Strasmann´s Anatomie und Physiologie, mit ausgewählten Kapiteln Pathologie Das Immunsystem PD Dr. med. Thomas J. Strasmann www.everything-virtual.org Aufbau, Funktion, Störungen Das Immunsystem – Organe, Zellen, Stoffe Zellen des Immunsystems: (1) neutrophile Granulozyten (2) Makrophagen (3) dendritische Zellen (4) natürliche Killerzellen (5) M-Zellen im Darm (6) Langerhanszellen der Oberhaut (7) B-Lymphozyten (1) Plasmazellen (2) Gedächtniszellen (8) T-Lymphozyten (1) T-Helferzellen (2) T-Regulatorzellen (3) T-Killerzellen (4) T-Gedächtsniszellen Seite 2 sAPP07 Immun angeborenes Immunsystem % erworbenes Immunsystem Organe des Immunsystems: a) Lymphe und Lymphgefässe b) Knochenmark c) Thymus d) Lymphknoten e) Milz f) mucosa associated lymphatic tissue MALT: z.B. Mandeln g) gut associated lymphatic tissue GALT: z.B. Peyer´schen Plaques und Wurmfortsatz Stoffe des Immunsystems: I. Antikörper II. Komplementsystem III. MHC IV. Zytokine I. Interleukine II. Interferone III. TNF und andere Das Immunsystem ist auch gegenwärtig ein stürmisch erforschtes Gebiet. Heute werden erste echte „Immuntherapeutika“ gegen Volkskrankheiten eingesetzt. Durch Hygiene und Impfen steigt unsere Lebenserwartung. Das Immunsystem mit seinen Organen, Zellen und Stoffen gibt es zudem noch in alter und neuer Auflage. Organe des Immunsystems: a) Lymphe und Lymphgefässe 1: Fibrozyt; 2: Makrophage; 3: Plasmazelle; 4: Monozyt; 5: Lymphozyt; 6: Granulozyt; 7: Mastzelle; 8: Endothelzelle; 9: Perizyt; kollagene Fasern; 11: einzelne kollagene Fibrille; 12: elastische Fasernetze; 13: argyrophile Retikuläre Mikrofibrille; 14: kleiner Nerv Seite 3 sAPP07 Immun Lymphe wird quasi aus dem Blut filtriert und umspült als interstitielle Flüssigkeit die Zellen unseres Körpers. Wandernde Immunzellen durchstreifen den InterzellularRaum. Die Lymphe tritt mit ihren wenigen Zellen in die Lymphkapillaren ein, worin sie mit nur 5-30μm/sec oder max. 30cm/Stunde langsam Richtung Herz abfliesst. Organe des Immunsystems: a) Lymphe und Lymphgefässe Seite 4 sAPP07 Immun Lymphkapillaren vereinigen sich zu dünnwandigen Lymphgefässen, die nur schwer zu finden sind. Ductus thoracicus und Cisterna chyli wurden aber schon im 17. Jhdt entdeckt. Fast die gesamte Lymphe des Körpers tritt im linken Venenwinkel zurück ins Blut, nur der rechte Arm und die rechte Kopfseite drainieren nach rechts. Organe des Immunsystems: d) Lymphknoten Seite 5 sAPP07 Immun Wie Filter sind Lymphknoten im Lymphstrom verteilt. Ihr Grundgerüst besteht aus fibroblastischen Retikulumzellen. Antigen-präsentierende Zellen (Makrophagen und dendritische / interdigitierende Zellen) siedeln sich an. Über die HEV betreten Lymphozyten den Lk, vermehren sich und bilden Lymphfollikel mit B- und T-Zonen. Organe des Immunsystems: b) Knochenmark Primäre, lebenswichtige lymphatische Organe Knochenmark - Bildungsort aller Blut- und Immunzellen - Reifungsort der B-Lymphozyten Thymus - Reifungsort der T-Lymphozyten Sekundäre, eher verzichtbare, lymphatische Organe im Lymphstrom: die Lymphknoten im Blutstrom: die Milz im Luftstrom: die Mandeln (Mukosa assoziiert…) im Nahrungsstrom: Gut associated lymphatic tissue Galt, z.B. die Peyer´schen Plaques und der Wurmfortsatz Knochenmark Seite 6 sAPP07 Immun Wir unterscheiden lebenswichtige, primäre Immunorgane von denen, die wie Filterstationen in Ströme eingelassen sind. Das Knochenmark bildet alle Zellen des Blutes und auch alle Zellen des Immunsystems. Da hier auch die B-Lymphozyten reifen, ist das Knochenmark vom übrigen Körper immunologisch abgeschieden. Blut Knochenmark Die Zellen des Immunsystems: (3) dendritische Zellen Dendritische Zellen aus dem Knochenmark Seite 7 sAPP07 Immun Nicht alle Blutzellen sind auch Immunzellen, und manche Immunzelle tritt nicht im Blut auf. Dendritischen Zellen sind genau solche: Sie besiedeln die primären und sekundären lymphatischen Organe, sie kommunizieren mit Makrophagen und Lymphozyten und dirigieren die Granulozyten an den Ort der Kampfgeschehens… Organe des Immunsystems : f) mucosa associated lymphatic tissue MALT Rachenmandel und zwei Seitenstränge zwei Gaumenmandeln Zungengrundmandel alle = Waldeyer´scher oder lymphatischer Rachenring Seite 8 sAPP07 Immun In den Mandeln hat das Immunsystem die Gelegenheit, die fremden Bestandteile der Atemluft kennen zu lernen. In den tiefen Falten der Schleimhaut („Krypten“) bleiben diese im Schleim fixiert liegen, und Immunzellen „erkunden“ die fremde Welt. Bei einer eitrigen Mandelentzündung schlagen die neutrophilen Granulo‘s zu. Zellen des Immunsystems: (1) neutrophile Granulozyten Seite 9 sAPP07 Immun Neutrophile Granulozyten erkennen körperfremde Oberflächen („Pamps“: pathogen associated molecular patterns, mit Toll- und Nod-like receptors). Sie können mit Enzymen fast alles töten, was sie phagozytieren. Sterben sie, entsteht Eiter. Sie gehören zum angeborenen Immunsystem, das wir von den Ahnen geerbt haben. angeborenes Immunsystem % erworbenes Immunsystem Traditionelle Einteilung: angeborenes und erworbenes Immunsystem angeborenes (oder unspezifisches) Immunsystem - phylogenetisch sehr alt - erkennt „konservative“ Oberflächen von Pathogenen („pathogen-associated molecular patterns“, PAMPs) - Reaktion immer gleich aber sehr schnell erworbenes (oder spezifisches) Immunsystem - phylogenetisch neuer - „erfindet“ und erkennt körperfremde Oberflächen - Reaktion langsam, aber nimmt mit Antigenexposition zu - es ist „adaptiv“, es „lernt“ Seite 10 sAPP07 Immun Das Konzept „angeborenes vs. erworbenes Immunsystem“ ist in der Wirklichkeit oft unscharf. Im Laufe der Evolution überlebten die, die zufällig einen Schutz hatten (klonale Selektion). Das adaptive System aber selektiert nur Zell-Klone, es lernt lebenslang, und so sind wir nicht mehr Opfer, sondern bauen neuen Schutz auf. Organe des Immunsystems: e) Milz Zellen des Immunsystems : (7,1) Plasmazelle Seite 11 sAPP07 Immun Die Milz, wie ein Filter im Blutstrom, lässt etwa 10% ihres ungerinnbar gemachten Blutes langsam durch den Interzellularraum sickern. Dendritische Zellen und die Tund B-Lymphozyten „beobachten“ die Antigenität des Blutes. B-Lympho‘s werden zu Plasmazellen und produzieren Antikörper, wenn ihre Antigene vorhanden sind. Das Immunsystem – Organe, Zellen, Stoffe Zellen des Immunsystems: (1) neutrophile Granulozyten (2) Makrophagen (3) dendritische Zellen (4) natürliche Killerzellen (5) M-Zellen im Darm (6) Langerhanszellen der Oberhaut (7) B-Lymphozyten (1) Plasmazellen (2) Gedächtniszellen (8) T-Lymphozyten (1) T-Helferzellen (2) T-Regulatorzellen (3) T-Killerzellen (4) T-Gedächtsniszellen Seite 12 sAPP07 Immun angeborenes Immunsystem % erworbenes Immunsystem Organe des Immunsystems: a) Lymphe und Lymphgefässe b) Knochenmark c) Thymus d) Lymphknoten e) Milz f) mucosa associated lymphatic tissue MALT: z.B. Mandeln g) gut associated lymphatic tissue GALT: z.B. Peyer´schen Plaques und Wurmfortsatz Stoffe des Immunsystems: I. Antikörper II. Komplementsystem III. MHC IV. Zytokine I. Interleukine II. Interferone III. TNF und andere Antigene sind alles, was eine spezifische Immunantwort hervorruft. Antigen muss nicht pathogen (Krankheits-erzeugend) sein. Das Präsentieren des Antigens ist eine wesentliche Aufgabe der "Antigen-presenting cells" APCs, zu denen ausser Makrophagen, dentritischen und M-Zellen auch die Langerhannszellen zählen. Stoffe des Immunsystems: I. Antikörper B-Lymphozyten vermitteln die „humorale Immunantwort“ Seite 13 sAPP07 Immun Unser Körper bildet Antikörper. B-Lymphozyten "erfinden" solche Antibodies, die gegen körperfremde Oberflächen gerichtet sind. Man findet sie auch im Blut. Sie vermitteln die humorale Immunität. Das sehr variable Fa/b-Fragment ist gegen das Antigen gerichtet, das sich der B-Lymphozyt im Knochenmark "ausgedacht" hat. Stoffe des Immunsystem: II. Komplement http://www.savevid.com/video/immuno-complement-easy-tutorial-mnemonic-animation-immunology-membrane-attack-complex-mac.html Seite 14 sAPP07 Immun aus Kaufmann 2014 Eine Art Vorstufe zu den hochspezifischen Antikörpern hat das angeborene Immunsystem: Das Komplement-System. Diese Stoffe, die als Enzyme sich gegenseitig aktivieren, werden von der Leber gebildet. 3 Wege führen zur Abwehr von Bakterien. Die eingeleitete Entzündungsreaktion ist bei vielen Krankheiten von Bedeutung. Zellen des Immunsystem : (4) natürliche Killerzellen, und (2) Makrophagen Seite 15 sAPP07 Immun Während das Komplementsystem auf Bausteine von Bakterien-Wänden anspringt, erkennt die Natürliche Killerzelle besonders Virus-befallene Zellen. Sie tötet diese Zellen mit Perforinen, die ein nichtschliessbares Loch bilden. Makrophagen und andere Fresszellen fressen und töten, was ihnen fremd oder falsch erscheint. Organe des Immunsystems: g) gut associated lymphatic tissue GALT Zellen des Immunsystems: (5) M-Zellen des Darmes Appendix vermiformis, Querschnitt Peyer´sche Plaques im terminalen Ileum High endithelial venule aus Kuby et al. aus Rink et al. Seite 16 sAPP07 Immun Lymphfollikel in der Dünndarm,-Schleimhaut Eine besondere Rolle spielt das Immunsystem des Darmrohres: An der "Flora" reift unser Immunsystem. In der Schleimhaut besonders von Dünn- und Dickdarm sind zahlreiche Lymphfollikel. Spezialisierte Epithelzellen nehmen Bakterien und andere Antigene auf und präsenteren sie den Makrophagen und Lymphozyten im Follikel. Stoffe des Immunsystems: III. MHC MHC-I = „das habe ich selbst hergestellt“ MHC-II = „das habe ich aufgenommen“ MHC = major histocompatibility complex. Dazu gehört auch das HLA-System (HLA = humanes leukocyte-antigen), wie z.B. "HLA B27", ein häufig bei Morbus Bechterew zu findender Marker. CD = Cluster of differentiation: Eine grosse Gruppe verschiedener Marker bzw. Rezeptoren, die zur Unterscheidung von Lymphozten dienen. z.B. sind CD4-Lymphozyten die T-Helferzellen, CD8Lympho´s dagegen sind die T-Killerzellen. aus: Kaufmann "Basiswissen Immunologie" Springer 2014 Seite 17 sAPP07 Immun MHC sind Zell-Erkennungs-Moleküle, deren Gene so variabel sind, dass weltweit etwa nur 7 MHC-identische Menschen leben. Lymphozyten, besonders T-Lympho´s können MHC-Moleküle und die von Zellen darauf präsentierten Partikel lesen: MHC I auf allen Körperzellen, MHC II besonders auf Antigen-präsentierenden Zellen. Organe des Immunsystems: c) Thymus Zellen des Immunsystems: (8) T-Lymphozyten aus: Rink et al. "Immunologie für Einsteiger" Spektrum 2012 T-Lymphozyten differenzieren sich zu T-Helferzellen, T-Regulatorzellen, T-Killerzellen, T-Gedächtniszellen Seite 18 sAPP07 Immun Im Thymus findet die klonale Selektion der T-Lymphozyten statt: Immunkompetente T-Lymphozyten erkennen körperfremde Partikel auf MHC-Molekülen. Sollten sie auch körpereigene Partikel erkennen, beginnt damit eine Autoimmunkrankheit. Die T-Lymphozyten wandern von Zelle zu Zelle und vermitteln die "zelluläre Immunität". Beispiel: Hepatitis A-Infektion T-Lymphozyten differenzieren sich zu T-Helferzellen, T-Regulatorzellen, T-Killerzellen, T-Gedächtniszellen Hepatitis A -Viren sind kleine RNS-Viren Muscheln sind ein Virus-Reservoir Skleren-Ikterus wash it, peel it, cook it, - or forget it Seite 19 sAPP07 Immun Ein Makrophagen entdeckt, dass Leberzellen auf MHC1 Molekülen merkwürdige Viruspartikel zeigen. Er alarmiert die zufällig vorbei kommende T-Helferzelle (CD4). Diese erkennt die Gefahr, teilt und differenziert sich, auch zu T-Killerzellen (CD8), die nun die infizierten Leberzellen töten: Eine vollständige Heilung ist die Regel! Antikörper entstehen auch … B-Lymphozyten vermitteln die „humorale Immunantwort“ T-Lymphozyten stossen die Immunantwort an Seite 20 sAPP07 Immun Die "humorale Immunantwort" wird von den T-Helferzellen ebenso angestossen wie die zytotoxische Aktion der T-Killerzellen, welche die "zelluläre Immunantwort" darstellt. Je mehr Gedächtnszellen gebildet werden, desto besser kann beim nächsten Mal abgewehrt werden: Deshalb impfen wir mehrmals, wir "boostern". Antikörper bei Hepatitis A und B Hepatitis-B-Virus Antigene : HBs-AG (Surface oder Hüllen-AG) HBe-AG (Abbau von HBs-AG) HBc-AG (Core) das ganze Virus heisst auch „Dane-Partikel“ Hepatitis B über Blut und Blutprodukte Hepatitis A über Stuhl Seite 21 sAPP07 Immun Bevor der Hepatitis-A-Infizierte sich krank fühlt oder eine Gelbsucht zeigt, erscheinen die Viren im Stuhl. Bei der HB ist das Blut mit Krankheitsbeginn hoch infektiös, aber nur 60% sind ikterisch. Im Gegensatz zur HA hat die HB gefährliche FolgeKrankheiten (Zirrhose, Leberzellkrebs) und eine HB-Impfung ist sehr zu empfehlen. Impfung http://www.bag.admin.ch/ekif/04423/04428/ Seite 22 sAPP07 Immun Der moderne rekombinante Hepatitis-B-Impfstoff (von Hefe hergestellte Virushülle) wird sehr gut vertragen. Kleinere Antigene werden mit Adjuvantien kombiniert, so werden sie vom Immunsystem besser erkannt. Bei der Passivimpfung werden nur Antikörper gegeben, bei der Aktivimpfung aber ist unser Immunsystem selbst aktiv. Risikoabwägung am Beispiel der Masern-Impfung Masern Erreger Morbilli-Virus Infektionsweg Tröpfchen-Infektion von Mensch zu Mensch typische klinische Zeichen kleinfleckiges Exanthem Komplikationen Komplikationen allgemein: Kleinkinder 1 : 2‘000 Jugendliche u. Erwachsene 1 : 500 Akut: Leukopenie, Verminderte InterferonProduktion, Mittelohr-Entzündung, Pneumonie, Enzephalitis Spätfolge (1 : 10´000 ): Subakute-sklerotisierende PanEnzephalitis SSPE (immer tödlich!) SSPE aus: Heininger Handbuch Kinderimpfung http://www.stopmasern.ch/de-ch/so-schuetzt-die-impfung/so-schuetzt-die-impfung.html http://www.3sat.de/mediathek/?mode=play&obj=41218 Seite 23 sAPP07 Immun Sind ausreichend Menschen geimpft, sind auch jene geschützt, die nicht geimpft werden können (Kranke, Schwangere). Nach einer Impfung kann die Immunreaktion oft als anstrengend erlebt werden. So wie die Muskeln trainieren, um Stürzen vorzubeugen, so trainiert das Immunsystem den Ernstfall - mit Hilfe der Impfung. Das Immunsystem – Organe, Zellen, Stoffe Zellen des Immunsystems: (1) neutrophile Granulozyten (2) Makrophagen (3) dendritische Zellen (4) natürliche Killerzellen (5) M-Zellen im Darm (6) Langerhanszellen der Oberhaut (7) B-Lymphozyten (1) Plasmazellen (2) Gedächtniszellen (8) T-Lymphozyten (1) T-Helferzellen Th1, Th2, Th17 (2) T-Regulatorzellen (3) T-Killerzellen (4) T-Gedächtsniszellen Seite 24 sAPP07 Immun angeborenes Immunsystem % erworbenes Immunsystem Organe des Immunsystems: a) Lymphe und Lymphgefässe b) Knochenmark c) Thymus d) Lymphknoten e) Milz f) mucosa associated lymphatic tissue MALT: z.B. Mandeln g) gut associated lymphatic tissue GALT: z.B. Peyer´schen Plaques und Wurmfortsatz Stoffe des Immunsystems: I. Antikörper II. Komplementsystem III. MHC IV. Zytokine I. Interleukine z.B. IL-17 II. Interferone z.B. IFN-γ III. TNF und andere Die T-Helferzellen sind über die Stoffe, die sie abgeben, weiter differenzierbar. Auch interagieren T-Helferzellen mit anderen Immunzellen und auch mit Körperzellen. So sind die T-Helferzellen und ihre Subgruppen heute von zentraler Bedeutung für das Verständnis von Krankheiten und Störungen des Immunsystems. Pathologie: HIV und AIDS Zellen des Immunsystems: (8, 1) Helferzellen 0 0 Seite 25 sAPP07 Immun aus: Pezzutto "Taschenatlas der Immunologie" Thieme Das HI-Virus befällt zunächst T-Helferzellen, die infolge der Virusproduktion ihre eigentlichen Aufgaben nicht mehr erfüllen. Dadurch "fährt" das Immunsystem nicht richtig "hoch" und die zelluläre und humorale Immunität ist nur schwach. Tumore und Infektionen entstehen leicht und bringen letztlich den Tod. Kondome schützen. Pathologie: Hautpilz-Infektion mit Trichophyton Zellen des Immunsystems: (6) Langerhanszelle Langerhanszellen 100 µm einige Dendritische Zellen: Makrophagen und Antigen-Presenting-Cells Seite 26 sAPP07 Immun Langerhanszelle erster Wächter in der Epidermis der Haut von-Kupffer´sche Sternzelle im Bindegewebsraum der Leber Mikroglia im ZNS wichtige Fresszellen zwischen den Neuronen Osteoklasten des Knochens fressen auch gebrochenes Knochenmaterial Bei einer Hautpilzinfektion erkennen die Langerhanszellen die Gefahr und leiten die zelluläre Abwehr ein, indem sie T-Helferzellen aktivieren. Diese wiederum geben INF-γ ab, welches die Phagozytose und Gewebereparatur fördert. Trichophyton rubrum aber wehrt sich leider… Interferone allgemein fördern die Tumorabwehr. Pathologie : Mastzell-Aktivierung bei Allergie Zellen des Immunsystems: (8, 1) T-Helferzelle aus: Kaufmann 2014 Seite 27 sAPP07 Immun Zelluläre Abwehrprozesse werden gefördert durch TH1-Helferzellen. Humorale mit Antikörperbildung verbundene Abwehrprozesse werden von den TH2-Helferzellen gefördert. Bei Wurmerkrankungen sind eosinophile Granulozyten im Blut vermehrt, bei Allergie sind Mastzellen beteiligt, die wohl aus basophilen Granulo´s entstehen. Pathologie: Formen der Überempfindlichkeit Seite 28 sAPP07 Immun Zum Typ I Allergie (Sofortallergie) gehören Asthma, Heuschnupfen, Nesselsucht, Nahrungsmittel- und Arzneimittelallergien. Typ II findet sich bei Autoimmunerkrankungen wie Hashimoto-Thyreoiditis oder Myasthenia gravis. Typ III bei FremdserumUnverträglichkeit und Typ IV bei Zöliakie, Morbus Crohn und der Colitis ulcerosa. Pathologie: Haut-Infektion mit dem Hefepilz Candida albicans Stoffe des Immunsystems: IV. I. Interleukine aus: Kaufmann 2014 IL-17 IL-17 Seite 29 sAPP07 Immun Bei einer Candida-Infektion der Haut (als Folge schwacher Abwehrlage etwa beim Diabetes mellitus) treten besondere TH17-Helferzellen mit Granulozyten über IL17 in Kontakt und stossen so Gewebszerstörung und Entzündung an. Auf sich gestellt gewinnt ein solch schwaches Immunsystem nicht: eine chronische Infektion ist da. Pathologie: chronische Entzündung, Psoriasis, MS Zellen des Immunsystems: (8, 2) T-Regulatorzelle MS: Multiple Sklerose Seite 30 sAPP07 Immun Die Th17-Helferzelle spielt wohl auch eine wesentliche Rolle bei chronischen Entzündungen im Alter, bei MS und Psoriasis. Kortison bremst die T-Helferzell-Bildung, therapeutisch werden auch Interleukine und Interferone eingesetzt. Gegenspieler der Th17-Helferzelle ist die T-Regulatorzelle, wichtig für die Toleranzentwicklung. Pathologie: Kreuzreaktion z.B. nach Streptokokken-Infektion Seite 31 sAPP07 Immun β-hämolysierende Streptokokken erzeugen zu 3% eine gefährliche Nachkrankheit, wenn die Antibiotika zu früh abgesetzt werden. Das lernende Immunsystem braucht Zeit - und je länger irgendwo im Körper Bakterien leben, desto eher entwickelt sich eine immunologische Entgleisung, die lebensgefährlich, auch tödlich enden kann. Pathologie: Osteoporose und chronische Polyarthritis Seite 32 sAPP07 Immun Sinkt im Alter der Östrogenspiegel im Blut, so wird (auch beim Mann) unter Beteiligung des Immunsystems die Reifung der Knochen-Fresszellen gefördert. Heute sind monoklonale Antikörper Teil der Therapie. Auch die PCP wird heute mehr und mehr als eine Art Autoimmunerkrankung verstanden und ansatzweise therapiert. Einflüsse auf die Abwehrlage Seite 33 sAPP07 Immun Hygiene und viel Bewegung (Ausdauer und Kraft) sind wohl die stärksten Einflüsse auf unsere Abwehrlage, die wir selbst leicht steuern können. Ausreichend Schlaf und eine rationale, eher zurückhaltende Ernährung ist sicher auch gut fürs Immunsystem. Alkohol und besonders das Rauchen schwächen die Abwehr nachweisbar. Literaturempfehlung Rink, Kruse, Haase "Immunologie für Einsteiger" Spektrum, Heidelberg 2012 "Mensch Körper Krankheit" Anatomie,Physiologie, Krankheitsbilder Lehrbuch und Atlas für die Gesundheitsberufe Urban & Fischer letzte Auflage Seite 34 sAPP07 Immun Kaufmann "Basiswissen Immunologie" Springer, Berlin 2014
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