Митохондрии – важные структуры

Митохондрии

Недавние исследования доказывают, что активизирующие нейроны могут обратить вспять болезнь Альцгеймера, Паркинсона и другие болезни.
Хотя мозг составляет всего около 2% веса тела, даже в состоянии покоя он потребляет 20% всей энергии, необходимой организму.
Ткани с высокими потребностями в энергии особенно зависят от митохондрий, внутриклеточных структур, ответственных за большую часть производства энергии в организме, и поэтому имеют самый низкий порог проявления симптомов митохондриальной дисфункции. Поскольку нейронам требуется большое количество энергии для выполнения своих специализированных функций, центральная нервная система часто одной из первых проявляет очевидные признаки дефицита.

Митохондрии и нейродегенерация

Митохондрии - это электростанции или фабрики клеточной энергии. Это органеллы, которые действуют как клеточная пищеварительная система, поглощая питательные вещества, расщепляя их и производя энергию, необходимую клетке для функционирования.
Этот процесс широко известен как клеточное дыхание, и большинство химических реакций, которые происходят в нем, происходят в митохондриях.
Эти структуры очень малы, но они идеально эволюционировали, чтобы выполнять свою тяжелую работу с максимальной эффективностью, у них даже есть собственная ДНК, называемая мтДНК, которая кодирует специализированные белки, необходимые для клеточного дыхания.
Каждая клетка содержит сотни или даже тысячи митохондрий. Их особенно много в сердце и скелетных мышцах (которым требуется большое количество энергии для выполнения механической работы) и в большинстве органов (таких как поджелудочная железа с ее биосинтезом инсулина или печень, которая выводит токсины) особенно в головном мозге (где нервным клеткам требуется огромное количество энергии).
Еще в 1999 г. обзоры научных исследований начали обобщать все возрастающие доказательства роли митохондрий в нейродегенерации. Как заявили исследователи из Центра медицинских наук Университета Вирджинии, «становится ясно, что даже незначительные изменения в основной функциональной энергии клетки wytwornikw могут привести к коварным, патологическим изменениям в нейронах».
Авторы изложили теорию нейродегенерации, основанную на порочном круге мутации ДНК, снижении энергии и повреждении свободными радикалами. Принцип такой же, который сейчас обнаруживается при ряде других заболеваний и подтвержден исследованиями за последние 20 лет.

Как сигналы мозга используют энергию

Сеть нейронов по всему телу контролирует мысли, движения и все чувства, отправляя и получая различные нейротрансмиттеры (химические вещества, передающие сигналы мозга) в точках связи между клетками, называемыми синапсами. Нейротрансмиттеры высвобождаются из крошечных выступов вдоль аксона нейрона, называемых пресинаптическими колбами, а затем связываются с рецепторами на мембране соседней клетки.
Однако это не один и тот же процесс во всех случаях - клетки мозга взаимодействуют друг с другом с разной степенью силы и частоты. Иногда они говорят громко и четко, иногда шепчут или бормочут.
В течение многих лет исследователи спрашивали, почему и как нейроны так часто меняют интенсивность своей работы. Исследование, проведенное учеными из Национального института здоровья США, показало, что быстро движущиеся митохондрии испускают буквально всплески энергии, которые, по-видимому, регулируют нейронную связь. Пресинаптические колбы помогают контролировать силу посылаемых ими сигналов, регулируя количество высвобождаемых нейротрансмиттеров, а также то, как они высвобождаются. Производство нейротрансмиттеров, их выпуск, а также сбор или утилизация - это энергоемкие процессы.
Предыдущие исследования показали, что митохондрии могут быстро перемещаться по аксонам, как будто танцуя от одной точки к другой.
Исследователи NIH пошли еще дальше, продемонстрировав, что мигрирующие митохондрии могут контролировать силу сигналов, посылаемых из колб. Они использовали передовые методы, чтобы наблюдать, как митохондрии перемещаются между ними, когда высвобождаются нейротрансмиттеры, и обнаружили, что колбы посылают стабильно мощные сигналы только тогда, когда митохондрии находятся поблизости. Если они отсутствуют, сила посылаемых сигналов колеблется.
Эти результаты предполагают, что присутствие неподвижных митохондрий в синапсах улучшает стабильность и силу нервных сигналов. Ранее было показано, что около 1/3 всех митохондрий в аксонах перемещаются, а остальные остаются неподвижными.
Связь нервных клеток, по-видимому, строго контролируется очень динамическими событиями в многочисленных синапсах. Это открытие будет очень ценным для понимания того, как митохондрии участвуют не только в нейродегенеративных заболеваниях, но и в любом неврологическом заболевании, при котором происходят изменения в нервной передаче сигналов, таких как депрессия или СДВГ.

