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Biologische Grundlagen - Das Wichtigste zum Immunsystem und zur Allergologie

Das Immunsystem ist eines der wichtigsten Systeme des menschlichen Körpers, denn mit einem defekten Immunsystem führen viele Erkrankungen unweigerlich zum Tod, weil sie unbehandelt bleiben. Mit Hilfe unterschiedlichster Abwehrmechanismen kann das Immunsystem die meisten Krankheitserreger aber erfolgreich bekämpfen.

Das Immunsystem des Menschen funktioniert aber nicht immer einwandfrei. Es kommt beispielsweise vor, dass das Immunsystem körpereigene Zellen angreift, was als Autoimmunerkrankung bezeichnet wird. Auch bei Allergien funktioniert das Immunsystem nicht richtig. Eine Allergie ist nämlich eine überschießenede Immunreaktion gegen Substanzen, die in der Regel harmlos sind und bei den meisten Menschen keine Reaktion hervorrufen.

Grundlagen der Immunbiologie

Die drei Verteidigungslinien des Körpers

Das Immunsystem des Menschen ist von Geburt an bereits gut ausgeprägt, weil zwei angeborene Verteidigungslinien existieren. Diese können völlig unspezifisch ein breites Spektrum von Krankheitserregern bekämpfen. Im Laufe des Lebens entwickelt sich auch noch ein so genanntes erworbenes Immunsystem, das spezifisch gegen einzelne Krankheitserreger wirken kann.

Die erste Verteidigungslinie der Immunabwehr gehört zum angeborenen System und ist notwendig, weil der menschliche Körper ständig Mikroorganismen der Umgebung ausgesetzt ist. Damit es daraus resultierend nicht andauernd zu Infektionskrankheiten kommt, bilden die Oberflächenepithelien des Körpers eine schützende Barriere. Die Haut, äußerste Zellschichten und Schleimheute hindern viele krankheitserregende Keime daran, überhaupt erst in den Körper einzudringen.

Es kommt trotzdem immer wieder vor, dass Mikroorganismen in den Körper eindringen. Wenn das passiert, wirkt die zweite Verteidigungslinie im Körper. Krankheitserregende, körperfremde Stoffe werden in den meisten Fällen von so genannten Makrophagen erkannt, die sich in Geweben aufhalten. Makrophagen binden an die Pathogene, was zur Phagozytose führt - sie "fressen" den Erreger also einfach auf. Durch die Phagozytose wird meist eine Entzündungsreaktion hervorgerufen, die weitere Fresszellen zum Infektionsherd locken, wodurch die Bekämpfung des Erregers besser funktioniert.

Manche Krankheitserreger können aber auch die Zerstörung durch Fresszellen verhindern. Aus diesem Grund gibt es auch noch das erworbene Immunsystem, zu dem die dritte Verteidigungslinie gehört. Bei dieser eigentlichen Immunantwort arbeiten verschiedene weiße Blutkörperchen in einem komplexen System zusammen. Hauptakteure der dritten Verteidigungslinie sind die Lymphozyten. Diese können Antigene (Regionen auf der Oberfläche der Krankheitserreger) erkennen und spezifisch dafür Antikörper bilden, die helfen, den Erreger zu beseitigen. Nach einer Infektion bleiben so genannte Gedächtniszellen erhalten, damit bei erneutem Kontakt mit dem gleichen Krankheitserreger eine gute und raschere Abwehrreaktion möglich ist.

Die folgende Tabelle gibt noch einmal einen zusammenfassenden Überblick über die spezifische und unspezifische Abwehr des Immunsystems:

unspezifische Abwehr spezifische Abwehr
Entwicklung angeboren erlernt, trainiert, erworben
bekämpft alles, was nach einem bestimmten Schema "gefährlich" oder "fremd" ist genau identifizierte Erreger und Stoffe
Instrumente 1. Verteidigungslinie: Schutzbarrieren (Haut, Schleimhäute, Enzyme)
2. Verteidigungslinie: Fresszellen, Entzündungsreaktion
3. Verteidigungslinie: Lymphozyten und Antikörper

Komponenten des Immunsystems

Das Immunsystem des Menschen besteht aus vielen verschiedenen Zellen, die sich frei im Körper bewegen können. Bei Infektionen können die körperfremden Stoffe mit Hilfe passender Rezeptoren dieser Zellen erkannt und dadurch entsprechende Reaktion zur Beseitigung der Keime eingeleitet werden. Neben diesen frei beweglichen Zellen gehört zum Immunsystem auch das Lymphsystem mit den lymphatischen Organen wie Knochenmark, Thymus, Milz und Lymphknoten.

Die Zellen des Immunsystems gehören zu den weißen Blutkörperchen (Leukozyten) und werden im roten Knochenmark gebildet. Nach der Bildung sind die weißen Blutkörperchen aber noch nicht reif und müssen erst auf die ihnen zugedachten Aufgaben und Funktionen geprägt werden, weshalb sie in den lymphatischen Organen weiter differenzieren.

Generell werden drei große Leukozyten-Gruppen unterschieden: Granulozyten, Monozyten und Lymphozyten. Granulozyten und Monozyten gehören der gemeinsamen Gruppe der Fresszellen an und sind bei der unspezifischen Abwehr für die Phagozytose der Krankheitserreger zuständig. Lymphozyten sind für die spezifische Immunabwehr zuständig. Die folgende Abbildung zeigt die zellulären Bestandteile des Immunsystems überblicksmäßig:

Grafik: Überblick über die Leukozyten

Abbildung 1: Übersicht über die zellulärem Bestandteile des Immunsystems

Plasmazellen bilden Antikörper, die spezifisch gegen den Krankheitserreger wirken. Antikörper sind keine Zellen sondern Eiweiß-Moleküle und gehören damit zu den so genannten humoralen Bestandteilen des Immunsystems (Abwehrstoffe). Durch Bindung an Erreger können sie diese neutralisieren, wodurch eine effizientere Phagozytose möglich ist.

Ablauf einer typischen Immunantwort

Da das Immunsystem sehr komplex aufgebaut ist und wirkt, ist es schwierig, ein vollständiges Bild der Arbeitsweise des Immunsystems zu erhalten. Daher ist es wichtig, den Ablauf einer Immunreaktion auf einen typischen Krankheitserreger Schritt für Schritt zu betrachten. Die Immunantwort wird folgend in verschiedene Phasen eingeteilt, damit das Verständnis erhöht wird.

Um den menschlichen Körper infizieren zu können, müssen Krankheitserreger zuerst die erste Verteidigungslinie, also die mechanischen und chemischen Barrieren des Körpers überwinden. Die Haut und diverse Schleimhäute, sowie Enzyme schützen den Körper bereits sehr gut vor Krankheitserregern, manche Mikroorganismen können diese Barrieren aber auch umgehen.

Gelingt ihnen das, so findet in der zweiten Verteidigungslinie zunächst die so genannte Erkennungsphase statt. Fresszellen wie Granulozyten oder Makrophagen, versuchen den Eindringling durch Phagozytose aufzunehmen. Dabei schicken sie spezialle Signalstoffe aus, die lokal eine Entzüdungsreaktion hervorrufen, indem sie Mastzellen dazu anregen, Histamin abzugeben. Dadurch erweitern sich die Blutgefäße und es können weitere Zellen des Immunsystems in das Gewebe eindringen. Sollte die Phagozytose erfolgreich gelingen ist der Krankheitserreger beseitigt.

Allerdings sind Fresszellen nicht dazu fähig, alle Krankheitserreger unschädlich zu machen. Die unspezifische Immunabwehr, die von Geburt an besteht, kann sich nämlich nur an bestimmte Muster halten. Können die Mikroorganismen nicht "gefressen" werden, so werden lediglich ihre Antigene an der Oberfläche der Fresszellen präsentiert. T-Lymphozyten sind anschließend dazu fähig, diese Antigene mit Hilfe ihrer Rezeptoren zu erkennen. Dabei gibt es zwei Fälle:

  1. Erkennen T-Killerzellen das Antigen, so wird die betroffene Fresszelle sofort zerstört und beseitigt. Der Infekt wurde abgewendet.
  2. Erkennen T-Helferzellen das Antigen, so schütten sie spezielle Signalstoffe aus, die B-Lymphozyten aktivieren.

Tritt der zweite Fall ein, so findet eine Differenzierungsphase statt. Die B-Lymphozyten, die von den T-Helferzellen aktiviert wurden, teilen sich in Plasma- und Gedächtniszellen. Dadurch schwellen auch die Lymphknoten an. Die entstandenen Plasmazellen bilden dann spezifische Antikörper, die zum infizierten Gewebe geschickt werden.

Dort findet dann die Wirkungsphase statt. Antikörper verklumpfen mit den dort vorkommenden Antigenen und es entsteht ein riesiger Antigen-Antikörper-Komplex. Dadurch werden die Antigene neutralisiert und markiert und können von den Fresszellen phagozytiert werden, sodass der Krankheitserreger ebenfalls abgewehrt ist.

Damit das Immunsystem nicht ständig weiterarbeitet und die Lymphknoten auch wieder abschwellen, gibt es noch die so genannte Abschaltphase. T-Suppressorzellen merken, wenn der Krankheitserreger entfernt wurde und schütten Signalstoffe aus, die die weitere Teilung von B-Lymphozyten unterdrücken. Dadurch werden keine neuen Antikörper mehr gebildet.

Die Gedächtniszellen, die sich in der Differenzierungsphase gebildet haben, sind notwendig, wenn eine weitere Infektion mit demselben Krankheitserreger auftreten sollte. Sie wissen sofort, welche Antikörper benötigt werden und können diese dann bilden. Diese so genannte sekundäre Immunantwort läuft wesentlich schneller und efektiver ab, als die zuvor beschriebene primäre Immunantwort.

Grundlagen der Allergologie

Begriff der Allergie

Der Begriff der Allergie kommt aus dem Griechischen und bedeutet so viel wie "Andersreagieren". Sie ist eine überschießende spezifische Immunreaktion gegen Substanzen, die normalerweise harmlos sind. Solche Substanzen werden als Allergene bezeichnet.

1991 waren 10-15% der Bevökerung von Allergien betroffen. In den letzten Jahrzehnten zeigte sich aber eine deutliche Zunahme allergischer Erkrankungen, sodass Anfang des 21. Jahrhunderts bereits 25-30% der Bevölkerung in Industriestaaten an allergischen Beschwerden litten.

Coombs und Gell entwickelten 1963 ein Modell, das die allergischen Reaktion in vier Typen einteilt. Dieses Modell wird weiterhin akzeptiert, ist aber schon etwas überholt. Eine Einteilung in Typen ist heutzutage nicht mehr eindeutig möglich, weil sie oft in Kombination auftreten. Der heutige Begriff der Allergie wird oft mit der Typ-I-Allergie nach Coombs und Gell gleichgesetzt, der Soforttypreaktion, die im Folgenden auch genauer beschrieben wird.

Bevor überhaupt allergische Reaktionen auftreten können, muss der Körper für das Allergen sensibilisiert werden. Bei einer Sensibilisierung bildet der Körper allergenspezifische Antikörper, auch wenn das Allergen eigentlich harmlos wäre. Das kann plötzlich und völlig unvorhergesehen passieren. Nach erfolgter Sensibilisierung binden die von den B-Lymphozyten gebildeten Antikörper an Mastzellen, die sich vor allem in den Schleimhäuten befinden.

Bei erneutem Kontakt mit dem Allergen, bindet dieses an die Antikörper auf den Mastzellen, woraufhin diese Histamin freisetzen. Dadurch erweitern sich die Blutgefäße und es kann Flüssigkeit in das Gewebe austreten, was zur Anschwellung der Schleimhäute führt. Das zeigt sich dann in den typischen allergischen Symptomen wie verstopfte Nase, Niesreiz und tränende Augen.

Zu den Allergenen, die typisch für das Auslösen von Soforttypreaktionen sind, gehören Pollen, Tierhaare, Hausstaubmilben, Nahrungsmittel und Insektengift.

Auslöser und Ursachen

Generell sind die Auslöser und Ursachen von Allergien noch nicht geklärt. Es gibt aber verschiedenste Ansätze zum Erklärungsversuch.

Genetische Anlage: Das Risiko, an Allergien zu erkranken, kann vererbt werden. Kinder, bei denen ein oder mehrere Elternteile Allergiker sind, haben ein erhöhtes Allergierisiko. Das bedeutet aber nicht, dass sie zwangsweise an Allergien erkranken. Es gibt auch kein einzelnes Allergie-Gen, das der Auslöser wäre, denn es wirken viele verschiedene Gene zusammen. Die folgende Abbildung zeigt das Ausmaß des Allergierisikos bei Kindern, deren Eltern allergisch sind, im Vergleich zu Kindern, deren Eltern keine allergischen Erkrankungen zeigen.

Grafik: Überblick über die Leukozyten

Abbildung 2: Erkrankiungsrisiko von Kindern mit und ohne allergische Eltern (in Anlehnung an die "Pollen"-Broschüre der ALK Abello)

Hygiene-Hypothese: Die Hygiene-Hypothese versucht neben den Ursachen der Allergie auch zu erklären, warum sie vor allem in Industriestaaten auftreten. Das Immunsystem ist aufgrund der übertriebenen Hygienemaßnahmen in gewisser Weise unterfordert und sucht sich deshalb "neue Arbeit". Der Kontakt mit bestimmten Bakterien in den ersten Lebensjahren wäre aber dringend notwendig, um das Immunsystem effizient zu fördern. In dieser Lebensphase "lernt" das Immunsystem nämlich, wie es seine Reaktionen regulieren muss, um Überreaktionen zu vermeiden.

Allergische Erkrankungen

Je nach Ort der allergischen Symptome werden verschiedene allergische Erkrankungen unterschieden.

Die allergische Rhinitis ist eine allergisch bedingte Entzündung der Nasenschleimhaut. Sie tritt auf, wenn Allergene direkt mit der Schleimhaut in Kontakt kommen. Es kommt dabei zu Niesen, Juckreiz und verstopfter Nase. Bei ca. 25% der Allergiker kommt es zu einem so genannten "Etagenwechsel". Die allergischen Symptome verlagern sich dabei von den oberen auf die unteren Atemwege, wodurch es zu Asthma bronchiale kommen kann.

Asthma bronchiale ist eine Entzüdung der unteren Atemwege. Symptome sind Kurzatmigkeit, Husten, Atemnot und pfeifende Atemgeräusche, weil die Atemwege durch vermehrte Sekretion von Schleim verengt sind.

Die allergische Konjunktivitis ist eine allergisch bedingte Entzündung der Bindehaut des Auges. Die Symptome (Rötung und Schwellung der Bindehaut, vermehrte Tränenfluss und Juckreiz) sind meist nicht so stark und können mit Augentropfen behandelt werden.

Bei Ekzemen und Dermatitis handelt es sich um Entzündungsmechanismen der Haut, um auf Störungen zu reagieren. Kontaktekzeme sind Ekzeme der Haut, die durch eine verzögerte allergische Reaktion als Antwort auf ein von außen einwirkendes Allergen ausgelöst werden. Typische Merkmale sind Rötung, Schwellung, Bläschen und Schuppung. Kontaktallergene können sowohl Naturstoffe als auch künstlich hergestellte Verbindungen sein.

Der anaphylaktische Schock ist die schwerste Form einer allergischen Reaktion, weil sie den gesamten Organismus betrifft. Es wird zu viel Histamin freigesetzt, wodurch nicht nur lokal die Blutgefäße erweitert werden. Es kommt zu Schwindel und Übelkeit sowie Atemnot. Im schlimmsten Fall kann die Histamin-Ausschüttung zur Bewusstlosigkeit und sogar bis zum Tod durch Herz-Kreislaufversagen oder Atemstillstand führen. Es ist in jedem Fall der Notarzt zu verständigen, der geeignete Notfallmaßnahmen ergreifen kann (z.B. schnell wirkende Antihistaminika und Glukokortikoide, die das Histamin daran hindern, zu wirken oder Spritzen von Adrenalin, das die Blutgefäße engerstellt).

Nachweismöglichkeiten

Die Symptome einer Allergie treten bei einer Vielzahl an Krankheiten auf, weshalb verschiedene Testmöglichkeiten zur eindeutigen Diagnose einer Allergie zur Verfügung stehen.

Provokationstests: PatientInnen werden den Allergenen ausgesetzt und ihre Reaktion darauf beobachtet. Reagieren sie auf den Stoff, kann mit hoher Wahrscheinlichkeit von einer Allergie ausgegangen werden. Die Provokation muss unter kontrollierten Bedingungen erfolgen, weil das Risiko für die PatientInnen nicht ganz gering ist.

Der Pricktest ist der am häufigsten durchgeführte Provokationstest und läuft folgendermaßen ab: 

  1. An der Unterarminnenseite werden Tropfen von Allergenextrakten aufgetragen.
  2. An diesen Stellen wird oberflächlich in die Haut gestochen.
  3. Eine Positiv- und Negativkontrolle werden ebenfalls aufgetragen und getestet.
  4. Nach 20 Minuten können bei allergischen Reaktionen Quaddeln und Rötungen erkannt werden.

Der Pricktest ist sehr einfach durchzuführen und ungefährlich. Bis auf den unangenehmen Juckreiz verläuft der Test völlig schmerzlos.

In-vitro-Diagnostik: Bei diesen Verfahren werden Körpersekrete wie Blut oder Nasensekret im Labor untersucht und es können Hinweise auf Allergien festgestellt werden (z.B. erhöhte Anzahl an Antikörpern). Blutuntersuchungen eignen sich besonders dann, wenn die Sensibilisierung durch Provokationstests nicht eindeutig bestimmt werden konne oder wenn diese Tests beim Patienten oder der Patientin nicht möglich sind.

Behandlungsmöglichkeiten

Generell gibt es drei verschiedene Behandlungsmethoden, die iene Linderung der allergischen Reaktion versprechen, wie die folgende Abbildung zeigt.

Grafik: Behandlungsmöglichkeiten der Allergie

Abbildung 3: Behandlungsmöglichkeiten einer Allergie

Allergenkarenz: Das Vermeiden des Allergens ist am effektivsten, weil die allergische Reaktion dann gar nicht eintreten kann. Das geht besonders gut, wenn die Verbreitung des Allergens begrenzt ist (zum Beispiel können Medikamente generell vermieden werden, Pollen kaum). Es gibt aber viele Tipps, wie man auch weit verbreitete Allergene meiden kann (z.B. abendliche Haarwäsche, kein Ablegen von benutzter Kleidung im Schlafzimmer, Verzicht auf Lüften untertags bei Pollenallergie)

symptomatische Behandlung: Eine symptomatische Behandlung kann die Lebensqualität wieder erhöhen. Beispielsweise wirken Antihistaminika an Histamin-Rezeptoren und blockieren sie für Histamin, welches von der Mastzelle ausgeschüttet wird. Dadurch unterbinden sie die Wirkung des Entzündungsstoffes. Auch Kortisonpräparatekönnen helfen, weil sie entzündungshemmend wirken. Sie wirken besonders gut, wenn sie lokal beispielsweise in Form von Augentropfen angewendet werden.

spezifische Immuntherapie: Die spezifische Immuntherapie (Hyposensibilisierung) behandelt auch als einzige auch die Ursachen einer Allergie und hilft, Toleranz des Allergens vom Immunsystem zu erzeugen. Bei dieser Therapie werden in regelmäßigen Abständen aufsteigende KOnzentrationen des Allergens in den Körper gebracht (entweder injiziert oder mit Hilfe von Tabletten). Dadurch werden andere Antikörper für das Allergen gebildet, die diese binden, bevor sie Mastzellen zur Histaminausschüttung anregen können.

Am sinnvollsten ist eine Kombination aller drei Möglichkeiten, da so bestmögliche Ergebnisse eintreten.

Kreuzallergien

Manche Allergene ähneln sich in Aufbau und Struktur. Antikörper, die gegen ein spezielles Allergen gerichtet sind, können deshalb auch von "verwandten" Allergenen gebunden werden und allergische Reaktionen auslösen. Solche Reaktionen werden als Kreuzreaktionen bezeichnet.

Kreuzallergien sind also Allergien gegen Stoffe, gegen die es bisher keine Sensibilisierung gab. Die allergische Reaktion wird bloß ausgelöst, weil die Substanzen den Allergenen einer bestehenden Allergie ähneln. Ein Birkenpollenallergiker reagiert beispielsweise oft auf die verwandten Apfelproteine. Beim Verzehr von Äpfel zeigen sich deshalb allergische Symptome wie Anschwellung, Rötung und Juckreiz der Mundschleimhaut. Nahrungsmittelallergien sind oft Kreuzallergien.

Die folgende Tabelle zeigt weitere bekannte Kreuzallergien.

Allergen Nahrungsmittel
Baumpollen Haselnüsse, Kern- und Steinobst (Äpfel, Pfirsiche, Kirschen, Birnen, Aprikosen, Nektarinen, ...), rohe Tomaten und Kartoffeln, Kiwi, Sellerie, Soja
Beifußpollen Sellerie, Mango, Gewürze (Pfeffer, Kamille, Zimt, Estragon), Weintraube, Litschi, Karotte, Paprika, Gurke, Melone
Gräserpollen rohe Tomaten und Kartoffeln, Hülsenfrüchte, Mehle

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