VFP #010. Закаливание

Закаливание — идеальная тема для беседы перед Крещением.

Нам с Костей составил компанию Антон (inst: @crosscountryclub), морж, фри-дайвер и интересный собеседник.

Я не буду делать привычный тайм-лайн, так как мы закрыли очень много важных топиков, но это была живая беседа без формальной структуры.

Мы коснулись тем:

  • клеточных механизмов закаливания;
  • плюсов для здоровья (на основе исследований, а не анекдотичных историй);
  • различные методики закаливания;
  • отдельный важный фокус на дыхании при закаливании;
  • моржи России, спортивное зимнее плаванье, фридайвинг;
  • различные интересные истории по теме

Закаливание, плюсы для здоровья — Владимир Фокин;

Метод Вима Хофа;

https://www.instagram.com/crosscountryclub/ — инстаграм Антона (еще раз);

http://iceswim.ru/ — сайт, рекомендованный Антоном;

Презентация на Google — можно скачать, работают ссылки, удобно на смартфоне;

Презентация на Speaker.Deck — удобно скорее на ПК и планшетах, ссылки не работают;

мтДНК, эволюция и сезонные циклы

мтДНК – это ДНК митохондрий, которое у нас есть в дополнении к нашей основной ДНК клетки. Наследование мтДНК от матери открыл Даг Уоллес (Doug Wallace). Исследователь, обязательный к чтению для всех, интересующихся митохондиями и метаболическими процессами в целом.

Написанное ниже – осмысление и упрощение его статьи Why Do We Still Have a Maternally Inherited Mitochondrial DNA? Insights from Evolutionary Medicine. Я позволю себе сделать акценты на том, что интересует лично меня.

Темы для обсуждения в рамках заметки:

  • Почему у митохондрий существует отдельное ДНК?
  • Почему мтДНК наследуется по материнской линии?
  • Что на примере могут означать различие гаплогрупп мтДНК?
  • Традиционная кето-рубрика, может ли это что-то значить для кето?

мтДНК, причины существования

Митохондрии в наших клетках – это продукт симбиоза паразитической α-протоцианобактерии и клетки. Получившийся симбиоз стал основой для всей многоклеточной жизни. И из этого единичного симбиоза возникла вся существующая многоклеточная жизнь. Вероятно, это было так хорошо и так успешно, что не оставило конкурентам и шанса.

Появление хлоропласт – такой же процесс, но произошедший примерно на 50 млн раньше, чем у наших предков. Растения упомянул не случайно. Как видно по рисунку из статьи Уоллеса, весь метаболизм живых организмов построен вокруг конвертации солнечной энергии в удобный для нас эквивалент. И изучение фотосинтеза может быть серьезным фундаментом для метаболических исследований человека.

Большую часть своей ДНК новообразованная митохондрия передала в ядро. Но 37 генов остались в мтДНК. Почему? Логично предположить, что этого не случилось бы без веской причины.

мтДНК

Гены мтДНК кодируют белки дыхательной цепи переноса электронов и ряд ферментов матрикса митохондрий. Белок для этого синтеза импортируется из цитозоли.

Белки дыхательной цепи выполняют важную функцию – они синтезируют АТФ. Комплексы I, III, IV, выкачивают протоны в межмембранное пространство, создавая тем самым Н+ градиент. И уже созданный градиент обеспечивает вращение V-димеров АТФ-синтазы как финальный этап синтеза АТФ.

При наличии некоей константы оптимальных вариаций белков для синтеза АТФ, организм бы перенес функцию мтДНК в ядерную ДНК. Очевидно, что была огромная эволюционная необходимость, чтобы этого (за исключением ДНК-кодирования комплекса V у пары видов) не случалось.

Из этого мы получаем вывод: мтДНК существует для того, чтобы процессы внутри матрикса митохондрий (а это не только синтез АТФ) оперативно адаптировались к изменениям внешней среды. Менее защищенная, более подверженная воздействию из вне и как следствие более изменчивая мтДНК. Митохондрии – сенсор внешней среды, которые регулирует наши энергетические процессы в соответствии с воздействием окружающего мира.

Наследование мтДНК по материнской линии

Даг Уоллес открыл со своей командой интересный факт – ДНК митохондрий, вне редчайший патологических случаев, наследуется строго по материнской линии.

У сперматозоидов мтДНК в 200 раз меньше, чем у ооцитов (яйцеклеток). Белки дыхательной цепи сперматозоидов отличаются от аналогичных белков ооцитов. Поэтому иммунная система яйцеклетки уничтожает мужскую мтДНК в течение 24 часов после оплодотворения.

Это обратная сторона изменчивости мтДНК, которая мутирует в 20 раз быстрее ДНК в ядре клетки. Чрезмерный мутагенез может неожиданной мутацией поставить крест на всей популяции. Чтобы уменьшить подобную вероятность необходимо мтДНК немного ограничить в скорости мутаций. Природа организовала это блестящего – наследование от 1 родителя. Я на всякий случай напомню, что преимущество двуполой системы перед однополой как раз в повышенной изменчивости (читайте адаптации к среде) первого варианта.

С медицинской точки зрения имеет смысл исследовать (и исследуются) патологичные мутации митохондриальной ДНК.

Практический пример роли изменчивости мтДНК на гаплогруппах

Речь идет, конечно же, о гаплогруппах мтДНК, а не Y хромосомы. Гаплогруппы – определенные последовательности белков митохондриальной ДНК. Они распространены географически, что еще раз подтверждает выводы из сути наличия мтДНК.

Интересно, что генетическое разнообразие людей в Африке выше, чем во всем остальном мире. Вся не-Африка произошла от африканской гаплогруппы L3.

Давайте для конкретного примера вернемся к сперматозоидам. Подвижность их жгутиков обеспечивается в основном АТФ. И эффективность синтеза АТФ будет для фертильности критичной в данном случае. У экваториальных негров подвижность спермы выше, чем у северян.

Огромное значение для синтеза АТФ играет расстояние между белковыми комплексами. Ник Лэйн в одной из своих книг демонстрировал, что разница 1 Ангстрем может снизить эффективность передачи электронов в 10 раз!

Ближе (в теплых климатах) белки дыхательной цепи – лучше синтез АТФ, выше фертильность. В этом помогает и вода, которая при нагревании сжимается, а при охлаждении расширяется. Именно это объясняет курортные беременности. На летнем солнце улучается синтез АТФ и как следствие подвижность сперматозоидов.

Чем дальше белки дыхательной цепи, тем проще разобщать окислительное фосфорилирование. В таком случае потенциал Н+ градиента расходуется не на синтез АТФ, а на генерацию тепла в рамках термогенеза. Напомню, что во время моржевания мы активируем цепочку: стресс холода – бета-адренорецепторы – жировая капля митохондрий – термогенин – разобщение OxPHOS – сжигаение жира для генерации тепла.

В данном случае наши митохондрии реагируют на количество солнца/климат и либо усиливается фертильность, либо человек лучше адаптируется к выживанию к холоду. Это лишь единичный пример функции мтДНК на практическом примере.

мтДНК, растения и сезонные циклы

Вот мы и добрались до кето. Я не зря последовательно упоминал солнце. Напомню, что глюкоза – продукт химической фиксации растениями солнечной энергии. И когда вокруг нас летом много солнца – вокруг нас много глюкозы. А зимой глюкозы нет, нутриентов вокруг меньше, для организма логичнее сжигание жиров/кетонов и для согрева, и в рамках кетоза.

Главный смысл личной моей кето-диеты – имитация сезонных циклов избытка/недостатка глюкозы в окружающей среде. В современном мире недостатка глюкозы нет. Мы заставляем наши митохондрии противоречить тем сигналам, которые они получали бы из окружающей среды.

Сезонность моей кето-диеты – ночь длиннее дня – кето, день длиннее ночи – обычное питание. Серая зона межсезонья остается на мой выбор. Пока это октябрь-март кетогенной диеты. Я всего лишь стараюсь не мешать тем механизмам сезонной адаптации, которые уже заложены в мои митохондриальные гены.

Выводы:

  • мтДНК и митохондрии в целом обеспечивает метаболическую адаптацию к изменениям во внешней среде и являются сенсором, который реагирует метаболической адаптацией на изменения во внешней среде;
  • мтДНК передается по материнской линии, чтобы снизить вероятность патологических мутаций у этой изменчивой структуры;
  • Пример региональной адаптации – расстояние между белками ЭТЦ, у южан упор на фертильность, у северян – на термогенез и выживание на холоде;
  • Кето-диета используется мной для имитации естественных циклов избытка глюкозы и недостатка глюкозы. Все это очень логично завязывается на продолжительность дня.

Эскимосы не в кетозе или арктический парадокс

Эскимосы и народы Крайнего Севера, вне всяких сомнений, адаптированы к холоду. Их часто представляют как пример кето-адаптированного народа. Но это не совсем так.

http://high-fat-nutrition.blogspot.ru/2014/11/coconuts-and-cornstarch-in-arctic.html

http://high-fat-nutrition.blogspot.ru/2014/11/the-p479l-gene-for-cpt-1a-and-fatty.html

Запросы C479L или CPT1A выдадут вам большое количество ссылок на Pubmed и другие ресурсы.

Эскимосы (их заметная часть), обладают мутацией CPT1A, которая МЕШАЕТ выработке кетонов. Эскимосы

У Петро Добромыльского по одной из ссылок отличный кейс с девочкой: 0,5 кетонов — легкое кето, 38 свободных жирных кислот (очень много), 1,9 глюкоза (сильно гипогликемия). Есть заметная часть популяции, у которой ослаблен кетогенез, но при очень большая концентрация жировых кислот.

Как я понимаю, это адаптация к среде. При этом эта мутация так сильно распространена, что ее сложно считать случайной. Скорее это результат отбора. Либо эта мутация способствовала выживанию, либо она возникла и в этой среде (переизбытка жировых кислот) не была патологичной.

http://www.cell.com/ajhg/abstract/S0002-9297(14)00422-4 — вот тут говорят, что это положительный отбор все же.

Самое логичное объяснение, что я слышал, это адаптация к холоду. У коренных народов Сибири повышенный метаболизм в покое. Мы берём жировые кислоты, не перерабатывал их на кетоны, а сразу пускаем на АТФ. Для термогенеза и избыток АТФ, и избыток свободных жирных кислот — это хорошо.

Эскимосы обзавелись мутацией, которая позволяет жечь чистые жировые кислоты, а не кетоны.
А с диетой в 5-6 тысяч калорий из жира можно глюконеогенезом насинтезировать глюкозы (из жира/глицерина) для мозга.

Получается, что они действительно не могут быть примером кето-адаптированного народа. Скорее они жиро- и холодо- адаптированные.
И им с диетами современного мира не везёт. Безуглеводка без огромного количества жиров — гипокетонемия, гипогликемия.
Современная диета с кучей сахаров — полный клубок метаболических проблем.

Лучшее враг хорошего, в общем.

Выводы:

  • Эскимосы заметной своей частью не впадают в кетоз и не могут быть «хрестоматийным примером» кето-адаптированных людей;
  • Эскимосы с мутацией CPT1A поддерживают высокую концентрацию жировых кислот в крови, при низком уровне кетонов;
  • Мозг эскимосы могут питать глюкозой, созданной из жира и белка глюконеогенезом, и тем небольшим количеством кетонов, которые у них всё же вырабатываются+ не стоит забывать про лактат
  • Другие ткани могут использовать жировые кислоты в качестве «топлива»;
  • Адаптация вызвана, вероятнее всего тем, что избыток АТФ и свободных жировых кислот способствуют термогенезу и повышенному метаболизму в покое.

DNP как подтверждение механизма термогенеза

DNP — пестицид, который с 1933 по 1938 года активно использовали для похудания американские женщины. В 38 году FDA запретила медицинское использование этой молекулы. И в дальнейшем все врачи, пытающееся выписывать DNP пот тем или иным соусом были осуждены.

DNP делают очень простую вещь. Разобщает градиент митохондрий, заставляя их неистово сжигать жиры в качество топлива и рассеивать энергию в виде тепла. DNP в этом плане не одинока, подобных веществ вагон и маленькая тележка. Кстати, согласно этому исследованию, DNP еще не так сурова, как другие молекулы. И вообще есть разновидность ядов, которые убивают нас, нарушая окислительное фосфорилирование и разобщая градиент митохондрий.

При передозе DNP возможна смерть от гипертермии.
Список побочных эффектов довольно большой.

Молекула показывала нейропротекторный эффект в паре исследований. Но ее применение продолжается из-за мощного жиросжигающего эффекта. Минус 10-12% жира за месяц.

Как я понял, LD-50 (летальная доза) сильно зависит от температуры:
5 mg/kg at 110F (43C)
30-40 mg/kg at 75F (24C)
То есть в жаркой погоде эту молекулу нельзя применять + подавление Т3.

Бодибилдеры и желающие похудеть находят выход из положения — принимают DNP вместе с гормоном щитовидки Т3. А для пущей эффективности жиросжигания не забывают про кленбутерол и эфедрин. Напрашивается аналогия с наркоманскими «качелями»: в одну руку героин, в другую винт (метамфетамин).

Вывода у меня два:

  1. Человеку, желающему кардинально изменить свой внешний вид с потенциальным серьезным риском для здоровья стоит показаться хорошему психиатру. Расстройство дисморфизма тела (body dysmorphic disorder; ICD-10 F45.2) — потенциальный диагноз. И в целом перед принятием подобных решений лучше удостовериться, что вы принимаете его «в своем уме».
  2. Самое главное. Хотите термогенез — нарушайте окислительное фосфорилирование.

Пранаямы, регуляция pH и церебральная гипоксия

The Magic of Hyperventilation — настоятельно рекомендую эту статью анестезиолога всем дышащим по методу Хофа, Гроффа или использующему какие-то версии пранаям, заточенных на «утрамбовывание» кислорода в легкие.

pH (кислотно-щелочной) баланс нашей крови немного щелочной. В значениях 7,4-7,8.
7,0 — нейтральный pH, выше — щелочной, ниже — кислотный.

Баланс pH — это баланс бикарбонатов и CO2.
Пранаямы по принципу контролируемой гипервентиляции (много вдохнуть воздуха легкими) повышают насыщение крови кислородом и снижают уровень CO2 в крови.
Снижается CO2 — растет pH, становясь более щелочным.
Хоф в своем самом известном исследовании (в журнале PNAS) повышал свой pH таким образом до 7,75.

Далее начинается самое интересное.
CO2 в крови помогает крови попадать в органы.
И снижая его уровень — мы снижаем приток крови (и кислорода вместе с ней) в органы.
Ниже красивая картинка о том, что чем выше CO2, тем выше церебральный поток крови (к мозгу).

Соответственно чем ниже CO2 тем церебральное кровоснабжение (в том числе кислородом) хуже.

Получается, что пранаямы по принципу контролируемой гипервентиляции приводят к легкой церебральной гипоксии.

Отсюда и покалывание в конечностях, и легкость со смесью головокружения, и визуальные галлюцинации при продолжительной дыхательной техники (хоть у Гроффа, хоть у Хоффа). Все это признаки церебральной гипоксии.

По этой же причине, на мой взгляд, метод Хоффа способствует акклиматизации на высокогорье. Потому что мы как раз адаптируем мозг к гипоксии.

Вещь несложная, но контринтуитивная. Поэтому решил расписать.