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Quinto Semestre Nutrición e Inmunidad Unidad 1 Programa desarrollado Sistema Inmunitario y Nutrición. Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 2 Nutrición e inmunidad Sistema Inmunitario y Nutrición U1 Sistema inmunitario y nutrición Imagen de inmunidad https://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&ved=&url=http%3A%2F%2Fstatic.vix.com%2Fes%2Fsites%2Fdefault%2Ffiles%2Fstyles%2Flarge%2Fpublic%2Fbtg%2Fcuriosidades.batanga.com%2Ffiles%2FQue-es-la-inmunidad-comunitaria-2.jpg%3Fitok%3DyN6GNs-N&psig=AFQjCNEAp91dt-4LdwgeDwfObVdpEiue3g&ust=1500175042163486 Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 3 Nutrición e inmunidad Sistema Inmunitario y Nutrición U1 Índice Presentación ........................................................................................................... 4 Competencia específica .......................................................................................... 5 Logros ..................................................................................................................... 5 1. Sistema Inmunitario y Nutrición ..................................................................... 6 1.1 Antecedentes históricos de la inmunología .................................................. 7 1.2 Concepto de inmunología y nutrición.......................................................... 12 1.3 Respuesta antígeno-anticuerpo .................................................................. 13 1.4 Anatomía del sistema inmune .................................................................... 15 1.5 Fisiología del sistema inmune .................................................................... 20 1.6 Principales mecanismos del sistema inmunitario ....................................... 26 1.7 Principios y características de la inmunología nutricional ........................... 31 Cierre de unidad .................................................................................................... 39 Para saber más ..................................................................................................... 40 Actividades ............................................................................................................ 41 Fuentes de consulta .............................................................................................. 42 Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 4 Nutrición e inmunidad Sistema Inmunitario y Nutrición U1 Presentación En esta primera unidad de Nutrición e Inmunidad, reconocerás la antecedentes de la inmunidad, los acontecimientos importantes. Identificarás los conceptos básicos de inmunología y nutrición, la reacción entre el antígeno con el anticuerpo, así mismo analizaras la estructura y función del sistema inmunológico, los principales mecanismos de defensa que posee el cuerpo humano, finalmente aprenderás los principios y características de la inmunología nutricional. La unidad 1 está organizada de la siguiente manera: Figura 1. Estructura de la unidad 1. Unidad 1. Sistema Inmunitario y Nutrición 1.1 Antecedentes históricos de la inmunología. 1.2 Concepto de inmunología y nutrición. 1.3 Respuesta antígeno-anticuerpo. 1. 4 Anatomía del sistema inmune. 1.5 Fisiología del sistema inmune. 1.6 Principales mecanismo de defensa del sistema inmunitario. 1.7 Principios y características de la inmunología nutricional. Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 5 Nutrición e inmunidad Sistema Inmunitario y Nutrición U1 Competencia específica Reconoce los principios de la inmunidad, identificando conceptos, características y generalidades del sistema inmunitario para conocer la importancia de la inmunología nutricional. Logros Conoce los acontecimientos importantes de la historia de la inmunología. Explica el concepto y la importancia de la inmunología y nutrición. Reconoce la estructura, forma y funciones del sistema inmunológico. Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 6 Nutrición e inmunidad Sistema Inmunitario y Nutrición U1 1. Sistema Inmunitario y Nutrición El sistema inmunológico mejor conocido como sistema inmune cumple una de las principales funciones en el interior del organismo, ya que actúa como el detector principal de las partículas que resultan nocivas para la salud; partículas como virus generadores de varias enfermedades, parásitos, células patógenas, células cancerosas, entre otras más. Una de las funciones principales que tiene este sistema con el cual se destaca es el distinguir partículas benignas de las malignas, que se encuentran dentro de cada organismo. Para realizar de forma eficaz esta función utiliza sustancias compuestas de células encargadas de atacar a los cuerpos extraños mejor conocidas como anticuerpos, citoquinas, leucocitos o glóbulos rojos, macrófagos y neutrófilos. Estas células se encargan de detectar a tiempo a los agentes patógenos que se encargan de incrementar el riesgo para contraer una enfermedad o infección. Este proceso no es tan sencillo, ya que la gran parte de los agentes patógenos suele reproducirse de manera rápida a lo largo del cuerpo, es por esto, que el sistema inmune crea múltiples mecanismos inteligentes que los reconocen y los neutralizan, para evitar la propagación a lo largo del cuerpo. Aun cuando se cuenta con un sistema tan completo, en ciertas ocasiones puede presentarse un fenómeno conocido como inmunodeficiencia, lo que significa que existe un trastorno y una deficiencia del sistema inmunitario, el cual se caracteriza por transformar menos activos de lo normal a los procesos inmunes, los hacen más débiles. En este punto se crea un ambiente que propicia al proceso de replicación de las células malignas que se encuentran dentro del organismo, dando como resultado a las enfermedades o infecciones de todo tipo, algunas llegan a ser muy perjudiciales para la salud, pudiendo llegar a ocasionar la muerte. Así como existen factores internos que alteran las funciones del sistema inmune, igualmente existen factores externos, que dependen de nosotros mismos en cierta forma, del cual muchas veces no brindamos la atención necesaria. Ser fumador pasivo o activo, estar estresado constantemente, mantener un exceso de actividad deportiva, o por lo contrarió tener una deficiencia de actividad física (sedentarismo), la contaminación del medio ambiente, por mencionar algunos ejemplos, de los cuales están directamente relacionadas con el deterioro del sistema inmunológico. Y una de las más importantes, tener Figura 1 Sistema Inmune Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 7 Nutrición e inmunidad Sistema Inmunitario y Nutrición U1 una mala alimentación, que como consecuencia nos da un déficit de nutrientes que pueden ser beneficiosos para la salud del sistema inmune. Es aquí donde entre el trabajo de la nutrición. La relación que existe entre la nutrición y la inmunidad es muy compleja. Debido a que la nutrición se encargara de brindarnos la energía necesaria para crear y preservar anticuerpos, los cuales necesitan tener la potencia suficiente para trabajar de forma óptima, porque éstos serán los encargados de eliminar a los agentes patógenos. 1.1 Antecedentes históricos de la inmunología Se calcula que la inmunología tiene una historia de 200 años aproximadamente. Los últimos 50 años se han caracterizado por un importante avance dentro del conocimiento del sistema inmunológico a nivel molecular. Retrocediendo en el tiempo, encontramos que en 1796 un médico inglés, llamado Edward Jenner, observó que cuando las personas contraían la “vacuna”, se manteníanprotegidas contra la viruela. Al observar esto, él experimento transfiriendo pus de una lesión de vacuna de una ordeñadora, al brazo de un niño, al cual a las 6 semanas volvió a infectar, pero esta vez con pus tomado de una pústula de viruela, el resultado fue que el infante no logró enfermarse. En 1980 Luis Pasteur hizo investigaciones muy importantes en relación a la atenuación de las vacunas. Metchnikoff llevo a cabo investigaciones sobre la fagocitosis, Koch realizó aportes fundamentales sobre hipersensibilidad y Landsteiner explicó la existencia de varios sistemas antigénicos en los glóbulos rojos humanos. De 1959 a la fecha inician los descubrimientos sobre estructura de los anticuerpos ejecutados en 1959 por Porter y Edelman. A lo largo de estos años se han reconocido las moléculas que son propias del sistema inmune, y de los genes que las codifican. A esta época se le denomino el de la Inmunología Molecular, se ha distinguido por la rapidez en la generación de nuevo conocimiento y tecnología. Asimismo, en este período se efectuó el aislamiento de las moléculas y genes de los receptores de células T, de citoquinas y de moléculas de adhesión celular. Figura 2 Frutas. Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 8 Nutrición e inmunidad Sistema Inmunitario y Nutrición U1 Entre los hallazgos más relevantes de esta época se pueden mencionar, la obtención de anticuerpos monoclonales, el conocimiento de la genética de las inmunoglobulinas, la descripción de los genes del Complejo Principal de Histocompatibilidad. Sumado a esto, se han conocido importantes aspectos moleculares de la activación linfocitaria. Además, estos conocimientos de inmunología básica han dado una pauta importante a los avances en el conocimiento del tratamiento de diferentes enfermedades inmunes y de la patogenia. (Rojas, 2006) Tabla 1Premios Nobel de aportaciones en inmunología. Autor Investigación Año Emil von Behring Terapéutica con antisueros 1901 Robert Koch Tuberculosis 1905 Paul Ehrlich Teorías sobre inmunidad 1908 Elie Metchnikoff Fagocitosis 1908 Charles Richet Mecanismo de la Anafilaxia 1913 Jules Bordet Acción bactericida de Complemento 1919 Karl Landsteiner Grupos sanguíneos humanos 1930 Max Theiler Vacuna contra la Fiebre Amarilla 1951 Daniel Bovet Antihistamínicos 1957 Macfarlane Burnet y Peter Medawar Tolerancia inmunológica 1960 Gerald Edelman y Rodney Porter Estructura Química de las inmunoglobulinas 1972 Rosalyn Yalow Radioinmunoanálisis 1972 Baruj Benacerraf, Jean Dausset y George Snell Inmunogenética e Histocompatiilidad 1980 Niels Jerne Teoría selectiva. Red idiotipo/anti-idotipo 1984 Georges Koller y César Milstein Tecnología del hibridoma 1984 Susumu Tonegawa Genética de las inmunoglobulinas 1987 Peter Doherty y Rolf Zinkernagel Restricción genética de la respuesta inmune 1996 En 1901, Emil Von Behring recibió el primer Premio Nobel en Medicina. Junto a sus contribuyentes, demostró que la inmunidad contra la difteria y el tétano se basaba en antitoxinas y explicó que el suministro pasivo de sueros antitoxina diftérica y antitoxina tetánica, correspondientemente, lograban curar estas enfermedades. Robert Koch en 1905, médico que originalmente investigó sobre el Bacillus anthracis. Hizo aportaciones en metodología de cultivo y aislamiento bacteriano, y publicó los famosos postulados de Koch para probar la etiología. Realizó contribuciones en varias enfermedades pero fueron sus aportes en relación a tuberculosis: descripción del Micobacterium tuberculosis y la reacción de tuberculina, fenómeno de hipersensibilidad retardada, los que le hicieron merecedor del Premio Nobel. Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 9 Nutrición e inmunidad Sistema Inmunitario y Nutrición U1 En 1884, estando en un laboratorio de biología marina en Italia, plasmó las observaciones iniciales sobre células fagocíticas de estrella de mar, que le dejaron desplegar la teoría de inmunidad celular, fagocitosis. Posteriormente, siguió investigando sobre fagocitosis en el Instituto Pasteur en París. Paul Ehrlich, hizo aportes en las áreas de inmunidad, serología e inmunobiología. Ehrlich desarrolló diferentes tinciones citoquímicas en tejidos; desarrolló las tinciones más usadas en hematología para teñir las células sanguíneas. En 1891, siendo asistente de Koch, empezó a realizar estudios inmunológicos. En 1897 hace su primera aportación a la inmunología describiendo un método para estandarizar la preparación de toxina y anti-toxina diftérica. Ehrlich realizó contribuciones teóricas sobre la formación de anticuerpos; postuló la hipótesis de las cadenas laterales. Asimismo, planteó unos mecanismos en la patogenia de hemólisis inmune. Posteriormente hizo importantes aportes en el tratamiento de tripanosomiasis y sífilis. 1913, Charles Richet investigó el efecto del veneno de invertebrados marinos sobre mamíferos. Junto a Paul Portier detalló la Anafilaxia. Así manifestó que los mecanismos protectores de la inmunidad del mismo modo podrían causar enfermedad. Jules Bordet, 1919 Hizo trascendentes aportaciones al entendimiento del mecanismo bactericida mediado por complemento. En 1899 detallo el fenómeno de hemólisis específica. Luego, junto a Octave Gengou, explicó el fenómeno de fijación de complemento y sus posibilidades diagnósticas. Karl Landsteiner en 1901, estudiando anticuerpos antieritrocitarios encontró el sistema antigénico ABO en los glóbulos rojos. Después, con Philip Levine en 1926, describe el sistema MNP y en 1940 con Alexander Wiener describe el sistema Rh. En otro orden, Landsteiner fue el primero en demostrar que la poliomielitis se conseguía producir en primates no humanos y uno de los primeros en hacer la misma observación en sífilis. Por otra parte, aportó a entender las bases químicas de las interacciones antígeno-anticuerpo. En 1951, Max Theiler definió que la Fiebre amarilla era provocada por un virus filtrable; luego consiguió virus atenuados y logró inmunizar contra esta infección. Sus estudios permitieron obtener la actual vacuna contra la Fiebre amarilla. En 1957, Daniel Bovet trabajó con Emile Roux en la respuesta del sistema nervioso autónomo a varios productos químicos. Se interesó en sustancias que pudieran o ponerse a la acción de la histamina y desde allí surgieron drogas antihistamínicas para el tratamiento de alergias, como el asma y la fiebre del heno. Figura 4 Científico Figura 3 Vacuna contra la gripe. Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 10 Nutrición e inmunidad Sistema Inmunitario y Nutrición U1 Macfarlane Burnet Alrededor de 1950 Burnet propone una teoría sobre la formación de anticuerpos, llamada la teoría de la selección clonal, postuló que la respuesta inmune se desarrolla tardíamente durante la vida embrionaria e involucra un sistema de reconocimiento de lo propio y lo extraño. Peter Medawar originalmente se interesó en la reparación de tejidos y problemas relacionados a los trasplantes. Unos años más tarde demostró la teoría postulada por Burnet en experimentos efectuados en ratones. En 1972, Rodney Porter y Gerald Edelman. Recibieron el Premio Nobel por sus aportes en la estructura química de los anticuerpos, las inmunoglobulinas. Ambos trabajaron con la misma inmunoglobulina, hoy conocida como IgG, pero cada uno la presentó con diferentes métodos analíticos. Porter utilizó diferentes enzimas; en 1958, a partir de la molécula IgG purificada, manipulando papaína consiguió dos fragmentos Fab (fragmento que une antígeno) iguales y un fragmento Fc (fragmento cristalizable). Edelman, a partir de IgG de Mieloma Múltiple y utilizando urea, obtuvo la separación en cadenas pesadas y livianas. Igualmente explicó que diferentes anticuerpos de cerdos guinea poseían distinta movilidadelectroforética. Luego Porter y contribuyentes expusieron que cada molécula de inmunoglobulina estaba constituida por dos cadenas pesadas y dos cadenas livianas. Posteriormente, Porter, Edelman y otros científicos llevaron a cabo la primera secuenciación aminoacídica parcial de las cadenas de los anticuerpos. En 1969, Edelman y colaboradores realizaron la secuenciación aminoacídica completa de la molécula de inmunoglobulina, lo que ayudó a especificar sus incomparables dominios funcionales. A comienzos de la década del 50, Rosalyn Yalow junto a Solomon Berson, experimentaron las causas de la resistencia a la insulina en la diabetes. Expusieron la formación de anticuerpos anti-insulina; el complejo antígenoanticuerpo, lograron medir desarrollando un método inmunorradiométrico de competencia en que marcaban con un isótopo el antígeno. Este método ha sido utilizado de base a las técnicas de radioinmunoanálisis, hoy por hoy son usadas para la detección de diferentes antígenos en el orden de los nanogramos o picogramos. 1980, Benacerraf, Dausset y Snell. Se les otorgó el Premio Nobel a Benacerraf, Dausset y Snell por su aportación en moléculas genéticamente estipuladas en la superficie celular y que regularizan las reacciones inmunológicas. George Snell a mediados de la década del cuarenta desarrolló cepas congénicas de ratones, las que sólo se diferencian en un locus génico. Junto con Peter Gorer, evidenciaron que los genes intervienen en la síntesis del antígeno II, denominado posteriormente H-2; hoy conocido como Complejo Principal de Histocompatibilidad, clase II (MHC-II). Conjuntamente definieron que de estos antígenos depende el éxito o el fracaso de los injertos entre ratones congénicos. En los experimentos que condujeron a estos fundamentales hallazgos participó Gustavo Hoecker S, profesor e inmunólogo chileno, y Premio Figura 4 Científico Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 11 Nutrición e inmunidad Sistema Inmunitario y Nutrición U1 Nacional de Ciencias 1989. Jean Dausset descubrió que los pacientes que reciben múltiples transfusiones sanguíneas originan isoanticuerpos contra los leucocitos del dador. Estos anticuerpos reaccionan con los antígenos de superficie de los leucocitos del dador o con el mismo antígeno en los leucocitos de otras personas. Poco después se relacionó la producción de una respuesta inmune a los HLA con los rechazos de injertos. Baruj Benacerraf y colaboradores aclararon que diferentes genes presentes en el locus del Complejo Principal de Histocompatibilidad, en la región I, también participan en el control de la respuesta inmune. César Milstein y George Köhler en la década del setenta elaboraron la metodología para obtener anticuerpos monoclonales. Henry Kunkel y contribuyentes descubrieron que los mielomas, tumores de células plasmáticas producían anticuerpos monoclonales; en 1962 Michael Potter reveló que dicho tumor podía ser inducido en ratones y otros descubrieron que lograban crecer indefinidamente en cultivo. Ambos emprendieron la tarea de inmortalizar células formadoras de anticuerpo por fusión con células de mieloma, con el propósito de estudiar las bases genéticas de la diversidad de los anticuerpos. Para ello, usaron una línea celular mutante de mieloma deficiente en la enzima hipoxantina fosforibosiltransferasa; células que mueren en un medio que contiene hipoxantina, aminoptirina y timidina, pero las células híbridas sobreviven, pudiendo ser seleccionadas. Éstas sintetizan anticuerpos con una única especificidad en forma indefinida. Los anticuerpos monoclonales han sido una poderosa herramienta en el estudio molecular de diversas macromoléculas y su aplicación se realiza tanto en ciencias básicas, como en clínica. Nils Jerne realizó varias contribuciones a la inmunología. Principalmente hizo aportes teóricos. En 1955, fue el primer científico moderno que planteó la teoría selectiva