domingo, 31 de mayo de 2015

Los seres vivos y las condiciones de su entorno

Los organismos no vivimos aislados de lo que nos rodea. Nuestro medio nos afecta directa o indirectamente, condicionando nuestras posibilidades de sobrevivir. Las características ambientales que influyen sobre los seres vivos, provocando en ellos respuestas adaptativas, se denominan factores ambientales.

Cada tipo de organismo tiene unas ciertas preferencias ambientales. Podemos encontrarnos animales que viven perfectamente en ambientes cálidos, pero que no sobreviven por debajo de ciertas temperaturas, o peces que necesitan agua salada para sobrevivir, sin poder hacerlo en el agua dulce. Lo normal es que cada especie soporte un determinado rango de variación de las condiciones ambientales. Que vivan, por ejemplo, por encima de una cierta temperatura mínima y soporten hasta un valor máximo. En ese caso, los valores del factor ambiental que impiden la supervivencia de los organismos de una especie constituyen su zona de intolerancia. Dentro del rango de variación que toleran los organismos, algunos valores permiten su máximo desarrollo, por lo que se denominan zona óptima.

Los organismos tienden a colonizar los medios en las que sus condiciones de supervivencia son óptimas. En las zonas de intolerancia, o en las que tienen condiciones subóptimas, las probabilidades que tienen los individuos de no sobrevivir son elevadas, es decir, sufren una considerable presión selectiva.

Cada especie tiene diferentes rangos de tolerancia para los distintos factores ambientales que les afectan, es decir, pueden soportar mayores o menores variaciones de los factores ambientales. Las que se adaptan a grandes variaciones de un factor ambiental se denominan especies eurioicas, mientras que las que solo soportan pequeñas variaciones del factor se denominan estenoicas. Una especie puede ser estenoica para un factor y eurioica para otros, es decir, puede depender, por ejemplo, de que su entorno tenga una humedad ambiental concreta, pero adaptarse bien a cambios de temperatura. Para describir estas características de las especies las describimos utilizando los prefijos euri- y esteno- seguidos del nombre del factor ambiental al que se refiere la descripción. Así, una especie que solo soporta pequeñas variaciones en la humedad es estenohidra, mientras que una que puede adaptarse a grandes cambios de temperatura es euriterma.

Los factores ambientales que más afectan a los seres vivos son, en general, los climáticos, los hidrológicos y los que guardan relación con el suelo en el que viven (edáficos).

Temperatura

La temperatura del medio en el que viven los organismos puede presentar una gran variación en nuestro planeta, mayor en el medio terrestre que en el acuático debido al elevado calor específico del agua: en el medio terrestre podemos encontrar temperaturas que van desde los -60ºC hasta los 60ºC, mientras que en el medio acuático la temperatura oscila entre -2ºC y unos 50ºC.

La mayoría de los seres vivos está limitada, precisamente, a un rango de temperaturas que va desde los -2ºC a los 50ºC. Por debajo de los dos grados bajo cero el agua presente en el interior de sus células se congela, a pesar de las sustancias que se encuentran disueltas en ella, mientras que por encima de los 50ºC las proteínas pierden su forma tridimensional (se desnaturalizan) y con ello dejan de poder realizar sus funciones.

Existen algunas excepciones a estos límites, como ciertas bacterias (termófilas) que son capaces de sobrevivir por encima de los 85º C, en zonas de afloramiento de agua caliente procedentes del contacto con magmas, mientras que otras son capaces de soportar temperaturas en torno a los -30ºC.

Muchos organismos presentan características específicas que les permiten adaptarse a vivir en ciertas temperaturas. Las plantas adaptadas a las bajas temperaturas presentan formas redondeadas y pequeño tamaño, formando en ocasiones tapices vegetales que crean un microclima, lo que reduce su enfriamiento. La pérdida de las hojas durante las estaciones frías o la producción de sustancias anticongelantes también permiten a las plantas soportar los climas fríos.

Las temperaturas altas suelen ir asociadas a grandes pérdidas de agua por evaporación, por lo que las características de las plantas les permiten, sobre todo, evitar la deshidratación, ya que esta supone mayores problemas para ellas. En cualquier caso, la presencia de escamas, pelos o ceras que hacen a las hojas reflectantes, o la capacidad de mover las hojas (nastias) para evitar la luz incidente directa pueden considerarse adaptaciones a las altas temperaturas.

La principal adaptación de los animales a la temperatura es la capacidad de mantener constante la temperatura interna de su cuerpo, lo que se consigue de dos formas totalmente diferentes. Los ectotermos aprovechan la energía externa para conservar la temperatura del interior de su cuerpo, lo que logran modificando su actividad física a lo largo del día. Por el contrario, los animales endotermos consiguen mantener la temperatura de su cuerpo redistribuyendo el calor que se produce en su metabolismo interno. Para ello utilizan sus sistemas circulatorios para distribuir el calor por todo su cuerpo y el sudor para eliminar su exceso.

Otras adaptaciones animales a la temperatura son, por ejemplo, el desarrollo de estructuras aislantes, como almohadillas plantares que impiden la pérdida de calor a través del suelo, o el pelaje de invierno, que puede perderse en verano. En otros casos los animales modifican la actividad, como lo hacen los animales que hibernan (duermen durante el invierno) o estivan (duermen durante el verano), o cambian temporalmente su hábitat migrando.

Algunas adaptaciones a la temperatura son tan habituales, incluso entre grupos animales diferentes, que se consideran "reglas ecológicas", es decir, que se entienden como características generales o adaptaciones casi universales a unas condiciones u otras. Entre esas reglas ecológicas pueden citarse las siguientes:
  • La "regla de Bergmann" es la tendencia al aumento de tamaño medio (o de masa corporal) de las poblaciones de una especie, o de las especies dentro de un taxón, al aumentar la altitud o la latitud.
  • La "regla de Allen" afirma que dentro de taxones pequeños de vertebrados endotermos, los de ambientes cálidos tienden a tener apéndices (patas y orejas) más largos.
Estas adaptaciones suelen aparecer juntas, dando lugar a conjuntos de características que se denominan "síndromes de adaptación".


Agua

La humedad relativa, es decir, la proporción de agua en el ambiente respecto a la máxima cantidad de agua que podría haber en esas condiciones, influye enormemente sobre la capacidad de supervivencia de los organismos: todos los organismos pierden agua a través de la superficie de su cuerpo, y esa pérdida de agua es mayor cuanto más baja es la humedad relativa.

Muchos organismos son capaces de sobrevivir con una humedad relativa del 100%, pero no hay ninguno que pueda hacerlo si el ambiente es totalmente seco. En función de su necesidad de agua los seres vivos se clasifican en acuáticos, que precisan vivir dentro del agua, higrófilos, que necesitan ambientes muy húmedos, mesófilos, que tienen necesidades moderadas de agua y xerófilos, que soportan ambientes muy secos.

Los organismos se adaptan a la falta de humedad mediante el desarrollo de cubiertas aislantes (ceras en los vegetales, cubiertas de quitina o capas de moco que rodean al cuerpo en los animales), mediante la reducción de la superficie expuesta a la evaporación (transformación de hojas en espinas). También existen adaptaciones fisiológicas, es decir, modificación de la actividad del organismo en función de las condiciones del medio, como la limitación de floración y crecimiento de las plantas a los periodos lluviosos, o las migraciones en los animales.

Luz

La luz proporciona, en último término, toda la energía que utilizan los organismos. Hay dos características variables de la luz que afectan a los seres vivos: su intensidad y sus variaciones cíclicas.

En cuanto a la intensidad, muchos animales y plantas están adaptados a vivir en condiciones de escasez de luz. En las plantas las adaptaciones fundamentales son el aumento del tamaño de las hojas y el color oscuro, debido a la elevada concentración de pigmentos en ellas. En los animales las adaptaciones a la escasez de luz incluyen ojos de gran tamaño con pupilas muy grandes para permitir la entrada de toda la luz posible y sistemas de ecolocación para poder moverse guiándose por el oído. Algunos, incluso, se adaptan a vivir en oscuridad total, produciendo su propia luz o volviéndose totalmente ciegos.


La intensidad de luz y el tiempo que dura esta en el ambiente cambian periódicamente, tanto a lo largo del día como a lo largo del año.

