Olet luultavasti kuullut mitokondrioista kuvauksen ”solun voimalaitoksena” niin monta kertaa, että ilmaus ei enää juuri herätä huomiota. Mutta paljon vähemmälle huomiolle jää yksi tärkeä asia: solujesi mitokondrioiden määrä ei ole pysyvä. Kehosi pystyy valmistamaan niitä lisää ja se tekee niin vastauksena hyvin tiettyihin biologisiin ärsykkeisiin. Tätä prosessia kutsutaan mitokondrioiden biogeneesiksi ja sen käynnistävien tekijöiden ymmärtäminen osoittautuu yllättävän käytännölliseksi.
Miksi sillä on merkitystä? Koska mitokondrioiden kapasiteetti vaikuttaa laajasti terveydentilaasi: siihen, kuinka paljon kestävää energiaa sinulla on, miten lihaksesi palautuvat, kuinka tehokkaasti kudoksesi poistavat glukoosia verenkierrosta ja mahdollisesti myös siihen, kuinka hyvin aivosi vastustavat rappeutumista ikääntyessäsi. Tutkimusnäyttöä on kertynyt vuosikymmenten ajan siitä, että vähäinen mitokondrioiden määrä liittyy aineenvaihduntasairauksiin, nopeampaan biologiseen ikääntymiseen ja neurodegeneraatioon (1). Hyvä uutinen on, että mitokondrioiden biogeneesi reagoi erilaisiin interventioihin. Useilla strategioilla on myös vahvaa kliinistä tutkimusnäyttöä taustallaan.
Kuinka keho tuottaa uusia mitokondrioita
Tarina alkaa yhdestä proteiinista: PGC-1alphasta (peroksisomiproliferaattorin aktivoiman gamma-reseptorin koaktivaattori 1-alfa). Se toimii mitokondrioiden tuotannon pääkytkimenä. Kun se aktivoituu, se käynnistää koordinoidun geeniekspression muutosten aallon, joka lopulta saa solun rakentamaan lisää mitokondrioita ja parantamaan oksidatiivista energiantuotantoaan (2). Suurin osa siitä, mitä tiedämme mitokondrioiden biogeneesin stimuloinnista, liittyy tapoihin aktivoida tämä kytkin.
Kaksi ylävirran säätelijää hoitaa suurimman osan tästä aktivoinnista. AMPK (AMP-aktivoitu proteiinikinaasi) toimii käytännössä matalan energiatasapainon varoitusvalona: kun ATP-tasot laskevat esimerkiksi raskaan liikunnan tai paaston aikana, AMPK aktivoituu ja käynnistää PGC-1alphan toiminnan. SIRT1 (Sirtuiini 1) toimii hieman eri tavalla. Se on NAD+-riippuvainen entsyymi, mikä tarkoittaa, että sen aktiivisuus on suoraan sidoksissa siihen, kuinka paljon NAD+:aa solussa on saatavilla. NAD+-tasot laskevat merkittävästi iän myötä, mikä on yksi syy siihen, miksi mitokondrioiden biogeneesi hidastuu vanhemmilla aikuisilla, vaikka muut tekijät pysyisivät samoina.
Kun PGC-1alpha on aktivoitunut, se rekrytoi TFAM:n (mitokondriaalinen transkriptiotekijä A) sekä joukon tumaperäisiä hengitystekijöitä hoitamaan varsinaisen työn: mitokondrio-DNA:n kopioinnin ja niiden rakenneproteiinien synteesin, joita tarvitaan uusien mitokondrioiden rakentamiseen.
Mitä tutkimustulokset osoittavat: keskeiset ärsykkeet
Liikunta
Jos etsit keinoa, jolla on selkein ja toistuvimmin vahvistettu tutkimusnäyttö ihmisillä, se on tässä. Sekä pitkäkestoinen aerobinen harjoittelu että korkean intensiteetin intervalliharjoittelu (HIIT) aktivoivat johdonmukaisesti AMPK:ta ja PGC-1alphaa luustolihaksissa. Meta-analyysi, joka kokosi yhteen 22 satunnaistettua kontrolloitua tutkimusta, osoitti kestävyysharjoittelun lisäävän merkittävästi mitokondrioiden määrää kuvaavia markkereita ja HIIT saavutti samanlaiset hyödyt huomattavasti pienemmällä harjoitusmäärällä (3). Jopa yksi harjoituskerta riittää nostamaan PGC-1alphan aktiivisuutta hetkellisesti muutaman tunnin ajaksi. Se, mikä muuttaa tämän ohimenevän piikin pysyväksi rakenteelliseksi muutokseksi, on säännöllinen toistaminen ajan myötä.
Kalorimäärän rajoittaminen ja jaksottainen paasto
Vähemmän syöminen aktivoi AMPK:ta ja SIRT1:tä pitkälti samalla perusmekanismilla kuin liikunta: solu havaitsee energian saatavuuden vähentyneen ja reagoi siihen. Myös jaksottaisen paaston (intermittent fasting) vaikutukset näyttävät toimivan samojen reittien kautta. Laajasti siteerattu vuonna 2019 julkaistu katsausartikkeli The New England Journal of Medicine -lehdessä totesi paastoprotokollien parantavan useita aineenvaihdunnan markkereita, mukaan lukien mitokondrioiden toimintaa, solujen stressireittien välityksellä (4). On kuitenkin hyvä huomata, että suurin osa ihmistutkimuksista, joissa on seurattu nimenomaan mitokondrioihin liittyviä vaikutuksia paaston aikana, on ollut melko lyhytkestoisia. Viitteitä hyödyistä on olemassa, mutta sitä, kuinka pysyviä vaikutukset ovat pitkäaikaisessa käytössä, selvitetään edelleen.
Kylmäaltistus
Kylmäaltistus lisää lämmöntuotantoa eli termogeneesiä UCP1-proteiinin (uncoupling protein 1) kautta, ja tämä termogeeninen vaste näyttää aktivoivan PGC-1alphaa ainakin ruskeassa rasvakudoksessa (BAT). Ihmisillä on näyttöä siitä, että säännöllinen kylmään sopeutuminen voi lisätä ruskean rasvakudoksen mitokondrioiden määrää (5). Epäselvää kuitenkin on, siirtyvätkö nämä vaikutukset luustolihaksiin tai sellaisiin aineenvaihdunnallisiin hyötyihin, joilla olisi merkitystä arjessa päivästä toiseen. Suurin osa vahvasta mitokondrioiden biogeneesiä koskevasta tutkimusnäytöstä tällä alueella perustuu edelleen eläinkokeisiin. Aihetta kannattaa seurata, mutta sen varaan ei vielä kannata rakentaa kokonaisia protokollia.
Ravintoaineet
Useita yhdisteitä on tutkittu niiden mahdollisen vaikutuksen vuoksi PGC-1alpha-reittiin tai NAD+-tasojen tukemiseen. Tutkimusnäytön vahvuus vaihtelee kuitenkin huomattavasti riippuen siitä, mitä yhdistettä tarkastellaan:
- Urolitiini A:lla on mahdollisesti tämän ryhmän vahvin ihmisnäyttö. Sitä muodostuu suolistobakteerien vaikutuksesta granaattiomenassa esiintyvistä ellagitanniineista, ja sen tärkein vaikutus liittyy mitofagian edistämiseen — prosessiin, jossa vaurioituneet mitokondriot poistetaan soluista. Hyvin suunniteltu satunnaistettu kontrolloitu tutkimus iäkkäillä aikuisilla havaitsi mitattavia parannuksia lihaskestävyydessä sekä muutoksia mitokondrioihin liittyvässä geeniekspressiossa (6). Ei mikään ihmelääke, mutta silti merkittävä löydös
- NMN ja NR (NAD+:n esiasteet) molemmat nostavat luotettavasti NAD+-tasoa ihmiskudoksissa, mikä teoriassa tukee SIRT1:n toimintaa ja siitä eteenpäin mitokondrioiden biogeneesiin liittyvää signalointia. Käytännössä tähänastiset kliiniset tutkimukset ovat kuitenkin osoittaneet korkeintaan maltillisia vaikutuksia (7). Biologinen mekanismi on uskottava, mutta hyötyjen suuruus terveillä ihmisillä on vielä selvityksen alla.
- Resveratroli aktivoi SIRT1:tä solu- ja eläinmalleissa. Ihmistutkimuksissa tulokset ovat olleet kuitenkin vaihtelevampia. Kun vaikutuksia on havaittu, ne ovat tyypillisesti näkyneet enemmän henkilöillä, joilla on metabolinen häiriö, kuin terveillä ja fyysisesti aktiivisilla aikuisilla (8).
Uni
Uni mainitaan harvoin mitokondrioiden terveyttä koskevissa keskusteluissa, mikä on hieman outoa, kun ottaa huomioon sen keskeisen roolin solutason korjausprosesseissa laajemmin. Krooninen univaje on yhdistetty lisääntyneeseen oksidatiiviseen stressiin ja heikentyneeseen mitokondrioiden toimintaan kokeellisissa malleissa, todennäköisesti vuorokausirytmiä säätelevien kellogeenien häiriintymisen kautta, sillä ne ohjaavat myös mitokondrioiden biogeneesiä ja aineenvaihduntasignalointia. Uni on yksi niistä muuttujista, joita on helppo aliarvioida juuri siksi, ettei se ole lisäravinne tai yksittäinen protokolla. Biologia ei kuitenkaan tee tätä erottelua.
Tärkeitä huomautuksia
Muutama asia kannattaa pitää mielessä ennen kuin tästä kaikesta tekee liian vahvoja johtopäätöksiä. Mitokondrioiden biogeneesiä koskeva mekanistinen tutkimus on laajaa, mutta suuri osa siitä perustuu eläin- tai soluviljelymalleihin, eikä samoja löydöksiä pystytä aina toistamaan yhtä selkeästi ihmisillä. Erityisesti ravintoaineisiin ja yhdisteisiin liittyvät ihmistutkimukset ovat usein lyhytkestoisia, pieniä ja perustuvat epäsuoriin markkereihin, kuten geeniekspressioon, eivätkä suoriin mitokondrioiden määrän mittauksiin. Tämä ei tee tutkimuksista hyödyttömiä, mutta tarkoittaa sitä, että tulosten luottamusvälit ovat edelleen melko laajoja.
On myös tärkeää ymmärtää laajempi kokonaisuus: mitokondrioiden biogeneesi ei toimi erillään muista prosesseista. Solun mitokondrioiden terveys riippuu tasapainosta uusien mitokondrioiden rakentamisen, olemassa olevien ylläpidon ja vaurioituneiden mitokondrioiden poistamisen välillä mitofagian kautta. Pelkkä biogeneesiin keskittyminen ja laadunvalvonnan sivuuttaminen on vähän kuin palkkaisi jatkuvasti uusia työntekijöitä ilman, että koskaan puuttuisi henkilöstön vaihtuvuuteen. Koko järjestelmän täytyy toimia yhdessä.
Johtopäätös: mitokondrioiden terveyttä voi parantaa harjoittelulla
Mitokondrioiden biogeneesi on prosessi, jota keho toteuttaa luonnollisesti vastauksena oikeanlaisiin ärsykkeisiin. Liikunta on selkein tunnettu käynnistäjä ja sitä tukevaa tutkimusnäyttöä on vaikea kiistää. Kalorirajoitus ja paasto vaikuttavat samankaltaisten signalointireittien kautta ja niiden mekanistinen tutkimusnäyttö on melko vakuuttavaa, vaikka pitkäaikainen ihmisdata on edelleen rajallista. Lisäravinteista urolitiini A erottuu tällä hetkellä vahvimmalla kliinisellä tutkimusnäytöllä. NMN ja NR ovat kiinnostavia yhdisteitä, mutta tutkimus ei ole vielä täysin vakuuttavaa niiden osalta.
Koko tässä kokonaisuudessa on erityisen kiinnostavaa se, kuinka johdonmukainen teema toistuu: lähes jokainen mitokondrioiden biogeneesiä tukeva interventio toimii vaatimalla keholta jotain. Laukaiseva tekijä ei ole mukavuus vaan metabolinen stressi. Siinä on jotain pysähtymisen arvoista.
Augment Life tarjoaa valikoiman tieteelliseen tutkimukseen pohjautuvia lisäravinteita, jotka tukevat näitä mekanismeja. Voit tutustua niihin tarkemmin täällä:
Kirjallisuuslähteet:
- Conley KE, Jubrias SA, Esselman PC. Oxidative capacity and ageing in human muscle. J Physiol. 2000;526(Pt 1):203–210. doi: 10.1111/j.1469-7793.2000.t01-1-00203.x.
- Wu Z, Puigserver P, Andersson U, et al. Mechanisms controlling mitochondrial biogenesis and respiration through the thermogenic coactivator PGC-1. Cell. 1999;98(1):115–124. doi: 10.1016/S0092-8674(00)80611-X.
- Granata C, Jamnick NA, Bishop DJ. Training-induced changes in mitochondrial content and respiratory function in human skeletal muscle. Sports Med. 2018;48(8):1809–1828. doi: 10.1007/s40279-018-0936-y.
- de Cabo R, Mattson MP. Effects of intermittent fasting on health, aging, and disease. N Engl J Med. 2019;381(26):2541–2551. doi: 10.1056/NEJMra1905136.
- Blondin DP, Labbe SM, Tingelstad HC, et al. Increased brown adipose tissue oxidative capacity in cold-acclimated humans. J Clin Endocrinol Metab. 2014;99(3):E438–E446. doi: 10.1210/jc.2013-3901.
- Andreux PA, Blanco-Bose W, Ryu D, et al. The mitophagy activator urolithin A is safe and induces a molecular signature of improved mitochondrial and cellular health in humans. Nat Metab. 2019;1(6):595–603. doi: 10.1038/s42255-019-0073-4.
- Yoshino M, Yoshino J, Kayser BD, et al. Nicotinamide mononucleotide increases muscle insulin sensitivity in prediabetic women. Science. 2021;372(6547):1224–1229. doi: 10.1126/science.abe9985.
- Lagouge M, Argmann C, Gerhart-Hines Z, et al. Resveratrol improves mitochondrial function and protects against metabolic disease by activating SIRT1 and PGC-1alpha. Cell. 2006;127(6):1109–1122. doi: 10.1016/j.cell.2006.11.013.
- Carroll JE, Esquivel S, Goldberg A, et al. Insomnia and telomere length in older adults. Sleep. 2016;39(3):559–564. doi: 10.5665/sleep.5526.
