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Das Immunsystem

1. Aufgabe des Immunsystems: Schutz vor Infektionen durch Abwehr von Antigenen

1.1 Antigen: Als Antigen wird ein Fremdstoff bzw. Krankheitserreger bezeichnet. Dies können Peptide, Proteine, Polysaccharide oder Polynucleotide sein.

Epitop

Abb. 1
Ein Antigen kann mehrere Epitope besitzen, wie es hier in der Abb. dargestellt ist.

Nicht die ganze Fremdzelle wirkt als Antigen, sondern nur bestimmte Makromoleküle auf ihr. Bestimmte Atomgruppen an der Oberfläche der Antigene werden Epitope genannt. Diese rufen die Bildung von Antikörpern hervor. Eine Fremdzelle kann verschiedene Antigene besitzen und auf einem Antigen können sich verschiedene Epitope befinden.
Es gibt auch Antigene auf eigenen Körperzellen. Das Immunsystem hat sie jedoch als zum Körper gehörend kennengelernt und reagiert nicht auf sie

2. Bestandteile des Immunsystems

2.1 Das Lymphsystem:

Lymphsystem

Abb. 2
Lymphsystem des Menschen ("lymph" -> griechisch: reiner, klarer Strom)
1: rechter Venenwinkel
2: linker Venenwinkel
3: Lymphknoten der Achselregion
4: Ductus thoracicus (Milchbrustgang)
5: Lymphknoten der Leistenregion

Aufbau und Aufgabe
Die Lymphe ist eine durchsichtige fetthaltige Flüssigkeit, die Lymphozyten enthält. Das Lymphsystem ist kein in sich geschlossenes System. Es durchzieht den ganzen Körper, beginnend als Kapillaren im Gewebe (in unmittelbarer Nachbarschaft der Blutkapillaren). Diese Lymphkapillaren besitzen eine außerordentlich große Durchlässigkeit und können Flüssigkeit aus den Interzellulärräumen mit allen Bestandteilen wie Proteinen, toten Zelltrümmern, Fremdkörpern (z.B. Bakterien) aufnehmen. Diese Lymphkapillaren fließen zusammen und bilden die kleineren Lymphgefäße. Diese besitzen Klappen (ähnlich den Venenklappen), die dafür sorgen, dass die Lymphe nur in eine Richtung fließen kann. Die kleineren Lymphgefäße fließen zusammen und bilden die größeren Lymphgefäße und die Lymphstämme. Diese besitzen muskuläre Wände und münden an den Venenwinkeln in die Blutbahn.
Der Transport der Lymphe erfolgt wesentlich langsamer als der Bluttransport. Auf ihrem Weg durch den Körper passiert die Lymphe viele Lymphknoten. Diese filtern die Lymphe von Fremdstoffen und wirken so als Barriere für Krankheitserreger.

2.2 Die lymphatischen Organe:

Lymphorgane

Abb. 3 Die lymphatischen Organe des Menschen

2.2.1 Lymphknoten:

Lymphknoten

Abb. 4 Querschnitt durch einen Lymphknoten

Die Lymphknoten sind rundlich bis länglich und meist abgeflacht. Sie besitzen eine Einbuchtung, die Hilus genannt wird. Sie sind von einer Bindegewebskapsel umgeben. Man kann zwischen der äußeren Rinde und dem inneren Mark unterscheiden. In der Rinde befinden sich hauptsächlich B-Lymphozyten und im Mark findet man hauptsächlich T-Lymphozyten. Diese werden hier gespeichert. Die Lymphknoten dienen zur Reinigung der Lymphe von Zellfragmenten. Sie treten gehäuft in der Achsel-, der Leisten- und der Halsgegend auf, um das Eindringen von Fremdstoffen ins Gehirn sowie in die inneren Organe zu verhindern.

2.2.2 Rotes Knochenmark:
Das rote Knochenmark ist für die Bildung der Blutzellen aus Stammzellen entscheidend.

2.2.3 Thymusdrüse:
Die Thymusdrüse besteht aus zwei Lappen. Hier findet die Prägung der T-Lymphozyten durch Hormone statt.

2.2.4 Milz, Mandeln, Wurmfortsatz:
Dies sind weitere wichtige Organe, die für die Speicherung der Immunzellen verantwortlich sind. Die Milz dient außerdem als Filter für die Blutbahn.

2.3 Die Zelltypen des Immunsystems

A: Die Leukozyten: (weiße Blutkörperchen)

2.3.1 Die Granulozyten:
   Die Granulozyten haben große unregelmäßig gelappte Zellkerne und kleine Partikel im Cytoplasma.
   Neutrophile Granulozyten:
   Die neutrophilen Granulozyten machen 55-70% der Leukozyten aus. Ihr Cytoplasma enthält 2 Typen von Vesikeln.
   Sie sind entscheidend für die Abwehr von Bakterien und Pilzen. Sie betreiben Phagozytose von Bakterien.
   Dabei sterben sie und bilden Eiter. Eiter besteht zum größten Teil aus neutrophilen Granulozyten.
   Sie spielen außerdem eine wichtige Rolle bei Entzündungsreaktionen, Schmerzreiz, Blutstillung.
   Eosinophile Granulozyten:
   Eosinophile Granulozyten machen 2-5% der Leukozyten aus. Ihr Cytoplasma enthält MBP (major basic proteine).
   Dies ist giftig für parasitische Larven. Eosinophile Granulozyten sind wichtig zur Dämpfung allergischer Reaktionen und bei Parasitenbefall.
   Sie wirken als Gegenspieler der basophilen Granulocyten und der Monozyten da sie allergische Sofortreaktionen zu dämpfen versuchen.
   Basophile Granulozyten: Basophile Granulozyten machen weniger als 1% der Leukozyten aus.
   An ihrer Oberfläche befinden sich IgE-Rezeptoren. Diese lösen allergische Reaktionen aus.
   Basophile Granulozyten spielen eine Rolle bei Asthma und Heuschnupfen.
2.3.2 Die Agranulozyten:
   Die Agranulozyten haben rundliche oder bohnenförmige Zellkerne und keine Partikel im Cytoplasma.

Lymphozyten:
   Lymphozyten sind die kleinsten Leukozyten und machen 25-40% der Leukozyten aus.
   95% der Lymphozyten sind in den lymphatischen Organen gespeichert und können bei Bedarf ins Blut abgegeben werden.
   Sie erkennen Antigene durch antikörperähnliche Rezeptoren.

B-Lymphozyten:
   B-Lymphozyten machen ca. 10% der Lymphozyten aus. Sie bilden Plasmazellen aus, die Antikörper produzieren.
   B-Lymphozyten besitzen Rezeptormoleküle für EIN bestimmtes Antigen in ihrer Zellmembran.
   Sie können daher nur ein bestimmtes Antigen erkennen und binden.
   Beim Kontakt: mit diesem Antigen werden die B-Lymphozyten mit Hilfe von Cytokinen der T-Helferzellen zur Teilung angeregt.
   Die Tochterzellen werden Plasmazellen genannt. Sie produzieren eine Sorte von Antikörpern. Außerdem werden Gedächtniszellen gebildet.
   Die Plasmazellen leben nur wenige Wochen. Sie geben pro Sekunde etwa 2000 gleiche Antikörper ans Blut und an die Lymphe ab.

T-Lymphozyten:
   T-Lymphozyten machen ca. 90% der Lymphozyten aus. Sie werden in der Thymusdrüse geprägt und erzeugen keine Antikörper.
   Sie besitzen Membranrezeptoren mit denen sie Antigene und antigen-präsentierende Zellen erkennen.
   Sie können zwischen körpereigenen und körperfremden Stoffen unterscheiden.
   Als körpereigen werden alle Stoffe angesehen, die am Ende der Embryonalzeit im Körper vorhanden sind.
   Als körperfremd gelten alle Stoffe, die später in den Körper gelangen.

