Кломифен как анти-возрастное лекарство

Кломифен (среди прочих показаний) – лекарство от вторичного гипогонадизма и в какой-то мере эрективной дисфункции.

Уровень тестостерона снижается у зрелых мужчин каждый год на 10-15% [1]. Интервенционная эндокринология – медицина будущего и настоящего. Однако, гормон-заместительная терапия имеет некоторые известные побочные эффекты: частичная или полная стерильность с тестикулярной атрофией. Тестикулам не нужно вырабатывать эндогенный тестостерон при избытках экзогенного.

Когда мы говорим о сниженном тестостероне, речь не только о сниженной потенции, но и о больших рисках сердечно-сосудистых заболеваний, диабета, остеопороза – у организма меньше ресурса «починки».

Существует 2 вида гипогонадизма:

  • Первичный. Нарушение выработки половых гормонов яичками;
  • Вторичный. Нарушение работы оси Гипоталамус-Гипофиз-Гонады (ГГГ ось / HPG axis).

Если нам еще нужна фертильность, то тестостерон заместительная терапия нам не подойдет. Тогда у нас останется по крайней мере два варианта:

  • Кломифен;
  • Хорионический гонадотропин

О первом варианте и поговорим.

Кломифен. Механизм действия

Кломифен

Кломифен – селективный модулятор рецепторов эстрогена. Он является слабым антагонистом эстрогена на уровне гипоталамуса, чем стимулирует секрецию гонадолиберина (ГнРГ, GnRH), который воздействуют на гипофиз, который высвобождает лютеинизирующий гормон и фоликулостимулирующий гормон. Последние стимулируют тестикулы синтезировать больше тестостерона и больше спермы. Таким образом кломифен эффективно стимулирует ось ГГГ [1, 4, 5]

В официальных показаниях в России как раз обозначено лечение олигоспермии [4] (один из несильно обсуждаемых бичей современного Мира).

Кломифен. Эффект в течение трех лет [1]

К исследованиям есть типичные претензии: мало человек, недостаточно долго, методологические ошибки (и допущение). Последнее зачастую неизбежно при раздувании числа пациентов в исследовании. Тем не менее многолетнее наблюдение группы людей с «чистой» методологической частью – один из золотых стандартов клинических исследований. Что мы и видим в случае с работой Moskovic et al [1]

Moscovic et al выбрали 46 пациентов (в среднем 44 года) в двумя последовательными тестами утреннего тестостерона (до 10 утра) ниже 300 нг/дЛ (для России это 10,3 нмоль/дл).

У них изменяли раз в год: Общий тестостерон, Лютеинизирующий гормон, эстрадиол, ADAM опросник [3], Индекс массы тела.

Целевыми значениями тестостерона были 550 +- нг/дЛ (19,1 нмоль/дЛ).

Пациентов, естественно, выбирали не только по общему тестостерону, а по совмещение симптоматики гипогонадизма с подтверждением этого в анализах. Кроме низкого тестостерона, соответствующих результатов опросника, у пациентов должен был быть низкий ЛГ. В следующих блоках я более подробно коснусь критериев диагностики.

Изначально пациенты получали 25 мг кломифена через день, при необходимости дозировку поднимали до 50 мг, исходя из целевых значений тестостерона.

Как видим у пациентов в течение трех лет был прирост ЛГ и тестостерона. Эстрадиол вырос, масса тела упала, но для научного пуризма P value хотелось бы поменьше.

Прошу вас также обратить внимание на проседание тестостерона в середине первого года. Дозу для повышения общего результата не регулировали.

Побочных эффектов в течение 3 лет не было.

Авторы уходят в дебри сравнения терапии кломифеном с экзогенным тестостероном. Для меня очевидно, что терапия была эффективной. 75% пациентов так и оставались на дозировке 25 мг (полтаблетки) через день, остальным 50% дозировку увеличили до 50 мг через день.

Кому и когда стоит назначать кломифен?

Разобраться с этим вопросом нам поможет исследование Guay et al [2].

По их данным 52% мужчин США от 40 до 70 лет сталкиваются с эрективной дисфункцией. От 18 до 59% мужчин эта проблема касается 31% пациентов.

Острая болезнь может снизить работу оси ГГГ и выработку тестостерона, независимо от возраста. Хронические болезни также могут стать причиной гипогонадизма.

По информации от Guay et al [2], на 1000 с проблемой эрективной дисфункции:

  • 6% с первичным гипогонадизмом;
  • 30% со вторичным гипогонадизмом.

Авторы пишут о том, что смотреть надо свободный тестостерон, а не общий. ГСПГ с возрастом растёт, что приводит к ложно-высоким результатам общего тестостерона у пожилых мужчин.

Guy at al не забывают упоминать, что гипогонадизм и эрективная дисфунция – два разных заболевания.

В этом исследовании пациенты получили 50 мг кломифена каждые понедельник, среду и пятницу в течение 4 месяцев.

По итогам мы получили увеличение ЛГ на 100%, и тестостерона не менее, чем на 75%.

Авторы пытались анализировать какие заболевания способствовали лучшему отклику на кломифен как средство борьбы с эрективной дисфункцией, какие мешали. Если придираться к P value и требоваться не 5%, а 0,05%, то выводы сделать сложно. Но вроде бы те, у кого ЛГ-тесто падали от стресса и тревоги лучше реагировали на лечение. А пациенты с диабетом, сердечной недостаточностью и молодые пациенты с высоким давлением хуже реагировали на кломифен как лекарство от эрективной дисфункции. Возможно из-за комбинации лекарств. Тестостерон и ЛГ росли у всех.

Нежелательных явлений не упомянуто (значит значимых не было).

Кломифен. Выводы

  • Кломифен – эффективное средство лечения вторичного гипогонадизма:
    • Повышает ЛГ;
    • Повышает тестостерон;
    • Повышает сперматогенез
  • В отличие от анаболических стероидов не угнетает сперматогенез и не приводит к тестикулярной атрофии;
  • Критерии диагностики вторичного гипогонадизма:
    • Симптомы (ADAM score [4];
    • Сниженный тестостерон;
    • Сниженный и реже нормальный ЛГ (в первичном гипогонадизма будет по-другому);
  • Если эрективная дисфункция вызвана вторичным гипогонадизмом (30% случаев, если верить [2]), то кломифен может помочь с этой проблемой;
  • В перспективе 3 лет препарат не терял эффективности и не требовал увеличений дозировки;
  • Эффективными дозировками были: 25 мг через день, 50 мг через день, 50 мг 3 раза в неделю;
  • Хотя в инструкции указаны нежелательные явления, в исследованиях [1,2] их не было (в том числе в трехлетнем).
  • Если мы двигается от меньшей инвазивности к большей, то кломифен, на мой взгляд, первый этап поддержания уровня тестостерона на подобающем активному мужчине уровне. При этом препарат не только сохраняет, но и усиливает фертильность, что будет очень важно для молодых пациентов со вторичным гипогонадизмом.

Источники:

  1. Clomiphene citrate is safe and effective for long-term management of hypogonadism
  2. Clomiphene increases free testosterone levels in men with both secondary hypogonadism and erectile dysfunction: who does and does not benefit?
  3. The quantitative ADAM questionnaire: a new tool in quantifying the severity of hypogonadism
  4. КЛОМИФЕН (CLOMIFENE) инструкция по применению
  5. Switch to restoration therapy in a testosterone treated central hypogonadism with erythrocytosis

P.S. Если после известных проблем, мой уровень ЛГ и тестостерона не оживут и не начнут бодро возвращаться от начала референса к середине, то буду употреблять. Возможно и быстрее, так как мои результаты после отпуска тоже не особо впечатляли (ЛГ 3,8, общий Т 17,5).

Поделиться:

D-рибоза или сахар на борьбе с усталостью

D-рибоза – это пятиуглеродный моносахарид. Очень простое и эффективное средства поддержания общего уровня «энергии».

В заметки про глюкозу и мозг я упоминал, 3 принципиальных пути расхода глюкозы (еще точнее глюкозы-6-фосфата):

Гликолиз (синтез пирувата с выделением АТФ и NADH):

Синтез различных амино-кислот и белков;

Синтез ацетил Кофермента А:

Окисление ацетил КоА в цикле Кребса;

Синтез жировых кислот из ацетил КоА для запасания энергии;

Синтез гликогена в печени и мышцах;

Пентозо-фосфатный путь:

                Синтез 5-углеродных сахаров;

                Синтез NADPH;

D-рибоза, роль в клетке

D-рибоза

 

D-рибоза и Деокси-D-рибоза являются структурными компонентами нуклеодитов РНК и ДНК соответственно.

Заметка для увлеченных. Как интересный варианта «размятия мозгов» на почве рибозы [11 и подобные статьи в помощь]:

  • Почему в ДНК деокси-рибоза, а в РНК D-рибоза?
  • Почему именно D-рибоза является неотъемлемой частью нуклеодитов (а не C6 глюкоза/фруктоза/галактозу и не C4 эритроза, например)?
  • Что наличие рибозы в нуклеотидах говорит нам об эволюционном прошлом генетического аппарата?

К счастью или к сожалению данные вопросы в рамках этой заметки не требуют фокуса.

Одна важная нуклеиновая кислота, частью которой является D-рибоза, это АТФ, аденозин-трифосфат, энергетическая «валюта» всего организма.

Также важно упомянуть NADPH – мощный клеточный восстановитель. Дегидрогеназы, ферменты, катализирующие реакции окисления/восстановления используют NADPH как кофермент реакций восстановления. Фермент окисляет NADPH, чтобы восстановить какую-либо нужную молекулу.

Восстановление NADPH происходит в ходе пентозо-фосфатного пути и с использованием 5-углеродных моносахаридов.

D-рибоза и синтез АТФ

С экзогенной рибозой мы сразу получаем структурный компонент пентозо-фосфатного пути.

Восстановление АТФ зависит от количества фосфорибосил-пирофостафа (PRPP на картинке выше) и D-рибоза напрямую способствует восстановлению PRPP и уровня АТФ.

Данные [1, 5] говорят о том, что D-рибоза способствовала ускоренному восстановлению уровня АТФ при обратимой ишемии миокарда.

Вся статья [1] о рибозе и сердечно-сосудистых заболеваниях построена на логике: ишемия (недостаток кровоснабжения и, как следствие, питания клеток) миокарда – сниженное количество АТФ, которое помогает восстанавливать D-рибоза.

