buněčná energie

Buněčná energie – co způsobuje nedostatečná produkce ATP, díl 2.

V minulém díle jsme si ukázali, jak dochází v organismu k produkci a obnově buněčné energie. V dnešním článku se zaměříme na to, jaké problémy mohou nastat, pokud mitochondrie nemohou produkovat dostatek energie.

Buněčná energie – co způsobuje nedostatečná produkce ATP, díl 2.

Mitochondrie jsou klíčové organely zodpovědné za tvorbu buněčné energie. Snížení nebo ztráta jejich funkce může vést k nadměrné únavě a různým chronickým onemocněním. A jaká je příčina? Na molekulární úrovni dochází ke zhoršení funkce mitochondrií především v důsledku:

  • změn na vnitřní membráně mitochondrií spojených se ztrátou elektrického a chemického potenciálu
  • snížené funkce elektronového transportního řetězce
  • zhoršeného zásobování mitochondrií metabolity důležitými pro produkci buněčné energie

Tyto změny následně vedou ke snížení produkce ATP. Naštěstí existují přírodní látky, které mohou při vhodném užití významně snížit únavu i další příznaky, a přirozenou cestou obnovit správnou funkci mitochondrií i u pacientů trpících chronickými problémy. Mezi takové látky patří například l-karnitin, kyselina alfa-lipoová nebo koenzym Q10.

Jaká onemocnění mohou vzniknout kvůli snížení produkce ATP

Mitochondriální poruchy a snížená produkce ATP jsou běžně součástí procesu stárnutí a doprovází v podstatě všechna myslitelná chronická onemocnění. Mezi tato onemocnění patří:

  • neurodegenerativní choroby jako je Alzheimerova choroba, Parkinsonova choroba a Huntingtonova choroba
  • kardiovaskulární choroby jako je ateroskleróza a další srdeční a cévní onemocnění,
  • diabetes a metabolický syndrom
  • autoimunitní choroby jako je roztroušená skleróza nebo systémový lupus
  • neurobehaviorální a psychiatrická onemocnění, jejichž příkladem jsou poruchy autistického spektra, schizofrenie a bipolární poruchy a poruchy nálady
  • gastrointestinální poruchy
  • únavová onemocnění, jako je chronický únavový syndrom
  • muskuloskeletální onemocnění, jako je fibromyalgie a hypertrofie/atrofie kosterního svalstva
  • rakovina
  • chronické infekce

Mitochondriální poruchy na buněčné úrovni

Problémy s produkcí energie mohou být zapříčiněny i nedostatečným počtem mitochondrií. Počet a funkční stav těchto organel v buňce lze měnit prostřednictvím složitých buněčných procesů, v rámci kterých může docházet k:

  • fúzi částečně dysfunkčních mitochondrií a smícháním jejich nepoškozených složek za účelem zlepšení celkové funkce
  • tvorbě zcela nových mitochondrií
  • odstranění a úplné degradací dysfunkčních mitochondrií

Schopnost buněk produkovat vysokoenergetické molekuly jako ATP, přímo souvisí se schopností mitochondrií přeměňovat energii z přijatých metabolitů na NADH a následně přenášet elektrony z NADH do elektronového transportního řetězce. V důsledku procesu transportu elektronů dochází k produkci volných kyslíkových radikálů, které mohou poškozovat buněčné lipidy, proteiny a DNA. Buněčná antioxidační ochrana obvykle udržuje hladinu volných radikálů v koncentracích, které zabraňují nadměrné oxidaci buněčných molekul. Antioxidační stav mohou příznivě ovlivnit také antioxidanty ze stravy. Ty pomáhají snižovat nadměrné koncentrace volných radikálů na fyziologickou úroveň, kterou pak mohou udržovat endogenní (vnitřní) antioxidační systémy.

Mitochondriální poruchy a únava

Mitochondriální poruchy jsou přímo spojené s nadměrnou únavou, celkovou ztrátou energie a neschopností vykonávat i jednoduché úkoly bez námahy. Zatímco mírná únava může být způsobena různými příčinami, včetně deprese a dalších psychologických problémů, středně těžká a těžká únava zpravidla souvisí s poruchou buněčných energetických systémů, ztrátou funkce mitochondrií a sníženou produkcí ATP. Chronická únava je doprovodným jevem mnoha klinických diagnóz a často se vyskytuje dříve, než je diagnostikováno primární onemocnění.

V důsledku stárnutí a chronických onemocnění dochází k oxidativnímu poškození membrán mitochondrií, což zhoršuje jejich funkci. Například u jedinců trpících syndromem chronické únavy lze pozorovat známky oxidativního poškození lipidů a DNA, které poukazují na nadměrný oxidativní stres. U těchto jedinců se také objevují dlouhodobě zvýšené hladiny peroxynitritu, který vzniká reakcí volných radikálů peroxidu s volnými radikály oxidu dusnatého. Tyto zvýšené hladiny mohou mít za následek peroxidaci lipidů a ztrátu funkce mitochondrií.

Mitochondriální funkce během stárnutí

Proces stárnutí je spojen s postupným snižováním funkce kosterního svalstva i zhoršením funkce mitochondrií. Mezi 30. a 70. rokem života může dojít ke zhoršení funkční kapacity kosterního svalstva o 25 až 30 %. Tento jev může vést ke snížení fyzické aktivity a zvýšení rizika úrazu, což má potenciál atrofii (úbytek) kosterního svalstva ještě prohloubit. Vědci předpokládají, že snížení kosterní svalové hmoty má za následek pokles množství i funkce mitochondrií. Zároveň snížená funkce mitochondrií negativně ovlivňuje kvalitu i kvantitu kosterního svalstva. Cestou z tohoto začarovaného kruhu může být cvičení a fyzická aktivita.

Cvičení v organismu aktivuje klíčové stresové signály, které pozitivně ovlivňují dráhy, které přepisují geny zapojené do biogeneze (vznik nových), fůze (spojování) a metabolismu mitochondrií v kosterním svalstvu. Pozitivní vliv cvičení můžeme pozorovat jak u mladších a zdravých jedinců, tak i u starší nebo nemocné populace. Správná funkce mitochondrií může zmírnit nebo zabránit atrofii kosterního svalstva a snížit tak riziko rozvoje či závažnost různých chronických stavů. U kriticky nemocných pacientů, kteří nemohou cvičit, je dokonce možné podpořit biogenezi a funkci mitochondrií kosterního svalstva prostřednictvím léků, které mohou aktivovat potřebné signální dráhy.

Závěrem

Mitochondrie jsou klíčové pro tvorbu buněčné energie. Pokud dojde ke snížení nebo ztrátě jejich funkce, může dojít k rozvoji nadměrné únavy nebo dalších příznaků spojených s různými vleklými zdravotními problémy. Ke snížení množství a funkce mitochondrií může docházet v důsledku stárnutí nebo chronických onemocnění. Tento proces je naštěstí možné zpomalit nebo zvrátit díky pravidelnému cvičení, které může aktivovat dráhy zodpovědné za biogenezi a podporu funkce mitochondrií. Existují také přírodní látky, které mohou přirozenou cestou funkci mitochondrií obnovit. Právě na ty se zaměříme v následujícím článku.

Autor článku: Mgr. Tomáš Pavelek

Reference:

  1. Nicolson GL. Mitochondrial Dysfunction and Chronic Disease: Treatment With Natural Supplements. Integr Med (Encinitas). 2014 Aug;13(4):35-43. PMID: 26770107; PMCID: PMC4566449.
  2. Seo DY, Lee SR, Kim N, Ko KS, Rhee BD, Han J. Age-related changes in skeletal muscle mitochondria: the role of exercise. Integr Med Res. 2016 Sep;5(3):182-186. doi: 10.1016/j.imr.2016.07.003. Epub 2016 Jul 22. PMID: 28462116; PMCID: PMC5390452.
  3. Russell AP, Foletta VC, Snow RJ, Wadley GD. Skeletal muscle mitochondria: a major player in exercise, health and disease. Biochim Biophys Acta. 2014 Apr;1840(4):1276-84. doi: 10.1016/j.bbagen.2013.11.016. Epub 2013 Nov 27. PMID: 24291686.