ŻYWIENIE a ODPORNOŚĆ WSZECHNICA SGGW 19 KWIETNIA 2017 Prof. dr hab. Krystyna Skwarło-Sońta Uniwersytet Warszawski; [email protected] JESTEŚMY TYM, CO ZJADAMY! Rodzaj pobieranego pokarmu (średnio 60 ton w ciągu całego życia) ma największy wpływ na zdrowie i sprawność fizyczną człowieka Żywność wysokiej jakości wydaje się wpływać na zdrowie ludzi bardziej, niż wszystkie produkty przemysłu farmaceutycznego O NASZE ZDROWIE DBA UKŁAD ODPORNOŚCIOWY – CO O NIM WIEMY? Jak połączyć żywienie z odpornością? IMMUNOLOGIA – CO TO ZA NAUKA? Łaciński źródłosłów nazwy immunologia immunitas - oznacza uwolnienie od obciążeń, czyli uwolnienie od niebezpieczeństwa zachorowania na chorobę zakaźną. IMMUNOLOGIA – CO TO ZA NAUKA? Już w starożytności zauważono, że jedynie osoby, które same przeżyły chorobę, nadają się do pielęgnacji chorych. Później ugruntował się pogląd, że przechorowanie niektórych chorób (teraz wiemy, że chorób zakaźnych) chroni przed ponownym zachorowaniem czyli daje odporność. Nowoczesna immunologia czyli nauka o odporności wyrosła z mikrobiologii medycznej i jest dziedziną z pogranicza medycyny i biologii, a wykorzystuje metody chemiczne, biologii molekularnej, genetyki... PODSTAWOWE POJĘCIA: ODPORNOŚĆ: zdolność organizmu do zachowania integralności, zagrożonej przez potencjalnie niebezpieczne czynniki POCHODZENIA ZEWNĘTRZNEGO (np. drobnoustroje chorobotwórcze) LUB WEWNĘTRZNEGO (np. komórki nowotworowe) ANTYGEN: Pierwotnie: substancja powodująca powstawanie przeciwciał (ang. antibody generating) Obecnie: wszystkie czynniki wywołujące aktywację układu odpornościowego, czyli takie ( ang. nonself), przeciw którym kierowana jest odpowiedź odpornościowa FUNKCJE UKŁADU ODPORNOŚCIOWEGO obrona bakterie wirusy pierwotniaki robaki pasożytnicze grzyby nadzór zmutowane komórki uszkodzone i stare komórki własne homeostaza alergie niedobory odporności współpraca z układem nerwowym i hormonalnym choroby nowotworowe i autoimmunizacyjne różne zaburzenia funkcji układu odpornościowego FUNKCJONALNY PODZIAŁ ODPORNOŚCI SWOISTA - NABYTA NIESWOISTA - WRODZONA BARIERY KOMÓRKOWA Skóra Błony śluzowe Limfocyty Th, Tc, Treg HUMORALNA MECHANIZMY OBRONNE Limfocyty B i przeciwciała Fagocytoza Makrofagi Monocyty Granulocyty Kręgowce 3,4 % Cytotoksyczność Komórki NK Białka: interferony i układ dopełniacza Bezkręgowce 96,6 % LINIE OBRONY Rys. N.Drela POWSTAWANIE KOMÓREK KRWI czyli HEMATOPOEZA; stąd nauka o krwi to HEMATOLOGIA KOMÓRKI MACIERZYSTE LINII MIELOIDALNEJ KOMÓRKI MACIERZYSTE SZPIKU KOMÓRKI KOMÓRKI MACIERZYSTE LIMFOIDALNE NK ERYTROBLASTY MEGAKARIOBLASTY MIELOBLASTY MONOBLASTY LIMFOBLASTY Wszystkie komórki pełniące funkcje odpornościowe powstają z komórek macierzystych szpiku kostnego, ale dojrzewają w różnych miejscach organizmu LEUKOCYTY czas życia 7 godz. neutrofil różny bazofil różny eozynofil funkcje odpowiedź na ataki bakteryjne – fagocytoza 55-65% mastocyty tkankowe, udział w reakcjach nadwrażliwości, wydzielają histaminę 0-1% odpowiedź na atak pasożytów 2-4% czas życia różny limfocyt T, ok. 2/3 Li różny limfocyt B, ok. 1/3 Li 3 dni monocyt funkcje komórkowa odpowiedź odpornościowa: pomocnicze Th, cytotoksyczne Tc i supresorowe Treg 25-35% różnicują się w komórki plazmatyczne, wydzielają specyficzne immunoglobuliny ok. 10% stają się makrofagami tkankowymi, migrują do ogniska zapalenia i pochłaniają bakterie, 3-8% KOMÓRKI EFEKTOROWE i GŁÓWNE CECHY ODPORNOŚCI ODPORNOŚĆ WRODZONA ODPORNOŚĆ NABYTA ODPOWIEDŹ HUMORALNA ODPOWIEDŹ KOMÓRKOWA • SZYBKA • POWOLNA • NIE POZOSTAWIA PAMIĘCI • POZOSTAWIA PAMIĘĆ • RECEPTORY DLA Ag NIEZMIENNE • RECEPTORY DLA Ag i MAŁO SPECYFICZNE RÓŻNORODNE i SPECYFICZNE STRUKTURA UKŁADU ODPORNOŚCIOWEGO: Pierwotne narządy (gruczoły) limfoidalne: grasica i szpik kostny (analog ptasiej bursy Fabrycjusza ) – ŚRODOWISKO DOJRZEWANIA LIMFOCYTÓW Wtórne narządy (gruczoły) limfoidalne: śledziona, węzły i grudki chłonne – MIEJSCA KONTAKTU LIMFOCYTÓW Z ANTYGENAMI Komórki odpornościowe (efektorowe) – leukocyty – oraz produkowane przez nie cytokiny – NOŚNIKI INFORMACJI W UKŁADZIE ODPORNOŚCIOWYM CYTOKINY JAKO NOŚNIKI INFORMACJI Termin cytokiny (z greckiego: cytos = komórka i kinos = ruch) określa dużą grupę związków o różnym pochodzeniu i budowie, będących peptydami, białkami lub glikoproteinami. Działają jako cząsteczki regulatorowe lub sygnałowe w bardzo niewielkich stężeniach [od nano- (10-9 M) – do piko- (10-12 M) molowych]. przewód limfatyczny grasica adenoidy migdałki przewód piersiowy węzły limfatyczne śledziona kępki Peyera węzły mezenteryczne wyrostek robaczkowy j. cienkie węzły limfatyczne szpik kostny naczynia limfatyczne UKŁAD LIMFOIDALNY Narządy limfatyczne: •centralne (szpik, grasica) •obwodowe (węzły chłonne, śledziona, grudki limfatyczne, GALT, NALT, BALT, SALT) •naczynia limfatyczne •krążące komórki (leukocyty linii limfoidalnej i mieloidalnej) J. Kuby, Immunology DOJRZEWANIE LIMFOCYTÓW W GRASICY Dojrzewanie (nabywanie kompetencji immunologicznej) w nabłonku grasicy LIMFOCYTÓW T polega na uzyskaniu markerów powierzchniowych (RECEPTOR TCR) CD3 oraz CD4 (Li Th) lub CD8 (Li Tc) DOJRZEWANIE LIMFOCYTÓW B Występująca wyłącznie u ptaków BURSA FABRYCJUSZA jest miejscem nabywania kompetencji immunologicznej (dojrzewania) limfocytów B Analogiczną funkcję u ssaków pełnią pewne obszary SZPIKU KOSTNEGO, w którym także dojrzewają Li B Kompetencję immunologiczną limfocytom B nadaje powierzchniowy RECEPTOR BCR, mający strukturę immunoglobuliny STRUKTURA i KLASY IMMUNOGLOBULIN DOJRZEWANIE LIMFOCYTÓW „EDUKACJA” czyli NABYWANIE ODPOWIEDNICH MARKERÓW POWIERZCHNIOWYCH nadających KOMPETENCJĘ IMMUNOLOGICZNĄ SZPIK KOSTNY Dojrzały LiB Odporność humoralna GRASICA Nabycie odpowiednich receptorów Migracja limfocytów z markerami powierzchniowymi do odpowiednich przedziałów węzłów chłonnych Dojrzały LiT Odporność komórkowa INFEKCJA (antygeny) ODPOWIEDŹ SWOISTA PRZECIWCIAŁA (immunoglobuliny) ZAINFEKOWANA KOMÓRKA KOMÓRKI PLAZMATYCZNE LIMFOCYT Tc (cytotoksyczny) MAKROFAG (APC) LIMFOCYT B INTERLEUKINA -2 LIMFOCYT Th (pomocniczy) INTERLEUKINA-1 UKŁAD ODPORNOŚCIOWY NIE DZIAŁA W IZOLACJI Trawienie i wchłanianie Perystaltyka Szczelność błon śluzowych Tolerancja i alergie pokarmowe Aktywność układu odpornościowego związanego z błonami śluzowymi przewodu pokarmowego (GALT) Bakterie probiotyczne i prebiotyki Konkurencja z patogenami o miejsce w błonie śluzowej jelita UKŁAD ODPORNOŚCIOWY ZUŻYWA MATERIĘ I ENERGIĘ, dlatego ŻYWIENIE WPŁYWA ISTOTNIE NA JEGO FUNKCJE JESTEŚMY TYM, CO ZJADAMY! Które składniki pokarmu w największym stopniu wpływają na procesy odpornościowe organizmu? ROLA POSZCZEGÓLNYCH SKŁADNIKÓW DIETY W ODPORNOŚCI: Tłuszcze Witaminy Mikroelementy Włókno pokarmowe Antyoksydanty Pro- i prebiotyki NIEZBĘDNE NIENASYCONE KWASY TŁUSZCZOWE NNKT Należą do dwóch rodzin: n-6 (18:2 n-6 –kwas linolowy) i n-3 (18:3 n-3 – linolenowy); Występują w roślinach i tłuszczu ryb; W organizmie wchodzą w skład fosfolipidów błonowych, przekształcanych w eikozanoidy; Eikozanoidy pochodne NNKT n-3 mają działanie przeciwzapalne, zaś n-6 są prozapalne; Zalecany stosunek ilościowy w diecie: n-6/n-3 = 2-4 ZMIANY ZAWARTOŚCI KWASÓW TŁUSZCZOWYCH w poszczególnych składnikach pokarmu Skład naszego pokarmu zmienia się! Masło Wieprz Wołow Jajka Źródła: pełne mleko, żółtko jaj, oleje roślinne, tłuszcze zwierzęce (tran), wątroba, grzyby, drożdże Kalciferol ROLA WITAMINY D W PROCESACH ODPORNOŚCIOWYCH WŁÓKNO POKARMOWE Związki pochodzenia roślinnego, przechodzące bez trawienia przez przewód pokarmowy człowieka; Ważna funkcja regulatorowa: wspomagając trawienie zapobiegają jednocześnie wielu chorobom, np. cukrzycy, otyłości, obstrukcjom; Dzielą się na rozpuszczalne i nierozpuszczalne w wodzie; Włókna rozpuszczalne to głównie pektyny, do nierozpuszczalnych należą celuloza i niektóre niewęglowodanowe składniki ściany komórek roślinnych, ŹRÓDŁA WŁÓKNA POKARMOWEGO ROZPUSZCZALNE owies i jego przetwory, soczewica, jabłka, pomarańcze, gruszki, truskawki, orzechy, selery, marchewka NIEROZPUSZCZALNE łuski i ziarna zbóż, nasiona, brązowy ryż, warzywa zwłaszcza liściaste, cebula, pomidory, rodzynki, winogrona, skórka owoców i warzyw Rak piersi jest najczęstszą chorobą nowotworową kobiet: 1,4 mln nowych zachorowań na świecie w 2008 , tj. ok. 23% wszystkich przypadków raka i 14% przyczyn zgonów kobiet; Zapadalność na raka piersi wzrasta z postępem urbanizacji i uprzemysłowienia, ale gwałtownie postępuje w krajach nisko i średnio rozwiniętych; Wegetarianki rzadziej zapadają na raka piersi, wykazują wyższą zawartość estrogenów w kale i niższy ich poziom w krwi; Stąd poszukiwanie związku częstości tej choroby z zawartością włókna surowego w diecie. ANTYOKSYDANTY Stres oksydacyjny towarzyszy większości procesów fizjologicznych, m.in. jest jedną z przyczyn starzenia się organizmów a także wielu chorób, np. cukrzycy, choroby Alzheimera, miażdżycy, katarakty