Другие области применения рибозы

D-рибоза не смогла ничего добавить спортивным результатам здоровых и/или тренированных людей [2, 4]. Проблема в том, что наши спортивные достижения физиологически ограничиваются способностью организма доставлять кислород и способностью клеток его утилизировать. Это работа сердечно-сосудистой системы, митохондрии, а у элитных спортсменов уже и возможность легких может стать «бутылочным горлышком». Не очень понятно, как 5-углеродные основы должны были улучшить результаты тренировок. Мне кажется, что путаница между восстановлением уровнем АТФ и спортивной физиологией в целом.

Зато D-рибоза показала неплохие результаты у людей с хронической усталостью и фибромиалгией [8, 9].

D-рибоза. Безопасность применения

У молекулы высокая абсорбция в ЖКТ (88-100%) [1]. За биодоступность беспокоиться не приходится.

Перорально побочные эффекты (со стороны ЖКТ: тошнота, жидкий стул итд) были при повышении дозировки в 200 мг на 1 кг веса (обычная дозировка всего 2 грамма) [1].

Внутривенно не было побочных эффектов даже при дозировке в 222 мг на 1 кг веса [1, 10].

Возможные побочные эффекты:

  • Заметная стимуляция со сложностью уснуть (у меня этой проблемы нет при принятии даже в 21-22);
  • Легкая временная гипогликемия через некоторое время после принятия (не ощущал, но при приеме с декстрозой [1] эта проблема устранялась);
  • Давайте оставить возможность дистресса ЖКТ для особо чувствительных

В одном из исследований [9] рибоза поднимала уровень гликизированного гемоглобина в 3 раза выше, чем глюкоза. Но это in vitro (пробирочное) исследование. У моносахаридов в пробирке не было возможности абсорбироваться иначе.

D-рибоза. Личный опыт

D-рибоза обладает для меня явным тонизирующим эффектом. Влияния на результаты тренировок нет. Но ощущения прилива сил помогают, конечно же, настроиться на тренировки.

Для меня в паре с Ежовиком (Lion’s Mane) на текущий момент — это стандартная комбинация, когда я хочу морально и физически взбодриться перед важным заданием. Не физическим, скорее интеллектуальным.

Jarrow Formulas, Порошок D-рибозы, 200 г – применяю порошок от Jarrow (в ссылке кодов нет, не аффилирован); этот производитель есть в cGMP списках (независимый контроль всех этапов производства) FDA. Можно быть уверенным в содержимом.

D-рибоза. Выводы

  • D-рибоза – это 5-углеродный моносахарид, который мы синтезируем из глюкозы в процессе пентозо-фостатного пути;
  • D-рибоза позволяет:
    • (с некоторой степенью спекуляции) поддерживать целостность ДНК/РНК, так как это структурный компонент нуклеиновых кислот;
    • Наличие рибозы может быть rate-limiting step в восстановлении уровня АТФ, D-рибоза ускоряет восстановление уровня АТФ, что может помочь тканям с ишемией; кардиология, неврология;
    • Восстанавливать NADPH, который “тратят” дегидрогеназы во время реакций восстановления;
  • С практической точки зрения:
    • Явный тонизирующий эффект;
    • Высокая биодоступность, в рекомендованных дозировках почти полное отсутствие нежелательных явлений;
    • На спортивные результаты не повлияет, но для каждодневной жизни даст дополнительный приток сил.

Источники:

  1. The patented uses of D-ribose in cardiovascular diseases;
  2. The influence of D-ribose ingestion and fitness level on performance and recovery;
  3. Adenosine: A Key Link between Metabolism and Brain Activity (книга);
  4. Effects of oral administration of caffeine and D-ribose on mental fatigue (нет эффекта);
  5. D-Ribose as a supplement for cardiac energy metabolism;
  6. The Adenosine triphosphate (слайды);
  7. d-Ribose as a Contributor to Glycated Haemoglobin
  8. The use of D-ribose in chronic fatigue syndrome and fibromyalgia: a pilot study
  9. D-Ribose: Energize Your Heart, Save Your Life
  10. Serum levels of glucose, insulin, and C-peptide during long-term D-ribose administration in man
  11. Why ribose was selected as the sugar component of nucleic acids
Поделиться:

Иммунная система и агонисты серотониновых рецепторов

Иммунная система – непочатая поляна в рамках этого блога. Есть огромный пласт заболеваний, требующих модуляции ответа иммунной системы: от ревматоидного артрита до ALS и с рядом оговорок даже рака.

Серотонин – энигма нейротрансмиттеров, с чем мы успешно ознакомились еще в прошлый раз. Он много где задействован, но сложно вычленить его точную роль.

Клетки иммунной системы обладают рецепторами нейтротрансмиттеров, в том числе серотонина.

Иммунная система и серотонин. Действующие лица

Аббревиатуры на английском языке.

MAPK (митоген-активируемая протеин киназа) – комплексный клеточный «сигнальный путь», связанный с реакцией клетки на ряд факторов, в том числе провоспалительные цитокины. Влекущий за собой изменение выраженности ген, пролиферацию, митоз, выживание клетки, апоптоз и так далее.

NF-κB (эн-эф-каппа-би) – комплексный транскрипционный фактор, связанный с выработкой цитокинов, транскрипцией ДНК и выживанием клетки.

RIG-1 подобный рецепторы (RLRs) – внутриклеточные рецепторы, которые определяют паттерны поведения вирусов, запуская соответствующую реакцию клетки.

Толл-подобные рецепторы (TLRs) – рецепторы клеток иммунной системы, позволяющие им обнаруживать вредоносных «гостей».

Классические психоделики: ЛСД, псилоцибин, DMT, МДМА и ряд других – в представлении не нуждаются, но запрещены законом. Это одни из самых изученных агонистов 5HT-рецепторов 2-го типа, поэтому разговор про серотонин неизбежно перерастает в разговор в том числе про эти молекулы.

Sigma-1 receptor (σ1R) – тип рецепторов эндоплазматического ретикулума. Модулируют высвобождение Ca2+ и ряд более общих функций. На эти рецепторы могут воздействовать некоторые амины, в том числе некоторые психоделики, в том числе эндогенный DMT.

Если очень коротко и простыми словами, то это всё про активацию иммунной системы и возможность модулировать этот ответ за счет воздействия на рецепторы серотонина. Легенда выше может немного помочь рассматривать рисунок ниже.

За счёт вышеназванных сигнальных путей и рецепторов иммунная система может быть смодулирована на уровне транскрипции отдельных генов (IFN type I) и комплексных сигнальных путей (NF-kB, MAPK). В том числе это повлияет на концентрацию про-воспалительных и противовоспалительных цитокинов.

Более интересующиеся молекулярными деталями серотониновой модуляции советую статью Psychedelics and Immunomodulation: Novel Approaches and Therapeutic Opportunities. Я же позволю себе ограничиться общими моментами.

Рецепторы серотонина 5-HT1 и 5-HT2 групп сильно выражены в лимфоидной ткани млекопитающих и задействованы в ряде иммунных процессов. В том числе противовирусных и противоопухолевых ответах организма. Нейроэндокринная регуляция воспаления при помощи серотонина – важный фактор регуляции иммунного гомеостаза.

Иммунная система. Распознание и действие

Специфические рецепторы опознания паттернов (PRRs) опознают вредное воздействие на клетку и вызывают ответ иммунной системы и ядра клетки. На текущий момент известно пять классов PRRs, как минимум два из них связаны с серотонергическим модулированием:

  • Толл-подобные рецепторы, выраженные на мембранах клеток;
  • RIG-1 подобный рецепторы, находящиеся в цитозоле;

Присоединения лиганда к этим рецепторам приводит к каскадам сигналов с противовирусным и противоопухолевым эффектом. Меняется экспрессия некоторых генов и снижается концентрация воспалительных цитокинов и белков: IL-1β, IL-6, TNF-α. Активация генов и цитокинов важна для борьбы организма с непрошенными гостями, но может быть причиной нежелательного аутоиммунного воспаления.

Многие классические психоделики могут подавлять воспалительные ответы и антигены за счет специфичной регуляции функции и пролиферации некоторых типов лимфоцитов, например, цитотоксичных Т-лимфоцитов (CTLs) и NK-клеток (естественных убийц).

Психоделики (рецепторы серотонина) и иммунная система взаимодействуют на разных уровнях.

Внутриклеточное взаимодействие за счет воздействия на концентрацию цитокинов. Активация 5-HT рецепторов приводит к снижению секреции TNF-α и росту секреции IL-1β периферийными мононуклеарными клетками, дендритными клетками и моноцитами.

Серотонин стимулирует производство про-воспалительных IL-16, IFNγ, активируя цитотоксичные Т-лимфоциты и естественных убийц (NK-клетки). Таким образом агонизм рецепторам серотонина контролирует воспалением воздействием на концентрацию цитокинов. Негативной обратной связью (negative feedback) является стимул синтеза противовоспалительных IL-10 и TGFβ.

Другим уровнем регуляции является влияние активации 5-HT рецепторов на выраженность генов и транскрипцию ДНК, задействуя NFkB, type I IFN и MAPK пути. Рецепторы серотонина – это рецепторы, сопряжённые с G-белком, (G-protein-coupled receptors, GPCRs), которые связаны в том числе с этими комплексными сигнальными путями, точно настраивающими воспаление.

Например, серотониновые сигналы связаны с тип-I IFN вызванной депрессией у больных гепатитом C.

Иммунная система

Иммунная система и триптамины

Триптамины – это моноамины с индольным кольцом, родственники аминокислоты триптофана. В принципе серотонин – это 5-гидрокси-триптофан, отсюда и сокращение до 5-HT.

Триптаминовые галлюциногены – это подкласс серотонергических галлюциногенов. Псилоцибин, псилоцин, DMT, 5-Meo-DMT воздействуют как на рецепторы серотонина, так и на иммунную систему.

Например, DMT (синтезируется в том числе эндогенно) вызывал значительную цитотоксичность для клеток глиомы. DMT и 5-Meo-DMT способны снижать концентрацию про-воспалительных цитокинов IL-1β, IL-6, TNF-α и хемокина IL-8/CXCL8. В то же время эти молекулы повышали секрецию противовоспалительного IL-10. Вместе  этим повышая противовисурный эффект за счет увеличения NK-клеток.

Иммунная система и лизергамиды

ЛСД снижала производство антител у кроликов. Также ЛСД приводит к повышенной концентрации триптофана, вероятно воздействия на трансляцию.

100 мкг ЛСД in vitro значительно снижали пролиферацию IL-2, IL-4, IL-6 и активировати CTL, одновременно снижая активность NK-клеток. Также ЛСД активирует противоопухолевые эффекты.

Иммунная система и фенэтиламины

Фенэтиламины – разношерстная группа веществ, родственных одноименной молекуле.

DOI блокировал секрецию TNFα и IL-1β PBMC-клетками. Небезызвестный David E. Nichols показал, что DOI является мощным ингибитором TNFα.

МДМА в низких концентрациях in vitro повышал активность NK-клеток и Т-помощников. Также снижая производство TNFα, и повышая концентрацию IL-10.

МДМА показывало себя как иммунодепрессант, снижая концентрацию Т-лимфоцитов, параллельно усиливая функцию NK-клеток. Хотя долгосрочное потребление МДМА ассоциируется со снижением общего числа лимфоцитов.

Иммунная система и рецепторы серотонина. Выводы

  • Иммунная система может быть тонко смодулирована воздействием на серотониновые рецепторы иммунных клеток:
    • В одной плоскости у нас есть специфическое воздействие на про-воспалительные и противовоспалительные цитокины и хемокины;
    • В другой – влияние на ряд комплексных сигнальных путей, связанных с воздействием на гены и транскрипцию ДНК клетки.
  • Как обычно с серотонином мы имеем двоякий эффект:
    • Про-воспалительный эффект характеризуется увеличением естественных убийц (NK-клеток) и цитотоксичных лимфоцитов (CTLs), что позволяет говорить противоопухолевом и противовирусном эффекте воздействия на 5-HT рецепторы;
    • Противовоспалительный эффект характеризуется снижением концентрации TNFα и повышением концентрации IL-10 и TGFβ, что может быть крайне полезно при аутоиммунных заболеваниях.
  • Агонисты 5-HT рецепторов типа 2 – потенциально очень мощные инструменты воздействия на иммунную систему.
Поделиться:

Серотонин. История двух рецепторов

Серотонин (5HT) – это загадка среди нейромедиаторов, он очень много где участвует, но ни за что не отвечает (Перефразирование Барри Якобса, исследователя серотонина. В заметке про каберголин мы уже сталкивались с тем, что серотонин одновременно замедляет наступление оргазма, с другой – оргазм без него невозможен.

Попытался пролить свет на серотониновую загадку небезызвестный нам Кархарт-Харрис в одноименной заметке Serotonin and brain function: a tale of two receptors.

Основная идея Кархарта-Харриса построена на антагонизме роли различных типов 5-HT рецепторов: 1A-рецепторы (далее 5HT-1AR, 1AR) отвечают за пассивную кооперацию со внешним раздражением, а 2А-рецепторы (далее 5HT-2AR, 2AR) отвечают за активную кооперацию со «стрессом».

Серотонин

Рисунок выше. ПЭТ снимки здоровых людей. 1AR (слева) и 2AR (справа) с использованием радио-лигандов, селективных для каждого вида рецепторов.

Мы знаем 14 видов рецептора 5HT, но для целей противопоставления ограничимся двумя.

5HT-2A рецепторы наиболее выражены в ассоциативной части коры, так называемой Default Mode Network, также известной как сеть пассивного режима работы мозга. В рамках структурной локализации 2А-рецепторы наиболее выражены на дендритах возбуждающих глутаматергических пирамидальных нейронов.

5HT-1A рецепторы наиболее выражены в среднем мозге, лимбической системе и корковой области. Агонизм 1А-рецепторам вызывает гиперполяризацию клетки (тормозящая функция).

Только структурный анализ показал нам, что:

5HT-2A – кора, Default Mode Network, возбуждающая роль;

5HT-1A – в основном лимбическая система, тормозящая роль.

Серотонин, импульсивность и агрессия

Точная роль 5НТ нам пока неизвестна, но мы определенно можем связать дефицит/избыток этого нейромедиатора с различными психическими отклонениями и патологиями.

Серотонин в низкой концентрации тесно связан в исследованиях с импульсивностью, агрессией, суицидальным поведением. Все субстраты, после которых серотонин усиливают свою функцию (триптофан, МДМА, фенфлурамин итд), снижают проявление подобной симптоматики.

1А агонисты снижают агрессию и импульсивность, на счет 2А-агонистов исследований меньше, но применение псилоцибина или ЛСД (2А-агонисты) не связано с агрессивным поведением.

В данном случае рецепторы дополняют друг друга.

Тревожные расстройства, серотонин и стресс

На текущий момент распространена гипотеза, что серотонин смягчает нежелательные психические состояния, способствует терпению – негативно модулирует тревогу. Снижение 5НТ в переднем мозге усиливало тревожное поведение, хронический прием СИОЗС снижает общую тревожность.

5HT-1AR сконцентрированы в основном в лимбической системе, преимущественно в гиппокампе. Стимуляция этих рецепторов оказывает тормозящее воздействие на пирамидальные нейроны. Негативная регуляция активации 1А рецепторов вполне объясняет применение СИОЗС и прямых 1А агонистов (как буспирон) как анксиолитических лекарств.

Сюда же хочется добавить наказание. Самый эффективный способ высвободить серотонин – наказание. Серотонин смягчает психологический дистресс в подобных обстоятельствах, способствует релизиентности (способности вынести стресс). Можно утверждать, что серотонин с 1А рецепторными сигналами снижает гиперактивность связанных со стрессом «цепей» во время незначительного и умеренного стресса, таким образом обеспечивая пассивную кооперацию.

Активация 2А рецепторов, напротив, имеет возбуждающее воздействие: усиливает пластичность, эмоциональную и психическую вовлеченность в стрессовой ситуации. Окно пластичности, эмоциональной вовлеченности в окружающий мир открывает значительные возможности для поведенческих терапий и работы с пациентом.

Экстрафармакологическую модель антагонизма 1А и 2А рецепторов можно продемонстрировать на примере поедания кактуса. Для чистоты аналогии допустим, что чем дольше едим, тем больнее колются иголки. Вначале стресс неприятен, но терпим, — организм пытается «собрать волю в кулак» «малой кровью», активируя в основном лимбическую систему и тормозя нашу панику и тревогу. Когда процесс становится воистину нестерпимым, то активируется серотонин в коре с 2А рецепторами, и мы можем прийти к мысли, что были созданы для поедания кактуса, параллельно активно минимизируя урон за счет усилившейся когнитивной функции и пластичности.

Серотонин и обучение

Есть (хоть и несколько противоречивые) сведенья, что хронический прием СИОЗС усиливает нейрогенез в гиппокампе и способность к обучению. С другой стороны, довольно много доказательств, что активация 1А рецепторов снижает когнитивные способности и ухудшает обучение. «За уши» это можно притянуть за счет основной нозологии СИОЗС – депрессии. Пациент, которому СИОЗС снимают симптомы депрессии, будет учиться лучше аналогичного пациента без курса лечения.

Активация 2А рецепторов связана с повышенной способностью к обучению, с когнитивной гибкостью. Серототиновые нейроны коры активируются у животных в фазе активного обучения, когда их предположение о причинно-следственных связях оказывается неверным, и им приходится оперативно «переучиваться» на месте. Что говорит о роли 2А рецептов в познании окружающего мира, вовлечения в него, если хотите.

Настроение, депрессия и серотонин

Серотонин был открыт в 40-ые (в кишечнике), в мозге был найден в 50-ые. Воздействие на серотонин и его рецепторы было значительным фармакологическим прорывом в лечении депрессии. Текущая парадигма предполагает дисбаланс (как правило снижение) серотонина у больных депрессий. Не смотря на критику этих устоев, психофармакология прошла по пути: МАО-ингибиторы > Трициклические антидепрессанты > Селективные ингибиторы обратного захвата серотонина – то есть была связана с увеличением концентрации 5HT и разрабатывала агонисты его рецепторов.

Большой нюанс антидепрессантов заключается в том, что они воздействуют в основном на 1A рецепторы (лимбическую систему), помогая тем самым более безболезненно продолжать «есть кактус». Что снижает стресс, агрессию, тревогу, но и оказывает общий тормозящий эффект. Отсюда мы получаем аноргазмии, роботизированность общения людей на антидепрессантах.

Активация же 2А рецепторов дает нам эмоциональную лабильность, пластичность и когнитивную гибкость, которые позволяют нам переоценить факторы стресса и с наибольшей выгодой для себя изменить свое поведение в стрессовой ситуации.

Из последнего факта и выходит терапевтический потенциал серотонергических психоделиков и более чем впечатляющие результаты текущих исследований в депрессии, где псилоцибин добрался в США уже до 3-ей клинической стадии.

Серотонин и 2 его рецептора. Итоги:

5HT-1А рецепторы:

  • в основном лимбическая система;
  • тормозящая функция;
  • функция пассивной кооперации: повышается способность противостоять незначительному и среднему стрессу;

5HT-2А рецепторы:

  • в основном в коре, особенно агрегирующей Default Mode Network;
  • возбуждающая функция;
  • функция активной кооперации: усиливается пластичность, когнитивная гибкость, эмоциональная лабильность – повышается способность к активной адаптации в неблагоприятной ситуации.
Поделиться:

Баланс pH, углекислый газ и диета

Баланс pH – очень важный элемент гомеостаза организма в целом.

Функцию белков (в том числе ферментов) определяет их конформация. Конформация (положение в пространстве) белка зависит не только от последовательности аминокислот в полипептидной цепи, но и от факторов среды: давление, температура, баланс pH и другое.

pH определяется по формуле –log(H+) и показывает концентрацию Н+ протонов. 7 – нейтральный pH, 0 — крайне кислотный, 14 – крайне щелочной. Кислота –донор H+, основание – акцептор Н+.

N (+) и C (-) терминалы всех белков/аминокислот обладают зарядами, R-группы зачастую тоже. Полярность аминокислоты обуславливает возможность аминокислот объединяться в полипептидную цепь.

CO(-) и NH(+) остовы (а как следствие водородные связи) определяют вторичную структуру белка (α-спирали и β-листы). Взаимодействие R-групп определяет третичную структуру белка. Везде мы видим полярные связи (притяжение + и -) как основу конформационных связей белков.

Кислотность (концентрация протонов) приводит к более закрытой или свернутой конформации. Щелочная среда способствует более развернутой конформации белков, где полипептидные остовы могут образовывать связи с полярными и несущими заряд молекулами (например, ионами).

баланс pH

Created with GIMP on a Mac

Баланс pH крови в норме – 7.36 – 7.44. Как мы уже разобрались, этот слегка щелочной pH нужен для поддержания нормальной конформации и функции белков.

Дыхание и баланс pH

Углекислый газ – конечный продукт окисления ацетил Ко-А в цикле Кребса и побочный продукт других метаболических реакций. Мы не используем CO2 как источник углерода, а банально избавляемся от избытков во время выдыхания.

Парциальное давление углекислого газа находится в значении 35-45 mmHg. В воздухе его почти нет. Поэтому нашим легким не стоит труда избавляться от CO2.

Кислотность тут вот причем, нужно хорошо запомнить формулу ниже:

H2O + CO2 H2CO3 H+ + HCO3-

Вода + углекислый газ ↔ угольная кислота ↔ протон+ + бикарбонат-

Протон – это повышение кислотности или сниженный баланс pH.

Рост парциального давления углекислого газа в крови будет означать снижение pH. Организм с этим борется выдыханием. И невозможность выведения CO2 убьет нас за считанные минуты.

Буфером кислотности в крови служат эритроциты и гемоглобин.

При повышенной концентрации углекислого газа он при помощи диффузии попадает в эритроциты. Там по формуле выше превращается в итоге в протон, который связывают белки гемоглобина, и бикарбонат, который покидает эритроцит.

Рядом с альвеолами происходит обратная реакция и углекислый газ успешно покидает легкие.

Важно! Легкие выдыхают 15 000 ммоль «кислоты» в день. Являясь, таким образом, основным инструментом, поддерживающим баланс pH в организме.

pH крови очень легко изменить за счет дыхательных техник. Например, холотропного дыхания, пранаям или метода Вима Хофа.

Подобные техники контролируемой гипервентиляции приводят к тому, что баланс pH сдвигается сильнее в щелочную сторону (до 7.75 у Хофа[2]). Белки в более развернутой конформации, им проще реагировать с ионами кальция (Ca+). Соединение свободного кальция с белками и дает нам ощущение покалывания в конечностях.

Баланс pH и почки

Вы смело можете заметить, что H+ может быть продуктом не только цикла Кребса, но и метаболизма аминокислот (амино-группа NH3), жировых кислот (тоже много водорода), и даже продуктов ферментации (лактат).

Метаболические кислоты кислоты можно разделить на 2 части, водород и анион:

Например, молочная кислота → Н+ + лактат-

Почки выводят метаболические кислоты следующим образом:

Анионы отфильтровываются в клубочках нефронов;

Водород ждёт куда более интересное приключение:

  • Водород соединяется с бикарбонатом с образованием угольной кислоты: H+ + HCO3- → H2CO3;
  • Угольная кислота катализируется до воды и CO2 + H2CO3 → H2O + CO2;
  • Углекислый газ попадает в клетки почечных канальцев;
  • Внутри происходит обратная реакция, в результате которое бикарбонат возвращается в кровь, а протон выводится с мочой.

Важно! Почки фильтруют 60-70 ммоль «кислоты» в день. Против 15 000 ммоль легких.

Легкие – история минут, почки – недель.

Функцию почек по выведение кислоты проверяют по так называемому anion gap.

Na+ + K+ — CL- — HCO3-, в норме 16-20 mEq/L, без калия 12-16.

Высокий anion gap – признак метаболического ацидоза.

И в принципе высокое количество бикарбоната (HCO3-) означает большое количество CO2 и проблемы с pH.

Баланс pH и диета

Если верить учебникам [3, например], то максимальная способность почек вывода кислоты (протонов) – 700 ммоль в день (в 10-11 раз больше нормального метаболического объема).

Для наглядности возьмём это исследование [4], где увеличение потребления белка на 48% (с 88 грамм до 128 грамм белка на 1.73 м2) привело к увеличению выведения кислоты почками на 45% (с 64 до 95 ммоль/день).

Учитывая эту простую математику, несложно подсчитать сколько нужно было бы есть белка, чтобы заставить почки выводить кислоту на полную. При линейном сохранении пропорций для достижения пикового выведения кислоты в день в 700 ммоль, необходимо употреблять более 930 грамм белка в день. В исследовании это примерно 80 кг мужского веса. Это более 11,5 грамм белка на 1 кг веса. Или 4+ кг куриных грудок в день в течение минимум 5 дней.

Вы можете пересчитать это на любой нужный вам продукт, чтобы увидеть, что диета почти неспособна повлиять на баланс pH крови. Кислотно-щелочные диеты можно забыть, как странное предположение. Экзогенные кислоты, нарушение функции почек, генетические дефекты ключевых ферментов почек – более вероятные признаки ацидоза. Никак не еда.

Выводы:

  • Баланс pH среди прочих факторов влияет на конформацию белков: щелочной – развернутая, кислотный – свернутая;
  • Основной способ борьбы со снижением pH – выдыхание углекислого газа;
  • При помощи несложных манипуляций с дыханием легко изменить баланс pH крови;
  • Почки вносят свой вклад в вывод метаболических кислот из организма;
  • Их «запас прочности» в плане выведения кислоты в 10-11 раз превышает нормальный метаболизм.
  • Диетой практически невозможно влиять на баланс pH крови;
  • Дефекты почек и экзогенные молекулы (лекарства, яды, токсины итд), с другой стороны, могут привести к high anion gap метаболическому ацидозу;
  • Здоровые почки на кето-диете лишними не будут. И прибегая к кето-диете, стоит учитывать нагрузку на почки со стороны уже принимаемых лекарств.

Источники:

  1. pH-Dependent Conformational Changes in Proteins and Their Effect on Experimental pKas: The Case of Nitrophorin 4;
  2. Voluntary activation of the sympathetic nervous system and attenuation of the innate immune response in humans
  3. 4 Renal Regulation of Acid-Base Balance (continued)
  4. Effects of a high protein intake on renal acid excretion in bodybuilders
Поделиться:

Тиреоидные гормоны и метаболизм жиров

Тиреоидные гормоны (щитовидной железы) – известный регулятор липидного метаболизма.

Direct effects of thyroid hormones on hepatic lipid metabolism

При помощи приведенной свежей статьи в Nature хочется более подробно взглянуть на эту тему. Речь пойдет преимущественно о процессах в печени

Т3 и Т4 обладают прямыми [и непрямыми] эффектами на холестерин и синтез жировых кислот. Повышенные уровни LDL и HDL могут быть ассоциированы с гипотиреозом, а сниженные – с гипертиреозом. Высокие дозы Т3 ранее использовали для похудания, но пришлось прекратить из-за серьезных нежелательных явлений. Сейчас левотироксин иногда используется офф-лейбл для похудания.

Способы воздействия щитовидных гормонов на метаболизм жиров:

  • Транскрипторная регуляция;
  • Пост-трансляционная модификация (PTM);
  • Влияние на концентрацию метаболитов;
  • Влияние на энергетический статус в клетке

Транскрипторная регуляция (ядро) подразумевает наличие рецепторов (THR) где-то в ядре. Благо гидрофобность гормонов позволяет позволяем им проникать в ядро клетки. Гормоны щитовидной железы могут не ограничиваться «профильными» рецепторами, могут связываться и с другими рецепторами (например, с FOXO1, forkhead box protein O1), могут связываться с другими белками (в том числе ферментами), могут участвовать в сигнальных клеточных каскадах.

Рецепторы имеют две изоформы: THRα и THRβ. Обе присутствуют в большинстве тканей, но THRβ в большей степени выражен в печени, а THRα в сердце.

Тиреоидные гормоны стимулируют липолиз из запасов жира в белой жировой ткани (WAT) и пищевых источников для создания свободных жировых кислот, которые являются основным источником липидов для печени. Также щитовидные гормоны оказывают влияние на мембранные транспортные белки (FATPs, L-FABPs, CD36), через которые жировые кислоты попадают в печень. Транспортные белки вполне успешно регулируются TH-рецепторами.

Тиреоидные гормоны

De novo липогенез – это создание триглицеридов из пирувата (продукт гликолиза) при избытке глюкозы в диете. Также липогенез (но уже не de novo) может начинаться с циркулирующих и внутриклеточных жировых кислот. Тиреоидные гормоны способствуют de novo липогенезу (из глюкозы).

Противоречие «одновременной» стимуляция липогенеза и липолиза (мы знает, что одновременно организм такого не даст сделать, это «пустой» метаболический цикл) поясняется на рисунке выше. При избытке углеводов в диете (лето), как мы знаем, растет Т3, что логично связано с задачей запасания жира на период зимнего голода/спячки. Зимой же щитовидные гормоны стимулируют липолиз и кетогенез, как следствие доставку энергии до тканей/мозга в виде VLDL и кетонов.

Не смотря на стимуляцию липогенеза, во время гипертиреоза мы получаем похудание даже на высоко углеводной диете. Так как метаболический уровень превышает синтез триглицеридов.

Тиреоидные гормоны стимулируют липофагию и аутофагию в печени.

Щитовидные гормоны ап-регулируют число и активность пероксисом (органеллы, которые «откусыывают» по 2 углерода от длинноцепочных жировых кислот и «справляются» с образовывающимися в процессе реактивными видами кислорода).

Переходя к митохондриям, очевидно, что тиреоидные гормоны склоняют наши энергостанции к оксидативному метаболизму. За счет активации PGC-1α и (ненапрямую) SIRT1 мы задействуем ось PGC-α1 > NRF1 > mtTFA. Таким образом гормоны щитовидной железы активируют бета-оксидацию как на уровне ДНК, так и на уровне мтДНК.

Ограничивающий скорость бета-оксидации фермент карнитин O-палмитоилтрансфераза 1 (CPT1) (еще точнее его печеночная изоформа CPT1-Lα) стимулируется щитовидной.

Тиреоидные гормоны «объединяют» (couple) реакции липофагии с аутофагием митохондрий, поврежденных реактивными видами кислорода.

Активация бета-оксидации означает кроме всего прочего две вещи: активацию синтеза холестерина (для создания гормонов же) и активацию синтеза кетонов (как условно конечно продуктов бета-оксидации жиров).

В тоже время периферийный холестерин (LDL) конвертируется в HDL и возвращается в печень через так называемый reverse cholesterol pathway. Последим этапом «возврата» периферийного холестерина будет секреция желчи. Таким образом, тиреоидные гормоны обладают механизмом снижения холестерина в крови.

Выводы:

  • Щитовидные гормоны стимулируют бета-оксидацию, аутофагию (в том числе липофагию и митофагию), синтез холестерина в печени, утилизацию периферийного холестерина, увеличивают количество пероксисом, активируют CPT1;
  • В периоды высоко-углеводной диеты тиреоидные гормоны способствуют запасанию жира, а на высоко жировой диете способствуют липолизу;
  • Современные аналоги/миметики гормонов щитовидной железы я намеренно не рассматривал, чтобы не провоцировать спорные эксперименты;
  • Нормальная функция щитовидной железы, как видим, очень важна для кето-диеты.

P.S. Следующая тема: фотомодуляция функции щитовидной железы (на работах ученых из Гарварда, чтобы сложнее было считать это баснями) – и, если достану достаточно информации, то как это сделать в домашних условиях.

Поделиться:

Глюкоза и мозг: нюансы метаболизма

Глюкоза – основный источник энергии для мозга, как гласит текущий консенсус. 120 грамм глюкозы в день нам необходимы для поддержания оптимальной функции мозга [1]. Альтернативная концепция состоит в том, что лактат и кетоны – предпочтительное питание для столь важного нашего органа. У обеих точек зрения есть весомые аргументы и исследования, говорящие об их правоте.

Хочется порассуждать на тему глюкозы и взвесить обе концепции.
В процессе предлагаю пройтись по:

  • Метаболизму глюкозы;
  • Метаболизму лактата и в меньшей степени кетонов;
  • Функции транспортных белков, импортирующих глюкозу (GLUT);
  • Происходящему в дыхательной цепи митохондрий;
  • Попытаюсь сделать промежуточные выводы для себя.

Будет много базовых биохимических аспектов, выводы будут традиционно в конце.

Глюкоза. Метаболизм и проблема NAD+

Гликолиз в чистом виде (опуская все 10 шагов) выглядит так:

Glucose + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi > 2Pyruvare + 2NADH + 2ATP

При попадании в клетку глюкоза довольно быстро фосфорилируется до глюкозы-6-фостафа. В очень редких случаях в клетках есть избыток нефосфорилированной глюкозы.

Далее у Глюкозы-6-фосфата есть 3 принципиальных пути (обозначу конечные продукты):

  • Пируват;
  • Гликоген;
  • Пентозофосфатный путь, он же PPP (NADPH, пуриновый метаболизм итд)

К гликогену и PPP применительно к мозгу я вернусь позже. Поговорим о пирувате.

Пируват мы можем использовать для синтеза аминокислот, промежуточных субстратов цикла Кребса, при необходимости для восстановления глюкозы итд – полноценный строительно-углеродный блок. Давайте вспомним окисление до ацетил-КоА, который является очень важным внутриклеточным энергетическим посредником:

Pyruvate + NAD+ + CoA-SH (кофермент А) + H+ > Acetyl-CoA + NADH + CO2

Трёхуглеродный пируват окисляется до двухуглеродного ацетил-КоА.

Судьба Ацетил-КоА куда менее разнообразна: молекула может поучаствовать в синтезе жиров/кетонов, а может отправиться в цикл Кребса (лимонной кислоты). Классическая картинка цикла Кребса ниже:

Acteyl-CoA + 3NAD+ + FAD+ + GDP + Pi + 3H2O > 2 CO2 + 3NADH + FADH2 + 3H+ + GTP + CoA

Ацетил-КоА в результате «прокрутки» цикла Кребса превращается в 2 молекулы углекислого газа, в процессе выделяя энергетическую валюту в виде GTP и доноры электронов х3 NADH и 1 FADH2.

В итоге из 1 молекулы глюкозы мы получаем 10 NADH и 2 FADH2. Молекул, которые являются донорами электронов в дыхательной цепи митохондрий.

Одновременно с этим вы можете вспомнить, что для гликолиза нужен NAD+.

Если у нас много NADH, и мы по каким-то причинам не успеваем его использовать для восстановления комплекса 1 (запуская окислительного фосфорилирования) или других реакций, то сталкиваемся с дефицитом NAD+.

Дефицит NAD+ — это псевдогипоксия, если коротко. Вспоминая заметку про роль NAD+ в голодании и кето, Глюкоза восстанавливает 111 молекул NAD+ на 1000 созданных АТФ, кетоны восстанавливают лишь 41 NAD+ на 1000 созданных АТФ.

Количество глюкозы больше возможности ее «сжечь» = получаем псевдогипоксию. Кислород не может терминально «принять» электрон, потому что еще до запуска окислительного фосфорилирования (OxPhos), этот электрон надо «посадить» на NAD+ и уже полученный NADH передать в OxPhos.

Чтобы не было путаницы. Гипоксия – увеличенное соотношение NADH/NAD+ и остановка оксилительного фосфорилирования в виду отсутствия кислорода (остановки комплекса IV). Псевдогипоксия – нарушение аэробного метаболизма из-за того, что метаболизм глюкозы создает NADH и потребляет NAD+. В одном случае повышенное соотношение NADH/NAD+ следствие в другом – причина. Итог один – нарушение окислительного фосфорилирования и синтеза АТФ.

NAD+ — «тонкое» место всего метаболизма через глюкозу.

Лактат и восстановление NAD+

Для восстановления NAD+, столь необходимого метаболизму глюкозы, организм обратимо восстанавливает пируват до лактата.

В процессе образования лактата NADH окисляется до NAD+.

Из-за необходимости в NAD+ метаболизм глюкозы невозможен без восстановления пирувата до лактата c параллельным окислением NADH до NAD+. Наш организм прекрасен и старается оптимизировать процессы. В качестве примера приведу цикл Кори:

Мышцы во время интенсивных нагрузок сталкиваются с описанной выше проблемой восстановления NAD+, и усиленно восстанавливают NAD+ с помощью лактата.

И есть печень. Основной источник энергии которой – α-кето-кислоты. Также реакцию фосфорилирования глюкозы (первый этап гликолиза) в печени катализирует глюкокиназа, менее аффинитивный глюкозе изомер гексокиназы. Забегая вперед отмечу, что мембранный пассивный транспорт глюкозы (GLUT2) гепатоцитов забирает глюкозу только при большой ее концентрации и помощи инсулина.

Лактат из сердечно-сосудистой системы утилизирует печень, при помощи глюконеогенеза восстанавливая ее до глюкозы и возвращая глюкозу в кровь. Эта утилизация лактата и называется циклом Кори.

Проблема лактата в концентрации водорода. Концентрация водорода, как помните, определяет pH. Чем больше водорода – тем ниже и кислотнее pH, чем меньше водорода – тем выше и щелочней pH. В принципе кислотность – это способность быть донором/акцептором водорода, то есть кислотой/основанием.

Проблема в свою очередь pH – это влияние на конформацию и функцию белков.

«Неубранный» клеточный мисфолдинг – это большая проблема в большинстве нейрологических и метаболических заболеваний.

Цикл Кори снижает проблем лактата и лактоацидоза, но не полностью.

Гликизирование белков

Опять немного забегая вперед, мембранный транспорт глюкозы во всех клетках пассивный. Это значит, что глюкоза может попадать в клетки только когда концентрация глюкозы снаружи больше, чем внутри.

Гликизирование – это ковалентное соединение молекул сахаров с белками и жирами. Важным является то, что это соединение не катализируют ферменты. Присоединение сахаров к белкам зависит от концентрации сахаров и белка. Некоторые белки могут оптимально функционировать только после гликизирования в аппарате Гольджи клеток.

Но в тоже время «свободное» гликизирование (не в аппарате Гольджи, где это строго контролируется и проводится в четкой последовательности) ряда белков приведет к нарушению их функции.

Не зря гликизированный гемоглобин HbA1c один из установившихся признаков диабета, показывающий количество гемоглобина, прореагировавшего с глюкозой за последние примерно 4 месяца (срок жизни эритроцитов).

Вывод можно сделать простой: избыток глюкозы приводит к нарушению функции белков за счет повышенного гликизирования оных.

Глюкоза, NADH и дыхательная цепь переноса электронов

Как помните, цепочка окислительно-восстановительных реакций в дыхательной цепи может начаться в комплексе I (NADH) или в комплексе II (FADH2). Тему я ранее освещал в серию из 3 постов: 1, 2, 3.

NADH. Примерно 2,5 АТФ; Комплекс I (выкачка протонов). Суперкомплексы из I-III-IV.

FADH2. Примерно 1,5 АТФ; Комплекс II (нет выкачки протонов). Комплекс II не образует суперкомплексов.

  • Глюкоза: NADH/FADH2 – 5:1
  • Жирные кислоты: NADH/FADH2 – 2:1 (на примере пальмитата);
  • Β-гидроксибутират (BOHB): 8:3 (2,66 : 1)
  • Ацетоацетат: 7:3 (2:33 : 1)

В соотношениях NADH/FADH2 для кетонов и жиров есть пара «если» в цикле Кребса, но в целом картина ясна.

С жирами/кетонами есть 2 противоречащих тенденции:

  • Они содержат больше свободной энергии (G), чем углеводы;
  • Они расходуются более «медленно» при помощи менее энергоёмкого переносчика электрона и через комплекс, который не выкачивает протоны (меньше вклад в создание АТФ).

Хотя не такое оно и противоречивое. Жиры – топливо, которое мы запасаем в «сытое» время, чтобы в «голодное» могли им пользоваться. Поэтому логично, что жиры содержат больше свободной энергии (G) и при этом «сгорают» в дыхательной цепи с меньшим «сиянием».

Для переноса электронов с I и II комплекса нужен CoQ (коэнзим Q) в окисленной форме. Его нужно восстановить и отправить с электроном на комплекс III.

Чтобы не углубляться в дебри, которые мы разбирали в трех статьях:

  • Стимуляция in vitro комплекса I создает Х количество реактивных видов кислорода;
  • Стимуляция in vitro комплекса II создает 6Х реактивных видов кислорода;
    1. CoQ находится в восстановленном состоянии;
    2. Что создает обратный поток электронов (Reverse Electron transport) и поток супероксидов в комплекс I;
    3. С последующей обратимой деградацией цистеиновых белков комплекса I;
    4. То есть жиры не только горят «менее ярко» и «дольше», но и не подавляют метаболизм через более быстрый и энергоёмкий комплекс I / NADH;
  • Стимуляция in vitro комплексов I и II создаёт 20Х реактивных видов кислорода.

Я не хочу очень много останавливаться на реактивных видах кислорода (ROS), но с ними по доброй традиции разницу яда и лекарства определяет доза, примеры:

  • Кето после гипергликемии снизит количество ROS;
  • Повышение ROS на кето сигнализирует POMC нейронам гипоталамуса о чувстве сытости;
  • Небольшое повышение ROS на кето после умеренной углеводной диеты имеет горметический эффект и запускает ряд восстановительных адаптаций в организме
  • Многое другое.

Вывод: гипергликемия опасна огромным количество реактивных видов кислорода и вредом митохондриям.

Коротко и простыми словами: обжорство без меры вредно и может поуничтожать вам митохондрии; сладким проще этого добиться, чем жирным, сладким+жирным еще проще (особенно хорошо для этих целей сладкое дополняют ненасыщенные жиры).

Мембранный транспорт глюкозы

Глюкоза в клетки попадает в основном пассивно через специальные транспортеры (GLUT). Пассивный транспорт означает, что глюкоза может попадать из большей концентрации в меньшую.

Разновидность GLUT определяется как правило функцией клетки. Давайте вспомните хотя бы несколько разновидностей GLUT (ниже картина сознательно неполная для нагладяности).

Свойство GLUT1 GLUT2 GLUT3 GLUT4
Орган Эритроциты Печень Нейроны Миоциты, адипоциты
Потребность в глюкозе Постоянная, низкая Вариабельная, низкая Постоянная,
высокая?
Вариабельная,
высокая
Аффинитивность глюкозе Средняя Низкая Высокая Зависит от инсулина
Дополнительные комментарии У эритроцитов нет митохондрий. Они полагаются только на гликолиз для синтеза АТФ Печень потребляет в основном α-кето-кислоты.

Глюкоза туда попадает лишь при высокой концентрации и не без помощи инсулина.

Для попадания в нейроны глюкоза проходит через GLUT1 в ГЭБ и GLUT3 в самих нейронах. GLUT4 “утоплены” в клетке. В присутствии инсулина GLUT4 сдвигаются вверх мембаны и начинают «пропускать» глюкозу в клетки.

 

В итоге мы получаем, что нейроны обладают транспорными белками глюкозы, очень к ней чувствительными.

Эритроциты живут примерно 120 дней, для попадания в миоциты и адипоциты глюкозе нужен инсулин, в печень глюкоза попадает только при высокой концентрации (и у печени есть еще ряд особенностей метаболизма глюкозы (вроде глюкокиназы вместо гексокиназы). У нейронов подобно защиты от глюкозы нет.

Только из анализа GLUT можно сделать два вывода:

  • Что глюкоза для мозга очень важна, поэтому мозг так «чуток» к ней;
  • Что нейроны крайне подвержены вреду гипергликемии, хотя должны жить вечно.

Для подкрепления 2-го тезиса напомню, что гексокиназа очень быстро фосфорилирует глюкозу при попадании последней клетку. Поэтому как правило снаружи глюкозы всегда больше, чем внутри клетки, что необходимо для пассивного транспорта глюкозы в цитозоль.

GLUT1 в гемато-энцефалическом барьере могут пропускать 100 грамм глюкозы в минуту. GLUT3 в нейронах более аффинитивны глюкозе, и их транспортная «вместимость» еще больше.

Неоспоримая важность глюкозы для мозга приводит нас к следующей подтеме.

Нейроны и глюкоза

Нейроны должны «жить» вечно и исправно передавать электрические сигналы. Нейрогенез на месте «погибшего» нейрона не заменяет «старичка» и его участие в гомологических связях. Смерть нейронов – плохо.

Теперь возьмём предыдущие доводы о вреде гипергликемии (лактоацидоз, псевдогипоксия, вредный избыток ROS) + помножим это на высокоаффинитивный глюкозе GLUT3 и отсутствие значимой фильтации количества поступающей глюкозы на уровне ГЭБ и элементов гликолиза, то возникает вопрос: как нейроны могут защититься от потенциально смертельной гипергликемии?

Ответ: никак.

И есть еще одна особенность нейронов, продиктованная их функцией: они не запасают гликоген. Отчасти это свойство постоянно «работающих» клеток. Допустим, запас гликогена постоянно сокращающихся кардиомиоцитов значительно ниже других миоцитов. И постоянно работающее сердце 80% энергетических потребностей закрывает бета-оксидацией жиров. Другая функциональная особенность – постоянная потребность в энергии и строительных белках. Активность мышц вариабельна, поэтому они запасают гликоген на случай повышения активности.

Давайте вспомним на что может быть расходована глюкоза и переложим это на нейроны:

  • гликоген (нейроны не запасают);
  • пируват (цикл Кребса, синтез углеродных «строительных блоков);
  • пентозо-фостафный путь (синтез нуклеиновых кислот и восстановителя NADPH);

В данном случае мы знаем, что у нейронов подавлена фосфоглюкокиназа, один из ферментов, необходимых для гликолиза [1]. Этот фермент катализирует необратимую (с гидролизом АТФ) реакцию фосфорилирования фруктозы-6-фосфата до фруктозы-1,6-бифосфата. Образование фруктозы-1,6-бифосфата – это committed step на метаболической развилке между пируватом и пентозо-фосфатным путём.

Получаем, что нейроны функционально блокируют образование пирувата из глюкозы, а вместо этого пускают глюкозу через пентозо-фосфатный путь на пуриновый метаболизм и нахождение в восстановленном состоянии.

Это логично сочетается с функцией «вечной» жизни: нуклеиновые кислоты для ремонта и поддержки ДНК и синтеза белков; NADPH, чтобы находится в более восстановленном энергетическом состоянии.

Однако возникает вопрос: Откуда энергия, если глюкоза уходит в основном не на энергию, а на PPP?

Может сложиться верное впечатление, что с «сахарным» вопросом нейронам не справиться без посторонней помощи. И она имеется. У нейронов есть «клетки-няньки» астроциты, которые вполне возобновимы и могут хранить незначительные запасы гликогена.

Лактатный шатл астроцитов и глюкоза

Глюкоза

Лактатный шаттл астроцитов – гипотеза, медленно набирающая обороты в научном мире. Суть ее состоит в том, что глюкоза перерабатывается в астоцитах до лактата, астроциты впоследствии в формате cell-to-cell передают лактат нейронам. Это не отменяет того факта, что нейроны могут сами использовать глюкозу. Лактат, напомню, это восстановленный пируват. Он окисляется до пирувата с образованием NADH.

Возвращаясь к транспортным мембранным белкам заметим, что у астроцитов доминирует GLUT1, менее аффинитивный глюкозе, чем GLUT3. В целом это так. Однако, например, омега-3 ненасыщенные жиры усиливают экспрессию GLUT1 белков (потребление глюкозы астроцитами в данном случае).

Еще один «удар» по GLUT3 наносит глутамат. Нейротрансмиттер, связанный с процессами возбуждения нервной системы. Возбуждение – повышение активности – повышенная энергопотребность. Но глутамат-опосредованное возбуждение снижает аффинитивность глюкозе GLUT3 (нейроны) и повышает аффинитивность глюкозе GLUT1 (астроциты).

Вот некоторые доводы в пользу лактатной гипотезы:

  • Гипотеза позволяет решить текущие противоречия в метаболизме глюкозы нейронами (откуда энергия, если глюкоза на нуклеиновые кислоты и восстановленное состояние);
  • In vivo уже сумели продемонстрировать cell-to-cell лактатный шатл;
  • Изомер лактат дегидогеназы (LDH-5), который способствует восстановлению пирувата до лактата доминирует в астроцитах, а в нейронах доминирует изомер фермента (LDH-1), который связан в большей степени с утилизацией лактата;
  • В плане транспорта лактата у астроцитов активны клеточные белки MCT1/MCT4, с низкой аффинитивностью лактату, но которые могут его транспортировать наружу; у нейронов более выражен изомер MCT2, более аффинитивный лактату и связанный забором его в клетку;
  • Противоположные данные (что у астроцитов более аффинитивные лактату клеточные белки) были In vitro и в нефизиологических условиях (температура 20 и 25 градусов), что все вместе могло изменить форму и функцию белков.
  • Гипотеза выдерживает особенности работы GLUT1 и GLUT3 в виду внешних факторов и специфики связки астроциты/нейроны

Выводы:

  • Глюкоза потребляет глюкозу в основном для синтеза нуклеиновых кислоты и нахождения в восстановленном состоянии;
  • Гипотеза лактатного шатла астроцитов логично дополняет наши проблемы в понимании метаболизма глюкозы нейронами

Остающийся вопрос: как это всё противостоит гипергликемии?

Ответ прежний: никак; лактатный шатл лишь позволяет объяснить некоторые противоречия в метаболизме глюкозы.

Глюкоза же после анализа ее метаболизма нейронами приобретает еще большее значение. От нее зависит структурная целостность ДНК нейронов. И в меньшей степени энергопотребление.

По всем анализируемым выше признакам мозг адаптировался чувствовать минимальные значения глюкозы, а организм научился ее синтезировать в ходе глюконеогенеза.

Глюкоза vs Жир

Пора сравнить жиры (кетоны) и глюкозу как источник энергии для мозга. Гемато-энцефалический барьер не пропускает длинноцепочные жировые кислоты, поэтому организм использует кетоны, которые он синтезирует из ацетил-коА при недостатке глюкозы и избытке ацетил-коА. Чего мы добиваемся голоданием или кето-диетой.

Переменная Глюкоза Жир/кетоны
Реактивные виды кислорода Мало при умеренном потреблении;

Много (потенциальный вред митохондриям) при гипергликемии

Умеренно (вызывает адаптационные изменения)
Способность быстро генерировать АТФ Да,
NADH-ориентированный метаболизм через 1й комплекс (2,5 АТФ, выкачка протонов);Пиковая возможность генерировать энергию упираться в доступность NAD+. И скорость получения последнего при помощи восстановления пирувата до лактата.
Нет,

Есть предел «пиковой бета-оксидации»

Сбалансированный метаболизм NADH/FADH2 1:2, 1:3 (FADH2 дает 1,5 АТФ и не выкачивает протоны)

Транспорт в клетки Пассивные мембранные транспортеры (GLUT) со специфичной тканям чувствительностью глюкозе;

Ряд GLUT-комплексов требуют присутствия инсулина (например, GLUT4 в мышцах и адипоцитах)

VLDL;

Кетоны для мозга (VLDL не может пересекать ГЭБ)

Способы утилизации Пируват (белки, цикл Кребса итд);

Гликоген;

Пентозо-фосфатный путь (пуриновый метаболизм, NADPH итд)

Ацетил Ко-А (только на энергию в цикле Кребса)

Синтез жиров и гормонов

Последствия переедания Лактоацидоз;

Псевдогипоксия;

Гликизирование белков

Кетоны большом количестве также снижают pH крови (как при диабетическом кетоацидозе), но даже при продолжительном голодании таких показаний сложно добиться.

 

Вывод до банальности очевиден, глюкоза – более универсальная молекула. Это и топливо, и строительные блоки для белков и нуклеиновых кислот. Кетоны/жиры – резервное топливо для периода голодания (что мы и имитируем кето).

Выводы о глюкозе

  • У глюкозы есть 3 принципиальных пути утилизации:
    • Гликоген (для мозга неактуально);
    • Пируват (цикл Кребс, строительный блок для белков, жиров);
    • Пентозо-фостатный путь (синтез нуклеиновых кислот, нахождение в восстановленном состоянии)
  • Глюкоза дает больше АТФ в секунду времени, но переедание глюкозой связано с как минимум тремя потенциально опасными моментами:
    • Лактоацидозом (вследствии необходимости восстанавливать NAD+ при помощи лактата);
    • Гликизированием (и нарушением функции белков);
    • Патологическим количеством ROS при объедании;
  • Нейроны адаптировались чувствовать малые количества глюкозы и с гипергликемией им самим не справиться;
  • Нейроны не синтезируют гликоген и у них отчасти подавлен синтез пирувата, он используют глюкозу в основном для поддержания целостности ДНК и нахождения в восстановленном состоянии (PPP);
  • Лактатный шатл астроцитов снабжает нейроны лактатом (легко окисляемым до пирувата с выделением NADH); лактатный шатл не защищает нейроны от гипергликемии;
  • Жиры – более энергоёмкая форма топлива, но из Ацетил-коА невозможно получить строительные блоки для синтеза белков. В жирах больше потенциальной и получаемой энергии, но в минуту времени жиры могут сгенерировать меньше энергии, чем глюкоза.
  • От гипергликемии нас может защитить только нас же мозг, у которого для этого есть всё необходимое.

Источники:

  1. Brain glucose transporters
  2. Sugar for the brain: the role of glucose in physiological and pathological brain function
  3. Pyruvate oxidation
  4. Cell Respiration Part 2: Aerobic Respiration (Transition Reaction & Kreb’s Citric Acid Cycle)
  5. Lactate in the brain: an update on its relevance to brain energy, neurons, glia and panic disorder
  6. Brain lactate metabolism: the discoveries and the controversies
  7. Is L-lactate a novel signaling molecule in the brain?
  8. Comparison of lactate and glucose metabolism in cultured neocortical neurons and astrocytes using 13C-NMR spectroscopy
  9. Glucose transporters in the 21st Century
  10. Glucose transporters: physiological and pathological roles
  11. Glucose transporters: structure, function and consequences of deficiency
  12. Glucose transporter proteins (GLUT) in human endometrium: expression, regulation, and function throughout the menstrual cycle and in early pregnancy
  13. Brain glucose transporters
  14. Cell–cell and intracellular lactate shuttles
  15. Lactate shuttle – between but not within cells?
  16. The in vivo neuron-to-astrocyte lactate shuttle in human brain
Поделиться:

Витамин D. Сила синергии

Витамин D (а точнее D3) – не новая тема для этого журнала. Случай Д.С. («большие» по официальным меркам дозировки D3 и витамина А без признаков токсичности последнего) натолкнули на цепочку размышлений о синергии D3 с другими молекулами.

Витамин D и Витамин А

Исследование 1942-го года выявляло как витамин D и витамин А по отдельности и вместе влияют на простудные заболевания [1, 2]. Синергия была (но об этом чуть позже). Куда важнее выводы, проиллюстрированные рисунком ниже.

витамин d

Витамин D в третьей группе был 300 000 UI в день, а витамин A  40 000 UI в день. Исследователи, конечно, не звери и дозировку до этих значений поднимали постепенно, начиная с 30 000 и 7 000 МЕ соответственно.

Вывод: витамин D и витамин A снижают потенциальную токсичность друг друга.

Что примечательно комбо D3 и А не только избавляло от потенциальной токсичности друг друга, но и продемонстрировало наилучший результат. Витамин D и витамин А продемонстрировали синергию в профилактике простудных заболеваний.

На текущий момент для нас не секрет, что и витамин D и витамин А модулируют иммунную систему [3, 4, 5]. Если мы внимательно прочитаем статью об эффектах этих витаминов на иммунную систему [3], то можем наметить следующие очаги синергии (простыми словами):

  • Укрепление иммунной системы кишечника (и не только кишечника);
  • Профилактика остеопороза и других «костных» заболеваний;
  • Здоровая кожа;

В полку употребляющих оба витамина в больших дозировках прибыло (в моем лице, конечно же).

Витамин D и сульфаты

Не секрет, что на солнце у нас образовывается сульфатная форма витамина D3 [6]. И что у этой формы есть свои особенности. В частности, сульфатная форма не приводит к росту концентрации кальция в плазме [7]. Возникают вопросы, что же тогда делает витамин D сульфат, если с точки зрения метаболизма кальция это довольно неэффективная молекула.

Ответ приходит с неожиданной стороны. Возьмём похожую молекулярную структуру, допустим «дедушку» D3, холестерин. Сульфат (да и далеко не только его) в клетке может быть добавлен к холестерину/витамину D3 (в последнем случае в теории) в аппарате Гольджи.

Холестерин-сульфат (прошу простить мне неверное упрощение) концентрируется в митохондриях и ядрах клеток. Fe-S кластеры – важный элемент передачи электрона в комплексе I, но я боюсь уйти в еще большие дебри, поэтому этот момент оставим. Если коротко, это хорошо для выработки АТФ.

Сульфатная группа делает холестерин амфифильным (имеющим и полярные и неполярные части). Что в 10 раз улучшает его способность проникать через мембраны [9].

Вот вам и объяснение, почему D3, получаемый на солнце, имеет другой эффект, чем наши с вами добавки.

И давайте предположим, что наш аппарат Гольджи может добавлять сульфатную группу к D3, то при прочих равных нас будет ограничиваться концентрация сульфатов в нашем организме.

Добавим при этом то, что часть бонусов D3 и Холестерин-сульфата очень схожи [10].

Сульфаты синтезируются в нашей коже на солнце из сульфидов. Холестерин-сульфат, гликозамингликаны (GAGs, еще одна большая тема) создаются в аппарате Гольджи. Но нам по-прежнему нужны сульфаты.

Мой выбор – потреблять их с серистой минеральной водой, тем самым частично компенсируя то, что d3 в капсулах не совсем тоже самое, что d3-сульфат, вырабатывающийся на Солнце. Заодно вы снабжаете свои клетки очень важным «строительным блоком», чьи бонусы не только созвучны витамину D3, но и выходят за его рамки.

Витамин D и витамин К

Самая предсказуемая часть заметки. Про это сказано уже достаточно в ряде источников. [11, 12] и многие другие. К2 (в первую очередь МК4) снижает токсичность D3. Также витамин D и витамин К усиливают действие друг друга.

Выводы

  • Витамин А и витамин К защищают от токсичности больших (на сотни тысяч) дозировок D3 и обладают с D3 рядом синергичных эффектов;
  • Витамин D в свою очередь снижает токсичность витамина А (которой проще добиться), а вместе они имеют значимых взаимодополняющих эффектов; особенно на иммунную систему (в том числе кишечника);
  • На солнце (УФ-спектр, привет кремам от Солнца) образовывается сульфатная форма D3, которая не влияет на метаболизм кальция, но за счет амфифильности (наличии гидрофильным и гидрофобных частей) гораздо «живее» выполняет все остальные функции D3.
  • D3 может быть синтезирован эндогенно из холестерина. Холестерин и гликопротеины получают сульфатную группу в аппарате Гольджи. И в целом снабжение сульфатами организм – очень хорошая идея: это частично компенсирует потребление несульфатного D3 и будет обладать рядом других бонусов. Мой выбор – серистая минеральная вода, но это могут быть и продукты;
  • Важность сульфатов я даже не поскреб. Но это отдельная и большая тема.

Источники:

  1. Massive doses of vitamins A and D in the prevention of the common cold
  2. Is Vitamin D Safe? Still Depends on Vitamins A and K! Testimonials and a Human Study
  3. Vitamin effects on the immune system: vitamins A and D take centre stage
  4. Retinoids are important cofactors in T cell activation
  5. Regulation and function of autophagy in retinoic acid mediated therapy of myeloid leukemia and breast cancer
  6. 25-Hydroxyvitamin D3 3-sulphate is a major circulating form of vitamin D in man
  7. Synthesis and biological activity of vitamin D3 3 beta-sulfate. Role of vitamin D3 sulfates in calcium homeostasis
  8. https://bileacid.vcu.edu/people/ren.html
  9. Graphical depiction of cholesterol sulfate in the red blood cell membrane. Adapted from Cooper and Hausman: The Cell: A Molecular Approach, Fifth Edition
  10. https://www.slideserve.com/suki/cholesterol-sulfate-and-heart-disease
  11. Vitamin D toxicity redefined: vitamin K and the molecular mechanism
  12. Vitamins D and K as pleiotropic nutrients: clinical importance to the skeletal and cardiovascular systems and preliminary evidence for synergy
Поделиться:

Обходные реакции и долголетие

Обходные реакции (bypass reactions) – это способ «создать» необходимую молекулу, которая «исчезает» в ходе необратимой реакции.

Самый очевидный пример bypass реакций – это глюконеогенез. Организм может создать глюкозу из аминокислот и триглицеридов, если в ней есть необходимость. Хочется рассмотреть побочную сторону подобных обходных реакций.

Для начала вспомним, что все реакции в теории обратимые. На практике же ряд реакций в организме необратимые. Обратная реакция будет термодинамически невыгодна, нет фермента, катализирующего обратную реакцию итд. Но есть обходные реакции. Это и рассмотрим.

Oxidation of Pyruvate and the Citric Acid Cycle

обратимые реакции

Известная метаболическая реакция. Катализация синтеза ацетил-коА. Ацетил-коА – важная для метаболизма энергическая молекула. Она запускает цикл Кребса. Это универсальный внутриклеточный энергетический посредник между субстратами (белки/жиры/углеводы) и энергией в химической форме (АТФ, ГТФ, NADH, FADH2). Как только нутриент был окислен до ацетил-кофермента А – назад пути нет. Углеродные основы этой молекулы могут быть использованы для получения энергии (цикл Кребса) или для запасания энергии (синтеза жиров). Но ни белки, ни углеводы уже не могут быть синтезированы из Ацетил-коА.

Пируват – конечный продукт гликолиза. Одно из звеньев глюконеогенеза. Источник энергии путем ферментации (до лактата). Источник углеродных основ для синтеза аминокислот. Пируват неплохо бы уметь восстанавливать. Но окисление пирувата до ацетил-коА – необратимая реакция.

Обратимые реакции позволяют восстанавливать нужные строительные блоки

Пример. Обратите внимания на АТФ/ГТФ.

H+ + PEP + ADP >> Pyruvate + ATP; + 1 АТФ

А теперь мы хотим восстановить PEP из пирувата. Для этого есть обходные реакции из 2 штук

  1. Pyruvate + HCO3 + ATP >> Oxaloacetate + ADP + Pi; — 1 АТФ
  2. Oxaloacetate + GTP >> PEP + GDP + CO2 + Pi; — 1 ГТФ

Чистая реакция двух последних:

Pyruvate + ATP + GTP >> PEP + ADP + GDP + Pi (- 1 АТФ; -1 ГТФ)

И сравним еще раз с изначальной:

H+ + PEP + ADP >> Pyruvate + ATP; (+ 1 АТФ).

Для восстановления PEP мы потратили больше энергии, чем извлекли из молекулы изначально.

Тоже самое с глюконеогенезом. На синтез глюкозы мы тратим больше энергии, чем извлекаем из нее. Это энергонеэффективный процесс, который использует организм, когда ему необходим тот или иной отсутствующий «строительно-углеродный блок».

Если при этом у нас не будет энергии, то все строительные блоки будут уходить на Ацетил-КоА, из которого аминокислот и глюкозы нам уже не синтезировать.

Это перекликается с теорией триажа Брюса Эймса. При неадекватном потреблении нутриентов вы лишаете организм строительных блоков. И при их общем недостатке организм будет синтезировать только жизненно важные.

Вывод:

какую диету вы бы не выбрали – следите за адекватным количеством нутриентов, витаминов и минералов в этой диете;
не надо надеяться на «внутренние ресурсы» своего организма; при недостатке нутриентов организм будет закрывать первоочередные потребности, не делая вас здоровее в долгосрочной перспективе.

P.S. Может ли быть так, что сильное падение глюкозы (3-3,5) на кето – следствие неоптимальной функции митохондрий (окислительного фосфорилирования). Глюконеогенез – АТФ-зависимый процесс. Он заметно подавляется при недостаточной дыхательной функции митохондрий.

Поделиться:

Динитрофенол – взрывоопасное похудание

Динитрофенол (DNP, 2,4-динитрофенол) – относительно непопулярное средство для похудания. И довольно опасное. Хочется сказать о нём то, что не сказал в прошлый раз.

DNP, немного истории

Динитрофенол очень близкий родственник тринитротолуола (тролила) и тринитрофенола. Как вы понимаете, DNP также является взрывчаткой. Соединения нитрогруппы и углеводородных связей обладают большой потенциальной энергией. При этом энергия активация, необходимая для протекая этой термодинамически выгодной (с выделением энергии) реакции, незначительна – достаточно потрясти. У DNP на 1 нитрогруппу меньше, поэтому молекула чуть менее взрывоопасна, чем TNT и TNP, хотя транспортировать ее лучше влажной.

У DNP есть и был ряд коммерческих применений, но влияние на людей было протестировано во время Великой (Первой мировой) войны французской армией, которая активно использовала динитрофенол в своей амуниции.

Динитрофенол

Динитрофенол – желтая пыль, при контакте с молекулой рабочие на заводах начинали терять вес, постоянно чувствовали усталость, боль и животе, слабость, затруднение дыхания. Самое примечательное – у них поднималась температура на фоне потери веса. Иногда после смерти у них была температура тела 42-43 градуса. Желтая жидкость выделалась с потом на лице и ладонях. Вскрытие не показывало явных  нарушений работы органов.

С 1933 по 1938 год динитрофенол использовался в США как средство для похудания. Итог – ряд смертей от теплового шока и один из самых громких случаев отзыва лекарств с рынка.

Дининитрофенол, механизм действия

Для начала я хочу вам напомнить основы выработки энергии (в данном случае АТФ) в дыхательной цепи митохондрий.

Молекулы с высокой энергией NADH и FADH2 начинают своей путь в дыхательной цепи, запуская цепочку окислительно-восстановительных реакций (передача электрона). NADH восстанавливает комплекс I, превращаясь в NAD+. Комплекс I восстанавливает коэнзим Q. Коэнзим Q восстанавливает комплекс 3, затем тоже самое происходит с цитохромом С и комплексом IV. В конце наш электрон ждёт кислород как терминальный акцептор электрона — образуется вода и путешествие электрона по дыхательной цепи на этом заканчивается.

Все реакции в цепи не только окислительно-восстановительные, но и экзергонические. Выляющаяся энергия расходуется (самое важное) на выкачку протонов (H+) в межмембранное пространство и в меньше степени на теплопотери в процессе реакций. H+ градиент формируется в межмембранном пространстве. В матриксе (напомню) концентрация H+ значительно ниже. Разница градиентов H+ впоследствии вращает АТФ-синтазу (иногда обозначают комплекс V), в результате образуется АТФ.

Без электрохимического градиента у нас нет АТФ. Нет АТФ – нет поддержания гомеостаза живого организма.

Диниторфенол обладает примечательными свойствами:

  1. DNP может быть как акцептором так и донором H+;
  2. DNP может свободно пересекать внутреннюю мембрану митохондрий.

Итог довольно трагичный. Протоны из межмембранного пространства переносятся в матрикс. Разницы градиентов в матриксе и снаружи матрикса больше нет – АТФ-синтаза не вращается – нет синтеза АТФ.

При разобщении H+ градиента организм начинает активнейшим образом его восстанавливать за счёт сжигания топлива (в первую очередь жиров) в дыхательной цепи. Также имеющиеся молекулы АТФ могут быть использованы для помощи в этом процессе (хотя это уже другая история).

При подобной активации дыхательной цепи организм резко сжигает запасы топлива и при этом увеличиваются теплопотери – это секрет как действия DNP, так и нашего термогенеза, не связанного с мышечной дрожью.

Динитрофенол будет рассеивать образующийся заново H+ градиент и мешать синтезу АТФ.

Культуристам неплохо бы помнить, что для поддержания работоспособности их крупных мышц как раз нужен АТФ.

Либо митохондрии хоть как-то смогут поддержать функцию синтеза АТФ на период выведения DNP, либо DNP убьёт нас быстрее за счет истощения организма и теплового шока.

При этом неплохо принять во внимание:

  • Чем выше температура окружающей среды, тем проще DNP нас убить;
  • Период выведения в литературе различается: от нескольких часов до нескольких дней;
  • Смертельная доза индивидуальна, зависит от ваших митохондриальных возможностей и ряда других параметров.

К сожалению, это лучшее из картинок, что удалось найти.

Динитрофенол, термогенин, метиленовый синий

DNP не одинок среди «митохондриальных» ядов и неядовитых разобщителей протонового градиента.

Термогенин. Он же разобщающий белок 1 (UCP1). То, что помогает нам согреваться на холоде. Нюанс его работы в том, что он выражен преимущественно в жировой ткани (особенно в бурой). И активируется при воздействии стресса холода. Это наша внутренняя молекула, которая действует в основном локально (в жире), может регулироваться организмом и наше телом может к ее активации (холоду) морфологически адаптировать клетку (бурение жира: больше митохондрий в клетке, больше жировых капель в клетке – и многое другое, бонусы закаливания мы не раз обсуждали). Но это же

Цианид. Блокирует комплекс IV (самый критичный в выкачке протонов), связываясь с рецепторами кислорода. Комплексы дыхательной цепи «встают», так как цепочка окислительно-восстановительных реакций нет может протекать, нет синтеза АТФ. В целом для токсичных веществ и ядов митохондрии – одна из возможных целей.

Метиленовый синий. Донор/акцептор электрона, может их переносить с 1 на 4 комплекс. Но при этом не пересекает мембрану. Если мы переносим электрон с 1 сразу на 4 комплекс, то тоже теряем в выкачке протонов, но это может быть в какой-то степени полезно пациентам, которым это может помочь хоть как-то наладить окислительное фосфорилирование.

Выводы:

  • DNP – взрывчатка;
  • Динитрофенол убивает за счет рассеивания H+ градиента и последующей остановки выработки АТФ;
  • Сжигание жира и рост скорости метаболизма – это отчаянная попытка организма восстановить H+ градиент;
  • Период выведение и смертельная доза индивидуальны и с довольно большой вариабельностью;
  • При этом, все всякого сомнения, DNP эффективно усиливает метаболизм и способствует жиросжиганию.

Источники:

  1. 2,4-Dinitrophenol (DNP): A Weight Loss Agent with Significant Acute Toxicity and Risk of Death
  2. Dinitrophénol: Hasta la Vista… I’ll be Back !
  3. Transport systems in the inner mitochondrial membrane
  4. THE USE OF 2:4-DINITROPHENOL AS A METABOLIC STIMULANT
Поделиться: