Immunologia, introduzione e anticorpi

Immunologia e patologia

Introduzione all'immunologia

Qualsiasi malattia ha sempre una componente immunologica. L'immunologia è lo studio del sistema immunitario, cioè un insieme di organi, cellule, tessuti, molecole che insieme mediano la resistenza alle infezioni, ai tumori... La risposta immunitaria è una risposta coordinata delle cellule del sistema immunitario nei confronti dell'agente infettivo. L'immunità è la resistenza di un individuo a una determinata malattia infettiva (non mi ammalo se incontro un determinato patogeno). La funzione fisiologica principale del sistema immunitario è prevenire le infezioni e eradicare quelle in corso, ma ha anche altre funzioni.

Storia dell'immunologia

La nascita dell'immunologia è attribuita al medico inglese Edward Jenner: Jenner studiava nel '700 il vaiolo, malattia infettiva molto diffusa che portava alla morte. Osservò che le mungitrici, a contatto con le vacche, spesso sviluppavano il vaiolo vaccino, una forma molto più lieve della malattia ed erano poi protette dal vaiolo umano. Provò allora a iniettare del materiale essiccato prelevato dalle lesioni del vaiolo vaccino in alcuni bambini e osservò che questi sviluppavano una forma lieve del vaiolo ed erano poi immuni al vaiolo umano. Si tratta del primo vaccino contro una malattia infettiva della storia. Iniziarono così le campagne di vaccinazione in Inghilterra e in altri paesi. L'ultimo caso di vaiolo osservato al mondo risale al 1979. Oggi il vaiolo si ritiene eradicato.

La pratica della vaccinazione ha salvato milioni di vite, l'aspettativa di vita è rimasta invariata per secoli, è aumentata vertiginosamente solo con l'introduzione delle pratiche igieniche, dell'uso dei farmaci, delle vaccinazioni, grazie alle quali è calata in particolare la mortalità infantile.

Koch alla fine dell'800 definì che le malattie infettive sono causate da agenti infettivi, cioè da microrganismi. Nel 1880 Pasteur sviluppa il vaccino contro il colera del pollo e la rabbia. Negli stessi anni Behring e Kitasano identificano un'attività antitossica nel sangue degli animali immuni alla difterite o al tetano, cioè individuarono gli anticorpi. Inizia così lo studio degli anticorpi e degli antigeni, un antigene è una qualunque molecola riconosciuta da uno specifico anticorpo.

Funzioni del sistema immunitario

• Protezione nei confronti delle infezioni; senza sistema immunitario non si può vivere.
• Rimozione di cellule morte o di tessuti danneggiati, mantenimento dell'omeostasi nei tessuti, ad esempio, rimozione dei globuli rossi invecchiati, riparazione delle ferite.
• Protezione dai tumori; riconoscimento delle cellule potenzialmente tumorali e rimozione. Pazienti immunodepressi sono più suscettibili allo sviluppo di alcune forme tumorali.
• Rimozione di qualsiasi corpo estraneo che viene confinato dalle cellule del sistema immunitario. Succede anche per le protesi che vengono rivestite da una capsula, un tessuto fibrotico che confina tutto ciò che è estraneo. Tutti i tessuti e organi estranei vengono rigettati dall'organismo; il rigetto è mediato dal sistema immunitario, questo è il motivo per cui i pazienti con trapianti vengono trattati con farmaci immunosoppressori.

Organizzazione del sistema immunitario

Difese esterne

Le difese esterne includono barriere anatomiche come gli epiteli, secrezioni e escrezioni come strati di muco e lacrime, ciglia, e flora dei microrganismi commensali come la flora batterica intestinale, sono la prima linea di difesa dell'immunità innata.

Difese interne

Il sistema immunitario vero e proprio si attiva quando l'agente esterno ha superato le barriere di difesa esterne, rappresenta la difesa interna dell'organismo.

Il sistema immunitario si divide in due parti:

1. Sistema immunitario innato: è rappresentato da molecole, come le molecole della cascata del complemento per la difesa contro i batteri, proteine della fase acuta delle infezioni, citochine, e da cellule, come i macrofagi che intervengono per fagocitare i microrganismi. L'immunità è una risposta precoce che si attiva nel giro di poche ore dopo l'infezione, è la prima forma di immunità presente in tutti gli organismi e si basa su meccanismi ripetitivi e aspecifici.

2. Sistema immunitario specifico: l'immunità rappresenta una risposta tardiva, capace di distinguere in modo specifico i diversi antigeni, è mediata dagli anticorpi (immunità umorale) e da cellule (immunità mediata da cellule). Genera la memoria immunologica, per cui dopo una prima infezione a una certa malattia infettiva l'organismo è immune. Esiste anche l'immunità di gregge: quando la maggior parte della popolazione è vaccinata ad esempio contro un virus specifico, il virus non ha più possibilità di circolare e anche i pazienti non vaccinati o immunodepressi sono protetti. L'immunità acquisita compare solo nei vertebrati perché hanno una vita media molto più lunga degli invertebrati, per cui serve avere una memoria immunologica, la memoria immunologica è stata un vantaggio evolutivo importante per i vertebrati.

Antigeni e patogeni

Tutte quelle sostanze che il sistema immunitario riconosce come estranee, alcuni sono patogeni, cioè attivano una risposta immunitaria, altri no, possono essere virus, batteri, parassiti, proteine, altre molecole...

I patogeni possono essere di diverso tipo:

• Batteri, parassiti unicellulari e funghi extracellulari, es. nel sangue, sulla superficie delle mucose...
• Batteri e parassiti intracellulari, all'interno delle cellule dei tessuti.
• Virus, intracellulari obbligati.
• Vermi pluricellulari extracellulari, es. nelle cavità corporee.

In alcuni casi il sistema immunitario elimina i patogeni in altri casi vengono semplicemente confinati, es. herpes virus. Esistono tanti tipi di immunità, in particolare quella di tipo 1 contro batteri, funghi e virus, e quella di tipo 2 contro i parassiti.

Anatomia del sistema immunitario

Dal punto di vista anatomico il sistema immunitario comprende:

• Organi linfoidi e cellule circolanti
• Sistema circolatorio ematico
• Sistema circolatorio linfatico

Organi linfoidi primari

Gli organi linfoidi primari sono midollo osseo e timo, dove si differenziano e maturano le cellule del sistema immunitario. Nel midollo osseo ci sono le cellule staminali ematopoietiche dalle quali si differenziano tutte le cellule del sangue e del sistema immunitario, nel timo che si trova in posizione retrosternale ed è molto sviluppato in età infantile, maturano i linfociti T.

Organi linfoidi secondari

Gli organi linfoidi secondari sono i linfonodi, appendice, milza, placche del Peyer (nell'intestino), tonsille e adenoidi, sono gli organi dove si attiva la risposta immunitaria, oltre che nel distretto dove è in corso l'infezione. Il tessuto linfoide associato alle mucose e alla cute è ricco di cellule del sistema immunitario.

Midollo osseo

Nel tessuto del midollo osseo si differenziano tutte le cellule del sangue e del sistema immunitario, poi cellule staminali ematopoietiche, immesse nel circolo sanguigno, a partire da precursori comuni, le pluripotenti. Le cellule staminali ematopoietiche si trovano nelle cavità delle ossa brevi, es. quelle del bacino, vanno incontro a proliferazione dando origine ad ogni divisione a una cellula figlia staminale e a una cellula figlia che si differenzia, si tratta quindi di divisioni asimmetriche.

Dopo una prima divisione della cellula staminale ematopoietica si formano le cellule progenitrici della linea linfoide o le cellule progenitrici della linea mieloide.

Cellule progenitrici della linea linfoide

Dalle cellule progenitrici della linea linfoide si possono originare 3 tipi di cellule: i linfociti B, i linfociti T e le cellule natural killer. I linfociti B e T sono cellule del sistema immunitario adattativo, sono in grado di sintetizzare dei recettori che riconoscono gli antigeni in maniera specifica, in particolare i linfociti B diventano plasmacellule e producono gli anticorpi antigene-specifici, mentre i linfociti T hanno altri recettori che riconoscono gli antigeni di natura proteica. Le cellule natural killer invece hanno attività citotossica e fanno parte dell'immunità innata.

Cellule progenitrici della linea mieloide

Dalle cellule progenitrici della linea mieloide si differenziano le cellule dendritiche, il precursore comune dei monociti, granulociti da cui si formeranno i macrofagi, dei granulociti (neutrofili, eosinofili e basofili) e dei mastociti, il precursore comune dei megacariociti, eritrociti. Cellule dendritiche, monociti, granulociti e mastociti sono le cellule del sistema immunitario della linea mieloide e fanno parte dell'immunità innata.

Il differenziamento nel timo e nel midollo osseo è mediato da fattori solubili che interagiscono tra di loro in modo molto complesso, questi fattori di differenziamento sono detti citochine.

Tipi di granulociti

Neutrofili (50-70% dei leucociti o globuli bianchi nel sangue): sono messi in evidenza con coloranti neutri, hanno nuclei plurilobati. Sono immediatamente richiamati nel distretto in cui è avvenuto il danno o sta avvenendo l'infezione, hanno la funzione di garantire i processi di riparo e di limitare il più possibile un'eventuale infezione e, sono stati poco studiati per tanto tempo perché hanno una emivita molto breve (24 ore), hanno attività fagocitica.

Eosinofili (1-4%): hanno un citoplasma ricco di granuli evidenziati con il colorante eosina (colorante acido), intervengono soprattutto nell'immunità di tipo 2 contro i parassiti pluricellulari, come i vermi.

Basofili (≈1%): hanno un citoplasma ricco di granuli evidenziati con un colorante basico, intervengono nell'immunità di tipo 2 e hanno una funzione patologica di sostegno delle reazioni allergiche.

Altre cellule della linea mieloide

Monociti: cellule circolanti nel sangue, sono i precursori dei macrofagi che si trovano invece nei tessuti. Dal circolo sanguigno i monociti entrano nei tessuti dove sono necessari e si differenziano in macrofagi, con attività fagocitica verso agenti patogeni, cellule morte (mantenimento dell'omeostasi)..., la funzione è quella di prevenire e confinare lo stato infiammatorio.

Le cellule della linea linfoide si trovano nel circolo sanguigno e negli organi linfoidi secondari, fanno parte dell'immunità adattativa, specifica verso gli antigeni:

• Linfociti T: 70% dei linfociti, immunità cellula-mediata.
• Linfociti B: 20-25%, immunità umorale, mediata da fattori solubili (anticorpi).

Sistema linfatico e linfonodi

Un'altra parte del sistema immunitario è il sistema linfatico, formato dai vasi linfatici all'interno dei quali scorre la linfa portata alle stazioni di controllo che sono i linfonodi.

Mentre il sistema circolatorio è un sistema chiuso in cui i capillari arteriosi sono in continuità con quelli venosi, il sistema linfatico ha vasi che terminano nei tessuti con capillari a fondo cieco. I capillari linfatici sono molto permeabili e al loro interno penetra il liquido che si accumula negli spazi interstiziali tra le cellule. Il liquido interstiziale viene drenato dai vasi linfatici e diventa linfa, contenente tutte le sostanze che si trovano negli spazi extracellulari, la sua composizione è quindi molto variabile tra i diversi organi e tessuti e in alcuni casi permeano anche alcune cellule come i linfociti.

La linfa scorre nei vasi linfatici, paralleli ai vasi arteriosi e venosi, sempre dal basso verso l'alto dell'organismo, verso i linfonodi, il sistema linfatico non ha una pompa o una muscolatura propria, per cui il moto della linfa dipende solo dal movimento di altri muscoli ed è unidirezionale solo verso l'alto grazie alla presenza di valvole. In assenza di drenaggio da parte del sistema linfatico i liquidi si accumulano, ad esempio negli arti, e si sviluppa una condizione patologica detta linfoedema.

I vasi linfatici afferenti portano la linfa dai tessuti ai linfonodi, organi di piccole dimensioni tondeggianti sempre presenti in grappoli, dove la linfa viene controllata e le sostanze infiammatorie fermate (una funzione del sistema linfatico è limitare lo stato infiammatorio in una regione dell'organismo), il controllo avviene in più linfonodi di ogni grappolo dai quali poi escono i vasi efferenti.

I vasi linfatici efferenti versano il loro contenuto in dotti di dimensioni sempre maggiori fino al dotto toracico e alla grande vena linfatica, che immettono la linfa depurata nel sistema circolatorio.