Das Immunsystem

Diese Folge möchten wir der lieben Ineke widmen, die sich das Thema Immunsystem gewünscht hat. In dieser Folge haben wir euch die Funktion und den Aufbau des Immunsystems zusammengefasst

Immunsystem

Das Immunsystem (lat. Immunis = unempfindlich, frei, verschont)) ist unser körpereigenes und hocheffizientes Abwehrsystem im menschlichen Körper. Es schützt uns vor pathogenen Erregern und damit vor Erkrankungen und Symptome, die diese auslösen können.

Die zentralen Begriffe des Immunsystems sind Antikörper und Antigene. Die Antikörper werden aktiviert, um Antigene zu bekämpfen, man spricht von einer Antigen-Antikörper-Reaktion.

Was ist ein Antigen?

  • Ein Antigen ist eine Substanz die vom Körper als fremd aber auch als eigen eingestuft wird und eine Immunreaktion auslöst (Antikörper oder Lymphozytenbildung).
  • In der Regel sind dies Eindringlinge von außen die einwandern, diese können zum Beispiel auch als Lipide, Proteine und Kohlenhydrate auftreten.
  • Typische Antigene sind Viren, Bakterien oder auch Pilze:

Viren

  • Viren bestehen aus einer Proteinhülle, die das Erbgut enthält (RNA, DNA).
  • Viren besitzen keine typischen Zellteile wie zum Beispiel Mitochondrien oder Ribosomen.
  • Streng genommen sind Viren keine Lebewesen. Sie verfügen über keinen eigenen Proteinbiosynthese-Apparat und sind daher immer auf einen Wirtsorganismus (Pflanzen, Tiere, Menschen) zur Vermehrung angewiesen. Dort schleusen sie ihre Erbinformationen ein und vermehren sich so.
  • Ist der Vermehrungsprozess abgeschlossen wird die Wirtszelle aufgelöst und die neuen Viren und ihre Proteine freigesetzt.

Bakterien

  • Bakterien sind einzellige Lebewesen (Prokaryonten).
  • Bakterien haben eigenes Erbgut trotz fehlendem Zellkern.
  • Sie besitzen einen eigenen Stoffwechsel und benötigen keine Wirtszelle.
  • Bakterien sind größer als Viren

Pilze

  • Pilze sind Organismen, die sich durch einfache Teilung oder Sporenbildung vermehren.
  • Sie besitzen einen eigenen Stoffwechsel.
  • Lösen meist lokale Infektionen aus (Mykosen)

Was sind Antikörper?

Antikörper sind Proteine sog. Immunglobuline (Ig).

Über eine Antigenbindung verfolgen Antikörper das Ziel, Antigene zu neutralisieren.

Sie werden von aktivierten B-Lymphozyten (Plasmazellen) gebildet und bereitgestellt.

Durch drei Mechanismen tragen diese zur Elimination von Antigenen bei.

Antikörper werden Aufgrund ihres Aufbaus, Vorkommen und Funktion in 5 verschiedene Klassen unterteilt:

Leukozyten (weiße Blutkörperchen) und Subtypen

Die Leukozyten sind für die Infektionsabwehrzuständig. Damit übernehmen sie eine zentrale Rolle in der Immunabwehr. Es bestehen drei verschiedene Gattungen der Leukozyten:

  1. Lymphozyten

Lymphozyten stellen mit ihrer hohen Antigenspezifität eine Hauptrolle bei der Eliminierung von Antigenen dar und sind somit die wichtigsten Zellen der spezifischen Immunabwehr. Man unterscheidet in drei Hauptarten:

B-Lymphozyten

B-Lymphozyten durchlaufen ihren Reifeprozess im Knochenmark, daher auch das B im Namen (bone-marrow, das Knochenmark).

Nach ihrer Bildung besiedeln diese das Lymphatische Gewebe wie z.B. in Milz, Lymphknoten oder Darmschleimhaut. Sie zirkulieren auch im Blut und können deswegen sofort Immunantworten hervorrufen.

Sobald sie Kontakt mit einem Antigen haben wandeln sie sich in antikörperproduzierende Plasmazellen um. Diese produzieren Antikörper und sezernieren (absondern) diese. An deren Oberfläche befindet sich der für ein Antigen spezifische B-Zell-Rezeptor.

T-Lymphozyten

Das T im Wort T-Lymphozyten kommt von ihrem Reifungsort innerhalb des Thymus den sie als Vorläuferzellen aus dem Knochenmark über die Blutbahn erreicht.