Мозг

Нежный орган

Из-за большого потребления кислорода и высокого содержания жира мозг особенно чувствителен к повреждениям, вызываемым свободными радикалами. Поэтому кажется логичным предположить, что его система антиоксидантной защиты должна быть особенно эффективной.
К сожалению, это не так. Этот нежный орган относительно плохо защищен от повреждений, вызываемых свободными радикалами. В результате, со временем в клетках мозга постепенно накапливается окислительное повреждение. Это касается для всех, но особенно опасно для людей с генетической или экологической предрасположенностью к неврологической дегенерации.
Большая часть жира в головном мозге находится в клеточных мембранах, длинных «руках» и «ветвях» (называемых аксонами и дендритами), которые выходят из клеток, и в их митохондриях. С возрастом все больше и больше липидов окисляется высоким уровнем кислорода и свободными радикалами, и повышается восприимчивость мозга к дегенеративным заболеваниям.
Поддержание здоровья митохондрий - важная стратегия предотвращения постепенного снижения умственных способностей с течением времени. Еще в конце 1980-х годов ученые из Национального института здоровья США (NIH) предположили, что эксайтотоксичность (токсичность, вызванная чрезмерной стимуляцией нервных клеток) возникает, когда уровень энергии нейронов падает. Обычно глутамат нейротрансмиттера эффективно передает возбуждающие импульсы от одного нейрона к другому.
В состоянии нейродегенерации мозг становится хронически сверхчувствительным к глутамату, который затем становится токсином медленного действия для клеток мозга. Для митохондрий это означает, что они постоянно вынуждены производить больше энергии - больше, чем на самом деле нужно нейронам. Наряду с повышенным уровнем активности увеличивается производство свободных радикалов, что со временем приводит к ускоренному разрушению митохондрий. Эта цепочка событий в конечном итоге вызывает дисфункцию нейронов.
Исследователи NIH, основываясь на своем открытии, что присутствие митохондрий рядом с синапсом влияет на силу сигналов нейронов, манипулировали их движением, изменяя уровни синтафилина, белка, который помогает закрепить митохондрии внутри аксонов. Удаление синтафилина заставило эти небольшие электростанции двигаться быстрее, а электрическая запись нейронов показала большие колебания посылаемых ими сигналов. И наоборот, повышение уровня белка замедляло движение митохондрий и приводило к передаче сигналов постоянной силы через синаптические колбы.
Исследователи также обнаружили, что блокирование производства АТФ - соединения, отвечающего за хранение клеточной энергии - снижает силу посылаемых сигналов, даже когда митохондрии находятся близко к синаптическим колбам. Было обнаружено, что проблемы с выработкой энергии и митохондриальным движением в нейронах играют роль в болезни Альцгеймера, болезни Паркинсона, боковом амиотрофическом склерозе (БАС) и других серьезных нейродегенеративных расстройствах. Это исследование стало ключевым элементом головоломки и дало еще больше оснований ученым сосредоточить внимание на митохондриях и клеточной энергии.

Как мозг дегенерирует

На клеточном уровне орган, пораженный болезнью Альцгеймера, демонстрирует обширную атрофию нейронов и высокий уровень нерастворимых фиброзных отложений, известных как сенильные бяшки и нейрофибриллярные клубки. Ядро бляшек - это токсичный белок, называемый бета-амилоидом, который является признаком болезни, который атакует клетки по нескольким направлениям. Он генерирует свободные радикалы, повреждает мтДНК, ослабляет биоэнергетику клеток и изменяет укладку других белков, в результате чего они образуют нейрофибриллярные клубки.
Однако есть данные, позволяющие предположить, что производство бета-амилоида - это защита мозга от окислительного стресса. Другими словами, его образование является следствием болезни Альцгеймера, а не ее причиной.
Некоторые анализы показывают, что степень инвалидности при болезни Альцгеймера коррелирует с уровнем биоэнергетического поражения мозга. Недавний обзор даже предполагает, что выработка клеточной энергии может быть лучшим индикатором, чем сенильные бляшки.
В исследовании, проведенном центром, ныне известным как Неврологический институт Берка, степень клинической инвалидности пациента не была связана с плотностью сенильных бляшек, но коррелировала с митохондриальными аномалиями, которые играют роль в клеточной энергии. Важным источником окислительного стресса в головном мозге является сильный свободный радикал - пероксинитрит (образуется из оксида азота), который окисляет липиды в мембранах нервных клеток. При этом образуется высокотоксичный побочный продукт, называемый гидроксиноненал (HNE), который обнаруживается в чрезмерных количествах во многих областях мозга пациентов с болезнью Альцгеймера. HNE убивает клетки мозга не только прямо, но и косвенно, делая их более восприимчивыми к эксайтотоксичности.
На сегодняшний день ученым не удалось выявить единственную причину болезни Альцгеймера, но в 1997 году Ван-Тао Ин из Университета Нью-Мексико предложил интересную многофакторную теорию. Согласно этой гипотезе, болезнь Альцгеймера развивается в результате взаимодействия 4 причин: APP (белок-предшественник амилоида) и дисбаланса кальция, повреждения, вызванного свободными радикалами, и дефицита энергии. Инь цитирует исследования в своей статье, показывающие, что каждый из этих факторов усиливается и усиливается другими тремя.

Мозг и болезнь Паркинсона: или просто леводопа?

Новые отчеты показывают, что митохондриальная дисфункция и нарушение производства клеточной энергии играют важную роль в прогрессировании болезни Паркинсона. Исследования на животных моделях показывают, что коэнзим Q10 (CoQ10 ), антиоксидант, который играет важную роль в митохондриальной функции, может защищать клетки мозга от нейротоксичности и эксайтотоксичности даже в тех случаях, когда другие сильные антиоксиданты бессильны.
При болезни Паркинсона гибель клеток происходит в первую очередь в нейронах черной субстанции, части мозга, которая координирует движение. Эти нейроны вырабатывают нейромедиатор дофамин. Их смерть снижает его уровень, что в конечном итоге приводит к ригидности мышц, тремору и затруднению движения.
Исследования показали, что черное вещество - это часть мозга с наибольшим количеством мутаций мтДНК, а митохондрии у пациентов с болезнью Паркинсона являются дефектными.
Другие исследования на крысах показали дозозависимое увеличение митохондриальных свободных радикалов, когда животных лечили леводопой (L-допа), предшественником дофамина, первичной фармакологической терапией у пациентов с болезнью Паркинсона. Эти исследования были первым признаком того, что увеличение количества вещества, присутствующего, по мнению ученых, в избытке, может быть не лучшим решением проблемы.
Исследования митохондриальной дисфункции при болезни Паркинсона подняли серьезные вопросы относительно обычного использования леводопы для лечения этого заболевания. Его назначают, потому что он облегчает симптомы (по крайней мере, временно), но не устраняет основное патологическое состояние. Между тем, появляется все больше данных о том, что леводопа может на самом деле усугублять некоторые причины болезни Паркинсона. Как известно, терапия с его применением со временем теряет свою эффективность, а симптомы возвращаются с большей интенсивностью, чем раньше. В таком случае, возможно, пришло время переосмыслить затраты и преимущества использования этого препарата.
Митохондрии пациентов с болезнью Паркинсона также демонстрируют некоторое подавление активности (хотя и относительно более мягкое, чем при болезни Альцгеймера), а также относительный дефицит комплекса альфа-кетоглутаратдегидрогеназы (KGDHC), основного фермента, обнаруженного в матриксе митохондрий. KGDHC продуцирует никотинамидадениндинуклеотид (NADH), соединение-переносчик электронов, необходимое для клеточного дыхания, которое значительно истощается в определенных областях мозга пациентов с болезнью Паркинсона.
Интересно, что снижение уровня KGDHC было также обнаружено в коре головного мозга пациентов с болезнью Альцгеймера.
М. Флинт Бил, выдающийся невролог и профессор нейробиологии Корнельского университета, потратил много лет, доказывая, что коэнзим Q10 обладает нейропротекторными свойствами, которые могут оказаться полезными при таких заболеваниях, как болезнь Паркинсона и Хантингтона, и его гипотеза подтверждается растущими научными данными.

Новый Защитник – PQQ

Хотя коэнзим Q10 , несомненно, является самым важным союзником митохондрий, в начале 2010 года исследователи обнаружили, что пирролохинолинхинон (PQQ) также помогает улучшить их работу. Он не только защищает митохондрии от окислительного повреждения, но и стимулирует рост новых органелл.
Этому соединению приписан ряд физиологических свойств, в том числе: защита нервных клеток, способствование росту нервов и биогенезу митохондрий.
Имеются убедительные доказательства того, что PQQ может играть важную роль в путях передачи сигналов клеток. Исследования на животных показали, что он защищает нервные клетки от дегенерации и повреждения и даже способствует их росту и помогает создавать новые синапсы между нейронами, что имеет решающее значение для памяти. В настоящее время предварительные исследования на людях начинают подтверждать потенциальную пользу PQQ для здоровья.
Исследования также показывают, что это соединение может оказывать противовоспалительное действие, быть эффективным нейропротектором (уменьшающим повреждение мозга во время инсульта и защищать от чрезмерной эксайтотоксической стимуляции), а также стимулятором фактора роста нервов, основного белка, участвующего в росте и выживании нервных клеток.
Рекомендуемая суточная доза в одном исследовании 20 мг PQQ, принимаемые перорально каждый день, улучшили кратковременную память, внимание, концентрацию и способность идентифицировать и обрабатывать информацию у здоровых взрослых. Эти эффекты были значительно усилены при добавлении коэнзима Q10.
Команда Била показала, что введение CoQ10 крысам среднего и пожилого возраста позволило восстановить уровни этого питательного вещества, до значений, характерных для молодых крыс. Уровни Q10 увеличиваются на 10-40% в митохондриях той области коры головного мозга, где возникает большинство мыслей.
В более позднем исследовании на мышах пероральный прием коэнзима Q10 замедлял токсические эффекты яда, который, как известно, вызывает у животных паркинсонический синдром. После нескольких недель воздействия этого вещества у всех животных снизилась концентрация дофамина и плотность дофаминергических аксонов в областях, окружающих черное вещество, но у мышей, ранее получавших CoQ10, были значительно более высокие уровни (37% и 62% соответственно), которые подтвердили, что биоэнергетический дефицит является одним из компонентов болезни Паркинсона.

Мозговые ускорители

CoQ10 Коэнзим Q10, витаминоподобная молекула, естественным образом обнаруживаемая почти в каждой клетке селовеческого тела, является антиоксидантом, стабилизатором клеточных мембран и очень важным элементом процесса производства энергии в митохондриях . Также он обладает нейропротекторным действием.
Исследования показали, что кофермент Q10 может увеличивать количество митохондрий в головном мозге и защищать животных от нейродегенерации, вызванной как токсинами, так и мутациями гена. Человек принимает небольшие количества CoQ10 с пищей, это всего несколько миллиграммов в день - слишком мало для того, чтобы организм мог извлечь из него пользу, и с возрастом важность приема добавок возрастает.
Ученые разрабатывают новые системы доставки CoQ10, чтобы повысить его эффективность. Считается, что препараты на масляной основе (обычно в гелевых капсулах) лучше усваиваются организмом, как и липосомальные формы. Похоже, что убихинол (восстановленный кофермент Q10) абсорбируется намного лучше, чем убихинон (окисленный кофермент Q10), а водорастворимый (солюбилизированный) убихинол демонстрирует еще более лучшее всасывание.
Рекомендуемая суточная доза при неврологических состояниях 600-3000 мг, принимать во время еды в течение дня.
D-рибоза. Этот простой пятиуглеродный сахар играет важную роль в синтезе энергии (как структурный компонент АТФ он отвечает за хранение энергии). В 1980-х годах исследователи обнаружили, что при добавлении D-рибозы до или сразу после сердечной ишемии сердечная мышца, испытывавшая дефицит энергии, смогла восстановить прежний уровень клеточной энергии.
Рекомендуемая суточная доза - 3-5 г.
L-карнитин. Левокарнитин, химическое соединение, которое встречается в природе у всех видов животных, переносит жиры в митохондрии для производства АТФ.
Потребление L-карнитина с пищей происходит главным образом за счет потребления продуктов животного происхождения, таких как красное мясо, птица, рыба и молочные продукты, тогда как в растительных продуктах это соединение присутствует только в незначительных количествах.
Стандартная диета обеспечивает 6-15 миллимолей на килограмм в день, в то время как вегетарианские диеты обеспечивают менее 1 миллимоля на килограмм в день.
Для правильного синтеза L-карнитина необходимы также другие питательные вещества, такие как железо, витамин C, кислород, пиридоксаль-5-фосфат (биологически активная форма витамина B6) и витамин B3.
Рекомендуемая суточная доза - 500-2000 мг.
Магний. Этот элемент играет важную роль в качестве кофактора в более чем 300 биохимических реакциях в организме, включая производство АТФ.
Митохондрии действуют как внутриклеточные хранилища магния, и большая часть этого элемента в организме связана с АТФ, который помогает стабилизировать молекулы и позволяет организму использовать их.
Рекомендуемая суточная доза - 400-800 мг.
Альфа-липоевая кислота ALA, антиоксидант, обнаруживаемый в митохондриях. Может оптимально вырабатываться организмом для его метаболических функций, но в качестве добавки он может действовать как водорастворимый и жирорастворимый антиоксидант.
В организме используется только одна его форма, называемая R(+), которая продается охлажденной (и ее следует хранить в холодильнике дома). Следует избегать воздействия на ALA любого источника тепла.
Рекомендуемая суточная доза - 300-600 мг.
Креатин. Человеческий организм вырабатывает его из аминокислот метионина, глицина и аргинина. Тело содержит около 120 г креатина, хранящегося в форме фосфата (также известного как фосфокреатин). Некоторые продукты (например, говядина и рыба) содержат относительно высокий уровень этого соединения.
Все больше данных подтверждают, что креатин может защитить мозг от нейротоксических факторов и некоторых видов повреждений. Исследования также показали, что он обладает высокой нейропротекторной эффективностью против широкого спектра нейротоксических агентов.
Рекомендуемая суточная доза - 2-25 г, в зависимости от массы тела (0,1 г / кг).
Ресвератрол и птеростильбен. Хотя второе название может показаться незнакомым, на самом деле эти вещества очень похожи и показывают одинаково хорошие эффекты. Ученые даже обнаружили, что птеростильбен является близким родственником ресвератрола, соединения, содержащегося в красном винограде, которые приобрели популярность благодаря своему благотворному влиянию на здоровье мозга. Они содержатся в основном в чернике, а также в винограде и коре индийского кинодерева (веками использовавшегося в традиционной аюрведической медицине). Похоже, что он синергетически взаимодействует с ресвератролом в мозге.
Птеростильбен вызывает полезные изменения, такие как повышение уровня определенных белков мозга, связанных с улучшением памяти. Многие из этих преимуществ, конечно же, связаны с митохондриями .
Рекомендуемая суточная доза: 150-500 мг ресвератрола, 100-500 мг птеростильбена.