Mitochondria to maleńkie organelle komórkowe, które są pełne cudów. Pod napięciem elektrycznym, które dosłownie sprawiłoby, że włosy stanęłyby nam dęba, te fascynujące elektrownie komórkowe mogą generować od 10 000 do 50 000 razy więcej energii niż słońce - w stosunku do swojej wagi. To wystarczający powód, aby położyć kres mitochondrialnej egzystencji w cieniu i zanurzyć się w świecie mitochondriów dzięki naszemu naukowemu reflektorowi.
Mitochondria to maleńkie organelle komórkowe*, które - z wyjątkiem czerwonych krwinek - znajdują się we wszystkich komórkach naszego ciała. Często określane jako „elektrownie komórek”, te maleńkie komórki o wielkości od ok. 0,75 do 3 µm w pełni zasługują na swoją nazwę. Podobnie jak turbina wiatrowa może przekształcać ruchy powietrza w energię elektryczną, mitochondria mogą przekształcać składniki odżywcze z naszej diety w formę energii (= „ATP”), którą mogą wykorzystać nasze komórki.
Nie każda komórka zawiera taką samą liczbę mitochondriów. Ich liczba zmienia się w zależności od aktywności metabolicznej i zapotrzebowania na energię danego narządu. Mitochondria są szczególnie gęsto zgromadzone m.in. w komórkach nerwowych, mięśniowych, czuciowych i jajowych. Przykładowo, w pojedynczej komórce mięśnia sercowego pracuje kilka tysięcy mitochondriów, które - wierzcie lub nie - mogą osiągnąć udział objętościowy na poziomie ~36%. Jednak dojrzałe komórki jajowe, które mogą zawierać do 100 000 mitochondriów, są uważane za liderów pod względem liczby mitochondriów.
Organella to wydzielony obszar w komórce, który pełni określoną funkcję.
Od bicia serca do oddechu - nasze ciało polega na stałym dopływie energii. Aby zapobiec bezczynności „energii życiowej”, nasza sieć mitochondriów produkuje każdego dnia mniej więcej tyle ATP (= użytecznej energii metabolicznej), ile wynosi masa naszego ciała. Te niestrudzone elektrownie komórkowe nie mają prawa do przerwy. W końcu mielibyśmy tylko kilka sekund życia, gdyby produkcja ATP została nagle przerwana. Dlatego tym ważniejsze jest utrzymanie produkcji energii życiowej w mitochondriach.
Oddychanie komórkowe - „mitochondrialna” produkcja energii
Jeśli przyjrzymy się teraz bliżej strukturom komórkowym w kształcie fasoli lub pręta, zobaczymy, że produkcja energii ze składników odżywczych - znana w żargonie technicznym jako oddychanie komórkowe - odbywa się w kilku etapach:
W łańcuchu oddechowym, ostatnim etapie oddychania komórkowego, energia uwolniona wcześniej jest krótko przechowywana w małych „akumulatorach energii” (= ATP), które są natychmiast wykorzystywane w procesach metabolicznych komórki.
Oprócz swojej głównej roli jako elektrowni komórkowych, mitochondria spełniają również inne ważne zadania. Na przykład są zaangażowane we wzrost komórek, komunikację komórkową, zaprogramowaną śmierć komórki (apoptozę), odpowiedź immunologiczną, równowagę oksydacyjną oraz produkcję czerwonych krwinek i naszych hormonów płciowych.
Nasze ciało jest domem dla 30 bilionów komórek, z których każda posiada setki do dziesiątek tysięcy mitochondriów. Ta dynamiczna sieć mitochondriów nieustannie dostarcza nam energii. Ale tak jak baterie w telefonach komórkowych, laptopach itp. w końcu się wyczerpują, nasze mitochondria nie są stworzone do wiecznego działania.
Około 30 roku życia liczba i aktywność mitochondriów zaczyna się zmniejszać. Obciążenia takie jak stres, toksyny środowiskowe, brak snu i niedożywienie mogą powodować dodatkowe problemy dla sieci mitochondrialnej. Prędzej czy później wszystkie te procesy odbijają się również na poziomie energetycznym. Wraz z wiekiem spada nasza energia i wydajność oraz pojawia się ogólne zmęczenie.
Jedną z przyczyn tego negatywnego rozwoju jest to, że uszkodzenia białek i DNA gromadzą się w mitochondriach przez lata, prowadząc do zaburzeń funkcjonalnych (= „dysfunkcja mitochondriów”). Podczas gdy kilka lat temu dominowała opinia naukowa, że dysfunkcje mitochondriów są rzadkimi defektami metabolicznymi, wielu lekarzy i badaczy koncentruje się obecnie na tych zaburzeniach. Dysfunkcja mitochondriów wydaje się odgrywać rolę nie tylko w procesie starzenia, ale także w rozwoju chorób związanych z wiekiem (np. chorób neurodegeneracyjnych, chorób układu krążenia).
Mitochondria o średniej wielkości od ok. 0,75 do 3 µm są jednymi z najmniejszych organów komórkowych. Struktury te są łatwo rozpoznawalne na obrazach komórek ze względu na ich owalny kształt i podwójną błonę (= warstwa oddzielająca). Podwójna błona jest gładka na zewnątrz i pofałdowana od wewnątrz, tworząc przedział - tj. dwie oddzielne przestrzenie: przestrzeń macierzy, która znajduje się w środku, oraz przestrzeń międzybłonową, która znajduje się między przestrzenią macierzy a błoną zewnętrzną.
Dzięki silnemu fałdowaniu błony wewnętrznej uzyskuje się szczególnie dużą powierzchnię, która zapewnia miejsce dla niezliczonych procesów biochemicznych. Przestrzeń międzybłonowa z kolei zawiera szeroką gamę substancji i enzymów, które mogą być wymieniane ze środowiskiem przez błonę zewnętrzną.
Mitochondria są inne. W przeciwieństwie do innych organelli, są one nie tylko otoczone podwójną błoną, ale także posiadają własne DNA. Ale skąd się ono wzięło?
Dzisiejsza nauka zakłada, że ponad 1,6 miliarda lat temu prekursorzy naszych komórek weszli w symbiozę z pierwotnymi bakteriami - „lokatorami”, które dziś, po ewolucji w mitochondria, odgrywają kluczową rolę w metabolizmie komórkowym. Dawne pierwotne bakterie nadal mają własne DNA (= mitochondrialne DNA), które zawiera inne informacje niż nasz normalny materiał genetyczny.
Pod względem struktury mitochondrialne DNA jest znacznie krótsze niż to w jądrze komórkowym, ale występuje w kilku kopiach. Ta szczególna cecha umożliwia mitochondriom autonomiczne i niezależne od komórki namnażanie się. Podobnie jak w przypadku bakterii, powoduje to podział krzyżowy, w którym przekazywana jest dokładna kopia informacji genetycznej.
Mitochondria nie mogą wyjść ze swojej skóry. Komunikują się ze sobą w całym organizmie w bardzo „bakteryjny” sposób, rozprowadzając stres mitochondrialny, a także pozytywne „wibracje”. Mitochondria komunikują się nawet z bakteriami jelitowymi.
Kiedy jesteśmy młodzi, produkcja energii w mitochondriach zwykle przebiega jak w zegarku. Jednak z biegiem lat nadmierny stres oksydacyjny lub nitrozacyjny może wywierać presję na wrażliwe elektrownie komórkowe i prowadzić do uszkodzenia ich struktur i struktury genetycznej.
Jeśli te upośledzenia będą się utrzymywać, może to prowadzić do poważnej dysfunkcji mitochondriów, która nie tylko skutkuje upośledzoną produkcją energii, stresem oksydacyjnym i ogólnoustrojowym stanem zapalnym, ale także prowadzi do naprawdę zauważalnych objawów. Obejmują one objawy zmęczenia, zaburzenia koncentracji i pamięci, a także dolegliwości mięśniowe. Ponadto badania medyczne coraz wyraźniej pokazują, że dysfunkcje mitochondriów odgrywają również rolę w rozwoju chorób związanych z wiekiem, takich jak cukrzyca, choroby układu krążenia i choroby neurodegeneracyjne.
Dobra wiadomość jest taka, że nie musimy patrzeć, jak nasze mitochondria „schodzą na dalszy plan”. Istnieją proste sposoby na wzmocnienie tych maleńkich komórkowych elektrowni i utrzymanie ich w jak najlepszej kondycji.
Podobnie jak w przypadku wielu kwestii zdrowotnych w życiu, odpowiednia dieta jest również ważna dla naszych mitochondriów. Dietabogata w substancje witalne, uboga w szkodliwe substancje i świadoma glikemii powinna być najlepsza dla naszych komórkowych elektrowni w dłuższej perspektywie. Podczas gdy mitochondria „spalają” cukier w celu wytworzenia energii, stały nadmiar cukru może sprzyjać rozwojowi insulinooporności i zaburzać metabolizm mitochondriów.
Zdrowa dieta z dużą ilością owoców, warzyw i zdrowych tłuszczów zapewnia mnóstwo przyjaznych dla mitochondriów mikroelementów, których nasze komórkowe elektrownie pilnie potrzebują jako substancji ochronnych i materiałów. Te istotne substancje mogą być również przyjmowane w ukierunkowanej formie jako suplementy diety.
