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INMUNOLOGÍA El concepto actual de inmunidad. El cuerpo humano como ecosistema en equilibrio. Tipos de respuesta inmunitaria: específica e inespecífica. El sistema inmunitario. Las defensas internas inespecíficas. La inmunidad específica. Características y tipos: celular y humoral. Células implicadas. Conceptos de antígeno y anticuerpo. Estructura y función de los anticuerpos. Su forma de acción Mecanismo de acción de la respuesta inmunitaria. Memoria inmunológica. La inmunidad natural. La inmunidad artificial o adquirida: sueros y vacunas. Su importancia. Disfunciones y deficiencias del sistema inmunitario. Alergias e inmunodeficiencias. El SIDA y sus efectos en el sistema inmunitario. Sistema inmunitario y cáncer. Anticuerpos monoclonales e ingeniería genética. El trasplante de órganos y los problemas de rechazo. CONCEPTO DE INMUNIDAD La inmunidad es el conjunto de mecanismos que un individuo posee para enfrentarse a la invasión de cualquier cuerpo extraño y para hacer frente a la aparición de tumores. Esta cualidad se adquiere antes del nacimiento y madura 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. Infección: Conjunto de alteraciones en los órganos o en las funciones de los órganos producidos al acceder un agente patógeno al medio interno. MECANISMOS DE DEFENSA 1 2º Bachillerato. Biología. Petra Molina Respuesta inmunitaria innata, natural o inespecífica Independiente del contacto con el patógeno Inmediata No es específica Carece de memoria Respuesta inmunitaria adquirida, adaptativa o específica. Dependiente del contacto con el patógeno. Tarda entre 3-4 días en ser efectiva Específica Posee memoria inmunológica DEFENSAS INESPECÍFICAS O MECANISMOS INNATOS. Son el conjunto de mecanismos que tienden a combatir o evitar la invasión de los agentes patógenos y están presentes en el organismo de forma natural. Unos actúan impidiendo la entrada del agente invasor en el organismo, y otros lo combaten una vez que ha penetrado. 1. MECANISMOS INNATOS EXTERNOS: Barreras físicas. La piel en los animales, sufre continuas descamaciones, evitando que penetren o proliferen los microorganismos. Cuando no existen discontinuidades en la piel es una barrera infranqueable para la mayor parte de los agentes patógenos. Además posee una serie de secreciones (sudor, de las glándulas sebáceas) que protegen de la acción e los agentes patógenos. Temperatura corporal: el aumento de temperatura es indicativo de una infección. Cuando esta es moderada, impide la proliferación de determinados agentes patógenos, además de estimular la respuesta adaptativa o específica. Barreras químicas. Mucosas: tapizan los orificios naturales y segregan mucus con la finalidad de englobar partículas extrañas para su expulsión. Fluidos con sustancias antimicrobianas. Por ejemplo: la saliva contiene lisozima, el semen, espermina, etc. Ciertas secrecciones modifican el pH, lo que destruye muchos microorganismos. Un ejemplo es el HCl del estómago. Flora autóctona simbionte Son microorganismos presentes de forma natural en ciertas partes de nuestro organismo (por ejemplo, las bacterias que forman la flora intestinal) que impiden que nuevos microorganismos se instalen. 2. MECANISMOS INNATOS INTERNOS. En caso de que el agente extraño logre franquear los mecanismos anteriores, intervienen respuestas internas mediadas tanto celulares como por sustancias químicas (componentes humorales). Interferón. Son moléculas de naturaleza proteica segregadas por las células infectadas por virus, que captadas por las células adyacentes, las estimulan a sintetizar sustancias antivirales que evitan la proliferación viral (Por ejemplo, inhibiendo la replicación del genoma vírico). Algunos interferones poseen actividad antitumoral (activan a macrófagos y células NK) 2 2º Bachillerato. Biología. Petra Molina El complemento. Formado por complejos macromoleculares de proteínas que circulan por la sangre. En ausencia de antígenos se encuentran