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PowerPoint Lectures for
Biology, Seventh Edition
Neil Campbell and Jane Reece
Lectures by Chris Romero
Chapter 43
The Immune System
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Panorama general: Reconocimiento, identificación y respuesta
• Un animal debe defenderse de los muchos
agentes patógenos peligrosos que pueden surgir
• Dos tipos principales de defensa han
evolucionado: la inmunidad innata y la inmunidad
adquirida
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• La inmunidad innata está presente antes de
cualquier exposición a los agentes patógenos y
será efectiva desde el momento del nacimiento
• Se trata de respuestas no específicas a
patógenos
• La inmunidad innata consiste en barreras
externas, además de las defensas celulares y
químicos internos
• Defensas internas clave son los macrófagos y
otras células fagocíticas
LE 43-1
3 µm
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• La inmunidad adquirida, o la inmunidad
adaptativa, se desarrolla después de la exposición
a agentes como microbios, toxinas u otras
sustancias extrañas
• Se trata de una respuesta muy específica a los
patógenos
• El reconocimiento es por los glóbulos blancos
llamados linfocitos
• Algunos linfocitos producen anticuerpos; otros
destruyen las células infectadas, células
cancerosas, o tejido extraño
LE 43-2
Microorganismos
Invasores
(patógenos))
Defensas externas
Piel
Membranas mucosas
secreciones
INMUNIDAD INNATA
Respuestas rápidas a un
Amplio espectro de microorganismos
INMUNIDAD ADQUIRIDA
Respuestas más lentas
A los microorganismos
específicos
Defensas internas
Células fagocíticas
Respuesta inflamatoria
Repuesta humoral
(anticuerpos)Proteínas antimicrobianas
Células natural killer Respuesta mediada pr
Células
(linfocitos citotóxicos)
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La inmunidad innata proporciona amplias defensas contra las infecciones
• Un patógeno que rompe las defensas exteriores
se encuentra con los mecanismos celulares y
químicos innatos que impiden su ataque
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External Defenses
• Piel y las membranas mucosas son las barreras
físicas a la entrada de microorganismos y virus
• Las células de la membrana mucosa producen
moco, un fluido viscoso que atrapa microbios y
otras partículas
• En la tráquea, las células epiteliales ciliadas
barren el moco y los microbios atrapados hacia
arriba, evitando que los microbios entren en los
pulmones
LE 43-3
10 µm
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• Las secreciones de la piel y las membranas
mucosas, proporcionan un entorno hostil para los
microbios
• Secreciones dan a la piel un pH entre 3 y 5, lo
suficientemente ácida para prevenir la
colonización de muchos microbios
• Secreciones de la piel incluyen proteínas tales
como la lisozima, que digiere las paredes
celulares bacterianas
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Defensas celulares y químicas internas
• Defensas celulares internos dependen
principalmente de la fagocitosis
• Los glóbulos blancos llamados fagocitos ingieren
microorganismos e inician la inflamación
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Células fagocíticas
• Los fagocitos se unen a la presa a través de receptores de
la superficie y engullen, formando una vacuola que se
fusiona con un lisosoma
LE 43-4
PseudopodiaMicrobes
MACROPHAGE
Lysosomecontainingenzymes
Vacuole
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• Los macrófagos, un tipo de fagocito, migran a
través del cuerpo y se encuentran en los órganos
del sistema linfático
• El sistema linfático se defiende contra los agentes
patógenos
LE 43-5
Adenoid
amígdala
Ganglioslinfáticos
Placas de PeyerIntestino delgado)
bazo
Appendix
Vasos linfáticosLymphnode
Masses oflymphocytes andmacrophages
Lymphaticvessel
Bloodcapillary
Tissuecells
Lymphaticcapillary
Interstitialfluid
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Proteínas antimicrobianas
• Las proteínas funcionan en la defensa innata al
atacar a los microbios directamente o impidiendo
su reproducción
• Alrededor de 30 proteínas forman el sistema del
complemento, lo que provoca la lisis de las
células invasoras y ayuda a desencadenar la
inflamación
• Los interferones proporcionan una defensa innata
contra los virus y ayudar a activar los macrófagos
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Respuesta inflamatoria
• En la inflamación local, la histamina y otras
sustancias químicas liberadas por las células
lesionadas promover cambios en los vasos
sanguíneos
• Estos cambios permiten más fluido, fagocitos, y
proteínas antimicrobianas para entrar en los
tejidos
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Diapositiva
1. Las señales químicas liberadas por los macrófagos
activados y los mastocitos en el sitio de la lesión, hacen
que los capilares cercanos se dilaten y se vuelvan más
permeables
2. Los fluidos, las proteínas antimicrobianas y los elementos
de la coagulación se mueven desde la sangre hasta el
sitio. Se inicia la coagulación.
3. Las quimocinas liberadas por varios tipos de células
atraen a más células fagocíticas desde la sangre al sitio
de la lesión.
4. Los neotrófilos y los macrófagos fagocitan los patógenos
y los desechos celulares en este sitio, y el tejido sana
LE 43-6
Pathogen Pin
Chemical signals
CapillaryPhagocytic cells
Macrophage
Red blood cell
Bloodclottingelements
Blood clot
Phagocytosis
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Células natural killerNK
• Las células asesinas naturales (NK) atacan a las
células del cuerpo infectadas por virus y células
cancerosas
• Además, producen apoptosis en las células que
atacan
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Invertebrate Immune Mechanisms
• Many invertebrates defend against infection by
many of the same mechanisms in the vertebrate
innate response
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En la inmunidad adquirida, los linfocitos proporcionandefensas específicas contra la infección
• La inmunidad adquirida es el segundo tipo importante de
defensa del cuerpo
• Un antígeno es una molécula extraña que es reconocido
por los linfocitos y provoca una respuesta de ellos
• La mayor parte de los antígenos son moléculas grandes,
proteínas y polisacáridos
• Un linfocito reconoce y se une a una pequeña porción del
antígeno llamado un epítopo o determinante antigénico
LE 43-7
Sitio de unión
Al antígeno Epitopos
(determinantes
Antigénicos)Antibody A
Antibody BAntibody C
Antigen
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Reconocimiento del antígeno por los linfocitos
• Circulan dos tipos principales de linfocitos en la
sangre y en la linfa y se concentran en el bazo,
ganglios linfáticos y otros tejidos linfoides: los
linfocitos B (células B) y linfocitos T (células T)
• Una sola célula B o células T tiene unos 100.000
receptores de antígenos idénticos
• Cada linfocito tiene especificidad por un epitopo
particular de un antígeno y defiende al organismo
contra ese antígeno
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Receptores antigénicos de las células B
• Cada receptor de célula B para un antígeno es una
molécula con forma de Y, formada por cuatro cadenas
polipeptídicas: dos cadenas pesadas idénticas y dos
ligeras idénticas
• Cada receptor de una célula B tiene dos sitios idénticos de
unión al antígeno. Una célula B reconoce un antígeno
intacto en su estado nativo
• Los anticuerpos secretados o inmunoglobulinas son
similares en estructura a los de los receptores de las
células B, pero carecen de las regiones transmembrana
que anclan los receptores a la membrana plasmática. Por
esto los receptores de las células B se llaman anticuerpos
de membrana o Ig de membranaVideo: T Cell Receptors
LE 43-8
Sitio de
Unión al
antígenoPuente
disulfuroCadena
ligera
C C
Sitio de
Unión al antígeno
Regiones variables
Regiones constantes
Región
transmembrana
Sitio de
Unión al
antígeno
C
V
C
V
Membrana
plasmática
T cell
b chain chain
Disulfide bridge
Cytoplasm of T cell
Un receptor de célula T se compone de una cadena y unacadena b unidas por un puentedisulfuro
.
Un receptor de célula B se compone de dos cadenas pesadas idénticas y dos cadenas ligeras idénticas unidas por varios puentes.
Cadenas
pesadasCytoplasm of B cellB cell
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Los receptores para antígenos de las células T y el papel de MHC
• Cada receptor de células T se compone de dos
cadenas polipeptídicas diferentes
V V
C C
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• Las células T se unen a fragmentos de antígeno
que se unen a las proteínas de la superficie
celular denominadas moléculas de MHC
• Moléculas del MHC se denominan así porque
están codificados por una familia de genes
llamado el complejo mayor de histocompatibilidad
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• Las células infectadas producen moléculas de
MHC, que se unen a fragmentos de antígeno y se
transportan a la superficie celular, un proceso
denominado presentación del antígeno
• Una célula T cercanos a continuación, puede
detectar el fragmento de antígeno que aparece en
la superficie de la célula
• Dependiendo de su fuente, antígenos peptídicos
son manejadas por diferentes clases de
moléculas MHC
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• Moléculas de MHC de clase I se encuentran en casi todas
las células nucleadas del cuerpo
• Cualquier célula del organismo que resulte afectada o se
transforme en cancerosa puede exhibir estos antígenos.
• Las moléculas de MHC de clase I que exhiben antígenos
peptídicos unidos son reconocidos por un subgrupo de
células T llamadas células T citotóxicas
LE 43-9
Célula
Presentadora
Del antígeno
Antigen
fragment
Class II MHC
molecule
T cell
receptor
Helper T cell
Antigen
fragment
Class I MHC
molecule
T cell
receptor
Cytotoxic T cell
Infected cell Microbe
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• Moléculas de MHC de clase II se encuentran
principalmente en las células dendríticas,
macrófagos, y células B
• En ellas se muestran los antígenos a las células T
helper
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Desarrollo de los linfocitos
• Los linfocitos se derivan de las células madre en la médula
ósea
• Linfocitos recién formadas son iguales, pero más tarde se
convierten en células B o células T, dependiendo de
donde maduran
LE 43-10
Célula madrelinfoide
Médula ósea
Thymus
T cell
Sangre, linfa y tejidos linfoides (ganglios linfáticos, bazoY otros)
B cell
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• Acontecimientos principales en la vida de un
linfocito:
• los dos primeros ocurren a medida que el linfocito
madura en la médula ósea (célula B) o en el timo,
mucho antes de que la célula haya entrado en
contacto con ningún antígeno
• El tercero ocurre cuando un linfocito maduro se
encuentra y se une con un antígeno específico, lo
cual lleva a su activación, proliferación y
diferenciación, proceso denominado selección
clonal
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Generación de la diversidad del linfocito por reorganización génica
• Random, reordenamiento del gen permanente
constituye genes funcionales que codifican las
cadenas del receptor de antígeno de células B
o T
LE 43-11
DNA ofundifferentiatedB cell
DNA of differentiatedB cell
pre-mRNA
mRNA Cap
Light-chain polypeptide
Variableregion
Constantregion B cell
B cell receptor
Translation
Poly (A)
RNA processing (removal of intron;addition of cap and poly (A) tail)
Transcription of resulting permanentlyrearranged, functional gene
Functional gene
Deletion of DNA between a V segmentand J segment and joining of the segments
V4–V39
V1 V2 V3 V40
V1 V2 V3 J5 CIntron
J5 Intron CJ4J3J2J1
V3 J5 Intron C
V3 J5 C
V C
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Comprobación y eliminación de los linfocitos autorreactivos
• Como las células B y T maduran en la médula y el
timo, sus receptores de antígeno se prueban para
la auto-reactividad
Los linfocitos con receptores para antígenos que
ya se encuentran en el cuerpo se destruyen por
apoptosis o bien se vuelven no funcionales
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Selección clonal de los linfocitos
• En una respuesta inmune primaria, la unión del antígeno a
un linfocito maduro induce la proliferación y diferenciación
de los linfocitos
• Este proceso se denomina selección clonal
• Selección clonal de células B genera un clon de células
efectoras activadas de corta duración y un clon de células
de memoria de larga duración
Animation: Role of B Cells
LE 43-12
Células B
Que difieren
En la
Especificidad
antigénica
Antigen molecules
Antigen
receptor
Antibody
molecules
Clone of memory cells Clone of plasma cells
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• En la respuesta inmune secundaria, las células de
memoria facilitan una respuesta más rápida, más
eficiente
LE 43-13
Antibodies
to AAntibodies
to B
Time (days)
5649423528211470
104
103
102
101
100
An
tib
od
y c
on
cen
trati
on
(arb
itra
ry u
nit
s)
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La inmunidad humoral y la inmunidad mediada por célulasdefienden al organismo de diferentes tipos de amenazas
• La respuesta inmune humoral implica la activación
y la selección clonal de las células B, lo que
resulta en la producción de anticuerpos
secretados
• La respuesta inmune mediada por células implica
la activación y la selección clonal de las células T
citotóxicas
LE 43-14_3
Primera exposición al antígeno
Antígenos englobados y Exhibidos por las células
dendríticas
Activate
Respuesta inmunitaria humoral Respuesta inmunitaria mediada por células
HelperT cell
Active andmemoryhelperT cells
Gives rise to
Antígenos exhibidosPor las células Iinfectadas
Activate
CytotoxicT cell
Memorycytotoxic
T cells
Gives rise to
Las citosinasSectretadasactivan
Activecytotoxic
T cells
Defienden contra las células infectadas,Células cancerosas y los tejidos
transplantados
Activate
Da lugar a
Secretan anticuerpos contra patógenos Y toxinas presentes en el líquido
extracelular
Plasmacells
MemoryB cells
B cells
Antígenos intactos
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Células T helper: una respuesta a casi todos los antígenos
• Una proteína de superficie llamada CD4 se une la
molécula MHC de clase II
• Esta unión mantiene la célula T auxiliar unida a la
célula presentadora de antígeno, mientras que se
produce la activación
• Las células T helper Activado secretan citocinas
que estimulan otros linfocitos
Animation: Helper T Cells
LE 43-15
Dendriticcell
Bacterium
Peptide antigen
Class II MHCmolecule
TCR
CD4
Helper T cell
B cellCytokines
Cytotoxic T cellInmunidad
Mediada por
Células (ataque
A las células
Infectadas)
Inmunidad
Humoral (secreción
De Ac por las
Células
Plasmáticas
Dendriticcell
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Las células T citotóxicas: una respuesta a las células infectadas y a las células cancerosas
• Las células T citotóxicas hacen una proteína de
superficie CD8 que mejora en gran medida la
interacción entre una célula diana y una célula T
citotóxica
• La unión a una clase de complejo I de MHC en
una célula infectada se activa una célula T
citotóxica y la convierte en una célula T killer
activa
• La células T citotóxicas activadas secreta
proteínas que destruyen la célula diana infectada
LE 43-16
Peptideantigen
Targetcell
Class I MHCmolecule
TCR CD8
Granzymes
Perforin
Cytotoxic T cell
Pore
Apoptotictarget cell
ReleasedcytotoxicT cell
CytotoxicT cell
Cancer cell
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Animation: Cytotoxic T Cells
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Las células B: una respuesta a los patógenos extracelulares
• La activación de las células B es ayudado
por citocinas y antígeno que se unen a las
células T helper
• Selección clonal de células B genera
células plasmáticas secretoras de
anticuerpos, las células efectoras de la
inmunidad humoral
LE 43-17
Macrophage
Class II MHCmolecule
Bacterium
Peptideantigen
CD4TCR
Helper T cell
Activatedhelper T cell
Cytokines
Clone of memoryB cells
Endoplasmicreticulum ofplasma cell
Clone of plasma cellsSecreted antibodymolecules
B cell
+
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Clases de anticuerpos
• Las cinco clases principales de anticuerpos, o
inmunoglobulinas, difieren en la distribución y
función
LE 43-18a
J chain
IgM(pentamer)
Promueve la neutralización y aglutinación de los antígenos, muy efectiva para la activación del complemento
Primera clase de Ig producida despues deen la sangre la exposición inicial al antígeno, luego, su concentración en la sangre declina
LE 43-18b
IgG(monomer)
Promueve la opsonización, neutralización y aglutinación de los antígenos, es menos efectiva para la activación del complemento que la IgM
La única clase de Ig que atraviesa la placenta, confiriendo inmunidad pasiva al feto
La clase de Ig más abundante en la sangre, también está presenteEn los líquidos tisulares
LE 43-18c
IgA(dimer)
Promueve la defensa localizada de las membranas mucosas por aglutinación y neutralización de los antígenos
J chain
Secretorycomponent
Su presencia en la leche materna confiere inmunidad pasiva al lactante
Presente en secreciones tales como las lagrimas, la saliva, el moco y la leche materna
LE 43-18d
IgE(monomer) Desencadena la liberación de histaminas y de otras sustancias
químicas que causan las reacciones alérgicasdesde los mastocitos y basófilos
LE 43-18e
IgD(monomer) Se encuentra principalmente en la superficie de las células B
virgenes que nunca han sido expuestas a los antígenos
Transmembraneregion
Actúa como receptor de antígeno en la proliferación y fiferenciación de las células B estimuladas por antígenos (selección clonal)
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Eliminación de antígenos mediada por anticuerpos
• La unión de los anticuerpos a los antígenos es
también la base de los mecanismos de
eliminación de antígeno
• Los microbios son eliminados por fagocitosis y la
lisis mediada por el complemento
Animation: Antibodies
LE 43-19
Neutralización viral (bloqueaLa unión al huésped y
Opsonización (incrementaLa fagocitocis)
Aglutinación de las Partícu;las portadoras deAg como los microorga
nismos
Precipitación de Agsolubles
Activación del sistema delComplemento y formación
De poros
La unión de Ac a los Ag inactivaA los Ag por
Bacteria
Solubleantigens
MAC
Complement proteins
Foreign cellPore
Virus
Bacterium
incrementa
Phagocytosis
Macrophage
Cell lysis
Lleva a
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Inmunización activa y pasiva
• La inmunidad activa se desarrolla naturalmente en
respuesta a una infección
• También puede desarrollarse después de la
inmunización, también llamada vacunación
• En la inmunización, una forma no patógena de un
microbio o parte de un microbio provoca una
respuesta inmune a una memoria inmunológica
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• Passive immunity provides immediate, short-term
protection
• It is conferred naturally when IgG crosses the
placenta from mother to fetus or when IgA passes
from mother to infant in breast milk
• It can be conferred artificially by injecting
antibodies into a nonimmune person
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Concept 43.4: The immune system’s ability to distinguish self from nonself limits tissue transplantation
• The immune system can wage war against cells
from other individuals
• Transplanted tissues are usually destroyed by the
recipient’s immune system
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Grupos sanguíneos y transfusiones
• Los antígenos en las células rojas de la sangre
determinan si una persona es de tipo sanguíneo
A, B, AB u O
• Existen anticuerpos frente a los tipos de sangre
no propios en el cuerpo
• La transfusión de sangre incompatible lleva a la
destrucción de las células transfundidas
• Combinaciones de destinatarios y los donantes
pueden ser fatales o seguro
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• Un antígeno de las células rojas de la sangre
llamado factor Rh crea dificultades cuando una
madre Rh negativa lleva sucesivas fetos Rh-
positivos
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Tejidos y órganos transplantados
• Moléculas MHC estimulan rechazo de injertos de
tejido y trasplantes de órganos
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• Las posibilidades de aumento trasplante exitoso si
los tipos de tejidos del donante y el receptor MHC
se corresponden
• Los medicamentos inmunosupresores facilitar el
trasplante
• Los linfocitos en trasplantes de médula ósea
pueden causar una reacción injerto contra
huésped en los receptores
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Concept 43.5: Exaggerated, self-directed, or diminished immune responses can cause disease
• If the delicate balance of the immune system is
disrupted, effects range from minor to often fatal
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Allergies
• Allergies are exaggerated (hypersensitive)
responses to antigens called allergens
• In localized allergies such as hay fever, IgE
antibodies produced after first exposure to an
allergen attach to receptors on mast cells
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• The next time the allergen enters the body, it
binds to mast cell–associated IgE molecules
• Mast cells release histamine and other mediators
that cause vascular changes leading to typical
allergy symptoms
• An acute allergic response can lead to
anaphylactic shock, a life-threatening reaction that
can occur within seconds of allergen exposure
LE 43-20
IgE
Allergen
Granule
Mast cell
Histamine
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Autoimmune Diseases
• In individuals with autoimmune diseases, the
immune system loses tolerance for self and turns
against certain molecules of the body
• Rheumatoid arthritis is an autoimmune disease
leading to damage and inflammation of joints
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• Other examples of autoimmune diseases:
– Systemic lupus erythematosus
– Multiple sclerosis
– Insulin-dependent diabetes
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Immunodeficiency Diseases
• Inborn or primary immunodeficiency results from
hereditary or congenital defects that prevent
proper functioning of innate, humoral, and/or cell-
mediated defenses
• Acquired or secondary immunodeficiency results
from exposure to chemical and biological agents
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Inborn (Primary) Immunodeficiencies
• In severe combined immunodeficiency (SCID),
both the humoral and cell-mediated branches of
acquired immunity fail to function
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Acquired (Secondary) Immunodeficiencies
• Acquired immunodeficiencies range from
temporary states to chronic diseases
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Stress and the Immune System
• Growing evidence shows that physical and
emotional stress can harm immunity
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Acquired Immunodeficiency Syndrome (AIDS)
• People with AIDS are highly susceptible to
opportunistic infections and cancers that take
advantage of an immune system in collapse
• Because AIDS arises from loss of helper T cells, it
impairs both the humoral and cell-mediated
immune responses
• The loss of helper T cells results from infection by
the human immunodeficiency virus (HIV)
Animation: HIV Reproductive Cycle
LE 43-22
1 µm
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• The spread of HIV is a worldwide problem
• The best approach for slowing this spread is
education about practices that transmit the virus
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1XC058993C8400703