В 1920-х годах группа немецких ученых под руководством физиолога Отто Генриха Варбурга сделали открытие, что без доступа глюкозы и кислорода раковые клетки погибают. В 1931 году Отто Варбург удостоился Нобелевской премии по физиологии и медицине за «открытие естественных свойств и механизма действия дыхательного фермента». [354]
Эффектом Варбурга называют биохимический феномен, связанный с тем, что раковые клетки предпочитают сжигать глюкозу посредством гликолиза в присутствии кислорода. Обычно организм сжигает жирные кислоты более эффективным способом, который называется окислительное фосфорилирование, и переходит на гликоген в анаэробных условиях, но злокачественные клетки ведут себя иначе. С точки зрения производства энергии, аэробный гликолиз менее эффективен, чем окислительное фосфорилирование. Однако этот процесс дает больше побочных продуктов, таких как молочная кислота, которые способствуют росту злокачественных клеток и брожению. [355]
В 1929 году английский биохимик Герберт Крэбтри пришел к выводу, что в клетках злокачественных опухолей происходит не только аэробный гликолиз, но и брожение под действием внешних или генетических факторов. [356] Этот феномен получил название эффект Крэбтри, и без исследований Варбурга его бы не удалось открыть. Проще говоря, если мы сжигаем только сахар даже при наличии кислорода, то раковые клетки дают толчок лактат-ацидозу, который еще больше распространяет злокачественные клетки и лишает нормальные клетки кислорода. Лактат-ацидоз через эффект Варбурга связан с несколькими разновидностями онкологических и воспалительных заболеваний. [357]
При лактат-ацидозе организм производит большое количество лактата, или молочной кислоты, которая накапливается в теле. Он представляет собой вид метаболического ацидоза, который способствует развитию заболеваний и может привести к смерти. Существует два типа лактат-ацидоза – А и В. [358]
● Лактат-ацидоз типа А возникает из-за скудного насыщения тканей кислородом и нарушения кровообращения.
● Лактат-ацидоз типа В появляется в результате метаболических заболеваний, нарушениях в работе митохондрий, под действием медицинских препаратов или алкоголя.
Молочная кислота накапливается, если в организме недостаточно кислорода, который расщепляет гликоген и глюкозу во время гликолиза. Когда лактат-ацидоз сопровождается сепсисом, то риск смертельного исхода быстро возрастает. [359]
Отто Варбург выдвинул гипотезу (которая получила название «эффекта Варбурга»), согласно которой аэробный гликолиз является основной причиной развития рака. В 1966 году на лекции нобелевских лауреатов он сообщил:
«У рака по сравнению с другими заболеваниями гораздо больше второстепенных причин развития. Но даже у такой коварной болезни существует только одна основная причина. Если говорить коротко, то первопричина злокачественных образований заключается в замене кислородного дыхания в здоровой клетке на брожение сахара». [360]
С 2000 по 2015 год проводилось более 18 000 исследований на тему эффекта Варбурга и роли АТФ в процессе обмена веществ. В большинстве из них ученые уделяли внимание функциям эффекта Варбурга. Сегодня принято считать, что эффект Варбурга – это результат мутирования злокачественных клеток. [361]
Гликолиз – это процесс получения пирувата из глюкозы по циклу Кребса. Он подключается для производства энергии в анаэробных условиях, но раковые клетки полагаются на этот процесс даже во время аэробного дыхания. Вследствие этого развивается воспаление, появляются молочная кислота и брожение. Высокая концентрация глюкозы в крови усиливает пролиферацию раковых клеток in vitro, в то время как недостаток глюкозы обеспечивает обратный эффект. Низкий уровень сахара в крови на поздних стадиях онкологических заболеваний коррелирует с благоприятными последствиями для здоровья. [362]
В 2008 году группа ученых обнаружила, что ключевой фермент злокачественных опухолей M2-PK вызывает эффект Варбурга. Фермент Tumor M2–PK производится в быстроделящихся клетках и предоставляет раковым клеткам возможность потреблять глюкозу с утроенной силой. [363] В 2006 году исследователи предприняли попытку лишить клетки злокачественной опухоли возможности превращать пируват в молочную кислоту. Они исключили фермент лактатдегидрогеназа A, [364] в результате чего раковые клетки не смогли размножаться в условиях гипоксии. Отсюда следует, что молочная кислота (лактат) повышает пролиферацию опухолевых клеток, а снижение концентрации молочной кислоты помогает бороться с раком.
Существует несколько потенциальных причин развития лактат-ацидоза:
● Наследственные заболевания – нарушения метаболизма глюкозы, фруктозы, лактата и пирувата. [365]
● Болезни сердечно-сосудистой системы – атеросклероз, остановка сердца и застойная сердечная недостаточность ухудшают кровообращение и процесс насыщения клеток кислородом. Эти состояния одновременно выступают в качестве причины и следствия лактат-ацидоза.
● Диабетический кетоацидоз – одновременно повышенный уровень кетонов и глюкозы.
● Почечная и печеночная недостаточность – внутренние органы, которые вовлечены в регуляцию жидкости и кислотно-щелочного баланса, прежде всего контролируют степень кислотности в организме. Больные почки не могут буферировать лактат.
● Инфекции – сепсис и другие инфекции ставят под удар иммунную систему, снижают насыщение гемоглобина крови кислородом и вызывают лактат-ацидоз. [366] Некоторые бактерии создают благоприятные условия для гликолиза и брожения.
● Рак и опухоли – злокачественные опухолевые клетки постоянно вовлечены в процесс гликолиза и производят молочную кислоту, которая накапливается в организме.
● Употребление алкоголя – состояние алкогольного опьянения становится причиной кетоацидоза и лактат-ацидоза. [367] Алкоголь разрушает печень и почки, основная задача которых – поддерживать кислотно-щелочной баланс в организме.
● Лекарственные препараты – некоторые лекарственные средства, например, Тайленол, парацетамол, эпинефрин и метформин вызывают лактат-ацидоз. [368] Лекарства от ВИЧ тоже повышают концентрацию молочной кислоты в организме.
● Чрезмерные физические нагрузки – во время тренировок тело производит молочную кислоту, и большая ее часть должна буферироваться. Если вы слишком усиленно занимаетесь спортом и постоянно чувствуете боль в мышцах, то это верный признак накопившейся молочной кислоты.
Чтобы избавиться от лактат-ацидоза, нужно инициировать расщепление лактата или не выполнять действия, которые приводят к накоплению молочной кислоты. К самым распространенным способам лечения ацидоза относятся инфузионная терапия, кислородная терапия, восстановление водного баланса, витамины и бикарбонатный гемодиализ[2]. Не имеет значения, как тщательно вы лечите симптомы – пока вы не направите свои усилия на искоренение первопричины заболевания, вам не станет лучше.
Несколько рекомендаций, как избежать лактат-ацидоза:
● Вылечить заболевание печени – необходимо избавиться от висцерального жира печени и внутренних органов, чтобы они снова стали нормально функционировать. Ограничить употребление сахара, фруктозы и алкоголя. Кроме того, необходимо избавиться от лишнего веса.
● Нормализовать уровень сахара в крови – диабет и инсулинорезистентность постоянно вынуждают организм прибегать к гликолизу, производя лактат. Прежде всего необходимо улучшить биомаркеры с помощью полезной диеты.
● Бросить пить алкоголь – алкоголь токсичен даже в умеренных количествах, он способствует производству молочной кислоты и стимулирует процесс брожения. Не говоря уже о заболеваниях печени.
● Занимайтесь физическими упражнениями – недостаточное митохондриальное дыхание приводит к гликолизу и накоплению молочной кислоты. Если поддерживать тело в хорошей форме и следить за здоровьем, то можно избежать митохондриальной дисфункции и наладить потребление кислорода.
● Пить достаточно воды – обезвоживание повышает кислотность в организме и ухудшает движение жидкостей. Это приводит к накоплению метаболических отходов и лактата.
● Интервальное голодание – интервальное голодание ускоряет процесс очищения крови от молочной кислоты благодаря превращению глюкозы через глюконеогенез. [369] Голодание нормализует уровень сахара в крови и оздоравливает внутренние органы.
Лактат-ацидозу обычно подвержены люди с такими серьезными проблемами со здоровьем, как болезни печени, болезни сердца и сосудов, системное воспаление, физическая травма или сильное обезвоживание. На лактат-ацидоз указывают несколько симптомов: желтушность (пожелтение кожи и белков глаз), затрудненное дыхание, панические атаки, спутанность сознания, хроническая усталость, сердечная аритмия и тошнота. Чтобы получить информацию о своем состоянии, нужно сдать анализ крови утром натощак. Перед сдачей анализа принимать пищу следует только накануне вечером и нельзя заниматься физическими упражнениями.
Действительно, метаболизм глюкозы отличается у раковых клеток разного типа, тем не менее все опухоли предпочитают аэробный гликолиз. Снова обратившись к примеру M2-PK, мы обнаружим его даже в здоровых клетках, которым необходимо быстро делиться, например, для заживления ран.
Аэробный гликолиз (процесс, при котором без использования кислорода сжигается только сахар) проигрывает окислительному фосфорилированию (процесс, при котором с использованием кислорода сжигается главным образом жир) с точки зрения эффективности производства АТФ. Когда кислорода достаточно много, здоровые клетки получают энергию через аэробное дыхание, то есть сжигают жир[3]. Но раковые клетки переходят на аэробный гликолиз, чтобы быстрее расти и бороться за энергию. Эволюционная теория игр выдвигает предположение о том, что клетки, которые производят АТФ с высокой скоростью, но малой выгодой, получают селективное преимущество в борьбе за общие, ограниченные энергетические ресурсы. [370, 371] Для роста и пролиферации клетка обходится гораздо меньшим количеством АТФ, чем требуется ей для обеспечения нормальной работы и выживания. [372] По этой причине высокая скорость обмена глюкозы поддерживает анаболизм и пролиферацию клеток в живой природе на планетарном уровне. [373]
Отто Варбург полагал, что этот процесс несбалансированного гликолиза, способствующий росту злокачественных опухолей, происходит из-за нарушения работы митохондрий при синтезе АТФ. В результате у человека развиваются онкологические и другие заболевания, потому что организм не может нормально производить энергию. Побочные продукты гликолиза предоставляют раковым клеткам достаточно материала для успешной пролиферации, несмотря на наличие кислорода. [374] Некоторые свидетельства говорят о том, что причиной может быть сверхэкспрессия митохондриальной гексокиназы, которая ускоряет гликолиз. [375] Когда митохондрии повреждены или утрачивают способность нормально функционировать, они стимулируют развитие лактатацидоза и гликолиза из-за низкой эффективности тканевого дыхания. Они не могут произвести достаточно энергии, поэтому усугубляют воспаление и окислительный стресс.
Митохондрии повреждаются в результате окислительного стресса внутри организма, из-за загрязнений окружающей среды, воспаления, повышенного уровня сахара в крови, потребления продуктов, подвергшихся технологической обработке, сидячего образа жизни и проблем с дыханием. В наше тело встроены механизмы для уничтожения поврежденных клеток и их частей – это апоптоз, аутофагия и другие лизосомальные пути. К сожалению, эти механизмы не работают в злокачественных клетках, а также их подавляет современный рацион человека.