Текст книги "Почему мы стареем. Научные знания о том, как наш организм стареет, почему это происходит и каковы современные способы замедлить этот процесс"

Что такое биологический возраст. Методология отбора критериев для его измерения

Интегральная оценка жизнеспособности организма называется в экспериментальной геронтологии биологическим возрастом (БВ). Иногда можно услышать понятие «физиологический», «функциональный» возраст или даже «фенотипический» возраст[13]13
  doi: https://doi.org/10.1101/363291.


[Закрыть]. Т. к. данный показатель отражает жизнеспособность конкретного организма, то он дает оценку предстоящей продолжительности жизни. Как правило, он отличается от календарного или паспортного возраста.

Поиск надежных показателей БВ продолжается уже более пяти десятилетий. Термин ввел в середине 1960-х годов один из основателей современной геронтологии А. Комфорт как «концепцию замера старения». Его статья, опубликованная в журнале «Ланцет» в 1969 году[14]14
  https://doi.org/10.1016/S0140-6736(69)90950-7.


[Закрыть], посвящена батареям тестов по измерению старения у человека. До этой работы также можно найти следы попыток как отечественных, так и зарубежных ученых оценить старение по неким физиологическим показателям. Очевидно, здесь главное, кто проявил свое системное мышление и понял потребность в таком подходе как методе научного знания. Алекс Комфорт пишет: «Метод краткосрочного измерения скорости старения человека теперь необходим и возможен. Он мог бы привнести много полезного в фундаментальные исследования по замедлению возрастных изменений от животных до человека: он обеспечил бы важный опыт и знания о старении, отличный от смертности…» Здесь важным является то, что не нужно оценивать смертность когорты, речь идет об оценке снижения жизнеспособности живых организмов.

Сегодня достижения в области молекулярной биологии увеличили разнообразие потенциальных показателей для измерения БВ. Но это не означает, что все здесь настолько ясно и понятно. Вот, например, довольно спорное утверждение: «Старение человека имеет важное значение в возникновении болезней и смерти, поэтому количественное определение старения с использованием наблюдаемых характеристик имеет важное применение для клинических исследований». Т. е., по моему мнению, первая часть является уже некой аксиомой, а вторая часть не имеет даже малейшей доказательной базы.

Старение – это не болезнь, даже с трудом нельзя связать такие разные понятия. Понятие «болезнь» может иметь разное оформление в виде различной патологии. Старение же больше связано с понятием «жизнь», это временная характеристика самой жизни. Таким образом, старение – это временная производная жизни, именно поэтому его можно измерить только временными характеристиками, и здесь больше подходят не биохимические, а физиологические показатели различных функций, которые особенно заметно изменяются в течение жизни. Например, с возрастом происходит снижение скорости проведения нервных импульсов, снижение скорости клубочковой фильтрации, снижение скорости кровотока, уменьшаются различные дыхательные объемы, падает сила скелетной мышцы и т. д.

Таких показателей можно привести еще довольно много. Поэтому, если мы будем измерять показатели, связанные именно с этими функциями, нужно измерять временные составляющие: скорость пульсовой волны (расстояние за время), количество работы, которую человек может выполнить за единицу времени, при этом работа должна касаться разных функций: памяти, физической работы, мощность этой работы, скоростные реакции, особенно если задействованы афферентные пути (например, нужно точно отвечать на сигнал или сигналы разных характеристик), вызванную активность мозга (например, компонент Р300 зрительных или когнитивных вызванных потенциалов).

Любой показатель, который предлагается для определения БВ человека, должен иметь функциональную интерпретацию, нести значимый смысл и подтверждаться патоморфологическими и патофизиологическими знаниями о возрастных изменениях. При этом совершенно не обязательно разрабатывать новые методы для их определения, можно использовать методы из спортивной физиологии, нейропсихологии и функциональной диагностики. Биохимические же показатели, даже важные с точки зрения здоровья, например, гликированный гемоглобин, СРБ и т. д., которые произвольно выбирают лаборатории, исходя из имеющихся у них возможностей и представлений отдельных лиц, у которых может быть конфликт интересов, мало подходят к измерению старения.

«Промедление смерти подобно» – самая геронтологическая фраза, именно она отражает не только суть того, что происходит с функцией в организме, или некой интегральной функции организма, но и как это измерить. Именно показатели времени нам подходят для такого измерения. Вы всегда завтра будете медленнее, чем вчера, но если у вас эти временные показатели на более молодом уровне, то функционально вы более молодой.

Геолог Александр Петрович Карпинский, первый выборный президент АН СССР с 1925 года, предложил в свое время революционное решение: а именно – рисовать на геологических картах разным цветом не породы, а время формирования пород. И карты действительно стали уже не литологическими, а геологическими. Они ожили. Так изменение подхода привело к тому, что современный геолог, видя такую карту, может сказать, что за породы перед ним на местности. Наложение именно четвертого измерения (времени) привело к понимаю геологических процессов. Мы, геронтологи, изучаем фактически время и до сих пор пытаемся плоскостными характеристиками объяснить четырехмерные процессы. Вот суть моего методологического предложения: «старение – это время, его измерять можно только временными показателями процессов жизнедеятельности человека».

Если с понятием смысла, заложенного в термин БВ, все более-менее понятно, то вот с отбором показателей, которые бы подошли к включению в батареи тестов для его оценки, даже если это называется «диагностикой старения», все очень непросто. Привожу перечень критериев, которым, по моему мнению, должен отвечать такой параметр, и это при желательной его быстроте, дешевизне, безопасности и информативности:

• Параметр должен иметь линейный характер зависимости от хронологического возраста вне зависимости от того, прямая это или обратная зависимость. Корреляция с паспортным возрастом относительно хорошо подходит при отборе таких критериев. Но утверждение, что чем выше корреляция с паспортным возрастом, тем точнее можно измерить старение, неверно, верным было бы ориентироваться на корреляцию с вероятностью гибели от «внутренних» причин, под которыми можно условно понимать возрастассоциированную патологию.

• Принцип А. постепенности и Б. непрерывности изменения параметра в онтогенезе, например, параметр должен постоянно снижаться или повышаться.

• Критерий не должен зависеть от различной не возрастзависимой патологии. Поэтому, например, ряд показателей, изменяющихся при патологии часто инфекционной природы и отражающих ее тяжесть, не могут быть использованы в оценке старения, только если вы не хотите пройти диспансеризацию вместо оценки БВ.

• Не вызывает сомнения, что в пожилой популяции больше людей с различной патологией просто в силу большей экспозиции во времени и поэтому имеющих больший удельный вес такой патологии. Такие показатели нам тоже не подойдут.

• Критерий БВ может иметь зависимость от патофизиологических процессов, которые мы относим к возрастзависимым. Независимость от патологических процессов, которые, как мы понимаем, неотделимы от самого старения, как обязательность такого критерия, вряд ли возможна на современном этапе развития геронтологии. Этот критерий выдвинут В. Рисом (1972), но важно понимать, если он зависит только от патологии, например, артериальное давление, то он не может быть принят как критерий БВ.

• Если межиндивидуальный разброс много больше, чем изменения показателя с возрастом, при этом показатель имеет разнонаправленные изменения (как ИМТ), то такой показатель имеет сомнительную ценность. Или надо делать множественные поправки и изучать отдельно БВ разных соматотипов.

• В связи с тем, что мы измеряем старение (например, если под снижением жизнеспособности подразумевается производная от времени предстоящей жизни), то измерять его можно только временными показателями.

• Я предлагаю еще один критерий отбора показателей БВ, а именно в различных популяциях, но с приблизительно одной ПЖ, морбидностью и причинами смертности эти показатели должны или могут иметь одинаковую зависимость от возраста.

Немаловажно, что если мы измеряем объем икроножной мышцы или уровень общего холестерина в какой-то популяции, например, жителей Эфиопии, то вряд ли эти показатели, будут соответствовать показателям жителей Архангельска, и скорее даже возрастная динамика у них будет различной.

Основные ошибки при составлении батарей тестов для определения БВ человека:

• Берутся показатели, изменения которых не зависят от времени жизни (возраста человека).

• Используются показатели, имеющие меньшую динамику во времени, чем межиндивидуальный разброс.

• Рекомендуются показатели, изменяющиеся в зависимости от патологических процессов, а не от времени, но в связи с тем, что когорта, прожившая большее время, имеет большее количество патологии, чем более молодая, создается ложная видимость параметра зависимости от времени.

• Потребителю предлагаются показатели, имеющие разнонаправленные изменения в онтогенезе или больше зависящие от внешних факторов, времени суток, текущей физической нагрузки, физиологического состояния, условий проживания и т. д.

