Mitochondria: jak ważne są dla zdrowia komórek

Jannyn Saß 11.11.2024

Aktualności

Czas czytania: - protokół

Tutaj znajdą Państwo artykuł "Pomoc przy braku energii: jak wzmocnić swoje mitochondria"

Jak zdrowe mitochondria przeciwdziałają zmęczeniu i wyczerpaniu oraz dlaczego są niezbędne dla naszego samopoczucia

Nie bez powodu nazywane są elektrowniami komórek: mitochondria. Te małe organelle komórkowe odgrywają kluczową rolę w produkcji energii w organizmie człowieka. Zapewniają, że mamy do dyspozycji wystarczającą ilość energii. Jeśli ich kształt lub funkcja są zaburzone, objawia się to na przykład brakiem motywacji, zmęczeniem i wyczerpaniem. Dysfunkcja mitochondriów może jednak mieć także bardzo poważne skutki, takie jak mgła mózgowa, drżenia, zawroty głowy czy choroby jak cukrzyca lub schorzenia układu sercowo-naczyniowego.

Co kryje się za tzw. mitochondriopatiami, jak ważne są mitochondria dla naszego poziomu energii i czy mają one nawet znaczenie dla młodego wyglądu? Czym są mitochondria i jak można zwiększyć energię komórkową?

Odpowiedzi na te pytania znajdą Państwo w poniższym artykule magazynowym.

Ilustracja 1: Mitochondria sterują wieloma procesami w organizmie. Są ważne dla produkcji energii, ale także dla układu odpornościowego.

Dlaczego zdrowe mitochondria są ważne

Mitochondria to mikroskopijnie małe organelle znane jako "elektrownie" komórek. Chociaż same nie są większe niż 0,5 do 1 mikrometra (µm), to ich rola w organizmie człowieka jest tym ważniejsza.

Mitochondria zapewniają dobry poziom energii

Mitochondria dostarczają nam energii: produkują adenozynotrójfosforan (ATP), którego komórki potrzebują, aby wykonywać ogromną liczbę funkcji. Ta energia jest kluczowa dla wszystkich procesów w organizmie, od ruchu mięśni po naprawę komórek. Mitochondria są głównymi odpowiedzialnymi za to, by nasz organizm otrzymywał energię, której potrzebuje.

Ilustracja 2: Wysoki poziom energii mitochondrialnej wiąże się z witalnością, wydolnością i jasnością umysłu.

Mitochondria współuczestniczą w sterowaniu układem odpornościowym

Mitochondria to jednak znacznie więcej niż tylko dostawcy energii. Organella te współuczestniczą np. w kluczowy sposób w funkcjonowaniu układu odpornościowego. Wspierają pracę określonych mediatorów, takich jak interferony. Te substancje sygnalizacyjne są niezwykle ważne do zwalczania infekcji wirusowych, ale także do eliminowania komórek nowotworowych. Interferony są uwalniane przez komórki układu odpornościowego, gdy organizm musi zareagować na infekcje wirusowe lub inne zagrożenia, jak komórki nowotworowe. Mitochondria są niezbędne dla układu odpornościowego, ponieważ wzmacniają szlaki sygnałowe prowadzące do produkcji interferonów. W ten sposób wywoływany jest rodzaj "alarmu", gdy komórka jest zagrożona przez infekcje wirusowe lub bakteryjne.

Mitochondria mają wielorakie funkcje

Mitochondria zasadniczo regulują cykl komórkowy i są kluczowe dla podziału komórek. Mitochondria uczestniczą też w produkcji hormonów steroidowych w niektórych tkankach. Ponadto odgrywają rolę w homeostazie wapnia organizmu, co jest ważne dla różnych procesów przekazywania sygnałów. Również cykl mocznikowy częściowo przebiega w mitochondriach. W jego trakcie toksyczny amoniak powstający przy rozkładzie aminokwasów jest przekształcany w nieszkodliwy mocznik.

Mitochondria uczestniczą w zaprogramowanej śmierci komórki

Mitochondria są także kluczowe w apoptozie, kontrolowanej i zaprogramowanej śmierci komórki. Kiedy jest to ważne? Apoptoza jest szczególnie istotna, aby eliminować potencjalnie rakotwórcze komórki. Gdy komórki ulegają mutacjom lub mają uszkodzenia DNA, apoptoza może zapobiec ich niekontrolowanemu wzrostowi.

Ilustracja 3: Jeśli apoptoza nie działa prawidłowo, uszkodzone komórki mogą się rozmnażać i tworzyć guzy.

