Eine Reise durch die Physiologie - Wie der Körper des Menschen funktioniert
 
  

Abwehrvorgänge (Immunologie)
 
Abwehrstrategien, mikrobielle Besiedlung des Körpers
 
 
© H. Hinghofer-Szalkay
Akne: v. ἀκμή a= Spitze
Bakterien: βακτήριον = Stäbchen
Corynebakterien: κορύνη = Keule
Gram-Färbung: Hans Ch. Gram
Klonselektion: κλών = Zweig, Schößling, selectio = Auslese (legere = sammeln, (vor)lesen)
Kokken: κόκκος = Kern, Korn

Parasit: παρά = neben, σίτειν = mästen, sich ernähren
Staphylokokken: σταφυλή = Traube,
κόκκος = Kern
Viren: virus = Gift

Eine erwachsene Person ist von etwa 1014 Bakterien besiedelt, ein Vielfaches mehr als die Zahl (größerer) Körperzellen. Sie finden sich vor allem im Darm, aber auch auf der Haut, im Respirations- und Urogenitaltrakt, vereinzelt sogar im Kreislauf. Dieses Mikrobiom ist biologisch hochaktiv und beeinflusst zahlreiche Körperfunktionen, stellt aber auch eine potentielle Gefahr für die Gesundheit seines Trägers dar. Bei Infektionen treten größere Zahlen über physiologische Barrieren in Gewebe über und können sich dort rasch vermehren, wenn sie das Immunsystem nicht erfolgreich bekämpft.

Eine primäre Schutzbarriere aus intakter Haut, unverletzten Schleimhäuten und der auf ihnen wirkenden Komponenten der Immunabwehr hält normalerweise den Großteil der Mikroorganismen (Bakterien, Viren, Parasiten) davon ab, in das "eigentliche Innere" des Körpers vorzudringen.

Mikroorganismen, die es schaffen, in
Gewebe, Lymphe und Blutbahn vorzudringen, werden von der sekundären Barriere angegriffen: Ein hochkomplexes System aus teils angeborenen (Phagozyten, NK-Zellen, Komplementsystem), teils adaptiven ("spezifischen") Komponenten - etwa 1012 Lymphozyten, 1019 Antikörpermoleküle u.a.

Das Immunsystem orientiert sich an individualspezifischen Markermolekülen an der Oberfläche der Körperzellen einerseits (MHC-System: Major histocompatibility complex), an mikrobiellen Molekülen andererseits (PAMPs: Pathogen-associated molecular patterns). Auf diese Weise können einerseits Mikroorganismen anhand ihrer Erkennungsmoleküle, andererseits defekte oder virusbefallene eigene Zellen (MHC in Kombination mit Virusprodukten) erkannt und abgetötet werden.

Die Zahl an involvierten (gegenseitig bindenden) Molekülen ist groß, die Erkennungsmechanismen komplex und die Konsequenzen eines "falschen Alarms" gravierend (Überempfindlichkeitsreaktionen, Autoimmunerkrankungen). Auch die Folgen mangelnder Abwehrstärke sind fatal (potentiell tödliche Immunschwäche).


Positionierung des Immunsystems
 Immunrezeptoren  CD (cluster of differentiation) Mikrobiom lymphatische Schutzbarrieren
  
Das Immunsystem schützt vor Erkrankungen, insbesondere vor Infektionen
 
Das Immunsystem schützt den Organismus vor Infektionserregern (Mikroben). Zu diesem Zweck ist es in der Lage, molekulare Strukturen zu erkennen, die nicht von körpereigenen Zellen stammen, also "Selbst" von "Nicht-selbst" zu unterscheiden. Ziel ist die Erkennung und Abtötung von Mikroben sowie auch "verdächtiger" körpereigener Zellen, die infiziert (Viren, intrazelluläre Bakterien) oder anderweitig verändert sind (Tumorzellen). Immunantworten können auch durch Produkte von Zellschädigungen sowie gelegentlich durch Fremdsubstanzen ausgelöst werden.

Immunität ist
systemisch: Immunzellen und Immunmoleküle bewegen sich durch den gesamten Körper (sie patroullieren durch Kreislauf und Gewebe,
diese Mobilität ist einmalig unter allen Zellsystemen des Organismus) und bringen den immunologischen Schutz überallhin, unabhängig davon, wo der primäre Kontakt mit Krankheitserregern stattgefunden hat.

Sowohl angeborene ("unspezifische") als auch erworbene (adaptive, "spezifische") Immunwerkzeuge spielen dabei eine Rolle, und Regelkreise dienen einerseits der Verstärkung, andererseits der Kontrolle. Immunangriffe sind sehr wirksam und münden oft im Untergang attackierter Zellen. Beide Systeme nutzen daher verschiedene Mechanismen, um Angriffe auf eigene Zellen zu verhindern. Dennoch kann es vorkommen, dass sich immunologische Abwehrmechanismen gegen den eigenen Körper richten ("molekulare Missverständnisse") und auf diese Weise Gewebeschäden bzw. Krankheiten (Autoimmunerkrankungen) verursachen.
 

>Abbildung: Mikrobiom der menschlichen Haut
Nach Grice EA & Segre JA, The skin microbiome. Nature Rev Microbiol. 2011; 9: 244-53
Die Verteilung der Bakterienarten ist je nach Hautstelle unterschiedlich und individuell ziemlich konstant.
 
Der Farbencode der Kreissegmente bezieht sich auf die Bakterienarten (Inset rechts oben), aus denen sich die typische Flora der angegebenen Körperregionen (blaue Schrift: fettige Haut; grüne Schrift: feuchte Haut; rote Schrift: trockene Haut) zusammensetzt

Was geschieht, wenn Viren , Bakterien , Parasiten oder Pilze in den Körper einzudringen drohen? Um dies zu verstehen, muss man sich vergegenwärtigen, dass die Haut nur zu einem kleinen Teil (Erwachsener: ≈2 m2) zur Oberfläche gegen die Außenwelt beiträgt; die Schleimhäute in Nebenhöhlen-Nasen-Rachen-Raum, Luftwegen, Darm und Urogenitalsystem hingegen etwa 200mal so viel ("innere" Oberflächen, ≈400 m2). Es ist also eine große Oberfläche, die es zu überwachen und verteidigen gilt.
 
  Primäre Barriere: Haut und Schleimhäute schützen den Körper vor physikalischen und chemischen Belastungen (Verletzungen durch mechanische, thermische, chemische Einflüsse), aber auch vor Krankheitserregern.
 
Dazu stehen dem Immunsystem angeborene (sofortiger Schutz bei Infektion) sowie erworbene (spezifische, adaptive) Mechanismen (Schutz entwickelt sich innerhalb mehrerer Tage, Erkennung von Antigenen) zur Verfügung (s. folgende Tabelle).

Leukozyten
patroullieren unablässig durch den ganzen Körper - aus dem Blut in das Gewebe, und oft zurück in den Kreislauf. Diese Beweglichkeit dient drei Hauptfunktionen:

      Transport von Leukozyten der myeloiden Reihe (hauptsächlich Neutrophile und Monozyten) zu Orten der Infektion oder Verletzung (Schutz, Pathogenbekämpfung, Reparatur)

      Transport von ("naiven") Lymphozyten vom Ort ihrer Reifung (Knochenmark, Thymus) zu sekundärem lymphatischem Gewebe (z.B. Lymphknoten) in der Peripherie (Antigenerkennung, Proliferation, Differenzierung in Effektor- und Gedächtniszellen)

      Transport von Effektorlymphozyten von sekundärem lymphatischem Gewebe zu Infektionsherden überall im Organismus (spezifische Abwehr)
 
  Sekundäre Barriere: Überwinden Mikroben oder andere Antigene die natürlichen epithelialen Barrieren (Haut, Schleimhäute), reagieren periphere (sekundäre) lymphatische Organe mit entsprechenden Immunantworten. Mehrere Abwehrmechanismen kommen ins Spiel: Angeborene und adaptive, zelluläre und humorale. Dazu verfügt das Immunsystem über zwei Flanken, die eine komplementäre Rolle spielen, d.h. sich in ihrer Wirkung gegenseitig ergänzen:

   Das humorale System schützt vor extrazellulären Angreifern (Toxinen, Mikroorganismen, Pollen etc) - mittels Antikörpern und Hilfsfaktoren, die geeignet sind, Antigenträger zu inaktivieren;
 
   das zelluläre System erkennt intrazelluläre Antigene (z.B. Viren) sowie Tumorzellen und Protozoen; gegebenenfalls identifiziert es auch transplantiertes Gewebe.

Hier geht es vor allem darum, Zellen auf Identität (körpereigen?) und Intaktheit (virusbefallen? genetisch verändert?) zu überprüfen. Dazu werden Peptide (Abbauprodukte im Zellinneren) über Rezeptormoleküle an der Zellmembran präsentiert - abgesichert durch Kofaktoren - und entsprechende Abwehrmaßnahmen eingeleitet.

 
Die folgende Tabelle vergleicht Komponenten und Eigenschaften des angeborenen und adaptiven Systems. Die Bandbreite der erkannten Eigenschaften ist bei der angeborenen ("unspezifischen") Abwehr - die nicht "lernfähig" ist - begrenzt, bei der adaptiven ("spezifischen") Abwehr - die von Lymphozyten getragen wird und ein individuelles immunologisches Gedächtnis aufbaut - nahezu unbegrenzt:
 

Angeboren
Adaptiv
Charakteristika


Spezifität
Für gruppenspezifische mikrobielle Moleküle / Moleküle aus beschädigten Zellen
Für mikrobielle und nichtmikrobielle Antikörper
Diversität
Begrenzt
 
Durch Gene codierte Erkennungsmoleküle
Sehr groß
 
Rezeptorgene durch somatische Rekombination lymphozytärer Gensegmente
Gedächtnis
Keine / begrenzt
Ja
Nicht selbstreaktiv
Ja
Ja
Komponenten


Zelluläre und chemische Barrieren
Haut, Schleimhäute
 
Antimikrobielle Moleküle
Lymphozyten in Epithelien
 
An epithelialen Oberflächen sezernierte Antikörper
Proteine im Kreislauf
Komplement
Lektine
Agglutinine
Antikörper
Zellen
Phagozyten (Makrophagen, Neutrophile)
Dendritische Zellen
Natürliche Killerzellen
Mastzellen
Lymphoide Zellen
Lymphozyten

Nach Abbas / Lichtman / Pillai, Cellular and Molecular Immunology, 9th ed. Elsevier 2018
 
Kooperation: Zwischen den beiden Teilen des Immunsystems bestehen zahlreiche Querverbindungen. Das angeborene System sendet frühe Warnsignale an das adaptive System, das auf diese spezifisch reagiert; und das adaptive System verstärkt oftmals die protektiven Mechanismen des angeborenen Systems.
 
"Horror autotoxicus": Beide Schenkel des Immunsystems greifen normalerweise körpereigene Eigenschaften ("Selbst") nicht an, sie sind nicht selbstreaktiv. (Andernfalls handelt es sich um eine Autoimmunerkrankung.)
 
Systemische Wirkung: Immunzellen patroullieren durch den Körper, wodurch der Immunschutz im gesamten Organismus auftritt, unabhängig vom Ort einer auslösenden Infektion.
 
Regulation: Immunologische Abläufe werden einerseits durch positive Rückkopplungsschleifen verstärkt, andererseits durch negative Rückkopplungsschleifen im Zaum gehalten, um überschießende Angriffe zu vermeiden.
 
Energiebedarf: Das Immunsystem einer erwachsenen Person als Ganzes verbraucht mindestens 1,6 MJ/d Energie, das ist ein erheblicher Teil des Grundumsatzes (≈8 MJ/d). Ein herausgefordertes Immunsystem (Infektion, ..) kann sogar ein Mehrfaches des Energiebedarfs beanspruchen, den ein nicht herausgefordertes Immunsystem benötigt (z.B. bei Sepsis).
 
Über die Verteilung des Energieaufgebotes auf verschiedene Körpersysteme s. dort
  

<Abbildung: Neuroimmunachse
Nach Holdes GE, Kana V, Ménard C, Russo SJ. Neuroimmune mechanisms of depression. Nature Neurosci 2015; 18:1386-93

Das autonome (vegetative) Nervensystem verknüpft periphere Immunorgane mit dem ZNS und reguliert homöostatische und Entzündungsvorgänge (Zytokinbildung).
 
(a): Knochenmark: Sympathische Fasern innervieren Nestin-positive Knochenmarkszellen (Nestin ist ein Filamentprotein, das als neuroektodermaler Stammzellmarker gilt). Zirkadiane Freisetzung von Noradrenalin (nachts) aktiviert ß3-Adrenozeptoren (ß3AR) und bewirkt so Herunterregulierung des chemotaktisch wirksamen Zytokins CXCL12 und damit erhöhte Freisetzung hämatopoetischer Stammzellen.
 
(b): Milz: Nervenfasern des N. vagus werden durch Entzündungsmediatoren gereizt und melden an den Hirnstamm: Von hier aus gelangen sympathische  Impulse über das ganglion coeliacum an ß2-adrenerge Rezeptoren (ß2AR) an T-Lymphozyten in der Milz (inflammatorischer Reflex). Die T-Zellen sezernieren Azetylcholin, das an nikotinische Rezeptoren (nAChR) an Makrophagen in der Randzone bindet und die Bildung von Zytokinen - wie TNF-α and IL-1β - hemmt.
 
(c): Nebennieren: Glukokortikoide haben entzündungshemmende Wirkung, indem sie an intrazelluläre Rezeptoren (GR) binden und die monozytäre Freisetzung von Interleukin-6 hemmen


Das Gesamtgewicht des Immunsystems eines erwachsenen Menschen beträgt ≈2 kg. Der Organismus verfügt über ≈1012 Lymphozyten und ≈1019 Antikörpermoleküle. Ein µl (mm3) Blut beinhaltet etwa 3200 neutrophile, 150 eosinophile und 50 basophile Granulozyten; 250 Monozyten; 1800 T- und 400 B-Lymphozyten, weiters 250 große granuläre Zellen.

Zum Zeitpunkt der Geburt ist das Neugeborene zwar noch über das Immunsystem seiner Mutter (Antikörper in Blut, Milch) geschützt, sein Immunsystem ist aber im Wesentlichen angelegt - bis in die frühe Jugend expandiert es weiter und funktioniert dann bis ins hohe Alter.


Die Rezeptoren des Immunsystems erlauben individualspezifische Erkennungsvorgänge
  

Immunrezeptoren sind individualspezifisch und gehören zu einem genetischen System, das auch in der Transplantationsmedizin eine Rolle spielt (Major Histocompatibility Complex: MHC-System).
 

>Abbildung: Pattern Recognition-Rezeptoren
Nach Lionakis MS, Netea MG. Candida and host determinants of susceptibility to invasive candidiasis. PLoS Pathog. 9, e1003079 (2013)

Beispiel: Erkennung von Candida. Die Rezeptoren erkennen ganz unterschiedliche Moleküle der Pilze, z.B. Bestandteile der Zellmembran oder Nukleotide. Der Effekt ist z.B. spezifische Proteinsynthese (Transkription, Translation)

    ASC, Apoptosis-associated speck-like protein containing a CARD, CARD-hältiges Protein    BCL-10, B-cell lymphoma/leukemia 10, CARD-hältiges Protein    CARD9, Caspase recruitment domain-containing protein 9, Adapterprotein    Caspasen s. dort
 
    Dectin, Galectin 3Mincle (Macrophage inducible Ca-dependent lectin receptor), Mitglieder der Lektin-Familie    IRAK, Interleukin-1 receptor-associated kinases, Proteinkinasen    IRF3, Interferon regulatory factor 3, spielt eine wichtige Rolle bei der angeborenen Virenabwehr
 
    MALT1, Mucosa-associated lymphoid tissue lymphoma translocation protein 1, Paracaspase    MKK, MAP-Kinase-Kinase    MyD88, Myeloid differentiation primary response 88, Adapterprotein
 
    RAS-RAF-System: RAS sind normalerweise inaktive Proteine an Tyrosinkinasemolekülen der Zellmembran, sie werden durch Bindung eines Signalstoffs an den Rezeptor "eingeschaltet" und aktivieren intrazelluläre Proteine, die wiederum die Transkription entsprechender Genabschnitte induzieren
 
    Syk (Spleen tyrosine kinase), Tyrosinkinase    TLR, Toll-like Rezeptor    TRAF, TNF receptor associated factors, Signaltransduktionsproteine    TRIF, TIR-domain-containing adapter-inducing interferon-β, Adapterprotein


Die Erkennung und Neutralisierung "auffälliger", d.h. immunrelevanter Strukturen erfolgt schon im Rahmen der angeborenen Abwehr mit Hilfe von

   
  Mustererkennenden ("Pattern Recognition"-) Rezeptoren (PRRs) auf Phagozyten, die für Mikroben lebenswichtige (nicht beliebig austauschbare) pathogen-assoziierte molekulare Muster (PAMPs) erkennen (Beispiele in der >Abbildung). Eine Untergruppe dieser microbe-associated molecular patterns (MAMPs) sind "Toll-ähnliche" Rezeptoren (toll-like receptors, TLRs)

  
  Anregung zur Phagozytose (Opsonisierung) und Antigenpräsentation.
 
Pathologisch veränderte bzw. virusinfizierte Zellen präsentieren an ihrer Oberfläche "verdächtige" Peptide. T-Lymphozyten, deren Rezeptoren auf die neue chemische Gestalt passen, werden bei Kontakt aktiviert. Sie können Enzyme bilden, welche die Zelle mit dem neuen Peptid zerstören (zytotoxische T-Zellen, natürliche Killerzellen).


Während der Ontogenese bilden sich auch Lymphozyten, deren Rezeptoren auf normale, körperspezifische Molekülmuster passen. Sie überleben nicht, so dass beim “Check” normaler Körperzellen zeitlebens keine Reaktion der Lymphozyten auftritt - die potentiell gefährlichen sind ausgeschaltet worden (positive und negative Selektion).

Diese Toleranz gegenüber körpereigenen Zellen ist bei Autoimmunerkrankungen durchbrochen. Zahlreiche Erkrankungen sind auf Fehler im immunologischen Gedächtnis zurückzuführen: Körpereigene Strukturen werden als fremd erkannt und vom Immunapparat angegriffen - einige Beispiele: Primär chronische Polyarthritis, Hashimoto-Thyreoiditis, erworbene hämolytische Anämie, Myasthenia gravis.


CD-System: Charakterisierung von Zellen über Oberflächenproteine

Zellen können über biochemische Charakteristika - Membranproteine, meist Glykoproteine - definiert werden, welche sie an ihrer Oberfläche exprimieren. Man bezeichnet solche Eigenschaften als Marker, die Zellen mit bestimmten Funktionen kennzeichnen und sie bestimmten Klassen zuordnen lassen. Eine präzise Bestimmung der CD-Klasse einer Zelle erfolgt mit monoklonalen Antikörpern. Monoklonale Antikörper, welche definierte CD-Epitope erkennen, sind sowohl ein wissenschaftliches als auch diagnostisches Instrument.
 
  CD steht für Cluster of differentiation; beim Menschen sind mehrere hundert (über 370) CD-Moleküle bekannt.

Mit
monoklonalen Antikörpern und Immunfluoreszenztechnik kann über CD-Typisierung der Zustand verschiedener (auch entarteter) Zellen präzise erfasst werden. Die CD-Nomenklatur findet weite Verwendung zur Klassifizierung von Zell-Linien, Differenzierungsstadien, Struktur und Funktion. CD-Eigenschaften finden sich an allen Zellen des Körpers. CD-Marker erlauben auch eine funktionelle Zuordnung von Immunzellen, denn sie beteiligen sich an zahlreichen Funktionen ihrer Trägerzellen. Die Tabelle gibt einige (willkürlich ausgewählte) Beíspiele:
 
CD-Nummer
Exprimiert von
Funktion(en)
CD1e
Dendritische Zellen
Antigenpräsentation
CD4
MHC-II-restringierte T-Zellen, einige Makrophagen
Korezeptor bei MHC II-restringierter antigeninduzierter T-Zell-Aktivierung
CD45
Hämatopoetische Zellen
Tyrosinphosphatase, reguliert B- und T-Zell-Aktivierung
CD46
Leukozyten, Epithelzellen, Fibroblasten
Regulierung der Komplementaktivierung
CD206
Makrophagen
Bindet mannosereiche Glykoproteine an Pathogenen, beeinflusst Phagozytose

 
  
<Abbildung: Clusters of Differentiation (CD): Differenzierungsantigene und Lymphozytenreifung
Nach einer Vorlage bei immunologyonline.wordpress.com / J. Groth

Das CD-System wird zum Immunophenotyping verwendet, d.h. zur Kennzeichnung von Zellen nach Maßgabe der Oberflächenmerkmale, die sie exprimieren. Mit dieser Typisierung sind  immunologische Eigenschaften der Zelle verknüpft.
 
Der Nachweis von Kombinationen auf der Zelle vorhandener CD-Marker erlaubt eine präzise Zuordnung der betreffenden Zelle (z.B. CD8 + CD3 + CD45 = zytotoxischer T-Lymphozyt); sie können auch zur Zellsortierung mittels Durchflusszytometrie (Flow cytometry) dienen


Die Expression von CD-Molekülen ist spezifisch und charakterisiert Art und Entwicklungsstand der jeweiligen Zelle (<Abbildung).

CD-Komponenten haben diverse Funktionen: Als Rezeptoren (z.B. für Wachstumsfaktoren) und Korezeptoren, für Signaltransduktion, Zelladhäsion, enzymatische Eigenschaften, Aktivierung oder Hemmung diverser Faktoren usw.

Besonders aussagekräftig ist dieses System zur Charakterisierung von Leukozyten. Die Merkmale CD4 und CD8 sind für die Antigenerkennung fundamental bedeutsam:

     So bindet CD4 das Membranmerkmal MHC-II, das sich auf antigenpräsentierenden Zellen befindet und Produkte der Phagozytose zur immunologischen Überprüfung vorweist;

     CD8 hingegen bindet MHC-I, das von allen kernhaltigen Zellen exprimiert wird und intrazelluläre Abbauprodukte präsentiert (diese können u.a. viraler Herkunft sein und einen Virenbefall der betreffenden Zelle signalisieren).

 
Mikrobiom
  

>Abbildung: Haut und Schleimhäute als "erste Verteidigungslinie"

Die Oberflächen (Haut, Schleimhäute) werden mechanisch (Intaktheit, Transport, Schleim), chemisch (Lysozym, Magensäure, Spermin), biologisch (Bakterienflora) und immunologisch (Immunglobuline) geschützt


  Mikrobielle Flora des Menschen - physiologische Bakterienflora ('obligate Keimbesiedelung'):

Haut und Schleimhäute sind von Mikroben besiedelt - hauptsächlich in den oberflächlichsten Epithelschichten. Man spricht von physiologischer oder Normalflora, deren Zusammensetzung ist ("wie ein Fingerabdruck") individualspezifisch, aber auch von Umweltfaktoren (Hygiene) abhängig.

Die Gesamtheit der einen Organismus besiedelnden Mikroorganismen wird als Mikrobiom (>Abbildung ganz oben) bezeichnet. Diese natürliche Flora besteht aus einigen hundert verschiedenen Arten (nicht alle davon sind bekannt). Die Zahl der Bakterien auf / in einem Menschen beträgt ≈1015 (Zahl der Körperzellen etwa 1012).
 
Die Besiedelung des Neugeborenen beginnt nach der Geburt, die Mikroorganismen stammen teils von der Mutter (Scheidenflora), teils aus der Umwelt. Kleine Kinder haben eine vielfältigere Mikroflora und beherbergen mehr potenziell pathogene gramnegative Bakterien als Erwachsene. Schon während der ersten Lebenswochen passt sich die mikrobielle Flora allmählich der von Erwachsenen an.

Die normale Bakterienflora im Mundraum des Menschen (≈1010 an der Zahl) enthält über 1000 Arten.

Besonders reichhaltig ist die
Darmflora (≈600 verschiedene Bakterienstämme, 99% davon sind Anaerobier); jeder Mensch weist ein individualspezifisches mikrobiologisches Muster auf.

Die Darmflora hat zahlreiche Funktionen und Wirkungen, zum Beispiel:
 
      Bakterien stimulieren das Immunsystem
 
      Bakterielle Stoffwechselprodukte werden von Enterozyten verwendet, die sie für ihren Metabolismus benötigen
 
      Bakterielle Enzyme nützen den Energiegehalt einiger Nahrungsstoffe besser aus
 
      Anaerobe Bakterien produzieren Vitamin K (Dickdarm)
 
      Bakterien können entgiftend wirken (kanzerogene Substanzen)

Ein Drittel der Stuhlmasse besteht aus Bakterien.

  

<Abbildung: Das lymphatische Gewebe als "zweite Verteidigungslinie"

Mikroben werden vom lymphatischen System aufgehalten und bekämpft. Adenoide, Tonsillen und darmassoziiertes System sind "Vorposten", Lymphknoten zwischengelagerte Kampfstationen. Im Blut befindliche Mikroorganismen können in der Milz bekämpft werden. Thymus und Knochenmark sind "Lymphozytenfabriken"


  Die Mikroorganismen der normalen Hautflora werden eingeteilt in residente und transitorische:

  Residente (obligate) Mikroorganismen sind solche, die ständig auf der Haut vorhanden sind und sich dort auch vermehren. Es sind hauptsächlich grampositive Bakterien, die sich auf wenige Gruppen beschränken (Staphylokokken , Corynebakterien , Propionibakterien -- u.a. Aknebakterien --, Mikrokokken u.a.) sowie Hefen (Pityrosporum auf der Kopfhaut). Acinetobakterien gehören zu den wenigen gramnegativen residenten Hautbewohnern.

Wahrscheinlich sind grampositive Bakterien besser an die trockene Umgebung der Haut angepasst als gramnegative, die andererseits bei antibiotischer Behandlung einen Überlebensvorteil haben können.

Die Talgproduktion der Haut ist regional unterschiedlich und schützt Keime z.B. vor Desinfektion. Besonders reichlich wird im Bereich von Kopf / Gesicht, Vorderseite der Brustwand, Achselhöhlen und im Genital- und Afterbereich Talg sezerniert. Eine deutliche Keimreduktion erfolgt hier erst nach mehrminütiger Behandlung mit Hautdesinfektionsmitteln; die Hände sind hingegen schon nach etwa einer halben Minute Einwirkungsdauer weitgehend desinfiziert.
 
     Zur Bakterienwand und Gram-Färbung  s. >Abbildung
 

>Abbildung: Struktur der Bakterienwand
Nach einer Vorlage bei watcut.uwaterloo.ca

Die auf der inneren Membran (Zellmembran) der Mikrobe aufliegende Schicht der Bakterienwand besteht aus Murein oder Peptidoglykan, einem Maschenwerk aus Polysaccaridketten, die durch Oligopeptide kreuzvernetzt sind.
 
Gramnegative Bakterien (links) verfügen über eine dünne Peptidoglykanschicht (blau), umgeben von einer äußeren Membran, mit Lipopolysacchariden (Endotoxin) in der Außenlamelle. Porine erleichtern die Diffusion kleiner Moleküle. Multidrug resistance (MDR)-Proteine (sie entfernen Antibiotika aus der Zelle) können membranübergreifend auftreten.
 
Grampositive (Mitte) haben keine äußere Membran, aber eine wesentlich dickere Mureinwand mit Lipoteichonsäuren (hydrophile Ketten mit Glykolipiden als Membrananker). Sie sind besser für Antibiotika zugänglich.
 
Mykobakterien (rechts) haben auf ihrer Mureinschicht langkettige Fettsäuren (Mykolsäuren, rot), die eine wachsähnliche, undurchdringliche äußere Membran verankern

  Transitorische Mikroorganismen sind solche, die gelegentlich auf die Haut gelangen, dort aber üblicherweise sich weder vermehren noch dauerhaft verbleiben können.
 
Schutzbarrieren
 

Bevor Mikroorganismen in das 'eigentliche Innere' des Körpers eindringen, werden sie daran von primären Barrieren gehindert. Dazu gehört eine unversehrte Schutzschicht (Haut und Schleimhäute) mit ihren Hilfsmechanismen (andere Mikroorganismen, Talg, Schleim, darin enthaltene Enzyme und Antikörper, spezifischer pH-Wert).
 

<Abbildung: Dünndarm als Teil des Immunapparats
Nach Cheroutre H & Madakamuti L, Acquired and natural memory T cells join forces at the mucosal front line. Nat Rev Immunol 2004; 4: 290-300

Das schleimhautassoziierte lymphatische Gewebe (MALT) nimmt Antigene an der Darmoberfläche auf (Makromoleküle, Viren, Bakterien, Parasiten) und gibt sie an das intestinale Lymph- und Immunsystem weiter.

    CCR9 und CCL25 sind Chemokine    E-Cadherin dient der Zellkommunikation    Addressin oder MAdCAM-1 ist ebenfalls ein Zelladhäsionsmolekül    Tight junctions dichten den Raum zwischen Epithelzellen ab

  Bei dem auf den Schleimhäuten untergebrachten und mit dem Überbegriff MALT (mucosa-associated lymphatic tissue) bezeichneten Immunsystem unterscheidet man zahlreiche Spielarten, je nach Lage und spezifischer Ausprägung (Darm, Bronchien, Nase, Speicheldrüsen, Bindehaut, Tränenwege, Ohrtrompete, Kehlkopf):

  GALT (gut-associated lymphoid tissue) (<Abbildung)

  BALT (bronchus-associated lymphoid tissue)

  Speziesabhängig unterschiedlich ausgeprägt sind weitere immunologische Schutzwälle, wie NALT (nose-), SALT/DALT (salivary-gland- or duct-), CALT (conjunctiva-), LDALT (lacrymal-drainage-), TALT (Eustachian tube-), LALT (larynx-associated lymphoid tissue).
 
  Mehr als 50% aller Lymphozyten befinden sich in mukösem Gewebe (vorwiegend GALT, BALT); viele davon sind Gedächtniszellen.

Wird die primäre Barriere durchbrochen, kommt es zum Kontakt mit Zellen der 'unspezifischen' (z.B. Langerhans-Zellen in der Haut) und 'spezifischen' Abwehr (z.B. T-Zellen). Klonselektion
und Ausbildung von Gedächtnis- sowie Effektorzellen führt einige Tage nach dem 'Erstkontakt' zu gezielter spezifischer Abwehr mit dem Ziel einer Überwindung der Erkrankung.

Gibt es bereits Gedächtniszellen gegen die betreffenden Merkmale ('Zweitkontakt'), so wird die Infektion rascher überwunden, eine Erkrankung bleibt wahrscheinlich aus ('Feiung', Impfschutz).



Eine Reise durch die Physiologie


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