Der menschliche Körper: Immunsystem

Das Immunsystem hat die Aufgabe, unseren Körper vor Bakterien, Pilzen, Parasiten und Krankheiten wie Krebs zu schützen. Eine überschüssige Immunantwort kann jedoch zu Krankheiten wie Autoimmunkrankheiten und Allergien führen. Grundsätzlich unterscheidet man zwischen der angeborenen (unspezifischen) und der erworbenen (spezifischen) Immunabwehr.

Mechanische Barrieren

Die mechanischen und physiologischen Barrieren des Körpers sind die erste Verteidigungslinie gegen Krankheitserreger. Sie verhindern das Eindringen von Pathogenen oder beseitigen sie schnell:

• Haut: Die äußere Schicht dient als Barriere. Talg, Schweiß und die Normalflora wirken wachstumshemmend auf pathogene Mikroorganismen.
• Schleimhäute: Schleim bindet Pathogene (z.B. im Mund und in der Nase).
• Augen: Tränen transportieren Mikroorganismen ab, und das antimikrobielle Enzym Lysozym bekämpft sie.
• Atemwege: Schleim bindet Pathogene, und Flimmerhärchen transportieren sie ab.
• Mundhöhle: Speichel enthält das antimikrobielle Enzym Lysozym.
• Magen: Der saure pH-Wert der Magensäure und proteolytische Enzyme zerstören die meisten Mikroorganismen.
• Darm: Die Darmflora bekämpft Infektionen, und die ständige Entleerung sowie das darmassoziierte Immunsystem (GALT) und antibakterielle Proteine tragen zur Infektabwehr bei.
• Harntrakt: Ständige Harnausspülung und osmotische Effekte der hohen Harnstoffkonzentration verhindern Infektionen.

Allgemeine Phagozytose (Fresszellen)

Phagozytose beschreibt die Fähigkeit bestimmter Zellen, körperfremdes Material zu “verschlucken” und aufzulösen. Zu diesen Zellen gehören Makrophagen/Monozyten, Granulozyten und dendritische Zellen. Dendritische Zellen präsentieren Teile des phagozytierten Materials auf ihrer Oberfläche, um T- und B-Zellen zu aktivieren, die spezifische Antikörper produzieren.

Entzündliche Reaktion

Eine Entzündung ist der Versuch des Körpers, eine durch einen fremden Reiz entstandene Veränderung rückgängig zu machen. Kardinalsymptome einer Entzündung sind Schmerz, Schwellung, Rötung und Überwärmung. Bei einer Entzündung werden Vasodilatatoren ausgeschüttet, die die Gefäße erweitern und mehr Blut und Immunzellen zur betroffenen Stelle bringen. Dies führt zu Schwellung (Tumor), Rötung (Rubor) und Überwärmung (Calor). Abwehrzellen, insbesondere neutrophile Granulozyten, reichern sich an und bekämpfen die Keime unspezifisch, indem sie Enzyme freisetzen. Dies verursacht Schmerzen (Dolor). Später werden auch spezifische Immunzellen eingeschwemmt, sodass die Entzündungsreaktion sowohl Teil der spezifischen als auch unspezifischen Abwehr ist.

Komplementsystem

Das Komplementsystem ist ein Teil der unspezifischen humoralen Immunabwehr. Es besteht aus einer Reihe von Proteinen, die durch Oberflächenproteine der Keime aktiviert werden. Diese Proteine können weitere Immunzellen anlocken und selbst Keime abtöten, indem sie sich in die Membranen der eingedrungenen Stoffe einfügen. Bei der Aktivierung durch fremde Bakterien kommt es zu einer kaskadenartigen proteolytischen Aktivierung der Komplementfaktoren, was zur Bildung eines lytischen Komplexes führt, der die fremden Zellen zerstört.

Das adaptive Immunsystem, auch als spezifische Immunabwehr bekannt, ist hochspezialisiert und ermöglicht eine gezielte und effiziente Abwehr gegen Krankheitserreger. Es unterscheidet sich vom angeborenen Immunsystem durch seine Fähigkeit, spezifische Antigene zu erkennen und eine immunologische Gedächtnisantwort zu entwickeln. Der Prozess beginnt mit der Erkennung und Präsentation von Antigenen durch spezialisierte Zellen.

