lunes, 1 de junio de 2009

Sistema inmunitario

La mayoría de los organismos cuentan con mecanismos que tratan de evitar contraer enfermedades infecciosas, es decir, que tratan de evitar que agentes infecciosos (virus, bacterias, hongos...) se infiltren en su cuerpo y se aprovechen de su metabolismo.

En un organismo pluricelular complejo este conjunto de mecanismos, que recibe el nombre de sistema inmunitario, está constituido por un conjunto de órganos, células especializadas y sustancias distribuidas por todo el cuerpo. En el caso concreto de los vertebrados "superiores" (aves y mamíferos) el sistema inmunitario incluye un conjunto complejo de elementos que establecen barreras tanto pasivas como activas, inespecíficas y específicas, que tratan de impedir la infección del organismo y permiten diferenciar los elementos propios del organismo de los que son ajenos a él, además de distinguir entre agentes inocuos o patógenos, eliminando o inactivando éstos.

Todos estos procesos se desarrollan mediante procesos físicos (barreras mecánicas que se oponen a la penetración de los patógenos) o químicos (sistemas de reconocimiento de determinadas moléculas, que permiten identificar los elementos propios del organismo).

Los elementos defensivos del organismo pueden clasificarse en dos grandes categorías: los que son responsables de la inmunidad innata y los que hacen posible la inmunidad adaptativa.

La inmunidad innata es característica de casi todas las formas de vida. Permite que el organismo proporcione una respuesta inmediata a cualquier infección, que alcanza su máxima intensidad al cabo de muy poco tiempo. Por contra, esta respuesta es específica, y el organismo no es capaz de establecer un mecanismo para recordar al patógeno ante una posible reinfección.

Por su parte, los mecanismos de inmunidad adaptativa se presentan solo en los vertebrados mandibulados (peces, anfibios, reptiles, aves y mamíferos). Aunque suponen que la respuesta máxima ante la infección tarda algún tiempo en producirse, cuando ocurre tiene carácter específico (solo actúa ante el patógeno concreto) y crea un sistema de memoria en el organismo que le permite responder de modo más rápido y eficaz a una posible reinfección.

Respuesta inmunitaria

La respuesta inmunitaria de un organismo se produce cuando sus mecanismos de defensa interceptan algún elemento, que reconocen como ajeno al organismo, y cuya presencia es interpretada como peligrosa. Los elementos que desencadenan la respuesta inmune se denominan antígenos. Se trata, en general, de moléculas de gran tamaño, especialmente proteínas, que pueden encontrarse libres o formando parte de un organismo.

Para que una molécula actúe como antígeno debe ser reconocida específicamente por una proteína del organismo invadido, llamada anticuerpo. La unión antígeno-anticuerpo se produce siempre gracias a la complementariedad espacial entre ambas moléculas.

En condiciones normales, los antígenos son moléculas que pertenecen a organismos extraños, en general patógenos. Sin embargo hay ocasiones en las que el sistema inmunitario reacciona frente a moléculas que no suponen ningún riesgo para el individuo; si se trata de moléculas externas, se produce una alergia, mientras que si el sistema inmunitario responde frente a una molécula del propio organismo se habla de respuesta autoinmune.

La respuesta inmunitaria de un organismo como el nuestro es un proceso complejo, que incluye la participación sucesiva de una serie de barreras pasivas y la actividad de un conjunto de elementos activos de forma sucesiva. El esquema podría ser el siguiente:

  1. Actuación de barreras mecánicas y químicas: son elementos pasivos, cuya presencia en el organismo trata de impedir la penetración de agentes potencialmente peligrosos. Las barreras mecánicas son de carácter estructural: células o sistemas, tales como la piel, que se oponen físicamente a la entrada de microorganismos. Las barreras químicas son sustancias que dificultan el crecimiento de microorganismos, estableciendo un ambiente poco propicio, o que rompen sus membranas y orgánulos. Un ejemplo del primer caso es el sudor, que produce un pH ácido, poco apropiado para el crecimiento bacteriano, mientras que las lágrimas son un ejemplo de sustancia que ataca a las células (lisozima).
  2. Respuestas no específicas del sistema inmunitario: si las barreras externas son superadas, el organismo cuenta con sistemas que responden ante una alteración del medio interno. Las células dañadas por un agente físico o por un microorganismo liberan sustancias que desencadenan estas respuestas. Entre ellas se cuentan la inflamación, la actividad del sistema del complemento o la fagocitosis de elementos extraños llevada a cabo por algunos tipos de glóbulos blancos.
  3. Respuestas específicas del sistema inmunitario: los antígenos son identificados como agentes extraños, y se seleccionan anticuerpos que se unen específicamente a ellos. Estos anticuerpos, bien como moléculas libres (inmunidad humoral), bien unidos a la superficie de células especiales (inmunidad celular) atacan a los antígenos y los eliminan. Además, las células productoras de los anticuerpos que han sido útiles actúan como sistema de memoria, de modo que si se produce una nueva infección por el mismo patógeno la respuesta específica del organismo es más rápida y eficaz.

El sistema inmunitario de un organismo está constituido por una serie de elementos que actúan como "barreras". Algunos de estos elementos son barreras físicas, como la piel y los tejidos epiteliales. En este caso, la presencia de las células y las uniones estrechas que se establecen entre ellas impiden que las atraviesen los agentes patógenos. Las células ciliadas de las vías respiratorias también son un caso de barrera física; su movimiento coordinado actúa empujando hacia el exterior a las partículas o a los microorganismos que hayan podido llegar hasta ese punto del organismo.

Las barreras físicas son, por naturaleza, inespecíficas: impiden que cualquier elemento las atraviese, independientemente de que sea del propio organismo o se trate de algún agente extraño.

El sistema inmunitario tiene también barreras químicas, algunas de las cuales son también inespecíficas, como las lágrimas, la orina, la mucosidad del tracto respiratorio y gastrointestinal o el pH de la piel, o del sistema urinario. Estos sistemas impiden el crecimiento de los microorganismos mediante diferentes procesos; por ejemplo la piel, o el medio líquido que mantiene húmedo el sistema urinario, tienen un pH ácido (en torno a 5) que resulta poco apropiado para la proliferación bacteriana. Las lágrimas, además de su contenido en sal, posee enzimas capaces de hidrolizar componentes celulares de los microorganismos.

Inmunidad innata

Uno de los primeros mecanismos de inmunidad innata es la inflamación. Se trata de una respuesta del organismo ante la entrada, a uno de sus tejidos, de un elemento extraño. Se produce una hinchazón y un enrojecimiento del tejido como consecuencia de que la sangre que circula por las proximidades del punto de infección sale de los vasos sanguíneos y se dirige al punto de entrada. Las células dañadas por la infección liberan al medio sustancias que provocan dos efectos: producen fiebre, que sirve para eliminar los patógenos mediante el aumento de temperatura, y atraen a las células del sistema inmunitario.

Otro de los elementos innatos del sistema inmunitario es el sistema del complemento. Se trata de un conjunto de proteínas que se activan unas a otras en una cascada de acontecimientos sucesivos, y que tienen como efecto dañar a aquellas células que se encuentran unidas a anticuerpos, elementos del sistema inmune adaptativo.


La respuesta inmunitaria innata también incluye la actividad de ciertas células del organismo, concretamente de algunos leucocitos. El término leucocito (equivalente a glóbulo blanco) incluye un conjunto de células sanguíneas que tienen en común carecer de color. Entre ellas se cuentan los mastocitos, que se encargan de regular los procesos inflamatorios, o los fagocitos, capaces de fagocitar, como su nombre indica, células o restos de células en diferentes partes del organismo. Los fagocitos reciben nombres diferentes según la zona del organismo en la que se encuentren: células dendríticas si están en contacto con el exterior, neutrófilos cuando se encuentran en el torrente circulatorio y macrófagos cuando se localizan en otros tejidos.

Los fagocitos tienen capacidad para salir del sistema circulatorio como respuesta a las señales químicas emitidas por las células dañadas, como se muestra en el siguiente vídeo.

Su actividad, cuando llegan a la zona donde se encuentran los patógenos, consiste en fagocitarlos, es decir, en atraparlos en una vesícula de endocitosis y destruirlos por medio de sus enzimas hidrolíticas.


Inmunidad adaptativa

La inmunidad adaptativa se produce siempre mediante la unión específica de un antígeno, procedente del exterior del organismo, con un anticuerpo, producido por el sistema inmunitario y que encaja con él. En la respuesta adaptativa intervienen dos tipos de elementos: los propios anticuerpos y las células que los producen, los linfocitos. Los primeros son responsables de la inmunidad denominada humoral mientras que la acción de los linfocitos se denomina inmunidad celular.

Los anticuerpos son un tipo de proteínas que comparten una estructura tridimensional bastante similar y una misma función: unirse específicamente a otras sustancias, los antígenos. Su estructura tridimensional consiste en una especie de "Y griega"; la mayor parte de esa estructura es idéntica en todos los anticuerpos, mientras que en los brazos cortos de la Y hay una región que varía de unos anticuerpos a otros. Esa es, precisamente, la zona a través de la cual el anticuerpo se une al antígeno.
Cada línea celular produce un anticuerpo diferente. Hay cientos de miles de líneas celulares distintas de linfocitos, por lo que cada individuo posee, en el momento en que se constituye su sistema inmunitario, de cientos de miles de anticuerpos diferentes. Estos anticuerpos, y no otros, son los que podrá utilizar el organismo a lo largo de su vida para enfrentarse a los posibles antígenos con los que pueda encontrarse.

La variabilidad necesaria para que los anticuerpos permitan una respuesta ante una gran diversidad potencial de antígenos se consigue mediante reorganización de fragmentos de ADN que codifican para ciertas regiones de estas proteínas en las células madre de los linfocitos.

Los linfocitos son un tipo particular de glóbulos blancos, que se caracterizan por su capacidad para producir anticuerpos. Existen dos grandes tipos de linfocitos, diferenciados entre sí por su función, que a su vez está relacionada con lo que son capaces de hacer con los anticuerpos que producen.

Los linfocitos T (llamados así porque maduran en el Timo) poseen anticuerpos en su membrana, pero no los segregan. Su acción en el proceso de respuesta inmune consiste en reconocer el antígeno y activar a otras células (linfocitos T helper o coadyuvantes) o destruir directamente los patógenos que poseen el antígeno (linfocitos T killer o citotóxicos).

Los linfocitos B, además de poseer anticuerpos en su membrana, son capaces de producirlos en grandes cantidades y segregarlos. Estos anticuerpos circulan por el torrente sanguíneo, y se unen a los patógenos portadores del antígeno. Los complejos antígeno-anticuerpo que se forman de este modo quedan inactivados, y pueden ser destruidos por las proteínas del sistema del complemento.

Esquema general de respuesta inmune

Cuando un patógeno supera las barreras externas que impiden la infección se desencadenan una serie de procesos, que incluyen tanto procesos innatos como adaptativos. La secuencia de acontecimientos es la siguiente:

  • Las células dañadas por el patógeno liberan sustancias químicas que desencadenan el proceso inflamatorio: la sangre sale de los vasos (el plasma genera el edema, los glóbulos rojos el enrojecimiento) y los glóbulos blancos liberan sustancias que aumentan la temperatura local o de todo el cuerpo, tratando de inactivar al patógeno. Las proteínas del sistema del complemento empiezan a actuar, atacando a los patógenos localizados en la zona.
  • Los macrófagos fagocitan a los patógenos, rompen sus componentes y los disponen en su membrana, expuestos a que sean reconocidos por los linfocitos.
  • Cuando los anticuerpos de un linfocito T-helper encajan con el antígeno, se estimula el desarrollo de los linfocitos T-citotóxicos de la misma línea celular; del mismo modo, los linfocitos B cuyos anticuerpos encajan con el antígeno crecen y se dividen, produciendo grandes cantidades de anticuerpos.
  • Los linfocitos T-citotóxicos destruyen al patógeno (especialmente a los virus) y los anticuerpos liberados por los linfocitos B lo inactivan (especialmente a las bacterias).
  • Algunos linfocitos B se transforman en células de memoria.