Mecanisme interne de apărare
Răspunsul inflamator
Inflamația este unul dintre primele răspunsuri active ale sistemului imunitar înnăscut, care apare atunci când agenții patogeni reușesc să treacă de barierele protectoare ale corpului. Funcția principală a inflamației este de a stabili o barieră fizică împotriva răspândirii unei infecții. În plus, ea elimină cauza inițială a leziunilor celulare, curăță celulele moarte și țesuturile deteriorate de agresiunea inițială și inițiază repararea țesuturilor afectate.
Inflamația este adesea un răspuns la o infecție cu agenți patogeni, dar există și alte cauze posibile ale inflamației: traume fizice cum ar fi tăieturile sau loviturile, arsuri, degerături, precum și expunerea la anumite toxine. Semnele și simptomele inflamației sunt: roșeață localizată, umflătură, căldură, durere și frecvent o anumită pierdere a funcției. Aceste simptome sunt cauzate de o serie de procese printre care creșterea fluxului sanguin în țesutul infectat. Aceste procese sunt ilustrate în Figura 10.2.
Figura 10.2: Celulele albe din sânge eliberează substanțe chimice pentru a stimula răspunsul inflamator declanșat de o tăietură a pielii. De exemplu, pielea rănită printr-o tăietură de hârtie constituie o poartă de intrare în corpul uman accesibilă pentru unele bacterii.
Inflamația este declanșată de eliberarea unor substanțe chimice, cum ar fi citokinele și histaminele, de către celulele rănite/infectate sau de către unele celule ale sistemului imunitar precum macrofagele deja prezente în țesuturi. Aceste substanțe chimice pătrund în lichidul extracelular și determină dilatarea (extinderea) capilarelor, ceea ce face ca pereții acestora sa devină mai permeabili sau poroși. Serul și alți compuși care se scurg din capilare provoacă umflarea zonei, ceea ce, la rândul ei, provoacă durere. Fluxul de sânge din zona infectată crește și permite sângelui să pătrundă în țesuturi. Astfel, leucocitele distrugătoare de agenți patogeni și proteinele reparatoare de țesuturi migrează din fluxul sanguin în spațiile tisulare pentru a putea ataca agenții patogeni și a repara daunele produse de aceștia.
Mai multe tipuri de leucocite sunt atrase de zona inflamației. Tipurile de leucocite care ajung la un loc inflamat depind de natura leziunii și/sau a agentului patogen infectant. Astfel, neutrofilele sunt primele globule albe care ajung la locul inflamat, unde încep să înghită și să digereze agenții patogeni. Urmează macrofagele, care preiau funcția de fagocitoză și participă la rezolvarea locului inflamat prin curățarea resturilor celulare și a agenților patogeni.
O citokină este un mesager chimic care are scopul de a produce o varietate de răspunsuri imune precum: reglarea diferențierii celulare (ca formă și funcție), proliferarea (producția) celulară și expresia genelor. La om există aproximativ 40 de tipuri de citokine. Citokinele promovează chemotaxia, care este migrarea la locul infecției a unor leucocite care distrug patogenii. Pe lângă faptul că sunt eliberate de celulele albe din sânge după ce acestea au recunoscut un agent patogen, citokinele pot fi eliberate și de celulele infectate, situație în care respectivele citokine se leagă de celulele neinfectate din apropiere, inducând și acestora abilitatea să elibereze citokine. Această buclă de feedback pozitiv are ca rezultat o explozie a producției de citokine numită „furtună de citokine”. Unele citokine au și efecte antivirale. Ele pot opri procesul de sinteză a proteinelor în celulele gazdă, proces necesar virusurilor pentru a supraviețui și a se replica. Citokinele trimit, de asemenea, feedback către celulele sistemului nervos pentru ca acesta să producă simptome generale ale senzației de rău cum sunt: letargia, durerile musculare și greața. În plus, citokinele cresc temperatura centrală a corpului provocând astfel febră. Febra cu temperatură mare inhibă creșterea agenților patogeni și accelerează procesele de reparare celulară. De aceea, febra nu trebuie suprimată totdeauna, ci numai în cazurile foarte periculoase.
Interferonii sunt o clasă de citokine cu acțiune timpurie care sunt eliberate de celulele infectate ca un avertisment pentru celulele neinfectate din apropiere. Un interferon este o proteină mică care semnalează o infecție virală către alte celule. Interferonii stimulează celulele neinfectate pentru a produce compuși ce interferează cu replicarea virală. Interferonii activează, de asemenea, macrofagele și alte celule.
Fagocitoza
Fagocitoza este un mecanism intern de apărare al imunității înnăscute realizat cu ajutorul unor celule numite celule fagocitare sau fagocite. Fagocitele sunt leucocite care pot ucide agenți patogeni prin fagocitoză. Ele cuprind urmatoarele categorii de celule implicate în imunitatea înnăscută: neutrofile, macrofage și celule dendritice.
Procesul de fagocitoză este ilustrat în Figura 10.3. Prin acest proces, fagocitele înghit și digeră agenți patogeni și alte particule nocive. În general, fagocitele patrulează corpul căutând agenții patogeni, dar ele pot fi și „chemate” la locul inflamației prin eliberarea de citokine. Există fagocite care locuiesc permanent în anumite țesuturi. Când un agent patogen, precum o bacterie, întâlnește o fagocită, fagocita își extinde o porțiune a membranei sale plasmatice, înfășurându-și astfel membrana în jurul agentului patogen până când acesta este învelit. Odată ajuns în interiorul fagocitei, agentul patogen este închis într-o veziculă intracelulară numită fagozom. Mai departe, fagozomul fuzionează cu o altă veziculă numită lizozom, formând astfel un fagolizozom. Apoi, enzimele digestive și acizii din lizozom ucid și digeră agentul patogen din fagolizozom. Etapa finală a fagocitozei este exocitoza. adica excreția sau eliminarea resturilor solubile ale agentului patogen.
Figura 10.3: Fagocitoza este un proces cu mai multe etape prin care un agent patogen este înghițit și digerat de niște celule imune numite fagocite.
Sistemul complement
Sistemul complement este un mecanism biochimic complex al cărui nume reflectă capacitatea sa de a „completa” distrugerea agenților patogeni extracelulari de către anticorpi, care sunt niște proteine specifice produse ca parte a răspunsului imun adaptiv. Sistemul complement este denumit astfel deoarece el este complementar atât sistemului imunitar înnăscut, cât și celui adaptiv.
Sistemul complement este format din peste două duzini de proteine găsite în mod normal în sânge și sintetizate în ficat. Celulele hepatice și macrofagele sintetizează continuu forme inactive de proteine de complement; aceste proteine abundă în serul sanguin și sunt capabile să răspundă imediat atacului venit din partea microorganismelor infectante. Până la activare, proteinele de complement circulă de obicei ca molecule precursoare nefuncționale. Apoi, proteinele de complement se pot lega de suprafețele unor microorganisme și sunt atrase în special de agenții patogeni „etichetați” deja de sistemul imunitar adaptiv. „Etichetarea” unui agent patogen se face de către anticorpi, care își schimbă forma și oferă un loc potrivit de legare pentru una din proteinele de complement. Activarea primei proteine din seria proteinelor de complement, efectuată de obicei prin legarea unui anticorp de un antigen al unui agent patogen, pune în mișcare un efect domino. Urmează o secvență specifică, în cascadă, de legări ale unor proteine de complement de antigenii agentului patogen, în urma cărora agentul patogen este acoperit rapid cu proteine de complement. Această succesiune precisă de pași este cunoscută sub numele de cascadă de complement și este ilustrată în Figura 10.4. Produsul final este un soi de cilindru care străpunge membrana celulară a agentului patogen. Prin gaura rezultată mai multe fluide și diferite molecule curg în și din celula patogenului, care într-un final se umflă și se sparge.
