Leukozyten (Homo sapiens)

ENCYCLOPAEDIA
CINEMATOGRAPHICA
E d i t o r : G. W O L F
E 449/1962
Leukozyten (Homo sapiens)
Phagozytose von Bakterien
M i t 17 Abbildungen
G Ü T T I N G E N 1973
INSTITUT
FÜR
D E N WISSENSCHAFTLICHEN
FILM
Film E 449
Leukozyten (Homo sapiens)
Phagozytose von Bakterien
H . - J . E N G E L , Berlin
In M e m o r i a m Prof. H A N S Freiherr v. K R E S S
gest. a m 28. 2. 1973
1
Allgemeine Vorbemerkungen
Die F ä h i g k e i t der B l u t z e l l e n k o r p u s k u l a r e E l e m e n t e aufnehmen z u
k ö n n e n , i s t schon lange Z e i t bekannt. So h a t u . a . M A X S C H U L T Z E 1865
ü b e r l e b e n d e B l u t z e l l e n i m D e c k g l a s p r ä p a r a t a u f einem heizbaren O b j e k t t i s c h untersucht u n d sowohl ihre a m ö b o i d e B e w e g u n g als a u c h b e i
den G r a n u l o z y t e n die A u f n a h m e v o n Z i n n o b e r k ö r n c h e n beobachtet
und beschrieben.
A b e r erst M E T S C H N I K O F F [10], [11] hat solche U n t e r s u c h u n g e n system a t i s c h d u r c h g e f ü h r t . I m R a h m e n seiner U n t e r s u c h u n g e n ü b e r die
E n t w i c k l u n g des Verdauungsapparates h a t er a n v i e l e n B e i s p i e l e n
die nahrungsaufnehmende u n d verdauende F u n k t i o n a m ö b o i d beweglicher M e s o d e r m z e l l e n gezeigt, z u denen u . a. a u c h die B l u t z e l l e n geh ö r e n ! E r beobachtete z . B . a n E c h i n o d e r m e n bei der M e t a m o r p h o s e ,
die m i t d e m V e r l u s t einiger l a r v a l e r Organe v e r b u n d e n ist, z u n ä c h s t
eine A n s a m m l u n g mesodermaler Zellen a m O r t der Gewebseinschmelzung
u n d d a n n die A u f n a h m e u n d i n t r a z e l l u l ä r e V e r d a u u n g dieser Gewebe.
S p ä t e r k o n n t e er a n niederen, durchsichtigen Meerestieren, die sich
ohne besonderen A u f w a n d unter i h r e n n a t ü r l i c h e n L e b e n s b e d i n g u n g e n
r e l a t i v l e i c h t untersuchen lassen, zeigen, d a ß dieselben Z e l l e n a u c h i n
der L a g e s i n d , k ö r p e r f r e m d e Stoffe, z . B . B a k t e r i e n , aufzunehmen.
F ü r die A u f n a h m e k o r p u s k u l a r e r E l e m e n t e inaugurierte er den B e g r i f f
der P h a g o z y t o s e ! B e i U n t e r s u c h u n g e n ü b e r das V e r h a l t e n der P h a g o z y t e n h ö h e r e r T i e r e erkannte er a u c h deren B e t e i l i g u n g b e i m K a m p f
1
A n g a b e n z u m F i l m u n d k u r z g e f a ß t e r F i l m i n h a l t (deutsch, englisch, französisch) s. S. 18.
3
gegen Infektionserreger. D i e phagozytierenden G r a n u l o z y t e n k e n n zeichnete er als Makrophagen, d a sie die r e l a t i v k l e i n e n B a k t e r i e n
phagozytieren. D i e M o n o z y t e n rechnete er z u den M a k r o p h a g e n , die
z w a r a u c h B a k t e r i e n aufnehmen, i n der H a u p t s a c h e aber zugrunde
gegangene Zellen u n d T o x i n e phagozytieren.
I n Zellen eingeschlossene B a k t e r i e n waren a u c h schon v o n anderen
A u t o r e n beobachtet worden. Diese B e o b a c h t u n g w u r d e aber so gedeutet, als w ü r d e n die B a k t e r i e n die B l u t z e l l e n angreifen, sie als V e h i k e l
benutzen u n d sich so i m Organismus ausbreiten! M E T S C H N I K O F F [11]
sah dagegen i n der Bakterienphagozytose einen A u s d r u c k des Schutzes
und der A b w e h r , denn er konnte zeigen, d a ß die B a k t e r i e n i n den P h a g o zyten zerstört werden!
Die Tatsache, d a ß n i c h t aHe B a k t e r i e n p h a g o z y t i e r t werden, e r k l ä r t
M E T S C H N I K O F F d a m i t , d a ß bestimmte B a k t e r i e n Stoffe absondern, die
ihre Ingestion d u r c h die P h a g o z y t e n v e r h i n d e r n . D i e z . T . sehr unterschiedliche W i d e r s t a n d s f ä h i g k e i t der Zellen gegen B a k t e r i e n f ü h r t e er
auf die jeweilige Beschaffenheit der L e u k o z y t e n z u r ü c k . D u r c h mehrmalige Z u f u h r a b g e s c h w ä c h t e r , h o c h v i r u l e n t e r B a k t e r i e n glaubte er,
die P h a g o z y t e n z . B . a u c h gegen M i l z b r a n d a l l m ä h l i c h i m m u n i s i e r e n
zu k ö n n e n . So w u r d e n für M E T S C H N I K O F F die P h a g o z y t e n , a u f g r u n d
i h r e r verdauenden F ä h i g k e i t bei der A u s e i n a n d e r s e t z u n g des O r g a nismus m i t B a k t e r i e n u n d Infektionserregern, z u „ d e m lebenserhaltenden P r i n z i p ' ' .