В последнее время обсуждение БВ ушло на уровень молекулярных биологов. Сегодня они предлагают оценивать: эпигенетические часы, длину теломеров, транскрипционные предикторы, протеомические показатели и показатели метаболомики. Также предлагаются различные комбинации всех этих показателей. Однако истинная ценность их как биомаркеров старения остается до конца неясной и требует подтверждения[15]15
  doi: 10.1016 / j.ebiom.2017.03.046.


[Закрыть].

Популяризуемые на сегодня маркеры старения в основном никакого отношения к этому самому старению не имеют и зависят от возможностей лабораторий, которые предлгают такие услуги. В предлагаемых населению так называемых маркерах старения, на мой взгляд, присутствует конфликт интересов. Пока не будет учтена методология отбора самих критериев БВ, результата в измерении старения не будет.

Модели для изучения старения

И кого мы тут только не увидим. Наиболее часто используются различные грызуны: мыши, крысы, золотистые хомячки. Используют клеточные культуры червей, плодовых мушек, ночниц Бранда, рыбок данио рерио.

Интересное и модное сегодня как модель животное – голый землекоп. Эти животные (Heterocephalus glaber) образуют эусоциальные колонии, состоящие из одной размножающейся самки, нескольких размножающихся самцов и сексуально незрелых взрослых особей с определенным механизмом контроля процесса размножения в колонии[16]16
  Подробнее здесь doi.org/10.1073/pnas.1720530115.


[Закрыть]. Сегодня на эту модель многие геронтологи делают ставки, справедливо указывая, что при похожих размерах с мышью он живет в 10 раз дольше. Это животное интересно тем, что оно эусоциально, как и человек, и таких видов в природе очень мало, но само понятие эусоциальности имеет множество критериев и находится в процессе дискуссии.

Но подобных больших разбросов по ПЖ вроде бы очень похожих животных даже внутри одного семейства также очень много. Например, у рукокрылых (Chiroptera), а это большой отряд плацентарных млекопитающих, единственный, представители которого способны к активному полету, такой разброс составляет 10 раз. Этот второй по величине после грызунов отряд включает в себя 1200 видов, что составляет 1/5 от общего числа ныне живущих видов млекопитающих. Например, вампир обыкновенный (десмод) при малом весе, около 29 грамм, имеет максимальную (зарегистрированную) ПЖ 29,2 года. Первые опыты П. И. Бахметьева по анабиозу рукокрылых вызвали огромный интерес аж в 1901 году в связи с проблемой долголетия людей.

Моделей становится больше и больше, вот последнее поступление – рыбка Nothobranchius furzeri (Нотобранх Фурцера), вид лучеперых рыб. Рыбка названа в честь натуралиста-исследователя Ричарда Фурцера из Родезии, обнаружившего вид в национальном парке Гонарежу в Зимбабве. Она живет в полузасушливых районах в сезонных водоемах, пересыхающих в сухой сезон. Когда водоем пересыхает, все рыбки погибают и остается только икра в латентном состоянии в сухой грязи. У рыбки короткая ПЖ (3–4 месяца), секвенирован ее геном, и есть очевидные признаки старения. Этот комплекс из трех факторов говорит, что у данной рыбки большие перспективы в модельных исследованиях старения будущего. Но насколько это будет отражать старение человека или любого другого долгоживущего вида, непонятно.

Основанием для использования животных в геронтологии является предположение, что, когда процессы старения в живых организмах станут более ясны, прояснится и со старением у человека. Но это предположение построено только на рациональном мышлении. И вот пример, авторами было высказано предположение, что различие в чувствительности к кислороду между клетками мыши и человека объясняет их разные темпы старения[17]17
  doi: 10.18632/aging.100958.


[Закрыть]. Для подтверждения этой гипотезы они культивировали клетки 16 видов грызунов с различными сроками жизни в 3 % и 21 % кислорода и сравнивали их темпы роста. Неожиданно фибробласты, полученные от лабораторных штаммов мыши, были единственными клетками, демонстрирующими исключительную чувствительность к кислороду. Фибробласты хомячка, ондатры, капибары, паки, белки, бобра, голого землекопа и диких пойманных мышей были слабо чувствительны к кислороду, тогда как клетки крысы, песчанки, оленя, мыши, бурундука, морской свинки и шиншиллы не показали разницы в скорости роста при разном уровне кислорода. Авторы пришли к выводу, что чувствительность фибробластов к кислороду напрямую не связана с видовой ПЖ.

Одна из частых моделей для изучения старения – это плодовая мушка. Недавно один из известных биологов вырастил короткоживущую мушку буквально у себя на кухне, что подтверждает, на мой взгляд, только то, что этот показатель у мушки довольно легко варьирует.

