Stai bine cu energia? Verifică-ţi mitocondria – studiu de caz

Introducere

Mitocondria reprezintă o parte a celulei care func­ţio­nează ca o centrală energetică, fiind capabilă să ge­ne­re­ze cea mai mare parte a aprovizionării cu ATP (adenozin-trifosfat), care presupune sursa principală de energie chimică pentru celulă. Mitocondria este implicată în mai multe procese celulare esenţiale organismului, precum: reglarea ciclului celular şi a morţii celulare, semnalizarea celulară, diferenţierea celulară, respectiv controlul temperaturii celulare⁽¹⁾.

În mitocondriile sănătoase, ciclul acidului tricarboxilic (cunoscut şi sub denumirea de ciclul Krebs/ciclul acidului citric) reprezintă o etapă metabolică fundamentală care generează trei molecule de NADH (nicotinamid-adenin-dinucleotid) şi o moleculă de FADH (flavin-adenin-dinucleotid) la încheierea oricărui ciclu Krebs şi necesită o aprovizionare continuă cu acetil-CoA. În metabolismul glucozei, formarea de acetil-CoA are loc prin decarboxilarea oxidativă a piruvatului, care se catalizează cu ajutorul complexului piruvat dehidrogenază. În celulele foarte dependente de metabolismul glucozei, precum celulele creierului, piruvat-dehidrogenaza este singura sursă de acetil-CoA⁽²⁾.

Mitocondriile preiau piruvatul produs în citozol din glicoliză şi îl utilizează în ciclul Krebs, unde este oxidat pentru a produce energie în formă de molecule de ATP. Nivelurile ridicate de piruvat în plasmă pot indica o deficienţă a funcţiei mitocondriale, deoarece piruvatul nu este complet oxidat în mitocondrii şi se acumulează în citozol. Nivelurile reduse de piruvat în plasmă pot indica şi ele o disfuncţie mitocondrială, deoarece pot sugera o scădere a capacităţii de a converti piruvatul în energie prin ciclul Krebs^(3,4).

S-a constatat că disfuncţia mitocondrială şi perturbările în procesele bioenergetice celulare sunt prezente în mod generalizat în câteva dintre cele mai comune boli în societatea noastră, inclusiv diabetul zaharat de tip 2, bolile cardiovasculare, sindromul metabolic, cancerul şi boala Alzheimer^(5,6,7,8,9).

În mod deosebit, miocardul este puternic dependent de metabolismul oxidativ mitocondrial şi este deosebit de susceptibil la disfuncţia mitocondrială. Modificările primare ale funcţiei mitocondriale, care sunt ulterior exacerbate de mecanismele defectuoase de control al calităţii, sunt considerate factori majori care contribuie la îmbătrânirea inimii. Aproximativ 20% dintre persoanele cu vârsta de peste 80 de ani prezintă un risc de insuficienţă cardiacă, iar cei cu vârsta de peste 65 de ani prezintă un risc crescut de fibrilaţie atrială şi accident vascular cerebral asociat⁽¹⁰⁾.
 

Cardiomiocitele îmbătrânite prezintă anomalii în structura mitocondrială, cum ar fi mărirea organelor, perturbarea matricei şi pierderea cristalelor, precum şi o generare crescută de specii reactive de oxigen. Disfuncţia mitocondrială reprezintă o caracteristică fundamentală a procesului de îmbătrânire şi constituie un punct crucial de intersecţie pentru mai multe căi asociate cu senescenţa. De exemplu, instabilitatea genomică poate provoca tulburări metabolice care favorizează îmbătrânirea celulară şi a organismului prin intermediul unui răspuns complex la deteriorarea persistentă a ADN-ului⁽¹⁰⁾.

Mitocondriile reprezintă, de asemenea, locul de producţie pentru speciile reactive de oxigen (ROS), care la niveluri fiziologice acţionează ca molecule de semnalizare esenţiale pentru menţinerea homeostaziei celulare. Prin urmare, defecţiunile mitocondriale afectează bioenergetica celulară, funcţia celulară şi homeostazia, făcând mitocondriile un element-cheie în echilibrul dintre sănătate şi boală. Există mai mulţi factori care pot cauza disfuncţie mitocondrială, printre care se numără mutaţiile în ADN-ul mitocondrial, infecţiile, procesul de îmbătrânire şi sedentarismul⁽⁵⁾.

Rolurile mitocondriilor se extind dincolo de limitele celulare, afectând fiziologia întregului organism, prin reglarea comunicaţiei între celule şi ţesuturi. Prin urmare, nu este surprinzător că disfuncţia mitocondrială este considerată un factor-cheie într-o gamă largă de afecţiuni, inclusiv tulburări neurodegenerative şi metabolice⁽¹¹⁾.

Tulburările mitocondriale umane reprezintă un grup divers de afecţiuni, cu eterogenitate genetică pro­vo­cată de mutaţii ale ADN-ului mitocondrial şi/sau nuclear, având implicaţii într-o gamă largă de dome­nii medicale. Aceste boli pot afecta orice sistem de or­ga­ne, pot apărea la orice vârstă şi pot fi transmise pe cale autozomală, cromozomială X sau maternă, în funcţie de locul unde se află mutaţia genetică. În pre­zent, tulburările mitocondriale nu pot fi vindecate, iar tratamentele disponibile vizează în principal ame­lio­ra­rea simptomelor⁽¹¹⁾.

Într-un studiu realizat la populaţia din nord-estul Angliei între anii 1990 şi 2004, s-a propus evaluarea adulţilor care prezentau suspiciune de boală mitocondrială. Pacienţii incluşi în studiu erau adulţi de vârstă activă, cuprinsă între 16 şi 60/65 de ani, şi aparţineau ambelor sexe.

Rezultatele studiului au arătat că, în această populaţie, 9,2 din 100000 de persoane au prezentat clinic boala ADN mitocondrială, clasificând-o astfel printre cele mai frecvente tulburări neuromusculare moştenite. De asemenea, s-a observat că încă 16,5 din 100000 de copii şi adulţi cu vârsta sub pragul de pensionare erau expuşi riscului de a dezvolta boală ADN mitocondrială⁽¹²⁾.

Deoarece organismul nu poate stoca ATP, mitocondriile trebuie să funcţioneze în mod constant tot timpul. În orice moment, există aproximativ 250 g de ATP în celule. În fiecare zi, o persoană sănătoasă produce o putere remarcabilă de 1200 watt. Creierul foloseşte 70% din ATP, acest lucru ajutând la explicarea corelaţiei puternice dintre disfuncţia mitocondrială şi neurodegenerare. Cantitatea mare de ATP trebuie produsă de mitocondrii în fiecare secundă din fiecare zi, deoarece aceasta nu poate fi stocată de organism⁽¹³⁾.

Mitocondriile sunt în mod special expuse la deficit de nutrienţi, toxine de mediu şi daune oxidative. Deşi numeroşi nutrienţi sunt necesari pentru producerea de ATP, cei mai relevanţi includ: riboflavina (vitamina B2), niacina (vitamina B3), coenzima Q10, carnitina (necesară pentru transportul acizilor graşi), fierul, magneziul (necesar pentru producţia finală de ATP), manganul şi/sau cisteina⁽¹³⁾.

Este bine cunoscut faptul că antrenamentul de an­du­ran­ţă, atunci când este realizat pe o durată adec­va­tă, zilnic, cu o frecvenţă săptămânală corespunză­toare şi o intensitate submaximală pe parcursul exer­ciţiilor, poate conduce la o creştere semnificativă a conţinutului mitocondrial, adesea de 50% până la 100% în aproximativ şase săptămâni⁽¹⁴⁾.

Scopul lucrării a urmărit evaluarea modalităţilor prin care se poate îmbunătăţi din punct de vedere dietetic disfuncţia mitocondrială la o pacientă cu antecedente de cancer. Această evaluare implică investigarea impactului dietei asupra funcţiei mitocondriale şi identificarea strategiilor alimentare care pot optimiza funcţia mitocondrială în contextul specific al pacienţilor cu antecedente de cancer. Prin abordarea acestei probleme, lucrarea oferă recomandări şi intervenţie dietetică personalizată, care să contribuie la îmbunătăţirea sănătăţii şi a calităţii vieţii pacientei, în timp ce se optimizează gestionarea afecţiunilor asociate şi se promovează recuperarea şi bunăstarea acesteia.

Metodologie

În cadrul studiului nostru de caz, am avut o singură participantă, care a fost supusă unei intervenţii dietetice pe o perioadă de 14 săptămâni (din 2 octombrie 2023 până în data de 26 ianuarie 2024), cu scopul de a evalua impactul intervenţiei nutriţionale mitocondriale asupra nivelurilor de piruvat în plasmă şi a indicelui de masă corporală (IMC).

Pacienta a fost selectată dintr-un grup de pacienţi ai Centrului de Prevenţie Pronutriţie din Târgu-Mureş, în anul 2023, pe baza criteriilor de includere stabilite, cum ar fi niveluri reduse de piruvat în plasmă, disfuncţie mitocondrială, antecedente de cancer şi disponibilitatea de a urma intervenţia dietetică.

Nivelurile de piruvat în plasmă au fost considerate un indicator important al sănătăţii mitocondriale, deoarece piruvatul reprezintă un intermediar-cheie în procesul de producere a energiei în mitocondrii prin intermediul ciclului Krebs şi al fosforilării oxidative. Măsurătorile nivelului de piruvat au fost efectuate folosind o metodă standardizată, precum spectrometria de masă sau cromatografia lichidă de înaltă performanţă, acestea fiind tehnici frecvent utilizate pentru cuantificarea compuşilor metabolici în sânge. Nivelurile normale de piruvat în sânge au fost definite conform valorilor de referinţă stabilite în literatura de specialitate (valori normale ale piruvatului în sânge în intervalul 0,5-2,5 mg/dl sau 35-200 µmol/l).

Nivelurile iniţiale de piruvat au fost stabilite la începutul studiului, iar apoi au fost monitorizate în timpul şi după intervenţia dietetică pentru a evalua modul în care aceasta influenţează funcţia mitocondrială.

IMC a fost calculat la începutul studiului şi la intervale regulate de timp, iar rezultatele au fost înregistrate într-o bază de date. Conform Organizaţiei Mondiale a Sănătăţii (OMS), un status ponderal normal este asociat cu un IMC cuprins între 18,5 kg/m² şi 24,9 kg/m².

Pacienta a fost supusă unui plan dietetic pe o perioadă de 14 săptămâni, iar intervenţia a inclus:

Evaluarea iniţială a obiceiurilor alimentare utilizând un jurnal alimentar şi o anamneză nutriţională pentru a identifica consumul actual de alimente şi obiceiurile dietetice.

Dezvoltarea unui plan alimentar individualizat bazat pe nevoile nutriţionale ale pacientei, obiectivele fiind creşterea nivelului de piruvat în sânge, reducerea în greutate şi îmbunătăţirea simptomatologiei prezente. Planul alimentar a fost adaptat pentru a include alimentele funcţionale regeneratoare cu potenţial de creştere a piruvatului în sânge, în timp ce alimentele proinflamatorii au fost eliminate.

Monitorizarea consumului alimentar, folosind un jurnal alimentar, pentru a evalua respectarea planului alimentar şi pentru a face ajustări ulterioare, dacă este necesar.

Pacienta a fost monitorizată de-a lungul întregii perioade de urmărire, prin măsurarea nivelului de piruvat şi a indicelui de masă corporală. Eventualele modificări în dietă sau în greutate au fost înregistrate şi luate în considerare în analiza finală.

Această intervenţie dietetică a fost aplicată pentru a evalua impactul dietei asupra funcţiei mitocondriale şi a stării generale de sănătate a pacientei cu disfuncţie mitocondrială, în vederea identificării potenţialelor beneficii ale acestor suplimente în gestionarea afecţiunii.
 

Rezultate

În cadrul acestui caz, s-a examinat detaliat impactul intervenţiei dietetice asupra nivelului redus de piruvat în sânge la o pacientă de sex feminin, pe parcursul unei perioade de urmărire cuprinse între 2 octombrie 2023 şi 26 ianuarie 2024, consultaţiile având loc la Centrul de Prevenţie Pronutriţie din Târgu-Mureş, urmărind identificarea alimentelor funcţionale regeneratoare benefice în disfuncţia mitocondrială.

Subiectul acestui studiu de caz a fost o pacientă de 52 de ani care prezenta antecedente de melanom operat şi tulburări digestive, precum constipaţie, balonare şi flatulenţă. Pacienta noastră era sedentară şi prezenta un aport alimentar redus de fructe şi legume proaspete, însă avea un aport crescut de alimente înalt procesate, carne roşie şi produse lactate cu conţinut ridicat de grăsimi.

Pacienta s-a prezentat la cabinetul de nutriţie, având un nivel al piruvatului în sânge de 10,41 µmol/l şi un indice de masă corporală de 29,01 kg/m².

După ce s-a intervenit din punct de vedere dietetic, pe o perioadă de 14 săptămâni, s-a observat o creştere a nivelului de piruvat în sânge de la 10,41 µmol/l la 77,46 µmol/l şi o reducere a IMC-ului de la 29,01 kg/m² până la 25,7 kg/m².

Intervenţia dietetică a presupus introducerea următoarelor alimente funcţionale în dieta pacientei, precum:

Antioxidanţi, care se găsesc în: fructe de pădure, legume cu frunze verzi (spanac, kale), fructe cu coajă roşie sau mov (rodie, coacăze), nuci şi seminţe.

Surse de acizi graşi omega-3, care se găsesc în: peşte gras (somon, macrou, sardine), seminţe de in, nuci.

Alimente bogate în vitamine din complexul B: carne slabă, ouă, legume cu frunze verzi, avocado, cereale integrale.

Coenzima Q10 poate fi găsită în: peşte, spanac, broccoli, nuci.

Alimente bogate în magneziu, care includ: nuci, se­minţe, legume cu frunze verzi, cereale integrale.

Alimente bogate în polifenoli: ceai verde, vin roşu, ciocolată neagră, fructe cu coajă roşie.

Pe lângă aportul de alimente funcţionale benefice în gestionarea disfuncţiei mitocondriale, s-a pus accent şi pe introducerea unor suplimente alimentare, precum:

Ceai verde Green Tea Extract (furnizând până la 32 mg de cofeină naturală şi minimum 40% catechine), în doză de 400 ml pe zi, timp de trei luni.

Ulei de cocos (MCT şi Omega-3 EPA) în doză de 360 mg/zi, timp de trei luni, şi Omega-3 DHA în doză de 240 mg pe zi, timp de trei luni.

Medium Chain Triglyceride Oil în doză de 1,2 g pe zi, timp de trei luni.

Nitric Oxide Complex (Organic Beet Root Powder, Organic Pomegranate Juice Powder, OxyStorm® Red Spinach Extract, BioPerine® Black Pepper Extract) în doză de 6853 mg pe zi, timp de trei luni.

Vitamina C în doză de 100 mg pe zi, timp de trei luni.

Oxaloacetat în doză de 100 mg pe zi, timp de trei luni.

Calciu (din piruvat de calciu) în doză de 244 mg pe zi, timp de trei luni.

Piruvat (din piruvat de calciu) în doză de 1,05 g pe zi, timp de trei luni.

Cayenne pepper (fruct) în doză de 100 mg pe zi, timp de trei luni.

Ulei de peşte cu coezima Q10 în doză de 10 ml pe zi, timp de trei luni.

În urma intervenţiei dietetice, nivelul piruvatului în sânge a crescut la 77,46 µmol/l (de la 10,41 µmol/l), având un IMC de 25,7 kg/m² (de la 29,01 kg/m²).

În figura 2, este ilustrată evoluţia parametrilor urmăriţi în studiul nostru, indicele de masă corporală şi nivelul seric al piruvatului în sânge, arătând importanţa intervenţiei dietetice şi a menţinerii unui stil de viaţă sănătos.
 

Discuţie

Iniţial, pacienta din studiul nostru prezenta un nivel seric redus al piruvatului în sânge (10,41 µmol/l) şi un IMC peste limitele normale (29,01 kg/m²), asociate cu simptome precum constipaţie, balonare şi flatulenţă. După intervenţia dietetică de 14 săptămâni, nivelul seric al piruvatului a crescut semnificativ (77,46 µmol/l), IMC-ul a înregistrat o scădere considerabilă (25,7 kg/m²), iar simptomele iniţiale au dispărut.

Datele din literatura de specialitate au demonstrat că creşterea activităţii fizice poate îmbunătăţi semnificativ funcţia mitocondrială. Prin urmare, încurajarea unei rutine regulate de exerciţii fizice moderate este esenţială în acest proces de recuperare. De altfel, alimentaţia adecvată poate fi un factor-cheie în ameliorarea sănătăţii mitocondriale. Coenzima Q10 a fost considerată unul dintre cei mai utilizaţi cofactori pentru tratarea bolilor mitocondriale. Prin intermediul acţiunii sale în lanţul respirator şi al efectului său antioxidant, coenzima Q10 poate ajuta la îmbunătăţirea funcţiei mitocondriale şi la reducerea simptomelor asociate acestor afecţiuni. S-a dovedit că suplimentarea cu acid alfa-lipoic (ALA) îmbunătăţeşte funcţia mitocondrială, atenuează o parte din pierderile legate de vârstă ale activităţii metabolice, sporeşte sinteza ATP şi fluxul sanguin aortic şi îmbunătăţeşte absorbţia glucozei^(15,16).

Ames şi Liu au demonstrat că L-carnitina previne efectele negative ale statinelor asupra mitocondriilor. De asemenea, L-carnitina oferă protecţie împotriva disfuncţiei mitocondriale asociate cu stresul oxidativ, cauzat de o gamă largă de afecţiuni, precum îmbătrânirea, inflamaţia, bolile degenerative, cancerul şi toxicitatea medicamentelor⁽¹⁷⁾.

Gonzalez şi colab. au evidenţiat faptul că vitamina C poate îmbunătăţi funcţia mitocondrială prin furnizarea de hidrogen necesar prin conversia acidului ascorbic în acid dehidroascorbic. Vitamina C este absorbită de mitocondrii şi are capacitatea de a menţine potenţialul membranei mitocondriale⁽¹⁸⁾.

Studii recente au arătat că ionii de magneziu joacă un rol crucial într-o mare varietate de procese biochimice, precum optimizarea funcţiei mitocondriale, producţia de ATP, reglarea nivelului de zahăr din sânge şi activarea muşchilor şi nervilor. Prin urmare, asigurarea unui nivel adecvat de magneziu în organism este crucială pentru sănătatea mitocondrială şi pentru funcţionarea optimă a sistemului nervos şi muscular^(18,19).

Oliveira şi colab. au demonstrat în 2016 că resveratrolul poate avea un impact pozitiv asupra conţinutului mitocondrial celular şi poate induce apoptoza în anumite condiţii⁽²⁰⁾. Potrivit unui alt studiu, s-a demonstrat că quercetina este recunoscută pentru capacitatea sa de a modula căile asociate cu biogeneza mitocondrială, potenţialul membranei mitocondriale, respiraţia oxidativă şi anabolismul ATP, precum şi pentru influenţarea statutului redox intramitocondrial şi, în final, a apoptozei induse de mitocondrii, iar quercetina poate avea multiple efecte asupra funcţiei mitocondriale, inclusiv stimularea biogenezei mitocondriale, ceea ce poate duce la creşterea numărului şi la îmbunătăţirea funcţiei mitocondriale în celule⁽²¹⁾.

Concluzii

Studiul nostru de caz a evidenţiat importanţa unei intervenţii dietetice personalizate în gestionarea disfuncţiei mitocondriale la o pacientă cu antecedente de melanom. Prin aplicarea unei diete bogate în nutrienţi esenţiali pentru funcţia mitocondrială, precum şi prin utilizarea suplimentelor care susţin metabolismul mitocondrial, s-a observat o îmbunătăţire a stării de sănătate a pacientei. Astfel de intervenţii se adaptează stării de sănătate şi nutriţionale a pacientului, precum şi tratamentului oncologic aplicat în acel moment.

Este important să se continue cercetările pentru a evalua în profunzime eficacitatea şi siguranţa acestor intervenţii dietetice în managementul disfuncţiei mitocondriale şi al afecţiunilor asociate. Implementarea unui regim alimentar şi a unui plan personalizat, însoţite de monitorizarea medicală şi evaluarea periodică, sunt esenţiale pentru gestionarea eficientă a acestei afecţiuni complexe şi pentru îmbunătăţirea calităţii vieţii pacienţilor.  

Corresponding author: Adriana-Daniela Socianu E-mail: adrianasoc26@yahoo.com

CONFLICT OF INTEREST: none declared.

FINANCIAL SUPPORT: none declared.

This work is permanently accessible online free of charge and published under the CC-BY.