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Was ist eine Impfung? Wie schützt sie Menschen vor Krankheiten?

Das müssen Sie wissen : Alle wichtigen Infos rund ums Impfen

Nicht erst seit Covid-19 wird über Impfungen diskutiert. In dieser Übersicht zeigen wir, warum Impfungen wichtig sind, wie sie funktionieren und welche es gibt.

Das Jahr 2020 wird wohl in den Geschichtsbüchern einen besonderen Platz einnehmen. Niemals zuvor seit dem Ende der letzten Pest-Pandemie im 19. Jahrhundert und der Spanischen Grippe zu Beginn des 20. Jahrhunderts hat ein Krankheitserreger das Geschehen auf dem gesamten Globus so geprägt und verändert wie das Virus SARS-CoV-2 und die von ihm verursachte Krankheit Covid-19. Und selten wurde eine Impfung so ersehnt.

Warum aber sind Impfungen nicht nur gegen Covid-19 so wichtig? Was ist das eigentlich und was kann dabei schiefgehen? Diese und weitere Fragen wollen wir in dieser Übersicht klären.

Was ist eine Impfung?

Unter Impfen versteht man heute ganz allgemein, etwas irgendwo einzubringen, um damit eine Wirkung zu erzielen. In der Biologie etwa werden Nährböden mit Bakterien oder Pilzen "angeimpft", um diese darauf wachsen zu lassen, in der Metallurgie oder auch der Chemie impft man eine Schmelze oder übersättigte Lösung, um Kristallisationskeime zu schaffen, und soziologisch spricht man davon, dass jemandem ein bestimmtes Verhalten oder eine Denkweise "eingeimpft" wurde.

Die wichtigste Begriffserklärung für Impfen aber ist wohl die medizinische: jemandem einen Impfstoff zu verabreichen, um ihn vor einer übertragbaren Krankheit zu schützen - ihn immun zu machen.

Das Wort selbst stammt dabei weitgehend aus dem Weinanbau der Antike - das althochdeutsche "Imphunga" bedeutete so viel wie veredeln, aufpfropfen beziehungsweise das damit verbundene Einschneiden und Einbringen (des Edeltriebs). Und das leitete sich aus dem lateinischen "imphon" ab – pflanzen.

Veredeln und einbringen ist heute immer noch an sich richtig, auch wenn das Wort einige Umwege nahm im Laufe der Geschichte. Denn wenn heute medizinisch geimpft wird, bringt man etwas in den Körper ein, das in der Regel eine Immunität gegen einen Krankheitserreger bewirkt.

Wie funktioniert eine Impfung?

Grundsätzlich ist eine Impfung im medizinischen Sinne die Gabe eines Impfstoffes mit dem Ziel, beim Geimpften einen Schutz vor einer übertragbaren Krankheit zu bewirken. "Impfungen gehören zu den wichtigsten und wirksamsten präventiven Maß­nah­men, die in der Medizin zur Verfügung stehen", heißt es dazu vom Robert-Koch-Institut. Und sie schützen nicht nur den Geimpften vor ansteckenden Krankheiten: Wenn hohe Impfquoten erreicht würden, sei es möglich, "einzelne Krankheitserreger regional zu eliminieren und schließlich weltweit auszurotten", so die Gesundheits-Experten des Instituts. Ein Beispiel dafür sind etwa die Pocken, die im Jahr 1977 von der Weltgesundheitsorganisation WHO als ausgerottet erklärt wurden.

Bei der Impfung unterscheidet man nach der Art des Impfstoffs, nach der Art der Verabreichung und ob es sich um eine aktive oder passive Impfung handelt.

Wie werden Impfstoffe verabreicht?

Die meisten Impfstoffe werden per Injektion in den Muskel gespritzt, also intramuskulär meist in den Oberarm verabreicht, bei kleinen Kindern auch oft in den Oberschenkel. Die "Spritze in den Po" hat sich als eher unwirksam herausgestellt und wird von der Ständigen Impfkommission (Stiko) nicht mehr empfohlen.

Einige Impfungen werden auch nur in die Haut (intradermal) oder in geringer Tiefe unter die Haut (subkutan) verabreicht. Ein Beispiel für eine intradermale Impfung ist die bis Anfang der 80er-Jahre gebräuchliche Pockenimpfung mit einem scharfen Stempel in die Haut, was zu der typischen Impfnarbe führte.