inactivas. Se activan de forma secuencial en cascada (unas proteínas activan a otras). Promueven la lisis de células infectadas y atraen a los macrófagos. La respuesta inflamatoria es parte de la inmunidad innata y se presenta cuando los tejidos son infectados por agentes patógenos, golpes o traumas, etc. Las células del tejido dañado (mastocitos) liberan histamina y otras sustancias que hacen que hacen que se aumente la irrigación sanguínea en la zona afectada (provocando el aumento de temperatura, enrojecimiento), se aumenta la permeabilidad de los vasos sanguíneos, de forma que pasa plasma en los tejidos (provocando aumento de tamaño por el edema, y la salida de los leucocitos por diapédesis). Se forman pequeños coágulos que aíslan la infección, impidiendo su diseminación, aislando el agente extraño del contacto con otros tejidos corporales. Plaquetas: provienen de los megacariocitos de la médula ósea. Son imprescindibles en la coagulación sanguínea. Además liberan serotonina que colabora con la reacción inflamatoria y con la reparación de los tejidos dañados. Mastocitos: se encuentran en los tejidos, como el tejido conjuntivo y en las mucosas. Poseen en su citoplasma gránulos con histamina, que cuando se liberan colaboran con la reacción inflamatoria, pero producen síntomas adversos en los casos de alergias. Desempeñan un papel destacado en las infecciones por parásitos pluricelulares. Leucocitos basófilos: carecen de la función fagocítica. Poseen gránulos citoplasmáticos de histamina, leucotrienos y otras sustancias que contribuyen con la reacción inflamatoria. Fagocitos: Los fagocitos son células que tienen capacidad fagocítica, es decir, tienen capacidad de emitir pseudópodos y englobar y destruir sustancias extrañas, así como células dañadas y tumorales. Estos fagocitos son de varios tipos: Leucocitos neutrófilos: acuden al lugar de la infección atraídos por sustancias químicas (quimotácticas). Atraviesan el endotelio de los capilares sanguíneos por diapédesis (salida de los leucocitos a los tejidos). Combaten la infección por medio de la fagocitosis, generando pus (restos de gérmenes patógenos y leucocitos) Leucocitos eosinófilos: tienen una acción fagocítica débil, pero actúan en gran número ante casos de parásitos que por su tamaño no pueden ser fagocitados (tenias, lombrices…). Actúan liberando los gránulos de su citoplasma, generando citotoxicidad y neurotoxicidad en los parásitos. También inhiben los procesos inflamatorios de origen alérgico, mediante la secreción de enzimas que destruyen a la histamina. Monocitos: se encuentran circulantes en la sangre y en la linfa. Cuando son necesarios pasan a los tejidos por diapédesis, donde se diferencian a macrófagos y células dendríticas. o Macrófagos: con gran capacidad fagocítica o Células dendríticas: cuando detectan la presencia de agentes patógenos, se dirigen al bazo o a los ganglios linfáticos y se convierten en células presentadoras de antígenos, ya que presentan trozos del patógeno a los linfocitos. Ambos son indispensables para poner en marcha la respuesta adaptativa o específica Células asesinas naturales (Natural Killer). Son células linfoides que provocan la muerte de microorganismos, células infectadas, células tumorales o células ajenas. Las destruyen gracias a la "perforina", una proteína que crea poros en la membrana de las células infectadas, provocando la lisis celular o estimulando la apoptosis. 3 2º Bachillerato. Biología. Petra Molina DEFENSAS ESPECÍFICAS O MECANISMOS ADQUIRIDOS Estas defensas las lleva a cabo el Sistema Inmunitario (formado por el timo, el bazo, la médula ósea, los ganglios linfáticos, la sangre y la linfa), que nos defiende específicamente de parásitos, órganos trasplantados, células cancerosas, microorganismos y sustancias tóxicas fabricadas por ellos. Cuando las defensas de la inmunidad natural no han sido capaces de eliminar al agente patógeno, se ponen en marcha los mecanismos inmunitarios específicos, que se basan en el reconocimiento de los antígenos localizados en la superficie del patógeno o de las toxinas generadas por ellos. Una vez que el organismo reconoce al antígeno se ponen en marcha dos respuestas altamente específicas: La respuesta celular: que esta mediada por los linfocitos T, que destruyen los agentes patógenos portadores del antígeno concreto y las células propias en el caso de encontrarse infectadas por esos agentes patógenos. La respuesta humoral: en la que participan los linfocitos B, que son productores de anticuerpos. Estos anticuerpos se unen específicamente al antígeno. Antígeno: molécula que se comporta como extraña para el organismo y contra la cual éste desarrolla una respuesta inmune específica. Es reconocida por los linfocitos, estimulando la producción de anticuerpos. Células del sistema inmunitario adquirido. Los linfocitos: son uno de los tipos de leucocitos (leucocitos de la serie linfoide), responsables de la especificidad inmunitaria. Existen dos clases fundamentalmente: linfocitos T (maduran en el timo y son responsables de la inmunidad celular) y linfocitos B (maduran en el bazo y son responsables de la respuesta humoral) Los linfocitos T (RESPUESTA CELULAR). Se generan en la médula ósea y se maduran en el timo. Se diferencian dos estirpes (que se diferencian en el tipo de molécula que llevan en su membrana) Pueden ser: Linfocitos TH, auxiliares o cooperadores: son de la estirpe CD4. Se activan cuando una célula presentadora de antígenos, les muestra un antígeno que posee un agente infeccioso. Existen dos subpoblaciones y una activa a los linfocitos Tc citotóxicos y a los macrófagos y otra que activa a los linfocitos B (estos después se diferencian a células plasmáticas que producirán anticuerpos) Linfocitos Tc o citotóxicos: son de la estirpe CD8. Se activan cuando las células infectadas por virus o las células tumorales les muestra el antígeno. Destruyen las células afectadas (por lisis celular o por estimulación de la apoptosis). Linfocitos T reguladores y linfocitos T supresores: el primero es una subpoblación de los linfocitos CD4 y el segundo pertenece a una subpoblación de los linfocitos CD8. Ambos participan en la inactivación de la respuesta inmunitaria una vez eliminado el antígeno. También previenen enfermedades autoinmunes. Los linfocitos B (RESPUESTA HUMORAL): Los linfocitos provienen de los linfoblastos que se encuentran primero en el hígado fetal y luego en la médula ósea roja donde van a madurar. Son altamente específicos y son capaces de producir cada uno un anticuerpo distinto. Los linfocitos se diferencian en: 4 2º Bachillerato. Biología. Petra Molina Las células plasmáticas: responsables de la producción de gran cantidad anticuerpos de un determinado tipo, responsables de la inmunidad humoral. Los linfocitos B de memoria: Capaces de desencadenar una rápida producción de anticuerpos ante una nueva entrada del antígeno. Selección clonal. Cada tipo de linfocito y su descendencia origina un clon que manifiesta en su membrana un solo tipo de receptor, y por tanto es capaz de reconocer a un antígeno concreto. La presencia de un antígeno concreto selecciona exclusivamente al clon de linfocitos que representa el receptor específico capaz de reconocerlo, discriminando los demás.. Los clones de linfocitos B y T desencadenan la respuesta humoral y celular, generando memoria con el fin de generar una respuesta rápida y eficaz ante una segunda exposición al antígeno. Respuesta primaria y secundaria. El primer contacto con el antígeno genera una respuesta primaria frente a la infección, produciéndose anticuerpos. Se genera memoria inmunitaria (linfocitos B de memoria). En caso de una segunda exposición al antígeno, se genera una respuesta secundaria, en la que todo el proceso se genera de forma rápida generándose células plasmáticas que producen gran cantidad de anticuerpos. Esto provoca que no se produzcan los síntomas de la enfermedad. Características de la respuesta inmunitaria adaptativa o específica. Especificidad: Tolerancia: durante la etapa embrionaria los linfocitos que producen anticuerpos frente a lo propio son destruidos y solo sobreviven aquellos que reconocen lo extraño (en esta etapa de desarrollo). De esta forma el sistema inmune se hace tolerante a los antígeno propios, actuando solamente en los casos de antígenos extraños. Una alteración del sistema de reconocimiento de antígenos puede dar lugar a la aparición de enfermedades autoinmunes. Memoria: cuando los linfocitos son activados por los antígenos en la respuesta primaria, se diferencian dos poblaciones: o Una población de linfocitos efectores encargadas de poner en marcha la respuesta adaptativa (humoral y la celular) o Otra población de linfocitos de memoria que guardan el recuerdo del antígeno y ante una nueva exposición desencadenar una respuesta secundaria muy rápida. Son los responsables de la inmunidad ante determinadas enfermedades. TIPOS DE INMUNIDAD. INMUNIDAD NATURAL O INNATA: Carece de memoria inmunitaria Está presente antes de la exposición al agente patógeno. No aumenta con la exposición al antígeno Siempre actúa igual, no discriminando entre los distintos antígenos. INMUNIDAD ADQUIRIDA O ADAPTATIVA: Se estimula con la aparición de los antígenos extraños Aumenta en magnitud e intensidad con las sucesivas exposiciones al antígeno. Posee memoria inmunitaria. Puede adquirirse de forma natural o artificial. 5 2º Bachillerato. Biología. Petra Molina o INMUNIDAD ADQUIRIDA NATURALMENTE DE FORMA ACTIVA: Es la inmunidad que se adquiere tras haber sufrido una infección (memoria inmunitaria). o INMUNIDAD ADQUIRIDA NATURALMENTE DE FORMA PASIVA: Se transmite de la madre al feto a través de la placenta o a través del calostro (primera leche que aparece tras el parto. Es de color amarillento y posee gran cantidad de anticuerpos (inmunoglobulinas A, IgA) o INMUNIDAD ADQUIRIDA ARTIFICIALMENTE DE FORMA ACTIVA Se realiza a través de la inoculación de vacunas o INMUNIDAD ADQUIRIDA ARTIFICIALMENTE DE FORMA PASIVA: Se obtiene a través de la inoculación de sueros (preparados con anticuerpos específicos ante un antígeno concreto) 6 2º Bachillerato. Biología. Petra Molina ANTICUERPOS. ESTRUCTURA y FUNCIÓN Los anticuerpos son proteínas globulares llamadas inmunoglobulinas que, producidas por los linfocitos B, participan en la defensa contra agentes patógenos. Circulan por la sangre y penetran en los fluidos corporales donde se unen específicamente al Cadena pesada antígeno que provocó su formación. Estructuralmente son moléculas formadas por una o varias unidades estructurales básicas, según el tipo de anticuerpo. Cada unidad está formada por cuatro cadenas polipéptidicas iguales dos a dos. Dos cadenas pesadas (H) y dos ligeras (L), y una cadena glucídica unida a cada una las cadenas pesadas. Las uniones entre las subunidades proteicas se establecen por puentes disulfuro. Tanto en las cadenas ligeras como en las cadenas pesadas hay dos porciones, la porción variable (diferente en cada anticuerpo) y la porción constante. La porción variable es la encargada de reconocer al antígeno. La región constante determina el tipo de anticuerpo (hay nueve tipos de regiones constantes distintas). Los anticuerpos tienen además una zona bisagra, que les permiten adaptarse mejor al antígeno. Ahora bien, al tener en ambos extremos regiones variables va a poder unirse a dos antígenos diferentes. INMUNOESTIMULACIÓN: VACUNAS Y SUEROS Aunque el Sistema Inmunitario está capacitado para combatir y eliminar células o moléculas ajenas, las enfermedades infecciosas siguen siendo una de las principales causas de mortalidad, sobre todo en países subdesarrollados. Denominamos profilaxis al conjunto de medidas tomadas para prevenir la enfermedad. VACUNAS Son preparados antigénicos constituidos por microorganismos no virulentos, muertos o por moléculas de estos desprovistas de toxicidad. Se obtienen a partir de microorganismos u otros agentes infecciosos e inducen en el individuo una inmunidad adquirida activa frente a esos agentes inoculados, con un mínimo de riesgos y de reacciones locales y generales. Su objetivo es desencadenar la producción de células inmunitarias de memoria. SUEROS Mediante los sueros se consigue una inmunidad inmediata ya que los preparados biológicos que inoculamos contienen los anticuerpos específicos que la urgencia precisa. Es una intervención rápida menos duradera e intensa que la provocada por la vacunación. Durante las primeras fases del desarrollo este sistema "aprende" a reconocer lo propio. Cuando esta capacidad se pierde aparecen las enfermedades autoinmunes; y cuando se producen respuestas frente a sustancias que, en principio, son inocuas: alergias ENFERMEDAD AUTOINMUNE Algunos linfocitos pueden desencadenar una respuesta inmunitaria contra moléculas o células del propio organismo generándose una enfermedad autoinmunitaria. 7 2º Bachillerato. Biología. Petra Molina Cadena ligera Las enfermedades de autoinmunidad pueden afectar a cualquier órgano, si bien algunos se ven afectados con más frecuencia que otros; por ejemplo: la sustancia blanca del cerebro y de la médula espinal, en la esclerosis múltiple. ALERGIA E HIPERSENSIBILIDAD La respuesta alérgica es una reacción de ciertos componentes del sistema inmunitario contra una sustancia extraña (alérgeno) que por lo general es inofensiva. Estas reacciones pueden pasar desapercibidas, pero a veces se producen reacciones exageradas, que resultan perjudiciales si se repiten los contactos con el antígeno: son las reacciones de hipersensibilidad. El cáncer y la respuesta inmunitaria. (leer) Las células cancerígenas se parecen a las células normales del cuerpo en muchos aspectos. Aún así, actúan como células extrañas, reproduciéndose rápidamente e invadiendo los tejidos. Además, las células cancerígenas tienen antígenos en su superficie celular que difieren de los antígenos de las células normales y pueden ser identificadas como extrañas por lo que, quizás, el organismo pueda organizar una respuesta inmunitaria. Cada vez hay más pruebas que indican que el cáncer no sólo puede inducir una respuesta inmunitaria sino que es un hecho que ésta se podría producir de modo que las células cancerígenas fuesen suprimidas mucho antes de que se detecte el cáncer. Los cánceres que se desarrollan representarían fallos ocasionales del sistema inmunitario. Por lo tanto, si se refuerza la respuesta inmunitaria, se podrá avanzar en el proceso de lucha contra el cáncer. Rechazo de transplantes. En los transplantes se produce la eliminación del tejido o del órgano dañado y la implantación de otro que reúna las condiciones adecuadas para la supervivencia del receptor. - En los autoinjertos el transplante procede del mismo organismo y el tejido simplemente es movido de una posición a otra. Esta situación siempre tiene éxito si las técnicas quirúrgicas y asépticas son las adecuadas. También tienen éxito los transplante en los que el donante y el receptor son gemelos genéticamente iguales. - Otra posibilidad es entre individuos de la misma especie pero genéticamente diferentes. - También se realizan en algunas ocasiones transplantes entre individuos de diferente especie, xenoinjerto, como entre el hombre y el cerdo. En los dos últimos casos el tejido transplantado generará, por parte del receptor, una respuesta inmune destructiva que se denomina rechazo. Tiene su origen en la existencia de proteínas de superficie en las membranas (moléculas del Complejo Mayor de Histocompatibilidad: señales de identidad de cada tipo celular), si éstas son reconocidas como extrañas se desencadena la respuesta inmune específica. El S.I.D.A y sus efectos en el sistema inmune. El SIDA es provocado por el VIH (retrovirus), que destruye los linfocitos TH (o CD4), por lo que los enfermos tienen disminuidas tanto la respuesta inmunitaria humoral como la celular. Por ello, padecen con frecuencia infecciones oportunistas y ciertos tipos de cánceres poco frecuentes. 8 2º Bachillerato. Biología. Petra Molina