T - Lehrstuhl für Ernährung und Immunologie
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Immunpathologie und Ernährung Lehrstuhl für Biofunktionalität der Lebensmittel Department für Ernährung und Lebensmittel D Department fü für M Medizin di i ZIEL - Biofunktionalität (www.wzw.tum.de/bflm) www.wzw.tum.de/bflm Biofunktionalität der Lebensmittel - Lehre 1. Grundlagen der Immunologie (Bachelor, 2 + 1 V/S) 2. Immunpathologie und Ernährung (Master, 3 + 1 V/S) 3. Lebensmittelwarenkunde (Bachelor, 1 SWS V) 4. Biofunktionalität I – G Grundlagen g ((Bachelor,, 2 + 1 V/S) /S) 5. Biofunktionalität II – Mechanismen (Master, 2 + 1 V/S) 6. Klinische Chemie (Bachelor, 6 (Bachelor 3 + 1 Ü/V) 7. Biofunktionalität und experimentelle Immunologie (Master, 3 + 1 Ü/V) 8 Experimentelle Ernährungsforschung – Zellkultur und 8. Signaltransduktion (Bachelor, P) 9 IIntegriertes 9. t i t ernährungswissenschaftliches äh i h ftli h Praktikum P ktik – Durchflusszytometrie (Master, P) 10.Forschungspraktikum (Master) www.wzw.tum.de/bflm Unterlagen zu den Lehrveranstaltungen Immunologie. Janeway, Travers, Walport, Shlomchik, Spektrum Akademischer Verlag Gustav Fischer ISBN: 3 38274-1078-9 Biochemie und Pathobiochemie. Löffler,, Petrides,, Springer p g Verlag ISBN: 3-540-42295-1 Infections of the Gastrointestinal Tract. Blaser, Smith, Ravdin, Greenberg, g Guerrant, Lippincott pp Williams & Wilkins ISBN: 0-7817-2847-9 Food Allergy and Intolerance. Brostoff, Challacombe, Saunders, ISBN: 0-702-02038-9 Mucosal Immunology. Mestecky, Lamm, Strober, Bi Bienenstock, k M McGhee, Gh Mayer, M Elsevier El i Academic A d i Press P ISBN: 0-12-491543-4 Gastrointestinal G t i t ti l and d Liver Li Diseases. Di F ld Feldman, Friedman, Fi d Brandt, Saunders, ISBN: 1-4160-0245-6 Termine – Immunpathologie und Ernährung Termine 18.10. 25.10. 02.11. 08.-09.11. 15.-16.11. 22.-23.11. 29.-30.11. 06.-07.12. 13 12 13.12. 20.-21.12. 10.-11.01. 17 18 01 17.-18.01. 24.-25.01. 31.-01.02. 07 08 02 07.-08.02 Vorbesprechung Vorlesung g Vorlesung Vorlesung Vorlesung Vorlesung Vorlesung Vorlesung V l Vorlesung Vorlesung Vorlesung (PD K. Brockow) S i Seminar Seminar Seminar Seminar Immunpathologie und Ernährung 1. Ernährung und Immunfunktion • Nahrungsfaktoren und Immunfunktion 2. Entzündung und Stoffwechsel • Mechanismen der Entzündung • Überernährung und Entzündung • Mangelernährung und Entzündung • Postaggressionsstoffwechsel und Immundefizienz 3 Darm und Entzündung 3. • Darm-assoziiertes Immunsystem: Immunität und Toleranz • G t i t ti l Infektionen Gastrointestinale I f kti • Chronisch entzündliche Darmerkrankungen • Gl t Glutensensitive iti Enteropathie E t thi • Lebensmittelallergie Seminarthemen Themen Gruppe 1: Gruppe 2: Vitamine A and Carotinoides Vitamin D and Vitamine E Gruppe 3: Gruppe 4: Curcumin and Resveratrol Selenium and Zink Gruppe pp 5: Gruppe 6: Arginine g und Glutamine SCFA‘s and PUFA‘s Gruppe 7: Gruppe 8: Prebiotics and Probiotics (Susan Chang) Enteral and Parenteral Nutrition (Susan Chang) Ansprechpartner: Dr. Ingrid Schmöller ([email protected]) Seminarsprache: Englisch Dauer: 30 min (Vortrag) +15 min (Diskussion) Seminar – Guide Lines Seminar (30 min presentation + 15 min discussion) Language: English Strukture: Presentation (power point) 1. Introduction of the target substance and relevance in human nutrition 2. Relevance of the target