Les défenses immunitaires

Dans le chapitre précédent, il est devenu évident nous étions "envahis" de micro-organismes, aussi bien à l'extérieur dans notre environnement qu'à l'intérieur de notre corps. La plupart ne sont pas dangereux (par exemple, dans une goutte d'eau de mer, se trouvent environ 5 millions de bactéries et beaucoup plus de virus). Mais la plupart ne sont pas pathogènes pour l'Homme.

Pourtant, nous tombons parfois malades (rhume, toux...) et nous guérissons la plupart de temps seul et sans aide médicamenteuse. Le corps humain possède donc des défenses qui nous protègent.

Problème: quels sont les agents de défense de l'organisme ?

Lorsque nous tombons malades et que notre corps a du mal à guérir, il arrive que notre médecin nous demande une analyse de sang. Cette analyse de sang a lieu dans un laboratoire d'analyse médicale. On y analyse les différents constituants du sang.

Le sang est un tissu composé de différents types cellulaires, mais c'est aussi un tissu liquide ! Il circule dans nos vaisseaux sanguins, propulsé par le coeur (le myocarde). 

Ce liquide sert à transporter le dioxygène (O₂) et les nutriments nécessaires aux processus vitaux de tous les tissus et cellules du corps, et à transporter les déchets tels que le dioxyde de carbone (CO₂) ou les déchets azotés vers les sites d'évacuation (reins, poumons, foie, intestins...).

Chez l'adulte, c’est la moelle osseuse rouge qui produit les cellules sanguines au cours d’un processus appelé hématopoièse. Le pH du sang est proche de 7,35 (c'est presque le pH neutre).

Le sang contient différents types de cellules. Le schéma ci-dessous, détaille chacune d'entre elles (au niveau des connaissances exigibles en 3ème).

Lorsque nous analysons le sang d'une personne malade (voir tableau ci-dessous) et le comparons à celui d'une personne saine, nous observons que le malade atteint d'une angine possède environ deux fois plus de leucocytes (le nombre des autres types cellulaires n'est pas significativement modifié).

On peut en déduire que les leucocytes ont un lien avec la maladie.

Mais que sont les leucocytes (= globules blancs) et quels sont leurs rôles ?

La photo ci-dessous présente les cellules d'un frottis sanguin (il s'agit d'une goutte de sang étudiée sous le microscope). On y découvre 2 types de leucocytes: les lymphocytes et les phagocytes.

Cliquer sur les images ci-dessous pour les agrandir:

Dans un premier temps, nous allons nous intéresser à ce qu'il se passe juste après une blessure de la peau. La blessure, ne s'infecte pas toujours, ce qui prouve qu'il existe un premier moyen de défense du corps à ce niveau.

La réponse immunitaire non spécifique

Cette réaction inflammatoire permet l'arrivée sur place des premières cellules de défense: les phagocytes.

Les phagocytes vont ensuite détruire les bactéries présentes dans la plaie suivant le processus de phagocytose. Observez le film ci-dessous qui montre une amibe (organisme unicellulaire présent dans les mares) en train de phagocyter 2 paramécies (autre organisme des mares et lacs...).

Ce processus est très proche de la phagocytose dans notre corps.

Voici une vidéo d'un phagocyte poursuivant et ingérant une bactérie.

Dès le début de l'inflammation, les cellules lésées et certains leucocytes présents sur place libèrent dans le sang des substances qui vont attirer sur place les phagocytes (on parle de substance chimiotactiques).. Les phagocytes envahissent la plaie. 

N'oublions pas que l'intérêt de la réaction inflammatoire est de débarrasser la plaie de tous les agents pathogènes et substances étrangères (ainsi que les cellules mortes) en vue de la cicatrisation.

La phagocytose se déroule en 4 étapes qui sont développées dans la figure suivante:

- adhésion du phagocyte au pathogène grâce à des prolongements cytoplasmiques (= prolongements de la membrane plasmique du phagocyte qui agissent comme des harpons),

- absorption du pathogène par l'intermédiaire des prolongements cytoplasmiques qui l'attirent à l'intérieur et l'englobent ce qui crée une sorte de "sac" appelé le phagosome,

- digestion : ce phagosome va se lier aux lysosomes (sac remplis d'enzymes digestives) présents dans le cytoplasme du phagocyte : cela a pour effet de digérer le pathogène dans le phagosome sans blesser le reste du phagocyte (auto-digestion impossible),

- rejet des déchets dans le sang.

Cette réponse immunitaire est très rapide (quelques heures) et elle s'applique à n'importe quel élément (élément minéral comme du sable, micro-organisme, pollen...) sans distinction, elle est donc non spécifique.

Animation de la phagocytose : LIEN.

BILAN:

Lors d’une lésion de la peau ou des muqueuses, l’organisme met en place une réaction immédiate appelée réaction inflammatoire. Elle se traduit par une rougeur, une chaleur et un gonflement de la zone lésée. De nombreuses cellules appelées cellules phagocytaires franchissent alors les capillaires sanguins pour se rendre au niveau de la plaie.

Les cellules appelées phagocytes interviennent pour éliminer les agents infectieux (= éléments étrangers). C’est une réaction très rapide et non spécifique de l’agent infectieux. C’est la phagocytose. Cette phagocytose suffit le plus souvent à se débarrasser des éléments étrangers. La phagocytose constitue donc la première phase de la réaction immunitaire.

Problème: que se passe t-il lorsque la phagocytose ne suffit pas.

La réponse spécifique 

La phagocytose ne suffit pas toujours pour éliminer le micro-organisme pathogène. Dans ce cas, une deuxième ligne de défense du corps se met en place. Elle fait intervenir d'autres cellules selon un processus plus complexe.

Ces cellules sont visibles dans une goutte de sang (voir ci-dessous). On en distingue 3 types:

- les globules rouges (= hématies)

- les lymphocytes (cellules rondes avec un gros noyau)

- les monocytes et granulocytes (leur noyau est difforme ou plurilobé).

La réponse immunitaire spécifique est un ensemble de mécanismes qui ne sont activés que lorsque notre système immunitaire rencontre un micro-organisme particulier. Le système immunitaire développe naturellement des mécanismes de reconnaissance d'antigènes particuliers. Il peut donc détecter des antigènes qu'il n'a jamais rencontrés. 

Les cellules qui nous intéressent ici sont les lymphocytes. il en existe différents types mais vous devez en connaitre que 3 au collège: 

- les lymphocytes B (ils sécrètent des anticorps)

- les lymphocytes B mémoires

- les lymphocytes T (ils détruisent directement les cellules infectées par contact)

Il faut tout d'abord savoir que toutes les cellules de notre corps portent en surface des molécules qui représentent notre identité. On les appelle des antigènes (abréviation: Ag). Tout élément portant des antigènes différents des nôtres est reconnu comme étranger. Ce sont :

- des microbes (bactéries, virus…),

- de simples molécules (toxines des bactéries, molécules présentes dans l’alimentation, …),

- des éléments étrangers quelconques (pollen, poussières…),

Nos propres cellules si elles sont infectées par des virus, modifiées par un cancer portent aussi à leur surface des antigènes différents.

Toutes les cellules portent une "molécule du soi" qui est présentée aux autres cellules par l'intermédiaire d'un marqueur appelé "marqueur du CMH". C'est comme si une cellule brandissait un drapeau ou était noté : "je fais partie du corps, je suis un ami". Si cette molécule du soi n'est pas visible, ou si un pathogène présente une autre molécule (un antigène), alors il sera reconnu comme n’appartenant pas au corps humain et sera attaqué par notre système immunitaire (voir le schéma ci-dessous).

En permanence les lymphocytes circulent dans notre organisme (par le sang ou par la lymphe). Lors d'une rencontre, par hasard, avec un micro-organisme pathogène ou une cellule infectée par un virus, le lymphocyte va s'y lier en utilisant des récepteurs présents à la surface de sa membrane pour se lier à l'antigène. C'est la première étape de la réponse immunitaire lente: la reconnaissance.

Une fois l'antigène reconnu, le lymphocyte va proliférer (il va se multiplier un très grand nombre de fois) pour combattre le pathogène. C'est la deuxième étape de la réponse immunitaire: la phase de prolifération.

Le graphique ci-dessus détaille l'évolution de la quantité de bactérie de la brucellose et de lymphocytes B au cours du temps. Nous observons qu'au début de l'infection, le nombre de bactéries augmente très rapidement. Le nombre de lymphocytes B (= LB) augmente aussi (mais avec un jour de retard). Vers le 4ème jour, le nombre de LB atteint un pic vers 420 unités et commence à diminuer. C'est à ce moment que le nombre de bactérie commence aussi à diminuer.

