Osłabienie mitochondriów - przyczyny, objawy i leczenie

Trudniej jest mu się też skupić, podczas rozmowy gubi wątek, stracił podzielność uwagi. Lekarz nie potrafił nam tego wyjaśnić, ale zaprzyjaźniony naturopata stwierdził, że najprawdopodobniej winne są spadek poziomu koenzymu Q10 i osłabienie mitochondriów. Co prawda słyszałam o tych organellach, ale niewiele wiem o ich pracy. Czy rzeczywiście stosowane leki mogą na nią wpłynąć? I co zrobić, by poprawić ich funkcjonowanie?

Czym są mitochondria?

Mitochondria to niewielkie organella (mają wielkość od 2 do 8 μm), w których w wyniku procesu oddychania komórkowego powstaje większość adenozynotrifosforanu (ATP), będącego źródłem energii dla komórek. Oprócz tego są one zaangażowane w wiele innych procesów, takich jak sygnalizacja komórkowa, specjalizacja, wzrost i śmierć (apoptoza) czy też kontrola cyklu komórkowego.

Ich charakterystyczną cechą jest to, że jako jedyne organella (poza plastydami występującymi u roślin) mają własny genom – mtDNA – który m.in. koduje 10% białek w organizmie ludzkim. Prawidłowy przebieg procesów życiowych zależy w dużej mierze od sprawności procesów energetycznych zachodzących w tych maleńkich organellach.

Z kolei ich zaburzenie może być przyczyną stanu zapalnego i chorób przewlekłych, ponieważ ponad 85% całkowitego zapotrzebowania energetycznego komórek zależy właśnie od prawidłowego funkcjonowania mitochondriów, jego zachwianie ma bezpośredni wpływ na zmniejszenie wydolności mięśniowej, spadek odporności i koncentracji, osłabienie pamięci oraz serca.

Coraz więcej naukowców przychyla się nawet do teorii, że ich liczba oraz funkcjonowanie determinują także długość ludzkiego życia (obok stresu oksydacyjnego i skracania telomerów)¹. Mitochondria prawdopodobnie powstały miliardy lat temu, kiedy komórka eukariotycznego gospodarza pochłonęła komórkę bakteryjną. Ta nie została strawiona, a zaczęła współpracować. Z czasem wyewoluowała w niezwykle sprawne struktury, które mają własne DNA².

Dlatego mitochondria są praktycznie komórkami wewnątrz komórki i mogą nawet decydować o jej życiu lub śmierci. Inną unikalną cechą tych organelli jest podwójna błona, która umożliwia im przeprowadzenie szeregu specjalnych reakcji biochemicznych – takich jak oddychanie komórkowe, będące procesem produkcji ATP w ciele. Właśnie to stanowi główne zadanie naszych elektrowni: przekształcają one składniki odżywcze, przede wszystkim tłuszcze, w energię.

Procesem, który przygotowuje cząsteczki lipidów do dalszej przeróbki na ATP, jest tzw. beta-oksydacja długołańcuchowych kwasów tłuszczowych. Polega ona na ich rozkładzie na dwuwęglowe jednostki, w dalszej kolejności włączane w cykl Krebsa – główny szereg reakcji biochemicznych związany z produkcją ATP, u ludzi zachodzący wyłącznie w mitochondriach³.

Podczas utleniania koenzymu A (acetylo-CoA) enzymy macierzy mitochondrialnej wytwarzają duże ilości zredukowanego dinukleotydu nikotynoamidoadeninowego (NADH) i zredukowanego dinukleotydu flawoadeninowego (FADH2), które służą jako cząsteczki nośnikowe dla wysokoenergetycznych elektronów przerzuconych do wewnętrznej błony mitochondriów. Wchodzące w jej skład białka tworzą łańcuch oddechowy, zwany także łańcuchem transportu elektronów, odpowiedzialny za procesy utleniania.

W ich następstwie zachodzi oksydacja NADH i FADH2 oraz zatrzymywanie uwalnianej wówczas energii w cząsteczce ATP. Sama jej synteza ma miejsce dzięki enzymowi syntazie ATP⁴. Cząsteczki ATP krążą po całym organizmie, dzięki czemu każda jego komórka otrzymuje energię niezbędną do funkcjonowania. Jej źródłem w większości procesów biochemicznych jest pękanie wysokoenergetycznego wiązania między resztami fosforanowymi.

