Anatomische, physiologische Barrieren und Bakterien

Die Haut und Schleimhäute als erste Verteidigungslinie

Haut und Schleimhäute sind die ersten Verteidigungslinien gegen das Eindringen von Krankheitserregern in den Körper. Die Haut ist die äußerste Barriere, die besonders resistent gegen Bakterien und Parasiten ist. Die äußerste Hautschicht, das Stratum Corneum, ist für Bakterien undurchdringlich, da starke interzelluläre Bindungen verhindern, dass Bakterien in die Dermis eindringen. Die Dermis ist eine hypoxische Umgebung, die das Wachstum von Bakterien ungünstig macht. Hautzellen sind außerdem reich an Proteasen, die fremde Proteine wie die Zellwand von Bakterien zerstören. Drüsen in der Haut produzieren Schweiß und Talg, die antimikrobiell wirken und außerdem eine hydrophobe Barriere bilden, die das Anhaften von Bakterien verhindert. Die Schleimhäute von Nase und Mund weisen eine sehr hohe Bakteriendurchlässigkeit auf. Dies gilt auch für den Magen-Darm-Trakt, der aufgrund seiner großen Oberfläche und der Tatsache, dass Bakterien durch peristaltische Bewegungen aktiv darüber transportiert werden, eine hochpermeable Lumenbarriere darstellt. Die Darmepithelzellen sind daher mit Tight Junctions ausgestattet, die den Durchgang großer Makromoleküle und schädlicher Bakterien verhindern. Die Tight Junctions im Darmepithel werden durch das autonome Nervensystem reguliert, das nach der Einnahme durch Kontraktion des Zwerchfells, der Bauchmuskulatur und peristaltischer Bewegungen auch den reflexartigen Ausstoß von Bakterien auslöst.

Der Atemweg und der Magen-Darm-Trakt als zweite Barriere

Die Atemwege und der Magen-Darm-Trakt sind die nächsten Barrieren des menschlichen Körpers, um ihn vor Krankheitserregern zu schützen. Die Atemwege verfügen über eine Flimmerschleimhaut, die Staub, Bakterien und Viren zurückhalten kann. Der Schleim auf der Schleimhaut fängt große Krankheitserreger ein und wird mit Hilfe peristaltischer Bewegungen ausgestoßen. Darmbakterien werden größtenteils durch den sauren pH-Wert des Magens abgetötet. Magenproteasen zerstören auch die Zellwand der Bakterien und töten die Bakterien ab. Salzsäure (HCl) hemmt das Bakterienwachstum. Darmmakrophagen sind die wichtigsten Immunzellen des Magen-Darm-Trakts, wohingegen Darmepithelzellen mit Toll-like-Rezeptoren ausgestattet sind, die pathogen-assoziierte molekulare Muster (PAMP) erkennen und die Freisetzung entzündungsfördernder Zytokine auslösen. Auch gastrointestinale Reflexe spielen eine Rolle bei der Stimulierung der Immunantwort. Der gastrokolische Reflex induziert nach einer Mahlzeit peristaltische Bewegungen, die die Passage von Makromolekülen und bakteriellen Antigenen aus dem Magen-Darm-Trakt in das Blut erhöhen.

Humorale Immunität

Die humorale Immunität ist die erste Verteidigungslinie gegen Krankheitserreger. Sie wird durch Antikörper vermittelt, die von B-Zellen produziert werden. B-Zellen werden aktiviert, wenn sie über ihren B-Zell-Rezeptor pathogen-assoziierte molekulare Muster (PAMP) auf ihrer Oberfläche erkennen. Die wichtigsten PAMP sind bakterielle Lipopolysaccharide (LPS), bakterielle Peptidoglykane und virale Nukleinsäuren. B-Zellen werden während der angeborenen Immunantwort aktiviert, wohingegen T-Zellen während der adaptiven Reaktion aktiviert werden. B-Zellen sind entweder ruhende B-Zellen oder Plasmazellen. Plasmazellen produzieren Antikörper in inaktiver Form, die aktiviert werden, wenn die B-Zelle zerstört wird. Immunglobuline umfassen fünf verschiedene Klassen: IgA (Immunglobulin A), IgG (Immunglobulin G), IgM (Immunglobulin M), IgD (Immunglobulin D) und IgE (Immunglobulin E). Immunglobuline kommen in Schleimhautflüssigkeiten, Blut sowie Immun- und Lymphgewebe vor. Sie schützen den Körper vor Krankheitserregern, indem sie Krankheitserreger neutralisieren, opsonisieren und eine Agglutination auslösen. Immunglobuline sind auch bei Transplantationen wichtig, wo das Infektionsrisiko hoch ist. Komplementproteine sind ebenfalls Teil der humoralen Immunität. Sie werden auf dem klassischen Weg in Gegenwart von Antikörpern und PAMPs aktiviert. Das Komplementsystem besteht aus über 30 Proteinen, die miteinander interagieren und eine Immunkaskade bilden. Die Hauptfunktion des Komplementsystems besteht darin, Krankheitserreger, einschließlich Bakterien und Viren, zu eliminieren.

Zelluläre Immunität T-Zellen, Makrophagen und dendritische Zellen

T-Zellen sind entscheidend für die adaptive Immunantwort. Sie erkennen pathogen-assoziierte molekulare Muster (PAMP) und Selbstantigene. Makrophagen sind ein entscheidender Zelltyp der Immunität. Ihre Erkennungskapazität ist breit, aber ihre Reaktionsfähigkeit ist begrenzt. Sie erkennen Krankheitserreger anhand pathogenassoziierter molekularer Muster (PAMP) wie bakteriellem LPS und Peptidoglykanen, viralen Proteinen, Nukleinsäuren und Melanin. Makrophagen werden durch CD4+-T-Zellen aktiviert und können sich in M1-Makrophagen (klassisch) differenzieren, die entzündungsfördernde Zytokine absondern, oder in M2-Makrophagen (alternativ), die entzündungshemmende Zytokine absondern.

Abschluss

Der menschliche Körper ist eine privilegierte Umgebung für Krankheitserreger und wird durch ein effizientes Immunsystem geschützt. Mehrere anatomische und physiologische Barrieren schaffen eine lebensfeindliche Umgebung Mikroben und Krankheitserreger. Die erste Verteidigungslinie sind Haut und Schleimhäute, die Krankheitserreger einfangen und ausscheiden. Der Atemweg und der Magen-Darm-Trakt sind die nächsten Barrieren und werden durch Immunglobuline und Komplementproteine geschützt. Schließlich sind T-Zellen, Makrophagen und dendritische Zellen die wichtigsten zellulären Immunzellen, die Krankheitserreger direkt abtöten.