Koenzym Q10 ( CoQ10 ) jest ważny dla naszych mitochondriów na dwa sposoby: po pierwsze, substancja podobna do witaminy działa jak rodzaj iskry, która wprawia w ruch łańcuch reakcji w mitochondriach. Po drugie, CoQ10 ma działanie przeciwutleniające, a tym samym chroni nasze elektrownie komórkowe przed uszkodzeniami spowodowanymi przez wolne rodniki.
Chociaż koenzym Q10 może być do pewnego stopnia wytwarzany przez nasz organizm, zdolność ta spada po 30 roku życia. Jednocześnie z biegiem lat tracimy również wydajność, witalność i energię. Ukierunkowane spożycie koenzymu Q10 lub jego aktywnej formy „ubichinolu” może pomóc w utrzymaniu statusu koenzymu Q10 na optymalnym poziomie.
Mitochondria potrzebują nie tylko „paliwa” (np. węglowodanów) do generowania energii, ale także szeregu materiałów (kofaktorów ) w postaci specjalnych mikroelementów. Należą do nich na przykład niektóre witaminy z grupy B (np. witamina B1, B2, B3, B12), magnez, żelazo, miedź, mangan i kwas alfa-liponowy. Jeśli występuje niedobór materiału, nasze elektrownie komórkowe nie mogą już sprawnie funkcjonować - ich wydajność energetyczna spada.
Oddychanie komórkowe wytwarza wolne rodniki, które mogą być wykorzystywane w różnych procesach zachodzących w organizmie (np. w obronie immunologicznej). Jednak do pewnego stopnia nadmierne tworzenie rodników prowadzi do stresu oksydacyjnego, który może powodować uszkodzenia komórek i struktur komórkowych (np. mitochondriów). Aby przeciwdziałać możliwym uszkodzeniom rodnikowym, mitochondria są wyposażone w potężną tarczę ochronną. Obejmuje ona zespół przeciwutleniaczy, takich jak koenzym Q10, witamina C, witamina E i kwas alfa-liponowy.
Sporty wytrzymałościowe nie tylko wzmacniają nasze mięśnie, ale także trenują mitochondria i stymulują je do namnażania. Mechanizm, który po bliższym przyjrzeniu się ma w sobie pewną logikę! W końcu nasze elektrownie komórkowe muszą zapewnić, że naszemu organizmowi nie zabraknie „oddechu” nawet wtedy, gdy nasze zapotrzebowanie na energię wzrośnie. Niezwykłe jest jednak to, że sport nie tylko zwiększa liczbę mitochondriów we włóknach mięśniowych, ale efekt ten można również zaobserwować w mózgu.
Post nie tylko pomaga naszemu ciału zrzucić zbędne kilogramy, ale powstrzymanie się od jedzenia może również pozbyć się wadliwych mitochondriów i stymulować tworzenie nowych elektrowni komórkowych.
Post może wywołać w komórkach proces znany jako autofagia. Ten program samooczyszczania pomaga pozbyć się wadliwych białek, a nawet całych organelli (takich jak mitochondria) i poddać je recyklingowi. Jest to ważne dla witalności komórek, ponieważ wadliwe mitochondria (lub inny uszkodzony materiał) obciążają zdrowie naszych komórek, a w najgorszym przypadku mogą je kosztować.
Sen jest niezwykle ważny - nie tylko dla naszego osobistego samopoczucia, ale także dla witalności naszych mitochondriów. W końcu organizm wykorzystuje ten przestój do regeneracji zarówno naszego ciała, jak i mózgu. Badania pokazują, że brak snu prowadzi do zwiększonego stresu oksydacyjnego, a enzymy antyoksydacyjne są mniej aktywne. Wykazano również związek między brakiem snu a zmianami w strukturach mitochondriów.
Kiedy powietrze w komórkach staje się rzadkie, nasz organizm uruchamia mechanizm, który między innymi ma na celu zapewnienie jak najdłuższego przetrwania poprzez dostosowaną produkcję energii. Proces ten jest wykorzystywany przez tak zwaną terapię IHHT ( interwałowy trening hipoksja-hiperoksja) - bardzo specjalną formę treningu mitochondrialnego. Polega ona na oddychaniu powietrzem ubogim w tlen (hipoksja) na przemian z powietrzem bogatym w tlen (hiperoksja) w określonych minutowych odstępach czasu za pomocą maski oddechowej.
Badania naukowe pokazują, że w warunkach niedotlenienia osłabione mitochondria zaczynają obumierać. Ta śmierć mitochondriów może początkowo wydawać się nieproduktywna, ale powoduje, że zdrowe mitochondria dzielą się i optymalizują produkcję energii. Może to mieć różne pozytywne skutki, w tym aktywację spalania tłuszczu, poprawę odporności fizycznej i psychicznej oraz wzmocnienie obrony immunologicznej.