T-Helferzellen:
   T-Helferzellen produzieren verschiedene Cytokine und regen damit die B-Lymphozyten zur Teilung an.

T-Killerzellen:
   T-Killerzellen erkennen und vernichten körperfremde und körpereigene befallene Zellen
   (z.B. virusinfizierte Zellen, Transplantate oder Tumorzellen).

T-Effektorzellen:
   T-Effektorzellen greifen körperfremde Substanzen an und vernichten sie.

T-Suppressorzellen:
   T-Suppressorzellen hemmen die Teilung der B-Lymphozyten und die Aktivität der T-Helferzellen.
   Außerdem hemmen sie die Bildung von Killerzellen und schalten die Immunreaktion ab.

B/T-Gedächtniszellen:
   Wenn der Körper einmal Antikörper gegen ein bestimmtes Antigen gebildet hat, behält er die Erinnerung an diesen Stoff.
   Bei erneutem Befall mit diesem Antigen sind bereits Lymphozyten vorhanden die eine sofortige Reaktion auslösen können.
   Die Antigene werden sofort bekämpft und es kommt in vielen Fällen gar nicht erst zum Ausbruch einer Krankheit.
   Diesen Zustand nennt man Immunität.

Natürliche Killerzellen:
   Natürliche Killerzellen töten virusinfizierte Zellen und Krebszellen, also allgemein Zellen mit veränderter Oberfläche.
   Außerdem produzieren sie Cytokine.

Monozyten/ Makrophagen:
   Monozyten bzw. Makrophagen sind die größten Leukozyten. Sie machen ca. 5-8% der Leukozyten aus.
   Solange sie sich im Blut befinden, werden sie Monozyten genannt. Wenn sie das Blut verlassen, und im Gewebe auftreten,
   werden sie als Makrophagen bezeichnet. Sie kommen dann in Lymphozyten, Leber, Milz, Lunge, Niere und anderen Organen vor
   und phagozytieren Bakterien und Pilzen. Dabei scheiden sie Cytokine aus.
   Sie spielen eine wichtige Rolle bei Entzündungen und Wundheilung und können von HIV-Viren befallen werden.

Dendritische Zellen:
   Dendritische Zellen entstehen aus Monozyten. Sie identifizieren Antigene und präsentieren den Lymphozyten, die dadurch geprägt werden.
   Sie können Killerzellen aktivieren und sind im ganzen Körper vorhanden.

Man unterscheidet zwischen spezifischer und unspezifischer Abwehr.

3. Unspezifische Abwehr:

Zur unspezifischen Abwehr gehören angeborene und sofort verfügbare Abwehreinrichtungen. Sie wirken gegen unterschiedliche Fremdstoffe mit etwa gleicher Intensität. Außerdem wirken sie bereits beim ersten Kontakt: mit den Fremdstoffen.
Hierzu zählt z.B. der mechanische Schutz durch Haut (Säureschutzmantel, verhornte Zellen) und Schleimhäute, schleimige Sekrete, Säuren (Magen), Speichel und das Enzym Lysozym. Es wird beim Zerfall phagozytierender Zellen frei und kommt z.B. in Nasenschleim und Tränenflüssigkeit vor. Es zerstört Zellwände von Bakterien.
Zur unspezifischen Abwehr gehören außerdem das Komplementsystem und die Cytokine.

Das Komplementsystem:
Das Komplementsystem ist, wie der Name schon sagt, ein Ergänzungssystem. Es besteht aus Enzymen und Enzymvorstufen, also Proteinen im Blutserum. Diese zerstören Membranen von Mikroorganismen, spalten Proteine und bereiten Bakterien auf den Zugriff von Makrophagen vor.

