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Arlindo Ugulino Netto –IMUNOLOGIA I – MEDICINA P3 – 2008.2 1 FAMENE NETTO, Arlindo Ugulino. IMUNOLOGIA INTRODUÇÃO AO SISTEMA IMUNOLÓGICO (Professora Karina Carla) O sistema imunológico (do latim: imuunis = insento de pagamento de impostos; logos = estudo, conhecimento), tambm conhecido como sistema imunitário, compreende todos os mecanismos pelos quais um organismo multicelular se defende de invasores internos, como bactrias, vrus ou parasitas. Por tanto, a imunologia a cincia que estuda o sistema imunitrio: suas clulas e rg os, sua fisiologia e patologia e suas reaes com os demais sistemas orgnicos. Existem dois tipos de mecanismos de defesa: os inatos ou n o especficos (imunidade inata), como a prote o da pele, a acidez gstrica, as clulas fagocitrias ou a secre o de lgrimas; e o sistema imunitrio adaptativo (imunidade adquirida), como a a o direcionada dos linfcitos e a sua produ o de anticorpos especficos. Imunidade Inata: primeira linha de defesa do nosso organismo, com a qual, j nascemos. Como exemplo de um dos integrantes desse sistema tm-se os macrófagos e neutrófilos, clulas fagocitrias com receptores de baixa especificidade (MHC – Complexo Principal de Histocompatibilidade – um complexo protico da clula fagocitria responsvel por apresentar o antgeno ao linfcito). Imunidade Adquirida: sistema imunitrio que se potencializa a partir da exposi o antgenos, sendo ela mais especfica. Como exemplo de integrantes, tm-se os linfócitos com receptores CD (Classes de Diferenciaes) muito mais especficos e seletivos. Esses receptores tambm determinam o grau de maturidade da clula. OBS1: Antígeno toda partcula ou molcula capaz de iniciar uma resposta imune, a qual comea pelo reconhecimento pelos linfcitos e cumula com a produ o de um anticorpo especfico. Anticorpo (imunoglobulinas) s o glicoprotenas sintetizadas e excretadas por clulas plasmticas derivadas dos linfcitos B, os plasmcitos, presentes no plasma, tecidos e secrees que atacam protenas estranhas ao corpo (antgenos), realizando assim a defesa do organismo ( imunidade humoral). Depois que o sistema imunolgico entra em contato com um antgeno (proveniente de bactrias, fungos, etc.), s o produzidos anticorpos especficos contra ele. OBS²: Epítopo (determinante antigenico) s o sequncias de aminocidos presentes na estrutura protica do antgeno que reconhecida por receptores especficos nos anticorpos. HISTRICO Sculo XV: Chineses e turcos tentam induzir imunidade atravs da variola o. 1546: Girolamo Fracastoro, Univ. Pdua, diz "O contgio uma infec o que passa de um para outro...a infec o se origina de partculas muito pequenas - imperceptveis" 1798: Sir Edward Jenner, vacina o, o pai da imunologia, observou que os fazendeiros que contraram varola bovina ficavam protegidas da varola humana. Inoculou ent o um menino de 8 anos com a varola bovina e obteve resultados satisfatrios. A tcnica foi denominada de “vacina o” (de vaca). 1879-1881: Louis Pasteur, vacinas atenuadas. Estava estudando a bactria que causa a clera, cultivando-a e injetando em galinhas. Ao voltar de frias, ele usou uma cultura velha para injetar e, surpreendentemente, as galinhas adoeceram mas melhoraram. Pasteur concluiu: cultura velha, e fez uma cultura fresca. Desta vez, como ele tinha poucas galinhas, resolveu usar algumas do experimento anterior. Resultado: as galinhas do experimento anterior sobreviveram e as n o inoculadas previamente morreram. Pasteur reconheceu que o envelhecimento da cultura tinha enfraquecido a bactria, a ponto de torn-la n o letal, e aplicou este conhecimento para proteger outras doenas. Ele chamou a linhagem atenuada de VACINA, de vaca. Pasteur ent o produz vacinas para cólera, anthrax, e raiva. Elie Metchnikoff, teoria dos fagcitos. Observou a fagocitose de esporos de fungos por leuccitos e antecipou a idia de que a imunidade era devido s clulas brancas do sangue. Partiu da a defini o de imunidade celular. 1890: Emil von Behring e Kitasato, antitoxina da difteria. Demonstram que o soro de animais imunes difteria pode transferir a prote o. Esse componente, antitoxina, era capaz de neutralizar, precipitar toxinas, aglutinar e lisar bactrias. Partiu da a defini o de imunidade humoral. 1974: Peter Doherty e Rolf Zinkernagel, descoberta da especificidade das respostas imunes mediadas por clulas T (restri o das clulas T). 1989: Tim Mosmann e Robert Kopfman, descoberta dos subtipos de clulas Th1/Th2, atravs do perfil de citocinas que produzem. Arlindo Ugulino Netto –IMUNOLOGIA I – MEDICINA P3 – 2008.2 2 SISTEMA IMUNE E HOMEOSTASIA Os sistemas imune, nervoso e endcrino s o considerados os trs principais sistemas de contato entre o indivduo e seu meio ambiente. Sistema Nervoso origem embrionria: ectoderma; clulas: neurnios; substncias: neurotransmissores. Sistema Endcrino origem embrionria: endoderma; substncias: hormnios Sistema Imunolgico origem embrionria: mesoderma; clulas: leuccitos; substncias: citocinas. As clulas do sistema imune, diferentemente das clulas desses outros dois sistemas, exercem suas funes circulando pelas mucosas e tecidos internos e identificando a entrada de molculas prprias. Essas clulas utilizam como principais vias de entrada as mucosas e tecidos os vasos sanguneos e linfticos, que seriam como estradas de acesso aos tecidos. As respostas imunes adquiridas podem ser divididas em trs fases: o reconhecimento do antgeno, a ativa o dos linfcitos e a fase efetora. Todas as respostas imunes s o iniciadas pelo reconhecimento do antgeno especfico. Isso induz a ativa o do linfcito que reconhece o antgeno e culmina na instala o de mecanismo efetores que medeiam a fun o fisiolgica da resposta, ou seja, a elimina o do antgeno. Depois de eliminado o antgeno, a rea o imune atenuada e a homeostase restaurada. Reconhecimento dos Antígenos: todo indivduo possui numerosos linfcitos derivados clonalmente. Cada clone origina-se de um precursor nico e capaz de reconhecer e responder a um determinante antignico distinto e, quanto o antgeno entra, seleciona um clone especfico pr-existente, ativando-o. Em um primeiro momento, a linha primordial de defesa imune – imunidade inata – entra em cena por meio de clulas apresentadoras de antgenos (macrfagos), que fagocitam e “digerem” o antgeno patognico, degradando-o em nvel de peptdeo (eptopo). Esse mesmo macrfago apresenta o eptopo aos linfcitos por meio do seu MHC. Ativação dos Linfócitos: a ativa o dos linfcitos requer dois sinais distintos: o primeiro o antgeno e o segundo, os produtos microbianos ou os componentes das respostas imunes inatas aos microorganismos. A exigncia do antgeno (sinal 1) assegura que a resposta imune a seguir seja especfica. A exigncia de um estmulo adicional, desencadeado pelos microorganismos ou por reaes imunes inatas (sinal 2), assegura que as respostas imunes sejam induzidas quando necessrias (isto , contra microorganismos e outras substncias nocivas), e n o contra substncias incuas, incluindo os antgenos prprios. As respostas dos linfcitos aos antgenos e aos segundos sinais constituem da sntese de novas protenas, prolifera o celular e diferencia o em clulas efetoras e de memria. Arlindo Ugulino Netto –IMUNOLOGIA I – MEDICINA P3 – 2008.2 3 o Sntese de Novas protenas: os linfcitos comeam a transcrever os genes que anteriormente estavam silenciosos e a sintetizar uma variedade de novas protenas (citocinas secretadas que estimulam o crescimento e a diferencia o dos prprios linfcitos e de outras clulas efetoras; receptores de citocinas; e outras protenas envolvidas na transcri o dos genese na divis o das clulas). o Prolifera o celular: em resposta ao antgeno e aos fatores de crescimento formados pelos linfcitos estimulados pelos antgenos e por outras clulas, os linfcitos antgeno-especfico sofrem divis o mittica. Isso resulta em prolifera o e aumento de tamanho do clone antgeno-especfico, a chamada expans o clonal. o Diferencia o em clulas efetoras: parte da prognie de linfcitos estimulados por antgenos diferenciam-se em clulas efetoras, cuja fun o a de eliminar o antgeno. As clulas T auxiliares diferenciadas secretam citocinas que ativam outras clulas. o Homeostase – declnio das respostas imunes: ao final de uma resposta imune, o sistema imune retorna ao seu estado basal, em grande parte porque a maioria da prognie de linfcitos estimulados por antgenos morre por apoptose (morte celular limpa, fisiolgica e regulada). Uma grande fra o dos linfcitos estimulados por antgenos sofrem apoptose, provavelmente porque a sobrevivncia desses linfcitos dependente do antgeno, e dos fatores de crescimento induzidos pelo antgeno e, como a resposta imune elimina o antgeno que a iniciou, o linfcito fica privado do estimulo essencial para a sobrevivncia. o Diferencia o em clulas de memria: parte da prognie dos linfcitos B e T estimulados por antgenos n o se diferenciam em clulas efetoras. Em vez disso, tornam-se linfcitos de memria funcionalmente quiescentes, que s o capazes de viver por longos perodos, aparentemente na ausncia de antgenos. Fase Efetora das Respostas Imunes – eliminao de antgenos: Durante a fase efetora das respostas imunes, os linfcitos que foram ativados especificamente por antgenos executam as funes efetoras que induzem a elimina o dos antgenos. Os anticorpos e os linfcitos T eliminam, respectivamente, os microorganismos extracelulares e os intracelulares. Essas funes dos anticorpos e das clulas T exigem, muitas vezes, a participa o de outras clulas n o-efetoras e de mecanismos de defesa que tambm operam na imunidade inata. Assim, os mesmos mecanismos inatos que proporcionam as linhas de defesa iniciais contra agentes infecciosos podem ser usados pela resposta adquirida subseqente para eliminar microorganismo. De fato, como mencionado anteriormente, uma fun o geral importante das respostas imunes adquiridas a de facilitar os mecanismos efetores da imunidade inata e de focalizar esses mecanismos efetores sobre os tecidos e clulas que contenham antgenos estranhos. A fase efetora, por tanto, necessita da participa o de vrios mecanismos de defesa, incluindo o sistema do complemento e os fagcitos, que tambm atuam na imunidade inata. As respostas adquiridas facilitam os mecanismos de defesa da imunidade inata. MECANISMOS INATOS (NO-ESPECFICOS) O sistema inato composto por todos os mecanismos que defendem o organismo de forma n o especfica, contra um invasor, respondendo da mesma forma, qualquer que ele seja. Constituem as estratgias de defesa mais antigas, sendo algumas destas formas encontradas nos seres multicelulares mais primitivos, nas plantas e fungos. BARREIRAS F SICAS A pele a principal barreira fsica. A sua superfcie lipoflica constituda de clulas mortas ricas em queratina, uma protena fibrilar, que impede a entrada de microorganismos. As secrees ligeiramente cidas e lpidicas das glndulas sebcea e sudorpara criam um microambiente cutneo hostil ao crescimento excessivo de bactrias. O cido gstrico uma poderosa defesa contra a invas o por bactrias do intestino. Poucas espcies s o capazes de resistir ao baixo pH e enzimas destruidoras que existem no estmago. A saliva e as lgrimas contm enzimas bactericidas, como a lisozima, que destroem a parede celular das bactrias. No intestino, as numerosas bactrias da flora normal competem com potenciais patognios por comida e locais de fixa o, diminuindo a probabilidade de estes ltimos se multiplicarem em nmero suficiente para causar uma doena. por isso que o consumo de demasiados antibiticos orais pode levar deple o da flora benigna normal do intestino. Com cessa o do tratamento, espcies perigosas podem multiplicar-se sem competi o, causando, posteriomente, diversas doenas. O muco outra defesa, revestindo as mucosas. Ele sequestra e inibe a mobilidade dos corpos invasores, sendo a sua composi o hostil para muitos microorganismos. Alm disso, contm anticorpos do tipo IgA. FAGCITOS Os fagcitos s o as clulas, como neutrfilos e macrfagos, que tm a capacidade de estender pores celulares (pseudpodes) de forma direcionada, englobando uma partcula ou microorganismo estranho. Este microrganismo contido num vacolo, o fagossoma, que depois fundido com lisossomas, vacolos ricos em enzimas e cidos, que digerem a particula ou organismo. Arlindo Ugulino Netto –IMUNOLOGIA I – MEDICINA P3 – 2008.2 4 Os fagócitos reagem a citocinas produzidas pelos linfócitos, mas também fagocitam, ainda que menos eficazmente, de forma autónoma sem qualquer estimulação. Naturalmente esta forma de defesa é importante contra infecções bactérianas, já que virus são demasiado pequenos e a maioria dos parasitas demasiado grandes para serem fagocitados. A fagocitose também é importante na limpeza dos detritos celulares após infecção ou outro processo que leve a morte celular nos tecidos. No entanto os fagocitos morrem após algumas fagocitoses, e se o numero de invasores e de detritos for grande, poderão ambos, fagocitos e bactérias, ficarem presos num liquido pastoso e rico em proteínas estruturais, que se denomina pús. Além disso, estas células produzem radicais livres, formas altamente reativas de oxigênio, que danificam as bactérias e outros invasores, além dos tecidos a sua volta. Neutrófilos: são granulócitos, fagocíticos móveis, o mais abundante e é sempre o primeiro a chegar ao local da invasão e sua morte no local da infecção forma o pus. Eles ingerem, matam e digerem patógenos microbianos. São derivados dos mastócitos e basófilos. Macrófago: célula gigante, sendo forma madura do monócito, tem capacidade de fagocitar e destruir microorganismos intracelulares. A sua diferenciação é estimulada por citocinas. É mais eficaz na destruição dos microorganismos, tem vida longa ao contrário do neutrófilo. São móveis e altamene aderentes quando em atividade fagocítica. Macrófagos especializados incluem: células de Kupffer (figado), células de Langerhans (pele) e micróglias (Sistema Nervoso Central). Basófilo e Mastócito: são granulócitos polimorfonucleados que produzem citocinas em defesa contra parasitas, também são responsáveis pela inflamação alégica mediadas por IgE. Eosinófilo: São granulócitos polimorfonucleados que participam na defesa contra parasitas também participando de reações de hipersensibilidade via mecanismo de citotoxidade. Envolvido em manifestações de alergia e asma, via espeficidade por antígeno IgE. SISTEMA COMPLEMENTO O sistema complemento é um grupo de proteínas produzidas pelo fígado, presentes no sangue. Elas reconhecem e ligam-se a algumas moléculas presentes em bactérias (via alternativa), ou são ativados por anticorpos ligados a bactérias (via clássica). Então se inserem na membrana celular do invasor e criam um poro (chamdo de MAC, ou Complexo de Ataque a Membrana), pelo qual entra água excessiva, levando à lise (rebentamento osmótico da célula). Outras proteínas não específicas incluem a proteína c-reactiva, que também é produzida no fígado e se liga a algumas moléculas comuns nas bactérias mas inexistentes nos humanos, ativando o complemento e a fagocitose. RESPOSTA INFLAMATÓRIA A resposta inflamatória é fundamentalmente uma reação inespecífica, apesar de ser na prática controlada pelos mecanismos específicos (pelos linfócitos). Caracteriza-se por cinco sintomas e sinais,definidos na antiguidade greco- romana: calor, rubor, tumor (edema), dor e em último caso (crôcicos) perda da função. A inflamação é desencadeada por fatores libertados pelas células danificadas, mesmo se por danos mecânicos. Esses mediadores (bradicinina, histamina) sensibilizam os receptores da dor, e produzem vasodilatação local (rubor e tumor), mas também atraem os fagócitos, principalmente neutrófilos (quimiotaxia). Os neutrofilos que chegam primeiro fagocitam invasores presentes e produzem mais mediadores que chamam linfócitos e mais fagócitos. Entre as citocinas produzidas, as principais sao InterLeucina 1 (IL-1) e TNF (Fator de necrose Tumoral). MECANISMOS ADAPTATIVOS OU ADQUIRIDOS (ESPECFICOS) Todo o sistema específico se concentra na capacidade das células imunitárias distinguirem proteínas produzidas pelas células do próprio corpo (antigénio "self" - ou seja do próprio organismo), e proteínas produzidas por invasores ou pelas células humanas sob o controle de vírus (antigénio "non-self" - ou seja, que não é reconhecido como sendo do próprio organismo). Esta distinção é feita através de receptores, os TCR (T-cell receptors) ou BCR (B cell receptors que são anticorpos presos à membrana). Estes receptores, TCR ou BCR, para serem eficazes têm de ser produzidos com milhões de conformações. De outro modo não se ligariam a muitos tipos de proteínas de invasores, e não os reconheceriam. Muitos dos TCR e BCR assim gerados vão reagir com péptidos próprios. Uma das funções do Timo e Medula óssea é manter os jovens linfócitos sequestrados até que seja possivel determinar quais reagem com moléculas do próprio organismo. Essa função é feita por células especializadas desses orgãos que apresentam aos linfócitos jovens moléculas produzidas por elas (e, portanto, próprias). Todos os linfócitos que reagem a elas são destruidos, e apenas aqueles indiferentes a própria (mais possivelmente reativos a não-próprios) são largados na corrente sanguinea. Os linfocitos que não reagem a própria são milhões, cada um com milhões de configurações possiveis de receptores e haverá inclusive vários, cada um com receptor para zonas diferentes de cada proteína microbiana possivel. A esmagadora maioria dos linfócitos nunca encontra uma proteina para a qual o seu receptor seja específico. Aqueles poucos que a encontram, são estimulados e multiplicam-se. São geradas células efetoras com o receptor específico Arlindo Ugulino Netto –IMUNOLOGIA I – MEDICINA P3 – 2008.2 5 (produtoras de anticorpos ou citotóxicas, ou ainda coordenadoras) e células memória. As células de memória são quiescentes, têm vida longa e são capazes de reconhecer esse antígeno mesmo muito depois, multiplicando-se em maior numero e respondendo mais rapidamente a infecções futuras. LINFÓCITOS B E PRODUÇÃO DE ANTICORPOS Os linfócitos B possuem um BCR (IgD e IgM), que é em tudo semelhante ao anticorpo, mas está preso na membrana. Os linfócitos B concentram-se nos ganglios linfáticos, onde filtram a linfa, à espera de uma molécula que seja não-self e reaja especificamente com o seu receptor aleatório. Para cada molécula possivel há vários linfócitos específicos. Logo assim que haja uma ligação específica antigênio-receptor e se o linfócito for estimulado simultaneamente por citocinas produzidas pelos linfócitos T CD4+ (reguladores,ou Helper), eles multiplicam-se e diferenciam-se em plasmócitos e em células-memória. Estas, se a infecção se repetir muitos anos depois, podem iniciar a reposta mais rapidamente. Os plasmócitos produzem então grandes quantidades BCR solúvel e não preso à membrana, ou seja, anticorpos específicos para aquela molécula. Os anticorpos são assim proteinas receptoras livres no sangue, que são especificas e se ligam à molecula não- self e possivelmente invasora. Os anticorpos podem assim ligar-se a antígenos na superfície de bactérias, virus ou parasitas. Eles os eliminam de várias formas. Podem neutralizar o invasor diretamente (cobrindo a superficie de um virus e impedindo-o de se ligar aos seus receptores nas células por exemplo); atrair fagócitos (que reconhecem e são estimulados por eles); ativar o sistema complemento de forma a lisa-los; ou ainda estimular as células citotóxicas (assassinas) para destruirem as células identificadas pelo anticorpo. Há vários tipos de anticorpos: IgM é sempre o primeiro tipo a ser produzido; IgG é o principal grupo de anticorpos sangüíneos e há vários subtipos, aparece mais tarde que IgMs, e têm maior afinidade após hipermutação; os IgAs são anticorpos secretados para as mucosas, como intestino, genitais e bronquios; as IgE têm funções de luta contra parasitoses; os IgD estimula o sistema imunitário. LINFÓCITO T E CITOTOXICIDADE Os Linfócitos T CD8+ são os linfócitos citotóxicos ou também chamado de Killers. Eles têm cada um, um tipo de receptor especifico nas suas membranas, gerado aleatóriamente numa fase de recombinação genética do seu desenvolvimento, denominado de TCR (T-cell receptor, semelhante aos anticorpos da célula B, mas de localização membranar). Esses receptores ligam-se a outros que todas as células humanas possuem (complexo MHC I), e que apresentam peptídios (fragmentos de proteínas) que elas estejam a produzir à superficie da célula. No caso que os complexos MHC I (Complexo de Histocompatibilidade) - péptido seja reconhecidos por uma célula T CD8+, esta última desencadeará a morte da célula que apresenta o péptido atravéz de enzimas citoliticas chamadas de perfurinas e granzimas que induzem a apoptose da célula alvo por desequilíbrio osmótico. Todos os linfócitos T CD8+ que têm receptores que reagem a substâncias do próprio corpo morrem durante o seu "estágio" no timo. Quando o linfócito T CD8+ reconhece um antígeno não-self com o seu receptor numa molécula MHC classe I de uma célula do organismo, ele liberta substâncias (perforina) que criam um poro na membrana, lisando (rompendo osmoticamente) a célula, ou então libertam mediadores (granzima) que induzem a célula a iniciar a apoptose (morte celular programada). Há milhões de linfócitos CD8+ em circulação no organismo, cada um com receptores aleatórios para todos os péptidos possiveis não-self. Normalmente o linfócito T CD8+ só destrói as células se for estimulado por citocinas dos linfócitos T CD4+ (reguladores). Se um linfócito T CD8+ com determinado receptor for estimulado dessa forma, ele divide-se em mais células citotóxicas e um pequeno grupo de células quiescentes e de longa esperança de vida, as células memória, manter-se-ão em circulação (entre o sangue e os gânglios linfáticos). Estas células de memória podem ser ativadas mais tarde de uma forma mais eficiente, mais rápida e independentemente da presença de citocinas produzidas pelos linfócitos CD4+, após reconhecimento do péptido para o qual são específicas apresentado por uma molécula de MHC classe I. FAGÓCITOS Apesar de os fagócitos serem um mecanismo inato, já que respondem a qualquer corpo estranho, eles também são efetores de primeira linha das decisões dos linfócitos. Os fagócitos, especialmente os macrófagos, respondem a citocinas geradas pelos linfócitos (IL-1). Os monócitos são os precursores dos macrófagos e eles transformam-se em macrófagos se estimulados por citocinas dos T4. Além disso são atraidos por outras citocinas e fatores libertados de células em locais de infecção activa. Se estimulados apropriadamente pelas citocinas libertadas de forma localizada e controlada pelos linfócitos T4, os macrófagos libertam suficientes quantidades de enzimas e radicais livres para destruir totalmente uma região localizada, matando ambos invasores e células humanas. Além disso, sob controle dos linfócitos, os macrófagos são responsáveis por algumas reações imunológicas especificas como o granuloma e o abcesso. O granuloma ocorre na invasão por micobactériase fungos, sendo o exemplo mais célebre a tuberculose. É uma reação ordenada por citocinas dos T4, quando há infecção intracelular dos próprios fagocitos. De forma a impedir a disseminação pelo sangue do invasor dentro dessas células móveis, os linfócitos T4 secretam citocinas que chamam mais macrófagos, e os tornam mais resistentes à infecção ("alerta de bactéria endocelular"). Arlindo Ugulino Netto –IMUNOLOGIA I – MEDICINA P3 – 2008.2 6 Além disso as citocinas provocam a adaptação pelos macrofagos de morfologia epitelial em volta do nucleo da invasão, com numerosas camadas de células imobilizadas ligadas por conexões impermeáveis, de forma a sequestrar o invasor. FILOGENIA DO SISTEMA IMUNE Em nível da escala evolutiva, o Sistema Imune Inato (sistema fagocitário) é muito mais antigo que o Sistema Imune Adquirido (sistema linfóide). A grosso modo, desde o surgimento dos invertebrados, já apresentavam células fagocitárias. A partir do surgimento de peixes cartilaginosos, viu-se o surgimento do sistema linfóide e dos órgãos linfóides.
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