Старение и восстановление после стресса

Исследовательская группа сингапурской биотехнологической компании Gero в сотрудничестве с комплексным онкологическим центром Roswell Park в Буффало представила в журнале Nature Communications исследование о связи между старением и потерей способности восстанавливаться после стресса.

Недавно ученые сообщили о первых многообещающих примерах обращения вспять биологического возраста с помощью экспериментальных вмешательств. Действительно, многие типы биологических часов правильно предсказывают более продолжительную жизнь тем, кто выбирает здоровый образ жизни или отказывается от вредных привычек, например, бросает курить. До сих пор неизвестно, насколько быстро меняется биологический возраст одного и того же человека с течением времени, и как отличать кратковременные колебания от подлинной тенденции изменения биологического возраста.

Появление больших биомедицинских данных, включающих множество характеристик одних и тех же людей, открывает целый ряд новых возможностей и практических инструментов для понимания и количественной оценки процесса старения у людей. Группа специалистов в области биологии и биофизики представила результаты детального анализа динамических свойств колебаний физиологических показателей по индивидуальным траекториям старения.

Здоровые люди оказались очень устойчивыми, в то время как потеря устойчивости была связана с хроническими заболеваниями и повышенным риском смертности от всех причин. Было обнаружено, что скорость восстановления до равновесного исходного уровня после стрессов ухудшается с возрастом. Времени, необходимого для восстановления, требовалось все больше и больше. Время восстановления, составляющее около двух недель для 40-летних здоровых взрослых людей, растянулось в среднем до шести недель для 80-летних. Этот вывод был подтвержден с использованием двух наборов данных, основанных на двух видах биологических измерений – параметрах анализа крови и уровнях физической активности, которые были зафиксированы с помощью носимых устройств.

“Расчет устойчивости к стрессу на основе потоков данных о физической активности был реализован в приложении GeroSense для iPhone и стал доступным для исследовательского сообщества через веб-API”, – говорит первый автор исследования Тим Пырков, руководитель проекта mHealth в Gero.

Если тенденция сохраняется в более позднем возрасте, экстраполяция показывает полную потерю устойчивости человеческого организма, то есть способности к восстановлению, в возрасте примерно 120-150 лет. Снижение жизнестойкости наблюдалось даже у лиц, не страдающих серьезными хроническими заболеваниями, и привело к увеличению диапазона колебаний физиологических показателей. С возрастом требуется больше времени для восстановления после душевного волнения, и в среднем мы проводим все меньше и меньше времени в близком к оптимальному физиологическом состоянии.

Прогнозируемая потеря жизнестойкости даже у самых здоровых, наиболее успешно стареющих людей может объяснить, почему мы не видим очевидного увеличения максимальной продолжительности жизни, хотя средняя продолжительность жизни неуклонно росла в течение последних десятилетий. Расходящиеся колебания физиологических показателей могут означать, что любое вмешательство, которое влияет на снижение устойчивости, может эффективно увеличить максимальную продолжительность жизни и, следовательно, может привести только к постепенному увеличению продолжительности жизни человека.

Старение человека – сложный и многоэтапный процесс. Поэтому было бы трудно свести процесс старения только к одному числу, например биологическому возрасту. Работа Gero показывает, что лонгитюдные исследования открывают совершенно новое окно в процесс старения и дают независимые биомаркеры старения человека, пригодные для применения в геронауке и будущих клинических испытаниях принимаемых мер против старения.

“Старение у людей проявляет универсальные черты, общие для сложных систем, находящихся на грани распада. Эта работа является демонстрацией того, как концепции, заимствованные из физических наук, могут быть использованы в биологии для изучения различных аспектов старения и бренности, чтобы принять эффективные меры против старения”, – говорит Петр Федичев, соучредитель и генеральный директор Gero.

Соответственно, невозможно сильно продлить жизнь только путем предотвращения или лечения болезней без остановки самого процесса старения, являющегося основной причиной потери жизнестойкости. Мы не представляем себе никаких законов природы, запрещающих такое вмешательство. Таким образом, модель старения, представленная в этой работе, может направлять разработку методов лечения, продлевающих жизнь, с максимально возможным воздействием на продолжительность жизни.

“Эта работа команды Gero показывает, что лонгитюдные исследования предоставляют новые возможности для понимания процесса старения и систематической идентификации биомаркеров старения человека в больших биомедицинских данных. Это исследование поможет понять пределы долголетия и будущие меры по борьбе со старением. Что еще более важно, это исследование может помочь преодолеть растущий разрыв между здоровьем и продолжительностью жизни, который продолжает увеличиваться в большинстве развивающихся стран”, – говорит Брайан Кеннеди, заслуженный профессор биохимии и физиологии в Национальном университете Сингапура.

