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Si chiama così l’insieme di strutture anatomiche, cellule e molecole deputate alla difesa da agenti patogeni o sostanze comunque estranee al corpo. Infatti molte cellule del sistema immunitario distinguono ciò che fa parte del corpo da ciò che non ne fa parte; queste cellule, nell’insieme, costituiscono le cosiddette difese specifiche.

Le sostanze estranee in grado di scatenare una reazione immunitaria vengono dette antigeni: in genere sono proteine che, grazie alla loro peculiare struttura tridimensionale, possono essere riconosciute dal sistema immunitario. Esiste poi una serie di meccanismi di difesa aspecifici perché non discriminano l’agente estraneo ma forniscono comunque all’organismo una certa resistenza.

Difese immunitarie aspecifiche

Costituiscono la prima linea di difesa del nostro corpo. Si possono dividere in:

  • barriere fisiche
  • fagociti
  • sorveglianza immunologica
  • proteine con funzioni di difesa
  • risposta infiammatoria
  • febbre

Barriere fisiche

L’epitelio, che fa parte del sistema tegumentario e che riveste la superficie interna degli organi (stomaco, intestino, polmoni, ecc.), grazie alla sua struttura formata da cellule fortemente legate l’una all’altra e alla secrezione di vari liquidi, rappresenta una barriera per gli agenti patogeni.

L’integrità fisica dell’epitelio viene garantita da giunzioni intercellulari particolari: i desmosomi e le giunzioni occludenti.

I desmosomi sono formati da placche di materiale fibroso poste sulla superficie interna delle cellule e attraversate da fascetti di filamenti che hanno il compito di tenere saldamente unite due cellule adiacenti: questa giunzione è tipica della pelle, che è sottoposta a notevoli sollecitazioni meccaniche.

Le giunzioni occludenti sono delle zone in cui le membrane plasmatiche delle cellule epiteliali vicine sono saldate assieme: ciò quindi impedisce che si formino delle fessure tra cellule adiacenti e quindi garantisce la formazione di uno strato cellulare impermeabile. Le giunzioni occludenti sono tipiche degli epiteli interni.

Esiste poi tutta una serie di sistemi che favoriscono la difesa. Ad esempio la nostra cute ha un pH acido che sfavorisce la crescita microbica. Essa inoltre è ricoperta da uno strato corneo di cellule morte e di materiale lipidico detto sebo, che forma una patina impermeabile. Le lacrime e la saliva contengono lisozima, un enzima che attacca la parete cellulare dei batteri, provocando la loro rottura e quindi la morte. Gli epiteli interni secernono muco e nello stomaco anche acido cloridrico, un agente chimico che distrugge la maggior parte dei batteri. L’interno del nostro intestino presenta una serie di colonie microbiche il cui insieme viene detto flora batterica, che sfavorisce l’attecchimento dei batteri patogeni. La superficie dell’epitelio vaginale ospita dei batteri del genere Lactobacillus: essi producono acido lattico, il cui pH abbastanza basso (circa 4) rende sfavorevole la crescita di microrganismi patogeni.

I fagociti

Sono leucociti (globuli bianchi) in grado di fagocitare, cioè di inglobare in sé e successivamente digerire, cellule intere, i loro frammenti o altre particelle. Possiamo distinguere i fagociti in:

  • microfagi (danno una risposta rapida ma breve): sono precursori dei globuli bianchi ed a loro volta li possiamo distinguere in eosinofili (secernono degli enzimi che combattono i vermi parassiti) e neutrofili (sono attivi contro i batteri e prendono parte alla risposta infiammatoria);
  • macrofagi (danno una risposta lenta ma prolungata): sono globuli bianchi giganti che derivano da cellule bianche immature dette monociti. I monociti si dirigono verso i tessuti infiammati e lì danno origine ai macrofagi. Tutti i fagociti sono cellule migranti del sangue ma in ogni momento possono attraversare i vasi sanguigni per confluire nei tessuti in cui sia presente un’infezione.

