Дейтерий, вода и кето-диета

Дейтерий – стабильный изотоп водорода. Водород состоит из 1 протона и 1 электрона, дейтерий же состоит из 1 протона, 1 нейтрона и 1 электрона. Он иногда образуется при взаимодействии двух атомов водорода.

Физические свойства дейтерия и воды с содержанием дейтерия (HDO, D2O) будут несколько отличаться.

Дейтерий обладает большей массой и иным спином, чем традиционный водород, поэтому вода, где вместо водорода у нас дейтерий связан с кислородом, будет отличаться по своим физических характеристикам.

За счёт иных физических параметров дейтерий будет воздействовать на метаболизм всего организма. Обычно это объясняется такими феноменами как кинетический изотопный эффект и химический изотопный эффект.

В частности, дейтерий образовывает более сильные гидрофобные связи, чем водород. Что прекрасно известно в фармацевтической промышленности, где дейтерий используют, например, для увеличения продолжительности действия лекарства (пример – мнн deutetrabenazine).

Дейтерий и продолжительность жизни

На скриншоте наш экс-соотечественник Роман Зубарев на примере кишечной палочки демонстрирует как дейтерий влияет на скорость роста организма.

Концентрация дейтерия в клеточной воде примерно 155 частиц на миллион (ppm) [частиц водорода].

Из его выступления можем сделать вывод, что у живой клетки есть некое оптимальное окно концентрации дейтерия. И при повышении концентрации дейтерия происходит скачек роста. Применительно к нам это означает более быструю смерть (хотя бы только за счет того, что теломеры могут делиться лишь конечное число раз, то есть наша ДНК не может реплицироваться вечно) и метаболические проблемы (вплоть до рака).

Основа всей выработки энергии: вращение АТФ-синтазы за счет H+ градиента. Более тяжелый D+ будет замедлять вращение АТФ-синтазы, соответственно снижая выработку АТФ. Снижение дыхательной функции митохондрий (то есть снижение выработки АТФ в процессе окислительного фосфорилирования) приводит нас прямиком к теме рака как метаболической болезни.

Дейтерий и метаболизм

Чтобы не растекаться мыслью по древу:

  • Дейтерий за счет иных физических свойств оказывает иной физический и химический эффект в том числе на ДНК и NADPH (мощный клеточный восстановитель, redox);
  • Соотношение D/H влияет химический связи и такие эффекты как протонный туннелинг, что в итоге имеет ряд последствий, начиная с немного отличных свойств D2O воды, заканчивая воздействием на структуру и функции сигнальных белков, отвечающих за рост;
  • Снижение концентрации дейтерия – замедление роста, повышение – ускорения роста;

Дейтерий, цикл Кребса, пентозо-фостатный пусть и кето-диета

дейтерий

Примечательно, что жировые кислоты содержат меньшее количество дейтерия [8, ссылки 42-44 в 2].

Цифра – цифра на картинке в красном блоке

  1. Очищение от дейтерия происходит за счет оксидации жировых кислот [с пониженным содержанием дейтерия]. Этот же эффект достигается при активации комплекса 2 митохондрий (голодание, кето).
  2. Повторное использование «легкой воды» происходит в цикле Кребса во время формирования цитрата, изоцитрата, малата;
  3. За счет изменения гидрофобных/гидрофильных взаимодействий дейтерий влияет на стабильность ДНК;
  4. Глюконеогенез также приводит к образованию углеродных соединений с пониженной концентрацией дейтерия;
  5. Когда клетка демонстрирует эффект Варбурга ([пре]раковая клетка, подавленное дыхание, которое компенсируется ферментацией), она теряет возможность самостоятельно «очищать» свою воду от дейтерия. Последствием может быть урон ДНК, например. Стратегий снижения концентрации дейтерия становится при подавленной бета-оксидации питье воды с низким содержанием дейтерия (в исследованиях 40-60 ppm).

Выводы:

  • Дейтерий, тяжелая вода и их влияние на метаболизм – интереснейшая и глубокая тема, которую я лишь немного поскреб; тема на стыке физики, химии и биологии, что усложняет ее понимание и потенциальную «популярность» в современной крайне специализированной науке;
  • Дейтерий в повышенной концентрации означает для нас более быстрое старение;
  • Жиры – источник пищи с пониженной концентрацией дейтерия;
  • Организм «очищает» воду матрикса митохондрий во время бета-оксидации, некоторых шагов цикла Кребса и глюконеогенеза.
  • В раковой клетке подобное очищение подавлено, а повышенная концентраций дейтерия будет способствовать росту злокачественной опухоли. Пить воду с низкой концентраций дейтерия (40-60 ppm) – альтернативная и дополнительная метаболическая терапия.

Источники:

  1. Impact of kinetic isotope effects in isotopic studies of metabolic systems
  2. Submolecular regulation of cell transformation by deuterium depleting water exchange reactions in the tricarboxylic acid substrate cycle
  3. Dipole moment of water from Stark measurements of H2O, HDO, and D2O
  4. Cancer, Ketogenic Diet, Deuterium Depletion & Metabolic Tracing – Dr. Laszlo G. Boros (видео)
  5. Deuterium Depletion Conference 2015. presentations (видео)
  6. Isotopic Resonance Hypothesis: Experimental Verification by Escherichia coli Growth Measurements
  7. H/D isotope effects in hydrogen bonded systems
  8. Natural deuterium distribution in fatty acids isolated from peanut seed oil: a site-specific study by quantitative 2H NMR spectroscopy
Поделиться:

Дихлорацетат натрия и лечение рака

Дихлорацетат натрия – это экспериментальное лекарство (правда с 40-летней историей применения) от рака. Чей механизм действия находится в фабуле метаболического подхода к заболеванию, о котором я говорил в прошлой заметке.

Напомню, что при всей адаптивности и гетерогенности раковых клеток, они обладают общими чертами. Нарушенная окислительная функция митохондрий. Поэтому митохондрии раковых клеток предпочитают гликолиз (ферментацию глюкозы) вместо окисления этой же глюкозы даже в присутствии кислорода (эффект Варбурга).

Окисление глюкозы дает 36 АТФ, ферментирование 2 АТФ. Потребность раковых тканей в глюкозе значительно выше, чем у нормальных тканей. Рисунок ниже. Слева МРТ глиобластомы, справа ПЭТ с фтордезоксиглюокзой.

дихлорацетат

Нюанс в том, что уход в ферментацию сопровождается большим числом адаптаций, способствующих пролиферации раковой клетки.

Адаптации раковых клеток

HIF (hypoxia inducible factor) приводит к активации пируват дегидрогеназы киназы (PDK). PDK подавляет пируват дегидрогеназу (PDC). Пируват не превращается в ацетил кофермент А, нет цикла кребса и дыхательного производства АТФ. Пируват дегидрогеназа киназа (PDK) способствует ферментации глюкозы в цитоплазме клетки и метаболизм пирувата до лактата.

Подытожим. Во время рака пируват перерабатывается в лактат, а не в ацетил кофермент А. К слову хочу заметить, что образование ацетил кофермента А из жира проходит не через синтез пирувата.

Образование лактата (НЕ молочной кислоты) снижает pH среды и является токсичным для соседних тканей, помогая опухоли распространяться.

HIF-1α также влияет на дыхательную цепь переноса электронов. В итоге клетка становится менее чувствительной к высвобождению цитохрома с (один из способов апоптоза, клеточного самоуничтожение) и, соответственно, к апоптозу.

Снижение генерации супероксида О2—приводит к гиперполяризации мембраны митохондрий, что закрывает митохондриальную транспортную пору. Цитохром С не может из митохондрии попасть в цитозоль и запустить апоптоз, а Apoptosis inducing factor (AIF) попадать в матрикс митохондрий.

HIF-1α и дерегуляция антиопухолевого белка p53 приводят к активации гексокиназы 2В, которая подавляет апоптоз и способствует пролиферации раковой клетки.

Дисфункция дыхания митохондрий приводит к дерегуляции ионного обмена. В частности закрываются вольт-чувствительные К+ каналы, которые важны для нормальной функции каспазов (альтернативный цитохрому с способ апоптоза).

И так далее. Ферментация существует значительно дальше окислительного производства энергии. Не стоит удивляться, что «враг хитер и коварен». Схематично некоторые моменты обозначены на рисунке ниже.

Дихлорацетат натрия и PDK

Дихлорацетат (DCA) – структурный аналог пирувата. С очень низким размером (150 дальтон), что позволяет молекулы проникать в большую часть тканей организма.

Дихлорацетат активирует пируват дегидрогеназу, что дает рост попадания пирувата в митохондрии, что способствует окислению глюкозы, созданию реактивных видов кислорода, деполяризации клетки и другим процессам, обратным тем, чтобы описаны в прошлом разделе.

Дихлорацетат стимулирует потребление кислорода клетками и сдвигает метаболизм с ферментации к дыханию.

DCA подавляет PDK фермент в 3-6 раз, на 60% уменьшая количество лактата.

дихлорацетат

Рисунок выше. Действие DCA на пересаженную опухоль. Чем больше слева красного, тем выше потенциал мембраны митохондрий. Справа видим как опухоль уменьшилась.

Дихлорацетат и проблемы

Основная проблема – это 4 изоформы пируват дегидрогеназы киназы. DCA лучше всего действует против первой. Хотя есть способы сымитировать эффект DCA по крайней мере на PDK2.

Из нежелательных явлений можно отметить нейропатию у пациентов с митохондриальной миопатией, энцефалопатией, лактоацидозом, инсульто-подобными случаями (MELAS).

Синергия с метформином

Дихлорацетат демонстрирует синергию с метформином [4]. В целом есть тенденция использовать различные метаболические средства, воздействующие на опухоли одновременно [5]. Вопрос в их синергии и соотношения пользы/рисков для пациента.

Выводы:

  • У раковых клеток множество эффективных адаптаций, связанных с переходом от дыхания к ферментации; все они способствуют выживанию и распространению опухоли;
  • В дополнении и традиционным онкологическим препаратам (химеотерапия, лучевая терапия), есть пласт метаболических средств, которые воздействуют на общие признаки метаболизма всех раковых клеток;
  • Дихлорацетет – пример такого экспериментального препарата. Снижает уровень лактата, способствует попаданию пирувата в митохондрии и запуску окислительного синтеза АТФ;

Источники:

  1. Dichloroacetate (DCA) as a potential metabolic-targeting therapy for cancer (целиком);
  2. Dichloroacetate and cancer: New home for an orphan drug? (abstract)
  3. Sodium dichloroacetate selectively targets cells with defects in the mitochondrial ETC (abstract)
  4. Dichloroacetate Enhances Apoptotic Cell Death via Oxidative Damage and Attenuates Lactate Production in Metformin-Treated Breast Cancer Cells (abstract)
  5. Metabolic Hallmarks of Tumor and Immune Cells in the Tumor Microenvironment
Поделиться:

Рак как метаболическая болезнь

Рак – это в основном метаболическая болезнь, включающая в себя дисбаланс производства энергии с помощью дыхания и ферментации. Есть 2 подхода к онкологии: как к генетическому заболеванию и как к метаболическому заболеванию. Первый вариант из-за огромного количества переменных очень сложен, второй дает ясную картинку происходящего во всех раковых клетках вне зависимости от их вида.

Томас Сейфрид с коллегами умело замечает, что «невозможность ясно определить происхождение рака во многом предопределяет невозможность значительно уменьшить количество смертей от болезни» [1, 2]. Данные ВОЗ и американской CDC подтверждают этот тренд цифр: распространенность заболевания в целом растёт, смертность незначительно падает [8, 9].

При «генетической» трактовке рак получается генетической соматической болезнью, где повреждение клеточной ДНК предшествует трансформации нормальной клетки в потенциально смертельную раковую. Абнормально выраженные онко-гены, подавленные гены, связанные с подавлением опухолей, – драйверы последних десятилетий исследований заболевания. Миллионы генов, связанных заболеванием, привели ученых к выводу, что это не одно заболевание, а группа различных болезней. В подобной парадигме будущее лечение – индивидуальные терапии, «сшитие» с учетом генетических особенностей и конкретного вида опухоли пациента.

рак

Генетический подход справедливо критикуют (рис 1). Роль ядра и митохондрий в образовании опухолей. Рисунок выше суммирует экспериментальные доказательства, говорящие о лидирующей роли митохондрий в онкогенезе. 1) Нормальные клетки порождают нормальные клетки. 2) Раковые клетки порождают раковые 3) Нормальные клетки, куда поместили ядро из раковых клеток, продолжают порождать нормальные клетки, не смотря на наличие онкогенных генетический аномалий. 4) Раковые клетки, куда помещают нормально ядро, продолжают порождать раковые клетки.

Это говорит о том, что рак связан с дефектами цитоплазы, а не только с генетикой.

Рак и Отто Варбург

Отто Варбург – лауреат нобелевской премии 1931 года, 47-ми кратный номинант этой премии, один из самых видных цитологов 20-го века. Варбург первым предположил, что рак начинается с дисфункционального клеточного дыхания.

Суммируя идеи Варбурга:

  • Недостаточное [клеточное] дыхание инициирует онкогенез и в итоге рак;
  • Энергия от гликолиза постепенно компенсирует недостаточность энергии от дыхания;
  • Раковые клетки продолжают ферментировать лактат в присутствии кислорода;
  • Дыхательная недостаточность [клетки] со временем становится необратимой.

Ферментирование глюкозы в присутствии кислорода с производством избытка лактата – «эффект Варбурга», общепринятые индикаторы раковых клеток.

Напомню, после заметной анаэробной нагрузки, при восстановлении уровня кислорода в мышце, уровень лактата значительно снижается. Что в контексте моей заметки говорит о том, что лактат – признак энергетического кризиса в клетке и питает ее, пока полноценное окислительное фосфорилирование (OxPhos далее) не доступно.

Рак и митохондрии

Структура митохондрий тесно связана с их функцией. У раковых клеток проблемы как с количеством, так и со структурой митохондрий.

Слева на рисунке выше вы видите нормальную митохондрию. Вы отчетливо видите кристы, на которых находятся белковые комплексы дыхательной цепи, ответственные за создание АТФ. Справа митохондрия глиобластомы. Отсутствие крист говорит о том, что OxPhos раковой клетки подавлено. Митохондрия справа увеличена в размерах (swelling), что является признаком патологии органеллы.

Окислительное фосфорилирование [дыхательная функция] подавлена в раковых клетках с малочисленными и дефектными митохондриями. Гликолиз и ферментация лактата значительно активируются в раковых клетках, чтобы компенсировать отсутствие OxPhos.

Следующий вклад в доказательство того, что у онкоголических клеток дефектные митохондрии внес Питер Педерсен.

Суммируя выводы профильных экспериментов Педерсена:

  1. Митохондрии раковых клеток обладают ненормальной морфологией и по-другому реагируют на изменения в питательных веществах, отлично от обычных клеток;
  2. Композиция белков и жиров заметно отличается в митохондриях рака;
  • Утечка протонов (proton leak) и разобщение (uncoupling) выше в митохондриях онкоклеток;
  1. Обмен кальция нарушен в митохондриях опухолей;
  2. Мембранные транспорт анионов нарушен и дерегулирован в митохондриях многих опухолей;
  3. Дефектная «шаттловая» система не ответственна за повышенный уровень ферментации глюкозы раковых клеток;
  • Пируват эффективно не окисляется в митохондриях опухолей;
  • Митохондрии опухолей содержат гексокиназу 2B [подробнее про этот фермент – 10];
  1. Недостаточность дыхательной функции приводит к аккумуляции лактата.

Структура, функция и дыхание митохондрий дефектные в том или ином виде во всех раковых клетках. Почти у всех раковых клеток наблюдаются дефекты дыхательной цепи переноса электронов.

Сейфрид с коллегами уделяют почти страницу текста критике на критику своих взглядов. В частности, на выращивание in vitro онкоклеток со «здоровыми» митохондриями. Проблема в том, что без более или менее функционирующих митохондрий «в пробирке» клетку рака не вырастить.

Рак и дефектные митохондрии

Рисунок 3. Недостаток митохондриальной функции как источник рака. Рак может начаться из-за любых неспецифичных событий, которые со временем повреждают дыхательную функцию клеток. Канцерогенез произойдет только в клетках способных нарастить производство энергии при помощи ферментации (substrate level phosphorylation, SLP). Не смотря на сдвиг от дыхания к ферментации, гидролиз АТФ остается прежним (-56 кДж), так как ферментация компенсируют дефекты дыхания. Митохондриальный стресс активирует онкогены и подавит противораковые гены – это необходимо для поддержания жизни зарождающихся раковых клеток, когда дыхания уже недостаточно для поддержания гомеостаза. Нестабильность генома будет последствием затянувшегося стресса митохондрий, вызванного нарушениями внутреннего и внешнего микроокружения. Метастазы начинаются из-за «дыхательного» урона миелоидным клеткам и макрофагам. Степень злокачественности напрямую связана с переходом от OxPhos к ферментации. Этот сценарий связывает все основные признаки рака с внехромосомными нарушениями дыхательной функции митохондрий. «Т» на графике – произвольная точка невозврата, когда переход к ферментации становится необратимым.

Любое неспецифичный процесс, который повреждает дыхательную способность клетки, может (may or may not) инициировать путь к злокачественной опухоли. Снижение дыхательной функции может быть обусловлено уроном митохондриальным белкам, жирам, мтДНК. Например, воспаление, канцерогены, радиация (ионизирующее или ультрафиолетовое), гипоксия, редкие мутации, вирусные инфекции, возраст.

При сильном уроне – клетка умрёт. При слабом клетка может активировать ферментацию, чтобы компенсировать недостаточную дыхательную функцию.

Необузданная пролиферация связана с ферментацией, которая была доминирующей формой энергетического метаболизма во временя дефицита кислорода ранней истории Земли. Недостаточность OxPhos в гибридах (fusion) иммунных клеток и стволовых раковых клеток может предшествовать способности раковых клеток попадать с кровоснабжением в другие части организма и распространяться локально. Последнее по мнению Сефрида и коллег объясняет метастазы.

Рак, мутации p53 и Ras генов и митохондрии

Ras – онкоген, p53 – противоопухолевый ген. Сефрид с коллегами умело аргументирует, что дефекты p53 гена связаны с дефектами дыхательной функции митохондрий. Дефекты этого гена можно рассматривать как вторичные по отношению к дыхательной функции. Тоже самое можно сказать и про Ras-гены

Рисунок 4. Временная шкала процессов после экспрессии Ras-онкогена. По тайм-лайну видно, что ферментация и онкогенез начинают с того, что Ras нарушает нормальную дыхательную функцию. Это на данных in vitro, in vivo таймлайн будет значительно более растянутым.

И деактивация p53 и активация Ras имеют негативный эффект с точки зрения развития онкологической патологии именно за счет подавления дыхательной функции митохондрий. На рисунке ниже из исследования [4] это наглядно видно.

Постоянный ретроградный стрессовый сигнал от митохондрий приводит к аномалиям механизма починки ДНК. Для кальциевого и анионного гомеостаза также нужна полноценная дыхательная функция.

В эволюционном контексте метаболический взгляд на рак больше соответствует эволюции по Ламарку, чем по Дарвину. У Дарвина соматические мутации являются драйверами болезней. А в эволюционной теории Ламарка окружающая среда приводит к изменению в биологических структурах. Посредством адаптации и дифференциальному использованию [своих функций] организмы могут модифицировать свои структуры. Современными словами эволюция Дарвина больше о «генетике» (в кавычках, так как Мендель был уже после Дарвина), а Ламарк об эпигенетике. Дисфункция [митохондрий] в таком случае может быть распространена соматически (по организму) через клеточное наследование или передаться детям.

Рак и кетогенная диета

Кетогенная диета – это высоко жировая и низко-углеводная диета, во время которой уровень глюкозы снижается, а уровень кетонов в крови расти. Выработка АТФ происходит за счет бета-оксидации жиров и кетоновых тел в первую очередь бета-гидроксибутирата (BOHB). С функциональной точки зрения кето-диета – это частичная имитация эффектов голодания без ограничения в еде и значимой катаболической части процессов голодания.

Как видите, кето в значительной мере «качает» чашу метаболизма в сторону окисления жиров и подавления гликолиза, что действует на рак как метаболический стресс. В целом оппуртунистические клетки рака выживают, когда субстрат для ферментации в изобилии.

Взаимоотношения концентрации глюкозы и кетонов (бета-гидроксибутирата) от отношению к росту опухоли. Значения глюкозы и кетонов находятся в физиологических значениях и способствуют антиангиогенному, противовоспалительному и про-апоптотическому (смертельному) эффекту в рамках опухоли. Это состояние на рисунке отмечено как «managed growth». Уровень глюкозы в крови – один из факторов прогноза развития опухоли. Указанный уровень кетонов значительно ниже уровня, который бывает при кетоацидозе (15+ ммоль). Повышенный уровень кетонов защищает мозг от гипогликемии.

Некоторые препараты химиотерапии (например, иматиниб, трастузумаб) воздействуют на метаболизм глюкозы. По отношению к этим препаратам кето является нетоксичной метаболической терапией.

Сейфрид с коллегами пишет о важности ограничения калорий во время кето-диеты. Бесконтрольное потребление пищи на кето может привести к скачкам инсулина и глюкозы вне зависимости от присутствия углеводов в пище. На кето, как правило, сложно переесть из-за большого процента жира в диете и подавления чувства голода.

Рак, кето и гипербарическая оксигенация (ГБО) [2, 11]

Кето и ГБО синергично подавляют рак в метастатической стадии. Клетки рака (VM-M3/Fluc) вживили мышам подкожно и в системные органы. Метастазы оценивали ex vivo при помощи биолюминисценции. Рост опухоли был ниже в кето-группе, чем в группе с обычной углеводной диетой. A) Животные каждой группы лечения через 21 день после вживления опухоли: синергия гипербарической оксигенации и кето-диеты дала наилучший эффект из представленных. B) Биолюминисценция опухоли измерялась на еженедельной основе. C и D) Биолюминисценция опухоли в отдельных органах. Комбинированная терапия смогла уменьшить вред опухоли внутренним органам.

Подобная комбинированная терапия повышает количество реактивных видов кислорода в раковых клетках (как и кето, как и радиация, как и химеотерапия). Комбо кето + ГБО эффективно на примере выше подавляло рост раковой опухоли и не было токсично для организма.

Исследователи описывают подобную стратегию как Press-Pulse. Кето – это постоянно метаболическое давление на раковые клетки (press), ГБО или лекарства действуют на рак как уничтожающий “pulse”. Лекарства: 2-деоксиглюкоза, 3-бромопируват, дихлороацетат. Подобные терапии могут не только остановить рак, но и улучшить здоровье в целом.

Выводы:

  • Рак можно рассматривать как метаболическую болезнь, ключ к которой дисфункция дыхательной функции митохондрий и активация ферментации глюкозы и лактата для компенсации дыхательной дисфункции;
  • Кетогенная диета создает постоянный метаболический стресс для раковой опухоли, так как мешает ферментации глюкозы, повышает уровень реактивных видов кислорода и склоняет метаболизм к бета-оксидации;
  • Синергия некоторых нетоксичных видов терапии, например, кетогенной диеты и гипербарической оксигенации может

P.S. Рак и апоптоз

Я намеренно не размывал фокус заметки, центром которой является митохондрия в раковых клетках. Апоптоз – это клеточная смерть, ему посвящена статья Судьба хуже смерти: апоптоз как онкогенный процесс [5], которую я рекомендую (но не для всех).

Клеточная смерть, не смотря на некоторую контринтуитивность этого тезиса, может быть онкогенной. В статье рассматриваются внешние и внутренние сценарии «клеточной смерти». Затем приводятся примеры того как апоптоз стимулирует рак. Питание для соседний клеток, вакантное место для более живучих раковых клеток. Статья интересная, но с большим количеством специфической терминологии, которую я в текущей заметке про рак решил избежать. Ограничусь одним рисунком.

а) Смерть клетки может предоставить полезные для окружающих раковых клеток белковые структуры;  b) Апоптоз может освободить вакантную нишу для более жизнеспособных раковых клеток, приводя к росту опухоли и устойчивости терапии; c) Умирающие клетки рака могут высвобождать молекулы, сигнализирующие иммунной системе «найди меня», «съешь меня». Подобные сигналы могут иметь различные эффекты, стимулирующие рост опухоли.

Список источников:

  1. Cancer as a Metabolic Disease: On the Origin, Management, and Prevention of Cancer (книга)
  2. Cancer as a metabolic disease: implications for novel therapeutics (статья)
  3. Ketogenic diets as an adjuvant cancer therapy: History and potential mechanism (статья)
  4. Mitochondria and Cancer (статья)
  5. A fate worse than death: apoptosis as an oncogenic process (статья)
  6. Otto Warburg’s contributions to current concepts of cancer metabolism (статья)
  7. Tumor Mitochondria and the Bioenergetics of Cancer Cells (монография)
  8. https://www.cdc.gov/cancer/dcpc/research/articles/cancer_2020.htm
  9. http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs310/en/
  10. Hexokinase II integrates energy metabolism and cellular protection: Akting on mitochondria and TORCing to autophagy
  11. The Ketogenic Diet and Hyperbaric Oxygen Therapy Prolong Survival in Mice with Systemic Metastatic Cancer
Поделиться:

Цитокины, грибы и онкология

Цитокины модулируют иммунный ответ организма. Грибы обладают рядом полезных медицинских свойств. Меня привлекла статья об иммунномодулирующих свойствах грибов и их применении в онкологии.

Цитокины и рак

Паттерн Цитокины Эффект
TH1 IFN-γ, IL-12, TNF-α Стимулирует иммунный ответ раку
TH2 IL-4, IL-5, IL-13 Снижают TH1
TH3/Treg TGF-β Модулируют TH1
Про-воспалительные IL-1, IL-6, IL-8, TNF-α Вызывают воспаление

Доминирующим TH1-цитокином является IFN-γ, который отвечает за стимуляцию клеточного иммунного ответа. Клеточный иммунитет имеет важное значение в противоопухолевой реакции, поскольку NK (natural killer) и CD8 + Т-клетки, а также опухолевые макрофаги могут разрушать опухолевые клетки. Кроме того, IFN-γ увеличивает количество клеточных функций, таких как представление опухолеспецифических антигенов и продуцирование опухолевых цитокинов. Использование грибов, которые увеличивают [концентрацию] IFN-γ и стимулируют ответ TH1, полезно для раковых больных.

В отличие от ответа TH1, ответ TH2 обычно не ассоциируется с иммунным ответом на рак. Реакции TH2 связаны с аллергией и астмой и включают цитокины IL-4, IL-5, IL-13, а иногда и IL-10. Самое главное, IL-4 и IFN-γ перекрестно регулируют друг друга. IFN-γ уменьшает продукцию IL-4, а IL-4 снижает продукцию IFN-γ. Таким образом, апрегуляция TH2 может нанести ущерб больным раком, поскольку он уменьшает IFN-γ и снижает клеточный иммунный ответ к раку.

Регулирование ответа Т-клеток осуществляют клетками Treg, также называемыми клетками TH3 или Treg. Хотя существует много категорий клеток Treg, большинство Tregs продуцируют TGF-β (трансформирующий фактор роста бета). Эти цитокины были обнаружены благодаря их способности увеличивать рост опухолевых клеток, на фоне уменьшения ответа TH1. TGF-β также может уменьшать TH2-ответы.

При рассмотрении иммуномодулирующих эффектов грибов нам подходят:

  • стимулирующие ответ TH1,
  • уменьшающие ответы TH2 и Treg.

Грибы, которые уменьшают воспаление, могут иметь дополнительное преимущество за счет снятия усталости, тревоги и других симптомов за счет уменьшения воспалительных цитокинов  (IL-1, IL-6, TNF-α).

Грибы и цитокины

цитокины

Авторы статьи рассматривают 5 видов грибов:

  • Шампиньоны (agaricus);
  • Рейши;
  • Кордицепс;
  • Траметес разноцветный (turkish tail);
  • Майтаке (грифола курчавая)

Меня заинтересовало то, что рейши и кордицепс снижают концентрацию фермента MMP-9. Этот фермент сильнее выражен во время рака и аутоиммунных заболеваний. Также его повышенная активность мешает заживлению эрозии роговицы. Еще не так давно я планировать рассмативал варианты курса доксициклина или иммуннодепрессантов для ускоренного заживления эрозии роговицы как раз затем, чтобы уменьшить концентрацию MMP-9. Оказывается это можно сделать столь значимых интервенций, а всего лишь грибами.

В исследовании (бесплатный полный доступ) подробно рассматриваются исследования каждого из перечисленных грибов и его иммунномодулирующих свойств. Таблицы настолько нагляды и понятны, что не хочу сюда их копировать. Снижение Th2 и Treg, повышение Th1 и другие потенциально полезные для онкологии изменения в иммунной системе.

Грибы и рак

Хочется остановиться на том, что перечисленные выше грибы успешно дополняют терапевтический эффект препаратов химиотерапии и даже радиотерапии. Совместное применение определенных грибов с определенными препаратами при определенных видах рака значительно снижало смертность и прогресс болезни.

Как пример таблица из исследования:

Chemotherapeutic Agent Indicated Mushroom
Trastudzumab PSK (turkey tail)
Cyclophosphamide Reishi
Cisplatin Maitake, Cordyceps, reishi
Docetaxel PSK (turkey tail)
Doxorubicin Agaricus

Например, “индюшиных хвост” значительно увеличивает цитотоксичность Герцептина (ммн трастузумаб). Или кордицепс может увеличивать цитотоксичность цисплатина.

Бета-глюканы из рейши очень сильно повышали выживаемость мышей после радиционного облучения.

Type of Cancer Indicated Mushroom
Nonsmall-cell lung cancer Cordyceps
Lung cancer Reishi
Gastric cancer PSK (turkey tail)
Hepatocellular carcinoma Agaricus, reishi
Leukemia Agaricus, reishi
Lymphoma Cordyceps
Breast cancer Reishi, maitake, turkey tail
Colon cancer Maitake, reishi, turkey tail
Prostate cancer Reishi
Sarcoma Reishi

Медицинские грибы, модулирующие цитокины, – это относительно новая (не более 5 лет) вспомогательная терапия в лечении различных видов рака. Эффекты этих грибов я склонен экстраполировать с рака на модуляцию работы иммунной системы в целом. Что может быть полезно для аутоиммунных заболеваний.

Выводы

  • Грибы могут модулировать работу иммунной системы, в частности выраженность тех или иных цитокинов;
  • Грибы могут вполне успешной вспомогательной терапией как для химиотерапии, так и для радиотерапии;
  • Этому молодое поле научных исследований, за которым стоит с интересом следить.
Поделиться:

Кетогенная диета продлевает и улучшает жизнь

 

Кетогенная диетаКетогенная диета – повод для самых различных спекуляций. От гипотиреоза до импотенции. Еще один толстый гвоздь в крышку гроба постыдных идей вбили Megan N. Roberts at al в своей статье A Ketogenic Diet Extends Longevity and Healthspan in Adult Mice.

Как кетогенная диета влияет на продолжительность жизни и старение однажды уже пытались исследовать. Вывод авторов заключался в том, что кето-диета не меняет продолжительность жизни мышей. Проблема с исследованием была в том, что мыши (и кето, и контроль) жили заметно меньше, что в среднем по виду. Поэтому то исследование невозможно считать исчерпывающим.

В ходе эксперимента было 3 группы: кето (89% калорий из жира), низкоуглеводка (70% ккал из жира), контрольная группа (65% калорий из углеводов). На 12 месяце жизни к ним применили диеты и исследовали на протяжении всей жизни, периодически тестируя и исследуя на различные маркеры.

Результаты исследования

 

Кетогенная диета на 13,6% продлевала среднюю продолжительность жизни мышей. Что видно на Рисунке 1. Максимальная продолжительность жизни при этом оставалась примерно такой же. Количество смертей от опухолей заметно сократилось на кето-диете.

На рисунке 1B мы видим, что кето сохраняло память в возрастных мышах лучше, чем другие диеты. На рисунках 1C и 1D мы видим, что кетогенная диета сохраняла моторную функцию (силу хвата по сути) лучше других диет. Аэробные тесты (рисунки 1E и 1F) также говорят в пользу кето-диеты. В исследовании есть подробное описание и диет, и экспериментов. Оставшиеся графики говорят улучшенной моторной функции икроножных мышц и других мышц задних конечностей в кето-группе.

Кетогенная диета была отмечена меньшей массой тела (рис 2А). Сухая мышечная массы была ниже в кето-группе, и выше в контрольной и низкоуглеводной.

Дыхательный фактор (соотношение выдыхаемого углекислого газа ко вдыхаемому кислороды) был заметно ниже в низкоуглеводной и кето-группа (рис 2D). Расход энергии (потребляемый кислород, выдыхаемый углекислый газ) был одинаковым во всех трех группах.

Чувствительность к инсулину была выше в кето и низкоуглеводной группе (рис 2E). Фермент, важные для бета-оксидации был более выражен при кето-диете, а фермент, связанный гликолизом, был на кето выражен меньше (рис 2G – 2L).

β-гидроксибутират подавляет фермент гистон-деацетилазу (HDAC), тем самым усиливая ацетилирование гистонов и влияя на экспрессию генов ДНК. Что в том числе приводит к усилению экспрессии белка Foxo3a, увеличению уровня супероксид дисмутазы (SOD) и других факторов, влияющих на продолжительность жизни и защиту от внешних стрессов.

Кетогенная диета дерегулирует mTORc1, комплекс 1 мишени рапамицина у млекопитающих. Уровни mTOR, отвечающего кроме всего прочего за рост мышц, не отличался на кето-диете, но mTORC1 снизил свою сигнальную функцию.

Кетогенная диета и продолжительность жизни. Обсуждение результатов

Ранее было принято считать, что высокожировая диета снижает продолжительность жизни. Но мы с вами это уже обмусоливали. Кетогенная диета приводит к рост реактивных видов кислорода, что приводит к защитной реакции организма. И в итоге функция организма в целом улучшает. Углеводы+жиры или просто нереальное количество углеводов создают огромное количество реактивных видов кислорода, с которыми супероксид дисмутаза и глутатион не могут справиться. И эти реактивные виды кислорода сеют разруху внутри наших митохондрий, что чревато в долгосрочной перспективе смертью клетки.

Кето-диета имитирует действие метформина. К этому приходят опытным путем и авторы исследования. Они комментируют это через призму функции mTORc1, которую подавляет кето-диета. mTORc1 дает сигналы организму усиливать анаболические процессы, если очень грубо. Кето, наоборот, уверяет организм, что ему нужно “быть на чилле” и непереутруждать себя излишним синтезом белков и жиров.

Кето, напомню, подавляет комплекс 1 митохондрий в рамкам кето-адаптации. Пара коэнзима Q находится в более восстановленном виде и не может перенести электрон на комплекс 3. Что приводит к обратному потоку электронов в дыхательной цепи, созданию реактивных видов кислорода и обратимой деградации комплекса 1.

Что кетогенная диета способствует долгосрочности когнитивной функции мы тоже обсуждали ранее. Точнее даже сказать, что высоко-углеводная диета приводит к более быстрой смерти нейронов, соответственно в том числе к более быстрой потере памяти.

Исследователи варьировали количество белка в диете (12% и 20%) и не заметили разницы на продолжительность жизни. Таким образом это не объем потребляемого белка (в рамках кето-диеты).

Сохранение моторной функции исследователи атрибутируют ацето-ацетату, кетоновому телу, которое защищает нашу мышечную функцию. Но лично я думаю, что это еще и оптимизация митохондриальной функции, не только прямое действие ацето-ацетата на мышцы, и сохранение более ясной когнитивной функции.

Кетогенная диета приводит к гипер-ацетилированию белка p53, который известен своими противоопухолевыми свойствами.

В кето-группе, естественно, была подавлена способность организма сопротивляться гипергликемии (glusoce tolerance).

Выводы:

  • Кетогенная диета продлевала среднюю продолжительность жизни на 13,6%, не влияя на максимальную продолжительность жизни;
  • Частично этот эффект объясняется сильной выраженность противоопухолева белка p53 и меньшим количество смертей от рака;
  • Кето способствует умственному здоровью в старости, сохранению моторных функций мышц во время старения и ацетилированию гистонов;
  • Ацетилирование гистонов – усиление экспрессии некоторых генов, например FOXO3, связанного с продолжительностью жизни;
  • Кето само по себе имитирует эффект голодания / принятие метформина с точки зрения влияния на продолжительность жизни, горметического «оживления» восстановительных процессов на клеточном уровне и изменений в работы дыхательной цепи переноса электронов.
Поделиться:

Кетогенная диета и рак, глюконеогенез и кортикостероиды

Oliveira et al вы написали обзорную статью о применении кето-диеты для лечения рака. Из 1356 исследований было выбрано только 14. Авторы выбирали только профильные исследования, только на людях и так далее. В этих 14 исследованиях «кто в лес, кто по дрова», потому статья Оливьеры и коллег сама собой «выплыла» в сторону того, как надо бы проводить подобные исследования. Тем не менее, пару моментов оттуда почерпнуть можно.

Напомню базовую вводную. Отто Варбург (Otto Warburg) открыл, что большинство (важно, что не все) раковых клеток предпочитает ферментировать глюкозу до лактата вне зависимости от наличия кислорода. Этот процесс неэффективен (2 АТФ и 1 молекулы глюкозы вместе 36, которые можно получить через оксидацию глюкозы в здоровой митохондии) и требует большого количества экзогенной глюкозы. Все вместе создает благоприятную среду для развития опухолей.

В одном из исследований кето-диета привела к негативному результату. Это была глиобластома. Данное и еще одно исследование говорят об экспрессии кетогилических энзимов  в злокачественной глиоме. Как минимум с раком мозга в кето-диете надо быть аккуратнее.

В целом кето-диета имеет положительный или нейтральный эффект на развитие раковой опухоли.

Schoeder et al показали, что 5 дней кето-диеты приводили к снижению лактата в клетках опухоли, что связано с более положительным прогнозом для больных. Но исследование плохо раскрывает диету, не имеет контрольной группы и в целом не самое качественное.

Заинтересовало меня то, что авторы вскользь сказали о том, что стероиды могут изменять метаболизм глюкозы и глюконеогенез, что может влиять на итоги исследований. Pubmed и Google подсказали, что кортикостероиды усиливают глюконеогенез (есть и другие исследования/материалы). То есть в теории хронический прием кортикостероидов для противовоспалительных целей и/или серьезный курс этих же препаратов, вроде бетаметазона (Дипроспан® и другие марки), могли хронически усиливать ваш глюкогеонегез. Сразу вспомнил о Д.С., у которого без метформина на кето не было привычной многим «прухи»: то есть легкой эйфории (хорошего настроения) и прилива сил.

Состояние исследований таково, что текущих исследований о кето-диете и раковых опухолях много, то опубликованные материалы очень разношерстны по методологии и качеству. Можно смело ждать 3-5 лет (или даже больше) до следующего качественного скачка информации по теме.

Есть еще темы: кето + химиотерапия, кето + радиотерапия. Как кето (и закаливание) способствует эффективности этих процедур и восстановлению после них.

Поделиться:

Теория триажа витаминов и минералов Брюса Эймса

Исторически триаж – это медицинская сортировка. Требующие незамедлительного медицинского вмешательства, требующие вмешательства в течение нескольких часов и так далее.

В 2006 году вышла статья за авторством Брюса Эймса, где он утверждал, что в случае недостатка микронутриентов организм приоритизирует функции необходимые для краткосрочного выживания за счет функций, недостаток которых скажется лишь в долгосрочной перспективе [1,2].  Выживание во время репродуктивного возраста за счет функций, необходимых после репродуктивного возраста.

Дефицит витаминов и минералов, недостаточно сильный, чтобы вызвать клинические симптомы, характерен и для современного Мира. Богатая калориями, но бедная микронутриентами еда встречается не только среди бедных. Вспомните хотя бы спортивный протеин.

Изначально свою идею Эймс демонстрировал на витамине D, магнии и ряде других микронутриентов с большим количеством важных функцией.

В 2009 он продемонстрировал теорию триажа на примере витамина К [3]. Дело в том, что у этого витамина есть одна приоритетная функция – коагуляция и антикоагуляция крови.

В своем исследовании он демонстрирует, что белки, связанные с коагуляцией и антикоагуляцией, первыми получают витамин К. И только затем он достается остеокальцину (кости, роль в гомеостазе глюкозы), Mgp-белкам (регуляция кальсификации сосудов);  Gas6 (кальсификация); Tgfbi (стабильность микротрубочек, комплексная роль при раке), периостину (развитие органов, костей, заживление ран, рак); Gla-протеины итд.

Таким образом, при субоптимальном уровне витамина К в диете с возрастом мы подвергаем себя риску:

– костных аномалий (хрупкость, потеря минерализации);
– кальсификации сосудов (атеросклероз итд);
– нечувствительность к инсулину;
– остеоартриту;
– хронической болезни почек;
– более высокой концентрации основных маркеров воспаления;
– раку.

В 2011 Эймс аналогичное «упражнение» проделал с селеном [4]. Селенозависимые белки делятся условно на эссенциальные и неэссенциальные. Во время недостатка селена концентрация вторых значительно падает, в то время как концентрация необходимых селенозависимых белков более устойчива к снижению количества витамина в диете. И мы видим, что недостаток неэссенциальных белков является риском некоторых видов рака, ССЗ, потери мышечной массы, потери минеральной плотности костей, потери умственных способностей, нечувствительности к инсулину.

Тексты самих исследований рекомендуются к прочтению людям, которые считают, что организм «сам синтезирует все нужное».

  1. http://www.bruceames.org/Triage.pdf
  2. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17101959
  3. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19692494
  4. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21402715
Поделиться:

Кето-1. Почему жиры и что такое пентозофосфатный путь метаболизма глюкозы

Начнем сначала с того, почему жиры.

Пища – это источник, в первую очередь, углерода и энергии. Вспомним эти расчеты.

1 молекула глюкозы дает 38 молекул АТФ;
1 молекула 18-углеродной стеариновой кислоты дает 147 молекул АТФ, притом всего лишь в 2 раза больше калорий.

В данном случае с глюкозой с 1 атом углерода мы получаем примерно 6,3 молекул АТФ; со стеариновой кислотой – 8,2 АТФ.

Это происходит из-за того, что жиры – менее окисленная форма углерода, чем углеводы, как точно заметил Д.С. немного раньше. То есть жиры могут в процессе метаболизма окислиться (что они успешно и делают), дав больше энергии чем углеводы.

Углеводы же за счет того, что они более окисленная форма углерода, приводят к избыточной генерации реактивных видов кислорода в дыхательной цепи митохондрий [1,2, и другие исследования].

Чтобы проговорить все возможные каналы получения энергии, давайте вспомним про креатин. С ним нюанс в том, что креатин поглощает больше метиловых групп (CH3), чем все остальные реакции тела, вместе взятые [3, 4].  Баланс метилирования в организме – критическая функция для физического и психического здоровья (не говоря уже о долголетии), так как этот фактор напрямую определяет эксперссию генов [5].

У нас вроде бы остается только один путь выработки энергии: бета-оксидация, но на самом деле куда больше. Сейчас предлагаю рассмотреть пентозофосфатный путь метаболизма глюкозы. Он же pentose phosphate pathway, сокращенно PPP/ПФП.

Это альтернативный путь метаболизма глюкозы, когда она не поступает в цикл Кребса [6,7]

В ходе ПФП происходит 2 важных вещи, помимо синтеза АТФ: образование 5-фосфатных сахаров (в частности D-рибозы) – это более восстановленная версия углерода, чем 6-фосфатные формы; и образование NADPH [7, 8, 11, 12], как мощнейшего инструмента восстановления в паре восстановление-окисление. Восстановленное можно окислить, получив дополнительную энергию.

5-фосфатные формы являются неотъемлемыми компонентами [синтеза] АТФ, КоА, NADP+, FAD, РНК, ДНК. Кроме того, D-рибоза является эффективным источником восстановления гликогена в печени [9,10].  Так как это более восстановленная форма, ее можно окислить обратно до 6-фосфатной формы, получив энергию (допустим, для синтеза ДНК).

NADPH в рамках крайне важного для организма восстановительного свойства, может восстанавливать глутатион, основной клеточный антиоксидант [8, 13]. Забудьте БАДы глутатиона – он расщепляется желудком. Забудьте комбинации NAC+R-lipolic+VitC – это не дает гарантий повышения уровня глутатиона. ПФП – это наш выбор. Что приводит нас к очевидному вопросу.

Как активировать пентозофосфатный путь?

Не самый исследованный метаболический путь у людей. Давайте попробуем разобраться.

Одна из стратегий борьбы с раковыми клетками – убить их чрезмерным количество реактивных видов кислорода. Раковые клетки пытаются защититься, активируя ПФП [14].

В растениях, где регуляция ПФП более исследована, этот метаболический путь активируется стрессом кислорода [15] и во время акклиматизации к холоду, что тоже во многом было связано с оксидативным стрессом [16].

Оксид азота приводит к апрегуляции ПФП [17]. Если вы вспомните лекции Александра Вунша по фотобиологии [18, 19],  УФ-спектр приводит к высвобождению нами оксида азота и к блокированию последним цитохрома С дыхательной цепи митохондрий. Что выравнивает ИК-спектр света, «выгоняющий» NO из цитохрома С.

Исследование 15-го года [20] говорит о том, что активация PPP – является первой помощью организма в ответ на оксидативный стресс кожи при контакте с УФ-лучами.

Вышеприведенные факты легко соединяются воедино. Организм испытывает стресс (в первую очередь оксидативный: солнце, кислород) и активирует защитный ПФП, который приведет к образованию NADPH с его восстаналивающим потенциалом, который сможем качнуть «оксидативные» качели обратно.

Очевидных ответа два: солнце (без защитных кремов и очков) и оксидативный стресс физических упражнений.

  1. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/10831788
  2. https://www.hindawi.com/journals/jnme/2012/238056/
  3. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/11595668
  4. http://easacademy.org/trainer-resources/article/creatine-more-than-sports-supplement
  5. http://www.news-medical.net/life-sciences/Role-of-DNA-Methylation-in-Disease.aspx
  6. https://www.khanacademy.org/test-prep/mcat/biomolecules/carbohydrate-metabolism/a/pentose-phosphate-pathway
  7. https://www.rpi.edu/dept/bcbp/molbiochem/MBWeb/mb2/part1/pentose.htm
  8. https://www.jackkruse.com/emf-4-why-might-you-need-carbs-for-performance/
  9. http://www.jbc.org/content/224/2/851.full.pdf
  10. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24982199
  11. http://www.nature.com/nature/journal/v510/n7504/full/nature13236.html
  12. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17533217
  13. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/3803464
  14. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25037503
  15. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S000398611630385X
  16. http://journal.ashspublications.org/content/134/2/210.abstract
  17. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/18455501
  18. https://vimeo.com/174504341
  19. https://vimeo.com/187834155
  20. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26190262
Поделиться:

Голодание: молекулярные механизмы и клиническое применение

Fasting: molecular mechanisms and clinical applications

Как я уже говорил ранее, кето-диета была создана в 1921 году как способ имитировать голодание и его бонусы для здоровья. Для этих же целей можно использовать периодическое голодание. Один из видных исследователей этого поля является Вальтер Лонго, его обзорное исследование 2014 года, я хочу изложить в тезисах.

Простые организмы

  1. E. coli при переносе из питательного раствора в безкалорийный живет в 4 раза дольше. Эффект обращается добавлением нутриентов, но не ацетата. Так как ацетат – источник углерода, связанный с голоданием. Как видим, даже у одноклеточных организмов есть подобие альтернативных источников энергии и углерода на период голодание. Сразу напрашивается аналогия между глюкозой/кетонами у млекопитающих.
  2. S. cerevisiae (пекарские дрожжи) при смене питательного субстрата на воду живут в 2 раза дольше, также у них усиливается сопротивление ряду внешних стрессоров. Деактивация ряда сигнальных путей при голодании приводит к активации защитных транскрипторных факторов, в том числе влияющие на супероксиддисмутазу (защищаешь организм от реактивных видов кислорода) и белки термо-шока.

Во время голода бактерии и дрожжи аккумулируют кето-подобную уксусную кислоту.

  1. C. elegans (нематоды) тоже увеличивают продолжительность жизни во время голодания. А вот мухам голодание не продляет жизнь. Ограничение калорий продлевает жизнь дроздофиле, но к коротким периодам голодания они чувствительны.

Адаптация у млекопитающих

Во время голодания млекопитающие переключаются на глюкозу не из печени, кетоновые тела и свободные жирные кислоты. Кетоновые тела создаются из ацетил-КоА, созданного бета-оксидацией жирных кислот в гепатоцитах и конвертацией кетогенных аминокислот. В период голодания к глюкозе добавляют ацетоацетат и бета-гидроксибутират.

После опустошения печеночного гликогена печень с помощью глюконеогенеза синтезирует примерно 80 грамм глюкозы в день, которые утилизируются в основном в мозге. Большинство людей могут без еды прожить больше 30 дней. Королевские пингвины, например, больше 5 месяцев. Мозг тоже переходит на потребление кетонов в период голодания.

У дрожжей глюкоза, уксусная кислота, этанол, но не глицерин ускоряют старение. Глицерин, таким образом, источник углерода, который утилизируется клетками, но не ускоряет старение. То есть различные источник углерода в период голодания влияют на клеточную защиту и старение. Кетоны и свободные жирные кислоты замедляют клеточное старение у млекопитающих.

Голодание и мозг

У млекопитающих серьезное ограничение калорий или отсутствие еды приводит к снижению размера большинства органов, но не мозга. С эволюционной точки зрения это говорит о том, что поддержание когнитивной функции в период голодания является первоочередной задачей. Ряд поведенческих черт животных лучше проявляется, когда они голодные и приглушены, когда они сытые.

Грызуны во время прерывистого голодания (IF) лучше проходят тесты на сенсорные и моторные функции. Это улучшение поведенческих характеристик ассоциируется с синаптической пластичностью и усиленным производством новых нейронов из нейронных стволовых клеток. Также сейчас внимательно следят за ролью нейротрофического фактора мозга (BDNF) в этих процессах, так как этот фактор модулирует аппетит, активность, периферийный метаболизм глюкозы и автономный контроль сердечно-сосудистых и гастроэнтерологических систем.

Ограничение калорий (CR) значительно повышает концентрацию адипонектина (гормон, синтезирующийся жировой тканью, кардиопротекторный эффект), подавляет рост опухолей. Грелин во время голодания престарелых мышей улучшает синтез тимоцитов и функцию периферийных Т-клеток.

Имеет место периферийная эндокринная адаптация к голоду с помощью NPY-пептида, и его активности в гипоталамусе.

Имеем: эндокринную адаптацию, стимуляцию иммунных клеток, увеличение активностей нейронных сетей мозг, связанных с BDNF, улучшается синаптическая пластичность – улучшается способность противостоять стрессу.

Голодание, старение и болезни у грызунов

Старение и различные виды голодания

С мышами экспериментируют двумя видами голодания: прерывистое голодание (IF), периодическое голодание (PF) [далее по тексту я не особо затрудняю себя точностью определениях тех или иных форм голодания – очень уж похожи]. Прерывистое (intermittent fasting) – это циклы голодания обычно по 24 часа с промежутком в один-несколько дней. Периодическое голодание – циклы голодая в 2 и более дней с перерывами как минимум неделю (пока мыши восстановят нормальную массу). Разница в молекулярных изменениях, вызванных различными режимами голодания. У IF более части, но менее сильные эффекты, чем у PF.

Голодание через день в зависимости от особи продлевает жизнь вплоть до +80%. Прерывистое голодание через день работает на мышей лучше, чем голодание каждый 3-й или каждый 4-й день. IF + беговая дорожка продлевают мышам жизнь дольше, чем каждая из опций по-отдельности. После 10 недель периодического голодания (3 дня подряд в неделю) крысы были менее склонны к гипогликемии после 2 часов силовых плавательных нагрузок, так как они больше аккумулировали мышечного гликогена и триглицедиров.

Эффекты голодания схожи с эффектом аэробных нагрузок: увеличение чувствительности к инсулину, сопротивление клеточному стрессу, снижение кровяного давления, частоты сердечного ритма, улучшения вариабельности сердечного ритма и улучшения парасимпатического тонуса. Физические нагрузки и IF замедляют некоторые возрастные болезни за счет общего механизма клеточной адаптации.

Голодание (IF) у старых мышей приводило к снижению продолжительности жизни. Если практика начиналась с юных лет, то она либо увеличивала продолжительность жизни, либо не меняла.

В общем если во время голодания поддерживается нормальный вес и если экспериментируют на молодых и зрелых (но не старых) мышах, то эффект увеличения продолжительности жизни от голодания есть. Какие периоды голодания лучше всего продляют жизнь – пока до конца не ясно. Тут важно заметить, что большинство видов мышей не живут дольше 3 дней без еды.

Голодание и рак

Голодание через день значительно снижало инциденты лимфом у мышей и голодание 1 день в неделю замедляло спонтанный онкогенез у p-53 (ген, подавляет опухоли) дефицитных мышей. Тут важно заметить, что голодание сопровождалось снижением инсулина, глюкозы, ИФР-1, клеточной смертью и/или атрофией в большом количестве тканей и органов, в том числе печени, почек, и в период рефидов в этих тканях была абнормальная пролиферация. Когда мы соединяем это пролиферацию и канцерогены, то это может способствовать канцерогенезу и образованию предраковых повреждений и тканей.

Голодание в течение 2-3 дней защищало мышей от набора химиотерапевтических лекарств. Этот феномен называется differential stress resistance (DSR). Клетки рака снижают сопротивляемость стрессу, потому не способны защитить себя от последствий голодания. Также голодание увеличивает чувствительность клеток рака к химеотерапии. Differential stress sensitizing (DSS) – избирательное повышение чувствительности, основано на знании того, что в раковых клеток есть множество мутаций, позволяющих им активно размножаться в стандартных условиях, но делающих их менее живучими в экстремальных условиях. Химиотерапия и голодание повышают шанс выживания с последующих отсутствием рака на 20-60% лучше, чем химиотерапия или голодание по-отдельности. Гипотеза предыдущих лет, что рак можно победить голоданием – лишь частично правда. Так как это эффективно для одних типов рака и неэффективно для других.

Голодание и нейродегенерация

По сравнению с мышами без ограничения в еде, в мышах с IF реже встречались нейронные дисфункции и нейродегенерация, и проявлялось меньше симптомов болезней Альцгеймера, Паркинсона, Хантингтона. В том числе среди мышей, генетически предрасположенных к этим заболеваниям. С эпилепсией такая же история.

Голодание снижает оксидативный стресс, улучшает клеточную биоэнергетику, улучшает сигнальную функцию различных нейротрофических факторов и снижает воспаление.

Периодическое голодание (IF) может способствовать восстановлению цепи поврежденных нервных клеток, стимулируя образование синапсов и новый нейронов из нейронных стволовых клеток.

Но при некоторых заболеваниям (например, ALS) голодание усиливает нейродегенеративные процессы, так как моторные нейроны не могут адаптироваться к стрессу голода.

Голодание и метаболический синдром

Метаболический синдром (МС) – ожирение, невосприимчивость инсулину, больше триглицеридов, давление, больший риск ССЗ, диабета, инсульта, болезни Альцгеймера. Мыши с неограниченной диетой с возрастом пришли к подобному фенотипу. В юных мышах можно добиться подобного, кормя их комбинацией большого количества жиров и простых сахаров.

Голодание обращает все аспекты МС у грызунов. Голодание в течение 1-3 дней также снижает урон инсульта печени и почкам.

Интересно то, что подобного эффекта можно добиться, убрав из рациона только трипфотан, незаменимую аминокислоту.

При ожирении у нас повышенные показатели инсулина и лептина, сниженные адипонектина и грелина. Голодание повышает чувствительность к инсулину и лептину, подавляет воспаление, стимулирует аутофагию, может приводить к положительным изменениям в кишечной микробиоте. С людьми сложность в том, что люди с ожирением часто не хотят голодать.

Голодание, старение и болезни людей

Голодание и старение

Клинические и эпидемиологические данные последовательны и говорят о том, что голодание заменяет процессы старения и ассоциированные с этим болезни. Эти же процессы ускоряются при чревоугодном образе жизни. Речь идет о:
1) оксидативном повреждении белков;
2) воспалении;
3) накоплении дисфункциональных белков и органелл;
4) повышенных глюкозе, инсулине, ИФР-1, хотя и дефицит ИФР-1 может быть связан с некоторыми патологиями.

Клинические признаки оксидативного стресса снижаются через 2-4 недели у астматиков при голодании через день. У женщин с избыточной массой тела и раком груди голодание 2 дня в неделю снижало оксидативный стресс и воспаление, а у пожилых людей снижало массу тела, количества жира и улучшало настроение. Дополнительными потенциальными антивозрастными эффектами можно считать подавление пути mTOR, стимуляцию аутофагии и кетогенеза.

К основным антивозрастным эффектам голодания относится снижение уровней ИФР-1, глюкозы и инсулина. Голодание от 3 дней снижает от 30% количество циркулирующего инсулину и глюкозы, также приводит к резкому снижению ИФР-1, повышенные значения которого вместе с повышенным инсулином ассоциируются с ускоренным старением и раком. Голодание в течение 5 дней снижает ИФР-1 на 60% и в пять раз повышая концентрацию ингибирующего ИФР-1 белка IGFBP1. Этот эффект на ИФР-1 обусловлен в основном белковым голоданием, в частности снижением незаменимых аминокислот. Однако ограничение калорий и снижение инсулина также способствует снижению ИФР-1. У людей ограничение калорий не снижает ИФР-1, если не связано с ограничением количества поступающих белков.

Эффект периодического голодания выше, чем у ограничения калорий и связан с меньшим количеством рисков из-за недоедания.

Голодание и рак

Потенциально голодание может быть полезно для раковых больных, но нет клинических данных об эффекте IF и PF в предотвращении рака. Снижение инсулина, глюкозы и ИФР-1 вместе с увеличенной концентрацией кетонов может создавать защитное окружение для поврежденной ДНК, снижать канцерогенез, в тоже время создавая враждебную среду для опухолей и предраковых клеток.

Повышенный уровень ИФР-1 ассоциируется с повышенным риском развития некоторых видов рака (привет стероидникам, даже ссылки дам: Чен и коллеги 2000, Джииованнучи 2000, Йоон и коллеги 2015 итд). И индивиды с дефицитом рецепторов ГР редко болеют раком.

Голодание повышает шанс того, что клетка с поврежденной ДНК самоуничтожится (апоптоз), тем самым защищает от предраковых клеток.

Голодание и нейродегенерация

Понимание воздействия голодания на когнитивные способности и нервную систему основывается сейчас на животных моделях (см. выше). После 3-4 месяцев ограничения калорий улучается вербальная память у женщин с избыточным весом и у пожилых людей. Пациенты с незначительной умственной недостаточностью после месяца гипогликемической диеты демонстрируют улучшения визуальной памяти, улучшенные биомаркеры спиномозговой жидкости (AB-метаболизм), улучшенные показатели биоэнергетики.

Голодание, воспаление и повышенное давление

Во время голодания (3 недели) воспалительные процессы и боль при ревматоидном артрите сокращаются. Но при возвращении к обычной (стандартной американской) диете симптомы РА возвращаются, только если диета не становится низковоспалительной (в исследовании вегетарианская как таковая).

Комбинация голодания и изменения диеты давало результаты, которые длились 2 года или более. Таким образом, голодание + изменение диеты отлично подходит для больных ревматоидным артритом. И это довольно качественные исследования, потому что у базового было как минимум 4 контрольных, всё с последовательными результатами, что для диетологии и питания – большая редкость.

Периодическое голодание снижает TNFα и керамиды у астматиков в течение 2 месяцев IF. Водное и другие виды голодания снижают повышенное давление. В среднем в течение 13 дней водного голодания систолическое давление падает ниже 120 у 82% испытуемых с пограничной гипертонией. При возврате диеты результаты держатся около 6 дней.

Голодание и метаболический синдром

Результаты аналогичны мышиным. Голодание снижает все маркеры метаболического синдрома. Диабет меньше распространен у тех, кто не практикует формы голодания. У здоровых молодых людей (ИМТ 25) IF улучшало забор глюкозы, повышало концентрацию кетонов и адипонектина, без значимой потери веса.

Периодическое голодание позволяет улучшить метаболизм глюкозы без потери веса.

Заключение

Различные режимы голодания используются, чтобы получить положительные эффекты, при этом нивелируя вред продолжительного голодания.

Голодание улучшает чувствительность к инсулину, понижает кровяное давление, количество жира, ИФР-1, инсулин, глюкозу, атерогенные (вредные) липиды и воспаление. Голодание может помочь в целом наборе заболеваний и в борьбе с их последствиями: инфаркт миокарда, диабет, инсульт, нейроденегеративные болезни и так далее.

Основной механизм – адаптация организма к стрессу голодания, что позволяет справляться с большим стрессом (болезнью). Также голодание защищает ДНК от повреждений, подавляет клеточный рост, усиливает апоптоз поврежденных клеток, может замедлять/предотвращать развитие раковых клеток.

Но профильные исследования не проводились на детях, стариках, чрезмерно худых индивидах – голодание может быть потенциально для них опасно. Продолжительное голодание (от 3 дней) должно проходить под наблюдением врача.

Периодическое голодание (даже 12-24 часа) вместе с регулярными упражнениями – хорошая комбинация для большинства людей.

В клинической практике режим голодания должен подбираться в зависимости от болезней как самостоятельная или дополнительная терапия.

Периодическое голодание может не иметь эффекта увеличения продолжительности жизни при сохранении обычной диеты, лучше попробовать низкобелковую средиземноморскую или окинавскую диеты (0,8 грамма белка на 1 кг веса).

Поделиться:

Виагра и меланома

Для обобщения давайте говорить обо всех ФДЭ-5 блокаторах в рамках так называемой “крузятины“, то есть в духе доктора Джека Круза сводить многие вещи к свету, воде, электромагнитным силам.

https://www.drugwatch.com/viagra/melanoma/ – есть небезынтересный сайт DrugWatch, где среди прочего писали о том, что виагра (мнн синденафил) повышает риск меланомы у американских мужчин примерно в 2 раза. Давайте разбираться.

Заявление это основано на когортном исследовании 2014 года, опубликованное в JAMA.

Круз связывает это с оксидом азота, сосудорасширяющее действие которого хорошо известно. NO и ФДЭ-5 связаны, но не совсем напрямую.

Если вы помните лекцию Вунша по фототерапии, ближний ИК-спектр очищает от NO цитохром С, восстанавливая работу электронной цепи митохондрий.
И хочу добавить известный факт, что UV-A спектр активирует NO и высвобождает его из кожи. Тынц. Но исследований по этой теме много.

Пики усвоения NO от фдэ-5 блокаторов (виагра, сиалис, левитра и всякие дженерики) + гетероплазмия митохондрий в условиях современного мира (чужеродные ЭМП, синий спектр света вечером итд).
NO замечательный стимулятор ангиогенеза (образования новых кровеносных сосудов). Ангиогенез в том числе является биомаркером онкологии.
+ раз кровью снабжается лучше пенис, значит меньше достается сердцу (отсюда связь эрекций и сердечных приступов) и другим тканям.

Напомню, что гормон роста и действие ряда его стимуляторов увязано на оксид азота.
Важно понимать понимать, что оксид азота (особенно в неестественной гигиене света) может иметь свои негативные последствия.
Оригинальный пост по теме есть на фейсбуке Круза, я все сильно упросил, уменьшил и добавил свои 2 копейки.

Поделиться: