Био енергия

Четейки и слушайки лекции на тема здраве в последно време съм удивен колко голяма част от здравето зависи от възможността на тялото да произвежда енергия. Дори специалисти в науката за спиране на стареенето твърдят, че:
намаляването на вътрешното производство на енергия е най-точната дефиниция за остаряваме. 
Т.е. остаряваме понеже не произвеждаме толкова ефективно енергия. Всеки е забелязал каква е разликата в производството на енергия при дете, при тинейдъжр, при 30 годишен и при 60 годишен. Детето е атомен реактор, много е трудно да бъде спокойно и премерено, естественият начин на игра включва тичане и придвижване на максимална скорост. Късното тийнеджарство до към 30 години е максималното производство на енергия - така го е проектирала Природата, понеже това е периодът на най-голяма плодовитост. Обикновено Природата се грижи всичко да е наред до раждане на следващото поколение - това е връхната точка на биохимично здраве - след привършване на репродуктивният цикъл - еволюцията няма стимул и възможност да селектира.

Затова и при по-физическите спортове, като боините съревнования, тичане, културизъм, футбол, тенис и подобни - прозорецът за максимално бляскава кариера обикновено е до христовата възраст. След това прогресивно, година по година човек става по уседнал, по лесно изморяем, по вдървен, по трудно се възстановява. Основните хормони като тестостерон, естроген, кортизол, щитовидният, ко-кю-тен(coQ10) и др. са свързани директно с производството на енергия.. и за съжаление те прогресивно намалят десетилетие по десетилетие.

В тази тема ще изследвам основните начини за производство на енергия.

АТФ

Универсалната мини батерия за вътрешно клетъчна енергия е молекулата АТФ (Аденазин Три Фосфат). Универсална е понеже е основната активна енергийна единица при всички живи клетки - било то бактерии и едноклетъчни, или многоклетъчните животни, растения или гъби.
Молекулите АТФ, АДФ и АМФ - универсалната биологичната валута.
Изображението е базирано на това от NEUROtiker. Лиценза е публичен чрез Wikimedia Commons
Активна е понеже лично участва в целият спектър от биохимични преобразувания извършвани в живите организми. Докато има пасивни складове на енергия, като глюкоген (дълга верига от глюкозни молекули), или триглицериди (3-на верига от мастни молекули). Пасивните складове могат да се преобразуват до АТФ когато е нужно. Когато АТФ отдаде складираната в нея енергия - тя се превръща в АДФ, а после и в АМФ. Пасивните складове се използват за да заредят отново батериите до АТФ.

Във всяка от стоте трилиона човешки клетки има около милиард АТФ молекули. Всяка от тези милиард АТФ се разрежда и зарежда три пъти всяка минута.

Глюкоза и мазнини

Докато АТФ е универсалната вътрешноклетъчна единица за енергия - то между клетките и организмите енергията се пренася под формата на глукоза или мазнини. Първични производителни на енергия са фотосинтезиращите организми - които превръщат фотоните на слънчевите лъчи във химическа енергия между въглеродните атоми в глюкозата и мазнините.

Глукозата като че да е възникнала еволюционно по-рано. Понеже почти всички организми на Земята под една или друга форма работят на глюкоза и биха предпочели глюкоза ако могат да избират. Много от растенията складират енергия под формата на скорбяла - дълга верига от глюкозни молекули. Картофите, ориза, пшеницата и всички зърнени и бобови храни складират енергия предимно именно под тази форма.

Мазнините като да са възникнали по-късно като преносител и склад на енергия. Предимството е, че могат да складират два пъти повече енергия от глюкозата. Те са и по устойчиви и стабилни. Затова животните, които надебеляват го правят под формата на мазнина а не под формата на глюкоза - понеже мазнината може да се складира лесно и безопасно. Например 70кг мъж може да складира едва до 300 грама глюкоза (предимно в мускулите и черния дроб), докато почти няма ограничение колко мазнина може да складира от норманите 10-15 кг мазнина.. до в екстремни случаи - стотици. Същото е и при животните, които еволюционно имат предимство да трупат мазнина - мечките, тюлените, хипопотамите, прасетата и т.н.

Въпреки, че много по-малко е количеството на складираната глюкоза - тя много по бързо се разгражда. Кратките високо интензивните мускулни движения разчитат основно на глюкозата. Умерените продължителни мускулни и умствени натоварвания се захранват предимно от мазнини. Благодарение на мазнините човек може да издържи и месец без храна, стига да има достатъчно вода и липсва стрес. Ако се наложи да избягаш от разярен бик - покачването на адреналина стимулира използването на глюкозата, като за кратко време в рамиките на няколко секунди могат да се превърнат големи количества глюкоза до АТФ за да захранят спринтирането за избягване на живото-застрашаващата опасност. В този случай енергията складирана в мазнините не може да се използва - въпреки че е много повече нейното освобождаване е много по бавно.

За съжаление наблюденията са ми, че в България хората предимно използват въглехидратите и глюкозата за енергийните си нужди, като в повечето случай на мазнините като храната и като източник на енергия се гледа като не здравословно.

Енергийните етапи в развитието на живота

Много интересен е фактът, че молекулите АТФ е характерна за всички видове живи клетки. Защо точно тази молекула е избрана за енергийна валута.. Дали защото е най-ефективна в сравнение с други подобни молекули.. Дали тази молекула не дава следа за произхода на живота.. Общоприето в научните среди е, че когато се е формирала Земята - в първичният океан е имало подходящите условия за комбинирането на въглерода, азота, кислорода, водорода и др. във произволни комбинации. Т.е. температурата на водата, енергията на светкавици, вулкани и други е стимулирало образуване на произволни възможни комбинации от органични съединения. И като че ли.. от многото хаотични реакции, с поредица от неописуеми и неразбрани от съвременната наука процеси - една първична митична клетка е направила крачката от хауса на неживата материя към организирана, подредена, репродуцираща се жива единица. И тази клетка е избрала АТФ за захранване на вътрешните си машинарии..  и от там всички нейни деца - т.е. всички някога живяли и сега живеещи бактерии, животни и растения използват АТФ за енергийните си нужди.

Друга теория е, че живота на Земята е изпратен от извънземна цивилизация, която е била заплашена от катастрофално събитие от типа на сблъсък със звездно тяло, или избухване на свръхнова. И в последен опит да запазят живота - са изпратили микросателити със бактерии във всички възможни посоки. Един такъв микросателит е попаднал на Земята и я е колонизирал. Друга подобна теория е, че живота спонтанно се е пренесъл със метеорити.. Но дори тези теории да са верни - на това другото място животът също трябва да е възникнал.. и явно и там той е използвал АТФ за енергийните си нужди..


Преди 4,5 милиарда години Земята се оформя като космическо тяло от звездният прах на отдавна избухнали звезди. Но първоначално се предполага, че е била прекалено топла и хаотична, за да може да възникне живот. Преди 4 милиарда години условията за възникване на живота се предполага че са започнали да бъдат благоприятни. И почти веднага в рамките на няколко стотици милиона години е възникнала първата клетка. Първоначално тя произвежда енергия без кислород. След един цял милиард години - преди 3 милиарда години фотосинтезиращи едноклетъчни се появяват. Преди 2,5-2,7 милиарда години се появяват едноклетъчни и  многоклетъчни, който могат да използват кислород.

Да, АТФ е универсалната вътрешно клетъчна батерия, докато глюкозата и мазнините са основните начин за складиране и пренасяне на енергия между клетките и организмите. Според сегашната представа за етапите в развитието на живота - за зараждането на АТФ от глюкоза и мазнини са се надграждали последователно - без кислородно, фотосинтеза и накрая кислородно.

Без-кислородно производство на енергия

Когато е възникнал живота - земната атмосфера не е съдържала кислород. Едноклетъчните са зареждали енергийните си АТФ батерии без-кислородно. Този начин на зареждане на енергията е най-бързият, но и най-неефективният.  Това е първият и най-дълго съществуващ процес за производство на енергия. Многоклетъчните животни се нуждаят от по-сложни и енергизиращи форми на хранене. Но дори и днес все още има едноклетъчни, които произвеждат енергията си изключително само без-кислородно. Повечето бактерии и гъбички в храносмилателната система на човек са именно такива. Почти всички едноклетъчни около дълбоко океанските гейзери се хранят без-кислородно от сероводородните съединения и топлината излъчвана от земните недра.

Но дори при най-комплексната форма на живот - човекът, в случай на криза с доставката на кислород - при задушаване, или при интензивно физическо натоварване - клетките могат за кратко време (в рамките на няколко секунди за мозъчните, до няколко минути за мускулните) да използват на авариен режим без-кислородното зареждане на АТФ.

Фотосинтеза

Фотосинтезата е начин за зареждане на АТФ директно от слънчевите лъчи. Споменавам го в този пост само за пълнота - въпреки че е страничен за темата. Това е най-чистият и директен начин за задвижване на биологичните машинки. На фотосинтезиращите микроорганизми и растенията дължим фактът, че животът се е развил в такова разнообразие и сложност - понеже те: 
  • изграждат първичната биомаса, която се разпространява през хранителната верига от тревопасни и гризачи до хищници и накрая обратно до бактерии.
  • произвеждат кислород - който е така нужен за високо енергийно разграждане на храната
Ако преди 3 милиарда години не са се появили цианобактериите - фотосинтезиращите микроорганизми - разнообразието и сложността на животът никога не би могъл да достигне до сегашната степен. На цианобактериите им е била нужна 200-600 милиона години за да могат да наситят атмосферата с кислород.  Оказало се, че кислородът е отрова за без-кислородно дишащите бактерии и това е причината преди около 2.5 милиарда години да изчезнат голяма част от без-кислородните микро-организми. Но кислородът е дал възможност за развитието на нов тип организми - който асимилират храната с помощта на кислород и в процеса отделят мнооого повече енергия.

Кислородно разграждане на глюкозата

АТФ е вътрешно клетъчната единица за енергия - тя се произвежда и консумира локално в клетката. Но за пренасянето на енергия между клетките и организмите чрез храната - най-масовата, най-търсената, и затова и една от най-сладките молекули е тази на глюкозата. Почти всички микроорганизими и повечето животни ако могат да избират биха предпочели да консумират глюкоза в някоя от многото и форми. Растенията складират голяма част от слънчевата енергия под формата на запаси от глюкоза - и затова растенията са в основата на хранителната верига на земята. Те произвеждат и глюкозата, и фибрите и аминокиселините и мазнините и кислородът - така нужни за всички други форми на живот.

Човешкият организъм е устроен така, че да може да складира едва 300 грама глюкоза в мускулите и черният дроб. Тези 300 грама могат да се разградят както без-кислородно, така и кислородно. При разграждането на една молекула глюкоза безкислородно се зареждат едва 2 молекули АТФ. Докато при включването на кислорода за същото разграждане на глюкозата могат да се заредят цели 25-36 молекули АТФ.

Кислородно разграждане на мазнините

При разграждането на мазнините се освобождава най-много енергия. Мазнините, за разлика от глюкозата могат да се разграждат единствено в присъствието на кислород. За разграждането на една средна по големина мастна молекула могат да се заредят рекордните 60-90 молекули АТФ. Природата е избрала, че мазнините трябва да са основният източник на енергия при ежедневните дейности - когато умственото или физическото натоварване е в умерени граници. Едва когато почва да се спортува се включват в по-голяма степен кислородното разграждане на глюкозата. И при изключително интензивни натоварвания - като спринт със всичка сила - се преминава на най-старият и най-бърз начин за производство на енергия - безкислородно горене.

За складирането на мазнините животните имат специални мастни клетки, които ефективно могат за дълги периоди да задържат мазнините. Мастните клетки, въпреки, че са като склад с динамит - не се нуждаят почти от никаква енергия за поддръжката си. Биохимиците и докторите ще ви кажат, че когато се приема въглехидраните храни (глюкоза) се вдига инсулина. Високият инсулин спира използването на мазнините за енергия. Би било глупаво ако се опитва човек да отслабва да органичава яденето си, но малкото калории които поглъща да са от въглехидрати - понеже за периоди за който те се абсорбират те спират процеса на топене на мазнини.

За ефективно стопяване на мазнините - ниският инсулин е само един от многото фактори. Нормални нива на хормоните на щитовидната жлеза, кортизола, тестостерона и естрогена и други са нужни за поддържане на процеса. Също така достатъчно сън, липса на стрес и подходящ начин на тренировка са другите важни фактори. Нарушения в който и да е от тях осуетява ефективното горене на мазнините. В този случай се стига до парадокса - че човек си ограничава приемът на храна, но не може да използва огромните количества мазнинна енергия. Тялото започва да руши мускулите си - да ги конвертира в глюкоза, за да задоволи крещящата нужда от калории..

В заключение 

Исторически и еволюционно за зареждането на АТФ при бактериите и животните е преминало през
  1. безкислородно разграждане на глюкозата
  2. кислородно разграждане на глюкозата
  3. кислородно разграждане на мазнините
Тази еволюционна история се отразява и в начините за производство на енергия при животните. Всеки следващ етап доставя много повече енергия, но е и по сложно регулиран и  деликатен. Природата би желала човек предимно да използва мазнините за енергия. Но биохимичните пътища за използване на мазнините са в пъти по сложни от тези за използване на глюкозата. Лоша диета, съставена предимно от сладки, шоколади, торти, безалкохолни напитки, бири, кифли, пици, паста, хляб, картофи - стимулира единствено първите два. Липсата на умерено движение и от време на време на високоинтезивно натоварване не стимулира по висшите нива. И веднъж разстроена - мазниният метаболизъм е трудно да се върне в граници - затова е нужна дълбоко познание по диетология, ендокринология и интегративна медицина. Затова и имаме тенденция да надебеляваме след 40 години - нивата на хормоните и физическата ни активност намалят. Запознат съм с работите на няколко американски доктори - но в България все още търся да срещна такъв комплексен доктор..

Интересно е че при гладуване - след 2-рият ден, при спокойна и приятна атмосфера, при достатъчно сън, вода, чист въздух, слънце и леко натоварване - тялото лесно преминава почти изцяло на мазнино горене. Нивата на кетоните - метаболит на мазнините - започва да се покачва. След 5-тият ден нивата на кетоните толкова се покачват, че дъхът става ацетонов - понеже те са малки летливи молекули, които лесно се отделят от дробовете. Същевременно тъй като цялото тяло включително мозъкът е преминал на мазнино горене със стабилни постоянни доставки на енергия (за разлика от приливно-отливните доставки при глюкозата) - и постещите споделя, че главата се изчиства, че се мисли ясно и тялото е леко. След 30-тият ден - някои твърдят че се преминавало в по-висши нива на съзнание - такова състояние както при халюциогенните ритуали с гъби и аюаска. Съвпадение или не дори Исус Христос - главният герои в християнството не е приемал храна 40 дена и 40 нощи. С което се е доказал и след това започнал да проповядва
И дяволът Му рече: Ако си Божий Син, заповядай на тоя камък да стане хляб. А Исус му отговори: Писано е: "Не само с хляб ще живее човек, но с всяко Божие слово" . Тогава като Го възведе на една планина на високо и Му показа всичките царства на вселената, в един миг време, дяволът Му рече: На Тебе ще дам всичката власт и слава на тия царства, (защото на мене е предадена, и аз я давам комуто ща) и тъй, ако ми се поклониш, всичко ще бъде Твое.  А Исус в отговор му каза: Писано е: "На Господа твоя Бог да се кланяш, и само Нему да служиш". Тогава Го заведе в Ерусалим, постави Го на крилото на храма, и Му рече: Ако си Божий Син, хвърли се от тук долу защото е писано: "Ще заповяда на ангелите Си за Тебе, да Те пазят и на ръце ще Те дигат да не би да удариш в камък краката Си". А Исус в отговор му рече: Казано е: "Да не изпитваш Господа твоя Бог". И като изчерпа всяко изкушение, дяволът се оттегли от Него за известно време.
Неслучайно и християните и мюсюлманите имат религиозни традиции свързани с постенето регулярно няколко пъти в годината. Аз лично съм успявал едва 2 дена без храна. Обикновено съм активен физически и никога не съм имал проблем с теглото. Но мисля че след 40 годишна възраст - гладуването е важен инструмент в почистването и подмладяването - та съм винаги с отворено ухо в тази насока при интересни лекции или статии. Ако мога да избирам, бих предпочел до последният си ден да имам нормални нива на енергия, за прилични мускулни и мозъчни дейности, да съм в помощ и подкрепа на близките. За това вярвам, че вовек трябва да разбира машинарийките, биохимичните пътища и хормони стимулиращи производството на енергия и целенасочено да се стреми да ги поддържа във десетилетията.


И да завърша с традиционното предупреждение - че това са само мои виждания и разбирания, които за момента вярвам, че са верни. Но тази истина може да не е пълна или да не е вярна в дадена ситуация. Аз съм израстнал предимно на въглехидратни(глюкозни) храни, и поради осъзнаването, че мазниното горене е най-сложната и висша форма на енергия експереминтирането с включване на повече мазни храни в диетата и физическо натоварване за стимулиране на горенето им ми е фикс идея. Да видим дали няма да си докарам сърдечни проблеми - както ни плашат повечето кардиолози(в последните 25 години поне).

Vasil Karpachev

Мненията изразени в статиите са само моя гледна точка. Въпреки, че искренно се старая информацията да е правилна и вярна, "правилната" гледна точка не е само една. А най-вероятно в някои случаи греша.

0 коментара: