Kitabı oku: «От нейронов до гормонов. Современные научные знания о геронтологии и советы, как защитить свое тело и мозг от преждевременного старения», sayfa 2

Нейрон. держащий на вытянутом аксоне синапс, – дирижер нашего старения

Более века длящаяся расшифровка языка нашего мозга ставит нас перед вопросом самопознания: «Я – сеть синапсов или что-то большее?» И если работу мозга можно объяснить потенциалами на мембранах, выделением нейромедиаторов, то сам собой возникает вопрос: «А где же здесь я? Где же тут моя личность, моя душа?»

Наш мозг – это около 86 миллиардов нейронов, при этом только часть – около 16 миллиардов – это нейроны коры. Чтобы почувствовать цифру в 86 миллиардов, можно представить, как мы поднимаемся на квадрокоптере над Москвой, самой большой столицей Европы, с ее 15-ю или даже 20-ю миллионами жителей и туристов, каждый из которых произошел из одной зародышевой клетки, которые, если собрать их вместе, можно уместить на одной ладони. И все эти цифры в тысячу раз меньше количества нейронов одного мозга.

Сложность нашего мозга много выше организации огромного мегаполиса, ведь мозг – это 100 триллионов синапсов. И это не предел!

По отдельным оценкам, эти цифры доходят до 500 триллионов синапсов! А у новорожденных – до квадриллиона (1 000 триллионов) синапсов. Каждый кортикальный нейрон имеет несколько тысяч связей с другими клетками мозга, длина всей сети нервных волокон нашего мозга оценивается в 150 000 километров. Эти цифры сложно сравнить даже со всем населением нашей планеты! Уже сегодня, в 2019 году на Земле живут 7,71368 млрд человек (оценка ООН на 2020 год – 7,79499 млрд, а 3 000 лет назад население планеты составляло, по-видимому, лишь 0,66 % от современной популяции).

Нейроны нашего мозга – это высокодифференцированные клетки, которые не делятся после рождения (при рождении вес мозга мальчика составляет 340 граммов, у девочек – на 10 граммов меньше). Но раз вес мозга и после рождения растет, причем в три раза, то увеличение веса мозга по мере взросления человека интуитивно подразумевает как бы и увеличение количества нейронов? Однако есть данные, что их количество, наоборот, уменьшается по мере взросления. Так почему же вес мозга после рождения растет?

Радиоуглеродный анализ не показал образования новых нейронов у человека после рождения. Однако были и работы, которые доказали, что с возраста 15 месяцев и до 6 лет у человека происходит двукратное увеличение числа корковых нейронов, что прямо говорит о том, что в постнатальном периоде идет нейрогенез. Все это свидетельствует лишь о том, что тут нет никакой точности и это вопрос для будущих исследований. Так что точку ставить рано.

Становление окончательных размеров мозга человека происходит к 13–16 годам. Мозг женщины меньше на 110–130 граммов, чем у мужчины, но речь идет о средних цифрах. Конечно, есть женщины с более крупным мозгом, чем у мужчин, и мужчины, у которых размер мозга – на нижней границе нормы.

Если вес мозга в онтогенезе легко оценить, то с нейронами и синапсами все сложнее, для этого нужно проникнуть в мозг в очень короткие сроки после смерти, чтобы отсечь постмортальные изменения. Тут речь идет о минутах. Изучение нейроморфологии с помощью светооптической микроскопии началось в мире с нейронной теории Кахаля в 1897–1891 годах. В нашей стране – при изучении мозга В. И. Ленина в сравнении с другими выдающимися людьми СССР, для чего и был создан НИИ мозга в Москве.

Иногда говорят о цитоархитектонике, иногда – о синапсоархитектонике мозга. Синапс – это высокоспециализированный щелевой контакт между двумя клетками нервной системы. Их сложно посчитать у человека. С животными легче. Например, посчитано, что в двигательной коре мартышек у одного нейрона 60 тысяч синапсов.