On peut conclure que les LB sont impliqués dans la destruction de ces bactéries. Nous allons voir comment.

Les lymphocytes B spécifiques d'un antigène particulier sécrètent dans le sang des anticorps capables de se fixer spécifiquement sur les antigènes présents à la surface des pathogènes et de les neutraliser (ces anticorps sont en fait les récepteurs aux antigènes présents à la surface du lymphocyte B et qui sont libérés). 

Définition: un anticorps est une molécule sécrétée par des lymphocytes B qui peut se lier à un antigène particulier. Ils ont différentes formes mais les plus courants ont une forme de Y. 

Etudiez les expériences sur le schéma ci-dessous.

On injecte de l'anatoxine (toxine modifiée non mortelle) provenant de la bactérie du tétanos à un lapin A. 15 jours plus tard on prélève son sang pour en retirer le sérum. 

On injecte ensuite la véritable toxine à un autre lapin B. Celui-ci meurt: preuve que la toxine est mortelle.

On injecte alors le sérum récupéré plus tôt sur le lapin A et la toxine tétanique au lapin C. Celui-ci survit. Mais si on injecte du sérum du lapin A et de la toxine diphtérique (provenant d'une autre bactérie) à un lapin D, celui-ci meurt.

On peut conclure que ces expériences prouvent que l’anticorps contenu dans le sérum recueilli du lapin A protège le lapin C de la toxine tétanique mais ne protège pas D contre la diphtérie. Ce sérum est donc spécifique de l’antigène tétanique.

Le sérum contient des anticorps qui vont agir contre les toxines et les micro-organismes circulant dans le sang (comme les bactéries ou les virus).

Il y a formation d'un complexe antigène-anticorps (c’est-à-dire d’une liaison forte entre les deux) lorsqu'ils entrent en contact. Ces complexes sont alors ingérés et digérés par phagocytose et permettent l'élimination des antigènes (voir schéma ci-dessous). Lors du deuxième contact avec le même antigène, les lymphocytes B vont proliférer plus vite et en plus grand nombre ce qui permettra de détruire bien plus rapidement les pathogènes (principe de la mémoire immunitaire).

Un anticorps est une molécule sécrétée par des lymphocytes B qui peut se lier à un antigène particulier. Ils ont différentes formes mais les plus courants ont une forme de Y. 

Les anticorps circulent dans le sang et vont se lier aux antigènes associés en formant des complexes antigène-anticorps. Les micro-organismes dont les antigènes sont liés à des anticorps sont immobilisés ou neutralisés et sont plus facilement phagocytés par les leucocytes.

Les lymphocytes B ont une action assez généraliste et sont efficaces contre les bactéries et leurs toxines mais sont peu efficaces contre les virus car, lorsqu'ils infectent une cellules et se multiplient à l'intérieur en utilisant la machinerie cellulaire, ils deviennent invisibles aux lymphocytes B. Une cellules infectée par un virus doit donc être détruite pour empêcher la prolifération du virus (une cellule humaine infectée par un virus peut donner de 100 à 1000 nouveaux virus, leur croissance est donc très rapide).

Les lymphocytes T " thymodépendants" (ils acquièrent leurs propriétés fonctionnelles dans le thymus) qui détruisent par contact des cellules infectées par un virus et porteuses d'antigènes du soi mais modifiés par la présence du virus. Les débris issus de la destruction de la cellule infectée, sont éliminés par phagocytose. Ils sont aussi appelés les lymphocytes T pour « tueurs » car ils détruisent les cellules infectées par des virus. Cette réaction immunitaire est plus lente, elle est spécifique. Elle fait intervenir plusieurs cellules, certaines d'entre elles des lymphocytes B " mémoires " mettent en mémoire l'antigène pour réagir lors d'une prochaine contamination. Nous le verrons plus bas.

Ci-dessous, 2 vidéos pour approfondir (ou revoir) les bases du système immunitaire.

La mémoire immunitaire

Les réponses immunitaires spécifiques sont plus rapides et plus efficaces lorsque l'organisme est confronté de nouveau à un même micro-organisme et donc à un même antigène. C'est ce que l'on nomme la mémoire immunitaire. La mémoire immunitaire est basée sur le maintien de nombreux lymphocytes (B ou T) spécifiques d'un antigène déjà rencontré dans le sang. Ainsi, si cet antigène est à nouveau rencontré, la réponse sera plus rapide et plus forte (voir graphique ci-dessous où le nombre d'anticorps libérés lors du 2ème contact avec l'antigène est quasiment multiplié par 5 par rapport à la primo-infection). 

La mémoire immunitaire se forme naturellement au cours de la vie d'un individu 'exemple: une personne a la varicelle étant enfant et son corps crée des lymphocytes B mémoires qui sauront reconnaître ce virus à l'avenir et nous empêcher de retomber malade), à la suite des infections qu'il a subies. Toutefois, il est possible d'entraîner le système immunitaire de manière préventive. C'est la base de la vaccination.

Définition de la mémoire immunitaire:

La mémoire immunitaire est l'ensemble des mécanismes qui permet à un individu d'avoir une réaction immunitaire spécifique plus rapide et plus efficace lorsqu'il est en contact avec un antigène (et donc un micro-organisme) déjà rencontré précédemment.

Vaccination

La vaccination est une méthode qui permet à l'organisme d’acquérir de manière préventive et durable une mémoire immunitaire contre un micro-organisme donné. La vaccination consiste à exposer l'individu à des antigènes spécifiques d'un micro-organisme pathogène afin que le système immunitaire puisse le reconnaître plus vite par la suite. Cela est fait en injectant soit des antigènes directement, soit des micro-organismes eux-mêmes mais affaiblis afin de ne pas déclencher une infection réelle.

En France, la vaccination est obligatoire pour la diphtérie, le tétanos, la poliomyélite et la fièvre jaune. D'autres vaccins sont recommandés. Afin d'assurer une mémoire immunitaire sur le long terme, des rappels sont nécessaires et obligatoires.

La présence dans le sang ou la lymphe d'anticorps particuliers est utilisée pour aider le diagnostic de certaines infections (faire un diagnostic signifie avoir identifié quel est le micro-organisme responsable de la maladie observée). En effet, la présence d'anticorps traduit une réponse immunitaire spécifique.

Le principe de la vaccination a été expliqué par Louis Pasteur lors de ses recherches sur le vaccin contre la rage....

Louis Pasteur commence à travailler sur la rage, en 1880. Le 6 juillet 1885, il effectue sa première vaccination humaine sur un enfant qui avait la rage. La vaccination fut effectuée après la morsure, mais celà n'empêcha pas le vaccin d'agir correctement, car le virus de la rage se propage lentement dans l'organisme. Le garçon survecu, et l'expérience fut répétée quelques mois plus tard sur un jeune berger mordu par un chien enragé.

Le 26 octobre 1885, Pasteur expose les résultats de son traitement contre la rage à l'Académie des sciences. Le vaccin contre la rage est née, et son efficacité est reconnue.

Les vaccins sont conçus dans le but de protéger les individus contre certaines maladies. Ce sont des produits généralement liquides, qui contiennent des virus ou bactéries spécifiques de la maladie, qui ont été inactivés ou atténués, et qui vont stimuler la production d'une réponse immunitaire spécifique (les anticorps).

Les vaccins vont permettre à l'organisme de reconnaître, et donc de combattre les micro-organismes (les virus ou les bactéries spécifiques de la maladie qui ont été inactivés ou atténués).

Il faut plusieurs étapes à l'organisme pour combattre une maladie grâce à la vaccination :

1- On administre le vaccin à l'individu concerné,

2- Durant les semaines suivantes, l'organisme fabrique des anticorps dirigés contre les microorganismes tués ou atténués dans le vaccin administré,

3- Si les virus ou bactéries de cette maladie pénètrent dans l'organisme, ils sont détruits par les anticorps, et la personne ne tombe pas malade,

4- Les anticorps vont rester dans l'organisme durant plusieurs années après la vaccination, et ainsi protéger l'individu contre les micro-organismes.

Les vaccins sont majoritairement administrés aux jeunes enfants, cependant certains doivent l'être de nouveau, de façon à conserver une protection efficace. Ces doses supplémentaires, qui sont plus petites que la première, sont ce qu'on appelle les rappels, et sont administrées pour pouvoir maintenir l'immunité tout au long de la vie.

Schéma-bilan sur le fonctionnement de la réponse immunitaire spécifique:

Vidéo: le système immunitaire: les bases de son fionctionnement: LIEN.

- Schéma-bilan des protections de l'organismes: LIEN.

Pour aller plus loin sur la complexité du système immunitaire (vidéos) :

Et une autre vidéo du Collège de France: