Exercicis: La immunitat innata

Què és la immunitat innata? Indica dos trets que la diferencien de la immunitat específica (o adquirida).

Anomena tres barreres externes que dificulten l'entrada de patògens a l'organisme i explica com actua una d'elles.

La pell i les mucoses constitueixen la primera barrera defensiva. Indica dos mecanismes físics o químics amb què dificulten les infeccions.

Anomena dos tipus de leucòcits que actuen en la immunitat innata (neutròfils, macròfags, cèl·lules NK) i indica breument què fa cadascun d'ells.

Què és la fagocitosi? Descriu breument les seves etapes principals, des del reconeixement del patogen fins a la seva digestió a l'interior del fagòcit.

Les llàgrimes, la saliva i la suor contenen lisozim. Explica què és el lisozim i com contribueix a la defensa contra les infeccions bacterianes.

Què són les cèl·lules NK (natural killer)? Explica quin tipus de cèl·lules anormals del mateix organisme destrueixen i per què es consideren part de la immunitat innata.

El moc i els civells de les vies respiratòries formen una barrera defensiva. Explica com funciona aquest sistema de neteja i raona per què el tabaquisme el debilita.

Explica què és la resposta inflamatòria, quins són els seus quatre signes característics (rubor, calor, inflor i dolor) i per què, tot i que resulti molesta, és una resposta beneficiosa.

Observa la seqüència de la fagocitosi realitzada per un macròfag. Descriu què passa en cadascuna de les etapes numerades (1 a 3) i explica què és el pus i com es forma.

La febre és una resposta de la immunitat innata. Explica per què un augment moderat de la temperatura corporal pot dificultar la multiplicació dels patògens i estimular les defenses.

Explica què són els interferons, quines cèl·lules els produeixen i com dificulten la multiplicació dels virus a les cèl·lules veïnes encara que no actuïn directament sobre el virus.

Els macròfags, a més de fagocitar, actuen com a cèl·lules presentadores d'antígens. Explica en què consisteix aquesta funció i per què converteix els macròfags en un pont entre la immunitat innata i la immunitat específica.

La microbiota de la pell i de l'intestí dificulta la colonització per patògens. Explica dos mecanismes pels quals ho aconsegueix i raona què pot passar amb les defenses després d'un tractament prolongat amb antibiòtics d'ampli espectre.

Distingeix les funcions característiques dels següents leucòcits de la immunitat innata: neutròfils, monòcits i macròfags, eosinòfils, basòfils i cèl·lules NK.

Després d'un tall a la pell arriben ràpidament neutròfils a la zona i, més tard, macròfags. Explica què fa cada tipus cel·lular, per què arriben en aquest ordre i com es retiren les restes cel·lulars quan la infecció s'ha controlat.

Un pacient sotmès a quimioteràpia presenta febre i infecció bacteriana cutània aguda. L'anàlisi de sang mostra 400 neutròfils/µL (neutropènia greu; valors normals: 2000-7500/µL), però els seus nivells de macròfags tissulars i limfòcits són normals. Tot i disposar de macròfags viables a la dermis, la infecció progressa veloçment durant les primeres 24 hores.

1. a) Justifica per què la presència exclusiva de macròfags no és suficient per contenir la infecció bacteriana aguda sense el concurs dels neutròfils, atenent a l'abundància relativa, a la cinètica de reclutament (diapedesi) i als mecanismes microbicides d'ambdues cèl·lules.
2. b) Si en aquest moment se li administrés a aquest pacient una vacuna bacteriana contra el patogen invasor, prediu raonadament l'eficàcia a curt termini d'aquesta mesura per frenar el procés infecciós en curs.

S'analitzen dos pacients amb immunodeficiències primàries hereditàries: el pacient A presenta una mutació nul·la que anul·la la síntesi del factor C3 del complement, mentre que el pacient B presenta una deleció que li impedeix sintetitzar el factor C9 (component del complex d'atac a la membrana o MAC).

1. a) Prediu raonadament quin dels dos pacients presentarà més vulnerabilitat a infeccions bacterianes piògenes generalitzades, justificant la teva resposta a partir de les vies i funcions efectores del complement que queden anul·lades en cada cas.
2. b) En un assaig de laboratori s'incuba Escherichia coli amb neutròfils humans normals i sèrum procedent del pacient B. Tindrà lloc la fagocitosi del bacteri? Justifica la teva resposta descrivint el mecanisme molecular implicat.

Analitza les dues situacions experimentals següents amb models de ratolí infectats per un microorganisme patogen virulent:

• Ratolí A: mutant sense fagòcits ni cèl·lules NK (immunitat innata cel·lular absent), però amb limfòcits B i T intactes.

• Ratolí B: mutant atímic i amb bloqueig de recombinació V(D)J (immunitat adaptativa absent: sense limfòcits funcionals), però amb fagòcits i cèl·lules NK intactes.

1. a) Prediu raonadament l'evolució de la càrrega bacteriana i el desenllaç previsible en ambdós ratolins durant la primera setmana postinfecció.
2. b) A partir dels resultats deduïts, rebat amb arguments biològics l'afirmació següent: «Atès que la immunitat adaptativa és molt més específica i posseeix memòria immunològica, la immunitat innata és un mecanisme rudimentari i prescindible en vertebrats superiors».

Un pacient amb cremades tèrmiques de tercer grau en el 40 % del seu cos ingressa en estat crític. Al cap de pocs dies desenvolupa una infecció sistèmica greu per bacteris oportunistes habituals de l'entorn.

1. a) Justifica per què la destrucció de l'epidermis no només anul·la una barrera mecànica, sinó que neutralitza dos components químics i un de biològic propis de les defenses innates cutànies que impedeixen activament la colonització microbiana en pell intacta.
2. b) A la zona cremada es produeix un alliberament massiu d'histamina i factor de necrosi tumoral (TNF-α). Explica la relació fisiològica de causa-efecte entre aquests mediadors locals, la hipovolèmia (pèrdua de volum intravascular cap a l'interstici) i la facilitat amb què una colonització superficial progressa ràpidament a bacterièmia o septicèmia.

En un laboratori s'investiga la fagocitosi de Streptococcus pneumoniae per macròfags humans cultivats in vitro. Es comparen dues soques: la soca salvatge S (encapsulada) i la soca mutant R (que no sintetitza càpsula), sotmeses a tres condicions experimentals prèvies:

1. Preincubació en medi de cultiu estèril (sense sèrum).

2. Preincubació amb sèrum fresc d'un individu sa mai exposat al patogen ni vacunat.

3. Preincubació amb sèrum fresc d'un individu que va superar la pneumònia pneumocòccica recentment.

1. a) Prediu i justifica en quines condicions (1, 2 o 3) es produirà la fagocitosi massiva de la soca S, detallant el paper molecular complementari de les opsonines innates i adquirides.
2. b) La soca R és fagocitada de manera apreciable fins i tot en la condició 1, mentre que la soca S no ho és. Justifica a escala molecular i de superfície cel·lular per què la càpsula polisacàrida impedeix el reconeixement directe per part dels receptors dels fagòcits.

Durant la gènesi de la placa d'ateroma, el dipòsit de lipoproteïnes oxidades (LDLox) a la íntima arterial atrau monòcits que es diferencien en macròfags tissulars. En fagocitar les LDLox sense aconseguir metabolitzar-les del tot, es converteixen en cèl·lules escumoses.

1. a) Explica com un conjunt de respostes originalment adaptatives i protectores de la immunitat innata (la secreció de citocines proinflamatòries, espècies reactives d'oxigen i metal·loproteases de matriu) desencadena a llarg termini la desestabilització i ruptura de la placa d'ateroma.
2. b) Un estudiant raona: «Si la inflamació és una defensa innata dissenyada per reparar teixits, induir una inflamació crònica de baixa intensitat als vasos hauria de mantenir el sistema immunitari alerta i protegir les artèries». Rebat la seva hipòtesi justificant per què la cronicitat altera la reversibilitat i la resolució del procés inflamatori.

El citomegalovirus (CMV) indueix la degradació del complex principal d'histocompatibilitat de classe I (MHC-I) a la cèl·lula hoste. No obstant això, el virus també sintetitza una proteïna viral pròpia (UL18) que s'insereix a la membrana plasmàtica imitant la conformació tridimensional de l'MHC-I, encara que és incapaç de presentar pèptids.

1. a) Justifica l'avantatge selectiu que suposa per al virus aquesta doble estratègia, deduint quin destí cel·lular patiria la cèl·lula infectada si el virus es limités a eliminar l'MHC-I sense expressar l'esquer UL18 en interaccionar amb limfòcits T citotòxics (CD8+) i amb cèl·lules natural killer (NK).
2. b) Si es dissenyés una soca de CMV amb una mutació amb pèrdua de funció en el gen de la proteïna UL18, prediu quina població del sistema immunitari innat eliminarà selectivament aquestes cèl·lules infectades i a través de quin balanç de senyals de superfície s'activarà el seu mecanisme lític.

En el xoc sèptic provocat per bacteris Gram-negatius, el lipopolisacàrid (LPS) activa massivament els receptors de tipus Toll (TLR-4) dels macròfags intravasculars i tissulars, desencadenant una secreció descontrolada de TNF-α, interleucina 1 (IL-1) i òxid nítric a la circulació general.

1. a) Analitza la paradoxa fisiològica: per què la vasodilatació i l'augment de permeabilitat endotelial, que resulten altament eficaces per erradicar una infecció bacteriana a escala local, provoquen hipòxia cel·lular generalitzada, acidosi làctica i fallada multiorgànica quan tenen lloc de manera sistèmica?
2. b) En un assaig preclínic s'administra a animals amb sèpsia un fàrmac inhibidor irreversible de l'òxid nítric sintasa induïble (iNOS). Prediu raonadament quin efecte tindrà aquest fàrmac sobre la pressió arterial mitjana i justifica per què aquesta intervenció per si sola no garanteix la supervivència del teixit ni la recuperació de la perfusió capil·lar.