El cambio de día a la noche afecta en gran medida a los organismos, haciendo que cambien su actividad. No solo existen animales de hábitos diurnos o nocturnos, sino que también las plantas pueden modificar su actividad en función de la cantidad de luz, por ejemplo abriendo o cerrando sus flores.

La duración del tiempo de luz en un día recibe el nombre de fotoperiodo, y es una característica ecológica que condiciona muchas de las actividades de plantas y animales, como la producción de flores, la caída de las hojas, la entrada o salida del letargo, la muda de piel o plumas, la reproducción o las migraciones.

Los biotopos

Un biotopo es un área de condiciones ambientales uniformes que proporciona un espacio vital a un conjunto de seres vivos. Los diferentes biotopos se caracterizan porque en cada uno de ellos se da una combinación concreta de factores ambientales, que actúan conjuntamente sobre los organismos que los ocupan. Los seres vivos se adaptan globalmente al conjunto de condiciones que se presentan en el biotopo en el que viven.

Existen dos grandes grupos de biotopos: los medios acuáticos y los terrestres. En los medios acuáticos los organismos viven flotando, en el seno del agua o descansando sobre el fondo. La humedad relativa es del 100% y las temperaturas varían poco y cuando cambian lo hacen lentamente debido al elevado calor específico del agua. Los factores ecológicos que más importancia tienen sobre los seres vivos son la luz, la cantidad de oxígeno, más abundante en aguas frías, y las características químicas del agua como el pH o la salinidad. La luz es intensamente absorbida por el agua, lo que crea una estratificación fundamental en el interior de los medios acuáticos: la parte superior del agua es la zona fótica, donde pueden sobrevivir los organismos fotosintetizadores, mientras que la inferior, la zona afótica, depende ecológicamente de la superior.

En el medio terreste, en cambio, aunque hay algunos organismos que utilizan el aire como medio de desplazamiento todos los seres vivos reposan, durante la mayor parte del tiempo, sobre la superficie del suelo. Esto hace que las características ecológicas del medio terrestre dependan de la superficie del terreno, mientras que las del medio acuático dependen del volumen del agua. La cantidad de oxígeno disponible siempre es alta, y los factores ecológicos que afectan a los organismos son, fundamentalmente, la temperatura y la humedad ambiental.

En el medio terrestre la interacción de varios factores ambientales (temperatura, humedad, viento y cantidad de luz) da lugar al clima, un factor ecológico global que afecta y determina la distribución geográfica de los seres vivos, hasta el punto de que el macroclima, es decir, el conjunto de condiciones climáticas que afectan de manera homogénea a amplias regiones de nuestro planeta, es el factor que determina la distribución geográfica de los grandes ecosistemas o biomas.

Pero además el clima también afecta a una escala menor: el microclima, es decir, el conjunto de características climáticas que pueden variar de unas zonas a otras dentro del mismo ecosistema, influye en la distribución de los seres vivos dentro de cada comunidad.

Para los organismos que tienen una mayor relación con el suelo, en especial las plantas y los pequeños animales que viven en su capa superficial (edafón), los factores edáficos, es decir, las características ecológicas del suelo, también tienen un especial interés. Una de las características más influyentes es la composición del suelo, dentro de la cual son variables importantes la cantidad de agua, la concentración de calcio o de nitrógeno y el pH, que condicionan el desarrollo de ciertos tipos de plantas. La otra característica fundamental que afecta a los organismos relacionados con el suelo es su estructura, es decir, su diferenciación en capas con más o menos materia orgánica y el tamaño de las partículas que lo forman, que pueden dejar espacios para ser ocupados  por el agua o el aire.

domingo, 10 de mayo de 2015

Sistema Inmunitario III: aspectos médicos

El funcionamiento del sistema inmunitario tiene importantes implicaciones biomédicas. Por una parte, sus alteraciones dan lugar a problemas de salud que pueden ser muy importantes, e incluso producir la muerte, y por otra hemos aprendido a servirnos de él para desarrollar estrategias de prevención y tratamiento de enfermedades infecciosas, mediante lo que se conoce como "terapias inmunológicas".

Terapias inmunológicas: vacunación y seroterapia.

La primera modalidad de terapia inmunológica que se desarrolló fue la vacunación, que consiste en inducir una respuesta inmunitaria en el organismo tratado antes de que sufra la infección por el agente contra el que se vacuna. Este tipo de terapia se beneficia de la capacidad de los organismos para producir células de memoria una vez que han sido capaces de superar una infección.

El procedimiento de la vacunación consiste en provocar una "falsa infección" mediante la inoculación en el paciente de un agente infeccioso o una parte de él que no sea capaz de provocar la enfermedad, pero sí una respuesta inmunitaria en el individuo. Éste responde al falso patógeno y genera células de memoria que se mantendrán en su interior. Si posteriormente el individuo es infectado por un patógeno "auténtico" estas células de memoria provocarán una respuesta inmunitaria secundaria, es decir, específica, intensa y prolongada en el tiempo, que impedirá el desarrollo de la enfermedad.

Así pues, una vacuna es un preparado que contiene antígenos de un organismo patógeno y que se administra, con carácter preventivo, para que el individuo vacunado produzca su propia respuesta inmunitaria frente a dicho patógeno. 

La vacunación es una terapia inmunológica preventiva, porque se administra antes de que el individuo entre en contacto con el patógeno y es también activa, porque se consigue que el individuo genere sus propios mecanismos de defensa activa. Tiene carácter permanente, o al menos muy duradera, porque se producen células de memoria que permanecen durante mucho tiempo en los individuos vacunados.

El problema fundamental en la producción de una vacuna es obtener un preparado capaz de inducir la respuesta inmunitaria sin producir la enfermedad. Existen varios métodos para conseguir estos preparados, que diferencian distintos tipos de vacunas:
  • Vacunas atenuadas: el microorganismo se pasa por generaciones de cultivos celulares u organismos diferentes al ser humano, de manera que con el paso del tiempo va perdiendo su capacidad para reproducirse en el hombre. También puede utilizarse el calor o distintos agentes químicos. Tienen el inconveniente de su falta de seguridad, porque la atenuación puede revertir espontáneamente, aunque esto es muy poco probable, pero tienen la ventaja de producir una respuesta muy intensa. Hay vacunas de este tipo tanto contra enfermedades víricas (varicela, sarampión...) como contra enfermedades bacterianas, como el tifus o el cólera.
  • Vacunas inactivadas o muertas: en este caso se mata o se destruye al agente patógeno para producir la vacuna, con lo que se elimina el riesgo de reversión, aunque también se reduce la capacidad para inducir respuesta inmune. La vacuna de la polio, o las de la hepatitis son ejemplos de vacunas víricas de este tipo, mientras que las de la difteria o el tétanos son vacunas bacterianas muertas.
  • Vacunas de partes de microorganismos: en lugar de inyectar al organismo muerto entero se separan algunas de sus partes, preferentemente proteínas de la superficie de la célula. Estos componentes pueden obtenerse directamente del agente infeccioso o clonando sus genes en un vector que los expresen pero que no puede producir la enfermedad.
  • Vacunas de ADN: se inyecta directamente ADN del microorganismo en el paciente. El gen se expresa en el interior del paciente y éste desencadena una respuesta inmunitaria contra la proteína codificada. No son aún de uso clínico, aunque se sigue investigando en ellas.
A diferencia de la vacunación, la seroterapia consiste en inyectar directamente en el paciente que ya ha contraído la enfermedad un suero, es decir, un extracto sanguíneo, de un organismo que ha padecido y superado esa misma enfermedad y que, por lo tanto, posee anticuerpos contra ella. El tratamiento con sueros es de naturaleza curativa, ya que se administran anticuerpos que tratan de eliminar el patógeno que ya se encuentra en el organismo. Es también pasivo, porque no da lugar a la producción de anticuerpos propios ni de células de memoria en el organismo, y es temporal porque resulta eficaz solo mientras duran los anticuerpos inyectados. Cuando estos se degradan y eliminan la protección que proporcionan desaparece.

El método de producción de sueros consiste en inocular un animal con el agente patógeno que provoca la enfermedad que se desea tratar. El sistema inmunitario del animal produce anticuerpos contra el patógeno, que se obtienen mediante una extracción de sangre para luego purificarse. Este preparado purificado es el que se administra al paciente que se está tratando.

La seroterapia se utiliza contra algunas enfermedades para las que no existe vacuna, o para tratar de eliminar toxinas, tales como los venenos de serpiente. Cuando el suero se obtiene de animales se denomina heterólogo, pero en algunos casos, como ha ocurrido recientemente con el Ébola, también puede obtenerse de pacientes humanos que han sufrido la enfermedad de modo natural y que han conseguido superarla espontáneamente, caso en el que se habla de sueros homólogos.

La eficacia de los sueros puede incrementarse enormemente si se utilizan anticuerpos monoclonales. Para conseguirlos la sangre extraída del animal se somete a un proceso de purificación mediante cromatografía con los antígenos que provocan la enfermedad. De este modo se consigue separar las células productoras de los anticuerpos que se buscan de otros componentes de la sangre. Luego esas células se fusionan con células tumorales, con lo que se consigue que se reproduzcan de forma indefinida. El cultivo de estas células permite obtener cantidades considerables de anticuerpos, iguales entre ellos y que reaccionan contra el antígeno que produce la enfermedad. 

En ocasiones se puede utilizar una estrategia combinada de seroterapia y vacunación, que consiste en inocular el suero cuando se sospecha que ha podido existir una infección por el agente patógeno, como mecanismo preventivo para evitar la enfermedad, y utilizar después la vacuna para prevenir posibles infecciones posteriores. Este es el caso del tratamiento del tétanos cuando se sufre un corte; la primera inyección que se suministra es el suero, con el propósito de eliminar la bacteria si se ha entrado en contacto con ella, y después se usa la vacuna, para prevenir los futuros contagios, ya que esta vacuna no tiene efectos permanentes.

Alteraciones del sistema inmunitario

Los problemas de salud derivados del mal funcionamiento del sistema inmunitario incluyen tanto una actividad demasiado baja (inmunodeficiencia) como una actividad excesiva, que genera respuestas contra elementos que no suponen ningún peligro para el organismo.

La primera función del sistema inmunitario es diferenciar entre lo propio y lo ajeno, y la segunda es distinguir, de entre lo ajeno, qué puede ser peligroso y qué es inofensivo. Cuando falla alguno de esos procesos nos encontramos ante una alteración inmunitaria.

La hipersensibilidad es una reacción inmunitaria excesiva frente a sustancias que normalmente son inofensivas, como algunos alimentos, sustancias que se encuentran normalmente en el ambiente como el polen o ciertos medicamentos.

Existen cinco tipos de reacciones de hipersensibilidad, tres de los cuales se producen de forma inmediata o casi inmediata (tipos I a III), mientras que las de tipo IV constituyen la hipersensibilidad retardada. La hipersensibilidad de tipo V actúa frente a receptores hormonales, reproduciendo la actividad de tales hormonas. Las diferencias entre los tres primeros tipos de hipersensibilidad se deben al tipo de componentes que están implicados en ellas: anticuerpos en la hipersensibilidad de tipo I (alergias), procesos de citotoxicidad por el sistema del complemento en las reacciones de tipo II y complejos antígeno-anticuerpo en las de tipo III. En la hipersensibilidad retardada (tipo IV) solo participan linfocitos T.

Las alergias se producen porque cuando el individuo entra en contacto con el alérgeno produce ante él una respuesta inmunitaria primaria, pero en la que interviene la inmunoglobulina E en lugar de las IgM o de las IgG. Esta es la fase de sensibilización, y no da lugar a ningún síntoma.

Las IgE se asocian a la membrana de diferentes tipos de leucocitos, en especial mastocitos y basófilos. Cuando se produce el segundo contacto con el alérgeno se activan esos anticuerpos de tipo IgE, y los leucocitos que los presentan liberan sustancias que provocan los síntomas de la alergia, como histamina, heparina o leucotrienos. Los síntomas de la alergia incluyen fiebre, inflamación, erupciones en la piel, etc. Entre las enfermedades alérgicas más frecuentes se encuentran la rinitis, la conjuntivitis, la dermatitis alérgica o el asma, llegando en las situaciones más graves hasta el choque anafiláctico, que puede provocar la muerte.

En las reacciones de hipersensibilidad de tipo II los anticuerpos activan al complemento, y esto da lugar a la rotura de las células. Este tipo de reacciones se producen, por ejemplo, en transfusiones sanguíneas entre grupos no compatibles o en la anemia hemolítica del recién nacido, en la que existe incompatibilidad entre el factor Rh de la madre (negativo) y el del feto (positivo).

Las situaciones de inmunodeficiencia pueden ser congénitas, llamadas también primarias y adquiridas o secundarias. Las primarias suelen estar ligadas al cromosoma X, y pueden desembocar en enfermedades muy graves como los "niños burbuja", mientras que las secundarias se pueden presentar después de muchas enfermedades graves como el cáncer, enfermedades que afectan a la sangre o incluso la diabetes. El uso de inmunosupresores tras transplantes de órganos, o la malnutrición también provocan inmunodeficiencias.

Una causa bien conocida de inmunodeficiencia es la infección por el VIH, que afecta específicamente a un tipo de linfocitos T, "enmascarándolos" y haciendo que no cumplan sus funciones dentro de la respuesta inmunitaria.

Autoinmunidad

El mecanismo que hace posible que el sistema inmunitario no responda ni ante los elementos propios ni ante elementos extraños pero inofensivos recibe el nombre de tolerancia y se produce durante las primeras etapas del desarrollo, mediante eliminación por apoptosis de los linfocitos que reaccionan contra células del propio organismo. Si esos mecanismos de eliminación fallan se producen enfermedades autoinmunes, que pueden afectar solo a un órgano (diabetes juvenil autoinmune, esclerosis múltiple...) o a varios órganos (lupus eritematoso sistémico, artrititis reumatoide, vasculitis, sarcoidosis...).

Sistema inmunitario II

El sistema inmunitario de los mamíferos permite desarrollar dos tipos diferentes de respuesta inmunitaria: una respuesta inespecífica, que recibe también el nombre de respuesta innata, y que es similar ante cualquier tipo de agente infeccioso potencialmente patógeno, y una respuesta específica o adaptativa, que supone el reconocimiento del agente infeccioso y la producción de anticuerpos capaces de unirse a él de modo específico. Ambas respuestas incluyen componentes humorales, es decir, sustancias químicas que se encuentran solubilizadas en el plasma sanguíneo, y componentes celulares.

Componentes de la respuesta celular

La mayor parte de las células que intervienen en los procesos de defensa del organismo tienen su origen en la médula ósea roja, órgano situado en el interior de los huesos en el que se forman todos los elementos formes de la sangre, incluyendo los eritrocitos y las plaquetas. Todas estas células se forman a partir de un único tipo celular, las células madres hematopoyéticas, que se diferencian en dos linajes, uno de los cuales da lugar a las células que intervienen en los procesos inespecíficos de la inmunidad (precursor mieloide), mientras que el otro, llamado precursor linfoide, forma los linfocitos B y los linfocitos T, que participan en la respuesta adaptativa. Una característica peculiar de estos dos tipos celulares es que no se dividen cuando circulan por la sangre, ni siquiera en presencia de factores de crecimiento.

Las células de la línea mieloide participan en la respuesta inmunitaria fagocitando cualquier partícula extraña presente en la sangre o en los tejidos, entre las células. Esas "partículas extrañas" incluyen tanto agentes infecciosos como virus, bacterias, etc., como restos de células muertas del propio organismo o células transformadas.

La fagocitosis incluye tres fases: adsorción del elemento extraño a la célula fagocítica, endocitosis de la partícula y digestión, que se produce mediante la fusión de lisosomas con el endosoma que contiene la partícula fagocitada.

Para que se produzca la adsorción tiene que darse un cierto grado de reconocimiento entre el fagocito y el agente patógeno. El reconocimiento más simple se produce, simplemente, por atracción hidrófoba entre ambas membranas. Otro mecanismo diferente es la opsonización, que consiste en la unión de las partículas extrañas a proteínas del sistema del complemento. Finalmente, el reconocimiento más específico se produce si la célula fagocítica tiene en su superficie anticuerpos que se unan a la partícula extraña. Este proceso se da en los linfocitos T, y forma parte de la respuesta adaptativa.

Una vez digeridas las partículas extrañas, muchas células fagocíticas tienen la capacidad de "presentar" partes de las partículas extrañas a otras células del sistema inmunitario, para que sean reconocidas por ellas y poder desencadenar la respuesta adquirida. La presentación de antígenos es un proceso de exocitosis: los antígenos, que en general son proteínas o glucoproteínas presentes en la membrana de las células extrañas. Una vez digeridas las células extrañas algunos fragmentos de sus proteínas de membrana (antígenos) se incorporan a la membrana del lisosoma. La vesícula se dirige hacia el exterior de la célula y su membrana se fusiona con la membrana plasmática, de modo que los antígenos quedan expuestos al exterior, unidos a proteínas del complejo mayor de histocompatibilidad (HMC).



En los ganglios linfáticos los linfocitos, que presentan anticuerpos en su superficie, se aproximan a las células presentadoras de antígenos. Si el anticuerpo del linfocito "encaja" con el receptor situado en la superficie de las células T, similar a los anticuerpos, éstas se activan y pueden empezar a atacar a los agentes infecciosos. Los linfocitos B pueden reconocer directamente a los antígenos, y son activados por linfocitos T que han sido previamente seleccionados por el antígeno al que reconocen.

Componentes de la respuesta humoral

El componente inespecífico de la inmunidad humoral es el sistema del complemento, un conjunto de proteínas que circulan en el plasma sanguíneo en forma de proenzimas, es decir, con una estructura tridimensional inactiva, que para ser funcional debe ser cortada por otra proteína, formando una cadena de activación: un primer estímulo provoca la activación de la primera proteína de la cadena, que a su vez activa a otra o varias proteínas cortándolas por el lugar adecuado, lo que expone su centro activo.

El complemento provoca diferentes efectos durante la respuesta inmunitaria: inflamación, rotura de células agresoras y opsonización. La opsonización consiste en el "marcaje" de los agentes infecciosos mediante la unión de alguna de las proteínas del complemento a su superficie. El conjunto patógeno-proteína del complemento (opsonina) puede ser reconocido por los fagocitos, lo que facilita su eliminación del organismo.

La respuesta humoral específica corre a cargo de los anticuerpos. Los anticuerpos son un tipo de proteínas solubles (inmunoglobulinas) que pueden unirse específicamente a otras moléculas debido a que su centro activo encaja en ellas, del mismo modo que las enzimas encajan con sus sustratos.

La estructura de las inmunoglobulinas consiste en cuatro cadenas de proteína, iguales dos a dos: un par de cadenas pesadas y otras dos cadenas ligeras unidas entre sí mediante puentes disulfuro, es decir, enlaces covalentes entre cisteínas de cadenas diferentes.

El hecho de que los anticuerpos sean proteínas cuya estructura primaria está determinada por la secuencia de nucleótidos de sus genes plantea dos problemas teóricos. En primer lugar, su número es limitado, ya que las células productoras de anticuerpos tienen el mismo número de genes que las demás, y solo unos cuantos de ellos pueden dedicarse a la producción de inmunoglobulinas. Por otra parte, la estructura terciaria de los anticuerpos está determinada antes de que los antígenos lleguen hasta el organismo, porque ya está fijada en los genes de las células productoras. En consecuencia, nuestro cuerpo contaría con un número determinado de anticuerpos diferentes, cada uno de ellos con una estructura fija, en cualquier caso mucho menos variable que los posibles antígenos con los que podrían enfrentarse a lo largo de la vida del organismo.

Afortunadamente este problema no existe porque ciertas regiones de los genes que codifican las inmunoglobulinas (las regiones variables y las regiones hipervariables) sufren con gran frecuencia mutaciones somáticas cuyo resultado es que cada célula precursora linfoide produzca anticuerpos diferentes a las demás. De esta forma, los linfocitos B y los linfocitos T procedentes de esa célula llevan los mismos anticuerpos, que son únicos en el organismo. Gracias a esa variabilidad, que se va generando continuamente, el organismo tiene una diversidad de anticuerpos suficiente como para enfrentarse a muchos de los posibles antígenos que puedan llegar hasta él.

En el organismo existen cinco tipos básicos de inmunoglobulinas que se diferencian entre sí fundamentalmente por su estructura cuaternaria y por las funciones que realizan.

Las inmunoglobulinas D, E y G tienen la estructura descrita previamente de dos cadenas pesadas y dos cadenas ligeras, diferenciándose entre sí por el tipo de cadena pesada que presentan. Las inmunoglobulinas G son las más abundantes, y se encuentran en el plasma sanguíneo y en el líquido intercelular. Las inmunoglobulinas D, por su parte, están presentes en la membrana de los linfocitos B, y su función consiste en reconocer a los antígenos que les son presentados, mientras que las inmunoglobulinas E son liberadas al plasma pero luego se integran en la membrana de otras células, los mastocitos, participando en reacciones de hipersensibilidad.



Las inmunoglobulinas A están formadas por la unión de dos o tres unidades de inmunoglobulina, y se encuentran en las secreciones corporales (saliva, sangre, secreción intestinal, leche materna...) gracias a unas proteínas accesorias presentes en ellas. Las inmunoglobulinas M, por su parte, son la unión de cinco piezas de inmunoglobulina, unidas entre sí mediante otras proteínas accesorias. Se encuentran en el plasma y en el líquido intersticial, como las inmunoglobulinas G.

Reacciones antígeno-anticuerpo

Los anticuerpos se unen a los antígenos del mismo modo que las enzimas a sus sustratos, mediante enlaces débiles (puentes de hidrógeno, fuerzas de Van der Waals, enlaces hidrofóbicos) que se establecen entre ambas moléculas. La reacción entre antígeno y anticuerpo tiene diferentes consecuencias dependiendo de la forma en la que se encuentre el antígeno. Si éste es soluble, como en el caso de una toxina, la unión con en anticuerpo provoca su precipitación y su retirada del medio líquido en el que se encuentre.

Si los antígenos están unidos a un virus, una bacteria o una célula, su unión con los antígenos producen efectos diferentes. La aglutinación consiste en que los anticuerpos unen entre sí varias bacterias o células, formando una masa que impide que se muevan. Es, por ejemplo, lo que ocurre con los glóbulos rojos cuando se hace una transfusión de sangre entre grupos no compatibles. Otra posibilidad es la neutralización, proceso en el cual los anticuerpos enmascaran los antígenos del agente extraño impidiendo su actividad.

Los anticuerpos también pueden cooperar con otros elementos del sistema inmunitario como resultado de su reacción con los antígenos. Por ejemplo, la unión entre antígenos y anticuerpos puede activar el sistema de complemento, lo que conduce a la lisis de la bacteria o la célula que está unida a los anticuerpos. También produce la opsonización de los antígenos, es decir, su marcaje, que permite que sean reconocidos por fagocitos lo que hace posible su eliminación. Finalmente, las células unidas a anticuerpos también pueden ser atacadas por leucocitos que liberan contra ellas enzimas líticas, provocando su destrucción (citotoxicidad mediada por anticuerpos).

Respuesta inmune integrada

En el organismo, todos los elementos del sistema inmunitario, tanto los celulares como los humorales, trabajan conjuntamente para eliminar al patógeno del organismo por todos los medios posibles, de forma que la respuesta inmunitaria es una combinación de todos ellos. El siguiente esquema representa, de un modo simplificado, esa coordinación.



Respuesta inmune secundaria

Una vez que el sistema inmunitario ha entrado en contacto con un antígeno, algunas de las células que pueden interaccionar con él y eliminarlo se transforman en células de memoria, permaneciendo en el torrente circulatorio, ellas o sus descendientes, durante un periodo largo de tiempo, incluso el resto de la vida del organismo. Las células de memoria permiten que el organismo responda de modo distinto ante una reinfección, en lo que se conoce como respuesta inmune secundaria.
La respuesta secundaria es más rápida (en la respuesta primaria pasa un cierto tiempo hasta que el organismo empieza a producir anticuerpos), más intensa, porque se liberan las inmunoglobulinas en mucha mayor cantidad, y más duradera que la respuesta primaria. Hay, además, una cierta diferencia en el tipo de anticuerpos más abundantes, que en la respuesta secundaria son las inmunoglobulinas G mientras que en la primaria son las M.