Του Travis Nemkov, The Conversation.
Εάν έχετε αφιερώσει χρόνο κάνοντας κύλιση στις γωνιές υγείας και ευεξίας των κοινωνικών μέσων, πιθανότατα θα συναντήσετε πολλά προϊόντα που ισχυρίζονται ότι βελτιώνουν τον μεταβολισμό σας. Τι ακριβώς είναι όμως ο μεταβολισμός;
Όλα σε όσα εκθέτετε το σώμα σας -από τον τρόπο ζωής έως έναν αερομεταφερόμενο ιό-επηρεάζουν τα φυσικά χαρακτηριστικά, όπως η αρτηριακή σας πίεση και τα επίπεδα ενέργειας. Μαζί, αυτά τα βιολογικά χαρακτηριστικά αναφέρονται ως φαινότυπος. Και το βιολογικό σύστημα που επηρεάζει πιο άμεσα τον φαινότυπο σας είναι ο μεταβολισμός σας. Έτσι, εάν τρώτε κάτι, παίρνετε φάρμακα, καπνίζετε ή ασκείστε, ο μεταβολισμός σας είναι υπεύθυνος για τη μεταφορά αυτών των βιολογικών πληροφοριών σε όλο το σώμα σας για να προσαρμοστεί.
Ο μεταβολισμός είναι μετατροπή ενέργειας
Ο μεταβολισμός σας αποτελείται από ένα δίκτυο δεκάδων χιλιάδων μορίων και πρωτεϊνών που μετατρέπουν την τροφή που τρώτε σε ενέργεια και δομικά στοιχεία που χρησιμοποιεί το σώμα σας για να κινηθεί, να αναπτυχθεί και να επανορθωθεί. Σε χημικό επίπεδο, ο ενεργειακός μεταβολισμός ξεκινά όταν τρία μακροθρεπτικά συστατικά -υδατάνθρακες, λίπη και πρωτεΐνες- διασπώνται άτομο προς άτομο για να απελευθερωθούν ηλεκτρόνια από χημικούς δεσμούς. Αυτά τα ηλεκτρόνια φορτίζουν οργανίδια στα κύτταρα που ονομάζονται μιτοχόνδρια. Παρόμοια με το πώς λειτουργούν οι μπαταρίες, τα μιτοχόνδρια αξιοποιούν αυτό το ηλεκτρικό δυναμικό για να δημιουργήσουν μια διαφορετική μορφή χημικής ενέργειας που μπορεί να χρησιμοποιήσει το υπόλοιπο κύτταρο.
Με απλά λόγια, ένας πρωταρχικός ρόλος του μεταβολισμού είναι να μετατρέπει τη χημική ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια και πίσω σε χημική ενέργεια. Ο τρόπος με τον οποίο αυτή η ενέργεια μεταφέρεται σε όλο το σώμα μπορεί να παίξει κεντρικό ρόλο στον προσδιορισμό του αν είστε άρρωστοι ή υγιείς.
Είμαι βιοχημικός που μελετά τα διάφορα δίκτυα μεταβολισμού που χρησιμοποιούνται καθώς αλλάζει το σώμα σας. Η ομάδα μου και εγώ μπορέσαμε να ορίσουμε συγκεκριμένα χαρακτηριστικά του μεταβολισμού, όπως η παρουσία και η ποσότητα ορισμένων μεταβολιτών –προϊόντων που παράγονται από τη διάσπαση μακροθρεπτικών συστατικών– σε ένα ευρύ φάσμα παθήσεων.
Αυτές οι παθήσεις περιλαμβάνουν ασθένειες όπως η COVID-19, ο διαβήτης, η σκλήρυνση κατά πλάκας και η δρεπανοκυτταρική αναιμία, έως την εμπειρία μοναδικών περιβαλλόντων όπως η έκθεση στην ακτινοβολία, το μεγάλο υψόμετρο, η γήρανση και οι αθλητικές επιδόσεις. Κάθε μία από αυτές τις ρυθμίσεις επηρεάζει ποια μέρη του μεταβολικού σας δικτύου χρησιμοποιούνται και πώς επικοινωνούν μεταξύ τους.
Οι ελίτ αθλητές ορίζουν τα ανώτερα όρια
Δεδομένης της ανησυχητικής αύξησης της παχυσαρκίας και του συνδεόμενου με αυτήν μεταβολικού συνδρόμου -περίπου 1 στους 8 ανθρώπους σε όλο τον κόσμο ζούσε με παχυσαρκία το 2022- ο καθορισμός ενός υγιούς ή διαταραγμένου μεταβολισμού μπορεί να βοηθήσει στον εντοπισμό του τι πήγε στραβά και πώς να το αντιμετωπίσετε.
Οι επίλεκτοι αθλητές προσφέρουν έναν κορυφαίο πληθυσμό για τη μελέτη της μεταβολικής λειτουργίας στο μέγιστο, καθώς το δίκτυο των μοριακών και χημικών αντιδράσεων τους πρέπει να είναι καλά συντονισμένο. Παραδοσιακά, το κατώφλι του γαλακτικού οξέος ήταν ένα κρίσιμο μέτρο της αθλητικής απόδοσης, προσδιορίζοντας με ακρίβεια την ένταση της άσκησης όταν το γαλακτικό οξύ αρχίζει να αυξάνεται στους μύες και το αίμα.
Σε αντίθεση με την κοινή πεποίθηση, το γαλακτικό δεν είναι απλώς ένα απόβλητο προϊόν, αλλά και πηγή ενέργειας, και συσσωρεύεται όταν παράγεται ταχύτερα από ό,τι μπορούν να το χρησιμοποιήσουν τα μιτοχόνδρια. Ενώ ένα μέτρια δραστήριο άτομο μπορεί να φτάσει στο κατώφλι του με ένταση άσκησης περίπου 2 watt ανά κιλό, οι επίλεκτοι ποδηλάτες μπορούν να διατηρήσουν μια ένταση έως και 2-3 φορές υψηλότερη.
Όταν συγκρίναμε τα κατώφλια γαλακτικού οξέος μιας ομάδας επίλεκτων ποδηλατών, βρήκαμε ότι οι ποδηλάτες με τα υψηλότερα κατώφλια είχαν δείκτες καλύτερης μιτοχονδριακής λειτουργίας. Ένας από αυτούς τους δείκτες ήταν η υψηλότερη παραγωγή του συνενζύμου Α, ενός μορίου που μεταφέρει τον άνθρακα γύρω από τα κύτταρα και είναι σημαντικό για τη διάσπαση των υδατανθράκων, των αμινοξέων και του λίπους σε χημική ενέργεια.
Οι ποδηλάτες με υψηλότερες επιδόσεις φάνηκε επίσης να καίνε περισσότερο λίπος κατά τη διάρκεια μιας παγκόσμιας περιοδείας πολλών σταδίων σε σύγκριση με ποδηλάτες με χαμηλότερες επιδόσεις.
Δυσλειτουργικός μεταβολισμός σε ασθένειες
Ο μεταβολισμός σας αλλάζει εάν κολλήσετε μια οξεία ασθένεια όπως η COVID-19. Σε αντίθεση με τους επίλεκτους ποδηλάτες, οι ασθενείς με COVID-19 έχουν μειωμένη ικανότητα να καίνε λίπος που φαίνεται να επιμένει στη μακροχρόνια COVID-19. Το αίμα αυτών των ασθενών σε ηρεμία είναι παρόμοιο με αυτό ενός επίλεκτου ποδηλάτη σε εξάντληση. Λαμβάνοντας υπόψη ότι η δυσανεξία στην άσκηση εμφανίζεται συχνά στη long COVID-19, αυτό υποδηλώνει ότι η μιτοχονδριακή δυσλειτουργία μπορεί να διαδραματίσει ρόλο στην κόπωση που σχετίζεται με την COVID.
Η καύση λίπους χρησιμοποιεί πολύ οξυγόνο. Η COVID-19 καταστρέφει τα ερυθρά αιμοσφαίρια που μεταφέρουν οξυγόνο στα όργανα. Επειδή τα ερυθρά αιμοσφαίρια έχουν περιορισμένη ικανότητα να επιδιορθώνονται, μπορεί να μην λειτουργούν το ίδιο καλά κατά το υπόλοιπο της διάρκειας ζωής τους περίπου 120 ημερών. Αυτό μπορεί να εξηγήσει εν μέρει γιατί τα συμπτώματα της COVID διαρκούν όσο διαρκούν σε μερικούς ανθρώπους.
Οι αιμοδότες ορίζουν τη μέση
Οι μεταγγίσεις αίματος είναι μια από τις πιο κοινές κλινικές διαδικασίες. Επειδή οι αιμοδότες υποβάλλονται σε έλεγχο για να διασφαλιστεί ότι είναι αρκετά υγιείς για να δωρίσουν, είναι συνήθως μέτρια υγιείς. Οι αιμοδότες, που προέρχονται από κάθε τομέα της ζωής, έχουν επίσης ποικίλα βιολογικά χαρακτηριστικά ως πληθυσμός μελέτης.
Η ομάδα μου και εγώ εξετάσαμε αίμα από περισσότερους από 13.000 αιμοδότες για να ρίξουμε φως στη μεταβολική τους ποικιλομορφία. Βρήκαμε συγκεκριμένα χαρακτηριστικά που θα μπορούσαν να προβλέψουν πόσο καλά θα λειτουργούσε το αίμα ενός δότη στους ασθενείς, κάτι που έχει επίσης συνέπειες για το πόσο καλά λειτουργεί αυτό το αίμα στους ίδιους τους δότες.
Βρήκαμε ότι ένα από αυτά τα χαρακτηριστικά είναι ένας μεταβολίτης που ονομάζεται κυνουρενίνη (kynurenine ) που παράγεται από τη διάσπαση του αμινοξέος τρυπτοφάνη. Βρήκαμε ότι το αίμα από δότες με υψηλότερα επίπεδα κυνουρενίνης ήταν λιγότερο πιθανό να αποκαταστήσει τα επίπεδα αιμοσφαιρίνης σε λήπτες μετάγγισης σε σύγκριση με δότες με χαμηλότερα επίπεδα κυνουρενίνης.
Τα επίπεδα της κυνουρενίνης είναι υψηλότερα σε ηλικιωμένους δότες και δότες με υψηλότερο ΔΜΣ και μπορεί ενδεχομένως να συνδέονται με υψηλότερα επίπεδα φλεγμονής. Προς υποστήριξη, η ομάδα μας διαπίστωσε επίσης ότι η κυνουρενίνη αυξάνεται δραματικά στους δρομείς που συμμετέχουν στο Ultra-Trail du Mont-Blanc μήκους 171 χιλιομέτρων. Επιπλέον, εντοπίσαμε επίσης ότι η κυνουρενίνη είναι ένας ισχυρός δείκτης της σοβαρότητας της COVID-19.
Η σχέση μεταξύ μεταβολιτών και αποτελεσμάτων υγείας ενισχύει τον σημαντικό ρόλο που παίζει ο μεταβολισμός στο σώμα. Η καλύτερη κατανόηση του πώς φαίνεται ο υγιής μεταβολισμός μπορεί να προσφέρει μοναδικές γνώσεις για το πώς αποκλίνει όταν κάποιος αρρωσταίνει και μπορεί να προσφέρει νέες προσεγγίσεις στις ιατρικές θεραπείες.
