Inmunología i
- 1. Unidad 18. Sistema inmunitario. Biología 2º bachillerato CEM Hipatia FUHEM. Profesor. Miguel Ángel Madrid Rangel 1 1 UNIDAD. EL SISTEMA INMUNITARIO I El organismo vivo tiene mecanismos para evitar ser invadido y atacado desde dentro. Se trata del sistema inmunitario o inmunológico, que dispone de una serie de barreras frente a la invasión. La base fundamental de este sistema de defensa es reconocer lo propio de lo ajeno y atacar hasta destruir esto último. En este tema se va a examinar las bases celulares y moleculares que constituyen los sistemas de defensa, centrándonos en el hombre. Se trata de conocer cómo determinados tipos de células y las proteínas que éstas secretan actúan de forma conjunta como defensas, que pueden ser inespecíficas o muy específicas, para proteger al cuerpo del ataque de microorganismos o de agentes extraños al mismo. Como es fácil imaginar, todo el sistema de reconocimiento se basa en la existencia de señales químicas y en su detección por los receptores de membrana de las células, es decir, es una cuestión de comunicación entre las células. La inmunidad es el conjunto de respuestas mediante las cuales el organismo se opone a determinadas sustancias, reconocidas como extrañas, que reciben el nombre general de antígenos. En un principio, se concebía la respuesta inmunitaria como la resistencia que opone un organismo ante la invasión de un determinado microbio o parásito. El concepto actual de respuesta inmunitaria es más amplio: la respuesta inmunitaria va dirigida contra toda sustancia que el organismo reconozca como extraña, sea cual sea su origen. 1. Tipos de respuesta inmunitaria Todos los organismos han desarrollado mecanismos de defensa frente a la invasión de agentes patógenos. Estos mecanismos son de dos tipos: a) Mecanismos no específicos o inespecíficos. Constituyen la primera línea de defensa contra las infecciones. Se trata de mecanismos que impiden que los microorganismos se introduzcan en el organismo o los destruyen con rapidez (mediante la respuesta celular). Estos mecanismos no actúan de forma específica sobre el organismo patógeno, es decir, son mecanismos existentes antes de que se produzca el encuentro con el agente patógeno. Dichos mecanismos carecen de memoria. En este tipo de mecanismo participan las barreras defensivas, la inflamación, el interferón, las células fagocíticas y el sistema de complemento. b) Mecanismos de defensa específicos. Constituye la segunda línea defensiva del organismo contra las infecciones. Se basa en la respuesta inmunitaria, es decir, en el reconocimiento de antígenos extraños. Para ello se responde de forma específica. Estos mecanismos se activan tras la exposición a un agente infeccioso. Se caracterizan por poseer memoria. En este tipo de mecanismo participan los linfocitos B y los linfocitos T. Tanto los mecanismos de defensa específicos como los no específicos trabajan juntos formando un sistema de defensa integrado. Las células del sistema inmunitario. Todas las células que participan en la respuesta inmunitaria proceden de células madre hematopoyéticas pluripotentes (sten cells) que residen en la médula ósea y en el hígado fetal. Se distinguen dos líneas: - La línea mieloide. Se constituye de células que intervienen en la respuesta inespecífica. Entre ellas se encuentran: los eritrocitos, las plaquetas, los mastocitos, los basófilos, los eosinófilos, los neutrófilos y los monocitos (de los que derivan los macrófagos y las células dendríticas).
- 2. Unidad 18. Sistema inmunitario. Biología 2º bachillerato CEM Hipatia FUHEM. Profesor. Miguel Ángel Madrid Rangel 2 2 - La línea linfoide: Se constituye de células que intervienen en la respuesta específica. A partir de ellas se forman las células NK (que también intervienen en la respuesta inespecífica), los linfocitos B y los linfocitos T. Recuerda que los leucocitos o glóbulos blancos se clasifican en tres tipos: - Granulocitos: Poseen gránulos en el citoplasma que se tiñen de modo distinto al utilizar diferentes colorantes. Dentro de ellos encontramos: los neutrófilos, los eosinófilos y los basófilos. - Monocitos. Células fagocitarias, si pasan de la sangre a los tejidos reciben el nombre de macrófagos. - Linfocitos. Encontramos los linfocitos B, los linfocitos T y los linfocitos NK (natural killer). Mención especial merecen dos tipos de glóbulos blancos - Células asesinas o células NK (del inglés natural Killer). Son un tipo de linfocitos que carecen de especificidad o memoria. Se encargan de destruir algunos tipos de células cancerosas o células infectadas por virus. Representan las defensas naturales contra el cáncer. - Células dendríticas. Su nombre hace referencia a las numerosas proyecciones que poseen. Pertenecen a un tipo de glóbulos blancos denominados fagocitos, ya que poseen una elevada eficacia a la hora de fagocitar material peligroso para el organismo. Actúan también como células presentadoras de antígenos Los mastocitos son un tipo de células que no se encuentran circulando por el torrente circulatorio, sino en los tejidos. Se encuentran en situaciones normales en nuestro organismo y tienen como misión participar en las reacciones inflamatorias e inmunológicas del mismo. Los mastocitos tienen en su citoplasma diversos gránulos que contienen histamina y otras sustancias químicas que cuando se liberan al tejido que las rodea provocan varias reacciones que incluyen la dilatación de los capilares, el hinchazón y el desarrollo de picor. Estas células participan también en los procesos de curación y reparación de las heridas. Es frecuente que cuando se produce una herida o una cicatriz se aprecie una sensación de picor en la misma, que está causada por la mayor presencia de mastocitos y de la liberación de histamina por parte de los mismos en los procesos de cicatrización. 