itd.; Naturalne związki, głównie pochodzenia roślinnego o właściwościach antyoksydantów są stosowane jako czynniki chroniące przed rozwojem wielu chorób lub wspomagające terapię konwencjonalną, zmniejszając efekty uboczne; Spożywanie produktów bogatych w antyoksydanty jest zalecane, choć mechanizmy, zwłaszcza współdziałania kilku tego typu związków jednocześnie nie są jeszcze znane i wymagana jest ostrożność w ich stosowaniu. ŹRÓDŁA ANTYOKSYDANTÓW Polifenole roślinne – wtórne metabolity głównie owoców i warzyw Zidentyfikowano ponad 25 000 różnych typów polifenoli, wśród nich najlepiej znane flawonoidy i stilbeny Aktywności biologiczne polifenoli roślinnych: działanie antyoksydacyjne, przeciwnowotworowe, antybakteryjne UKŁAD POKARMOWY CZŁOWIEKA PRZEWÓD POKARMOWY CZŁOWIEKA SŁUŻY NIE TYLKO ODŻYWIANIU Przewód pokarmowy dorosłego człowieka, od jamy ustnej do odbytu, ma długość ok. 8-9 m; Powierzchnia jelit wynosi ok. 200 m2, czyli jest 60 razy większa od powierzchni skóry; Stanowi drogę przenikania do środowiska wewnętrznego organizmu zarówno składników odżywczych jak i patogenów. STRUKTURA i ORGANIZACJA GALT (Gut Associated Lymphoid Tissue) Pierwszą linię obrony w przewodzie pokarmowym stanowi śluz, wyściełający nabłonek jelita GALT jest utworzona przez węzły i grudki chłonne, komórki odpornościowe i produkowane przez nie przeciwciała W GALT znajduje się: 75% wszystkich komórek odpornościowych 80% produkowanych przeciwciał 50% wszystkich limfocytów POWSTAJĄCE W GALT PLAZMOCYTY, PRODUKUJĄCE ANTYGENOWO SPECYFICZNE PRZECIWCIAŁA IgA TRAFIAJĄ DO RÓŻNYCH CZĘŚCI ORGANIZMU Gołąb J., Jakóbisiak M., Lasek W., Immunologia, Warszawa 2006, s. 293. PROBIOTYKI DEFINICJA WHO: żywe mikroorganizmy, które podawane w odpowiednich ilościach wywierają korzystne działanie w organizmie gospodarza CECHY PROBIOTYKU: pochodzenie z organizmu człowieka oporność na niskie pH żołądka oraz na enzymy i kwasy żółciowe dwunastnicy oraz zdolność do przeżycia i aktywności metabolicznej w jelicie grubym przyleganie do komórek nabłonka jelitowego i trwała lub przejściowa kolonizacja przewodu pokarmowego korzystne działanie na organizm gospodarza trwałość i żywotność w czasie przechowywania oraz w środowisku dla niego niekorzystnym PREBIOTYKI PREBIOTYKI są to nieożywione składniki diety, nie podlegające hydrolizie ani wchłanianiu w górnych odcinkach przewodu pokarmowego; Ich fermentacja zachodzi dopiero w jelicie grubym, gdzie selektywnie stymulują wzrost i/lub aktywność ograniczonej liczby szczepów bakteryjnych, zwłaszcza Bifidobacteria i/lub Lactobacili (PROBIOTYKÓW); Pochodną tego jest pojęcie SYNBIOTYKU, oznaczające mieszaninę obydwu składowych żywności funkcjonalnej. PROBIOTYKI i PREBIOTYKI Zastosowanie prebiotyków jest możliwe dzięki temu, że dobroczynna mikroflora jelitowa produkuje enzymy, które mogą je rozkładać; Potencjalnymi prebiotykami mogą być niektóre peptydy i białka a także lipidy, ale największe znaczenie przypisuje się niestrawialnym węglowodanom (włókno pokarmowe); Są więc nimi głównie fruktozo- i galaktozo-oligosacharydy (FOS i GOS), spełniające wszystkie kryteria prebiotyku; Występują głównie w warzywach, np. cebuli, karczochach, szparagach, cykorii itp. BAKTERIE PROBIOTYCZNE ZASIEDLAJĄ PRZEWÓD POKARMOWY WYTWARZAJĄ METABOLITY np. kwas mlek UTRUDNIAJĄ KOLONIZACJĘ JELITA WYTWARZAJĄ ANTYBIOTTYKI HAMUJĄ WZROST ZUŻYWAJĄ SKŁADNIKI POKARMOWE WSPOMAGAJ Ą ODPORNOŚĆ GOSPODARZA USPRAWNIAJĄ REAKCJĘ ODPORNOŚCIOWĄ ŻYWICIELA BAKTERIE PATOGENNE DROGI ODDZIAŁYWANIA JELITOWYCH BAKTERII PROBIOTYCZNYCH NA SZCZEPY PATOGENNE FUNKCJE UKŁADU ODPORNOŚCIOWEGO Działanie komórek odpornościowych własne BŁĘDY: tkanki własne własne Obce BARDZO GROŹNY? Alergia! IgE DEFINICJA REAKCJI ALERGICZNEJ Reakcja alergiczna (nadwrażliwość typu I) jest to zaburzenie normalnego funkcjonowania układu odpornościowego, polegająca na rozpoznaniu jako „OBCY” czynnika środowiskowego, nie stanowiącego zagrożenia dla organizmu; Czynnik wywołujący nadwrażliwość nazywamy alergenem; U podłoża reakcji alergicznej leży aktywacja komórek tucznych (mastocytów) i bazofilów pod wpływem przeciwciał klasy IgE; Reakcja alergiczna jest nabyta, przebiega szybko i w sposób powtarzalny: skutkuje rozwojem stanu zapalnego, który może mieć przebieg łagodny (dyskomfort) lub zagrażający życiu (szok anafilaktyczny) Termin ANAFILAKSJA oznacza reakcję odpornościową bez ochrony przed atakiem toksyn; Chociaż termin powstał ponad 100 lat temu, podanie jednoznacznej definicji okazało się znacznie trudniejsze; Obecnie uważa się, że anafilaksja jest to systemowa (uogólniona) reakcja wywołana szybkim uwolnieniem mediatorów immunologicznych z mastocytów tkankowych i bazofilów krwi obwodowej, w czym pośredniczą IgE ROZWÓJ REAKCJI ALERGICZNEJ NA ANTYGENY BIAŁKA JAJA KURZEGO: PIERWSZY KONTAKT Alergen jaja APC PONOWNA EKSPOZYCJA Naiwne LiT rozpoznające białko jaja LiTh2 Białka jaja krzyżowo reagują z IgE na mastocytach LiB --> IgE swoiste Mastocyty wiążące IgE Mastocyty uwalniają: histaminę, leukotrieny, prostaglandyny, cytokiny OBJAWY LOKALNE: nudności, świąd, wymioty, biegunka, bóle brzucha OBJAWY SYSTEMOWE: pokrzywka, obrzęk dróg oddechowych, spadek ciśnienia, arytmia serca PONOWNA EKSPOZYCJA NA ANTYGEN PROWADZI DO ROZWOJU REAKCJI ALERGICZNEJ FUNKCJE UKŁADU ODPORNOŚCIOWEGO Działanie komórek odpornościowych własne BŁĘDY: tkanki własne OBCY? Autoimmunizacja własne Obce Choroby autoimmunizacyjne stanowią 5. co do częstości przyczynę zgonów kobiet w wieku rozrodczym; Jest to „druga strona medalu” większej aktywności żeńskiego układu odpornościowego: Skuteczniejszej obronie przed infekcjami towarzyszy łatwiejsze pojawianie się „pomyłek”, prowadzących do autoagresji. CELIAKIA czyli CHOROBA TRZEWNA Choroba o podłożu autoimmunizacyjnym GENETYCZNE UWARUNKOWANIA ROZWOJU CELIAKII Definicja celiakii: chroniczna enteropatia jelita cienkiego wywołana kontaktem z glutenem zawartym w diecie osób o predyspozycjach genetycznych (1% populacji); Ze względu na podłoże autoimmunizacyjne częściej występuje kobiet (dziewczynek) Etiologia choroby jest na pewno wieloczynnikowa ale niewiele wiadomo o potencjalnych czynnikach ryzyka i/lub sposobach ochrony. DIETA BEZGLUTENOWA CHRONI PRZED CELIAKIĄ i innymi chorobami wywoływanymi obecnością glutenu … WPŁYW PRZEMYSŁOWYCH „POLEPSZACZY SPOŻYWCZYCH” NA ROZSZCZELNIANIE BARIERY JELITOWEJ I ROZWÓJ CHORÓB AUTOIMMUNIZACYJNYCH Glukoza Sól Gluten Tg bakteryjna Emulgatory Kwasy organiczne Nanocząstki Szkodliwe dodatki PRZEMYSŁ SPOŻYWCZY: Pieczywo Mięso Ryby Oleje Słodycze, Napoje Używki Kawa CHOROBY AUTOIMMUNIZACYJNE PROZAPALNE SKŁADNIKI DIETY Nasycone FA pochodzenia zwierzęcego – zmniejszenie płynności błon komórkowych, produkcja cytokin prozapalnych, gromadzenie tkanki tłuszczowej, podwyższanie cholesterolu Nienasycone FA w konfiguracji trans (produkty uwodorowania olejów roślinnych obecne w margarynach) – działają podobnie do nasyconych FA Czerwone mięso o dużej zawartości Hb, generujące toksyczne (mutagenne) związki nitrozowe i wolne rodniki PROZAPALNE SKŁADNIKI DIETY Słodzone napoje, dieta wysoko kaloryczna z cukrem rafinowanym, mało włókna – gwałtowny ↑poziomu glukozy i insuliny, generowanie cytokin prozapalnych Dieta wysokosolna – czynnik ryzyka chorób o podłożu autoimmunizacyjnym Pełnotłuste mleko – białka chroniące tłuszcz mleka przed utlenianiem, obecne w siarze wspomagają rozwój układu nerwowego, pokarmowego i odporności niemowląt –powinny być usunięte z diety pacjentów z chorobami o podłożu zapalnym/ autoimmunizacyjnym SKŁADNIKI DIETY PRZECIWZAPALNE Polifenole i karotenoidy roślinne n-3 PUFA pochodzące z ryb i owoców morza witamina D i A niektóre pierwiastki, tzw. oligoelementy, tj. Se i Mg związki tiolowe: glutation, Nac-cysteina, kwas α- liponowy – silny antyoksydant (np. obecny w cynamonie) – 8C nasycony FA z grupą S-S SIĘGAMY PO SUPLEMENTY DIETY PRAWIE 150 TABLETEK NA POLAKA JESTEŚMY BEZKRYTYCZNYMI ZJADACZMI SUPLEMENTÓW DIETY Producenci leków wykupili w IV kwartale reklamy za ponad 576 mln zł. Kupno farmaceutyków powinna poprzedzić konsultacja z 'lekarzem lub farmaceutą', ale mało kto zawraca tym sobie głowę; fot. Wojciech Burda, Shutterstock.com JESTEŚMY BEZKRYTYCZNYMI ZJADACZMI SUPLEMENTÓW DIETY Tylko w ubiegłym roku Polacy kupili blisko miliard opakowań leków bez recepty i suplementów diety. Każdy z nas nabył więc statystycznie zawartość ponad 26 pudełek. Hodujemy społeczeństwo lekomanów – przestrzega dr Piotr Burda, krajowy konsultant do spraw toksykologii. Wartość polskich wydatków na leki bez recepty wzrosła w zeszłym roku o 16 proc., do prawie 7 mld zł. W tym samym czasie na suplementy diety wydaliśmy 1,7 mld zł, czyli aż o 24 proc. więcej. Łącznie jest to suma niemal dwukrotnie przewyższająca wydatki Polaków na prywatne szkolnictwo wyższe. JESTEŚMY (I BĘDZIEMY???) BEZKRYTYCZNYMI ZJADACZMI SUPLEMENTÓW DIETY