So reagiert das Immunsystem auf Viren wie Sars-CoV-2
Fragen und Antworten rund um das neue Coronavirus und die Immunabwehr
Das Virus ist da und unser Leben gerät aus seinem gewohnten Takt. Wegen des aktuellen Geschehens werde ich hier bei TAKTVOLL eine kleine inhaltliche Schleife drehen. Es soll in den nächsten Tagen schwerpunktmäßig um ein Thema gehen, über das ich in anderen Zusammenhängen schon seit vielen Jahren berichte, um die Immunabwehr des Menschen.
Es ist beeindruckend, wie es den Immunzellen tagtäglich gelingt, uns in meist perfekt aufeinander abgestimmten Aktionen vor Krankheitserregern oder etwa auch Tumorzellen zu schützen. Fast immer geschieht dies, ohne dass wir überhaupt etwas davon bemerken. Doch im Kontakt mit dem neuen Virus, Sars-CoV-2, das die Immunabwehr der Menschen in dieser Form noch nie zuvor „gesehen“ hat, gerät auch dieses faszinierende Schutzsystem – zumindest bei manchen Menschen – aus der Balance.
Was passiert, wenn ein neues Virus auf die Immunabwehr trifft? Wie können wir das Immunsystem bei seiner Arbeit unterstützen? In den nächsten Tagen werde ich nach und nach versuchen, diese und andere Fragen möglichst kurz und auf dem aktuellen Stand der Forschung zu beantworten.
Fragen bisher:
Wie wehrt sich der Körper gegenüber Krankheitserregern, die über die Atemwege eindringen, und was ist beim neuen Coronavirus anders?
Warum erkranken Kinder offenbar nicht so schwer an einer Infektion mit Sars-Cov-2 wie Erwachsene, und was könnte das Immunsystem damit zu tun haben?
Kann man sein Immunsystem stärken, damit es eine Virusinfektion besser abwehren kann?
Wie wehrt sich der Körper gegenüber Krankheitserregern, die über die Atemwege eindringen, und was ist beim neuen Coronavirus anders?
Jeden Tag atmen wir rund 12.000 Liter Luft ein und wieder aus. Dabei gelangen mit dem benötigten Sauerstoff auch winzige Tröpfchen, Staubteilchen, Rußpartikel, andere Luftschadstoffe, Pollen, Pilzsporen in den Körper. Viren und Bakterien sind auch dabei, im ungünstigen Fall können sie uns krank machen.
Als erstes stößt alles, was von außen kommt, auf eine nur schwer überwindbare Schleimhautbarriere. Hier produzieren spezialisierte Zellen laufend einen wässrigen Schleim, der die Oberflächen feucht hält. Die Atemwege sind mit einer Art Teppich aus Flimmerepithel ausgekleidet. Millionen winziger Härchen auf den Atemwegszellen schlagen, „flimmern“ etwa 1000 mal in der Minute und bewegen den Schleim mit allem, was sich darin befindet, Millimeter für Millimeter in Richtung Rachen. Diese Reinigung funktioniert meist gut, letztlich wird der zusammengekehrte „Schmutz“ nach dem Schlucken im Säurebad des Magens entsorgt.
In seltenen Fällen gelingt es Krankheitserregern, diese erste Barriere zu überwinden. Hat das Immunsystem durch einen Infekt oder eine Impfung schon einmal Kontakt zu den eingedrungenen Viren oder Bakterien gehabt, befinden sich auf den Schleimhäuten und im Blut bereits Antikörper, die die Erreger blockieren können. Auch wenn es noch kein Immungedächtnis mit schützenden Antikörpern gibt, ist der Körper einem neuen Virus nicht ausgeliefert. In den Atemwegen gibt es ein ausgeklügeltes System an molekularen Sensoren, die rasch Alarm schlagen, wenn etwas mit der Luft hinein kommt, was nicht hinein gehört. Zellen, die die Atemwege auskleiden, können außerdem selbst Abwehrstoffe ausschütten, z. B. so genannte Defensine, die Viren direkt abtöten. Außerdem kommunizieren sie über Botenstoffe mit Immunzellen im ganzen Körper. Diese eilen bei Bedarf aus Blut und Lymphe herbei.
Die Abwehrzellen, die als erstes eintreffen, beseitigen infizierte und tote Zellen mit einem Cocktail aus aggressiven Sauerstoffradikalen und Enzymen. Fresszellen im Gewebe, die so genannten Makrophagen, befinden sich (besonders in den unteren Atemwegen) meist in einer Art Dämmerzustand, damit sie nicht bei jedem harmlosen Fremdstoff, der über die Luft einströmt, reagieren. Wenn die Atemwege von Viren befallen sind, wachen diese Abwehrzellen rasch auf, räumen geschädigte, infizierte Zellen beiseite und treiben die Immunantwort weiter an. Dazu zählt auch die Aktivierung von Antikörper-produzierenden „B-Zellen“ und einer weiteren Klasse spezialisierter Immunzellen, den „T-Zellen“. Diese können virusinfizierte Zellen besonders effektiv beseitigen.
