Mitokondrioiden terveyden optimointi: keskeiset strategiat soluenergian lisäämiseksi ja pitkäikäisyyden edistämiseksi

Mitokondriot ovat elintärkeitä organelleja, jotka sijaitsevat eukaryoottisolujen sytoplasmassa. Hyvin toimivien mitokondrioiden ansiosta kaikki kehon prosessit liikkeestä ja harjoituksesta ruoansulatukseen ja palautumiseen toimivat paremmin. Niillä on keskeinen rooli energiantuotannossa ja monissa muissa soluprosesseissa. Mitokondriot tarjoavat paikan oksidatiiviselle fosforylaatiolle, joka tuottaa ATP:tä, solun ensisijaisen energialähteen. Rakenteellisesti mitokondrioita voidaan arvioida ulkokalvon ja voimakkaasti laskostetun sisäkalvon kautta, joka muodostaa niiden aineenvaihdunnalle välttämättömiä osastoja. Energiantuotannon ohella mitokondriot suorittavat apoptoosin (ohjelmoidun kuoleman) lisäksi muita toimintoja, kuten kalsiumsignalointia ja solujen aineenvaihdunnan säätelyä, mikä tekee niistä elintärkeitä solujen homeostaasin ylläpitämiselle.

Mitokondrioiden toiminnan perusteet

ATP:n muodostuminen (solujen käyttämä primäärienergiamolekyyli) on mitokondrioiden toiminnan perusominaisuus. Tämä prosessi tapahtuu kahden pääasiallisen biokemiallisen reitin kautta: sitruunahapposykli (TCA-sykli tai Krebsin sykli) ja elektroninkuljetusketju (ETC).

Sitruunahappokierto

Sitruunahapposykli tai Krebsin sykli (nimetty Nobel-palkinnon voittajan Hans Adolf Krebsin mukaan, joka löysi sen) tapahtuu solujen mitokondrioissa. (1) Sitruunahappokierron pääasiallinen metabolinen yhdiste on etikkahappo (asetyylikoentsyymi A), jota tuotetaan rasvahapoista, hiilihydraateista ja proteiineista. (2)

Sitruunahapposyklin eri reaktiot (katso kuva) muodostavat vetyioneja ja elektroneja, jotka sitten siirtyvät sisäiseen mitokondriokalvoon oksidatiivista fosforylaatiota varten (sitovat energiaa ATP-molekyyleihin hapettumisen kautta) ja elektronien kuljetusketjua varten. Reaktiossa vapautuu NADH:ta ja pieniä määriä ATP:tä ja hiilidioksidia.

Sitruunahappokierto sisältää kymmenen vaihetta, joista kuhunkin vaikuttavat B-vitamiinit, tietyt kivennäisaineet, kuten magnesium ja rauta, sekä maksan tärkein antioksidantti, glutationi. Raskasmetallit, kuten elohopea, arseeni ja alumiini, estävät reaktioita.

Energiarikkaat NADH-molekyylit vangitsevat suurimman osan sitruunahapposyklin aikana syntyneestä energiasta. Kutakin asetyylikoentsyymi A -molekyyliä kohti syntyy kolme NADH-molekyyliä, joita käytetään sitten energiana seuraavassa reaktiossa (hapettava fosforylaatio).

Sitruunahapposyklin säätely määräytyy erilaisten aminohappojen saatavuuden ja takaisinkytkennän eston perusteella (esimerkiksi jos NADH:ta muodostuu liikaa, useat sitruunahapposyklin entsyymit estyvät, mikä hidastaa reaktioita).

Oksaloasetaatti on yhdiste, joka täyttää äkillisen energian tarpeen (esimerkiksi aivoissa tai lihaksissa). Oksaloasetaattilisän ottaminen voi olla hyödyllistä, ja se voi jopa edistää aivojen mitokondrioiden uusiutumista, vähentää kehon hiljaista tulehdusta ja lisätä hermosolujen määrää. (3)

Yksinkertaisesti sanottuna kehossa on nerokkaita järjestelmiä, jotka muuttavat kulutetun ruoan elektroneiksi, joita käytetään energiana erilaisiin tarpeisiin.

Oksidatiivinen fosforylaatio

Oksidatiivinen fosforylaatio koostuu elektronien kuljetusketjusta ja ATP-syntaasista. Oksidatiivinen fosforylaatio tuottaa eniten aerobisissa olosuhteissa tuotettua energiaa (ATP). Se on sitruunahappokierron jatkoa.

Elektronien kuljetusketjussa vetyioneja (H+) vapautuu mitokondrioiden väliseen kalvotilaan. Membraanien välisestä tilasta vapautuneet vetyionit siirtyvät takaisin mitokondrioon ATP-syntaasin kautta. Prosessissa vapautuvaa energiaa käyttämällä ATP-syntaasi muuntaa energiaksi käytetyn ADP:n jälleen ATP:ksi.

Ubikinoni (koentsyymi Q10) osallistuu elektronien kuljetusketjuun. Sitä on käytetty vuosikymmeniä ravintolisänä. Alhaiset solujen ubikinonitasot voivat olla altistava tekijä erilaisille sairauksille johtuen riittämättömästä aerobisesta energiantuotannosta soluissa. Lisäksi kolesterolilääkkeiden (statiinien) käyttö on myötävaikuttava tekijä ubikinonin puutteeseen. (4)

Tämä koordinoitu reaktiosarja tuottaa ATP:tä ja muodostaa protonigradientin sisäisen mitokondriokalvon poikki, prosessi, joka tunnetaan nimellä kemiosmoosi . Tähän gradienttiin varastoitunut energia ohjaa ATP:n synteesiä yhdistäen elektronien virtauksen ETC:n läpi soluenergian tuottamiseen. (5)

Mitokondrioiden tehokkuuteen vaikuttavat tekijät

Mitokondrioiden tehokkuuteen, joka on luonnollisesti elintärkeää optimaalisen solutoiminnan kannalta, vaikuttavat useat tekijät. Alla on kuvattu tärkeimmät.

Geneettinen meikki 

Mitokondrioissa on erillinen ja yksilöllinen DNA (mitokondriaalinen DNA, mtDNA), joka eroaa tuman DNA:sta. MtDNA koodaa elektroninkuljetusketjun olennaisia ​​komponentteja ja mitokondrioproteiineja. Mutaatiot mtDNA:ssa voivat johtaa toimintahäiriöihin proteiineihin, jotka häiritsevät elektroninkuljetusketjua ja ATP-synteesiä. Nämä voivat johtaa energiantuotannon vähenemiseen ja lisääntyneeseen reaktiivisten happilajien (ROS) tuotantoon, mikä edistää mitokondrioiden ja solujen toimintahäiriöitä. (6)

Oksidatiivinen stressi

Mitokondriot ovat merkittävä ROS-lähde, jotka ovat happiaineenvaihdunnan sivutuotteita. Vaikka alhaiset ROS-tasot toimivat solujen signaloinnissa, liiallinen ROS voi aiheuttaa oksidatiivisia vaurioita mitokondrioiden proteiineille, lipideille ja DNA:lle. Tämä oksidatiivinen stressi vaarantaa mitokondrioiden eheyden ja toiminnan, estää ATP:n tuotantoa ja johtaa edelleen ROS-tuotantoon haitallisessa syklissä. Antioksidanttipuolustuksilla, mukaan lukien superoksididismutaasi ja glutationiperoksidaasi, on ratkaiseva rooli tämän vaurion lieventämisessä. (7-8)

Ravinteiden saatavuus

Mitokondriot tarvitsevat erityisiä substraatteja energiantuotantoon. Glukoosi ja rasvahapot ovat ensisijaiset lähteet ATP:n muodostukselle glykolyysin ja β-hapetuksen kautta. Näiden substraattien saatavuus vaikuttaa suoraan mitokondrioiden toimintaan. Esimerkiksi ravinteiden ylijäämäolosuhteissa, kuten korkea glukoosin saatavuus, mitokondriot voivat tuottaa liiallisia määriä ATP:tä ja ROS:ää, mikä saattaa johtaa aineenvaihduntahäiriöihin. (9-10)

Toisaalta ravinteiden niukkuus voi rajoittaa mitokondrioiden energiantuotantoa, mikä vaikuttaa solujen toimintaan ja eloonjäämiseen. Toisin kuin jotkut eläintutkimuksista saadut raportit kalorirajoituksen eduista mitokondrioiden biogeneesissä, näyttää siltä, ​​​​että se ei lisää mitokondrioiden biogeneesiä. Se kuitenkin säilyttää mitokondrioiden toiminnan suojaamalla olemassa olevien solukomponenttien eheyttä ja toimintaa. (11-12)

Elämäntyylitekijät

Käyttää

Fyysinen aktiivisuus vaikuttaa mitokondrioiden määrään ja laatuun. Harjoittelu stimuloi mitokondrioiden biogeneesiä, mikä lisää mitokondrioiden tiheyttä ja energiantuotannon tehokkuutta. (13) Erityisesti kestävyysharjoittelu parantaa mitokondrioiden oksidatiivista kykyä parantaa niiden kykyä hyödyntää happea ATP:n tuotantoon (lue tarkemmin myöhemmin artikkelista).

Ruokavalio

Ruokavalion komponentit vaikuttavat merkittävästi mitokondrioiden toimintaan. Makroravinteiden suhteet, kalorien saanti ja tietyt ravintoaineet (kuten antioksidantit, vitamiinit ja kivennäisaineet) vaikuttavat mitokondrioiden aineenvaihduntaan. Runsaasti ravintoaineita, jotka tukevat mitokondrioiden toimintaa, voivat lisätä energiantuotantoa ja vähentää oksidatiivista stressiä (katso myöhemmin). Ketoosin aktivoiminen voi myös lisätä mitokondrioiden biogeneesiä ja parantaa mitokondrioiden tehokkuutta. (14-15)

Ympäristötekijät

Altistuminen ympäristön stressitekijöille, kuten myrkkyille, saasteille, raskasmetalleille (esim. lyijy, elohopea, arseen ja kadmium) ja säteily, voivat vaikuttaa haitallisesti mitokondrioiden toimintaan. Nämä stressitekijät voivat aiheuttaa oksidatiivisia vaurioita, häiritä elektronien kuljetusketjun toimintaa ja heikentää mitokondrioiden dynamiikkaa, mukaan lukien fuusio- ja fissioprosesseja. (16)

Teknologiset interventiot

Fotobiomodulaatio (tai punaisen valon hoito)

Fotobiomodulaatio on ionisoimattoman fotonienergian hyödyntämistä fotokemiallisten muutosten laukaisemiseksi solurakenteissa, jotka ovat vastaanottavaisia ​​fotoneille, erityisesti mitokondrioissa. Punaisen valon ja NIR-valohoidon uskotaan toimivan pääasiassa valon vastaanottajien kautta. Punaisen valon aallot tunkeutuvat ihon läpi ja saavuttavat solun mitokondrioiden lisäämällä solujen energiantuotantoa. Tähän johtavat erilaiset tapahtumat, esimerkiksi mitokondrioiden hengityksen kiihtyminen sytokromi-c-oksidaasin kautta.(17) Lue fotobiomodulaation terveyshyödyistä täältä.

Infrapunasauna

Infrapunasaunassa käytetään infrapunasäteilyä, joka lämmittää suoraan kehon kudoksia ilman sijaan. Infrapunasaunojen lähettämän säteilyn taajuus on 3–12 μm, mikä kuuluu kauko-infrapuna (FIR) piiriin. Kauko-infrapunavalolla on havaittu olevan kudostason vaikutuksia erityisesti mitokondrioiden hengitysketjuun solun energian tuotantoprosessissa ja kudosten verenkiertoon laajentamalla verisuonia ja parantamalla verenkiertoa. (18)

Pulssielektromagneettisen kentän (PEMF) hoito

PEMF-terapiassa käytetään sähkömagneettisia kenttiä edistämään erilaisia ​​fysiologisia prosesseja. Tutkimukset viittaavat siihen, että PEMF voi parantaa mitokondrioiden toimintaa lisäämällä solujen hapenkulutusta ja tehostamalla ATP:n tuotantoa. PEMF-hoito vaikuttaa suoraan mitokondrioihin palauttaen solut terveempään energia- ja sähkövaraustilaan. (19-20) Lue kattava opas PEMF-terapiasta täältä.

Hyperbaric happiterapia (HBOT)

HBOT tarkoittaa puhtaan hapen hengittämistä paineistetussa ympäristössä. Hyperbaric Oxygen Therapy on kliinisesti todistettu elvyttävän mitokondrioita ja lisäävän ATP:n muodostumista tarjoamalla suprafysiologisia määriä happea, joka tarvitaan soluhengitykseen. Äskettäinen tutkimus raportoi, että HBO lisäsi mitokondrioiden biogeneesiä ja autofagiaa lisäämällä osittain reaktiivisten happilajien tuotantoa. Tämä prosessi tuotti uusia terveitä mitokondrioita ja vanhat huonokuntoiset mitokondriot tuhoutuivat. Tämä tutkimus havaitsi myös lisääntyneen mitokondrioiden DNA:n transkription ja replikaation aktivoitumisen. (21-22) Lue lisää HBOTista täältä.

Ravitsemus- ja lisätuki mitokondrioiden toiminnalle

Ravitsemuksen rooli mitokondrioiden terveyden ylläpitämisessä on keskeinen, ja tietyt ravinteet ovat erityisen tärkeitä mitokondrioiden optimaalisen toiminnan kannalta. Näitä ovat seuraavat alla luetellut.

1. Koentsyymi Q10 (CoQ10): Ubikinoni on rasvaliukoinen ja muistuttaa vitamiinia. Ubikinoni toimii elektronien kantajana elektroninsiirtoketjussa mitokondrioissa (katso kuva oikealla) ja edistää ATP:n eritystä. Ubikinonitasot laskevat eri kudoksissa ikääntymisen myötä. (23)
2. Magnesium : Osallistuu ATP-synteesiin ja on ratkaisevan tärkeä mitokondrioiden eheyden ja toiminnan ylläpitämisessä. (24)
3. B-vitamiinit: Mukaan lukien B1 (tiamiini), B2 (riboflaviini), B3 (niasiini), B5 (pantoteenihappo), B6, B7 (biotiini) ja B12. Nämä B-vitamiinit ovat tärkeitä mitokondrioiden energia-aineenvaihdunnan eri osissa. (25)
4. Alfa-lipoiinihappo: ALA on voimakas antioksidantti, joka myös auttaa uusiutumaan muiden antioksidanttien. Sillä on rooli energia-aineenvaihdunnassa ja se voi parantaa mitokondrioiden toimintaa. (26)
5. Karnitiini (erityisesti asetyyli-L-karnitiini): Kuljettaa rasvahappoja mitokondrioihin beeta-hapettumiseen, mikä on elintärkeää energiantuotannossa, erityisesti lihassoluissa. (27)
6. Kreatiini: Kreatiini on elimistössä luonnollisesti esiintyvä yhdiste, joka auttaa toimittamaan energiaa soluille, erityisesti lihassoluille, lisäämällä adenosiinitrifosfaatin (ATP) muodostumista. Kreatiinilisä voi parantaa mitokondrioiden tehokkuutta, erityisesti korkean intensiteetin harjoituksessa. (28)
7. Pyrrolokinoliinikinoni (PQQ): PQQ on antioksidantti, joka lisää mitokondrioiden biogeneesiä PGC-1-proteiinipitoisuuden kautta ja tukee mitokondrioiden toimintaa. (29)
8. Omega-3-rasvahapot (EPA ja DHA): Omega-3-rasvahapot ovat välttämättömiä mitokondrioiden kalvon juoksevuuden ja toiminnan ylläpitämiselle. Näitä löytyy pääasiassa kalaöljystä ja rasvaisesta kalasta. (30)
9. Nikotiiniamidiribosidi (NR) ja nikotiiniamidimononukleotidi (NMN) : Nämä NAD+-prekursorit ovat välttämättömiä mitokondrioiden toiminnalle ja energiantuotannolle. NR:n tai NMN:n täydentäminen voi auttaa nostamaan NAD+-tasoja ja siten parantamaan mitokondrioiden tehokkuutta. (31) Lue lisää NAD+:n optimoinnista täältä.
10. Kurkumiini: Kurkumiini on kurkuman aktiivinen yhdiste. Sen on osoitettu suojaavan mitokondrioita oksidatiivisilta vaurioilta ja parantavan niiden toimintaa. (32)
11. Seleeni: Välttämätön hivenaine, jolla on rooli mitokondrioiden suojaamisessa oksidatiiviselta stressiltä. Seleeni myös säätelee mitokondrioiden biogeneesiä. (33)

Harjoitus ja mitokondrioiden biogeneesi

Säännöllinen fyysinen aktiivisuus on kriittinen tekijä mitokondrioiden biogeneesin edistämisessä, mikä johtaa uusien mitokondrioiden syntymiseen, mikä lisää niiden määrää ja toimintakykyä soluissa. Erilaiset liikuntamuodot vaikuttavat mitokondrioiden dynamiikkaan. Kaksi tärkeintä harjoitusmuotoa ovat aerobinen harjoittelu ja vastusharjoittelu.

Aerobinen harjoitus

Mitokondrioiden tiheys luustolihassoluissa kasvaa huomattavasti aerobisen harjoittelun (esim. juoksu, pyöräily ja uinti) aikana.

Mitokondrioiden biogeneesiä säätelee PGC-1α (peroksisomiproliferaattorin aktivoima reseptori gamma-koaktivaattori 1-alfa), olennainen säätelyproteiini, jota aerobinen harjoittelu stimuloi. PGC-1α koaktivoi ydinhengitystekijöitä (NRF) ja mitokondrioiden transkriptiotekijää A (TFAM), jotka ovat välttämättömiä mtDNA:n transkriptiolle ja mitokondrioiden replikaatiolle. Tämä johtaa lisääntyneeseen oksidatiiviseen fosforylaatiotehokkuuteen, parempaan kestävyyteen ja suurempaan ATP-tuotantoon lihassoluissa. (34)

Korkean intensiteetin intervalliharjoittelu (HIIT) on erityisen tehokas mitokondrioiden määrän ja maksimaalisen hapenoton lisäämiseksi (VO2max). (35-36)

Resistanssikoulutus

Mitokondrioiden toiminta ja tehokkuus ovat vastustusharjoittelun (esim. painonnosto ja kehonpainoharjoitukset) ensisijaisia ​​tavoitteita. Se laukaisee muutoksia mitokondrioiden proteiinisynteesissä, mikä parantaa nykyisten mitokondrioiden laatua ja tehokkuutta. Voimaharjoittelu lisää myös entsyymien tuotantoa elektroninkuljetusketjuissa ja Krebsin syklissä, mikä parantaa entisestään solun kapasiteettia ATP-synteesiin. Se voi myös lisätä mitokondrioiden määrää ja kokoa lihassoluissa, vaikkakaan ei samassa määrin kuin aerobinen harjoittelu. (37-38)

Näiden harjoitusmuotojen yhteisvaikutus mitokondrioiden biogeneesiin ja toimintaan korostaa fyysisen aktiivisuuden merkitystä mitokondrioiden terveyden ylläpitämisessä ja parantamisessa. Säännöllinen aerobinen ja vastusharjoittelu parantaa kokonaisvaltaisesti solujen mitokondriotiheyttä, tehokkuutta ja energia-aineenvaihduntaa. Nämä mukautukset ovat ratkaisevan tärkeitä urheilusuorituksen kannalta ja ovat tärkeitä terveyden ylläpitämisessä, sairauksien ehkäisyssä ja mitokondrioiden toimintahäiriöihin liittyvien tilojen hallinnassa.

On kuitenkin syytä huomata, että sekä voiman että kestävyyden harjoittelu samanaikaisesti johtaa vähemmän sopeutumiseen, koska proteiinikinaasit PKB ja AMPK estävät toistensa alavirran signaalin, mikä estää samanaikaisen harjoitusvaikutuksen. (39)

Mitofagia ja soluterveys

Mitofagialla tarkoitetaan selektiivistä autofagian tyyppiä, jolla on olennainen rooli soluolosuhteissa, koska se pystyy hajottamaan vain vaurioituneita tai toimimattomia mitokondrioita. Tämä mekanismi on ratkaisevan tärkeä mitokondrioiden ja solun terveydelle, koska se estää viallista alayksikkökokoonpanoa koodaavien mRNA:iden kertymisen, mikä säästää uusia kriisejä solutoimintoissa ja lukuisissa patologioissa. (40)

Vaurioituneiden mitokondrioiden poistaminen mitofagian avulla auttaa vähentämään oksidatiivista stressiä, apoptoosia ja tulehdusta (liittyvät erilaisiin patologioihin). Heikentynyt mitofagia helpottaa dysfunktionaalisten mitokondrioiden kerääntymistä hermoston rappeutumishäiriöiden, kuten Parkinsonin ja Alzheimerin taudin, patogeneesiin. Samoin aineenvaihduntahäiriöissä mitofagian menetys johtaa mitokondrioiden aineenvaihdunnan muutoksiin, mikä johtaa insuliiniresistenssiin ja tyypin 2 diabetekseen. (41-42)

On osoitettu, että kalorirajoitus edistää mitofagiaa. Tämä johtuu osittain sirtuiinien (SIRT1), AMP-aktivoidun proteiinikinaasin (AMPK) ja transkriptiotekijä EB:n aktivaatiosta, jotka tukevat sekä solujen energiakriisin vastausta että mitofagian alkamista. Erityisesti sirtuiinit säätelevät tekijöiden toimintaa mitofagian koneistossa hiljentäen vaurioituneita mitokondrioita. (43)

Kalorirajoituksen molekyylivaikutuksia jäljittelevät yhdisteet, kuten resveratroli (polyfenoli punaviinissä ja joissakin marjoissa) ja monet muut polyfenolit. Resveratroli edistää SIRT1:n ja AMPK:n aktivaatiota lisäämällä mitofagiaa, joka on vastuussa mitokondrioiden toiminnan paranemisesta ja solujen terveyden palautumisesta. (44-45)

Mitofagiaa voidaan tehostaa ajoittaisella paastolla. Tätä parannusta lieventää todennäköisesti aineenvaihdunta glukoosipohjaisesta ketonipohjaiseen energiaan paaston aikana, ja tämä muutos laukaisee mitofagian ( 46-47)

Mitokondrioiden toimintahäiriö ikääntymisen tunnusmerkkinä

Ymmärtäminen, kuinka mitokondriot vaikuttavat ikääntymisprosessiin, on gerontologian ja solubiologian tutkimuksen keskiössä. Organismien ikääntyessä mitokondrioiden toimintahäiriöt yleistyvät, mikä vaikuttaa ikääntymisen fysiologiseen puoleen.

Ikääntyvien mitokondrioiden ATP:n tuotanto on vähentynyt, mikä vaikuttaa solujen hyvinvoinnin kannalta välttämättömiin energiaohjattuihin prosesseihin. Lisäksi ikään liittyvät rakenteelliset muutokset mitokondrioissa häiritsevät vielä enemmän tätä energiantuotannon laskua, kuten mitokondrioiden kalvopotentiaalin epänormaali koostumus ja sisä-mitokondrion seinämän eheys. (48)

Mitokondriaalisen DNA:n (mtDNA) sijainti lähellä elektroninkuljetusketjua, jossa reaktiivisia happilajeja tapahtuu, vaikuttaa sen alttiuteen mutaatioille. Mutaatiot kuitenkin muodostuvat ajan myötä, mikä johtaa mitokondrioiden toimintahäiriöihin. Toisin kuin ydin-DNA, joka on sidottu histoneihin suojaamiseksi ja jolla on käytettävissä useita korjausmekanismeja, mtDNA:lta puuttuu histonien suojaava pinnoite eikä sillä ole laajaa valikoimaa korjausmenetelmiä, joten se voi vaurioitua helposti. (49)

Soluissa mitokondriot tuottavat reaktiivisia happilajeja (ROS). Vaikka ROS toimii kriittisenä keinona kommunikoida solun kanssa ja säätää itsensä ympäristössään, näiden molekyylien korkeiden tasojen muodostumista rajoittaa tiukka valvonta. Liiallinen tuotanto erilaisissa ikään liittyvissä olosuhteissa johtaa soluihin, jotka kärsivät oksidatiivisesta stressistä. Se tuhoaa erilaisia ​​solukomponentteja, proteiineja, lipidejä tai DNA:ta. Mitokondriot ovat jopa tärkeimmät oksidatiivisten vaurioiden vastaanottajat, mikä luo noidankehän, koska vaurioituneet mitokondriot tuottavat vain lisää ROS:ää, mikä lisää solujen vanhenemista . (50-52)

Mitokondrioiden dynamiikka on ratkaisevan tärkeää mitokondrioiden toiminnalle, joka auttaa ylläpitämään fuusio- ja fissioprosessia. Tämä dynamiikka kuitenkin häiriintyy ikääntymisen myötä ja mitokondriot fragmentoituvat fuusion sijaan. Nämä muutokset vaikuttavat mitokondrioiden toimintaan ja niiden asemaan soluissa. (53)

