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Longevity
25.4.2023

Wie sich die Gesundheit der Mitochondrien auf die Alterung auswirkt

Es gibt vier wissenschaftlich untermauerte Möglichkeiten zur Verjüngung der Mitochondrien

Frau im Eisbad schaut hinaus auf verschneite Landschaft

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Mitochondrien sind für ein gesundes Altern unerlässlich. Sie erzeugen nicht nur rund 90 Prozent der in unserem Körper produzierten Energie (ATP), sondern sind auch an vielen zellulären Prozessen beteiligt, die für eine gesunde Zellfunktion unerlässlich sind. Tatsächlich ist eine mitochondriale Dysfunktion eines der Kennzeichen des Alterns.

Die modernen Theorien des Alterns lassen sich in zwei Hauptkategorien einteilen: "programmiertes Altern" und "Alterung als Schadensanhäufung". Die Theorien des programmierten Alterns besagen, dass das Altern einem genetisch kodierten Zeitplan folgt - genau wie die Entwicklung in der Kindheit und Jugend -, der sich in Form von Veränderungen in der Genexpression abspielt: Während wir altern, werden einige Gene eingeschaltet oder überaktiviert, während andere abgeschaltet oder unterdrückt werden. Theorien der Schadensakkumulation besagen, dass das Altern in erster Linie durch die kumulative Schädigung von Proteinen, DNA, Mitochondrien, Zellen und Geweben unseres Körpers als Folge ihrer Aktivität bedingt ist.

Diese beiden Theorien und die von ihnen beschriebenen Prozesse schließen sich jedoch nicht unbedingt gegenseitig aus. Sowohl die programmierte Alterung als auch die Schadensakkumulation finden auf zellulärer Ebene statt, und beide können die Auswirkungen der jeweils anderen verstärken (d. h. Veränderungen der Genexpression können die Schadensakkumulation beschleunigen, während die Schadensakkumulation die Genexpression einer Zelle beeinflussen kann). Mit der Zeit ergibt sich so ein großer Unterschied zwischen dem "jungen Ich" und dem "aktuellen Ich". Einer dieser Unterschiede besteht darin, dass unsere Zellen mehr Energie produzieren konnten, als wir jünger waren. Sie kommunizierten auch besser mit anderen Zellen, konnten sich besser an Stress anpassen und hatten weniger Zellschäden. Wenn der menschliche Körper altert, laufen zwar viele Dinge schief, aber die Wurzeln des Problems liegen auf der Zellebene. Und innerhalb der Zellen spielen die Mitochondrien eine Schlüsselrolle bei den Alterungsprozessen.

Die Zellen verfügen jedoch über eine Reihe von Mechanismen, die das Altern und die Seneszenz verlangsamen. Und auch hier stehen die Mitochondrien im Mittelpunkt: Die selektive Beseitigung funktionsgestörter Mitochondrien (Mitophagie) und deren Ersatz durch neue Mitochondrien (mitochondriale Biogenese) ist einer der Schlüsselmechanismen, der unseren Zellen - und uns - hilft, biologisch jünger zu bleiben. Aber was genau sind die Funktionen der Mitochondrien und wie wirkt sich die Gesundheit der Mitochondrien auf die Alterung aus?

Was genau sind Mitochondrien?

Mitochondrien sind spezialisierte Strukturen, die in den Zellen zu finden sind. Sie sind an vielen zellulären Prozessen beteiligt, aber ihre wichtigste Funktion besteht darin, die in den chemischen Bindungen der Nährstoffe gespeicherte Energie (in Form von elektrisch geladenen Teilchen, den Elektronen) zu extrahieren und in eine Energieform umzuwandeln, die die Zellen für ihre Tätigkeit nutzen können. Diese Energieform ist ein Molekül namens ATP (von Adenosintriphosphat), und der Prozess wird Zellatmung genannt.

Die Gesundheit der Mitochondrien mit ihrer ordnungsgemäßen Funktion und Struktur ist eine wesentliche Voraussetzung dafür, dass die Zellen optimal arbeiten können. Wenn die Zellen effizient mit Energie versorgt werden und die biologischen Abläufe reibungslos funktionieren, erfreuen wir uns einer besseren Gesundheit. Wenn die Mitochondrien jedoch nicht richtig funktionieren, beginnen sie, Schäden anzusammeln, und die zellulären Prozesse werden allmählich gestört.

Aus einer grundlegenden Perspektive betrachtet, ist die mitochondriale Fitness für unsere Gesundheit im Allgemeinen unerlässlich. Daher ist es nicht verwunderlich, dass der Verlust der Mitochondrienfunktion ein Kennzeichen des Alterns und vieler altersbedingter Erkrankungen ist, während die Aufrechterhaltung der mitochondrialen Fitness mit einer längeren Lebenserwartung (d. h. der Zeitspanne, in der eine Person gesund und funktionstüchtig - und nicht nur am Leben - ist) und einer höheren Lebenserwartung verbunden ist.

Die gute Nachricht ist, dass es viele wissenschaftlich fundierte Maßnahmen gibt, um die Funktion der Mitochondrien zu verbessern - hier sind vier der beliebtesten.

Möglichkeiten zur Verjüngung der Mitochondrien

Sport treiben

Bewegung ist eine der wirksamsten Maßnahmen für Langlebigkeit. Die Ausübung von Sport erfordert viel Energie, um unsere Muskeln anzutreiben. Das belastet die Muskelmitochondrien und signalisiert dem Rest der Zelle, dass sie Energie benötigen. Die Muskelzellen reagieren darauf, indem sie mehr Mitochondrien und mehr mitochondriale Enzyme produzieren, was dazu beiträgt, den altersbedingten Rückgang der mitochondrialen Aktivität und der Muskelgesundheit zu verzögern.

Während viele Arten von Sport die Mitochondrienfunktion fördern können, sind HIIT-Fitnessübungen in Maßen besonders vorteilhaft für die Zellfunktion. In einer Studie der schwedischen Schule für Sport- und Gesundheitswissenschaften wurden 11 gesunde Freiwillige regelmäßigen HIIT-Einheiten auf einem Heimtrainer unterzogen (mit Intervallen, in denen sie voll in die Pedale traten, gefolgt von kurzen Ruhephasen). Das Ergebnis? Verbesserte Leistung und erhöhte Mitochondrienproduktion.

Kältetherapie

Es gibt Hinweise darauf, dass die Kältetherapie die Gesundheit der Mitochondrien durch einen Prozess verbessert, der als "mitochondriale Biogenese" bekannt ist, d. h. durch die Steigerung der Mitochondrienproduktion.

Beim Frösteln wird Wärme freigesetzt, um Brennstoffe zu verbrennen und ATP für die Muskelkontraktion zu nutzen. Das Zittern rekrutiert also Mitochondrien, um indirekt Wärme zu erzeugen. Daher kann eine Kälteaussetzung in Form von kalten Duschen oder Kryotherapie die Mitochondrien anregen, um uns warm zu halten.

Hitzebelastung

Hitze kann auch positive biologische Reaktionen auslösen. Hitze wirkt wie ein mildes Stresssignal und löst Zellreaktionen aus, die die Anpassung fördern.

Zu den wichtigsten Akteuren dieser Anpassung gehören die Mitochondrien, da Hitzebelastung nachweislich positive Anpassungsreaktionen in den Mitochondrien auslöst, die deren Funktionsfähigkeit erhöhen. Dies steht im Einklang mit Studien, die zeigen, dass regelmäßiges Saunabaden die Ausdauerleistung verbessern und das Risiko von Herz-Kreislauf-Erkrankungen verringern kann.

Kalorienbeschränkung

Die Reduzierung der Kalorienzufuhr (z. B. durch Fastenkuren) ist einer der erfolgreichsten Ansätze zur Steigerung der Langlebigkeit. Dieser Erfolg kann zumindest teilweise auf eine Steigerung der bioenergetischen Effizienz der Mitochondrien zurückgeführt werden.

Durch die Verjüngung der Mitochondrien unterstützen wir das optimale Funktionieren so ziemlich aller Zellen und Systeme in unserem Körper. Durch die Stärkung der Mitochondrien können wir unsere Lebenserwartung und Gesundheit verlängern.

Referenzen

  1. Chung, N., Park, J. H. & Lim, K. (2017). The effects of exercise and cold exposure on mitochondrial biogenesis in skeletal muscle and white adipose tissue. Journal of exercise nutrition & biochemistry, 21(2), 39–47. https://doi.org/10.20463/jenb.2017.0020
  2. Hafen, P. S., Preece, C. N., Sorensen, J. R., Hancock, C. R. & Hyldahl, R. D. (2018). Repeated exposure to heat stress induces mitochondrial adaptation in human skeletal muscle. Journal of Applied Physiology, 125(5), 1447–1455. https://doi.org/10.1152/japplphysiol.00383.2018
  3. Laukkanen, T., Khan, H., Zaccardi, F. & Laukkanen, J. A. (2015). Association Between Sauna Bathing and Fatal Cardiovascular and All-Cause Mortality Events. JAMA Internal Medicine, 175(4), 542. https://doi.org/10.1001/jamainternmed.2014.8187
  4. Tafur, J. & Mills, P. J. (2008). Low-Intensity Light Therapy: Exploring the Role of Redox Mechanisms. Photomedicine and Laser Surgery, 26(4), 323–328. https://doi.org/10.1089/pho.2007.2184
  5. Gabel, K., Hoddy, K. K., Haggerty, N., Song, J., Kroeger, C. M., Trepanowski, J. F., Panda, S. & Varady, K. A. (2018). Effects of 8-hour time restricted feeding on body weight and metabolic disease risk factors in obese adults: A pilot study. Nutrition and healthy aging, 4(4), 345–353. https://doi.org/10.3233/nha-170036
  6. Mattson, M. P. & Wan, R. (2005). Beneficial effects of intermittent fasting and caloric restriction on the cardiovascular and cerebrovascular systems. Journal of Nutritional Biochemistry, 16(3), 129–137. https://doi.org/10.1016/j.jnutbio.2004.12.007

Wissenschaftliche Begriffe

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Mitochondrien sind für ein gesundes Altern unerlässlich. Sie erzeugen nicht nur rund 90 Prozent der in unserem Körper produzierten Energie (ATP), sondern sind auch an vielen zellulären Prozessen beteiligt, die für eine gesunde Zellfunktion unerlässlich sind. Tatsächlich ist eine mitochondriale Dysfunktion eines der Kennzeichen des Alterns.

Die modernen Theorien des Alterns lassen sich in zwei Hauptkategorien einteilen: "programmiertes Altern" und "Alterung als Schadensanhäufung". Die Theorien des programmierten Alterns besagen, dass das Altern einem genetisch kodierten Zeitplan folgt - genau wie die Entwicklung in der Kindheit und Jugend -, der sich in Form von Veränderungen in der Genexpression abspielt: Während wir altern, werden einige Gene eingeschaltet oder überaktiviert, während andere abgeschaltet oder unterdrückt werden. Theorien der Schadensakkumulation besagen, dass das Altern in erster Linie durch die kumulative Schädigung von Proteinen, DNA, Mitochondrien, Zellen und Geweben unseres Körpers als Folge ihrer Aktivität bedingt ist.

Diese beiden Theorien und die von ihnen beschriebenen Prozesse schließen sich jedoch nicht unbedingt gegenseitig aus. Sowohl die programmierte Alterung als auch die Schadensakkumulation finden auf zellulärer Ebene statt, und beide können die Auswirkungen der jeweils anderen verstärken (d. h. Veränderungen der Genexpression können die Schadensakkumulation beschleunigen, während die Schadensakkumulation die Genexpression einer Zelle beeinflussen kann). Mit der Zeit ergibt sich so ein großer Unterschied zwischen dem "jungen Ich" und dem "aktuellen Ich". Einer dieser Unterschiede besteht darin, dass unsere Zellen mehr Energie produzieren konnten, als wir jünger waren. Sie kommunizierten auch besser mit anderen Zellen, konnten sich besser an Stress anpassen und hatten weniger Zellschäden. Wenn der menschliche Körper altert, laufen zwar viele Dinge schief, aber die Wurzeln des Problems liegen auf der Zellebene. Und innerhalb der Zellen spielen die Mitochondrien eine Schlüsselrolle bei den Alterungsprozessen.

Die Zellen verfügen jedoch über eine Reihe von Mechanismen, die das Altern und die Seneszenz verlangsamen. Und auch hier stehen die Mitochondrien im Mittelpunkt: Die selektive Beseitigung funktionsgestörter Mitochondrien (Mitophagie) und deren Ersatz durch neue Mitochondrien (mitochondriale Biogenese) ist einer der Schlüsselmechanismen, der unseren Zellen - und uns - hilft, biologisch jünger zu bleiben. Aber was genau sind die Funktionen der Mitochondrien und wie wirkt sich die Gesundheit der Mitochondrien auf die Alterung aus?

Was genau sind Mitochondrien?

Mitochondrien sind spezialisierte Strukturen, die in den Zellen zu finden sind. Sie sind an vielen zellulären Prozessen beteiligt, aber ihre wichtigste Funktion besteht darin, die in den chemischen Bindungen der Nährstoffe gespeicherte Energie (in Form von elektrisch geladenen Teilchen, den Elektronen) zu extrahieren und in eine Energieform umzuwandeln, die die Zellen für ihre Tätigkeit nutzen können. Diese Energieform ist ein Molekül namens ATP (von Adenosintriphosphat), und der Prozess wird Zellatmung genannt.

Die Gesundheit der Mitochondrien mit ihrer ordnungsgemäßen Funktion und Struktur ist eine wesentliche Voraussetzung dafür, dass die Zellen optimal arbeiten können. Wenn die Zellen effizient mit Energie versorgt werden und die biologischen Abläufe reibungslos funktionieren, erfreuen wir uns einer besseren Gesundheit. Wenn die Mitochondrien jedoch nicht richtig funktionieren, beginnen sie, Schäden anzusammeln, und die zellulären Prozesse werden allmählich gestört.

Aus einer grundlegenden Perspektive betrachtet, ist die mitochondriale Fitness für unsere Gesundheit im Allgemeinen unerlässlich. Daher ist es nicht verwunderlich, dass der Verlust der Mitochondrienfunktion ein Kennzeichen des Alterns und vieler altersbedingter Erkrankungen ist, während die Aufrechterhaltung der mitochondrialen Fitness mit einer längeren Lebenserwartung (d. h. der Zeitspanne, in der eine Person gesund und funktionstüchtig - und nicht nur am Leben - ist) und einer höheren Lebenserwartung verbunden ist.

Die gute Nachricht ist, dass es viele wissenschaftlich fundierte Maßnahmen gibt, um die Funktion der Mitochondrien zu verbessern - hier sind vier der beliebtesten.

Möglichkeiten zur Verjüngung der Mitochondrien

Sport treiben

Bewegung ist eine der wirksamsten Maßnahmen für Langlebigkeit. Die Ausübung von Sport erfordert viel Energie, um unsere Muskeln anzutreiben. Das belastet die Muskelmitochondrien und signalisiert dem Rest der Zelle, dass sie Energie benötigen. Die Muskelzellen reagieren darauf, indem sie mehr Mitochondrien und mehr mitochondriale Enzyme produzieren, was dazu beiträgt, den altersbedingten Rückgang der mitochondrialen Aktivität und der Muskelgesundheit zu verzögern.

Während viele Arten von Sport die Mitochondrienfunktion fördern können, sind HIIT-Fitnessübungen in Maßen besonders vorteilhaft für die Zellfunktion. In einer Studie der schwedischen Schule für Sport- und Gesundheitswissenschaften wurden 11 gesunde Freiwillige regelmäßigen HIIT-Einheiten auf einem Heimtrainer unterzogen (mit Intervallen, in denen sie voll in die Pedale traten, gefolgt von kurzen Ruhephasen). Das Ergebnis? Verbesserte Leistung und erhöhte Mitochondrienproduktion.

Kältetherapie

Es gibt Hinweise darauf, dass die Kältetherapie die Gesundheit der Mitochondrien durch einen Prozess verbessert, der als "mitochondriale Biogenese" bekannt ist, d. h. durch die Steigerung der Mitochondrienproduktion.

Beim Frösteln wird Wärme freigesetzt, um Brennstoffe zu verbrennen und ATP für die Muskelkontraktion zu nutzen. Das Zittern rekrutiert also Mitochondrien, um indirekt Wärme zu erzeugen. Daher kann eine Kälteaussetzung in Form von kalten Duschen oder Kryotherapie die Mitochondrien anregen, um uns warm zu halten.

Hitzebelastung

Hitze kann auch positive biologische Reaktionen auslösen. Hitze wirkt wie ein mildes Stresssignal und löst Zellreaktionen aus, die die Anpassung fördern.

Zu den wichtigsten Akteuren dieser Anpassung gehören die Mitochondrien, da Hitzebelastung nachweislich positive Anpassungsreaktionen in den Mitochondrien auslöst, die deren Funktionsfähigkeit erhöhen. Dies steht im Einklang mit Studien, die zeigen, dass regelmäßiges Saunabaden die Ausdauerleistung verbessern und das Risiko von Herz-Kreislauf-Erkrankungen verringern kann.

Kalorienbeschränkung

Die Reduzierung der Kalorienzufuhr (z. B. durch Fastenkuren) ist einer der erfolgreichsten Ansätze zur Steigerung der Langlebigkeit. Dieser Erfolg kann zumindest teilweise auf eine Steigerung der bioenergetischen Effizienz der Mitochondrien zurückgeführt werden.

Durch die Verjüngung der Mitochondrien unterstützen wir das optimale Funktionieren so ziemlich aller Zellen und Systeme in unserem Körper. Durch die Stärkung der Mitochondrien können wir unsere Lebenserwartung und Gesundheit verlängern.

Referenzen

  1. Chung, N., Park, J. H. & Lim, K. (2017). The effects of exercise and cold exposure on mitochondrial biogenesis in skeletal muscle and white adipose tissue. Journal of exercise nutrition & biochemistry, 21(2), 39–47. https://doi.org/10.20463/jenb.2017.0020
  2. Hafen, P. S., Preece, C. N., Sorensen, J. R., Hancock, C. R. & Hyldahl, R. D. (2018). Repeated exposure to heat stress induces mitochondrial adaptation in human skeletal muscle. Journal of Applied Physiology, 125(5), 1447–1455. https://doi.org/10.1152/japplphysiol.00383.2018
  3. Laukkanen, T., Khan, H., Zaccardi, F. & Laukkanen, J. A. (2015). Association Between Sauna Bathing and Fatal Cardiovascular and All-Cause Mortality Events. JAMA Internal Medicine, 175(4), 542. https://doi.org/10.1001/jamainternmed.2014.8187
  4. Tafur, J. & Mills, P. J. (2008). Low-Intensity Light Therapy: Exploring the Role of Redox Mechanisms. Photomedicine and Laser Surgery, 26(4), 323–328. https://doi.org/10.1089/pho.2007.2184
  5. Gabel, K., Hoddy, K. K., Haggerty, N., Song, J., Kroeger, C. M., Trepanowski, J. F., Panda, S. & Varady, K. A. (2018). Effects of 8-hour time restricted feeding on body weight and metabolic disease risk factors in obese adults: A pilot study. Nutrition and healthy aging, 4(4), 345–353. https://doi.org/10.3233/nha-170036
  6. Mattson, M. P. & Wan, R. (2005). Beneficial effects of intermittent fasting and caloric restriction on the cardiovascular and cerebrovascular systems. Journal of Nutritional Biochemistry, 16(3), 129–137. https://doi.org/10.1016/j.jnutbio.2004.12.007

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