Mitochondrium: a kulcs a hosszú élettartamhoz

Úgy nevezik őket, hogy sejtek erőművei – éppen a mitokondriumokban alakulnak át a táplálékkal bevitt tápanyagok energiává, amely az egész testünket hajtja. Ezek a kis sejtszervecskék ezért közösen határozzák meg vitalitásunkat, testünk hajlandóságát a fogyásra, de az öregedésünk sebességét is.

Kis figyelmeztetés az elején: ez a cikk hosszú lesz. A legújabb kutatások szerint azonban a mitokondriumok olyan alapvető módon befolyásolják egészségünket, öregedési folyamatainkat, valamint fizikai és mentális teljesítményünket, hogy megérdemlik egy részletesebb, kellő mélységű szöveget. A mitokondriumok ugyanis a sejteknek azt a legfontosabbat biztosítják, amire működésükhöz szükségük van: energiát. Ezenkívül fontos módon különböznek a többi sejtorganellumtól (a sejtmagot kivéve): saját DNS-sel rendelkeznek.

A mitokondriumok aerob módon termelnek energiát, vagyis oxigén jelenlétében oxidálják a glükózt és a zsírsavakat. A molekuláikban található energiát ezután úgynevezett makroerg foszfátokba (pl. ATP) tárolják, amelyek az egyetlen anyagok, amelyek az összes testsejt energiaforrásaként szolgálhatnak.

A mitokondriumok „kondíciója” ezért különösen fontos azoknak a szöveteknek, amelyek az aerob energiaellátástól függenek – ez leginkább az agyra, a szívre és a szemre vonatkozik, ahol az ezeknek a sejteknek a működéséhez szükséges energia akár 90%-a aerob módon termelődik. Éppen ezért ezek a szervek a legérzékenyebbek a mitokondriumok működésének zavarára. Közvetlenül ezek után következnek a vázizomok, a hasnyálmirigy Langenrhans-szigetei, a vesék és a máj.

Érdekes, hogy nagy mennyiségű mitokondrium található az állóképességi sportolók izomsejtjeiben. Az állóképességi sportágakban ugyanis az izmok az energia nagy részét aerob módon nyerik, ezért a mitokondriumok számának növekedése fontos része az állóképességi terheléshez való alkalmazkodásnak.

Kicsit másfajta DNS

A legtöbben valószínűleg emlékeznek arra, hogy DNS-ünk a sejtmagban található. Ez igaz, de a sejtmag nem az egyetlen hely, ahol ez a kulcsfontosságú anyag megtalálható. A mitokondriumok is rendelkeznek saját DNS-sel. Amikor a sejt osztódik, a sejtmagban először a DNS replikációja történik, amelynek során az eredeti kettős spirálból két új, azonos spirál keletkezik. Ugyanez a folyamat zajlik a mitokondriumokban is.

Minden mitokondriumban 2-10 mitokondriális DNS-molekula (mtDNS) található. Minden sejt, a szövet típusától (és a mitokondriumok számától) függően, általában ezer és tízezer mtDNA molekula között tartalmaz. Kivételt képeznek a spermiumok, amelyekben csak néhány száz, és a petesejtek, amelyekben viszont akár 100 000 is található.

A sejtmagban található DNS-hez hasonlóan az mtDNS-t is szüleinktől örököljük, beleértve azokat a negatív változásokat is, amelyek mutációk vagy epigenetikai folyamatok következtében alakultak ki, és amelyeket szüleink a fogantatásunkig az mtDNS-ükben felhalmoztak. Van azonban egy alapvető különbség: míg a sejtmag DNS esetében a gének felét anyánktól, felét pedig apánktól örököljük, a mitokondriális DNS-t szinte kizárólag anyánktól örököljük. Ennek két oka van: egyrészt a petesejtben sokkal több mitokondriális DNS-molekula található, mint a spermiumokban, másrészt a spermiumok mitokondriumai szinte teljesen megsemmisülnek, amikor a petesejtbe kerülnek. Éppen az mtDNA elemzése vezette a tudósokat arra a hipotézisre, hogy az összes ember a világon egyetlen nő leszármazottja, aki 250 000 évvel ezelőtt élt Afrikában.

Az apai mitokondriális DNS tehát csak minimális mennyiségben található meg sejtjeinkben, de ha károsodik, akkor is problémákat okozhat – leírtak például egy olyan esetet, amikor egy beteg pontosan az apai mtDNS mutációi miatt szenvedett myopathiában.

Mutációk, amerre csak nézel

Az mtDNA szerkezete eltér a sejtmagban található DNS-étől. Hiányoznak belőle a hisztonok nevű fehérjék, amelyek a sejtmagban részt vesznek ennek az anyagnak a szerkezetének kialakításában – a DNS-láncok éppen a hisztonokra tekerednek fel, mint a cérna a cséve. Ezért az mtDNA kevésbé védett, és ezért mutációk tízszer gyakrabban alakulnak ki benne, mint a sejtmagban. Ezenkívül működését epigenetikai változások is zavarják – azaz olyan biokémiai reakciók, amelyek csökkentik vagy éppen növelik az egyes gének aktivitását.

Míg az epigenetikai változások nagyrészt visszafordíthatók (bár ehhez általában alapvető életmódváltásra van szükség), a mutációk által okozott változások véglegesek. Csak akkor szűnhetnek meg, ha a „mutált” mitokondrium vagy az egész sejt megsemmisül. Ráadásul sajnos az is igaz, hogy amikor a sejt osztódik, a sejtmag DNS-e mellett a mitokondriális DNS is lemásolódik. Sajnos azért, mert ezzel együtt minden hiba is lemásolódik – mind a mutációk által okozottak, mind az epigenetikai változások által okozottak. A kétféle DNS-típusban bekövetkező negatív változások általában az életkor előrehaladtával növekednek, és emiatt nemcsak a sejtmag DNS-ében, hanem a mitokondriumokban is növekszik azok mértéke.

Mitokondriumok és öregedés

Ahogy az organizmus öregszik, a mitokondriumok is változnak – csökken a számuk, nagyobbak lesznek, szerkezetükben különböző rendellenességek alakulnak ki, ami hatással van a működésükre is. Különösen csökken az energia termelésének hatékonysága, így az egyes szövetek sejtjei egyfajta „alultápláltságban” szenvednek, annak ellenére, hogy a vérben elegendő tápanyag áramlik hozzájuk. Azonban más folyamatok is zavartak a szervezetben, például a kalcium egyensúlya vagy a sejtmembránok áteresztőképessége. A különösen magas mértékű negatív változások apoptózishoz, vagyis sejthalálhoz vezetnek.

Ugyanakkor azonban úgy tűnik, hogy ez a kapcsolat valószínűleg fordítva is igaz: minél több negatív változás halmozódik fel a mitokondriumokban, annál gyorsabban öregszünk, és annál nagyobb a kockázata számos betegségnek és más öregedési tüneteknek. Mindenesetre igaz, hogy míg fiatal egyéneknél általában csak kis mértékű mitokondriumkárosodás fordul elő, addig időseknél ezeknek az organelláknak a túlnyomó többsége már károsodott.

A mitokondriumok diszfunkciójához közvetlenül kapcsolódik számos betegség kialakulása is – különösen azoké, amelyek az aerob energia termelésre leginkább igényes szerveket érintik. Tipikus példa erre az Alzheimer-kór, egyes szembetegségek, szív- és érrendszeri betegségek vagy cukorbetegség, de akár a hajhullás, az oszteoporózis vagy az autizmus is. A különböző betegségek és a mitokondriumok működése közötti szorosabb összefüggéseket a cikk következő részében mutatjuk be.

A mitokondriumok működésének romlása az egyik oka annak is, hogy az életkor előrehaladtával növekszik a súlygyarapodás tendenciája. Alapvető feladatuk ugyanis a tápanyagok energiává történő átalakítása, és ha ez a folyamat akadozik, a táplálékkal bevitt tápanyagok sokkal nagyobb mennyiségben rakódnak le zsírkészletek formájában.

Vigyázzunk a szabad gyökökre

A mitokondriumok rendkívül érzékenyek az oxidatív stresszre. A szabad gyökök fokozott termelése ezért jelentősen zavarja működésüket. Ráadásul gyakran éppen a mitokondriumok zavara okozza a sejtek oxidatív stressz miatti elhalását. A mitokondriumok számára különösen problémásak a peroxid- és oxigénradikálisok – ezek felhalmozódása a sejtekre hasonlóan pusztító hatással van, mint a sugárzás, és akár apoptózist, azaz sejthalált is okozhat.

Az életkor előrehaladtával a szervezet antioxidáns védelme romlik, ami ismét növeli a mitokondriumok károsodásának kockázatát. A károsodott mitokondriumok emellett maguk is rengeteg szabad gyököt termelnek, így egy ördögi kör alakul ki, amely egyre nagyobb károsodást okoz a szervezet számos szövetében és rendszerében.

De a problémák ezzel még korántsem érnek véget. A károsodott mitokondriumok által kiválasztott anyagok ugyanis az immunsejtek receptoraihoz kötődnek, amelyek ezután ugyanúgy reagálnak, mint amikor kórokozóval találkoznak – elkezdik kiválasztani a citokinek nevű anyagokat, amelyek elősegítik a gyulladásos folyamatok kialakulását. A folyamatos gyulladás ezután növeli számos betegség kialakulásának kockázatát, beleértve a legsúlyosabbakat is.

Egyes hipotézisek szerint a peroxid- és oxigénradikálisok hozzájárulhatnak a szervezet immunitásának gyengüléséhez a vírusos és egyéb fertőzésekkel szemben, mivel a általuk károsított sejtekben a vírusrészecskék sokkal gyorsabban terjednek.

Ebből következik, hogy ha sikerül támogatnunk a mitokondriumok működését, akkor valóban sokat teszünk az egész test működéséért.

Remény a plastoquinon nevében

Úgy tűnhet, hogy a mitokondriumok diszfunkciójával kapcsolatos öregedés és betegségek elleni leghatékonyabb fegyver a magas antioxidánsbevitel. Erre a célra egészen a közelmúltig például az E-vitamin pótlását ajánlották. Sajnos azonban ez nem ilyen egyszerű. Egyrészt igaz, hogy az alacsony antioxidánsbevitel felgyorsítja az öregedést, de a szabad gyökök teljes megsemmisítése az egész szervezetben szintén nem kívánatos, mert ezek az anyagok bizonyos mennyiségben jótékony hatással vannak a szervezetre. A szervezet ezért nem engedi meg az összes szabad gyök eltávolítását, ezért a bizonyos mennyiség felett bevitt antioxidánsokat könyörtelenül megsemmisíti. Emiatt azonban a mitokondriumokban is marad egy bizonyos mennyiségű peroxid- és oxigéngyök, amelyek itt károsodást okozhatnak.

Az egyetlen lehetséges megoldás annak biztosítására, hogy a mitokondriumokban minden szabad gyök megsemmisüljön, az, hogy az antioxidánsokat közvetlenül ezeknek az organelláknak a belsejébe juttassuk. Sajnos egyetlen természetes anyag sem rendelkezik ezzel a képességgel, azonban több tudományos csapat Oroszországból, az USA-ból és Svédországból már néhány éve intenzíven dolgozik olyan szintetikus antioxidánsok fejlesztésén és tesztelésén, amelyek kifejezetten hatékonyak lennének a mitokondriumok védelmében. Eddig nagyon ígéretesnek tűnnek a plastokinon (SkQ) anyag származékai, különösen az SkQ1, SkQ3 és SkQR1 rövidítéssel jelölt vegyületek. A plastokinon ugyanis egy „molekuláris mozdony” (igen, ezt a kifejezést valóban használják a tudományos körökben), amely képes az antioxidánsokat a mitokondriumok belsejébe szállítani.

Már nagyon kis mennyiségű SkQ1 és SkQR1 is képes volt állatkísérletek során teljesen megállítani a peroxid gyökök által okozott apoptózist. Nagyobb koncentrációk pedig jelentősen lassították az öregedést, mind gerinctelen állatok, mind emlősök esetében. Emellett emlősöknél a plastokinon-származékok beadása után jelentősen csökkent bizonyos korral kapcsolatos betegségek, például az osteoporosis, a szürkehályog, a zöld hályog és a retinopatia (a retinát károsító betegség) kialakulásának kockázata. A SkQ1 beadása után még a szívinfarktus és a stroke után érintett területek is csökkentek!

A plastokinon-származékok emellett hatékonyan gátolják az úgynevezett szeneszkensz cellák kialakulását. Ezek olyan sejtek, amelyek már számos sejtciklust végigmentek és elvesztették osztódási képességüket. Ugyanakkor nem halnak el, hanem felhalmozódnak a szövetekben, és számos problémát okozhatnak. Pontosan ez a szeneszencia folyamat számít az öregedés egyik legfontosabb mechanizmusának (további információk itt: https://www.epivyziva.cz/elixir-mladi-klic-mozna-lezi-v-senescentnich-bunkach /). A mitokondriumok védelme a szabad gyökök hatása ellen képes gátolni a szeneszenciális sejtek kialakulását.

Van tehát remény, hogy hamarosan megkapjuk a valódi fiatalság elixírjét.

Mitokondriumok és bélmikrobiom

A szintetikus antioxidánsok azonban nem az egyetlen módja a mitokondriumok védelmének és működésük támogatásának. Egy másik nagyon hatékony fegyver közvetlenül a testünkben található. Ez a közelmúltban oly gyakran emlegetett bélmikrobiom.

Az elmúlt években a bélmikrobiom egyensúlyának megzavarását egyre több betegség kialakulásával hozták összefüggésbe, és egyáltalán nem véletlen, hogy ezek nagy része valamilyen módon az agyhoz kapcsolódó probléma – legyen az például Alzheimer-kór, depresszió vagy akár autizmus. A bélrendszerünkben élő mikroorganizmusok ugyanis nemcsak az emésztésben, bizonyos tápanyagok termelésében és a bélrendszer optimális környezetének és mikrobiális egyensúlyának fenntartásában vesznek részt. Egyes bélbaktériumok olyan anyagokat is termelnek, amelyek bejutnak a véráramba, és ezáltal befolyásolják az egész test működését.

Talán a legfontosabbak közülük a rövid láncú zsírsavak, azaz az acetát, a propionát és a butirát. Különösen az utóbbi, a butirát elengedhetetlen a mitokondriumok működéséhez, és epigenetikus úton akár egyes gének aktivitását is befolyásolhatja a mitokondriális DNS-ben. A butirát egyúttal javítja a mitokondriumok képességét a tápanyagok oxidálására és azokból ATP formájában történő energia előállítására. Növeli a sejtek inzulinérzékenységét is, ami szintén javítja a mitokondriumok energia előállítási képességét (és természetesen a vércukorszint szabályozását is). A butirát csökkenti a szabad oxigénradikálisok koncentrációját a mitokondriumokban, javítja azok integritását és általánosságban védi őket a károsodástól.

A butirát másik érdekes funkciója az autofágia elősegítése, amely egy olyan folyamat, amelynek során a sejt szó szerint megeszi önmagát. Ezzel a folyamattal a sejt képes eltávolítani belsejéből azokat a részeket, amelyek valamilyen módon károsodtak, ideértve a sérült mitokondriumokat is.

A mitokondriumok emellett hatékonyan tudják felhasználni a butirátot energiaforrásként, ami különösen az Alzheimer-kórban lehet előnyös, amelyben az agysejtek az inzulinrezisztencia miatt energiaszegénységben szenvednek.

Hogyan támogathatjuk a mitokondriumok működését?