Einige Impfstoffe werden auch durch den Mund (oral) gegeben – wie der bis vor einigen Jahrzehnten bei der "Schluckimpfung" verabreichte Impfstoff gegen Kinderlähmung (Poliomyelitis).

Wenige Impfungen wie etwa eine Grippeimpfung für Kinder (Influenza) gibt es auch in Form eines Nasensprays als nasale Verabreichung.

Experimentell sind noch Impfungen per Pflaster oder per Pulverinjektion, bei der feste Impfstoffe in die Haut "geschossen" werden.

Was unterscheidet Totimpfstoffe und Lebendimpfstoffe?

Bei der Art der Impfstoffe, die bei einer aktiven Impfung gegeben werden, unterscheidet man sogenannte Lebendimpfstoffe und Totimpfstoffe.

Unter den Lebendimpfstoffen versteht man abgeschwächte Krankheitserreger, die nicht mehr in der Lage sind, bei Menschen mit einem funktionierende Immunsystem eine Infektion auszulösen. Häufig werden Viren oder Bakterien dazu "attenuiert", das heißt, die Erreger werden so behandelt, dass sie sich zwar immer noch vermehren können, ihre krankmachenden Eigenschaften aber verloren gehen.

Dabei behalten sie aber spezifische Proteine sowie Zuckermoleküle besonders auf ihrer Oberfläche, die vom Immunsystem erkannt werden können (siehe "Was bewirkt die Impfung im Körper?").

Das gilt auch für die Totimpfstoffe. In dem Fall werden abgetötete Krankheitserreger oder auch nur Bruchstücke von ihnen als Impfstoff verwendet. Diese können auf verschiedene Weise hergestellt werden, es ist auch möglich, nur bestimmte Eiweiße (Proteine) der Erreger gentechnisch herzustellen und als Impfstoff zu verwenden.

Im Fall etwa der Tetanus-Impfung wird häufig nur ein modifizierter Giftstoff (Toxin) in dem Fall des Bakteriums Clostridium tetani als Impfstoff gegeben. Das Immunsystem entwickelt dann Antikörper gegen das Toxin. Auch diese Impfstoffe gehören zu den Totimpfstoffen.

Impfungen mit Lebendimpfstoffen gelten als effektiver. Eine Schutzwirkung entwickelt sich oft bereits nach wenigen Tagen, und Auffrischimpfungen sind seltener notwendig. Ein Nachteil ist, dass nicht beliebig viele verschiedene Impfungen mit Lebendimpfstoffen kombiniert werden können.

Dagegen lassen sich Totimpfstoffe fast beliebig kombinieren. Dabei werden allerdings meist weitere Impfungen nach kurzer Zeit als sogenannter "Booster" fällig, um einen Impfschutz zu gewähren - und meist auch eine oder regelmäßige Auffrischimpfungen nach einem längeren Zeitraum.

Lebend- und Totimpfstoffe werden oft kombiniert, was einen besonders positiven Effekt für die Schutzimpfung haben kann.

Neben den Impfstoffen selbst enthalten die verabreichten Impfdosen in der Regel etwa Kochsalzlösung als Lösungsmittel oder auch Konservierungsmittel sowie in manchen Fällen Hilfsstoffe, die die Wirkung verstärken.

Was sind die neuen mRNA-Impfstoffe, die es als Covid-19-Impfstoff gibt?

Eine ganz neue Art von Impfstoffen sind die mRNA-Impfstoffe, die mit der Covid-19-Pandemie weltweite Bekanntheit erlangten.

Gegen diese Krankheit wurde diese Klasse von Impfstoffen erstmals zugelassen. Im weitesten Sinne gehören sie zu den Totimpfstoffen. mRNA steht für messenger ribonucleic acid (Boten Ribonukleinsäure).

In der Natur sind dies Moleküle, die so etwas wie eine Arbeitskopie eines sinnvollen Abschnitts aus der Erbinformation darstellen. Wenn man die gesamte DNA des Zellkerns (Desoxyribonukleinsäure) als Bibliothek aller Bauanleitungen betrachtet, ist die mRNA ein abgeschriebener einzelner konkreter Bauplan für ein Eiweiß, ein Protein. Mit diesem Bauplan wird dann das Protein hergestellt, die mRNA anschließend abgebaut.

Bei einer mRNA-Impfung wird dieser Wegwerf-Bauplan für Eiweißstoffe des Krankheitserregers – im Fall von Covid-19 des SARS-CoV-2 Virus – in den Körper gespritzt. In einigen Zellen werden aus diesen Bauplänen einzelne Virus-Proteine produziert, die dann dem Immunsystem präsentiert werden. Vollständige Viren entstehen dabei nicht.

Die mRNA wird an Transportmoleküle gebunden in den Körper gebracht. Im Fall der sogenannten Vektor-Impfstoffe sind es bestimmte abgeschwächte Viren, die als Transporter für die mRNA benutzt werden.

Was ist der Unterschied zwischen einer aktiven und einer passiven Impfung?

Aktive Impfungen mit den oben beschriebenen Impfstoffen gaukeln dem Immunsystem des Körpers eine echte Infektion vor. Als Reaktion darauf werden Antikörper gebildet, die im Fall eines späteren tatsächlichen Kontakts mit dem Erreger schnell für dessen Ausschaltung sorgen. Der Körper wird durch die Impfung also immun, kann sich "aktiv" selbst schützen, ohne erst eine entsprechende Krankheit durchmachen zu müssen.

Eine passive Impfung dagegen ist so etwas wie die schnelle Hilfe, wenn entweder erst der Verdacht besteht, mit einem Krankheitserreger in Kontakt geraten zu sein (medizinisch spricht man von "Postexpositionsprophylaxe") oder wenn eine Krankheit erst gerade begonnen hat.

Dabei werden anders als bei der aktiven Impfung keine abgeschwächten Erreger oder Teile eines Erregers injiziert, sondern direkt Antikörper gegen das Virus oder das Bakterium. Diese Antikörper wirken dann so, als ob das Immunsystem sie selbst gebildet hätte und helfen, die Erreger zu bekämpfen.

Gewonnen werden solche Antikörper heute hauptsächlich auf gentechnischem Weg in reiner Form. Es ist aber auch möglich, gereinigtes Blutplasma von Patienten zu gewinnen, die eine bestimmte Krankheit erfolgreich überstanden haben. Dieses Immunserum enthält dann viele verschiedene Antikörper gegen den Erreger.

Passive Impfungen sind eine Möglichkeit der Therapie. Bekannt wurde eine solche Behandlung etwa durch den ehemaligen Präsidenten der USA, Donald Trump, der bei seiner Covid-19-Infektion mit den zu dem Zeitpunkt teuren und experimentellen Antikörpern erfolgreich behandelt wurde.

Auch etwa nach Bissen durch tollwütige Hunde wird insbesondere eine passive Tollwut-Impfung gegeben. Eine aktive Impfung gegen Tollwut wird nur etwa Tierpflegern und anderen besonders gefährdeten Personengruppen empfohlen und gehört nicht zu den üblichen Impfungen.

Auch viele Gegengifte, etwa gegen Schlangengifte, werden als Immunserum – in dem Fall meist aus Pferden – gewonnen. Das entspricht einer passiven Impfung.

Im Gegensatz zur aktiven Impfung lernt das Immunsystem durch die passive Impfung allerdings nichts dazu. Die passive Impfung führt nicht zu einer langfristigen Schutzwirkung. Für eine bestimmte Zeit, solange die Antikörper noch im Blut sind und nicht abgebaut werden, besteht aber eine Schutzwirkung – allerdings maximal im Bereich einiger Tage.

Nach einem ähnlichen Prinzip sind Neugeborene noch eine Zeit nach der Geburt passiv durch die Mutter vor Infektionen geschützt. Ihr Blut enthält Antikörper der Mutter, die einen passiven Schutz aufbauen. Das eigene Immunsystem muss aber noch selbst lernen – ein Grund, warum gerade Babys besonders viele Impfungen bereits früh in ihrem Leben bekommen.

Was bewirkt die Impfung im Körper?

Das (menschliche) Immunsystem ist eine der komplexesten und wichtigsten Erfindungen der Natur. Es schützt den Organismus vor Schäden, die durch Krankheitserreger, Giftstoffe, Strahlung und andere lebensfeindliche Bedingungen entstehen können. Neben unter anderem Viren, Bakterien, Pilzen, Einzellern, Parasiten und krankmachenden (pathogenen) Proteinen gehören auch entartete körpereigene Zellen ("Krebs") dazu. Außerdem reduziert das zum Immunsystem gehörende Komplementsystem Schäden durch mechanische Verletzungen - weil das Blut "gerinnt", etwa wenn man sich in den Finger schneidet.

Das sogenannte angeborene Immunsystem schützt unspezifisch vor allen körperfremden Erregern oder Substanzen. Es bildet die erste körpereigene Abwehr.

Wesentlich effektiver, aber immer nur spezifisch auf bestimmte Erreger oder Stoffe ist die adaptive oder spezifische Immunabwehr. Diese ist es, die mit einer Impfung für neue Erreger trainiert wird.

Dem Immunsystem wird mit den bei einer aktiven Impfung verabreichten Impfstoffen vorgegaukelt, es gäbe eine tatsächliche Infektion.

Das adaptive Immunsystem erkennt seine "Feinde" insbesondere anhand von Oberflächenmarkern, die auf der Außenseite etwa von Viren, Bakterien oder Parasiten zu finden sind - sogenannte Antigene. Dabei handelt es sich etwa um Eiweiße oder Zuckermoleküle - oder Kombinationen von beidem. Zucker meint dabei eine ganze Reihe komplexer, hauptsächlich aus dem Element Kohlenstoff bestehender Moleküle. Sie alle erfüllen bestimmte Zwecke. So besitzen Viren etwa Proteine auf ihrer Oberfläche, die es ihnen erlauben, wie mit einem Schlüssel an bestimmte Zellen anzudocken und dort einzudringen.

Beim "Coronavirus" ist da etwa das "Spikeprotein" oder Stachelprotein bekannt geworden (insbesondere durch seine Mutationen), mit dem das Virus in die Zellen eindringt.

Das adaptive Immunsystem lernt im Laufe des Lebens viele solcher Marker als "feindlich" zu erkennen und dagegen vorzugehen.

Werden nun entweder bei einer Infektion oder eben bei einer Impfung dem Körper neue fremde Marker präsentiert, so werden diese langfristig auch im immunologischen Gedächtnis gespeichert.

Bei jeder Erkrankung werden die eingedrungenen "Fremden" von unspezifischen Abwehrzellen, den Fresszellen oder Makrophagen, "gefressen". Bruchstücke ihrer "Beute" zeigen präsentieren sie dann anderen Zellen des Immunsystems, sogenannten T-Zellen und B-Zellen. Diese Zellen, die verschiedene Funktionen erfüllen, zeigen auf ihrer Oberfläche wiederum Antikörpern ähnelnde Rezeptoren, die nach einem hochentwickelten genetischen Zufallsprinzip wie aus einem Baukasten ganz verschiedene Strukturen zeigen. Passen diese auf die von den Fresszellen präsentierten Antigene der eingedrungenen Erreger, dann vermehren sich spezifisch die Immunzellen, die die passenden Rezeptoren besitzen.

Einige T-Zellen zerstören dann zum Beispiel spezifisch von diesem Erreger befallene Körperzellen, während Zellen, die zu der Klasse der B-Zellen gehören, Antikörper mit genau dieser Rezeptorstruktur bilden. Die Antikörper wiederum sind freie und spezifisch an die Fremd-Antigene bindende Proteine, die einerseits wie klebrige Klammern alle Erreger mit diesem Marker miteinander verklumpen – welche dann von den Makrophagen beseitigt werden. Andererseits markieren sie Erreger und machen Immunzellen damit auf die Eindringlinge aufmerksam.

Nach einer überstandenen Infektion werden die meisten dieser Zellen wieder abgebaut. Ein Teil der so aktivierten T- und B-Immunzellen bleibt aber insbesondere in den Lymphknoten und anderen Immunorganen erhalten als "Gedächtniszellen". Sie bilden das immunologische Gedächtnis. Bei einem erneuten Kontakt mit dem Antigen reagieren sie besonders schnell, so dass Krankheitssymptome erst gar nicht entstehen.

Daher wird ein Organismus bei funktionierender Immunabwehr nie zweimal von exakt dem gleichen Erreger infiziert. Nach überstandener Infektion ist der Mensch immun – oder eben nach einer Impfung, die die Infektion simuliert.

Dass man dennoch öfter an Erkältungen, Grippe oder anderen Krankheiten erkranken kann, liegt daran, dass die Erreger Gegenmaßnahmen gegen die Immunabwehr entwickeln, etwa mutieren oder insbesondere ihre Antigene durch verschiedene Mechanismen verändern.