Синапсы бывают не только химические, но и электрические (или эфапсы). Это простые по механизму действия щелевые контакты с возможностью проведения электрического сигнала в обоих направлениях. Так как мозг человека эволюционировал в сторону усложнения, то их количество уменьшилось и составляет сегодня около 1 % от общего количества синапсов. Тем не менее, они встречаются во всех отделах мозга человека. Существование электрических синапсов доказано лишь в 1959 году Дэвидом Поттером и Эдвином Фершпаном. А до них ученые считали, что нейроны «общаются» только с помощью химической передачи сигнала.

Еще бывают неспецифические клеточные контакты.

Синапсы могут быть простыми, когда соединение идет от аксона к одному дендриту или от одного дендрита к другому дендриту, но бывают и сложные, когда аксон оканчивается сразу на двух дендритах или один дендрит оканчивается на двух аксонах. Самые сложные синапсы – сериальные.

Синапсы объединены в модули. Например, при размере модуля 30 мкм, в нем 110 нейронов, а синапсов при этом никак не меньше 10 миллионов. Есть некая зависимость связи количества нейронов и видовой продолжительности жизни, например, слон имеет 250 миллиардов нейронов, мышь – лишь 0,6 миллиарда, у макаки резус – 6 миллиардов. Соотношение веса мозга и веса тела называют индексом энцефализации, с которым тоже связывают длительность жизни вида. Т. е. чем больше мозг и меньше вес тела, тем вроде бы вид должен жить дольше. Но на самом деле все сложнее, так как есть множество дополнительных факторов, которые приводят к тому, что даже близкие в эволюционной цепочке виды из одного семейства и даже при одинаковом весе тела имеют весьма разную продолжительность жизни вида.

При старении происходит не только атрофия нервной ткани мозга, но и изменения как тел нейронов, так и их отростков. А также дендритов, аксонов и их синаптических терминалей. Так как в мозге наиболее представленными являются аксондендрические синапсы, то и наиболее частые изменения происходят именно в них. Изменения происходят как в пресинаптических, так и постсинаптических мембранах. Сосуды мозга и глиальные клетки тоже подвергаются изменениям.

Причем важно попытаться отграничить изменения мозга без признаков нейродегенеративного заболевания от некоего условного «успешного» старения. Пока никому этого не удалось. Еще в 1966 году ученый Мацуяма показал, что в 99 % случаев секционного материала после 70 лет уже есть нейродегенерация, характерная для болезни Альцгеймера. И тем не менее, деменции у этих людей не было – вот такой удивительный факт!

Нейроны накапливают желто-коричневый пигмент, называемый липофусцином. Они изменяют свой размер и функцию. Размер ядра нейрона и его функция также меняются, увеличивается количество малоактивных клеток, происходит гетерохроматизация ядра, т. е. изменения функционирования генетического аппарата нейрона. Значительно изменяются митохондрии нейронов, они страдают сильнее и раньше других органелл клетки.

Кроме нейронов, в мозге много и других клеток: это глиальные клетки, наиболее известные из них – астроциты, эпиндемоциты, стволовые клетки.

В гиппокампе мозга происходит один из самых уникальных феноменов зрелого мозга – образование новых нейронов (или нейрогенез). Именно гиппокамп одновременно является одним из самых вовлеченных в процесс при нарушении памяти у пациентов с болезнью Альцгеймера.

Предполагается, что, в отличие от нормального старения мозга, при данном заболевании, которое сегодня все чаще и чаще называют «чумой» постаревшего мира, образование новых нейронов в данной области резко уменьшается.

 После 70 лет нейродегенерация, характерная для болезни Альцгеймера, может быть и у людей, не страдающих деменцией.

