background image

Cellular 

Adaptations 

and  

Injury 


background image

Objectives  

• Understand the concepts of cellular growth ,adaptations---

Hyperplasia, Hypertrophy ,Atrophy, Metaplasia 

• List  the factors of cell injury and death---O2, Physical, Chemical, 

Infection ,Immunologic, Genetic, Nutritional 

• Describe  the pathologic mechanisms at the SUB-cellular level---

ATP ,Mitochondria, Ca++, Free Radicals ,Membranes 

• Compare  and differentiate the concepts of APOPTOSIS and 

NECROSIS 

• Identify common INTRA-cellular accumulations---Fat, Hyaline ,

CA++, Proteins, Glycogen ,Pigments 

• Understand aging and differentiate the concepts of 

preprogrammed death versus wear and tear.  

 


background image

Cell specificity and homeostasis 

Each cell has a specific function 

 

Genetic setup  

 

Machinery and metabolic pathways 

 

Cell’s specific function 

 

The concept of homeostasis 

        - equilibrium with external environment 
        - maintenance of dynamically stable internal    

  machinery  

       - input 

orchestrated

 with output 

  


background image

Concept of adaptation 

 
External disturbances 
- Physiologic 
- pathologic  

 

 

 

 

changes in cell 

 

 

 

 

 

 

 

machinery  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

new steady state 

 

 

 

 

 

 

counteract external changes 

 

 

 

 

 

 

 

 
 

 

escape from cell injury 

 

 

preserve viability 

 

 

 

 

 

 

 


background image

What are the stimuli that induce 

cellular adaptive reactions? 

What is the aim of cellular 

adaptation? 

Enumerate the types of cellular 

adaptive responses? 

 
 
 


background image

Cellular adaptations 

• Reactions induced by: 
   - physiological stimuli  
   - pathological stimuli.  
• Aim: to escape cell injury 
 

The adaptive responses include: 

1.Atrophy 
2.Hypertrophy 
3.Hyperplasia 
4.Metaplasia 
5.Dysplasia 


background image

1. Identify the organ. 
2. Describe the gross abnormality (pathological changes) in  B 


background image

A.

 Normal brain of a young adult. 

B.

 Atrophy of the brain in an 82-year-old male with 

atherosclerotic disease. Atrophy of the brain is due to aging and reduced blood supply. Note 
that loss of brain substance narrows the gyri and widens the sulci. The meninges have been 
stripped from the right half of each specimen to reveal the surface of the brain. 

Brain atrophy 


background image

1. Identify the organ. 
2. Describe the gross abnormality (pathological changes) in  B 


background image

A

. Is a normal testis. 

B

. is a testis that has undergone atrophy. Bilateral atrophy may occur 

with a variety of conditions including chronic alcoholism, hypopituitarism, atherosclerosis, 
chemotherapy or radiation, and severe prolonged illness. A cryptorchid testis will also be 
atrophic. 

Testicular atrophy 


background image

Atrophy  

• Adaptive response   

• Decrease in size and function of cells 

 

             ↓ size of the organ or tissue 


background image

Define atrophy? 
Enumerate the causes of atrophy. 


background image

Atrophy 

• decrease in the size of the cell    

↓organ 

size (atrophic) 

Causes of atrophy

  

1. Decrease workload 

2. Denervation 

3. Ischemia   

4. Under nutrition 

5. Loss of endocrine stimulation  


background image

1. Identify the organ. 
2. Describe the gross 

abnormality    
(pathological changes) in  


background image

A

. Small spindle-shaped uterine smooth muscle cells from a normal uterus.  

Compare  this  with  (

B

)  large,  plump  hypertrophied  smooth  muscle  cells  from  a  gravid 

uterus (same magnification). 

Normal Vs hypertrophied uterine smooth muscle cells  


background image

 

A 51-year-old male has a blood pressure of 

150/95

 

mm Hg. If this condition remains untreated for years, 
which of the following cellular alterations will be seen 
in the heart? 
(A) Atrophy 
(B) Hyperplasia 
(C) Melaplasia 
(D) Hemosiderosis 
(E) Hypertrophy 


background image

1. Identify the organ. 
2. Describe the gross abnormality (pathological changes) in  B 


background image

Athletes as an example of muscular 

hypertrophy

 


background image

What are the types of hypertrophy? 