Schon während der Perinatalperiode und der Kindheit wachsen diese heran und verlassen, als der Träger der zellvermittelnden Abwehr in Lymphknoten, Milz und Darmschleimhaut, den Thymus. T-Lymphozyten werden in ihren funktionellen Aufgaben in vier Unterformen eingeteilt.

T-Helferzellen (TH)

  • Initiieren die Antikörpersynthese und leiten Immunantwort ein, rekrutieren Makrophagen.
  • Wie der Name schon verrät besitzen T-Helferzellen eine Hilfsfunktion, die gebraucht wird, damit die spezifische Immunabwehr geordnet ablaufen kann.

Zytotoxische T-Zellen/ T-Killerzellen (TC)

  • Erkennen fremde Antigene, leiten Apoptose (kontrollierter Zelltot) und Zelllyse (Auflösung der Zelle durch Aufhebung der Membranintegrität) ein.

Regulatorische T-Zellen (T-Suppressorzellen)

  • Drosseln die Immunreaktion

T-Gedächtniszellen

  • Speichern eine erworbene, spezifische Immunreaktion.
  • Monozyten und Makrophagen

Monozyten haben die Eigenschaft der Phagozytose. Sie sind Vorläufer der Makrophagen, die größte Zelle der Leukozyten.

Sie zirkulieren ca. 1-3 Tage im Blut und wandern dann in Gewebe und lymphatische Organe ein.

Sie entwickeln sich zu Makrophagen, die zum einen phagozytierende Eigenschaften haben und zum anderen über die Fähigkeit der Antigenpräsentation eine wichtige Aufgabe der spezifischen Immunabwehr übernehmen.

Makrophagen haben eine Lebensdauer von einigen Wochen bis zu mehreren Monaten.

Makrophagen werden auch als Fresszellen bezeichnet. Sie erkennen körperfremde Proteine und Glycoproteine auf der Oberfläche von Mikroorganismen wie Viren oder Bakterien. –Zusätzlich werden Lockstoffe (Chemokine) freigesetzt.

Alle Makrophagen bilden das Mononukleäre Phagozytensystem (MPS).  Jedes Organ hat seine eigenen, spezifischen Makrophagen.

Hier ein paar Beispiele:

BezeichnungWirkungsort
MikrogliaZentrales Nervensystem
OsteoklastenKnochenmark
SinuswandzellenMilz & Lymphknoten
Kupffer-SternzellenLeber
  • Granulozyten

Nach dem spezifischen Färbeverhalten (Pappenheim-Färbung) dieser, innerhalb der Zellplasma gelegenen Granula (körniger Feststoff) und ihrer spezifischen Funktion werden Granulozyten in drei Gruppen unterteilt:

  1. Neutrophile Granulozyten
  2. Eosinophile Granulozyten
  3. Basophile Granulozyten
  1. Neutrophile Granulozyten

Der Name kommt von ihrer schwach-rosa Anfärbbarkeit mit neutralen Farbstoffen. Sie machen ca. 40-50 % der aller Leukozyten aus.

Sobald ein Mikroorganismus die allgemeinen Schutzbarrieren des Immunsystems überwunden haben sind die neutrophilen Granulozyten die ersten am Geschehensort.

Sie phagozytieren Antigene und töten diese mittels lyososomale Enzyme. Desweiter können sie bakterizide Substanzen wie z.B. Sauerstoffradikale bilden und diese freisetzen. Im Rahmen ihres Angriffs sterben die meisten neutrophilen Granulozyten.

  • Eosinophilen Granulozyten

Der Name kommt vom Farbstoff Eosin mit dem Granulozyten rot eingefärbt werden können. Sie machen ca. 1-3 % aller Leukozyten aus.

Eosinophile Granulozyten sind ebenfalls am unspezifischen Abwehrprozess beteiligt, in dem sie auch zur Phagozytose berechtigt sind. Die Hauptaufgabe besteht im Abtöten von Parasiten. Auch an allergischen Reaktionen sind sie beteiligt.

  • Basophile Granulozyten

Hier kommt der Name von der Färbbarkeit durch basische Farbstoffe. Sie sind unter dem Mikroskop dunkelblau darstellbar. Sie machen lediglich 0-1 % der Leukozyten aus.

Basophile Granulozyten enthalten Heparin und Histamin. Sie sind beim Abtöten von Pathogenen und bei allergischen Reaktionen beteiligt.