Przekazując im to paliwo, ATP powraca do formy ADP lub adenozyno- 5′-monofosforanu (AMP). Cykl ten zachodzi w organizmach żywych bezustannie, a dorosły człowiek w ciągu doby syntetyzuje i zużywa ok. 85 kg adenozyno- 5′-trifosforanu⁵. Wszystkie procesy energetyczne służą zatem w końcowym rozrachunku do tworzenia lub redukcji tego związku, który nie jest magazynowany, tylko tworzony na bieżąco.

Od dostępu tej formy energii zależy sprawność procesów biochemicznych i fizjologicznych w ciele. To ona napędza wszystkie nasze działania. Każdego dnia dzięki ATP serce bije, mięśnie kurczą się, możemy widzieć, utrzymujemy odpowiednią temperaturę ciała, trawimy i wchłaniamy składniki odżywcze, a nawet mamy zdolność do regeneracji i samoleczenia⁶. W szczególny sposób uzależnione od mitochondriów są tkanki o wysokim zapotrzebowaniu energetycznym, takie jak neurony. Sam mózg zużywa nawet 70% ATP, a ośrodkowy układ nerwowy często jako pierwszy przejawia oznaki jej niedoborów. 

Jakie są skutki osłabienia mitochondriów?

Problemy z produkcją energii i aktywnością mitochondriów w neuronach odgrywają rolę w chorobach Alzheimera i Parkinsona, stwardnieniu zanikowym bocznym (ALS) i w innych poważnych schorzeniach neurodegeneracyjnych⁷. Zaburzenie pracy mitochondriów może być również pierwotną przyczyną obniżenia poziomu neuroprzekaźników – dopaminy i serotoniny – a tym samym odgrywa kluczową rolę w patofizjologii depresji. Towarzyszące jej objawy, takie jak brak energii, problemy z koncentracją i zmęczenie, można częściowo wytłumaczyć zmniejszoną dostępnością ATP⁸.

Obok mózgu i tkanki nerwowej najbardziej wrażliwe na dysfunkcje mitochondriów są mięśnie i serce. Dlatego też osłabienie organelli dość szybko powoduje ataki nagłego, niewyjaśnionego zmęczenia czy zmiany rytmu pracy naszej pompy.

Bez ATP nie mogą też prawidłowo działać komórki układu odpornościowego – w przypadku jej niedoborów wytwarzane są cytokiny prozapalne i nadmierne ilości wolnych rodników, co osłabia naszą obronę przed patogenami. Oprócz tego organella uczestniczą w odpowiedzi immunologicznej, zarówno wrodzonej, jak i nabytej, a także stanowią niezbędne sygnalizatory, ostrzegające m.in. o obecności wirusów⁹.

Nasze wewnętrzne elektrownie odgrywają też istotną rolę w płodności, właściwej implantacji i utrzymaniu ciąży¹⁰. Także tkanka kostna, będąca strukturą bardzo aktywną metabolicznie, czyli ulegającą ciągłej przebudowie, w dużej mierze uzależniona jest od pracy mitochondriów. Osteoklasty charakteryzują się bowiem dużą ilością tych organelli w cytoplazmie, a optymalne funkcjonowanie jest niezbędnym elementem procesów resorpcji kości. Dodatkowo mitochondria są największym magazynem wapnia w organizmie: łatwo go przyjmują, a później uwalniają w miarę potrzeb, w związku z czym w dużej mierze odpowiadają za zachowanie równowagi wapniowej w komórce¹¹.

Jeśli nasze wewnętrzne elektrownie nie będą mogły wyprodukować odpowiedniej ilości energii ATP, spadnie potencjał ich błon, co uniemożliwi pozbycie się nadmiaru wapnia z komórek i będzie dla nich toksyczne. Nic zatem dziwnego, że spadek elastyczności kości to jeden z objawów utraty sprawności mitochondriów.

