the exterior: the skin, gut, and airways. Mast cells have an arsenal of receptors on their cell surface and can hence be activated by a wide variety of stimuli, such as microbial antigens, products of complement activation, animal venom and damage-associated molecular patterns, which signal cellular damage or stress.

Upon activation, mast cells engage in complex bidirectional interactions with macrophages, mesenchymal stem cells, dendritic cells, natural killer cells, and B and T cells. These interactions are mediated by a cocktail of chemical signals that mast cells release into the surrounding tissue. The effect of these chemicals is two-fold: they attract effector cells of the immune system that follow the chemical trail (chemotaxis) and affect surrounding blood vessels. For instance, one of the chemicals released by mast cells is histamine, which increases the permeability of capillaries in a process called vasodilation. This expansion of local blood vessels, in turn, facilitates blood flow to the injured tissue, resulting in redness and warmth.

Neutrophils Target Foreign Elements with Sophisticated Methods

Vasodilation also allows phagocytic neutrophils to leave the bloodstream, a process called leukocyte extravasation, or diapedesis. Neutrophils follow the chemical trail left by mast cells and enter the tissue by squeezing through the now widened junctions in the capillaries. At the site of infection, they capture pathogens via neutrophil extracellular traps (NETs) that are formed of DNA fibers and proteins. Neutrophils engulf invaders (in a process known as phagocytosis) or release antimicrobial components (degranulation). Neutrophils are short-lived (hours or days) and are replaced by macrophages and lymphocytes in later phases of the inflammatory response.

Platelets Promote Closure of Wounds and Healing

Platelets (also called thrombocytes) are cell fragments with no nuclei that are a constituent of blood and derived from bone marrow megakaryocytes. They also follow the chemical signal of mast cells to the affected tissue. Platelets release growth factors to induce wound healing, patch disrupted tissue by aggregating in response to blood vessel damage and can even engulf pathogens.

Chronic Inflammation Is the Most Common Cause of Death

Three of five people in the world die due to chronic inflammatory diseases, such as stroke, chronic respiratory diseases, heart disorders, some cancers, obesity, and diabetes. The proper regulation of inflammatory processes is therefore crucial for proper bodily function.

Atherosclerosis is the narrowing of arteries due to the formation of plaques along the lining of the blood vessels. Narrower vessels transport less blood, which hinders oxygen flow. The reduced oxygen flow is one problem caused by atherosclerosis. An additional issue is the potential rupture of the plaque, which triggers blood clotting, further reducing or totally blocking the blood flow. Depending on which arteries are affected, the function of the heart, brain, arms, legs, pelvis, and kidneys can be impaired, with potentially fatal consequences.

The formation of plaques starts with a small injury of the vessel, initiating an acute inflammatory response, including vasodilation. Neutrophils and monocytes can then move beneath the endothelium (the lining of the blood vessel) via diapedesis. Monocytes differentiate into macrophages and start to take up free low-density lipoprotein (LDL) via phagocytosis. The process continues until macrophages are laden with fat, at which point they are referred to as foam cells. An accumulation of foam cells is called a fatty streak, the first visual sign of atherosclerosis that might later turn into a hardened plaque.

In atherosclerosis, the initial inflammatory response does not stop, but becomes chronic, recruiting more and more immune cells. Anti-inflammatory signals do not replace pro-inflammatory signals, and dead effector cells are not adequately removed, creating a mass of dead cells (necrotic center) in the fatty streak. The onset and progression of atherosclerosis can be delayed by minimizing the amount of LDL cholesterol in the blood, maintaining a moderate physical exercise regimen, refraining from smoking, and taking certain medications.

Überblick

Als Reaktion auf eine Gewebeverletzung und-infektion lösen Mastzellen eine Entzündung aus. Mastzellen setzen Chemikalien frei, welche die Durchlässigkeit benachbarter Blutkapillaren erhöhen und zusätzliche Immunzellen in die Wunde oder den Infektionsherd ziehen. Neutrophile sind phagozytäre Leukozyten, die aus dem Blutkreislauf austreten und eindringende Mikroben verschlingen. Blutplättchen versiegeln die Wunde und Fasern bilden ein Gerüst für die Wundheilung. Makrophagen greifen alternde Neutrophile ein, um die akute Entzündungsreaktion zu stoppen.

Akute Entzündungen schützen den Körper

Gewebeschäden und Infektionen sind die Hauptursachen für akute Entzündungen. Die Entzündung schützt den Körper, indem sie die Ursache der Gewebeschädigung beseitigt und die Beseitigung von Zelltrümmern in Gang setzt, die aus der anfänglichen Schädigung und der damit verbundenen Immunzellaktivität resultieren. An der Entzündung sind Mediatoren sowohl des angeborenen als auch des adaptiven Immunsystems beteiligt. Die richtige Regulierung der Entzündung ist entscheidend, um den Erreger zu beseitigen und Zelltrümmer zu entfernen, ohne dabei gesundes Gewebe übermäßig zu schädigen. Wenn die Entzündungsprozesse nicht richtig reguliert werden, kann eine chronische Entzündung entstehen, die oft tödlich verläuft.

Mastzellen leiten die Entzündung ein und regulieren sie

Als erstes reagieren die Mastzellen auf Gewebeverletzungen, da sie sich hauptsächlich in Bereichen befinden, die Kontakt mit der Außenwelt haben. Dazu gehören Haut, Darm und Atemwege. Sie verfügen über ein Arsenal von Rezeptoren auf ihrer Zelloberfläche und können daher durch eine Vielzahl von Stimuli aktiviert werden, wie z.B. mikrobielle Antigene, Produkte der Komplementaktivierung, tierisches Gift und schadensassoziierte Molekularmuster, die eine Zellschädigung oder Stress signalisieren.