para la formación de los anticuerpos, en la cual el antígeno selecciona el anticuerpo a partir de un repertorio preformado. En 1971, postula una hipótesis sobre el desarrollo de especificidades del repertorio de células T; dice que el principal estímulo para que los linfocitos se dividan en el timo son los antígenos MHC. En 1974, desarrolla la teoría más importante; predijo que cada molécula de anticuerpo tiene una región inmunogénica específica llamada marcador idiotípico, que estimularía la formación de un segundo anticuerpo que reaccionaría con ese marcador y así sucesivamente, pudiendo representar uno de los principales mecanismos reguladores de la respuesta inmune. Susumu Tonegawa recibió el Premio Nobel por sus trabajos en biología molecular de los genes de inmunoglobulinas, mostrando cómo se genera la diversidad de las inmunoglobulinas. En 1965 Dreyer y Bennett propusieron que podría ser necesario menos DNA para codificar las diferentes especificidades de las inmunoglobulinas si múltiples genes para regiones variables se combinaban con un único gen para región constante. En 1976, Tonegawa y Hozumi confirmaron la hipótesis de Dreyer y Bannett; demostraron que en el DNA embrionario los segmentos génicos variables y constantes estaban separados. Luego Tonegawa, Gilbert y Maxam mostraron, en diferentes células, que estos dos genes estaban Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 12 Nutrición e inmunidad Sistema Inmunitario y Nutrición U1 aún separados por DNA no codificante. Más adelante, Tonegawa y Philip Leder, encontraron que la secuencia amininoacídica de la región V de la cadena L tenía más aminoácidos que los codificados por los segmentos génicos V. Tonegawa y colaboradores pronto encontraron el segmento restante que llamaron J (“joining”, unión). Posteriormente, Tonegawa y Leroy Hood describieron que en el caso de la región variable de las cadenas H, intervenía otro segmento génico adicional a V y J que denominaron D (“diversity”, diversidad). Los trabajos de Tonegawa han tenido repercusión en el conocimiento de la variabilidad genética de los receptores de linfocitos T (TCR). 1996, Doherty y Zinkernagel se les otorgó el Premio Nobel por la demostración de la restricción MHC en el reconocimiento de antígenos virales sobre células infectadas, por parte de los linfocitos T citotóxicos. En la década del setenta Doherty y Zinkernagel realizaron experimentos en un sistema in vitro que permitía medir la capacidad de células efectoras de destruir células blanco infectadas por virus; utilizaron el virus de la coriomeningitis linfocítica (LCMV) que infecta ratones. Cuando los dos tipos celulares (linfocito T citotóxico y célula blanco) pertenecían a la misma cepa de ratón, la muerte fue eficiente. En cambio cuando ambas células pertenecían a ratones con diferente haplotipo MHC, la destrucción de las células blanco generalmente no ocurre. Ellos concluyeron que la célula efectora debía reconocer dos señales sobre la célula infectada, una derivada del virus y otra de las moléculas MHC presentes en la célula blanca. Puedes inferior que la trayectoria histórica y los acontecimientos de la inmunología permiten valorar los descubrimientos y ayuda médica para conservar la salud, 1.2 Concepto de inmunología y nutrición La palabra “inmunidad” proviene del latín “immunitas” que tiene como significado la defensa ante los procesos legales que gozaban los senadores romanos mientras se encontraban con la actividad de su cargo. Historialmente, se refiere a la defensa frente a la enfermedad y de manera más detallada a la protección ante enfermedades infecciosas. Entonces podemos decir que, inmunidad hace referencia a los procesos en los cuales el organismo sintetiza o adquiere ya sintetizados anticuerpos en respuesta a un gran conjunto de moléculas extrañas al organismo, enfermedad. En su conjunto se le llama sistemainmune. Por otro lado, la nutrición es la ingesta de alimentos en relación con las necesidades dietéticas del organismo. Una buena nutrición se basa en una dieta suficiente y equilibrada Figura 5 Vacunación https://www.youtube.com/watch?v=uTMjbXeZjp8 Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 13 Nutrición e inmunidad Sistema Inmunitario y Nutrición U1 combinada con el ejercicio físico regular, es un elemento fundamental de la buena salud. (OMS, 2017). La mal nutrición y las infecciones están ligadas inevitablemente, lo cual confirma que la depresión del sistema inmune en malnutrición, genera mayores riesgo y hace más severas las infecciones. Está demostrado que la deficiencia de aminoácidos específicos disminuye la reacción de los anticuerpos y en a veces el desequilibrio entre ellos, provoca una reacción más agravada. Una mala nutrición puede reducir la inmunidad, aumentar la vulnerabilidad a las enfermedades, alterar el desarrollo físico y mental, y reducir la productividad. Se puede decir que, la relación que existe entre la nutrición y la inmunidad es un fenómeno muy complejo, ya que los alimentos y los nutrientes llevan a cabo un papel muy importante en el desarrollo y la preservación del sistema inmune, es por esto que cualquier desequilibrio nutricional afectará en alguna medida la eficacia del sistema inmune, No obstante, en esta unidad se comenzará con los aspectos básicos de la inmunología para posteriormente comprender en unidades posteriores la relación del sistema inmune y los alimentos que lo ayuden a mantenernos sanos. 1.3 Respuesta antígeno-anticuerpo Los anticuerpos, o inmunoglobulinas, son una familia de glucoproteínas con una estructura relacionada que los linfocitos B producen en la forma membranaria o secretada. Los anticuerpos unidos a la membrana sirven de receptores que median la activación inducida por el antígeno de los linfocitos B. Los anticuerpos secretados funcionan como mediadores de la inmunidad humoral específica, al activar varios mecanismos efectores que sirven para eliminar los antígenos unidos a ellos. Las regiones de unión al antígeno de las moléculas de anticuerpo son muy variables, cada uno con diferente especificidad por el antígeno. Todos los anticuerpos tienen una estructura nuclear simétrica común de dos cadenas pesadas idénticas y dos cadenas ligeras idénticas unidas por enlaces covalentes, con cada cadena ligera unida a una cadena pesada. Cada cadena consta de dos Figura 6 Antígeno y anticuerpo. https://www.youtube.com/watch?v=ZrloJtXZw1w https://www.youtube.com/watch?v=PbtbbwrUo-M https://www.youtube.com/watch?v=FquR5V4eb-4 https://www.youtube.com/watch?v=H-P96ko55Vo https://www.youtube.com/watch?v=dZxpCHce6n4 https://www.youtube.com/watch?v=dZxpCHce6n4 Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 14 Nutrición e inmunidad Sistema Inmunitario y Nutrición U1 o más dominios de Ig plegados de forma independiente de unos 110 aminoácidos, que contienen secuencias conservadas y enlaces disulfuro intracatenarios. Los dominios N terminales de las cadenas pesadas y ligeras forman las regiones V de las moléculas de anticuerpo, que difieren entre los anticuerpos de diferentes especificidades. Las regiones V de las cadenas pesadas y ligeras contienen cada una tres regiones hipervariables separadas de unos 1 0 aminoácidos que se ensamblan en el espacio, de modo que forman la zona de unión al antígeno de la molécula de anticuerpo. Los anticuerpos se clasifican en diferentes isotipos y subtipos en función de diferencias en las regiones C de la cadena pesada, que constan de tres o cuatro dominios C de Ig, y estas clases y subclases tienen propiedades funcionales diferentes. Las clases de anticuerpo se llaman IgM, IgD, IgG, IgE e IgA. Las dos cadenas ligeras de una sola molécula de Ig tienen el mismo isotipo de cadena ligera, k, o X, que difieren en sus dominios C únicos. La mayoría de las funciones efectoras de los anticuerpos están mediadas por las regiones C de las cadenas pesadas, pero estas funciones las induce la unión de los antígenos a la zona de unión de la región V situada en una zona alejada del espacio. Los anticuerpos monoclonales se producen a partir de un solo clon de linfocitos B y reconocen un solo determinante antigénico. Los anticuerpos monoclonales pueden generarse en el laboratorio y se usan ampliamente en la investigación, el diagnóstico y el tratamiento. Los antígenos son sustancias que se unen específicamente a los anticuerpos o los receptores del linfocito T para el antígeno. Los antígenos que se unen a los anticuerpos representan una amplia variedad de moléculas biológicas, como azúcares, lípidos, glúcidos, proteínas y ácidos nucleícos. Esto contrasta con los receptores del linfocito T para el antígeno, que reconocen solo antígenos peptídicos. Los antígenos macromoleculares contienen múltiples epítopos o determinantes, cada u no reconocido por un anticuerpo. Los epítopos lineales de los antígenos proteínicos constan de una secuencia de aminoácidos adyacentes, y los determinantes tridimensionales están formados por el plegado de una cadena polipeptídica. http://atlas.med.uchile.cl/21.htm Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 15 Nutrición e inmunidad Sistema Inmunitario y Nutrición U1 La afinidad de la interacción entre la zona de unión al antígeno de una sola molécula de anticuerpo y un solo epítopo se representa generalmente por la constante de disociación (Kd), que se calcula a partir de los datos de la unión. Los antígenos polivalentes contienen múltiples epítopos idénticos, a los que pueden unirse moléculas idénticas de anticuerpo. Los anticuerpos pueden unirse simultáneamente a dos o, en el caso de la IgM, hasta 10 epítopos idénticos, lo que aumenta la avidez de la interacción entre el anticuerpo y el antígeno. Las concentraciones relativas de antígenos polivalentes y de anticuerpos pueden favorecer la formación de inmunocomplejos que pueden depositarse en los tejidos y causar lesiones. La unión del anticuerpo al antígeno puede ser muy específica y distinguir pequeñas diferencias en las estructuras químicas, pero pueden surgir reacciones cruzadas en las que el mismo anticuerpo se una a dos o más antígenos. En el curso de una respuesta inmunitaria pueden producirse varios cambios en la estructura de los anticuerpos producidos por un clon de linfocitos B. Los linfocitos B producen inicialmente solo Ig unida a la membrana, pero en los linfocitos B activados y las células plasmáticas, se induce la síntesis de Ig solubles con la misma especificidad antigénica que el receptor Ig original unido a la membrana. Los cambios en el uso de los segmentos génicos de la región C sin cambios en las regiones V son la base del cambio de isotipo, que conduce a cambios en la función efectora sin alterar la especificidad. Las mutaciones puntuales en las regiones V de u n anticuerpo específico frente a un antígeno aumentan la afinidad por ese antígeno (maduración de la afinidad). 