Give an example for each type. 


background image

Hypertrophy  

     

 

Muscular hypertrophy 

         

 

protective adaptation  

   Types of hypertrophy: 

    Physiological    e.g. 

       - athletes 

       - mechanical workers 

       - uterus in pregnancy 

 

  Pathological      e.g. 

       - LVH in systemic hypertension  

    


background image

1. Identify the organ. 
2. Describe the gross abnormality (pathological changes) in  B 


background image

Endometrial hyperplasia  

The prominent folds of endometrium in this uterus (opened to reveal the endometrial cavity) are an 
example of hyperplasia. The hyperplasia involves both endometrial glands and stroma. 


background image

Define hyperplasia? 

What are the types of hyperplasia? 

Give an example for each type. 

 
 


background image

Hyperplasia  

Increase in the number of cells in an organ or 

tissue leading to an increase in its size. 

Hyperplasia and hypertrophy closely related; 

often occur together 

Depending on their  potential for hyperplasia 

1. Labile cells 
2. Stable cells  
3. Permanent cells 
 


background image

Physiological and pathological HP 

Physiological hyperplasia : 

1. Hormonal 

2. Compensatory 

 

 

Pathological hyperplasia

1. Excessive hormonal stimulation 

2. The effect of growth factors on target cells  


background image

Squamous 
epithelium 

Describe the histopathological changes? 


background image

Describe the histopathological changes? 


background image

Metaplastic transformation (arrow) of the normal esophageal  stratified squamous epithelium (Lt) to 
mature columnar epithelium  (Barrett esophagus) 

 

Columnar (intestinal) metaplasia esophagus 


background image

Define metaplasia? 

Give examples 


background image

Metaplasia 

Replacements of one mature cell type by another mature 
cell type 

May represent an adaptation  

Examples 

  

1. Squamous metaplasia of the  

       - laryngeal and bronchial respiratory epithelium. 

       - urothelium in the urinary bladder 

2. Columnar metaplasia of esophageal squamous epithelium  

 

3. Mesenchymal metaplasia e.g.  

     - bone formation cells 


background image

Cell injury  

Occurs   

1. Limits of adaptive capability exceeded  

2. No adaptive response is possible  

 

 

Cell injury divided  

1. Reversible 

2. Irreversible  

 

 cell death 


background image

Cell injury

 

Reversible

  

Irreversible 

 


background image

Stages in the cellular response to stress and injurious stimuli 


background image

Enumerate the causes of cell injury? 


background image

Categorization of injurious agents 

Hypoxia  

Physical agents 

Chemical agents 

Infectious agents 

Immunological reactions 

Genetic derangement 

Nutritional imbalances 

Aging 


background image

What are the factors that influence 
the severity of injury?

 


background image

Factors influencing severity of injury 

1. Type and severity of injurious agent 

2. Duration of exposure 

3. Type of affected cells 

       - neurons (highly susceptibility)  

       - myocardial cells-hepatocytes  

 

   (intermediate susceptibility) 

      - Skeletal muscles-epidermis-fibroblasts 

   (low susceptibility)  


background image

Causes of Cell Injury   

Most  injurious  stimuli  can  be  grouped  into  the  following 
categories 

1.  Oxygen  Deprivation  (Hypoxia): 

insufficient  supply  of 

oxygen interferes with aerobic oxidative respiration and is 
a common cause of cell injury and death.  

Causes of hypoxia include  

a.  Ischemia 

i.e.  loss  of  blood  supply  in  a  tissue  due  to 

interference  with  arterial  flow  or  reduced  venous 
drainage. This is the most common cause of hypoxia 

b. Inadequate oxygenation of the blood

, as in pneumonia  

c. Reduction in the oxygen-carrying capacity of the blood

, as 

in anemia or carbon monoxide (CO) poisoning.  


background image

Causes of Cell Injury  

 

2.  Chemical  Agents

  include  concentrated  glucose  or  salt  & 

Oxygen at high partial pressures. Various poisons cause damage 
by  affecting  either  membrane  permeability,  or  the  integrity  of 
enzymes.  Environmental  toxins
  as  pollutants,  insecticides,  CO, 
and alcohol
 as well as drugs can cause cell or tissue injury. 
3

.  Infectious  Agents 

including  viruses,  bacteria,  rickettsiae, 

fungi and parasites. 

4. Immunologic Reactions 

are primarily defensive in nature but 

they  can  also  result  in  cell  and  tissue  injury.  Examples  include 
autoimmune  diseases
  &  allergic  reactions  in  genetically 
susceptible individuals. 


background image

Causes of Cell Injury  

 

5. Genetic Defects: 

including  

gross  congenital  malformations

  such  as  those  associated 

with Down syndrome or as subtle as  

point mutations 

e.g. in sickle cell anemia. 

Genetic  defects  may  cause  cell  injury  because  of 

deficiency  of  functional  proteins

,  such  as  enzymes  in 

inborn errors of metabolism, or  

accumulation of damaged DNA 

or  

misfolded proteins

, both of which trigger cell death when 

they are beyond repair. 


background image

Causes of Cell Injury  

 

6. Nutritional Imbalances:  

Protein-calorie  insufficiency 

among  is  the  most  obvious 

example;  

vitamin deficiencies 

are not uncommon.  

Excesses  of  nutrition 

are  also  important  causes  of  morbidity 

and mortality; for example, obesity markedly increases the risk 
for  type  2  diabetes  mellitus.  Moreover,  diets  rich  in  animal  fat 
are strongly implicated in the development of atherosclerosis as 
well as in increased vulnerability to cancer e.g. that of the colon. 


background image

Causes of Cell Injury  

 

7.Physical  Agents: 

trauma,  extremes  of  temperatures, 

radiation,  electric  shock,  and  sudden  changes  in  atmospheric 
pressure all are associated with cell injury. 

8. Aging: 

cellular senescence leads to alterations in replicative 

and repair abilities of individual cells and tissues. All of these 
changes  result  in  a  diminished  ability  to  respond  to  damage 
and, eventually, the death of cells and of the organism. 


background image

SUBCELLULAR RESPONSES TO INJURY 

Certain 

agents 

and 

stresses 

induce 

distinctive 

alterations involving only subcellular organelles. 

Autophagy:

  refers  to  lysosomal  digestion  of  the  cell's 

own components. 
It  is  a  survival  mechanism  whenever  there  is  nutrient 
deprivation;  the  starved  cell  lives  by  eating  its  own 
contents. 
 


background image

Autophagy.  Cellular  stresses,  such  as  nutrient  deprivation,  activate  autophagy  genes 
that  create  vacuoles  in  which  cellular  organelles  are  sequestered  and  then  degraded 
following fusion of the vesicles with lysosomes. The  digested materials are recycled to 
provide nutrients for the cell. 
 


background image

Induction (Hypertrophy) of Smooth ER: 

the smooth ER 

(SER)  is  involved  in  the  metabolism  of  various 
chemicals,  and  cells  exposed  to  these  chemicals  show 
hypertrophy of the ER as an adaptive response that may 
have important functional consequences.  

Mitochondrial  Alterations: 

mitochondrial  dysfunction 

plays  an  important  role  in  acute  cell  injury  and  death. 
In  some  non-lethal  pathologic  conditions,  there  may  be 
an  increase  in  the  number  of  mitochondria  e.g.  in 
cellular 

hypertrophy. 

Conversely, 

mitochondria 

decrease  in  number  during  cellular  atrophy  (probably 
via autophagy).  


background image

Cytoskeletal 

Abnormalities: 

Abnormalities 

of 

the 

cytoskeleton may be manifested as an abnormal appearance 
and  function  of  cells  (e.g. 

Mallory  bodies

,  which  represent 

intracellular  accumulations  of  fibrillar  material  in  alcoholic 
liver disease).  
In 

Kartagener  (immotile  cilia)  syndrome 

there  are  both 

sterility in males and chronic infections of the lung.  

 


background image

MECHANISMS OF CELL INJURY    

The outcomes of the interaction between the injurious agent 
& the cell depend on  

1.The type of injury, its duration, and its severity.  
2.The  type,  adaptability,  and  genetic  makeup  of  the  injured 
cell.
  

 


background image

The most important targets of injurious stimuli 

are 

1.Mitochondria

 (the sites of ATP generation) 

2.Cell  membranes

,  which  influence  the  ionic  and  osmotic 

homeostasis of the cell 

3.Protein synthesis 

(ribosomes) 

4.The cytoskeleton 

(microtubules, and various filaments)  

5.The genetic apparatus of the cell

 (nuclear DNA) 

 


background image

ATP Depletion   

The major causes of ATP depletion are  

1.Reduced supply of oxygen and nutrients  
2.Mitochondrial damage  
3.The actions of some toxins (e.g., cyanide) 

Depletion of ATP to less than 5% to 10% of normal levels 
has widespread effects on many critical cellular systems

 
  

 


background image

background image

Mitochondrial Damage 

There are two major consequences of mitochondrial damage:   

1.The  formation  of  a  channel  in  the  mitochondrial 

membrane,  called 

the  permeability  transition  pore. 

The 

opening  of  this  channel  leads  to  the  loss  of  mitochondrial 
membrane  potential  and  pH  changes,  resulting  in  failure  of 
oxidative  phosphorylation  and  progressive  depletion  of  ATP,
 
culminating in necrosis of the cell. 

2.Increased  permeability  of  the  mitochondrial  membrane 

may  result  in 

leakage  of  cytochrome  c 

(the  major  protein 

involved in electron transport) that are capable of activating 
apoptotic pathways.  

 
 


background image

background image

Influx of Calcium 

Increased cytosolic Ca

2+

  

Activates  a  number  of  enzymes 

including  phospholipases 

(which  cause  membrane  damage),  proteases  (which  break 
down 

both 

membrane 

and 

cytoskeletal 

proteins), 

endonucleases  (which  are  responsible  for  DNA  and 
chromatin  fragmentation),  and  ATPases
  (worsen  ATP 
depletion).  

Induction of apoptosis

, by direct activation of caspases


background image

background image

Accumulation of Oxygen-Derived Free Radicals (Oxidative 
Stress)  

These  are  designated  as  reactive  oxygen  species  (ROS)  & 
are  units  with  a  single  unpaired  electron  in  their  outer 
orbit.  
When  generated  in  cells  they  avidly  attack  nucleic  acids, 
cellular proteins and lipids.  
The  molecules  that  react  with  free  radicals  are  in  turn 
converted into free radicals, thus propagating the chain of 
damage.  


background image

Cell  injury  in  many  circumstances  involves  damage  by  free 
radicals; these include  

1.Reperfusion injury 
2.Chemical and radiation injury 
 
3.Toxicity from oxygen and other gases 
 
4.Cellular aging  
 
5.Inflammatory cells mediated tissue injury
 

 


background image

background image

Defects in Membrane Permeability 

Early loss of selective membrane permeability leading ultimately 
to overt membrane damage is a consistent feature of most forms 
of  cell  injury  (except  apoptosis).  The  plasma  membrane  can  be 
damaged 

by 

ischemia, 

microbial 

toxins, 

complement 

components-mediated lysis, etc.  

The  most  important  sites  of  membrane  damage  during  cell  injury 
are 
 

a. the mitochondrial membrane,  
b. the plasma membrane, and 
 
c. membranes of lysosomes. 
 

 


background image

background image

Damage to DNA & Proteins 

Cells have mechanisms that repair damage to DNA

, but if this 

damage  is  too  severe  to  be  corrected  (e.g.,  after  radiation 
injury  or  oxidative  stress),  the  cell  initiates  its  suicide 
program and dies by apoptosis.  
A  similar  reaction  is  triggered  by  improperly  folded 
(configured)  proteins  which  may  be  the  result  of  inherited 
mutations or through free radicals.  
These mechanisms of cell injury typically cause apoptosis. 


background image

Reversible Cell Injury  


background image

Cloudy swelling  

(hydropic Swelling) 


background image

Normal 

Identify the organ? 
Describe the histopathological changes in B? 


background image

The affected hepatocytes are distended by accumulated water that imparts 
cytoplasmic pallor. 

Cellular swelling (hydropic change) 


background image

Fatty changes  


background image

Identify the organ? 
Describe the histopathological changes 


background image

This  is  the  histologic  appearance  of  hepatic  fatty  change.  The  lipid 
accumulates  in  the  hepatocytes  as  vacuoles.  These  vacuoles  have  a  clear 
appearance with H&E staining. 


background image

Cell necrosis 

Define cell necrosis? 
Explain the mechanism? 

 


background image

Cell necrosis 

• Morphological changes that follow cell 

death 

in a living tissue or organ. 

 

• Resulting from 

degrading action of enzymes 

on irreversibly damaged cells with 
denaturation of cellular proteins

 

• Morphological changes 
  - cytoplasmic  
  - nuclear 


background image

Cytoplasmic changes  

More eosinophilia

  

 

- Loss of cytoplasmic RNA  

 

- Increased binding of eosin to the denatured  
  proteins. 

