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Das Immunsystem verstehen und stärken

Von Antikörper bis Zelloberflächenmerkmale: Das A-Z des Immunsystems

1. Grundsteine der Immunit√§t ‚Äď das Immunsystem einfach erkl√§rt

1.1 Unterscheidung zwischen ‚Äěk√∂rpereigen und k√∂rperfremd‚ÄĚ

Immunit√§t bezieht sich auf die F√§higkeit eines Individuums, Krankheitserreger zu identifizieren und gegebenenfalls unwirksam zu machen. Eine Grundvoraussetzung hierf√ľr ist die Entscheidung zwischen K√∂rpereigenem und K√∂rperfremdem (im englischen ‚Äěself‚Äú und ‚Äěnon-self‚Äú) [1], ohne die wir quasi st√§ndig im Kampf gegen uns selbst w√§ren. Der menschliche K√∂rper besitzt das Verm√∂gen, Substanzen und Strukturen zu erkennen, die nicht vom eigenen K√∂rper hergestellt werden und die das Potenzial haben f√ľr den Organismus sch√§dlich zu sein. Im Falle von infekti√∂sen Mikroorganismen wie Bakterien, Viren, Pilzen und Parasiten dienen chemische Strukturen auf Zelloberfl√§chen der Fremdidentifizierung. In √§hnlicher Art werden auch Pollen, Staub und Schwermetalle sowie im K√∂rper produzierte Gifte und durch Mutationen transformierte, kranke Zellen durch Erkennungsmuster als fremd bzw. sch√§dlich erkannt. So unterscheidet unser K√∂rper nicht nur zwischen ‚Äěself and non-self‚Äú, sondern auch zwischen sch√§dlich und unsch√§dlich. Aus evolution√§rer Sicht sind diese Erkennungsmuster vermutlich sehr alt und von wirbellosen Vorfahren vererbt worden.

1.2 Immunogen und Antigen: Definition

Jeder Stoff oder jeder Mikroorganismus, der eine Immunantwort hervorruft, wird Immunogen genannt [2] . F√ľhren Immunogene dar√ľber hinaus zur Produktion von Antik√∂rpern (siehe Antik√∂rper unten), werden sie als Antigen bezeichnet [3]. Die Erkenntnis, dass Oberfl√§chenstrukturen auf Immunogenen bzw. Antigenen quasi als Erkennungsmerkmal dienen, um Fremdes bzw. Sch√§dliches zu erkennen, bildet einen weiteren Grundstein der Funktionsweise des Immunsystems.

2. Funktion des Immunsystems

Unsere Immunabwehr wird in zwei Haupts√§ulen unterteilt: Das angeborene (unspezifische) und das erworbene (spezifische) Immunsystem. Beide Systeme beinhalten zellul√§re (Immunzellen) und humorale (chemische Botenstoffe) Komponenten. Der Begriff ‚Äěhumoral‚Äú stammt vom lateinischen hŇęmorńĀlis und bezieht sich auf in K√∂rperfl√ľssigkeiten gel√∂ste Molek√ľle, die eine Immunantwort unterst√ľtzen k√∂nnen. Das angeborene System reagiert auf allgemeine Reize, kann schnell aktiviert werden, besitzt aber kein Ged√§chtnis. Das erworbene Immunsystem ben√∂tigt hingegen einen vorherigen Kontakt zum Antigen, um dann auf sehr spezifische Art t√§tig zu werden. Es erzeugt also keine Sofortreaktion, aber durch seine Erinnerungsf√§higkeit besitzt das erworbene Immunsystem die F√§higkeit nachhaltiger und zum Teil dauerhaft wirksam zu sein.

2.1 Das angeborene Immunsystem

Bei diesem Bereich der Immunität geht es eher um Geschwindigkeit als um maßgeschneiderte Antworten. So besteht die angeborene Immunantwort in erster Linie aus physischen Barrieren, physiologischen Sekreten und generalisierten Reaktionen.

