Wie funktionieren Impfungen?

Seit der Corona-Pandemie ist das Thema Impfung in aller Munde. Was uns vorher noch als medizinische Fachbegriffe um die Ohren geworfen wurde und nichts als Fragezeichen hinterlassen hat, gehört heute zum lockeren Alltagsvokabular auf Familienfeiern, Schulfesten oder in der Büroküche. Tatsächlich sollten wir uns glücklich schätzen, dass zahlreiche gefährliche Krankheiten heutzutage mit einer Impfung vermieden oder zumindest abgeschwächt werden können.

Doch was genau passiert eigentlich bei einer Impfung? Wie funktioniert sie? Was hat unser Immunsystem damit zu tun? Und warum schützen wir uns damit nicht nur selbst? In unserem Ratgeber erfahren Sie alles, was Sie über Impfungen und ihre Funktionsweise wissen müssen.

Wer verstehen will, wie eine Impfung funktioniert, sollte sich zunächst genauer mit dem Immunsystem auseinandersetzen. Denn dessen Abläufe sind letztendlich für den Aufbau des Impfschutzes zuständig.

Unser Immunsystem hat die Aufgabe, schädliche Prozesse abzuwehren. Diese können von fremden Erregern, die von außen in den Körper eindringen, verursacht werden oder von unserem Körper selbst. Die Abwehrreaktion wird z. B. in diesen Fällen ausgelöst:

• Infektionen durch Krankheitserreger, wie z. B. Viren oder Bakterien
• Schadstoffe aus der Umgebung
• Krankhafte Veränderungen, wie z. B. Krebs.

Die Abwehrzellen in unserem Köper erkennen diese potenziell schädlichen Eindringlinge an den sogenannten Antigenen. Wurden die Antigene erkannt, veranlassen die Abwehrzellen die Antwort durch die anderen beteiligten Zelltypen.

Das Immunsystem eines jeden Menschen steht auf zwei Beinen: Dem angeborenen Immunsystem und der adaptiven Immunabwehr.

Das angeborene Immunsystem…

… wird allein durch die Genetik festgelegt und ist nicht anpassbar
… reagiert schnell, aber unspezifisch.
… kommt vor allem bei Schadstoffen und Keimen zum Einsatz.
… reagiert z. B. mit Entzündungen.

Die adaptive Immunabwehr…

… erarbeitet ihre Abwehr auf Zellebene und produziert Antikörper, die genau auf den Erreger passen.
… reagiert sehr spezifisch auf neue und bislang unbekannte oder bereits bekannte Gefahren.
… sorgt dafür, dass nach der Infektion Informationen in sogenannten Gedächtniszellen zurückbleiben. So wird die Bekämpfung bei erneuter Infektion erleichtert.

Genau diese adaptive Immunabwehr machen sich Impfungen zunutze.

Der Beginn der systematischen Impferforschung geht zurück auf die großen Pockenepidemien im 18. Jahrhundert. Der englische Arzt Edward Jenner gilt seit jeher als Pionier in der Impfforschung. Er hatte im Jahr 1798 eine bahnbrechende Entdeckung gemacht, die später wesentlich zur Erschaffung der Impfstoffe beitrug. Jenner beobachtete, dass Frauen sich beim Melken von Kühen häufig mit Kuhpocken infizierten. Im Gegensatz zu den „normalen“ Pocken schien diese Krankheit für Menschen aber ungefährlich zu sein. Was ihn stutzig machte: Wer eine Kuhpockeninfektion überstanden hatte, infizierte sich nicht mehr mit den für den Menschen gefährlichen Pocken.

Ein Feldversuch bestätigte Jenners Vermutung: Er infizierte einen kleinen Jungen zunächst mit den ungefährlichen Kuhpocken. Als er genesen war, steckte er ihn mit den lebensbedrohlichen Pocken an. Das Ergebnis: Der Junge hatte eine Abwehr entwickelt und blieb nach der Pockeninfektion unversehrt – die Pockenimpfung war geboren.

Wie genau das Prinzip der Impfung tatsächlich funktionierte, wurde erst später aufgedeckt. Ausschlaggebend waren hier die Werke von Louis Pasteur (Theorie der Keime, 1864) und Robert Koch (Existenz des Milzbranderregers, 1876, und des Tuberkulose-Bakteriums, 1881).

England führte die Impfpflicht gegen Pocken im Jahr 1867 ein, Deutschland im Jahr 1874. Im Laufe der Zeit wurden mehr und mehr Impfstoffe entwickelt und große staatliche Impfkampagnen aufgelegt. Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) veranstaltet seit 1967 großangelegte internationale Impfprogramme.

