«Эффективный энергоблок»: биолог — о роли митохондрий в здоровье человека и способах их «тренировки»

— Вы установили, что почки старых животных хуже восстанавливаются после болезней из-за проблем с митохондриями — «энергетическими станциями» клеток. Расскажите подробнее об этом исследовании.

— Наше исследование показывает, что митохондрии играют ключевую роль в здоровье почек и их восстановлении после повреждений. Мы изучили разные виды почечных патологий — от пережатия мочеточника, аналогичного мочекаменной болезни, до ишемии почки.

В результате заболевания или травмы митохондрии в клетках повреждаются и начинают вырабатывать больше свободных радикалов, то есть активных форм кислорода. Запускается своего рода замкнутый круг: чем сильнее повреждены митохондрии, тем больше радикалов и тем сильнее страдает сама почка. И это при том, что почка, на самом деле, довольно хорошо регенерирующий орган. Например, у молодых животных она обычно полностью восстанавливается за несколько месяцев. У старых грызунов мы наблюдали другую картину: почка реагирует на повреждение тяжелее, а восстановление идёт так медленно, что зачастую орган до конца так и не может вернуться в нормальное состояние. Это, во многом, именно результат возрастных изменений в митохондриях.

От состояния митохондрий в клетках во многом зависит, насколько быстро почка восстановится после повреждения и каким будет исход болезни.

Если митохондрии страдают, функциональные клетки почки погибают, а на их месте развивается фиброз — разрастается соединительная ткань. В этом случае функциональные почечные клетки не восстанавливаются, а замещаются фибробластами, которые, в отличие от нормальных клеток, могут выживать, не используя митохондриальное дыхание, подобно раковым клеткам получая энергию путём гликолиза.

• Gettyimages.ru
• © peterschreiber.media

— Как нарушается с возрастом работа клеток в целом известно — в них накапливаются различный «мусор», побочные продукты метаболизма, а механизм самоуничтожения перестаёт срабатывать. А что происходит с митохондриями?

— Если продолжать аналогию с электростанцией, то молодая митохондрия — это эффективный энергоблок, производящий много энергии. Она почти не выбрасывает «загрязнений» в виде активных форм кислорода, поэтому клетка остаётся здоровой.

С возрастом митохондрии постепенно теряют эффективность. Они вырабатывают меньше энергии и больше свободных радикалов, усиливая окислительный стресс в клетке. В норме в организме существует система «контроля качества», которая либо ремонтирует такие «сломавшиеся» митохондрии, либо полностью их удаляет.

Также по теме

«Играет ключевую роль в защите организма от рака»: биолог — о гибели клеток и будущем клеточных технологий

В организме человека ежедневно погибают миллионы клеток — это естественный процесс, необходимый для обновления тканей и поддержания...

Но в старых клетках эта система начинает работать хуже. В итоге нефункциональные митохондрии продолжают накапливаться, но пользы от них мало, большая их часть производит много радикалов и мало аденозинтрифосфата (АТФ). Клетка пытается бороться, создавая новые митохондрии. Эти новые органеллы берут на себя функции, которые не выполняют старые. Но на самом деле в здоровой клетке такие слабые, нерабочие органеллы должны не дублироваться, а уничтожаться.

По сути, это тот же механизм, который приводит к формированию так называемых «клеток-зомби», они должны были бы погибнуть, но продолжают существовать, поддерживая хроническое воспаление и ухудшая состояние тканей.

— Правда ли, что митохондрии в прошлом были бактериями и интегрировались в процессе эволюции в многоклеточные организмы, и поэтому приём антибиотиков способен навредить митохондриям?

— Да, это общепринятая научная точка зрения. Когда-то древняя бактерия проникла в другую клетку и поначалу, возможно, была паразитом. Со временем между ними выстроилась симбиотическая связь: клетка получает энергию, митохондрия — защиту и ресурсы для размножения. Но постепенно митохондрии потеряли многие функции свободно живущих бактерий и стали полностью зависимы от клетки.

