Эти удивительные митохондрии: больше, чем электростанции клеток! Часть 2.

Работайте в одном ритме с митохондриями, чтобы быть здоровыми!

Не каждый знает, что митохондрии имеют бактериальное происхождение. Когда-то молодые бактерии объединились с эукариотической клеткой, обеспечив ее энергией в обмен на безопасное пристанище. Со временем эта дружба укрепилась и эволюционировала. Это подтверждается тем, что митохондрии имеют кольцевую ДНК (мтДНК), обладающую характеристиками бактериальной ДНК.

Большинство клеток обладают высоким количеством митохондрий. Раньше ошибочно считалось, они функционируют автономно друг от друга, производя энергию и участвуя в процессах организма. Однако теперь мы знаем, что митохондрии в клетке могут изменять форму и создавать свои собственные сети для оптимизации этих процессов. В процессе слияния митохондрии образуют большие сети. Это слияние способствует восстановлению поврежденных митохондрий и позволяет митохондриям с различными дефектами работать вместе, чтобы эффективно производить энергию и противодействовать окислительному стрессу. Это важно, потому что свободные радикалы могут уничтожить клетку.

В процессе деления митохондрии отделяются друг от друга, образуя дочерние клетки и отсоединяя поврежденные клетки, чтобы в дальнейшем разрушить их во время митофагии. Деление также позволяет митохондриям разрушаться и распространяться внутри клетки, взаимодействуя с другими органеллами. Ни один из этих процессов не является более важным, чем другой, оба необходимы для правильного функционирования митохондрий. Они, по сути, дополняют друг друга, чтобы у нас постоянно были в наличии здоровые митохондрии.

Так что же регулирует митохондриальный баланс? Физическая активность и циркадные ритмы.

Тренировки и митохондрии.

Митохондрии образуют сети, когда мы повышаем расход энергии. Идеальными условиями для митохондриального здоровья являются интервальное голодание и высокий уровень активности.

Когда мы занимаемся физическими упражнениями, возрастает потребность в энергии для наших клеток, особенно для мышечной ткани. В течение первых 2 минут тренировки большая часть нашей потребности в энергии покрывается запасами АТФ и образованием нового АТФ из креатинфосфата и расщепления глюкозы в клетках. Затем мы переходим в режим окислительного фосфорилирования. В этом процессе могут использоваться глюкоза, лактат, жирные кислоты, а в некоторых случаях - аминокислоты.

Формирование топлива зависит от типа мышечных волокон, потому что одни типы клеток генерируют лактат, а другие используют окислительное фосфорилирование. Мы вырабатываем лактат из глюкозы, когда нам нужна быстрая энергия. Когда вы начинаете генерировать много лактата, поддерживая более высокую интенсивность в течение длительного периода времени, он выбрасывается из клетки. Это сигнал для других тканей организма, способных метаболизировать лактат: мышцы, мозг, сердце, печень, почки и кишечник. И угадайте, где они его усваивают? В митохондриях через окислительное фосфорилирование.

Следовательно, упражнения, стимулирующие выработку лактата своей интенсивностью и продолжительностью, вызывают системное увеличение слияния митохондрий. Кроме того, лактат является пусковым механизмом для митохондриального биогенеза, создания новых митохондрий. Следовательно, такой тип упражнений увеличивает количество и качество митохондрий в организме.

В долгосрочной перспективе физические упражнения позволяют нам становиться все устойчивее к окислительному стрессу. Всякий раз, синтезируя энергию в митохондриях, мы производим активные формы кислорода - свободные радикалы. Упражнения высокой интенсивности и продолжительности усиливают нашу антиоксидантную защитную систему.

Никакие питательные вещества, добавки или лекарства не сделают этого лучше.

Потребление пищи и митохондрии.

Потребление пищи - это еще одно средство, с помощью которого мы можем влиять на здоровье митохондрий. Больше энергии - не всегда хорошо. Все зависит от контекста.

Увеличение выработки энергии с помощью упражнений не только улучшает митохондриальную динамику мышечных клеток, но и вызывает системное улучшение качества митохондрий. Во время этого процесса происходит умеренное повреждение клеток из-за образования активных форм кислорода, но наш организм реагирует, увеличивая антиоксидантную защиту, чтобы ограничить окислительный стресс в митохондриях и сделать нас сильнее в дальнейшем.

К сожалению, когда мы просто лежим и переедаем, мы получаем аналогичное увеличение метаболизма и образование активных форм кислорода, но не улучшаем антиоксидантную защиту. Поэтому даже образование новых митохондрий будет сопровождаться их повреждений и, соответственно, это не защитит нас от генных мутаций.

Еще одним важным фактором здесь является то, что при наличии достаточного количества глюкозы и низкой потребности в энергии нашим клеткам просто не нужно полагаться на окислительное фосфорилирование. Наши клетки используют гликолиз, который не требует митохондрий, поэтому сигнальная система бездействует. Это заставляет нас создавать лактат, но печень превращает его в глюкозу и выпускает обратно в кровь, повышая уровень глюкозы в крови. Соответственно, нет стимула для митохондриального биогенеза или митохондриального слияния, и мы не получаем той командной работы митохондрий, к которой надо стремиться. Вероятно, именно поэтому мы видим больший окислительный стресс и митохондриальную дисфункцию у людей с диабетом 2 типа. У здорового человека отказ от пищи вызывает снижение уровня глюкозы в крови и большую зависимость от окислительного фосфорилирования.

У диабетиков 2-го типа уровень глюкозы в крови остается повышенным. Это чаще всего следствие вегетативной дисфункции из-за повреждения нервов, которые контролируют вегетативную нервную систему. Даже если человек здоров, повышенный уровень глюкозы в крови в течение 48 часов вызовет вегетативные нарушения.

Функция вегетативной нервной системы во многом определяется циркадными ритмами, что напрямую связано с регуляцией динамики митохондрий.

Циркадные ритмы и митохондрии.

Циркадные ритмы управляют всей физиологией на нашей планете, но ради простоты мы будем говорить только о людях. По распространенному мнению, важно иметь высокий уровень глюкозы в крови в течение дня, когда мы едим. Если мы будем физически активны в этот период, глюкоза будет превращаться в лактат и метаболизироваться в митохондриях. Это не опасно, потому что наша система антиоксидантной защиты при нагрузках становится сильнее, и любое повреждение от обработки глюкозы и лактата в митохондриях сводится к минимуму. Увеличение метаболизма лактата и глюкозы в митохондриях стимулирует образование крупных митохондриальных сетей и генерацию большого количества митохондрий.

Когда наступает ночь и заканчивается период приема пищи, уровень глюкозы в крови падает, и мы начинаем метаболизировать наш телесный жир и кетоны в наших митохондриях. Поскольку в этот период мы не активны физически, кетоны берут на себя защитные функции, которые обычно обеспечивают упражнения.

Так, в мозге кетоны оптимизируют окислительное фосфорилирование в митохондриях и уменьшают окислительный стресс. Исследование кетогенной диеты у крыс выявило те же процессы в печени.

Другая причина практиковать интервальное голодание заключается в том, что процессы митохондриального слияния и деления находятся под циркадным контролем. Как только энергетические потребности падают, а поток энергии (поступление пищи) уменьшается, наступает лучшее время для разрушения дефектных митохондрий с помощью деления и уничтожения их с помощью митофагии.

Как митохондрии адаптируются к современным условиям.

Не думаем, что вы удивитесь тому, что современный образ жизни человека не идеален для здоровья митохондрий. Циркадные ритмы сбиты, активность низкая, калории не ограничены. Результат: меньшее количество митохондрий, дисфункция митохондрий и большая скорость старения.

Нам нужно создать условия, максимально близкие к тем, в которых человек развивался изначально. Это поспособствует правильной передаче сигналов и формированию гигантских митохондриальных сетей.

Митохондрии - это не просто одинокие клеточные электростанции, которые снабжают наши клетки энергией в обмен на “безопасную гавань”. Это активные участники важных жизненных процессов, начиная от эпигенетической регуляции и заканчивая аутофагией.

Что нужно для здоровья митохондрий? Высокий уровень активности, ограничение калорий и питание в рамках пищевого окна (интервальное голодание).

В сочетании с циклом кормления/голодания и физической активностью правильное воздействие света в нужное время суток помогает передавать информацию в наши митохондрии посредством выработки мелатонина и кортизол, создавая условия для того, чтобы мы были здоровы, бодры и счастливы.