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Übersicht über das Immunsystem

Von Peter J. Delves, PhD, Professor of Immunology, Department of Immunology, Division of Infection and Immunity, University College London, London, UK

Die Aufgabe des Immunsystems ist es, den Körper gegen fremde oder gefährliche Eindringlinge zu verteidigen. Zu diesen Eindringlingen zählen:

Zum Schutz des Körpers vor solchen Eindringlingen muss das Immunsystem in der Lage sein, zu unterscheiden,

  • was zum Körper gehört („selbst‟)

  • und was nicht („nicht selbst‟ oder fremd).

Alle als „nicht selbst‟ identifizierten Substanzen rufen im Körper eine Immunreaktion hervor. Dies gilt insbesondere für Substanzen, die für gefährlich gehalten werden, da sie zum Beispiel eine Erkrankung verursachen können. Solche Substanzen werden Antigene genannt.

Antigene können Bestandteile von Bakterien, Viren, anderen Mikroorganismen oder Krebszellen sein. Antigene können auch als eigenständige Einheit existieren, wie Pollen oder Nahrungsmoleküle. Die normale Immunreaktion besteht darin, ein potenziell gefährliches fremdes Antigen zu erkennen, die Abwehrkräfte zu aktivieren und zu mobilisieren und das Antigen anzugreifen. Wenn das Immunsystem nicht richtig funktioniert und „selbst‟ mit „nicht selbst‟ verwechselt, kann es körpereigene Gewebe angreifen und so eine Autoimmunerkrankung wie rheumatoide Arthritis, Thyreoiditis oder systemischen Lupus erythematodes („Lupus“) verursachen.

Erkrankungen des Immunsystems treten auf, wenn:

Verteidigungslinien

Der Körper verfügt über eine Reihe von Abwehrmechanismen. Zu diesen gehören unter anderem physikalische Barrieren, weiße Blutkörperchen und Moleküle wie Antikörper und Komplementproteine.

Physikalische Barrieren

Mechanische und physikalische Barrieren sind die erste Verteidigungslinie gegen Eindringlinge:

  • Die Haut

  • Die Hornhaut der Augen

  • Schleimhäute (Membranen), die den Atmungs-, Verdauungs- und Urogenitaltrakt auskleiden.

Solange diese Barrieren intakt sind, können viele der Eindringlinge nicht in den Körper gelangen. Wird jedoch solch ein Hindernis durchbrochen, wenn beispielsweise starke Verbrennungen die Haut schädigen, dann steigt die Infektionsgefahr.

Darüber hinaus werden diese Barrieren durch enzymhaltige Sekrete verteidigt, die Bakterien zerstören können. Beispiele hierfür sind Schweiß, Tränenflüssigkeit, Schleimhäute des Atem- und Verdauungstraktes sowie Sekrete der Scheide.

Weiße Blutkörperchen

Die nächste Verteidigungslinie umfasst weiße Blutkörperchen (Leukozyten), die im Blutstrom zirkulieren und in Körpergewebe eindringen, um dort nach Mikroorganismen und anderen Eindringlingen zu suchen und diese anzugreifen.

Diese Immunabwehr besteht aus zwei Bereichen:

  • angeborene Immunität

  • erworbene Immunität

Die angeborene (natürliche) Immunität ( Angeborene Immunität) erfordert keine vorherige Begegnung mit einem Mikroorganismus oder anderen Eindringling, um wirksam zu sein. Sie reagiert umgehend auf Eindringlinge, ohne vorher lernen zu müssen, diese zu identifizieren. Hieran sind verschiedene weiße Blutkörperchenarten beteiligt:

  • Phagozyten verschlingen Eindringlinge. Zu den Phagozyten gehören unter anderem Makrophagen, neutrophile Granulozyten, Monozyten und dendritische Zellen.

  • Natürliche Killer-Zellen werden einsatzbereit gebildet und können dann sofort Krebszellen und mit bestimmten Viren infizierte Zellen erkennen und abtöten.

  • Einige weiße Blutkörperchen setzen Substanzen wie Histamin frei, die an einer Entzündung und bei allergischen Reaktionen beteiligt sind. Einige dieser Zellen handeln bei der Zerstörung von Eindringlingen häufig selbstständig.

Bei der erworbenen (adaptiven oder spezifischen) Immunität ( Erworbene Immunität) begegnen Lymphozyten (B- und T-Zellen) einem Eindringling, lernen, diesen anzugreifen, und erinnern sich an diesen speziellen Eindringling, sodass sie ihn bei der nächsten Begegnung noch wirksamer angreifen können. Nach der anfänglichen Begegnung mit einem Eindringling braucht die erworbene Immunität Zeit für ihre Entwicklung, da sich die Lymphozyten auf diese einstellen müssen. Danach allerdings kommt die Antwort dann schnell. Bei der Zerstörung von Eindringlingen arbeiten B- und T-Zellen zusammen. Die T-Zellen (T-Lymphozyten) werden bei der Erkennung von Eindringlingen durch Antigen-präsentierende Zellen unterstützt (beispielsweise durch dendritische Zellen – Wie T-Zellen Antigene erkennen). Diese Zellen verschlingen den Eindringling und zerlegen ihn in einzelne Stücke.

Moleküle

Als Teil des Mobilisierungsschritts der Immunabwehr beeinflussen sich die angeborene und erworbene Immunität gegenseitig. Sie tun dies entweder direkt oder über Moleküle, die andere Zellen des Immunsystems entweder anlocken oder aktivieren ( Aktivierung und Mobilisierung). Diese Moleküle sind:

Diese Substanzen befinden sich nicht in Zellen, sondern sind in Körperflüssigkeiten wie dem Plasma (flüssiger Anteil des Bluts) gelöst.

Einige dieser Moleküle, einschließlich bestimmter Zytokine, fördern Entzündungen.

Es kommt zu einer Entzündung, da diese Moleküle Zellen des Immunsystems zu dem betroffenen Gewebe locken. Um diesen Zellen auf dem Weg zum betroffenen Gewebe zu helfen, sendet der Körper mehr Blut dort hin. Um mehr Blut zu einem Gewebe bringen zu können, müssen sich die Blutgefäße erweitern und durchlässiger werden, um so mehr Flüssigkeiten und Zellen die Möglichkeit zu geben, die Blutgefäße zu verlassen und in das Gewebe einzudringen. Daher neigen Entzündungen dazu, Rötungen, Wärme und Schwellungen zu verursachen. Die Entzündung dient der Eindämmung der Infektion, sodass diese sich nicht ausbreiten kann. Im Anschluss daran unterstützen andere, vom Immunsystem produzierte Substanzen den Körper beim Abheilen der Entzündung und dem Heilungsprozess von geschädigtem Gewebe. Auch wenn eine Entzündung unangenehm sein kann, so zeigt sie doch an, dass das Immunsystem seine Arbeit verrichtet. Eine übermäßige oder langfristige (chronische) Entzündung hingegen kann schädlich sein.

Organe

Zum Immunsystem gehören neben den im Körper verteilten Zellen auch verschiedene Organe. Diese werden in primäre und sekundäre Lymphorgane unterteilt.

Die primären Lymphorgane sind die Orte, an denen die weißen Blutkörperchen produziert werden und/oder sich vermehren:

  • Das Knochenmark produziert alle verschiedenen Arten der weißen Blutkörperchen, einschließlich der neutrophilen, eosinophilen und basophilen Granulozyten, Monozyten, B-Zellen und der Zellen, die sich zu T-Zellen weiterentwickeln (T-Vorläufer-Zellen).

  • In der Thymusdrüse vermehren sich T-Zellen und lernen, fremde Antigene zu erkennen und körpereigene Antigene zu ignorieren. T-Zellen sind für die erworbene Immunität von entscheidender Bedeutung.

Zur Verteidigung des Körpers werden in erster Linie weiße Blutkörperchen aus dem Knochenmark mobilisiert. Im Anschluss an ihre Mobilisierung gelangen sie ins Blut und wandern von dort zu den Stellen, an denen sie benötigt werden.

Lymphatisches System: Hilft bei der Verteidigung gegen Infektionen.

Das lymphatische System ist neben Thymusdrüse, Knochenmark, Milz, Mandeln, Blinddarm (Appendix) und Peyer-Plaques im Dünndarm ein wichtiger Bestandteil des Immunsystems.

Das lymphatische System ist ein Netzwerk von Lymphknoten, die durch Lymphgefäße miteinander verbunden sind. Dieses System transportiert die Lymphe durch den gesamten Körper.

Die Lymphe wird aus Flüssigkeit gebildet, die durch die dünnen Wände der Kapillaren in die Körpergewebe hineinsickert. Diese Flüssigkeit enthält Sauerstoff, Proteine und andere Nährstoffe, die das Gewebe ernähren. Etwas von dieser Flüssigkeit tritt wieder in die Kapillaren ein und ein anderer Teil gelangt in die Lymphgefäße (wird Lymphe). Kleine Lymphgefäße verbinden sich mit größeren Gefäßen und bilden letztendlich den Brustlymphgang. Der Brustlymphgang ist das größte lymphatische Gefäß. Dieser vereinigt sich mit der Schlüsselbeinvene und führt so Lymphe zurück in den Blutkreislauf.

Lymphe transportiert auch fremde Substanzen (wie Bakterien), Krebszellen und möglicherweise in Geweben vorhandene tote oder geschädigte Zellen zur Entsorgung in die Lymphgefäße und zu den Lymphorganen. Die Lymphe ist reich an weißen Blutkörperchen.

Alle mit der Lymphe transportierten Substanzen passieren mindestens einen Lymphknoten. Dort können fremde Substanzen herausgefiltert und zerstört werden, bevor die Flüssigkeit wieder in den Blutkreislauf zurückgeführt wird. In den Lymphknoten können sich weiße Blutkörperchen sammeln, miteinander und mit Antigenen in Kontakt treten und letztlich eine Immunreaktion gegen fremde Substanzen auslösen. Lymphknoten enthalten ein Gewebegeflecht, das eng mit B- und T-Zellen, dendritischen Zellen und Makrophagen bestückt ist. Gefährliche Mikroorganismen werden durch das Geflecht gefiltert und im Anschluss daran identifiziert und von B- und T-Zellen angegriffen.

Lymphknoten treten häufig in Gruppen an Orten auf, an denen sich lymphatische Gefäße verzweigen wie am Hals oder in den Achselhöhlen und Leistenbeugen.

Die sekundären Lymphorgane sind

  • Milz

  • Lymphknoten

  • Gaumenmandeln

  • Blinddarm

  • Peyer-Plaques im Dünndarm

Diese Organe fangen Mikroorganismen und andere fremde Substanzen ein. Außerdem sind sie der Ort, an denen sich reife Immunzellen sammeln, miteinander und mit fremden Substanzen in Kontakt treten und eine spezifische Immunreaktion auslösen.

Die Lymphknoten sind im Körper strategisch platziert und durch ein ausgedehntes Netzwerk der dem Immunsystem als Kreislauf dienenden Lymphgefäße miteinander verbunden. Das lymphatische System transportiert Mikroorganismen, andere fremde Substanzen, Krebszellen und abgestorbene oder geschädigte Zellen aus den Körpergeweben zu den Lymphknoten, wo diese Substanzen und Zellen gefiltert und zerstört werden. Anschließend wird die gefilterte Lymphe zurück in den Blutkreislauf geführt.

Lymphknoten sind einer der ersten Orte, an denen Krebszellen streuen (metastasieren). Aus diesem Grund beurteilen Ärzte häufig die Lymphknoten, um zu bestimmen, ob ein Krebs gestreut hat. Krebszellen in einem Lymphknoten können diesen anschwellen lassen. Lymphknotenschwellungen können aber auch im Zuge einer Infektion auftreten, da dort die Immunreaktion auf eine Infektion in Gang gesetzt wird. Manchmal gelangen noch lebende Bakterien in Lymphknoten und verursachen dort eine Infektion (Lymphadenitis), was ebenfalls zur einer Lymphknotenschwellung führen kann.

Wussten Sie ...

  • Lymphknoten enthalten ein Gewebenetz, in dem schädliche Mikroorganismen und tote oder geschädigte Zellen herausgefiltert und zerstört werden.

Aktionsplan

Eine erfolgreiche Immunreaktion auf Eindringlinge umfasst die folgenden Phasen:

  • Erkennung

  • Aktivierung und Mobilisierung

  • Regulierung

  • Auflösung

Erkennung

Damit das Immunsystem Eindringlinge zerstören kann, muss es diese zuerst erkennen. Das Immunsystem muss also in der Lage sein, zwischen „nicht selbst‟ (fremd) und „selbst‟ zu unterscheiden. Dies wird durch Identifikationsmoleküle ermöglicht, die alle Zellen auf der Oberfläche haben. Mikroorganismen werden an ihren fremden Identifikationsmolekülen auf ihrer Oberfläche erkannt.

Beim Menschen werden die wichtigsten Selbsterkennungsmoleküle als

  • humane Leukozytenantigene (HLA) oder Haupthistokompatibilitätskomplex (MHC) bezeichnet.

Die HLA-Moleküle werden Antigene genannt, da sie bei einer Transplantation in eine andere Person (z. B. Leber- oder Hauttransplantat) eine Immunreaktion auslösen können (normalerweise lösen sie in der Person, zu der sie gehören, keine Immunreaktion aus). Jede Person weist eine fast einzigartige Kombination von HLA-Molekülen auf. Das Immunsystem einer jeden Person erkennt diese einzigartige Kombination in der Regel als „selbst‟. Eine Zelle mit Oberflächenmolekülen, die nicht mit den HLA-Molekülen der körpereigenen Zellen identisch sind, wird als fremd erkannt. Diese Zelle wird dann vom Immunsystem angegriffen. Bei einer solchen Zelle kann es sich um Mikroorganismen, um transplantierte Gewebezellen, um eine körpereigene, von einem Mikroorganismus infizierte Zelle oder um eine durch Krebs veränderte, körpereigene Zelle handeln. (Wenn ein Patient ein Organtransplantat benötigt, versuchen die Ärzte, Spender mit möglichst ähnlichen HLA-Molekülen zu finden.)

Einige weiße Blutkörperchen – B-Zellen (B-Lymphozyten) – können Eindringlinge direkt erkennen. Andere wiederum – die T-Zellen (T-Lymphozyten) – benötigen die Hilfe sogenannter Antigen-präsentierender Zellen:

  • Antigen-präsentierende Zellen verschlingen den Eindringling und zerlegen ihn in einzelne Stücke.

  • Die Antigen-präsentierende Zelle kombiniert dann Antigen-Fragmente des Eindringlings mit den eigenen HLA-Molekülen der Zelle.

  • Die Kombination aus Antigen-Fragmenten und HLA-Molekülen wird an die Zelloberfläche transportiert.

  • Eine T-Zelle mit dem passenden Rezeptor auf ihrer Oberfläche bindet sich dann nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip an den Teil des HLA-Moleküls, das das Antigenfragment präsentiert.

  • Im Anschluss daran wird die T-Zelle aktiviert und beginnt den Kampf gegen Eindringlinge, die dieses Antigen tragen.

Wie T-Zellen Antigene erkennen

T-Zellen sind Teil des Immunüberwachungssystems. Sie wandern durch den Blutkreislauf und das lymphatische System. Wenn T-Zellen einen Lymphknoten oder ein anderes, sekundäres Lymphorgan erreichen, suchen sie im Körper nach fremden Substanzen (Antigenen). Bevor sie allerdings ein fremdes Antigen vollständig erkennen und darauf reagieren können, muss das Antigen von einem anderen weißen Blutkörperchen namens Antigen-präsentierende Zelle (APZ) verarbeitet und der T-Zelle präsentiert werden. Antigen-präsentierende Zellen setzen sich aus dendritischen Zellen (die am effektivsten sind), Makrophagen und B-Zellen zusammen.

Aktivierung und Mobilisierung

Weiße Blutkörperchen werden aktiviert, sobald sie Eindringlinge erkennen. Wenn zum Beispiel eine Antigen-präsentierende Zelle einer T-Zelle an HLA-Moleküle gebundene Antigen-Fragmente präsentiert, bindet die T-Zelle an diese Fragmente und wird aktiviert. B-Zellen können direkt durch Eindringlinge aktiviert werden. Einmal aktiviert, verschlingen und/oder töten weiße Blutkörperchen den Eindringling. Für gewöhnlich wird mehr als eine Art von weißen Blutkörperchen für das Abtöten eines Eindringlings benötigt.

Immunzellen wie Makrophagen und aktivierte T-Zellen mobilisieren Verteidigungslinien, indem sie Substanzen freisetzen, die andere Immunzellen zu dem Ort des Geschehens locken. Auch der Eindringling selber kann Substanzen freisetzen, die Immunzellen anlocken.

Regulierung

Um einer übermäßigen Schädigung des Körpers, wie es bei Autoimmunerkrankungen der Fall ist, vorzubeugen, muss die Immunreaktion reguliert werden. Regulatorische (Suppressor)-T-Zellen unterstützen den Körper bei der Kontrolle der Immunreaktion, indem sie die Immunreaktion hemmende Zytokine (chemische Botenstoffe des Immunsystems) absondern. Diese Zellen verhindern, dass sich eine Immunreaktion endlos fortsetzt.

Auflösung

Die Auflösung umfasst die Eingrenzung des Eindringlings und dessen Ausscheidung aus dem Körper. Nachdem der Eindringling aus dem Körper ausgeschieden wurde, zerstören sich die meisten weißen Blutkörperchen selber und werden von anderen Zellen aufgenommen. Hiervon ausgenommen sind die sogenannten Gedächtniszellen. Der Körper behält die zur erworbenen Immunität gehörenden Gedächtniszellen, um sich an bestimmte Eindringlinge zu erinnern und diese bei der nächsten Begegnung noch heftiger anzugreifen.

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