Sorveglianza immunologica

I tessuti del nostro corpo presentano in superficie delle particolari molecole, spesso glicoproteiche, che sono tipiche di ogni individuo. Esse sono dette marcatori del complesso maggiore di istocompatibilità o più semplicemente marcatori MHC. Nelle cellule cancerose o infettate da virus questi marcatori sono diversi e presentano quindi delle anomalie, le quali vengono riconosciute da particolari globuli bianchi detti cellule NK (dove NK sta per natural killer). Esse sono cellule di grandi dimensioni dotate di numerosi granuli citoplasmatici il cui contenuto in perforine provoca la lisi delle cellule bersaglio, cioè quelle che presentano delle anomalie.

Proteine con funzioni di difesa

Sono proteine che solitamente sono presenti nel plasma sanguigno; alcune di esse intervengono anche nei sistemi di difesa specifici.
Possiamo individuare:

  • interferoni
  • proteine del sistema del complemento
  • citochine
  • TNF

Gli interferoni sono piccole proteine attive solo contro i virus; inoltre esse non agiscono in maniera diretta contro di essi ma stimolano le altre cellule del corpo a produrre particolari enzimi che bloccano l’attività virale.

Il sistema del complemento si chiama così perché vi prende parte una ventina di proteine plasmatiche diverse. Queste proteine interagiscono tra loro con un meccanismo “a cascata”. Una volta innescato dall’attivazione di una proteina, il sistema del complemento agisce con modalità diverse:

  • alcune proteine del complemento attirano i fagociti, mediante molecole segnale, verso il sito di infezione, promuovendo una risposta di tipo infiammatorio;
  • altre proteine rivestono le cellule estranee rendendole più riconoscibili ai macrofagi oppure ne causano la lisi;
  • altre ancora possono legarsi ad anticorpi già legati a cellule patogene, innescando una risposta aspecifica.

Le citochine sono proteine che fungono da messaggeri chimici. Esse coordinano e regolano l’attività di altre cellule, sincronizzando le comunicazioni tra le varie componenti della risposta immunitaria, sia aspecifica che specifica. Vengono secrete dai globuli bianchi, dai fibroblasti, dai neuroni.

Tra le citochine ricordiamo le interleuchine, messaggeri chimici che inviano segnali ad altre cellule coinvolte nella risposta immunitaria, innescandone il differenziamento e la proliferazione.

I TNF (Tumor Necrosis Factor) sono i fattori di necrosi tumorale: essi vengono secreti dai macrofagi e dai linfociti T (un particolare tipo di cellula che vedremo tra poco) attivati dalle interleuchine. I TNF, una volta liberati, promuovono la sintesi di proteine del complemento, stimolano l’aumento della temperatura corporea, favoriscono il catabolismo e causano la vasodilatazione; in quest’ultimo caso, se l’effetto è consistente, può determinare il collasso e la morte dell’individuo per shock settico.

La risposta infiammatoria

Si manifesta a livello locale quando, in seguito ad una abrasione, una lesione o una puntura, vengono danneggiati dei tessuti: la zona interessata diventa gonfia, calda, rossa e dolente. Il danneggiamento dei tessuti attira delle speciali cellule del tessuto connettivo dette mastociti o mastcellule che liberano istamina.

Questa sostanza aumenta il flusso sanguigno e la permeabilità dei vasi, con la conseguente fuoriuscita di siero (ultrafiltrazione) che causa il gonfiore, detto edema. Molti fagociti passano dal plasma al liquido interstiziale, fagocitando tutti i corpi estranei che incontrano. Nello stesso tempo a livello locale aumenta la temperatura: ciò rende l’ambiente sfavorevole alla crescita microbica. Successivamente vengono liberate delle sostanze coagulanti e le piastrine che provvedono a fermare il flusso sanguigno e ad iniziare la riparazione del tessuto danneggiato.

Febbre

Se l’infiammazione si estende in tutto il corpo si ha un effetto sistemico, con l’insorgere della febbre. La febbre consiste in un aumento prolungato della temperatura corporea interna, che normalmente è di 37 °C, verso temperature più elevate, le quali rendono inospitale l’ambiente corporeo a virus e batteri. L’organo responsabile è l’ipotalamo. L’effetto della febbre è benefico, nel senso che facilita la risposta immunitaria. Se però la temperatura rimane alta (sopra i 40 °C) per molto tempo, potrebbe danneggiare alcuni organi.

La difesa immunitaria specifica

Per resistenza specifica o immunità si intende la resistenza opposta dall’organismo a patogeni o composti chimici che siano riusciti a superare le difese aspecifiche. L’immunità specifica può essere:

  • innata (cioè è ereditaria ed è presente dalla nascita)
  • acquisita (è quella che il nostro corpo consegue nel corso della vita)

L’immunità acquisita può essere:

  • passiva (è a breve termine e si attiva grazie all’azione di anticorpi prodotti da altri organismi; è di tipo naturale quando ad esempio l’organismo viene allattato ed acquisisce gli anticorpi della madre mentre è di tipo artificiale quando si viene sottoposti a profilassi sierologica con immunoglobuline);
  • attiva (è a lungo termine e si attua grazie ad anticorpi prodotti dal nostro organismo come risposta all’azione di antigeni; si dice indotta quando veniamo vaccinati mentre è naturale quando si acquisisce mediante contatto con antigeni presenti nell’ambiente).

Perché questo tipo di immunità si chiama specifica? Perché si basa sul riconoscimento di ciò che fa parte dell’organismo (sé o self in inglese) da ciò che non ne fa parte (non sé o nonself). Questa capacità si chiama immunocompetenza.

La superficie delle nostre cellule, come ho già detto prima a proposito della sorveglianza immunologica, è ricoperta da proteine particolari dette MHC od anche marcatori maggiori (nell’uomo si chiamano HLA, da Human Leucocyte Antigen). Queste proteine vengono codificate da oltre 20 geni associati presenti sul cromosoma 6: ognuno di questi geni possiede molti alleli codominanti che determinano quindi un’estrema variabilità tra individuo ed individuo, grazie all’elevato numero di possibili combinazioni. In pratica rappresentano una sorta di carta di identità genetica, sfruttata dalle cellule deputate alla risposta immunitaria specifica.

I marcatori maggiori sono di due tipi:

  • marcatori MHC di I classe (presenti su tutte le cellule nucleate; sono quelli responsabili del fenomeno detto rigetto dopo un trapianto d’organo)
  • marcatori MHC di II classe (presenti solo sui linfociti e sui macrofagi; sono quelli responsabili della risposta immunitaria specifica)

I marcatori minori sono detti così perché non si differenziano molto ma sono comuni tra individui diversi (ad esempio quelli che determinano i gruppi sanguigni AB0).

I linfociti sono quindi le cellule responsabili della risposta specifica. Li distinguiamo in:

  • linfociti B (responsabili dell’immunità anticorpale o umorale)
  • linfociti T (responsabili dell’immunità cellulare).

Entrambi hanno origine nel midollo osseo, ma mentre quelli di tipo B rimangono in situ per la maturazione (cioè l’acquisizione dell’immunocompetenza), quelli di tipo T migrano nel timo, una ghiandola posta appena sopra il cuore (da cui l’origine della sigla: B sta per bone marrow, cioè midollo osseo, mentre T sta per thymus, timo).

Sia i linfociti B che quelli T, una volta maturi, si accumulano nel tessuto linfoide (linfonodi, milza, placche di Peyer) oltre che nel sangue. Il sistema linfatico è importante per la difesa immunitaria: infatti, siccome gran parte dei patogeni si raccolgono nel liquido extracellulare o interstiziale, essi vengono raccolti e trasportati all’interno dei vasi linfatici. Ogni tanto incontrano dei linfonodi, dove sono presenti i linfociti, pronti a combattere le infezioni. Vediamo ora quali sono le modalità di azione di questi due tipi cellulari.

