Infektionswege

Der Körper besitzt gegenüber Antigenen verschiedene Barrieren und natürliche Infektionswege:

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.

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

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 (T_H), T-Suppressorzellen (T_S) 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 T_Hs 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 T_Ss auch CD8-Zellen). Sie beenden die Aktivität anderer Immunzellen und entstehen aus aktivierten T-Helferzellen..
• 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.

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). Plasmazellen leben nur einige Tage (wie die B-Lymphozyten, die nicht durch ein Antigen angeregt wurden). Neben Plasmazellen werden aus stimulierten B-Lymphocyten B-Gedächtniszellen.

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.

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.

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.

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.

Zusammenfassung: Humorale Immunantwort

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.