2. Los mecanismos defensivos no específicos (inespecíficos) Los animales suelen convivir con los microorganismos, incluso con los que son potencialmente patógenos para ellos. Aunque, generalmente, no les afectan porque disponen de defensas capaces de rechazarlos. Muchas de ellas son defensas inespecíficas, es decir, actúan sobre cualquier tipo de microorganismo. Estas defensas pueden ser barreras físicas, como la piel o barreras químicas, como ciertas sustancias que actúan en los fluidos naturales (saliva, jugo gástrico) y en la sangre o también células que fagocitan microorganismos. Los microorganismos o microbios invasores deben atravesar dos tipos de barreras defensivas inespecíficas: las barreras primarias y las barreras secundarias. 2.1. Barreras primarias (barreras externas) Para invadir el cuerpo de los animales, los microbios deben atravesar su piel o bien penetrar por alguno de sus orificios naturales. La piel y todas las secreciones que existen en las aberturas y conductos de los animales reciben el nombre de barreras defensivas primarias. Piel. Es una barrera física (o mecánica) casi infranqueable para los microorganismos gracias a las siguientes características:
- 3. Unidad 18. Sistema inmunitario. Biología 2º bachillerato CEM Hipatia FUHEM. Profesor. Miguel Ángel Madrid Rangel 3 3 - Grosor de la piel. En las personas puede variar entre 0,5 mm en los párpados y 4 mm en las palmas de las manos y las plantas de los pies. Este espesor impide la entrada de los microorganismos. - Procesos de queratinización y descamación de sus capas celulares más externas que eliminan los microorganismos adheridos a estas capas. - Presencia de secreciones de las glándulas sebáceas y de sudor. Favorece un pH algo ácido que resulta perjudicial para los microbios. - Existencia de flora bacteriana de la piel. Impide el asentamiento y desarrollo de otros microbios que se depositan sobre ella. - Presencia de escamas, plumas o pelos. Las escamas en la piel de los peces y los reptiles, las plumas de las aves y los pelos de los mamíferos proporcionan mayor protección y contribuyen a impedir la invasión de los microorganismos. No obstante, la piel puede ser traspasada fácilmente por los microorganismos a través de lesiones en ella, como las producidas por las heridas. Secreciones mucosas. En las aberturas naturales de los animales como la boca, el ano, las fosas nasales y las vías respiratorias, urogenitales y digestivas, las secreciones mucosas que recubren los epitelios junto a la flora bacteriana son las barreras defensivas mas representativas: - Secreciones ácidas del epitelio vaginal y de los conductos digestivos como el estómago. Contribuyen a formar un ambiente desfavorable para la vida y proliferación de los microorganismos. Destacan el ácido láctico y los ácidos grasos producidos por las secreciones sebáceas y sudoríparas, la lactoperoxidasa de la leche materna, o el cerumen de los oídos. - Mucosas respiratorias. Los microbios y las partículas extrañas que quedan atrapados en el mucus son eliminados mediante el movimiento ciliar de las células epiteliales, por la tos y por el estornudo. - Flora bacteriana propia del tubo digestivo. Contribuye a evitar la proliferación de microorganismos patógenos, por antagonismo, compitiendo por los nutrientes o liberando sustancias inhibitorias. Constituyen la flora autóctona de microorganismos. Por ejemplo, las bacterias comensales del epitelio vaginal liberan ácido láctico que evita la invasión de microbios patógenos. - Entre las enzimas de estas secreciones destacan: la lisozima, que es capaz de destruir la capa de mureína de la pared bacteriana y se encuentra en la saliva, en la secreción lacrimal y en la secreción nasal y la espermina, que presenta acción bactericida y se encuentra en el esperma de los animales. Temperatura elevada. Una temperatura elevada es un impedimento para el crecimiento de determinados microorganismos. Por esta razón, la fiebre moderada estimula al organismo a luchar contra la infección, ya que dificulta la multiplicación de ciertos virus y bacterias. Cantidad de hierro en sangre. Su disminución inhibe el crecimiento bacteriano, ya que es el elemento indispensable para las bacterias. La piel y las mucosas, especialmente las que tapiza el intestino grueso, están pobladas por una flora bacteriana autóctona cuyas poblaciones establecen relaciones de tipo ecológico que contribuyen a la defensa del organismo. Estas poblaciones suprimen el crecimiento de muchos agentes potencialmente patógenos produciendo sustancias inhibitorias del crecimiento, como el ácido láctico. 2.2. Barreras secundarias La barrera secundaria celular o defensa fagocítica es un mecanismo que se pone en marcha en el interior de los animales, cuando los microbios logran atravesar las barreras primarias. Estas barreras son:
- 4. Unidad 18. Sistema inmunitario. Biología 2º bachillerato CEM Hipatia FUHEM. Profesor. Miguel Ángel Madrid Rangel 4 4 Células fagocíticas. Entre las células sanguíneas de los vertebrados superiores se encuentran varios tipos de glóbulos blancos o leucocitos con capacidad fagocitaria, como los monocitos y los neutrófilos. Se trata de células con capacidad ameboide, por emisión de pesudópodos, capaces de destruir sustancias extrañas y también células tumorales y envejecidas. Pertenecen a esta categoría: - Monocitos (2-8 % del total de leucocitos). Después de permanecer varios días en el torrente sanguíneo, estas células migran a diferentes tejidos (tejido conjuntivo, sinusoides hepáticos) u órganos (bazo, pulmones, médula ósea, ganglios linfáticos) y se transforman en macrófagos, al aumentar de tamaño e incrementar su capacidad fagocítica. El conjunto de macrófagos recibe el nombre de sistema retículoendotelial. Los macrófagos que se encuentran en la piel, ganglios linfáticos, bazo o timo pueden actuar como células presentadoras de antígeno (APC). - Neutrófilos o micrófagos (50-70 % del total de leucocitos). Se encuentran en gran número en el torrente sanguíneo y tienen una vida media corta. Las sustancias químicas que liberan los tejidos infectados por los microbios atraen quimiotácticamente a los neutrófilos que salen de los vasos sanguíneos, por el mecanismo de diapédesis, atravesando sus paredes, gracias a su movimiento ameboide. Estos dos tipos de células eliminan los gérmenes mediante fagocitosis, un tipo de endocitosis que engloba los microorganismos en vacuolas fagocíticas para destruirlos. Los fagocitos engloban, mediante emisión de pseudópodos, los microorganismos patógenos en un fagosoma que, a continuación, se fusiona con un lisosoma para formar un fagolisosoma. El patógeno es destruido por la actividad de las enzimas digestivas del lisosoma. Los restos no digeridos son expulsados al exterior. Junto a este proceso de fagocitotis se desencadena la respuesta inflamatoria. La respuesta inflamatoria es una reacción local que dificulta la proliferación del patógeno, favorece su destrucción por los linfocitos NK y por los fagotitos y estimula la reparación de los daños causados por la infección de los tejidos. La reacción inflamatoria se desencadena cuando las células de los tejidos afectados por un proceso infeccioso liberan sustancias (liberación de mediadores) como la histamina o la serotonina, que atraen a las células fagocitarias y son vasodilatadores, debido a las cuales la zona se inflama y se enrojece. El resultado de la reacción inflamatoria es: - Dilatación de los vasos sanguíneos locales, con lo que llega más sangre y, por tanto, más leucocitos a la zona infectada. Esto da lugar al enrojecimiento o rubor (debido al incremento de flujo sanguíneo a la zona afectada debido a la dilatación de los vasos sanguíneos) y al incremento de la temperatura o calor. (debido a la vasodilatación y el aumento de oxígeno debido a la intensa actividad que está teniendo lugar. - Aumento de la permeabilidad vascular, lo que facilita la salida de plasma y de células sanguíneas. Ello da lugar a un hinchazón (edema) y dolor por acumulación de líquido en el medio extracelular. Los vasos sanguíneos se hacen más permeables, por lo que sale líquido al espacio extracelular, lo que provoca la inflamación de la zona y el dolor debido a la presión ejercida sobre las terminaciones nerviosas. La sangre trae a la zona una gran cantidad de células fagocitarias que hacen su labor, lo que se pone en evidencia por la producción de pus. El pus es una mezcla de suero, bacterias muertas y glóbulos blancos, que mueren tras fagocitar grandes cantidades de bacterias, células dañadas y sustancias extrañas. Todo esto favorece la llegada de leucocitos al foco de infección al atravesar los capilares sanguíneos.
- 5. Unidad 18. Sistema inmunitario. Biología 2º bachillerato CEM Hipatia FUHEM. Profesor. Miguel Ángel Madrid Rangel 5 5 Las otras barreras secundarias son: Sistema inmunitario. Es la última barrera defensiva de los animales ante el ataque de microorganismos. Está constituido por: los anticuerpos, sustancias químicas orgánicas, las células productoras de anticuerpos y las células cooperadoras, que actúan reconociendo específicamente a los microorganismos y a las moléculas extrañas. Interferón y complemento. Es un conjunto de proteínas producidas por los linfocitos T que destruyen o actúan contra la proliferación de virus, bacterias y otros microorganismos. Las células infectadas por virus producen unos polipéptidos llamados interferones (se llaman así porque interfieren con la infección vírica) que liberan al espacio extracelular y protegen a las células vecinas que aún no han sido infectadas. Esta acción de interferencia se debe a que los interferones se unen a ciertos receptores de las células sanas y provocan en ellas un tipo de respuesta que impide la replicación de los virus dentro de la célula. El sistema de complemento es un conjunto de proteínas, llamadas así porque complementan la acción iniciada por los anticuerpos para destruir a los patógenos. Estas proteínas viajan por la sangre y en ausencia de antígenos están inactivas. También actúa estimulando la capacidad fagocítica de los macrófagos. 3. La inmunidad La inmunidad es el estado de invulnerabilidad a una determinada enfermedad infecciosa (o propiedad de los organismos para rechazar cualquier cuerpo extraño que pretenda invadir el propio cuerpo) . Sus principales características son las siguientes: Específicidad. Los antígenos provocan una respuesta específica que supone una interacción con receptores específicos. Así, una persona que ha pasado la varicela es inmune a esta enfermedad, pero no a otras como el tifus o la rabia. Memoria. La inmunidad a determinada enfermedad infecciosa tiene memoria en el animal, manteniéndose un cierto tiempo, que puede ser desde solo unos días a toda la vida. La resistencia a las enfermedades es distinto de la inmunidad, ya que no discrimina a los diferentes microbios y además, tampoco perdura en el tiempo. La Inmunología es la ciencia que se encarga de estudiar todo lo relacionado con la inmunidad a las infecciones, es decir, el sistema inmunitario. 3.1. Inmunidad natural Los animales pueden adquirir inmunidad de manera natural de dos formas, según sea la procedencia de los anticuerpos: Activa. Son los propios mecanismos inmunológicos del animal los que logran la inmunidad. Al verse expuesto a una invasión microbiana, su sistema inmunológico empieza a actuar produciendo anticuerpos específicos contra esos microbios. Si se vence a la invasión microbiana, el animal está inmunizado contra esos microbios durante el tiempo que los anticuerpos permanezcan en la sangre. Se adquiere inmunidad activa de dos formas: de forma natural tras superar una infección y de forma artificial a través de la vacunación. Pasiva. Los anticuerpos no han sido producidos por el propio individuo, sino que los ha adquirido del exterior. Podemos distinguir entre inmunidad natural pasiva e inmunidad artificial pasiva. La inmunidad natural pasiva se adquiere a través de la placenta. El feto de los mamíferos adquiere inmunidad natural mientras está en el útero materno, puesto que a través de la placenta recibe constantemente los anticuerpos que hay en la sangre de la madre. De esta manera, las crías de los mamíferos consiguen una inmunidad natural de tipo pasivo hasta que sus mecanismos inmunológicos se desarrollan completamente. La inmunidad artificial pasiva se adquiere mediante la sueroterapia.