Az antioxidáns védelem mellett a mitokondriumok védelme és működésének támogatása érdekében mindenképpen érdemes gondoskodni a bélmikrobióm állapotáról, különösen a probiotikumok és prebiotikumok rendszeres fogyasztásával. Ebben a tekintetben különösen fontos a magas rosttartalmú étrend, amely táplálékul szolgál a bélbaktériumok számára.

Továbbá kiemelendő az aerob jellegű mozgás (gyors séta, futás, úszás, kerékpározás stb.). Mint már a bevezetőben említettük, ezekhez a tevékenységekhez az izmoknak aerob módon kell energiát nyerniük, ami éppen a mitokondriumok feladata. Ha tehát rendszeresen aerob mozgást végzünk, a test a terheléshez alkalmazkodik azáltal, hogy növeli a mitokondriumok számát az izomsejtekben és javítja azok működését. Ez a hatás idősek esetében is érvényesül, és ehhez elegendő a viszonylag alacsony intenzitású terhelés (gyors séta szintje).

A mitokondriumok számának növekedése az izmokban és funkciójuk javulása nemcsak a sportteljesítmény javulását eredményezi, hanem kedvező mellékhatásként javítja az izmok inzulinérzékenységét is. Ez csökkenti az inzulinrezisztenciát és a vércukorszintet, ami fontos a cukorbetegség és az elhízás megelőzésében és kezelésében. Az elhízott egyéneknél a legtöbb esetben a mitokondriumok működése alapvetően zavart, ami a tápanyagok energiává történő átalakításának korlátozott kapacitása miatt megnehezíti a fogyást. Ezáltal az elhízott egyének egy ördögi körbe kerülnek, és éppen a rendszeres testmozgásra való koncentrálás segíthet nekik kilépni belőle.

A mitokondriumok károsodásában a magas egyszerű cukorfogyasztás, azaz a glükóz, a fruktóz és a szacharóz is szerepet játszik. Ezek ugyanis a szervezetben reakcióba lépnek a fehérjékkel és zsírokkal, és így keletkeznek az AEG nevű vegyületek. Ezek elősegítik az NF-kB anyag képződését, amely a sejtekben számos gyulladásos gént aktivál. Ennek eredménye egy gyulladásos folyamat, amely rontja a szervezet számos folyamatát, és többek között károsítja a mitokondriumokat is. Ezért mindenképpen érdemes megpróbálni korlátozni az említett egyszerű cukrok étrendben való jelenlétét.

A mitokondriumokra pozitív hatással van az összes kalóriabevitel korlátozása is – ez többek között összefüggésben áll az organellák antioxidáns védelmének javulásával, és különösen jelentős védő hatással van az idegsejtekre. Az éhezés szintén támogatja a sejtek autofágiáját, amely a sejtek módszere a sérült mitokondriumok eltávolítására.

A mitokondriumok működését epigenetikai változások is befolyásolják, különösen két gén – a CGAT és az SHMT2 – területén. Ezek felelősek a glicin aminosav termeléséért a mitokondriumokban, és éppen a glicin támogatja jelentősen a mitokondriumok működését.

Hasznos étrend-kiegészítők

Sirtuin-aktivátorok – a sirtuinek olyan enzimek, amelyek a hosszú élettartammal hozhatók összefüggésbe, és fontos szerepet játszanak a mitokondriumokban zajló folyamatok megfelelő lefolyásában. A legismertebb sirtuin-aktivátorok közé tartozik a resveratrol, a szőlő héjában található színezék. Hasonló hatással rendelkezik a piceatannol nevű vegyület is, amely szintén a szőlőben, és kisebb mértékben az áfonyában is megtalálható.

Butirát – a rövid láncú zsírsavat a bélmikrobiómban (lásd fent) található baktériumok termelik, de szintjét étrend-kiegészítők szedésével is lehet növelni.

Glicin – ez egy aminosav, amely a táplálkozás szokásos része. Amikor azonban nagyon idős (90 év feletti) személyeknek adták, a mitokondriumok működése jelentősen javult.

B2-vitamin – ebből a vitaminból származik a flavin-adenin-dinukleotid nevű anyag, amely alapvető fontosságú a mitokondriumok működéséhez.