Infektionswege, Antigene, Entzündung, humorale Immunabwehr

5.1
Überblick über das
Körperabwehrsystem des Menschen
5.1.2
Infektionswege, Antigene, Entzündung, humorale Immunabwehr
 

Infektionswege

Der Körper besitzt gegenüber Antigenen
verschiedene Barrieren
und natürliche
Infektionswege:

_ag00184 - Infektionswege, Antigene, Entzündung, humorale Immunabwehr

Die Haut ist
relativ undurchdringlich wegen der obersten Schicht toter, verhornter
Zellen, jedoch über die Schweiß- und Talgdrüsen kann eine
Infektion erfolgen. Zusätzlich ist die Haut z.B. mit Bakterien der
Art
Staphylococcus epidermis
(siehe
Abb. 18)
u. a. besiedelt (ca. 1012), die als Symbionten die Ansiedlung
pathogener Bakterien antagonistisch verhindern.

Diese Bakterien tragen durch ihre sauren Gärungsendprodukte
ebenfalls zum Säureschutzmantel der Haut bei.

In Mund und Magen finden sich jeweils mehr als 1010
Bakterien verschiedenster Arten, die insgesamt als mikrobielle
Abwehrbarriere
gegen Antigene bezeichnet werden.

In der Tränenflüssigkeit der Augen und im
Speichel befinden sich bacterizide
Stoffe: Lysozym in der Tränenflüssigkeit;
SCN-Ionen im Speichel.

Der Magensaft ist durch den sauren pH von 1 ein natürliches
Hindernis, ebenfalls die adhäsiven Schleime der Schleimhäute
in Mund, Luftröhre und Bronchien.

Antigene

Als Antigene wirken
Bakterien, Viren, Pilze, Protisten, Würmer
oder fremde Proteine.
Genauer gesagt sind als Antigene Oberflächen-Stoffe
der zuvor genannten Organismen wirksam.

_cellwall - Infektionswege, Antigene, Entzündung, humorale Immunabwehr

Natürlich vorkommende Antigene besitzen mehrere
anregende Determinanten an ihrer Oberfläche (=Epitope).
Bei Viren wirken bestimmte Proteine des Capsids
(Proteinhülle) als Antigen,
Proteine sind durch bestimmte globuläre Bereiche antigen
.

In Abb. 21 wirken die gelben Bereiche des Capsids antigen.

Entzündung

Wenn Mikroorganismen die Haut oder das Epithel der Atemwege,
des Verdauungstraktes oder Urogenitaltraktes durchdringen, entsteht zunächst
eine Entzündung.

  • Beschädigte Zellen setzen chemische Signale wie
    das Gewebshormon Histamin frei, die den kapillaren Blutfluß
    in dem betroffenen Bereich erhöhen (Rötung, Erwärmung).
  • Die Hitze macht die Bereiche ungünstiger für
    Mikroorganismen, erhöht die Beweglichkeit der Leukozyten und steigert
    die Stoffwechselrate der Zellen.
  • Die Kapillaren entlassen Flüssigkeit in das
    Zwischengewebe, was zur Schwellung führt. Blutgerinnungsfaktoren
    sorgen für die Bildung von Gerinnungsstoffen.
  • Monozyten (Freßzellen) phagozytieren
    tote Zellen, Fragente und Mikroorganismen

Oft kann die Entzündung die Verbreitung der Erreger
stoppen. Falls dies nicht ausreicht, wirkt das Komplement-System
oder die Immunantwort tritt ein.

Die Leber kann Schutzproteine bilden unter denen
sogenannte
Komplement-Proteine sind.
Man kennt ca. 26 hitzeempfindliche Proteine (mit C1, C2, C3 usw. bezeichnet),
die z. B. an Bakterien binden und für die Öffnung von Membranporen
sorgen, durch welche Flüssigkeit und Salze strömen. Dadurch
schwillt die Bakterienzelle an und platzt.

Sie können auch an Immunoglobuline
binden und gram-Bakterien direkt lysieren. Auch Viren können am
Eindringen in Zellen gehindert werden. Das Komplementsystem unterstützt
so den Entzündungsprozess und die Immunantwort.

Der Körper ist jedoch auch in der Lage spezifische
Reaktionen gegen spezifische Erreger zu zeigen. Man nennt diese die spezifische
Immunantwort
.
Diese geschieht durch die schon zuvor genannten Leukozyten, die
B
und die
T-Lymphozyten.
Diese Reaktionen sind effizienter als die unspezifischen und besitzen
eine Gedächtniskomponente, die die Reaktionszeit bei einem erneuten
Angriff minimiert.

  • Die durch die B-Lymphozyten hervorgerufenen Reaktionen
    resultieren in einer Antikörperbildung speziell gegen ein Antigen,
    man nennt sie humorale
    Immunantwort
    .
    (Der Ausdruck humoral kommt
    vom griechischen “humor” = Flüssigkeit)
  • Die T- Lymphozyten
    können zu aktiven Killerzellen heranreifen und eine von
    Viren befallene Zelle abtöten. Man bezeichnet diese Reaktionen
    als zelluläre
    Immunantwort
    .

Daneben gibt es noch andere Immunzellen wie NK-Zellen
(= Natürliche Killerzellen)
, die Zielzellen abtöten und
Mastzellen
, die bei Allergien eine Rolle spielen. (siehe weiter
unten) Wir erinnern uns, daß die T-Lymphozyten in der Thymusdrüse
reifen, deshalb T-, die B-Lymphozyten z.B. in Peyers Haufen, einem Äquivalent
der Bursa bei den Vögeln, deshalb B-. Beide Zellen kann man im
Mikroskop nicht unterscheiden. Im Überblick sind beide Immunreaktionen
im unteren Bild dargestellt.

 

 


Abb. 17
 

Infektionswege

 

 

 

 

 

 


Abb. 18
 

Staphylococcus epidermis

 

sepiderm - Infektionswege, Antigene, Entzündung, humorale Immunabwehr

 

 


Abb. 19
 

Bakterienzellwände

 

 


Abb. 20
 

Epitope

 


aDeterm - Infektionswege, Antigene, Entzündung, humorale Immunabwehr

 


Abb. 21
 

Poliovirus

 

 

polio1 - Infektionswege, Antigene, Entzündung, humorale Immunabwehr

Computermodell

 

 

 

 

 

 


Abb. 22
 

Komplement-Protein

 

 

kompl1 - Infektionswege, Antigene, Entzündung, humorale Immunabwehr

 

 

 


Abb. 23
 

Humorale Immunantwort Zelluläre
Immunantwort

 

 

 

 _irsum - Infektionswege, Antigene, Entzündung, humorale Immunabwehr

Ein weiterer Schutzmechanismus wird durch Interferon
(Protein) bewirkt. Von Viren befallene Zellen schütten dies aus,
um andere Zellen zu warnen, sich auf einen viralen Angriff vorzubereiten.
Eine durch Interferon angeregte Zelle ist gegen Viren immun.

Alle diese Körperreaktionen wie Entzündung,
Komplementreaktion, Interferonausschüttung werden zur unspezifischen
Immunantwort
gerechnet, d.h. sie sind nicht gegen einen speziellen
Erreger (spezielles Antigen) gerichtet.

B-Zellen
können nach Stimulierung zu Plasmazellen werden und Antikörper
(Ig) produzieren, die im Blut und der Lymphe zirkulieren und die fremden
Antigene für die Phagozytose markieren und festhalten. Immunoglobuline
findet man auch in den Körpersekreten und auf der Oberfläche
von B-Zellen. Dadurch können B-Lymphozyten auch direkt Antigene
erkennen. Auf ihrer Membran findet man den IG-Fc-Rezeptor und den MHC
Klasse II-Rezeptor (MHC -Komplex =
Major
Histocompatibility
Complex,
siehe unten).

T-Zellen
kommen in 3 Formen vor:

T-Helferzellen
(TH), T-Suppressorzellen
(TS) und Cytotoxische T-Zellen
(CTL)
. T-Zellen sind in beide Immunreaktionen (humoral und
zellulär ) verwickelt.

  • T-Helferzellen
    besitzen auf Ihrer Membran das CD4-Molekül (deshalb nennt man
    die THs auch CD4-Zellen), erkennen präsentierte Antigene
    (siehe unten), stimulieren die Reifung von B- und CTL-Zellen und aktivieren
    Makrophagen.
  • T-Suppressorzellen
    besitzen auf Ihrer Membran das CD8-Molekül (deshalb nennt man
    die TSs auch CD8-Zellen). Sie beenden die Aktivität
    anderer Immunzellen.
  • Cytotoxische T-Zellen
    besitzen ebenfalls CD8-Moleküle in ihrer Membran, erkennen Antigene
    die mit MHC Klasse I-Rezeptoren präsentiert werden und töten
    Zellen, die dieses Antigen tragen.
  • T-Gedächniszellen entstehen aus aktivierten T-Helferzellen.

 

Ablauf der humoralen Immunantwort

Bei der humoralen Immunantwort
wirken verschiedene Leukozytentypen
und Makrophagen mit. Der Vorgang
verläuft in verschiedenen Phasen ab:

1. Aktivierungsphase:

Die Immunantwort beginnt, wenn eine Infektion
durch ein Antigen-tragendes Partikel ( z. B. Bakterium) stattgefunden
hat. Makrophagen durchstreifen ständig
die Gewebe und Gefäßsysteme nach Antigenen.

aphasehi - Infektionswege, Antigene, Entzündung, humorale Immunabwehr

Trifft nun ein Makrophage auf einen
Antigenträger, phagozytiert er ihn. Der Makrophage weiß nichts
darüber, ob der Antigenträger pathogen ist oder nicht, er stellt
nur fest, daß er körperfremd ist.
Teile des phagozytierten
Antigens werden an der Zelloberfläche des Makrophagen an einem speziellen
Membranrezeptor (MHC Klasse II)
angelagert, man sagt “präsentiert“.

Trifft der Makrophage auf einen anderen Leukozytentyp:
eine T-Helferzelle (CD4+-Zelle),
nehmen diese beiden Zellen über die Membranrezeptoren MHC II Kontakt
auf, der Makrophage präsentiert der T-Helferzelle das Antigen,
gebunden an den MHC II-Rezeptor. Man spricht von Antigen-Präsentation.
Gleichzeitig schüttet der Makrophage ein Protein aus:
Interleukin I (Il-1), was die T-Helferzelle
zusätzlich aktiviert.

Beides führt zur Bildung von Interleukin
II-Rezeptoren auf der T-Zell-Membranoberfläche, zur Bildung von
Interleukin II und zur Teilung der T-Zelle. Dabei enstehen außerdem
T-Suppressorzellen,
die den Vermehrungsvorgang durch Ausschüttung von speziellen Proteinen
nach einiger Zeit stoppen und T-Gedächtniszellen, die sich die Information “merken” und somit ohne Aktivierung schnell reagieren können.

2. Differenzierungsphase

Trifft eine solche aktivierte T-Helferzelle
auf eine B-Zelle, die ihr ein
Antigen präsentiert (über MHC II-Rezeptoren), wird der B-Lymphozyt
zur Plasmazelle und bildet schnell spezifische Antikörper (Ig)
gegen das Antigen. (in den Lymphknoten, Milz, und anderen lymphatischen
Organen). Plasmanzellen leben nur einige Tage (wie die B-Lymphozyten,
die nicht durch eine Antigen angeregt wurden). Neben Plasmazellen werden
aus stimulierten B-Lymphocyten B-Gedächtniszellen.

effekt0 - Infektionswege, Antigene, Entzündung, humorale Immunabwehr

Diese Zellen zirkulieren
lebenslang im Organismus und tragen die Information zur schnellen Bildung
von spezifischen Antikörpern in sich. Der Organismus ist
immun
geworden.

Die Differenzierung von B-Lymphozyten zu Plasmazellen
kann auch dann geschehen, wenn eine B-Zelle mit dem Antigen Kontakt
aufgenommen hat und es einer T-Helferzelle über MHC II präsentiert.

3. Effektorphase

Die Antikörper können an mehrere Antigene
binden und führen so zu einem Netzwerk verbundener Antigenträger.
Man nennt dies Agglutination und die Reaktion
Antigen-Antikörperreaktion.

Agglut1 - Infektionswege, Antigene, Entzündung, humorale Immunabwehr

Durch die Agglutination enstehen
sog.
Immunkomplexe,
die so groß werden können, daß sie z. B. im Blutplasma
nicht mehr löslich sind und ausfallen. Man nennt sie dann
Immunpräzipitate
und den Vorgang
Präzipitation.

Normalerweise wird dann das Komplementsystem aktiviert
und Makrophagen bauen durch Phagozytose
die Immunkomplexe ab. Sind zu viele Antigene vorhanden, können
die Immunkomplexe in Gefäßwände und Gewebe eindringen
und dort Schädigungen verursachen. Es entstehen Entzündungen,
Erythrocytenaggregate und die Blutgerinnung kann beeinflußt werden.

Membranrezeptoren an Immunzellen

Alle Zellen des Körpers besitzen MHC
I-Rezeptoren
. Sie sind jedoch von Individuum zu Individuum leicht
verändert. Körpereigene T-Killerzellen erkennen an den MHC
I-Rezeptoren
, ob eine Zelle von Viren befallen ist und töten
sie dann. Auch fremde, implantierte Organe werden an den MHC I-Rezeptoren
erkannt und deshalb abgestoßen. MHC
II-Rezeptoren
findet man nur auf Antigen-präsentierenden
Zellen wie Makrophagen, B- und T-Lymphozyten.
Die MHC-Rezeptoren gehören zu der Rezeptor-Familie der Immunoglobulin
Supergene ( beim Mensch auf Chromosom 6), zu der Immunoglobuline, T-Zellrezeptoren,
CD4 und CD8-Moleküle gehören.

Mhc1 - Infektionswege, Antigene, Entzündung, humorale Immunabwehr

Kinetik der Antikörperproduktion

Die Abb. 28
illustriert die Bildung von Antikörpern auf eine Injektion von
Antigenen bei einem Säugetier. Am Tag 0 wurden Antigene A injiziert.
Dies führt am 4. Tag zu einem Anstieg der spezifischen Antikörperkonzentration
(Meist IgM, wenig IgG ; Titer = Maß für die Menge im Serum
pro Volumeneinheit). Nach einem Titermaximum zwischen 7 und 10 Tagen
fällt die Konzentration wieder ab. Werden dem Tier am 28. Tag wieder
Antigene A injiziert, beginnt die Ig-Produktion fast schlagartig und
führt zur 1000-fach größeren Konzentration als wie bei
der 1. Immunantwort.

Akin1 - Infektionswege, Antigene, Entzündung, humorale Immunabwehr

Man nennt die erste Immunreaktion auch primäre
Immunantwort
, die Reaktion beim 2. Antigenkontakt sekundäre
Immunantwort
. Die schnelle sekundäre Immunantwort
wird durch die B-Gedächtniszellen ausgelöst. Eine Aktivierung
ist nicht mehr notwendig.

Die erstmalige Injektion eines Antigens B führt
wieder zur primären Antwort. Dies zeigt, daß die Immunantwort
spezifisch ist und ein Gedächtnis
besitzt.

Rechts ist die enstprechende Produktion der IGs bei
der primären und sekundären Immunantwort zu sehen. Man sieht,
daß zunächst IgM dann
beim 2. Mal IgG gebildet werden.

_abrsp20 - Infektionswege, Antigene, Entzündung, humorale Immunabwehr

Zusammenfassung: Humorale Immunantwort

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Abb. 24
 

Humorale Immunantwort 1

 

 

Natürliche Immunmodulatoren

In Mäusen wurde nachgewiesen, daß
das Epiphysenhormon Melatonin
die Antigenpräsentation und Antikörperproduktion
beträchtlich steigert.

(Int. J. Immunopharmacol. 15: 463, 1993.
)

Vitamin D (1,25-D3)
wirkt hemmend auf die Reifung der T-Lymphozyten
und damit indirekt hemmend auf die Antikörperproduktion durch
B-Lymphozyten.
(Müller K, Bendtzen K. 1,25-Dihydroxyvitamin
D3 as a natural regulator of human immune functions. J Invest
Dermatol 1996; Symp Proc 1:68-71.)

Interleukine
gehören zur Gruppe der Cytokine,
Signalsubstanzen, mit denen die Leukozyten untereinander kommunizieren
können. Man kennt derzeit über 20 Substanzen. Sie rufen
u. a. Fieber hervor. Cytokininrezeptoren befinden sich
auf der Zelloberfläche.

 

 

 

 

 


Abb. 25
 

Humorale Immunantwort 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Abb. 26
 

Humorale Immunantwort 3

 

 

Phago6 - Infektionswege, Antigene, Entzündung, humorale Immunabwehr

 

 

 

 

 

 

 

 


Abb. 27
 

MHC-Rezeptoren

 

 

_mhc - Infektionswege, Antigene, Entzündung, humorale Immunabwehr

Oben ist ein 3D-Bild eines verarbeiteten Peptid-Antigens
zu sehen, das in der Tasche eines MHC-Rezeptors sitzt.

 

 

 

 


Abb. 28
 

Antigenproduktion

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Abb. 29
 

sekundäre Immunantwort

 

 

 

 

 


Abb. 30
 

Humorale Immunantwort

 

 

 himmun1 - Infektionswege, Antigene, Entzündung, humorale Immunabwehr

Regulation der humoralen Immunantwort

Durch die T-Suppressorzellen
werden die Teilungsaktivitäten der beteiligten Immunzellen gestoppt.
(Immunosuppression). Eine große Menge Antikörper kann weiterhin
durch Wechselwirkung mit dem Antigen und der B-Zelle deren Antikörperproduktion
stoppen.

Weiterführende Quellen:

Immunbiologiehttp://www.emc.maricopa.edu/faculty/farabee/BIOBK/BioBookTOC.html
http://www.albany.net/~tjc/immune-system.html
Cytolytische T-Lymphocyten (CTL):http://www.ultranet.com/~jkimball/BiologyPages/B/B_and_Tcells.html
http://www-micro.msb.le.ac.uk/MBChB/2a.html
Immunreaktion des Körpershttp://www.cancerresearch.org/immresp.html
Immunreaktionenhttp://www.niaid.nih.gov/final/immun/immun.htm

http://bio.winona.msus.edu/bates/Bio241/immunolo.htm

Immunantworthttp://rex.nci.nih.gov/PATIENTS/INFO_TEACHER/bookshelf/NIH_immune/index.html
Komplementsystemhttp://www.cehs.siu.edu/fix/medmicro/cment.htm
Hat dir dieser Artikel geholfen?

Comments on this entry are closed.