El sistema inmunitario. Componentes y acción

IES Senda Galiana. Departamento de CCNN. 2º Bach. Biología. Tema 17

TEMA 17. EL SISTEMA INMUNITARIO: COMPONENTES Y ACCIÓN

1. CONCEPTO DE INMUNIDAD Y SISTEMA INMUNITARIO.

2. ANTÍGENOS Y HAPTENOS.

Antígenos y haptenos.

3. DEFENSAS DEL ORGANISMO.

Barreras externas

Defensas internas.

o Inespecíficas: Inflamación, fagocitos, complemento e interferón.

o Específicas: Linfocitos y órganos linfoides.

4. TIPOS DE INMUNIDAD.

Humoral: Linfocitos B. Anticuerpos. Memoria inmunológica.

Celular: Linfocitos T. Linfocitos no-B-no-T.

5. TOLERANCIA INMUNE.

Natural.

Artificial:

o Activa: las vacunas.

o Pasiva: los sueros.

1. LAS ENFERMEDADES AUTOINMUNES. Hipersensibilidad: Tipos I, II, III y IV

6. EL SISTEMA INMUNE, EL CÁNCER Y EL SIDA.

7. LOS TRASPLANTES: IMPORTANCIA SOCIAL.

1. CONCEPTO DE INMUNIDAD Y SISTEMA INMUNITARIO

La ciencia encargada de estudiar la inmunidad se denomina Inmunología.

Se entiende por inmunidad el conjunto de mecanismos que un individuo posee para enfrentarse a la entrada de microorganismos o de moléculas extrañas, así como de moléculas propias que no son reconocidas como tales.

Esta cualidad se adquiere antes del nacimiento y se madura y afianza en los primeros años de vida. En los vertebrados implica que los organismos diferencian lo propio de lo ajeno, es decir reconocen todos sus tipos celulares.

El Sistema inmunitario es el responsable de conferir inmunidad, mediante al actuación coordinada de todos sus componentes. Este sistema, presente en invertebrados, alcanza su máxima complejidad en los primates y seres humanos.

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- Es un sistema biológico complejo. Se encuentra distribuido por todos los órganos y fluidos vasculares e intersticiales, excepto el cerebro, concentrándose en órganos especializados como la médula ósea, el bazo, el timo y los nódulos linfáticos.

- Presenta componentes celulares (linfocitos, macrófagos y granulocitos) y moléculas solubles (anticuerpos, linfocinas y sistema del complemento).

- Las células y moléculas que participan en la defensa inmune llegan a la mayor parte de los tejidos por el torrente sanguíneo, que pueden abandonar a través de las paredes de los capilares y al que pueden regresar por el sistema linfático.

2. ANTÍGENOS Y HAPTENOS

ANTÍGENOS

Un antígeno es una molécula que desencadena una respuesta inmunitaria en un organismo. Distintos seres vivos reconocen como antígenos distintas moléculas. Entre sus características:

- Los antígenos presentes en los organismos son por lo general proteínas (sólo con componentes proteicos o también glucoproteínas o lipoproteínas) o polisacáridos complejos. Es decir, presentan una elevada masa molecular.

Algunas moléculas sintéticas también presentan capacidad antigénica. Son moléculas creadas para la síntesis de vacunas.

- Los antígenos pueden ser moléculas libres o formar parte de estructuras biológicas (membranas, glicocálix, flagelos, cápsidas víricas, envueltas bacterianas...).

- La reacción inmunitaria se desencadena si el antígeno se une con algún receptor antigénico de la membrana plasmática de las células encargadas del reconocimiento de antígenos. El antígeno se une al receptor cuando se da complementariedad espacial entre ambos.

El antígeno se une al receptor por una pequeña zona de la cadena proteica (unos cinco

aminoácidos) llamada determinante antigénico o

epítopo. Una misma molécula puede presentar distintos

determinantes antigénicos en distintas zonas de su secuencia

de aminoácidos.http://perso.wanadoo.es/sancayetano2000/biologia/images/Antigeno.gif

HAPTENOS

Algunos compuestos de bajo peso molecular (<1000 δ) pueden adquirir inmunogenicidad por unión covalente a macromoléculas que, en general, son proteínas plasmáticas o proteínas de la superficie celular. El compuesto se conoce como hapteno y la nueva molécula es el complejo hapteno-portador.

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Como ejemplos de las moléculas de la membrana celular capaces de unirse a haptenos, tenemos las integrinas y péptidos del complejo mayor de histocompatibilidad (CMH).

El urushiol es la toxina que se encuentra en la hiedra venenosa. Cuando se absorbe a través de la piel, el urushiol se oxida en las células de la piel y genera una molécula reactiva llamada quinona, que forma complejos estables con proteínas de la piel. Por lo general, la primera exposición causa sólo la sensibilización, en la que hay una proliferación de células T efectoras. Después de una segunda exposición, las células T pueden llegar a ser activadas y se genera una reacción inmune que produce las ampollas típicas de una exposición a la hiedra venenosa.La penicilina, así como otros medicamentos, actúa como un hapteno (esta es una de las causas de las reacciones alérgicas a medicamentos). La molécula de penicilina (y algunos de sus metabolitos) reacciona con los residuos de lisina de las proteínas, formando un complejo que es su principal determinante antigénico.

Lisina

Penicilina

3. LAS DEFENSAS DEL ORGANISMO

1. Ante la llegada de microorganismos, se activan en primer lugar las llamadas defensas externas o pasivas.

2. Cuando a pesar de las defensas pasivas el agente invasor entra en el organismo, se activan defensas internas, tanto inespecíficas como específicas.

3.1. DEFENSAS EXTERNAS

Las defensas o barreras externas o pasivas constituyen la primera línea de acción del organismo frente a la entrada de microorganismos.

DEFENSAS EXTERNAS

ESTRUCTURALES - Piel y mucosas. La capa de queratina, que sufre continuas descamaciones, evita que penetren o proliferen colonias de microorganismos. Sólo los espirilos, con su efecto de barrena, pueden atravesar las mucosas.

MECÁNICAS - Sistemas de expulsión. Cilios de las vías respiratorias; vellosidades de las paredes intestinales; flujo de orina desde la vejiga urinaria hacia el exterior...

BIOQUÍMICAS - Mucus que segregan las mucosas que tapizan los orificios naturales: engloba partículas extrañas para su expulsión.

- Fluidos: las lágrimas, en los ojos o la saliva en la boca, que lavan y arrastran los microorganismos impidiendo que se instalen o que penetren. Además, estos fluidos contienen sustancias antimicrobianas (lisozima de la saliva y la lágrima, espermina del semen...).

- Sustancias que modifican el pH: dificultan la supervivencia de los gérmenes (HCl del estómago; secreción de ácidos grasos y de ácido láctico en la piel).

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ECOLÓGICAS - Microorganismos simbiontes que compiten con otros microorganismos impidiendo su entrada.

3.2. DEFENSAS INTERNAS INESPECÍFICAS

Este sistema defensivo actúa con gran rapidez contra cualquier sustancia o agente extraño que logre entrar en el organismo a pesar de las defensas externas.

Inflamación Fagocitos Sistema de complemento Interferón

LA INFLAMACIÓN

La respuesta inflamatoria es una respuesta rápida que facilita la llegada de células y moléculas que actuarán sobre el microorganismo invasor y que se manifiesta con unos síntomas característicos (calor, enrojecimiento, dolor, tumefacción).

1. El proceso comienza con un ESTÍMULO que puede consistir en la entrada de un microorganismo o una sustancia tóxica o bien en la liberación de moléculas de membrana debida a un traumatismo tisular.

