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ird Typewritten Text EdwinW ird Typewritten Text Icon os usado s en las fig u ra s del lib ro Queratinocitos HLA-II ird Typewritten Text EdwinW ird Typewritten Text ird Typewritten Text Inmunología de Rojas Decimosexta edición ird Typewritten Text EdwinW ------ ^ i ü l Inmunología de Rojas Decimosexta edición William Rojas M. Juan-Manuel Anaya C. Beatriz H. Aristizábal B. Luz Elena Cano R. Luis Miguel Gómez O. Damaris Lopera H. A ^ |'°c' Medellín, Colombia. 2012 ird Typewritten Text EdwinW ADVERTENCIA Se debe valorar la pertinencia de los conocimientos científicos publicados en cualquier libro de medicina antes de aplicarlos en la práctica clínica. Quien use esta obra debe consultar diferentes fuentes de información para tener la seguridad de que sus decisiones contengan actualizaciones sobre cambios en procedimientos, contraindicacionesy supresiones o nuevas emisiones de fármacos, además de garantizar las dosificaciones correctas. Por tanto, es el lector (no el autor ni el editor) el responsable del uso de la información aquí publicada y de los resultados que obtenga con ella. ©2012 por la Corporación para Investigaciones Biológicas, CIB. Reservados todos los derechos. Ni todo el libro, ni parte de él, puede ser reproducido, archivado o transmitido en forma alguna o mediante algún sistema electrónico, mecánico o de fotorreproducción, memoria o cualquier otro, sin permiso por escrito del editor. Todos los conceptos aquí expuestos son responsabilidad del autor. Primera edición 1973 Décima edición 1995 Segunda edición 1974 Undécima edición 1999 Tercera edición 1976 Duodécima edición 2001 Guana edición 1978 Décimotercera edición 2004 Quinta edición 1983 Décimocuarta edición 2007 Sexta edición 1985 Décimoquinta edición 2010 Séptima edición 1988 Reimpresión 2011 Octava edición 1990 Décimosexta edición 2012 Novena edición 1993 Reimpresión agosto 2012 ISBN: 978-958-9076-74-3 Dirección General Diego Miguel Sierra Botero, MBA. Dirección del Fondo Editorial Lina María González Duque, MD., MSc. Corrección de texto Federico Díaz González, MD. Diagramación Martha Nelly Suárez Montoya Ilustraciones y carátula Diana Cecilia Molina Molina Impresión y terminación Gráficas de l-a Sabana Ltda. Hecho en Colombia/Manufacaired in Colombia Corporación para Investigaciones Biológicas-CIB Teléfono: 4-57 (4) 403 59 50. Fax: +57 (4) 441 55 14 Internet: http:/Aww.cib.org.co/fcc Correo-e: fondoedit<.)rialcib@cib.org.co Medellín, Colombia. ird Typewritten Text EdwinW ACERCA DE LA CIB La CIB es una entidad científica y académica creada el 21 de agosto de 1970 en la Universidad de Antioquia. Su primer laboratorio, independiente de la Universidad, inició labores en 1978, en el Hospital Pablo Tobón Uribe de Medellín. En 1995, la institución construyó su propia sede, un edificio de cuatro pisos (3.800 m )^, en el cual se alojan el Fondo Editorial, el área administrativa, varios laboratorios de investigación y diagnóstico, un insectario, un bioterio, y las instalaciones requeridas para esterilización y preparación de medios de cultivo y reactivos. Cuando usted adquiere un libro del Fondo Editorial de la Corporación para Investigaciones Biológicas (CIB), contribuye a la investigación científica en las áreas médica y biotecnológica. La CIB es una institución privada, sin ánimo de lucro, dedicada a: Formación de investigadores La CIB trabaja permanentemente en la formación de universitarios interesados en la investiga ción que proceden de varias universidades del país, y promueve su desarrollo en la disciplina científica. En programas de posgrado (maestrías y doctorados) tiene acuerdos de sociedad con la Universidad Pontificia Bolivariana, Universidad de Antioquia, Universidad del Rosario y Universi dad Nacional de Colombia. En pregrado, capacita a médicos, biólogos, bacteriólogos, microbió logos y auxiliares de laboratorio. Difusión del conociniiento Las investigaciones de la CIB se traducen en artículos científicos publicados en revistas indi2adas, nacionales e internacionales, lo cual contribuye con el progreso de la ciencia mundial desde el ámbito latinoamericano. Los investigadores de la CIB participan, como autores y editores, en varios de los libros del fondo Editorial que hoy cuenta con más de cincuenta títulos. Servicios de diagnóstico La CIB proporciona, a médicos y laboratoristas, ayuda en la ejecución y elaboración de exáme nes diagnósticos especializados, en el campo de las enfermedades infecciosas. Además de los exámenes microbiológicos tradicionales, la CIB ofrece pruebas inmunológicas y moleculares, así como nuevas pruebas basadas en tecnologías rápidas (p. ej., PCR) que son de gran utilidad diagnóstica. Igualmente ha desarrollado pruebas rápidas para el aislamiento e identificación de micobacterias, así como para la determinación de la sensibilidad a medicamentos antituberculo sos y antifungicos, únicos en el país por su rapidez y confiabilidad. investigación En la CIB creemos que la investigación representa un esfuerzo coordinado entre pares inves tigadores, jóvenes investigadores y estudiantes, auspiciado y coordinado por instituciones in teresadas en el avance científico y tecnológico del país. La CIB abre caminos para los jóvenes interesados en la investigación y les ofrece acompañamiento en su trabajo, de manera que hacer ciencia se convierta para ellos en un proyecto de vida. A continuación presentamos las unidades de investigación del área de la ^ alud de la Corpo- Micología m édica y experimental. Respaldada por la Universidad de Antioquia y la Universidad Pontificia Bolivariana, es considerada centro de referencia nacional para el estudio y diagnóstico de las micosis, con más de treinta años de experiencia en el desarrollo de nuevas herramientas para el diagnóstico rápido y oportuno de estas enfermedades, lo que se traduce en beneficios para los pacientes. ird Typewritten Text EdwinW Bacteriología y ¡vicohacterias. Con el apoyo de la Universidad Pontüicia Bolivariana, tiene una trayectoria de trabajo de más 20 años de experiencia, durante los cuales ha implementado mé todos que permiten el diagnóstico rápido de la tuberculosis y la determinación de resistencia a Mycobacterium tuberculosis a los medicamentos específicos. B iolog ía celu lar y molecular. Con más de 15 años de experiencia en programas referentes a la aplicación de la biología molecular y la genética de los agentes causales de micosis sistémicas, incluyendo la participación en el desarrollo del genoma del hongo patógeno humano Para- coccid ioides brasiliensis. Cuenta además con una línea de investigación en hipertensión y riesgo cardiovascular, la cual se ha enfocado en el estudio de las causas genéticas de la hipertensión esencial y de los factores de riesgo cardiovascular. Centro clínico y d e investigación SICOR. Institución de salud que aplica los conocimientos cien tíficos y desarrollos tecnológicos en el área de la cardiología para la detección temprana, monito- rización y tratamiento de los problemas cardiocirculatorios, y para la reducción de sus riesgos y complicaciones. SICOR transfiere a la comunidad los desarrollos de la línea de investigación en Hipertensión y Riesgo Cardiovascular de la Unidad de Biología Celular y Molecular. Unidad clúilca y de investigación en micosis y tubercwlosis. La Unidad Clínica tiene como objetivo la atención de pacientes con enfermedades producidas por hongos y micobacterias, principalmente, con el fin de optimizar su diagnóstico y tratamiento a través de estudios naciona les e internacionales que conducirán al desarrollo de nuevos medicamentos, nuevos protocolos y nuevas herramientas diagnósticas. El trabajo de la Unidad Clínica se hace en convenio con hospitales como elHospital La María de Medellín. Desarrollo en biotecnología y biodiversidad La CIE también trabaja en la evaluación de bacterias y hongos utilizados en la producción de bioinsecticidas, así como en el desarrollo de plantas modificadas genéticamente para que se hagan resistentes a plagas y enfermedades. Énfasis especial se da al desarrollo de proyectos que buscan el conocimiento, la conservación y el uso sostenible de la biodiversidad de Colombia. Estos y otros proyectos de investigación, así como la prestación de servicios derivados de estos desarrollos, son adelantados por grupos de investigación en Fitosanidad y Control Biológico, Biotecnología Vegetal, Biodiversidad y el Laboratorio Central de Servicios, que presta apoyo en el área de diagnóstico y control para los sectores agroindustrial y agropecuario. Si desea conocer más sobre las líneas de investigación y los servicios de diagnóstico ofi-ecidos por la CIB, por favor ingrese a nuestra página web www.cib.org.co ird Typewritten Text EdwinW V Dedicatoria A mi esposa Mercedes A mis hijos Femando y Patricia William Rojas M. A mi esposa Andrea A mis hijos Lucas y Simón Juan-Manuel Anaya C. A mi esposo Bernardo A mi hijo Sebastián Beatriz H. Aristizáhal B. A mi esposo Germán Luz Elena CanoR. A mi esposa Ana María A mis hijos Juan Pablo y María Paulina Luis Miguel Gómez O. A mis padres Leónidas y Beatriz Damaris Lopera H. ird Typewritten Text EdwinW I CONTENIDO iconos de dibujos............................................................................................... Reverso de la carátula índice de abreviaturas y siglas.............................................................. Reverso de la contracarátula Prólogo.................................................................................................................................................... XV Editores.................................................................................................................................................. XVI Colaboradores especiales..................................................................................................................XVII Características de esta edición........................................................................................................XVllI Revistas y libros recomendados...................................................................... ’•............................ ....XIX índice de capítulos CAPÍTULO 1 Generalidades y definiciones.............................................................................. 1 William Rojas M. Luz Elena CanoR. I nmunidad innata CAPÍTULO 2 Elementos constitutivos, barreras naturales, c^^ilas, moléculas y sistemas enzimáticos.........................................................................................15 William Rojas M. Beatriz H. Aristizábal B. CAPÍTULO 3 Cómo circulan los leucocitos.............................................................................28 Luz Elena Cano R. William Rojas M. CAPÍTULO 4 Fagocitosis................................................................................................................37 Beatriz H. Aristizábal B. William Rojas M. CAPÍTULO 5 Células linfoides en la imminídad innata......................................................54 William Rojas M. C^VPÍTULO 6 Sistema del complemento ..................................................................................62 D am aris Lopera H. William Rojas M. CAPÍTULO 7 Inflam ación.............................................................................................................. 77 Luz Elena Cano R. William Rojas M. IX ird Typewritten Text EdwinW I nmunidad adquirida CAPÍTLTLO 8 Antígenos y su presentación a los linfocitos.............................................. 101 Luis Miguel Gómez O. William Rojas M. CAPÍTULO 9 Órganos linfoides y ontogenia de los lin focitos........................................124 William Rojas M. Luis Miguel Gómez O. CAPÍTULO 10 Linfocitos T e inmunidad celular....................................................................139 D am aris Lopera H. William Rojas M. CAPÍTULO 11 inmunidad hum oral......................................................... ................................. 153 William Rojas M. Luis Miguel Gómez O. CAPÍTULO 12 Inminidad organoespecífica.............................................................................176 William Rojas M. CAPÍTULO 13 Imnunología de la reproducción....................................................................199 Beatriz H. Aristizábal B. William Rojas M, CAPÍTULO 14 Citoquinas y moléculas de membrana, CDs............................................... 209 Li4Z Elena Cano R. William Rojas M. CAPÍTULO 15 Tolerancia - Regulación de la respuesta inmune ..................................230 William Rojas M. Luis Miguel Gómez O. CAPÍTULO 16 Apoptosis y otras formas de muerte celu lar.............................................. 237 Luis Miguel Gómez O. William Rojas M. CAPÍTULO 17 Genética y epigenéticam en la respuesta inm une.................................... 246 Luis Miguel Gómez O. William Rojas M. CAPÍTULO 18. Evaluación del estado ínmunológicu............................................................256 Beatriz H. Aristizábal B. William Rojas M. ird Highlight ird Typewritten Text EdwinW M D eFEíNSA inmune contra infecciones ; 5 .,, 4 ^ CAPÍTULO 19 Defensa inmune, hospedero, patógeno y ambiente en el desarrollo de enfermedades infecciosas...........................................271 William Rojas M. D am arís Lopera H. CAPÍTULO 20 Infecciones por bacterias..................................................................................279 'William Rojas M. Luis Miguel Gómez O. CAPÍTULO 21 Tuberculosis................... *..................................................................................... 289 Luis Miguel Gómez O. William Rojas M. CAPÍTULO 22 Respuesta inmune contra las iiifócciones virales....................................... 297 William Rojas M. ' Beatriz H. Aristizábal B. i CAPÍTULO 23. Respuesta inmune contra las infecciones por parásitos........................305 William Rojas M. Luis Miguel Gómez O. CAPÍTULO 24 Respuesta ijuiiune en malaria ....................................................................... 314 William Rojas M. Luis Miguel Gómez O. CAPÍTULO 25 Respuesta inmune en las infecciones por h o n g ^ — ............................ 322 Luz Elena Cano R. . William Rojas M. CAPÍTULO 26 Candidiasis..............................................................................- ............................ 331 ímz Elena Cano R. William Rojas M. CAPÍTULO 27 Sepsis - Trauma.....................................................................- .............................337 Beatriz H. Aristizábal B. William Rojas M. CAPÍTULO 28 Cáncer y respuesta íju n u n e............................................................................ 343 Beatriz H. A ristizábal B. William Rojas M. CAPÍTULO 29 Enfermedades proliferativas de las células del sistcna inm une......... 354 William Rojas M. Beatriz H. Aristizábal B. XI ird Typewritten Text EdwinW CAPÍTULO 30. Inmunodeficiencias prim arias........................................................................363 Jo s é Luis Franco R. Pablo Jav ier Patino G. Ju lio César Orrego CAPÍTULO 31- Infección por el virus de la inniunodcficiencia humana y otras inmunodeficiencias adquiridas.................................................. ....................381 M aría Teresa Rugeles L Carlos Ju lio Montoya G. CAPÍTULO 32 Imnunodcficiencias secundarias.........................;.........................................399 Carlos Ju lio MontoyaG. M aría Teresa Rugeles L. í ; ' A lergias , CAI’ÍTULO 33 Mecanismos básicos de las alergias...............................................................409 Ricardo Cardona V. William Rojas M. CAPÍTULO 34. Enfermedades alérgicas..................................................................................... 421 Ricardo Cardona V. William Rojas M. CAPÍTULO 35 Asma bronquial alérgica.................................................................................... 430 Ricardo Cardona V. . ■ E nfermedades AUTOiNMUNES CAPÍTULO 36 Enfermedades autoiimiunes.................................................................. :........ 447 Juan-M anuel Anaya C. William Rojas M. C¿\PÍTULO 37 Lupus eritematoso sistémico........................................................................... 457 Juan-M anuel Anaya C. William Rojas M. CAPÍTULO 38 Artritis reumatoide y otras artritis autoinm uncs.................................... 465 Juan-M anuel Anaya C. William Rojas M. CAPÍTULO 39 Síndrome de Sjogreii - Escleroderniia, IPEX, Enferniedad del suero, Síndrome antifosfoíipídico................................................................. 474 Juan-M anuel Anaya C. William Rojas M. ’ iNAniNÓDEFiaENCÍAS XII ird Typewritten Text EdwinW CAPÍTULO 40 Enfermedades autoiiiinunes endocrinas..................................................... 482 Juan-M aniiel Anaya C. William Rojas M. CAPÍTULO 41 Sistema nervioso..................................................................................................487 Juan-M anuel Anaya C. William Rojas M. CAPÍTULO 42 Enfermedades autoiimiunes de la piel......................................................... 492 Juan-Aíanuel Anaya C. William Rojas M. C.\PÍTULO 43. Árbol respiratorio................................................................................................ 497 Juan-M anuel Anaya C. William Rojas M. , CAPÍTULO 44. Tracto digestivo................................................................................................... 502 Juan-M anuel Anaya C. William Rojas M. CAPÍTULO 45 Enfermedades del sistema cardiovascular............................................ .....511 Juan-M anuel Anaya C. William Rojas M. CAPÍTULO 46 R iñ ón...................................................................................................................... 516 Juan-M anuel Anaya C. William Rojas M. CAPÍTULO 47 Músculos.................................................................................................................520 Juan-M anuel Anaya C. William Rojas M. CAPÍTULO 48 Enfermedades hematológicas.........................................................................523 Juan-M anuel Anaya C. William Rojas M. C/VPÍTULO 49 Enfermedades oftalmológicas...................................... .................................528 Juan-M anuel Anaya C. William Rojas M. C.APÍTULO 50 PoÜautoininunidad ...........................................................................................530 Juan-M anuel Anaya C. M oi>ulación de l\ resp u esta inmune CAPÍTULO 51 Inmunomoduíaclón - Trasplantes.................................................................537 William Rojas M. Luis Miguel Gómez O. C.A1-ÍTULO 52 Inmunización.................................................................... - ................................ 