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24.8: Inflammation
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24.8: Inflammation

24.8: Inflammation

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.

Aperçu

En réponse à des lésions tissulaires et à l’infection, les mastocytes déclenchent l’inflammation. Les mastocytes libèrent des produits chimiques qui augmentent la perméabilité des capillaires sanguins adjacents et attirent d’autres cellules immunitaires à la plaie ou au site de l’infection. Les neutrophiles sont des leucocytes phagocytiques qui sortent de la circulation sanguine et engloutissent les microbes envahissants. Les plaquettes de coagulation du sang scellent la plaie et les fibres créent un échafaudage pour la cicatrisation des plaies. Les macrophages engloutissent les neutrophiles vieillissants pour mettre fin à la réponse inflammatoire aiguë.

L’inflammation aiguë protège le corps

Les lésions tissulaires et l’infection sont les principales causes d’inflammation aiguë. L’inflammation protège le corps en éliminant la cause des lésions tissulaires et en initiant l’enlèvement des débris cellulaires résultant des dommages initiaux et de l’activité des cellules immunitaires connexes. L’inflammation implique des médiateurs du système immunitaire inné et adaptatif. Une bonne régulation de l’inflammation est cruciale pour éliminer l’agent pathogène et enlever les débris cellulaires sans endommager trop les tissus sains dans le processus. Si les processus inflammatoires ne sont pas correctement régulés, une inflammation chronique peut survenir qui est souvent mortelle.

Les mastocytes initient et régulent l’inflammation

Les mastocytes sont les premiers à réagir aux lésions tissulaires, car ils sont principalement situés dans des zones qui ont un contact avec l’extérieur: la peau, l’intestin et les voies respiratoires. Les mastocytes ont un arsenal de récepteurs sur leur surface cellulaire et peuvent donc être activés par une grande variété de stimuli, tels que les antigènes microbiens, les produits d’activation du complément, le venin animal et les modèles moléculaires associés aux dommages, qui signalent les dommages cellulaires ou le stress.

Lors de l’activation, les mastocytes s’engagent dans des interactions bidirectionnelles complexes avec les macrophages, les cellules souches mésenchymales, les cellules dendritiques, les cellules tueuses naturelles et les cellules B et T. Ces interactions sont médiées par un cocktail de signaux chimiques que les mastocytes libèrent dans les tissus environnants. L’effet de ces produits chimiques est double : ils attirent les cellules effecteuses du système immunitaire qui suivent la piste chimique (chemotaxis) et affectent les vaisseaux sanguins environnants. Par exemple, l’un des produits chimiques libérés par les mastocytes est l’histamine, qui augmente la perméabilité des capillaires dans un processus appelé vasodilatation. Cette expansion des vaisseaux sanguins locaux, à son tour, facilite le flux sanguin vers les tissus blessés, entraînant des rougeurs et de la chaleur.

Les neutrophiles ciblent les éléments étrangers avec des méthodes sophistiquées

La vasodilatation permet également aux neutrophiles phagocytiques de quitter la circulation sanguine, un processus appelé extravasation de leucocyte, ou diapedèse. Les neutrophiles suivent la piste chimique laissée par les mastocytes et pénètrent dans le tissu en serrant à travers les jonctions maintenant élargies dans les capillaires. Au site de l’infection, ils capturent des agents pathogènes par l’intermédiaire de pièges extracellulaires neutrophiles (NET) qui sont formés de fibres et de protéines d’ADN. Les neutrophiles engloutissent les envahisseurs (dans un processus connu sous le nom de phagocytose) ou libèrent des composants antimicrobiens (dégranulation). Les neutrophiles sont de courte durée (heures ou jours) et sont remplacés par des macrophages et des lymphocytes dans les phases ultérieures de la réponse inflammatoire.

Les plaquettes favorisent la fermeture des plaies et la guérison

Les plaquettes (aussi appelées thrombocytes) sont des fragments cellulaires sans noyaux qui sont un constituant du sang et dérivés des mégacaryocytes de moelle osseuse. Ils suivent également le signal chimique des mastocytes jusqu’au tissu affecté. Les plaquettes libèrent des facteurs de croissance pour induire la cicatrisation des plaies, le patch a perturbé les tissus en s’agrégeant en réponse aux dommages causés aux vaisseaux sanguins et peuvent même engloutir les agents pathogènes.

L’inflammation chronique est la cause la plus fréquente de décès

Trois des cinq personnes dans le monde meurent à cause de maladies inflammatoires chroniques, telles que les accidents vasculaires cérébraux, les maladies respiratoires chroniques, les troubles cardiaques, certains cancers, l’obésité et le diabète. La bonne régulation des processus inflammatoires est donc cruciale pour une bonne fonction corporelle.

L’athérosclérose est le rétrécissement des artères en raison de la formation de plaques le long de la paroi des vaisseaux sanguins. Les vaisseaux plus étroits transportent moins de sang, ce qui entrave le flux d’oxygène. La réduction du débit d’oxygène est un problème causé par l’athérosclérose. Un autre problème est la rupture potentielle de la plaque, qui déclenche la coagulation du sang, réduisant davantage ou bloquant totalement le flux sanguin. Selon les artères touchées, la fonction du cœur, du cerveau, des bras, des jambes, du bassin et des reins peut être altérée, avec des conséquences potentiellement mortelles.

La formation de plaques commence par une petite blessure du vaisseau, initiant une réponse inflammatoire aiguë, y compris la vasodilatation. Les neutrophiles et les monocytes peuvent alors se déplacer sous l’endothélium (la paroi du vaisseau sanguin) par diapedèse. Les monocytes se différencient en macrophages et commencent à prendre la lipoprotéine libre de basse densité (LDL) par phagocytose. Le processus se poursuit jusqu’à ce que les macrophages soient chargés de graisse, à quel point ils sont appelés cellules de mousse. Une accumulation de cellules de mousse est appelée une strie grasse, le premier signe visuel de l’athérosclérose qui pourrait plus tard se transformer en une plaque durcie.

Dans l’athérosclérose, la réponse inflammatoire initiale ne s’arrête pas, mais devient chronique, recrutant de plus en plus de cellules immunitaires. Les signaux anti-inflammatoires ne remplacent pas les signaux pro-inflammatoires, et les cellules effecteuses mortes ne sont pas adéquatement enlevées, créant une masse de cellules mortes (centre nécrotique) dans la strie grasse. Le début et la progression de l’athérosclérose peuvent être retardés en minimisant la quantité de cholestérol LDL dans le sang, en maintenant un régime d’exercice physique modéré, en s’abstenant de fumer, et en prenant certains médicaments.


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