- 6. Unidad 18. Sistema inmunitario. Biología 2º bachillerato CEM Hipatia FUHEM. Profesor. Miguel Ángel Madrid Rangel 6 6 La inmunidad pasiva produce una resistencia poco duradera y no genera memoria. 3.2. Inmunidad artificial o adquirida La inmunidad también puede adquirirse artificialmente mediante el uso de técnicas ajenas al organismo. En función de la finalidad, se pueden utilizar dos sistemas: 1. Vacunación. Es un método preventivo de inmunidad adquirida artificialmente de forma activa. Consiste en inyectar a una persona microbios muertos o atenuados de la enfermedad que se quiere prevenir para activar el sistema inmunitario y que se produzcan anticuerpos específicos. Actualmente se dispone de vacunas contra numerosas enfermedades como el cólera, la tuberculosis, el tétanos, el sarampión, la meningitis y la rabia. La vacunación induce la selección clonal de los linfocitos B y T específicos, lo que produce células con memoria. En el momento en el que el organismo se expone de nuevo al antígeno se produce una respuesta secundaria más rápida y eficaz que la respuesta primaria. Hay distintos tipos de vacunas, entre ellas podemos citar: Las actuales vacunas están elaboradas de tres modos distintos: Microorganismos atenuados. Tienen un alto poder inmunogénico y se administran en una sola dosis; pero presentan el riesgo de poderse convertir en virulentas. Es el caso de las vacunas contra la tuberculosis, el sarampión y la rubéola. Microorganismos muertos por el calor, por sustancias químicas o por rayos gamma, aunque con capacidad antigénica. No se convierten en virulentas pero se necesita administrar varias dosis para que produzcan sus efectos. Por ejemplo la vacuna contra el cólera, la polio y la rabia. Macromoléculas antigénicas de microorganismos. Presentan el inconveniente de que es difícil disponer de una suficiente cantidad del componente purificado. Es el caso de las vacunas contra la meningitis, la difteria y el tétanos. 2. Sueroterapia. Es un tratamiento curativo dentro de la inmunidad adquirida artificialmente de forma pasiva, con una duración limitada. Consiste en proporcionar a un paciente aquejado de una enfermedad infecciosa los anticuerpos específicos de los antígenos que producen la enfermedad. Estos anticuerpos se obtienen mediante técnicas de clonación a partir de linfocitos capaces de producirlos (anticuerpos monoclonales) o a partir de suero de caballo previamente vacunado con el antígeno. Existen sueros contra enfermedades infecciosas como la escarlatina, el botulismo y el tétanos, así como contra diversos venenos de serpientes. Es una práctica que se lleva a cabo cuando un individuo ya está enfermo y no es posible esperar a que una vacuna haga efecto o cuando el sistema inmunológico está debilitado y no sintetiza correctamente los anticuerpos. 4. El sistema inmunitario El sistema inmunitario está formado por el conjunto de células, tejidos y moléculas implicado en los procesos de inmunización. Este sistema se caracteriza por su capacidad de reconocimiento de moléculas extrañas al organismo, lo que desencadena una serie de procesos celulares y moleculares que las neutralizan o destruyen. Este proceso recibe el nombre de respuesta inmunológica y puede ser de dos tipos: celular, propiciada por células y humoral, producidas por anticuerpos. Ambas respuestas se relacionan con los linfocitos.
- 7. Unidad 18. Sistema inmunitario. Biología 2º bachillerato CEM Hipatia FUHEM. Profesor. Miguel Ángel Madrid Rangel 7 7 4.1. Linfocitos Los linfocitos o células inmunocompetentes (20-40 % del total de leucocitos) se encuentran en la sangre y en la linfa, tienen el núcleo grande y redondeado y escaso citoplasma. Se pueden distinguir dos tipos, según su respuesta inmunológica: Linfocitos B o células B. Son los responsables de la inmunidad humoral. En los mamíferos se forman y maduran en la médula ósea (en el hígado durante el desarrollo fetal), mientras que en las aves maduran en la bolsa de Fabricio. Intervienen en la respuesta inmune humoral. Presentan anticuerpos o receptores en la superficie externa de su membrana plasmática que reaccionan con antígenos específicos de microorganismos. Al activarse, se convierten en células plasmáticas, con un gran retículo endoplasmático, que producen anticuerpos libres específicos que los neutralizan. Linfocitos T o células T. Intervienen en la inmunidad celular. Proceden de la médula ósea y maduran en el timo y no son capaces de producir anticuerpos libres. Intervienen en la respuesta inmune celular en la que, con sus receptores de membrana, detectan antígenos situados en la superficie de otras células. Los receptores de los linfocitos T no son anticuerpos, sino macromoléculas constituidas por dos cadenas proteicas unidas a proteínas de superficie de la membrana plasmática. Hay tres tipos de linfocitos T, según la función que desempeñan: - Linfocitos T citotóxicos (Tc). Destruyen las células infectadas por virus o células tumores. Sus recpetores son glucoproteínas CD8. - Linfocitos T colaboradores o células helper (células Th). Reciben este nombre porque ayudan a los liunfocitos B, activándoles para que produzcan anticuerpos. También influyen sobre los macrófagos de la sangre, aumentando su capacidad para fagocitar. Por último producen interleucinas, que son moléculas que activan y hacen proliferar a los linfocitos citotóxicos. Presentan como receptores la glucoproteína CD4. - Linfocitos T supresores. Inhiben tanto la respuesta celular como la humoral, porque atenúan la actividad de los colaboradores. Respuesta humoral Cuando un antígeno penetra en el organismo, acaba por encontrarse con el linfocito que muestra en su superficie el anticuerpo con el que se puede acoplar. Esta unión estimula y activa al linfocito, que prolifera rápidamente generando dos estirpes celulares: 1. Células plasmáticas. Acaban por diferenciación de los linfocitos B inmaduros que aumentan mucho de tamaño, cambian la disposición de la cromatina en el núcleo y desarrollan mucho RE rugoso, que genera constantemente muchos anticuerpos. Las células plasmáticas se sitúan en la corteza de los ganglios linfáticos y no salen de ellos. En cambio, si lo hacen los anticuerpos que producen, que acceden a la zona infectada a través de la linfa. 2. Células de memoria. No todos los linfocitos B se transforman en células plasmáticas, algunos se convierten en células de memoria que permanecen en la sangre y continúan fabricando pequeñas cantidades de anticuerpos durante mucho tiempo. Una vez superada la infección, si el organismo vuelve a encontrarse con el mismo patógeno, este dispone de cierta cantidad de anticuerpos específicos contra él. Además, las células de memoria entran en un proceso rápido de proliferación, originando otra vez las dos estirpes celulares (células plasmáticas), Las células plasmáticas en esta ocasión originan IgG y nuevas células de memoria.