Наиболее широко в экспериментальной геронтологии используют в качестве воздействия на модель ограничение калорийности питания. В качестве моделей, на которых изучают ограничение питания, иногда используют даже приматов, например, макак резусов. И тут встает интересный казус: чтобы изучить, как повышается смертность только в зависимости от возраста, животных надо поместить в идеальные условия вольера, но это не будут естественные условия обитания. Тогда встает вопрос, что же мы изучаем? Отвечаю, мы изучаем не ПЖ примата, а ПЖ приматов в искусственных условиях, в которых мы исключаем фактор среды естественного обитания. Т. е. мы создаем условия для продления жизненного цикла обезьяны и достижения ею того возраста, который, как правило, не встречается в дикой природе.

За более чем 80 лет таких модельных работ много раз было показано, что ограничение питания увеличивает ПЖ моделей. Даже уже существует общепринятое высказывание: ешьте меньше, живете дольше. Но так ли это и для всех ли это действует? Детям в Африке явно не подходит, ВОЗ на сегодня тратит в два раза больше средств на борьбу с голодом и с его последствиями, чем на борьбу с ожирением.

Если взять базу pubmed, то там есть исследования на любой вкус и с любыми результатами, но в доброй половине статей есть различные искажения и ошибки. А если их глубоко проанализировать, то дизайн исследования крайне спорен. Например, ученые сравнивают ограниченных по калорийности животных с теми, кто имеет неограниченный доступ к кормушке, или берут короткоживущие линии, которые хорошо реагируют на большинство воздействий, тогда как долгоживущие линии практически не реагируют на воздействие[18]18
  https://doi.org/10.1016/j.freeradbiomed.2014.05.015.


[Закрыть].

У всех долгоживущих моделей уже нашли какие-то особенности, на изучение которых делают ставки: например, голый землекоп имеет длинную цепочку гиалуроновой кислоты, и он живет в условиях гипоксии (вероятно, и в гиперкапнии), с которой связывают его долгую жизнь. У десмода другая особенность – активированы мобильные генетические элементы транспозоны[19]19
  www.nature.com/articles/s41559-018-0476-8.


[Закрыть] и т. д.

У мыши, выведенной в Университете Алабамы, активирована мутация, приводящая к митохондриальной дисфункции, в результате появляются морщинистая кожа и обширная алопеция (потеря волос) в течение нескольких недель. Когда функция митохондрий восстанавливается путем выключения гена, ответственного за дисфункцию митохондрий, мышь возвращается к гладкой коже и густой шерсти, неотличимой от здоровой мыши того же возраста. У людей также с возрастом наблюдается снижение функции митохондрий во время старения. Истощение ДНК в митохондриях также связано с человеческими митохондриальными заболеваниями, сердечно-сосудистыми заболеваниями, диабетом, возрастными неврологическими расстройствами и онкопатологией. Эта модель мыши тоже интересна, но связь мышей и человека тут самое слабое звено в рассуждениях[20]20
  www.sciencedaily.com/releases/2018/07/180720112808.htm.


[Закрыть].

Подумайте сами над следующим примером: учеными показан рост ПЖ специально созданных больных мышей (с 290 до 335 суток) с помощью антиоксиданта SkQ1. Вещество мыши получали в течение 100 дней. Авторы показали замедленное появление признаков старения, таких как алопеция, потеря массы тела и других[21]21
  doi: 10.18632/aging.101174.


[Закрыть]. Но внимание: в другой работе указано, что медианная ПЖ этих же мышей составляет 336 суток[22]22
  www.nature.com/articles/nature02517.


[Закрыть]. Вот это я называют феноменом геронтолога, ученые сами попадают в ловушки отсутствия у себя критического мышления. Да, мое мнение: геронтологи в целом имеют низкий уровень критического отношения к своим работам.

Сравнивая видовые особенности наиболее частой модели в геронтологии – мыши, ее клетки по сравнению с клетками человека имеют: более длинные (от 30 до 200 триплетов) и гипервариабельные теломеры, а у человека только 7—15 триплетов, ее теломераза активна во многих тканях мыши, тогда как соматические клетки человека лишены теломеразной активности, мышь более чувствительна к оксидативному стрессу, у нее менее эффективны системы репарации ДНК. Мышь также более чувствительна к действию большинства известных канцерогенных агентов. Интересно, что и крысы, и мыши не обладают такой совершенной системой терморегуляции, как у человека, и у них можно понизить температуру тела рядом факторов (снижением кислорода, повышением углекислого газа, ограничением питания) до температуры 16 градусов на несколько суток без повреждения функции их ЦНС. Тогда как человеку можно понизить температуру тела только до 30–33 градусов при сложных операциях, поэтому, мое мнение, опыты на мышах никогда нельзя будет перенести на человека.

Именно то, что у различных долгоживущих животных, которых иногда называют нестареющими, находят присущие им какие-то особенности, причем у каждого вида свои, мне говорит, что, вероятно, у механизмов, обеспечивающих ПЖ конкретного вида, могут быть свои эволюционные пути формирования. А сама ПЖ – это побочный и не очень важный после размножения и выкармливания потомства продукт эволюции. Возможно, что изучение моделей мало что даст пониманию механизмов старения интересующего нас вида – человека.

Чем дальше человек стоит в эволюции от используемой модели, тем меньше практический результат, что косвенно подтверждается, что перенесение результатов с моделей на человека, пока, а это 83 года существования экспериментальной геронтологии на моделях, не дало никакого результата. Естественный отбор как движущая сила эволюции не понимает семантики человеческой речи, он работает на уровне биохимической адаптации, периодически пропуская виды через эволюционные огненные трубы, иногда и резко изменяющейся в условиях окружающей среды. И когда в качестве моделей в экспериментальной геронтологии человек берет другие виды, это приводит к изучению ПЖ именно других конкретных видов и к ПЖ человека не имеет прямого отношения.

Для практического применения изучения старения животных они должны иметь три критерия:

• наличие таких же возрастзависимых заболеваний, что и у нашего вида;

• болезни должны быть желательно в тех же клинических формах, что и у человека;

• структура причин смертности моделей должна приблизительно соответствовать человеческой.

При таком подходе список интересующих нас моделей будет крайне ограничен. В противном случае у нас будет такое же заблуждение, как и в случае с инфильтрационной теорией атеросклероза академика Н. Н. Аничкова, и мы вернемся к обсуждению теории Вирхова, как это происходит фактически сейчас, через 150 лет. Причина в том, что модель, которая была использована (кролики), не болеет атеросклерозом, а если им вливать чистый холестерин в глотку, то он не будет в такой форме, как у человека. Да и быстро пройдет, если прекратить вливать холестерин.

Вот эмоциональное письмо моего читателя: «Если чувствуете себя крысой, ищите рекомендации для продления своей жизни у крыс. Рекомендаций по продлению ПЖ в медиапространстве сегодня очень много, препараты все серьезнее и серьезнее, результаты на мышах все более многообещающие. Но люди не мыши, мы не можем прижаться друг к другу в углу клетки, чтобы переждать период неблагоприятных воздействий. Мы живем во время чрезмерных психоэмоциональных нагрузок, вредных для здоровья продуктов питания, горящих помоек. У человека же разумного вопрос о продлении жизни лежит все-таки в области его интеллекта. Пример – недавно ушедший Стивен Хокинг (1942–2018), который, с крысиных позиций, совсем был не жилец».

Под моделью для исследования старения подразумевают и заболевания, которые, как полагают, связаны с механизмами старения. Например, группа ламинопатий – это гетерогенная группа заболеваний, которые вызываются мутациями в генах, кодирующих белки ламины. К ламинопатиям, интересующим геронтологов, можно отнести семейную частичную липодистрофию, синдром Хатчинсона – Гилфорда и синдром Вернера. Сюда же можно отнести и такие заболевания, как атеросклероз, болезнь Альцгеймера, диабет 2-го типа, онкопатологию, остеопороз, синдромы старческой астении, старческую саркопению и саркопеническое ожирение.

В процессе написания этой главы о модельных животных я получил много замечаний от специалистов по данной вроде бы простой, но очень сложной теме. Например, голый землекоп в лабораторных условиях живет в условиях нормоксии для человека, что для него является гипероксией, однако живет так же долго. Но какое это отношение имеет к человеку, они также не указали.

Механизмы формирования видовой ПЖ и связанного с ним старения у различных видов сильно отличаются.

Все модельные картины, удаленные в эволюции от человека, не дают ответа на вопрос «Как продлить ПЖ человека?».

Чем ближе модель в эволюции к нашему виду, тем больше практического смысла в исследованиях.

Для ускорения процесса изучения старения следует исследовать патофизиологию возрастзависимых заболевавний нашего самого обычного современника преклонного возраста.