W skrócie: nie ma apoptozy bez mitochondriów! Ponieważ to one nie tylko inicjują sygnały proapoptotyczne, ale dzięki interakcji z różnymi białkami są również decydujące dla przebiegu apoptozy.

Czy mitochondria sterują procesami starzenia?

Mitochondria mogą mieć istotny udział w procesie starzenia. Tak przynajmniej przedstawia to mitochondrialna teoria starzenia zaproponowana przez profesora Anthony'ego Linnane'a, australijskiego biochemika i badacza mitochondriów, znanego w badaniach medycznych zwłaszcza z prac nad rolą mitochondriów w starzeniu się komórek i chorobach przewlekłych. Według jego teorii, znanej też jako MFRTA (Mitochondrial Free Radical Theory of Aging), proces starzenia jest spowodowany postępującą dysfunkcją mitochondriów.

Teza prof. Linnane'a głosi, że mitochondrialne DNA (mtDNA) z czasem gromadzi coraz więcej mutacji wskutek uszkodzeń oksydacyjnych. W efekcie mitochondria stają się mniej wydajne, co prowadzi do spadku produkcji energii, zwiększenia stresu komórkowego i większej produkcji reaktywnych form tlenu (ROS), które mogą powodować kolejne uszkodzenia. Linnane postulował, że uszkodzenia mtDNA wpływają na starzenie się komórek i tkanek. Komórki gorzej się regenerują, ich normalne funkcje są upośledzone, co przyczynia się do pogorszenia funkcji narządów i występowania chorób związanych z wiekiem. Teoria ta łączy więc akumulację uszkodzeń mitochondrialnych z procesem biologicznego starzenia i chorobami degeneracyjnymi, takimi jak choroby neurodegeneracyjne i choroby serca. [1] [2]

Jak uszkodzenia mitochondrialne wpływają na zdrowie?

Co ciekawe, mitochondria mają własne DNA, tzw. mtDNA. Jest ono niezależne od DNA jądrowego. Jeśli same mitochondria lub mtDNA są uszkodzone, nie mogą działać wydajnie. To z kolei może prowadzić do wyczerpania, zmęczenia i innych problemów, ponieważ organizm nie jest w stanie pozyskiwać wystarczającej ilości energii z substancji odżywczych. Mutacje w mtDNA mogą prowadzić do dalszych chorób mitochondrialnych, które często wiążą się z problemami energetycznymi w komórkach.

Objawy tzw. mitochondriopatii mogą być różnorodne i obejmują:

Utrata energii: stałe zmęczenie i wyczerpanie.
Zaburzenia poznawcze: trudności z koncentracją i problemy ze snem.
Dolegliwości fizyczne: bóle mięśni i zwiększona podatność na infekcje.
Objawy psychiczne: stany lękowe i obniżony nastrój[2][4].

Różnorodne obrazy kliniczne – od encefalopatii po miopatie

Przykładowo bardzo niebezpieczne są mitochondrialne miopatie. Ta grupa schorzeń prowadzi do osłabienia i męczliwości mięśni z powodu zaburzeń w produkcji energii w mięśniach. Mitochondria nie są wtedy w stanie wyprodukować wystarczającej ilości energii (w postaci ATP) dla komórek mięśniowych. Ponieważ mięśnie potrzebują dużo energii, aby prawidłowo funkcjonować, defekty mitochondrialne mogą prowadzić do osłabienia mięśni i innych objawów. [3]

Kolejnym następstwem uszkodzonych mitochondriów mogą być encefalopatie. Tzw. mitochondrialne encefalopatie dotyczą mózgu i mogą wywoływać objawy takie jak demencja, problemy z koordynacją i napady drgawek. Pacjenci cierpią na osłabienie mięśni, napady i epizody przypominające udary. [4]

Badaczka Giovanna Sonsalla prowadziła badania nad mitochondriami w kontekście chorób neurodegeneracyjnych, ze szczególnym uwzględnieniem ich znaczenia w chorobie Parkinsona. [5] Podkreśliła, że mitochondria odgrywają kluczową rolę w metabolizmie energetycznym i regulacji śmierci komórkowej, a zaburzenia funkcji tych organelli mogą prowadzić do uszkodzenia komórek i postępu chorób neurodegeneracyjnych. [6]

Dalej, dysfunkcja mitochondrialna może prowadzić do chorób wątroby [7], cukrzycy typu 2 [8] lub chorób układu sercowo-naczyniowego [9]. Również zaburzenia neurologiczne, takie jak Parkinson [10], Alzheimer [11] czy stwardnienie zanikowe boczne (ALS) [12], można łączyć z uszkodzeniami mitochondriów.

Również Long-COVID jest dziś powiązywany z dysfunkcjami mitochondrialnymi. Jedno z badań wskazuje, że Long-COVID może być przewlekłym, samonapędzającym się stanem wywołanym przez wirusa. [13] Stan ten charakteryzuje się dysfunkcją mitochondrialną, w której reaktywne formy tlenu ciągle podtrzymują stany zapalne w organizmie.

Mitochondria a rak

Nowsze badania wykazały, że metabolity mitochondriów i tzw. mtROS są ważne dla regulacji szlaków sygnałowych i uszkodzeń komórek – zarówno w wrodzonym, jak i adaptacyjnym układzie odpornościowym. Co to oznacza? Skrót mtROS oznacza mitochondrialne reaktywne formy tlenu. Są to niestabilne, wysoko reaktywne związki tlenu oraz produkty uboczne mitochondrialnej produkcji energii. Te mtROS nie są obojętne. W wysokich stężeniach mogą powodować uszkodzenia komórkowe, gdyż atakują lipidy, białka i mtDNA – czyli mitochondrialne DNA. Jeśli powstaje zbyt dużo mtROS, co znane jest jako stres oksydacyjny, może to prowadzić do rozwoju chorób układu sercowo-naczyniowego lub chorób neurodegeneracyjnych.

Kiedyś sądzono, że komórki nowotworowe nie potrzebują mitochondriów. To przekonanie przez długi czas kształtowało rozumienie metabolizmu nowotworowego. Jednak nowsze wyniki badań pokazały, że mitochondria rzeczywiście odgrywają decydującą rolę w rozwoju nowotworów i pełnią tam różne ważne funkcje. [14] Zaburzona funkcja mitochondriów jest zatem ściśle powiązana z zapaleniem, chorobami neurodegeneracyjnymi i powstawaniem raka. [15]

Jakie są przyczyny mitochondriopatii

Jeżeli mitochondriopatia, czyli dysfunkcja mitochondriów, nie jest wrodzona, to nabywa się ją w ciągu życia. Mówimy wtedy o wtórnych mitochondriopatiach. Mogą być one wywołane przez różne czynniki:

Brak mikroskładników przez dłuższy czas [16],
toksyny środowiskowe takie jak metale ciężkie, plastyfikatory czy środki ochrony roślin [17],
smog elektromagnetyczny jak promieniowanie mikrofalowe; promieniowanie WLAN np. w badaniach wykazało skrócenie długości mitochondriów jako skutek naświetlania [18],
infekcje wirusowe [19]
stres na poziomie psychicznym lub fizycznym; mitochondria reagują na stres produkcją reaktywnych form tlenu (ROS), które powstają podczas oddychania komórkowego. Jeśli te ROS nie mogą zostać zneutralizowane, dochodzi do uszkodzeń komórek i dalszego pogorszenia funkcji mitochondrialnej. Stres psychiczny i fizyczny to istotne czynniki przyczyniające się do powstawania mitochondriopatii. [20]
antybiotyki: leczenie antybiotykami może zmienić zaopatrzenie komórki w energię i w ten sposób wywołać dysfunkcję mitochondrialną. [21]
leki przeciwdepresyjne mogą w zależności od preparatu negatywnie wpływać na aktywność mitochondriów. [22]
leki takie jak beta-blokery mogą wywoływać toksyczność mitochondrialną [23]. Prowadzą do zwiększonego stresu oksydacyjnego, zmian w dynamice mitochondrialnej [24] i mogą aktywować różne drogi śmierci komórkowej zależne od mitochondriów. [25] [26]

Jak można wspierać swoje mitochondria?

Ilustracja 4: Zabiegi z użyciem zimna są korzystne dla mitochondriów i wspierają zdrowie komórek.

Leczenie mitochondriopatii wymaga holistycznego podejścia, które obejmuje następujące aspekty:

Dostosowanie diety: dieta przeciwzapalna może pomóc wspierać funkcje mitochondrialne.
Terapia mikroskładnikami: celowe podawanie antyoksydantów i innych składników odżywczych jest ważne dla wsparcia zdrowia mitochondriów.
Radzenie sobie ze stresem: techniki redukcji stresu psychicznego i fizycznego są kluczowe dla rekonwalescencji. Ogólnie ważne jest zrozumienie związku między stresem a zdrowiem mitochondriów, aby wdrożyć odpowiednie działania terapeutyczne.
Aktywność fizyczna: Ruch jest niezbędny dla dobrej funkcji mitochondriów.
Ograniczenie szkodliwych wpływów środowiskowych
Zabiegi z użyciem zimna, takie jak krioterapia, są znane z pozytywnego wpływu na mitochondria i zdrowie komórek. Badania pokazują, że ekspozycja na zimno może pozytywnie wpływać na funkcję mitochondrialną na różne sposoby. Ekspozycja na chłód sprzyja biogenezie mitochondriów, czyli tworzeniu nowych mitochondriów, szczególnie w brunatnej tkance tłuszczowej. Jest to adaptacja organizmu do niskich temperatur, ponieważ do produkcji ciepła potrzeba więcej mitochondriów.

