Распад одной молекулы жира дает 131 молекулу АТФ, но обязательно при участии кислорода, без него митохондрия не работает.
При отсутствии жира митохондрии способны к расщеплению глюкозы (аэробный гликолиз) с образованием 36 молекул АТФ, что менее выгодно энергетически по сравнению с жиром.
В отсутствие кислорода, даже при наличии жира, ни клетка, ни митохондрия не могут его утилизировать. Самостоятельно клетка способна к анаэробному гликолизу – это две молекулы АТФ, что крайне неэффективно, но значимо в экстремальных ситуациях. Однако организм может поддерживать такой метаболизм очень короткое время с образованием большого количества лактата и снижением рН. Это и происходит в момент так называемой анаэробной нагрузки, например, когда человек поднимает максимальный вес в зале, митохондрии просто не успевают работать.
Процесс окисления жирных кислот в митохондрии можно представить так: ЖИР + КИСЛОРОД + L—КАРНИТИН = ЭНЕРГИЯ
Митохондриальная дисфункция связана с большим количеством факторов и сама по себе становится причиной метаболического синдрома, ожирения, диабета второго типа, онкологии и нейродегенеративных процессов. К ним относятся многие хронические неврологические заболевания, такие как аутизм, деменции, болезни Альцгеймера и Паркинсона, энцефалопатии, нейродегенерации.
Процесс образования энергии в митохондриях
Первая стадия – это образование универсальной молекулы ацетил-коэнзима А, который синтезируется с участием глюкозы и жира. Метаболизм белка тоже может идти по этому пути, но в норме он не является источником энергии – только в крайних случаях.
Вторая стадия – цикл Кребса на внутренней мембране митохондрий.
Третья стадия – передача электрона в дыхательной транспортной цепи митохондрий во внутренней мембране для создания высокоэнергетической связи молекулы АТФ.
Схема 10. Цикл Кребса
Эта схема преобразований универсальна, но для корректной ее реализации требуется множество дополнительных условий. Кофакторов (витамины, микроэлементы) и кислорода должно быть достаточно (иначе высоки шансы возникновения патологий: анемии, сосудистой дисфункции, дыхательной недостаточности). Мембраны митохондрий должны быть стабильны: высокий уровень воспаления и оксидативного стресса дестабилизирует их структуру; в идеале необходимы оптимальная pH-среда, достаточное количество воды, скорость реакций и уровень нагрузки на митохондрии; отсутствие тяжелых металлов (и присутствие нормальных микроэлементов, которые их вытесняют).
Отклонения в этих показателях нарушают процесс образования энергии, что обозначается как митохондриальная дисфункция.
Для работы цикла Кребса и митохондрий необходима почти вся группа витаминов В, аскорбат, микроэлементы – магний, цинк, железо, медь. Тяжелые металлы выступают антиподами для нормальных микроэлементов, они занимают их место при дефиците, таким образом блокируют цикл Кребса на разных этапах превращений. Ртуть, свинец, кадмий, мышьяк, алюминий вызывают митохондриальную дисфункцию, дефицит энергии через замещение того или иного нормального элемента лежит в основе патогенетического действия.
Дыхательная цепь переноса электронов – это процесс переноса электрона в дыхательной цепи митохондрий, он является следующим этапом после цикла Кребса. Химические реакции энергоемкие, иногда процесс выходит из-под контроля с образованием свободных радикалов, которые называют оксидативным стрессом. Но в норме свободные радикалы нужны в небольшом количестве для клеточного сигналинга, противовирусного и противоопухолевого действия.
Дыхательная цепь состоит из нескольких ферментных комплексов, которые работают при участии активных форм витаминов В2 и В3 – ФАДН и НАДН соответственно, а также при участии коэнзима Q10 в форме убихинола.
Диагностика митохондриальной дисфункции
Признаки дисфункции митохондрий можно оценить по внешним симптомам в виде тахикардии, слабости, утомляемости, снижения мотивации, работоспособности, частым простудным и вирусным заболеваниям. Кроме того, эти нарушения присутствуют при масштабных проблемах, например, аутоиммунной патологии, метаболическом синдроме, нейродегенеративных процессах.
Лактат – молочная кислота, которая образуется в организме в результате анаэробного (бескислородного) расщепления глюкозы (гликолиза), является универсальным маркером митохондриальной дисфункции и гипоксии, метаболического синдрома. Выделяют следующие причины его повышения:
– окислительный стресс и дефицит энергообразования в митохондриях;
– гипоксия – недостаточное поступление кислорода или его доставки к тканям (анемия);
– гиподинамия или экстремальные нагрузки;
– метаболический синдром и сахарный диабет второго типа;
– в некоторых случаях лактат рассматривается как предиктор онкологии;
– низкая рН различных сред организма;
– дефицит цинка, так как лактатдегидрогеназа, участвующая в превращениях лактата – это цинксодержащий фермент (металлопротеиназа).
Это дисбаланс между системой свободных радикалов (окисление) и антиоксидантов (восстановление) в сторону преобладания процессов окисления. Свободные радикалы при избытке ведут себя агрессивно по отношению к мембранам клеток, митохондрий и ДНК, но в нормальном состоянии они присутствуют в небольшом количестве и проявляют агрессию для защиты от онкоклеток, бактерий и вирусов.
Свободные радикалы в организме в основном представляют собой активные формы кислорода – перекись водорода и супероксид. Мишенью их агрессии являются молекулы с нестабильными химическими связями, например, белок, жирная кислота в мембранах или ДНК. Подобное воздействие выводит из строя молекулу, что может приводить даже к мутациям в генетическом коде.
Есть свободнорадикальная теория старения, согласно которой баланс в этой системе – ключ к здоровому долголетию.
Сейчас лабораторная диагностика позволяет достоверно оценить уровень оксидативного стресса на примере 7 параметров:
–витамин С – один из главных антиоксидантов, расходуется в первую очередь при простудах, воспалении, часто его уровень значительно ниже нормы оптимальных значений;
–витамин Е – оказывает схожие с витамином С эффекты в плане антиоксидантной активности;
–коэнзим Q10 – важный участник дыхательной цепи митохондрий, витаминоподобное вещество и антиоксидант;
–бета-каротин – предшественник витамина А;
–глутатион – универсальный антиоксидант, представляет собой цепь из трех аминокислот (глутаминовая аминокислота, цистеин, глицин), обеспечивает детоксикацию в печени;
–малондиальдегид – продукт окисления жиров свободными радикалами;
–8—ОН—дезоксигуанозин – продукт окисления ДНК, является наиболее неблагоприятным показателем оксидативного стресса.
Также функцию митохондрий можно оценить с помощью комплексного анализа на органические кислоты мочи, где видно всю раскладку по циклу Кребса.
Коррекция митохондриальной дисфункции
Добавки для поддержания митохондрий не будут работать в полную силу, если не обеспечить определенную предварительную подготовку организма. Низкоуглеводный рацион предполагает переход в большей степени на жир, а также на сложные углеводы и жир в качестве источника энергии. Джозеф Меркола в своей книге «Клетка на диете» более радикален и рекомендует использовать только жир, как источник энергии в формате кето-диеты, которая помогает облегчить симптомы таких метаболических заболеваний, как сахарный диабет 2—го типа, болезнь Альцгеймера и многих онкологических заболеваний. В этом виде диеты допускается 20–50 граммов медленных углеводов в сутки [53].
Интервальное голодание – это фактор активации аутофагии. В этих условиях происходит «уборка клеточного мусора», можно применять в формате 16/8, одноразового приема пищи в день или однодневного голодания (36 часов)[14].
Физические нагрузки – крайне важны: неперспективно влиять на митохондрии, если они не востребованы в организме. Кроме того, их количество увеличивается только в условиях нагрузок, а при гиподинамии – уменьшается [54].
Цель митохондриальной терапии – поддержать митохондрии и сделать метаболизм гибким. Это значит, что митохондрии и клетки одинаково хорошо приспособлены к расщеплению глюкозы и жира и могут быстро переключаться с одного на другое при необходимости.
С первого мгновения физической нагрузки начинает утилизироваться глюкоза и гликоген, просто потому, что это быстро и доступно – определенный объем уже есть в запасе в мышцах и печени. Жир – большие, «громоздкие» молекулы, которые не могут быстро попасть в цикл Кребса в митохондриях. Кроме того, жиры плохо растворяются в воде, им нужен транспортер в виде карнитина. Необходимо «разделывать» молекулы на части перед запуском в цикл Кребса, а это занимает время. Но при этом от жира есть бонус на выходе – он производит много энергии.
Важное правило: для запуска расщепления жира нагрузка должна быть низкоинтенсивной.
Анаэробная нагрузка не оказывает положительного эффекта на митохондрии, также являясь причиной лактатацидоза, снижения pH, что противоречит задачам, которые ставятся в контексте этой главы книги.
Таким образом, в целях митохондриальной метаболической терапии нагрузка должна быть аэробной, то есть не слишком интенсивной. Аэробная нагрузка всегда осуществляется с участием митохондрий и делится на два вида в зависимости от того, что берется за «топливо»: жир (липолиз) или глюкоза (гликолиз). Аэробная нагрузка с участием жира – самая низкоинтенсивная.
Как фактически определить вид нагрузки? Это делается с помощью зон пульса, средние величины которых известны, но в то же время порог для каждого индивидуален. Поэтому желательно обсуждать этот вопрос со своим тренером, инструктором или лечащим врачом: