Tag: гликолиз

Как у людей с шизофренией и БАР обстоят дела с митохондриями?

В новый год с обнимку с митохондриями ? в смысле, я прочитала 9 статей про особенности (дис)функции митохондрий при биполярном расстройстве и шизофрении.

В двух словах: есть явные проблемы с митохондриями, которые возможно компенсировать, используя как психотропные препараты, так и (или) другие вмешательства, оптимизирующие функцию митохондрий. Мне кажется, это имеет отношение и к нынешнему вирусу, про который известно, что он выбирает своей мишенью митохондрии. 

Желающие погрызть гранит науки, добро пожаловать ? 

Что уже знала к моменту чтения:

 ⁃ пока не существует биомаркеров, которые бы могли помочь предсказать, какие лекарства помогут какому пациенту (подбор осуществляется методом проб и наблюдения за соотношением положительного результата и отрицательных побочных эффектов); было бы реально круто, если бы такие биомаркеры были; 

 ⁃ работа митохондрий, эффективное производство энергии, регуляция внутриклеточной концентрации кальция и подвижность митохондрий крайне важны для клеток мозга, потому что синаптогенез и обусловленная им нейропластичность — крайне энергоемкие процессы;

 ⁃ дизрегуляция концентрации кальция и дисфункция митохондрий взаимно обусловливают друг друга; 

 ⁃ выделение нейротрансмиттеров и их обратный захват — также энергоемкие процессы, и функция митохондрий влияет и на них;

 ⁃ чтобы образовывались синапсы и выделялись нейротрансмиттеры, нужно, чтобы митохондрии внутри клеток были достаточно подвижными; высокая концентрация кальция и АДФ в клетке снижает подвижность митохондрий;

 ⁃ неоптимальная работа митохондрий приводит к окислительному стрессу — свободные радикалы окисляют все, что им попадается (ДНК и РНК, липиды, белки);

 ⁃ большая часть свободных радикалов выделяется при работе первого комплекса (особенно при нехватке коэнзима Q10); для их нейтрализации нужно достаточное количество антиоксидантов, производимых преимущественно самой клеткой;

 ⁃ хроническое воспаление повышает проницаемость митохондриальных мембран для свободных радикалов;

 ⁃ гипоксия ведет к повышению выделения свободных радикалов митохондриями; 

 ⁃ выделение свободных радикалов митохондриями — “заразный” процесс, одни митохондрии могут индуцировать другие;

 ⁃ окисление липидов, составляющих миелиновые оболочки отростков нейронов, ведет к нарушениям электрической проводимости и проблемам с передачей нервных импульсов;

 ⁃ для того, чтобы синтезировать и собрать воедино белки, составляющие комплексы передачи электронов в митохондриальной мембране, требуется участие как митохондриальной ДНК, так и ядерной ДНК;

 ⁃ митохондрии могут сливаться друг с другом и разделяться на более мелкие; процессы слияния помогают повышать эффективность производства энергии, процессы деления помогают отбраковывать поврежденные участки митохондриальных мембран;

 ⁃ митохондрии, будучи поврежденными, производят массу воспалительных цитокинов;

 ⁃ митохондрии при определенных условиях запускают процесс клеточной смерти (апоптоза).

Что узнала, чего раньше не знала:

 ⁃ и у пациентов с шизофренией, и у пациентов с биполярным расстройством обнаруживаются митохондриальные дисфункции (много разных вариантов);

 ⁃ если сравнивать пациентов и здоровых людей, у пациентов обнаруживаются отклонения в нескольких параметрах, связанных с функциями митохондрий; включая малую способность потреблять кислород, увеличенную утечку протонов и изменение концентрации разных белков, регулирующих функции митохондрий и их взаимодействие с клеткой в целом; 

 ⁃ при этом те же проблемы с митохондриями у многих пациентов можно обнаружить в лейкоцитах, лимфоцитах и тромбоцитах, а не только в нейронах, что гораздо удобнее для исследований и выработки диагностических маркеров;

 ⁃ при шизофрении наблюдаются изменения в метаболизме некоторых участков мозга (там отличается концентрация глюкозы, креатинфосфата и АТФ, при этом есть корреляция между концентрацией этих веществ и выраженностью редуктивной симптоматики);

 ⁃ у пациентов с биполярным расстройством и шизофренией в мозге более высокая, чем у здоровых, концентрация молочной кислоты, что указывает на то, что процессы окислительного фосфорилирования у них неэффективны и клетки прибегают к гликолизу как способу производства энергии; 

 ⁃ наиболее заметны у пациентов с шизофренией и биполярным расстройством нарушения работы первого комплекса передачи электронов (именно там образуется большая часть свободных радикалов); 

 ⁃ при этом у пациентов с биполярным расстройством нарушения работы первого комплекса достаточно типичны внутри группы (и связаны именно с нарушением передачи электронов), в то время как у пациентов с шизофренией нарушения работы первого комплекса самые разные;

 ⁃ у людей с митохондриальной дисфункцией как основным заболеванием, особенно с нарушением работы первого комплекса, достаточно часто наблюдаются симптомы, напоминающие психотические; 

 ⁃ в частности, биполярное расстройство возникает у них в 20 раз чаще, чем в выборке из генеральной совокупности; 

 ⁃ избыточная активность первого комплекса коррелирует с выраженностью продуктивной симптоматики при шизофрении; она заметно усиливается в острых состояниях;

 ⁃ митохондрии оказываются мишенью воздействия различных психотропных препаратов; некоторые препараты уменьшают количество потребляемого клеткой кислорода;

 ⁃ генетическая предрасположенность к биполярному расстройству и шизофрении может быть связана с мутациями в митохондриальной ДНК (что усиливает роль “наследования по материнской линии”); 

 ⁃ при этом наблюдается нарушение процессов слияния и разделения митохондрий у пациентов с шизофренией и биполярным расстройством; 

 ⁃ циклическая природа биполярного расстройства может объясняться колебанием в эффективности работы митохондрий (при (гипо)мании митохондрии работают гораздо быстрее, в результате получается “очень много энергии” и “очень много нейротрансмиттеров”); в том числе, это может быть связано с тем, что у людей с биполярным расстройством митохондрии в целом меньше по размеру, чем у здоровых; 

 ⁃ длительный (несколько лет) прием психотропных препаратов нормализует большую часть функций митохондрий (за исключением утечки протонов, которая у пациентов продолжает быть выше, что свидетельствует о том, что есть распаренность между комплексами передачи электронов и АТФ-синтазой и нарушения поддержания оптимального мембранного потенциала);

 ⁃ при шизофрении обнаруживаются дефекты белка, отвечающего за транспорт митохондрий внутри клетки; кроме того, что это уменьшает их подвижность, это еще не дает митохондриям эффективно секвестрировать кальций и ведет к повышению концентрации кальция в цитозоле; 

 ⁃ психотропные препараты, применяемые при шизофрении и биполярном расстройстве, влияют на концентрацию кальция; 

 ⁃ в частности, литий блокирует некоторые кальциевые каналы;

 ⁃ литий вообще может оптимизировать функцию митохондрий, но важна концентрация (слишком высокая концентрация лития угнетает функцию митохондрий) и важна специфика имеющихся митохондриальных дисфункций; 

 ⁃ вальпроевая кислота помогает регулировать концентрацию кальция, но оказывает сильное влияние на клеточный метаболизм, в том числе, делая аэробное дыхание менее эффективным как при использовании глюкозы, так и при использовании кетоновых тел в качестве топлива; 

 ⁃ оптимизации функции митохондрий у людей с биполярным расстройством сопутствует удлинение теломер (т.е. это противостоит одному из факторов биологического старения);

 ⁃ есть разница в некоторых метаболических параметрах между пациентами с униполярной депрессией и пациентами в депрессивной фазе биполярного расстройства, и эти параметры могут использоваться для дифференциальной диагностики; один из этих параметров — уровень мочевой кислоты (у людей с биполярным расстройством он бывает выше); также было обнаружено, что у людей с биполярным расстройством повышена активность первого комплекса (см.выше), а у людей с униполярной депрессией — не повышена; активность второго комплекса у всех людей с депрессией снижена по сравнению со здоровыми (…отсюда возможная польза янтарной кислоты? – ДК.); активность четвертого комплекса существенно снижена у людей с биполярным расстройством по сравнению с людьми с депрессией и здоровыми; также у людей с биполярным расстройством существенно снижена активность фермента цитратсинтазы. 

Bar-Yosef, T., Hussein, W., Yitzhaki, O., Damri, O., Givon, L., Marom, C., Gurman, V., Levine, J., Bersudsky, Y., Agam, G., & Ben-Shachar, D. (2020). Mitochondrial function parameters as a tool for tailored drug treatment of an individual with psychosis: a proof of concept study. Scientific reports, 10(1), 12258. https://doi.org/10.1038/s41598-020-69207-4

Machado, A. K., Pan, A. Y., da Silva, T. M., Duong, A., & Andreazza, A. C. (2016). Upstream Pathways Controlling Mitochondrial Function in Major Psychosis: A Focus on Bipolar Disorder. Canadian journal of psychiatry. Revue canadienne de psychiatrie, 61(8), 446–456. https://doi.org/10.1177/0706743716648297

Bergman, O., & Ben-Shachar, D. (2016). Mitochondrial Oxidative Phosphorylation System (OXPHOS) Deficits in Schizophrenia: Possible Interactions with Cellular Processes. Canadian journal of psychiatry. Revue canadienne de psychiatrie, 61(8), 457–469. https://doi.org/10.1177/0706743716648290

Kato T. Neurobiological basis of bipolar disorder: Mitochondrial dysfunction hypothesis and beyond. Schizophr Res. 2017 Sep;187:62-66. doi: 10.1016/j.schres.2016.10.037. Epub 2016 Nov 10. PMID: 27839913.

M. ĽUPTÁK , J. HROUDOVÁ. Important Role of Mitochondria and the Effect of Mood Stabilizers on Mitochondrial Function.

Physiol. Res. 68 (Suppl. 1): S3-S15, 2019 

https://doi.org/10.33549/physiolres.934324

Cikánková T, Fišar Z, Hroudová J. In vitro effects of antidepressants and mood-stabilizing drugs on cell energy metabolism. Naunyn Schmiedebergs Arch Pharmacol. 2020 May;393(5):797-811. doi: 10.1007/s00210-019-01791-3. Epub 2019 Dec 19. PMID: 31858154.

Lundberg, M., Millischer, V., Backlund, L., Martinsson, L., Stenvinkel, P., Sellgren, C. M., Lavebratt, C., & Schalling, M. (2020). Lithium and the Interplay Between Telomeres and Mitochondria in Bipolar Disorder. Frontiers in psychiatry, 11, 586083. https://doi.org/10.3389/fpsyt.2020.586083

Zvěřová, M., Hroudová, J., Fišar, Z., Hansíková, H., Kališová, L., Kitzlerová, E., Lambertová, A., & Raboch, J. (2019). Disturbances of mitochondrial parameters to distinguish patients with depressive episode of bipolar disorder and major depressive disorder. Neuropsychiatric disease and treatment, 15, 233–240. https://doi.org/10.2147/NDT.S188964

Что может приводить к гипоксии тканей при синдроме хронической усталости (поствирусном синдроме)?

Похоже, я из Общества анонимных недышащих. “Привет, меня зовут Дарья, и я не дышу”. 

На самом деле, вчера выяснилось несколько удивительнейших вещей (хотя, в ретроспективе, весьма логичных). Но по порядку (лонгриииид). Это ход моих попыток понять про гипоксию тканей при СХУ. 

Надо было вчера мне за каким-то медицинским-самоисследовательским рожном дохнуть в трубочку, чтобы что-то там померить. А трубочка мне и говорит человеческим голосом: “Вы не дЫшите! Давайте дышИте!” И тут постиг меня инсайт, а потом целая цепочка (не без помощи статей из Пабмеда и друга с доступом к университетской библиотеке). 

Есть такая гипотеза (например, у того же д-ра Дэвида Белла, который шкалу интенсивности СХУ предложил), что основной механизм СХУ — это гипоксия тканей. И если, допустим, умная трубочка с человеческим голосом считает, что я для человека дышу недостаточно, то, скорее всего, та самая гипоксия тканей у меня и есть. 

(дальше воображаемый плакат с красноармейцем, грозно спрашивающим у зрителя: “А все ли в порядке с дыханием у тебя?”)

Я с детства по себе знала, что я не могу бежать длинную дистанцию, потому что не могу дышать. На то, чтобы дышать равномерно и достаточно интенсивно, у меня уходит столько сил и внимания, что сама оставшаяся физическая нагрузка не вызывает ровным счетом никакого удовольствия. Я могла очень быстро пробежать короткую дистанцию (до 100 метров), но все это время я не дышала. (…складывает в копилочку анамнеза гипотезу под названием “нарушение центральной автономной регуляции дыхания”). То есть, если я специально не уделяю дыханию внимание, я дышу поверхностно и нерегулярно. На ходьбу с разговорами хватает, но бежать? — увольте. 

С плаванием была та же ерунда. И проявлялось это в том, что у меня резко и интенсивно уставали и тяжелели мышцы (…здравствуй, лактоацидоз, связанный с неэффективным энергетическим метаболизмом в мышечных клетках). То есть типа легла на воду и лежать-то я на ней могу, но если я начинаю делать усилие, мне очень скоро нужно остановиться и “постоять” или “повисеть” на чем-то и перевести дыхание. “Скажите, где здесь дно?”

Один из самых мерзких симптомов СХУ — это невосстанавливающий сон, когда ты просыпаешься  без ощущения, что ты отдохнула, а, скорее, наоборот, будто ты ночью вагоны разгружала, и с утра тебе конкретно нехорошо несколько часов, нужно время на “прийти в себя”. Похоже, тут тоже гипоксия тканей сильно подгадила. Если я ночью не дышу в достаточной мере (хотя и сплю уже годами в пресловутой прон-позиции), моим митохондриям не хватает кислорода, чтобы осуществлять аэробный метаболизм (хоть-те на углеводах, хоть-те на жирах), и тогда остальная клетка говорит: “Ну, АТФ нужна, давайте мы как-нибудь сами, без митохондрий и без кислорода”. Про это д-р Сара Майхилл подробно пишет. Клетка, конечно, может генерировать АТФ и без кислорода и митохондрий, но медленно и неэффективно. При этом образуется молочная кислота, и образуется ее столько, что печень не справляется ее достаточно быстро нейтрализовать и преобразовывать. Причем на то, чтобы это с ней сделать, уходит втрое больше АТФ, чем было создано анаэробным способом. В итоге мы постоянно “в энергетических долгах” у организма. 

А теперь смотрите на эту красоту. Клетки были в гипоксии, и тут мы проснулись, ласточки, замахали крыльями, задышали, кислород пошел в клетки, и что мы имеем? Ишемию-реперфузию. Про это у д-ра Ли Ноу подробнее. В двух словах, митохондрии подорвались резко накрутить энергии с использованием долгожданного кислорода, и по ходу наделали просто огромное количество свободных радикалов, которые пошли фигачить по чему попало, окисляя это до невозможности использования. Потому что кислород-то есть, а вот разных переносчиков электронов в достаточном количестве не подогнали еще. 

(А если эти митохондрии еще и пострадали от вируса или сразу были не в лучшем виде, то они всегда много свободных радикалов производят. Особенно на высокоуглеводной диете.)

Вот мы в общих чертах увидели два “конца отрезка” дыхательного процесса (как он регулируется мозгом и как там внутри клетки чего). А посередине у нас “транспорт кислорода клетками крови”. Все уже прочитали, думаю, про проблему гипоксии тканей из-за образования микротромбов при нынешнем вирусе, и что антикоагулянты помогают сделать так, чтобы эритроциты все-таки могли пролезть в микрокапилляры и выполнить свою благородную миссию. Так что я не буду на этом останавливаться. 

Но тут, что называется, “следите за руками”: чтобы пролезть в микрокапилляр, эритроцит (двояковогнутый диск, круглый бублик-без-дырки) должен мочь принять овальную форму, “сплющиться”, иначе он просто не поместится туда. А у некоторых людей способность эритроцитов это делать просто нарушена. Эритроциты не сплющиваются и, “видя”, что не пролезут в микрокапилляр, просто туда не “идут”. Здравствуй, гипоксия тканей, еще раз. И как вы думаете, у кого способность эритроцитов к изменению формы в разы ниже, чем у здоровых людей? Правильно, у людей с СХУ. 

Окей, из легких кислород попадает в кровоток, там он присоединяется к гему гемоглобина в эритроцитах, “едет” на них, а там, где он нужен, отсоединяется от гема. В идеале. А что, если и тут у нас что-то засбоило? 

Знакомьтесь: метгемоглобин. Это окисленная (…свободными радикалами!) форма гемоглобина, которая вцепилась в кислород мертвой хваткой и не отдает его (…хоть он дерись (с)). Эритроциты с метгемоглобином — нерабочие, они ездят по кровеносной системе туда-сюда вообще без толку в плане транспорта кислорода. У здорового человека таких товарищей меньше 1%, их стараются восстановить до нормального гемоглобина, но если не удается, то метят и отправляют “в утиль” (на вторичную переработку) в печень (а также посылают запрос в костный мозг, чтобы новых хороших прислали уже). Если у человека больше 10% эритроцитов с метгемоглобином, это диагностируемое состояние метгемоглобинемия, которое необходимо лечить, и порой срочно. Кровь при этом ржаво-шоколадного цвета, а кожа и слизистые синие. Лечат это прокапыванием метиленового синего, потому что он ингибитор моноаминоксидазы (…как некоторые типы антидепрессантов, кстати). 

А у людей с СХУ “субклинический” уровень метгемоглобина. Еще не 10%, но значимо выше, чем у здорового человека. Эритроциты как бы есть, но их как бы и нет. 

Про метгемоглобин интересно еще и то, что он создается в результате воздействия разных химических агентов — лекарств (например, некоторых антибиотиков и средств, применяемых для анестезии), а также химикатов типа нитритов (нитраты под подозрением). В норме это окисленное состояние гемоглобина восстанавливается до нормального гемоглобина при помощи специального фермента, синтезируемого в печени и работающего в присутствии NADH. Если кого-то из них не хватает, метгемоглобин не восстанавливается. 

А если там еще есть какая-нибудь гемоглобинопатия (мутация в структуре белка гемоглобина, которая в здоровом состоянии не оказывает влияния, потому что если бы что-то было совсем серьезное, это бы было заметно еще в младенчестве), то тут, например, при поствирусном синдроме, оказывается сильно заметно, что гемоглобин-то у нас не особо эффективно работает. И снова печень подгружается необходимостью негодных “разобрать”, а костный мозг выдает незрелые клетки (какие успел вырастить, такие и выдает) (…складывает в копилочку анамнеза высокий билирубин и ретикулоцитоз). 

Еще бывает нарушенная кислотность крови, при которой газообмен с легкими происходит хуже. 

И это наверняка еще не все про дыхание, но то, что у меня есть на данный момент. 

Соответственно, нарушения дыхательного процесса, ведущие к гипоксии тканей, могут быть на любом уровне (или на всех). 

 ⁃ центральная автономная регуляция дыхания

 ⁃ газообмен между легкими и кровью (локальная регуляция дыхания)

 ⁃ газообмен между эритроцитами и тканями (способность эритроцитов менять форму)

 ⁃ способность гема принимать и отдавать кислород

 ⁃ переход к анаэробному метаболизму и сопутствующий лактоацидоз

В центре всей картины — окислительный стресс.

Зная это про себя как гипотезы, объясняющие один из вариантов “отчего мне так плохо”, что я могу попробовать делать на дому, чтобы себе помочь? Какие эксперименты на себе я могу поставить, на свой страх и риск?

 ⁃ поддержать митохондрии (перейти на метаболизм, использующий в качестве топлива в первую очередь жиры; добавить митопротектор таурин, коэнзим Q10) 

 ⁃ добавить антиоксиданты – витамины А, С и Е, глутатион, альфа-липоевую кислоту

 ⁃ витамины группы В (и магний с цинком как кофакторы), из витаминов группы В особое значение имеет в данном случае ниацин (В3), который служит прекурсором для NAD+ / NADH

 ⁃ получать из пищи достаточно триптофана и аспартата (они тоже нужны для  NAD+ / NADH) 

 ⁃ медитировать, постоянно уделяя внимание дыханию; делать плавные физические упражнения типа ци-гун и тай-цзи, чтобы тоже лучше дышать

у д-ра Майхилл был расчет дозировок витаминов для СХУ по весу пациента (мг/ мкг на кг), только у нее, увы, не кг, а фунты и стоуны, но я себе сделаю табличку с перерасчетом. А то не все ж стандартного для “взрослой” дозы веса 70 кг. 

Статьи, которые вдохновили меня:

Melamed, K.H., Santos, M., Oliveira, R.K.F. et al. Unexplained exertional intolerance associated with impaired systemic oxygen extraction. Eur J Appl Physiol 119, 2375–2389 (2019). https://doi.org/10.1007/s00421-019-04222-6

Richards RS, Roberts TK, McGregor NR, Dunstan RH, Butt HL. Blood parameters indicative of oxidative stress are associated with symptom expression in chronic fatigue syndrome. Redox Rep. 2000;5(1):35-41. doi: 10.1179/rer.2000.5.1.35. PMID: 10905542.

Saha et. al. (2019) Red blood cell deformability is diminished in patients with Chronic Fatigue Syndrome. Clinical Hemorheology and Microcirculation, vol. 71, no. 1, pp. 113-116, 2019. DOI: 10.3233/CH-180469