2. El estímulo desencadena la LIBERACIÓN Y ACTUACIÓN DE LOS MEDIADORES DE LA INFLAMACIÓN, sustancias que van a producir los efectos de la respuesta inflamatoria.

MEDIADORES DE LA INFLAMACIÓN

1. Sustancia que provoca la liberación de fagocitos a partir de la médula ósea.

Mecanismos de actuación Sustancias

Actuación sobre los factores de transcripción que controlan la diferenciación de las células hematopoyéticas.

Factor de estimulación de la leucocitosis

2. Sustancias que facilitan la entrada de fagocitos al tejido afectado.


Incremento del flujo de sangre hacia el tejido afectado (vasodilatación) y aumento de la permeabilidad de los vasos.

Bradiquinina Histamina

Atracción de fagocitos (quimiotaxis) y aumento de la permeabilidad de los vasos (las células endoteliales se separan para permitir el paso a los fagocitos: diapédesis).

Leucotrienos

Inducción de una vasodilatación prolongada y atracción y activación de los fagocitos.

Componentes del complemento

Prostaglandinas E

Atracción y activación de los fagocitos. Productos de la pared bacteriana

3. Sustancias que estimulan las sensaciones nerviosas, provocando una sensación de dolor.


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Actúan sobre la bomba de sodio/potasio de la membrana neuronal, que deja entrar más sodio en la célula, lo que aumenta la frecuencia de la espiga nerviosa.

Bradiquinina Histamina Prostaglandinas E

Bradiquinina Vasodilatación

Aumento de la permeabilidad de los vasos

Efecto sobre la bomba de sodio/potasio de la membrana neuronal

Componentes del complemento

Vasodilatación prolongada

Atracción y activación de los fagocitos

Factor de estimulación de la leucocitosis

Actuación sobre los factores de transcripción que controlan la diferenciación de las células hematopoyéticas

Histamina Vasodilatación



Leucotrienos Quimiotaxis


Diapédesis

Prostaglandinas E Vasodilatación prolongada

Atracción y activación de los fagocitos.


La inflamación produce fiebre debido a que algunos microorganismos presentan pirógenos exógenos que estimulan la producción de pirógenos endógenos*, lo cuales actúan sobre el hipotálamo anterior, donde se encuentra el centro regulador de la temperatura.

* IL1 (Interleuquina 1); TNF (Factor de necrosis tumoral)

LOS FAGOCITOS

Los fagocitos son un tipo de leucocitos que se forman en la médula ósea (leucocitos de la serie mieloide). Pueden moverse mediante pseudópodos y tienen capacidad de fagocitosis. Se pueden clasificar en:

- GRANULOCITOS POLIMORFONUCLEARES. Citoplasma granulado y núcleo polilobulado. Los gránulos del citoplasma almacenan enzimas y sustancias antimicrobianas.

Neutrófilos. Se tiñen con colorantes neutros.

Eosinófilos. Se tiñen con colorantes ácidos.

Basófilos Se tiñen con colorantes básicos.

- MONOCITOS. En los tejidos se transforman en macrófagos.

Macrófagos libres

Histiocitos. Permanecen fijos en los tejidos (sobre todo en piel, alveolos pulmonares, hígado, bazo), constituyendo el sistema reticuloendotelial.

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Neutrófilos Basófilo

Eosinófilo Macrófago

Los monocitos liberan productos que son tóxicos para los organismos que se encuentran en su cercanía: desgranulación. Este proceso es vital para eliminar agentes patógenos demasiado grandes como para ser fagocitados.

Por otro lado, mediante la fagocitosis los fagocitos eliminan de los tejidos los microorganismos y otras estructuras extrañas que hayan entrado en ellos.

LA FAGOCITOSIS

En la fagocitosis se elimina el agente injuriante y se limpia el foco de la lesión, ya que se retiran todos los tejidos destruidos y necróticos. Es un proceso que comporta un alto consumo energético y que comienza con la acción de los propios histiocitos del tejido, que son poco activos y pronto son sustituidos por los neutrófilos y más tarde por los macrófagos.