- 8. Unidad 18. Sistema inmunitario. Biología 2º bachillerato CEM Hipatia FUHEM. Profesor. Miguel Ángel Madrid Rangel 8 8 Respuesta celular En esta respuesta intervienen los linfocitos T y los macrófagos, pero no se fabrican anticuerpos, y es un mecanismo especialmente efectivo en la destrucción de células infectadas por virus, en células tumorales o en células infectadas por un parásito intracelular. 4.2. Células presentadoras de antígenos Las células presentadoras de antígenos son capaces de activar a los linfocitos T al «presentarles» moléculas de antígenos unidas a macromoléculas de su membrana. Pertenecen a este grupo diferentes tipos de células como los macrófagos sanguíneos, las células dendríticas de los órganos linfoides y las células de Langerhans de la piel. Además, las células cancerosas también interactúan con los linfocitos T. El mecanismo de presentación de los antígenos a los linfocitos T se realiza en varios pasos: - La célula presentadora capta antígenos que, mediante endocitosis, penetran en su interior. En el caso de las células cancerosas, los antígenos son generados por las propias células. - En el interior de ambas células, las enzimas hidrolíticas de los lisosomas degradan las proteínas de los antígenos y los transforman en fragmentos antigénicos o péptidos sencillos. - Parte de estos fragmentos van a parar a la membrana plasmática, donde son asociados a las proteínas MHC, denominadas también complejo principal de histocompatibilidad. Los péptidos de origen antigénico quedan así expuestos al exterior de las células presentadoras.
- 9. Unidad 18. Sistema inmunitario. Biología 2º bachillerato CEM Hipatia FUHEM. Profesor. Miguel Ángel Madrid Rangel 9 9 - La «presentación» de péptidos antigénicos por parte de estas células determina que algunos linfocitos T colaboradores reconozcan a estos péptidos, gracias a sus receptores de membrana, uniéndose específicamente a los antígenos presentados. Este reconocimiento de antígenos, por parte de linfocitos T colaboradores, provoca que éstos queden activados. 4.3. Órganos linfoides Los órganos relacionados con la formación, maduración o acumulación de linfocitos se llaman órganos linfoides. Se distinguen dos tipos, según la función que desempeñan: Como los linfocitos T reconocen a los antígenos Los linfocitos T forman parte del sistema inmunitario de vigilancia. Contribuyen a identificar antígenos, que son sustancias extrañas al cuerpo. Sin embargo, para ser reconocido por un linfocito T, un antígeno debe ser procesado y “presentado” al linfocito de forma tal que éste pueda identificarlo, como se muestra a continuación. 1. Un antígeno que circula por el cuerpo tiene una estructura que un linfocito T no puede reconocer. 2. Una célula procesadora de antígenos, como un macrófago, rodea e ingiere al antígeno. 3. Las enzimas de la célula procesadora de antígenos rompen dicho antígeno hasta reducirlo a fragmentos. 4. Algunos fragmentos de antígeno se unen a moléculas del complejo mayor de histocompatibilidad y son lanzados a la superficie de la membrana celular. 5. Un receptor de células T, localizado en la superficie de un linfocito T, reconoce el fragmento de antígeno unido a una molécula del complejo mayor de histocompatibilidad y se adhiere a él.
