Übung » Basiskenntnistest - Biologie

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Das Immunsystem

 

1.     Einleitung

2.     Mechanische und physikalische Barrieren

3.     Zelluläre Bestandteile des Immunsystems

4.     Übersicht über Krankheitserreger und einige exemplarische Krankheiten

5.     Angeborene Immunabwehr 

6.     Ablauf der angeborenen Immunreaktion

7.     Erworbene oder spezifische Immunabwehr 

8.     Kontrollfragen 

 

1.  Einleitung

Das Immunsystem ist das Abwehrsystem des Körpers, welches ihn vor sowohl exogenen (körperfremden) als auch endogenen (körpereigenen) Noxen (schädlichen Einflüssen) schützt. Das Immunsystem besteht aus mehreren Schichten. Vor dem Eindringen von exogenen Noxen wird der Körper generell durch mechanische Barrieren (z.B. der Haut) bewahrt. Sollten diese jedoch überwunden werden, gibt es ein eng zusammenarbeitendes System aus Zellen und Proteinen, welches das Erkennen und in weiterer Folge die Elimination der Noxen zum Ziel hat. Man unterscheidet hier die angeborene von der erworbenen Immunabwehr.

2.  Mechanische und physikalische Barrieren

Der Körper wird wie bereits erwähnt durch mechanische und physiologische Barrieren vor dem Eindringen von exogenen Pathogenen (krankheitserregenden Einflüssen) bewahrt, diese bilden die erste Verteidigungslinie nach außen. Außerdem besitzen sie Mechanismen, mit denen Pathogene wieder von möglichen Eintrittspforten abtransportiert werden.

Folgende wichtige Barrieren schützen den Organismus: 

Haut: Epidermis (äußerste verhornende Schicht) als Barriere. Talg, Schweiß und Normalflora der Haut (physiologisch vorkommende Mikroorganismen) als Wachstumsbremse für pathogene Mikroorganismen

Schleimhaut: Schleim hat Bindefunktion. wiederum Normalflora, welche das Wachstum von pathogenen Mikroorganismen verhindert

Augen: Tränen haben Abtransportfunktion. Außerdem findet sich das antimikrobielle Enzym Lysozym in der Tränenflüssigkeit.

Atemwege: Schleim hat Bindefunktion und wird durch Flimmerepithel (winzig kleine Härchen, welche in eine Richtung schlagen) abtransportiert

Mundhöhle: Antibakterielles Enzym "Lysozym"

Magen: Magensäure und Protein abbauende Enzyme

Darm: physiologische Normalflora des Darmes bewirkt Hemmung des Wachstums von pathogenen Mikroorganismen, Abtransport durch ständige Entleerung und durch darmassoziertes lymphatisches Gewebe (GALT)

Harntrakt: Abtransportfunktion durch Harnausspülung, osmotische Effekt der hohen Harnstoffkonzentration

3.  Zelluläre Bestandteile des Immunsystems

Grundsätzlich entstehen die Bestandteile des Immunsystems aus zwei verschiedenen Zellreihen: aus myeloischen und lymphatischen Vorläuferzellen.

Entstehen aus myeloischen Vorläuferzellen:

  • Granulozyten
  • Makrophagen
  • Natürliche Killerzellen
  • Dendritische Zellen

Entstehen aus lymphatischen Vorläuferzellen:

  • T-Lymphozyten
  • T-Helferzellen (CD 4+)
  • Regulatorische T-Zellen
  • Zytotoxische T-Zellen (CD 8+)
  • B-Lymphozyten
Abb. 1: Übersicht über das Immunsystem

4.  Übersicht über Kr­­­­­ankheitserreger und einige exemplarische Krankheiten

Krankheitserreger

DNA Viren


 
  • Hepatitis B
  • Lippenherpes (Herpes labialis, HPV 1)
  • Hornhautherpes
  • Pocken

RNA Viren

  • Grippe
  • Mumps
  • Erkältung
Bakterien
  • Hauterkrankungen
  • Lungenentzündung
  • Wundstarrkrampf (Tetanus)
  • Typhus
  • Tuberkulose
Pilze
  • Soor
  • Geschwüre an Lunge, Lymphknoten, Haut und Schleimhäuten
Protozoen
  • Amöben
  • Schlafkrankheit
  • Malaria
Würmer
  • Durchfall
  • Anämie
  • Übelkeit
  • Erbrechen

5.  Angeborene Immunabwehr

Die angeborene Immunantwort, ist wie der Name schon sagt, ein Teil des Immunsystems, welcher schon direkt nach der Geburt weitestgehend funktionsfähig ist, sowie im Genom festgelegt und damit unveränderlich ist.

Zelluläre Bestandteile

Zu den zellulären Bestandteilen der angeborenen Immunabwehr zählen die Granulozyten, Makrophagen, Natürliche Killerzellen, Monozyten, dendritischen Zellen und Mastzellen.

Die Granulozyten stellen den größten Anteil (45%-75%) der Leukozyten. Es gibt verschiedene Untergruppen, die eosinophilen, basophilen und neutrophilen, welche unterschiedliche Aufgaben erfüllen. Sie alle werden im Knochenmark gebildet und ins Blut abgegeben. Sie haben die Fähigkeit vom Blut ins Gewebe einzuwandern und tragen im Zytoplasma zahlreiche Bläschen (Vesikel oder Granula), die Stoffe enthalten, mit denen Krankheitserreger getötet werden können.

Makrophagen sind, wie der Name bereits sagt, große Fresszellen, das heißt, sie haben die Fähigkeit, eingedrungene Erreger zu phagozytieren. Sie sitzen im Gewebe und haben zusätzlich die Fähigkeit die adaptive Immunantwort zu aktivieren, sollte die Phagozytose nicht funktionieren. Sie reifen aus Monozyten, welche sich im Blut befinden.

Natürliche Killerzellen (natural killer cells, NK) sind eine wichtige Zellgruppe im Kampf gegen Infektionen und Krebs, da sie Zellen vernichten können, ohne davor mit dem Krankheitserreger selbst in Kontakt gewesen zu sein. NK Zellen erkennen den MHC-I Komplex (Major Histocompability Cluster I), der auf allen gesunden Körperzellen vorkommt. Fehlt einer Zelle dieser spezifische MHC I, wird das "Kill"-Signal vermittelt und die NK vernichtet die Zielzelle. Es gibt noch andere Signale, welche die NK ruhen lassen und inaktivieren.

Monozyten sind zur Phagozytose fähige Zellen, die sich im Blut aufhalten und die Vorstufen von Makrophagen und auch einem Teil der dendritischen Zellen sind. Zusätzlich können sie durch Antigenpräsentation die adaptive Immunantwort triggern.

Dendritische Zellen sind eine Zellgruppe, die sowohl aus Monozyten als auch aus T-Zell Vorläufern entstehen und der Präsentation und Prozessierung von Antigenen beitragen. Sie sind als einzige Zellen in der Lage, direkt T-Zellen zu aktivieren.

Humorale Bestandteile

Zusätzlich zu den zellulären Bestandteilen, wirken an der angeborenen Immunantwort auch noch andere humorale (die Körperflüssigkeit betreffende) Bestandteile mit. Dazu gehören das Komplementsystem und die große Gruppe der Interleukine.

Das Komplementsystem ist eine Gruppe von über 20 Plasmaproteinen mit unterschiedlichen Eigenschaften und Aufgaben. Prinzipiell dient es der Abwehr und von Mikroorganismen, es hat aber auch zytotoxische (Zell zerstörende) Funktionen.

Interleukine sind körpereigene Botenstoffe, welche zur Gruppe der Zytokine gehören und von Leukozyten gebildet werden. Sie haben unterschiedliche Funktionen und regen beispielsweise Leukozyten zu Wachstum, Reifung und Teilung an oder wirken als proinflammatorische (eine Entzündung hervorrufende) Signale.

6.  Ablauf der angeborenen Immunreaktion

Zu aller erst muss gesagt werden, dass es unzählige verschiedene Noxen gibt, welche die Immunantwort auslösen können und der Ablauf sehr variabel ausfällt. Die Zellen und Faktoren sind in unterschiedlicher Weise und Reihenfolge beteiligt, je nach Ort und Art der Infektion. Angeborene und adaptive Immunabwehr arbeiten eng miteinander zusammen und die Systeme sorgen gemeinsam dafür, dass der Organismus vor Pathogenen geschützt ist.

Prinzipiell verfügt jede Zelle im Körper über den Haupthistokompatibilitätskomplex (MHC) auf der Zelloberfläche, welcher sie als körpereigene Zelle ausweist. Fehlt dieser, werden die Zellen von den NK Zellen in die Apoptose (Zelltod) getrieben.

Gelangt ein Mikroorganismus durch die Schutzbarrieren ins Gewebe, wird er von den dort befindlichen Makrophagen über Rezeptoren auf der Zelloberfläche erkannt. Diese setzen Chemokine (chemische Botenstoffe aus der Gruppe der Zytokine) frei. Dies bewirkt eine weitere Einwanderung von Makrophagen und neutrophilen Granulozyten ins infizierte Gewebe. Diese beginnen dann mit der Phagozytose, wobei neutrophile Granulozyten absterben und mit dem Eiter ausgeschieden werden, während Makrophagen jedoch langlebig sind. Am Entzündungsort finden sich auch noch Mastzellen, welche Histamin und das Zytokin TNF-α (proinflammatorische Botenstoffe) freisetzen. Diese bewirken, dass die Wände der Blutgefäße durchlässiger für Flüssigkeiten, Proteine und auch andere Immunzellen werden. Dadurch kommt es zu den typischen Zeichen einer Entzündung, wie Schwellung, Rötung und Wärme.

Im Blut finden wir außerdem die verschiedenen Proteine des Komplementsystems. Diese können den Membranangriffskomplex bilden, welcher eine Pore in der Zellwand von Bakterien erzeugt und somit die Zytolyse bewirkt.

Zytokine vermitteln im Hypothalamus den Anstieg der Körperkerntemperatur, das typische Fieber bei einer systemischen Erkrankung. 

7.  Erworbene oder spezifische Immunabwehr

Kann ein Krankheitserreger nicht durch die Zellen der angeborenen Immunabwehr eliminiert werden, wird das spezifische Immunsystem aktiv, zu dem die B- und T-Lymphozyten gehören. Ein Charakteristikum des spezifischen Abwehrsystems ist die Erkennung von Krankheitserregern (bzw. deren Antigenen) durch eine Vielzahl hochspezifischer Antigenrezeptoren. 

Die spezifischen Merkmale, gegen die sich das Immunsystem richtet, werden als Antigene bezeichnet. Da so viele verschiedene Antigenrezeptoren gebildet werden, gibt es im Körper für fast jeden Krankheitserreger Lymphozyten, die mit einem genau zu diesem Krankheitserreger passenden Antigenrezeptor ausgestattet sind.

Bei den Lymphozyten unterscheidet man die B- von den T-Lymphozyten. T-Lymphozyten reifen im Thymus, wo sie auch ihre spezifischen Antigenrezeptoren ausbilden. Mit diesen Rezeptoren können sie dann Fremdkörper erkennen. T-Zellen können dies allerdings nur, wenn die Antigene der Fremdkörper von antigenpräsentierenden Zellen vorgezeigt werden.

Die Krankheitserreger werden dabei durch bestimmte Oberflächenmerkmale (z.B. Kohlenhydrate) erkannt. Die Antikörper, die von Plasmazellen (entsprechen dem letzten Entwicklungsstadium der B-Zelle) gebildet werden, binden spezifisch an ein bestimmtes Antigen, und es kommt zur Antigen-Antikörper-Reaktion. Treffen B-Zellen auf Antigene, so werden die B-Zellen aktiviert und differenzieren zu Plasmazellen. Die ausdifferenzierten B-Zellen produzieren Antikörper (Immunglobuline), die spezifisch an Antigene binden und somit die humorale Immunantwort einleiten können. Bei der spezifischen Immunantwort werden, im Gegensatz zur unspezifischen Immunantwort, Gedächtniszellen gebildet. Diese Gedächtniszellen ermöglichen bei einer erneuten Infektion durch den gleichen Krankheitserreger eine schnellere Immunreaktion des Körpers.

