Как улучшить работу митохондрий

Современному человеку недостаточно питаться, как долгожители Окинавы: прежде всего он должен изменить свой образ жизни. Какую роль в этом играют митохондрии и как оптимизировать их работу - читайте ниже.

Что такое митохондрии

Небольшой элемент — или органелла — находится в сердце каждой из наших клеток, он отвечает за производство энергии, необходимой для функционирования каждой из них, в форме аденозинтрифосфата или АТФ.

Биолог Джордж Паладе впервые описал внутреннюю структуру митохондрии в статье, опубликованной в 1953 году.

Она имеет форму палочки или сферы при размере от 0,5 до 1 мкм, что примерно соответствует размеру бактерии. Она отделена от клетки двойной мембраной, разграничивающей межмембранное пространство.

Наружная мембрана имеет множество поринов, которые представляют собой каналы, позволяющие циркулировать ионам или даже небольшим молекулам, таким как пируват или жирные кислоты. Эта внешняя мембрана также играет роль в удлинении жирных кислот или деградации триптофана.

Внутренняя мембрана, со своей стороны, совсем другая, снабженная складками, позволяющими увеличить ее поверхность. Кроме того, она очень плохо проницаема, в частности для ионов, из-за того, что она богата кардиолипином, молекулой, специфичной для митохондрий. Наконец, мы находим встроенные во внутреннюю мембрану белки дыхательной цепи, необходимые для производства АТФ.

Эти две мембраны ограничивают межмембранное пространство, в котором мы найдем белок цитохром С, необходимый для транспорта электронов для митохондриального дыхания и который будет играть важную роль при разрушении органеллы.

Наконец, в центре находится матричное пространство, которое содержит митохондриальную ДНК в кольцевой форме, ферменты, необходимые для репликации, транскрипции и трансляции этой ДНК, ферменты, необходимые для цикла Кребса, и, конечно же, антиоксидантные ферменты. Есть также большое количество ионов кальция (Ca 2+ ) и магния (Mg 2+ ).

Что касается митохондриальной ДНК, то она состоит из двух кольцевых цепей, состав которых сильно отличается от ДНК, находящейся в ядрах клеток.

Семинары по антивозрастной медицине

Получайте знания, основанные на доказательной медицине из первых уст ведущих мировых специалистов. В рамках Модульной Школы Anti-Age Expert каждый месяц проходят очные двухдневные семинары, где раскрываются тонкости anti-age медицины для врачей более 25 специальностей

Узнать подробнее

Нарушение работы митохондрий

Митохондрии являются настоящими энергетическими центрами наших клеток: они производят 90% энергии, необходимой нам для жизни.

К сожалению, производство АТФ уменьшается параллельно с увеличением количества свободных радикалов. Существует ряд исследований, доказывающих связь между митохондриальным окислением и процессом старения.

С возрастом накопление окислительного повреждения ферментов человека приводит к снижению их эффективности. Митохондрии, становящиеся менее оснащенными антиоксидантами или системами репарации ДНК, вероятно, испытают подобное снижение с возрастом.

Свободные радикалы в конечном итоге навсегда повреждают сами митохондрии, изменяя их генетический код. Таким образом, с годами митохондрии производят все меньше энергии и все больше радикалов, которые будут поражать все компоненты клетки. Это основная причина того, что в 80 лет вы чувствуете себя более усталым, чем в 20, и что вы также менее мускулисты, а мозг работает хуже.

Митохондрии выполняют свои повседневные задачи: мышечные клетки сокращаются, клетки печени выводят токсины, клетки мозга дают химический импульс, который мы называем мыслью; для этого им нужна энергия. Когда человек устал, переутомлен или находится в ощущении тупика, это, прежде всего, потеря клеточной энергии. Такое состояние свидетельствует о нарушении обмена веществ, в частности энергетической системы, то есть процесса превращения пищи в энергию. При нарушении обмена веществ могут появиться различные проблемы, начиная от саркопении и заканчивая синдромом хронической усталости, от фибромиалгии до нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера.

Функции митохондрии

У митохондрии - множество различных ролей, что делает ее фундаментальной органеллой в организме.

Обеспечение энергией.

Самая известная функция митохондрии - это производство энергии клетки в форме АТФ. После поглощения глюкозы и жирных кислот митохондрии отрывают высокоэнергетические электроны от этих субстратов во время цикла Кребса.

Затем они питают и управляют цепью окислительного фосфорилирования (или дыхательной цепью), своего рода фабрикой, образованной несколькими белковыми комплексами или протонными мельницами, которые будут перекачивать протоны из матричного пространства в межмембранное пространство. Последним белковым комплексом в цепи является АТФ-синтаза, своего рода ротор, который вращается благодаря перекачиваемым протонам и, таким образом, производит АТФ.

Синтез стероидных гормонов.

Митохондрия также играет роль в синтезе стероидных гормонов, таких как кортизол и альдостерон в надпочечниках, тестостерон в яичках, а также прогестерон и эстрадиол в яичниках. Этот синтез производится из холестерина.

Гомеостаз кальция.

Также участвует в регуляции концентрации кальция внутри клетки. Кальций сам по себе играет очень важную роль в функциях митохондрий.

Клеточный апоптоз.

Наконец, митохондрии необходимы для апоптоза клеток, то есть для их запрограммированной гибели. При определенных условиях, таких как, например, чрезмерный окислительный стресс, процесс начинается с повышения проницаемости ее мембраны, что приводит, среди прочего, к набуханию последней, разрыву ее наружной оболочки и выходу в клетку цитохром С, который приводит к самоубийству клеток или апоптозу.

Причины снижения функций митохондрий

Примерно у 35-50% людей старше 35 лет уже наблюдается ослабление выработки АТФ в митохондриях.

На сегодняшний день причины выяснены не полностью, но среди них обычно выделяют гипоксию, ишемию, снижение жирового обмена, гипотиреоз, дефицит кортизола, снижение метилирования, избыток инсулина и др. Окружающая среда также оказывает большое влияние на наши митохондрии. Действительно, воздух, загрязнение (свинец, ртуть, хлорорганические продукты и др.), очищенная вода (денатурированная хлором и фтором), промышленные продукты питания (пестициды, гербициды, антибиотики, гормон роста, ГМО, радиационный кобальт 60, добавки), электромагнитные загрязнение (волны, магнитные поля, различные излучения), стрессы (уязвимость к вирусам, бактериям, токсинам) - список не является исчерпывающим - все они разрушительны для митохондрий.

Производство АТФ путем окислительного фосфорилирования митохондрий естественным образом генерирует свободные радикалы, но когда к этому добавляется окружающая среда, баланс становится еще более хрупким, перепроизводство свободных радикалов еще более агрессивно воздействует на наши митохондрии.

Митохондрии и старение

Снижение продукции митохондриального АТФ лежит в основе многих болезней, а также процессов старения.

Любому дегенеративному заболеванию, как и старению, предшествует снижение продукции АТФ в митохондриях, которое происходит задолго до митохондриальной дегенерации.

Это снижение продукции АТФ в митохондриях является следствием снижения метаболизма жирных кислот, что приводит к ослаблению работоспособности митохондрий при сочетании гипоксии, ишемии, а также дефицита питательных веществ и гормонов.

Это снижение производства митохондриального АТФ в конечном итоге приводит к митохондриальной дегенерации и, таким образом, вызывает дегенеративные заболевания и преждевременное старение.

Чтобы замедлить процесс старения и “держать удар”, важно придерживаться стратегии по улучшению митохондрий.

Болезни, связанные с митохондриями

Некоторые заболевания генетического происхождения напрямую связаны с мутацией ДНК митохондрий. Это довольно редкие заболевания с распространенностью порядка 1 заболевшего на 2000 человек.

Эти патологии возникают, когда митохондриальная ДНК несет вредную мутацию, и они поражают, в частности, очень энергоемкие органы, такие как центральная и периферическая нервная система, сердце, скелетные мышцы, глаза, почки или железы внутренней секреции.

Среди этих патологий можно отметить синдром MELAS, сочетающий энцефаломиопатию, лактоацидоз и диабет.

Однако не все мутации митохондриальной ДНК имеют неблагоприятные последствия. У населения Финляндии, например, был обнаружен вариант митохондриальной ДНК, связанный с большей продолжительностью жизни.

Наконец, некоторые патологии могут быть связаны с плохим функционированием митохондрий без мутации митохондриальных генов. Действительно, если не хватает питательных микроэлементов, необходимых для правильного функционирования митохондрии, с одной стороны, она будет давать меньше АТФ, что неизбежно приведет к утомлению.

С другой стороны, многие электроны рискуют преждевременно выпасть из цепи, что значительно увеличивает окислительный стресс. А он лежит в основе многих патологий.

Заболевания, в которых участвует митохондриальная дисфункция:

Диабет.
Болезнь Гентингтона.
Рак.
Гепатит С и вирус, связанный с гепатокарциногенезом.
Болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона.
Биполярное расстройство.
Старение.
Шизофрения.
Тревожные расстройства.
Неалкогольный стеатогепатит.
Сердечно-сосудистые заболевания, включая атеросклероз.
Саркопения.
Синдром хронической усталости.
Фибромиалгия.
Миофасциальная боль.

Увеличение количества свободных радикалов заставит организм использовать свои запасы антиоксидантов до тех пор, пока они не будут исчерпаны. Следствием этого истощения будет еще большее увеличение окислительного стресса, повреждений, нанесенных организму, что способствует развитию связанных с ним патологий. Получается замкнутый круг.

Однако окисление, которое ускоряет старение и различные патологии, может быть компенсировано (по крайней мере, частично). Например, за счет пищевых добавок с более высоким уровнем питательных микроэлементов, восполняющих митохондрии или с помощью инфузионной терапии.

Вещества, улучшающие работу митохондрий

Для оптимального функционирования митохондриям необходимо множество питательных веществ (витамины, минералы, жирные кислоты или аминокислоты).

Выделим главные:

Витамины группы В и альфа-липоевая кислота.

Митохондриям необходимы многие витамины группы B, и в частности витамин B1, который позволяет глюкозе, однажды преобразованной в пировиноградную кислоту, проникать в эту органеллу через комплекс, называемый пируватдегидрогеназой. Этот шаг также требует витамина B5 и альфа-липоевой кислоты. Кроме того, последние будут играть важную роль в переработке других антиоксидантов.

С другой стороны, для цикла Кребса потребуются витамины B2 и B3 , которые являются предшественниками NADH и FADH, молекул, необходимых для переноса высокоэнергетических электронов.

Антиоксиданты.

В результате работы митохондрий создается большое количество свободных радикалов. Поэтому необходимо ингибировать эти агрессивные молекулы. Витамины А, С и Е, антиоксиданты, выполняют эту роль как внутри митохондрий, так и в сердцевине их мембран (в частности, витамин Е).

Железо.

Оно действительно необходимо для функционирования и роста митохондрий. Железо присутствует на уровне первых двух белковых комплексов или протонных мельниц дыхательной цепи и играет центральную роль в потоке протонов. Таким образом, если железа недостаточно, протоны будут перекачиваться хуже и, следовательно, больше не смогут должным образом снабжать АТФ-синтазу, “машину”, используемую для производства АТФ. Поэтому неудивительно, что человек с недостатком железа быстро устает.

С этой проблемой сталкивается значительная часть населения (в среднем 1,2 миллиарда во всем мире). Это связано либо с повышенными физиологическими потребностями, такими как беременность, подростковый возраст и т. д., либо с чрезмерными потерями железа (обильные менструации, кровотечения), а также с его недостаточным поступлением или нарушением всасывания в кишечнике (целиакия).

Коэнзим Q10.

Коэнзим Q10 является основным митохондриальным кофактором. Именно он переносит высокоэнергетические электроны во внутреннюю мембрану митохондрий. Помимо увеличения биосинтеза АТФ (универсальной энергетической молекулы) и действия в качестве мощного поглотителя свободных радикалов, CoQ10 также снижает уровень молочной кислоты, увеличивает мышечную силу и снижает мышечную утомляемость.

Люди, принимающие статины, испытывают дефицит коэнзима Q10. Дело в том, что он вырабатывается эндогенно по пути, называемому мевалонатным - тем самым, который синтезирует холестерин.

Статины, влияя на синтез холестерина, также изменяют синтез коэнзима Q10. Таким образом, усталость является одним из побочных эффектов, часто встречающихся при приеме статинов.

Идебенон.

Он является аналогом CoQ10 с аналогичными свойствами, но обеспечивает лучшую защиту митохондрий, особенно от свободных радикалов кислорода, которые наносят наибольший ущерб митохондриальной ДНК. Идебенон также более эффективен, чем CoQ10, в цепи переноса электронов.

Магний.

Магний также необходим для производства АТФ. Действительно, АДФ или аденозиндифосфат могут быть преобразованы в АТФ только в присутствии магния.

Однако, согласно исследованию SU.VI.MAX, 23% женщин и 18% мужчин потребляют менее 2/3 рекомендуемой суточной нормы магния. Поэтому неудивительно, что добавка магния оказывает положительное влияние на устранение усталости, поскольку он оптимизирует выработку АТФ.

Омега-3 жирные кислоты.

Жирные кислоты омега-3 также необходимы митохондриям для обеспечения превосходной текучести мембран, способствуя необходимому обмену с клеткой.

Тем не менее, в рационе большинства людей сегодня слишком низкое содержание омега-3 кислот и, наоборот, чрезмерно высокое содержание насыщенных жирных и трансжирных кислот, которые, наоборот, способствуют жесткости мембран.

Ученые из Национального института старения (INTA) обнаружили, что омега-3 жирные кислоты из рыбьего жира обладают кардиозащитным действием, поскольку они минимизируют увеличение митохондриального кальция, избегая при этом снижения кардиолипина и фосфатидилхолина. Другое исследование продемонстрировало, что диета, богатая омега-3, непосредственно увеличивает концентрацию кардиолипина в митохондриальных мембранах 10.

Карнитин.

Наконец, аминокислота карнитин необходима для увеличения и функционирования митохондрий. Она может вырабатываться в организме из лизина и метионина, а также может поступать с пищей. Карнитин присутствует в изобилии в мясе, особенно в красном.

Карнитин позволяет жирным кислотам проникать в эту органеллу , трансформироваться там, благодаря бета-окислению, в ацетил-КоА для последующего включения в цикл Кребса. Следует отметить, что жирные кислоты играют важную роль, поскольку они обеспечивают 9 ккал на 1 грамм, тогда как глюкоза обеспечивает только 4 ккал.

Исследования, проведенные на нескольких моделях мышей, показали, что добавление ацетил-L-карнитина (который является липофильным), связанного с альфа-липоевой кислотой, улучшает функцию митохондрий за счет снижения окислительного стресса.

Другое исследование показывает, что ацетил-L-карнитин в сочетании с альфа-липоевой кислотой задерживает старение мозга, улучшая борьбу с окислительными повреждениями. Было показано, что у людей добавки с ацетил-L-карнитином значительно уменьшают симптомы депрессии по сравнению с плацебо.

Тем не менее, дефицит карнитина не является редкостью, особенно у вегетарианцев и веганов, а также у тех, кто принимает некоторые противоэпилептические препараты или при тяжелых заболеваниях печени.

PQQ (пирролохинолинхинон).

Пирролохинолинхинон представляет собой молекулу, обнаруженную, в частности, в грудном молоке, но также, в меньших количествах, в некоторых продуктах питания, таких как зеленый перец, петрушка, киви, чай или черный и зеленый перец. PQQ играет очень важную роль. Некоторые исследования действительно показывают, что PQQ будет способствовать митохондриальному биогенезу, то есть, производству и увеличению уровня митохондрий.

Кроме того, PQQ будет влиять на функцию митохондрий и уменьшать воспаление. Кроме того, путем анализа некоторых метаболитов мочи было показано, что PQQ будет способствовать лучшему функционированию митохондрий.

Митохондрия — абсолютно фундаментальная органелла для нашего тела. Как только ее работа нарушена, последствия могут быть очень значительными. При этом хорошее здоровье митохондрий напрямую зависит от оптимального снабжения микроэлементами.

Как помочь своим митохондриям

Есть несколько доступных способов помочь своему организму вырабатывать больше энергии:

Кормите митохондрии. Обеспечьте их сырьем, необходимым для заживления или более эффективной работы: D-рибоза, коэнзим Q10, ацетил-L-карнитин, магний и витамины группы В (B1, B2). Если вы планируете принимать их в виде пищевых добавок, обязательно проконсультируйтесь с доктором.
Устраните основные причины повреждения митохондрий, а именно:
- Исключите обработанные продукты, «нездоровую пищу», сахар и пустые калории, которые являются митохондриальными «убийцами». Ешьте меньше и лучше (например, придерживаясь средиземноморской диеты).
- Избавьтесь от привычек и веществ, подавляющих функцию митохондрий:
  - тяжелые металлы, пестициды, наркотики, табак, алкоголь),
  - диета, слишком богатая углеводами,
  - пищевая аллергия.
Устраните вторичные повреждения, вызванные истощением митохондрий, такие как иммуносупрессия в результате аллергии, плохая пищеварительная функция, дефицит гормонов, медленная детоксикация печени и гипервентиляция.
Умеренная физическая активность должна быть регулярной. Пожилые люди, как правило, используют больше глюкозы и меньше жира во время упражнений, чем молодые. Однако упражнения на выносливость увеличивают дыхательную способность, снижают выработку глюкозы и увеличивают окисление жиров, что корректирует или компенсирует в некоторой степени возрастные изменения.

Одним из аргументов, выдвинутых некоторыми учеными в качестве оправдания малоподвижного образа жизни, является то, что физические упражнения увеличивают выработку свободных радикалов. Однако ученые из Института физического воспитания Гуанчжоу в Гуанчжоу, Китай, показали, что упражнения на выносливость действительно увеличивают выработку митохондриальной марганцево-супероксиддисмутазы (MnSOD) и глутатионпероксидазы (GSH px), что приводит к общему увеличению антиоксидантной активности и снижению перекисного окисления липидов.
Практикуйте ВИИТ(HIIT)-упражнения. Один из лучших способов увеличить энергию и количество митохондрий — это так называемые ВИИТ-тренировки (высокоинтенсивные интервальные тренировки), которые характеризуются короткими и очень интенсивными тренировочными импульсами.

Исследование Университета Макмастера в Канаде подтвердило положительное влияние ВИИТ-тренировок на количество митохондрий. Дело в том, что они, как и все остальное в вашем теле, регрессируют, когда не используются.

Другими словами: если вы мало двигаетесь, количество ваших митохондрий уменьшается, если вы много занимаетесь спортом, оно увеличивается. Таким образом, люди, которые регулярно тренируются, помимо прочего, имеют больше энергии.

Тренировки HIIT предъявляют самые высокие требования к телу с точки зрения производства энергии и митохондрий, что, в свою очередь, означает, что тело создает больше митохондрий.
Нормализуйте сон. Поддержание и защита общего здоровья ваших клеток также очень важны. Это означает достаточное количество сна (потому что наши клетки и митохондрии восстанавливаются ночью),

Исследования показывают, что у нас может быть значительно меньше энергии и работоспособности, если мы спали менее 6 часов. Независимо от того, спортсмен вы или офисный спортсмен, без хорошего сна ваши клеточные электростанции не могут нормально работать.
Попробуйте холодовые тренировки. Тренировка холодом (закаливание) подвергает наше тело новым раздражителям и тренирует его до клеточного уровня. Исследования показывают гормональные и медицинские преимущества холодовых тренировок для митохондрий. Например, индуцируется коактиватор транскрипции PGC-1.

Это регуляторный белок энергетического метаболизма, который стимулирует митохондриальный биогенез и дыхание в мышечных клетках несколькими путями. Результат: ваши митохондрии могут размножаться, старые отмирают, а окисление жиров в бурой жировой ткани улучшается.

Эта жировая ткань особенно выражена у младенцев и продолжает уменьшаться во взрослом возрасте. В отличие от белой жировой ткани, эта жировая ткань имеет большое количество митозов, которые непосредственно окисляют жир и тем самым выделяют тепло.
Практикуйте ограничение калорий и интервальное голодание. В настоящее время ограничение калорий рассматривается исследователями как один из немногих способов прожить дольше.

Дело в том, что из-за диетических ограничений старые митохондрии умирают и образуются новые.

Посоветуйтесь с врачом, чтобы выбрать оптимальный для себя вариант голодания или ограничения калорий.

Онлайн обучение
Anti-Age медицине

Изучайте тонкости антивозрастной медицины из любой точки мира. Для удобства врачей мы создали обучающую онлайн-платформу Anti-Age Expert: Здесь последовательно выкладываются лекции наших образовательных программ, к которым открыт доступ 24/7. Врачи могут изучать материалы необходимое количество раз, задавать вопросы и обсуждать интересные клинические случаи с коллегами в специальных чатах

Узнать подробнее

Краткие выводы

Митохондриальная дисфункция была идентифицирована как одна из основных причин возрастного снижения биоэнергии. Хотя не существует «чудесного» продукта или даже комбинации веществ, способных обратить вспять все аспекты старения в митохондриях, врачи и ученые обнаружили, что ряд питательных веществ и веществ помогают восстановлению многих аспектов функционирования наших митохондрий.

Комбинации этих питательных веществ, воздействуя на несколько целей, нормализуют функцию митохондрий, улучшают функционирование клеток и, таким образом, улучшают выработку энергии.

Кроме того, существуют дополнительные способы сделать митохондрии максимально эффективными - от хорошего сна до интервального голодания.

Список использованной литературы

Cohen B., Gold D., Mitochondrial cytopathy in adults: What we know so far, Cleveland Clinic. J. Medicine, 2001, 68:7,625-642.
South J., Idebenone: The Ultimate Anti-Aging Supplement?, Vitamin Research News, April 2001.
Sugrue M., Tatton W., Mitochondrial membrane potential in aging cells, Biol. Signals Recept., 2001, 10:3-4,176-188.
Opalka J., Gellerich F., Zierz S., Age and sex dependency of carnitine concentrations in human serum and skeletal muscle, Clinical Chemistry, 2001, 47:12,2150-2153.
Hagen T., Wehr C., Ames B., Mitochondrial decay in aging - Reversal through supplementation of Acetyl-L-Carnitine and N-tert-Butyl-alpha-phenyl-nitrone, Annals NY Acad. Sci., vol. 854, Towards Prolongation of the Healthy Life Span - Practical Approaches to Intervention, 1998, 214-223.
Chakraborti S., Batabyal S., Ghosh S., Chakraborti T., Protective role of N-acetylcysteine against the age-related decline in oxidative phosphorylation in pulmonary smooth muscle mitochondria, Med. Sci. Res., 1999, 27:(1),39-40.
Martin D., Towey M., Horrobin D., Lynch M., A diet enriched in alpha lipoic acid reverses the age-related compromise in antioxidant defenses in rat cortical tissue, Nutr. Neurosci., 2000, 3:3,193-206.
Hagen, Ingersoll R., Lykkesfeldt J. et al., R-alpha lipoic acid-supplemented old rats have improved mitochondrial function, decreased oxidative damage, and increased metabolic rate, FASEB J., 1999, 13:411-418.
Hansford R., Naotaka T., Pepe S., Mitochondria in heart ischemia and aging, Biochem Soc. Symp., 1999, 66:141-147.
Pepe S., Mitochondrial Function in ischemia and reperfusion of the ageing heart, Clin. Exp. Pharmacol. Physiol., 2000, 27(9),745-750.
Driver C., Georgiou A., How to re-energize old mitochondria without shooting yourself in the foot, Biogerontology, 2002, 3:103-106.