1.4 Anatomía del sistema inmune Componentes celulares del sistema inmunitario adaptativo El sistema inmunitario se compone, al igual que otros órganos de la fisiología, de células especializadas bien diferenciadas para realizar su papel en la defensa del huésped, incluidas en estructuras anatómicas organizadas que son los órganos del sistema inmunitario. Dentro de las primeras nos encontramos: Granulocitos: El linaje granulocito/monocitos da lugar a los precursores que maduran en la médula ósea y son liberados a la sangre. Constituyen alrededor del 65% de todos los leucocitos y su nombre deriva de la cantidad de gránulos presentes en su citoplasma. Según la coloración de éstos al someterlos a una tinción Figura 7 Clasificación de anticuerpos.Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 16 Nutrición e inmunidad Sistema Inmunitario y Nutrición U1 convencional, se pueden subdividir en: basófilos (suponen el 0,5-1% y sus gránulos se tiñen de color azul intenso), eosinófilos (3-5% con gránulos rojos) y neutrófilos blancos (90-95% con gránulos casi sin teñir). Los granulocitos circulan en la sangre y migran a los tejidos durante la respuesta inflamatoria; como excepción el mastocito (célula que comparte características comunes con el basófilo aunque con un origen distinto) que permanece fijo en los tejidos. Monocitos: Constituyen un 5-10% de los leucocitos circulantes, teniendo una vida media de 24h, entran en la reserva extravascular y se convierten en residentes en los tejidos, recibiendo el nombre de macrófagos. Estos se especializan en macrófagos alveolares (pulmón), células de Kupffer (hígado), células mesangiales (riñón), células de microglía (cerebro) y osteoclastos (hueso), y otros macrófagos que revisten los conductos del bazo y los ganglios linfáticos. Las células dendríticas: Tienen unas prolongaciones citoplasmáticas características y son una pequeña población adicional de células inmunitarias que se encuentran en la sangre, ganglios linfáticos, médula ósea y tejidos. Desempeñan una función muy especializada en la activación y la instrucción de los linfocitos. Linfocitos: Representan el 25-35% restante de leucocitos y su nombre deriva de su asociación directa con el sistema linfático. Están presentes en la sangre, en los órganos y tejidos linfoides y en los lugares de inflamación crónica. Se dividen en 2 subtipos, los B y los T, presentes en la sangre en proporción 1/5 y se diferencian por la presencia de glicoproteínas en su superficie. Los linfocitos B se diferencian en la médula ósea antes de ser liberados a la circulación, su papel principal es el reconocimiento de macromoléculas (denominadas antígenos) a través de los receptores de superficie (llamados anticuerpos). Los linfocitos B pueden convertirse en células plasmáticas y permanecer en los tejidos actuando como secretores de anticuerpos solubles. Los linfocitos T (derivados del timo) cuya capacidad de reconocer lo propio frente a lo extraño y provocar la muerte de los tejidos no emparentados se adquiere durante los primeros años de vida en el timo. Estas células contribuyen eficazmente a la función de los linfocitos B. Linfocitos asesinos naturales (natural Killer): Se han identificado pequeñas poblaciones de células similares a linfocitos T pero diferentes; son capaces de destruir las células infectadas por virus y las tumorales sin necesidad de las “instrucciones” del timo. Se identifican por la presencia de glicoproteínas de superficie especializadas y característicamente poseen un citoplasma muy granulado. Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 17 Nutrición e inmunidad Sistema Inmunitario y Nutrición U1 Figura 8 Células del sistema inmune. Por otra parte, los órganos del sistema inmunitario se dividen en: órganos linfoides primarios (médula ósea y timo), siendo estos los lugares de desarrollo y la maduración de las células inmunitarias, y secundarios: ganglios linfáticos, bazo, tejido linfoide asociado a mucosa (MALT) y tejido linfoide asociado al intestino (GALT) cuyas funciones son: ser la residencia de diversas células linfoides, constituir una “trampa” para el antígeno, que es el material frente al que se suscitan las respuestas inmunitarias, y ser el lugar donde éstas se inician. Los leucocitos se especializan aún más en los órganos secundarios y los linfocitos recirculan a través de la sangre, los órganos linfoides secundarios y los vasos linfáticos en un proceso de vigilancia inmunitaria organizada. Si el ganglio linfático es un filtro para el antígeno en diversos tejidos, el bazo lo es para los antígenos de la sangre. Sus cualidades son similares a las de una esponja y hacen que el tráfico sanguíneo de células y proteínas pueda hacerse más lento para inspeccionarlas en particular con respecto a los agentes infecciosos y a los complejos antígeno-anticuerpo, que inducen una respuesta inmunitaria activa. En la pulpa roja del bazo se eliminan los eritrocitos y leucocitos envejecidos o defectuosos, que son fagocitados por los macrófagos residentes. Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 18 Nutrición e inmunidad Sistema Inmunitario y Nutrición U1 Figura 9 Defensa inmune humana. Los tejidos linfáticos se clasifican en órganos generadores, también llamados órganos linfáticos primarios o centrales, donde los linfocitos expresan por primera vez receptores para el antígeno y consiguen la madurez fenotípica y funcional, y en órganos periféricos, también llamados órganos linfáticos secundarios, donde se inician y desarrollan las respuestas del linfocito a antígenos extraños. Médula ósea La médula ósea es el lugar de generación de la mayoría de las células sanguíneas circulantes maduras, incluidos los eritrocitos, los granulocitos y los monocitos, y el lugar donde tienen lugar los primeros acontecimientos madurativos del linfocito B. La generación de todas las células sanguíneas, llamada hematopoyesis, ocurre al principio, durante el desarrollo fetal, en los islotes sanguíneos del saco vitelino y en el mesénquima paraaórtico, después se desplaza al hígado entre el tercer y cuarto mes de gestación, y cambia gradualmente de nuevo a la médula ósea. Los eritrocitos, los granülocitos, los monocitos, las células dendríticas, las plaquetas y los linfocitos B, T y N K se originan todos de una célula troncal hematopoyética común en la médula ósea Timo El timo es el lugar de maduración del linfocito T. El timo es un órgano bilobulado situado en la región anterior del mediastino. Cada lóbulo se divide en múltiples lóbulos por medio de tabiques fibrosos, y cada lóbulo consta de una corteza externa y una médula interna. La corteza contiene un cúmulo denso de linfocitos T y la médula que se tiñe de forma más Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 19 Nutrición e inmunidad Sistema Inmunitario y Nutrición U1 tenue está poblada de forma más escasa por linfocitos. Los macrófagos y las células dendríticas derivados de la médula ósea se encuentran casi exclusivamente en la médula. Sistema linfático El sistema linfático, que consiste en vasos especializados que drenan el líquido de los tejidos a los ganglios linfáticos y después hacia la sangre, es esencial para la homeostasis hídrica y las respuestas inmunitarias. El líquido intersticial se forma de manera innata en todos los tejidos vascularizados por el movimiento de u n filtrado de plasma que sale de los capilares, y la velocidad de formación local puede aumentar espectacularmente cuando el tejido se lesiona o infecta. La piel, el epitelio y los órganos parenquimatosos contienen numerosos capilares linfáticos que absorben este líquido de los espacios que hay entre las células tisulares. El sistema linfático recoge antígenos microbianos de las puertas de entrada y los transporta a los ganglios linfáticos, donde pueden estimular respuestas inmunitarias adaptativas. Ganglios linfáticos Los ganglios linfáticos son órganos linfáticos secundarios vascularizados y encapsulados con características anatómicas que favorecen el inicio de respuestas inmunitarias adaptativas frente a antígenos transportados por los vasos linfáticos desde los tejidos. Los ganglios linfáticos están situados a lo largo de los conductos linfáticos por todo el cuerpo y, por tanto, tienen acceso a antígenos que se encuentran en el epitelio y se originan en el líquido intersticial en la mayoría de los tejidos. Bazo El bazo es un órgano muy vascularizado, cuyas principales funciones son eliminar células sanguíneas viejas y dañadas y partículas (como inmunocomplejos y microbiosopsonizados) de la circulación e iniciar respuestas inmunitarias adaptativas frente a antígenos de transmisión hemática. El bazo pesa unos 150 g en los adultos y se localiza en el cuadrante superior izquierdo del abdomen. El parénquima esplénico se divide desde el punto de vista anatómico y funcional en la pulpa roja, compuesta sobre todo de sinusoides vasculares llenos de sangre, y la pulpa blanca, rica en linfocitos. La unción de la pulpa blanca es promover respuestas inmunitarias adaptativas frente a antígenos de transmisión hemática. Sistemas inmunitarios regionales Cada barrera epitelial importante del cuerpo, incluidas la piel y las mucosas digestiva y bronquial tiene su propio sistema de ganglios linfáticos, estructuras linfáticas no encapsuladas y células inmunitarias distribuidas de forma difusa, que actúan de forma coordinada para proporcionar respuestas inmunitarias especializadas contra los patógenos que atraviesan esas barreras. Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 20 Nutrición e inmunidad Sistema Inmunitario y Nutrición U1 1.5 Fisiología del sistema inmune Las principales células del sistema inmunitario son los linfocitos, las células presentadoras de antígenos y las células efectoras. Son los encargados de reconocer los antígenos extraños de manera específica y responden en contra de los antígenos encontrados, por lo que constituyen los mediadores de la inmunidad humoral y celular. Estos se subdividen en: Los linfocitos B son las únicas células capaces de producir anticuerpos. Reconocen los antígenos extracelulares incluso sobre su propia superficie y se diferencian en células plasmáticas secretoras de anticuerpos, por lo que actúan como mediadores de la inmunidad humoral. Los linfocitos T, las células de la inmunidad celular, reconocen los antígenos de los microorganismos intracelulares y sirven para destruir estos microbios o las células infectadas. Los linfocitos T no producen moléculas de anticuerpo. Los linfocitos T constan de poblaciones con funciones diferentes, entre las cuales las mejor definidas son las de los linfocitos T cooperadores y los linfocitos T citotóxicos ó citolíticos. En respuesta a un estímulo antigénico, los linfocitos T cooperadores secretan proteínas llamadas citocinas, que son responsables de muchas respuestas celulares de las inmunidades innata y adaptativa, y actúan así como moléculas mensajeras del sistema inmunitario. Las citocinas, mediadores solubles del sistema inmunitario. Las citocinas, son un grupo grande y hetergéneo de proteínas secretadas, producidas por muchos tipos de células diferentes, median y regulan todos los aspectos de las inmunidades innatas y adaptivas. La gran mayoría de ellas se denominan de acuerdo a la función de las actividades biológicas que se han descubierto que poseen y a unas se les llama interleucinas. Cuando se producen grandes cantidades las citocinas pueden entrar en la circulación y actuar a distancia de su lugar de producción, produciendo una acción endocrina. Figura 10 Protección del sistema inmune. Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 21 Nutrición e inmunidad Sistema Inmunitario y Nutrición U1 Algunas de ellas son mediadores y reguladores de la inmunidad innata, por mencionar algunas como las células dendríticas, los macrófagos y los mastocitos. Dirigen el proceso de inflamación o contribuyen a las defensas contra las infecciones víricas. Otras citocinas, especialmente las producidas por subgrupos de linfocitos T cooperadores, contribuyen a la defensa del anfitrión mediada por el sistema inmunitario adaptativo y también regulan respuestas inmunitarias. Los miembros de esta categoría de citocinas también son responsables de la activación y diferenciación de los linfocitos T y B. Algunas citocinas son factores de crecimiento para la hematopoyesis y regulan la generación de diferentes tipos de células inmunitarias a partir de los precursores presentes en la médula ósea. Las células de los sistemas inmunitarios innatos y adaptativo están presentes normalmente en forma de células circulantes en la sangre y en la linfa, en forma de grupos definidos por criterios anatómicos en órganos linfáticos y en forma de células dispersas en casi todos los tejidos. La organización anatómica de estas células y su capacidad para circular e intercambiarse entre la sangre, la linfa y los tejidos tiene una importancia fundamental para la generación de las respuestas inmunitaria. El sistema inmunitario se enfrenta a numerosos desafíos con el fin de generar respuestas protectoras eficaces contra microorganismos infecciosos. En primer lugar, el sistema debe ser capaz de responder con rapidez a cantidades reducidas de muchos microbios diferentes que pueden introducirse en cualquier lugar del cuerpo. Segundo, en la respuesta inmunitaria adaptativa, muy pocos linfocitos vírgenes específicos reconocen y responden a un antígeno. Tercero, los mecanismos efectores del sistema inmunitario adaptativo (anticuerpos y linfocitos T efectores) pueden tener que localizar y destruir microbios en lugares alejados de la zona donde se indujo la respuesta inmunitaria. La capacidad del sistema inmunitario para enfrentarse a estos desafíos y de llevar a cabo sus funciones protectoras de una forma óptima depende de varias propiedades de sus células y tejidos. Las principales células y tejidos del sistema inmunitario y sus funciones importantes son las siguientes: Los macrófagos son fagocitos presentes de forma innata en los tejidos, que responden con rapidez a los microbios que entran en estos tejidos. Los neutrófilos, un tipo abundante de fagocito, y los monocitos, los precursores de los macrófagos tisulares, están siempre en la sangre y pueden llegar rápidamente a cualquier lugar del cuerpo. Los tejidos especializados, presentes en los llamados órganos linfáticos periféricos, concentran los antígenos microbianos que se introducen, a través de vías de acceso frecuentes (piel y aparatos digestivo y respiratorio). La captura del antígeno y su transporte a los órganos linfáticos son los primeros pasos en las respuestas inmunitarias adaptativas. Los antígenos que se transportan a los órganos linfáticos Figura 11 Ataque de virus. Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 22 Nutrición e inmunidad Sistema Inmunitario y Nutrición U1 los muestra la célula presentadora de antígenos (APC) a los linfocitos específicos para su reconocimiento. Casi todos los tejidos contienen células dendríticas, que son APC especializadas en la captura de antígenos microbianos, su transporte a los tejidos linfáticos y su presentación para el reconocimiento linfocitario. Los linfocitos vírgenes (linfocitos que no han entrado todavía en contacto con sus antígenos) migran a través de estos órganos linfáticos periféricos, donde reconocen a los antígenos e inician las respuestas inmunitarias adaptativas. La anatomía de los órganos linfáticos promueve interacciones intercelulares necesarias para el reconocimiento del antígeno por los linfocitos y para la activación de los linfocitos vírgenes, lo que da lugar a la generación de linfocitos efectores y memoria. Los linfocitos efectores y memoria circulan en la sangre, se asientan en zonas periféricas de entrada del antígeno y son retenidos allí de forma eficiente. Ello asegura que la inmunidad sea sistémica (es decir, que los mecanismos protectores actúen en cualquier lugar del cuerpo). Las respuestas inmunitarias evolucionan en varios pasos, y las propiedades especiales de las células y tejidos inmunitarios desempeñan una función fundamental. Células del sistema inmunitario Las células que desempeñan funciones especializadas en las respuestas inmunitarias innatas y adaptativas son los fagocitos, las célulasdendríticas, los linfocitos específicos frente al antígeno y otros diversos leucocitos que actúan eliminando los antígenos. Fagocitos Los fagocitos, entre los que se cuentan los neutrófilos y los macrófagos, son las células cuya principal función es identificar, ingerir y destruir los microbios. Las respuestas funcionales de los fagocitos en la defensa del anfitrión consisten en una secuencia de pasos: reclutamiento de las células en las zonas de infección, reconocimiento de los microbios y activación por ellos, ingestión de los microbios por el proceso de la fagocitosis y destrucción de los microbios ingeridos. Además, a través del contacto directo y la secreción de proteínas, los fagocitos se comunican con otras células en diversas formas que promueven o regulan las respuestas inmunitarias. Las funciones efectoras de los fagocitos son importantes en la inmunidad innata, y también en la fase efectora de algunas respuestas inmunitarias adaptativas Neutrófilos Los neutrófilos, también llamados leucocitos polimorfonucleares, son la población más abundante de leucocitos circulantes y median las primeras fases de las reacciones inflamatorias. Los neutrófilos circulan como células esféricas de unas 12 a 15 um de diámetro con numerosas proyecciones membranarías. El núcleo de un neutrófilo está segmentado en tres a cinco lóbulos conectados, de aquí el sinónimo leucocito polimorfonuclear. Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 23 Nutrición e inmunidad Sistema Inmunitario y Nutrición U1 Fagocitos mononucleares El sistema fagocitíco mononuclear consta de células cuya principal función es la fagocitosis y que desempeñan papeles centrales en las inmunidades innatas y adaptativa. Las células del sistema fagocitico mononuclear se originan en un precursor común en la médula ósea, circulan en la sangre, y m aduran y se activan en varios tejidos. El tipo celular en esta línea que entra en la sangre periférica desde la médula no está completamente diferenciado y se llama monocito. Los monocitos tienen 10 a 15 um de diámetro y núcleos arriñonados con un citoplasma finamente granulado que contiene lisosomas, vacuolas fagociticas y filamentos citoesqueléticos Los monocitos son heterogéneos y constan de al menos dos subgrupos, que se distinguen por las proteínas de superficie y la cinética de migración a los tejidos. A una población se le llama inflamatoria porque se la recluta rápidamente desde la sangre a las zonas de inflamación tisú lar. El otro tipo puede ser la fuente de macrófagos residentes en los tejidos y de algunas células dendriticas. Una vez que entran en los tejidos, estos monocitos m aduran y se convierten en macrófagos. Los macrófagos de diferentes tejidos han recibido nombres especiales para designar localizaciones específicas. Por ejemplo, en el sistema nervioso central se llaman células microgliales; cuando recubren las sinusoides vasculares del hígado, se llaman células de Kupffer; en las vías respiratorias del pulmón se llaman macrófagos alveolares; y los fagocitos multinucleados del hueso se llaman osteoclastos. Los macrófagos realizan varias funciones importantes en las inmunidades innatas y adaptativa. • Una función importante de los macrófagos en la defensa del anfitrión es ingerir y matar microbios. Entre los mecanismos de eliminación, está la generación enzimática de especies reactivas del oxígeno y del nitrógeno, que son tóxicas para los microbios, y la digestión proteolítica. • Además de ingerir microbios, los macrófagos también ingieren células muertas del anfitrión como parte de u n proceso de limpieza después de la infección o la lesión tisular estéril. Por ejemplo, fagocitan neutrófilos muertos, que se acumulan con rapidez en las zonas de infección o el tejido muerto causado por los traumatismos o la interrupción del riego sanguíneo. Los macrófagos también reconocen e ingieren células apoptósicas antes de que estas puedan liberar su contenido y respuestas inflamatorias. A lo largo del cuerpo y de la vida de un sujeto, las células no deseadas. Los macrófagos se activan para realizar sus funciones al reconocer muchos tipos diferentes de moléculas microbicidas, así como moléculas del anfitrión producidas en respuesta a las infecciones. Los macrófagos pueden adquirir capacidades funcionales especiales, dependiendo de los tipos de estímulos activadores. Mastocítos, basófilos y eosinófilos Los mastocítos, los basófilos y los eosinófilos son tres células adicionales que participan en las respuestas inmunitarias innatas y adaptativas. Los tres tipos de células comparten la Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 24 Nutrición e inmunidad Sistema Inmunitario y Nutrición U1 característica común de tener gránulos citoplásmicos llenos de varios mediadores inflamatorios y antimicrobianos. Otra característica común de estas células es su implicación en respuestas inmunitarias que protegen contra helmintos y respuestas inmunitarias que causan enfermedades alérgicas. Figura 12 Células blancas de la sangre. Mastocitos Los mastocitos son células derivadas de la médula ósea presentes en la piel y el epitelio mucoso que contienen abundantes granulos citoplásmicos llenos de citocinas, histamina y otros mediadores. El factor de célula troncal (también llamado ligando de c-Kit) es una citocina esencial para el desarrollo del mastocito. Normalmente no se encuentran mastocitos maduros en la circulación, pero están presentes de forma constitutiva en los tejidos sanos, habitualmente junto a vasos sanguíneos pequeños y nervios. Basófilos Los basófilos son granulocitos sanguíneos con muchas similitudes estructurales y funcionales con los mastocitos. Como otros granulocitos, los basófilos derivan de progenitores de la médula ósea (una línea diferente a la de los mastocitos), m aduran en la médula ósea y circulan en la sangre. Los basófilos constituyen menos del 1 % de los leucocitos sanguíneos. Aunque normalmente no están presentes en los tejidos, los basófilos pueden ser reclutados en algunas zonas inflamatorias. Eosinófilos Los eosinófilos son granulocitos sanguíneos que expresan gránulos citoplásmicos que contienen enzimas lesivas para las paredes celulares de los parásitos, pero que también pueden dañar los tejidos del anfitrión. Los gránulos de los eosinófilos contienen proteínas básicas que ligan pigmentos ácidos como la eosina Células presentadoras de antígenos Las células presentadoras de antígenos (APC) son poblaciones celulares especializadas en la captura de antígenos microbianos y de otros tipos, que los muestran a los linfocitos y producen señales que estimulan la proliferación y diferenciación de los linfocitos. Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 25 Nutrición e inmunidad Sistema Inmunitario y Nutrición U1 Células dendríticas Las células dendríticas son las APC más importantes que activan a los linfocitos T vírgenes y pueden desempeñar funciones importantes en las respuestas innatas a las infecciones y en la alianza entre las respuestas inmunitarias innatas y adaptativas. Células presentadoras de antígenos para linfocitos T efectores Además de las células dendríticas, los macrófagos y los linfocitos B realizan importantes funciones presentadoras de antígenos en las respuestas inmunitarias mediadas por los linfocitos T cooperadores CD4. Los macrófagos presentan el antígeno a los linfocitos T cooperadores en los lugares de la infección, lo que activa al linfocito T cooperador y lleva a la producción de moléculas que activan aún más los macrófagos. Este proceso es importante para la erradicación de microbios ingeridos por los fagocitos que se resisten a ser eliminados. Células dendríticas foliculares Las células dendríticas foliculares (FDC) son células con proyecciones membranarias que seencuentran entremezcladas entre cúmulos especializados de linfocitos B activados, llamados centros germinales, en los folículos linfáticos de los ganglios linfáticos, el bazo y los tejidos linfáticos de las mucosas. Linfocitos Los linfocitos, las células más características de la inmunidad adaptativa, son las únicas células del cuerpo que expresan receptores para el antígeno distribuidos deforma clonal, cada uno con una especificidad exquisita frente a un determinante antigénico diferente. Cada clon de linfocitos constituye la progenie de una célula y expresa receptores para el antígeno con una sola especificidad. Por esto se dice que la población total de receptores para el antígeno en el sistema inmunitario adaptativo tiene una distribución clonal. Como se expone aquí y en capítulos posteriores, hay millones de clones de linfocito en el cuerpo, que posibilitan que el organismo reconozca y responda a millones de antígenos extraños. Subgrupos de linfocitos Los linfocitos constan de subgrupos distintos que difieren en sus funciones y productos proteínicos. Las proteínas de membrana se utilizan como marcadores fenotípicos para distinguir las diferentes poblaciones de linfocitos En las respuestas inmunitarias adaptativas, los linfocitos vírgenes que emergen de la médula ósea o del timo migran a los órganos linfáticos periféricos, donde los activan los antígenos para que proliferen y se diferencien en células efectoras y memoria, algunas de las cuales migran a los tejidos. Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 26 Nutrición e inmunidad Sistema Inmunitario y Nutrición U1 Para conocer más el sistema inmune se presentan los siguientes materiales. Parham P (2006). Capítulo 1. Elementos del sistema inmunitario y su papel en la defensa. En Inmunología. 2da. Edición., Pamnamericana: Argentina Un profesor.com (2016) Órganos y células del sistema inmune [video] Disponible en: https://www.youtube.com/watch?v=SuydJYJ4SlY 1.6 Principales mecanismos del sistema inmunitario Como se ha mencionado anteriormente, existen dos tipos de inmunidad, la innata y la adaptiva. A continuación se describe con mayor detenimiento cada una. La inmunidad innata, conocida como inmunidad natural o nativa, es la inicial línea de defensa contra los microbios. Está constituida de mecanismos de protección celulares y bioquímicos que existen antes de la infección y que logran responder con rapidez a ella. Los cuales reaccionan con los microbios y con los productos de las células dañadas, y responden de una forma prácticamente semejante a infecciones repetidas. Los mecanismos de la inmunidad innata son definidos frente a estructuras que son comunes a grupos de microbios relacionados y consiguen no distinguir diferencias ligeras entre microbios. La inmunidad innata tiene componentes principales que son: Barreras físicas y químicas, como el epitelio y las sustancias químicas antimicrobianas producidas en las superficies epiteliales. Células fagocíticas (neutrófilos, macrófagos), células dendríticas y linfocitos citolíticos naturales (NK). Proteínas sanguíneas, incluidos miembros del sistema del complemento y otros mediadores de la inflamación. Proteínas llamadas atocinas, que regulan y coordinan muchas de las actividades de las células de la inmunidad innata. Las particulares definidoras de la inmunidad adaptativa son una fina especificidad frente a moléculas diferentes y una capacidad de acordarse y manifestar de forma más intensa a exposiciones repetidas al mismo microbio. Es capaz de recordar y responder a un gran número de sustancias microbianas y de otro tipo. Asimismo, posee una sorprendente capacidad para diferenciar entre diferentes microbios y moléculas, inclusive las que se encuentran estrechamente relacionadas. Es por esto que también es conocida como inmunidad específica ó adquirida, ya que adquiere por medio de la experiencia. https://books.google.com.mx/books?id=IX3Sqib_1ooC&pg=PA1&dq=sistema+inmunologico+humano&hl=es&sa=X&ved=0ahUKEwjn9taUoYrVAhVB6CYKHe3FDiUQ6AEIRDAG#v=onepage&q=sistema%20inmunologico%20humano&f=false https://books.google.com.mx/books?id=IX3Sqib_1ooC&pg=PA1&dq=sistema+inmunologico+humano&hl=es&sa=X&ved=0ahUKEwjn9taUoYrVAhVB6CYKHe3FDiUQ6AEIRDAG#v=onepage&q=sistema%20inmunologico%20humano&f=false https://www.youtube.com/watch?v=SuydJYJ4SlY Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 27 Nutrición e inmunidad Sistema Inmunitario y Nutrición U1 La inmunidad adaptativa cuenta con sus principales componentes: Linfocitos y sus productos de secreción, como los anticuerpos. Antígenos que son las sustancias ajenas que suscitan respuestas inmunitarias especificas o son reconocidas por linfocitos o anticuerpos. •Especificidad:Frente a moléculas compartidas por grupos de microbios y moléculas relacionadas producidas por células dañadas del anfitrión •Diversidad: Limitada; codificada en línea germinal •No tienen memoria •Poseen falta de reactividad frente a lo propio •Sus barreras celulares y químicas estan constituidas por: Piel, epitelio de mucosa; moléculas antimicrobianas •Sus proteínas sanguineas estan compuestas por complementos •Sus células las componen los Fagocitos (macrófagos, neutrófilos), linfocitos citolíticos naturales Inmunidad Innata (Natural ó Nativa) •Especificidad:Frente a antígenos microbianos y no microbianos. •Dviersidad: Muy grande; los receptores se producen por recombinación somática de segmentos génicos •Si tienen memoria •Poseen falta de reactividad frente a lo propio. •Sus barreras celulares y químicas estan constituidas por: Linfocitos en epitelio; anticuerpos secretados en superficies epiteliales •Sus proteínas sanguineas estan compuestas por anticuerpos •Sus células las componen los linfocitos Inmunidad Adaptiva (Especifica ó Adquirida) Figura 13 Diferencias entre inmunidad Innata e inmunidad adaptativa. Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 28 Nutrición e inmunidad Sistema Inmunitario y Nutrición U1 Inmunidad Adaptativa Inmunidad Humoral Función: Bloquea las infecciones y elimina los microbios extracelulares M ic ro b io : M ic ro b io s e x tr a c e lu la re s L in fo c it o s r e a c ti v o s : L in fo c it o s B T ra n s fe ri d o p o r: S u e ro (a n ti c u e rp o s ) Inmunidad Celular Función: Activa los macróagos para que maten a los microbios fagocitados M M iic ro b io : M ic ro b io f a g o c it a d o e n e l m a c ró fa g o L in fo c it o s r e a c ti v o : L in fo c it o T c o o p e ra d o r T ra n s fe ri d o p o r C é lu la s (l in fo c it o s T ) Función: Mata las células infectadas y elimina los reservorios de la infección M ic ro b io : M ic ro b io s i n tr a c e lu la re s q u e s e r e p lic a n d e n tr o d e l a c é lu la in fe c ta d a L in fo c it o s r e a c ti v o s : L in fo c it o T c it o tó x ic o T ra n sf er id o p o r C él u la s (l in fo ci to s T ) Figura 14 Tipos de inmunidad Adaptativa. Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 29 Nutrición e inmunidad Sistema Inmunitario y Nutrición U1 Antigeno microbiano (Vacuna ó infección) Pasan días o semanas Produce infección Recuperación (inmunidad) Posee especificidad y memoria Suero (anticuerpos) procedente de sujetos inmunes Administra- ción de suero a sujeto no infectado Produce infección Recupera- ción (inmunidad) Posee especificidad, pero no tiene memoria Inmunidad Activa Inmunidad Pasiva Figura 15 Tipos de respuestas inmunitarias adaptativas. Universidad Abierta y a Distanciade México | DCSBA 30 Nutrición e inmunidad Sistema Inmunitario y Nutrición U1 Características principales de las respuestas inmunitarias adaptativas. En su especificidad: Asegura que la respuesta inmunitaria frente a un microbio (o antígeno no microbiano) se dirija a ese microbio (o antígeno). Su diversidad, capacita al sistema inmunitario para responder a una gran variedad de antígenos. En cuanto a la memoria, aumenta la capacidad de combatir infecciones repetidas por el mismo microbio. Su expansión clonal, permite aumentar el número de linfocitos específicos frene al antígeno capaces de controlar los microbios. En la especialización, genera respuestas que son óptimas para la defensa contra diferentes tipos de microbios. En contenido y homeostasis, permite al sistema inmunitario recuperarse de una respuesta de modo que pueda responder de forma eficaz a los antígenos con los que se encuentre de nuevo. Las respuestas inmunitarias están reguladas por un sistema de retroalimentación positiva en que amplifica la reacción y por mecanismos de control que impiden reacciones inapropiadas o patológicas. La inmunidad se logra adquirir por una respuesta al antígeno nombrado inmunidad activa, o conferirse por medio de la transferencia de anticuerpos o células originarios de un sujeto inmunizado conocido como inmunidad pasiva. El sistema inmunitario tiene diversas propiedades que son esenciales para sus funciones normales. Dentro de las cuales podemos mencionar a la especificidad frente a diferentes antígenos, una recopilación de diversidad, capaz de reconocer una gran variedad de antígenos, la memoria de la exposición al antígeno, la capacidad de propagar rapidez ente los clones de linfocitos específicos ante la presencia de un antígeno, las respuestas Figura 16 Ciclo de vida del virus. Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 31 Nutrición e inmunidad Sistema Inmunitario y Nutrición U1 especializadas frente a diferentes microbios, el mantenimiento de homeostasis y la capacidad de discriminar entre antígenos extraños y propios. Los linfocitos son las únicas células preparadas para reconocer de forma específica antígenos, y por ello son las primordiales células de la inmunidad adaptativa. Las dos principales subpoblacíones de linfocitos son los linfocitos B y los linfocitos T, y se diferencian en sus receptores para el antígeno y en sus funciones. La célula expositora especializada de antígenos, captura antígenos microbianos y los muestra para que sean reconocidos por los linfocitos. La expulsión de los antígenos requiere a menudo la participación de varias células electoras. La respuesta inmunitaria adaptativa la inicia el reconocimiento de antígenos extraños por linfocitos específicos. Los linfocitos responden mediante proliferación y diferenciación en células efectoras, cuya función es eliminar al antígeno y convertirse en células memoria, que muestran respuestas potenciadas ante posteriores encuentros con el antígeno. La activación de los linfocitos requiere el antígeno y señales adicionales que pueden proporcionar los microbios o las respuestas inmunitarias innatas que se producen frente a ellos. Los linfocitos T CD4 cooperadores socorren a los macrófagos a eliminar los microbios ingeridos y a los linfocitos B a producir anticuerpos. Los CTL CDS provocan la lisis a las células que albergan microorganismos intracelulares, con lo que eliminan los reservorios de la infección. Los anticuerpos, los productos de los linfocitos B, neutralizan la infección de los microbios y promueven su eliminación por los fagocitos y por la activación del sistema del complemento. 1.7 Principios y características de la inmunología nutricional La nutrición afecta directamente a la respuesta inmune: Aumentando o exagerando la respuesta. Suprimiendo o limitando la respuesta. Modificando la naturaleza de la respuesta. Dependiendo de la fase de la enfermedad y del propio paciente, estos cambios serán beneficiosos o no. Una respuesta inmune atenuada puede resultar beneficiosa en los casos de hipersensibilidad (como la dermatitis atópica) o durante una activación exacerbada del sistema inmune (como en el síndrome de respuesta inflamatoria sistémica o SRIS). La respuesta inmune aumentada puede ser útil en la prevención o eliminación de una infección, así como durante el desarrollo de una inmunidad antitumoral. A la inversa, algunos cambios pueden ser perjudiciales o incluso mortales. La inmunosupresión en caso de infección, puede agravar la morbilidad e incluso inducir una Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 32 Nutrición e inmunidad Sistema Inmunitario y Nutrición U1 septicemia. Por otro lado, un aumento de la inmunidad puede intensificar el estado autodestructivo en los casos de activación excesiva por sí misma o por deficiente regulación (SRIS, hipersensibilidad). Está claro que una única dieta no puede estar adaptada a todos los casos. Necesidades nutricionales del sistema inmune Durante el periodo de crecimiento. El primer efecto, y quizá el más significativo, de la nutrición sobre la inmunidad tiene lugar durante el desarrollo de las células del sistema inmune. Este desarrollo se produce durante la vida intrauterina, pero va seguido de un importante período de maduración poco después del nacimiento, que continúa a lo largo de toda la vida. El zinc, las proteínas, los aminoácidos esenciales, la vitamina A y el cobre son algunos ejemplos de nutrientes que pueden comprometer el desarrollo del sistema inmune en el animal en crecimiento en caso de una carencia nutricional. Las carencias de micronutrientes alteran la respuesta inmune innata y adquirida. Una deficiencia materna de zinc puede reducir de manera considerable el número de linfocitos esplénicos y tímicos. La secreción de anticuerpos tras la vacunación en los animales jóvenes puede verse perturbada por deficiencias maternas de zinc, hierro, cobre, selenio y magnesio. Durante el crecimiento, la malnutrición puede alterar la colonización microbiana de las superficies de las mucosas, así como la respuesta a los microorganismos saprofitos y patógenos, aumentar la sensibilidad a las infecciones y disminuir la capacidad de luchar contra la infección una vez que se ha establecido. Tales alteraciones pueden mantenerse mucho tiempo después del periodo inicial de malnutrición y deteriorar de por vida el fenotipo inmune del animal. Nutrientes esenciales Glucosa La glucosa es esencial para los monocitos, los neutrófilos y los linfocitos. Tras la activación de los macrófagos y de los neutrófilos o la estimulación de la proliferación linfocitaria, la oxidación de la glucosa, aunque parcial, aumenta notablemente dando lugar a lactato. Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 33 Nutrición e inmunidad Sistema Inmunitario y Nutrición U1 La glutamina es otra molécula vital del metabolismo energético: en reposo, puede ser responsable de más del 50 % de la producción de ATP por parte de las células. Al igual que la glucosa, la glutamina es tan sólo parcialmente oxidada a glutamato, aspartato y lactato. Únicamente una pequeña parte es oxidada completamente a CO2, H2O, y NH3. Aunque los ácidos grasos y los cuerpos cetónicos pueden oxidarse para producir ATP, la activación celular y la proliferación linfocitaria no aumentan el uso de cualquiera de estos dos sustratos. Se produce oxidación incompleta de la glucosa y de la glutamina incluso cuando el ciclo del ácido cítrico funciona correctamente en las mitocondrias. Esto es compatible con el hecho de que las células inmunes deben ser capaces de funcionar en medios pobres en oxígeno, como los tejidos isquémicos o las áreas no vascularizadas. La elevada tasa de utilizaciónde la glucosa y de la glutamina sirve para: Producir sustratos para la biosíntesis de los nucleótidos de purinas y de pirimidinas necesarios para que las células sinteticen ADN y ARN Mantiene de un flujo metabólico elevado que permita cubrir las mayores necesidades en caso de activación. Glutamina La concentración plasmática de glutamina afecta a la sensibilidad de las células a los diferentes desencadenantes de la apoptosis: las células desprovistas de glutamina son más sensibles a la apoptosis. A la inversa, la glutamina puede proteger a las células T activadas de la apoptosis. Un efecto protector similar frente a la apoptosis se ha demostrado para los neutrófilos, en los cuales la glutamina parece regular también positivamente la expresión de la NADPH oxidasa. Se ha demostrado que el efecto inmunosupresor de la asparraginasa se debe a su capacidad para hidrolizar la glutamina más que a la reducción de las asparraginas. Una baja concentración plasmática de glutamina se asocia a una supresión de la inmunidad innata y de la adquirida. La glutamina plasmática proviene casi exclusivamente del músculo esquelético, ya que la Glutamina alimentaria es utilizada por el intestino o el hígado y la glutamina plasmática aumenta sólo un poco después de una comida. Durante la respuesta inflamatoria, el catabolismomuscular aumenta en respuesta a una concentración baja de insulina plasmática o a una resistencia a la insulina inducida por el cortisol y las citoquinas catabólicas. Esto proporciona una fuente de glutamina tanto para la gluconeogénesis hepática como, directamente, para los linfocitos. Figura 17 Moléculas de azúcar. Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 34 Nutrición e inmunidad Sistema Inmunitario y Nutrición U1 Así pues, en el curso de una enfermedad inflamatoria sistémica, alimentar al paciente con una fuente de aminoácidos exenta de Glutamina debería inhibir la liberación de glutamina, reducir su concentración plasmática y conducir a una inmunosupresión relativa. A la inversa, el enriquecimiento en glutamina estimula la fagocitosis por parte de los macrófagos, ayuda a mantener la población de linfocitos T circulantes y normaliza la función linfocitaria en modelos de septicemia grave. En medicina humana, el enriquecimiento en Glutamina de las soluciones parenterales reduce la morbilidad en ciertos pacientes sépticos. Cuando la glutamina se administra por vía oral es importante la presentación. La glutamina es significativamente más eficaz cuando se consume en forma de polipéptido que como aminoácido libre. División celular Además de los aminoácidos esenciales y de los sustratos energéticos, se necesitan diversas vitaminas para una correcta función leucocitaria y la replicación. Esto es particularmente importante para los linfocitos durante la respuesta inmune. Las deficiencias en nutrientes esenciales pueden limitar la proliferación celular y perturbar así la respuesta inmune celular y humoral. Aún más, la disponibilidad de la glutamina suele estar reducida en caso de enfermedad grave y sus bajas concentraciones están asociadas a morbilidad en el hombre y en modelos experimentales. La glutamina no se utiliza únicamente como sustrato energético para la replicación de los linfocitos, sirve también para la síntesis de los nucleótidos: una concentración baja de glutamina inhibe (en tanto que una concentración elevada de glutamina estimula) la proliferación linfocitaria secundaria a un estímulo. La arginina estimula también el efecto de la glutamina sobre la replicación de los linfocitos. Leptina En muchos leucocitos (linfocitos, monocitos y neutrófilos) existen receptores de la leptina. La leptina tiene una gran influencia sobre la inmunidad adquirida: por ejemplo, orienta el sistema inmune hacia una respuesta de tipo Th1 aumentando la secreción de IFN y de TNF, y suprimiendo la respuesta linfocitaria de tipo Th2. La leptina estimula la producción, la maduración y la supervivencia de las células T del timo y aumenta la proliferación de las células T indiferenciadas y la secreción de IL-2. Así pues, durante el ayuno o en el curso de un periodo de pérdida de peso prolongado, la ausencia de secreción de leptina contribuye probablemente a inducir una situación de inmunosupresión, que puede corregirse ya sea por la administración de leptina o por un aumento de la masa grasa. Respuesta inflamatoria aguda La respuesta inflamatoria aguda es una reacción sistémica importante del organismo a alteraciones locales o generalizadas de su homeostasis cuyo origen puede ser infeccioso, Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 35 Nutrición e inmunidad Sistema Inmunitario y Nutrición U1 traumático, quirúrgico o neoplásico. También puede deberse a una patología inmunomediada. Las citoquinas activan los receptores de diferentes células diana e inducen una reacción sistémica cuyo resultado es la activación del eje hipotálamo- hipófisis - adrenal, la reducción de la secreción de la hormona de crecimiento y un cierto número de cambios físicos caracterizados clínicamente por fiebre, anorexia, un equilibrio negativo de nitrógeno y un catabolismo de las células musculares. También se constatan efectos endocrinos (disminución de las lipoproteínas de alta densidad (HDL) y de las lipoproteínas de baja densidad (LDL), aumento de la ACTH y de los glucocorticoides) y nutricionales (disminución de las concentraciones de calcio, zinc, hierro, vitamina A y tocoferol, modificación de la concentración plasmática de diversas proteínas). Figura 18 Inflamación La respuesta inflamatoria aguda a una herida o a una infección está asociada a una alteración del metabolismo de muchos oligoelementos, en particular, el hierro, el zinc y el cobre. El descenso del hierro y del zinc y el aumento del cobre en el suero tienen su origen en modificaciones de la concentración de proteínas de ciertos tejidos específicos, dichas concentraciones están controladas por las citoquinas, en concreto por la IL-1, el TNF y la IL-6. Estos efectos son aspectos de la fase de respuesta aguda precoz considerados como beneficiosos. Además de la disminución del zinc, del hierro y de la albúmina sérica, se ha descrito una disminución de la transferrina, de la globulina de unión al cortisol, de la transtiretina (TTR) y de la proteína de unión al retinol. Durante una infección crónica y un estado inflamatorio se altera el metabolismo de la vitamina A, lo que agrava la carencia de esta vitamina observada en los niños y en las mujeres embarazadas en los países en vías de desarrollo donde existe malnutrición. La carencia de vitamina ejerce un retrocontrol negativo sobre la inmunidad produciendo uno de los efectos inmunosupresores mejor descritos de la malnutrición. Caquexia Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA 36 Nutrición e inmunidad Sistema Inmunitario y Nutrición U1 El ayuno (la simple privación de energía) se acompaña de adaptaciones metabólicas que permiten asegurar la disponibilidad de los nutrientes esenciales para los órganos vitales. El ayuno provoca una disminución de la secreción de insulina y un aumento moderado del cortisol, lo que provoca el catabolismo muscular y lipólisis. La lipólisis libera ácidos grasos que son captados por el hígado, incluidos en las lipoproteínas (lipoproteínas de muy baja densidad o VLDL) y devueltos a la circulación en compañía de cuerpos cetónicos, fuente de energía para la mayoría de las células corporales. Los aminoácidos liberados por el músculo son utilizados por el hígado para la síntesis de proteínas esenciales (como las proteínas de la coagulación), así como por el riñón y el hígado para la síntesis de glucosa para los tejidos que dependen de ella (leucocitos, eritrocitos). Como los tejidos (por ejemplo, el cerebro) son capaces
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