Proteinele de complement îndeplinesc mai multe funcții, dintre care una este de a servi ca markeri pentru celulele fagocitare, indicându-le prezența unui agent patogen și îmbunătățind absorbția acestuia. Anumite proteine de complement se pot combina pentru a deschide porii din membranele celulare microbiene și a le provoca liză celulară (explozie).
Figura 10.4: Sistemul complement funcționează prin producerea în cascadă a anumitor proteine care au rolul de a completa distrugerea agenților patogeni de către anticorpi.
Celulele ucigașe naturale (NK)
Limfocitele sunt leucocite cu nucleu mare (Figura 10.5). Majoritatea limfocitelor sunt implicate în răspunsul imun adaptiv. Totuși, sistemul imunitar înnăscut are și el niște limfocite, numite celule ucigașe naturale (NK) (în engleză natural killer cells), al căror rol este de a identifica și distruge atât celulele infectate cu virusuri, cât și celulele canceroase.
Celulele NK identifică infecțiile intracelulare, în special cele provocate de virusuri, prin exprimarea alterată a moleculelor din clasa de histocompatibilitate majoră I (MHC I) de pe suprafața celulelor infectate. Moleculele MHC I sunt proteine de suprafață ale tuturor celulelor nucleate care în orice moment prezintă un eșantion al mediului intern al celulei. Celulele nesănătoase, indiferent dacă sunt infectate sau canceroase, prezintă pe suprafața celulară un complement MHC I modificat.
Atunci când o celulă NK detectează o celulă infectată sau tumorală, celula NK induce moartea celulară programată sau apoptoza celulei afectate. După aceea vin fagocitele și digeră resturile celulare rămase din celula afectată. Celulele NK patrulează constant corpul și reprezintă un mecanism eficient de control al potențialelor infecții și de prevenire a evoluției cancerului.
Figura 10.5: Limfocitele, precum celulele NK, se caracterizează prin nucleele lor mari care absorb în mod activ culoarea Wright și, prin urmare, apar la microscop având o culoare închisă (credit: date scalate de Matt Russell).
Mecanisme folosite de agenții patogeni pentru a depăși imunitatea înnăscută
Există mai mulți agenți patogeni care au dezvoltat mecanisme ce le permit să se sustragă acțiunii sistemului imunitar înnăscut al unor gazde umane. Printre aceste mecanisme se numără următoarele:
- Invadarea celulelor gazdă astfel încât replicarea patogenilor să fie „ascunsă” de sistemul imunitar. Acest mecanism este folosit de bacteria care cauzează tuberculoza.
- Formarea unei capsule de protecție în jurul patogenului pentru a evita distrugerea lui de către celulele sistemului imunitar. Acest mecanism de apărare apare la unele bacterii cum ar fi speciile de Salmonella.
- Imitarea de către unii patogeni a celulelor gazdă astfel încât sistemul imunitar să nu îi identifice pe aceștia ca străini. Unele specii ale bacteriei Staphylococcus folosesc acest mecanism.
- Uciderea directă a fagocitelor. Această abilitate a evoluat la mai multe specii de bacterii, printre care speciile care provoacă antrax.
- Producerea unor molecule care împiedică formarea interferonilor, adică a acelor citokine cu acțiune timpurie care luptă împotriva virușilor. Unele virusuri gripale au această abilitate.
- Formarea unor biofilme complexe care oferă agenților patogeni protecție împotriva celulelor și proteinelor sistemului imunitar. Acest mecanism apare la unele specii de bacterii și ciuperci.
Referințe:
- Fowler, Samantha, et al. Concepts of Biology. OpenStax College, Rice University, 2013. Download for free at: https://openstax.org/details/books/concepts-biology.
- Miller, Christine, Human Biology, 2020. Terms of use: This work is licensed under a Creative Commons Attribution NonCommercial. The original version can be found here.