Das Immunsystem

Bakterien und andere Mikroorganismen sind allgegenwärtig. Sie kommen in unserer gesamten Umwelt einschließlich unseres Körpers vor. Sie leben auf unserer Haut, unseren Schleimhäuten sowie in unserem Darm. Sie werden mit jedem Handschlag, jedem Atemzug und jedem Niesen weitergereicht. Jeder Mensch beherbergt rund 10 mal mehr Bakterien an und in seinem Körper, als sein Körper selbst Zellen hat. Die meisten sind für den Menschen völlig harmlos oder sogar nützlich wie z.B. die Darmbakterien. Und wieder andere dieser Mikroorganismen können beim Menschen zum Teil schwere Infektionskrankheiten hervorrufen.

Gegen die krankheitserregenden Keime setzt sich unser Körper mit einem eigenen, komplexen Abwehrsystem, dem Immunsystem, zur Wehr. Es besteht im Wesentlichen aus zwei Komponenten, die zum Schutz des Organismus in ihren Funktionen und Aufgaben ineinander greifend zusammenarbeiten. Die unspezifische Immunabwehr ist die angeborene und damit sofort bei der Geburt verfügbare Immunkomponente. Sie wehrt gewissermaßen in der ersten Verteidigungslinie direkt körperfremde Stoffe und Zellen durch die Haut, die Schleimhäute und bestimmte weiße Blutzellen ab. Die spezifische Immunabwehr wird durch andere, spezialisierte weiße Blutzellen bewerkstelligt. Da diese Blutzellen Fremdstoffe und Erreger genau erkennen können, arbeitet diese Komponente sehr gezielt. Die spezifische Immunabwehr ist dazu noch in der Lage, sich in seiner Reaktion an Veränderungen der Eindringlinge anzupassen.

Die intakte Haut stellt eine erste sichere, zum einen mechanische und zum anderen durch Schaffung eines sauren Milieus auch eine chemische Barriere gegen das Eindringen von Fremdstoffen und Mikroorganismen wie Bakterien und Viren dar. Wenn sie jedoch - auch nur leicht - verletzt ist, öffnen sich beispielsweise Krankheitserregern die ersten Türen, um in unseren Körper zu gelangen. Unsere Schleimhäute bilden schleimige Sekrete, in denen die meisten mikroskopisch kleinen Eindringlinge gewissermaßen kleben bleiben, um dann mit dem Schleim entfernt zu werden, z.B. beim Husten aus den Bronchialschleimhäuten. Auch die Schleimhäute schaffen durch Ansäuerung ein ungünstiges Milieu für Keime. So herrscht im Schleim in der Scheide von Frauen ein pH von 3-5, im Magen sogar ein pH von 1-2. Zusätzlich setzen unsere Schleimhäute wie chemische Waffen bakterientötende Enzyme wie das Lysozym ein.

Aber auch die unspezifische Abwehr kann sich gezielter gegen Eindringlinge in den Organismus erwehren. Spezialisierte weiße Blutzellen (Leukocyten), die Granulocyten, sowie Fresszellen (Makrophagen) können sowohl eingedrungene Fremdstoffe als auch Zellen durch "Verschlingen" (Phagocytose) unschädlich machen. Die Granulocyten zirkulieren in erster Linie im Blut, während die Makrophagen ihre Arbeit mehr im Gewebe (z.B. Lymphknoten, Milz, Lunge und Leber) verrichten. Und so genannte natürliche Killerzellen, eine andere Gruppe der Leukocyten, können sogar körpereigene Zellen vernichten, wenn deren Oberfläche wie z.B. bei entarteten Zellen (Krebszellen) verändert ist. Letzten Endes werden alle erfolgreich durch das Immunsystem entdeckten und angegriffenen Bakterien und Viren einer Vernichtung durch Phagocytose unterworfen. In Form von Eiter werden die Überreste dann aus dem Körper ausgeschieden.

Dieser Abwehrmechanismus des Körpers trägt seinen Namen, weil es in Zusammenarbeit mit den anderen Komponenten des Immunsystems deren Wirkung ergänzt (komplementiert). Rund 20 verschiedene Proteine sind an diesem Abwehrweg des Immunsystems beteiligt. Sie aktivieren sich gegenseitig in einem kaskadenartigen Prozess. Beim so genannten "klassischen Weg" löst die Bindung von spezifischen Antikörpern an ein Antigen die Komplement-Kaskade aus. Er ist ein Prozess, der zur spezifischen Immunabwehr gehört. Der "alternative Weg" wird recht unspezifisch durch bestimmte Stoffe auf Mikroorganismen wie Viren, Bakterien, Pilzen und Einzellern ausgelöst. Die Komplementproteine sorgen durch Löcher, die sie durch Porenkomplexe in der Membran des Eindringlings bilden, für dessen Zerstörung (Lyse). Auch an Entzündungsreaktionen beteiligt sich das Komplementsystem. Bestimmte Komplement-Proteine lösen die Freisetzung von Histamin durch Immunzellen aus, einem Körpersignal für Verletzungen, andere locken Makrophagen zu einem Infektionsort.

Die Voraussetzung für das spezifische Erkennen eines Fremdstoffes oder einer fremden Zelle ist, dass ein ganz charakteristisches Merkmal des Eindringlings erkannt wird. Jeder Fremdstoff besitzt eine für ihn typische Oberflächenstruktur, egal ob es sich um Giftstoffe, Mikroorganismen wie Viren oder Bakterien, fremde oder entartete körpereigene Zellen handelt. Solche Stoffe, die eine Immunantwort auslösen, werden als Antigen bezeichnet. Dabei wirkt jedoch nicht eine ganze Zelle bzw. Zelloberfläche oder ein ganzes Molekül als Erkennungssignal, sondern nur jeweils recht kleine Molekülbereiche der Peptide, Proteine, Polysaccharide oder Polynucleotide, die so genannten Epitope.

Zu jedem schon bekannten Antigen trägt der Körper einen ganz spezifisch passenden Antikörper in sich. Man geht davon aus, dass bei einem intakten Immunsystem etwa 1 Million verschiedene Antikörper im Organismus vorliegen. Die Antikörper können jedoch nur effektiv wirksam werden, wenn sie in ausreichenden Mengen vorliegen, gewissermaßen in Massenproduktion gehen. Deshalb kann eine solche spezifische Immunantwort erst einige Tage nachdem der Körper Kontakt mit dem Antigen hatte erfolgen. Antigene werden von Lymphocyten, ebenfalls einer Gruppe der Leukocyten, erkannt. Sie können im Wesentlichen auf zwei verschiedene Arten auf den Antigen-Kontakt reagieren, mit der humoralen oder der zellulären Immunabwehr.

Bei der humoralen Immunreaktion werden die spezifischen Antikörper von bestimmten Lymphocyten-Typen hergestellt und als lösliche Proteine in das Blut oder die Lymphflüssigkeit freigesetzt. Diese als B-Lymphocyten bezeichneten weißen Blutzellen haben in ihre Membranoberfläche jeweils gut 100 000 identische Rezeptoren für ausschließlich ein Antigen eingebaut. Diese Rezeptoren sind aufgebaut wie Antikörper, aber fest in der Zellmembran verankert. Setzt sich ein passendes Antigen auf einen dieser Rezeptoren, bedeutet dies für den entsprechenden B-Lymphocyten das Signal, sich schlagartig durch mitotische Zellteilung zu vermehren. Es entstehen zahlreiche identische B-Lymphocyten (Zellklone). Die meisten dieser Tochterzellen differenzieren sich nun zu so genannten Plasmazellen, deren ausschließliche Aufgabe es ist, ihren ganz spezifischen Antikörper produzieren, der als Gegenstück genau zum signalgebenden Antigen passt. Bis zu 2000 Antikörpermoleküle gibt eine einzige Plasmazelle pro Sekunde an die Körperflüssigkeiten ab. Welche Bedeutung die Antikörper für unseren Organismus haben, verdeutlicht folgende Zahl: Könnte man alle Antikörper in unserem Körper isolieren und anschließend wiegen, käme man auf das stolze Gewicht von etwa 1 kg.

Das Immunsystem kann sich an Antigene mit denen es einmal Kontakt hatte gewissermaßen "erinnern", wodurch bei einem erneuten Antigen-Kontakt die Immunantwort wesentlich schneller erfolgen kann. Für diese als sekundäre Immunantwort bezeichnete Abwehrreaktion sind spezielle, langlebige Gedächtniszellen verantwortlich. Sie differenzieren sich neben den Plasmazellen beim ersten Antigen-Kontakt. Der erneute Antigen-Kontakt bewirkt, dass sie sich äußerst rasch vermehren, ebenfalls zu Plasmazellen differenzieren und gezielt ihre spezifischen Antikörper bilden und freisetzen.

Der Einwirkung der Antikörper geht zunächst eine Erkennungsphase voraus. Ein erstmals in den Organismus gelangtes Antigen wird zunächst z.B. von einem Makrophagen phagocytiert und abgebaut. Der Makrophage baut dann markante Bestandteile zur Präsentation in die eigene Zellmembran ein. Beim Kontakt einer solchen Antigen-präsentierenden Zelle mit dem entsprechenden B-Lymphocyten oder dem Andocken eines Antigens unmittelbar auf einem passenden B-Lymphocyten wandelt sich diese Blutzelle in eine Plasmazelle um und erzeugt ihre spezifischen Antikörper.

Antikörper selbst können eingedrungene Viren, Bakterien und andere Zellen in der Regel nicht zerstören. Durch die Bindung eines Antikörpers an sein spezifisches Antigen entsteht ein Antigen-Antikörper-Komplex, auch Immunkomplex genannt, der erst als Signalgeber für die nachfolgenden Abwehrreaktionen dient. Fremde Zellen oder Moleküle werden durch die Antikörper regelrecht für die weitere Behandlung durch den Körper markiert. Im Kontakt mit den Antigen-präsentierenden Phagocytosezellen werden die sogenannten T-Lymphocyten zur Teilung angeregt. Dabei differenzieren sich u.a. T-Helferzellen, die wiederum die Bildung der spezifischen Plasmazellen aus B-Lymphocyten initiieren. Diese produzieren dann die für dieses Antigen spezifischen Antikörper.

Die Wirkungen der Antikörper können durch das oben beschriebene Komplementsystem verstärkt bzw. ergänzt werden, und zwar über den so genannten "klassischen Weg". Wenn z.B. ein Bakterium in den Organismus eingedrungen ist, bilden wie beschreiben die B-Lymphocyten die spezifischen Antikörper gegen die Bakterien-Antigene. Der entstehende Antigen-Antikörper-Komplex löst dann die vernichtende Wirkkaskade der Komponenten des Komplementsystems aus. Das Komplementsystem zerlöchert die Bakterienmembran. Durch die Öffnungen strömt Wasser ein, was den Erreger zum tödlichen Platzen bringt. Die Bakterientrümmer werden anschließend ebenfalls durch Makrophagen abgebaut.

Die Antikörper oder Immunglobuline werden in 5 Klassen unterteilt. Der häufigste Typ ist mit über 70% das y-förmige IgG. Es besteht aus 2 jeweils identischen schweren und leichten Polypeptidketten. Die Ketten werden durch Schwefelbrücken zusammengehalten. In den unteren Abschnitten (das untere 3/4 des "stehenden Y") ist die Aminosäurenreihenfolge (Sequenz) der insgesamt 4 Ketten nahezu gleich (konstante Region). Im oberen Abschnitt der Arme des "Y" unterscheiden sich verschiedene IgG in ihrer Aminosäuresequenz. Hier liegen die beiden variablen Regionen mit den spezifischen Epitop-Bindungsstellen. Es trägt jeweils sowohl der Endabschnitt der leichten als auch der schweren Kette zu dieser Bindungsstelle bei. Die überwiegend in der Lymph- und Zwischenzellflüssigkeit kreisenden IgG sind wesentlich für die sekundäre Immunantwort zuständig, also die Abwehrreaktion bei einem zweiten Antigen-Kontakt. IgG aktivieren auch das Komplementsystem.

Bei den Immunglobulinen der Klasse IgM sind 5 solcher Y-Strukturen an den konstanten Regionen miteinander verknüpft. Die insgesamt 10 Epitop-Bindungsstellen auf den Y-Armen zeigen dabei nach außen. IgM werden verstärkt im Rahmen der primären Immunantwort gebildet, also beim ersten Kontakt mit einem Antigen. Sie kreisen vor allem durch die Blutbahn.

Die Klasse der IgA sind gewissermaßen Doppelmoleküle. Hier sind zwei Y-Strukturen an der konstanten Region so miteinander verbunden, dass die Arme in entgegengesetzt Richtungen weisen. Ihre Hauptaufgabe ist der Schutz der Schleimhäute, weshalb sie vorwiegend in Speichel, Tränenflüssigkeit, dem Sekret von Nase und Bronchien sowie in der Darmwand zu finden sind.

Weitere Immunglobulin-Klassen sind die IgD und IgE, beide mit einer einfachen Y-Form ähnlich gebaut wie die IgG. Sie machen nur rund 1% aller Antikörper aus. IgD sitzen vor allem auf der Membranoberfläche von B-Lymphocyten und wirken dort als Antigen-Rezeptor. Bei Antigen-Kontakt differenziert sich der entsprechende B-Lymphocyt entweder in eine Antikörper-produzierende Plasmazelle oder eine langlebige, spezifische Gedächtniszelle. IgE sitzen als Antigen-Rezeptor auf Mastzellen.

Die Aufgabe der zellulären oder über Zellen vermittelten Immunantwort ist vor allem, bereits in Körperzellen eingedrungene Fremdstoffe oder Viren unschädlich zu machen. Zu den wichtigsten hier tätigen Zellen gehören die T-Helferzellen und die cytotoxischen T-Lymphocyten. Die T-Zellen erkennen nur dann ein Antigen, wenn es auf Zellen gebunden ist, also z.B. von Makrophagen auf deren Oberfläche präsentiert wird. Wenn T-Helferzellen nun auf einen Makrophagen mit präsentiertem Antigen treffen, scheiden sie hormonähnliche Signalstoffe (Cytokine, z.B. Interleukin-2) aus. Diese mobilisieren sowohl die humorale Immunreaktion durch die B-Lymphocyten als auch die cytotoxischen T-Lymphocyten. Letztere greifen unmittelbar die Körperzellen an, die von einem Virus oder einem anderen Krankheitserreger infiziert sind. Die cytotoxischen T-Lymphocyten binden an eine infizierte Zelle und setzen einen Wirkstoff (Perforin) frei, der die Membran der infizierten Zelle durchlöchert (perforiert). Dadurch platzt (lysiert) die Wirtszelle des Krankheitserregers. Die nun freigesetzten Viren beispielsweise können jetzt durch die frei zirkulierenden Antikörper, also die humorale Immunabwehr vernichtet werden. Auf diese Weise können cytotoxischen T-Lymphocyten sogar viel größere Zellen wie Tumorzellen unschädlich machen.

An den Immunreaktionen sind noch andere Zellen beteiligt. Mastzellen sind auf ihrer Oberfläche gespickt mit Antikörpern der Klasse IgE. Mastzellen kommen besonders in den Wänden kleiner Blutgefäße, in lockerem Bindegewebe und Schleimhäuten vor. Sie sind angefüllt mit feinen Körnchen, den Granula. In diesen Golgi-Vesikeln speichern die Mastzellen entzündungsfördernde Botenstoffe wie Histamin, Serotonin und Prostaglandine. Durch Bindung eines passenden Antigens werden diese Inhaltsstoffe freigesetzt. Die Botenstoffe machen Antikörpern und Makrophagen des Immunsystems durch eine Durchblutungsförderung und eine Erweiterung der Blutgefäße den Weg zum Ort einer Infektion frei. Zusätzlich werden Immunzellen angelockt. Bei einem Allergiker können sie allerdings auch die unangenehme, komplexe allergische Reaktion auslösen.