M E T S C H N I K O F F S U n t e r s u c h u n g e n fanden g r o ß e s Interesse. B a l d s i n d
aber a u c h B e d e n k e n u n d M a h n u n g e n , u . a . v o n V I R C H O W , besonders
gegen die a l l z u einseitige u n d optimistische I n t e r p r e t a t i o n seiner B e f u n d e
vorgebracht u n d a u f eine bescheidenere A u s l e g u n g g e d r ä n g t w o r d e n .
N a c h R Ö S S L E [13] leidet M E T S C H N I K O F F S W e r k i n doppelter H i n s i c h t
unter schwerwiegender E i n s e i t i g k e i t , d a er E n t z ü n d u n g m i t I n f e k t i o n
gleichsetzt u n d sich d a m i t jedem V e r s t ä n d n i s f ü r endogen entstehende
E n t z ü n d u n g e n v e r s c h l i e ß t . E r versteht a u ß e r d e m die P h a g o z y t o s e als
das alleinige A b w e h r m i t t e l gegen die I n f e k t i o n ! D e n n o c h b l e i b t es
das V e r d i e n s t M E T S C H N I K O F F S , erkannt z u haben, d a ß die P h a g o z y t o s e
auf der biologischen G r u n d f u n k t i o n der V e r d a u u n g basiert !
A l s v . B E H R I N G 1890 die A n t i t o x i n e entdeckte u n d infolgedessen a u c h
P F E I F F E R [12], K O C H [8] u.a. die R o l l e der P h a g o z y t e n b e i der I m m u n i t ä t
z u n ä c h s t r u n d w e g verneinten, k a m es z u einem viele J a h r e a n h a l t e n d e n
heftigen Meinungsstreit m i t M E T S C H N I K O F F . A u f g r u n d eigener U n t e r suchungen h a t dieser die W i r k s a m k e i t b e s t i m m t e r Serumbestandteile
z w a r n i c h t ausgeschlossen, er glaubte aber deren U r s p r u n g wieder allein
auf die P h a g o z y t e n z u r ü c k f ü h r e n z u k ö n n e n . N a c h seiner M e i n u n g
sollen n a c h der Ü b e r i m p f u n g — d u r c h P h a g o z y t o s e u n d i n t r a z e l l u l ä r e
V e r d a u u n g erster kleiner Mengen des Impfstoffes — i n den P h a g o z y t e n
spezifische, n u r gegen den Impfstoff gerichtete Stoffe (Ferment, F i x a t o r )
4
entstehen, die d a n n i n das B l u t abgegeben werden u n d n u n , i n V e r b i n d u n g m i t d e m Impfstoff, dessen weitere Phagozytose u n d i n t r a z e l l u l ä r e V e r d a u u n g ganz erheblich erleichtern.
E s w u r d e lange Z e i t angenommen, d a ß die P h a g o z y t o s e v o n F r e m d k ö r p e r n , a u c h v o n B a k t e r i e n , ein r e i n p h y s i k a l i s c h e r V o r g a n g sei,
bei d e m seitens der Zelle k e i n E n e r g i e a u f w a n d erforderlich i s t ! D a
B l u t z e l l e n r e l a t i v l e i c h t z u isolieren s i n d , wurde i h r Stoffwechsel eingehend u n t e r s u c h t . B A L D R I D G E u n d G E R A R D [ 1 ] h a b e n nachgewiesen,
d a ß der 0 - V e r b r a u c h w ä h r e n d der Phagozytose, i n A b h ä n g i g k e i t v o n
der A r t der K e i m e , ansteigt. C O H N u n d M O R S E [ 3 ] h a b e n gezeigt, d a ß
die P h a g o z y t o s e a u c h v o m V o r h a n d e n s e i n v o n G l u k o s e i m Suspensionsm e d i u m a b h ä n g t . D a m i t w a r bewiesen, d a ß a u c h die P h a g o z y t o s e eine
a k t i v e L e i s t u n g der Zelle darstellt.
M i t der B e s c h r e i b u n g der Opsonine haben d a n n W R I G H T [ 1 5 ] u n d
D E N Y S festgestellt, d a ß die Phagozytose n i c h t allein ein z e l l u l ä r e s P h ä n o m e n ist, sondern d a b e i z e l l u l ä r e u n d humorale F a k t o r e n z u s a m m e n w i r k e n ,
d. h . d a ß die Opsonine das P h a g o s o m für den P h a g o z y t e n m a r k i e r e n .
M i t dieser E r k e n n t n i s w a r eine B r ü c k e geschlagen z w i s c h e n d e n streitenden K o n t r a h e n t e n M E T S C H N I K O F F i n P a r i s u n d v . B E H R I N G i n B e r l i n .
I m Sinne M E T S C H N I K O F F S k a n n also die Phagozytose S c h u t z bedeuten,
m u ß es aber n i c h t u n b e d i n g t . D a s V e r s c h w i n d e n v o n K e i m e n aus d e m
B l u t b r a u c h t z . B . n i c h t deren Z e r s t ö r u n g oder V e r n i c h t u n g z u bedeuten. B e s t i m m t e M i k r o o r g a n i s m e n k ö n n e n i n t r a z e l l u l ä r ü b e r l e b e n
u n d der i n t r a z e l l u l ä r e n V e r d a u u n g widerstehen, sich u . U . sogar i n d e n
P h a g o z y t e n v e r m e h r e n ! So k ö n n e n sie a u c h der m e d i k a m e n t ö s e n
B e k ä m p f u n g entgehen u n d z u einem s p ä t e r e n Z e i t p u n k t v o n der Zelle
wieder freigegeben werden oder sich selbst aus der Zelle befreien ( M A R I A N
M E L L Y et a l . [ 9 ] ) . A n d e r e B a k t e r i e n dagegen s i n d so t o x i s c h , d a ß die
P h a g o z y t e n a n i h n e n zugrunde gehen.
I n der P h a g o z y t o s e ist stets der V e r s u c h z u sehen, k ö r p e r f r e m d e s
M a t e r i a l z u e l i m i n i e r e n . A b e r n u r eine w i r k s a m e D e s i n t e g r a t i o n d u r c h
die i n t r a z e l l u l ä r e V e r d a u u n g k a n n S c h u t z i m Sinne M E T S C H N I K O F F S
bedeuten. D a der P h a g o z y t o s e neben der unspezifischen A b w e h r a u c h
eine w i c h t i g e R o l l e b e i der A n t i k ö r p e r b i l d u n g z u k o m m t , k a n n m a n sie
als das R ü c k g r a t des k ö r p e r l i c h e n Schutzes u n d der A b w e h r ansehen.
2
Zur Entstehung des Films
Wissenschaftliche D a t e n : E s w i r d a n ü b e r l e b e n d e n n e u t r o p h i l e n u n d
eosinophilen G r a n u l o z y t e n sowie M o n o z y t e n aus d e m peripheren B l u t
des M e n s c h e n die P h a g o z y t o s e v o n B a k t e r i e n gezeigt. F ü r die H e r stellung der D e c k g l a s p r ä p a r a t e w i r d das B l u t aus der Fingerbeere entn o m m e n . E r s t der zweite T r o p f e n w i r d m i t einem D e c k g l a s abgehoben
und m i t diesem, n a c h Z u s a t z v o n B a k t e r i e n , sofort a u f einen O b j e k t 5
t r ä g e r gelegt. D e r B l u t t r o p f e n m u ß so k l e i n sein, d a ß er s i c h — n a c h
A u f l e g e n des Deckglases — gerade eben bis a n dessen R ä n d e r gleichm ä ß i g ausbreitet. D i e B l u t z e l l e n liegen d a n n einzeln nebeneinander,
und die P r ä p a r a t h ö h e b e t r ä g t etwa 3—5 [im. D a s P r ä p a r a t w i r d s c h l i e ß l i c h allseitig m i t e r w ä r m t e m Paraffin u m r a n d e t . B e i Z i m m e r t e m p e r a t u r
w i r d die Phagozytose v o n Bact. cereus mycoides, Micrococcus
aureus
und S t r e p t o k o k k e n i m P h a s e n k o n t r a s t m i k r o s k o p u n t e i s u c h t .
V o r a u s s e t z u n g für eine Phagozytose ist die V i t a l i t ä t der Z e l l e n . D a s
ä l t e s t e u n d bekannteste K r i t e r i u m der Z e l l v i t a l i t ä t i s t die a m ö b o i d e
B e w e g u n g . P r i n z i p i e l l s i n d alle L e u k o z y t e n b e w e g u n g s f ä h i g . L e d i g l i c h
die W a n d e r u n g s g e s c h w i n d i g k e i t der einzelnen A r t e n i s t u n t e r s c h i e d l i c h .
U n t e r denselben B e d i n g u n g e n w a n d e r n z . B . die n e u t r o p h i l e n u n d
eosinophilen G r a n u l o z y t e n schneller als M o n o z y t e n . A l s das G ü n s t i g s t e
für die o p t i m a l e Z e l l Wanderung i n v i t r o hat sich ergeben, die L e u k o z y t e n
i n i h r e m n a t ü r l i c h e n Suspensionsmedium, d e m B l u t p l a s m a , ohne gerinnungshemmende Z u s ä t z e z u belassen u n d sie i n D e c k g l a s p r ä p a r a t e n
von 3—5 [im H ö h e z u untersuchen. Sie tolerieren r e l a t i v starke mechanische E i n f l ü s s e , reagieren a u f chemische V e r ä n d e r u n g e n des M i l i e u s
aber sehr e m p f i n d l i c h ( E N G E L [6]).
B e i einer so geringen P r ä p a r a t h ö h e werden die i m B l u t normalerweise
k u g l i g e n u n d i n a k t i v e n L e u k o z y t e n abgeplattet, je n a c h G r ö ß e m e h r
oder weniger. Diese Pression s t i m u l i e r t die A k t i v i t ä t der Z e l l e n . N a c h
einer k u r z e n Anpassungszeit, d e m R u h e s t a d i u m , k o m m e n die Z e l l e n
ü b e r das ebenfalls k u r z e B e w e g u n g s s t a d i u m i n das r e l a t i v lange W a n d e r u n g s s t a d i u m . Diese V e r h ä l t n i s s e i n v i t r o entsprechen offensichtlich
denen a m besten, die i n den Gewebsspalten, d e m n a t ü r l i c h e n A k t i o n s r a u m der L e u k o z y t e n , herrschen.
V o n den verschiedenen L e u k o z y t e n a r t e n agieren n u r die n e u t r o p h i l e n
und eosinophilen G r a n u l o z y t e n sowie die M o n o z y t e n als P h a g o z y t e n .
Diese Z e l l e n reagieren sofort n a c h der P r ä p a r a t h e r s t e l l u n g a u f das
V o r h a n d e n s e i n der B a k t e r i e n ; ihre Anpassungszeit, d . h . das R u h e u n d B e w e g u n g s s t a d i u m , ist bei i h n e n unter diesen B e d i n g u n g e n so verk ü r z t , d a ß die stadienartige E n t w i c k l u n g der Z e l l b e w e g u n g k a u m z u
erkennen ist. A u c h die für die verschiedenen L e u k o z y t e n a r t e n jeweils
charakteristische innere O r d n u n g der Zellelemente i m W a n d e r u n g s s t a d i u m k o m m t bei den P h a g o z y t e n n u r schlecht zustande.
V o n den meisten B a k t e r i e n a r t e n geht eine p o s i t i v chemotaktische W i r k u n g a u f die P h a g o z y t e n aus. Sie ist die V o r a u s s e t z u n g f ü r eine P h a g o zytose. S o w o h l die K ö r p e r s u b s t a n z der B a k t e r i e n , die E n d o t o x i n e , als
a u c h deren Stoff Wechselprodukte, die E k t o t o x i n e , h a b e n eine p o s i t i v
chemotaktische W i r k u n g . A b e r a u c h lokale p H - Ä n d e r u n g e n ( S ä u e r u n g )
k ö n n e n a u f P h a g o z y t e n w i r k e n . Generell s i n d die V o r g ä n g e b e i der
Phagozytose i n bakterienhaltigen P r ä p a r a t e n i n v i t r o denen ä h n l i c h ,
die S C H A D E [14] bei einer B a k t e r i e n i n v a s i o n i m Gewebe beschrieben h a t .
6
N e b e n der c h e m o t a k t i s c h e n W i r k u n g , die v o n i h n e n ausgeht, m ü s s e n
die B a k t e r i e n , u m p h a g o z y t i e r t werden z u k ö n n e n , a u c h a d h ä s i o n s f ä h i g
sein. N a c h W R I G H T [ 1 5 ] s i n d es die Opsonine, die die O b e r f l ä c h e n a d h ä s i o n s f ä h i g m a c h e n u n d d a m i t gleichzeitig das P h a g o s o m m a r k i e r e n .
D a ß die P h a g o z y t e n t a t s ä c h l i c h n u r markierte T e i l c h e n aufnehmen,
also bei der P h a g o z y t o s e w i r k l i c h z e l l u l ä r e u n d h u m o r a l e F a k t o r e n
z u s a m m e n w i r k e n , ist b e i der B a k t e r i e n p h a g o z y t o s e n i c h t so d e u t l i c h
zu erkennen. E i n demonstratives B e i s p i e l d a f ü r ist aber die E n t s t e h u n g
von L E - Z e l l e n i n v i t r o . I m D e c k g l a s p r ä p a r a t ist z u verfolgen, wie die
P h a g o z y t e n eine deutliche A u s w a h l treffen, i n d e m sie n u r den a n t i k ö r p e r b e l a d e n e n , m a r k i e r t e n K e r n aus den g e s c h ä d i g t e n Z e l l e n phagoz y t i e r e n u n d das C y t o p l a s m a m i t der G r a n u l a z u r ü c k l a s s e n ( E N G E L [ 7 ] ,
E N G E L und
REGINA
SCHÜTZ
[16]).
P r i n z i p i e l l i s t der V o r g a n g der Phagozytose bei allen P h a g o z y t e n gleich.
Die Z e l l e n w a n d e r n meist sehr g r a d l i n i g a u f die B a k t e r i e n z u . B e i d e n
n e u t r o p h i l e n G r a n u l o z y t e n s i n k e n sie, n a c h K o n t a k t m i t d e m Pseudop o d i u m , q u a s i i n die Zelle ein, w ä h r e n d die M o n o z y t e n i h r charakteristisches, g r o ß e s , schleierartiges P s e u d o p o d i u m ü b e r sie auswerfen u n d
sie d a m i t i n den Z e l l k ö r p e r holen. A u f B a k t e r i e n a g g l o m e r a t e w a n d e r n
insbesondere die n e u t r o p h i l e n G r a n u l o z y t e n schnell m i t sehr b r e i t e m
P s e u d o p o d i u m z u : kleinere werden v o n einem P h a g o z y t e n a l l e i n allseits
u m f a ß t u n d i n t o t o aufgenommen. A u f g r ö ß e r e B a k t e r i e n h a u f e n w a n d e r n
die P h a g o z y t e n v o n allen Seiten z u u n d legen sich w a l l a r t i g a n deren
R a n d , bis alle B a k t e r i e n eingeschlossen s i n d . A b d a n n h ö r t die Z u w a n d e r u n g der P h a g o z y t e n auf: offensichtlich gelangen keine chemot a k t i s c h e n R e i z e mehr d u r c h den L e u k o z y t e n w a l l i n die U m g e b u n g .
V o m R a n d her n e h m e n die P h a g o z y t e n n u n soviel B a k t e r i e n wie i r g e n d
m ö g l i c h auf. D i e Ingestion aller B a k t e r i e n h ä n g t v o n der G r ö ß e des
B a k t e r i e n h a u f e n s u n d der T o x i z i t ä t der B a k t e r i e n a b .
D a normalerweise die G r a n u l o z y t e n a m s t ä r k s t e n i m B l u t v e r t r e t e n s i n d
und a u ß e r d e m i h r e W a n d e r u n g s g e s c h w i n d i g k e i t i m V e r g l e i c h z u d e n
M o n o z y t e n e r h e b l i c h schneller ist, haben sie schon b a l d n a c h der P r ä p a ratherstellung viele B a k t e r i e n phagozytiert u n d s i n d d a b e i den M o n o z y t e n meist z u v o r g e k o m m e n . U m a u c h die P h a g o z y t o s e der langsameren u n d r e l a t i v wenigen M o n o z y t e n beobachten z u k ö n n e n , m ü s s e n
d e m P r ä p a r a t r e i c h l i c h B a k t e r i e n zugesetzt werden. E s s i n d d a n n a u c h
die Ingestionsmengen der verschiedenen Z e l l a r t e n z u vergleichen. E s
zeigt sich, d a ß G r a n u l o z y t e n wie M o n o z y t e n soviel p h a g o z y t i e r e n , bis
sie m i t B a k t e r i e n vollgestopft s i n d u n d sich n i c h t mehr bewegen k ö n n e n
(Abb.
1—6).
B e i unseren U n t e r s u c h u n g e n i n v i t r o hat sich ergeben, d a ß bei M o n o z y t e n die i n t r a z e l l u l ä r e V e r d a u u n g eher einsetzt u n d eine s t ä r k e r e
D e s i n t e g r a t i o n der B a k t e r i e n z u verzeichnen ist als bei n e u t r o p h i l e n
G r a n u l o z y t e n . D a s m a g d a r a n liegen, d a ß die M o n o z y t e n a u c h i m D e c k 7
fm
A b b . 1—6. Neutrophiler Granulozyt,
Phagozytose v o n
Baat. cereus mycoides. Die Zelle phagozytiert i n relativ
kurzer Zeit viele
Bakterien. Zwischen A b b i l d u n g 1
u n d 4 liegen 1 y
Stunden. D e r neutrophile Granulozyt ist dann mit
Bakterien so v o l l gestopft, d a ß er
sich nicht mehr
fortbewegen kann.
2
E s entstehen
schließlich große
Verdauungsvakuolen; die Degranulation des Phagozyten u n d die Desintegration der
Bakterien beginnen
(Abb. 5.). 22 Stunden s p ä t e r — die
Kernsegmente sind
inzwischen pyknotisch geworden —
sind nur noch R e s i d u a l k ö r p e r der
Bakterien i n der
Zelle vorhanden
(Abb. 6)
A b b . 7—10. Monozyt,
Phagozytose
v o n Bact. cereus
mycoides. Der M o nozyt n i m m t die
Bakterien schnell
auf. Ihre Desintegration setzt sofort
nach der Phagozytose ein ( A b b . 8) ;
zwischen A b b i l dung 7 u n d 8 liegen
nur 7 M i n u t e n !
N a c h knapp 2
Stunden ist die
Desintegration so
weit fortgeschrit-
glaspräparat resistenter sind und länger überleben. Sie sind auch mit
anderen Fermenten ausgestattet. Möglicherweise sind die Monozyten
deshalb zu wiederholter Phagozytose befähigt. In jedem F a l l aber spielt
bei der intrazellulären Verdauung die Toxizität der Bakterien eine
Rolle (Abb. 7—10 und 11—14). Bei den eosinophilen Granulozyten
waren unter denselben Bedingungen keine Anzeichen einer intrazellulären Verdauung nach der Phagozytose zu registrieren. Sie stellen
meistens mit der Ingestion größerer Partikel ihre Wanderung ein und
halten so das Phagosom nur umschlossen. Sie können aber auch das
Aufgenommene wieder ausstoßen und dann weiterwandern.
Während der Ingestion der Bakterien wird die Granulakinetik i m Phagozyten heftiger und ungerichtet. Zusehends mehr Granula, i n der Menge
10
ten, d a ß v o n den
Bakterien nur noch
Residualkörper
vorhanden sind
(Abb. 9).
Zwei B a k t e r i e n
konnten nicht
mehr phagozytiert
werden ; die zuletzt
aufgenommene] i
sind i n A b b i l d u n g
10. unterhalb des
pyknotischen
K e r n s , i m lysierten
Cytoplasma als
g r ö ß e r e Residualk ö r p e r zu erkennen
sind es primäre Lysosomen, lagern sich dem Phagosom an. Kurze
Zeit später entsteht um das Phagosom eine kleine ,,Vakuole". Das Phagosom ist nun durch eine Neutralisationsvakuole in der Zelle separiert.
B E N N E T [2] hat gezeigt, daß es sich dabei um ein Zellmembransäckchen
handelt. M i t dem Verschmelzen der angelagerten Lysosomen mit der
Membran vergrößert sich dann die „Vakuole". C O H N und H I R S C H [4]
haben nachgewiesen, daß die Granulozytengranula bakterizide Fermente gegen gramnegative Bakterien sowie DesoxjTibonuklease, Glukoronidase, Nukleotidase, Phosphatasen, Ribonuklease u. a. enthalten.
Sie haben auch gezeigt, daß nach der Phagozytose mit der Degranulierung der Phagozyten die Freisetzung dieser Fermente erfolgt. Aus
dem Phagosom entsteht ein Phagolysosom, d. h. aus der sich vergrö11
A b b . 11—14. M o nozyt, Phagozytose v o n Staphylok o k k e n . I m Gegensatz zu Bact. cereus
mycoides, deren
Dosintegration in
Monozyten
sofort
nach der Phagozytose einsetzt u n d
schnell fortschreitet, werden die
zwar kleinen, aber
Bernden Neutralisationsvakuole wird ein intrazellulärer Verdauungskanal !
Die Degranulation des Phagozyten und die Veränderungen am Phagosom
— die .Bakterien verlieren an optischer Dichte und zerfallen i n kleinere
Teilstücke (Abb. 7 — 1 0 ) — sind, wie schon von M E T S C H N I K O F F [ 1 0 ] , [ 1 1 ]
und später von H I R S C H und C O H N [4] beschrieben, die sichtbaren
Zeichen der intrazellulären Verdauung. Diese Veränderungen können
graduell unterschiedlich sein, in Abhängigkeit sowohl von der Vitalität
der Phagozyten als auch von der A r t und Virulenz der Bakterien.
M A K I A N Miou.v. T H O M I S O N und R O G E R S [!)] haben nachgewiesen, daß
avirulente Staphylokokken intrazellulär abgetötet werden. Von viru12
toxischen Staphylokokken nach der
Aufnahme nur i n
sichtbare „ N e u t r a lisations" - V a k u o len eingeschlossen. E i n e Desintegration findet hier
nicht statt (Abb.
14). Zwischen A b bildung 11 u n d 14
liegen 7 Stunden
lenten Keimen können einige nach der Phagozytose noch intrazellulär
überleben und dann den Phagozyten sogar zerstören.
Während der intrazellulären Verdauung können die Verdauungsvakuolen verschwinden und wieder neue entstehen. Ihr heller, flüssighomogener Inhalt ergießt sich ins Suspensionsmedium (Abb. 15—17).
Die Bruchstücke der Bakterien, sog. Residualkörper werden i m Cytoplasma abgelegt (insbes. Abb. 9). Nach E H R I C H [5] werden mit der
Flüssigkeit aus der Verdauungsvakuole die auf dem Weg der intrazellulären Verdauung aus den bakteriellen Antigenkomplexen segregierten „aktiven Moleküle" i n Form „.löslichen Antigens" i n das Suspensionsmeclium abgegeben. Sie induzieren die Antikörperbildung !
13
A b b . 15—17. N e u trophiler Granulozyt, Phagozytose
v o n DiphtherieBakterien T y p u s
mitis (Entleeren
von Verdauungsvakuolen).
U m diese B a k t e rien bilden sieh
rasch g r o ß e Verdauungsvakuolen ;
ihr Inhalt e r g i e ß t
sich schließlich ins
Suspensionsmed i u m . Zwischen
A b b i l d u n g 15 u n d
17 hegen nur 10
M i n u t e n ! Dieser
Vorgang — die A b gabe löslicher A n t i gene — wiederholt
sich des öfteren.
A l l e Untersuchungen wurden bei
Zimmertemperatur
durchgeführt.
Der Vergrößer u n g s m a ß s t a b bet r ä g t 1750 : 1
Fotos: R E G I K A
Berlin
SCHÜTZ,
D i e P h a g o z y t o s e basiert z w a r a u f d e m biologischen G r u n d p h ä n o m e n der
V e r d a u u n g , die i n t r a z e l l u l ä r e V e r d a u u n g steht aber n i c h t i m D i e n s t
der A s s i m i l a t i o n , sondern der D i s s i m i l a t i o n ! D a s bedeutet, d a ß die
P h a g o z y t e n n i c h t e t w a s t ä n d i g ,,auf N a h r u n g s s u c h e " s i n d u n d sich
v o n den B a k t e r i e n e r n ä h r e n ! Sie werden wie jede andere K ö r p e r z e l l e
e r n ä h r t , w o b e i sie der ,,Quelle'* sogar noch n ä h e r s i n d als andere Z e l l e n .
D i e A u f g a b e der P h a g o z y t e n ist es, k ö r p e r f r e m d e s M a t e r i a l , das a u f
n a t ü r l i c h e m W e g n i c h t aus d e m K ö r p e r e l i m i n i e r t werden k a n n , i n t r a z e l l u l ä r z u z e r k l e i n e r n , m ö g l i c h s t löslich z u machen u n d d a m i t z u r A u s scheidung beizutragen.
Technische D a t e n : K a m e r a : A s k a n i a Z ; F i l m m a t e r i a l : K o d a k P l u s X
u n d T r i X ; F i l t e r : Interferenzfilter: L i c h t q u e l l e : 1 0 0 - W - N i e d e r v o l t lampen: Mikroskop: Z E I S S W L : Kondensor: I V / Z 7 ; Objektive:
A p o c h r o m a t e P h 40/1,0 u n d P h 100/1,32: O k u l a r : 6 X ; B ü d f e l d b r e i t e n :
70 [im u n d 175 [im.
Filmbeschreibung
Neutrophile
1
Granulozyten
1 Bjs
1. Bact. cereus mycoides: C h e m o t a k t i s c h angelockt, wandert ein neutrop h i l e r G r a n u l o z y t m i t b r e i t e m P s e u d o p o d i u m a u f mehrere B a k t e r i e n z u
u n d u m f l i e ß t sie. D i e B a k t e r i e n s i n k e n d a n n schnell i n das Z e l l i n n e r e .
2. Bact. cereus mycoides: N a c h der Phagozytose einer k l e i n e n B a k t e r i e n k e t t e ist i n der N ä h e des Phagosoms eine v e r s t ä r k t e G r a n u l a k i n e t i k
z u registrieren. U m die aufgenommenen B a k t e r i e n entsteht b a l d eine
helle „ V a k u o l e " , es b i l d e t sich ein P h a g o l y s o s o m .
3. Escherichia
coli: Dieser neutrophile G r a n u l o z y t h a t bereits einige
B a k t e r i e n p h a g o z y t i e r t , die a u c h schon v o n k l e i n e n , hellen V e r d a u u n g s v a k u o l e n u m g e b e n s i n d . U m die neuerlich aufgenommenen B a k t e r i e n
entstehen ebenfalls rasch V e r d a u u n g s v a k u o l e n .
4. Escherichia
coli: I n dieser Zelle ist die i n t r a z e l l u l ä r e V e r d a u u n g
bereits angelaufen; die D e g r a n u l a t i o n des P h a g o z y t e n ist d a f ü r e i n
deutliches A n z e i c h e n . D i e A k t i v i t ä t der Zelle ist n o c h n i c h t einges c h r ä n k t , sie w a n d e r t a u f eine weitere B a k t e r i e n k e t t e z u u n d n i m m t
a u c h diese auf. D a b e i geraten die restlichen G r a n u l a wieder i n heftigere
Bewegung.
D i e Kursiv -Überschriften entsprechen den Zwischentiteln i m F i l m .
15
Eosinophile
Granulozyten
2 B/s
5. Bact. cereus mycoides: E i n eosinophiler G r a n u l o z y t n i m m t breitseits
eine kleine B a k t e r i e n k e t t e auf. N a c h der P h a g o z y t o s e k a n n s i c h die
Zelle k a u m n o c h bewegen.
6. Bact. cereus mycoides: Diese Zelle p h a g o z y t i e r t erst z w e i B a k t e r i e n
u n d n i m m t d a n a c h n o c h eine kleine B a k t e r i e n k e t t e auf. E i n neutrophiler G r a n u l o z y t k o m m t h i n z u u n d p h a g o z y t i e r t die restlichen B a k terien.
7. Bact. cereus mycoides: H i e r w i r d eine r e l a t i v lange B a k t e r i e n k e t t e
p h a g o z y t i e r t . D a n e b e n liegen degenerierende T h r o m b o z y t e n , die z . T .
v a k u o l i g aufquellen.
8. Bact. cereus mycoides: E i n neutrophiler G r a n u l o z y t w i r d v o n e i n e m
ganzen H a u f e n der g r o ß e n B a k t e r i e n angelockt. D i e Zelle k a n n n u r einen
T e i l d a v o n phagozytieren.
Monozyten
1 Bjs
9. Bact. cereus mycoides: Besonders auffällig ist hier die heftige G r a n u l a k i n e t i k w ä h r e n d der Phagozytose. D u r c h die aufgenommenen B a k t e r i e n
w i r d der K e r n stark verformt. Z e i t w e i l i g entsteht der E i n d r u c k als w ä r e
der K e r n mehrfach segmentiert ; ein deutlicher H i n w e i s a u f seine F l e x i b i l i t ä t ! D a n a c h w i r d n o c h eine kleine B a k t e r i e n k e t t e p h a g o z y t i e r t ,
die v o m P s e u d o p o d i u m des M o n o z y t e n f ö r m l i c h i n die Zelle hereingezogen w i r d . R e l a t i v b a l d setzt die D e g r a n u l a t i o n des P h a g o z y t e n e i n .
10. Bact. cereus mycoides: D a s typische, schleierartige, g r o ß e P s e u d o p o d i u m w i r d hier weit ü b e r die B a k t e r i e n ausgeworfen. Sie gelangen
d a n a c h schnell i n den Z e l l k ö r p e r . D i e starke F l e x i b i l i t ä t des M o n o z y t e n kerns ist a u c h hier wieder gut z u erkennen.
11. Micrococcus aureus: E i n M o n o z y t sofort n a c h der P r ä p a r a t h e r s t e l l u n g .
E r ist n o c h i m A n p a s s u n g s s t a d i u m u n d deshalb n o c h r u n d u n d r e l a t i v
g l a t t r a n d i g , ohne die t y p i s c h e n Cytoplasmaschleier. F a s t u n m e r k l i c h
schiebt er sich a u f die i n seiner N ä h e liegenden B a k t e r i e n z u , die d a n n
ganz p l ö t z l i c h i n der Zelle auftauchen. D i e G r a n u l a des M o n o z y t e n
s i n d i n heftiger B e w e g u n g .
Bildung
eines
30
Leukozytenivalles
B/Min.
12. S t a p h y l o k o k k e n : U m alle a u f den B a k t e r i e n h a u f e n z u w a n d e r n d e n
L e u k o z y t e n rechtzeitig erfassen z u k ö n n e n , wurde f ü r diese A u f n a h m e
ein s c h w ä c h e r e s O b j e k t i v verwendet.
16
Sofort n a c h der P r ä p a r a t h e r s t e l l u n g w a n d e r n nacheinander n e u n L e u k o z y t e n m i t b r e i t e m P s e u d o p o d i u m schnell a u f die B a k t e r i e n z u u n d legen
sich w a l l a r t i g a n d e n R a n d des Bakterienhaufens. S o b a l d alle B a k t e r i e n
eingeschlossen s i n d , geht v o n i h n e n offensichtlich keine chemotaktische
W i r k u n g m e h r a u f weitere P h a g o z y t e n a u s ; es w a n d e r n keine Z e l l e n
mehr z u .
Literatur und Filmveröffentlichung
[1] B A L D R I D G E ,
[2]
[3]
[4]
[51
[6]
[7]
[8]
[9] M E L L Y ,
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
H . S.,
und
R . W . G E R A R D : The
E x t r a Respiration
of
Phagocytosis. A m . J . P h y s i o l . 103 (1933), 235—236.
B E N N E T , H . S. : The concepts of membrane flow a n d membrane vesiculation as mechanisms for act ice transport a n d ion pumping. J . B i o phys. Biochem. Z y t o l . Suppl. 2 (1956), 99—104.
C O H N , Z . A . , u n d S . I . M O R S E : F u n c t i o n a l a n d metabolic properties
of polymorphnuclear leucocytes. J . E x p . M e d . I l l (1960), 667—687.
C O H N , Z . A . , u n d I . G . H I R S C H : Degranulation of polymorphnuclear
leucocytes following phagocytosis of microorganisms. J . E x p . M e d . 112
(1960), 1005—1014.
E H R I C H , W . E . : D i e E n t z ü n d u n g . H a n d b . A l l g . P a t h o l . B d . 7 Reaktionen. S. 1—324, B e r l i n 1956.
E N G E L , H . - J . : E i n Beitrag z u m B i l d des Leukozyten u n d seme filmische
Darstellung. Res. F i l m 5, 5 (1966), 462—472.
E N G E L , H . - J . : Untersuchungen zur LE-Zellgenese i m Supravitalp r ä p a r a t . B l u t XVII (1968), 93—110.
K O C H , R . : Ü b e r bakteriologische Forschungen. V e r h . 10. I n t . M e d .
K o n g r . B e r l i n 1890, B d . 1, S. 35—57.
MARIAN,
A., J . B . THOMISON
und
D.E.ROGERS:
Fate
of
staphylococci w i t h i n human Leucocytes. J . E x p . M e d . 112 (1960),
1121—1133.
M E T S C H N I K O F F , E . : Ü b e r eine S p r o ß p i l z k r a n k h e i t der Daphnien. A r c h ,
path. A n a t . 96 (1884), 177—195.
M E T S C H N I K O F F , E . : Ü b e r die Beziehung der Phagozyten z u M i l z b r a n d bazillen. A r c h . path. A n a t . 97 (1884), 502—526.
P F E I F F E R , R . : Studien zur Choleraätiologie. Z . H y g . 16 (1894), 168—
186.
R Ö S S L E , R . : Referat ü b e r E n t z ü n d u n g . V e r h . dt. pathol. Ges. 19
(1923), 18—68
S C H A D E , H . : D i e Physikochemie der E n t z ü n d u n g . V e r h . dt. pathol.
Ges. 19 (1923), 68—80.
W R I G H T , A . E . , u n d S . R . D O U G L A S : A n experimental Investigation
of the Role of the B l o o d F l u i d s i n connection w i t h Phagocytosis.
Proc. R o y . Soc. L o n d o n . B i o l . Sc. 72 (1903), 170—171.
[16] E N G E L , H . - J . , u n d R E G I N A S C H Ü T Z : Genese des L . E . - Z e l l p h ä n o mens — Vitalbeobachtung i m peripheren B l u t . F i l m D 948 des Inst.
Wiss. F i l m , G ö t t i n g e n 1968.
17
Angaben zum Film
Das F i l m d o k u m e n t wurde 1 9 6 2 zur Auswertung i n Forschung u n d H o c h schulunterricht veröffentlicht. Stummfilm, 1 6 m m , s c h w a r z w e i ß , 9 7 m , 9 m i n
(Vorführgeschw. 2 4 B / s ) .
Die Aufnahmen entstanden i m Jahre 1 9 6 1 . Veröffentlichung aus dem Physiologischen Institut der Freien U n i v e r s i t ä t B e r l i n (Prof. D r . D r . h . c. M . H .
F I S C H E R ) , P r i v . - D o z . D r . H . - J . E N G E L , und dem Institut für den Wissenschaftlichen F i l m , G ö t t i n g e n (Prof. Dr.-Ing. G . W O L F ) , D r . K . - H . H Ö F L I N G ;
Aufnahme u n d Schnitt: H . H . H E U N E R T .
Inhalt des Films
I n dem F i l m w i r d die Phagozytose verschiedener Bakterienarten gezeigt.
Als Phagozyten agieren neutrophile und eosinophile Granulozyten sowie
Monozyten aus dem peripheren B l u t des Menschen. D i e Untersuchungen
wurden bei Zimmertemperatur i m D e c k g l a s p r ä p a r a t unter dem Phasenkontrastmikroskop durchgeführt.
Summary of the Film
The phagocytosis of various kinds of bacteria is shown i n the film. The active
phagocytes are neutrophil and eosinophil granulocytes and also monocytes
from peripheral human blood. The investigations were carried out at room
temperature on a cover-glass preparation, using a phase-contrast microscope.
Résumé du Film
A u cours d u film on p r é s e n t e l a phagocytose de différentes espèces de bactéries. Les granulocytes n e u t r o p h i l s et eosinophiles ainsi que les monocytes
d u sang p é r i p h é r i q u e se comportent comme des phagocytes. Les é t u d e s
sont effectuées à l a t e m p é r a t u r e ambiante sur le couvre-objet sous microscope
à contraste de phase.
18

Download Report