Bei der Aktivierung führen Mastzellen komplexe bidirektionale Interaktionen mit Makrophagen, mesenchymalen Stammzellen, dendritischen Zellen, natürlichen Killerzellen sowie B -und T-Zellen durch. Diese Interaktionen werden durch einen Cocktail chemischer Signale vermittelt, die Mastzellen in das umgebende Gewebe abgeben. Die Wirkung dieser Stoffe sieht wie folgt aus: sie ziehen sie Effektorzellen des Immunsystems an, die der chemischen Spur (Chemotaxis) folgen und auf die umliegenden Blutgefäße einwirken. Eine der von Mastzellen freigesetzten Chemikalien ist zum Beispiel Histamin, das die Durchlässigkeit der Kapillaren in einem Prozess erhöht, der Vasodilatation genannt wird. Diese Erweiterung der lokalen Blutgefäße wiederum erleichtert den Blutfluss zum verletzten Gewebe, was zu Rötung und Wärme führt.

Neutrophile zielen mit ausgeklügelten Methoden auf Fremdkörper ab

Vasodilatation ermöglicht es phagozytischen Neutrophilen auch, den Blutstrom zu verlassen. Dieser Prozess wird als Leukozytenparavasation oder Diapedese bezeichnet. Die Neutrophilen folgen der chemischen Spur, die die Mastzellen hinterlassen haben, und gelangen in das Gewebe, indem sie sich durch die nun verbreiterten Verbindungsstellen in den Kapillaren drücken. Am Ort der Infektion fangen sie Krankheitserreger über neutrophile extrazelluläre Fallen (NEFs) ein, die aus DNA-Fasern und Proteinen gebildet werden. Neutrophile verschlingen Eindringlinge (in einem Prozess, der als Phagozytose bezeichnet wird) oder setzen antimikrobielle Komponenten frei (Degranulation). Neutrophile sind kurzlebig (Stunden oder Tage) und werden in späteren Phasen der Entzündungsreaktion durch Makrophagen und Lymphozyten ersetzt.

Thrombozyten fördern den Wundverschluss und die Heilung

Plättchen (auch Thrombozyten genannt) sind kernlose Zellfragmente, die ein Bestandteil des Blutes sind und aus Knochenmarks-Megakaryozyten gewonnen werden. Sie folgen ebenfalls dem chemischen Signal der Mastzellen an das betroffene Gewebe. Thrombozyten setzen Wachstumsfaktoren frei, um die Wundheilung zu induzieren und flicken durch Aggregation gestörtes Gewebe oder verschlingen sogar Krankheitserreger.

Chronische Entzündungen sind die häufigste Todesursache

Drei von fünf Menschen auf der Welt sterben an chronischen Entzündungskrankheiten wie Schlaganfällen, chronischen Atemwegserkrankungen, Herzkrankheiten, Krebsarten, Fettleibigkeit und Diabetes. Die richtige Regulierung von Entzündungsprozessen ist daher entscheidend für die ordnungsgemäße Funktionsweise des Körpers.

Atherosklerose ist die Verengung von Arterien durch die Bildung von Plaques entlang der Gefäßauskleidung. Verengte Gefäße transportieren weniger Blut, was den Sauerstofffluss behindert. Der verminderte Sauerstoffstrom ist ein Problem, das durch die Atherosklerose verursacht wird. Ein weiteres Problem ist der mögliche Bruch der Plaque, der die Blutgerinnung auslöst und den Blutfluss weiter reduziert oder ganz blockiert. Je nachdem, welche Arterien betroffen sind, kann die Funktion von Herz, Gehirn, Armen, Beinen, Becken und Nieren beeinträchtigt werden. Das kann möglicherweise tödliche Folgen haben.

Die Bildung von Plaques beginnt mit einer kleinen Verletzung des Gefäßes, die eine akute Entzündungsreaktion, einschließlich Vasodilatation, auslöst. Neutrophile und Monozyten können sich dann über eine Diapedese unter das Endothel (die Auskleidung des Blutgefäßes) bewegen. Monozyten differenzieren sich in Makrophagen und beginnen, freies Low-Density-Lipoprotein (LDL) über die Phagozytose aufzunehmen. Dieser Prozess setzt sich fort, bis die Makrophagen mit Fett beladen sind, woraufhin sie als Schaumzellen bezeichnet werden. Eine Anhäufung von Schaumzellen wird als Fettstreifen bezeichnet, das erste sichtbare Zeichen einer Atherosklerose, die sich später in eine verhärtete Plaque verwandeln könnte.

Bei der Atherosklerose hört die anfängliche Entzündungsreaktion nicht auf, sondern wird chronisch und bildet mehr und mehr Immunzellen aus. Entzündungshemmende Signale ersetzen nicht die pro-inflammatorischen Signale, und tote Effektorzellen werden nicht ausreichend entfernt. Dadurch entsteht eine Masse toter Zellen (nekrotisches Zentrum) im Fettstreifen. Der Ausbruch und das Fortschreiten der Atherosklerose kann durch die Minimierung der Menge an LDL-Cholesterin im Blut, die Aufrechterhaltung eines moderaten körperlichen Trainingsprogramms, den Verzicht auf das Rauchen und die Einnahme bestimmter Medikamente verzögert werden.


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