Die Cytokine:
Cytokine sind hormonartige Substanzen. Sie dienen zum Informationsaustausch der Zellen untereinander und mit anderen Körperzellen. Daher werden sie oft auch als Mittlerstoffe bezeichnet.
Virusbefallene Zellen schütten Cytokine aus um andere Zellen zu warnen. Diese Cytokine nennt man Interferone.
Cytokine aktivieren z.B. Makrophagen und regen B-Lymphozyten zu Teilung an.
Auf zellulärer Ebene gehören zur unspezifischen Abwehr die zuvor genannten Makrophagen, Granulozyten und die natürlichen Killerzellen.

4. Spezifische Abwehr:

Die spezifische Abwehr wird auch Immunreaktion genannt und kommt ausschließlich bei Wirbeltieren vor. Sie ist erst nach dem Kontakt: mit dem Erreger möglich. Dies bezeichnet man als Latenz. Die spezifische Abwehr weist eine hohe Spezifität auf und entwickelt eine jahrelange Gedächtnisfunktion. Jede erste Begegnung mit einem Antigen verläuft anders als jede weitere.
Die wichtigsten Bestandteile der spezifischen Abwehr sind die Antikörper.

Bau eines Antikörpers

Abb. 5
Bau eines Antikörpers

Immunglobuline (Antikörper):
Antikörper sind Proteine, die von Plasmazellen gebildet werden. Es gibt ca. 10 Millionen verschiedene Antikörper. Diese lassen sich in 5 Klassen (IgG, IgA, IgM, IgD, IgE) unterteilen (s. Abb. 6). Sie unterscheiden sich in ihrem Bau.
Der Antikörpertyp, der am häufigsten vorkommt, ist IgG, dessen Aufbau in der Abb. 5 dargestellt ist. IgG besteht aus 4 Untereinheiten: 2 identischen leichten L-Ketten mit je ca. 214 Aminosäuren und 2 identischen schweren H-Ketten mit je ca. 446 Aminosäuren.
Man kann zwischen der konstanten und den variablen Regionen unterscheiden. Die variablen Regionen dienen als Antigenbindungsstellen. Ein Antikörpermolekül hat zwei Antigenbindungsstellen und kann sich daher mit zwei Antigenmolekülen verbinden. Innerhalb der variablen Region befinden sich sog. Hot-Spots. Dies sind Stellen die besonders unterschiedlich sind und häufig durch Mutationen hervorgerufen werden.
Klassen der Antikörper

Abb. 6
Klassen von Antikörpern:
IgG:
- häufigste Klasse der Immunglobuline mit 75-80%
- überwiegend im Plasma vorhanden
- entscheidend gegen bakterielle Infektionen und Autoimmunerkrankungen
- tritt als einziges Immunglobulin von der mütterlichen Blutbahn in den Blutkreislauf des ungeborenen Kindes und gewährt so einen wichtigen Infektionsschutz bis die eigene Antikörperbildung beginnt.
IgM:
- ca. 5-10% der Immunglobuline
- wichtig bei Virusinfektionen und gegen tropische Parasiten (Malaria)
- wird zeitlich als erstes aktiv
- entscheidet bei Bluttransfusion über Verträglichkeit der Blutgruppe und des Rhesusfaktors
IgA
- ca. 10-15% der Immunglobuline
- in Speichel, Magensaft, Darmsaft, Schleimhäuten vorhanden
- dient als Schutzbarriere
IgD
- Funktionen sind noch nicht geklärt
- kommt in ganz geringen Mengen vor
- befindet sich an der Oberfläche der B-Lymphozyten
IgE
- löst allergische Reaktionen aus
- wichtig bei Parasitenbefall

Auf zellulärer Ebene spielen die Lymphozyten für die spezifische Abwehr eine wichtige Rolle.

5. Ablauf einer Immunreaktion:

1) Ein Fremdstoff (Antigen) gelangt in den Körper. Dabei durchdringt er die natürlichen Abwehrbarrieren z.B. durch Wunden in der Haut. Es kommt zur:
AKTIVIERUNGSPHASE: Die unspezifische Abwehr beginnt.
2) Es entsteht eine Entzündung. Beschädigte Zellen setzen Hormone frei, die den Blutfluss erhöhen. Es kommt zu einer Rötung und Erwärmung der Haut. Diese Wärme ist ungünstig für die Mikroorganismen, jedoch günstig für die Beweglichkeit der Leukozyten, da dadurch ihre Stoffwechselrate gesteigert wird. Die Granulozyten phagozytieren die Erreger und bilden Eiter. Die Monozyten phagozytieren tote Zellen und präsentieren Teile der Antigene auf ihrer Oberfläche.
3) Das Komplementsystem beginnt zu arbeiten. Die spezifische Abwehr setzt ein.
4) Die T-Lymphozyten erkennen die präsentierten Strukturen und beginnen mit der Abwehr. Dies löst die Bildung von Cytokinen aus, die an die Umgebung abgegeben werden.
5) Die Cytokine aktivieren weitere Makrophagen und Lymphozyten. Diese senden weitere Cytokine aus. Es entsteht ein Kreislauf. Es kommt zur:
DIFFERENZIERUNGSPHASE:
6) Cytokine aktivieren Killerzellen, Suppressorzellen und T-Helferzellen.
7) T-Helferzellen veranlassen B-Lymphozyten zur Antikörperbildung. Es entstehen Gedächtniszellen.
EFFEKTORPHASE:
8) T-Lymphozyten greifen direkt an.
9) Antikörper verbinden sich mit Antigenen (Schlüssel-Schloss-Prinzip). Es entstehen sog. Antikörper-Antigen-Komplexe.
10) Antikörper-Antigen-Komplexe aktivieren das Komplementsystem. Es löst die Zellmembranen auf. Die Fremdstoffe werden phagozytiert.
11) Wenn die Fremdstoffe bekämpft sind schalten die Suppressorzellen die Immunreaktion ab.

Immunisierung:
Passiv:
Man gewinnt bestimmte Antikörper aus Tieren. Man injiziert diese Antikörper gegen das bestimmte Antigen, wenn man nicht warten kann bis der Körper selbst Antikörper bildet. Diese Antikörper bekämpfen die Antigene. Diese Methode bietet jedoch keinen Langzeitschutz.
Aktiv:
Man injiziert abgetötete oder abgeschwächte Erreger. Das Immunsystem bildet Antikörper und Gedächtniszellen. Dieses Verfahren ist als Schutzimpfung bekannt und bietet einen Langzeitschutz.

Immuntoleranz:
In der Embryonalzeit ist das Immunsystem noch nicht vollständig ausgebildet. Wenn ein Antigen in den Körper gelangt wird es akzeptiert und als körpereigen anerkannt. Es findet keine Immunreaktion statt.

Immunsuppression:
Wenn die Suppressorzellen zahlenmäßig stark genug sind, können sie die übrigen T-Lymphozyten so stark hemmen, dass diese nicht mehr gegen die körperfremde Substanz aktiv werden können. Dies wird bei Organtransplantationen und zum Schutz vor Allergien genutzt. Es kann aber auch durch Alterung oder Schädigung des Immunsystems zur Immunsuppression kommen. Dann findet keine Immunreaktion gegen Krankheitserreger oder Krebszellen statt.

6. Störungen des Immunsystems:

6.1 Autoimmunerkrankungen:
Das Immunsystem verwechselt körpereigenes und körperfremdes Gewebe. Dies passiert z.B. bei Multipler Sklerose. Hier wird das Nervensystem vom Immunsystem angegriffen. Bei Diabetes Mellitus Typ 1 werden die Langerhanschen Inseln zerstört und bei Rheumatischer Arthritis sind die Gelenke betroffen.
Bei HIV oder AIDS findet das Gegenteil statt. Die befallenen Zellen werden nicht als fremd erkannt und toleriert.

6.2 Allergien:
Allergien sind unangemessene Überreaktionen des Immunsystems auf harmlose Antigene.

Das Referat stammt von  


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