Das Immunsystem: Barrieren und Immunantworten

Unspezifische Barrieren: Primäre Barrieren

Die Haut: Sie ist eine sehr wirksame natürliche Barriere, die den menschlichen Körper schützt und bedeckt. Dies ist eine sensible Hülle mit konstanter Dicke. Die Epidermis ist die äußerste Schicht, bestehend aus einem verhornten, mehrschichtigen Epithel (polystratifiziert), das einem ständigen Erneuerungsprozess unterliegt. Diese mit Keratin gefüllten Zellen vermischen sich mit Sekreten, um den Säureschutzmantel aufzubauen, der die Ansiedlung von Bakterien und Pilzen auf der Haut verhindert.

Die Schleimhaut: Körperhöhlen und Nasenlöcher besitzen eine besondere Haut: die Schleimhaut. Diese ist bewimpert, um ihre Sekrete (Schleim) nach außen zu befördern. Diese Sekrete tragen durch ihre chemische Natur oder ihren pH-Wert zur Stärkung der Schleimhaut bei. Zudem leben dort viele Keime in Symbiose, welche die heimische Flora bilden.

Sekundäre Barrieren: Abwehr im Inneren

Dringen Krankheitserreger über die Haut oder Schleimhäute ein, wenn diese beschädigt sind, können sie das innere Milieu erreichen. Normalerweise können Mikroorganismen nicht eindringen, wenn die Wunde sauber gehalten wird. Eine infizierte Wunde ist jedoch die Eintrittspforte für Mikroorganismen. Hier greifen sekundäre Barrieren ein, deren Wirkung auf Mechanismen wie der Entzündungsreaktion, der Phagozytose und dem Komplementsystem beruht.

Unspezifische Zellen der Immunabwehr

Die an der Verteidigung durch Phagozytose beteiligten Zellen sind bestimmte Arten von weißen Blutkörperchen (Phagozyten). Es gibt drei Arten:

• Monozyten: Nach einigen Tagen in der Blutbahn können sie aus dem Knochenmark wandern und sich in Geweben zu Makrophagen entwickeln.
• Makrophagen: Dies sind große Zellen mit einer hohen Kapazität zur Phagozytose, die das retikuloendotheliale System bilden.
• Neutrophile Granulozyten: Sie kommen im Blut wesentlich häufiger vor als Monozyten, leben jedoch kürzer, sind kleiner und besitzen einen gelappten Kern.

Entzündungsreaktion und Phagozytose

Die Reaktion wird ausgelöst, wenn Zellen durch einen Infektionsprozess geschädigt werden und Substanzen wie Histamin oder Serotonin freisetzen, wodurch der betroffene Bereich anschwillt und sich rötet.

• Die Schwellung (Tumor): Sie entsteht durch die erhöhte Durchlässigkeit der Kapillaren, wodurch Blutplasma in den interstitiellen Raum austreten kann.
• Die Rötung (Rubor): Sie entsteht als Folge des verstärkten Blutflusses in den betroffenen Bereich.
• Hitze (Calor) und Schmerz (Dolor): Das Blut transportiert eine große Anzahl von Fresszellen in das Gebiet, um ihre Arbeit zu verrichten. Dies zeigt sich durch das Auftreten von Eiter (einer Mischung aus Serum, toten Bakterien und weißen Blutkörperchen, die eine große Anzahl von Bakterien, beschädigten Zellen und Fremdstoffen phagozytiert haben).

Spezifische Barrieren und das Immunsystem

Wenn die Barriere der Phagozytose überschritten wird, werden Moleküle des Immunsystems aktiviert (Zellen, Gewebe und Proteine, die an der Immunantwort beteiligt sind). Die Immunantwort ist eine spezifische Reaktion auf das Eindringen eines fremden Moleküls in den Körper, die zu dessen Zerstörung führt. Darüber hinaus verleiht das erfolgreiche Überstehen einer Infektionskrankheit dem Patienten die Gewissheit, zumindest für einige Zeit nicht erneut daran zu erkranken. Solange sich der Körper „erinnert“, bleibt er immun gegen die Krankheit. Alle diese Immunprozesse hängen mit den Lymphozyten zusammen. Alle Zellen des Systems werden im roten Knochenmark gebildet.

Organisation des Immunsystems

Das Immunsystem wird durch Lymphozyten und Antikörper gebildet. Beide nutzen das Kreislauf- und Lymphsystem zur Verteilung und zum Transport durch den Körper. Im Gewebe tritt das interstitielle Plasma in die Lymphkapillaren ein und bildet die Lymphe. Die Lymphkapillaren sind sehr feine, blind endende Gefäße, die sich zu größeren Lymphgefäßen zusammenschließen. Das Immunsystem ist über alle Organe und Körperflüssigkeiten verteilt, wobei sich seine Elemente in den lymphatischen Organen konzentrieren.

Primäre lymphatische Organe

Sie steuern die Reifung der Lymphozyten:

• Das Knochenmark: Hier entstehen die Vorläufer-Stammzellen. Diese Zellen können vor Ort zu B-Lymphozyten reifen oder in den Thymus wandern, wo sie sich zu T-Lymphozyten entwickeln.
• Der Thymus: Er befindet sich unter dem Brustbein. Die aus dem Knochenmark stammenden Zellen teilen und vermehren sich hier schnell und werden einem strengen Selektionsprozess unterzogen, bei dem die Mehrheit eliminiert wird. Die überlebenden Zellen (Thymozyten) differenzieren sich zu T-Lymphozyten.

Sekundäre lymphatische Organe

In den sekundären lymphatischen Organen reichern sich die Lymphozyten an:

• Die Milz: Sie ist ein Organ zur Filterung des Blutes, in dem defekte Blutkörperchen abgebaut werden.
• Lymphknoten: Dies sind kleine, von einer Kapsel umgebene Ansammlungen von lymphatischem Gewebe, die in die Lymphgefäße eingeschaltet sind. Sie filtern und reinigen die Lymphe und befinden sich vor allem in anatomischen Beugen wie den Achselhöhlen. Eine Schwellung ist ein Zeichen für eine mikrobielle Infektion und das Einsetzen der Immunantwort, da sie Zentren sind, in denen Phagozyten antigene Partikel filtern und abfangen.
• Lymphoepitheliale Strukturen: Diffuses lymphatisches Gewebe, das mit dem Schleimhautepithel in verschiedenen Teilen des Verdauungstrakts assoziiert ist (z. B. die Mandeln/Tonsillen).

Lymphozyten: Die Träger der Spezifität

Sie besitzen einen großen Kern, der von wenig Zytoplasma umgeben ist, und bilden keine Pseudopodien (Scheinfüßchen) aus, weshalb sie nicht phagozytieren können. Sie sind jedoch in der Lage, die Blutbahn durch die Kapillarwände zu verlassen und in das Gewebe zu gelangen. Es gibt zwei Haupttypen:

• B-Lymphozyten: Diese Zellen entstehen und reifen im Knochenmark. Sie sind für die humorale Immunantwort verantwortlich, indem sie Antigene über Rezeptoren auf ihrer Zelloberfläche erkennen und freie Antikörper zu deren Neutralisierung produzieren.
• T-Lymphozyten: Sie werden im Knochenmark gebildet, reifen jedoch im Thymus. Sie produzieren keine freien Antikörper, sondern sind für die zelluläre Immunantwort verantwortlich. Sie erkennen Antigene auf der Oberfläche anderer Zellen mithilfe ihrer Membranrezeptoren (die keine klassischen Antikörper sind). Es gibt verschiedene Typen: zytotoxische T-Lymphozyten, T-Helferzellen (Kollaborateure) und T-Suppressorzellen.

Die Immunantwort

Die Immunantwort ist die Gesamtheit der Prozesse, die ausgelöst werden, wenn ein Fremdkörper (ein Antigen) in den Körper eindringt und nicht als körpereigen erkannt wird. Das Ziel ist es, die eindringenden Erreger zu neutralisieren. Die Immunantwort ist hochspezifisch, sodass eine Resistenz gegen ein bestimmtes Antigen keine Immunität gegen andere Antigene bedeutet.

Die primäre Immunantwort

Hierbei kommt es zur Vermehrung der Lymphozyten und zur Bildung von Gedächtniszellen. Sie verläuft in drei Phasen:

• Latenzphase: Das Antigen wird identifiziert und die Vermehrung der Lymphozyten beginnt.
• Logarithmische Phase: Die Antikörperproduktion steigt bis zu einem Maximum an.
• Abklingphase: Die Antikörperkonzentration sinkt wieder ab. Wenn dies geschieht, hat die Immunantwort die Infektion erfolgreich beseitigt.

Die sekundäre Immunantwort

Sie weist im Vergleich zur primären Antwort völlig andere Eigenschaften auf:

• Kürzere Latenzzeit: Die Reaktion erfolgt viel schneller, da die Gedächtniszellen das Antigen sofort erkennen und sich vermehren.
• Schnellere und intensivere Produktion: Die Antikörperkonzentration steigt rascher und erreicht höhere Werte. Dank des immunologischen Gedächtnisses verläuft die sekundäre Immunantwort so schnell und effektiv, dass der Erreger eliminiert wird, noch bevor Symptome auftreten.

Antigene und Antikörper

Jede fremde Substanz kann im Körper eine Immunantwort auslösen. Je nach Herkunft unterscheidet man: Heteroantigene, Isoantigene und Autoantigene. Obwohl viele Antigene Proteine sind, können auch komplexe Polysaccharide und Lipide Antigenität besitzen und die Bildung von Antikörpern anregen.

Antikörper: Antikörper sind hochspezifische Proteine, die von B-Lymphozyten als Reaktion auf das Vorhandensein eines Antigens produziert werden. Sie gehören zur Klasse der Immunglobuline (kugelförmige Proteine) und bestehen aus vier Aminosäureketten: zwei schweren Ketten (H-Ketten) und zwei leichten Ketten (L-Ketten).

Klassen von Immunglobulinen (Ig)

• IgG: Sie sind die einzigen Antikörper, welche die Plazentaschranke überwinden können, und werden auch in die Muttermilch sezerniert.
• IgA: Sie kommen vor allem in Sekreten wie Speichel, Tränen und Vaginalsekret sowie im Blut vor.
• IgM: Sie treten als erste Reaktion im Blut und in extrazellulären Flüssigkeiten auf.
• IgD: Sie befinden sich hauptsächlich auf der Oberfläche von B-Zellen.
• IgE: Sie sind primär im Gewebe gebunden und spielen eine entscheidende Rolle bei allergischen Reaktionen.

Die Antigen-Antikörper-Reaktion

Die Antigen-Antikörper-Reaktion ist der Prozess, bei dem Antigene und die entsprechenden Antikörper oder Immunzellen spezifisch miteinander interagieren. Diese Reaktion ist absolut spezifisch. Das Ergebnis ist die Bildung eines Antigen-Antikörper-Komplexes, der anschließend phagozytiert wird. Es gibt verschiedene Typen:

• Präzipitation (Niederschlag): Findet statt, wenn die Antigene mehrwertig (polyvalent) sind. Freie Antikörper binden an sie und bilden große, dreidimensionale, unlösliche Komplexe, die ausfällen. Der Niederschlag ist am größten, wenn das Verhältnis von Antigenen zu Antikörpern ausgeglichen ist.
• Agglutination (Verklumpung): Dieser Prozess tritt auf, wenn Antikörper auf Antigene treffen, die sich auf der Oberfläche von Bakterien oder Zellen befinden, und diese zu leicht filtrierbaren Klumpen vernetzen.
• Neutralisation: Sie besteht in der Aufhebung der schädlichen Wirkung des Antigens und ist ein reversibler Vorgang. Antikörper blockieren beispielsweise das Kapsid oder die Hülle eines Virus, wodurch dessen Infektiosität aufgehoben wird.
• Opsonisierung: Opsonine sind Antikörper, die sich an die Oberfläche von Krankheitserregern anlagern und dadurch deren Erkennung und Phagozytose durch Fresszellen (Phagozyten) erheblich erleichtern.

Die humorale Immunantwort

Die humorale Immunantwort wird primär durch Antikörper vermittelt.

Die klonale Selektionstheorie

Diese Theorie besagt, dass das Eindringen eines spezifischen Antigens selektiv die Vermehrung derjenigen B-Zellen anregt, die auf ihrer Membran die passenden Rezeptoren (Antikörper) tragen. Dadurch entsteht ein Klon identischer Lymphozyten, die gezielt gegen dieses Antigen gerichtet sind.

Mechanismus der humoralen Immunantwort

Wenn ein Antigen in den Körper eindringt, bindet es spezifisch an die B-Zelle, die den passenden Antikörper auf ihrer Oberfläche trägt. Diese Bindung aktiviert die Zelle, woraufhin sie sich rasch teilt und zwei Zelltypen bildet:

• Plasmazellen: Sie produzieren große Mengen freier Antikörper.
• Gedächtniszellen: Sie verbleiben langfristig im Körper, um bei einer erneuten Infektion schnell reagieren zu können.

Die zelluläre Immunantwort

An dieser Reaktion sind vor allem T-Lymphozyten und Makrophagen beteiligt; es werden dabei keine freien Antikörper produziert.

Mechanismus der zellulären Immunantwort

Makrophagen fungieren hierbei als antigenpräsentierende Zellen (APC). Wenn ein Antigen in den Körper eindringt, wird es von Makrophagen durch Endozytose aufgenommen und phagozytiert. Anschließend spalten lysosomale Enzyme das Antigen in kleine Peptide. Diese Antigenfragmente werden dann zusammen mit Proteinen des Haupthistokompatibilitätskomplexes (MHC) auf der Oberfläche des Makrophagen präsentiert.

Rolle der T-Lymphozyten im Immunsystem

Die Erkennung und Bindung an den präsentierten Antigen-MHC-Komplex aktiviert die T-Lymphozyten. Diese teilen und differenzieren sich in vier verschiedene Zelltypen:

• Zytotoxische T-Lymphozyten (T-Killerzellen): Sie reagieren auf fremde Peptide auf der Oberfläche infizierter Zellen und setzen Proteine (wie Perforine und Zytokine) frei, die die Zielzelle zerstören.
• T-Helferzellen (Kollaborateure): Sie erkennen Peptide, die an MHC-Proteine auf der Oberfläche von Makrophagen oder anderen antigenpräsentierenden Zellen gebunden sind. Nach ihrer Aktivierung setzen sie große Mengen an Lymphokinen frei, welche die Vermehrung von zytotoxischen T-Zellen und B-Lymphozyten stimulieren.
• T-Suppressorzellen (regulatorische T-Zellen): Sie hemmen die Aktivität der T-Helferzellen, um die Immunantwort zu regulieren und zu begrenzen.
• T-Gedächtniszellen: Nach der Aktivierung verbleiben einige T-Zellen als Gedächtniszellen im lymphatischen Gewebe. Sie können über Jahre hinweg überleben und sich bei einem erneuten Kontakt mit dem Erreger extrem schnell teilen, um die Infektion zu bekämpfen, bevor Symptome auftreten.