Das spezifische und das unspezifische Abwehrsystem kommunizieren untereinander mit Hilfe von sogenannten Antigen-präsentierenden Zellen (APCs). Dazu zählen Monozyten, B-Lymphozyten, dendritische Zellen und Makrophagen. Diese Zellen phagozytieren die Fremdkörper und präsentieren dann die enthaltenen Antigene an MHC-II-Molekülen, die sich an der Oberfläche der Zelle befinden. Die Antigene werden dann von T-Helferzellen erkannt und eine Immunreaktion wird ausgelöst.  

Kontrollfragen:

1

Von welchen Zellen können T-Zellen direkt aktiviert werden?

T-Zellen werden nur durch Dendritische Zellen direkt aktiviert. B-Lymphozyten bilden selbst Antikörper und aktivieren T-Zellen nicht. Phagozyten und Granulozyten gehören zwar zu den Antigen-Präsentierenden-Zellen, aktivieren jedoch die T-Lymphozyten nicht direkt.

2

Wie erkennt das Immunsystem, ob Zellen körpereigen sind?

Das MHC (Major Histocompatibility Complex bzw. Haupthistokompatibilitätskomplex) befindet sich auf der Außenseite fast aller Zellen und lässt eine Erkennung körpereigener Zellen zu. Autoimmunreaktionen sind hochkomplex und haben unter anderem etwas mit der Präsentation eben dieser MHC-Komplexe zu tun. Granulozyten werden durch Zytokine (ausgeschüttet bei Entzündungen) auf den Plan gerufen und Chemotaxis ist die Bewegung der Immunzellen, angelockt durch bestimmte chemische Botenstoffe.

3

Welche Zellen stellen den größten Anteil der Leukozyten?

Die häufigsten Leukozyten sind die neutrophilen Granulozyten. Weiter gibt es noch (in absteigender Häufigkeit) neutrophile, eosinophile und basophile Granulozyten. 

4

Welche Untergruppen der Granulozyten gibt es?

1.    Eosinophile
2.    Basophile
3.    Acidophile
4.    Neutrophile
5.    Nucleophile

Wegen der Affinität zu unterschiedlichen Anfärbungsmethoden im histologischen Präparat unterscheidet man neutrophile, eosinophile und basophile Granulozyten.

5

T-Lymphozyten:

T-Zellen reifen im Thymus, während B-Zellen unter anderem in den Lymphknoten reifen.

6

Auf der Haut eines gesunden Menschen finden wir:

Die gesunde Haut wird von einer Vielzahl von Mikroorganismen bewohnt. Das hat auch Vorteile für den Menschen, da sie zum Beispiel die gefährlichen Keime verdrängen.

7

Welche der folgenden gehören zu den zellulären Bestandteilen der angeborenen Immunabwehr?

Granulozyten gehören zur angeborenen, zellulären Immunabwehr. Das Komplementsystem ist zwar ebenfalls angeboren, aber nicht zellulär und die B-Lymphozyten sind zellulär aber nicht angeboren.

8

Welche der folgenden gehören zu den humoralen Bestandteilen der angeborenen Immunabwehr?

Granulozyten sind zwar angeboren, gehören jedoch zum zellulären Teil der Immunantwort. Antikörper werden von den B-Lymphozyten gebildet (bzw von Plasmazellen, welche aus B-Lymphozyten differenziert sind) und sind daher nicht angeboren. Das Komplementsystem ist angeboren und nicht zellulär, also humoral.

9

Wie nennt man die spezifischen Merkmale, gegen die sich das Immunsystem richtet?

Antigene sind Merkmale an welchen das Immunsystem Erreger und körpereigene Zellen unterscheiden kann. Antikörper sind in der Lage an Antigenen zu binden und so verschiedene Reaktionen auszulösen.

10

Was ist die Aufgabe von Natural Killer Zellen?

NK Zellen erkennen den MHC-I Komplex (Major Histocompability Cluster I), der auf allen gesunden Körperzellen vorkommt. Fehlt einer Zelle dieser spezifische MHC I, wird das "Kill"-Signal vermittelt und die NK vernichtet die Zielzelle.