Immunità anticorpale o umorale

Prima di tutto vediamo che cosa sono questi anticorpi. Gli anticorpi, conosciuti anche come immunoglobuline, sono molecole particolari che tendono a legarsi agli antigeni, grazie alla loro forma complementare. In pratica sono dei complessi proteici formati da quattro catene polipeptidiche di due dimensioni diverse: due catene pesanti (catene H da heavy) e due catene leggere (catene L da light): nell’insieme gli anticorpi hanno una tipica forma ad Y. Le quattro catene sono tenute insieme da ponti disolfuro. La parte superiore della Y (le due “braccia”) è il dominio di riconoscimento: è una zona a sequenza estremamente variabile (regione V), dato che con la sua forma deve adattarsi ai numerosissimi antigeni presenti nell’ambiente. La “gamba” della Y è una zona a sequenza pressoché costante (regione C), viene detta stelo ed è il dominio effettore, cioè quello deputato alla risposta in seguito al riconoscimento dell’antigene, quando l’anticorpo è inserito nelle membrane plasmatiche dei globuli bianchi.

Esistono 5 classi di immunoglobuline, distinte per la differente struttura, per la loro localizzazione e per la loro funzione:

  • IgG – dette anche gammaglobuline, sono la classe più importante e diffusa; si legano ai fagociti e fissano il complemento, sono in grado di attraversare la placenta e di difendere il neonato dopo la nascita
  • IgM – sono i primi anticorpi ad essere prodotti nella risposta immunitaria; fissano il complemento e insieme alle IgD costituiscono i recettori di membrana dei linfociti B
  • IgA – proteggono la superficie delle mucose, ma sono presenti anche nel siero
  • IgD – insieme alle IgM costituiscono i recettori di membrana dei linfociti B
  • IgE – sono presenti in piccole concentrazioni nel sangue; si fissano ai mastociti e liberano dei mediatori chimici responsabili della reazione allergica.

Gli anticorpi agiscono in tre modi diversi:

  • possono legarsi a particelle che presentano antigeni, provocandone l’agglutinazione e favorendone il riconoscimento da parte dei fagociti;
  • possono legarsi a microrganismi patogeni, interferendo con i meccanismi che gli permettono di infettare le cellule dell’organismo ospite;
  • possono provocare la lisi delle cellule, in combinazione con altre componenti del sistema immunitario.

Qualunque sia il meccanismo utilizzato, gli anticorpi permettono di eliminare l’agente patogeno e quindi di debellare l’infezione. Vediamo ora come funziona l’immunità anticorpale.

I linfociti B, una volta maturi, sono presenti in tutto il corpo e mostrano un corredo vastissimo di immunoglobuline legate sulla superficie esterna dalla loro membrana. Quando uno di essi incontra un antigene che si adatta al dominio variabile, lo lega a sé e comincia a produrre una serie di cellule tutte uguali e con recettori identici (cloni) mediante divisione mitotica: questa fase viene detta selezione clonale. Successivamente avviene un differenziamento: alcuni di questi linfociti diventano plasmacellule (dette anche cellule effettrici), mentre altri diventano cellule della memoria. Dopo circa 5 giorni le plasmacellule maturano e cominciano a produrre anticorpi liberi in grandi quantità, che circoleranno nel corpo alla caccia dell’antigene che ha causato l’attivazione di quel particolare linfocita. Le cellule della memoria sono molto più longeve; a volte durano anche per tutta la vita dell’organismo. Il loro compito è quello di reagire più rapidamente nel caso in cui l’antigene per cui sono state prodotte provochi una seconda infezione: in questo caso le cellule della memoria si differenziano in plasmacellule e nuove cellule della memoria.

Le cellule della memoria sono alla base dell’immunità che si consegue in seguito ad alcune malattie infettive oppure dopo una vaccinazione.

Immunità cellulare

Viene espletata contro cellule eucariote infettate o alterate dai linfociti T che possono essere:

  • linfociti T helper, i quali coordinano la risposta immunitaria controllando le altre cellule coinvolte, compresi i linfociti B e gli altri linfociti T;
  • linfociti T citotossici, che attaccano e distruggono cellule estranee di procarioti, funghi parassiti, cellule cancerose, cellule infettate da virus o batteri;
  • linfociti T soppressori, che inibiscono l’effetto dei linfociti B e T.

Sulla superficie dei linfociti T maturi sono presenti delle glicoproteine che determinano la loro funzione e la loro specificità antigenica. Tra queste glicoproteine le più importanti sono le CD4, presenti sulla superficie dei linfociti T helper e le CD8, presenti sulla superficie dei linfociti T citotossici.

Grazie a queste molecole presenti sulla superficie delle loro membrane, i linfociti T riescono a distinguere le cellule self dalle non self, utilizzando un meccanismo del tutto simile a quello visto per gli anticorpi, cioè la complementarietà con determinate molecole.
I CD4 necessitano del doppio riconoscimento dell’antigene e delle proteine MHC di II classe (che, ricordo, sono presenti solo sui macrofagi e sui linfociti) per essere attivati. Ciò avviene:

  1. quando un macrofago fagocita un organismo patogeno: dopo averlo inglobato, alcune delle parti di cui era costituito vengono esposte sulla superficie del macrofago, legate assieme alle proteine MHC. Il macrofago funge da cellula APC (dall’inglese Antigen Presenting Cell, cioè cellula che espone l’antigene)
  2. quando un linfocita B espone sulla membrana antigeni legati a proteine MHC di II classe

Nel primo caso questo evento permette il riconoscimento da parte dei linfociti T helper i quali, dopo essersi attivati, producono cloni di cellule della memoria e di linfociti T helper attivi; inoltre secernono interleuchine, le quali stimolano il differenziamento e la proliferazione dei linfociti B e dei linfociti T citotossici attivati.

Nel secondo caso, cioè quando un linfocita T helper attivo si lega al linfocita B che espone l’antigene, viene stimolato il differenziamento del linfocita B in plasmacellule e cellule della memoria, le quali agiranno come già visto per l’immunità anticorpale.

Anche i linfociti T citotossici non riconoscono direttamente l’antigene ma esso deve essere legato alle proteine MHC di I classe (presenti in tutte le cellule somatiche); questo caso si verifica quando, ad esempio, una cellula è stata infettata da un virus.

Sulla superficie della cellula infettata saranno quindi presenti proteine virali sintetizzate e modificate dalla cellula stessa: il CD8 si legherà quindi alla cellula infetta ed il linfocita T citotossico verrà attivato. Ciò provoca l’attivazione e la proliferazione di cloni di linfociti T i quali attaccheranno tutte le cellule che presentano le stesse caratteristiche: viene liberata una proteina (perforina) che apre dei varchi nella membrana plasmatica e ne causa la lisi e quindi la morte.

Vengono inoltre secrete delle linfochine, potenti sostanze chimiche che attirano i macrofagi.

Quando l’infezione è stata debellata entrano in gioco i linfociti T soppressori i quali bloccano l’attività sia degli altri linfociti T che dei linfociti B.

Conclusioni

Da quanto abbiamo visto in questo breve trattato, anche se per motivi di studio siamo stati costretti ad analizzare i vari aspetti di un sistema così complesso come quello immunitario in uno schema “a blocchi”, in realtà esso si basa soprattutto sulla simultanea interazione delle varie cellule immunitarie, capaci di comunicare e di collaborare tra loro.


Bibliografia

 

Helena Curtis - N. Sue Barnes - Invito alla biologia (sesta edizione italiana) - Zanichelli 2009 (ISBN 88-08-06809-5)
 
David T. Krogh - Biologia Guida alla natura - Le Monnier 2001 (ISBN 88-00-49444-7)
Cecie Starr - Biology - vol B - Garzanti Scuola 2009 (ISBN 978-6964-356-9-C)
 
Lilia Albeghini - Franca Tonini - Biologia - vol. B - 2002 Arnoldo Mondadori Scuola (ISBN 88-247-1872-8)
Maria Grazia Fiorin - Microbiologia - Edi-Ermes Scuola 1993 (ISBN 88-7051-123-5)
 
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