- 10. Unidad 18. Sistema inmunitario. Biología 2º bachillerato CEM Hipatia FUHEM. Profesor. Miguel Ángel Madrid Rangel 10 10 Órganos linfoides primarios. Son aquellos en los que se produce la maduración definitiva de los linfocitos, como la médula ósea roja y el timo o la bolsa de Fabricio de las aves. La médula ósea roja se encuentra, en los adultos, en el interior de los huesos planos, como los que forman el cráneo, de los huesos cortos, como las costillas, y de las epífisis o cabezas de los huesos largos. En la médula ósea roja se encuentran las células madre, precursoras de los linfocitos. Estas células madre pueden madurar en la propia médula ósea, transformándose en linfocitos B, o salen de la médula ósea. El timo es un órgano extremadamente importante para el desarrollo de los linfocitos T, que se encuentra algo atrofiado en el adulto. Algunas células madre hematopoyéticas de la médula ósea migran al timo y en él se transforman en linfocitos T. Estos linfocitos son sometidos, en este órgano, a una intensa selección que provoca que el 95 % de ellos sea eliminado y el 5 % restante migre a los órganos linfoides secundarios donde se transforman en linfocitos T. Órganos linfoides secundarios. En ellos se produce la acumulación de linfocitos, y por tanto en ellos se producen las interacciones necesarias para las activaciones celulares específicas. Los linfocitos reaccionan contra antígenos específicos. Son: el bazo, los ganglios linfáticos y el tejido linfoide difuso o con folículos linfáticos. - Bazo. Es un órgano de unos 200 gramos de masa en la especie humana y que se encarga de filtrar la sangre, eliminando los eritrocitos y leucocitos defectuosos. También presenta unas zonas ricas en linfocitos B y otras zonas ricas en linfocitos T. Estos linfocitos responden activamente ante la presencia de antígenos extraños en la sangre. - Ganglios linfáticos. Su función es similar a la del bazo. Se encargan de filtrar la linfa, gracias a la acción de las células macrofagocitarias de su interior. En la especie humana, los ganglios linfáticos tienden a concentrarse en los capilares linfáticos de las ingles, axilas, zona cervical y subclavicular. Su inflamación es indicio de la existencia de una infección microbiana y de la acción del aparato inmunológico. - Tejido linfoide difuso. En diferentes partes del cuerpo se encuentran linfocitos, células plasmáticas y fagocitos aislados de manera difusa o formando agregados denominados folículos linfáticos. Suelen estar asociados con el epitelio de revestimiento de cavidades internas, por lo que se denominan estructuras linfoepiteliales. Las más importantes de estas estructuras son las amígdalas, el apéndice y las placas de Peyer (en relación con el intestino delgado). En estas estructuras linfoepiteliales se acumulan células inmunocompetentes. 4.4. Antígenos Toda sustancia que sea capaz de desencadenar una respuesta inmunitaria recibe el nombre de antígeno o inmunógeno. Los antígenos pueden ser de varios tipos según sea su procedencia:
- 11. Unidad 18. Sistema inmunitario. Biología 2º bachillerato CEM Hipatia FUHEM. Profesor. Miguel Ángel Madrid Rangel 11 11 Heteroantígenos. Son macromoléculas que pertenecen a otros organismos, de otra especie diferente de la humana. Muchas macromoléculas pueden actuar como antígenos, como casi todas las proteínas, nucleoproteínas, muchos polisacáridos y lípidos complejos que se encuentran sobre la pared celular bacteriana o sobre cápsulas víricas, o que son liberados por microorganismos y dispersados en el medio interno del animal. Muchas moléculas que no son inmunógenas adquieren esta propiedad al combinarse con proteínas. Isoantígenos o aloantígenos. Porceden de otro individuo de la misma especie, como los antígenos de superficie de los glóbulos rojos que constituyen el sistema ABO sanguíneo humano. Autoantígenos. Moléculas del propio individuo a las que el sistema inmunitario reconoce como extrañas.. Cuando ocurre, se produce el fenómeno llamado autoinmunidad en el que el sistema inmunológico se vuelve contra el propio organismo, pudiendo causar graves enfermedades. 4.4.1. Estructura de los antígenos Aunque los antígenos son fundamentalmente proteínas, muchos son polisacáridos y lípidos complejos que tienen capacidad antigénica; esto es, desencadenan la formación de anticuerpos. En el antígeno existe una parte que corresponde al determinante antigénico o epítopo corresponde a una parte del antígeno a la cual se unen específicamente los receptores de membrana de los linfocitos y los anticuerpos. En los antígenos proteicos, el determinante suele estar formado por solo cuatro o cinco aminoácidos. El antígeno puede ser de dos tipos, según el número de determinantes: Univalente. Tiene un solo determinante antigénico en su molécula, de modo que únicamente se puede unir a él un anticuerpo. Polivalente. Presenta varios determinantes antigénicos, de modo que puede unirse a varios anticuerpos iguales o diferentes. La unión entre el antígeno y el anticuerpo es por complementariedad, mediante enlaces débiles (fuerzas de Van der Waals, atracciones electrostáticas, etc.), del tipo llave-cerradura. 4.4.2. Haptenos Los haptenos son pequeñas moléculas que tienen capacidad para unirse a anticuerpos específicos, pero por sí solos no son inmunogénicos, es decir, no estimulan las células inmunocompetentes ni la producción de anticuerpos. Sin embargo, los haptenos pueden adquirir propiedades antigénicas cuando se unen a las denominadas moléculas transportadoras, generalmente proteínas. 4.5. Anticuerpos o inmunoglobulinas Los anticuerpos son proteínas del grupo de las globulinas que se unen específicamente a los antígenos. Por sus propiedades inmunológicas reciben también el nombre de inmunoglobulinas (Ig). Los anticuerpos son producidos por los linfocitos B y su difusión se realiza por la sangre, la linfa, los líquidos intersticiales y las secreciones donde llevan a cabo su acción. Según la localización los anticuerpos pueden dividirse en dos tipos, los anticuerpos de superficie, receptores de antígenos, que quedan adheridos a la membrana plasmática del linfocito B y los anticuerpos libres circulantes en la sangre, que son segregados al exterior