Wnioski

Mitochondria są kluczowe dla Państwa organizmu, ponieważ jako „elektrownie komórek” dostarczają niezbędną energię (ATP) dla wszystkich funkcji komórkowych i organizmu. Zaburzenia funkcji mitochondriów prowadzą nie tylko do utraty energii i wyczerpania, ale mogą także sprzyjać złożonym problemom zdrowotnym, takim jak przewlekłe zmęczenie, stany zapalne, choroby neurodegeneracyjne, a nawet schorzenia układu sercowo-naczyniowego.

Zdrowe mitochondria są zatem niezbędne dla silnego układu odpornościowego, sprawności umysłowej i ochrony przed chorobami. Wpływają w istotny sposób na metabolizm komórkowy, obronę immunologiczną, a nawet starzenie się komórek. Badania pokazują, że czynniki środowiskowe, dieta i styl życia silnie oddziałują na zdrowie mitochondrialne. Holistyczne podejście, obejmujące zrównoważoną dietę, niezbędne składniki odżywcze, aktywność fizyczną i radzenie sobie ze stresem, jest kluczowe, aby wspierać mitochondria.

Uświadomienie sobie, że mitochondria odpowiadają także za procesy starzenia i regeneracji komórek, czyni je kluczowym elementem dla dobrego samopoczucia i zapobiegania chorobom przewlekłym. Dlatego mitochondria są ważnym kluczem do Państwa zdrowia i profilaktyki chorób przewlekłych.

Polecane książki:

Źródła:

[1] https://iubmb.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1080/152165400410281

[2] James Lee: The Methuselah Project - How the science of anti-aging can help you live happier, longer and stronger

[3] https://www.researchgate.net/publication/7724498_Mitochondrial_DNA_and_disease

[4] https://link.springer.com/article/10.1007/s10072-019-03863-x

[5] Giovanna Sonsalla jest naukowczynią, która uzyskała stopień doktora na Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) w Monachium, w szczególności w Szkole Doktorskiej Nauk o Systemowych Układach Nerwowych.

[6] https://edoc.ub.uni-muenchen.de/28739/

[7] https://www.mdpi.com/1422-0067/15/5/8713

[8] https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DerivateServlet/Derivate-43768/Dissertation_Wolff.pdf

[9] https://link.springer.com/article/10.1007/s00391-022-02094-8

[10] https://journals.sagepub.com/doi/abs/10.1177/1073858415574600

[11] https://link.springer.com/article/10.1007/s10072-019-03863-x

[12] https://oparu.uni-ulm.de/server/api/core/bitstreams/5ef84c8a-4358-4c60-b471-d1e67a69bf76/content

[13] https://www.mdpi.com/2227-9059/10/12/3113

[14] https://www.salk.edu/de/Pressemitteilung/Die-Neuverdrahtung-der-Tumormitochondrien-verbessert-die-F%C3%A4higkeit-des-Immunsystems,-Krebs-zu-erkennen-und-zu-bek%C3%A4mpfen/

[15] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2213231719303076#bib116

[16] https://sportaerztezeitung.com/rubriken/kardiologie/2681/mitochondriale-medizin/

[17] https://www.grueneliga.de/images/Glyphosat_zusammenfassung.pdf

[18] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013935118300355

[19] https://natuerlich.thieme.de/spezialthemen/erschoepfung/detail/muede-mitochondrien-3711

[20] https://www.lmu.de/de/newsroom/newsuebersicht/news/zellbiologie-wie-mitochondrien-stress-melden.html

[21] https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC5240889/

[22] https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0149763421002025

[23] https://link.springer.com/article/10.1007/s40264-016-0417-x

[24] https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/27771494/

[25] https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-319-28549-8_6

[26] https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC9656474/#B20-ijms-23-13653

Ilustracja 1: Christoph Burgstedt/Shutterstock.com; Ilustracja 2: lzf/Shutterstock.com; Ilustracja 3: sfam_photo/Shutterstock.com; Ilustracja 4: Michele Ursi/Shutterstock.com

Jannyn Saß