Mechanische Barriere und physiologische Sekrete gegen Erreger

Bevor ein Erreger √ľberhaupt das Innere unseres K√∂rpers erreichen kann, verhindern zahlreiche physische Barrieren den Eintritt. Unsere Haut und Schleimh√§ute, die Hornh√§ute unserer Augen und die winzigen H√§rchen in unserer Nase sind also die erste Widerstandslinie. Sollten Fremdk√∂rper jedoch diese erste H√ľrde √ľberwinden, werden sie mit den sauren Bedingungen unserer Magens√§fte, der Vaginalflora, des Urins und der Sekrete unserer Haut konfrontiert. Teilweise sind sogar Bakterien daf√ľr verantwortlich, den pH-Wert der lokalen K√∂rpermilieus zu beeinflussen, und schaffen dabei dauerhaft ung√ľnstige Bedingungen f√ľr das Wachstum vieler Krankheitserreger [4] .

Original Bild: static.apotheken-umschau.de

Zelluläre Bestandteile und Abwehrmechanismen

Sollte es Erregern jedoch gelingen die ersten Barrieren zu √ľberw√§ltigen, werden Immunzellen und chemische Botenstoffe aktiviert. Verschiedenste Arten von wei√üen Blutk√∂rperchen (Leukozyten) bilden einen wesentlichen Teil des angeborenen Immunsystems. √úber unsere Lymph- und Blutkreislaufsysteme √ľberwachen solche Zellen den gesamten K√∂rper. Sogenannte Fresszellen (Phagozyten) erkennen Krankheitserreger anhand von Oberfl√§chenmerkmalen und verschlingen sie. Verdaut und zerkleinert (ein Prozess namens Phagozytose) werden diese Fragmente nun an Zelloberfl√§chenrezeptoren pr√§sentiert. Zellen, die auf diese Art und Weise winzige, verdaute Antigen-Teile auf ihrer Oberfl√§che darstellen, werden im Fachjargon Antigen-pr√§sentierende Zellen (APC) genannt. Dieser Vorgang signalisiert, dass ein Krankheitserreger eingedrungen ist, und aktiviert wiederum andere Abwehrmechanismen. Au√üerdem setzen infizierte Zellen chemische Botenstoffe ins Blut frei, um weitere Immunzellen anzuwerben. Zum Beispiel werden wei√üe Blutk√∂rperchen namens Makrophagen und Mastzellen angelockt, um Entz√ľndungsreaktionen ausl√∂sen.

Das Komplementsystem

Immunzellen sind nicht die einzigen Akteure, die an der Immunabwehr beteiligt sind. Wie bereits beschrieben, tragen auch humorale (siehe Erkl√§rung oben) Komponenten dazu bei. Einen Hauptteil der humoralen Immunantwort stellt das sogenannte Komplementsystem dar (im lateinischen bedeutet das Wort ‚Äúcomplementum‚ÄĚ erg√§nzen). Dies beruht auf vielen kaskadenf√∂rmigen, chemischen Schritten, bei denen ein Botenstoff den n√§chsten aktiviert. Dies f√ľhrt wiederum zu weiteren Abwehrmechanismen. Zum Beispiel werden befallene Zellen z√ľgig f√ľr die Phagozytose markiert oder Krankheitserreger in Verklumpungen zusammengebracht, um diese dem Immunsystem leichter zug√§nglich zu machen. Au√üerdem werden die Oberfl√§chen von Krankheitserregern abgebaut und dabei die Vermehrung gebremst [4].

Die Gesamtheit solcher Reaktionen ist mit einem Angriff an mehreren Fronten mit zahlreichen Beteiligten zu vergleichen!

2.2 Das erworbene Immunsystem

Das erworbene Immunsystem sorgt f√ľr eine ma√ügeschneiderte Antwort, welche im immunologischen Ged√§chtnis gespeichert wird. Die beteiligten Zellen geh√∂ren zu einer Untergruppe der wei√üen Blutk√∂rperchen namens Lymphozyten und werden als B- und T-Zellen bezeichnet. B-Zellen sind nach der Stelle benannt, an der sie zuerst entdeckt wurden, n√§mlich in einem Abwehrorgan von V√∂geln, der Bursa Fabricii. Die Millionen von B-Zellen, die unser K√∂rper produziert, tragen jeweils einzigartige Rezeptoren auf ihrer Oberfl√§che, die nur zu einem einzigen Antigen passen. Es ist tats√§chlich kaum zu glauben, dass keine zwei B-Zellen die gleichen Rezeptoren besitzen. Bis eine B-Zelle auf ein Antigen trifft, das zu ihrem Oberfl√§chenrezeptor passt, wird sie als naiv bezeichnet. Sobald sie jedoch ein passendes Antigen erkennt, verbinden sich beide entsprechend einem sogenannten Schl√ľssel-Schloss-Prinzip [5].

Produktion von Antikörpern

Dieser Prozess f√ľhrt zur Reifung und Teilung der B-Zellen entweder zu Ged√§chtniszellen oder zu Plasma-Zellen. Neu gebildete Ged√§chtniszellen weisen die identischen Rezeptoren auf ihrer Oberfl√§che auf, wie die urspr√ľnglichen B-Zellen. Die gleichen Rezeptoren werden auch von Plasmazellen produziert. Diese sind jedoch nicht an den Zelloberfl√§che fixiert, sondern werden in das Lymph- und Blutkreislaufsystem abgesondert und hei√üen dann Antik√∂rper. Sobald sie nicht mehr an Zellen gebunden sind bilden Antik√∂rper den humoralen Anteil des erworbenen Immunsystems.

Das erworbene Immunsystem hat, nach dem ersten Kontakt mit einem Antigen, die F√§higkeit sich an seine Merkmale zu erinnern. Sollte dieses Antigen ein zweites Mal im K√∂rper auftauchen, kann die passgenaue Produktion von entsprechenden Antik√∂rpern sofort eingeschaltet werden, was in den meisten F√§llen Krankheiten zu vermeiden mag. Weitere Informationen √ľber die Klassifizierung und Testung von Antik√∂rpern finden Sie hier [6].

Original Bild: Nasky "Illustration of biology and medical,Humoral immunity, antibody-mediated immunity, Virus, Lymphocyte, antibody and antigen"

Aufgabe der T-Zellen

Obwohl sie sich urspr√ľnglich im Knochenmark entwickeln, wandern T-Zellen vor der Geburt und in unseren j√ľngsten Jahren in die Thymusdr√ľse (daher der Name T-Zellen). Hier werden sie so lange geschult, bis sie nur auf Fremdk√∂rper reagieren und eine Art Selbsttoleranz gegen√ľber k√∂rpereigenen Partikeln zeigen. Im Gegensatz zu Antik√∂rpern k√∂nnen T-Zellen nicht direkt an ein Antigen binden. Zu diesem Zweck besitzen sie den sogenannten TCR Rezeptor. Antigene werden den TCR durch antigenpr√§sentierende Zellen (APC, siehe oben) pr√§sentiert [7]. Da die meisten APCs prim√§r zum angeborenen Immunsystem geh√∂ren, bilden die T-Zellen eine Art Br√ľcke zwischen den beiden grundlegenden Immunantworten.

Es gibt verschiedene Arten von T-Zellen, deren Rolle es ist z.B. B-Zellen bei der Antik√∂rper-Freisetzung zu unterst√ľtzen oder infizierte Zellen zu eliminieren [7] .

Insgesamt lässt sich beobachten, dass ein komplexes Geflecht von miteinander verbundenen und voneinander abhängigen zellulären und humoralen Komponenten zusammenwirkt, um die nachhaltige Verteidigung gegen potenziellen Schaden aufrechtzuerhalten.

3. Immundefekte ‚Äď Wenn alles nicht so funktioniert, wie es soll

Ein intaktes Immunsystem ist keine Selbstverst√§ndlichkeit. Sowohl angeborene als auch erworbene Defekte des Abwehrsystems f√ľhren zu unzureichendem Schutz gegen Krankheitserreger. Sogenannte prim√§re Immundefekte sind von Geburt an bzw. in der fr√ľhen Kindheit bereits angelegt. Sie sind selten und oftmals erblich bedingt. Erworbene Immundefekte werden durch eine Vielfalt an Faktoren verursacht, wie z.B. Mangelern√§hrung, Kontakt zu sch√§dlichen Substanzen, als Folge von Krebserkrankungen und bei Organtransplantationen, als Medikamentennebenwirkungen, durch ein hormonelles Ungleichgewicht oder bei Autoimmunerkrankungen [8].

4. Das Immunsystem st√§rken ‚Äď Hausmittel und Ern√§hrung

Volksweisheiten und Mythen √ľber eine St√§rkung des Immunsystems gibt es zu Gen√ľge. Auch Online-Informationen zu diesem Thema sind reichlich vorhanden. Eine gesunde Ern√§hrung und regelm√§√üiger Sport tragen sicherlich zu einem gesunden Immunsystem bei, aber inwieweit ist die Wirksamkeit von Hausmitteln eigentlich nachgewiesen? Studien zeigen, dass Vitamin-C-Mangel zu einer Beeintr√§chtigung der Immunit√§t und einem erh√∂hten Infektionsrisiko f√ľhrt [9]. Demzufolge k√∂nnte eine Nahrungserg√§nzung mit Vitamin C empfehlenswert sein, um systemische Infektionen zu behandeln und zu verhindern. Ob dasselbe von Vitamin D behauptet werden kann, bleibt unklar. Es wird vermutet, dass Vitamin-D-Mangel eine Rolle bei der Schwere von bestimmten chronisch entz√ľndlichen Erkrankungen spielt, doch eine Evidenz bez√ľglich einer Vitamin D Nahrungserg√§nzung ist uneinheitlich [10].

Die Rolle der Darmflora

Au√üerdem wird viel √ľber das Gleichgewicht der Darmflora diskutiert und seine Funktion bei der Abwehr von Krankheiten. Studien hierzu deuten zwar darauf hin, dass Probiotika (nahrungserg√§nzende, lebende Bakterien) eine unterst√ľtzende Rolle im Darm spielen k√∂nnten. Andererseits wird jedoch betont, dass eine gesunde Darmflora ein sehr individualisiertes Gleichgewicht von Bakterien voraussetzt. Kommerzielle Probiotika k√∂nnen daher nur bedingt auf pers√∂nliche Bed√ľrfnisse eingehen [11].

Insgesamt zeigten Studien bez√ľglich der Anwendung von Hausmitteln meist unterschiedliche bzw. uneinheitliche Ergebnisse. Im Idealfall sollte jedes nicht verschreibungspflichtiges Hausmittel in einem stark personalisierten Kontext betrachtet werden, um eine gr√∂√ütm√∂gliche Wirksamkeit zu gew√§hrleisten.

5. Die Zukunft ist digital

Immunit√§t ist ein hochkomplexes und multidimensionales Feld. Betrachtet man die grundlegenden S√§ulen und verschiedenen Reaktionswege des Immunsystems, so sind seine Feinheiten leichter verst√§ndlich. Man erkennt dabei, dass unser Immunsystem Grenzen hat und manchmal unterst√ľtzt werden muss. W√§hrend wir sehns√ľchtig nach neuen Diagnostik- und Behandlungsmethoden forschen, bieten digitale Ans√§tze zukunftsorientierte und schnell verf√ľgbare L√∂sungen. Dazu geh√∂ren relevante Apps f√ľr die individualisierte √úberwachung des Krankheitsverlaufs sowie digitalisierte Impfverfahren.

Teil 2 der Data4Life Artikelserie √ľber Immunit√§t widmet sich den Themen Impfungen, Immunit√§t bzw. Immunit√§tsnachweise im Coronavirus SARS-Cov-2 Kontext. Zudem gehen wir auf die Frage ein, welche zukunftsweisende Rolle digitale Technologien bei der unterst√ľtzenden Erkennung von Krankheiten als auch der F√∂rderung der √∂ffentlichen Gesundheit zuk√ľnftig spielen k√∂nnen.

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Falls Sie sich f√ľr weitere Informationen rund um das Thema Immunit√§t interessieren, finden Sie unsere aktuellsten Artikel im Data4Life Journal.

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