So funktioniert das Immunsystem im Organismus der Lebewesen

Das Immunsystem stellt einen Verteidigungsmechanismus von Tieren und Pflanzen dar, mit dem sich diese gegen Krankheitserreger verteidigen können. Tiere können sich vielfältig gegen krankheitserregende Mikroorganismen und Viren verteidigen. Das Prinzip, auf dem das Immunsystem basiert, ist der Vergleich zwischen körpereigenen und körperfremden Substanzen.

So funktioniert das Immunsystem

Das Immunsystem ist ein Organsystem.
Das bedeutet – dass es sich hierbei nicht um ein einzelnes Organ, sondern um einen Verbund verschiedener Organe handelt, welche miteinander kooperieren. Durch die Beteiligung und Kooperation der Einzelorgane kann sich das Immunsystem über den ganzen Körper erstecken und somit jedes Organ vor Krankheitserregern schützen.

Das Immunsystem beginnt bereits außerhalb des Körpers, indem die Haut mit körpereigenen Bakterien übersäht ist. Diese Bakterien werden unter dem Begriff Hautflora zusammengefasst und sind Bestandteile eines selbst regulierenden Ökosystems. Die Haut als Ökosystem stellt Ressourcen bereit, wie Hautreste oder Schweiß, von denen sich die Hautflora ernährt.

Lagern sich nun Krankheitserreger auf der Haut ab, kommt es zu einem Konkurrenzkampf um diese Ressourcen. Die hauteigenen Bakterien sind also nicht darauf versehen, Viren und fremde Bakterien zu bekämpfen, sondern konkurrieren lediglich um ein Territorium und dessen Ressourcen, welche nicht unendlich vorhanden sind. Dieser Konkurrenzkampf findet in der Ökologie auf dem Planeten in jedem Ökosystem statt und bewirkt, dass das ökologische Gleichgewicht erhalten bleibt.

Um die Haut als äußeren Teil des Immunsystems zu stärken, müssen die Hautbakterien optimale Lebensbedingungen vorfinden. Denn wie jedes andere Lebewesen, sind diese abhängig von Umweltfaktoren, wie Hautfeuchtigkeit, Körpertemperatur oder pH-Wert – welche in bestimmten Bandbreiten vorliegen müssen. So benötigen auch die Hautbakterien ein Minimum eines Umweltfaktors, ertragen diesen allerdings auch nur in einer bestimmten Intensität.

Oberflächenspannung der Haut, lässt Wasser abperlen und hindert fremde Strukturen vor dem Eindringen

Und so bewirkt regelmäßiges Waschen mit Seife zwar einen angenehmen Körpergeruch, verändert allerdings den pH-Wert auf der Haut – so dass das Milieu mitunter lebensfeindlich für die Hautflora werden könnte. Eine gesunde Hautflora schafft es, sämtliche Krankheitserreger abzuwehren, so dass diese nicht durch Körperöffnungen in den Organismus eindringen können.

Die zweite Barriere des Immunsystems sind Bakterien im Mund und Rachenraum, welche ebenfalls einen Verdrängungskampf mit eindringenden Krankheitserregern führen. Und auch die Mundflora benötigt ein ganz bestimmtes Milieu, in welchem die Umweltfaktoren in einem gewissen Ausmaß vorhanden sein müssen.

Zu den größten Errungenschaften der modernen Medizin zählt die Hygiene, da durch einfaches Waschen, umsichtiges Handeln und regelmäßiges Nachjustieren bereits sämtliche Keime und Krankheitserreger vom Organismus ferngehalten werden.

Falls die Krankheitserreger es dennoch schaffen sollten, in den Organismus einzudringen – stehen sie einem Bollwerk an Immunzellen gegenüber. Diese Immunzellen werden von den weißen Blutkörperchen (Leukozyten) gebildet. Und da der Blutkreislauf über Arterien, Arteriolen, Venen, Venolen und Kapillaren jede Körperpartie und jedes Organ durchblutet, kann das Blut überall körperfremde Strukturen aufstöbern und zerstören.

Viren und Krankheitserreger besitzen die Fähigkeit zur Pathogenität, was bedeutet – dass diese eine Infektion auslösen können. Solche Mikroorganismen oder Zellstrukturen werden als pathogen (krankmachend) bezeichnet. Dringt nun also ein Pathogen in den Organismus ein, beginnen die Immunzellen entweder damit diese körperfremden Strukturen direkt zu zerstören oder diese zu markieren – damit andere Immunzellen diese zerstören.

Solche Immunzellen sind bspw. die Granulozyten, welche circa 50 % aller weißen Blutkörperchen ausmachen und Krankheitserreger unspezifisch bekämpfen. Sie sind also nicht wirklich spezialisiert auf eine bestimmte Verteidigungsform, sondern gehen relativ ungenau vor. Aber da so viele G Granulozyten im Organismus vorhanden sind, kann das Immunsystem schnell gegen Eindringlinge vorgehen.

Granulozyten sind in der Lage die Pathogene zu umschließen, in sich aufzunehmen und dann zu zerstören. Da dies an Fressen von Nahrung erinnert, zählen Granulozyten zu den Fresszellen.

Solche Fresszellen werden in Mikrophagen (kleine) und Makrophagen (große) unterteilt. Letztere sitzen bereits im Gewebe der Organe, erkennen dort Eindringlinge und fressen diese auf.

Ablauf der Phagocytose: 1.) Am Rezeptor wird die körperfremde Struktur festgestellt 2.) Einschleusung der fremden Struktur 3.) Lysosome schütten Verdauungsenzyme aus 4.) Verdauung 5.) Ausscheidung

NK-Zellen bzw. natürliche Killerzellen sind Immunzellen, welche mit Rezeptoren ausgestattet sind, wodurch sie eine virusbeschädigte Zelle oder eine Krebszelle von gesunden Körperzellen unterscheiden können. Diese werden von den NK-Zellen zerstört.

Zu den wichtigsten Immunzellen gehören auch die T-Zellen, welche die Immunreaktion koordinieren – also die Immunantwort entweder hochfahren oder drosseln. Sie werden deshalb auch als regulatorische T-Zellen bezeichnet. Dies ist wichtig, da sich ein überfordertes Immunsystem auch gegen den Organismus richten kann.

Welche Arten von Abwehrmechanismen gibt es?

Grundlegend existieren zwei Arten von Abwehrmechanismen innerhalb des Immunsystems. Diese werden als „angeborene“ und „adaptive“ Abwehr bezeichnet. Bei der angeborenen Abwehr sind sogenannte „Toll-like-Rezeptoren“ maßgeblich beteiligt. Im Blut von Säugetieren existieren Leukocyten, die ebenfalls an der Immunantwort beteiligt sind. Diese entwickeln sich aus multipotenten Stammzellen (undifferenzierte Zellen im Knochenmark, die sich in viele weitere Zelltypen differenzieren können). Es gibt auch wichtige Proteine zum Immunsystem, wozu Antikörper, MHC-Proteine, T-Zell-Rezeptoren und Cytokine gehören.

In welche Phasen kann man die Immunabwehr einteilen?

Die Immunabwehr lässt sich in drei Phasen einteilen:

• Erkennungsphase: Hierbei spielt die Unterscheidung zwischen körpereigenen und körperfremden Substanzen eine Rolle. Jede Immunzelle kennt körpereigene Strukturen und gleicht Fremdstrukturen mit diesem Schema ab.
• Aktivierungsphase: Sobald ein Pathogen erkannt wurde, werden Zellen und Substanzen zu dem Pathogen transportiert, um dieses unschädlich zu machen.
• Effektorphase: Die in der Aktivierungsphase transportierten Zellen und Substanzen machen das Pathogen unschädlich.

Wie lassen sich angeborene und adaptive Immunabwehr unterscheiden?

Bei der angeborenen Immunabwehr handelt es sich um einen ererbten Verteidigungsmechanismus gegen Pathogene, der nicht besonders spezifisch ist. Dennoch ist die Wirkung der angeborenen Immunabwehr sehr schnell. Zur angeborenen Immunabwehr gehören nicht nur Zellen oder Substanzen, sondern auch ganze Gewebe wie die Haut oder Schleimhäute.

Ohne die angeborene Immunabwehr könnte die adaptive Immunabwehr nicht funktionieren, denn die adaptive Immunabwehr wird von der angeborenen Immunabwehr aktiviert. Darüber hinaus ist die adaptive Immunabwehr ein äußerst spezifischer Verteidigungsmechanismus, der mit sogenannten Antikörpern funktioniert. Antikörper sind Proteine, die ganz spezifische Pathogene erkennen, daran binden und diese unschädlich machen. Die adaptive Immunabwehr ist zwar meist langsamer, dennoch ist sie in den meisten Fällen deutlich langlebiger als die angeborene Immunreaktion.

Säugetiere und alle anderen Wirbeltiere verfügen über beide Arten der Immunabwehr, die hierbei strikt koordiniert zusammenarbeiten. Wenn dieser Prozess optimal abläuft, kann Immunität erreicht werden, denn der Begriff der Immunität bedeutet, dass die bloße Reaktion des Immunsystems ausreicht, um schädliche Auswirkungen eines Pathogens zu verhindern.

Spezifische Bestandteile des Immunsystems

Damit die Interaktion zwischen Immunsystem und Pathogen erfolgreich ablaufen kann, sind diverse Proteine von Nöten. Hierunter fallen beispielsweise Rezeptoren oder Signalmoleküle. Hierzu zählen z.B.:

Antikörper

Diese Proteine binden ganz spezifisch an verschiedene Substanzen, die vom Immunsystem als Pathogen erkannt werden. Die Moleküle, die an den Antikörper binden, werden als Antigen bezeichnet. Gebildet werden Antikörper von sogenannten B-Zellen.

Solche Antigene sind molekulare Strukturen bzw. körperfremde Proteine von Viren, Bakterien, Pilzen usw. Die Antikörper sind spezifische Antworten auf genau diese Strukturen, sind somit höchst präzise bei der Bekämpfung dieser Krankheitserreger – da durch die Bindung am Antigen, dessen Schwachstellen gefunden werden. Diese Prinzip nutzt man bei der Impfung gegen Viren und Bakterien, um präzise Antikörper aufzubauen.

MHC-Komplex

Der MHC-Komplex (Haupthistokompatibilitätskomplex) präsentiert den T-Zellen des Immunsystems gewisse Antigene, damit diese erkannt werden können. Dadurch können Memory-T-Zellen diese Präsentation entgegennehmen, wodurch das Antigen nun bekannt ist. Schließlich kann das Immunsystem die Fremdzellen besser identifizieren und weiß dadurch, wer der Feind ist und baut körpereigene Antikörper auf, welche präzise gegen die Fremdstoffe vorgehen.

T-Zell-Rezeptoren

Dies sind Membranproteine von T-Zellen, die Antigene erkennen, die vom MHC-Komplex präsentiert wurden.

Cytokine

Cytokine sind Signalproteine, die an Zelloberflächenrezeptoren binden können und somit das Verhalten der Zelle, an der sie binden, verändern können.

Durch die Ausschüttung von Cytokine können die Zellen ihre Abwehrfunktionen aufbauen

Weitere Aspekte der Immunabwehr

Neben den molekularen Mechanismen der Immunabwehr existiert auch noch eine rein physikalische Barriere, die Pathogene überwinden müssen, um in den tierischen Körper eindringen zu können. Dies ist beispielsweise die Haut oder Schleimhäute.

Gelangt ein Krankheitserreger auf eine der Schleimhäute, so wird er mit Schleim konfrontiert. Dieser Schleim enthält sogenannte „Mucopolysaccharide“, die dazu in der Lage sind, Mikroorganismen einzuschließen. Oftmals existieren darüber hinaus feine Wimperstrukturen auf den Schleimhäuten, die durch ihre Eigenbewegung den Schleim nach außen transportieren.

Neben den Mucopolysacchariden wird von den Schleimhäuten ein Enzym abgegeben, das sogenannte Lysozym. Das Lysozym kann viele Bakterienarten angreifen und diese zum Platzen bringen.

Ein weiterer Bestandteil der Immunabwehr sind Defensine. Diese wirken auf viele Pathogene giftig. Weiterhin werden Defensine auch in Phagocyten (Zellen, die andere Zellen in sich aufnehmen) produziert, innerhalb derer sie dann die Pathogene unschädlich machen. Auch Pflanzen sind dazu in der Lage, Defensine zu bilden.

Auch Entzündungen sind Immunreaktionen

Eine Entzündung ist die Reaktion des Körpers auf eine Schädigung durch Infektionen oder Verletzungen. Diese kann sowohl in Organen auftreten als auch auf der Körperoberfläche.

Dabei sind die Reaktionen von großer Bedeutung. Zunächst wird der geschädigte Bereich abgeschirmt, um eine Ausbreitung der Schädigung zu unterbinden. Daraufhin werden Immunzellen (insbesondere Phagocyten) und weitere Substanzen zum geschädigten Bereich transportiert, um Pathogene abzutöten. Nebenbei wird die Heilung des betroffenen Bereichs durch Phagocyten unterstützt.

Der genaue Prozess einer Entzündungsreaktion läuft wie folgt ab:
Im ersten Schritt reagieren Mastzellen auf eine Schädigung. Mastzellen befinden sich beispielsweise in tiefer liegenden Schichten der Haut oder im Gewebe von Darm und Atemwegen. Sie können mehrere chemische Signale freisetzen. Dazu zählen z.B.:

• Der Tumornekrosefaktor: Dies ist ein Cytokinprotein, das gewisse Zellen im Zielbereich abtötet und weitere Immunzellen aktiviert.
• Prostaglandine: Prostaglandine sind beispielsweise bei der Erweiterung von Blutgefäßen beteiligt, was zur Rötung des entzündeten Bereichs führt. Aber auch für die Schmerzempfindung sind sie verantwortlich, was sich in der erhöhten Empfindlichkeit des entzündeten Bereichs äußert.
• Histamin: Histamin erweitert auch die Blutgefäße und sorgt für einen Juckreiz oder Ausschläge, wie sie bei vielen allergischen Reaktionen vorkommen.

Tödliche Fehlfunktionen des Immunsystems

Es gibt drei verschiedene Arten von Fehlfunktionen des Immunsystems. Hierzu zählen die allergische Reaktion, die Autoimmunkrankheit und die Immunschwächekrankheit.

Bei der allergischen Reaktion reagiert das Immunsystem in extremer Form, bei der Autoimmunkrankheit werden körpereigene Antigene angegriffen und bei der Immunschwächekrankheit findet nur eine schwache bzw. keine Immunreaktion statt.

Im weiteren Verlauf wird jedoch nur auf die allergische Reaktion eingegangen, die sich in die allergische Sofortreaktion und die allergische Spätreaktion unterteilen lässt.
Allgemein ist eine allergische Reaktion eine Überreaktion des Immunsystems auf ein Antigen. Hierbei entsteht nicht durch das Antigen, sondern durch die Reaktion des Immunsystems eine Entzündung, aber auch weitere Symptome können entstehen. Diese können im schlimmsten Fall zum Tod führen.

Die allergische Sofortreaktion

Die allergische Sofortreaktion entsteht, sobald ein Tier, das eine Allergie aufweist, mit einem Allergen in Kontakt kommt. Dies können Nahrungsmittel oder schwache Gifte sein. Der Körper produziert infolgedessen Unmengen an IgE (Immunglobulin E, ein Antikörper). Danach binden Mastzellen an das IgE-Molekül. Beim nächsten Kontakt mit dem Allergen führt die Bindung von IgE dazu, dass Mastzellen große Mengen an Histamin ausschütten. Dies führt teilweise zu Entzündungen oder Atembeschwerden. In extremen Fällen kann dies zu einem anaphylaktischen Schock führen, der ohne Behandlung mit Antihistaminika tödlich enden kann.

Die allergische Spätreaktion

Die allergische Spätreaktion entfaltet erst mehrere Stunden nach dem Allergen-Kontakt ihre Wirkung. Hierbei wird das Allergen zunächst von Zellen aufgenommen, die Antigene präsentieren, und danach findet eine T-Zell-Reaktion statt. Hierbei werden verschiedene Cytokine freigesetzt, die wiederum Schwellungen, Entzündungen oder Juckreiz auslösen.

Zusammenfassung

Das Immunsystem ist ein komplexer Abwehrmechanismus, der sich hauptsächlich gegen Pathogene richtet. Gliedern lässt sich das Immunsystem in einen angeborenen Teil und einen adaptiven Teil. Bei beiden Teilen spielen verschiedenste Zelltypen, Antikörper und andere Proteine eine wichtige Rolle.
Fehlfunktionen des Immunsystems, insbesondere allergische Reaktionen, können teilweise tödlich enden, sofern diese nicht medizinisch behandelt werden.

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