g substance in immune functions ((review)) 3. Two independent and specified scientific aspects for their immunomodulatory effects (primary literature) 4. Conclusion – how relevant is their immunomodulatoryy effect with respect to human health Abstract: 3000 words on line 1. Introduction 2. Relevance and specified function 3. Conclusion Marks: Presentation + Abstract will add 10% to the total grade www.wzw.tum.de/bflm Benutzername: student Passwort: pass www.wzw.tum.de/bflm Deadline: 14.1.2011 14 1 2011 Sprache: Englisch www.wzw.tum.de/bflm Vorbereitung für das Seminar Immunpathologie und Ernährung 1. Ernährung und Immunfunktion • Einführung 2. Entzündung und Stoffwechsel • Mechanismen der Entzündung • Überernährung und Entzündung • Mangelernährung und Entzündung • Postaggressionsstoffwechsel und Immundefizienz 3 Darm und Entzündung 3. • Darm-assoziiertes Immunsystem: Immunität und Toleranz • G t i t ti l Infektionen Gastrointestinale I f kti • Chronisch entzündliche Darmerkrankungen • Gl t Glutensensitive iti Enteropathie E t thi • Lebensmittelallergie Modulierung der Immunfunktion durch ... Infektionen / Entzündung Modulierung der Immunantwort durch Ernährung Übernährung und Mangelernährung Überernährung g StoffwechselStoffwechsel Infektion und imbalanz Entzündung Mangelernährung Prädominante Formen der Fehlernährung Überernährung und Mangelernährung Zellen der Immunabwehr Immunaktivität Infektion Gedächtnis Zeit Unspezifische Immunabwehr Phagozyten „Fresszellen“ Antigenpräsentierende Zellen Spezifische Immunabwehr T-Zellen B Zellen B-Zellen Lymphozytendifferenzierung nach Antigenkontakt CD8+ TE IFN-g IL-2 TC IL-2 TE IFN-g IL-2 TGF-b TH1 TH2 IL-4 IL-6 IL-10 CD4+ TH17 B TGF-b TGF b TGF-b IL-10 TH3 TR P IgG g IgE IgA Metabolismus aktivierter T Zellen Metabolischer Wechsel Metabolismus aktivierter T Zellen Metabolischer Wechsel im T-Zellmetabolismus • Steigerung der Glc-Transporterexpression Glc Transporterexpression • Hyperinduktion der Glykolyse • Regenerierung von NAD+ und ATP über Bildung von Laktat • Keine Steigerung der oxidativen Phosphorylierung • Aminosäuren und Fettsäuren werden zur Synthese zellulärer Komponenten und nicht zur Energiegewinnung genutzt Ernährung und Immunfunktion Abnahme Nahrungsdefizit • Immunkompetenz p (bei < 60% alterskorrigiertes Körpergewicht) • CD4+/CD8+ T-Zellverhältnis Zunahme • zirkulierende B-Zellen und Antikörper • Plasmakomplement Energiedefizit • Tumorvirusexpression und Entartung g der Zellen • Proliferation autoreactiver B1-Zellen • Pro-inflammatorische und Th1 Zytokine • T-Zellproliferation Protein-und ProteinEnergiedefizit (PEM) • Humorale und Zell-vermittelte Immunantwort • Delayed-type hypersensitivity (DTH) • Zirkulierendes Immunglobulin G (IgG) • Gewebereperaturmechanismen und Makrophagenfunktion • Oxidativer Stress • Th2 Toleranz • Suppressor T-Zellen in der Milz Ernährung und Immunfunktion Abnahme Aminosäuredefizit (speziell Arg und Gln) • Immunkompetenz p Arg vermittelt T-Zellentwicklung, Wachstum und Thymusintegrität Gln ist die Energiequelle für Leukozyten Nukleinsäuredefizit • Natürliche Killerzell (NK) Aktivität • Überleben bei Sepsis Zunahme • Zell-vermittelte Immunität p g DTH, Transplantatsabstoßung, IL-2 Produktion, T-Zellproliferation, Polymorph und NK-Zellfunktion FettsäureFettsäure supplementierung • Entzündungsprozesse (N-3 Fettsäuren) • Zusammensetzung und Fluidität der Zellmembran • Immunsuppression (mit gesättigten FS am stärksten) Fettsäuren und Immunfunktion Erhöhte Fettzufuhr reduziert die zelluläre Immunabwehr Die Reduktion der Fettzufuhr von 40% auf 25% der täglichen Energiezufuhr verbessert signifikant die Stimulierbarkeit (Mitogen) humaner Blutlymphozyten, erhöht die NK-Zellaktivität und IL-1 Produktion von LPS stimulierten Blutmonozyten Unterversorgung mit essentiellen Fettsäuren (Linolsäure C18:2n-6; C18:2n 6; α α-Linolensäure Linolensäure C18:3n C18:3n-3) 3) reduziert das Thymusgewicht, Lymphozytenproliferation, Neutrophilen Chemotaxis und DTH Antwort Immunzellen benötigen mehrfachungesättigte Fettsäuren zur Membranbiosynthese und als Vorläufer für die Synthese von Eikosanoiden Fettsäuren und Immunfunktion Mehrfachungesättigte langkettige ω-3 Fettsäuren (EPA; j g Linolsäure ((CLA)) wirken hemmend DHA)) und conjugierte auf Entzündungsprozesse Die molekularen Wirkmechanismen der Fettsäuren werden zellytypspezifisch vermittelt durch nukleäre Rezeptoren (Peroxisome proliferator activated receptor, PPARα,β,γ), die Synthese von Eikosanoiden durch zelluläre Enzymsysteme (COX, (COX LOX) und Effekte auf die Signalübertragung. Signalübertragung Kurzkettige Fettsäuren werden durch mikrobielle Fermentation unverdaulicher Kohlenhydrate im Dickdarm gebildet Butyrat ist primäres Energiesubstrat für Dickdarmenterocyten und wirkt hemmend auf Entzündungsprozesse; Propionat und Acetat werden hautsächlich in der Leber und peripheren Organen verstoffwechselt Eisen und Immunfunktion Eisendefizienz und unspezifisches Immunsystem • Phagozytose und anti-mikrobielle Aktivität reduziert • Myeloperoxidaseaktivität reduziert • Migration der neutrophilen Granulozyten reduziert • Natürliche Killerzellaktivität reduziert • Complement C3 reduziert • Interleukin 1 1, Interferon α und TNF Produktion reduziert Ei Eisendefizienz d fi i reduziert d i t und/oder d/ d moduliert d li t di die • Eisen-abhängige g g Enzyme y ((Ribonukleaseaktivität u.a.)) • Phospholipidzusammensetzung der Plasmamembran und freigesetzte Lipidsignalmediatoren • Proteinkinase C • Zelluläres Calzium • Cofaktor (Zellatmung, Katalase, Myeloperoxidase) Eisen und Immunfunktion Eisendefizienz und T-Zellfunktion • Thymusgewicht reduziert • Milzgewicht erhöht •T T-Zellzahl Zellzahl reduziert (CD4 und CD8) • DTH reduziert • Antikörper-abhängige Cytotoxizität reduziert • Interleukin 2 und Interferon γ Produktion reduziert Eisendefizienz und B-Zellfunktion • B-Zellzahl reduziert • SIgA, IgM und IgG reduziert • B-Zellproliferation reduziert • Antikörperproduktion reduziert Selen (Se) Defizienz und Immunfunktion Selen – Defizienz • Verminderte Chemotaxis und anti-mikrobielle Aktivität (weniger ROS) der Granulozyten und mononukleärer Phagozyten • Verminderte CD8+ T T-Zellen Zellen • Verminderte IgG und IgM Titer • Erhöhte Cytokinproduktion • Erhöhte Expression zellulärer Adhäsionsmoleküle • Erhöhte Entzündung und Gewebeschädigung Selen – Supplementierung • Verbesserte Chemotaxis,, Phagozytose g y und anti-mikrobielle Aktivität (mehr ROS) • Verbesserte Cytotoxizität gegen Virus-infizierte Zellen und Tumore Cytokinfreisetzung Infiltration und Gewebeschädigung • Verminderte Cytokinfreisetzung, • Erhöhte B-Zellzahl durch verbesserte T-Zellhilfe • DTH verbessert Vitamin A Defizienz und Immunfunktion Vitamin A – Defizienz • Erhöhte Darmpermeabilität • Verminderte Mukusproduktion • Erhöhte Zahl zirkulierender Granulozyten und NK-Zellen NK Zellen • Verminderte anti-mikrobielle Wirkung von Makrophagen, Granulozyten und NK-Zellen • Verstärkte Th1 und verminderte Th2 Antwort • Erhöhte Produktion an IL-12 und IFN-γ • Verminderte Zahl Antigen-spezifischer Plasmazellen • Verringerte V i t IgG1, I G1 IgE I E und d IgA I A Immunantwort I t t Vitamin A – Supplementierung • Verringert die Kindersterblichkeit • Verringert V i td das Ri Risiko ik d der M Maserninfektion i f kti und d St Sterblichkeit bli hk it • Verringert das Ausmaß und Dauer von Diarrhoe Vitamin E Defizienz und Immunfunktion Vitamin E – Defizienz • Verminderte Phagocytoseaktivität in Verbindung mit Vitamin C • Verminderte NK-Zell Cytoxizität • Vertstärke Lymphozytenproliferation • Verminderte DTH Antwort • Verminderte IL-2 Produktion • Verstärkte IL-4 IL 4 Produktion Vitamin E – Supplementierung • Verbessert hat anti-oxidative anti oxidative Eigenschaften (hemmt Lipidoeroxidation) und verbessert die Immunfuktion bei Alten • Verbessert möglicherweise einen hemmenden Effekt auf die HIV Progession Laborwerte für schwere Mangelernährung Aussagen Blut- oder Plasmawerte Hämoglobin, Hämatocrit, Erythrozytenzahl, Schweregrad der Dehydrierung und Anämie (Anämietypen: Eisen/Folatemangel, VitB12 Mangel, Hämolyse, Malaria) Blutzucker Hypoglykämie Elektrolytenverschiebung y g • Natrium • Kalium • Chlorid, pH, Bicarbonat Hyponaträmie Hypokalämie Metabolische Alkalose oder Acidose Gesamtprotein, Transferrin, (Prä)albumin Schweregrad des Proteinmangels Creatinin Nierenfunktion ), C-reaktives Protein ((CRP), Lymphozytenzahl, Serologie Schweregrad der Entzündung Klinische Anzeichen einer Unterernährung ZNS - Apathy - Periphere Neuropathy Kwashiorkor, Eisenmangel Thiamin und Pyridoxinmangel H t Haut - Blässe Anämie durch Eisen oder Folatmangel Vitamin K Mangel - Ekchymose (kl i flä hi H (kleinflächige Hautblutung) tbl t ) - Hypo- oder Hyperpigmentierung Abschuppung, Ulcerierung - Perifolikulare Hyperkeratose Zink, Niazin oder Protein Mangel Vitamin A Mangel Augen - Nachtblindheit, Bitot‘sche Flecken Xerotische (trockene) Kornea Vitamin A Mangel Muskeln -Muskelschwund und Muskelschwäche Unterernährung Subkutanes G Gewebe - Reduziertes subkutanes Gewebe und dF Fett tt - Ödeme Energiedefizienz Natrium/ Kaliumungleichgewichte Hypoalbuminämie Klinische Anzeichen einer Unterernährung Mund - Cheilosis (Schrundenbildung) - Glossitis (Zungenentzündung) - Gaumenblutung Riboflavinmangel Niazinmangel Vitamin C Mangel Haare - Depigmentierung, Haarausfall Kwashiorkor Knochen - Osteoporse - Knochenschwäche - Congenital Cranial Osteoporosis (Craniotabes; Schädelknochenschwäche) Kalziummangel Vitamin C Mangel Vitamin D Mangel Nägel - Koilonychia (Fingernagelg wölbung Eisenmangel Schilddrüse - Kropf Jodmangel Herz - Versagen und Vergrösserung Thiaminmangel Biochemische Messmethoden Protein - Serumprotein und Albumin - Transferrin und transthyretin - Stickstoffbilanz Schwach Gut Gut Reduziert in Leber/Nierendefekten Reduziert bei Infektionen Vit A - Serumretinol - Retinol-bindendes Protein Schwach Schwach Reduziert bei Akutphaseantworten Reduziert bei Akutphaseantworten Vit D - Plasmakalzium/phosphat - 25-OH-Vit D - 1,25-OH-Vit D Gut Gut Gut Event. ein Zeichen für Mangel Folat - Serumfolat - Erythrozytenfolat Gut Gut Reflektiert Aufnahme von Folat Reflektiert Gesamtkörperfolat Eisen - Serumferritin Gut Reduziert bei Akutphaseantworten - Knochenmark Gut - Serumeisen und Schwach Reduziert bei Akutphaseantworten Eisenbindekapazität im Serum Zink - Plasma - Alkalische Phosphatase Im Plasma Kupfer - Plasmakupfer Gut Erhöht bei Infektionen Schwach Gut Immunologie und Mangel- bzw. Unterernährung Fehl- (Mangel- oder Unter-) ernährung Protein- und/oder Energie Mangelernähr ng Mangelernährung Selektiver Aminosäuremangel Vitaminmangel Erhöhte Virulenz der Infektionserreger Nukleinsäuredefizit Spurenelementmangel Anti-Oxidantienstatus vermindert Fettsäureimbalanz Mangel- oder Unterernährung Verminderte Immunabwehr Pathogene Infektionen Entzündung Dosis-Wirkungsbeziehung für Nährstoffe und Immunfunktion Empfohlende Nährstoffzufuhr Klinische Studien – Was wird wann gemessen und wie? Group 1 Group 2 Phase 2 Phase 1 Intervention/Depletion Wash-out/Repletion Cross-over Vorlauf Intervention/Depletion Wash-out/Repletion Zeit Probennahme/Evaluierung der Ernährungs- und Immunfunktion Group 1 Supplementierung bei Risikogruppen mit nachweisbarem Mangel Group 2 Mangelernährung normaler Probanden unter standardisierter Diät erzeugt Defizite Was muss beachtet werden – Beispiel Zink? Lässt sich ein Zinkdefizit durch eine Mangelernährung induzieren? Gibt es Dosis abhängige Wirkungen? Wie lässt sich der Zinkmangel nachweisen? RDI (Zn) = 12 mg/Tag Prasad AS. 2000 J. Infect. Diseas. 182:S62 Risikogruppen und Immundefizienz 1. Neugeborene(Low-Birth-Weight) 2. Alte 3. Übergewichtige 4. Alkoholiker 5. Patienten mit Essstörungen 6. Kritisch Kranke 7. Immundefiziente Patienten 8. Patienten mit gastrointestinalen Krankheiten Verschlechterung der Immunabwehr im Alter Intrinsische Defekte Verschlechterung g der Immunabwehr im Alter Ernährungsstatus Intrinsische Defekte der Immunabwehr im Alter Proliferation von T- und B-Zellen ↓, IL-2 Produktion ↓, ↓ DTH ↓, ↓ Antikörperproduktion ↓ NK-Zellen (Zelllytische Aktivität ↓) Makrophagen (H202 ↓, LFA LFA-1 1 ↓, PGE2 ↑) Protein-Energie Protein Energie Mangelernährung Ernährungsrelevante Effekte auf die Immunabwehr im Alter Kalorische Restriktion Folsäure, Vitamin B6 und B12, Fe, Zn-Mangel Verschlechterung der Immunabwehr im Alter Fujihashi and McGhee 2004 Mechanisms of Aging and Development Verschlechterung der Immunabwehr im Alter Fujihashi and McGhee. 2004 Mechanisms of Aging and Development Verschlechterung der Immunabwehr bei Risikogruppen 1 Gesunde Person mit Meningokokkeninfektion 2 Älterer Patient mit Mangelernährung und Divertikulitis Norm mal H Hypo Immunstatus Hyper 3 Diabetiker mit chronischem Nierenversagen und Pneumonie 1 2 3 Immunonutrition – klinischer Nutzen Marik and Zaloga 2008 Intensive Care Med Med. Immunonutrition – klinischer Nutzen Immunonutrition – Meta-Analyse für Mortalität Kein Effekt auf Mortalitätsrate auf der Intensivstation Immunonutrition – klinischer Nutzen Kein Effekt auf Mortalitätsrate auf der Intensivstation Immunonutrition – effektive Komponenten Fischöl reduziert Mortalität auf der Intensivstation – Interaktion mit Arg Immunonutrition – Meta-Analyse für Neuinfektionen Immunonutrition reduziert nosokomale Neuinfektionen Immunonutrition – Meta-Analyse für Krankenhausaufenthalt Immunonutrition beeinflusst kaum den Krankenhausaufenthalt
