Оценка функций митохондрий

Нарушение работы митохондрий сопровождает все известные возраст-зависимые заболевания, а также является одной из важнейших причин старения  (через истощение пула стволовых клеток, стимулирование системного воспаления, нарушение сигнальной функции, свободнорадикальные механизмы, снижение продукции АТФ и др.). Между тем, не существует стандартного набора методов для диагностики митохондриальной дисфункции. 

1. "Пороговая черта" (treshold). В клетке находится большое количество митохондрий, только часть из которых могут быть дисфункциональными. Для того, чтобы в клетке нарушилась митохондриальная функция, количество «больных» митохондрий должно преодолеть некоторую пороговую черту. Считается, что для нарушения работы клетки (ткани) дисфункциональными должно быть около 60 - 80% митохондрий. До этого накопление дисфункциональных митохондрий остается бессимптомным, а значит, окно возможностей терапии сужается. 
   
   
2. Гетероплазмия. Большая часть мутаций митохондриальной ДНК характеризуется так называемым феноменом гетероплазмии. Так как клетки наших тканей содержат разное количество митохондрий в зависимости от уровня метаболической активности, генетический материал в этих митохондриях может быть неодинаковым, некоторые из них могут нести мутацию, а другие – нет. Это явление называется гетероплазмией, что существенно затрудняет генетическую диагностику наследственного материала митохондрий.
   
   
3. Тканеспецифичность. Различные ткани имеют разную степень выраженности митохондриальной дисфункции. Более того, в различных тканях (в мозге и печени, например) о нарушении работы митохондрий могут свидетельствовать различные маркеры, а изменение работы митохондрий происходит с различной скоростью. Поэтому очень трудно "перенести" данные, полученные для одного субстрата, на другой. А выбор оптимального субстрата для диагностики является сложной задачей. 
   
   
4. Референсные значения. Определенные «границы нормы» маркеров разработаны только для митохондриальных заболеваний. «Норм» для возрастных изменений не существует. Для оценки степени выраженности возрастной дисфункции митохондрий необходим анализ больших баз данных.

Между тем, маркеры для диагностики митохондриальной дисфункции существуют, есть ряд макреров-кандидатов. Разрабатываются новые методики для диагностики работы митохондрий. 

Все существующие и потенциальные маркеры диагностики митохондриальной дисфункции можно подразделить на  группы:

1. Биохимические маркеры. 
   Косвенно свидетельствует о нарушении работы дыхательной цепи. К этой группе методов относятся методики, входящие в гайдлайны диагностики митохондриальных заболеваний (определение уровня лактата, пирувата, их соотношения; количественное определение аминокислот, органических кислот и ацилкарнитинов), измерение ферментов - креатинкиназы, цитрат-синтазы, сукцинат-дегидрогеназы, цитрохром-с-оксидазы.
   Данные методы достаточно удобны, однако, обладают невысокой специфичностью.
   Также к этой группе методов относятся более новые подходы: метаболомика, определение сывороточных цитокинов и микроРНК. 
   
   
2. Генетические маркеры. 
   Важная группа маркеров, так как нарушение генетического аппарата митохондрий является не только последствием нарушения работы митохондрий, но и причиной их дисфункции. Показано возраст-зависимое накопление генетических нарушений митохондрий. Для некоторых субстратов показана хорошая корреляция с возрастом. 
   К этой группе методов относят определение количества мтДНК, точечных мутаций, частой делеции и других делеций, количества внеклеточной мтДНК и метилирования мтДНК.
   
   
3. Методы микроскопии, визуальной оценки, imaging методики.
   К этой группе методов относятся  как инвазивные методики биопсии с последующей оценкой объемной плотности митохондрий, так и неинвазивные методики магнитно-резнонасной спектроскопии, позитронно-эмиссионной томографии, функциональной МРТ. 
   
   
4. Функциональные методики.
   Часто используется спортсментами, включают оценку аэробной способности митохондрий при помощи физиологии упражнений по показателям: максимальное потребление кислорода (МПК), артерио-венозная разница содержания кислорода. Метод может использоваться и как подтверждение дисфункции, и как метод терапии, и как метод оценки эффективности терапии.