549 William Rojas M. XIII ird Typewritten Text EdwinW PRÓLOGO En los 36 años de vida de este texto se han generado dieciséis y seis ediciones todas ellas con el obje tivo de ofrecer a los estudiantes del área de la salud un texto de pregrado, ágil, bien ilustrado, sucinto y muy actualizado. Queremos resaltar las modificaciones efectuadas en esta décima sexta edición. En la parte de Inmunología Básica hemos incorporado dos nuevos capítulos, Inmunidad Órgano Es pecífica y Genética y Epigenética. En el primero, se hace especial énfasis en la importancia del hígado como órgano con funciones inmunológicas muy especiales pero poco conocidas. En el segundo, se revisan los estudios de epigenética, disciplina que ha adquirido creciente importancia en la última década por los aportes que ha veñudo haciendo para explicar las influencias ambientales que regulan la expresión de los genes y cómo los influjos ambientales introducen cambios que se hacen hereditarias pero que pueden ser reversibles. , En esta edición, la totalidad de los demás capítulos de la inmunología básica han sido revisados y actual izado por los cinco editores radicados en la ciudad de Medellín, quienes en una interesante y agradable reunión semanal realizamos un trabajo en equipo en el que se ha puesto especial cuidado en revisar los avances en inmunología publio-cados en los últimos cinco años en las revistas de mayor impacto. En la parte clínica hay también importantes modificaciones. En los capítulos de inmunodeficiencias y de alergia hemos incorporado la importante participación de destacados investigadores de las uni versidades de Antioquia (UdeA) y del Rosario. El capítulo de inmunodeficiencias primarias ha sido preparado por los doctores José Luis Franco, Pablo Patiño y Julio Cesar Orrego, que integran el grupo de Inmunodeficiencias de esta Universidad. El director del grupo, Dr. Franco, ha sido nombrado secre tario del Comité Internacional de Inmunodeficiencias. Los capítulos de Inmunodeficiencias adquiridas están a cargo de la Dra. María Teresa Rugeles y del Dr. Carlos Julio Montoya, del grupo de inmunovi- rología de la UdeA. Los capítulos de alergia han sido revisados y actualizados por el Dr. Ricardo Cardona V jefe del pro grama de posgrado en Alergias de la la misma universidad. El Dr. Juan-Manuel Anaya, quien se ha vinculado a la Universidad del Rosario continúa colaborando con la actualización de todos los capítulos relacionados con las afecciones autoinmunes. Se ha intro ducido un nuevo e interesante capítulo sobre Poliautoinmunología. La mayor parte de los capítulos han sido cuidadosamente revisados por el corrector de estilo, Dr. Federico Díaz. Nos hemos unido al auge de las ediciones digitales y a partir de Enero del 2012 esta edición podrá ser adquirida en Amazon y en Apple para ser leída en cualquiera de los medios electrónicos disponibles, facilitando así, una adquisición más económica del libro. Aspiramos a que los estudiantes que inicien sus estudios de Inmunología con la ayuda de esta edición, aprendan y disfruten tanto de ella como lo hemos hecho nosotros los editores en su preparación. William Rojas M Juan-Manuel Anaya C Beatriz 11. Aristizábal B Luz Elena Cano R Luis Miguel Gómez O Damaris Lopera H. EDITORES Williani Rojas M., MD Médico Universidad de Antioqiiia; Internista Universidad de Pensilvania. I la sido jefe de! Departamento de Medicina Interna, Rector de la Universidad de Antioquia y Director de la Corporación para Investigaciones Biológicas. Medellin, Colombia Juan-Manue! Anaya C., MD Profesor Titular y Director, Centro de Estudio de Enfermedades Autoinmunes (CREA), Facultad de Medicina, Universidad del Rosario, Bogotá, Colombia. Recientemente terminó sus estudios de PhD en Inmunogenética en la Universidad de Antioquia. Medellin, Colombia Luz Elena Cano R., PhD Investigadora Titular, Unidad de Micología Médica y Experimental, Corporación para Investigaciones Biológicas. Profesora Escuela de Microbiología, Universidad de Antioquia. Medellin, Colombia Luis Miguel Gómez O., MV, MSc Profesor de Inmunología, Facultad de Medicina, Universidad Pontificia Bolivariana. Director de Investigación y Desarrollo, Solía S.A. Medellin, Colombia Beatriz H. Aristizábal B., MSc, PhD Coordinadora Laboratorio de Diagnóstico Molecular, Hospital Pablo Tobón Uribe. Medellin, Colombia Daniaris Lopera H. Bacterióloga. Recientemente terminó sus estudios de PhD en Biología con énfasisen Inmunomodulación en la Universidad de Antioquia. Investigadora, Unidad de Micología Médica y Experimental, Corporación para Investigaciones Biológicas. Medellin, Colombia ird Typewritten Text EdwinW COLABOIUDORES ESPEC1AI,ES José Luis Franco R. Médico Cirujano, Universidad Pontificia Bolivariana, iVledeilín. Magíster en Inmunología, Universidad (le Antioquia. Posdoctoral Fellow Instinitos Nacionales de Salud e Instituto Nacional del Cáncer, Es tados Unidos. Doctor en Ciencias Básicas Biomédicas, Universidad de Antioquia e Instituto Nacio nal de Investigaciones del Genoma Humano, Estados Unidos. Miembro Sociedad de Inmunología Clínica, Estados Unidos, Comité de Expenos en Inmunodeficiencias Primarias de la Unión Inter nacional de Sociedades Inmunológicas, Suiza, Sociedad Latinoamericana de Inmunodeficiencias Primarias, Asociación Colombiana de Alergia, Asma e Inmunología. Asociación Colombiana de Infec- tología. Profesor de Pregrado y Posgrado, Facultad de Medicina, Universidad de Antioquia. Direc tor Grupo de Inmunodeficiencias Primarias y Director del Centro Jeffrey Modell para Diagnóstico e Investigación en Inmunodeficiencias Primarias, Universidad de Antioquia. Medellín. Pablo Javier Patino G. Médico Cirujano, Universidad Pontificia Bolivariana. Magíster en Inmunología, Universidad de Antioquia. Doctor en Ciencias, Universidad de Antioquia. Miembro de la Asociación Colombiana de Alergia, Asma e Inmunología. Profesor Titular, Facultad de Medicina, Universidad de Antio quia. Medellín. Julio César Orrego A. Médico Cirujano, Universidad de Caldas, Manizales. Magíster en Ciencias Básicas, Inmunología, Universidad de Antioquia. Profesor Ocasional, Departamento de Microbiología y Parasitología, Fa cultad de Medicina, Universidad de Antioquia. Coordinador Médico del Área Clínica del Grupo de Inmunodeficiencias Primarias. Médico Inmunólogo, Hospital Infantil Universitario de la Cruz Roja “Rafael Menao Toro” Manizales. Miembro de la Asociación Colombiana de Alergia, Asma e Inmu nología. Miembro fundador y del Comité Médico de la Fundación “Diana García de Olarte” para las Inmunodeficiencias Primarias. Invitado a Comité Ampliado de Inmunizaciones de Colombia. María Teresa Rugeíes L. Bacterióloga, Colegió Mayor de Antioquia, MSc, Universidad Médica de Carolina del Sur, DSci, Universidad de Antioquia. Profesora Titular, Grupo de Inmunovirología, Facultad de Medicina, Universidad de Antioquia. Carlos Julio Montoya G. Médico y Cirujano Universidad de Antioquia; Magister y Doctorado en Ciencias Básicas, Univer sidad de Antioquia. Profesor Asociado, Grupo Inmunovirología, Facultad de Medicina, Universi dad de Antioquia. Ricardo Cardona V. Magister en Inmunología, Especialista en Alergología Clínica, Coordinador del Posgrado de Alergología Clínica, Coordinador del Grupo de Alergología Clínica y Experimental y Profesor Asociado de Pediatría de la Universidad de Antioquia. Presidente de la Asociación Colombiana de Alergia, Asma e Inmunología, 2002-2003 Vicepresidente Sociedad Latinoamericana de Alergia, Asma e Inmunología, 2003-2006 ird Typewritten Text EdwinW CARACTERÍSTICAS DE ESTE TEXTO DE INMUNOLOGÍA 1. Está orientado a estudiantes de pregrado en biolo^a y del área de la salud. 2. La presente edición está impresa en bicolor para hacer más agradable su lectura. 3. Esta edición está disponible en medios electrónicos en Amazon y en Apple de donde pueden bajarse a cualquier medio electrónico a un menor costo que el de la versión impresa. 4. Las siglas y abreviaturas se toman en su mayoría del ingles, para evitar que los estudiantes puedan confundirse al revisarla bibliografía científica que, en más del 90% de los casos, está escrita en inglés. En las dos primeras páginas aparece un índice de ellas con la descripción del texto completo en ese idioma. 5. Cada capítulo está dividido en temas identificados por un número compuesto por el del capítulo, y en números romanos, el tema en el cual se trata un determinado tópico. Número que se cita en los otros capítulos en los cuales se trate el mismo tema. En esta forma se logra una revisión completa sin necesidad de repetir los conceptos. 6. Con el propósito de asegurar unidad a la obra cada uno de los capítulos del inmunología básica han sido estudiados en forma conjunta por todos los editores. 7. La inmunología clínica de esta edición estuvo a cargo de expertos en los temas de alergia, inmunodeficiencias, inmunovirología y enfermedades autoinmunes. 8. Al final de cada capítulo se incluye una lista de lecturas recomendadas, tanto de libros como de artículos de revistas publicados en los últimos 5 años. 9. Se omite todo comentario a estudios experimentales en animales porque frecuentemente los resultados obtenidos en ellos difieren de lo que ocurre en humanos. 10. La distribución internacional del libro se hace por medio de la OPS que ha adoptado el texto en su programa Paltex y lo distribuyen en 17 países, así como por los demás canales de distribución del Fondo Editorial de la CIB. 11. Empleamos las palabras citoquinas y quimioquinas según el Diccionario esencial de la lengua española del año 2006 y del Diccionario de términos científicos preparado por la Academia de Ciencias de España a solicimd de la Real Academia de la Lengua. No compartimos los términos de citocinas y quimiocinas sugeridos por otros diccionarios. 12. En la página siguiente aparece una lista de las revistas y libros espcciali2ados que recomendamos para quienes deseen profundÍ2ar en algún aspecto de la inmunología. XVIII REVISTAS Y LIBROS QUE RECOMENDAMOS REVISTAS Título.......................................índice de impacto (20J0) Inniunología básica Annual Revicws Iramunolog)'..............49,2 Nature Reviews Immunology...............35,1 Science.................................................29,7 Nature Immunology.............................25,6 Immunity..............................................24,0 Immunological Reviews.......................13,4 Current Opinión Immunology............10,1 Trends in Immunology..........................9,5 Scminars in Immunology.................... ,.8,3 Título........................................índice de impacto (2010) En inmunología clínica NEJM.................................................... 53,4 Nature Reviews Cáncer.........................37,1 The Journal of ailergy and clinical immunology...........................................9,1 Te Journal of Infectious Diseases........... 6,2 Nature Reviews Reumathology .............5,5 Journal of Reproductive Immunology ...2,2 LIBROS Título The Immune Response to Infection Editor (es) SHE Kauñnann BT Rouse DL Sacks Fundamental Immunology WE Paul Clinical Immunology Principies and Practice Jancway's Immunobiology Liver Immunology The Immune Response Basic and Clin. Principies Primary Immunodeficicncy Diseases. A Molecular and Genetic Approach Alergia. Abordaje clínico, diagnóstico y tratamiento Patterson'sAllergic Diseases Autoinmunidad y Enfermedad Autoinmune Artritis Reumatoide Edición No. First Edition Año 2011 Sixth Edition 2008 R FleLsher SF Weynand Murphy K Travers P Walport M ME Gershwin JM Vierling MP Manns TWMak ME Saunders HD Ochs CIE Smith, JM Puck R Cardona C Serrano Reyes Editorial ASM Press Lippincott- Raven MosbyThird Edition 2008 Seventh Edition 2007 ■ Garland First Edition 2005 Second Edition 2007 LC Grammer, Seventh edition 2009 Ciudad Washington Philadelphia Philadelphia London First Edition 2007 Human Press Totowa, NJ Elsevier, AP Amsterdam University Press Oxford Primera edición 2011 Panamericana Bogotá Lippincott Baltimore WiUiains&Wilkins JM Anaya Primera edición 2005 CIB Y Shoenfeld PA CorreaM García-Carrasco R Cerv’era JM Anaya Primera Edición 2006 CIB R Pineda-Tamayo LM Gómez CG Maldonado A Rojas-Villarraga J iMartín Medeilin Colombia MedelIín Colombia X K r ird Typewritten Text EdwinWCondoriPoma I ! I ¡ I Generalidade^i^' definiciones Capítulo 1 R o ja s M. Luz E len a C ano R. Respuesta inmune • Órganos y células del sistema üuiiune Componentes celulares y tisulares de la respuesta inmune Moléculas que participan en los mecanismos de la defensa inmune Sistemas enzimáticos Mecanismos especiales Filogenia del sistema inmune Métodos para el estudio del sistema umiune Bienvenidos al fascinante mundo de la inmunología. El estudio de cómo nos defendemos de los miles de microorganismos que se asientan sobre nuestra piel y mucosas y que ingresan en el aire que respiramos, en los alimentos que ingerimos, o por heridas, quemaduras y picaduras de insectos, es muy gratificante porque permite conocer y entender los mecanismos de defensa inmune. La importancia del sistema inmune es tal que nuestro genoma dedica mil genes a su regulación. Algunas de sus células, los linfoci- tos, “aprenden” en su encuentro con microorganismos patógenos cómo desarrollar mecanismos de defensa, de los cuales guardan “metnoria’\ para emplearlos posteriormente con el fin de poder iniciar una respuesta más rápida, potente y específica, contra los patógenos que ingresan al organismo por segunda vez. Los linfoci- tos “enseñan” a otras células, los macrófagos, a activar procesos enzimáticos para “destruir” a los patógenos o células anormales. Las células del sistema inmune circulan por todo el organis mo, se interrelacionan con todos los tejidos y órganos y actúan sinérgicamente para defendernos de las agresiones externas e in ternas. ird Typewritten Text EdwinWCondoriPoma Edward Jenner inmu nizó a James Phipps en mayo de 1786 contra vi ruela usando material de una pústula de “vacuna” de una vaca. Inició así la inmunología. Louis Pasteur (1822- 1895) creó en el labora torio nuevas “vacunas” empleando bacterias y vims atenuados, para inducir inmunidad. Inmunidad innata I Reconoce I Destruye i Induce la inmunidad adquirida o específica Celular Humoral l - I R espuesta INMUNE Definición. Es la acción conjunta de células y moléculas que nos defienden de las agresio nes externas por agentes infecciosos y de las internas producidas por infecciones virales y por alteraciones celulares ocasionadas por el desarrollo de tumores malignos. La respuesta inmune que se inicia de in mediato al primer contacto con un patógeno se conoce como innata y la que se desarrolla cuando no logra eliminar el agente agresor, o este ingresa por segunda vez, se llama ad quirida. Irununidad innata Es el conjunto de mecanismos que cons titutivamente actúan contra todos los microorganismos patógenos desde el primer contacto con ellos. Es inmediata y no específi ca por cuanto no diferencia la clase o especie del agresor y no deja memoria del encuentro con él. Si no logra controlarlo, induce una se rie de procesos que llevan al desarrollo de la inmunidad adquirida (figura 1-1). 'Fiene los siguientes componentes: • Factores constitutivos. • Barreras naturales. “ Moléculas de reconocimiento. * Células. * Sistemas enzimáticos. Figura 1-1. Clases de inmunidad. • Fagocitosis. • Inflamación. Inmunidad adquirida / Se inicia con la presentación a los linfocitos (L) de moléculas extraídas de un patógeno para estimularlos a que inicien una respuesta de de fensa específica contra este. Los L “aprenden” a reconocer y atacar lo extraño en un proceso que toma de siete a 10 días y gracias al cual de sarrollan mecanismos para destruir el patóge no. El L guarda memoria de cómo activar esos mecanismos para lograr responder de una ma nera más rápida, eficiente y específica contra el patógeno que entre por segunda vez aJ orga nismo. Este tipo de inmunidad se conoce tam bién como específica. En este texto usaremos la denominación de “inmunidad adquirida”. Hacen parte de esta clase de inmunidad^ • Las células que presentan a los L las molé culas conocidas como antígenos (Ag), que tienen la capacidad de activarlos. • Una clase de L conocidos como LT, que se originan en la médula ósea, maduran en el timo y se convienen en células productoras de moléculas conocidas como citoquinas. • Otra clase de I. que maduran en la médula se conocen como LB; al ser activados pro ducen anticuerpos (Ac), moléculas que ayudan a la destrucción de los patógenos. ird Typewritten Text EdwinWCondoriPoma • L de memoria que guardan información del primer enaientro con un microorganismo. La inmunidad adquirida puede ser activa o pasiva (figura 1-2). Inmunidad activa Es la que se desarrolla en el curso de una enfermedad infecciosa y de la cual se guarda memoria. Este tipo de inmunidad explica la resistencia que se adquiere contra enferme dades infecciosas, gracias a la cual la perso na que sufre la infección queda protegida de por vida contra el mismo germen. La inmu nidad activa contra determinada infección, se puede adquirir sin sufrir la enfermedad, por medio de la vacunación contra ella, que “enseña” al sistema inmune a defenderse del microorganismo. Las vacunas están compuestas por micro organismos muertos o inactivados o toxinas que estimulan al sistema inmune, pero que no producen enfermedad o si lo hacen, esta es subclínica. .INMUNIDAD ADQUIRIDA ACTIVA Enfermedad 1 Vacunación PASIVA Sueros inmunesPerinatal Figura 1-2. Inmunidad adquirida. Inmunidad pasiva Es el proceso de defensa que se logra contra enfermedades infecciosas mediante el empleo de anticuerpos protectores producidos en otro individuo de la misma especie o de una especie diferente. Por este método es posible evitar el desarrollo de una enfermedad en una persona infectada cuyo sistema inmune no ha tenido tiempo de desarrollar mecanismos de defensa o que carece de la posibilidad de ha cerlo. También posibilita tratar una infección en curso para hacerla menos fuerte o dura dera. Este mecanismo es el responsable de la defensa del niño contra una serie de procesos infecciosos en sus primeros meses de vida, gracias a los Ac que recibe de la madre a través de la placenta, o por medio del calostro y la leche. Alergia y autoinmunidad El estudio de los mecanismos inmunológicos ha permitido esclarecer la fisiopatología de afecciones que no ocurrirían si el sistema in mune funcionara siempre en forma adecuada. Cuando este reacciona contra agentes exter nos no patógenos como pólenes de flores o caspas de animales, se generan las alergias. Cuando por defecto reacciona contra compo nentes propios del organismo da origen a las afecciones autoinmunes (figura .1-3). l - I I ÓRGANOS Y CÉLUIAS DEL SISTEMA INMUNE Los órganos del sistema inmune son aque llos en los que se generan, maduran e interactúan las células que lo conforman. Se Moléculas extrañas patógenas Moléculas extrañas no patógenas Moléculas propias Defensa Autoinmunidad Tolerancia Inmunodeficiencia Figura 1-3. Efectos de la respuesta inmuné. En condiciones normales el sistema inmune reconoce lo extraño y lo ataca. Si tiene deficiencias no logra reconocer o destruir al agresor Si no aprende a reconocer y respetar las moléculas propias puede atacarlas generando enfermedades autoinmunes. Si reacciona contra antígenos no patógenos produce procesos alérgicos. ird Typewritten Text EdwinWCondoriPoma dividen en primarios, secundarios y terciarios. Los primarios son la médula ósea, en donde se producen todas las células del sistema inmu ne, y el timo, en donde maduran y se seleccio nan diversas subpoblacionesde LT. Los órganos linfoides secundarios son los ganglios linfáticos y el bazo. Por los canales linfáticos y por la sangre llegan a los ganglios las células que traen la información captada por las células fagocíticas en la piel o en las mucosas. En ellos los L reciben la información de la llegada de un microorganismo a la in- terfaz con el medio externo. Al ser activados inician su transformación en células producto ras de citoquinas o de Ac. En el bazo se filtra la sangre de todo lo extraño para destruirlo e iniciar una repuesta inmune. Se llaman órganos linfoides terciarios a las neoformaciones de acúmulos linfoides que se generan en las infecciones crónicas y en las afecciones autoinmunes. Células del sistema inmune Varias células especializadas participan en los diferentes mecanismos de defensa. De la célu la madre o pluripotencial de la médula ósea, bajo el influjo de diferentes factores de madu ración y transfonnaclón, se originan dos líneas especiales: la mieloide y la linfoide. La línea mieloide da origen a los polimor- fonucleares neutrófilos, PMN, a los monocitos, Mon, que se estudian en detalle en el capítulo de la fagocitosis (cáp. 4), a las células dendrí- ticas, DC (dendrític cells), que con los macró- fagos, M0s, derivados de los Mon, cumplen la función de llevar a los órganos linfoides se cundarios las moléculas extrañas captadas en la periferia. Las estudiaremos en el capítulo de presentación de Ag (cáp. 8). Pertenecen tam bién a la línea mieloide los eosinófilos, Eos, basófilos, Bas y mastocitos, Mas, que partici pan en la iniciación o refuerzo del proceso de inflamación (cáp. 7) (figura 1-4). La línea linfoide da origen a las células asesinas naturales, NK (natural killer), que atacan directamente a los microorganismos que intenten invadir el organismo y a las células infectadas por virus o alteradas. Los LT dan origen a subpoblaciones que, direc tamente o por medio de citoquinas, atacan a los patógenos. Los LB son responsables de la producción de Ac. Otras células que participan en algunos de los mecanismos de defensa Eritrocitos. Capturan complejos inmunes, compuestos por la unión de antígenos y anti cuerpos y los transportan al hígado y al bazo en donde son catabolizados y desactivados para evitar que ejerzan efectos nocivos. Células epiteliales. Son el componente estructural de las barreras externas, piel y mucosas. Son productoras de moléculas que atacan microorganismos y estimulan las célu las específicas del sistema inmune. Células endoteiiales. Forman el recubri miento interno de los vasos y participan en el control de la circulación de los leucocitos por medio de la expresión de moléculas de ad herencia que al interactuar con sus ligandos, presentes en los leucocitos, permiten el trán sito de estos de la sangre a los tejidos (ver cáp. 3). Plaquetas. Participan activamente en los me canismos de coagulación e inflamación y en la producción de diferentes citoquinas que ayu dan a la regulación de la inmunidad innata. l - I I I C omponentes celulares y TISULARES DE LA RESPUESTA If'nVlUNE Citoesqueleto. Es la estructura intracitoplas- mática responsable de los movimientos de traslación de los leucocitos y de las moléculas y estructuras dentro del citoplasma. Está cons tituido por una serie de proteínas que forman fibras y microtúbulos. Matriz extracclular. Constituye una parte importante de todos los tejidos y sirve de soporte a las células que los integran. Está formada por polisacáridos y fibras proteicas como colágeno, elastina, laminina y fibro- nectina. Algunas de estas generan los pro- teoglucanos a los cuales se anclan las células por medio de las integrinas, moléculas que interactúan con el citoesqueleto y que serán estudiadas más adelante (figura 1 -5). La matriz sirve de sopone a los leucocitos que salen del torrente circulatorio a cumplir ird Typewritten Text EdwinWCondoriPoma Figura 1-4. Origen de las células del sistema inmune. Todas se originan de la célula madre o piuripotencial en la médula ósea por acción de diferentes moléculas conocidas como dtoquinas, algunas de las cuales, las interieuquinas, IL, actúan como factores fonvadores de colonias y generan la línea mieloide. La iL-3 genera la línea mieloide y la IL-7, ia ímfoide. Algunas de estas dtoquinas son produddas portas células delestroma medular en tanto que otras lo son por diferentes células del sistema. En la figura, sobre cada tipo de célula se indican las dtoquinas que participan en su generación. Las células dendríticas tienen diferentes orígenes y fenotipos, los más importantes son: los mielocitoides y los plasmocitoides que derivan de las líneas mieloide y de los LB. ird Typewritten Text EdwinWCondoriPoma 7 Microtúbulos Citoesqueleto Figura 1-5. Matriz extracelular. En el espacio extracelular se observan las fibras de colágeno, fibronectina y proteoglucanos. En el interior de las células, las de actina. funciones de defensa en los tejidos a donde haya ingresado un patógeno. Membranas basales. Son estructuras espe cializadas de la matriz extracelular que per miten la compartimentalización de los tejidos y que captan mensajes para transmitirlos al endotelio vascular o a las células que tienen contacto con ellas. Las integran fibras de colágeno IV, laminina y proteoglucanos. Uniones celulares. Las células pueden estar unidas entre sí o con las láminas basales por medio de alguna de las siguientes estructuras: 1. Uniones estrechas: están presentes entre las células epiteliales que separan compar timientos que contienen líquidos e impi den el paso de estos y el de moléculas de gran tamaño (figura 1-6). 2. Desmosomas; estructuras que unen fuer temente las células entre sí pero dejan espacios entre ellas. Las estructuras de unión están formadas por varías molécu las proteicas que pasan de una célula a la vecina y en el citoplasma de esta se anu dan con otras moléculas que forman pla cas intracitoplasmáticas. Sus cambios son responsables de varias manifestaciones de enfermedad cutánea como la formación de bulas (figura 1-6). 3. Uniones de conexión: constituidas por moléculas de conectinas que forman tubos que van de una célula a otra vecina y que permiten el paso de iones y moléculas de pequeño tamaño (figura 1-6). 4. Nanotúbulos: estructuras de un diámetro de 50 a 200 nm cuya longitud puede supe rar varias veces el diámetro de una célula. Permiten el paso activo de algunos organe- lüs de una célula a otra, peiro no de molé culas (figura 1-7). 1 -rV M o lé cu la s que participan EN LOS MECANISMOS DE DEFENSA INMUNE PRR (pattem-recognition receptors). Recepto res presentes en la membrana de los fagocitos, PMN, M0 y NK que reconocen moléculas que se expresan solo en los microorganismos patógenos, conocidas como PAMP (pathogen- associated m olecu lar pattem s). Antígenos de histocompatibiíidad. MHC {m ajar histocom palibility complex). Molécu las que presentan a ios L los Ag proteicos. CD (cluster dijjerenciation). Moléculas que se ubican en la membranajJeJíLs.células, don de cumplen diferentes funciones y cuya iden tificación permite distinguir y caracterizar las distintas poblaciones celulares. En la membra na de las células del sistema inmune se han identificado más de 300 diferentes. ird Typewritten Text EdwinWCondoriPoma Desmosoma Figura 1-6. Desmosomas y conectinas. Los pri meros aseguran las uniones estrechas entre células epiteliales. Las conectinas forman microtúbulos que permiten la comunicación entre citoplasmas de cé lulas adyacentes. Algunas de estas moléculas de reconoci miento tienen la capacidad de unirse a mo léculas especiales, proteínas, carbohidratos o lipopolisacáridos presentes en lasmem branas de los microorganismos. Otras reco nocen moléculas producidas por las células del sistema inmune como Ac y citoquinas y al unirse a ellas fortalecen el funcionamiento de esas células. Otras interactúan con hormonas y factores de crecimiento. Antígeno (Ag). Es toda molécula presente en microorganismos o células, que tiene la Figura 1-7. Nanotúbulos. Establecen uniones en tre células separadas. Estas estructuras facilitan el tránsito selectivo de vesículas, pero parece que im piden el de pequeñas moléculas. Cortesía del doctor Hans-Hermann Gerdes. Science, 303:. 1007,2004. capacidad de inducir una respuesta inmune específica. Anticuerpos (Ac). Son proteínas producidas por las células plasmáticas derivadas de los LB. El organismo produce un Ac distinto para cada Ag, lo que hace que la reacción antígeno- anticuerpo, Ag-Ac, sea específica. Citoquinas. Son moléculas proteicas secre tadas por diversas células y que actúan como reguladoras del funcionamiento de otras. Varias son producidas por células del siste ma inmune y actúan sobre otras células del mismo sistema por lo cual se conocen como interleuquinas (IL). Quimioquinas. Son un grupo de citoquinas responsables de atraer las diferentes células del sistema inmune al lugar requerido para asegurar una adecuada respuesta de defensa. Moléculas de adherencia. Tienen la fun ción de favorecer la unión de los diferen tes leucocitos a las células del endotelio vascular y a la matriz extracelular para facili tar su migración de la sangre al lugar de una agresión por un patógeno (se estudian en el capítulo 3). ird Typewritten Text EdwinWCondoriPoma 1 -V S istemas f.nzimAticos Sistema del complemento. Está constituido por un conjunto de proteínas de! plasma, que se activan enzimáticamente y en cascada y que amplifican la respuesta inmune al aumentar la fagocitosis, iniciar un proceso inflamatorio y destruir por acción directa gérmenes y células (se estudia en detalle en el capítulo 6). Sistema de la coagulación. Es el conjunto de proteínas cuya principal función es la hemosta- sis para evitar la pérdida de sangre por la rup tura de un vaso. Además, la fibrina forma un ge! alrededor de lo extraño, para aislarlo y evitar su propagación si es un microorganismo. Sistema de las kininas. Es un complejo enzimático que interactúa con los dos siste mas anteriores para incrementar la respues ta inflamatoria al aumentar la permeabilidad capUar. 1-V I M e g \nism os espec lu es El sistema inmune emplea múltiples mecanis mos de defensa que serán estudiados en el orden en que participan. Los principales son: la fagocitosis, el sistema del complemento y la inflamación. Los estudiaremos por separado, pero debemos tener presente que actúan si multánea y sinérgicamente. Endocitosis El ingreso a las células de microorganismos, macromolécuias y moléculas pequeñas pue de ocurrir por tres mecanismos diferentes: fagocitosis, macropinocitosis y endocitosis mediada por moléculas de clatrina. Fagocitosis. Es el mecanismo por el cual los PMN, M0 y DC capturan e ingieren microorganismos y moléculas extrañas para destruirlos (se estudia en el capítulo 4). Macropinocitosis. Es el proceso por el cual las células dcndriticas interiorizan macromolécu- las para poder procesarlas y acoplarlas a otras encargadas de presentarlas a los L. F t^e proceso se inicia con la protrusión de un velo que al doblarse sobre la membrana celular forma una cavidad en la cual queda atrapada la molécula que va a ser interiorizada. Endocitosis por la formación de caveolas Por este proceso la célula obtiene las proteínas y lípidos que requiere mediante la formación de pequeñas vesículas. Una vez que la molécula que va a ser ingerida ha establecido contacto con su receptor específico, una molécula, la ampifisina, presente en la cara interna de la membrana, inicia la invaginación de la misma en un proceso en que participan otras molé culas para formar una bolsa dentro de la cual se ubica la molécula que se requiere en el in terior de la célula. Una de estas moléculas, la clatrina, forma, al polimerizarse, un polihedro que es cerrado por otra proteína, la dinamina (figura 1-8). Inflamación. Es el conjunto de mecanismos por los cuales los tejidos vivos se defienden contra moléculas, gérmenes y factores físicos, El patógeno es intem afeado por medio de receptores. Las moléculas solubles se unen por sus ligandos a los receptores Vesícula cubierta de clalrina Figura 1-8. Endocitosis por formación de caveolas. ird Typewritten Text EdwinWCondoriPoma para aislarlos, excluirlos o destruirlos y repa rar los daños ocasionados por el factor agre sor. Se acompaña del reclutamiento de células y moléculas del sistema inmune en el lugar de la agresión (se etudia en el capítulo 7). Tolerancia. Mecanismo por el cual se eliminan o inactivan L que conservan la capacidad de reaccionar contra lo propio. Este mecanismo evita el desarrollo de procesos autoinmunes (se estudia en el capítulo 15). Presentación de Ag. Es el mecanismo por el cual los M0, DC y LB, conocidos como células presentadoras de Ag, los exponen por med|p de moléculas especiales a los L para inducir en ellos una respuesta específica contra esos Ag (ver capítulo 8). Señalización. Es el mecanismo mediante el cual un mensaje captado por uno de los recep tores de membrana de una célula se trasmite a su interior para iniciar la activación en cascada de una serie de proteínas citoplasmáticas lo que se ü^duce en uno de los siguientes meca nismos: incremento de la motilidad, activación de genes para lograr la producción de molécu las específicas o inducción de la muene de la célula por apoptosis (ver capítulo 16). La señalización tiene los pasos que apare cen en la figura 1-9: 1. Unión de una molécula mensajera a un re ceptor de membrana. 2. Activación de moléculas intracitoplasmáti- cas conocidas como quinasas de proteínas, PK, que generan cascadas de señalización. 3. La activación de las PK permite el acopla miento a ellas de una de las varias STAT {signal transduction an d transcription), que se encargan de llevar al núcleo el mensaje para activar genes productores de citoquinas, quimioquinas o anticuerpos, según la célula que sea activada. Expresión de genes. Se creyó hasta el año 2000 que el genoma humano poseía más de 100.000 genes. Hoy se sabe que solo cuen ta con unos 25.000, pero que estos pueden generar más de 90.000 proteínas diferentes gracias a un mecanismo especial de edición del RNA, y generar moléculas ARNm (RNA mensajero) cada una de las cuales inducirá la producción de una proteína. Por este me Moléculas portadoras de mensajes Citoquinas Receptores de membrana Anticuerpos /DNA - genes activados Figura 1-9. Mecanismo básico de señalización. El medio ambiente se manifiesta en la respuesta inmune, por medio de moléculas que llevan mensajes a las células. Estas señales son captadas por receptores espe cíficos ubicados en la membrana celular. Luego de la unión de la señal a su receptor, se inicia la activación, por fosforilación de diferentes proteínas intradtoplasmáticas que llevan la señal al núcleo mediante la acti vación de factores de transcripción encargados de unirse al DNA para activar la e)q3res¡ón de determinados genes productores de citoquinas, moléculas de adherencia, mediadores de la inñamación o anticuerpos. ird Typewritten Text EdwinWCondoriPoma canismo un solo gen puede generar hasta tres proteínas diferentes. Apoptosis. Conocida también como muerte programada. Ocurre normalmente cuando una célula ha cumplido su ciclo vital o es in ducida a morir prematuramente por diferen tes mecanismos. Esta clase de muerte celular, contrarioa la producida por lisis, no libera enzimas tóxicas, por lo cual no da lugar a in flamación ni genera daño tisular. Ver cap. 16. l ' V I I F il o g e n ia d e i. s istem a in m u n e La evolución en la escala zoológica se ha acompañado de un perfeccionamiento pro gresivo de los sistemas de defensa. Ix)s animales unicelulares logran diferenciar sus propios componentes de los extraños y ais lar estos últimos por medio de la formación de geies. Los pluricelulares invertebrados desarro llan nuevas formas de defensa como el sistema del complemento, la fagocitosis y la inflama ción; los mis desarrollados adquieren mecanis mos más refinados a cargo de los L. Los protocordados se caracterizan por la presencia de un esbozo de órganos linfoides y leucocitos diferenciados que circulan en la hemolinfa. En ellos aparecen además los ma- crófagos y hay una mayor diferenciación en los leucocitos, como se demuestra por la presen cia de eosinófilos. En los yertebrados se inicia la producción de Ac de la clase IgM, que son la marca de la inmunidad humoral. Hace 350 millones de años, cuando los primeros vertebrados pasa ron del agua a la tierra, se inició un cambio trascendental en la evolución del sistema in mune consistente en la producción de Ac de menor tamaño que pudieran pasar de la san gre a los tejidos, los dé la clase IgG, que apare cen por primera vez en los anfibios. Aparecen luego los órganos linfoides como timo y bazo. La aparición de un esque leto que permita la adecuada locomoción de lús animales terrestres, va acompañada de un cambio de residencia del tejido mielopoyéti- co (el productor de las células de la sangre), que del hígado, riñón y bazo, pasa a la médu la ósea (figura 1-10). Invertebrados^ f e Protozoa Chondrichlhives 500 millones de años 350 millones de años i Linfocitos Indiferenciados no productores de Ig ......— n - r i z z : Timo, bazo y diferencia de LT y LB 250 millones de años Aloinmunidad celular y humoral Ag HLA clases I y II. Ganglios 200 millones de años j linfáticos. Producción de IgG 100 millones de años i Presencia | I de MHC muy • > definido I A c tu a l Timo, ! LT,i LB. i NK. i MHC i Figura 1-10. Evolución dei sistema inmune. En ios recuadros se resume la aparición progresiva de los diferentes componentes del sistema. 10 ird Typewritten Text EdwinWCondoriPoma En las uce^aparece un órgano linfoide, la bursa de Fabricius, que cumple respecto a los LB una función similar a la que el timo, ejer ce en los LT, para estimular su maduración y diferenciación. Resulta misterioso el hecho de que un órgano tan diferenciado a este ni vel de la escala zoológica, en lugar de haber evolucionado, haya desaparecido en los ma míferos. l'VIII M é to d o s paka e l e s tu d io DEL SLSTEMA INMUNE Gracias a los avances en biología moleíular e ingeniería genética ha sido posible desa rrollar técnicas para comprender los meca nismos del sistema inmune. Veamos las más importantes. Manipulación de genes El premio Nobel de Fisiología y iVLedicina de 2007 le fiic otorgado a M. Evans, O. Smithies y M. Capecchi, por el desarrollo de métodos para lograr suprimir la expresión de un gen, introducir uno nuevo en el genoma o modu lar la expresión de otros. Estos extraordinarios logros, obtenidos en experimentación en ani males, empiezan a tener aplicaciones en los humanos. Ratones “knock-out”. Son aquellos en los que se produce anifícialmente la deleción de un gen para estudiar las consecuencias de la carencia de determinada proteína. Con este procedimiento se ha logrado establecer, por ejemplo, la función de una citoquina o de un receptor determinado, o de cualquier otra molécula. Organismos transgénicos o “knock-in”. Son aquellos en los que se ha introducido un gen específico. El gen en esnidio se aísla y se inserta en una bacteria o levadura, para que produzca una citoquina o cualquiera otra pro teína de los centenares de moléculas que par ticipan en la respuesta inmune. El poder disponer de esta ciase de rato nes facilita definir la función de determinada molécula y ha abierto las puertas para aplica ciones terapéuticas en afecciones debidas a la carencia o baja expresión de alguna de ellas. Terapia génica. Por métodos de ingeniería genética es factible introducir un gen en de terminadas células de un individuo que ten ga una enfermedad debida a la falta o muta ción de aquel y corregir el defecto o carencia genética. Se ha logrado curar, por este méto do, inmunodeficiencias graves. Estudio de los niícrosatélites. Estos son por ciones de DNA en las que un segmento peque ño, de uno a cinco nucleótidos, se repite varias veces a lo largo de la cadena. Los más conoci dos en el genoma humano son los (CA)n, en los que la citosina y la adenina se repiten un número variable de veces. El estudio de estas estrucuiras está aportando valiosa información sobre el desarrollo de varias enfermedades autoinmunes y de algunos tipos de tumores. Moléculas de RNA. Recientemente se ha identificado una gran diversidad de moléculas de RNA, scnRNA, snRNA, snoRNA, rasi RNA, tasiRNA, natsirRNA y pirRNA. Unas de estas controlan la expresión de diferentes genes, así como el nivel de las proteínas que ellos generan. Cada vez se encuentran más asocia ciones entre ellas y el desarrollo de diferentes tipos de cáncer y enfermedades autoinmunes. La manipulación de estas moléculas abre la puerta para el desarrollo de nuevas terapias porque puede permitir bloquear o disminuir la expresión de determinada proteína. Microarreglos o “biochips”. Los avances en el descubrimiento del mapa genético del ser humano, de animales y de microorganismos, han permitido el desarrollo de un nuevo y po deroso instrumento que permite defmir qué genes se activan y cuáles se desactivan en los diferentes procesos inmunes y diseñar la ma nera de controlar esos procesos. Empiezan a estar disponibles microarreglos para aplica ciones clínicas. Uno de ellqs permite evaluar simultáneamente varios miles de genes y ha cer diagnósticos precisos de tipos de leucemia para poder definir cuál tratamiento debe em plearse para su control. Asociaciones en el genoma, GWA (genome- ivide association). Un proyecto internacional que ha catalogado los haplotipos a lo largo del genoma humano, después de analizar más 11 ird Typewritten Text EdwinWCondoriPoma de tres millones de SNA? (single nucleotide polytnorphisms) ha permitido crear el “Hap Map” disponible en la web y que está per mitiendo detectar los factores de riesgo para muchas enfermedades. Con este instrumento se logró en 2007 identificar más factores de riesgo relacionados con enfermedades que-en todos los años anteriores, desde cuando se ini ció el estudio de la genética. Aiilicuerpos monoclonales (AcMc). Son Ac contra Ag específicos, producidos en hibrido- mas, conjuntos de células que se originan de la fusión de una célula plasmática producto ra de un Ac determinado con células de un mieloma de ratón. Se pueden cultivar en el laboratorio lo que permite “cosechar” las Ac que producen (ver Cap. 49). Proteómica. Es el estudio de las diferentes proteínas para establecer cuál, es su partici pación en el funcionamiento de determinado mecanismo de defensa. Se abren así las puer tas para antagonizar algunas de ellas o blo quear su receptor, con Ac-Mc, para modificar el curso de una enfermedad. Microscopio de dos fotones. Este instrumen to permite estudiar células y tejidos in vivo y facilita el estudio de lo que ocurre en ellos durante los procesos patológicos. Así, por ejemplo, gracias a su empleo se ha logrado observar que la microglia no es estática, sino que tiene gran movilidad para responder a losagresores que ingresan al cerebro. LECTURAS RECOMENDADAS * Liagwood D, Simons K. Lipid Rafts As a Membrane-Organizing Principie. Science, 327: 46-50, 2010. ** Sansonetti PJ. War and Peace at Muco- sal Surfaces. Nature Reviews Imniunolo- gy, 4: 953-60, 2004. ** Leslie M. Beyond Clotting: The Powers of Platelets. Science 328: 562-4, 2010. ** Muller KJ- Recognizing the First Res- ponders. Special Section, Science 327: 283-300, 2010. *** Akira S. Innate immunity to pathogens: Diversity in receptors for microbial re- cognition. Immunological Reviews, 277; 5-8, 2009. *** Weizman F, et al. Development of Mo- nocytes, Macrophages and Dendritic CeUs. Science 327: 656-61, 2010. ** Drmanac R, et al. Human Genome Se- quencing Using Unchained Base Reads on Self-Assembling DNA Nanoarrays. Science 327: 78-81, 2010. *** Xavier RJ, Rioux JD . Genoma-wide as- sociation studies: a new window into im- mune-mediated diseases, Nature Reviews Immunology 8: 631-43, 2008. ** Manis JP. Knock Out, Knock In, Knock Dawn. Genetically manipulated Mice and the Nobel Prize. NEJM 357:2426-29,2007. **♦ Vinson VJ. Protein at work (Tools for Biochemistry). Science. 312: 211-31, 2006. * Rustom A, et al. Nanotubular highways for Interceliuiar Organelle Transpon. Science. 3003: 1007-08, 2004. ** Oinary MB, Coulombe PA, McLeau WH. Intermediate Filament Proteins and Their Associated Diseases. NEJM. 351: 2087-100. 2004. *** García LF. Significado evolutivo de la respuesta inmune. Legado del Saber, 5; 1-41, Universidad de Antioquia, Mede- üín, Colombia. Nov. 2002. 12 ird Typewritten Text EdwinWCondoriPoma En esta sección estudiaremos los mecanis mos principales de la inmunidad innata o na tural que es la primera en responder al ata que de un patógeno que traspase alguna de las barreras naturales de nuestro organismo. En los procesos de defensa participa una se rie de células, los leucocitos, que circulan en la sangre y que deben pasar a los tejidos cuando un patógeno u otro agente agresor penetra a ellos. Veremos el delicado y efi ciente intercambio de moléculas entre estas células y las del endotelio vascular que ha cen posible esa migración. Varios de los leucocitos tienen la capacidad de reconocer microorganismos, células o moléculas extrañas, fagocitarlas, destruirlas y seleccionar cuáles residuos deben presen tar a los linfocitos para inducir una respues ta inmune adquirida o específica. Un sistema enzimático, el complemento, perfecciona y amplifica la respuesta inmune innata y refuerza la inducción de la adqui rida. Actuando en forma conjunta y simultánea todas las células del sistema inmune innato y las moléculas producidas por ellas desa rrollan un complejo mecanismo de inflama ción para asegurar que al lugar agredido lle guen oportunamente y en cantidad adecua da todas las células y moléculas requeridas para una pronta respuesta inmune. Capítulo 2 Elementos constitutivos, barreras naturales, células, moléculas y sistemas en- zimáticos Capítulos Cómo circulan los leucocitos Capítulo 4 Fagocitosis Capítulo 5 Células iínfoides en la inmtmidad innata Capítjdo6.. Sisteriii'ddcónripléiné Capítulo,T Inflamación - V ird Typewritten Text EdwinWCondoriPoma Capítulo Elementos constitutivos, c. barreras naturales, células, moléculas y sistemas enzimáticos^ ^^ s^s*^ »^ SeSüHBBSsawr" W illiam R o ja s M. B ea tr iz H. A r is tiz áb a l B. Generalidades Elementos constitutivos Barreras físicas ■ Piel ■ Mucosas ■ Tracto genitourinario Células del sistema inmune innato Moléculas que detectan en las superficies todos los patógenos Sistemas y moléculas destructores de microorganismos La raza, el sexo, las características genéticas y la edad del hospe dero son elementos constitutivos que intervienen en las caracterís ticas de la respuesta inmune. La piel y las mucosas evitan que los microorganismos que están sobre ellas penetren a los tejidos. Estas barreras, además de constituir un obstáculo físico, están provistas de mecanismos activos de defensa que responden rápida y efectivamente a cualquier agresión extema. Las células epiteliales, los fagocitos y las células dendríticas po seen en sus membranas moléculas que detectan patógenos y al reconocerlos activan en su interior vías de señalización que llevan mensajes para inducir modificaciones en el comportamiento del citoesqueleto que permiten incrementar la motilidad de las célu las. Igualmente, hacen llegar al núcleo instrucciones para la acti vación de genes que codifican la producción de moléculas bacteri cidas y reguladoras de los mecanismos de defensa. 2 -1 G en era lid ad es Definición. La inmunidad innata es el conjun to ele mecanismos que actúan contra todos los microorganismos patógenos desde el primer contacto con ellos para iniciar los mecanismos necesarios para controlarlos. De no lograrlo, induce una respuesta de inmunidad adquirida. Evolutivamente la inmunidad innata apa rece antes que la adquirida y es similar en to dos los vertebrados. Su acción se inicia rápi damente y actúa de inmediato ai detectar un 15 patógeno. La respuesta no es selectiva y ataca por igual a todas las bacterias patógenas sean grampositivas o gramnegativas. En los inver tebrados la inmunidad innata es suficiente para la defensa contra agresores externos, pero en los vertebrados suele ser necesaria la participación de la inmunidad adquirida para complementar y perfeccionar la respuesta inmune. Esta última es de desarrollo lento pero muy selectiva y guarda memoria del encuentro con cada patógeno para activarse rápidamente ante un nuevo ingreso de cada uno de ellos. En la tabla 2-1 se presentan las principales diferencias entre las inmunidades innata y adquirida. Cada especie animal nace con cieno grado de resistencia natural a muchos de los agentes patógenos que encuentra en su medio am biente sin necesidad de un proceso previo de entrenamiento o programación de las células que integran el sistema. La inmunidad innata tiene los componentes que se resumen en la tabla 2-2. 2 - I I E lementos constitutivos Cada especie, raza o individuo tiene caracte rísticas constitutivas y mecanismos especiales de defensa que explican las diferencias de susceptibilidad o resistencia a determinados microorganismos patógenos. Inmunidad de especie. La rata es muy resis tente a la difteria, en tanto que el ser humano y el cobayo son muy susceptible. Los estafilo cocos atacan al hombre y al chimpancé, mien tras que la mayor pane de las demás especies animales son resistentes a ellos. El perro es muy susceptible a la rabia, en cambio la rata lo es en muy bajo grado. La susceptibilidad a una infección no de nota necesariamente falta de resistencia. El ser humano es muy susceptible a los virus del catarro común, pero todos los individuos lo gran controlar la infección y no hay mortali dad atribuible a ellos. No sucede lo mismo con otras infecciones como la rabia, que es siem pre mortal si no se vacuna oportunamente al individuo infectado. Inmunidad racial. Los individuos de raza negra son más susceptibles que los blancos a la coccidioidomicosis y a la tuberculosis. Por el contrario, son resistentes a la infección por Plasm odium vivax, en tanto que los blan cos son susceptibles a infecciones por este parásito por tener en la membrana de sus eritrocitos Ag del grupo Duffy, que sirven de receptores para el P. vivax. Estos Ag están au sentes en los eritrocitos de los individuos de raza negra. La hemoglobina S y la deficiencia de glucosa-6-fosfato-deshidrogenasa, que se encuentran con relativa frecuencia en la raza negra, les otorgan a sus individuos un cierto grado de resistenciacontra el Plasm odium fa lc iparu m . Control genético de la respuesta inmune. La resistencia o susceptibilidad innata a las Tabla 2-1. Diferencias entre la inmunidad innata y la adquirida. Especificidad. í Reconoce sin discriminar a los , microorganismos patógenos. Muy amplia y específica para cada antígeno. Iniciación. Inmediata. Requiere un período de aprendizaje. i Memoria. Ninguna. Muy amplia. 1 Reacción contra i Ag propios. Ausente. Ocurre en las enfermedades autoinmunes. Células. PMN, Mo, NK, LlyS. LB-1, Mas, Bas, Eos. DC, M0,LTyLB. 16 Tabla 2-2. Elementos constitutivos de la inmunidad innata. Inmunidad de especie. Inmunidad racial. Control genético. Inmunidad de edad. Factores metabólicos y hormonales. Temperatura. Influjo del sistema nervioso. infecciones está, en parte, controlada genéti camente. Por ejemplo, el gen S lcllA l, cono cido anteriormente como “NRAMP” {natural resistance activation m acrophage protein) codifica para proteínas que secuestran el hie rro dentro de las vacuolas fagocitarias de los macrófagos, e impiden que pueda ser utiliza do por las bacterias fagocitadas. La resistencia a determinadas enfermeda des infecciosas está, por lo general, controlada por varios genes. Hay una gran variabilidad en las moléculas encargadas de detectar lo extra ño. La ausencia de alguna de ellas se acompa ña de un mayor riesgo de sufrir determinada infección. Inmunidad de edad. Las enfermedades in fecciosas y malignas se presentan con mayor frecuencia durante la infancia y la vejez. Los niños nacen con un sistema inmune poco de sarrollado, que necesita del contacto con los distintos agentes patógenos para aprender a defenderse de ellos. Este período de apren dizaje se acompaña de una mayor frecuen cia de enfermedades infecciosas y procesos malignos. Pasados los seis primeros años, el ser humano ha acumulado una serie de ex periencias por los contactos con diferentes microorganismos que le permiten desarrollar procesos de defensa específica contra cada uno de ellos. Después de los sesenta años, el sistema irunune, como los demás del organis mo, empieza a decaer en su capacidad funcio nal y este deterioro conlleva un incremento de enfermedades infecciosas y una mayor in cidencia de procesos malignos. Factores metabólicos y hormonales. Los estrógenos influyen, directa o indirectamente, en el control de algunas infecciones. En la va gina propician la secreción de glucógeno, que transformado por los bacilos de Doderlein o lactobacüos en ácido láctico toma ácido el pH de la secreción vaginal haciéndolo bactericida. Los hombres tienen una mayor suscepti bilidad a algunas enfermedades infecciosas como la paracoccidioidomicosis, que los afec ta en proporción de trece a uno en relación con las mujeres. En la diabetes, por un metabolismo inade cuado de la glucosa, disminuye la capacidad de los fagocitos. Temperatura. En el cuerpo humano hay un gradiente de temperatura del centro a la pe riferia, que explica la localización de agentes infecciosos que prefieren determinadas tem peraturas. Así, Mycobacterium leprae y Leis- hm an ia brasiliensis prefieren las zonas más frías, como las extremidades y áreas periorifl- ciales de la cara o el tabique nasal. El Mycobac terium ulcerans y el M. marinum, propios de los peces y de las ranas, que producen ocasio nalmente infecciones en el humano dando el llamado “granuloma de las piscinas”, se locali zan en los codos y rodillas en donde la tempe ratura es más baja. . Influjo del sistema nervioso. La interacción sistema inmune-sistema nervioso es muy im portante. A los órganos linfoides llegan ter minaciones nerviosas y las células del sistema inmune tienen receptores para neuropéptidos que les llevan mensajes de activación o de re gulación. Esta interacción se estudia en detalle en el capítulo 15 sobre la regulación de la res puesta inmune. 2-III B.\WÍ£RVS TÍSICAS Sobre nuestra piel y mucosas habitan normal mente unas 1.000 especies diferentes de bac terias y de hongos con millones de ejemplares de cada una de ellas, que en total pueden al canzar el impresionante número de 30 billo nes que supera al total de células del hospe dero y cuyo peso se estima en más de 1 kg. La mayoría de eUos son inocuos, otros coadyuvan 17 a los mecanismos de defensa y algunos solo causan eniemiedad cuando los mecanismos de defensa están alterados. Estas barreras, que son mecánicas y fisiológicas, separan el exte rior del interior y están constituidas por la piel y las mucosas. 2 - I I I - A L a p ie l Es una de las interfaces entre el interior del organismo y el medio ambiente. Es una barre ra muy eficiente en la protección contra los agentes patógenos. Muy pocos gémienes tie nen la capacidad de penetrar la piel intacta y se requiere una herida, trauma, intervención quirúrgica o picadura de un vector tipo artró- podo, para que diferentes microorganismos, patógenos o no, puedan ingresar a los tejidos. La piel está formada por dos capas, la dermis y la epidermis. Esta última es la más superficial y está formada por una lámina ba- sal sobre la cual se apoyan los queratinocitos. Estas células se agnipan en capas superpues tas que adquieren progresivamente quera- tina, que en la pane más externa forma un estrato córneo que constituye una fuerte ba rrera mecánica que se opone al ingreso de microorganismos (figura 2-1). La piel tiene pH ácido, de 5 a 6, suficiente para destruir muchos microorganismos. Esta acidez resulta de la degradación de ácidos gra sos como caprüico, oleico y undecilénico. Los queratinocitos producen péptidos an timicrobianos que se llaman defensinas y va rias citoquinas. Figura 2-1. Estructura de la epidermis. En la epi dermis hay queratinocitos, células dendríticas, tipo Langerhans, melanocitos y linfocitos intraepiteliales. Intercalados entre los queratinocitos se encuentran los melanocitos, productores de melanina, proteína responsable de la pig mentación de la piel y que protege el DNA de las células del efecto deletéreo de la luz ultravioleta. Un tercer componente de la epidermis lo constituyen las células dendríticas, DC, que en la piel se llaman células de Langerhans y cuya membrana presenta una serie de prolon gaciones o dendritas con las cuales capturan a los microorganismos que entran en contacto con la piel, los fagocitan, procesan y extraen de ellos Ag para presentados a los L en los ganglios linfáticos a donde migran por los ca nales linfáticos. Esta presentación de Ag activa a los L que inician el desarrollo de una res puesta selectiva que estudiaremos en los ca pítulos 8 a 11. La capa mas interna de la piel, la dermis, es rica en vasos sanguíneos, canales linfáticos, tejido colágeno y células del sistema inmune como PMN, M0, Bas, Eos y L. Normalmente se encuentran intercalados en la dermis un buen número de L de memoria. / En la sección 12-1 se estudian en mayor detalle los mecanismos de defensa inmune de la piel, tanto innatos como adquiridos. En el capítulo 41 estudiaremos las afecciones que tienen componentes inmunopatológicos. 2 - I l l - B M u c o s a d e l t r a c t o g a s t r o in t e s u n a l Por la vía oral llega al hospedero la mayoría de los microorganismos y Ag solubles. La flo ra microbiana intestinal está compuesta por más de 500 especies, la mayoría de las cuales son comensales, algunas simbióticas y unas pocas patógenas. Varias de las comensales mo dulan la expresión de genes responsables de funciones importantes del intestino, como ab sorción de nutrientes y mecanismos de defen sa. Algunas bacterias producen enzimas que digieren almidones no absorbibles y extraen de ellos monosacáridos que sí lo son. Algunos de los microorganismos comensa
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