Nowoczesne laboratoria oferują obecnie specjalne pomiary do oceny funkcji mitochondriów. Jednym z najbardziej informatywnych markerów laboratoryjnych jest tak zwany „bioenergetyczny wskaźnik zdrowia” (BHI), badanie krwi, które działa jako rodzaj testu wydajności mitochondriów. Jeśli jesteś zainteresowany, Twój lekarz chętnie Ci doradzi.
Podsumowanie: Mitochondria to naturalne elektrownie komórkowe, które utrzymują ludzki cud przy życiu dzięki swoim niestrudzonym wysiłkom. Niestety, ich moc maleje wraz z wiekiem. Dlatego tym ważniejsze jest utrzymywanie własnej sieci mitochondriów w dobrej kondycji dzięki diecie bogatej w niezbędne składniki odżywcze, wystarczającej ilości snu, sportom wytrzymałościowym i okresom postu. Ponadto, ukierunkowane spożycie przyjaznych dla mitochondriów mikroelementów może również wzmocnić te małe, komórkowe elektrownie.
Głównym zadaniem mitochondriów jest przekształcanie spożywanego przez nas pokarmu w energię użytkową. Ponadto te maleńkie organelle biorą udział we wzroście komórek, komunikacji komórkowej, programowanej śmierci komórek, odpowiedzi immunologicznej, równowadze oksydacyjnej oraz produkcji czerwonych krwinek i hormonów płciowych.
Mitochondria uwielbiają sporty wytrzymałościowe, wystarczającą ilość snu, okresy postu i zdrową dietę bogatą w niezbędne składniki odżywcze. Ponadto, specjalne suplementy diety z „przyjaznymi dla mitochondriów” mikroelementami mogą pomóc wzmocnić komórkowe elektrownie w ukierunkowany sposób.
Dojrzałe komórki jajowe, które mogą zawierać do 100 000 mitochondriów, są uważane za liderów.
Źródła:
Schniertshauer, D., Bergemann, J. 2022. Wie aus Sauerstoff Energie wird und der Funke dabei trotzdem nicht überspringt – die Besonderheiten der Mitochondrien. J. Gynäkol. Endokrinol. CH 25, 78–86 (2022). https://doi.org/10.1007/s41975-022-00245-z. https://link.springer.com/article/10.1007/s41975-022-00245-z#:~:text=So%20arbeiten%20in%20einer%20einzigen,Form%20von%20ATP%20%5B9%5D.
Li, Y., Yang, S. et al 2023. Mitochondria as novel mediators linking gut microbiota to atherosclerosis that is ameliorated by herbal medicine: A review. Front Pharmacol. 2023 Jan 17:14:1082817. doi: 10.3389/fphar.2023.1082817. eCollection 2023.
Sangwung, P., Petersen K.F. et al. 2020. Mitochondrial Dysfunction, Insulin Resistance, and Potential Genetic Implications. Endocrinology. 2020 Apr 1;161(4):bqaa017.
https://www.wissenschaft.de/gesundheit-medizin/bakterielle-verwandte-der-mitochondrien-identifiziert/ , Dostęp: 4.6.2024.
Erpenbach, K., Mücke, S. Mitochondriale Medizin. Sportärztezeitung, 03/17. https://sportaerztezeitung.com/rubriken/kardiologie/2681/mitochondriale-medizin/, Dostęp: 5.6.2024.
Grafen, K. 2021. Wenn die Luft in den Zellen dünn wird. DHZ 6/2021. https://natuerlich.thieme.de/therapieverfahren/praevention/detail/wenn-die-luft-in-den-zellen-duenn-wird-1197, 5.6.2024.
Barbiroli, B., Medori, R. et al. 1995. Lipoic (thioctic) acid increases brain energy availability and skeletal muscle performance as shown by in vivo 31P-MRS in a patient with mitochondrial cytopathy. J Neurol. 1995 Jul;242(7):472-7. doi: 10.1007/BF00873552.
He, Y., Yue, Y., et al. 2015. Curcumin, inflammation, and chronic diseases: how are they linked?. Molecules (Basel, Switzerland), 20(5), 9183–9213.
Melhuish Beaupre, L. M., Brown, G.M. et al. 2022. Mitochondria's role in sleep: Novel insights from sleep deprivation and restriction studies. The world journal of biological psychiatry: the official journal of the World Federation of Societies of Biological Psychiatry, 23(1), 1–13.
Civitarese, A.E., Carling, S. et al. 2007. Calorie Restriction Increases Muscle Mitochondrial Biogenesis in Healthy Humans. PLoS Med. 2007 Mar; 4(3): e76.
