Blut und Immunsystem

· Symport mit Lactat

· Antiport mit Na⁺

· Antiport mit K⁺

· Protonenpumpe (ATP-Verbrauch)

· Export von CO₂ und Wasser

· extrazellulär:    ~7.4   =   43-37 nM H⁺

· intrazellulär:      ~7.1  = 100-63 nM H⁺    (Ausnahme: saure Kompartimente)

\(\mathrm{pH = pK_s + log {[A^-] \over [HA]}}\)

· optimale Pufferungsbereich bei pH = pK_s ± 1  (empirisch festgelegt)

· Pufferkonzentration bestimmt Pufferkapazität aber nicht Pufferbereich

· CO₂  +  H₂O  ↔︎  H₂CO₃     ( verläuft chemisch langsam → beschleunigt durch Carboanhydrase )

· H₂CO₃  ↔︎  H⁺  +  HCO₃^-     ( verläuft schnell / Protonenübertragungsreaktion )

· CO₂  +  H₂O  ↔︎  H⁺  +  HCO₃^-

· es hat 400x mehr CO₂ als H₂CO₃     ( [H₂CO₃] ~ 0.003mM )

· [CO₂] ~1.2mM   /   [HCO₃^-] ~24mM   →  pH = 6.10 + 1.3 = 7.4

· p(CO₂) = 40mmHg   /   k_H(CO₂) = 0.03 mM/mmHg   →   [CO₂] ~1.2mM

· offenes Puffersystem (Pufferkonzentration ist nicht konstant):  [CO₂] ~ konstant  /  [HCO₃^-] variabel

  → grösserer Pufferbereich

· schwere Ketten (γ,μ,α,δ,ε) definieren die Antikörper-Klasse  ( IgG, IgM, IgA, IgD, IgE )

· leichte Ketten (κ,λ) bestehen bei allen Antikörpern aus zwei Typen

· Immunoglobulindomänen bestehen aus β-Faltblättern und β-Schleifen (keine α-Helices)

· Immunoglobuline sind Glykoproteine

· IgG → Antikörper der späten Immunreaktion  ( kommt 10x häufiger als alle anderen AKs vor / Rhesus-Antikörper )

· IgA → Funktion unbekannt  ( Monomer oder Dimer / v.a. auf Schleimhautoberflächen und in Körperflüssigkeiten )

· IgM → Antikörper der frühen Immunreaktion  ( bei frischer Infektion / grösster Antikörper / als Monomer als BCR )

· IgD → Funktion unbekannt  ( v.a. auf der Oberfläche von B-Lymphozyten )

· IgE → für allergische Reaktion und Abwehr von Parasiten  ( binden an Mastzellen → Histaminausschüttung )

· IgG hat vier Untertypen / IgA hat drei Untertypen

· IgG hat nur eine N-gebundene Kohlenhydratkette / alle anderen Ig haben mindestens 5 Kohlenhydratketten

· an 3 Stellen in der AS-Sequenz der schweren und leichten Ketten gibt es grosse Sequenzvariabilität

   · CDR1:  AS-Position 30   /   durch somatische Hypermutation

   · CDR2:  AS-Position 50   /   durch Vielzahl der Exone

   · CDR3:  AS-Position 95   /   durch Rekombination und Nukleotideinbau*

· Bildung der leichten Ketten:

   · κ:  35 (von 70) V-Exone + 5 J-Exone = variable Domäne     /    C-Exon = konstante Domäne

   · λ:  30 V-Exone + 4 J-Exone = variable Domäne    /    C-Exon = konstante Domäne

· Bildung der schweren Ketten:

   · 40 V-Exone + 25 D-Exone + 6 J-Exone = variable Domäne    /    C-Exon = konstante Domäne

   * terminale Desoxynukleotidtransferase (zufälliger Einbau von Nukleotiden zwischen V_H und D bzw. zwischen D und J_H)

· Punktmutationen in den variablen Domänen (V / (D) / J)

   1.  activation-induced (cytidine) deaminase  ( AID )      Cytosin → Uracil

   2.  uracil-N-glycosidase ( UNG )       Uracil → abasisch

   3.  error-prone DNA polymerase      abasisch → unpräzise Reparatur 

   · pro Zellteilung ca. 1 Mutation pro V-Gen

· Erhöhung der Affinität des Antikörpers zum Antigen (nur Produktion der besser-bindenden AK wird stimuliert)

· kommt nur bei der finalen Reifung der B-Zellen vor

· wird nicht vererbt

· je zwei identische schwere (50 kDa) und leichte (25 kDa) Ketten

   · schwere Ketten sind in der «hinge-Region» über Disulfidbrücken miteinander verbunden

· Fab  =  Antigen-bindendes Fragment

· Fc   =  konstanter Teil

· nicht-kovalente Bindungen  ( reversibel )

· Antigenbindungsstelle muss nicht Strukturkomplementär sein  ( kann aber bei Bindung entstehen → induced fit )

· Antikörper haben eine niedrigere Dissoziationskonstante als Enzyme  ( sollen "Substrat" nicht mehr loslassen )

· alle Antikörper ( Ausnahme IgM ) haben zwei Bindungsstellen und sind somit divalent

· Antigene können monovalent (ein Epitop) oder multivalent (mehrere Epitope) sein

· liegt keine 1:1 AG-AK-Interaktion vor (Epitope ≠ Bindungsstellen) spricht man von Avidität (statt Affinität)

   · Avidität = Summe der Affinitäten

· Kreuzreaktivität:

   · Bindung des Antikörpers an zwei unterschiedliche Antigene mit ähnlichen Epitopen

   · v.a. bei polyklonalen AK (aus Tieren / unterschiedliche AS-Sequenzen)  /  bei monoklonalen AK (Mensch) selten 

· polyklonale Antikörper:

   · wichtig in Forschung und Diagnostik

   · eingeschränkte Bedeutung in Therapie (z.B. für rasche Neutralisation tierischer Gifte)

· monoklonale Antikörper:

   · wichtig in Forschung, Diagnostik und Therapie

· Antikörper für Therapien müssen ...

   · Affinität zum Antigen aufweisen

   · stabil sein ("hohe" biologische Halbwertszeit)

   · sich im Gewebe verteilen können

   · Effektorfunktion haben (Komplementaktivierung / Makrophagenaktivierung)

   · dürfen nicht Immunreaktion beim Menschen auslösen (AK ist selbst ein Antigen)

      → Humanisierung des Antikörpers (z.B. AK vom Mensch mit aufgesetzten tierischen Sequenzen)

· Identifikation von Antigenen in biologischen Proben

   · qualitativ:  Western-Blot (SDS-Page → Auftrennung nach Masse) → Anwesenheit des Antigens / Masse

   · quantitativ:  ELISA → Anwesenheit des Antigens / Konzentration / Affinität (K_D)

· IL-1:   Makrophagen, Endothelzellen, Fibroblasten, ...  /  proinflammatorisch

· IL-2:   T-Helfer-Zelle (bei Bindung an Antigen auf MHC II)  /  Aktivierung von Lymphozyten und NK-Zellen

· IL-3:   Stromazellen, Endothelzellen, Fibroplasten, ...  /  Stimulation der Blutbildung (Koloniestimulierender Faktor)

· IL-4:   T_H2-Zellen  /  antiinflammatorisch, verringert Produktion von T_h1-Zellen, Makrophagen, IFN-γ, IL-12

· IL-5:   T_H2-Zellen, Mastzellen  /  chemotakt. Wirkung auf Eosinophile, steigert IgA-Sekretion durch Plasmazellen

· IL-6:   Monozyten, Makrophagen, Endothelzellen  /  Synthese von Akute-Phase-Proteinen

· IL-7:   Stromazellen der lymphatischen Organe  /  stimuliert Wachstum der Vorläuferzellen der Lymphozyten

· IL-8:   Monozyten, Endothelzellen, Fibroblasten  /  Chemokin für neutrophile Granulozyten

· IL-9:   T-Helfer-Zellen  /  verschiedene Funktionen in Lymphozyten

· IL-10:  T_H2-Zellen, T_reg-Zellen  /  antiinflamm., hemmt Makrophagenfunktion, verhindert übermässige Reaktion

· IL-11:  Stromazellen (?)  /  antiinflammatorisch, wichtig für Homöostase und Hämatopoese

· IL-12:  APC, neutrophile Granulozyten  /  erhält T_H1-Zell-Immunantwort aufrecht

· IL-13:  T-Lymphozyten  /  Bildung und Differenzierung von B-Lymphozyten, Inhibition der Makrophagen-Aktivierung

· lokalisieren Entzündung

· verhindern Ausbreitung

· unterstützen (unspezifisches) Immunsystem

1.  bei Gewebeschädigung setzen Endothelzellen, Fibroblasten, Makrophagen Botenstoffe (IL-1 / IL-6 / TNF-α / ...) frei

2.  über die Blutbahn erreichen die Botenstoffe die Leber

3.  in Anwesenheit von Cortisol werden die ~30 verschiedenen APP synthetisiert

· Makrophagen / Monozyten:   toxische Zytokine / Oxidantien (HOCl) / freie Radikale (ROS / RNS)

· T_H-Zellen:   Aktivierung von Makrophagen / Auslösen der Apoptose durch Bindung mittels CD95L an Fas-Rezeptor

· T_c-Zellen:   direkter Angriff  (Perforine + Granzyme)

· B-Lymphozyten:   Antikörperproduktion  ( → erleichterte Phagozytose )

· z.T. sind die Wirkungen noch zu wenig erforscht

· Immunsuppresiva können zu Infektionen und Tumoren führen

· Möglichkeiten  ( von unspezifisch → spezifisch ):

  · nichtsteroidale Antiphlogistika  ( Entzündungshemmer )

  · Glukokortikoide  ( breites Wirkungsspektrum / Suppression von Zytokinen, Rezeptoren, ... / aber Neutrophile ↑ /
                                        niedrig dosiert → moderat entzündungshemmend / hoch dosiert → stark immunsuppresiv )

  · Zytostatika  ( Zellwachstums / -teilungshemmer )

  · Proliferationshemmer  ( Blockade der IL-2 Wirkung → keine Lymphozytenproliferation / z.B. Sirolimus )

  · Calcineurininhibitoren  ( Block. der TCR-Signaltrans. → keine IL-2-Synthese / z.B. Ciclosporin A / Tacrolimus )

  · Zytokine / Zytokinrezeptoren

  · Antikörper gegen Zytokine  ( hoch spezifisch, aber noch zuwenig erforscht )

· Transport ( O₂ / CO₂ / Nährstoffe / Hormone / ... )

· Homöostase ( Wärme / pH / Isotonie / ... )

· Immunsystem

· Wundheilung

· Erythrozyten  ( rote Blutzellen )

· Leukozyten  ( weisse Blutzellen )

· Thrombozyten  ( Blutplättchen )

· vielförmig / stark verformbar / ø ~7.5 µm / d ~1.5µm  ( ø ist normalverteilt / Streuung zwischen 6-9 µm )

· Lebensdauer von ~120 Tagen / 400km "Schwimmdistanz"

· Gastransport  /  Verpackung der Hämoglobine ( verhindert Strömungsprobleme / ROS-Bildung ist kontrollierbar )

· kein Zellkern / keine Mitochondrien → kein MHC I - Molekül / anaerobe Glykolyse 

· in hypertoner Lösung:  Stechapfelerythrozyten  ( Membranüberschuss wird energetisch günstig angeordnet )

· in hypotoner Lösung: Ghosts

· aber osmotisch resistent  ( Hämolyse tritt erst ab 0.54%-NaCl-Lösung ein / 50% Hämolyse bei ~0.44% )

· Einteilung in makrozytäre und mikrozytäre (Grösse) / hypochrome und hyperchrome (Hb-Gehalt) Erythrozyten

· Bande-3-Protein (Cl^-/HCO₃^- - Tauscher) ist häufigstes Protein der Erythrozytenmembran

· perniziöse (bösartige) Anämie  ( Vit.-B₁₂- oder Folsäuremangel )

   · zu grosse / zuwenige Erythrozyten  ( weil zuwenig neue Erythrozyten produziert werden )

   · Folsäuren werden mittels Vit.-B₁₂ in Tetrahydrofolat und weiter in Purine (→ DNA-Synthese) umgesetzt

   · Ursachen: Schwangerschaft / Alkoholismus / falsche Ernährung / fehlen des "intrinsic factors" (B₁₂-Transporter) im Dünndarm

· Eisenmangelanämie:

   · hypochrome / mikrozytäre Erythrozyten

   · Problem der Fe-Resorptionslimitierung  ( "zuviel" Eisen im Körper → Hepcidin → Ferroportin wird abgebaut )

· MCV  ( mean cellular volume )

  · Hämatokrit / Erythrozyten  ( wieviel Volumen hat Erythrozyt? )

  · 90 fl = 90 · 10^-15 l

· MCH  ( mean cellular hemoglobin )

  · Hämoglobin / Erythrozyten  ( wieviel Hämoglobin pro Erythrozyt? )

  · 30 pg = 30 · 10^-12 g

· MCHC  ( mean cellular hemoglobin concentration )

  · MCH / MCV = Hämoglobin / Hämatokrit

  · 340 g Hämoglobin / l Erythrozyten

· unterschiedliche Formen

· Lebensdauer von wenigen Tagen - mehrere Monate

· Hauptaufgaben (Abwehrmechanismen) sind nicht im Blut

  → im Verhältnis zu Erythrozyten nur wenige Leukozyten im Blut

  → hochdynamischer Pool / Menge kann sich stark ändern (4000 - 10'000 / µl Blut)

· Granulozyten  ( 75-80% )

· Lymphozyten  ( 20-25% )

· Monozyten  ( 4-8% )

· Merkhilfe:   1 Monozyt auf 4 Lymphozyten  /  1 Lymphozyt auf  4 Granulozyten   ( Mit Lieben Grüssen / 1 - 4 - 16 )

· 75-80% der Leukozyten

· angeborene / innate / unspezifische Immunität

· neutrophile Granulozyten   ( 30 - 80% )

· eosinophile Granulozyten   (  0 -   6 % )

· basophile Granulozyten      (  0 -   2 % )

· 30 - 80% der Granulozyten

· stabförmiger Kern wird mit zunehmendem Alter mehr segmentiert  ( überaltert wenn >5 Segmente )

· enthalten Granula  ( Lysosomen )

   · ⅓ elektronendichte ("unspezifische") Granula (ø 0.2µm) mit Lysozym / Kollagenase / Elastase

   · ⅔ elektronenhelle ("spezifische") Granula (ø 0.4µm) mit Myeloperoxidase / Hydrolase / Defensine

· Innate Immunität / Entzündungsreaktion

· Adhäsion / Migration → gesteuert durch Chemokine und Formyl-Peptide ( stammen von Bakterien )

· kontrollierte Sekretion von Kollagenasen und Metallomatrixproteinasen → Zerstörung von Gewebe

· Phagozytose ( aber keine Antigen-Präsentation / werden auch Mikrophagen genannt )

· bei Frauen ist in 3% der Granulozyten das X-Chromosom als "Drumstick" erkennbar

· Granulozytose  ( zu viele Granulozyten >7500/µl )

   · Ursachen:

      · physiologisch ( Stress / körperliche Belastung / Schwangerschaft )

      · Infektionen ( v.a. bakterielle )  /  Entzündungen

      · Neoplasien / Nekrosen  ( z.B. Herzinfarkt )

      · Rauchen / Medikamente  ( Steroide hemmen die Ausbildung eines marginalen Pools )

· Granulozytopenie  ( zu wenige Granulozyten <1000/µl )

   · abgeschwächte Entzündungsreaktion  ( Patient sieht gesund aus, kann aber plötzlich tot sein )

   · Ursachen:

      · Bildungsstörung / Reifungsstörung / Knochenmarkschädigung

      · gesteigerter Verbrauch  ( z.B. massive bakterielle Infektion / Konzentration↓ ≠ Genesung )

· Chromatin aus dem Zellkern (oder Mitochondrien) von Neutrophilen bildet extrazellulär ein Netzwerk

· Enzyme sind im Netz gebunden und können Mikroorganismen extrazellulär verdauen

· ⅔ der neutrophilen Granulozyten befinden sich im segmentkernigen Stadium

· Linksverschiebung:  z.B. bei frischer Entzündung  ( Mobilisierung des Knochenmark-Reserve-Pools )

· befinden sich Vorläufer der Metamyelozyten im Blut  →  pathologsiche Ursachen:

   · extramedulläre Myelopoese  ( Blutbildungsherde in Milz oder Leber / in der Fetalzeit oder bei Pathologie )

   · myeloproliferative Erkrankungen  ( z.B. Leukämie )

   · knochenmarkinfiltrierende Malignome

· 0 - 6% der Granulozyten

· zweigelappter Kern

· grosse Zellen (ø 15µm)  /  grosse azidophile Granula  ( ø 1µm )

· grosse Lysosomen mit teilweiser kristalliner Binnenstruktur ("Internum") und MBP und ECP

· geringe Phagozytose (Antigen-Antikörper-Komplexe)

· Adhäsion / Migration (durch ECFA = eosinophilic chemotactic factor von z.B. basophilen Granulozyten)

· Sekretion (Hauptaufgabe):

   · MBP + ECP → Zerstörung von Parasiten   (MajorBasicProtein / EosinophilCationicProtein)

   · Leukotriene → Bronchialdrüsensekretion / Bronchokonstriktion

   · EDIF → Hemmung der basophilen Granulozyten und Mastzellen (gewebeständige Basophile)

   · Histaminase → Histamininaktivierung

· zuwenig Eosinophile gibt es nicht

· Eosinophilie ab > 450 / µl

   · Ursachen:

      · Allergie

      · Parasiten (Infektion)

      · Neoplasien (Tumore)

      · Lymphozytär-eosinophile Heilphase (Endphase der Infektion / Abschalten der Immunreaktion)