Что касается антибиотиков, то часть из них действительно может повредить митохондрии, потому что те сохранили некоторые свои бактериальные черты. Но далеко не все антибиотики опасны, поскольку их основная мишень — бактериальная стенка — у митохондрий отсутствует. Одним из примеров токсичного воздействия является гентамицин. Он повреждает митохондрии почек и слухового аппарата, вызывая генерацию активных форм кислорода и окислительный стресс. Хотя медицина и знает о подобных побочных эффектах, в клинической практике риск часто оправдан, когда других вариантов лечения инфекции нет. Поэтому важно принимать антибиотики по назначению врача, при самолечении пациенты без медицинского образования просто не могут учесть все риски.

— Врачи связывают прогноз инсультов и инфарктов с тем, насколько у пациента «качественные» митохондрии. Как это работает?

— От состояния митохондрий действительно во многом зависит исход ишемического инсульта или риск инфаркта.

В момент прекращения кровотока клетки лишаются кислорода, который необходим митохондриям, как «производителям» энергии. Если митохондрии не готовы к такому сценарию и перестают работать, то в тканях сразу же запускаются разрушительные процессы, и клетки стремительно гибнут.

И наоборот, наличие в тканях достаточно жизнестойких митохондрий позволяет надеяться на благоприятный исход. Это зависит во многом от того, приходилось ли ранее клеткам испытывать нехватку кислорода, к примеру в ходе спортивных тренировок. Во время занятий спортом и некоторых других воздействиях, слабые митохондрии уничтожаются, остаются только самые устойчивые органеллы, способные лучше переносить ишемию тканей.

• Gettyimages.ru
• © stevanovicigor

— Какие факторы образа жизни, привычки и так далее способны негативно влиять на митохондрии?

— Ничего сенсационного не скажу, всё достаточно стандартно. К негативным факторам относят малоподвижный образ жизни, отсутствие спорта и других физических нагрузок, некоторые лекарства, включая антибиотики, о которых я говорил ранее. Безусловно, курение и алкоголь, поскольку содержат токсичные соединения, которые усиливают окислительный стресс.

Важный фактор — хронический стресс, который создаёт в организме провоспалительный фон и значительно усиливает вред от всех прочих негативных факторов и повреждений. А кроме того, конечно, высококалорийная и высокожировая диета. К слову, сейчас есть немало сторонников кетодиеты, которая ограничивает потребление углеводов при сохранении в рационе жиров и белков. Отмечу, что такой рацион может быть назначен по медицинским показаниям при некоторых заболеваниях, например эпилепсии. Но без наличия строгих показаний людям лучше не питаться по такой системе, потому что она зачастую оказывается скорее вредна, и в ряде экспериментальных исследований способствовала развитию фиброза после ишемии.

• Gettyimages.ru
• © SimonSkafar

— За счёт чего можно улучшить общее состояние митохондрий в организме? И правда ли, что благоприятный эффект оказывают тренировки, холод и интервальное голодание?

— Улучшить состояние митохондрий можно несколькими способами. Если говорить о способах, доступных обычным людям в повседневной жизни, то надёжнее всего работают как силовые, так и аэробные физические тренировки умеренной интенсивности, когда повышается частота пульса, но не до экстремальных значений. Такой нагрузкой митохондриальный аппарат в прямом смысле слова «тренируется».

Также по теме

«Ведут к серьёзным проблемам»: врач-гастроэнтеролог — о влиянии популярных диет от блогеров на здоровье человека

Ряд популярных блогеров активно продвигают в соцсетях различные диеты и способы похудения, обещая быстрые результаты без особых...

Ещё один эффективный способ — умеренное, длительное ограничение калорий, но точно не голодание. Эксперименты показали, что важна именно постоянная гипокалорийная диета. У мышей, которые ели, сколько хотели, вволю, состояние митохондрий было заметно хуже, чем у тех животных, которым калорийность питания сократили примерно на 30% от этого уровня. Так что поддержание ИМТ или в диапазоне нормы, а лучше чуть ближе к её нижней границе, полезно для митохондрий.

Что касается холода, то он никак не влияет на митохондрии, но через сложный механизм, называемый митохондриальным разобщением, оказывает антиоксидантный эффект. Пытаясь согреться, организм заставляет митохондрии активнее расходовать энергию не на синтез АТФ, а на тепло, за счёт чего снижается выработка ими активных форм кислорода.