Scopriamo la biologia: risposta immunitaria, vaccinazione e sieroterapia

Le tre linee di difesa contro i patogeni

Il sistema immunitario protegge l'organismo attraverso tre linee di difesa, che entrano in gioco in successione:

• le barriere chimico-fisiche, come la cute e le secrezioni delle mucose;
• l'immunità innata o aspecifica;
• l'immunità adattativa o specifica

Lesione della pelle BARRIERE CHIMICO- FISICHE · Formano una barriera che ostacola l'ingresso dei patogeni nei tessuti. · Sono rappresentate dalla cute, dalle mucose di rivestimento e dalle sostanze antibatteriche presenti nelle secrezioni (saliva, lacrime ecc.). IMMUNITÀ INNATA · Riconosce e distrugge i patogeni che superano le barriere esterne. · La risposta è aspecifica, cioè identica per qualsiasi patogeno. · La risposta all'infezione richiede pochi minuti. IMMUNITÀ ADATTATIVA · Distrugge i patogeni che non vengono uccisi dalle difese aspecifiche. · Riconosce in modo specifico i patogeni e sviluppa una memoria immunologica nei confronti di ciascun patogeno incontrato. · La prima risposta all'infezione è lenta e richiede alcuni giorni. (1) Patogeni Pelle Patogeni Cellule dell'immu- nità aspecifica Patogeni Cellule dell'immunità specifica Dopo aver sviluppato una «memoria» del patogeno, l'immunità specifica risponde molto più rapidamente a eventuali altri attacchi; in alcuni casi la protezione dura per tutta la vita. Phelan, Pignocchino, Scopriamo la biologia @ Zanichelli editore 2022 4

Le barriere chimico-fisiche

Le barriere chimico-fisiche ostacolano l'ingresso dei patogeni per azione meccanica o producendo sostanze chimiche dannose. Questo tipo di protezione interessa tutte le superfici a contatto con l'esterno, come la pelle, gli occhi, la bocca, il canale uditivo, il canale digerente, le vie respiratorie e l'apparato genitale femminile.

PELLE Forma una barriera contro l'ingresso dei patogeni. SECREZIONI ACIDE I succhi gastrici, le secrezioni vaginali e l'urina proteggono il canale digerente, le vie genitali femminili e le vie urinarie. LACRIME Le lacrime contengono sostanze chimiche antivirali e antibatteriche che eliminano i patogeni dagli occhi. LISOZIMA E ALTRI ENZIMI Il lisozima, contenuto nella saliva e nelle lacrime, e gli enzimi digestivi uccidono i batteri. CIGLIA I peli e le ciglia presenti nelle vie respiratorie allontanano dai polmoni i patogeni intrappolati nel muco. CERUME Il cerume è una sostanza appiccicosa che intrappola i patogeni entrati nel canale uditivo. Phelan, Pignocchino, Scopriamo la biologia @ Zanichelli editore 2022 5

Le cellule immunitarie e gli organi linfatici

Le cellule immunitarie e gli organi linfatici / 1

Il sistema immunitario è costituito dai globuli bianchi o leucociti: queste cellule sono disseminate in tutto il corpo e agiscono in modo coordinato, comunicando tra loro in ogni momento. Circolano nel sangue e nella linfa andando alla ricerca di eventuali agenti patogeni e comprendono diversi tipi di cellule:

• i fagociti (macrofagi, cellule dendritiche, neutrofili che insieme a eosinofili e basofili costituiscono i granulociti);
• i linfociti (linfociti B, linfociti T e cellule NK, cioè natural killer).

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Le cellule immunitarie e gli organi linfatici / 2

Il sistema immunitario lavora in stretta sinergia con gli organi del sistema linfatico, che sono midollo osseo, timo, linfonodi, tonsille, adenoidi e milza. Il midollo osseo, che produce tutti i tipi di globuli bianchi: qui avviene anche la maturazione dei linfociti B, mentre i linfociti T maturano nel timo. Una volta completata la loro maturazione, i linfociti e gli altri globuli bianchi si dirigono negli altri organi linfatici tra cui i linfonodi, le tonsille, le adenoidi e la milza. Phelan, Pignocchino, Scopriamo la biologia @ Zanichelli editore 2022 7

Le cellule immunitarie e gli organi linfatici / 3

Il sistema linfatico è distribuito in tutto il corpo (A); i suoi organi collaborano con il sistema immunitario (B).

A B Le tonsille e le adenoidi, localizzate nella faringe, bloccano l'ingresso dei microrganismi che penetrano attraverso la bocca e il naso. Linfonodi cervicali Vene succlavie Vena cava superiore Timo Il midollo osseo produce tutte le cellule immunitarie. Dotto toracico Midollo osseo Milza Appendice La milza agisce filtrando il sangue in circolo. Placche di Peyer I vasi linfatici che trasportano la linfa sono tappezzati di cellule immunitarie e collegano i linfonodi con gli altri organi linfatici. Le placche di Peyer dell'intestino tenue e l'appendice dell'intestino crasso sono organi linfatici che distruggono i patogeni penetrati nell'apparato digerente insieme al cibo. Phelan, Pignocchino, Scopriamo la biologia @ Zanichelli editore 2022 8 I linfonodi sono le «stazioni di servizio» del sistema immunitario; filtrando la linfa, danno modo ai globuli bianchi di identificare e neutralizzare eventuali organismi patogeni. Adenoidi Tonsille I linfociti T generati nel midollo osseo migrano nel timo per terminare la maturazione. Linfonodi ascellari Cisterna del chilo Linfonodi inguinali Linfonodi lombari

L'immunità innata

L'immunità innata o aspecifica si attiva quando un agente patogeno supera le barriere fisico-chimiche e penetra nell'organismo. I principali tipi di globuli bianchi che intervengono nell'immunità innata sono i neutrofili, i macrofagi, le cellule dendritiche e le cellule natural killer (NK). Figura 4 Le cellule dell'immunità innata.

Nucleo multilobato Cellula dendritica Neutrofilo NEUTROFILI · Fagocitano piccoli microrganismi, principalmente batteri. · Si autodistruggono nel processo. · Possiedono un nucleo multilobato. Patogeni Frammenti del patogeno presentati dal fagocita Cellula infettata da virus Macrofago Cellula NK CELLULE DENDRITICHE · Fagociti che devono il nome alla presenza di lunghi «tentacoli» detti dendriti. · Come i macrofagi, sono specializzate nella presentazione dell'antigene e segnalano l'infezione alle cellule dell'immunità specifica. MACROFAGI · Fagocitano microrganismi interi e frammenti di cellule morte. · Presentano frammenti del patogeno sulla propria superficie, segnalando l'infezione alle cellule dell'immunità specifica. CELLULE NATURAL KILLER · Uccidono le cellule dell'organismo infettate dai virus, forandone la membrana cellulare. · Sono coinvolte nel riconoscimento e nella distruzione delle cellule tumorali. Phelan, Pignocchino, Scopriamo la biologia @ Zanichelli editore 2022 9

Le tre fasi dell'immunità innata

Le tre fasi dell'immunità innata / 1

Quando un patogeno penetra nell'organismo e produce un'infezione, si attiva l'immunità innata che produce una risposta molto rapida e articolata in tre fasi.

1. I globuli bianchi indentificano i patogeni in base agli antigeni non-self.
2. Le cellule chiamano rinforzi, rilasciando le citochine.
3. I globuli bianchi distruggono i patogeni per fagocitosi oppure grazie alle proteine del complemento.

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Le tre fasi dell'immunità innata / 2

Quando i patogeni superano le barriere esterne, l'organismo si difende grazie alla rapida risposta dell'immunità innata aspecifica.

Patogeni Patogeni Cellule immunitarie Cellule immunitarie 58° Citochine Patogeni Cellule immunitarie 1 IDENTIFICARE IL PATOGENO Le cellule dell'immunità aspecifica riconoscono alcune molecole (antigeni) presenti sulla superficie dei patogeni e vi si legano. 2 CHIAMARE RINFORZI Le cellule immunitarie che hanno riconosciuto l'antigene rilasciano le citochine, che richiamano altre cellule immunitarie nel sito dell'infezione o segnalano di avviare ulteriori misure di difesa. 3 DISTRUGGERE IL PATOGENO Cellule immunitarie specializzate fagocitano e distruggono i patogeni e le cellule del corpo che sono state infettate. Phelan, Pignocchino, Scopriamo la biologia @ Zanichelli editore 2022 11

La risposta infiammatoria

La risposta infiammatoria / 1

Nella maggior parte dei casi l'immunità innata funziona in modo così efficace da passare inosservata. Talvolta, però, i patogeni invadono i tessuti, scatenando la risposta infiammatoria, che ha due funzioni:

• distruggere i patogeni presenti;
• avviare la rigenerazione dei tessuti danneggiati.

La risposta infiammatoria è sempre accompagnata da quattro sintomi:

1. arrossamento;
2. dolore localizzato;
3. sensazione di calore;
4. gonfiore dell'area infiammata.

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La risposta infiammatoria / 2

I sintomi della risposta infiammatoria sono dolore, arrossamento, calore e gonfiore nell'area infiammata.

1 1 Superficie epiteliale Patogeni Macrofagi Citochine (1) 2 Se ci tagliamo con un coltello, i patogeni presenti sulla lama penetrano nell'organismo attraverso la pelle lesionata. 2 Capillare 3 I basofili in circolo nel sangue e i mastociti presenti nei tessuti rilasciano istamina, che innesca la risposta infiammatoria. Mastociti Basofili 3 4 5 Neutrofili Istamina 5 L'istamina aumenta la permeabilità dei capillari, permettendo ai neutrofili di passare dal sangue al liquido interstiziale. 6 La risposta infiammatoria prosegue fino alla completa eliminazione dei patogeni e la pelle si rigenera. Phelan, Pignocchino, Scopriamo la biologia @ Zanichelli editore 2022 13 4 L'istamina induce la vasodilatazione dei capillari che circondano l'area lesionata; l'afflusso di sangue aumenta e altre cellule giungono sul luogo dell'infezione. I macrofagi che si trovano nei tessuti intorno al taglio iniziano a fagocitare i patogeni e a rilasciare citochine, richiamando fagociti e altri tipi di globuli bianchi nel sito dell'infezione. 6 Liquido interstiziale

L'immunità adattiva

L'immunità adattiva / 1

Se le strategie dell'immunità innata non riescono a fermare i patogeni, interviene l'immunità adattativa o specifica, che ha tre caratteristiche rispetto all'immunità innata:

1. Il riconoscimento dell'antigene è più specifico e le cellule e le molecole che intervengono sono più efficaci.
2. I tempi sono più lunghi.
3. Si sviluppa la memoria immunologica grazie alla quale, in caso di una nuova infezione da parte dello stesso patogeno, la risposta immunitaria è più rapida.

La memoria immunologica garantisce quindi l'immunizzazione, cioè la protezione a lungo termine nei confronti di uno specifico patogeno. Phelan, Pignocchino, Scopriamo la biologia @ Zanichelli editore 2022 14