 

 

More homogeneous appearance

  

 

loss of glycogen particles  


background image

Nuclear changes 

chromatin clumping 

 

 

Pyknosis    

 

 

 

 

karyorrhexis 

  

                            

 

                           karyolysis 


background image

 
 

normal 

pyknosis 

karyorrhexis 

karyolysis 

Cell necrosis: Nuclear changes  


background image

Liver cell necrosis: Nuclear changes 

normal 

pyknosis 

karyorrhexis 

karyolysis 


background image

What are the morphological types of 
necrosis? 


background image

Types of cell necrosis 

1. Coagulation (coagulative) necrosis. 

2. Liquefaction (liquefactive) necrosis. 

3. Fat necrosis 

4. Caseation (caseous) necrosis 

5. Gangrenous necrosis. 


background image

Identify the organ? 
Describe the histopathological changes? 


background image

Coagulative necrosis-kidney

 

Microscopically, the renal cortex has undergone anoxic injury at the left so that the cells appear pale 
and ghost-like. There is a hemorrhagic zone in the middle where the cells are dying or have not quite 
died, and then normal renal parenchyma at the far right. This is an example of coagulative necrosis 
Within the area of necrosis (Lt) the outlines of tubules and glomeruli are still preserved but fine 
structural details are lost (inset) 


background image

Microscopic view of the edge of the infarct, with normal kidney (N) and necrotic cells in the infarct (I). 
The necrotic cells show preserved outlines with loss of nuclei, and an inflammatory infiltrate is present 
(difficult to discern at this magnification). 

Coagulative necrosis Kidney 


background image

Normal 

Identify the organ? 
Describe the histopathological 
changes in B? 


background image

The necrotic myocytes are intensely eosinophilic with loss of both cross striations & nuclei. 
The outlines of individual fibres are still maintained. There are inflammatory cells infiltration 
& RBCs in-between the necrotic fibers.   

Coagulative necrosis myocardium 


background image

Coagulative necrosis 

• Sudden severe ischemia in organs  

• Nucleus:  lost   

• Cytoplasm: homogeneous deeply eosinophilic   

• Outlines of cells are still discernible 

• Fine structural details lost 


background image

Identify the organ? 
Describe the gross 
pathological changes? 


background image

This  is  an  example  of  liquefactive 

necrosis. 

There 

is 

confluent 

bronchopneumonia  (scattered  pale 

areas)  complicated  by  abscess 

formation,  which  is  seen  here  as  a 

cystic 

cavity 

(arrow). 

 

The 

contained  pus  poured  off  during 

the sectioning of the lung tissue. 

Lung abscess 


background image

A 68-year-old female suddenly lost consciousness and, 
on awakening an hour later, could not speak or move her 
right arm and leg. Two months later, a head computed 
tomography (CT) scan showed a large cystic area in her 
left parictal lobe. Which of the following pathologic 
processes most likely occurred in the brain? 
(A) Fat necrosis 
(B) Coagulative necrosis 
(C) Apoptosis 
(1)) Liquefactive necrosis 
(E) Karyolysis 


background image

Identify the organ? 
Describe the gross pathological changes? 


background image

This is an example of liquefactive necrosis; the affected area is wedge-shaped, pale, soft & cystic. 

Brain infarction  


background image

Mention two situations in which 
liquefactive necrosis is seen? 


background image

 

Liquefaction 

liquefactive necrosis 

Seen in two situations 

– Ischemic destruction of brain tissue 
– Bacterial infections e.g. abscesses 

 

complete digestion of dead cells by enzymes  

 

 

cyst filled with debris + fluid 


background image

Identify the organ? 
Describe the gross pathological 
changes? 


background image

Dry gangrene  

Ganagrene of lower limb 

Wet  gangrene  


background image

Mention the subtypes of gangrenous 
necrosis

 


background image

Gangrene 

Gangrenous necrosis

   

• Used in surgical practice: lower limb, 

intestine 

• Gangrene = coagulative necrosis (ischemia) 

+ liquefactive necrosis (bacterial infection)  

• Two subtypes 

1. Dry gangrene 

2. Wet gangrene  


background image

Identify the organ? 
Describe  the  gross  pathological 
changes in A & B? 


background image

A  tuberculous  lung  with  a  large  area 
of  caseous  necrosis  containing yellow-
white and cheesy debris. 

This  is  the  gross  appearance  of  caseous  necrosis  in  a  hilar  lymph  node 
infected with tuberculosis. The node has a cheesy yellow to white appearance. 
Caseous  necrosis  is  really  just  a  combination  of  coagulative  and  liquefactive 
necroses 


background image

Describe the 
histopathological 
changes? 


background image

Microscopically,  caseous  necrosis  is 
characterized 

by 

amorphous 

(acellular),  granular  pink  areas  of 
necrosis,  as  seen  here  at  the  upper 
Lt, surrounded by a granulomatous 
inflammatory  process.  The  lower 
Rt. Photo is a close up view 

Caseating TB granuloma  


background image

A 38-year-old woman experienced severe abdominal pain 
with hypotension and shock that led to her death within 36 
hours. From the gross appearance of the mesentery, seen in 
the figure, which of the following events has most likely 
occurred? 
(A) Hepatitis B virus infection 
(B) Small intestinal infarction 
(C) Tuberculous lymphadenitis 
(D) Gangrenous cholecystitis 
(E) Acute pancreatitis 


background image

Identify the organ? 
Describe  the  gross  pathological 
changes in B? 

Normal 


background image

Injury  to  the  pancreatic  acini  leads  to  release  of  powerful  enzymes    which 
damage  fat  through  lipases;  these  liberate  fatty  acids  which  complex  with 
calcium  leading  to  the  production  of  soaps,  and  these  appear  grossly  as  the 
soft, chalky white areas seen here on the cut surfaces. 

Fat necrosis of acute pancreatitis 


background image

The  areas  of  white  chalky  deposits  represent  foci  of  fat  necrosis  with 
calcium soap formation (saponification) at sites of lipid breakdown in the 
mesentery. 

Fat necrosis in acute pancreatitis.  


background image

Mention the conditions in which fat 
necrosis is seen? 


background image

Fat necrosis 

Involves adipose tissue  

Mediated through lipases 

Seen in  

1.

acute pancreatitis 

2.

breast trauma (traumatic fat necrosis)  

Mic:  

        - shadowy outlines of necrotic cells  

        - surrounding inflammatory cells 

 

- calcium soaps: bluish deposits 

Grossly 

 chalky white 


background image

The wall of the artery shows a circumferential bright pink area of necrosis with protein deposition and 
inflammation (dark nuclei of neutrophils). 

Fibrinoid necrosis of an artery in polyarteritis nodosa.  


background image

Describe the pathological changes in the arrowed cells 


background image

The cell is reduced in size and contains brightly eosinophilic 
cytoplasm and a condensed nucleus


background image

The cytoplasm is intensely 
esoniphilic (pinkish) and the 
nucleus condensed 
(pyknotic) 


background image

On  day  28  of  the  menstrual  cycle  in  a  23-year-old  female, 
there is menstrual bleeding that lasts for a few days She has 
had  these  regular  cycles  for  many  years. 

Which  of  the 

following  processes  is  most  likely  happening  in  the 
endometrium just before the onset of bleeding? 

 

(A) Apoptosis 
(B) Caseous necrosis 
(C) Heterophagocytosis 
(D) Atrophy 
(E) Liquefactive necrosis 


background image

Apoptosis 

 

Distinctive pattern of cell death  

Scattered individual cells or cluster of cells 

Responsible for programmed destruction of 

cells during embryogenensis 

Seen in  

1. Hormone dependent involution 

2. Certain pathological conditions 


background image

Feature 

Necrosis 

Apoptosis 

Cell size 

Enlarged (swelling) 

Reduced (shrinkage) 

Nucleus 

Pyknosis  karyorrhexis  
karyolysis 

Fragmentation into 
nucleosome-size fragments 

Plasma 
membrane 

Disrupted 

Intact; altered structure, 
especially orientation of 
lipids 

Cellular contents 

Enzymatic digestion; may 
leak out of cell 

Intact; may be released in 
apoptotic bodies 

Adjacent 
inflammation 

Frequent 

No 

Physiologic or 
pathologic role 

Invariably pathologic 
(culmination of irreversible 
cell injury) 

Often physiologic, means 
of eliminating unwanted 
cells; may be pathologic 
after some forms of cell 
injury, especially DNA 
damage 

 Features of Necrosis and Apoptosis 


background image

Intracellular Accumulation  

 

 


background image

What are the mechanisms responsible for 
intracellular accumulations? 


background image

(1) Abnormal metabolism, as in fatty 

change in the liver.  

(2) Mutations causing alterations in protein 

folding and transport, so that defective 
molecules accumulate intracellularly.  

(3) Failure to degrade a metabolite  

     a. A deficiency of critical enzymes 

responsible for breaking down certain 
compounds, causing substrates to 
accumulate in lysosomes, as in 
lysosomal storage diseases.  

      b. An inability to degrade phagocytosed 

particles, as in carbon pigment 
accumulation. 

Mechanisms of intracellular accumulation.  

b

 

a

 


background image

What are the effects of intracellular accumulations? 

What are the sites of accumulation?  

 
 
 


background image

 

Effects   

1. No effect (harmless)  
2. Severe toxicity  

 

Sites of accumulation  

1. Nuclear 
2. Cytoplasmic (lysosomal) 


background image

 
 

 

Lipid accumulations (fatty change)  

 

Abnormal accumulation of fat within 
parenchymal cells. 

Reversible cell injury 

Often seen in the liver 

Gross features

  

Mild 

fatty change:  no gross changes  

Progressive

 accumulation 

-

Organ enlargement  

-

Increasingly yellow discoloration,  

-

Soft and greasy  


background image

Normal  

1. Identify the organ. 
2. Describe the gross 

abnormality 
(pathological changes) in  


background image

 
 

1. Identify the organ. 
2. Describe the gross abnormality (pathological changes) 

 


background image

Fatty change liver

 

Normal  

Fatty change  


background image

 
 

Severe fatty change liver

 

In the liver mild fatty change shows no gross changes, but 
with progressive accumulation, the organ enlarges and 
become increasingly yellow, soft and greasy to touch. 


background image

Identify the organ? 
Describe the histopathological changes 


background image

This  is  the  histologic  appearance  of  hepatic  fatty  change.  The  lipid 
accumulates  in  the  hepatocytes  as  vacuoles.  These  vacuoles  have  a  clear 
appearance with H&E staining. 


background image

A right carotid endarterectomy is performed on a 69- year-old 
female  who  had  an  audible  bruit  on  auscultation  of  the  neck. 
Examination  of  the  curetted  atheromatous  plaque  reveals  a 
grossly yellow-tan, firm appearance. 

Microscopically, which of 

the following materials can be found in abundance in the form 
of crystals producing long, cleftlike spaces? 

 

(A) Glycogen 
(B) Lipofuscin 
(C) Hemosiderin 
(D) Immunoglobulin 
(E) Cholesterol 

 


background image

A: A coronary artery has been opened longitudinally; it  is surrounded by epicardial fat. This coronary shows 
occasional yellow-tan lipid plaque and no narrowing.  

B: the lumen of the artery is at the top, and the band of smooth muscle at the bottom is the atrophic media. The intima 
is enormously thickened, by the presence of amorphous material containing large numbers of cholesterol crystals (the 
unstained clefts). There are many foamy (lipid-filled) macrophages. 

C: This high magnification of the atheroma shows numerous foam cells and an occasional cholesterol cleft. 

Coronary atherosclerosis 


background image

Xanthoma 

 

Cutaneous xanthoma showing ill-defined 
collection of foamy macrophages in the dermis. 

Xanthoma tuberosum multiplex in patient with 
hypercholesterolemia. 


background image

Describe the histopathological changes 


background image

In  nephrotic  syndrome,  there  is  a abnormally  large  reabsorption  of 
the  protein.  Pinocytic  vesicles  containing  this  protein  fuse  with 
lysosomes,  resulting  in  the  histologic  appearance  of  pink,  hyaline 
cytoplasmic droplets   

Protein reabsorption droplets in the renal tubular epithelium 


background image

Alcoholic hepatitis 

Eosinophilic Mallory bodies 
are seen in hepatocytes 
(arrows). 


background image

 

Protein accumulations 

 

 

 

Occurs principally in  

 

• Epithelial cells

 of proximal convoluted renal 

tubules (e.g. in proteinuria) 

 

• Plasma cells

 


background image

 
 

Glycogen accumulations 

Seen as clear cytoplasmic vacuoles.  

PAS stain routinely used for demonstration 

Diabetes mellitus

   

 

glycogen 

accumulation 

      1. distal renal tubules 

       2. hepatocytes 

       3. myocardial cells  

       4. islet cells of Langerhans 

Glycogen storage diseases 


background image

Identify the organ? 
Describe the histopathological 
changes in B 


background image

Lung: coal worker’s pneumoconiosis 

 

Anthracotic  pigment  ordinarily is  not  fibrogenic,  but  in massive 
amounts (as in "black lung disease" in coal miners) a fibrogenic 
response can be elicited to produce excessive collagenous fibrosis 
impregnated with the black pigment. 


background image

Identify the organ? 
Describe the histopathological changes 


background image

Brownish-yellow granular intracellular material  (deposits 
indicated by arrows). 

Lipofuscin granules in a cardiac myocytes 


background image

1. Identify the organ. 
2. Describe the gross abnormality (pathological changes) in  B 


background image

The  dark  green  color  comes  from  formalin  acting  on  bile 
pigments in the liver from marked cholestasis, turning bilrubin to 
biliverdin. 

Bile-stained liver 


background image

1. Identify the organs: A, B & C. 
2. Describe the gross abnormality (pathological changes). 


background image

Hemochromatosis: liver, pancreas, and lymph node

 

The dark brown color of the liver, as well as the pancreas (bottom center) and lymph nodes (bottom 
right) on sectioning is due to extensive iron deposition in a middle-aged man with hereditary 
hemochromatosis. 


background image

 A  22-year-old  female  has  a  congenital  anemia  that  required 
multiple  transfusions  of  red  blood  cells  for  many  years.  She 
now  has  no  significant  findings  on  physical  examination. 
However,  her  liver  function  test  results  are  abnormal. 

Which 

of  the  following  findings  would  most  likely  appear  in  a  liver 
biopsy? 
 

(A) Steatosis in hepatocytes 
(B) Bilirubin in canaliculi 
(C) Glycogen in hepatocytes 
(D) Amyloid in portal triads 
(E) Hemosiderin in hepatocytes 

 
 


background image

Identify the organ? 
Describe the histopathological changes 


background image

Hemosiderin granules liver cells

 

A

H&E stained section showing hemosiderin as yellow-brown finely granular 

pigment within hepatocytes. 

B

same section stained with an iron stain (Prussian blue); the hemosiderin 

granules are deep blue. 


background image

Pigmented nevi 


background image

Pigments 

 

• colored substances   

• Divided into  

       1. normal constituents e.g. melanin  

       2. Abnormal 

           a. endogenous   

           b. exogenous. 


background image

The aortic valve seen in the figure was discovered at the autopsy 
of  a  72-year-old  male.  The  heart  weighed  580  g.  with  marked 
left  ventricular  hypertrophy  and  minimal  coronary  arterial 
atherosclerosis.  A  serum  chemistry  panel  revealed  no 
abnormalities  prior  to  death  from  congestive  heart  failure. 

Which  of  the  following  pathologic  processes  counts  for  the 
appearance of the valve? 

 

0(A) Amyloidosis 
0(B) Dystrophic calcification 
0(C) Lipofuscin deposition 
0(D) Hemosiderosis 
0(E) Fatty change 


background image

1. Identify the organ. 
2. Describe the gross abnormality (pathological changes) in  B 


background image

A view looking down onto the unopened aortic valve in a heart with calcific aortic 
stenosis.  The  semilunar  cusps  are  thickened  and  fibrotic.  Behind  each  cusp  are 
large, irregular masses of dystrophic calcification that will prevent normal opening 
of the cusps. 

Calcification of the aortic valve.  


background image

Define pathologic calcification. 

What are the types of calcification? 


background image

Calcification 

 

Pathologic calcification implies the abnormal deposition of 

calcium salts. 

 

Dystrophic calcification is noted in 

- Areas of necrosis 
- Advanced atherosclerosis 
- Aging or damaged heart valves 
 

Gross features 

-  fine, white granules or clumps giving gritty feeling. 
 

Microscopic features 

-

basophilic (bluish), amorphous granules that may coalesce to form larger 
clumps. 

-

Sometimes as rounded lamellar fashion at a nidus of necrotic cells ( 
psammoma bodies)  

                - papillary carcinoma  
                - meningioma 


background image

Calcification 

 

Metastatic calcification 

• seen in cases of hypercalcemia of any cause 

• principally affects  

    - blood vessels 

    - kidneys 

    -  lungs 

    - gastric mucosa. 


background image

END 




رفعت المحاضرة من قبل: Abdalmalik Abdullateef
المشاهدات: لقد قام 21 عضواً و 394 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