En el caso de los neutrófilos humanos, la fagocitosis de bacterias se produce por término medio en nueve minutos. Los macrófagos no son tan efectivos como los neutrófilos y pueden prolongar el proceso hasta varias horas. Los macrófagos son lentos y, frecuentemente, expulsan el material a medio digerir al medio circundante; esta emisión atrae a más fagocitos.

1. 2. 3. 4.

Activación del fagocito

Reconocimiento de la partícula extraña y unión a la misma

Englobamiento (ingestión) de la

partícula

Digestión de la partícula y expulsión

de sus restos

1. ACTIVACIÓN DEL FAGOCITO

Consiste en la producción de las receptores de membrana que se adherirán a las estructuras extrañas.

RECEPTORES DE MEMBRANA DEL FAGOCITO QUE SE ADHIEREN A LAS ESTRUCTURAS EXTRAÑAS

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Proteínas Lectinas. Se unen a determinadas cadenas glucídicas.

CR3 y LFA-1. Reconocen lípidos y glucanos bacterianos.

Oligosacáridos Reconocen lectinas bacterianas.

CR3 (Complement receptor 3); LFA-1 (Lymphocyte function-associated antigen 1).

Esta producción de receptores de membrana es estimulada por:

a. Durante todo el proceso, por los mediadores de la inflamación: prostaglandinas, componentes del complemento, componentes bacterianos.

b. Cuando el proceso ya está avanzado y se han activado los linfocitos, por las citoquinas (o citocinas) liberadas por estos.

Las citoquinas son proteínas que intervienen en el control de distintos procesos de comunicación intercelular: activación de receptores de membrana, proliferación y diferenciación celular, secreción de inmunoglobulinas, quimiotaxis.

Origen NombreLinfocitos Linfocinas

Monocitos MonocinasAdipocitos Adipocinas

Células hematopoyéticas Interleucinas

Los macrófagos activados por los linfocitos no sólo presentan más proteínas de receptoras; además son más grandes y sintetizan mayor cantidad de enzimas lisosomales.

2. RECONOCIMIENTO DE LA PARTÍCULA EXTRAÑA/MICROORGANISMO

El fagocito reconoce la partícula extraña o microorganismo y la une a su superficie. Esta fase es más eficaz si la partícula que se debe eliminar está cubierta por una de las moléculas coadyuvantes de la fagocitosis que denominamos opsoninas:

- Las opsoninas se encuentran en el plasma sanguíneo. Son sustancias que se unen a los antígenos de las partículas extrañas, recubriendo a las mismas. Las más importantes son inmunoglobulinas y algunos componentes del complemento. (Opson, condimento).

- Los fagocitos poseen receptores de opsoninas de su superficie, por lo que las opsoninas actúan como puente entre la partícula extraña y el fagocito.

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3. ENGLOBAMIENTO DE LA PARTÍCULA EXTRAÑA/MICROORGANISMO

El englobamiento se desencadena cuando las partículas opsonizadas están fijas al fagocito. Se produce por la extensión del citoplasma, que emite seudópodos que se colocan alrededor de la partícula, formando una vacuola denominada fagosoma. El cierre total de esta bolsa se logra por la acción de microfilamentos, para esto se requiere la presencia de Ca++ y Mg++.

Durante esta fase comienzan a liberarse enzimas lisosomales, si el fagosoma no se ha cerrado completamente se liberan enzimas hacia el tejido circundante (Regurgitación).

4. DIGESTIÓN Y EXPULSIÓN DE LOS RESTOS DE LA PARTÍCULA EXTRAÑA/MICROORGANISMO

En la mayoría de los casos las partículas y microorganismos englobados son destruidos, sin embargo, algunos virus pueden destruir las células y algunas bacterias, como el bacilo de la tuberculosis, pueden quedarse dentro de las células por un tiempo prolongado.

Los mecanismos bactericidas de los fagocitos pueden ser:

a. Mecanismos oxidativos. Son los más importantes en neutrófilos y monocitos. En cuanto se ingiere la partícula, aumenta el consumo de oxígeno (estallido respiratorio). Se producen metabolitos oxidados (H2O2 ; OH- ; ClO− ...) que son oxidantes y actúan como agentes antimicrobianos.

b. Mecanismos no oxidativos.

- Acidificación. Los productos lisosomáticos bajan el pH, lo que es tóxico para los microorganismos.

- Actuación de proteínas catiónicas que alteran la distribución de cargas en la membrana bacteriana.

- Inhibidores del crecimiento bacteriano.

SISTEMA DE COMPLEMENTO

COMPONENTES DEL SISTEMA DE COMPLEMENTO

El sistema de complemento es un sistema funcional de unas 30 proteínas del suero (la mayoría de las cuales se sintetizan en el hígado), que interaccionan entre sí de modo regulado formando una cascada enzimática, lo que permite una amplificación de la respuesta humoral.

La mayor parte de las proteínas del sistema tienen un papel de intermediarias en los procesos de activación en cascada del mismo.

Las proteínas C3 y C5, al disgregarse en dos subunidades (a, b) proporcionan los productos finales del proceso:

- C3a: Mediador de la inflamación

- C3b: Opsonina

- C5a: Mediador de la inflamación

- Complejo C5b-6-7-8-poli9: Complejo proteico de ataque a la membrana (MAC, CAM)

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IMPORTANCIA DEL SISTEMA DE COMPLEMENTO

La activación y fijación del complemento a microorganismos constituye un importantísimo mecanismo efector del sistema inmune, facilitando la eliminación del antígeno y generando una respuesta inflamatoria. Las consecuencias de la activación y fijación del complemento incluyen:

- Incremento de la quimiotaxis sobre los fagocitos.

- Opsonización, con la consiguiente mejora de la fagocitosis y destrucción.

- Lisis del microorganismo o célula diana.

- Amplificación de la respuesta humoral específica.

- Eliminación de los inmunocomplejos.

ACTUACIÓN DEL SISTEMA DE COMPLEMENTO

La actuación del sistema de complemento se inicia a partir del contacto de determinados componentes del plasma con polisacáridos de la superficie bacteriana o con complejos antígeno-anticuerpo. En cualquiera de los dos casos, se van a obtener los mismos resultados, a los que se llega mediante dos fases consecutivas del sistema de activación en cascada.

1. PRIMERA FASE: VÍA DE ACTIVACIÓN DEL COMPLEMENTO.

Se inicia cuando los polisacáridos de la superficie bacteriana o los complejos Ag-Ac se unen a un componente del complemento. Al final de esta fase, el componente C3 se ha disgregado en dos subunidades: C3a, C3b.

PRODUCTOS FINALES DE LA FASE DE ACTIVACIÓN DEL COMPLEMENTO

PRODUCTOS FUNCIONES

C3a - Mediador de la inflamación

C3b - Opsonina

- Activador del componente C5 en la segunda fase del proceso.

Dado que se trata de dos tipos moleculares distintos, los polisacáridos bacterianos y los complejos Ag-Ac reaccionan con moléculas distintas del plasma y, por lo tanto, esta fase de activación es distinta en función del tipo molecular que reacciona con el complemento.

Se conocen tres rutas de activación del complemento (las tres presentan semejanzas estructurales y funcionales que señalan un origen común). En cualquiera de las rutas se va produciendo la activación consecutiva de una secuencia de proteínas (activación en cascada), de modo que la activación de una de ellas produce un cambio conformacional en la siguiente.

RUTAS DE ACTIVACIÓN DEL COMPLEMENTO

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COMPONENTE ACTIVADO

MOLÉCULA RECONOCIDA POR EL COMPLEMENTO

NOMBRE DE LA RUTASISTEMA INMUNE

RELACIONADO

C1 Complejo Ag-Ac RUTA CLÁSICA Sistema inmune adaptativo

Glúcidos de la pared bacteriana

RUTA DE LAS LECTINAS Variedad de la ruta clásica

Sistema de inmunidad inespecífica

FACTOR B Polisacáridos de la superficie bacteriana

RUTA ALTERNATIVA Sistema de inmunidad inespecífica

2. SEGUNDA FASE: VÍA TERMINAL DEL COMPLEMENTO.

En la segunda fase, que ocurre siempre de la misma manera, el componente C5, activado por el C3b, se rompe en dos subunidades: C5a, C5b.

PRODUCTOS FINALES DE LA FASE TERMINAL DEL COMPLEMENTO

PRODUCTOS FUNCIONES

C5a - Mediador de la inflamación

C5b - Se une progresivamente a otros componentes formando el C5b-6-7-8-poli9, complejo que se adhiere a la membrana bacteriana y la perfora (complejo de ataque a la membrana: MAC).

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ACTUACIÓN DEL SISTEMA DE COMPLEMENTO

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REGULACIÓN DEL SISTEMA DE COMPLEMENTO

El complemento es un sistema inespecífico, que en principio podría atacar al propio organismo. Por ello se encuentran varios tipos de estrategias reguladoras:

- Degradación de algunos componentes activados del complemento cuando se alejan unos nanómetros del lugar de interacción con la célula diana(son muy lábiles en solución).

- Presencia de inhibidores de algunos componentes del complemento, sobre todo del C3.

- Unión de inhibidores al MAC cuando éste se aleja de las células bacterianas o se ancla en una membrana de una célula del huésped. Se evita así la llamada “lisis reactiva” por inserción del CAM en membranas propias

EL INTERFERÓN (IFN)

Los interferones son un tipo de citoquinas, es decir, son glucoproteínas. Cuando un virus inserta su material genético en el ADN celular, la presencia de ácido nucleico viral induce la expresión de genes de interferón por parte de la célula infectada. El interferón es secretado por la célula infectada y se une a un receptor específico presente en la membrana de una célula no infectada, desencadenando en esta una respuesta antiviral.

El interferón humano aislado se utiliza terapéuticamente con buenos resultados en el tratamiento de ciertos cánceres, hepatitis y leucemias.

Se conocen dos tipos de interferones:

INTERFERONES DE TIPO 1

Son el Interferón a (sintetizado por leucocitos) y el Interferón b (sintetizado por fibroblastos).

La unión del interferón con su receptor en la membrana de una célula sana induce la producción de Proteínas antivíricas (AVP):

- Enzimas que inhiben la traducción de ARN mensajero viral

- Enzimas que estimulan la acción de endonucleasas que degradan el ARN mensajero viral. De esta manera, la célula receptora del interferón queda protegida de la infección viral.

Al inducir estas dos acciones enzimáticas que interfieren con la síntesis de proteínas, el interferón inhibe también el crecimiento de las propias células, por ello ha sido utilizado experimentalmente como inhibidor de la proliferación de células cancerosas.

INTERFERÓN DE TIPO 2

Es el Interferón g o inmunointerferón (sintetizado por linfocitos).

La inducción de este tipo de interferón parecer tiene un papel suplementario en la respuesta inducida por el interferón tipo 1. Es particularmente eficaz en el control de infecciones producidas por virus capaces de inhibir la síntesis de ARN y proteínas celulares antes de que haya sido posible la síntesis de interferón tipo 1.

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La principal acción de este tipo de interferón consiste en actuar como una linfocina, es decir, como una molécula capaz de activar células del sistema inmune, como son las células asesinas naturales (NK) los macrófagos, y los linfocitos B.

El IFN gamma puede influir sobre la clase de anticuerpo que es producido por los linfocitos B en el marco de una respuesta inmune.

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