“Эта работа, на мой взгляд, является концептуальным прорывом, поскольку она определяет и разделяет роли фундаментальных факторов в долголетии человека – старение, определяемое как прогрессирующая потеря жизнестойкости, и связанные с возрастом болезни, как “исполнители смерти” после потери жизнестойкости. Это объясняет, почему даже самая эффективная профилактика и лечение возрастных заболеваний может только улучшить среднюю, но не максимальную продолжительность жизни, если не будут разработаны настоящие методы лечения старения”, – говорит профессор Андрей Гудков, старший научный сотрудник вице-президент и заведующий кафедрой биологии клеточного стресса в Комплексном онкологическом центре Розуэлл-Парка, соавтор этой работы и соучредитель Genome Protection, Inc., биотехнологической компании, которая специализируется на разработке антивозрастных методов лечения.

“Исследование показывает, что скорость восстановления является важным признаком старения, на которое может быть направлена разработка лекарств для замедления этого процесса и увеличения продолжительности жизни”, – комментирует Дэвид Синклер, профессор генетики Гарвардской медицинской школы.

“Исследование Gero неожиданно приходит к аналогичной количественной оценке жизнестойкости человека – предложенному биомаркеру старения – на основе двух совершенно разных типов данных: параметров анализа крови и уровней физической активности, регистрируемых при помощи носимых устройств. Я очень рад видеть, как на основе полученных данные о здоровье человека могут быть созданы индивидуальные лонгитюдные профили здоровья, которые помогут прояснить такой феномен здоровья, как старение на протяжении всей жизни”, – говорит Лука Фошини, соучредитель и главный специалист по данным в Evidation Health.

Два маркера старения

Авторы охарактеризовали динамику физиологических показателей на временной шкале продолжительности жизни человека минимальным набором из двух параметров. Первое – это моментальное значение, часто называемое биологическим возрастом, и в этой работе оно иллюстрируется индексом динамического состояния организма (ИДСО). Эта величина связана со стрессами, образом жизни и хроническими заболеваниями и может быть рассчитана на основе стандартного анализа крови.

Другой новый параметр – устойчивость – отражает динамические свойства колебаний состояния организма: он информирует о том, как быстро значение ИДСО возвращается к норме, реагируя на стрессы.

Когда начинается старение?

Возрастные изменения физиологических параметров начинаются с рождения. Однако различные параметры изменяются по-разному на разных этапах жизни (см., например, предыдущую работу тех же авторов, опубликованную в Aging US в 2018 году).

Данные статьи, опубликованной в Nature Communications, показывают, что существует различие между фазой роста (в основном завершенной к 30 годам в соответствии с универсальной теорией роста Джеффри Уэста) и старением. В возрасте 40 лет и старше старение проявляется в виде медленного (линейного, субэкспоненциального) отклонения физиологических показателей от их эталонных значений.

Как часто следует измерять биологический возраст?

Естественно, физиологические параметры подвержены колебаниям около некоторого равновесного уровня. Уровень глюкозы повышается и понижается после еды, продолжительность сна немного отличается каждый день. Тем не менее, можно собрать лонгитюдный набор данных, то есть серию таких показателей одного и того же человека, и заметить, что средние показатели различаются у разных людей. Устойчивость также требует повторных измерений, поскольку для расчета устойчивости необходимо точно знать, когда было достигнуто восстановление.

Важно отметить, что устойчивость также дает удобное представление о том, как часто следует проводить повторные измерения. Как показывает опыт, период наблюдения, необходимый для надежного определения биологического возраста, должен включать в себя множество стрессовых событий и периодов восстановления. Для самых здоровых людей такой период наблюдения составляет несколько месяцев и должен увеличиваться с возрастом. В течение этого времени для надежного определения биологического возраста потребуется несколько точек данных во время восстановления, то есть в идеале одно измерение в несколько дней.

В игру вступают носимые устройства

В 2021 году единственным практическим способом достижения высокой (один раз в день или лучше) частоты измерений является использование данных мобильных/носимых датчиков.

В другой статье авторы сосредоточились на данных носимых/мобильных датчиков. Они создали носимый датчик индекса динамического состояния организма, который они назвали GeroSense, и сообщили о его валидационных тестах. GeroSense можно использовать для расчета устойчивости. Исследования населения показывает, что число людей, у которых наблюдаются признаки потери устойчивости, экспоненциально увеличивается  с возрастом и удваивается каждые восемь лет со скоростью, соответствующей закону смертности Гомперца (Б. Гомпертц в 1827 году впервые заметил, что смертность от всех причин удваивается каждые восемь лет).