Transcript PowerPoint-Präsentation

Metabolismus und Immunologie
KV 10/11
Prof. Dr. Beda M. Stadler
Einige der Folien werden als Illustration verwendet und sind nicht Lernstoff.
Sie sind so wie hier entweder orange unterlegt oder umrandet
Metabolismus & Immunologie
Lernziele und Inhalt
• Immun-Metabolismus auf Zell-Ebene
• Die Organe des "Immun-Metabolismus"
• Reaktionen des IS auf die Nahrungsaufnahme
– hinsehen: Immunantwort
– wegsehen: Toleranz
– nicht vertragen: Fieber, Intoleranz,
Immunmodulation
– überreagieren: Allergie
– verwechseln: Autoimmunität
– unvermögen: Immundefizienz/Gendefekte
– stärken: ???
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Metabolismus & Immunologie
2
Metabolismus oder Immunität?
Strukturen
Zellen
Organe
Verdauung oder Erkennung?
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Metabolismus & Immunologie
3
Spezifische Erkennung
Immunologisch
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Nichtimmunologisch
Metabolismus & Immunologie
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Metabolismus
• Anabolismus vs Antigenerkennung
• Aufnahme/Erkennung
• Stoffklassen/Epitope
• Katabolismus vs Antigenabbau
• Verdauung/Phagozytose
• Reziklierung/Prozessierung
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Metabolismus & Immunologie
5
Anabolismus
innen
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innen
Erkennung
Metabolismus & Immunologie
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“Immun-Anabolismus”
• Rezeptor Repertoir
– T & B Zell
Genrearrangement
• selektive
Expression von
Korezeptoren
• Struktur der
Lymphorgane
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Metabolismus & Immunologie
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Struktur der Lymphorgane
(Animation)
Einbahnstrassen
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Metabolismus & Immunologie
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Katabolismus
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Metabolismus & Immunologie
9
Pepsin
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Metabolismus & Immunologie
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Katabolismus auf Zellebene:
Phagozytose
Ernährung
oder Prozessierung?
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Metabolismus & Immunologie
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Wiederhohlung: MHC I & II
Studieren Sie die Animationen unter diesem Link:
Animationen sind oft mehr als tausend Worte!
www.iib.unibe.ch/teaching/animation/links.htm
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Metabolismus & Immunologie
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Zelluläre Verdauung
Phagozyten: NADPH Oxidase
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Metabolismus & Immunologie
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Grapefruit Juice Increases Felodipine*
Oral Availability in Humans by Decreasing
Intestinal CYP3A Protein Expression
The consumption of grapefruit juice can
result in a down-regulation of CYP3A4 in
the small intestine - one of the major
Cytochrome P-450 family of enzymes
involved in drug, xenobiotic, and dietary –
derived nutrient metabolism.
*Plendil (felodipine) is a calcium antagonist
(calcium channel blocker
Lown et al., J. Clin. Invest. 1997
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Nahrungsaufnahme
1. movement: propels food
through the digestive system
2. secretion: release of digestive
juices in response to a specific
stimulus
3. digestion: breakdown of food
into molecular components small
enough to cross the plasma
membrane
4. absorption: passage of the
molecules into the body's interior
and their passage throughout
the body
5. elimination: removal of
undigested food and wastes
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Immunsystem Analogie
•
Antigendrainage
(dendritische Zellen)
•
Chemotaxis, Homing
•
Phagozytose,
Opsonisation
•
Antigen-Prozessierung,
Präsentation
•
Neutralisation (Ak),
Zytotoxizität (Zellen &
Komplement)
Metabolismus & Immunologie
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Metabolismus & Immunologie
Lernziele und Inhalt
• Immun-Metabolismus auf Zell-Ebene
• Die Organe des "Immun-Metabolismus"
• Reaktionen des IS auf die Nahrungsaufnahme
– hinsehen: Immunantwort
– wegsehen: Toleranz
– nicht vertragen: Fieber, Intoleranz,
Immunmodulation
– überreagieren: Allergie
– verwechseln: Autoimmunität
– unvermögen: Immundefizienz/Gendefekte
– stärken: ???
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Metabolismus & Immunologie
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Lymphozyten Rezirkulation
Zirkulation
Interstitium
Mukosa
Gewebe
Zirkulation
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Metabolismus & Immunologie
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Mukosale Immunität
Mucosa-associated lymphoid tissue (MALT)
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Metabolismus & Immunologie
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Mucosa-associated
lymphoid tissue (MALT)
Beispiele
- Nasal-associated lymphoid tissue (NALT)
- tonsils, adenoids.
- Gut-associated lymphoid tissue (GALT)
- Peyer’s patches.
- Bronchus-associated lymphoid tissue (BALT)
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Metabolismus & Immunologie
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Peyer’s Patches und Appendix
Legende:
d - dichter LK
L - Lumen
p - primärer LK
GALT
Legende:
d - dichter LK
L - Lumen
p - primärer LK
s - sekundärer LK
c - Lieberkuhn Krypte
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Metabolismus & Immunologie
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MALT Eigenschaften
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Metabolismus & Immunologie
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M Zellen erleichtern
Antigenaufnahme
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Mucosale Immunantwort
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Metabolismus & Immunologie
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Mucosale Immunantwort:
Lymphozyten
Zelltyp
TCR ab
TCR gd
CD4
CD8
Lamina propria
Lymphozyten
>95%
<5%
70%
30%
interepitheliale
Lymphozyten
60-90%
10-40%
<10%
70%
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Metabolismus & Immunologie
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IgA
• Struktur
– Serum - Monomer
– Sekretion (sIgA)
• Dimer (11S)
• J chain
• Sekretorische
Komponente
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Eine B Zelle sekretiert
entweder monomeres
or dimeres IgA.
Metabolismus & Immunologie
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IgA Sekretion
innen
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aussen
Metabolismus & Immunologie
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IgA
Eigenschaften
– 2. höchst im
Serum
– häufigstes Ig im
Körper
– bindet kein
Komplement
(ausser aggregiert)
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Metabolismus & Immunologie
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IgA & virale Abwehr
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Metabolismus & Immunologie
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IgA & bakterielle Abwehr
IgA2 ist stärker
Protease resistent
als IgA1.
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Metabolismus & Immunologie
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Opsonisation beginnt draussen!
IgA
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Metabolismus & Immunologie
Lernziele und Inhalt
• Immun-Metabolismus auf Zell-Ebene
• Die Organe des "Immun-Metabolismus"
• Reaktionen des IS auf die Nahrungsaufnahme
– hinsehen: Immunantwort
– wegsehen: Toleranz
– nicht vertragen: Fieber, Intoleranz,
Immunmodulation
– überreagieren: Allergie
– verwechseln: Autoimmunität
– unvermögen: Immundefizienz/Gendefekte
– stärken: ???
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Metabolismus & Immunologie
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Der gastrische Simulationstest
pH 1.2
Pepsin
(min) 0 30
0 30
0 30
0 30 0 30
Falls verdaut, keine
Immunerkennung möglich!
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Metabolismus & Immunologie
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Pflanzliche Eiweisse
Protein
% Total Protein
Stabilität
Pflanzliche Proteine
Rubisco LSU (Spinat)
Rubisco SSU (Spinat)
Lipoxygenase (Soyabohne)
Glycolate reductase (Spinat)
PEP carboxylase (Maiskorn)
Acid phosphatase (Kartoffel)
Sucrose Synthetase (Weizenkorn)
ß-amylase (Haferkorn)
25
25
<1
<1
<1
<1
<1
<1
<15 sec
<15 sec
<15 sec
<15 sec
<15 sec
<15 sec
<15 sec
<15 sec
< .01
< .01
< .01
< .1
< .01
< .4
.01
< .01
< 30 sec
30 sec
30 sec
< 15 sec
< 15 sec
< 15 sec
< 15 sec
< 10 sec
Transgene Proteine
B.t.t
B.t.k. HD-73
B.t.k. HD-1
CP4 EPSPS
GOX
ACCd
GUS
NPTII
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Metabolismus & Immunologie
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Normale Immunreaktion und
Haptenisierung
Hapten
z.B. Medikament
Neues Epitop
+
eigen Protein
nicht immunogen
Immunogenes Protein
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Metabolismus & Immunologie
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Enstehung neuer Antigene durch
Denaturierung
zB Prionen
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Metabolismus & Immunologie
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Metabolismus & Immunologie
Lernziele und Inhalt
• Immun-Metabolismus auf Zell-Ebene
• Die Organe des "Immun-Metabolismus"
• Reaktionen des IS auf die Nahrungsaufnahme
– hinsehen: Immunantwort
– wegsehen: Toleranz
– nicht vertragen: Fieber, Intoleranz,
Immunmodulation
– überreagieren: Allergie
– verwechseln: Autoimmunität
– unvermögen: Immundefizienz/Gendefekte
– stärken: ???
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Metabolismus & Immunologie
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T Zelltoleranz
Vorläufer
T Zellen
Vorläufer
aus dem
Knochenmark
Eigen-selektierte
T Zellen
Zentrale
(Thymus)
Toleranz
(Deletion)
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Metabolismus & Immunologie
Periphere
Toleranz
(Anergie/Deletion
suppression)
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Periphere B-Zell Anergie
Anergie gilt für T und B Zellen!
Immunantwort des
Gastrointestinaltrakts
 Oral tolerance
 Inactivation or
deletion of TH1
cells (IFNg)
 Stimulation of
TH2 cytokines
Oral
tolerance
IgA 
IgE 
Ständige Bedrohung
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Metabolismus & Immunologie
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“mukosale” Zytokine
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Metabolismus & Immunologie
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Metabolismus & Immunologie
Lernziele und Inhalt
• Immun-Metabolismus auf Zell-Ebene
• Die Organe des "Immun-Metabolismus"
• Reaktionen des IS auf die Nahrungsaufnahme
– hinsehen: Immunantwort
– wegsehen: Toleranz
– nicht vertragen: Fieber, Intoleranz,
Immunmodulation
– überreagieren: Allergie
– verwechseln: Autoimmunität
– unvermögen: Immundefizienz/Gendefekte
– stärken: ???
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Metabolismus & Immunologie
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Lipopolysaccharide (LPS)
Kontamination von Nahrungsmitteln
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Metabolismus & Immunologie
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Glucocorticoide & Metabolismus
• Most common
glucocorticoid is
cortisol
• Metabolism:
– Proteins: increases
protein breakdown,
releasing amino acids
into blood
– Lipids: mobilizes fatty
acids from adipose
tissue
– Carbohydrates:
increases blood glucose
levels and
gluconeogenesis
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• Large amounts of
cortisol decreases
inflammation,
depresses immune
system, slows healing
Metabolismus & Immunologie
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Laktose Intoleranz
• Milchzuckerunverträglichkeit: Fehlen bzw.
unzureichende Produktion des
Verdauungsenzyms Laktase.
• ca. 90%der Weltbevölkerung kann
Milchzucker nach dem Säuglingsalter nicht
mehr vollständig verwerten.
• In Mitteleuropa leiden ca. 10 - 20% der
Durchschnittsbevölkerung an einer
Laktoseintoleranz.
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Metabolismus & Immunologie
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Zöliakie oder Sprue
• Zöliakie (bei Erwachsenen
Sprue genannt) ist
Überempfindlichkeit gegen das
in den meisten Getreiden
enthaltene Klebereiweiß
"Gluten".
• Bei Zufuhr von Gluten wird die
Schleimhaut im Dünndarm
geschädigt, wodurch es in
Folge, zur Rückbildung des
Darmes kommt.
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Metabolismus & Immunologie
Gluten in:
• Weizen
• Roggen
• Gerste
• Hafer
• Dinkel
• Grünkern
• Einkorn
• Emmer
• Kamut
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Metabolismus & Immunologie
Lernziele und Inhalt
• Immun-Metabolismus auf Zell-Ebene
• Die Organe des "Immun-Metabolismus"
• Reaktionen des IS auf die Nahrungsaufnahme
– hinsehen: Immunantwort
– wegsehen: Toleranz
– nicht vertragen: Fieber, Intoleranz,
Immunmodulation
– überreagieren: Allergie
– verwechseln: Autoimmunität
– unvermögen: Immundefizienz/Gendefekte
– stärken: ???
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Metabolismus & Immunologie
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Nahrungsmittelallergien
Prävalenz
• Amerika
– erstmals 1940
– 5-8% Kinder
– 1-2% Erwachsene
• Europa
– seit 1990
– ähnliche Zahlen
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Metabolismus & Immunologie
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Allergieauslösende
Nahrungsmittel
USA
•
•
•
•
•
•
•
•
Milk
Eggs
Peanuts
Tree nuts
Soy
Wheat
Fish
Shellfish
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Europa
•
•
•
•
•
•
•
•
Metabolismus & Immunologie
Milk
Eggs
Tree nuts
Wheat
Fish
Shellfish
Soy
Peanuts
49
Inhalations Allergien
Allergie
Orales Allergie
Syndrom
Echte Nahrungsmittelallergie
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Metabolismus & Immunologie
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Kreuzreaktionen
Inhalation- vs Lebensmittelallergene
Früchte
Gemüse
Nüsse
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Metabolismus & Immunologie
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Kreuzreaktionen: gleiche Familie
Pfirsich
Aprikose
Prunoideae
Pflaume
Kirsche
>90% der Patienten erkennen ein 13 kd Hauptallergen,
Ortolani et al, 1997
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Metabolismus & Immunologie
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Kreuzreaktionen: gleiche Gene
Birke
Apfel, Haselnuss, Karrotte, Kartoffel
Beifuss
Cellerie
Ambrosia
Melone, Banane
Gräser
Apfel, Tomate
“Latex”
Avocado, Banane, Kastanie
z.B. Bet V1 (Birke) 60% Homologie mit Mal D1 (Apfel)
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Metabolismus & Immunologie
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Wieviele Allergene essen wir?
Weizen
Sesam
Butter
Salat
Hickory
Speck
Senf
Pfeffer
Estragon
Zwiebel
= ~1.6 mio
Genprodukte
Tomate
Gurke
Dill
= ~16 Allergene
Käse
Bakterien
Milch
= 1: 100’000
Rind
Ketchup
Weinessig
Zuckerrübe
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Metabolismus & Immunologie
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Nahrunsmittelallergene
Protein
Ei- und Milchallergene
Ei Ovalbumin (Gal d 2)
Milch ß-lactoglobulin
Ei Ovomucoid (Gal d 1)
Milch Casein
Milch BSA
Milch a-lactalbumin
Ei Conalbumin (Gal d 3)
Körner Allergene
Soya ß-Conglycinin (b )
Soya Kunitz Trypsin Inhib.
Erdnuss Ara h 2
Senf Sin a I
Senf Bra j IE
Soya Lectin
Erdnuss Lectin
Soya ß-Conglycinin (a)
Soya Glycinin
Soya Gly m BD 30K
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% Total Protein
Stabilität
Fragmente
54
9
11
80
1
4
12
60
60
8
2
0.5
0.5
0
15
15
2
15
18.5
2-4
6
20
20
1-2
1.3
18.5
51
2-3
60
60
60
60
60
15
8
2
0.5
0
60
15
8
Metabolismus & Immunologie
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Echte Nahrungsmittelallergene
T Zelle
APZ
kleine Peptide (10-20 AS)
Sensibilisieren
Be
IgE
Auslösen
FceRI
Proteine (Hapten + Carrier)
Kreuzvernetzung
IgE vermittelt
nicht IgE vermittelt
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Metabolismus & Immunologie
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Nahrungsmittelallergene
• Praktisch alle Allergene sind Eiweisse, aber
nicht alle Eiweisse sind Nahrungsmittel
allergene
• Nahrungsmittel enthalten hunderttausende
Proteine, von denen nur wenige allergen
sind
• Die meisten Allergene sind verdaungs- und
verarbeitungsstabil
• Hauptallergene sind keine „Spureneiweisse“
• Die meisten Nahrungsmittelallergene sind
kloniert und molekular charakterisiert
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Metabolismus & Immunologie
Lernziele und Inhalt
• Immun-Metabolismus auf Zell-Ebene
• Die Organe des "Immun-Metabolismus"
• Reaktionen des IS auf die Nahrungsaufnahme
– hinsehen: Immunantwort
– wegsehen: Toleranz
– nicht vertragen: Fieber, Intoleranz,
Immunmodulation
– überreagieren: Allergie
– verwechseln: Autoimmunität
– unvermögen: Immundefizienz/Gendefekte
– stärken: ???
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Autoimmunität
• Immunantwort gegen “eigen”
• Einteilungen
–systemisch (z.B. SLE, RA,
GVHD)
–Organ-specifisch (z.B. MS,
IDDM, IBD, AITP etc.)
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Metabolismus & Immunologie
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Theorien
• Molekulares Mimicry
• Epitop "Spreading"
• T Helfer 1 / T Helfer 2 Balance
• Zytokine Milieu.
• Fehlen von Co-stimulation/Aktivation
Beispiele sind noch anekdotisch
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Verwechslung bei der
Immunantwort
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Metabolismus & Immunologie
Lernziele und Inhalt
• Immun-Metabolismus auf Zell-Ebene
• Die Organe des "Immun-Metabolismus"
• Reaktionen des IS auf die Nahrungsaufnahme
– hinsehen: Immunantwort
– wegsehen: Toleranz
– nicht vertragen: Fieber, Intoleranz,
Immunmodulation
– überreagieren: Allergie
– verwechseln: Autoimmunität
– unvermögen: Immundefizienz/Gendefekte
– stärken: ???
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62
IgA Mangel
Pathogenesis

Failure of class switch mechanism

Phenytoin, penicillamine may produce acquired selective
IgA deficiency
Molecular immunology

Many defects possible

Autosomal recessive inheritance reported in some
families

Reported in 18q- syndrome, 21q- syndrome
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Lernziele und Inhalt
• Immun-Metabolismus auf Zell-Ebene
• Die Organe des "Immun-Metabolismus"
• Reaktionen des IS auf die Nahrungsaufnahme
– hinsehen: Immunantwort
– wegsehen: Toleranz
– nicht vertragen: Fieber, Intoleranz,
Immunmodulation
– überreagieren: Allergie
– verwechseln: Autoimmunität
– unvermögen: Immundefizienz/Gendefekte
– stärken: ???
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64
Immunstimulation?
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65
Phytochemicals (plant)
• Only few of 10,000’s studied
• associated with
– decrease CVD & cancer risk
– decrease infections
– increase immune function
• Examples* - flavonoids; carotenoids;
isoflavones; plant sterols
* soy; tomatoes, garlic, onions, legumes, green
tea; cruciferous vegetables, red wine, grapes
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66
Probiotics
Probiotic foods are also known as functional foods,
which have been in our diets for years. A functional
food is a product that is consumed every day and has
been shown through clinical studies to maintain
human health or to promote human well-being better
than similar traditional foods.
NOTE: Probiotics and/or Lactobacillus GG are
not intended to diagnose, mitigate, treat, cure
or prevent any specific disease or class of
diseases.
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Metabolismus & Immunologie
67
Symptoms of Malnutrition in AIDS
Patients
• Weight loss
• Loss of muscle tissue and
subcutaneous fat
• Vitamin and mineral deficiencies
• Reduced immune competence
• Increased susceptibility to infection
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68
The Vicious Cycle
The Vicious Cycle of Micronutrient
Deficiencies and HIV Pathogenesis
Insufficient dietary intake
Malabsorption, diarrhea
Altered metabolism and
nutrient storage
Increased HIV replication
Hastened disease
progression
Increased morbidity
Nutritional
deficiencies
Increased oxidative stress
Immune suppression
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69
A Joke…
Here are some steps for building better immunity.
•Start with a multi-vitamin.
Research shows that adding a simple over-the-counter multi-vitamin can significantly
improve your immune function, even if you eat a generally well-balanced diet.
•Make sleep a priority.
Sleep strengthens the body's ability to fight infections. If you are deprived of sleep, you can
suffer a decline in the number and functioning of immune-system cells.
•Strengthen your social network.
A leading researcher of the link between emotions and disease, Dr. David Spiegel, Stanford
University, contends that socializing buffers stress and helps fight off other enemies of the
immune system.
•Take a walk.
Studies show that moderate exercise diseases your immune response and protects your
body from colds and infections.
•Head for a house of worship.
Studies of those who attend religious services on a regular weekly basis had healthier
immune systems than those who did not attend.
•Fight back against stress.
People who live under constant stress are more susceptible to colds and respiratory
infections.
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70
Die HNA Achse
„Die Leute glauben,
was sie glauben wollen“
Caesar
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