- 12. Unidad 18. Sistema inmunitario. Biología 2º bachillerato CEM Hipatia FUHEM. Profesor. Miguel Ángel Madrid Rangel 12 12 de la célula, donde pueden llegar a constituir hasta el 20% de la masa total de las proteínas del plasma sanguíneo. 4.5.1. Estructura de las inmunoglobulinas La estructura básica de las inmunoglobulinas está integrada por cuatro cadenas polipeptídicas. Se combinan dos cadenas pesadas y dos cadenas ligeras para formar una molécula tridimensional en forma de Y. Se puede dividir según su estructura en dos zonas: En el anticuerpo se pueden distinguir dos regiones según sus componentes: Porción variable. Son los extremos aminados de las cadenas H y L. Cada tipo de anticuerpo presenta en esta zona de las cadenas con una secuencia diferente de aminoácidos. Los dos extremos de la Y de los anticuerpos son los centros de unión a los antígenos, de modo que una molécula de anticuerpo es bivalente. El parátopo es el lugar de unión con cada antígeno entre las porciones variables de una cadena H y otra L en el que encaja el determinante del antígeno específico. Porción constante. Corresponde al resto de las cadenas H y L y carece de la propiedad de unirse a los antígenos. 4.5.2. Tipos de inmunoglobulinas En los mamíferos se conocen cinco tipos diferentes de inmunoglobulinas que se diferencian entre sí por las distintas cadenas H que presentan: IgG o gammaglobulinas. Son los anticuerpos más numerosos de la sangre. En la especie humana pueden llegar a alcanzar hasta el 75 % de las inmunoglobulinas circulantes. Su masa molecular es del orden de 150 000 u y se componen de dos cadenas L y de dos cadenas H de tipo γ (gamma), a las que se unen moléculas de oligosacáridos. Además de unirse a los antígenos, las gammaglobulinas son capaces de activar tanto al complemento como a los fagocitos sanguíneos (macrófagos y micrófagos). Estas inmunoglobulinas son los únicos anticuerpos capaces de atravesar la placenta y penetrar en el feto. IgM. Son los primeros anticuerpos que se producen ante la exposición inicial a un antígeno y representan hasta un 10 % del total de las inmunoglobulinas circulantes en la sangre. Tienen una masa molecular del orden de 900 000 u y están compuestas por cinco monómeros de anticuerpos unidos por puentes disulfuro y por una cadena polipeptídica denominada J. Las cadenas H son de tipo μ (mu). Las cadenas H y L están unidas entre sí por puentes disulfuro. Dos cadenas pesadas o H, también idénticas. Cada una contiene unos cuatrocientos aminoácidos y presentan, ligadas a ellas, unas moléculas de oligosacáridos. Dos cadenas ligeras o L, idénticas. Cada una presenta unos doscientos aminoácidos. Tallo. Está formado por parte de las dos cadenas pesadas con los radicales ácido (−COOH) terminales. Dos brazos. Cada uno de ellos, presenta el resto de una de las cadenas pesadas y una cadena ligera. Todas ellas tienen los radicales amino (−NH2) terminales. Bisagra. Zona en la base de los brazos de las cadenas H, constituida por unos pocos aminoácidos, que les facilita moverse libremente respecto al tallo.
- 13. Unidad 18. Sistema inmunitario. Biología 2º bachillerato CEM Hipatia FUHEM. Profesor. Miguel Ángel Madrid Rangel 13 13 Las IgM tienen diez lugares para la unión con los antígenos y una gran avidez por moléculas o microorganismos antigénicos polivalentes, como los virus. También se encargan de activar los macrófagos y el sistema del complemento. IgA. Representan hasta el 10 % del total de las inmunoglobulinas circulantes. Están constituidas por cuatro cadenas polipeptídicas, dos cadenas L y dos cadenas H de tipo α (alfa), aunque este monómero puede asociarse con otro o con dos más mediante una cadena J, dando dímeros o trímeros. Además, presenta una cadena polipeptídica llamada componente secretor. Se originan en estructuras linfoides subepiteliales y se encuentran en la sangre y en diversas secreciones como la leche, el mucus respiratorio e intestinal, la saliva y las lágrimas, colaborando en la eficacia de las barreras primarias de defensa de los animales. Por su parte, el componente secretor impide que estas inmunoglobulinas sean hidrolizadas por las enzimas proteolíticas del líquido en el que se encuentran. IgE. Tienen una masa molecular del orden de 190 000 u y se componen de dos cadenas L y de dos cadenas H de tipo ε (epsilón). Se encuentran principalmente en los tejidos y son las causantes principales de los fenómenos de alergia. Se encuentran en concentración muy baja en la sangre. IgD. Se componen de dos cadenas L y de dos H de tipo δ (delta) y tienen una masa molecular aproximada de 180 000 u. Son anticuerpos de la superficie de linfocitos B que sirven como receptores de antígenos específicos. 5. Los mecanismos de acción del sistema inmune La respuesta inmunitaria específica comprende una serie de procesos muy complejos en los que participan varios tipos de células y sustancias. 5.1. Respuesta inmune o memoria inmunológica La detección de moléculas extrañas de tipo inmunogenético, como las que poseen los microorganismos patógenos, pone en marcha todo el complejo mecanismo de proliferación y maduración de células inmunocompetentes y de producción de anticuerpos. Este proceso se denomina respuesta inmune. Se conocen dos tipos de respuesta inmune, según el momento de contacto con el antígeno. Respuesta inmune primaria. Se produce ante el primer contacto con un determinado antígeno. Al cabo de varios días de este contacto empiezan a aparecer anticuerpos en la sangre del individuo infectado, cuya producción va en aumento exponencial hasta una fase estacionaria, tras la cual empiezan a declinar. Los anticuerpos que se forman en esta respuesta son del tipo IgM y IgG. Al cabo de varias semanas, estas inmunoglobulinas son casi imperceptibles en la sangre. Respuesta inmune secundaria. Si el sistema inmunológico detecta por segunda vez la presencia del mismo antígeno, origina una respuesta bastante distinta de la anterior: hay menos retraso entre la entrada del antígeno y la aparición de anticuerpos, que son principalmente del tipo de las IgG. Además su producción es mucho más rápida, los valores de concentración de estas inmunoglobulinas en la sangre son mayores y su persistencia en la sangre es muy superior. Las características de esta respuesta inmune indican que existe una memoria inmunológica. 5.1.1. Teoría de la selección clonal La teoría de la selección clonal explica el fenómeno de memoria inmunológica y la presencia de respuesta específica después de un primer contacto con un antígeno. Según esta teoría, la formación de linfocitos B se debe a que los receptores ya están preformados en el aparato inmunológico, incluso antes de la presencia de los antígenos.
- 14. Unidad 18. Sistema inmunitario. Biología 2º bachillerato CEM Hipatia FUHEM. Profesor. Miguel Ángel Madrid Rangel 14 14 Ante la entrada de los antígenos, las células con receptores específicos son seleccionadas entre un inmenso repertorio de células con diferentes receptores estimulándose su proliferación y maduración. Esta activación provoca que el linfocito se divida rápidamente y se diferencie para producir un clon de células que se dividen en células de memoria y células plasmáticas. Las células de memoria están circulando continuamente en la sangre y en los órganos linfoides secundarios, por lo que detectan enseguida una nueva entrada del antígeno. Los receptores de superficie presentan una mayor avidez por el antígeno y se desencadena una rápida producción de IgG. 5.2. Reacción antígeno-anticuerpo Los anticuerpos, al reconocer a los antígenos, se unen a ellos mediante enlaces de Van der Waals, fuerzas hidrofóbicas o iónicas, en una reacción denominada antígeno-anticuerpo. En esta unión, que se lleva a cabo entre las porciones variables de las cadenas H y L del anticuerpo y los determinantes antigénicos, no se establece ningún enlace covalente entre antígeno y anticuerpo, por lo que la reacción es reversible. Esta reacción se puede expresar de la siguiente manera: Ag (antígeno) + Ac (anticuerpo) ↔ AgAc (complejo antígeno-anticuerpo) La reacción se desplaza hacia uno u otro lado según las concentraciones de antígenos y de anticuerpos y de la intensidad de su reacción. La afinidad de un anticuerpo por un antígeno está determinada por la intensidad de las interacciones que se establecen entre el antígeno y el determinante antigénico. La reacción antígeno-anticuerpo es extraordinariamente específica: un anticuerpo puede reconocer entre una multitud de determinantes antigénicos únicamente aquellos que le son complementarios. La reacción entre los antígenos y los anticuerpos puede ser de varios tipos: precipitación, aglutinación, neutralización y opsonización. 5.2.1. Reacción de precipitación Si los antígenos son macromoléculas solubles con varios determinantes (antígenos polivalentes), los anticuerpos libres en el plasma sanguíneo, se unen con ellos, formando complejos tridimensionales insolubles produciéndose una reacción de precipitación. 5.2.2. Reacción de aglutinación La aglutinación se produce al reaccionar los anticuerpos con moléculas de antígenos situados en la superficie de bacterias u otras células. Como resultado de esta reacción, las células forman agregados que sedimentan con facilidad. Los antígenos de la superficie de las células que provocan aglutinación se denominan aglutinógenos, mientras que sus anticuerpos específicos se llaman aglutininas. Existe un tipo de aglutinación denominada, aglutinación pasiva, que consiste en la adherencia de antígenos solubles a la membrana de ciertas células. Posteriormente, los antígenos se unen a los anticuerpos y al reaccionar con ellos se produce la aglutinación de las células a las que estaban ligados. Este fenómeno tiene lugar, por ejemplo, en los glóbulos rojos de la sangre.
- 15. Unidad 18. Sistema inmunitario. Biología 2º bachillerato CEM Hipatia FUHEM. Profesor. Miguel Ángel Madrid Rangel 15 15 5.2.3. Reacción de neutralización La reacción de neutralización se efectúa principalmente con los virus. Consiste en la disminución de la capacidad infectante del virus al unirse los anticuerpos con los determinantes antigénicos de la cápsula vírica. Esta reacción es reversible, es decir, los virus pueden volver a activarse de nuevo. 5.2.4. Reacción de opsonización Los microorganismos o las partículas antigénicas son fagocitados más ávidamente por los fagocitos si tienen moléculas de anticuerpos unidas a su superficie. La unión de los anticuerpos produce un aumento de la adherencia del complejo antígeno-anticuerpo a la superficie de los macrófagos y micrófagos sanguíneos, lo que facilita su fagocitosis. Los microorganismos recubiertos de anticuerpos se dice que están opsonizados. 5.3. Sistema del complemento El sistema del complemento es un sistema que ayuda y estimula los mecanismos de la respuesta inmune. Está formado por una veintena de proteínas plasmáticas del tipo de las globulinas, que, a diferencia de los anticuerpos, se encuentran siempre presentes en el plasma. Las proteínas que forman este sistema reaccionan frente a gran variedad de complejos antígeno-anticuerpo y provocan la lisis de los microorganismos con complejos antígeno-anticuerpo adheridos. Si una globulina, de este sistema, se fija por el complejo antígeno-anticuerpo, se produce una secuencia de activaciones de las restantes proteínas del complemento hasta llegar a la formación de una enzima activa, del grupo de las proteasas. Esta enzima actúa sobre la membrana del microorganismo y la destruye, produciendo en ella poros. Por estos poros salen las pequeñas moléculas citoplasmáticas del microorganismo, mientras que el agua extracelular entra produciendo su hinchamiento y finalmente su destrucción o lisis. 5.4. Interferón Se denomina interferón a un conjunto de pequeñas proteínas plasmáticas producidas por los linfocitos T, las células asesinas, los leucocitos o los fibroblastos que interfieren principalmente en la replicación de los virus en el interior de las células. En la especie humana hay tres tipos: el α, el β y el γ. Los interferones α y β se producen y se liberan si los leucocitos y los fibroblastos quedan infectados por virus. Al unirse a otras células vecinas las estimulan para que produzcan enzimas denominadas proteínas antivirales que actuarán bloqueando la replicación de los virus cuando sean infectadas por ellos. El interferón γ es producido por linfocitos T y por células asesinas sanas cuando son sensibilizadas por antígenos extraños de virus, bacterias o células tumorales. Este interferón parece potenciar el efecto de linfocitos, células asesinas y macrófagos para destruir células infectadas o tumorales.