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Ernährungskonzepte zur Stärkung des alternden Immunsystems Univ.-Prof. Dr. med. Ralf-Joachim Schulz Lehrstuhl für Geriatrie der Universität zu Köln Klinik für Geriatrie am St. Marien-Hospital Kunibertskloster 11-13 50668 Köln Universität zu Köln Lehrstuhl für Geriatrie Klinik für Geriatrie am St. Marien-Hospital Überblick • Der Patient • Ernährung (allgemein) • „Die Spieler“ – – – – Zink Vitamin D Übergewicht Pre- und Probiotika • Empfehlung Universität zu Köln Lehrstuhl für Geriatrie Klinik für Geriatrie am St. Marien-Hospital Infektionserreger mit wachsender Komplexität Einfaches Protein Mehrere Proteine Einfach Zelle Führt zu einer Veränderung der Proteintopologie Träger von Nukleinsäure mit funktioneller Interaktion mit lebenden Zellen Prokarionten und Eukarionten Prion Kbase NA (103) Virus 104-105 Protozon 106 Multizellulärer Organismus Pilze 107-109 Universität zu Köln Lehrstuhl für Geriatrie Klinik für Geriatrie am St. Marien-Hospital Phasen der Immunantwort Sofort 0-4 h Angeboren Früh 4-96 h Typ Angeboren (induzierbar) Schlüssel- Komplement Komplement moleküle Histamin IFN, IL-1, TNFa, IL-12, CRP Schlüssel- Makrophagen Makrophagen zellen Mastzellen Neutrophile Neutrophile NK-Zellen Spät > 96 h Spezifisch IgM, IgG IL-2, IL-12, IL4, IFN-g Makrophagen T-Zellen B-Zellen Universität zu Köln Lehrstuhl für Geriatrie Klinik für Geriatrie am St. Marien-Hospital Der geriatrische Patient • • • • • • • • Biologisch älter oder hoch betagt Meist mehrfach akut / chronisch erkrankt Funktionsstörung alters-, krankheitsbedingt Selbstständigkeit bedroht / eingeschränkt Begrenzte Kompensationsfähigkeit Instabilität (körperlich, kognitiv, emotional) Risiko von Komplikationen / Folgekrankheiten Drohende Pflegebedürftigkeit (soz. Unterst.!) Universität zu Köln Lehrstuhl für Geriatrie Klinik für Geriatrie am St. Marien-Hospital Prävalenz der Mangelernährung • In deutschen Krankenhäusern ist jeder vierte Patient mangelernährt • 56 % der Geriatrie-Patienten sind bei Aufnahme in die Klinik mangelernährt Pierlich M et al. Clin Nutr 2006 Universität zu Köln Lehrstuhl für Geriatrie Klinik für Geriatrie am St. Marien-Hospital Kalorienrestriktion und Bildung von freien Radikalen • Eine Kalorienrestriktion verlangsamt den Alterungsprozess und verlängert die Lebenserwartung in Säugetieren und NichtSäugetieren • Eine Erklärung ist die verminderte mitochondriale Produktion von Freien Radikalen Biesalski HK.Curr Opin Clin Nutr Metab Care 2002,5:5-10 Universität zu Köln Lehrstuhl für Geriatrie Klinik für Geriatrie am St. Marien-Hospital Immunstörung § HIV § COPD § Allergien Th2 - (Typ I Allergie) § Asthma Th2 - § Atopische Ekzeme Th2 - § Zölliakie Th1 - § Mukoviszidose Th1 -? § Krebs Th1 ¯ § Ältere Th1 ¯ § Kinder Th1 ¯, Th2 - Th1 ¯, Th2 -, Th1/Th2 ¯ Th1 - Universität zu Köln Lehrstuhl für Geriatrie Klinik für Geriatrie am St. Marien-Hospital Wichtigste biologische Marker für FRAILTY: IL-6, IGF-1, TNF-a, CrP Universität zu Köln Lehrstuhl für Geriatrie Klinik für Geriatrie am St. Marien-Hospital Ernährung des betagten Patienten Bedarfsdeckende Nährstoffzufuhr Bedarf >65 Jahren: • Energiebedarf • Eiweißbedarf 20 x KG in kg x PAL 1-1,2 g EW/kg KG ESPEN Guidelines 2011 Universität zu Köln Lehrstuhl für Geriatrie Klinik für Geriatrie am St. Marien-Hospital Das Immunsystem - Makrophagen • phagozytieren und eliminieren eingedrungene Mikroorganismen • präsentieren den T-Zellen Antigene der phagozytierten Erreger • leiten Entzündungen durch Sekretion von Zytokinen ein • beseitigen tote Zellen und Zelltrümmer Driessen C et al.Lymphokine Cytokine Res 1994; Hujanen ES et al.Biochim Biophys Acta 1995; Rink L, Gabriel P. Proc Nutr Soc 2000 Universität zu Köln Lehrstuhl für Geriatrie Klinik für Geriatrie am St. Marien-Hospital Phagozytose durch Markrophagen Pathogen Komplementäre Rezeptoren Phagolysosome LPS Rezeptor (CD14) Toll-like-Rezeptoren Scavenger Rezeptoren Zweite Phase Alarmsignale IL-1b, TNF-a, IL-6, CXCL8, IL-12, Prostaglandin, Sauerstoffradikale, Leukotriene Universität zu Köln Lehrstuhl für Geriatrie Klinik für Geriatrie am St. Marien-Hospital A single dose of vitamin D enhances immunity to mycobacteria • Bei Tuberkulose-Patienten erhöht eine einmalige Gabe von 2,5 mg Vitamin D die Fähigkeit des Vollblutes der Probanden, die Mycobakterien einzuschränken ohne die antigen-stimulierte Interferon-GammaAntwort zu beeinflussen AJRCCM Articles in Press. Published on April 26, 2007 as doi:10.1164/rccm.200701-007OC Universität zu Köln Lehrstuhl für Geriatrie Klinik für Geriatrie am St. Marien-Hospital Makrophagen und Zink • Zinkmangel – verminderte Aktivierung – verminderte Phagozytose – gestörte Zytokinausschüttung – benötigen Zink für Adhäsion a Infektanfälligkeit erhöht • Hohe Zinkdosierung – >100 µM: direkte Aktivierung a Positive Effekte in Hautcremes Driessen C et al.Lymphokine Cytokine Res 1994; Hujanen ES et al.Biochim Biophys Acta 1995; Rink L, Gabriel P. Proc Nutr Soc 2000 Universität zu Köln Lehrstuhl für Geriatrie Klinik für Geriatrie am St. Marien-Hospital Toll-Like Receptor Triggering of a Vitamin Dmediated Human Antimicrobial Response • Vitamin D stimuliert über den TLR Markrophagen und Monozyten zur Produktion von Cathelicidin • Afro-amerikaner mit niedrigem 25-HydroxyVitamin D weisen eine Schwäche der Produktion von Cathelicidin auf • Die Fähigkeit verschiedener Populationen Vitamin-D zu produzieren könnte zur Anfälligkeit für mikrobielle Infektionen beitragen Philip TL et al. Science 2006 Universität zu Köln Lehrstuhl für Geriatrie Klinik für Geriatrie am St. Marien-Hospital Das Immunsystem – Neutrophile Granulozyten • kurzlebige, in großen Mengen gebildete Zellen • migrieren vom Blut zum Entzündungs- bzw. Infektionsherd • phagozytieren und eliminieren eingedrungene Mikroorganismen Hujanen ES et al.Biochim Biophys Acta 1995; Ibs KH,Rink L.Humana Press;2004; Rink L, Gabriel P. Proc Nutr Soc 2000 Universität zu Köln Lehrstuhl für Geriatrie Klinik für Geriatrie am St. Marien-Hospital Neutrophile Granulozyten und Zink • Zinkmangel – verschlechterte Bildung – verminderte Phagozytose – verminderter oxidativer Burst – verminderte Überlebensfähigkeit – verminderte Chemotaxis a Infektanfälligkeit erhöht • Hohe Zinkdosierung – >500 µM: induziert in vitro chemotaktische Aktivität a positive Effekte in Hautcremes Hujanen ES. Biochim Biophys Acta 1995; Ibs KH,Rink L.Humana Press;2004; Rink L, Gabriel P. Proc Nutr Soc 2000 Universität zu Köln Lehrstuhl für Geriatrie Klinik für Geriatrie am St. Marien-Hospital Das Immunsystem – Natürliche Killerzellen • erkennen und eliminieren Tumorzellen und virusinfizierte Zellen Ibs KH,Rink L.Humana Press;2004; Prasad AS.J Trace Elem Exp Med 2000; Rink L, Gabriel P. Proc Nutr Soc 2000 Universität zu Köln Lehrstuhl für Geriatrie Klinik für Geriatrie am St. Marien-Hospital Natürliche Killerzellen und Zink • Zinkmangel – Inhibitorische Signale sind zinkabhängig, daher möglicherweise erhöhte Elimination gesunder, körpereigener Zellen – verminderte Zytotoxizität a Infektanfälligkeit erhöht • Hohe Zinkdosierung – Tötung unterdrückt a Tumorentstehung, >100 mg/Tag möglicherweise erhöhtes Risiko für Prostatakrebs, Mechanismus unbekannt Ibs KH,Rink L.Humana Press;2004; Prasad AS.J Trace Elem Exp Med 2000; Rink L, Gabriel P. Proc Nutr Soc 2000 Universität zu Köln Lehrstuhl für Geriatrie Klinik für Geriatrie am St. Marien-Hospital Das Immunsystem – T-Zellen Unterteilt in • Zytotoxische T-Zellen: eliminieren virusinfizierte Zellen und Tumorzellen • T-Helferzellen: unterteilt in – TH1-Zellen: aktivieren infizierte Makrophagen – TH2-Zellen: unterstützen B-Zellen • Regulatorische T-Zellen: kontrollieren die Immunantwort Ibs KH,Rink L.Humana Press;2004; Rink L, Gabriel P. Proc Nutr Soc 2000 Universität zu Köln Lehrstuhl für Geriatrie Klinik für Geriatrie am St. Marien-Hospital Immunstörungen: Natürliches Ungleichgewicht 2 Th1 und Th2 Aktivität als eine Funktion des Alters • • • • • • Allergie 0 1 2 5 10 Th 1 40 50 60 70 80 90 Gene Hygiene Medikamente Diäten Stress Hormone Jahre Th 2 Universität zu Köln Lehrstuhl für Geriatrie Klinik für Geriatrie am St. Marien-Hospital T-Zellen und Zink • Zinkmangel – verminderte Thymulinkonzentration – Störung des T-Zellgleichgewichts – verminderte Produktion der Zytokine Interleukin-2 und Interferon-γ – erhöhte Autoreaktivität und Alloreaktivität a erhöhte Infektanfälligkeit und Autoimmunität • Hohe Zinkdosierung – >30 µM: T-Zellfunktionen reduziert – >100 µM: T-Zellfunktionen unterdrückt a Infektanfälligkeit erhöht a Unterdrückung von Alloreaktivität bei Transplantation Ibs KH,Rink L.Humana Press;2004; Rink L, Gabriel P. Proc Nutr Soc 2000 Universität zu Köln Lehrstuhl für Geriatrie Klinik für Geriatrie am St. Marien-Hospital • Übergewichtige Mäuse haben nach einer H1N1-Impfung eine 25 % höhere Mortalität • Die mRNA Expression von IFNγ ist 60 % niedriger in den Lungen der übergewichtigen Mäuse • CD8+ T-Zellen von übergewichtigen Mäusen haben bei Stimulierung eine >50 % niedrigere IFN- γ Produktion Erik AK et al. J Immunol 2010;184;3127 Universität zu Köln Lehrstuhl für Geriatrie Klinik für Geriatrie am St. Marien-Hospital Arginin • • • • konditionell essenzielle Aminosäure fördert die Bildung von Wachstumshormonen stimuliert die Kollagensynthese stimuliert Lymphozyten und Bildung von T-Helferzellen (Immunsystem) • Vorstufe von Stickstoffmonoxid (z.B. Aktivierung von Fibroblasten) • Eine Argininsupplementation (17g Arginin pro Tag) fördert die Wundheilung (Protein- und Kollagensynthese) und erzielt Stimulation der Immunantwort1 1 Kirk et al. 1993 Universität zu Köln Lehrstuhl für Geriatrie Klinik für Geriatrie am St. Marien-Hospital Das Immunsystem – B-Zellen • binden und neutralisieren bakterielle Toxine • binden extrazelluläre Bakterien und machen sie damit erkennbar für Phagozyten • aktivieren das Komplementsystem, welches zur Phagozytose bzw. Lyse des Erregers führt Fraker PJ et al.J Nutr 2000; Ibs KH,Rink L.Humana Press;2004; Kreft B.Biogeontology 2000; Rink L, Gabriel P. Proc Nutr Soc 2000 Universität zu Köln Lehrstuhl für Geriatrie Klinik für Geriatrie am St. Marien-Hospital B-Zellen und Zink • Zinkmangel – Anzahl an B-Zellen und B-Vorläuferzellen reduziert – Antikörperproduktion reduziert – Infektanfälligkeit erhöht a Verschlechterte Impfwirkung (HämodialysePatienten, Senioren) Fraker PJ et al.J Nutr 2000; Ibs KH,Rink L.Humana Press;2004; Kreft B.Biogeontology 2000; Rink L, Gabriel P. Proc Nutr Soc 2000 Universität zu Köln Lehrstuhl für Geriatrie Klinik für Geriatrie am St. Marien-Hospital Nützliche Mikroorganismen • Masse der Mikroflora des Körpers: – Augen 1g – Nase 10 g – Mund 20 g – Haut 200 g – Darm 1000 g • Der menschliche Körper @ 1014-15 Bakterien @ 1013 Körperzellen Universität zu Köln Lehrstuhl für Geriatrie Klinik für Geriatrie am St. Marien-Hospital Infektiöse Mikroorganismen • Primäre Pathogene: Verursachen Erkrankungen bei normal gesunden Personen • Opportunistische Pathogene: Verursachen eine infektiöse Erkrankung bei Personen mit eingeschränkter Abwehr – Gen-Defekt (SCID; schwere kombinierte Immunschwächekrankheit) – Exposition von antimikrobiellen Medikamenten oder immunsuppressiven Chemikalien (Chemotherapie) – Infektiöse Erkrankungen mit immunsuppressiver Aktivität (Masern, Malaria, HIV) Universität zu Köln Lehrstuhl für Geriatrie Klinik für Geriatrie am St. Marien-Hospital Pre- und Probiotika • Prebiotika senken inflammatorische Prozesse durch die Senkung der Interleukin-6 mRNA Expression1,2 • Fermentierte Getränke mit Probiotika verbessern die Aktivität von Killerzellen3,4 und die phagozytische Aktivität von mononukleäre Zellen des peripheren Blutes (PBMCs)5 1 Guigoz Y et al. Nutr Res 2002; 2 Schiffrin EJ et al. J Nutr Health Aging 2007; 3 Takeda K et al. J Nutr 2007; 4 Gill et al. J Clin Immunol 2002; 5 Gill et al. Am J Clin Nutr 2001 Universität zu Köln Lehrstuhl für Geriatrie Klinik für Geriatrie am St. Marien-Hospital Verbesserung der Darm-Barriere, Immunmodulation Permeabilität Mukus SCFA, IgA Epitheliale Funktion und Regeneration Mesenchym Prebiotika Intestinal Immunzellaktivität Universität zu Köln Lehrstuhl für Geriatrie Klinik für Geriatrie am St. Marien-Hospital Inflammation verursacht Gewebszerstörung Zusammensetzung der intestinalen Flora Universität zu Köln Lehrstuhl für Geriatrie Klinik für Geriatrie am St. Marien-Hospital Prebiotisches Konzept Unverdauliche Nahrungsbestandteile, die durch eine selektive Stimulation das Wachstum und/oder die Aktivität von einem oder mehreren Bakterien im Kolon beeinflussen und so die Gesundheit verbessern können Prebiotika müssen ein saures Milieu ‘überleben’ Prebiotika müssen die Verdauung im Dünndarm umgehen Prebiotika müssen selektiv im Kolon fermentiert werden Fuller & Gibson, 1997, Scand J Gastroenterol Suppl (222):32-40 Prebiotika müssen ein oder eine bestimmte Anzahl von nützlichen Bakterien stimulieren Universität zu Köln (z. B. Bifidobakterien, Lehrstuhl für Geriatrie Laktobazillen) Klinik für Geriatrie am St. Marien-Hospital • Ein Probiotikum (L. acidophilus, L. casei, Lactobacillus reuteri, Bifidobacterium bifidum, Streptococcus thermophilus) fördert immunmodulatorische Effekte durch Erhöhung / Potenzierung der Bildung von regulatorischen T-Zellen durch tolerogene dentrische Zellen in mesenterialen Lymphknoten PNAS 2009 Universität zu Köln Lehrstuhl für Geriatrie Klinik für Geriatrie am St. Marien-Hospital Glutamin und das epitheliale System R.-J. Schulz, B. Wiedenmann, A. Dignass. 2002. Clin. Nutrition, Vol. 2 konditionell essenzielle Aminosäure fördert die Bildung von Wachstumshormonen stimuliert die Kollagensynthese stimuliert Lymphozyten und Bildung von T-Helferzellen (Immunsystem) Vorstufe von Stickstoffmonoxid (z. B. Aktivierung von Fibroblasten) Proliferation [%] 250 Glutamin stimuliert Proliferation in vitro 200 150 100 50 0 0 10 25 50 Glutamin [µg/ml] 100 200 Cells across wound edge • • • • • 160 140 120 Glutamin unterstützt Migration in vitro 100 80 60 40 20 0 0 10 25 50 Glutamin [µg/ml] Universität zu Köln Lehrstuhl für Geriatrie Klinik für Geriatrie am St. Marien-Hospital 100 200 Regeneration des „Epithelialen Systems“ unter Glutamin R.-J. Schulz, B. Wiedenmann, A. Dignass. 2002. Clin. Nutrition, Vol. 2 Kontrolle 24 h IEC-6 monolayer Assessment of cell migration into defect 200 µg/ml Glutamin Universität zu Köln Lehrstuhl für Geriatrie Klinik für Geriatrie am St. Marien-Hospital Wunden und Immunität Entzündungsphase Ernährung - Blutstillung Energie Protein - Blutgerinnung Zink Vitamin K Arginin - Wachstumsfaktoren/Zytokine w - 3 - Fettsäuren B-Vitamine - Immunzellen (Granulozyten/Makrophagen/Lymphozyten) Proliferationsphase - Aktivierung von Fibroblasten Bildung von Granulationsgewebe - Kollagenbildung Ernährung Protein Zink Folsäure Vitamin A,B,C Energie Eisen Arginin Selen - Angiogenese Modulationsphase Ernährung - dauert bis zu einem Jahr und länger Protein Energie Folsäure - Gleichgewicht Kollagenauf-abbau Vitamin A, B, C Zink Eisen Selen Körperwelten - Aufbau „Strukturiertes Hautgewebe“ Universität zu Köln Lehrstuhl für Geriatrie Klinik für Geriatrie am St. Marien-Hospital Therapieansätze Bedarfsdeckende Nährstoffzufuhr Bedarf >65 Jahren: • • • • Energiebedarf Eiweißbedarf Vitamin D1 Zink2 20 x KG in kg x PAL 1-1,2 g EW/kg KG 800-1200 IE ♂ 10 mg/Tag ♀ 7 mg/Tag 1 Dachverband der Osteologen (DVO) 2 Deutsche Gesellschaft für Ernährung (DGE) Universität zu Köln Lehrstuhl für Geriatrie Klinik für Geriatrie am St. Marien-Hospital