Mitokondrioiden toiminnan menetys ei ole passiivinen ikääntymiseen liittyvä ilmiö, vaan aktiivinen osallistuja iästä riippuvien sairauksien patogeneesiin. Mitokondrioiden toimintahäiriöitä on liitetty sairauksiin, kuten hermoston rappeumasairauksiin, sydän- ja verisuonisairauksiin ja aineenvaihduntahäiriöihin. Näissä häiriöissä vähentynyt tai viallinen energiantuotanto, lisääntynyt oksidatiivinen stressi ja kyvyttömyys puhdistaa vaurioituneita mitokondrioita ovat välttämättömiä taudin patogeneesissä ja kulussa. (54)

Johtopäätös

Mitokondrioiden terveyden optimointi ja sen heikkeneminen ikääntymisen myötä on haastava tehtävä, mutta onneksi voimme tehdä asialle paljon. Tärkeimmät interventiot sisältävät ravitsemuksellisen tuen uusiutumisen kannalta kriittisille substraateille, mukaan lukien koentsyymi Q10, magnesium ja B-vitamiinit; säännöllinen osallistuminen erilaisiin harjoituksiin mitokondrioiden biogeneesin lisäämiseksi; ja elämäntapamuutokset, kuten kalorirajoitukset tai ajoittainen paasto mitofagian mekanismeihin vaikuttamiseksi.

Mitokondrioiden toimintahäiriön tunnistaminen yhdeksi ikääntymiseen liittyvistä tekijöistä tekee näistä strategioista välttämättömiä solujen terveyden tukemiseksi ja ikääntymiseen liittyvän rappeutumisen torjumiseksi. Integratiiviset lähestymistavat, joissa hyödynnetään tieteellisen tiedon voimaa yhdessä soveltuvien elämäntapamuutosten kanssa, voivat luoda suotuisat olosuhteet ennaltaehkäisyyn ja mitokondrioiden kulumisen hidastamiseen, mikä kokonaisuutena palvelee yksilön hyvinvointia ja pitkäikäisyyttä.

Tieteelliset viitteet

1. Leigh, F. (2009). Sir Hans Adolf Krebs (1900–81), modernin lääketieteen edelläkävijä, väliaineenvaihdunnan arkkitehti. Journal of Medical Biography 17 (3): 149–154.
2. Berg, J. & Tymoczko, J. & Stryer, L. (2002). Biokemia. 5. painos. Luku 17, Sitruunahappokierto. New York: WH Freeman.
3. Wilkins, H. et ai. (2014). Oksaloasetaatti aktivoi aivojen mitokondrioiden biogeneesiä, tehostaa insuliinireittiä, vähentää tulehdusta ja stimuloi neurogeneesiä. Human Molecular Genetics 23 (24): 6528–6541.
4. Potgieter, M. & Pretorius, E. & Pepper, M. (2013). Primaarinen ja sekundaarinen koentsyymi Q10:n puutos: terapeuttisen täydennyksen rooli. Nutrition Reviews 71 (3): 180–188. Arvostelu.
5. Saraste, M. (1999). Oksidatiivinen fosforylaatio fin de sieclessä. Tiede 283 (5407): 1488-1493.
6. Suzuki, T. & Nagao, A. & Suzuki, T. (2011). Ihmisen mitokondrioiden tRNA:t: biogeneesi, toiminta, rakenteelliset näkökohdat ja sairaudet. Annual Review of Genetics 45 : 299-329.
7. Zhang, Y. & Wong, H. (2021). Ovatko mitokondriot pääasiallinen reaktiivisten happilajien tuottaja soluissa? Journal of Experimental Biology 224 (5): jeb221606.
8. Thannickal, V. & Fanburg, B. (2000). Reaktiiviset happilajit solujen signaloinnissa. American Journal of Physiology-Lung Cellular and Molecular Physiology 279 (6): L1005-L1028.
9. Marín-García, J. & Marín-García, J. (2013). Bioenergian tuotantomekanismit mitokondrioissa. Mitokondriot ja niiden rooli sydän- ja verisuonisairauksissa 99–121.
10. Bottje, W. (2019). Oksidatiivinen aineenvaihdunta ja tehokkuus: mitokondrioiden herkkä tasapainottava teko. Siipikarjatiede 98 (10): 4223–4230.
11. Pintus, F. & Floris, G. & Rufini, A. (2012). Ravinteiden saatavuus yhdistää mitokondriot, apoptoosin ja liikalihavuuden. Ikääntyminen (Albany, NY) 4 (11): 734–741.
12. Lanza, I. et ai. (2012). Krooninen kalorirajoitus säilyttää mitokondrioiden toiminnan vanhenemisen aikana lisäämättä mitokondrioiden biogeneesiä. Solujen aineenvaihdunta 16 (6): 777-788.
13. Drake, J. & Wilson, R. & Yan, Z. (2016). Molekulaariset mekanismit mitokondrioiden mukautumiseen harjoitteluun luurankolihaksissa. FASEB-lehti 30 (1): 13–22.
14. Jornayvaz, F. & Shulman, GI (2010). Mitokondrioiden biogeneesin säätely. Biokemian esseitä 47 : 69-84.
15. Elamin, M. & Ruskin, D. & Masino, S. & Sacchetti, P. (2017). Ketonipohjainen aineenvaihduntahoito: onko lisääntynyt NAD+ ensisijainen mekanismi? Frontiers in Molecular Neuroscience 10 : 377.
16. Fowler, B. (1978). Lyijyn, elohopean, kadmiumin ja arseenin yleiset subsellulaariset vaikutukset. Environmental Health Perspectives 22:37-41.
17. Hamblin, M. (2018). Mekanismit ja mitokondrioiden redox-signalointi fotobiomodulaatiossa. Valokemia ja fotobiologia 94 (2): 199–212.
18. Vatansever, F. & Hamblin, M. (2012). Kaukoinfrapunasäteily (FIR): sen biologiset vaikutukset ja lääketieteelliset sovellukset. Photonics and Lasers in Medicine 4: 255–266.
19. Hollenberg, A. & Huber, A. & Smith, C. & Eliseev, R. (2021). Sähkömagneettinen stimulaatio lisää mitokondrioiden toimintaa osteogeenisissä soluissa ja edistää luunmurtumien korjausta. Tieteelliset raportit 11 (1): 19114.
20. Tai, Y. et ai. (2020). Magneettikentät moduloivat aineenvaihduntaa ja suoliston mikrobiomia korrelaatiossa Pgc-1-alfa-ilmentymisen kanssa: In vitro -magneettisen mitohormeettisen tutkimuksen seuranta. FASEB-lehti 34 (8): 11143–11167.
21. Tezgin, D. & Giardina, C. & Perdrizet, G. & Hightower, L. (2020). Ylipaineisen hapen vaikutus mitokondrioiden ja glykolyyttisen energian aineenvaihduntaan: kaloristaasin käsite. Solustressi ja saattajat 25 (4): 667-677.
22. Chen, W. et ai. (2020). Ylipainehappi suojaa sydänlihaksen iskemia-reperfuusiovauriolta estämällä mitokondrioiden toimintahäiriöitä ja autofagiaa. Molekyylilääketieteen raportit 22 (5): 4254-4264.
23. Wang, Y. & Hekimi, S. (2019). Ubikinonin valmistuksen monimutkaisuus. Endokrinologian ja aineenvaihdunnan trendit 30 (12): 929-943.
24. Volpe, S. (2013). Magnesium sairauksien ehkäisyyn ja yleiseen terveyteen. Ravitsemuksen edistysaskel 4 (3): 378S-383S.
25. Depeint, F. & Bruce, W. & Shangari, N. & Mehta, R. & O'Brien, P. (2006). Mitokondrioiden toiminta ja toksisuus: B-vitamiiniperheen rooli mitokondrioiden energia-aineenvaihdunnassa. Kemiallis-biologiset vuorovaikutukset 163 (1-2): 94-112.
26. Solmonson, A. & DeBerardinis, R. (2018). Lipoiinihapon aineenvaihdunta ja mitokondrioiden redox-säätely. Journal of Biological Chemistry 293 (20): 7522-7530.
27. Gnoni, A. & Longo, S. & Gnoni, G. & Giudetti, A. (2020). Karnitiini ihmisen lihasten bioenergetiikassa: voiko karnitiinilisä parantaa fyysistä harjoittelua? Molekyylit 25 (1): 182.
28. Wax, B. et ai. (2021). Kreatiini harjoitukseen ja urheilusuoritukseen sekä terveiden väestöryhmien palautumisnäkökohdat. Ravinteet 13 (6): 1915.
29. Hwang, P. et ai. (2020). Pyrrolokinoliinikinonin (PQQ) lisäyksen vaikutukset aerobiseen harjoitussuoritukseen ja mitokondrioiden biogeneesin indekseihin kouluttamattomilla miehillä. American College of Nutritionin lehti 39 (6): 547-556.
30. Jeromson, S. & Hunter, D. (2014). Mitokondrioiden kalvon koostumukseen ja bioenergetiikkaan vaikuttaminen omega-3-lisännällä. The Journal of Physiology 592 (Pt 9): 1913-1914.
31. Elhassan, Y. et ai. (2019). Nikotiiniamidiribosidi lisää ikääntyneen ihmisen luustolihaksen NAD+-metaboliinia ja indusoi transkriptomisia ja anti-inflammatorisia allekirjoituksia. Soluraportit 28 (7): 1717-1728.
32. de Oliveira, M. et ai. (2016). Kurkumiini, mitokondrioiden biogeneesi ja mitofagia: Viimeaikaisten tietojen tutkiminen ja tulevien tarpeiden osoittaminen. Biotechnology Advances 34 (5): 813-826.
33. Handy, D. & Joseph, J. & Loscalzo, J. (2021). Seleeni, hivenravinne, joka moduloi sydän- ja verisuoniterveyttä redox-entsymologian kautta. Ravinteet 13 (9): 3238.
34. Fernandez-Marcos, P. & Auwerx, J. (2011). PGC-1a:n, mitokondrioiden biogeneesin solmunsäätelijän, säätely. American Journal of Clinical Nutrition 93 (4): 884S-890S.
35. Helgerud, J. et ai. (2007). Aerobiset korkean intensiteetin intervallit parantavat VO2max-arvoa enemmän kuin kohtalainen harjoittelu. Lääketiede ja tiede urheilussa ja liikunnassa 39 (4): 665–671.
36. Burgomaster, K. et ai. (2008). Samanlaisia ​​​​aineenvaihdunnan mukautuksia harjoituksen aikana matalan volyymin sprintin ja perinteisen kestävyysharjoittelun jälkeen ihmisillä. Journal of Physiology 586 (1): 151–160.
37. Wilkinson, S. et ai. (2008). Resistenssi- ja kestävyysharjoittelun erilaiset vaikutukset syömistilassa signaalimolekyylien fosforylaatioon ja proteiinisynteesiin ihmisen lihaksessa. The Journal of Physiology 586 (15): 3701-3717.
38. Porter, C. & Reidy, P. & Bhattarai, N. & Sidossis, L. & Rasmussen, B. (2015). Resistenssiharjoittelu muuttaa mitokondrioiden toimintaa ihmisen luustolihaksessa. Lääketiede ja tiede urheilussa ja liikunnassa 47 (9): 1922-1931.
39. Baar, K. (2006). Kestävyyden ja voiman harjoittelu: solusignaloinnin oppitunteja. Lääketiede ja tiede urheilussa ja liikunnassa 38 (11): 1939-1944.
40. Ashrafi, G. & Schwarz, T. (2013). Mitofagian reitit laadunvalvontaan ja mitokondrioiden puhdistumiseen. Solujen kuolema ja erilaistuminen 20 (1): 31-42.
41. Green, D. & Galluzzi, L. & Kroemer, G. (2011). Mitokondriot ja autofagia-tulehdus-solukuolema-akseli organismin ikääntymisessä. Tiede 333 (6046): 1109-1112.
42. Mishra, E. & Thakur, M. (2023). Mitofagia: Lupaava terapeuttinen kohde hermosuojalle ikääntymisen ja ikääntymiseen liittyvien sairauksien aikana. British Journal of Pharmacology 180 (12): 1542-1561.
43. Cantó, C., & Auwerx, J. (2011). Kalorirajoitus: onko AMPK keskeinen anturi ja efektori? Fysiologia 26 (4): 214-224.
44. Um, J. et ai. (2010). AMP-aktivoidut proteiinikinaasipuutteiset hiiret ovat resistenttejä resveratrolin metabolisille vaikutuksille. Diabetes 59 (3): 554-563.
45. Das, S. & Mitrovsky, G. & Vasanthi, H. & Das, D. (2014). Rypäleperäisen antioksidantin ikääntymistä estäviä ominaisuuksia säätelee fuusion ja fission mitokondriaalinen tasapaino, joka johtaa Sirt1-Sirt3-Foxo3-PINK1-PARKIN-signalointiverkoston laukaisemaan mitofagiaan. Oksidatiivinen lääketiede ja solujen pitkäikäisyys 2014: 345105 .
46. Longo, V. & Panda, S. (2016). Paasto, vuorokausirytmit ja aikarajoitettu ruokinta terveenä elinkaaren aikana. Cell Metabolism 23 (6): 1048-1059.
47. Mehrabani, S. & Bagherniya, M. & Askari, G. & Read, M. I& Sahebkar, A. (2020). Paaston tai kalorirajoituksen vaikutus mitofagian induktioon: kirjallisuuskatsaus. Journal of Cachexia, Sarcopenia ja Muscle 11 (6): 1447-1458.
48. Wei, Y. & Lee, H. (2002). Oksidatiivinen stressi, mitokondrioiden DNA-mutaatio ja antioksidanttientsyymien heikkeneminen ikääntymisessä. Experimental Biology and Medicine e 227 (9): 671-682.
    
49. Zapico, S. & Ubelaker, D. (2013). mtDNA-mutaatiot ja niiden rooli ikääntymisessä, sairauksissa ja oikeuslääketieteellisissä tieteissä. Aging and Disease 4 (6): 364-830 .
50. Hernansanz-Agustín, P. & Enríquez, J. (2021). Reaktiivisten happilajien tuottaminen mitokondrioissa. Antioksidantit 10 (3): 415.
51. Dunn, J. & Alvarez, L. & Zhang, X. & Soldati, T. (2015). Reaktiiviset happilajit ja mitokondriot: solujen homeostaasin yhteys. Redox Biology 6 : 472-485.
52. Correia-Melo, C. et ai. (2016). Mitokondrioita tarvitaan vanhenevan fenotyypin ikääntymistä edistäviin piirteisiin. The EMBO Journal 35 (7): 724-742.
53. Ong, S. & Kalkhoran, S. & Cabrera-Fuentes, H. & Hausenloy, D. (2015). Mitokondrioiden fuusio- ja fissioproteiinit uusina terapeuttisina kohteina sydän- ja verisuonitautien hoidossa. European Journal of Pharmacology 763 : 104-114.
54. Chen, G. & Kroemer, G. & Kepp, O. (2020). Mitofagia: kasvava rooli ikääntymisessä ja ikään liittyvissä sairauksissa. Frontiers in Cell and Developmental Biology 8 : 200.