По мнению нейробиологов, в мозге здорового молодого человека около 10 миллионов стволовых клеток. В мозге 2 зоны, которые их содержат, – область гиппокампа и субвентрикулярная область. Григорий Ениколопов, заведующий лабораторией стволовых клеток мозга МФТИ, говорит следующее: «Тотального запрета на симметричные деления может и не быть, и увеличение стволовых клеток в количестве возможно при определенных условиях. Поиск таких воздействий, стимулирующих деление и обновление нейрональных стволовых клеток, но одновременно не истощающих их пул преждевременно, должен продолжаться»⁴.

Снижение веса мозга при старении объясняется тем, что с возрастом происходит потеря нейронов, которые оцениваются приблизительно 2,85-2,92 % от общего их количества за каждое десятилетие жизни. Хотя уменьшение количества и плотности расположения нейронов носит диффузный характер, наиболее выраженная потеря нейронов происходит в полосатом теле, прецентральной и постцентральных извилинах коры, в мозжечке и гиппокампе (до 6 % за каждое десятилетие). Меньше всего возрастных изменений происходит в стволе и среднем мозге.

Результаты исследования мозга у приматов показали подобные изменения.

Наш мозг постоянно участвует в поддержании гомеостаза и адаптации. Мозг – не только сложнейшая конструкция, состоящая из нервных тканей, потребляющая более 20 % всей поступающей в наш организм энергии, но это еще и эндокринный орган. Именно он стоит во главе любой гомеостатической реакции. Сегодня наука под названием нейроэндокринология занимается взаимоотношениями нервной и эндокринной систем, изучением гипоталамических рилизинг-факторов и их контролем над воспроизведением, развитием, поддержанием гомеостатического равновесия и адаптационными реакциями организма на любые воздействия.

Открытая недавно глимфатическая система, которая наиболее активна во время нашего сна, отвечает за метаболическую очистку мозга из периваскулярного пространства от бета-амилоида синуклеина. И если происходит нарушение сна, то удаление происходит в недостаточном объеме, что может быть одним из механизмов нейродегенерации.

До сих пор нет доказательств того, что мы можем хоть как-то минимально приостановить постоянную потерю наших нейронов с возрастом. Тут человечество терпит неудачу за неудачей. Но есть ли это череда неудач или еще один шаг к пониманию того, чего делать не нужно?

В 2015 году выдающийся российский ученый А. М. Оловников, член секции геронтологии МОИП при МГУ, выдвинул хронографическую гипотезу старения, согласно которой существуют темпоральные нейроны (некие водители ритма), которые с помощью хрономеров, аналогов отрезков ядерной ДНК, задают видовую продолжительность жизни.

Снижение веса мозга человека, как и высших приматов, в процессе старения определено уменьшением количества нейронов.

Нейродегенеративные процессы приводят к более резкому падению, как бы к обвалу жизнеспособности человека.

Не вызывает сомнений, что уменьшение количества нейронов – одна из ведущих причин старения человека.

Мы – это наш мозг. Можно говорить, что когда ученый изучает людей, их жизнедеятельность, наш мозг изучает себя. Сегодня наш мозг можно представить как наш интеллект, который держит на вытянутом аксоне гаджет. Посмотрите вокруг и вы увидите, что практически везде люди живут и передвигаются со смартфонами в руках. Эти цифровые устройства быстро меняют организацию работы нашей высшей нервной деятельности, что становится само по себе новым явлением, которого никогда не было в истории человечества.

Снижение веса мозга человека, как и высших приматов, в процессе старения определено уменьшением количества нейронов.

Нейродегенеративные процессы приводят к более резкому падению, как бы к обвалу жизнеспособности человека.

Не вызывает сомнений, что уменьшение количества нейронов – одна из ведущих причин старения человека.

Сон в ритме онтогенеза

В наше время одновременно идут несколько серьезных процессов, самые важные из которых, на мой взгляд, – это цифровизация планеты и старение ее населения. Наш мозг, наш нейрон и наш синапс решили с помощью цифрового устройства изменить процесс нашего старения, и это происходит сегодня. Мы можем сказать, что живем во времена обыкновенного чуда.

Наша жизнь – это сплошной ритм, у кого – в стиле диско, у кого – в стиле джаза. Смена поколений тоже представляет собой ритм, только эволюции. Даже периодический приход в профессию молодых геронтологов, которые полагают себя умнее предыдущих поколений, создает своеобразный ритм.

Тема ритмов в жизни важна и для биогеронтологии, и для клинической геронтологии, поэтому я не мог пройти мимо нее. Если посмотреть базу pubmed по словам «старение» и «сон», то мы увидим более 5 000 ссылок, и из них более 2 000 – только за последние 5 лет.

Самый четкий ритм в нашей жизни – именно в смене сна и бодрствования. Мы с рождения спим, взрослеем – спим, стареем – тоже спим, больны мы или здоровы – мы всегда спим. Сон – это концептуальная эволюционная конструкция жизненно важной для нашего организма значимости. Если лишить нас сна, то мы быстро (приблизительно через неделю) заболеем и погибнем. И этот факт, как и то, что при возрастзависимых болезнях нарушается сон, приводит к интуитивным и рационально обоснованным выводам, что действие механизмов сна имеет важное значение в процессе старения. А возможно, механизмы сна и старения так связаны, что нам остается только потянуть за ниточку ритма сна, чтобы понять организацию ритма старения?

Что объединяет попрошайку с откушенной крокодилом ногой где-то в Сегу в далекой стране догонов в Мали и лощеного топ-менеджера в лимузине в Москве? Афара и венгра, чукчу и мальгаша, осетина и поляка? Скажете, они дышат, едят и двигаются. Да. И, наверное, в руках у них сотовый телефон? Да, но они еще и обязательно спят. Именно четкий ритм «сон-бодрствование» очень важен для всех людей.

Сон занимает одну треть жизни человека. Если современный человек живет около 30 000 дней, то из них около 10 000 он спит, поэтому это не просто часть нашей жизни, но часть жизни, когда мы стареем. Мы сегодня не знаем точных механизмов сна, даже функциональные цели сна имеют невнятные очертания.

Сначала, после появления на свет, мы много спим… Постепенно потребность во сне падает. Нам уже не нужно спать большую часть дня, затем можно вообще не спать днем. И именно когда потребность в количестве сна останавливается на определенном временном диапазоне, можно говорить, что произошло не только становление механизмов самого сна, но и принять этот возраст за условный порог, с которого начинаются процессы старения, – организм развил свои механизмы адаптации, далее начнется хоть и пока незаметное, но старение. И это происходит приблизительно в 15 лет. Это хорошо совпадает и с данными таблиц смертности, т. е. количественным подходом к оценке кинетики старения. Приблизительно в этом возрасте начинается постепенный рост смертности в популяции.

Как хорошо вы спите в детстве и юности, сразу ли встаете и готовы ли быстро начать что-то делать! И как старый человек тяжело засыпает, часто просыпается, а еще тяжелее встает в старости. Особенно это заметно в случае патологического старения с развитием процесса нейродегенерации. Именно у пациентов с патологическим старением мозга по нарушению их сна можно обнаружить начало заболевания за долгое время до клинических его проявлений. К примеру, по двигательным нарушениям во сне можно дать прогноз за 10–15 лет до первых проявлений идиопатического паркинсонизма.

Таким образом, сон-здоровье-болезни и, наконец, старение тесно связаны, возможно, их механизмы настолько проникают друг в друга, что и разделить их нельзя.

Сам механизм сна возник в эволюции очень давно, так как он есть у самых древних животных. Фазовость структуры сна также присутствует у очень отдаленных от нас на эволюцинной лестнице животных. Например, он есть у лекарственной каракатицы, и несмотря на то, что она спит только три часа, ее сон имеет четкие смены аналогов быстрого и медленного сна человека.

Существует много гипотез, и одна из них принадлежит российскому ученому И. Н. Пигареву. Он говорит, что сон – это время переключения центральных отделов нервной системы на обработку информации, полученной в течение дня от внутренних органов.

Итак, сон – это типичное состояние с фазовой структурой, характеризующееся утратой сознания, уменьшением двигательной активности и отсутствием реакции на внешние раздражители, особенно зрительной модальности. Такое состояние предполагает пассивное состояние, как бы сказало большинство людей. Но это не так. Это активный и жизненно важный процесс. Именно во время сна происходит переход кратковременной памяти в долговременную, возможно, здесь же нужно искать ответ на вопросы о функционировании механизмов нарушения памяти при синдроме деменции у старых людей, так как именно с кратковременной памяти начинаются проявления болезни Альцгеймера.

Сон состоит у человека из двух типов: быстрого и медленного. Приблизительно каждые полтора часа сна один тип сменяется другим. Сон начинается с медленного сна, который состоит из трех стадий. В этом сне происходят характерные изменения фоновой электрической активности мозга, здесь превалируют волны медленного дельта-диапазона. Это третья стадия медленного сна, его так и называют: «медленный сон».

В медленной стадии сна, особенно в первом цикле, за ночь происходит выброс СТГ в кровь, что очень важно для тех, кого интересует замедление персонального старения, так как при старении происходит снижение синтеза этого важного гормона. К утру или, точнее, к окончанию сна медленный сон становится короче. В стадии медленного (глубокого) сна человек может говорить и даже двигаться (явления сомнамбулизма), что как бы говорит нам, что не весь мозг при этом спит. Человек может осознавать себя во время сна.

Второй тип сна – это быстрый сон. Для него характерны высокая активность мозга, быстрые движения глаз (почему его и назвали быстрым), эпизодические подергивания, например, конечностей или даже ушей. Этот сон занимает 25 % от длительности нашего сна. Процесс сна никогда не начинается с этой фазы, она появляется только через 80 минут после засыпания. К утру эта стадия становится значимо дольше.

За ночь циклов «медленный-быстрый сон» обычно 5, но бывает и 4, и 6. Бывают люди, которые спят очень мало и при этом хорошо высыпаются, им достаточно 3 смен, но количество таких людей очень незначительно. Гораздо больше людей, которые «добирают» свой сон днем, но об этом не говорят.

Если в быстром сне происходит увеличение выделения ацетилхолина, глутамата, то в медленном сне происходит постепенное снижение выделения этих медиаторов. Другие медиаторы – норадреналин, серотонин, гистамин, орексин – не имеют такой динамики и их выделение уменьшается.

 Сон – это активный, жизненно важный процесс. Пока мы спим, в нашем мозге происходит множество процессов.

Есть пик смертности у людей под утро – царство блуждающего нерва n. vagusa, время преобладания парасимпатических влияний. Возможно, что такое временное оформление событий болезни, а по сути – умирания, было и у И. В. Джугашвили (Сталина). Именно под утро на 2 марта у него произошел инсульт в левом полушарии, что в дальнейшем подтверждено актом патологоанатомического исследования, которое было произведено 6 марта 1953 года; начато в 4 утра и окончено в 13 часов того же дня: «<…> обширное кровоизлияние с размягчением в области подкорковых узлов и внутренней капсулы левого полушария мозга». Подписи: Третьяков, Аничков, Куперин, Скворцов, Струков, Усков, Мордашев, Мигунов, Русаков. От консилиума профессоров-врачей присутствовали Лукомский и Мясников.

Сегодня можно с уверенностью говорить, что нарушения сна могут провоцировать патофизиологические процессы в организме, включая и те, что тесно связаны с механизмами старения. И не обязательно это нарушение засыпания или самого сна, это и гиперсомния (избыточная сонливость), и нарушение дыхания во сне, и двигательные расстройства. Существует около 80 видов нарушений сна, отдельные сомнологи насчитывают их даже более 90. Многие из них протекают с гипоксическими и гиперкапническими состояниями.

Обычно во время сна артериальное давление снижается на 10–20 мм рт. ст., но есть люди, у которых давление, наоборот, растет, и такую артериальную гипертензию можно поймать только суточным мониторированием давления.

Более половины пациентов, перенесших инсульт, имеют те или иные нарушения сна, включая гиперсомнию, бессонницу, парасомнию или нарушения дыхания во сне.

Одной из основных причин тяжелой гиперсомнии являются острые инсульты ствола мозга, гипоталамической и таламической зон. Такой сон иногда называют летаргическим. Причина этого – поражение синего пятна ствола мозга (важнейшей норадренергической структуры ствола мозга) или восходящих влияний ретикулярной формации. Именно они обеспечивают важнейшие интегративные функции по согласованию работы высших корковых функций и их вегетативного обеспечения. Именно поражения этого отдела мозга вызывают самую значимую несовместимость с жизнью. Роль ретикулярной формации в старении человека пока наименее изучена.

В настоящее время в некоторых отраслях экономики число людей, работающих с посменным режимом, довольно высоко и достигает 15–20 % от общего количества занятых. У этих людей чаще наблюдается ожирение, нарушение липидного обмена и толерантности к глюкозе. Также есть данные о гораздо большем количестве смертей от злокачественных новообразований. Такие исследования проводили в Дании, Финляндии и США (изучали риск рака молочной железы у медсестер и стюардесс). Подобная картина наблюдается и в отношении рака толстого кишечника у женщин, работающих по ночам. В Норвегии при изучении 45 тысяч медицинских сестер установлено, что риск рака молочной железы у работавших по ночам в течение 30 лет возрастает более чем в два раза.

Многие исследования связывают нарушения сна с отложением бета-амилоида, а в последнее время – и тау-белка. Ранее, в 2015 году сообщалось, что если во время сна отмечалась нерегулярная потеря медленноволновой активности, особенно в частотах ниже 1 гц, то это являлось прогнозом высокого уровня отложений бета-амилоида у здоровых пожилых людей. Исследователи из Медицинской школы Вашингтонского университета в 2019 году сообщили, что снижение медленноволновой активности еще больше коррелирует с количеством тау-белка. Но сопровождается ли патология с отложением тау-белка с собственным и уникальным ЭЭГ-паттерном, пока не понятно.

Чтобы проверить эту идею, ученые в Беркли проанализировали данные участников без когнитивных нарушений. После ПЭТ- сканирования 24 женщины и 7 мужчин со средним возрастом 76 лет проводили ночь в сомнологической лаборатории. Исследование длилось 11 месяцев. ЭЭГ записи во время сна подтвердили, что меньшее количество медленной волновой активности коррелировало с большим количеством бета-амилоидов. Высказано предположение, что существует некая связь медленных колебаний с ЭЭГ-веретенами, что отражает обработку информации гиппокампом во время сна. Недавно Рикардо Осорио и Эндрю Варга из Нью-Йорка обнаружили, что у «когнитивно здоровых» пожилых людей количество тау-белка коррелирует с плотностью и с другими свойствами веретена. Но можно ли использовать этот паттерн в качестве маркера бета-амилоида и тау-белка, пока не ясно.

Как видно только по росту количества научных статей, интерес к механизмам сна, который и так был далеко не маленьким, в последние годы заметно возрос. Нобелевская премия по физиологии и медицине 2017 года и премия Грубера за 2019 год (которая будет вручена осенью 2019 года Джозефу Такахаси, работающему в США), связаны с работой биологических часов человека.

Сон – это яркое состояние метаболической адаптации нашего организма, отточенное самой эволюцией.

У каждого человека сон состоит из двух типов сна: медленного и быстрого.

Персональная длительность сна у каждого человека разная, она генетически детерминирована.