Die Immunologie befasst sich mit dem Immunsystem des Menschen. Dabei geht es um sehr viel mehr als die Entstehung von Erkältungen oder Infektionskrankheiten. Im Studium ist die Immunologie eines von 12 Querschnittsfächern.

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Lymphozyt-aktivierung

Bild: „T helper cell function“ von Mikael Häggström. Lizenz: Gemeinfrei


Die Zellen des Immunsystems

T-Lymphozyt

Bild: „T lymphocyte“ von Phil Schatz. Lizenz: CC BY 4.0

Schon zu Beginn der Schwangerschaft sind die Vorstufen von T- und B-Zellen im Embryo nachweisbar. Sie wandern in die Leber, den Thymus und die Milz. Die Mehrheit der T-Zellen und ein Teil der Lymphozyten verbleiben im Blut und den Lymphgefäßen und erreichen so auch die lymphatischen Organe. Etwa 90 % der im Blut nachweisbaren Lymphozyten sind T-Zellen.

Die Blutstammzellen im Knochenmark sind die Basis für weitere Zelltypen mit unterschiedlichen Funktionen und Aufgaben. Die Hauptaufgabe in der Immunabwehr liegt bei den weißen Blutkörperchen (Leukozyten), die sich ihrerseits aufteilen in die Granulozyten, die Lymphozyten und die Monozyten. Der Anteil der Granulozyten macht etwa 50-70 % aus, der Lymphozyten 20-40 % und der Monozyten etwa 1-6 %.

Merke: Die körpereigene Abwehr ist die immunologische Abwehr. Sie besteht aus der unspezifischen und der spezifischen Abwehr.

Die unspezifische Abwehr ist schnell und in fixierter Form angeboren. Die spezifische Abwehr ist in der Erstantwort langsam, reagiert aber angepasst an den jeweiligen Auslöser (das Pathogen). Diese Immunantwort ist also erworben. Die spezifische Abwehr führt außerdem zu einem immunologischen Gedächtnis.

Das Immunsystem ist komplex

Das Immunsystem besteht im Schwerpunkt aus zwei Säulen. Dazu gehören die erworbene spezifische Abwehr und die angeborene allgemeine Abwehr. Das bedeutet aber nicht, dass die Systeme unabhängig voneinander sind. Sie wirken eng miteinander, auch wenn sie unterschiedliche Aufgaben übernehmen. Wie das funktioniert, wird verständlicher mit dem Wissen, dass die Systeme auf unterschiedlichen Ebenen arbeiten. Abwehrzellen befinden sich in Geweben, aber auch im Blut und in anderen Flüssigkeiten. Die Zellen, die Erreger bekämpfen und beseitigen, werden der zellulären Abwehr zugeordnet.

Immunsystem: Übersichtstabelle

Bild: „Immunsystem“ von Sansculotte. Lizenz: CC BY-SA 2.5

Abwehrzellen in Flüssigkeiten

Im Blut und anderen Flüssigkeiten befinden sich ebenfalls Abwehrzellen. Sie sind löslich und setzen sich vor allem aus Eiweißen und Antikörpern, aber auch aus kurzkettigen Aminosäuren zusammen. Sie dienen der humoralen Abwehr.

Merke: Das angeborene und das erworbene Immunsystem beinhalten humorale und zelluläre Abwehrmöglichkeiten.

In seiner Funktion richtet sich die angeborene Abwehr gegen Entzündungen. Dafür stehen ihr myeloide Zellen zur Verfügung. Myeloide Zellen sind Neutrophile, Eosinophile und Basophile. Auch Monozyten und Makrophagen werden hinzugerechnet, wie auch NK-Zellen und Zytokine. Es handelt sich hier um Untergruppen, die auch als Fresszellen bezeichnet werden.

Neutrophile

Segmentkerniger, reifer Neutrophile

Segmentkerniger, reifer Neutrophile

Stabkerniger, junger Neutrophile

Stabkerniger, junger Neutrophile

Der Mensch produziert am Tag allein über 1000 Neutrophile im Knochenmark. Sie entstehen aus CMP, den oligopotenten myeloischen Stammzellen. Junge Neutrophile unterscheiden sich von alten durch einen stabförmigen Kern. Ausgereift sind drei bis fünf Kernsegmente sichtbar. Sie werden daher auch als segmentkernige Neutrophile bezeichnet. Neutrophile werden durch Lockstoffe (Chemokine) zu Entzündungsherden gelockt. Dort zerstören sie die Zellstruktur der Mikroben, die die Entzündung ausgelöst haben. Hohe Neutrophilen-Werte sind ein Hinweis auf verschieden Erkrankungen oder Prozesse. Dazu gehören:

  • Entzündungen
  • Sepsis
  • Nekrose
  • chirurgischer Eingriff
  • Abszesse
  • Blutarmut
  • Chronisch granulozytäre Leukämie

Aber auch Stress oder eine Schwangerschaft können erhöhte Werte auslösen. Niedrige Werte (Neutropenie) sind ein möglicher Hinweis auf:

  • Schaden am Knochenmark (verschiedene Auslöser möglich)
  • Gestörte Bildung von Neutrophilen
  • Erhöhter Verbrauch durch Entzündungen oder Erkrankungen
  • DD Kostmann-Syndrom

Eosinophile

Eosinophiler Granulozyt

Eosinophiler Granulozyt

Eosinophile sind bei der Abwehr von Parasiten wichtig. Sie spielen aber auch bei Allergien eine Rolle. Niedrige Werte sind ein Hinweis auf:

Auch hohe Werte können auftreten. Sie dienen als Hinweis auf:

  • Wurmbefall (z.B. Echinokokken, Askariden und weitere)
  • Allergien (z.B. Asthma, Neurodermitis)
  • Einige schwere Hauterkrankungen (z.B. Psoriasis)
  • Autoimmunprozesse
  • Hinweis auf bestimmte Medikamente (u.a. Penicillin, aber auch Acetylsalicylsäure)
  • Einige Krebserkrankungen (z.B. CML oder auch Morbus Hodgkin)

Basophile

Basophiler Granulozyt

Basophiler Granulozyt

Basophile sind die kleinste Gruppe der Granulozyten. Sie transportieren zahlreiche Botenstoffe und können selbst allergische Reaktionen auslösen, z.B. indem sie Histamin unter der Haut abgeben. Die Folge ist starker Juckreiz. Basophile haben ebenfalls wichtige Aufgaben bei der Immunabwehr. Ist ihr Anteil erniedrigt, ist das ein Hinweis auf:

  • Kontakt mit Chemikalien
  • Einige Medikamente
  • Strahlenbelastung
  • Einige Krebserkrankungen
  • Vitamin B12 Mangel
  • Folsäuremangel
  • Bakterielle Infektion
  • Virusinfektion

Außerdem fällt der Basophilenwert nach Lupus erythemadodes ab. Es ist auch möglich, dass gar keine Granulozyten im Blut nachweisbar sind. Dann ist von einer Agranuluzytose die Rede.

Monozyten

Menschlicher Monozyt


Bild: „Human monocyte derived macrophage foam cells.““ von Openi. Lizenz: CC BY 4.0

Monozyten bewegen sich zunächst im Blut und wandern von dort aus in das Gewebe. Hier erfolgt die Umwandlung in Makrophagen. Ihre Aufgabe ist die Phagozytose. Phagozytieren ist das Fressen von Bakterien oder auch Gewebetrümmern. Erhöhte Werte nach einer durchgemachten Erkrankung sind ein wichtiger Hinweis darauf, dass der Körper sich erholt. Was nicht vorkommt, ist ein alleinig niedriger Wert von Monozyten, ohne dass die Granylozyten allgemein vermindert sind.
Erhöhte Werte können auftraten bei:

  • Bakteriellen Infektionen
  • Virusinfektionen
  • Infektionskrankheiten mit Beteiligung von Parasiten (z.B. Malaria)
  • Autoimmunkrankheiten
  • Einigen Krebserkrankungen
  • Endokarditis lenta (Herzinnenhautentzündung)

Zytokine

Auch Zytokine sind wichtig für das Immunsystem. Bei Zytokinen handelt es sich um Eiweiße. Sie werden durch Immunzellen gebildet und auch freigesetzt. Zytokine gehören zur erworbenen Abwehr und wirken wie Botenstoffe. Sie ermöglichen den Immunzellen so, miteinander in den Austausch zu gehen. Damit sind sie in der Lage, die Immunantwort anzuregen oder auch zu hemmen.

Merke: Zytokine koordinieren die Immunabwehr, indem sie die Abwehr von Krankheitserregern hemmen oder anregen.

Das angeborene Immunsystem

Phagozytose bei offener wunde

Bild: „In response to a cut, mast cells secrete histamines that cause nearby capillaries to dilate.“ von Phil Schatz. Lizenz: CC BY 4.0

Das angeborene Immunsystem zeichnet sich durch die Fähigkeit der schnellen Reaktion aus. Ein Beispiel dafür ist die umgehende Reaktion bei einer Wunde mit eindringenden Bakterien. Die Wirksamkeit ist breit genug und nicht spezifisch, auch deshalb ist sie innerhalb weniger Stunden möglich. Die angeborene Immunabwehr setzt sich aus mehreren Komponenten zusammen: das betrifft die Haut und die Schleimhäute als äußere Barriere sowie die Körperöffnungen. Weiterhin besteht sie aus den verschiedenen Abwehrzellen, die der Gruppe der Leukozyten (weißen Blutkörperchen) zugerechnet werden und aus den verschiedenen Stoffen in den Körperflüssigkeiten wie im Blut.

Wie entsteht die angeborene Immunität?

Das angeborene Immunsystem ist sehr viel mehr als eine erste Abwehrmaßnahme beim Eindringen von Erregern. Sie ist auch kein Phänomen des Menschen. Selbst Pflanzen und wirbellose Tiere verfügen über diese Immunität zur Verteidigung. Die Ausprägung ist genetisch fixiert und ist nicht anpassbar. Das bedeutet, sie bleibt ein Leben lang in der Form erhalten, wie sie bei der Geburt besteht. Dies stellt einen Nachteil dar. Die erworbene Immunität wird damit zu einer Erweiterung und Verbesserung – Spezialisierung – der angeborenen Immunität. Dennoch ist die angeborene Immunität in der Lage, einen Großteil der krankmachenden Stoffe abzuwehren und zu eliminieren. Wie wirkungsvoll das Immunsystem ist, zeigt sich bei Patienten mit AIDS oder auch bei Menschen, die Immunsupressiva einnehmen müssen. Schon eine Erkältung kann bei ihnen lebensgefährliche Formen annehmen.

Merke: Die angeborene Immunabwehr wehrt einen Großteil der Infektionen zuverlässig ab.

Die erworbene Immunabwehr

Die erworbene Immunabwehr ist adaptiv, also im Gegensatz zur angeborenen Immunität lernfähig. Sie wird aktiv, wenn sich zeigt, dass die angeborene Immunität nicht ausreicht, um einen Erreger zu bekämpfen. Ein Beispiel dafür ist die durchgemachte Kinderkrankheit, die in vielen Fällen für eine lebenslange Immunität sorgt. Es wird davon ausgegangen, dass sich diese adaptive Immunabwehr erst vor etwa 500 Millionen Jahren bei Wirbeltieren entwickelt hat. Die Erkenntnisse aus der erworbenen Immunabwehr waren die Voraussetzungen für die Entwicklung von Impfstoffen.

Merke: Die Erkenntnisse aus der adaptiven Immunabwehr fließen in die Erforschung von Impfstoffen ein.

Die erworbene Immunantwort gliedert sich auf und zwar je nach Auftreten der Erreger, die eine unterschiedliche Reaktion erfordern. Keime, die im Blut oder in anderen Körperflüssigkeiten auftreten, werden von Antikörpern bekämpft. Erreger, die sich im Gewebe befinden, werden von einer zellvermittelten Immunantwort bekämpft.

Impfungen

Zu unterscheiden ist zwischen der aktiven und der passiven Impfung.

Die aktive Immunisierung

Schema Immunisierung

Bild: „Schema der Aktiven/Passiven Immunisierung““ von Invexis aus der deutschsprachigen Wikipedia. Lizenz: CC BY-SA 3.0

Bei einer Impfung mit aktivem Impfstoff werden abgeschwächte Erreger oder auch Eiweißstoffe zugeführt. Sie können kaum eine Erkrankung mehr auslösen, wirken aber aktivierend auf die spezifische und die unspezifische Immunabwehr. Das gelingt, weil sie dem Organismus vortäuschen, dass eine Infektion vorliegt. Der Körper ist so in der Lage, spezifische Antikörper zu bilden. Gleichzeitig werden Gedächtniszellen gebildet, die dafür sorgen, dass der Impfschutz lange erhalten bleibt. So wird das Ziel von Impfungen ermöglicht: Langfristiger Schutz. Sollte der Organismus zukünftig mit dem Erreger in Kontakt kommen, ist die Immunantwort entsprechend möglich. In den meisten Fällen ist eine Grundimmunisierung erforderlich, die aus Teilimpfungen besteht. Wiederholungen nach einigen Jahren (Impfschema) dienen dazu, dass Immunsystem zu „erinnern“.

Die passive Immunisierung

Wenn der Organismus bereits Kontakt mit dem Erreger hat, ist es bei einigen Krankheiten möglich, passiv zu immunisieren. Der Schutz ist damit schneller vorhanden. Im Rahmen einer passiven Immunisierung werden Konzentrate von Antikörpern gespritzt. Diese Antikörper stammen von Personen, die gegen die entsprechende Erkrankung immun sind. Der Nachteil ist, dass dieser Schutz nicht lange anhält, oftmals ist er bereits nach wenigen Monaten nicht mehr vorhanden.

Autoimmunerkrankungen

In einem gesunden Organismus kann die Immunabwehr zwischen fremden und eigenen Substanzen unterscheiden. Kommt es dabei zu einem Fehler, bekämpft das Immunsystem körpereigene Zellen. Die Folgen sind Entzündungen und Schäden an den Organen. Die Rede ist von Autoimmunprozessen. Möglich ist das, weil die Entstehung der adaptiven Immunität komplex und störanfällig ist. Typische Autoimmunerkrankungen mit steigenden Zahlen sind:

Wie genau es zu den Autoimmunerkrankungen kommt, ist bis heute nicht vollständig erforscht.

Erklärungsansatz für Autoimmunerkrankungen

Eine mögliche Erklärung sieht den Auslöser im Thymus. In diesem Organ findet die Entwicklung und Reifung der T-Lymphozyten statt (T steht für den Herkunftsort Thymus). Die Prozesse sind abhängig vom Transkriptionsfaktor Foxn1. Dabei handelt es sich um ein Protein, das regulierend tätig wird. Das Protein koordiniert Gene, die sich in den Epithelzellen des Thymus befinden. Diese Gene locken die Vorläuferzellen zum Thymus und steuern die darauf folgende Differenzierung in den reifen T-Zellen.

Die Abwehr mittels mhc-Proteinen – Basiswissen

Makrophage verschlingt bakterium


Bild: „A macrophage, engulfs and digests a foreign bacterium“ von Phil Schatz. Lizenz: CC BY 4.0

Die adaptive Immunabwehr ist abhängig von T-Zellen und B-Zellen (entstehen im Knochenmark, das B steht für das englische „bone“). Antikörper sind in der Lage, Antigene zu erkennen. Antigene sind Proteine, die von Erregern stammen, die im Organismus bekämpft werden müssen. Die Antikörper heften sich an Antigene. Damit sind die Erreger „markiert“. Es ist aber auch möglich, dass sie so direkt unschädlich gemacht werden. T-Zellen reagieren hingegen erst, wenn ihnen durch andere Körperzellen (B-Zellen, Makrophagen, dendritische Zelle) Bruchstücke von Peptiden (Erregerproteine) präsentiert werden. Dabei helfen ihnen die T-Zell Rezeptoren. Aus chemischer Sicht geschieht das über mhc-Proteine (major histocompatibility complex). Diese mhc-Proteine können gleich mehrere Proteinbruchstücke binden. Die Bruchstücke entstehen durch den Proteinabbau.

Präsentation an der Zelloberfläche
Auf der Zelloberfläche wird der Peptid-mhc-Komplex sichtbar. Sobald diese Komplexe fremdes Peptid enthalten, können die T-Rezeptoren der T-Zellen sie erkennen. Der Komplex wird als infizierte Zelle abgetötet. Es ist aber auch möglich, dass weitere Abwehrzellen erst stimuliert werden, die ihrerseits die infizierte Zelle vernichten.

Entstehung von T-Rezeptoren
T-Rezeptoren entstehen quasi mit einem Zufallsprinzip. Im Thymus erhalten die T-Zellen unterschiedliche T-Rezeptoren. Die T-Zellen werden außerdem trainiert, damit sie in der Lage sind, fremde von eigenen Substanzen zu unterscheiden. Sie müssen also eigene Strukturen tolerieren.

Merke: Die Toleranz der T-Zellen gegenüber körpereigenen Substanzen muss erst trainiert werden.
Schema-T-Zellen-Aktivierung


Bild: „Schema der T-Zell Aktivierung“ von Garak76. Lizenz: Gemeinfrei

Lernprozess erfolgt in Schritten
Zunächst überleben nur die T-Zellen, die in der Lage sind, mhc-Moleküle auf den Zellmembranen zu erkennen. So werden bereits erste Störfaktoren ausgeschaltet. Im nächsten Schritt müssen die T-Zellen eliminiert werden, die zu heftig auf Zellen reagieren, die Proteinbruchstücke markiert haben. In diesem Zusammenhang ist von der negativen Selektion die Rede. Die Zelle reagiert zwar auf den Fremdstoff, aber nicht angemessen. Die negative Selektion ist nicht vollständig erforscht. Der Prozess findet aber im Thymus statt. Die T-Zellen bekommen sämtliche im Körper vorhandenen Proteine „gezeigt“. Es handelt sich um etwas, was als Testverfahren bezeichnet werden kann. T-Zellen, die hier reagieren, lösen im Körper später Autoimmunprozesse aus. Ziel des Körpers ist es, alle reagierenden Zellen auszulöschen und nur solche zu produzieren, die zur Unterscheidung in der Lage sind und ausschließlich auf fremde Peptide reagieren.

Merke: Die körpereigene T-Zell-Schulung soll eigentlich die Entstehung von Autoimmunkrankheiten verhindern.

Ungeklärt ist, wie es zur Störung kommt. Am Beispiel von Diabetes mellitus Typ 1 ist auffällig, dass die Autoimmunerkrankung häufig auf akute Erkrankungen folgt. Während die Immunabwehr bei der akuten Erkrankung erfolgreich ist, greifen die Abwehrzellen im Anschluss die Insulin produzierenden Beta-Zellen der Bauchspeicheldrüse an.

Noch mehr über Immunologie

 

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Beliebte Prüfungsfragen zur Immunologie

Die Lösungen zu den Fragen befinden sich unterhalb der Quellenangaben.

1. Die angeborene Immunabwehr…

  1. …schützt nur die Körperöffnungen.
  2. …schützt nur die Haut vor eindringenden Erregern.
  3. …verhindert nur die Ausbreitung der Keime bis die unspezifische Abwehr greift.
  4. …braucht eine lange Anlaufphase.
  5. …macht die äußere Barriere aus.

2. Die unspezifische Abwehr…

  1. …ist angeboren.
  2. …ist erworben.
  3. …entwickelt sich durch Impfungen.
  4. …betrifft nur die Körperoberfläche.
  5. …ist nur bei Neugeborenen von Bedeutung.

3. Der mhc-Komplex…

  1. …befindet sich auf den B-Zellen.
  2. …bindet und vernichtet Krankheitserreger.
  3. …bindet unterschiedliche Proteinbruchstücke.
  4. …ist die Abkürzung für Hyperhistokompatibilitätskomplex.
  5. …bekämpft nur Viren.

Quellen

Förster, R.: Unterlagen zur Vorlesung Immunologie.

Marth, E. (2004): Das angeborene Immunsystem. In: Österreichische Apotheker-Zeitung 16/2004.

Siegenthaler, W./Kaufmann, W./Hornbostel, H. [Hrsg.] (1992): Lehrbuch der Inneren Medizin. Stuttgart: Thieme.

Unterlagen zur Vorlesung „Physiologie Teil 1“

Richtige Antworten: 1E, 2A, 3C

 

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