Zusammenfassende Grafik:

Aufbau des Immunsystems und der Ablauf einer Immunreaktion

Das Immunsystem ist ein komplex aufeinander abgestimmtes System. Verschiedenste Komponenten greifen ineinander, um das Eindringen von Pathogenen zu verhindern oder die Infektion durch ein Pathogen zu eliminieren.

Man unterscheidet zwischen der Angeborenen (unspezifischen) Abwehr und der erworbenen Immunabwehr.

Sollte ein Antigen die allgemeinen Schutzsysteme überwunden haben, ist die weitere Immunreaktion davon abhängig, ob es schon einmal einen Kontakt mit dem Erreger gab.

Sollte es das erste Mal zu einem Kontakt kommen werden primär erst die unspezifischen Abwehrprozesse eingeleitet, diese wiederum aktivieren bei Bedarf die spezifische Abwehr.

Einige Zellverbände der unspezifischen Immunabwehr können bereits bestimmte Erreger im Erstkontakt abtöten.

Sollte das nicht ausreichen, werden im Zusammenspiel mit der spezifischen Abwehr, Antikörper zur Erregerelimination bereitgestellt.

Sobald der Angriff beendet ist, schließen Gedächtniszellen diesen ab. Sollte der Erreger erneut angreifen, kann dann eine sofortige Antikörperproduktion eingeleitet werden.

Sollte es zu einem erneuten Angriff, eines bekannten Antigen kommen, findet eine spezifische Antikörper-Reaktion statt ohne den Weg über den unspezifischen Abwehrmechanismus.

Die angeborene (unspezifische Abwehr)

Allgemeine Schutzsysteme

Die äußeren mechanischen und biochemischen Barrieren formen, mit ihren physikalischen und chemischen Schutzmechanismen das allgemeine Schutzsystem und wirken dem Eintreten von Antigenen entgegen. So findet ein selektiver Abwehrvorgang statt ohne Einsatz der typischen Abwehrzellen. Sollte das nicht ausreichen werden zelluläre und humorale Immunreaktionen eingeleitet. Dies geschieht in Form der unspezifischen und spezifischen Abwehr.

Zu den allgemeinen Schutzsystemen zählen:

  • Die Haut. Sie besitzt einen physiologischen Säuremantel. Dieser wird von Talg- und Schweißsekrete gebildet und besitzt einen leicht sauren pH-Wert von 4,1 bis 5,8. Der Großteil der auf der Haut befindlichen Antigene werden dadurch abgehalten in den Körper zu dringen.
  • Der Magensaft mit seiner tief sauren Eigenschaft von einem pH-Wert von 1-2 zerstört Antigene, die durch die Nahrung aufgenommen werden.
  • Antikörper in Tränen-, Nasen und Bronchialsekrete.
  • Im Speichel und Tränen enthaltene Lysozym wirkt bakterizid.
  • Das Flimmerepithel in den Atemwegen transportiert nach oral gerichtet pathogene Keime und Partikel.
  • Der regelmäßige Harnfluss spült aufsteigende Antigene aus der Harnröhre.
  • In der Vagina herrscht ein saures Milieu von einem pH-Wert von unter 4,5. Verursacht durch Milchsäurebakterien wird so versucht Antigene am Eindringen zu hindern.

Sollte all das nicht reichen wird im nächsten Schritt die unspezifische Abwehr übernehmen.

  1. Unspezifische zelluläre Abwehr

Die Hauptarbeit in der unspezifischen zellulären Abwehr übernehmen die neutrophilen und eosionophilen Granulozyten sowie Monozyten die das Antigen phagozytieren.

Die Aktivierung der Phagozyten als auch der Phagozythosevorgang selbst werden durch Immunstimulanzien eingeleitet. Diese kann man als Mediatoren des Immunsystem sehen und bilden die unspezifische humorale Abwehr.

Während der Phagozytose wird das Antigen umschlossen und dann intrazellulär über oxydative oder enzymatische Prozesse getötet.

Auch die natürlichen Killerzellen sind Teil der unspezifischen zellulären Immunabwehr.

Im Erstkontakt vernichten diese, entartete oder virusinfizierte Zellen. Diese werden durch verschiedene Zytokine (Interferone sowie Interleukine) stimuliert und durch T-Lymphozyten angesteuert.

  • Unspezifische humorale Abwehr

Die humorale Abwehr beschreibt die nicht-zellulären Blutplasmafaktoren in Form von Proteinen. Man bezeichnet diese als Immunstimulanzien und dienen der Förderung der Immunreaktionen. Die humoralen Faktoren beinhalten das Komplementsystem und Zytokine.

Die wichtigsten humoralen Immunproteine:

Akute-Phase-Proteine

Akute-Phase-Proteine werden in der Leber synthetisiert und treten als Reaktion auf größere Gewebsdefekte und deren Entzündungsreaktionen auf.

Zu ihnen zählen C-reaktives Protein, verschiedene Komplementfaktoren, Fibrinogen, Prothrombin und mannosebindendes Lektin. Ihre Aufgabe besteht vor allem darin, Entzündungen zu lokalisieren und deren Ausbreitung zu unterbinden.

Das Komplementsystem

Das Komplementsystem setzt sich aus Rund 20 Plasmaproteinen zusammen und ist Teil der angeborenen Abwehr. Sie kommen im Blutserum und auf Zelloberflächen vor. Wir das Komplementsystem aktiviert laufen die Folgereaktionen zusammenhängend, aufbauend, schnell und unumkehrbar statt. Es opsoniert (Pathogene für Phagozytose markieren) z.B. Bakterien für die Phagozytose und lockt Makrophagen an.

Es ist außerdem in der Lage Membrankanäle in Form von Membranangriffskomplexe (MAC) zu bilden. Dies geschieht für die Lysierung von Zellmembranen von Bakterien.

Es gibt drei Wege worüber das Komplementsystem aktiviert werden kann:

  1. Klassischer Weg: Aktivierung durch Antigen-Antikörper-Komplexe.
  2. Alternativer Weg: Aktivierung durch Pathogene Oberflächen (z.B. Kohlenhydrate bakterieller Zellwände.
  3. Lektin-Weg: Aktivierung durch Mannosebindendes Lektin (MBL) welches zu den Akute-Phase-Proteinen zählt. MBL erkennt Mannosereste auf bakteriellen Oberflächen.

Zytokine

Als Teil der humoralen Komponente des Immunsystems zählen auch Zytokine (Immunsbotenstoffe). Diese werden von zahlreichen Zellen produziert und spielen eine Rolle sowohl bei der angeborenen als auch bei der erworbenen Immunität. Sie regulieren Wachstum, Entwicklung und Aktivierung von Immunzellen. Sie beteiligen sich auch an entzündlichen Reaktionen.

Die Zytokine werden anhand ihrer Funktion und Zielzellen benannt. Wirken sie auf Leukozyten bezeichnet man sie als Interleukine.

Wenn man von Zytokinen spricht muss man auch Interferone nennen die von menschlichen Zellen als erste Immunantwort freigesetzt werden.

Sie dienen anderen Zellen, um diese vor der Vermehrung von Viren zu schützen, zum Aktivieren von Makrophagen und natürlichen Killerzellen und leiten die weitere Abgabe von Zytokin ein.

Spezifische Abwehr

Die spezifische Abwehr ist nicht angeboren und immer nur gegen spezifische Erreger gerichtet. Es ist also eine gezielte Abwehr gegen einen spezifischen Erreger.

Dieses Abwehrsystem vervollständigt bzw. ergänzt die unspezifische Abwehr.

Träger der spezifischen Abwehr sind zum Beispiel B-und T-Lymphozyten (als zelluläre Faktoren) und Antikörper (als humorale Faktoren). Die Antikörper werden von aktivierten B-Lymphozyten (Plasmazellen) gebildet.

Um die spezifische Abwehr zu aktivieren bedarf es immer eines vorherigen Erstkontakt mit dem Erreger, auf welchen die Antikörper reagieren soll. Eine sofortige Produktion und Freisetzung, ist nur so möglich. Sollte dieser Erstkontakt nicht stattgefunden haben und der Erreger konfrontiert den Körper zum ersten Mal, vergehen einige Tage bis spezialisierte Antikörper bereitstehen. Innerhalb dieses Formierungsprozesses treten einige Mechanismen in Kraft:

Um die Antikörper zu bilden benötigt die spezifische Abwehr die Anwesenheit von Makrophagen, T-Lymphozyten und B-Lymphozyten.

Makrophagen

  • Neben der phagozytierenden Eigenschaft der unspezifischen zellulären Abwehr beteiligen sich Makrophagen auch an der spezifischen Abwehr. Sie besitzen auf ihrer Oberfläche spezifische Proteine, die als MHC-Proteine (major histocompatibility complex, Hautgewebeverträglichkeitskomplex) bezeichnet werden. Sie werden in die Subtypen MHC-1 und MHC-2 unterteilt. Dass Antigene sicher identifiziert werden können beruht auf dem Vorhandensein genetisch geprägter MHC-Moleküle. Diese befinden sich auf den Oberflächen aller Kernhaltigen Zellen und Erytrozyten. MHC-Moleküle sind das Erkennungszeichen um als körpereigen und nicht fremd zu gelten. Makrophagen werden den antigenpräsentierenden Zellen (APZ) zugeordnet. In den MHC-Proteinen werden Antigenfragmente eingearbeitet und präsentiert, die während des Phagozytosevorgangs durch die Makrophagen bereitgestellt werden. Makrophagen sind ein unerlässliches Bindeglied zwischen der unspezifischen und der spezifischen Abwehr.

B-Lymphozyten

  • Auf der Oberfläche der B-Lymphozyten findet man membrangebundenes Immunglobulin der Antikörper der Klasse IgM (Immunglobulin M). Sobald die Rezeptoren der IgM B-Lymphozyt lösliche Antigene im Blut oder lymphatischen Gewebe findet, binden diese und es entsteht ein Antigen-Antikörper-Komplex. Dieser Komplex wird von den B-Lymphozyten aufgenommen. Dabei entstehen einzelne Fragmente, die durch das MHC der B-Lymphozyten präsentiert werden.  Diese Antigenpräsentation kann man mit denen der Makrophagen vergleichen. Das B-Lymphozyt verfügt aber nur über das MHC der Klasse 2. Auch diese Antigenpräsentation erfolgt für die Koppelung der T-Lymphozyten.

T-Lymphozyten

  • An der spezifischen zellulären Abwehr sind die T-Lymphozyten der Gattung T-Helferzellen, zytotoxische T-Zellen und T-Suppressorzellen beteiligt. T-Lymphozyten besitzen auf ihrer Oberfläche Rezeptoren, die die MHC-Proteine der B-Lymphozyten und Makrophagen präsentierten Antigenfragmente erkennen. Kommt es zum Kontakt vermehren sich die T-Lymphozyten und bilden Interleukin-vermittelt Klone, die alle gegen dieses Antigen gerichtet sind. Die Abwehrreaktionen verlaufen in unterschiedlicher Weise. Zum einen binden sich T-Helferzellen an den MHC-Antigenfragment-Komplex der B-Lymphozyten und stimulieren seine Reifung zur Plasmazelle und zum anderen als T-Killerzelle und zerstört virusinfizierte Zellen und Tumorzellen im Rahmen des Direktkontakts.

Plasmazellen

  • Interleukin-vermittelt verwandelt sich, nach dem Kontakt mit den T-Helferzellen, der B-Lymphozyt in antikörperproduzierende Plasmazellen um. Die Antikörper sind genau auf das Antigen zugeschnitten und passt so, nach Schlüssel-Schloss-Prinzip, auch nur auf das ursprünglich mit dem B-Lymphozyt in Kontakt getretenen Antigen. Es dauert ca. 7-10 Tage bis nach erfolgten Antigenkontakt die spezifischen Antikörper bereitgestellt werden.

Gedächtniszellen

  • Ist die antikörperbedingte Antigenbekämpfung beendet, stellen die Plasmazellen ihre Antikörperherstellung ein und wandeln sich zum Teil in Gedächtniszellen um. Sie verlassen die Blutbahn und siedeln sich, in den lymphatischen Gewebe von Lymphknoten und Milz ein. Dort können sie Monate bis Jahre ruhen. Sollten es zu einem erneuten Kontakt mit einem Erreger kommen, der zur Bildung dieser Gedächtniszelle geführt hat, können sich diese umgehen in antikörperproduzierende Plasmazellen differenzieren. So kann eine sofortige Antigenreaktion erfolgen. Auf diesen Gedächtniszellen basiert im Laufe des Lebens die erworbene Immunität. Es kommt dadurch zu einer viel schnelleren Bekämpfung des Erregers und kann somit einen Krankheitsausbruch verhindern oder deren Krankheitsverlauf mildern.

Schematische Darstellung der Komponenten des Immunsystem

Schematischer Ablauf einer Infektion

Quellen:

Grundwissen Immunologie, Christine Schütt, Barbara Broeker,Spektrum Akademischer Verlag. ISBN 978-3-8274-2027-5
Der Körper des Menschen, Georg Thieme Verlag. ISBN 978-3-13-243820-0
Pschyrembel – Klinisches Wörterbuch, De Gruyter. ISBN 978-3-11-068325-7
Der Notfallsanitäter fresh up Immunsystem, Luhri Verlag

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