Митохондрии при травме головного мозга: Антиоксиданты в помощь!
Если вы когда-нибудь ударялись головой, то, возможно, пережили травматическое повреждение головного мозга (ТПГМ). ТБИ - это повреждение мозга, вызванное воздействием внешней силы. В долгосрочной перспективе ТБИ может ослабить способность человека думать, учиться или запоминать. В этой статье мы узнаем, что митохондрии, крошечные структуры внутри клеток, частично ответственны за вредные последствия ТБИ. Митохондрии производят большую часть энергии, необходимой нашим клеткам для нормального функционирования. Однако за это приходится платить. Производство энергии сопровождается выделением вредных веществ, таких как реактивные виды кислорода (ROS). ROS могут повреждать компоненты внутри клеток и даже приводить к их гибели. При ТБИ поврежденные митохондрии производят большое количество ROS. Препараты, называемые антиоксидантами, могут защитить мозг после ТБИ. Антиоксиданты могут уничтожать ROS. Однако не стоит использовать эти препараты без рекомендации врача.
Что такое травматическое повреждение мозга?
Вы когда-нибудь ударялись головой? Скорее всего, да. Ваш мозг уязвим к ударам, которые могут произойти во время занятий спортом, при неудачном падении или в автомобильной аварии. Эти удары могут привести к повреждению мозга, которое называется травматическим повреждением мозга (ТПМ). ТБИ могут иметь различную степень тяжести. Тяжелые ТБИ наносят наибольший ущерб мозгу. Легкая ТБИ - наиболее распространенная форма ТБИ, которая, как правило, не вызывает постоянных симптомов. Однако при повторных легких ТБИ симптомы могут сохраняться. ТБИ может повлиять на несколько функций мозга, включая способность человека думать, концентрироваться, учиться и запоминать. В долгосрочной перспективе повторные легкие ТБИ могут также повысить риск развития некоторых заболеваний, вызванных гибелью основных клеток мозга, называемых нейронами. Крошечные структуры внутри наших клеток, называемые митохондриями, частично ответственны за эти вредные долгосрочные последствия ТБИ [ 1 ].
Что такое митохондрии?
Митохондрии - это особые структуры, находящиеся внутри всех клеток организма. Основная функция митохондрий - производство энергии, необходимой нашим клеткам для функционирования. Митохондрия состоит из внешней мембраны, окружающей пространство, в котором находится внутренняя мембрана. Внутренняя мембрана окружает внутреннюю полость, называемую матриксом. Внутренняя мембрана содержит элементы, отвечающие за производство энергии.
Считайте, что митохондрии - это генераторы энергии в наших клетках. Подобно настоящим генераторам, которые при выработке энергии выделяют загрязняющие вещества, митохондрии также производят вредные вещества в качестве побочных продуктов. Среди этих вредных побочных продуктов - реактивные виды кислорода (ROS). ROS могут взаимодействовать с компонентами наших клеток и повреждать их. У клетки есть несколько систем защиты от избытка ROS. Одна из систем защиты состоит из веществ, называемых антиоксидантами. Антиоксиданты могут контролировать или удалять избыточное количество ROS. В стрессовых условиях, например при ТБИ, поврежденные митохондрии генерируют огромное количество ROS. Защитные антиоксидантные системы оказываются перегруженными и не в состоянии уничтожить избыточное количество ROS. В результате многие компоненты клетки могут быть повреждены, что может привести к ее гибели [ 2 ] (рис. 1).
Что делают митохондрии при травматическом повреждении головного мозга?
Удар по голове - это механическая сила, которая приводит к ТБИ. Подумайте об этом как о силе, которая приводит к падению ряда плиток домино. После удара по голове в мозге происходит ряд событий. В случае ТБИ механическая сила сначала вызывает повреждение и травму нейронов, а затем может привести к их гибели. Механическая сила также приводит к аномальному высвобождению молекул, называемых нейротрансмиттерами, которые используются для связи между клетками мозга. Высвобождаясь, нейротрансмиттеры сбивают еще одну плитку домино: они вызывают аномальное увеличение количества определенных веществ внутри нейронов, которые, в свою очередь, заставляют митохондрии увеличивать производство ROS. Затем ROS взаимодействуют с несколькими компонентами нейронов и повреждают их. Повреждение клеточных компонентов приводит к нарушению клеточных функций. Одним из результатов такого повреждения является воспаление в мозге. Поврежденные клетки погибают [ 3 ]. Гибель нейронов мозга - основная проблема при ТБИ (рис. 2).
Антиоксиданты: на помощь!
ROS - один из главных виновников дисфункции и гибели нейронов при ТБИ. Если ученые смогут снизить уровень ROS в мозге, то, возможно, им удастся уменьшить симптомы ТБИ. Антиоксиданты могут действовать как губка, которая поглощает вредные количества ROS и делает их неактивными. Эта способность антиоксидантов уменьшать количество вредных ROS в мозге предотвращает повреждение нейронов ROS.
Где же мы находим эти антиоксиданты? Некоторые антиоксиданты естественным образом содержатся в наших клетках. Однако после ТБИ доступность антиоксидантов может уменьшиться, и наши естественные антиоксиданты становятся избыточными. Дополнительные антиоксиданты могут поступать извне (внешние антиоксиданты) в виде лекарств или добавок. Некоторые из этих внешних антиоксидантов были использованы для лечения ТБИ. Ученые даже нашли способ направлять антиоксиданты в митохондрии. Это важно, поскольку митохондрии являются основным источником ROS. Например, в нашей лаборатории мы использовали мощный антиоксидант под названием MitoQ для лечения ТБИ. MitoQ прикреплен к специальным молекулам-проводникам, которые могут доставлять антиоксидант непосредственно в митохондрии, где образуются ROS. Это повышает эффективность препарата MitoQ [3, 4 ].
Могут ли герои стать злодеями?
Другой способ взглянуть на антиоксиданты - представить их героями, которые преследуют виновников (ROS) и сажают их в тюрьму, чтобы спасти клетку.
Как и почти во всем в жизни, в приеме антиоксидантов необходим баланс. Потребление слишком большого количества антиоксидантов может быть опасным. Если принимать их в больших дозах, особенно когда уровень ROS в норме, антиоксиданты могут стать токсичными для клеток. Чрезмерное потребление антиоксидантов может увеличить производство ROS, а не снизить его. Избыток антиоксидантов также может увеличить частоту возникновения некоторых заболеваний, в том числе рака. Поэтому антиоксиданты следует принимать с осторожностью и под соответствующим руководством врача. Мы же не хотим, чтобы наши герои превратились в злодеев [ 5, 6] (рис. 3)!
Заключение
Травматические повреждения головного мозга - очень распространенное явление. Поиск лечения очень важен для того, чтобы ограничить их негативные последствия. Митохондрии - это структуры, отвечающие за производство энергии внутри клеток. При ТБИ митохондрии повреждаются и производят опасное количество ROS. Это может привести к повреждению и даже гибели нейронов в мозге. Антиоксиданты могут стать решением проблемы снижения избыточного количества ROS и уменьшения вреда от ТБИ. Ученые разработали способы нацеливания определенных антиоксидантов на митохондрии, чтобы повысить эффективность этих препаратов. Хотя антиоксиданты можно приобрести без рецепта, всегда важно проконсультироваться с врачом, прежде чем употреблять эти мощные препараты.
