Митохондриите: Защо стареенето започва в клетъчната енергийна фабрика

В учебниците ги описват с едно сравнение: "енергийни фабрики на клетката." То е лесно за разбиране, но не е пълно. МитохондриитеМитохондрииМалките електроцентрали във всяка клетка. Здравите митохондрии дават повече енергия и забавят стареенето.Виж в Decode → са много по-сложни – те са динамични части от клетката, които заемат 5-10% от нейната маса в тъканите, които са метаболитно активни. Те не само произвеждат енергия, но и участват в регулирането на клетъчната смърт (апоптоза), имунния отговор, производството на стероидни хормони и вътреклетъчния сигнал на калций.

И тяхното все по-голямо влошаване е един от основните механизми в биологията на стареенето.

Разбирането на биологията на митохондриите не е просто научно упражнение. То е основата, която обяснява защо определени действия – физическа активност, периодично гладуване, контрол на стреса – работят на ниво клетка.

АТФ: валутата на клетъчния живот

Всяка клетка постоянно използва и създава АТФ (аденозинАденозинАденозинът е като брояч на умората. Колкото повече се натрупва, толкова повече ти се доспива. Кафето просто пречи на "брояча" да показва. Виж в Decode → трифосфат) – това е универсалният носител на енергия за клетките. За мускулите, за да се съкратят, им трябва АТФ. За нервния импулс също. За да се произвеждат протеини, нужен е АТФ. Поддържането на йонните градиенти също изисква АТФ.

Мозъкът използва около 20% от целия АТФ в тялото, въпреки че тежи само 2% от общата телесна маса. Сърдечният мускул може да изчерпи своите запаси от АТФ за секунди, ако производството му спре.

Митохондриите произвеждат около 90% от клетъчния АТФ чрез процес, наречен окислително фосфорилиране: хранителните вещества (като глюкозаГлюкозаТова е захарта, която тялото използва като гориво. Ако нивата ѝ са високи за дълго време, това уврежда кръвоносните съдове.Виж в Decode →, мастни киселини, аминокиселини) се разграждат и освобождават електрони. Тези електрони преминават по дихателната верига и така се задвижва производството на АТФ.

Този процес е много ефективен, но не е съвършен.

Реактивните кислородни видове: цената на ефективността

Около 0.1-2% от електроните в дихателната верига "изтичат" – те реагират с кислорода и образуват реактивни кислородни видове (ROS)Реактивни кислородни видове (ROS)Това са искрите, които излизат от "двигателя" на клетката. Малко са сигнал, много са като пожар.Виж в Decode →. Сред тях са супероксиден анион и водороден пероксид.

В малки количества, ROSОксидативен стресТова е като "ръжда" на клетките. Малко "ръжда" винаги има, но много е сериозен проблем.Виж в Decode → действат като сигнали – те участват в имунния отговор, растежа на клетките и приспособяването към стрес. (Точно по този начин физическата активност предизвиква хормезисна адаптация – това е полезен стрес, който прави тялото по-силно.) Но когато ROS са постоянно повишени, те увреждат протеини, липиди и ДНК.

Митохондриалната ДНК (mtDNA) е особено податлива на увреждания. За разлика от ядрената ДНК, която е защитена от хистони и има много механизми за поправка, mtDNA е "гола": няма хистони, няма ефективни системи за поправяне на грешки и е пряко изложена на ROS, които се произвеждат само на няколко сантиметра от самата дихателна верига.

С течение на времето mtDNA натрупва мутации. Мутиралите митохондрии произвеждат по-малко ефективни дихателни вериги. По-малко ефективните вериги пък създават повече ROS. Повече ROS водят до още повече мутации. Това е класически самоподдържащ се цикъл на постепенно влошаване – точно това, което Денъм Харман описва в митохондриалната теория на стареенето.

NAD+: падащият кофактор

Наред с увреждането на митохондриалната ДНК (mtDNA), има и втори важен процес: постепенно намаляване на NAD+NAD+Енергията, с която клетката плаща за поправките си.Виж в Decode → (никотинамид аденин динуклеотид).

NAD+ е като помощник, който е нужен за работата на комплекси I и II от "дихателната верига". Тези комплекси са основните "стъпала" за производство на енергия (АТФ). Но NAD+ прави повече от просто да участва в енергийния метаболизъм.

NAD+ е необходим, за да се задействат сиртуините (SIRT1-7). Това са протеини, които контролират създаването на нови митохондрии (митохондриална биогенезаМитохондриална биогенезаТака тялото изгражда нови енергийни фабрики, когато претоварваш старите.Виж в Decode →), поправката на ДНК, реакцията на клетките при стрес и "инфламейджинга", което е хронично възпалениеВъзпалениеЗа кратко време възпалението лекува. Но ако продължи дълго, то "гори тихо" и износва тялото отвътре.Виж в Decode → с ниска степен, свързано с остаряването. Тези протеини действат като "защитници" на клетките, когато са под стрес.

Изследванията показват, че нивата на NAD+ намаляват значително с напредване на възрастта. Когато NAD+ е по-малко, сиртуините са по-малко активни, създаването на нови митохондрии се забавя, а способността за поправка на клетките намалява. Това засилва порочния кръг на влошаване на функциите.

Митохондриална биогенеза: системата, която обновява сама себе си.

Клетките имат начин да произвеждат нови митохондрии. Този процес се нарича митохондриална биогенеза и се контролира от PGC-1α. Когато PGC-1α се активира, той стартира верига от реакции, които водят до създаването на нови, работещи митохондрии.

PGC-1α се активира от конкретни сигнали в клетките:

• Физическа активност – особено аеробни упражнения с умерена интензивност (като в Зона 2Zone 2Това е темпото, при което можеш все още да си говориш, докато тренираш. Може да е скучно, но изгражда издръжливостта.Виж в Decode →), които активират AMPKAMPKТова е алармата за празен резервоар. Когато я активираш, тялото започва да чисти и да гори.Виж в Decode → и намаляват съотношението АТФ/АМР в клетките.
• Кратко гладуване – чрез активиране на AMPK, когато има по-малко хранителни сигнали.
• Излагане на студ и топлина – чрез адаптивни механизми, наречени хормезисХормезисМалко стрес ни прави по-издръжливи. Много стрес ни вреди. Важно е какво количество приемаме.Виж в Decode →.
• Намаленият прием на калории – умереният – активира AMPK.

Наред с биогенезата (създаването на нови митохондрии), митофагията е също толкова важна. Тя е избирателно разграждане на увредени митохондрии чрез автофагичния механизъм. Натрупването на митохондрии, които не работят правилно и не са разградени чрез митофагия, е типично за стареещите клетки. Това е свързано с невродегенерацията (увреждане на нервните клетки).

Данните от проучвания на спортисти

Проучвания, които сравняват активно живеещи хора на възраст 60-80 години със заседнали хора на същата възраст, показват големи разлики в броя на митохондриите, способността за изгаряне на мазнини и активността на ензимите. При възрастните хора, които са били активни дълго време, тези показатели са по-близки до тези на млади активни хора, отколкото до тези на връстниците им, които не спортуват.

Тези данни са обсервационни, което означава, че са базирани на наблюдение. Наблюдателните проучвания не могат директно да докажат причина и следствие. Възможно е хората с по-добра митохондриална функция просто да остават активни по-дълго. Вероятно и двете неща са верни. Но биологичният механизъм е добре известен: физическата активност е основният познат стимул, който активира PGC-1α при хората.

Добавките и NAD+ прекурсорите

NMN (никотинамид мононуклеотид) и NR (никотинамид рибозид) са молекули, които служат като прекурсори (предшественици) на NAD+. Изследванията при мишки показват впечатляващи резултати: увеличаване на нивата на NAD+, подобрена митохондриална функция и по-добра физическа издръжливост.

При хората данните са по-малко. Рандомизирани контролирани изследвания показват, че NMN и NR повишават нивата на NAD+ в кръвта при хора. Дали това повишение в кръвта е свързано с повишение в тъканите (особено в мозъка и мускулите) и дали води до клинично значими резултати — тези въпроси все още нямат окончателен отговор. Изследванията продължават.

Ако се интересуваш от приемане на NAD+ добавки, обсъди това с лекар. Данните за дългосрочната безопасност при хора все още се събират.

Практически протокол

• Аеробната тренировка в Зона 2 (с умерен интензитет — можеш да говориш с кратки паузи) е основният познат стимул за създаване на нови митохондрии. Данните показват, че над 150 минути седмично в тази зона са свързани с измерими митохондриални промени.

• Когато не ядеш между 12 и 18 часа, тялото ти включва AMPK и митофагията. AMPK е ензим, а митофагията е като "почистване" на увредените митохондрии (енергийните централи на клетките). При хората има по-малко проучвания, отколкото при животни, но се знае как точно работи този процес.

• Силовите тренировки помагат за увеличаване броя на митохондриите в мускулните клетки. Това важи особено при по-тежки натоварвания.

• Намали хроничното оксидативно натоварване: Ако ядеш по-малко алкохол, тютюн и силно преработени храни, тялото ти ще произвежда по-малко вредни свободни радикали (ROS). Така системите, които поправят клетките, ще работят по-добре и ще имат по-добър "баланс."

• Ако се интересуваш от добавки като NMN или NR, консултирай се с лекар. Все още няма достатъчно доказателства, че те имат ясни резултати при хора.

Митохондриите не се износват, когато ги използваш. Износват се, когато не ги използваш. ---