Immunsystem Aufgabe des Immunsystems: Schutz vor Krankheitserregern und schadhaften Substanzen. Zwei Verteidigungslinien stehen dafür zur Verfügung, eine äußere und eine innere. Äußere Verteidigungslinie Haut, Hornschicht: für Mikroorganismen nahezu undurchdringbar (Hautschäden: Infektionsgefahr!) Talg, Schweiß: Abschwemmeffekt, Säuremantel (bakteriostatisch, bakterizid, Cave: übermäßige Hygiene, Lösungsmittel) Schleimhäute, Flimmerepithel: oft besteht hier eine mikrobielle Flora, die der Ansiedlung pathogener Keime entgegenwirkt (Beispiel für eine gelungene Symbiose: Vaginalbereich mit Milchsäurebakterien, die eine Vermehrung schadhafter Keime verhindern und den ph-wert sauer hält) Magen: saurer Magensaft denaturiert Eiweiße und führt damit zur Abtötung der meisten Keime Innere Verteidigungslinie: unspezifische und spezifische Abwehr ( Immunsystem ) 1
Immunsystem: körpereigene Abwehr Unser (wie auch jeder andere) Organismus muss jederzeit in der Lage sein, schadhafte Erreger eliminieren zu können. Zu diesem Zweck hat sich das Immunsystem entwickelt. Die Abwehrmechanismen müssen so beschaffen sein, dass sie vom ersten Tag der Geburt an funktionieren (unspezifische, angeborene Abwehr) sich im Laufe des Lebens auf neue Erreger einstellen können (spezifische, erlernte Abwehr) Grundlegende Begriffe der Immunabwehr sind also: Unspezifische, angeborene Immunabwehr Komplementsystem Akute-Phase-Proteine Interferone Lysozym Makrophagen Mikrophagen Natürliche Killerzellen (NK-Zellen) Spezifische, erlernte Immunabwehr T-Lymphozyten T-Helferzellen T-Suppressorzellen T-Killerzellen B-Lymphozyten Plasmazellen Gedächtniszellen Humorale Abwehr: zirkuliert passiv, in den Körperflüssigkeiten vorkommend Zelluläre Abwehr: wandert aktiv 2
Unspezifische, angeborene Immunabwehr Das unspezifische Immunsystem reagiert bei einer Bedrohung immer gleich, unabhängig davon, wie oft ein Erreger bereits aufgetreten ist ( spezifische Immunabwehr, adaptive Abwehrstärke). Das älteste Abwehrprinzip ist wohl das Prinzip der frei im Blut mit schwimmenden Makromoleküle ( humorale Abwehr). Wichtigster Vertreter ist das Komplementsystem, ein System aus ca. 20 verschiedenen Eiweißen. Deren Funktion ist genau aufeinander abgestimmt und bildet so eine Enzymkaskade mit festgelegtem Ablauf. Es kann über drei verschiedene Wege aktiviert werden: Klassischer Weg Antikörper des Komplementsystems erkennen Antigene auf der Oberfläche der Erreger und aktivieren weitere Schritte. Alternativer Weg Kohlehydrate auf der Oberfläche der Erreger sind so beschaffen, dass sie von alleine das Komplementsystem aktivieren. Dritter Weg Der Zucker Mannose kommt nur auf körperfremden Mikroorganismen vor und wird vom körpereigenen Eiweiß MBL (Mannose-bindendes Lektin) erkannt. 3
1. Nach der Aktivierung des Systems kommt es zur Wirkung der Faktoren C3 und C5 (graue Kugel = Erreger) 2. Es folgt eine Histaminausschüttung aus Mastzellen und eine Gewebsschwellung sowie 3. Ein Anlocken von Fresszellen aus dem Blut ( Chemotaxis ) 4. Mittels weiterer Faktoren wird auf dem Erreger ein Komplex aufgebaut: MAK (=Membranangriffskomplex) 5. Der MAK senkt sich in die Zellmembran und durchlöchert diese 6. Am Ende steht das Abtöten der Erregerzelle (Lyse) Ablauf des Komplementsystems 4
Akute-Phase Proteine und Interferone Akute-Phase-Proteine sind zum Beispiel das C-reaktive Protein (CRP). Dieses wird häufig in einem Schnelltest in der Apotheke gemessen und gibt Auskunft über vorhandene Entzündungsgeschehen im Körper. Ihre Wirkung besteht darin, dass sie sich an die Oberfläche fremder Erreger binden und diese miteinander verklumpen lassen. Weiterhin aktivieren sie das Komplementsystem und locken Fresszellen aus der Blutbahn ins Gewebe (Chemotaxis). Interferone sind Signalmoleküle. Virusinfizierte Zellen setzen Interferone frei und zeigen damit nicht infizierten Nachbarzellen an, dass ein Virusinfekt droht. Darauf hin fahren diese ihre Proteinsynthese derart drastisch herunter, dass sich die Viren wesentlich langsamer vermehren. 5
Lysozym, Makro- und Mikrophagen Lysozym ist ein kohlehydratabbauendes Enzym im Mundspeichel und in der Tränenflüssigkeit, das die Zellwand der Bakterien direkt angreift und anlöst. Die Bakterien platzen schließlich, noch bevor sie ins Körperinnere eindringen können. Makrophagen ( große Fresser ) befinden sich in den Zellen des mononukleären Phagozytosesystems (MPS), also der Leber, Lunge, Milz, Lymphknoten, Knochenmark, Bindegewebe und im Gehirn. Sie sind für die Phagozytose verantwortlich, indem sie amöboid um den Erreger herum fließen und diesen komplett vertilgen. Mikrophagen machen im wesentlichen das gleiche wie Makrophagen, es handelt sich aber um kleinere Zellen. 6
Natürliche Killerzellen ( NK-Zellen) Während Mikro- und Makrophagen Fremdkörper vor allem außerhalb der Zellen attackieren, kommen im Zellinneren NK-Zellen zu Einsatz, sie dienen also der inneren Sicherheit. NK-Zellen erkennen infizierte (Viren!) oder krankhafte (Krebs!) Zellen an ihrer veränderten Oberflächenstruktur: Sie erkennen Oberflächen, die bereits mit Antikörpern bedeckt sind Sie besitzen einen tötungs-aktivierenden und einen tötungs-hemmenden Rezeptor Gesunde Zellen bilden einen Major Histocompatibility Complex (MHC), der den tötungshemmenden Rezeptor dem tötungs-aktivierenden Rezeptor vorschaltet Infizierte oder entartete Zellen verlieren oft die Fähigkeit, MHC zu bilden Bekommen die NK-Zellen das Signal zur Tötung, bilden die Perforin, welches ein Loch in die Bakterienzelle frisst. Es kommt wie beim Komplementsystem zu Lyse. 7
Wichtige Begriffe des unspezifischen Immunsystems Unspezifische Abwehr Bewirkt eine angeborene Immunität. Sie besteht aus zellulären (neutrophilen, eosinophilen und basophilen Granulozyten, Makrophagen/Monozyten, Mastzellen) und humoralen Komponenten (Komplementsystem, Zytokine, Interferone, Akute-Phase-Proteine u.a.). Phagozytose Wird durch die Zellen der unspezifischen Abwehr bewirkt und betrifft Erreger und befallene Zellen. Natürliche Killerzellen erkennen infizierte und veränderte Körperzellen und induzieren deren Apoptose. Komplementsystem Läuft kaskadeartig ab und führt zur Bildung von Mediatoren, die eine Lyse von Erregern bewirken. Zytokine induzieren Entzündungsreaktionen, Interferone hemmen Proliferationsvorgänge und Virusreplikationen und beide Mediatorsysteme aktivieren auch die spezifische Abwehr. Akute-Phase- Proteine begrenzen Entzündungen. 8
Spezifisches, erlerntes Immunsystem Diesen Teil unseres Immunsystems meinen wir häufig, wenn wir von dem Immunsystem reden. Die spezifische Immunität richtet sich nicht gegen viele, sondern gegen einzelne, speziell ausgesuchte Erreger. Das Immunsystem muss den richtigen Umgang mit dem jeweiligen Erreger erst erlernen ( Immunisierung, Primärantwort). Ab diesem Zeitpunkt besitzt der Organismus hochspezialisierte Lymphozyten, die genau diesen (aber nur diesen) Erreger angreifen können (Sekundärantwort). Es existieren T-Lymphozyten (thymus) und B-Lymphozyten (bone marrow). Bei beiden laufen Primärund Sekundärantworten gleich ab. T-Lymphozyten bilden dabei die zellgebundene spezifische Immunität, indem sie die Immunreaktion modulieren oder auch Zellen direkt abtöten können. B-Lymphozyten bilden die nicht zellgebundene (humorale) spezifische Immunität und sind in der Lage, Antikörper zu bilden. Das Immunsystem reagiert dabei auf Antigene: das sind für den Organismus fremde Substanzen (z.b. Viren, Bakterien, Kot der Hausstaubmilbe, Pollen, Oberflächenstrukturen von Zellen), außerdem auch hochmolekulare Substanzen (Proteine, Lipide, Nucleinsäuren ). Das Immunsystem reagiert dabei nicht auf das gesamte Antigen, sondern auf eine spezifische Teilstruktur, der sogenannten Determinante (auch Epitope). Es kommt zu Antigen-Antikörper- Reaktionen. 9
Lymphatische Organe Lymphozyten spielen bei der spezifischen Immunabwehr die zentrale Rolle. Sie werden in primär-lymphatischen Organen gebildet (Thymus, Knochenmark) und wandern dann in die sekundär-lymphatischen Organe (Milz, Lymphknoten, Tonsillen, lymphatisches Gewebe in den Schleimhäuten). Thymus Nur beim Kind voll ausgebildet, ab dem Jugendalter in einen Fettkörper umgewandelt. Bis dahin werden zahlreiche T- Lymphozyten ausgebildet. Später übernehmen andere Organe diese Funktion. Lymphknoten Filtern und reinigen das Blut. Bei Infektionen schwellen sie an und sind druckschmerzhaft. Milz Dieses 150 g schwere Organ im linken Oberbauch hat während ihres Lebens zahlreiche Funktionen von Blutbildung zum Blutabbau, spezifische Abwehrvorgänge, Phagozytose und Klärung des Blutes (Abfangen von Gerinnungsprodukten). 10
Spezifisches, erlerntes Immunsystem 11
Beispiel für spezifisches/unspezifisches Immunsystem: Das Immunsystem als Beispiel Reinigungskraft mit Reinigungswagen: -Ein Fleck wird erst Mal mit dem Lappen und warmen Wasser behandelt (entspricht unspezifisches Immunsystem) - erst bei ausbleibendem Erfolg wird ein spezielles Reinigungsmittel ausprobiert (spezifisches Reinigungsmittel) -Taucht später irgendwann mal ein ähnlicher Fleck auf, kann die Reinigungskraft sofort das spezifische Mittel anwenden (Gedächtniszelle). 12
Antikörper Antikörper sind Teil der Sinnesorgane des Immunsystems und kommen entweder auf der Oberfläche von T-Lymphozyten vor oder schwimmen frei im Blutplasma. Alle Antikörper sind prinzipiell gleich aufgebaut aus zwei schweren H-Ketten (heavy) und zwei leichten L-Ketten (light). Im Blut schwimmende Antikörper ( Immunglobuline ) sind in fünf Klassen eingeteilt. 13
Immunglobuline IgG Kleinster Antikörper Bildet 80 % aller freien Immunglobuline Aktiviert in erster Linie das Komplementsystem Plazentagängig + HWZ von 30 Tagen bilden für das Neugeborene einen Nestschutz über 3 Monate (Immunsystem des Säugling etwa ab dem 6.Monat kompetent). IgA 13 % der Ig-Konzentration Infektionsschutz auf Schleimhäuten (Speichel, Schweiß, Tränen, Nasenhöhle, Bronchien, Harnwege, Scheidensekret) Geht mit der Muttermilch auf den Säugling über und schützt diesen (wenn er denn gestillt wird) effektiv vor Darmentzündungen IgM Größtes Immunglobulin mit 6 % Gesamtanteil Liefert die Initialzündung bei der Abwehr neuer Antigene während der Primärantwort Sehr starke Aktivierung des Komplementsystems, Vermittlung einer Agglutinationsreaktion (Zusammenkleben antigenbesetzter Partikel) Agglutiniert als einziges Ig Blutkörperchen direkt (AB0-System!) IgE Bildet nur 0,002 % aller Immunglobuline Vorkommen vor allem auf Mastzellen und im Bindegewebe der Haut und des Atemtrakts Bei einer allergischen Reaktion und bei Parasitenbefall produzieren Lymphozyten so viel IgE, dass die Mastzellen damit überflutet und selbst Antigen-empfindlich werden; sie platzen dann in großer Zahl und geben unter anderem viel Histamin frei. Die allergische Reaktion ist die Folge IgD 0 1 % Häufigkeit Mehr hat IgD den Forschern noch nicht preisgegeben :-/ 14
Impfungen Immunität bedeutet, dass ein Organismus einen Erreger ohne pathologische Reaktion unschädlich machen kann. Wie gesehen kann das durch eine Infektion mit dem Erreger (Cave: Folgerisiken?!) erfolgen oder aber durch eine Impfung. Da wir jetzt wissen, wie eine Immunantwort mit anschließender erworbener Immunität abläuft (Infektion Bildung von Antikörpern Bildung von Gedächtniszellen), können wir auch zwei verschiedene Impfmechanismen feststellen: Impfung von Antigenen zur Auslösung einer Immunantwort (aktive Impfung) Impfung von zuvor hergestellten Antikörpern für eine direkte Immunisierung (passive Impfung) 15
Aktive Impfungen Aktive Immunisierung Impfstoffe enthalten Antigene, die eine Immunisierung hervorrufen und dadurch eine Infizierung mit dem Erreger simulieren. Dafür muss genügend Antigen vorhanden sein, aber nicht so viel, dass eine ernsthafte Erkrankung erfolgt ( Impfkrankheit ). Je nach Art des Impfstoffs unterscheidet man Lebend-Impfstoffe mit abgeschwächten Erregern Gelbfieber (STAMARIL, Impfzentren) Masern/Mumps/Röteln (MMRvaxPro ) Poliomyelitis (IPV-Virelon, Oral-Virelon ) Lebend-Impfstoffe dürfen nicht an Personen verimpft werden, die immunsupprimiert sind (KI) Tot-Impfstoffe mit inaktivierten Erregern bzw. deren isolierten Antigenen FSME (FSME-Immun, Encepur ) Grippe (Begrivac, Influsplit, MUTAGRIP ) Hepatitis A/Hepatitis B (Twinrix ) Tollwut (Rabipur ) Cholera Pertussis (Pac Merieux ) Typhus Pneumokokken (Pneumovax ) Meningokokken (Mencevax ) Toxoid-Impfstoffe enthalten entgiftetes Toxin Diphtherie (in Mehrfachinpfstoffen, z.b. REVAXiS mit Tetanus und Poliomyelithis u.v.a.) Tetanus (Tetanol ) 16
Passive Impfungen Passive Immunisierung (Serum-Prophylaxe) Impfstoffe enthalten vorgefertigte Antikörper. Diese Sera genannten Impflösungen stammen sowohl von tierischen Organismen wie auch aus menschlichem Blut (hier werden sie auch Immunglobulin-Präparate genannt, TFG!) Größter Vorteil: sofortiger Impfschutz. Größter Nachteil: kurze Dauer des Schutzes durch fehlende Gedächtniszellen (oft nur einige Wochen) Passive Immunisierungen werden demzufolge bevorzugt, wenn Eine Infektion wahrscheinlich ist Die Inkubationszeit für die eigene Antikörperproduktion unzureichend ist Geeignete Antiinfektiva nicht zur Verfügung stehen Wenn irgend möglich, wendet man Simultan-Impfungen an (aktiv + passiv, z.b. Tetanol /Tetagam ). Je nach Art des Impfstoffs unterscheidet man Spezifische Immunglobuline (Ig) FSME-Ig (FSME-Bulin Immuno ) Hepatitis-A-Ig (Beriglobin ) Hepatitis-B-Ig (Hepatect ) Tetanus-Ig (Tetagam ) Unspezifische Immunglobuline (Ig) Tierseren Z.B. Diphtherie-Antitoxin (Pferd) Botulismus, Gasbrand, Schlangengift, Skorpiongift, Digitalis 17
Wichtige Begriffe des spezifischen Immunsystems Spezifische Abwehr erfolgt durch immunkompetente Zellen (Lymphozyten) und spezifische Antikörper. Sein wird durch Antigene stimuliert und tritt im Gegensatz zur unspezifischen Abwehr mit einer Latenz von mehreren Tagen auf. Antigene Sind körperfremde Zellbestandteile bzw. Substanzen. Sie werden von immunkompetenten Lymphozyten erkannt, die Antikörper gegen bestimmte Antigene an ihrer Oberfläche tragen. Antikörper Dienen der spezifischen humoralen Abwehr. Sie werden von aus B-Lymphozyten hervorgegangenen Plasmazellen produziert und bilden mit Antigenen Antigen-Antikörper-Komplexe. Es gibt fünf Antikörperklassen (IgG, IgM, IgA, IgD und IgE). T-Lymphozyten Dienen der spezifischen zellulären Abwehr. Zytotoxische T-Zellen zerstören fremdes Antigen tragende Zellen. T-Helferzellen unterstützen die Aktivität der zytotoxischen T-Zellen und Makrophagen (eliminieren Antigene, steigern Antikörperproduktion). T-Regulatorzellen verhindern überschiessende Immunreaktionen. Jedes Antigen stimuliert nur genau die B- und T-Lymphozyten, die dieses erkennen. Die stimulierten Lymphozyten proliferieren und bilden einen Klon. Aktive Impfung Dient der Immunisierung, d.h. der Induktion von spezifischen Abwehrmechanismen durch abgeschwächte Erreger. Der lang währende Schutz beruht auf der Ausbildung von Gedächtniszellen aus einem Teil der B- und T-Lymphozyten. 18
Natürliche Immunität am Beispiel der Blutgruppen 19