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Serie “Le basi immunologiche dell’immunizzazione”

Global Programme for vaccines and immunization

Expanded Programme on Immunization

World Health Organization

MODULO 1: IMMUNOLOGIA GENERALE

Prefazione

Questa serie di moduli sulle basi immunologiche dell’immunizzazione è nata dall’esperienza di persone che lavorano per il programma EPI dell’Organizzazione Mondiale della Sanità. L’EPI è stato istituito nel 1974 con l’obbiettivo di espandere i servizi di immunizzazione oltre il vaiolo, con l’intento di fornire questi servizi in particolare per i bambini dei paesi in via di sviluppo.

Inizialmente, sei malattie prevenibili con le vaccinazioni sono state incluse nel programma EPI: difterite, morbillo, pertosse, polio, tetano e tubercolosi. Per proteggere i neonati contro il tetano neonatale, il tossoide tetanico viene somministrato alla madre durante la gravidanza o prima della gravidanza durante l’età fertile.

Durante gli anni 90, altre due malattie prevenibili con le vaccinazioni sono diventate un obiettivo dell’EPI. L’assemblea per la salute mondiale ha fissato l’obiettivo di includere il vaccino anti-febbre gialla nell’EPI dal 1993 nei paesi dove questa malattia rappresenta un rischio. Il vaccino dell’epatite B è stato aggiunto gradualmente, con l’obiettivo di includerlo nel programma di immunizzazione di tutti i paesi entro il 1997.

I titoli dei nove moduli di questa serie sono elencati sul lato interno della copertina di questo modulo. Essi sono stati predisposti per fornire informazioni sulle basi immunologiche dei calendari di immunizzazione raccomandati dal WHO. Questo lavoro è rivolto ai seguenti principali destinatari:

1- gli organizzatori dei programmi di immunizzazione le cui domande hanno portato alla stesura di questa serie;

2- i consulenti ed esperti di attività di immunizzazione;

3- i docenti dei corsi universitari sull’immunizzazione e gli organizzatori dei convegni;

4- studenti di medicina e infermieri come parte del curriculum di base;

5- ricercatori di laboratori che si occupano di diagnostica e di ricerca sullle malattie prevenibili con le vaccinazioni,

6- scienziati coinvolti nella ricerca di base per il miglioramento dei vaccini e della loro diffusione.

Altri moduli di questa serie e materiale addizionale sull’EPI sono disponibili presso l’Expanded Programme on Immunization, World Health Organization, 1211 Geneva 27, Switzerland.

IMMUNOLOGIA GENERALE

1. Antigeni che inducono immunità

1.1 Antigeni e determinanti antigenici

L’immunità contro le malattie infettive si sviluppa in risposta agli antigeni. Gli antigeni sono definiti come molecole che sono riconosciute dal sistema immunitario e ne inducono una risposta immunitaria. Un antigene stimola la produzione di anticorpi e/o risposte immunitarie cellulari che reagiranno specificamente con quell’antigene. La reazione tra l’antigene ed l’anticorpo è simile a quella tra chiave e serratura. Essa è specifica e gli anticorpi prodotti contro un antigene non reagiscono, o reagiscono poco, con gli altri antigeni.

L’antigene può essere una sostanza solubile prodotta da un microorganismo (per esempio, una tossina o la sua forma detossificata o tossoide (figura 1) o una sostanza presente su un batterio, virus, sulla superficie di un’altra cellula o della parete cellulare). La maggior parte degli antigeni sono proteine, ma alcuni sono polisaccaridi di capsule batteriche, o glicolipidi.

La parte dell’antigene a cui si lega l’anticorpo è chiamata determinante antigenico, sito antigenico o epitopo. Gli antigeni di solito contengono molti determinanti che possono essere diversi tra loro oppure possono essere strutture molecolari ripetute.

Un microorganismo contiene molti antigeni diversi. Protozoi, funghi, e batteri contengono centinaia di migliaia di antigeni. I virus contengono da tre (poliomavirus) a più di cento antigeni (herpesvirus e poxvirus). Durante l’infezione si sviluppano risposte immuni a molti di questi antigeni. La resistenza all’infezione, comunque, dipende principalmente dalla risposta immunitaria ad un più ristretto numero di antigeni sulla superficie del microorganismo. Antigeni di superficie rilevanti sono stati isolati e caratterizzati per alcuni virus. Gli antigeni che inducono la resistenza a batteri, funghi e protozoi sono meno conosciuti. E’ chiaro, comunque, che i vaccini batterici uccisi disponibili inducono anche un certo numero di risposte immunitarie irrilevanti (Mims 1982). Il vaccino cellulare della pertosse, per esempio, contiene molte componenti, come i lipopolisaccaridi, la tossina termolabile, la citotossina tracheale, che, nonostante siano antigenicamente attivi, non sono importanti nella induzione dell’immunità anti-pertosse (vedi Modulo 4).

1.2 Antigeni T-dipendenti e T-indipendenti

Ci sono due gruppi di antigeni: quelli T-dipendenti e quelli T-indipendenti. Gli antigeni che necessitano dell’intervento dei linfociti T (vedi sezione 3.2) per attivare i linfociti B a produrre anticorpi, sono detti antigeni T-dipendenti. La maggior parte degli antigeni proteici è compresa in questa categoria. Gli antigeni T-indipendenti sono in grado di stimolare direttamente i linfociti B a produrre anticorpi senza l’aiuto dei linfociti T. Generalmente sono grandi composti con subunità multiple ripetitive come ad esempio i polisaccaridi capsulari batterici di Neisseria meningitidis, Haemophilus influenzae di tipo b, o gli Streptococchi di gruppo b.

Gli antigeni T-indipendenti sono immunogeni deboli nei bambini sotto i due anni. L’immunogenicità degli antigeni T-indipendenti aumenta quando sono trasformati in antigeni T-dipendenti coniugando l’antigene con una proteina “carrier”. Questo fenomeno è sfruttato per preparare vaccini coniugati, come per esempio il vaccino contro l’ H. influenzae b, in cui il polisaccaride rilevante (T-indipendente) è coniugato con il tossoide difterico, o tetanico o con un’altra proteina carrier (T-dipendente).

2. I vaccini usati nell’ EPI

2.1 Natura dei vaccini EPI

I vaccini EPI contengono preparati di molti tipi diversi (tabella 1).

I tossoidi difterico e tetanico sono tossine proteiche che hanno perso la loro tossicità attraverso processi di detossificazione con la formaldeide (figura 1). I tossoidi da soli sono immunogeni relativamente deboli e nella pratica sono usati nella forma adsorbita ad adiuvanti (sostanze che aumentano in maniera considerevole il potere immunogeno degli antigeni). Per il tossoide difterico e tetanico gli adiuvanti comunemente usati sono i sali di alluminio.

I vaccini contro la pertosse disponibili contengono batteri uccisi interi di Bordetella pertussis e sono di solito usati come componenti del vaccino contro difterite-tetano e pertosse (DPT). La componente pertosse del vaccino DTP ha anche un effetto adiuvante per i tossoidi tetanico e difterico. Le prospettive per un vaccino acellulare perfezionato contenente antigeni protettivi isolati sono discusse nel Modulo 4.

Il vaccino inattivato contro l’epatite B (HB) contiene l’ antigene di superficie (HBsAg) derivato dal plasma di portatori di HBsAg o prodotto con la tecnica del DNA ricombinante.

Tutti i vaccini uccisi contengono un conservante che è di solito mertiolato (thimerosal), un composto contenente mercurio in concentrazione inferiore a 0,1 mg/ml.

Altri vaccini sono vivi attenuati. Il vaccino con il bacillo di Calmette e Guerin (BCG) contiene batteri BCG vivi in una forma attenuata del Mycobacterium bovis (vedi Modulo 5). Il vaccino BCG non contiene conservanti e dopo ricostituzione può essere facilmente contaminato. Dovrebbe quindi essere usato velocemente durante una seduta di immunizzazione.

Il vaccino contro il morbillo contiene virus vivo di uno dei vari ceppi di virus attenuato (Schwarz, Edmonston-Zagreb, Moraten, L-16, CAM-70, AIK-C). Questi ceppi vengono attenuati in modi diversi, ma tutti inducono anticorpi anti-morbillo simili. Il vaccino contro il morbillo contiene di solito una piccola quantità di antibiotico (neomicina, polimixina, kanamicina ma mai penicillina) come conservante.

Il vaccino antipolio trivalente orale (OPV) è dato da una miscela di tre tipi diversi di poliovirus attenuati (tipi 1,2,3). Un idoneo rapporto fra i diversi tipi di poliovirus è essenziale per assicurare l’induzione di immunoglobuline contro i tre tipi (vedi Modulo 6). L’OPV è stabilizzato con cloruro di magnesio o sucrosio.

Il vaccino anti febbre gialla è vivo attenuato e prodotto in embrioni di pollo dal ceppo di virus selvaggio 17D della febbre gialla (vedi Modulo 8). Ci sono differenze importanti tra i vaccini uccisi e vivi. La quantità di antigene presente in un vaccino ucciso è un parametro importante per la sua efficacia. I vaccini uccisi devono essere somministrati in dosi ripetute per garantire una risposta immunitaria adeguata. I microorganismi nei vaccini vivi, d’altro canto, si moltiplicano nell’ospite dopo l’immunizzazione. La quantità di antigene nei vaccini vivi è piccola ma viene aumentata molte migliaia di volte in seguito alla moltiplicazione del microorganismo nel ricevente, se ci sono le condizioni favorevoli per tale crescita.

In alcuni paesi vengono usati altri vaccini (non inclusi nella tabella 1). Essi comprendono il vaccino polisaccaridico contro il meningococco e il vaccino contro l’encefalite giapponese.

2.2 Stabilità dei vaccini EPI

In molte situazioni, i vaccini non vengono adeguatamente conservati e trasportati, e spesso ci si chiede cosa fare con le riserve di vaccini che sono stati esposti a elevate temperature per diversi periodi. Sfortunatamente non c’è un metodo efficace ed economico che possa essere usato per valutare se un vaccino esposto a temperatura ambiente possa avere ancora quella minima potenza richiesta. Questo può essere determinato solo in laboratorio usando metodi costosi, che forniscono risultati dopo parecchi mesi. Questi test sono giustificati solo quando un grande numero di dosi (10.000 o più) è stato esposto a temperature elevate. Norme specifiche che indicano quando ordinare il test di potenza per vaccini esposti al calore e come inviare i vaccini per questi test sono contenute in un modulo di formazione EPI intitolato “Gestire la catena del freddo” (documento WHO\EPI\MLM\91.5).

Sono stati messi a punto indicatori termici per singole fiale. E’ stato annunciato che verranno introdotti dai produttori dal 1993. Tali indicatori, collocati su singoli contenitori dei vaccini, cambiano colore quando vengono esposti a una determinata temperatura per un certo periodo di tempo. Il cambiamento di colore mostra agli operatori sanitari che una data ampolla o fiala è stata esposta a temperatura elevata e potenzialmente dannosa.

Le informazioni sulla stabilità di un vaccino, ed in particolare sulla velocità di perdita della potenza ad una certa temperatura, possono essere utili per decidere se esso debba essere usato, inviato per i test, oppure distrutto.

I dati sulla stabilità dei vaccini sono stati aggiornati di recente (Galazka 1989). La tabella 2 riassume i dati sulla stabilità dei vaccini EPI a diverse temperature di conservazione. La stabilità dei vaccini varia in maniera considerevole. Basandosi sulla loro risposta alla conservazione a 37°C, possono essere classificati come vaccini con una stabilità relativamente elevata (tossoide difterico, tetanico e vaccino dell’epatite B), o relativamente bassa (OPV, vaccino BCG ricostituito, vaccino del morbillo ricostituito e contro la febbre gialla ricostituito). Si sta progredendo per migliorare la stabilità del vaccino OPV. I vaccini nella forma liofilizzata hanno una stabilità moderata o elevata, ma dopo la loro ricostituzione diventano instabili. Alcuni vaccini, come il tossoide tetanico o il vaccino dell’epatite B, possono tollerare per lunghi periodi di tempo esposizioni al calore senza una significativa perdita di potenza. Questa caratteristica potrebbe essere importante in futuro per l’uso dei vaccini in quei sistemi fuori portata per immunizzare bambini o donne nelle aree dove la catena del freddo non può essere mantenuta. Si stanno pianificando studi per esaminare il possibile uso del vaccino dell’epatite B e del tossoide tetanico in assenza di refrigerazione in situazioni particolari.

Ogni esposizione di un vaccino ad alte temperature comporta una parziale degradazione, anche se la potenza residua supera comunque quella considerata essere la minima immunizzante. Inoltre, ogni esposizione a temperatura ambiente ha un effetto cumulativo sulla riduzione della potenza del vaccino. Le raccomandazioni attuali indicano che tutti i vaccini EPI dovrebbero essere conservati di routine alle temperature raccomandate dai produttori e dall’EPI nazionale.

2.3 Utilizzo dei vaccini dell’EPI

Il principio di base che guida l’utilizzo dei vaccini dell’EPI è che la protezione contro le malattie dell’EPI dovrebbe essere raggiunta prima del periodo in cui i bambini diventano a rischio per queste malattie. Per i Paesi in cui la pertosse, la poliomielite ed il morbillo pongono seri problemi per la salute dei bambini molto piccoli, l’EPI raccomanda la schedula di immunizzazione illustrata nella tabella 3.

Nei Paesi dove il tetano neonatale è una causa importante di mortalità infantile, viene raccomandata l’immunizzazione delle donne in età fertile e specialmente delle gravide.

Le ragioni per iniziare l’immunizzazione ad una particolare età, il numero delle dosi e gli intervalli tra le dosi nelle schedule raccomandate sono presentate nei moduli specifici per le malattie di questa serie. I moduli discutono anche schedule alternative di immunizzazione.

I risultati degli studi disponibili sono indicativi di benefici derivanti dall’uso simultaneo di alcuni vaccini (per esempio somministrati simultaneamente in sedi diverse) o dall’uso di vaccini combinati (per esempio una combinazione predisposta come il vaccino trivalente OPV o DTP). La somministrazione contemporanea di diversi vaccini semplifica l’immunizzazione di routine nell’infanzia e riduce il numero dei contatti (sedute). Tutti i vaccini dell’EPI possono essere somministrati contemporaneamente (Galazka 1991) ed è una pratica comune somministrare il vaccino DTP e l’OPV nella stessa seduta. Il vaccino BCG è compatibile con il DTP, l’OPV ed il vaccino antimorbillo.

Il vaccino anti epatite B (HB) è compatibile con i vaccini dell’infanzia e viene usato in parecchi programmi di immunizzazione integrati simultaneamente con altri vaccini dell’EPI. Le schedule di immunizzazione dovrebbero essere preparate in modo da prevedere la prima dose del vaccino HB il più presto possibile, compatibilmente con l’epidemiologia della malattia e nell’ambito delle possibilità del sistema di distribuzione del vaccino (vedi modulo 9). Tre dosi sono considerate un ciclo primario. Dove la trasmissione perinatale del virus HB è comune, la prima dose dovrebbe essere somministrata al più presto possibile dopo la nascita, la seconda entro due mesi e la terza entro il primo anno (tabella 3, schema A). Se la trasmissione precoce non è un problema, la prima dose del vaccino HB può essere somministrata a sei settimane (o più tardi) con la prima dose del vaccino DPT e le successive dosi di HB possono essere somministrate simultaneamente con ogni dose di vaccino DPT o morbillo (tabella 3, schema B). In ogni caso, la seconda e la terza dose di vaccino HB dovrebbero essere programmate in coincidenza con le visite richieste per le altre immunizzazioni infantili.

L’EPI raccomanda che i paesi a rischio per febbre gialla debbano includere il vaccino anti-febbre gialla nelle attività routinarie del programma nazionale di immunizzazione. Il vaccino anti-febbre gialla può essere somministrato all’età di sei mesi o con il vaccino anti morbillo a nove mesi. La maggior parte dei paesi africani che hanno incluso il vaccino anti-febbre gialla nel loro programma EPI lo somministrano a nove mesi in occasione della visita per il vaccino anti-morbillo.

Non è raccomandato mescolare i vaccini nella siringa prima dell’iniezione (per esempio usando il vaccino DPT come diluente per il vaccino anti-morbillo) poiché la presenza di conservanti o stabilizzanti in un vaccino può interferire con l’attività di altri vaccini (Galazka 1991).

Per i programmi di immunizzazione di routine è prioritario assicurare che i bambini siano completamente vaccinati contro le malattie target con un’immunizzazione primaria appropriata alla minore età possibile. I programmi di immunizzazione che prevedono schedule che includono dosi aggiuntive di vaccino dovrebbero valutare l’assetto epidemiologico delle malattie target nel loro paese. Le risorse addizionali richieste e qualsiasi potenziale impatto negativo nel sostenere un’elevata copertura nei bambini dovrebbero essere preventivamente valutate per migliorare tali schedule.

3. Tipi di immunizzazione

I meccanismi di difesa dell’organismo sono complessi. Nonostante il continuo contatto microbico dall’ambiente, l’organismo previene le infezioni con una serie di meccanismi non-specifici e specifici che operano singolarmente o insieme (figura 2).

3.1 Meccanismi di difesa non-specifici

I meccanismi di difesa non-specifici sono presenti in tutti gli individui normali. Sono efficaci dalla nascita e funzionano senza richiedere una esposizione preliminare ad un microorganismo o ai suoi antigeni. Includono le barriere fisiche (per esempio la cute e le membrane mucose integre), le barriere chimiche (per esempio l’acidità gastrica, gli enzimi digestivi, gli acidi grassi batteriostatici della cute), le cellule fagocitarie e il sistema del complemento. Il sistema del complemento include diversi enzimi e consiste in almeno 19 diverse proteine sieriche. Il complemento gioca un ruolo primario nell’iniziare la risposta infiammatoria, rimuovere gli immunocomplessi e modulare la produzione delle immunoglobuline, opsonizzare i patogeni microbici (vedi sezione 4.1.2), e uccidere certi batteri gram-negativi.

3.2 Immunita’ specifica

Contrariamente ai meccanismi di difesa non-specifici, i sistemi di difesa immunitaria specifici non sono pienamente efficaci alla nascita e richiedono tempo per svilupparsi dopo l’esposizione all’agente infettante o ai suoi antigeni. L’immunità specifica può essere acquisita naturalmente con l’infezione o artificialmente con l’immunizzazione. L’immunità specifica è divisa nelle due componenti cellulo-mediata e anticorpo-mediata. Le reazioni dovute all’azione degli anticorpi sono dette di immunità umorale. Il più diretto indicatore dell’immunità è l’anticorpo, dal momento che le immunoglobuline sono i prodotti meglio conosciuti del sistema immunitario. L’immunità anticorpo-mediata è dipendente dai linfociti B (o cellule B), e dalle plasmacellule, loro dirette discendenti. Le plasmacellule producono immunoglobuline (anticorpi). Quando una cellula B incontra un antigene, riconosciuto dagli anticorpi espressi sulla sua superficie, essa è stimolata a proliferare. Questo porta ad un’espansione del numero dei linfociti in grado di secernere immunoglobuline contro quell’antigene. La replicazione e la differenziazione dei linfociti B in plasmacellule è regolata dal contatto con l’antigene e dalle interazioni con le cellule T, i macrofagi ed il complemento.

I linfociti B si sviluppano nel fegato fetale e successivamente nel midollo osseo. Il nome “cellule B” deriva dalla borsa di Fabrizio, un organo specializzato negli uccelli che funziona come sede per lo sviluppo di tali cellule. I mammiferi non possiedono tale organo. Approssimativamente il 10% dei linfociti circolanti sono cellule B; la maggior parte dei linfociti B e quasi tutte le plasmacellule risiedono negli organi linfoidi periferici, come la milza, i linfonodi, le tonsille e l’appendice.

L’immunità cellulo-mediata è conferita dai linfociti T e dovuta all’azione di linfociti e macrofagi. Essa coinvolge la funzione dei linfociti T (cellule T) di vari tipi e i loro prodotti solubili, le linfochine (interleuchine) che funzionano come segnali per la comunicazione tra differenti tipi di cellule coinvolte nella risposta immunitaria. Queste due componenti dell’immunità specifica sono strettamente collegate. Le cellule T interagiscono con le B nella produzione di anticorpi contro la maggior parte degli antigeni. Anticorpi specifici e immunità cellulo-mediata sono indotti in tutte le infezioni, ma l’entità e la qualità di queste due componenti varia nelle diverse infezioni.

Immunità anticorpo-mediata

4.1 Le immunoglobuline

4.1.1 Classi di immunoglobuline

Gli anticorpi fanno parte di una famiglia di proteine globulari chiamate immunoglobuline (Ig). Sono state identificate 5 classi di Ig (IgG, IgM, IgA, IgD e IgE), in base a differenze strutturali nella composizione delle loro catene pesanti. Alcune classi di Ig comprendono sottoclassi. Per esempio le IgG hanno 4 sottoclassi: IgG1, IgG2, IgG3 e IgG4 che mostrano differenze nelle catene pesanti. Ogni sottoclasse di IgG ha distinte proprietà chimico-fisiche e biologiche. Per esempio, le IgG1 e IgG3 attivano il complemento, mentre le IgG4 non possiedono questa capacità. Le risposte anticorpali alla maggior parte degli antigeni proteici si riscontrano principalmente nella sottoclasse IgG1, benchè quantità significative di anticorpi antivirali si trovino anche nelle IgG3. Piccole quantità di anticorpi contro proteine appartengono anche alle IgG4.

Ci sono due sottoclassi di IgA: le IgA1 sono la forma predominante nel siero (90% del totale), le IgA2 nelle secrezioni (60% del totale).

Le più abbondanti immunoglobuline sono le IgG, le IgM e le IgA. Gli anticorpi IgE hanno un ruolo di grande importanza nelle reazioni allergiche, mentre il ruolo delle IgD non è ancora compreso pienamente.

4.1.2 Struttura di base delle immunoglobuline

Ogni classe di Ig ha una struttura di base simile, formata da due catene peptidiche più lunghe, chiamate “pesanti” o H (heavy), legate da ponti disolfuro ad altre due catene più corte, dette “leggere” o L (light) (figura 3). Le catene pesanti sono di 5 tipi che determinano la classe anticorpale. Le catene leggere sono di due tipi principali (k e λ).

Le IgG sono monomeri con 4 catene. Le IgM sono pentameri composti da cinque unità di base singole più un’ulteriore catena di legame, detta J o joining chain. Di conseguenza, il peso molecolare delle IgM è circa sei volte maggiore di quello delle IgG. Le IgA esistono in due forme, una nel siero e una nelle secrezioni. Le IgA sieriche sono monomeri con una singola unità. Le IgA secretorie (sIgA) sono dimeriche, composte da due unità più la catena J e la componente secretoria (figura 3).

Le immunoglobuline possono essere scisse in frammenti attivi grazie alla digestione enzimatica. Il frammento principale, F(ab’)2, è la “testa” della struttura a forma di Y ed è composto da due frammenti Fab. Viene usata la sigla Fab (antigen binding) per indicare ché è il frammento che lega l’antigene. Ogni frammento Fab ha un sito di legame, quindi sulla molecola di IgG ci sono due siti di legame. Le IgM hanno 10 siti di legame (2x5). Il frammento Fc (la “gamba” della struttura a forma di Y) non ha siti che reagiscono con l‘antigene, ma conferisce alla molecola alcune attività biologiche, che includono la capacità di attivare il complemento e di combinarsi con i recettori sui macrofagi. Queste proprietà sono importanti per l’attività opsonizzante. I microorganismi invasivi vengono ricoperti da anticorpi specifici, le opsonine, che rendono i microorganismi più facilmente attaccabili dai macrofagi. I macrofagi inglobano i microorganismi ricoperti di anticorpi con il processo della fagocitosi. Il frammento Fc è anche responsabile del trasporto delle IgG attraverso la placenta.

4.1.3 Funzioni delle immunoglobuline

La funzione principale delle Ig è di agire da anticorpi. Questa è svolta dalla porzione legante l’antigene Fab della molecola.

La dimensione di una molecola di immunoglobuline è uno dei fattori determinanti la distribuzione nei tessuti. Le IgG sono le immunoglobuline circolanti più rappresentate e costituiscono circa l’80% del pool totale delle immunoglobuline. Le IgG sono presenti anche a livello tissutale. Passano facilmente attraverso la placenta (tabella 4). Le IgG sono responsabili della neutralizzazione di virus e tossine batteriche, favorendo la fagocitosi, e lisando (distruggendo) i batteri.

Le IgM, le Ig di maggiori dimensioni, sono principalmente confinate nel circolo sanguigno e passano meno facilmente attraverso le pareti dei capillari. Le IgM non passano la placenta. Con il loro sito combinatorio per l’antigene decavalente, le IgM hanno una elevata affinità, cioè una grande capacità di legare saldamente l’antigene. Le IgM sono particolarmente efficaci nella lisi dei microorganismi mediata dal complemento.

Le IgA sono la seconda classe di Ig più abbondante nel siero. Le IgA sono le immunoglobuline predominanti nelle secrezioni dei tratti gastrointestinale e respiratorio, come anche nel colostro e nel latte materno. Le IgA sono preposte all’immunità locale mucosale contro i virus e limitano la crescita batterica sulla superficie delle mucose. Le IgA sono anche attive nel tratto gastrointestinale e mostrano una maggior resistenza agli enzimi proteolitici rispetto alle altre classi di anticorpi.

4.1.4 Trasferimento placentare delle immunoglobuline

Le IgG materne (ma non le IgA o le IgM) sono trasportate attraverso la placenta dalla sedicesima settimana circa in poi. Si tratta di un trasporto passivo, che aumenta progressivamente durante la gestazione ed è proporzionale alla concentrazione delle IgG materne. Si verifica anche un trasporto attivo, che tende a normalizzare la concentrazione di IgG neonatale, suggerendo che bassi livelli di anticorpi materni ne stimolino il trasporto, mentre alti livelli lo inibiscano. Nel feto a termine, i livelli di IgG nel cordone ombelicale possono essere uguali o anche più alti rispetto ai livelli materni. I neonati prematuri hanno più bassi livelli di IgG rispetto a quelli nati a termine. Le IgG acquisite passivamente sono responsabili della protezione del neonato e del bambino nei primi mesi di vita dalle malattie virali e batteriche.

Il trasferimento di IgG dalla madre al feto attraverso la placenta fornisce al neonato una parte della esperienza immunologica della madre. Questa esperienza è diversa nelle aree dove c’è un’ alta circolazione di agenti infettivi nella popolazione e gli adulti sono naturalmente immuni, rispetto alle aree in cui la circolazione degli agenti infettanti è limitata e gli adulti hanno bassi livelli di immunità. Nei paesi in via di sviluppo, il trasferimento passivo avviene per gli anticorpi contro la difterite, il morbillo, la poliomielite e la rosolia. Inoltre, gli anticorpi contro il tetano indotti nella madre attraverso l’immunizzazione con il tossoide tetanico, passano facilmente attraverso la placenta proteggendo il neonato dal tetano (vedi modulo 3). Nei paesi sviluppati, dove le donne in età fertile possono avere bassi livelli di anticorpi contro la poliomielite e la difterite, il trasferimento di questi ultimi è più limitato. Se gli anticorpi materni protettivi non sono di tipo IgG, come avviene di solito per i patogeni Gram- quali Escherichia Coli e Salmonella, il feto non riceve gli anticorpi dalla madre ed il neonato non è protetto passivamente da queste infezioni.

4.1.5 Sviluppo normale delle immunoglobuline sieriche

La sintesi di immunoglobuline inizia prima della nascita. E’ stato dimostrato che le IgM sono presenti a 10 settimane, le IgG a 12 settimane, le IgA a 30 settimane di gestazione. La quota maggiore di anticorpi sintetizzati dal feto è rappresentata dalle IgM. Tuttavia, il feto cresce in un ambiente sterile e la produzione di immunoglobuline dal feto sano è estremamente limitata prima della nascita. In alcuni feti la sintesi di immunoglobuline può essere ritardata o assente.

Durante il primo anno di vita, i livelli di immunoglobuline aumentano rapidamente sotto l’influenza del carico antigenico ambientale (infezioni) e attraverso le vaccinazioni (figura 4). Ad un anno di vita, i valori delle concentrazioni di IgG, IgM, IgA sono rispettivamente il 60%, 100% e 30% di quelle dell’adulto.

Il neonato è in grado di rispondere a diversi antigeni, ma ad un numero inferiore e con minore intensità rispetto all’adulto. La risposta agli antigeni polisaccaridici è scarsa o assente. La relativa inefficienza nelle risposte umorali del feto e del neonato riflette sia l’immaturità delle cellule B producenti anticorpi e delle plasmacellule, sia la scarsa cooperazione tra le cellule B e T.

Anticorpi trasferiti passivamente, specialmente se ad alti livelli, possono sopprimere transitoriamente la risposta del bambino a specifici antigeni. Questo fenomeno ha influenzato il calendario di alcune vaccinazioni. La vaccinazione contro il morbillo, per esempio, è stata posposta ai nove mesi di età, quando gli anticorpi trasferiti per via placentare hanno raggiunto basse concentrazioni (vedi modulo 7). Alti livelli di anticorpi acquisiti passivamente contro la difterite, il tetano, la pertosse possono inibire la risposta a tutte le componenti del vaccino DTP durante la prima settimana di vita. Questo è il motivo per cui la somministrazione della prima dose del vaccino DTP è ritardata alla sesta settimana. Questo effetto inibitorio è transitorio e diminuisce somministrando le dosi successive del vaccino DTP (vedi moduli 2, 3 e4).

I bambini nati prematuramente e quelli piccoli per età gestazionale rispondono altrettanto adeguatamente all’immunizzazione, quanto i bambini nati a termine della stessa età cronologica.

4.2 Misurazione dell’attività anticorpale - test sierologici

4.2.1 Quando sono utili gli studi sierologici ?

Poiché è piuttosto facile valutare l’immunità misurando gli anticorpi circolanti, c’è una tendenza ad identificare gli anticorpi con l’immunità. Tuttavia, i livelli anticorpali non riflettono l’immunità complessiva dell’organismo (Ipsen,1961). La presenza di anticorpi sierici non significa sempre che l’immunità è presente, ma indica solo che l’individuo ha avuto un incontro precedente con il microorganismo. Inoltre, per la maggior parte delle malattie EPI il livello anticorpale considerato protettivo è definito piuttosto arbitrariamente o è basato su modelli artificiali di laboratorio (vedi modulo 3). Il livello di protezione dipende non solo dalla quantità di anticorpi dosati, ma anche dalla loro affinità (vedi sezione 4.3.3), dalle loro classi e sottoclassi e dalla loro capacità di fissare il complemento - proprietà che non vengono misurate nei test di routine. La concentrazione di anticorpi presente in un individuo non riflette il grado di sensibilizzazione per una risposta anamnestica dopo una successiva esposizione al microorganismo.

In definitiva, le tecniche sierologiche attualmente disponibili non possono distinguere tra gli anticorpi indotti dal contatto con i microorganismi circolanti o le loro tossine (immunità naturale) e gli anticorpi indotti dall’immunizzazione. Tutti questi fattori danno ai metodi sierologici un valore limitato nel monitoraggio di routine dei programmi di immunizzazione nei paesi in via di sviluppo. Altri metodi, come la misura della copertura vaccinale, o le diverse tecniche di sorveglianza delle malattie bersaglio, possono essere più utili a questo scopo.

D’altro canto, le tecniche sierologiche possono essere molto utili per rispondere a quesiti ben definiti sull’epidemiologia delle malattie bersaglio o sull’efficacia dei programmi di immunizzazione. Esse sono state usate con successo per valutare la sieroconversione dopo la somministrazione di vari vaccini contro il morbillo in diversi gruppi d’età (vedi modulo 7), per determinare il titolo anticorpale derivante dai diversi vaccini e calendari di immunizzazione contro la poliomielite (modulo 6) e il tetano (modulo 3), per valutare lo stato immunitario contro la difterite nei diversi gruppi d’età nelle aree dove il Corinebacterium difteriae è ridotto (modulo 2), per verificare il tasso di riduzione degli anticorpi acquisiti passivamente, e per studiare la durata dell’immunità indotta da vaccino contro le diverse malattie bersaglio.

4.2.2 Metodi per misurare gli anticorpi anti-virali

Gli anticorpi antivirus possono essere misurati con il test di neutralizzazione in coltura tissutale, con il test di inibizione dell’emoagglutinazione (HI) e con il saggio immunoenzimatico (ELISA).

Il test di neutralizzazione sfrutta la proprietà dei virus di propagarsi e produrre cambiamenti morfologici degenerativi (effetto citopatico) in una coltura di cellule suscettibili. Se nel campione è presente l’anticorpo, il virus verrà neutralizzato e inattivato e non potrà produrre effetto citopatico. Sebbene gli anticorpi neutralizzanti siano gli anticorpi più importanti per la risoluzione dell’infezione e lo stabilirsi dell’immunità, i test di neutralizzazione non sono usati di routine per i loro costi elevati ed il tempo necessario per l’esecuzione.

Alcuni virus hanno proprietà emoagglutinanti, cioè i virus sono in grado di legare gli eritrociti e formare un reticolo di globuli rossi agglutinati sul fondo della provetta o del pozzetto. Il blocco selettivo dell’emoadsorbimento da parte degli anticorpi è la base del test di inibizione dell’emagglutinazione comunemente usato ( vedi modulo 7). Nel test ELISA indiretto, gli anticorpi nella soluzione possono reagire e formare un complesso con l’antigene, un virus o un antigene virale che è stato passivamente adsorbito sulla superficie dei pozzetti di una micropiastra di polistirene o su biglie di plastica. Un anticorpo marcato con un enzima diretto contro un anticorpo umano (di solito anti-IgG) è poi attaccato dal complesso antigene-anticorpo. L’entità del legame del marcatore alla fase solida indica la quantità di anticorpo nel campione e può essere misurata dal grado di degradazione di un idoneo substrato enzimatico. Di solito, il substrato è scelto in modo tale che il risultato finale sia un cambiamento di colore che può essere misurato visivamente o fotometricamente.

4.2.3 Metodi di misurazione degli anticorpi contro antigeni batterici

Gli anticorpi antibatterici sono misurati da due principali tipi di test: i test di neutralizzazione in vivo e le tecniche in vitro.

Le diverse proprietà delle tossine batteriche sono usate per i test di neutralizzazione in vivo. Le proprietà dermonecrotiche della tossina difterica sono usate per dimostrare la presenza di anticorpi neutralizzanti anti-difterite sulla cute di cavie o conigli. Un’alternativa è il test di Schick sulla cute umana. La tossina tetanica non ha effetto dermonecrotico e la proporzione di topi che sopravvivono dopo l’iniezione di una miscela di tossina e campione è usata per misurare gli anticorpi neutralizzanti (vedi modulo 3).

I test di neutralizzazione in vivo sono sensibili e mostrano la capacità funzionale degli anticorpi - la neutralizzazione della tossina - e non solo una reazione tra sistemi antigene-anticorpo rilevante e non, come avviene nel caso dei test in vitro. I test in vivo sono tuttavia laboriosi, costosi, richiedono personale esperto, impiegano un gran numero di animali costosi, e necessitano di una quantità relativamente elevata di siero per la determinazione di basse concentrazioni di anticorpi.

Anticorpi neutralizzanti anti-difterite possono essere testati anche in vitro su colture cellulari (vedi modulo 2). Anticorpi neutralizzanti la tossina della pertosse possono essere misurati in colture in micropiastra di cellule ovariche di hamster cinese (vedi modulo 4).

Molti altri test in vitro sono usati per misurare gli anticorpi batterici. I più comuni sono: l’emoagglutinazione passiva (HA), e l’ELISA per gli anticorpi contro la difterite, il tetano e la pertosse e l’agglutinazione batterica per le agglutinine della pertosse. In generale questi test sono semplici, sensibili, rapidi (per esempio i risultati di un test di emoagglutinazione passiva per il tetano possono essere ottenuti in un’ora) e poco costosi. D’altro canto i test in vitro sono meno specifici dei test di neutralizzazione in vivo, che sono più sensibili per la ricerca delle IgM rispetto a quella di IgG, particolarmente nella fase precoce della risposta primaria all’immunizzazione o all’infezione. Pertanto, i risultati delle tecniche in vitro dovrebbero essere interpretati attentamente e verificati confrontandoli con i test di neutralizzazione in vivo.

I dettagli sulle singole tecniche sono trattati nei moduli attinenti le singole malattie.

4.3 La risposta immunitaria

4.3.1 Risposta classe-specifica

L’immunizzazione e l’infezione naturale inducono la produzione di anticorpi di classe IgG, M ed A. Durante l’infezione acuta gli anticorpi IgM di solito compaiono entro i primi giorni dopo l’inizio dei sintomi e raggiungono il picco di concentrazione tra il settimo ed il decimo giorno. Le IgM gradualmente declinano a livelli non misurabili durante i successivi mesi con la risoluzione dell’infezione. Pertanto la presenza di IgM nel siero indica un’infezione in corso o recente, benché vi siano eccezioni a questa regola.

Nell’ infezione naturale o dopo l’immunizzazione, le IgG sieriche compaiono di solito simultaneamente alle IgM o entro un giorno o due. Il livello di IgG aumenta quindi rapidamente (figura 5). Le IgG di solito persistono per anni a bassi livelli, che sono dosabili con test idonei sufficientemente sensibili. Durante una reinfezione o una rivaccinazione, ha luogo una risposta di richiamo (sezione 4.3.2).

La via di immunizzazione o infezione determina se la risposta di tipo IgA sarà principalmente sistemica o mucosale. Una risposta IgA sistemica ha luogo con vaccini iniettati per via parenterale o con infezioni da microorganismi che si replicano e si disseminano agli organi interni e alla circolazione sistemica. La risposta IgA sierica varia nell’inizio, nel livello e nella durata, ed è meno prevedibile rispetto alle risposte IgG e IgM.

4.3.2 Risposta immunitaria primaria e secondaria

Alla prima introduzione di un antigene nell’organismo, la risposta anticorpale richiede fino a dieci giorni per svilupparsi. Questo periodo è detto fase di latenza. Le cellule linfoidi incontrano l’antigene, si dividono ripetutamente formando un clone di cellule con una reattività simile, si differenziano e cominciano a sintetizzare anticorpi. I livelli anticorpali crescono rapidamente, raggiungono un plateau e poi scendono.

La risposta anticorpale che segue un primo incontro con l’antigene (risposta primaria), è diversa da quella che segue un secondo incontro (risposta secondaria). La risposta primaria ha una fase di latenza più lunga, arriva ad un plateau più basso, e declina più velocemente rispetto alla risposta secondaria. Una parte degli individui immunizzati con un vaccino ucciso (il tossoide tetanico, per esempio), sarà stata sensibilizzata ma non mostrerà una risposta anticorpale. Alla riesposizione ci sarà una risposta accelerata con un periodo di latenza più breve, un plateau più alto e livelli anticorpali persistenti.

La componente anticorpale maggiormente presente durante la risposta primaria è rappresentata dalle IgM, mentre le IgG sono la classe di immunoglobuline principalmente rappresentata nella fase secondaria. La differenza tra la risposta primaria e secondaria è più evidente quando l’antigene stimola sia i linfociti B che i T (antigeni T-dipendenti).

Dosi successive di antigene danno una risposta anticorpale più rapida e marcata. Anche la capacità di rispondere al richiamo di un vaccino è prolungata dopo dosi ripetute. Per esempio si è osservato che una risposta di richiamo al tossoide tetanico dura fino a 20 anni dopo la terza dose di tossoide tetanico (vedi modulo 3).

E’ stata anche osservata una fase così detta “negativa”, con una caduta transitoria dei livelli anticorpali poco tempo dopo uno stimolo secondario. Sono necessari ulteriori studi per determinare l’importanza e l’entità di questo fenomeno. Dopo una dose di richiamo di tossoide tetanico, uno studio non ha dimostrato cambiamenti nel livello di antitossina tetanica, tuttavia la resistenza alla tossina tetanica inizia immediatamente (Ipsen 1961). Questo potrebbe essere dovuto a un aumento dell’avidità (vedi sezione 4.3.3) dell’antitossina prodotta.

4.3.3 Maturazione della risposta immunitaria - l’avidità degli anticorpi

La risposta immunitaria è caratterizzata non solo dalla quantità degli anticorpi prodotti, ma anche dalla loro qualità. Una delle misure della qualità è la forza del legame fra un singolo sito combinatorio per l’antigene ed un determinante antigenico dell’antigene. Questa proprietà è detta affinità anticorpale e la somma di tutte le forze leganti è detta avidità dell’anticorpo. L’avidità anticorpale matura durante la risposta immunitaria. I linfociti B che producono anticorpi ad alta affinità sono più probabilmente attivati ad un successivo incontro, in modo che l’affinità media di legame degli anticorpi cresce durante le successive esposizioni all’antigene. Anticorpi ad alta affinità con capacità di legame forte sono molto più efficaci nel neutralizzare virus o tossine batteriche rispetto agli anticorpi a bassa affinità.

5. Immunità cellulo-mediata

5.1 Natura dell’immunità cellulo-mediata

In molte infezioni le risposte immunologiche dell’ospite includono non solo la sintesi degli anticorpi contro i vari determinanti antigenici, ma anche lo sviluppo di un’immunità cellulo-mediata nei confronti di alcune componenti dei microorganismi. Il termine immunità cellulo-mediata è una definizione generica delle risposte immunitarie che possono essere trasferite ad un ricevente non immunizzato tramite linfociti, ma non tramite anticorpi.

5.2 I linfociti T - cellule chiave della risposta immunitaria

L’immunità cellulare è mediata da una popolazione di linfociti chiamati linfociti T o cellule T. Queste cellule circolano nel sangue e nei vasi linfatici e migrano attraverso lo spazio intercellulare. Linfociti T immunologicamente reattivi controllano le risposte immunitarie, ogni risposta immunitaria è controllata da diversi linfociti. Le cellule T mediano 3 funzioni principali: helper, soppressoria e citotossica. I linfociti T helper stimolano la risposta immunitaria di altre cellule (per esempio i linfociti T stimolano le cellule B a produrre anticorpi). Le funzioni helper sono mediate prevalentemente da una sottopopolazione di linfociti T che esprimono l’antigene di superficie CD4.

Altri linfociti T, chiamati cellule soppressorie, hanno un ruolo inibitorio e controllano il livello e la qualità della risposta immunitaria. Un’altra funzione delle cellule T è il riconoscimento e la distruzione delle cellule infettate e l’attivazione dei fagociti a distruggere i patogeni che hanno fagocitato. Le funzioni soppressoria e citotossica sono mediate da linfociti T che esprimono lantigene di superficie CD8.

5.3 I segnali fra le cellule del sistema immunitario - le linfochine

Quando un linfocita T incontra un antigene estraneo, si attacca ad esso e alla cellula che lo contiene. Le cellule T attivate dall’antigene rispondono secernendo linfochine, proteine che agiscono come segnali molecolari di comunicazione tra le cellule del sistema immunitario (interazione tra le cellule B e le T) e come mediatori sistemici della risposta dell’ospite all’infezione. Il gruppo delle linfochine include alcune interleuchine, fattori di crescita e di differenziazione per i linfociti B e l’interferone gamma.

Citochina è un termine più generale. Le citochine includono linfochine prodotte dalle cellule T e sostanze simili prodotte da altri tipi cellulari, in particolare i fagociti mononucleati. Le linfochine aiutano le cellule B a produrre anticorpi e i fagociti ad agire più efficacemente contro i patogeni.

6. Ipersensibilità

Il termine ipersensibilità è usato quando una risposta immunitaria si presenta in modo esagerato o inappropriato causando un danno tissutale. Sono noti quattro tipi di reazioni di ipersensibilità; i primi tre sono mediati da anticorpi, il quarto è mediato principalmente da cellule T e macrofagi.

· Il tipo I, o ipersensibilità immediata, è caratterizzato da una reazione allergica che segue immediatamente un contatto con l’antigene (che è definito allergene). La reazione di ipersensibilità immediata dipende da una attivazione specifica di cellule sensibilizzate con IgE da parte di un antigene, che determina il rilascio di mediatori farmacologici dell’infiammazione (per esempio l’istamina). Un esempio di ipersensibilità immediata è la reazione al veleno d’ape. Malattie atopiche, come l’asma, l’eczema, la febbre da fieno e l’orticaria appartengono a questa categoria.

· Il tipo II, o ipersensibilità citotossica dipendente da anticorpi, si verifica quando l’anticorpo lega l’antigene sulle cellule e questo innesca la fagocitosi, l’attività killer della cellula o la lisi complemento-mediata. L’esempio più rappresentativo di reazione di secondo tipo è la risposta di un individuo contro gli eritrociti in seguito a trasfusione di sangue non compatibile.

· Il tipo III, o ipersensibilità da immunocomplessi, si sviluppa quando complessi antigene-anticorpo si formano in grande quantità, o non possono essere smaltiti adeguatamente dal sistema reticolo-endoteliale, portando a reazioni tipo malattia da siero. La formazione cronica di immunocomplessi, con la loro deposizione nei tessuti, avviene nell’ endocardite streptococcica e stafilococcica, nell’infezione malarica e da virus dell’epatite B. Reazioni neurologiche che seguono una iperimmunizzazione con tossoide tetanico appartengono a questo tipo e sono dovute a complessi immuni formati da anticorpi preformati e tossoide iniettato. Questi complessi immuni attraggono il complemento ed i leucociti che producono un danno vascolare localizzato (vedi modulo 3). La malattia da siero che segue all’iniezione di siero eterologo è un altro esempio di ipersensibilità di terzo tipo.

· Il tipo IV, o ipersensibilità di tipo ritardato, si sviluppa quando un antigene intrappolato in un macrofago non può essere eliminato. I linfociti T vengono stimolati a produrre linfochine, che mediano una serie di risposte infiammatorie. L’ipersensibilità ritardata si osserva in varie infezioni virali, batteriche, protozoarie, micotiche e parassitarie. Un classico esempio è la reazione di ipersensibilità ritardata cutanea alla tubercolina. La tubercolina è la lipoproteina ottenuta dal Micobacterium Tuberculosis. La minuscola frazione di cellule T (meno di 1 su 1000) naturalmente reattiva alla tubercolina prolifera per dare origine a un clone di cellule reattive dopo l’esposizione iniziale (un clone è una popolazione di cellule che deriva da una singola cellula originale). Un individuo che sia stato esposto ai bacilli tubercolari o immunizzato con BCG ha linfociti T sensibilizzati alla tubercolina. Quando a tale individuo viene iniettata per via intradermica la tubercolina, c’è una reazione infiammatoria positiva nel sito di inoculo da 24 a 48 ore dopo. Ulteriore discussione sulla reazione alla tubercolina si può trovare nel Modulo 5.

Abbreviazioni

BCG Bacillo di Calmette-Guerin, vaccino contro la tubercolosi

DPT vaccino anti difterite-tetano-pertosse

ELISA test immunoenzimatico

EPI Programma Allargato di Immunizzazione

HA test di emoagglutinazione

HB epatite B

IU unità internazionale di potenza

LD50 dose letale per il 50% degli animali usati nel test

Lf valore di flocculazione, la quantità di tossoide che mescolata con un’Unità Internazionale di antitossina produce una miscela flocculante ottimale

OPV vaccino antipolio orale

PFU unità formante placca; la minore quantità di una sospensione virale che che produce una placca in colture cellulari in monostrato

TCID50 dose che infetta il 50% delle colture cellulari; la quantità di una sospensione virale che infetta il 50% delle colture cellulari

TT tossoide tetanico

Referenze

Vedi documento originale.

Il presente documento costituisce una agevolazione al lettore ma non è un traduzione ufficiale del documento originale predisposto dall’OMS e disponibile all’indirizzo:

http://www.who.int/vaccines-documents/DoxTrng/h4tibi.htm