Von Molekülen und Zellen
Aufgabe des Immunsystems ist die Bekämpfung von Mikroorganismen, um Infektionskrankheiten zu verhindern.
Es gibt hauptsächlich zwei Arten von Effektorfunktionen des Immunsystems: die humorale (durch Antikörper vermittelte) und die zelluläre (durch Killer- und Fresszellen vermittelte) Immunantwort. Beide Arten können ähnliche Effekte haben, z. B. das Abtöten von Bakterien. Dies kann man oft an den erstaunlich wenigen Symptomen beim Ausfall einer Komponente des Immunsystems sehen. Am besten können wir uns die Bestandteile des Immunsystems verdeutlichen, wenn wir die Zusammensetzung des Blutes als roten Faden nehmen.
Immunbestandteile des Blutes
Das Plasma
Als „Plasma“ bezeichnet man den Überstand, wenn die festen Bestandteile des Blutes abgetrennt wurden. Es handelt sich um antikoaguliertes Blut, es sind also Gerinnungsfaktoren darin enthalten. Unter „Serum“ hingegen versteht man den Überstand nach Gerinnen des Blutes. Serum unterscheidet sich vom Blutplasma vor allem durch das Fehlen von Faktoren, die beim Gerinnungsprozess durch Bildung von Fibrinkomplexen verbraucht wurden.
Im Plasma finden wir zwei wichtige Proteingruppen, welche die spezifische humorale Immunantwort vermitteln: Antikörper und Proteine der Komplementfamilie. Die Antikörper kann man in Subgruppen mit unterschiedlichen Funktionen (Ig = Immunglobuline: IgM, IgG, IgA, IgD und IgE) einteilen. Das Komplement besteht ähnlich der Blutgerinnungskaskade aus einem komplizierten Enzymmix. Es werden stufenweise Proenzyme aktiviert, bis sich der Membranangriffskomplex (MAK o. MAC) bildet. Die Komplementaktivierung kann direkt zur Lyse von Bakterien führen (über den MAC) oder aktiviertes Komplement kann an das Antigen (der Stoff, der eine Immunreaktion auslöst) binden (sog. Opsonisierung), um es z. B. von Makrophagen und anderen Phagozyten mithilfe von Komplementrezeptoren aufnehmen zu lassen. Das Gleiche gilt für Antikörper (zu Antigenen passende Immunrezeptoren), die durch Bindung von Komplement die direkte Lyse (wieder über Aktivierung der Komplementkaskade) oder eben über Antikörperrezeptoren (sog. Fc-Rezeptoren) die Aufnahme durch Makrophagen bewirken können.
Außerdem befinden sich im Blut viele Faktoren des Immunsystems, die weitverbreitete Bestandteile von Bakterien erkennen (Motiverkennung). So erkennt das C-reaktive Protein (CRP) das Phosphocholin, ein Lipid, das bevorzugt auf Bakterien und toten Zellen vorkommt. Man zählt es zu den Akute-Phase-Proteinen, einer Gruppe von Proteinen, deren Konzentration sich im Plasma bei Entzündungsreaktion schnell ändert und die in der Regel von der Leber produziert werden.
Weiterhin gibt es im Blut eine Vielzahl von Signalmolekülen. Das sind lösliche Botenstoffe des Immunsystems (die sogenannten Zytokine), die auch zu systemischen Reaktionen wie Fieber oder Schock führen.
Faktoren, die die Migration der Leukozyten regulieren, werden als „Chemokine“ bezeichnet. Sie spielen zusätzlich eine wichtige Rolle bei der Aktivierung vieler Leukozyten.
Die Zellen
Neben den Erythrozyten und Blutplättchen gibt es zwei Arten von Leukozyten: polymorphkernige Zellen (Granulozyten) und mononukleäre Zellen (Lympho- und Monozyten).
Die Granulozyten kann man je nach Anfärbbarkeit in neutrophile, eosinophile und basophile Granulozyten einteilen. Die neutrophilen Granulozyten dienen der Bekämpfung von bakteriellen Infektionen, die eosinophilen Granulozyten dagegen sind vor allem für die Bekämpfung von Parasiten verantwortlich.
Die basophilen Granulozyten entwickeln sich im Gewebe zu Mastzellen.
Die mononukleären Zellen setzen sich aus Monozyten und Lymphozyten zusammen. Monozyten werden im Gewebe zu Makrophagen, den Fresszellen.
Die Lymphozyten kann man in B-, T- und NK-Zellen unterteilen. Das „B“ kommt eigentlich von „Bursa fabricii“, der Bezeichnung eines Organs in Vögeln, in dem diese Zellen zum ersten Mal entdeckt wurden. In den neueren Büchern steht es für „bone marrow“, da sich die B-Zellen im Knochenmark ausdifferenzieren. Die Kinderstube der T-Zellen ist der Thymus. NK-Zellen sind natürliche Killerzellen, die vor allem Interferon bilden und virusinfizierte Zellen abtöten.
Die B-Zellen können sich nach Aktivierung in langlebige Plasmazellen differenzieren, die den größten Teil der Immunglobuline des Blutes bilden. Die Plasmazellen können Jahrzehnte bis lebenslang im Knochenmark oder in Lymphknoten überdauern und erzeugen so den anhaltenden Schutz nach Impfungen.
Die T-Zellen gliedern sich in zwei wichtige Hauptgruppen: die T-Helferzellen oder CD4-Zellen und die zytotoxischen T-Zellen oder CD8-Zellen. „CD“ steht für „cluster of differentiation“. Dabei handelt es sich um eine internationale Nomenklatur für Oberflächenmoleküle.
Die T-Helferzellen haben eine enorme Bedeutung als „Chefs“ des Immunsystems, die eben die ganze Immunantwort koordinieren. Beim Ausfall dieser Zellen, etwa beim „acquired immune deficiency syndrome“ (AIDS), kommt es zu schweren Infektionen. T-Killerzellen sind Effektorzellen, die vor allem virusinfizierte Zellen erkennen und abtöten.
Darüber hinaus gibt es regulatorische T-Zellen (Tregs), die eine autoreaktive Aktivierung der zytotoxischen T-Zellen verhindern. Sie sind vor allem bei Autoimmunreaktionen z. B. nach einer Kreuzreaktivität bei einer Infektion, von Bedeutung.
Angeborene und erworbene Immunität
„Angeborenes“ bzw. „erworbenes Immunsystem“ sind unglückliche Bezeichnungen, da natürlich auch die erworbene Immunität angeboren ist. Dennoch sollen sie auf einen wichtigen Unterschied hinweisen:
Die angeborene Immunität ist seit der Geburt in ihrer endgültigen Form vorhanden und erkennt allgegenwärtige Motive auf Mikroorganismen. So erkennen Granulozyten mithilfe von Rezeptoren Moleküle, die auf praktisch allen Bakterien vorkommen, und können sie dann phagozytieren. Diese Fähigkeit ändert sich im Verlauf des Lebens nicht, da die Rezeptoren unveränderlich sind. So kann sich das angeborene Immunsystem bei Infektionen nur quantitativ, jedoch nicht qualitativ anpassen.
Die erworbene Immunität hingegen entsteht im Laufe des Lebens durch Kontakt mit Erregern (Lernphase) und passt sich sowohl qualitativ als auch quantitativ an Erreger an. Das erworbene Immunsystem bildet ein Gedächtnis, durch das es nach erneuter Infektion mit dem Erreger zu besseren und schnelleren Immunreaktionen in der Lage ist. Die Lymphozyten werden aus einer Vielfalt selektiert, um die passenden Rezeptoren für ein Antigen des entsprechenden Mikroorganismus zu finden. Zusätzlich können die Rezeptoren weiterentwickelt und verbessert werden.
Das zeigt auch, weshalb beide Systeme notwendig sind: Evolution führt natürlich zu besseren Funktionen, braucht aber Zeit. Lymphozyten, die spezifisch einen Erreger erkennen, müssen sich vermehren. So dauert es einige Tage, bis erste bemerkenswerte Mengen von Lymphozyten und damit auch von Antikörpern produziert wurden. In den ersten Tagen muss also das angeborene Immunsystem die Infektion kontrollieren.
Anatomische Organisation
Primäre lymphatische Organe (Knochenmark, Thymus) und sekundäre lymphatische Organe (Lymphknoten; Milz; organassoziierte lymphatische Gewebe: MALT, BALT, GALT [Peyer-Plaques, Blinddarm u.a.]).