Dabei muss das Immunsystem in der Balance bleiben: einerseits soll die Abwehr die Ausbreitung des Virus verhindern. Auf der anderen Seite dürfen die Abwehraktionen aber auch nicht zu heftig ausfallen, weil durch ausgeschüttete toxische Abwehrstoffe das körpereigene Gewebe zu sehr in Mitleidenschaft gezogen würde. Die Symptome, die wir beispielsweise bei einer Erkältung spüren, verursacht weniger das Virus selbst, als die Aktivität der Immunabwehr.
Da das Sars-Cov-2 neu für die Menschheit ist, haben bisher nur diejenigen Personen ein immunologische Gedächtnis ausgebildet, die eine Infektion seit Ende des vergangene Jahres erfolgreich überstanden haben. Alle anderen sind gegenüber dem neuen Virus mehr oder weniger empfänglich. Antikörper gegen das Virus tauchen im Blut im Durchschnitt erst in der zweiten Woche nach dem Krankheitsbeginn auf.
Im Gegensatz zu Erkältungsviren können die Grippeviren und auch das Sars-CoV-2 nicht nur die oberen, sondern auch die unteren Atemwege befallen. In der sensiblen Region der Lungen, wo an feinsten Zellwänden zu den Blutgefäßen Kohlendioxid gegen Sauerstoff ausgetauscht wird, ist die Situation besonders heikel. Je mehr Viren sich bis hierher ausbreiten und je heftiger die Immunreaktion läuft, desto schwerer erkranken die Betroffenen. Darüber, ob die Aktionen eher in Richtung Schutz oder Schaden laufen, entscheiden die Abwehraktionen gleich zu Beginn einer Infektion.
Zu dieser ersten Abwehr zählt neben den erwähnten Alarmglocken, Sensoren und Fresszellen auch der körpereigene Abwehrstoff Interferon. Interferon blockiert die Vermehrung der Viren und lockt weitere Immunzellen an. Vor vier Jahren fanden Mikrobiologen der University of Iowa durch Experimente an Mäusen heraus, dass die Interferon-Antwort nach einer Infektion mit Sars-CoV-1 leicht verspätet in Gang kommt. Sars-CoV-1 ist von seinen Genen her zu 80% identisch mit dem neuen Sars-CoV-2, es infizierte während der Epidemie in den Jahren 2002 und 2003 rund 8000 Menschen.
Die Sars-CoV-1 entkommen offenbar einem molekularen Sensor in den Zellen der oberen Atemwege, der sie normalerweise an ihrem auffälligen Oberflächenmuster erkennt. Durch den anfänglichen Mangel an Interferon gelangen mehr Viren in tiefere Regionen der Atemwege. Das bringt die Immunabwehr aus dem Gleichgewicht, weil immunologische Botenstoffe im Übermaß ausgeschüttet und Immunzellen überaktiv werden, was die Lunge schwer schädigt. Bisher ist unklar, ob das neue Sars-CoV-2 die frühe Interferon-Antwort ebenfalls austricksen kann.
Eine Fehlregulation der Immunabwehr sei nicht ungewöhnlich, wenn Viren gerade die Artgrenze (vom Tier auf den Menschen) überschritten hätten, schrieben Eveline Kindler und Volker Thiel vom Institut für Infektionskrankheiten an der Universität Bern vor vier Jahren im Fachmagazin „Cell Host & Mikrobe. Wenn Viren gut an ihren Wirt angepasst sind, seien schwere Krankheitsverläufe eher die Ausnahme als die Regel. Auch bei der SARS-Epidemie (2002/2003) hätte man beobachtet, dass die Sterblichkeitsrate in einer späten Phase des Ausbruchs abnahm. Das deute auf eine Anpassung der Viren an den Wirt hin.
Warum erkranken Kinder offenbar nicht so schwer an einer Infektion mit Sars-CoV-2 wie Erwachsene?
Die Zahlen und Statistiken sind zum jetzigen Zeitpunkt noch sehr vorläufig, aber sie gehen deutlich in eine Richtung: Bei Kindern verläuft eine Infektion mit dem neuen Sars-CoV-2 in den meisten Fällen deutlich glimpflicher als bei Erwachsenen. In sehr seltenen Fällen entwickeln Kinder im Zusammenhang mit einer Sars-CoV-2 Infektion ein schweres Entzündungssyndrom, das dank verfügbarer Therapie selten tödlich verläuft, aber häufig schwere bleibende Herzschäden hinterlässt. (Siehe auch: „Neues Entzündungssyndrom bei Kindern im Zusammenhang mit Covid-19“)
Ähnliches hatte man auch bei der Sars-Epidemie vor 18 Jahren beobachtet. Genauso wie damals gibt es auch aktuell keine Hinweise darauf, dass das neue Coronavirus während der Schwangerschaft von der Mutter auf das Kind übertragen werden kann.
Chinesische Kinderärzte veröffentlichten bereits Ende Februar einige Zahlen über betroffene Kinder. Die häufigsten Symptome waren trockener Husten, Fieber, Erschöpfung. Einige Kinder klagten auch über verstopfte Nasen und einen geröteten Rachen. Drei schwer Betroffene mussten beatmet werden, alle litten unter einer Grunderkrankung (einem angeborenen Herzfehler oder einem Nierenleiden). Alle Kinder überlebten.
Ärzte aus Shanghai präsentierten nun in der Fachzeitschrift „Pediatrics“ weitere Daten. Von den 2143 Kindern, die wegen COVID-19 oder einem Verdacht darauf behandelt werden mussten, erkrankten 125 ernsthaft, 13 davon sehr kritisch, die Lunge oder andere Organe versagten ihren Dienst, ein Kind starb.
Weltweit „begegnen“ Menschen Sars-CoV-2 gerade zum ersten Mal. Warum die kindliche Immunabwehr auf diesen Erstkontakt offenbar besser reagiere, könne verschiedene Gründe haben, sagt der Kinderarzt und Immunologe Georg Holländer (Universität Basel/University Oxford), den ich für einen Artikel in der „Neuen Zürcher Zeitung“ befragt habe. „Womöglich gelingt es dem jungen Immunsystem, den Erreger mit den Werkzeugen der angeborenen Immunabwehr schneller anzugehen und/oder schneller Antikörper und Abwehrzellen bereitzustellen, die das Virus bzw. Virusinfizierte Zellen beseitigen“, vermutet der Immunologe. Die langsamere Immunabwehr älterer Menschen sei hier deutlich im Nachteil.
Bei jeder Immunantwort arbeitet die angeborene Körperabwehr, die unmittelbar nach dem Kontakt zum Virus „anspringt“, eng zusammen mit der erworbenen Immunabwehr. Diese wird einige Tage später mit Antikörpern und Immunzellen aktiv, die sehr passgenau auf den einzelnen Erreger zugeschnitten sind und schließlich das immunologische Gedächtnis ausbilden. Bei jungen Kindern funktioniert die angeborene Immunabwehr meist sehr effektiv. Offenbar sind diese ersten Aktionen, die die Viren rasch blockieren können, bei der Konfrontation mit Sars-CoV-2 besonders wichtig. Wohl auch deswegen, weil die Menschen durch vorhergehende Infekte oder eine Impfung noch keine schützenden Antikörper gegen das neue Virus entwickeln konnten. Wenn es diesen ersten Abwehraktionen gelingt, dass Virus stark einzudämmen, sinkt das Risiko, dass Viruspartikel in die tieferen Atemwege vordringen.
Grundsätzlich hängt die Schwere der Erkrankung bei Virusinfektionen von vielen Faktoren ab. Vom Virus selbst natürlich, seinen Eigenschaften und auch davon, wie viele Viruspartikel bei der Ansteckung übertragen werden. Wichtig sind aber auch Umwelteinflüsse, denen der Mensch ausgesetzt ist, die körperliche Verfassung insgesamt, das Alter, die Hormonlage und wie weit das Immunsystem ausgereift ist. Möglicherweise tragen die Zellen in den kindlichen Atemwegen noch nicht so viele Rezeptormoleküle auf ihrer Oberfläche, an die sich die Sars-CoV-2 anlagern und über die die Viren in die Zellen eindringen können, vermuten Forscher. Kinder hätten außerdem meist gesündere Lungen, als Erwachsene, weil sie in ihrem kürzeren Leben weniger Luftschadstoffe eingeatmet hätten. Das mache sie eventuell robuster gegenüber Sars-CoV-2.
Kinder könnten, gerade weil sie eine Infektion vermutlich häufig unauffällig durchmachen, eine Hauptrolle bei der Verbreitung des Virus in der Gesellschaft spielen, spekulieren die Kinderärztin Andrea Cruz vom Baylor College of Medicine in Houston und ihr Kollege Steven Zeichner. Andere Coronaviren (Nicht Sars-Cov-2) seien im Nasensekret von gesunden Kindern sehr häufig nachweisbar. Inwiefern das auch für Sars-CoV-2 gilt, ist noch unbekannt. Bisher weiß man noch nicht, wie viele Menschen (egal welchen Alters) das Virus in sich tragen bzw. eine Infektion unbemerkt überstanden haben. Die Tests zum Virusnachweis werden nicht flächendeckend, sondern lediglich bei begründetem Verdacht durchgeführt.
Kann man sein Immunsystem stärken, damit es eine Virusinfektion besser abwehren kann?
Bewegung an der frischen Luft, ausreichend Schlaf und eine ausgewogene Ernährung tun unserem Körper und damit auch der Immunabwehr gut. Für die Behauptung jedoch, einzelne Substanzen (Vitamin C, Selen, Echinacea ..) oder Geheimrezepte (der Ingwer-Shot) würden das Immunsystem über seine normale Funktion hinaus „stärken“, gibt es keine wissenschaftlich gesicherten Grundlagen.
Denn mit dem „Stärken“ ist es so eine Sache. Die Stärke der Immunabwehr liegt in seiner Balance. Der Immunologe Georg Holländer, der an den Universitäten in Basel und Oxford über das Immunsystem bei Kindern forscht, hält die Formulierung „starkes Immunsystem“ für irreführend. Wenn die Immunabwehr einen Infekt unter Kontrolle habe, spräche man von einem starken Immunsystem. „Wichtig ist, dass die Immunabwehr ausgeglichen und angemessen reagiert; zu wenig Aktivität ist nicht gut, zu viel aber auch nicht“, erklärt Holländer. Holländer unterscheidet lieber drei Zustände: ein schwaches, ein normales und ein falsch reagierendes Immunsystem.
Beim Immunsystem haben wir es, wie der Name schon sagt, mit einem „System“ zu tun. Viele, viele Zellen treten direkt oder über ausgeschüttete Signalstoffe miteinander in Kontakt. Sie aktivieren, hemmen oder unterstützen sich gegenseitig – ein riesiges Netzwerk, dessen Mechanismen die Wissenschaft erst nach und nach versteht. Wegen der komplexen Prozesse ist es schwierig unter Studienbedingungen nachzuweisen, ob eine Substanz oder eine Verhaltensweise die Immunabwehr tatsächlich fördert.
Wird beispielsweise Pflanzenextrakten (aus Ginseng, Knoblauch, Kurkuma) zugeschrieben, sie steigerten im Laborexperiment die Aktivität der Natürlichen Killerzellen, heißt das noch nicht, dass auch im „wahren“ Leben, die Abwehr von Viren oder anderen Krankheitserregern tatsächlich besser läuft. Denn dann sind diese NK-Zellen nur ein Mitstreiter unter vielen.
In manchen Studien bestimmt man als Maß für das Funktionieren der Immunabwehr die Anzahl von Infekten in einer festgelegten Zeitspanne. Die zusätzliche Einnahme von Vitamin-C-Präparaten verringert laut Untersuchungen beispielsweise die Häufigkeit von Erkältungen nicht. Es sei denn, man ist Extremsportler und in der Schnupfensaison körperlich in außergewöhnlichem Umfang aktiv.
Der Mensch ist einer Fülle von individuellen Faktoren ausgesetzt, die auf sein Immunsystem einwirken. Dazu gehören neben der Ernährung auch psychologische Einflüsse, die Hormone, das Alter, der Wohnort, Umweltverschmutzung am Wohnort und vieles mehr.
In wissenschaftlichen Untersuchungen kann man daher meist nur schwer feststellen, ob in den ausgewählten Studiengruppe nun das tägliche Glas Orangensaft, die Wechseldusche oder das Intervallfasten für weniger Erkältungen im Winterhalbjahr sorgten.
Bei der Frage, was die Immunabwehr schwächt, bietet die Forschung aktuell schon ein paar Antworten. Bei Stress etwa wird das Hormon Cortisol vermehrt ausgeschüttet, das Immunzellen hemmt. Wer sich dagegen regelmäßig bewegt (moderat und nicht extrem Sport treibt), senkt den Level an Cortisol in seinem Blut. Rauchen, Alkohol, Schadstoffe und Schlafmangel schwächen die Abwehrleistung des Immunsystems ebenso. Damit die Körperabwehr angemessen reagieren kann, sollte der Organismus ausreichend mit Makronährstoffen versorgt sein. Die Immunabwehr ist energiehungrig. Viele Kalorien werden benötigt für die Herstellung von Abwehrstoffen und Immunzellen. Steigt die Körpertemperatur, wenn sich der Organismus gegen einen Infekt wehrt, „kostet“ das Fieber den Körper extrem viel Stoffwechselenergie.
Eine Mangelernährung schwächt die Immunabwehr wie auch die Unterversorgung mit Vitaminen und Mineralstoffen (Zink, Selen usw.). Immer besser verstanden wird auch die Bedeutung des Mikrobioms für ein ausbalanciertes Immunsystem. Je vielfältiger unsere Ernährung, je vielfältiger unsere Umwelt, desto vielfältiger ist auch die Gemeinschaft der Mikroorganismen, die unseren Darm besiedeln und desto seltener sind Fehl- oder Überreaktionen der Immunabwehr.
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