El sistema inmune: ¿cómo se protege nuestro cuerpo de las enfermedades?

• El sistema inmune es un sistema complejo que involucra muchos tipos de células, órganos y mecanismos de protección.
• El sistema inmune puede ser dividido en dos sistemas que trabajan en conjunto: el sistema innato o inespecífico y el sistema adaptativo o específico.
• El sistema inmune innato está constituido por barreras mecánicas y químicas para impedir que los patógenos (como virus y bacterias) entren en nuestro organismo.
• El sistema innato también está compuesto por distintos glóbulos blancos o leucocitos; entre ellos los neutrófilos, los macrófagos y las células NK.
• Los neutrófilos y los macrófagos se encargan de combatir invasores engulléndolos y luego aplicándoles químicos para su neutralización.
• Las células NK se encargan de eliminar a células humanas infectadas o que tengan signos de cáncer.
• El sistema adaptativo tiene como protagonistas a las células B y T.
• Las células T se encargan de eliminar células infectadas y desarrollan memoria para futuras infecciones del mismo patógeno.
• Las células B no eliminan a los invasores directamente, sino que producen anticuerpos que ayudan a otros leucocitos a luchar.

Lo primero que tenemos que entender es que el sistema inmune no solo está compuesto por un tipo de células que combate otros organismos que invaden nuestro cuerpo. En realidad, como su nombre lo dice, es un sistema: tiene diferentes partes que trabajan juntas para protegernos. Este sistema contempla a los llamados glóbulos blancos (leucocitos), pero también a órganos como la piel o la médula ósea (donde son producidos los leucocitos).

Como explica la Enciclopedia Británica, podemos dividir este gran sistema en dos subsistemas de defensa cooperativos: el sistema inespecífico o innato y el sistema específico o de inmunidad adquirida (también conocido como sistema adaptativo). Ambos sistemas no solo trabajan juntos para eliminar organismos que quieren invadir nuestro cuerpo, sino que también eliminan células anormales que pueden volverse algún tipo de cáncer.

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Como afirma el libro «Essentials of Clinical Immunology», coescrito por la profesora de inmunologia de la Universidad de Oxford, Helen Chapel, y otros investigadores del Reino Unido, el sistema innato, que es más antiguo en términos evolutivos, tiene una respuesta rápida. Por el contrario, la respuesta del sistema adaptativo es más lenta. De hecho, como veremos más adelante, la primera línea de defensa que tiene nuestro cuerpo es justamente el sistema innato. Si este falla, entonces es el turno del sistema específico. Aunque, como veremos más adelante, no es que el inespecífico deje de funcionar, sino que más bien ambos trabajarán en conjunto. A continuación, veremos en más detalle estos sistemas.

Podemos decir que, antes de que un patógeno nos infecte y tenga que enfrentar a nuestros glóbulos blancos, primero tendrá que pasar una serie de barreras.

Podemos entender como patógenos a una serie de organismos y microorganismos que nos pueden hacer daño, como virus, bacterias, hongos, protozoarios, entre otros. Todos tendrán que enfrentarse a una serie de barreras mecánicas y químicas para entrar en nuestro organismo. Esta es la primera línea de defensa de nuestro sistema inmune inespecífico. Justamente, es inespecífico porque nos protege de igual manera ante una serie de organismos.

¿Cuáles son estas barreras? Aunque no lo creas, la piel es una de ellas. Como explica la Enciclopedia Británica, la piel humana tiene una capa externa de células que producen queratina, la misma sustancia de la que está hecho nuestro pelo y uñas. Esta capa de células nos sirve como una barrera mecánica (física) que evita que otros organismos infecten nuestro cuerpo.

Adicionalmente, glándulas en la piel secretan sustancias que pueden matar a algunas bacterias o destruir su pared externa. De hecho, como nos explica la institución anteriormente citada, muchas veces las víctimas de quemaduras sufren infecciones de bacterias normalmente inofensivas al no tener justamente esta barrera que los proteja.

Las membranas mucosas de nuestro tracto respiratorio, gastrointestinal y genitourinario proporcionan también barreras contra patógenos externos. Por ejemplo, el tracto respiratorio tiene células que secretan moco, que puede atrapar partículas pequeñas.

Por otro lado, también tenemos barreras químicas contra las infecciones. Por ejemplo, según Británica, los microbios que pasen nuestras barreras mecánicas encontrarán una serie de químicos que previenen su crecimiento. Como explica esta institución, estas sustancias pueden ser químicos cuya función principal es justamente destruir invasores, aunque pueden tener otras funciones que accidentalmente también protejan.

Incluso bacterias que ya viven en nuestro cuerpo pueden generar sustancias que son beneficiosas para protegernos de infecciones. Por ejemplo, como explica Británica, en nuestros intestinos habitan bacterias que no causan enfermedades. Además, estas producen una serie de sustancias que aumentan su supervivencia impidiendo el crecimiento de bacterias invasoras.

Por último, también es importante hablar del sistema complementario. El sistema de complementario está compuesto por más de 20 sustancias que reaccionan unas con otras para ayudar a combatir a organismos invasores. Cada una de estas tiene distintas funciones. Por ejemplo, algunas pueden dañar directamente a las bacterias, otras pueden atraer a la zona leucocitos (glóbulos blancos), entre otras. Además, también inducen una serie de respuestas inflamatorias que ayudan a combatir una infección. Inicialmente, se pensó que este sistema de complemento era parte del sistema adaptativo de inmunidad. Sin embargo, actualmente se sabe que evolucionó inicialmente como una parte del sistema innato y tiene un rol importante en este.

Ahora, como explica Británica, si un agente infeccioso no es repelido satisfactoriamente por las barreras químicas y mecánicas, encontrará células cuya función es justamente eliminar sustancias que entran al cuerpo. En la siguiente sección, explicaremos cuáles son estas células.

Nuestro sistema innato de defensa posee diferentes células que ayudan a combatir invasores. Este está compuesto por varios tipos de leucocitos (o glóbulos blancos) que nos son útiles de diferentes maneras a la hora de protegernos. Dentro de este conjunto de leucocitos tenemos a las células scavenger o fagocíticas: los micrófagos y los macrófagos.

Scavenger en español significa carroñero. Este nombre fue acuñado por su descubridor, el biólogo ruso Élie Metchnikoff, en 1884, quien las nombró aludiendo a su capacidad para engullir a los patógenos. Respectivamente, microfago y macrófago significan pequeño engullidor y gran engullidor. A continuación, veremos qué hace cada uno de ellos empezando por los pequeños engullidores, a quienes llamamos actualmente neutrófilos.

Los neutrófilos

Los neutrófilos o micrófagos son una clase de granulocitos, dado que contienen gránulos (algo así como una bolsa) con químicos en el interior. Estos gránulos tienen sustancias que los ayudan a matar a diversos patógenos. Además de los neutrófilos, hay otros granulocitos, pero en este informe veremos solo uno.

Los neutrófilos son producidos en la médula ósea y tienen una vida de pocos días. Estas células representan del 60% al 70% de todos los glóbulos blancos de nuestro cuerpo y nos protegen ingiriendo a los distintos microorganismos que nos invaden, especialmente las bacterias, para luego eliminarlos en su interior usando sustancias antimicrobianas o especies reactivas de oxígeno. Si quieres saber qué es una sustancia reactiva de oxígeno, te recomendamos revisar nuestro informe sobre los suplementos vitamínicos.

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(Granulocitos. Arriba un neutrófilo y abajo un eosinófilo (otro tipo de granulocito pero que cumple un rol importante durante las alergias). Autor: David Csaba L.). 

Pero ¿cómo detectan a los patógenos? Como explica la Enciclopedia Británica, los granulocitos son atraídos por materiales externos a través de señales químicas. Algunas de estas señales son producidas por los mismos organismos invasores. Otras veces, por tejidos dañados y otras por la interacción entre los microbios y proteínas en el plasma de nuestra sangre. Pero ¿cómo detectan los neutrófilos a los invasores? Por medio de los antígenos.

De acuerdo con la Enciclopedia Británica, un antígeno es una sustancia capaz de activar el sistema inmune, especialmente a los linfocitos, que son un tipo de leucocito (glóbulo blanco) que veremos más adelante. Podríamos clasificar a los antígenos en dos grupos: externos al cuerpo y propios del cuerpo. Los primeros incluyen partes o sustancias producidas por los virus, bacterias, venenos de serpiente, algunas proteínas de alimentos, etc. Los segundos incluyen a sustancias de nuestro propio cuerpo como algunos componentes de nuestra sangre.

De hecho, los tipos de sangre son nombrados por el antígeno que tienen: A, B, O y AB. La sangre tipo A, tiene el antígeno A en sus glóbulos rojos; la B, el tipo B y la AB, ambos tipos. La sangre O, por otro lado, no presenta estos antígenos.

Los antígenos juegan un rol fundamental en los procesos inmunes, pues a partir de ellos nuestro sistema inmune detecta si algún patógeno ha invadido nuestro cuerpo o no. Cuando encuentra un antígeno que puede ser invasor, lo ataca. Por ello, por ejemplo, las personas que tienen sangre tipo B no pueden recibir sangre tipo A y viceversa, porque su cuerpo atacaría estos antígenos, al verlos como invasores. Por esta misma razón, la sangre tipo O puede donar a cualquier grupo sanguíneo, ya que no presenta antígenos que puedan ser atacados.

Los antígenos cumplen un rol fundamental, pues permiten que los diferentes leucocitos de nuestro sistema inmune, incluyendo a los neutrófilos, reconozca a los patógenos. Además, como veremos más adelante, nuestro organismo tiene la capacidad de recordar antígenos invasores. Esta es la razón por la cual no nos volvemos a enfermar de algunas enfermedades y es la misma razón por la que funcionan las vacunas. Más adelante explicaremos esto con más detalle.

Lamentablemente, los neutrófilos no pueden luchar contra todos los patógenos que entran en nuestro cuerpo. Por ejemplo, existen algunos microorganismos que producen toxinas que envenenan a estas células y escapan de la fagocitosis, proceso por el cual los neutrófilos engullen a los invasores. Otros organismos son indigeribles. Así, los neutrófilos no son suficiente para defendernos.

Los macrófagos

Los macrófagos son el otro tipo de célula que hace fagocitosis. Al igual que los neutrófilos, estas son producidas en la médula ósea. Por otro lado, a diferencia de los neutrófilos, estos se mueven relativamente lento y llegan más tarde al sitio de la invasión. Una tercera diferencia es que los macrófagos no son granulocitos, sino monocitos y no presentan gránulos como los neutrófilos. Así como hay diferentes tipos de granulocitos, también hay diferentes tipos de monocitos. Sin embargo, en este informe solo hablaremos del macrófago.

Según la iniciativa Ask a Biologist de la Universidad Estatal de Arizona, las células dañadas o infectadas liberan químicos que atraen a los macrófagos de los vasos sanguíneos. Al igual que los neutrófilos, estos leucocitos realizan fagocitosis. Para ello, envuelven a las partículas invasoras y luego usan químicos para degradarlas, tal como se muestra en la imagen de abajo o en el siguiente video.

Los macrófagos, además, son importantes porque pueden producir sustancias que generan inflamación, como las citoquinas, lo que ayuda a activar otras respuestas inmunitarias. Asimismo, liberan sustancias que ocasionan que el cuerpo eleve su temperatura; en otras palabras, producen fiebre. Esto ayuda a combatir infecciones. Por ejemplo, la mayoría de bacterias se reproducen óptimamente a temperaturas menores a las del cuerpo. Así, al elevar la temperatura, se interfiere con sus procesos de reproducción.

Por otro lado, los macrófagos forman un puente entre el sistema innato y el específico, ya que pueden procesar y presentar antígenos específicos a las células T. ¿Pero qué las células T? Al igual que los antígenos, las células T son sumamente importantes para nuestro sistema inmune específico, y las conoceremos en el subtítulo sobre el sistema adaptativo.

Los natural killers

Otro tipo interesante de leucocito del sistema inmune no específico son las células NK o «Natural Killer», que en español significa asesinas naturales. Las células NK son un tipo de células llamadas linfocitos, al igual que las células T y B que veremos cuando expliquemos la inmunidad adaptativa o específica. Ahora, a diferencia de otras células del sistema innato que atacan invasores, las células NK son conocidas por matar a nuestras propias células. Esto, sin embargo, lo hacen cuando han sido infectadas por un virus o cuando muestran signos tempranos de cáncer. En otras palabras, cuando nuestras propias células se vuelven un problema para nuestro cuerpo.

Como explica el siguiente artículo de la Sociedad Británica de Inmunología, estas células se descubrieron primero por su habilidad para matar células tumorales sin necesidad de una activación previa, lo cual las diferencia de otros linfocitos que sí requieren activarse (como veremos más adelante). De hecho, reciben su nombre porque naturalmente pueden asesinar a otras células sin necesidad de activarse.

Pero ¿cómo detectan las NK que nuestras células han sido infectadas por virus o se han convertido en algún tipo de cáncer? Las natural killer patrullan nuestro cuerpo y están constantemente en contacto con nuestras células. Ahora, estas células en su superficie tienen un conjunto de mecanismos llamados receptores. Estos son de dos clases: inhibidores y activadores, tal como podemos ver en la imagen de abajo.

Estos receptores pueden detectar moléculas que se encuentran en la superficie de nuestras células. Estas moléculas pueden estimular los receptores inhibidores o activadores de las células NK. Cuando una célula está sana, expresará en su superficie las moléculas que inhiben a las NK. Sin embargo, como se aprecia en el caso que está a la derecha en la imagen anterior, las células cancerígenas o infectadas usualmente pierden la capacidad de estimular los receptores inhibidores mientras que sí estimulan a los receptores activadores. De esta manera, la célula NK es activada y esta libera sustancias que hacen que nuestra célula infectada o cancerígena haga lysis; en otras palabras, que explote.

En palabras más simples, podemos imaginar que las células NK se pasean por nuestro cuerpo preguntándoles a nuestras células si ocurre algo malo con ellas. Si en algún momento una de ellas no le puede decir a la NK que está sana, entonces esta última la mata.

Además, cabe resaltar que las células NK tienen otras funciones. Por ejemplo, pueden liberar citoquinas que aumentan la respuesta inmune de los macrófagos y las células dendríticas (otro tipo de leucocitos que no veremos en este informe).

Como mencionamos en la primera sección, el sistema inmune tiene dos subsistemas: el de inmunidad no específica (sistema innato) y el de inmunidad específica (sistema adaptativo). El hecho de que cada uno tenga dos nombres no es gratuito. De hecho, nos dice algo diferente de cada uno.

Como explica el Manual AMIR de Inmunología, el sistema innato apareció temprano en la evolución de las especies y es nuestra primera línea de defensa. De hecho, su reacción es de unos minutos. Además, es inespecífico porque puede reconocer a múltiples patógenos. ¿Cómo lo hace? Según el manual anteriormente citado, las células del sistema innato pueden reconocer patrones altamente conservados y compartidos por varias especies microbianas y de virus.

Por otro lado, podemos entender al sistema específico como un sistema especializado y de más reciente evolución. Este sistema está compuesto por las células T y B, dos tipos de linfocitos (glóbulos blancos), y es más lento en activarse que el sistema innato, pues puede tardar días en hacerlo y se basa en el reconocimiento específico de antígenos.

Si bien este sistema puede tardar días en activarse, es un componente fundamental de nuestro sistema inmune. Como explica Ask a Biologist, portal de la Escuela de Ciencias de la Vida de la Universidad Estatal de Arizona, un pequeño corte de papel puede ser insignificante para una persona normal, pero no para quien no tenga células B o T en su organismo, como los que sufren de anemia, hepatitis o sida. Estas personas aún tienen macrófagos (entre otros), pero sin la ayuda del sistema específico no pueden pelear bien contra las infecciones.

¿Pero qué hace este sistema? Veamos a continuación cómo operan las células B y T.

Las células del sistema adaptativo

Las células T

Todos los virus y algunas bacterias se multiplican en el citoplasma de nuestras células. En otras palabras, dentro de nuestras células. Una vez dentro de ellas, la única forma de destruirlos es destruyendo a la célula misma. Para ello, tenemos a las células T.

Como explica Ask a Biologist, las células T son como fuerzas especiales. Cada una de ellas está dedicada a combatir solo un tipo de patógeno. Pero ¿cómo así nuestro cuerpo sabe a qué patógenos se deberá enfrentar? En realidad, en nuestro cuerpo existen desde 25 millones a mil millones de diferentes células T, cada una con receptores especiales que solo pueden detectar un tipo de antígeno específico. Como explica la iniciativa de la Universidad Estatal de Arizona, los receptores y los antígenos son como una llave y una cerradura; solo una llave le hace a cada cerradura, de la misma manera que solo un antígeno puede encajar en un receptor y así ser detectado.

Como mencionamos, cada una de nuestras células T tiene un receptor que encaja en un tipo de antígeno. Así, la mayoría de células T pasarán su vida patrullando nuestro cuerpo sin llegar a detectar a un antígeno que encaje con su receptor. Sin embargo, cuando algún patógeno entra en nuestro cuerpo, alguna de ellas llegará a encontrar el antígeno en el que encaja. Cabe resaltar que diferentes patógenos pueden tener los mismos antígenos. Por lo que una misma célula T puede detectar distintos tipos de invasores.

¿Cómo? Cuando una de nuestras células está infectada por un virus, por ejemplo, este deja parte de él en la superficie de la célula. Cuando el receptor de una célula T detecta este antígeno, el ataque empieza. Asimismo, también puede ocurrir que un macrófago le presente el antígeno de un invasor a la célula T. En otras palabras, el macrófago le lleva un antígeno a la célula T para activarla.

Ahora, cuando un linfocito, como las células B o T, entra en contacto con un antígeno, se activa. Al activarse, empieza a multiplicarse en un gran número de células clones, las cuales presentarán el mismo receptor de antígeno que la célula inicial. Así, por ejemplo, si la célula T originaria detecta un antígeno de una cepa determinada del SARS-CoV-2, sus clones también podrán detectar este antígeno. A este proceso de multiplicación se le llama, en inmunología, selección clonal. La selección clonal puede producir dos tipos de células T: células efectoras y células de memoria. En el caso de las efectoras, tenemos las células T citotóxicas y células T auxiliares. Hasta aquí, hemos nombrado ya a diversos leucocitos. Abajo puedes ver un mapa conceptual de algunos que hemos visto en este informe.

Las células T citotóxicas matan a sus objetivos programándolos para que hagan apoptosis. ¿Qué es la apoptosis? Nuestras células pueden morir de dos maneras. Por un lado, por daños físicos o químicos. Y, por otro lado, por muerte programada o apoptosis. La apoptosis es un proceso usual en las células. Luego de haber cumplido su función durante un tiempo suficiente, entran en apoptosis para dar lugar a células más jóvenes.

Ahora, para producir este efecto, las células T primero usan una sustancia llamada perforina, para crear un agujero en la célula infectada. Luego, inyectan citotoxinas y la programan para que se destruya. Una vez destruida la célula, los macrófagos limpian los fragmentos de la célula y el patógeno.

Por otro lado, las células T auxiliares no combaten a los invasores, sino que trabajan como coordinadores de equipo. Estas usan químicos para darle instrucciones a otras células del sistema inmune y así ayudar a combatir a los organismos invasores.

Por último, las células de memoria se quedan en nuestro cuerpo para protegernos de una futura infección por el mismo tipo de microorganismo. Si este entra nuevamente en nuestro cuerpo, el cuerpo puede montar una defensa a partir de estas células T de memoria que empiezan a multiplicarse formando células T efectoras. De hecho, esta es la razón por la que no nos podemos reinfectar de algunas enfermedades y de por qué las vacunas funcionan.

Las células B

Como explica Ask a Biologist, a diferencia de los macrófagos y las células T, las células B no matan patógenos por sí mismas, sino que lo hacen a través de la producción de anticuerpos.

Al igual que las células T, las células B tienen receptores que solo se pueden unir a ciertos antígenos específicos. Sin embargo, mientras que las células T se conectan con antígenos en la superficie de células que han sido infectadas, las células B se conectan con los antígenos de los virus o bacterias antes de que infecten a las células.

Ahora, cuando una célula B se une a un antígeno, esta se activa y empieza un proceso de selección clonal, tal como sucede con las células T. Al hacerlo, estas se multiplicarán y muchas se convertirán en células plasmáticas.

Las células plasmáticas son importantes porque producen y liberan miles de anticuerpos por segundo, que se diseminan por todo nuestro cuerpo. Los anticuerpos son sustancias que pueden atrapar a virus y bacterias invasoras y neutralizarlos. De esta manera, no pueden infectar nuestras células. Además, al atraparlos, facilitan que sean engullidos por los macrófagos.

Los anticuerpos no solo pueden neutralizar microorganismos invasores, sino que también pueden neutralizar toxinas como las del tétanos y la difteria. Una vez neutralizados, no pueden afectar nuestros tejidos. Incluso, cuando nuestro cuerpo ya venció a una infección, algunos anticuerpos se quedan en nuestra sangre. De esta manera, si el mismo virus o bacteria entra de nuevo, el sistema inmune tiene una ventaja inicial.