Antigen-Präsentierende Zellen (APCs)

Antigen-präsentierende Zellen (APCs) sind Schlüsselspieler im adaptiven Immunsystem. Diese Zellen erkennen, phagozytieren und verarbeiten fremde Substanzen, um Teile dieser Substanzen (Antigene) auf ihrer Oberfläche zu präsentieren. Zu den APCs gehören:

• Dendritische Zellen: Diese Zellen sind besonders effizient bei der Aufnahme von Antigenen und deren Präsentation. Sie befinden sich in Geweben, die häufig mit der Außenwelt in Kontakt kommen, wie der Haut und den Schleimhäuten.
• Monozyten/Makrophagen: Monozyten zirkulieren im Blut und differenzieren sich zu Makrophagen, wenn sie in Gewebe einwandern. Makrophagen phagozytieren Pathogene und präsentieren deren Antigene auf ihrer Oberfläche.
• B-Lymphozyten: Neben ihrer Funktion als Antikörper-produzierende Zellen können B-Lymphozyten auch Antigene aufnehmen und präsentieren.

Erkennung und Präsentation von Antigenen

Wenn ein Pathogen in den Körper eindringt, wird es von APCs aufgenommen und in kleine Fragmente zerlegt. Diese Fragmente (Antigene) werden dann an spezielle Moleküle namens Major Histocompatibility Complex (MHC) gebunden und auf der Zelloberfläche präsentiert. Es gibt zwei Klassen von MHC-Molekülen:

• MHC-Klasse-I-Moleküle: Präsentieren Antigene von intrazellulären Pathogenen (z.B. Viren) und werden von allen kernhaltigen Zellen exprimiert. Sie interagieren mit CD8+ T-Zellen (zytotoxische T-Zellen).
• MHC-Klasse-II-Moleküle: Präsentieren Antigene von extrazellulären Pathogenen (z.B. Bakterien) und werden von professionellen APCs (dendritische Zellen, Makrophagen, B-Lymphozyten) exprimiert. Sie interagieren mit CD4+ T-Zellen (T-Helferzellen).

Aktivierung von T-Zellen

Die Präsentation von Antigenen durch APCs aktiviert T-Zellen:

• CD8+ T-Zellen (zytotoxische T-Zellen): Diese Zellen erkennen Antigene, die an MHC-Klasse-I-Moleküle gebunden sind. Nach der Aktivierung töten sie infizierte Zellen direkt ab, indem sie zytotoxische Substanzen freisetzen.
• CD4+ T-Zellen (T-Helferzellen): Diese Zellen erkennen Antigene, die an MHC-Klasse-II-Moleküle gebunden sind. Nach der Aktivierung produzieren sie Zytokine, die andere Immunzellen anziehen und aktivieren, und unterstützen die Aktivierung von B-Zellen.

Aktivierung von B-Zellen und Antikörperproduktion

B-Zellen sind für die Produktion von Antikörpern verantwortlich. Der Prozess ihrer Aktivierung umfasst mehrere Schritte:

1. Antigen-Erkennung: B-Zellen besitzen B-Zell-Rezeptoren (BCRs), die spezifische Antigene auf Pathogenen erkennen und binden.
2. Antigen-Aufnahme und Präsentation: Nach der Bindung des Antigens nehmen B-Zellen dieses auf, zerlegen es und präsentieren die Fragmente auf MHC-Klasse-II-Molekülen.
3. T-Helferzell-Unterstützung: T-Helferzellen, die das gleiche Antigen erkannt haben, binden an die B-Zellen und senden Aktivierungssignale (Zytokine).
4. Differenzierung: Aktivierte B-Zellen differenzieren sich zu Plasmazellen, die große Mengen spezifischer Antikörper produzieren, und zu Gedächtniszellen, die für eine schnelle Reaktion bei zukünftigen Infektionen sorgen.

Antikörper und ihre Funktionen

Antikörper, auch Immunglobuline genannt, sind Y-förmige Proteine, die von Plasmazellen produziert werden. Sie haben mehrere Funktionen:

• Neutralisation: Antikörper binden an Pathogene und neutralisieren deren schädliche Effekte.
• Opsonisierung: Antikörper markieren Pathogene für die Phagozytose durch Makrophagen und neutrophile Granulozyten.
• Komplementaktivierung: Antikörper können das Komplementsystem aktivieren, das die Zerstörung von Pathogenen unterstützt.

Immunologisches Gedächtnis

Eine der herausragendsten Eigenschaften des adaptiven Immunsystems ist das immunologische Gedächtnis. Nach einer Erstinfektion bleiben Gedächtniszellen (T- und B-Zellen) im Körper und ermöglichen eine schnellere und stärkere Reaktion auf erneute Infektionen mit demselben Pathogen. Dies bildet die Grundlage für die Wirksamkeit von Impfungen.