Il sistema immunitario è una complessa rete integrata di mediatori chimici e cellulari, di strutture e processi biologici, sviluppatasi nel corso dell'evoluzione, per difendere l'organismo da qualsiasi forma di insulto chimico, traumatico o infettivo alla sua integrità. Per funzionare correttamente, un sistema immunitario deve essere in grado di rilevare un'ampia varietà di agenti, noti come agenti patogeni, dai virus agli elminti e distinguerli dal proprio tessuto sano dell'organismo.
In molte specie, il sistema immunitario può essere classificato in sottosistemi, come il sistema immunitario innato opposto al sistema immunitario adattativo o l'immunità umorale opposta all'immunità cellulo-mediata. Negli esseri umani, la barriera emato-encefalica, la barriera sangue-fluido cerebrospinale, e altre simili barriere fluido-cerebrale, separano il sistema immunitario periferico dal sistema neuroimmune che protegge il cervello.
Gli agenti patogeni possono rapidamente evolversi e adattarsi, riuscendo quindi a evitare di essere scoperti e neutralizzati da parte del sistema immunitario; tuttavia, si sono evoluti diversi meccanismi di difesa per ovviare a ciò. Anche semplici organismi unicellulari, come i batteri, possiedono un sistema immunitario rudimentale, costituito da enzimi che proteggono contro le infezioni dei batteriofagi. Altri meccanismi immunitari di base si sono evoluti negli antichi eucarioti e rimangono nei loro discendenti moderni, come le piante e gli invertebrati. Questi comprendono la fagocitosi, peptidi antimicrobici chiamati defensine e il sistema del complemento.
Gli gnatostomi, inclusi gli esseri umani, vantano meccanismi difensivi ancora più sofisticati, tra cui la capacità di adattarsi nel tempo a riconoscere gli agenti patogeni specifici in modo più efficiente. L'immunità adattativa crea una memoria immunologica a seguito di una prima risposta ad un agente patogeno specifico, portando così a una migliore reazione agli eventuali incontri successivi con lo stesso agente patogeno. Questo processo di immunità acquisita è alla base della vaccinazione.
I disturbi del sistema immunitario possono causare malattie autoimmuni, malattie infiammatorie e tumori. L'immunodeficienza si verifica quando il sistema immunitario risulta meno attivo del normale, con conseguenti infezioni ricorrenti e pericolose per la vita. Negli esseri umani, l'immunodeficienza può essere il risultato di una malattia genetica come l'immunodeficienza combinata grave, o acquisita per via di malattie come l'HIV/AIDS, o per l'uso di farmaci immunosoppressori. Al contrario, l'autoimmunità da un sistema immunitario iperattivo comporta l'attacco ai tessuti normali, come se fossero organismi estranei. Le malattie autoimmuni più comuni sono la tiroidite di Hashimoto, l'artrite reumatoide, il diabete mellito di tipo 1 e il lupus eritematoso sistemico. L'immunologia riguarda lo studio di tutti gli aspetti del sistema immunitario.
Storia dell'immunologia
L'immunologia è la disciplina che studia la struttura e la funzione del sistema immunitario. Ha origine dalla medicina e dai primi studi sulle cause dell'immunità alle malattie. Il riferimento più antico conosciuto all'immunità risale alla peste di Atene nel 430 a.C. Tucidide aveva osservato che coloro che erano guariti erano in grado di assistere i malati senza contrarre la malattia per la seconda volta. Nel XVIII secolo, Pierre Louis Moreau de Maupertuis fece degli esperimenti con il veleno dello scorpione, osservando che alcuni cani e topi erano immuni ad esso. Questa ed altre osservazioni riguardo all'immunità acquisita, sono state successivamente sfruttate da Louis Pasteur nel suo sviluppo della vaccinazione e della sua proposta della teoria dei germi della malattia. La teoria di Pasteur era in diretta opposizione alle teorie coeve della malattia, come la dottrina miasmatico-umorale. È stato necessario aspettare fino al 1891 con i lavori di Robert Koch, per i quali gli venne assegnato il premio Nobel nel 1905, affinché i microrganismi potessero essere confermati come causa delle malattie infettive.The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1905 Nobelprize.org Accessed 8 January 2009. I virus sono stati individuati come agenti patogeni umani nel 1901, con la scoperta del virus della febbre gialla da parte di Walter Reed.Major Walter Reed, Medical Corps, U.S. Army Walter Reed Army Medical Center. Accessed 8 January 2007.
Verso la fine del XIX secolo, l'immunologia ha fatto un grande progresso grazie a rapidi sviluppi nello studio sull'immunità umorale e l'immunità cellulare. Particolarmente importante è stata l'opera di Paul Ehrlich, che ha proposto la teoria catena laterale per spiegare la specificità della reazione antigene-anticorpo; il suo contributo alla comprensione della immunità umorale gli è stata riconosciuta con l'attribuzione di un premio Nobel nel 1908, assegnato congiuntamente al fondatore dell'immunologia cellulare, Il'ja Il'ič Mečnikov.The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1908 Nobelprize.org Accessed 8 January 2007
Descrizione generale
Una caratteristica fondamentale del sistema immunitario è quindi la capacità di distinguere tra le strutture endogene o esogene che non costituiscono un pericolo e che dunque possono o devono essere preservate (self) e le strutture endogene o esogene che invece si dimostrano nocive per l'organismo e che devono quindi essere eliminate (non-self).
Secondo le più recenti teorie il sistema immunitario distingue dunque un non-infectious self (self non infettivo) da un infectious self (self infettivo). La discriminazione tra self e non self avviene a livello molecolare ed è mediata da particolari strutture cellulari (Toll-like receptor, recettori dei linfociti T, complessi MHC, anticorpi), che consentono la presentazione ed il riconoscimento di componenti dell'agente lesivo definite antigeni (letteralmente induttori di anticorpi).
A seconda delle modalità di riconoscimento degli antigeni si possono distinguere due aree del sistema immunitario: immunità aspecifica o innata: comprende mediatori chimici (responsabili dell'infiammazione) e cellulari responsabili di una prima linea di difesa contro le aggressioni. È evolutivamente più antica e consente il riconoscimento di un repertorio limitato di antigeni. Riconosce una generica condizione di pericolo e pone il sistema immunitario in una condizione di “allarme”, che favorisce lo sviluppo dell'immunità specifica immunità specifica o acquisita o adattativa: comprende mediatori chimici e cellulari responsabili di una risposta difensiva più potente e mirata (virtualmente in grado di riconoscere qualunque forma di antigene), ma più lenta. È evolutivamente più recente e poggia sulla risposta aspecifica per numerose funzioni di presentazione e distruzione degli antigeni. Si divide a sua volta in: immunità specifica umorale (cioè mediata da anticorpi). immunità specifica cellulo-mediata
Difesa a più livelli
Il sistema immunitario protegge gli organismi dalle infezioni grazie a una difesa di più livelli di crescente specificità. In termini semplici, le barriere fisiche impediscono agli agenti patogeni, come batteri e virus, di entrare nell'organismo. Se un patogeno supera queste barriere, il sistema immunitario innato fornisce una risposta immediata, ma non specifica. Il sistema immunitario innato si trova in tutte le piante e gli animali. Se patogeni eludono con successo anche la risposta innata, i vertebrati possiedono un secondo livello di protezione, il sistema immunitario adattativo, che viene attivato dalla risposta innata. Qui, il sistema immunitario adatta la sua risposta durante l'infezione migliorando il riconoscimento del patogeno. Questa migliore risposta viene poi mantenuta dopo che il patogeno è stato eliminato, in forma di una memoria immunologica, permettendo così al sistema immunitario adattativo di rispondere più velocemente e più efficacemente ogni volta che incontrerà nuovamente questo patogeno.
+ Componenti del sistema immunitario innatoSistema immunitario innatoSistema immunitario adattativo La risposta è non specifica Risposta specifica ai patogeni e antigeni L'esposizione porta all'immediata risposta massima Intervallo di tempo tra l'esposizione e la risposta massima Immunità umorale e cellulo mediata Immunità umorale e cellulo mediata Nessuna memoria immunologica L'esposizione porta alla memoria immunologica Trovato in quasi tutte le forme di vitaTrovato solo negli gnatostomi
Sia l'immunità innata che quella adattativa, dipendono dalla capacità del sistema immunitario di distinguere tra molecole self e non-self. Nell'immunologia, le molecole self sono quelle che compongono l'organismo e che possono essere distinte dalle sostanze estranee dal sistema immunitario.Smith A.D. (Ed) Oxford dictionary of biochemistry and molecular biology. (1997) Oxford University Press. ISBN 0-19-854768-4 Al contrario, le molecole non-self, sono quelle riconosciute come molecole estranee. Una classe di molecole non-self sono chiamate "antigeni" (abbreviazione di generatori di anticorpi) e sono definite come sostanze che si legano a specifici recettori immunitari suscitando una risposta immunitaria.
Sistema immunitario innato
I microrganismi o le tossine che entrano con successo nell'organismo, incontrano le cellule e dei processi del sistema immunitario innato. Solitamente, la risposta innata si attiva quando i microbi vengono identificati dai Pattern Recognition Receptors (PRR), in grado di riconoscere i componenti dei grandi gruppi di microrganismi, le eventuali cellule danneggiate o stressati, inviando segnali di allarme. Le difese immunitarie innate sono dunque "non-specifiche", il che significa questi sistemi rispondono agli agenti patogeni in modo generico. Questo sistema non conferisce immunità duratura contro un patogeno. Nella maggior parte degli organismi viventi, il sistema immunitario innato è il sistema dominante della difesa.
Barriere di superficie
Diverse barriere, sia meccaniche, chimiche o biologiche, proteggono gli organismi dalle infezioni. La cuticola cerosa di molte foglie, l'esoscheletro degli insetti, le conchiglie, le membrane esterne delle uova depositate e la cute sono esempi di barriere meccaniche che funzionano come prima linea di difesa contro le infezioni. Tuttavia gli organismi non possono essere completamente isolati dai loro ambienti, pertanto altri sistemi agiscono per proteggere le varie aperture presenti nel corpo, come i polmoni, l'intestino e l'apparato uro-genitale. Nei polmoni, la tosse e gli starnuti sono sistemi meccanici in grado di espellere patogeni e altre sostanze irritanti dalle vie respiratorie. Le lacrime hanno un'azione di lavaggio e con l'urina vengono espulsi anche agenti patogeni, mentre il muco secreto dal tratto respiratorio e gastrointestinale serve ad intrappolare i microrganismi.
Vi sono anche barriere chimiche che proteggono contro l'infezione. La pelle e le vie respiratorie secernono peptidi antimicrobici come le defensine β. Gli enzimi come il lisozima e la fosfolipasi A2 presenti nella saliva, nelle lacrime e nel latte materno, sono anche degli antibatterici. Le secrezioni vaginali acquistano una funzione di barriera chimica, dopo il menarca, quando diventano leggermente acide, mentre il liquido seminale contiene defensine e zinco per uccidere gli agenti patogeni. Nello stomaco, l'acido gastrico e la proteasi sono potenti difese chimiche contro gli agenti patogeni ingeriti.