Osłabienie mitochondriów - przyczyny

Groźne w skutkach dysfunkcje pracy mitochondriów mogą być spowodowane:

• uwarunkowaniami genetycznymi
• czynnikami zewnętrznymi, takimi jak stres oksydacyjny, toksyny, sztuczne dodatki do żywności, chemia gospodarcza, bisfenole
• powszechnie dostępne leki: statyny, ale również antybiotyki, paracetamol i niesteroidowe środki przeciwzapalne (NLPZ), takie jak ibuprofen

Leki osłabiające mitochondria

Statyny uszkadzają mitochondria

Badania mięśni szkieletowych prowadzone wśród pacjentów z miopatią postatynową wykazały u nich m.in. wzrost ilości lipidów zmagazynowanych w organellach, istnienie czerwonych poszarpanych włókien (RRF), czyli skupień nieprawidłowych mitochondriów, a także włókien niewykazujących obecności jednego z kompleksów łańcucha oddechowego (oksydazy cytochromowej – COX), co oznacza obniżoną aktywność tego enzymu i zaburzenie transportu elektronów na szlaku metabolicznym, dzięki któremu energia uwalniana podczas utleniania zredukowanych nukleotydów przekształcana jest w ATP¹².

Do opisywanych objawów uszkodzenia mitochondriów przez statyny należą również hamowanie elementów łańcucha oddechowego, indukcja apoptozy (zaprogramowanej śmierci komórek), zaburzenia homeostazy jonowej, zmiany morfologiczne w organellach, spadek poziomu mtDNA oraz hamowanie beta-oksydacji, czyli procesu przekształcania kwasów tłuszczowych¹³. Wszystkie te zmiany rzeczywiście mają związek z ograniczeniem produkcji koenzymu Q10.

Działanie statyn polega przede wszystkim na hamowaniu reduktazy HMG-CoA – jednego z enzymów szlaku mewalonowego, na którym powstaje cholesterol. W efekcie leki blokują jego endogenne wytwarzanie. Jednak na tym samym szlaku tworzy się właśnie CoQ10, zwany paliwem dla mitochondriów. Ponieważ statyny ograniczają aktywność reduktazy HMG-CoA, jednocześnie hamują syntezę tego koenzymu, bezpośrednio obniżając jego poziom w organizmie¹⁴.

Lek na zgagę i niestrawność zmniejszają przyswajalność witamin i minerałów 

Co więcej, istnieje długa lista leków, które ograniczają przyswajanie witamin i minerałów niezbędnych na różnych etapach produkcji ATP. Przykładem mogą być inhibitory pompy protonowej (PPI), przepisywane na zgagę i niestrawność. Ich stosowanie pogarsza absorpcję żelaza, wapnia i magnezu – pierwiastków wymagających przetworzenia pod wpływem kwasu żołądkowego. Przewlekłe stosowanie PPI może pozbawić organizm możliwości prawidłowego wchłaniania magnezu nawet podczas jego suplementacji¹⁵.

Farmakologiczne leczenie cukrzycy zmniejsza produkcję energii

Również farmakologiczne leczenie cukrzycy może zmniejszać pozyskiwanie energii. Wszystko przez to, że metformina kumuluje się w mitochondriach i przypuszczalnie wstrzymuje poszczególne składniki łańcucha oddechowego, co w konsekwencji prowadzi do zahamowania syntezy ATP. Jednym z tych składników jest kompleks I (dehydrogenaza NADH/koenzym Q), który w wyniku działania leku przeciwcukrzycowego nie katalizuje reakcji utlenienia NADH do NAD+, przez co nie następuje uwolnienie elektronów potrzebnych na dalszych etapach łańcucha oddechowego¹⁶.

Innymi słowy metformina bezpośrednio zmniejsza efektywność oddychania mitochondrialnego, co skutkuje niewystarczającym zaopatrzeniem komórek mózgu w glukozę. Efektami tych procesów są problemy z koncentracją, pamięcią i koordynacją ruchową. Dodatkowo przyjmowanie metforminy łączy się z niedoborami witaminy B12 – według różnych analiz problem ten dotyczy od 5,8% do 33% diabetyków leczonych w ten sposób¹⁷.

Antykoncepcja hormonalna prowadzi do deficytu substancji odżywczych

Deficyty substancji odżywczych stanowią też ważną przyczynę efektów ubocznych hormonalnej antykoncepcji. Badania wskazują przykładowo, że środki te mogą wpływać na zmniejszenie poziomu koenzymu Q i alfa- -tokoferolu (czyli witaminy E), co wpływa na ryzyko wystąpienia stresu oksydacyjnego¹⁸.

Jak zadbać o nasze mitochondria?

Jak zatem widać, problem jest poważny, zwłaszcza że na poszczególnych etapach produkcji ATP potrzeba wielu różnych składników odżywczych. Często zresztą mówi się o zaburzeniu pracy mitochondriów jako wyniku przewlekłych niedoborów.

W cyklu Krebsa niezbędne są m.in. żelazo, magnez, mangan, witaminy B1, B2, B3, cysteina (jako prekursor glutationu) oraz kwas alfa-liponowy, a podczas transportu elektronów w obrębie tzw. łańcucha oddechowego oprócz koenzymu Q10 również ryboflawina (witamina B2, jako kofaktor), żelazo i siarka, niacyna, miedź (jako element kompleksu IV) oraz magnez (w finalnej produkcji ATP)¹⁹.

Dlatego też tata powinien przede wszystkim zadbać o zbilansowaną dietę i suplementację, by dostarczyć organizmowi odpowiednią dawkę wszystkich tych substancji. Uzupełnienie ich niedoborów znacznie poprawi funkcjonowanie mitochondriów i produkcję energii ATP.

Suplementy dla mitochondriów

Koenzym Q10 dla dobrej pracy mitochodriów 

To najważniejsza substancja mitochondrialna, niezbędna w procesie oddychania komórkowego, zwłaszcza na jego ostatnim etapie, kiedy energia uwalniana podczas utleniania zredukowanych nukleotydów zostaje zmagazynowana w postaci ATP. Właśnie CoQ10 pełni funkcję nośnika elektronów w mitochondrialnym łańcuchu transportu elektronów. Bez niego wytwarzanie ATP po prostu nie może zachodzić, a niedobór mitochondrialnego koenzymu Q10 powoduje zahamowanie jej produkcji, spadek aktywności łańcucha oddechowego oraz nasilone wytwarzanie reaktywnych form tlenu (RFT)²⁰.

Dodatkowo koenzym Q10 pełni wiele funkcji, których zaburzenie pośrednio przyczynia się do utraty funkcjonalności mitochondriów, m.in. zapobiega zużywaniu metabolitów niezbędnych do syntezy ATP. To również jeden z najsilniejszych antyoksydantów, więc jego niedobór może zwiększać negatywny wpływ wolnych rodników, których nadmiar sprzyja chorobom przewlekłym. Ponieważ to mitochondria są głównym miejscem produkcji RFT, deficyt CoQ10 w tych organellach może być najgroźniejszy.

Dlatego warto włączyć do diety produkty bogate w koenzym Q10 (mięso, ryby, oleje). Wiele badań potwierdza też, że doustna suplementacja podnosi poziom CoQ10 we krwi, a nawet niweluje objawy miopatii²¹.

Magnez bierze udział w procesach metabolicznych

Ten pierwiastek aktywuje ponad 600 enzymów w organizmie. Wpływa także na pozakomórkowe poziomy wapnia. Tworząc związki kompleksowe z fosfolipidami, stanowi integralną część struktury błon komórkowych, wewnątrzkomórkowych, mitochondrialnych i siateczkowych. Stabilizuje też rybosomy, lizosomy i mitochondria. Jest niezbędny do syntezy RNA i DNA, utrzymania jej funkcji oraz naprawy komórek, jak również zachowania ich statusu antyoksydacyjnego²².

Innymi słowy: bierze udział w licznych procesach metabolicznych, i to na każdym ich etapie. Co więcej, obok koenzymu Q10 magnez odgrywa najważniejszą rolę w procesach wytwarzania ATP w mitochondriach, ponieważ aktywuje określone enzymy w łańcuchu oddechowym, w wewnętrznej membranie mitochondrialnej – miejscu pozyskiwania energii w komórce²³.

Później to ten pierwiastek odpowiada za transport energii do poszczególnych komórek (dopiero po przyłączeniu jonów magnezu cząsteczka ATP chroniona jest przed hydrolizą ze strony enzymów). W ten sposób zapewnia on przemianom energetycznym wysoką wydajność. Właśnie dlatego niedobór magnezu zaburza proces tworzenia energii w mitochondriach, co odczuwalne jest jako zmęczenie i znużenie.

PQQ chroni mitochondria

Pirolochinolinochinon (PQQ) chroni istniejące mitochondria przed uszkodzeniami oksydacyjnymi, a dodatkowo stymuluje powstawanie nowych organelli w starzejących się komórkach²⁴. Pobudza produkcję i uwalnianie czynnika wzrostu nerwów w komórkach, które pomagają w zachowaniu zdrowia mózgu, co w pewnym stopniu wyjaśnia, dlaczego suplementacja PQQ wywołuje znaczną poprawę funkcji pamięciowych u starzejących się szczurów.

Dodatkowo jako silny antyoksydant PQQ radzi sobie nawet z najbardziej uporczywymi reaktywnymi formami tlenu – jest szczególnie skuteczny w neutralizowaniu hydroksylowych rodników.

NADH bierze udział w syntezie ATP

Dinukleotyd nikotynoamidoadeninowy to koenzym obecny we wszystkich żywych komórkach. Bierze udział w wielu procesach, takich jak synteza ATP, działanie mitochondriów i naprawa DNA. Odpowiedni poziom NADH warunkuje optymalne funkcjonowanie komórek mózgowych i zapobiega ich osłabieniu, a także zmniejsza objawy przewlekłego zmęczenia²⁵.

Karnityna dla mitochondriów

Ta substancja jest niezbędna podczas transportu dużych cząsteczek kwasów tłuszczowych (zawierających powyżej 15 atomów węgla w cząsteczce) do mitochondriów²⁶. Ludzki organizm może syntetyzować ją samodzielne (z aminokwasu lizyny, przy udziale S-adenozylometioniny oraz witamin C i B6, i żelaza), ale znaczną jej część pozyskujemy wraz z pożywieniem. Ponieważ źródłem karnityny są przede wszystkim produkty odzwierzęce, wegetarianie, a przede wszystkim weganie, są narażeni na niedobory tego aminokwasu.

D-ryboza bierze udział w syntezie energetycznej

Ten pięciowęglowy cukier prosty odgrywa ważną rolę w syntezie energetycznej (jako strukturalny komponent ATP odpowiada za magazynowanie energii). W latach 80. badacze odkryli, że suplementacja D-rybozą przy niedokrwieniu serca jest w stanie przywrócić wcześniejszy poziom energii komórkowej w mięśniu sercowym wykazującym niedobór energetyczny²⁷.

Glutation na wolne rodniki

Glutation to kluczowy antyoksydant w organizmie, który wspomaga zapobieganie uszkodzeniom komórkowym przez wolne rodniki i reaktywne formy tlenu, jak również wspiera wątrobę w detoksykacji krwi. Ponadto pozwala zregenerować inne przeciwutleniacze, niezbędne do ochrony przed stresem oksydacyjnym (takie jak witaminy C i E).

Dzięki temu zwiększa barierę antyoksydacyjną organizmu²⁸. Znaczenie mitochondrialnego glutationu (GSH) opiera się na jego przeciwdziałaniu nadtlenkowi wodoru, wodoronadtlenkom lipidów lub ksenobiotykom. Działa on jako kofaktor enzymów takich jak peroksydaza lub S-transferaza glutationowa (GST)²⁹.

Odgrywa też ważną rolę w aktywowaniu mitochondrialnego kompleksu I, przez co jego spadek powoduje wyraźne obniżenie produkcji ATP.

Resweratrol i pterostylben działa przeciwzapalnie

Obecny w winogronach związek chemiczny intensyfikuje produkcję ATP w mitochondriach i chroni te organella przed reaktywnymi formami tlenu. W badaniach na modelach komórkowych i zwierzęcych resweratrol zwiększał aktywność glutationu i kilku enzymów antyoksydacyjnych (m.in. katalazy)³⁰.

Oprócz tego działa silnie przeciwzapalnie, chroni komórki mózgu i serca oraz spowalnia procesy starzenia. Podobne efekty daje jego bliski krewny – pterostylben, występujący przede wszystkim w czarnych jagodach. Jak się wydaje, oddziałuje on na mózg synergistycznie z resweratrolem³¹.

Cynk chroni przed wolnymi rodnikami

Ten mikroelement uczestniczy w działaniu ok. 300 różnych enzymów, w tym dysmutazy ponadtlenkowej (SOD), która chroni komórki przed wolnymi rodnikami. Występuje w cytozolu oraz w mitochondrialnej przestrzeni międzybłonowej. Pierwiastek ten zwiększa zaopatrzenie komórkowe w energię, przywracając zaburzony metabolizm energetyczny w toksycznym środowisku³².

Deficyty cynku mogą zwiększać ilość uszkodzeń mitochondriów oraz ograniczać ich funkcjonowanie, ponieważ uwrażliwiają komórki na uszkodzenia oksydacyjne. Jak wykazano, suplementacja chroni je przed śmiercią wywołaną stresem oksydacyjnym poprzez poprawę funkcji mitochondriów i zapobieganie pękaniu lizosomów³³.

Kwas alfa-liponowy ma właściwości antyoksydacyjne

Głównym atutem tego związku są jego właściwości antyoksydacyjne oraz zdolność regeneracji innych ważnych dla nas przeciwutleniaczy, takich jak witaminy C i E, koenzym Q10 czy glutation³⁴. Co więcej, wspomaga on biosyntezę GSH.

Kwas alfa-liponowy odpowiada też za zapewnienie odpowiedniego poziomu substratów dla jednego z najważniejszych mitochondrialnych procesów, służących pośrednio pozyskiwaniu energii ATP, czyli cyklu Krebsa (jego niedobór blokuje działanie kluczowych enzymów, co zatrzymuje proces produkcji ATP).

Witaminy z grupy B wspierają układ nerwowy

To rodzina substancji o szczególnie istotnym wpływie na cały układ nerwowy oraz pracę mitochondriów. Tiamina (B1) i ryboflawina (B2) pomagają metabolizować węglowodany i wytwarzać z nich energię, a także uczestniczą w transporcie tlenu (w II kompleksie łańcucha oddechowego).

Ryboflawina jest też kofaktrem reduktazy glutationowej oraz niezbędnym elementem łańcucha oddechowego w mitochondriach. Witamina B3 działa szczególnie aktywnie w mitochondriach komórek mózgu³⁵. Z kolei kwas pantotenowy (B5) jest w stanie zwiększyć poziom glutationu worganellach³⁶.

Również suplementacja kwasem foliowym oraz witaminą B12 (metylokobalaminą) bardzo mocno podnosi stężenie GSH, ponieważ obie te substancje uczestniczą w procesie jego syntezy i odzyskiwania.

Ponadto zależne od witaminy B7 enzymy uczestniczą w mitochondrialnej produkcji energii, glukoneogenezie, metabolizowaniu kwasów tłuszczowych na energię oraz produkcji neuroprzekaźników. Niedobór biotyny obniża syntezę hemu i zakłóca funkcje mitochondriów.

Witamina C wspiera regeneracje komórek

Ta substancja odgrywa kluczową rolę w procesach ochronnych oraz regeneracyjnych komórek, a jej obniżony poziom oznacza zaburzoną biochemię organizmu oraz wyższą podatność na zachorowania. Wszystko przez to, że witamina C pełni szereg niezwykle istotnych funkcji.

Jest przede wszystkim jednym z najsilniejszych antyoksydantów i chroni błony komórkowe, lipidy, białka i kwasy nukleinowe przed działaniem wolnych rodników tlenowych, podnosi odporność organizmu, hamuje powstawanie czynników rakotwórczych, wspiera wchłanianie wapnia oraz transport i magazynowanie żelaza.

Ma też duże znaczenie dla mitochondriów – chroni ich błony i DNA przed uszkodzeniem oksydacyjnym. Ponadto zmniejsza wytwarzanie ROS, stymuluje aktywność manganowej dysmutazy ponadtlenkowej (SOD2) i peroksydazy glutationowej oraz modyfikuje aktywność łańcucha transportu elektronów³⁷.