Auch heute noch können wir für Jenners Entdeckung dankbar sein: Viele ehemals gefährliche und weitverbreitete Krankheiten sind durch entsprechende Impfungen verschwunden oder zumindest stark zurückgedrängt worden. Pockenerreger existieren beispielsweise nur noch in 2 Laboren weltweit, Kinderlähmung und Diphterie sind heute sehr selten.

Das Ziel einer jeden Impfung ist es, Infektionskrankheiten zurückzudrängen. Beispiele wie Masern, Cholera, Hepatitis A und B, Polio, Röteln, Mumps, Typhus und Tollwut zeigen, wie das funktionieren kann. Auch Krebserkrankungen, wie z. B. Gebärmutterhalskrebs, die von sogenannten HP-Viren ausgelöst werden, können durch Impfungen erfolgreich eingedämpft werden.

Die Idee der Impfung ist einfach: Es wird eine Immunreaktion provoziert, ohne dass eine Gefahr für den Körper besteht. So wird der Körper auf das Eindringen des Erregers vorbereitet. Die direkten körperlichen Reaktionen auf den Impfstoff sind in der Regel mild.

• Lokale Reaktionen: Rötung, Warmwerden oder Schmerzen an der Einstichstelle
• Allgemeine Reaktionen: Fieber, Kopf- und Gliederschmerzen, Durchfall oder Übelkeit und Mattheit.

Diese Symptome sind kein schlechtes Zeichen: Sie deuten darauf hin, dass der Körper die Impfung verarbeitet.

Auf diese Weise wird ein Schutz aufgebaut, der einen Ausbruch der Krankheit im Ernstfall verhindert oder zumindest einen milderen Verlauf sichert. Wir sprechen hier auch von aktiver Immunisierung, denn der Körper muss aktiv etwas tun, um den Schutz aufzubauen.

Impfungen helfen auf zwei Ebenen bei der Bekämpfung gefährlicher Krankheiten:

1. Individuell: Wer geimpft ist, leidet nicht oder weniger an der Krankheit.
2. Gesellschaftlich: Lassen sich genügend Menschen impfen, wird der Erreger zurückgedrängt und im Idealfall weitgehend ausgerottet. Dann spricht man auch von einer Herdenimmunität.

Da wir mit einer Impfung fremde Stoffe in unseren Körper injizieren, kommen schnell Zweifel bezüglich eventueller körperlicher Schäden auf. Doch die Präparate müssen von mehreren Sicherheitsebenen geprüft werden. Daher können wir bei Impfstoffen grundsätzlich von sehr sicheren Arzneimitteln ausgehen. Folgende Punkte spielen hier eine Rolle:

1. Das Zulassungsverfahren für Impfstoffe unterliegt sehr hohen Anforderungen.
2. Bei der Empfehlung für den Einsatz von Impfstoffen müssen Risiko und Nutzen sorgfältig abgewogen werden.
3. Der Einsatz muss gut überwacht werden, um auch seltenste Nebenwirkungen ausfindig machen zu können. Man spricht hier auch von Pharmakovigilanz.

Wie bei jedem anderen Arzneimittel auch, können bei Impfungen unerwünschte Nebenwirkungen aufkommen. Das sind allerdings absolute Ausnahmefälle: Von 2005 bis 2009 kam es bei über 211 Millionen verabreichten Impfdosen zu 169 Fällen, in denen eine dauerhafte Schädigung nachgewiesen werden konnte – das entspricht einer Wahrscheinlichkeit von 0,00008%.

Um eine entsprechende Immunreaktion des Körpers zu erzeugen, gibt es verschiedene Herangehensweisen mit unterschiedlichen Arten von Impfstoffen.

• Typhus
• Cholera
• Gelbfieber

In der Regel reicht hier eine einmalige Impfung aus, um eine lebenslange Immunität herzustellen.

Totimpfstoffe enthalten, anders als Lebendimpfstoffe, kein vermehrungsfähiges Material. Sie bestehen vielmehr aus abgetöteten Krankheitserregern bzw. aus einzelnen Antigenen. Totimpfstoffe werden in der Regel zu unterschiedlichen Impfstoffen weiterentwickelt:

• Spaltimpfstoffe: Die Erreger werden mit Tensiden oder Lösungsmitteln zerstört. Die einzelnen Proteine werden dann für die Impfstoffproduktion verwendet.
• Subunit-Impfstoffe: Hier ist nur noch das Antigen selbst im Impfstoff enthalten.
• Konjugatimpfstoffe: Das Antigen wird an ein Proteinmolekül als Träger gekoppelt. Dadurch erreicht es eine längere und zuverlässigere Wirksamkeit.
• VLP-Impfstoffe (Virus-Like-Protein-Impfstoffe): Die Antigene werden mit anderen Molekülen zusammengesetzt, sodass ein „Virus“ entsteht, das dem richtigen Virus sehr ähnelt, aber nicht vermehrungsfähig ist. VLP-Impfstoffe können wirksamer als andere Impfstoffe sein.

Totimpfstoffe kommen vor allem gegen diese Krankheiten zum Einsatz:

• FSME
• Diphterie
• HP-Viren (z. B. Gebärmutterhalskrebs)
• Tetanus
• Influenza
• Cholera
• Keuchhusten

Oftmals sind hier Auffrischungsimpfungen notwendig, um eine ausreichende Wirkung zu gewährleisten.

Während bei Lebend- und Totimpfstoffen die Antigene des eigentlichen Erregers zum Einsatz kommen, regen genbasierte Impfstoffe den Körper dazu an, diese Antigene selbst zu produzieren. Die provozierte Reaktion im Körper läuft dabei nicht nur zwischen den Zellen ab (humoral), sondern auch innerhalb der Zellen selbst. Wir unterscheiden hier zwischen Vektor-, mRNA- und DNA-Impfstoffen.

• Vektorimpfstoffe bestehen aus genetisch veränderten, harmlosen Viren (auch Adenoviren). Diesen Viren wird ein Bestandteil des eigentlichen Virus mitgegeben. Nachdem sie in den Körper injiziert werden, kommt es zur Produktion sogenannter Spike-Proteine. Diese stuft das Immunsystem wiederum als körperfremd ein.
  Die Folge: Der Körper produziert passende Antikörper und legt die entsprechenden Informationen in den Gedächtniszellen ab. Vektorimpfstoffe kennen wir vor allem im Zusammenhang mit Impfungen gegen Covid-19. AstraZeneca, Johnson & Johnson sowie der russische Stoff Sputnik V gehören zu dieser Gruppe. Aber auch gegen Dengue-Fieber und Ebola kommen Vektorimpfstoffe zum Einsatz.
  
  
• Sogenannte mRNA-Impfstoffe funktionieren nach einem ganz ähnlichen Prinzip. Hier wird jedoch die mRNA mit dem Bauplan für die Protein-Spikes in die Zelle des Körpers eingeschleust. Ihre Hülle aus Fetten erlaubt es ihr, die Zellwände zu passieren. Das regt die Körperzellen an, diese Spike-Proteine ebenfalls zu produzieren. Das Immunsystem reagiert darauf, indem es sie mit Antikörpern bekämpft. Bekannt wurden mRNA-Impfstoffe durch Injektionen gegen Covid-19 von BioNTech/Pfizer und Moderna. Dies sind momentan auch die einzigen Impfstoffe dieser Art, die für die Bevölkerung zugelassen sind. Doch auch für andere Krankheiten werden diese Präparate derzeit erforscht und getestet.
  
  
• DNA-Impfstoffe sind noch ein absolutes Nischenprodukt. Ausschlaggebend ist hier, dass statt der mRNA ein Stück DNA verwendet wird. Die Zelle schreibt dieses Stück DNA dann selbst in mRNA um. Im Anschluss reagiert der Körper genau wie bei mRNA-Impfstoffen. Seit 2021 ist der erste und bis jetzt auch der einzige DNA-Impfstoff gegen Covid-19 auf dem Markt, nämlich ZyCoV-D.
  

Während bei einer aktiven Immunisierung der Körper selbst dazu angeregt wird, Antikörper zu bilden, werden bei einer passiven Immunisierung die entsprechenden Antikörper direkt zugeführt, die eine Erkrankung verhindern bzw. bekämpfen können. Diese Antikörper werden entweder aus Blutplasma gewonnen oder gentechnisch hergestellt. Das Immunsystem bleibt dabei passiv, weshalb man diese Form der Immunisierung auch nicht wirklich als Impfung bezeichnen kann.

Der Vorteil ist, dass die passive Immunisierung auch zur direkten Behandlung eingesetzt werden kann, ohne dass unser Immunsystem erst „hochfahren“ muss. Die Wirkungsdauer ist allerdings das Problem: Sie hält nur so lange an, bis der Körper die Antikörper abgebaut hat, also ca. 30 Tage. Passive Immunisierung wird z. B. bei Tetanus oder Tollwut eingesetzt.

Wir können uns glücklich schätzen, dass es Medizinern und Forschern damals gelungen ist, das Prinzip der Impfung zu entdecken. Nur so ist es uns möglich, Pandemien und andere gefährliche Krankheiten zurückzudrängen.

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Konrad Ohlwerter

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