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. Es lässt sich dabei in mehrere Schichten unterteilen, so ist beispielsweise die Haut die erste mechanische Barriere, die den Körper vor dem Eindringen von exogenen Noxen bewahrt. Sollte diese jedoch überwunden werden, gibt es ein eng zusammenarbeitendes System aus Zellen und Proteinen, die das Erkennen und in weiterer Folge die Elimination der Noxen zum Ziel hat. Man unterscheidet in der Immunbiologie zwischen der angeborenen und der erworbenen/spezifischen Immunabwehr.

Einiges in diesem Kapitel wird euch bereits aus anderen Skripten bekannt vorkommen. Da das Thema Immunbiologie jedoch explizit in einem eigenen Abschnitt auf der Stichwortliste erwähnt wird, widmen wir diesem wichtigen Thema ebenfalls ein eigenes Kapitel.

2.  Mechanische und physikalische Barrieren

Die erste Verteidigungslinie des Körpers wird wie bereits erwähnt durch mechanische und physiologische Barrieren gebildet. Diese schützen den Körper vor dem Eindringen exogener Pathogene (krankheitserregende Einflüssen) und besitzen zusätzlich Mechanismen, durch die Pathogene von möglichen Eintrittspforten abtransportiert werden können.

Folgende Barrieren schützen den Organismus: 

Haut: Die Epidermis (äußerste verhornende Schicht) als äußerste, physikalische Barriere. Talg und Schweiß sorgen für die leicht saure Normalflora der Haut, die von physiologisch vorkommenden Mikroorganismen besiedelt ist, die wiederum als Wachstumsbremse für pathogene Mikroorganismen wirken.

Schleimhaut: Schleim hat eine Bindefunktion. Schleimhaut kommt physiologisch an einigen Bereichen des Körpers vor, und auch hier herrscht eine Normalflora, die das Wachstum von pathogenen Mikroorganismen verhindert bzw. einschränkt.

Augen: Tränen haben eine Abtransportfunktion, zudem ist das antimikrobielle Enzym Lysozym in der Tränenflüssigkeit enthalten.

Atemwege: Sind ebenfalls von einer Schleimhaut bedeckt. Der Schleim hat wie bereits erwähnt eine Bindefunktion. Die Atemwege sind zusätzlich von einem Flimmerepithel bedeckt (winzig kleine Härchen, welche in eine Richtung schlagen), dass es ermöglicht den Schleim in Richtung Mundöffnung abtransportieren zu können.

Mundhöhle: Auch der Speichel enthält das antibakterielle Enzym Lysozym.

Magen: Die stark saure Magensäure hemmt das Wachstum von Bakterien, und Eiweiß abbauende Enzyme wie Pepsin können Bakterien zerlegen und somit unschädlich machen.

Darm: Die physiologische Normalflora des Darmes hemmt das Wachstum von pathogenen Mikroorganismen. Außerdem bewirkt die ständige Entleerung den Abtransport von unerwünschten Substanzen. Das darmassozierte lymphatische Gewebe (GALT) spielt zudem eine entscheidende Rolle bei der Produktion von Antikörpern.

Harntrakt: Abtransport und Ausscheidung des in den Nieren filtrierten Harns.

3.  Zelluläre Bestandteile des Immunsystems

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

Folgende Zellen entstehen aus myeloischen Vorläuferzellen:

  • Granulozyten

  • Monozyten

  • Dendritische Zellen

  • Thrombozyten

  • Erythrozyten

Folgende Zellen entstehen aus lymphatischen Vorläuferzellen:

  • B-Lymphozyten

  • T-Lymphozyten (und somit auch T-Helferzellen)

  • Regulatorische T-Zellen

  • Zytotoxische T-Zellen

  • Natürliche Killerzellen (NK)

Abb. 1: Entwicklungsschritte der Blutzellen 

4.  Übersicht über Kr­­­­­ankheitserreger und einige exemplarische Krankheiten

Folgende Liste bietet zusätzliches Wissen zu Krankheitserregern und den damit verbundenen Krankheiten, es ist jedoch nicht vorausgesetztes Wissen für den MedAT.

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 der Teil des Immunsystems, der schon direkt nach der Geburt weitestgehend funktionsfähig ist, der im Genom festgelegt und somit unveränderlich ist.

Zelluläre Bestandteile

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

Die Granulozyten stellen den größten Anteil (45% - 75%) der Leukozyten, und können weiter in die eosinophilen, basophilen und neutrophilen Granulozyten unterteilt werden. Alle Granulozyten 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 bekämpft werden können.

Makrophagen reifen aus Monozyten heran und sind große Fresszellen. Sie besitzen die Fähigkeit eingedrungene Erreger und Substanzen zu phagozytieren, das heißt in sich aufzunehmen. Diese werden dann durch Enzyme aufgelöst. Sie sitzen im Gewebe und haben für den Fall, dass die Phagozytose nicht funktionieren sollte, zusätzlich die Fähigkeit die adaptive Immunantwort zu aktivieren.

Natürliche Killerzellen (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. Natürliche Killerzellen 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.

Monozyten sind Zellen, die zur Phagozytose fähig sind und sich im Blut aufhalten. Wie bereits erwähnt sind sie die Vorstufen von Makrophagen, wie auch von einem Teil der dendritischen Zellen. Zusätzlich können sie durch Antigenpräsentation die adaptive Immunantwort auslösen.

Dendritische Zellen sind eine Zellgruppe, die sowohl aus Monozyten als auch aus T-Zell Vorläufern entstehen kann. Sie sind zur Präsentation und Prozessierung von Antigenen befähigt und sind als einzige Zellen in der Lage T-Zellen direkt 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 von Mikroorganismen, es hat aber auch zytotoxische (Zell-zerstörende) Funktionen.

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

6.  Ablauf der angeborenen Immunreaktion

Wie bereits an anderer Stelle erwähnt gibt es eine Vielzahl verschiedener Noxen, die jeweils eine andere Wirkung auf den Körper haben können, wodurch auch die Immunantwort sehr variabel ausfallen kann. Je nach Ort und Art der Infektion sind die Zellen und Faktoren in unterschiedlicher Weise und Reihenfolge beteiligt. 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, der sie als körpereigene Zelle ausweist. Fehlt dieser, werden die Zellen von den Natürlichen Killerzellen 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, was eine weitere Einwanderung von Makrophagen und neutrophilen Granulozyten ins infizierte Gewebe auslöst. Diese beginnen dann mit der Phagozytose, wobei neutrophile Granulozyten absterben und mit dem Eiter ausgeschieden werden, während Makrophagen wesentlich langlebiger sind. Am Entzündungsort finden sich auch noch Mastzellen, welche Histamin und andere 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 SchwellungRötung und Wärme.

Im Blut befinden sich außerdem die verschiedenen Proteine des Komplementsystems. Diese können den Membranangriffskomplex bilden und sind zur Zytolyse befähigt, das heißt, sie können die Zellmembran von Bakterien beschädigen was infolgedessen zur Auflösung dieser Zelle führen kann.

Das typische Fieber bei einer systemischen Erkrankung ist auf Zytokine zurückzuführen, die im Hypothalamus den Anstieg der Körperkerntemperatur vermitteln.

7.  Erworbene oder spezifische Immunabwehr

Kann ein Krankheitserreger nicht durch die Zellen der angeborenen Immunabwehr eliminiert werden, wird das spezifische Immunsystem aktiv, zu dem u. a. die B- und T-Lymphozyten gehören. Ein Charakteristikum des spezifischen Abwehrsystems ist das Erkennen 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 spezielle Lymphozyten, die mit einem genau zu diesem Krankheitserreger passenden Antigenrezeptor ausgestattet sind.

Bei den Lymphozyten unterscheidet man die B-Lymphozyten, die im Knochenmark heranreifen und nach weiterer Entwicklung Antikörper produzieren können, von den T-Lymphozyten. Diese reifen im Thymus (T-Zellen -> Thymus), wo sie auch ihre spezifischen Antigenrezeptoren ausbilden, die es ihnen ermöglichen Fremdkörper zu erkennen. Die T-Zellen können dies allerdings nur, wenn die Antigene der Fremdkörper von antigenpräsentierenden Zellen (siehe letzter Absatz) vorgezeigt werden.

Krankheitserreger können durch bestimmte Oberflächenmerkmale (z.B. Kohlenhydrate) erkannt werden. Die Antikörper, die von Plasmazellen (entsprechen dem letzten Entwicklungsstadium der B-Zelle) gebildet werden, binden spezifisch an ein bestimmtes Antigen, wodurch es zur Antigen-Antikörper-Reaktion kommt. Treffen B-Zellen auf Antigene, so werden die B-Zellen aktiviert und differenzieren zu Plasmazellen. Eben diese Plasmazellen produzieren Antikörper, auch Immunglobuline genannt, die spezifisch an Antigene binden und somit die humorale Immunantwort einleiten können. Bei der spezifischen Immunantwort werden - im Gegensatz zur unspezifischen Immunantwort - Gedächtniszellen gebildet. Gedächtniszellen sind eine Untergruppe der T-Lymphozyten und 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. 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 Natürlichen Killlerzellen?

Natürliche Killerzellen (NK) 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.