Я начал изучать старение с изучения феномена лимита Хейфлика на клеточных культурах у А.Н. Хохлова, ныне заведующего сектором эволюционной цитогеронтологии биофака МГУ. Сегодня он признанный всем миром заслуженный мэтр отечественной и мировой геронтологии.
Это было в далеком 1986 г. Тогда же я стал получать реферативный журнал Всероссийского института научной и технической информации РАН (ВИНИТИ) «Биология старения», в котором до 30% статей были уже именно о болезни Альцгеймера. Очевидно, это и привело меня к изучению мозга и его старения.
Мы — это наш мозг. Можно образно утверждать, когда ученый изучает людей, их жизнедеятельность, память, интеллект, это наш мозг изучает себя. В том числе это относится и к старению. В организме стареют все органы и ткани. И даже половые клетки. А если кто-то полагает, что эти клетки не стареют, ссылаясь на теорию о «бессмертной зародышевой герме», которая передается из поколения в поколение, то нет, разочарую, и они тоже стареют.
Нейроны нашего мозга, конечно, тоже стареют. Наш мозг — это до 100 млрд нейронов (из них около 16 млрд это нейроны коры). Нейроны нашего мозга — высокодифференцированные клетки.
Когда нейроученые обсуждают организацию функционирования мозга, часто говорят о цитоархитектонике или о синапсоархитектонике мозга [1]. Синапс — это высокоспециализированный щелевой контакт между двумя клетками нервной системы. Их сложно посчитать. Вот, например, в двигательной коре мартышки у одного нейрона 60 тыс. синапсов. Каждый кортикальный нейрон человека имеет несколько тысяч связей с другими клетками нашего мозга, а длина всей сети нервных волокон насчитывает 150 тыс. км.
А вот из последнего — исследователи из Google совместно с лабораторией Лихтмана взяли примерно 1 мм³ мозгового вещества коры у 45-летней пациентки. Затем они порезали этот кубик микротомом на 5300 срезов толщиной всего лишь около 30 нм и изучили электронным микроскопом. Это первый кубический миллиметр мозга, «восстановленный» из 225 млн индивидуальных 2D-изображений, в котором оказалось 130 млн синапсов. И это впечатляет [2]. Глиальных клеток было больше количества нейронов в 2 раза, а олигодендроциты — наиболее распространенный тип клеток в этом объеме.
Синапсы бывают не только химические, когда передача электрического сигнала происходит с помощью веществ, называемых нейромедиаторами, но и электрические (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 уменьшалось и составляет сегодня около 1% общего количества синапсов.
Синапсы бывают простые, 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. Встречаются и более сложные варианты. Синапсы объединены в модули. Еще бывают неспецифические клеточные контакты.
Есть некая зависимость связи количества нейронов и видовой продолжительности жизни, например, слон имеет 250 млрд нейронов, мышь лишь 0,6 млрд, у макаки-резус 6 млрд. Соотношение массы мозга и массы тела часто называют индексом энцефализации, с которым тоже связывают длительность жизни вида. Но все сложнее, так как есть множество дополнительных факторов окружающей среды, которые приводят к тому, что даже близкие в эволюции виды из одного семейства при одинаковой массе тела и мозга имеют заметно различающиеся продолжительности жизни вида.
Удивительнейшая загадка природы — почему шимпанзе живет в диком лесу Камеруна, а эволюционно близкий к нему человек, с которым у него 5–6 млн лет назад был даже общий предок протообезьяна, не только расселился по всей планете, но и изменил ее облик. И даже вышел в космос. При этом цитоархитектоника полей, проводящие пути мозга у нас с этим лабораторным двойником одинаковые. Мы живем в 2 раза дольше — в природе все обезьяны гибнут к 30–35 годам, а в зоопарке редко доживают до 60. Интересно, что у шимпанзе проявляются признаки клинической старости также раньше, чем у человека, начиная с 30–35 лет. Человек же живет 70–80 лет, и может дожить до 117 лет (редкое исключение, более высокие цифры имеют признаки недостоверности и фальсификации) [3]. Может быть, именно наш интеллект и способность к абстрактному мышлению, которые не имеют не только граней, но даже временных границ, и лежат в основе разной видовой продолжительности жизни людей и шимпанзе?
| Сегодня многие популярные книги и лекции изобилуют обещаниями скорой победы над болезнями мозга, но разве можно что-то победить, если мы даже не знаем, как это работает? |
При старении происходит не только потеря клеток мозга, но и изменение как тел нейронов, так и их отростков. А также дендритов, аксонов и их синаптических терминалей. Так как в мозге наиболее представлены аксондендрические синапсы, то эти наиболее частые изменения происходят в них. Изменения происходят как в пресинаптических, так и в постсинаптических мембранах.
Нейроны накапливают желто-коричневый пигмент, называемый липофусцином, увеличивается количество малоактивных клеток. Они также изменяют свой размер и функцию. Размер ядра нейрона и его функция также меняются, происходит гетерохроматизация ядра, то есть изменения функционирования генетического аппарата нейрона. Значительные перемены происходят в митохондриях 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 и эпендимоциты. Они, как и сосуды мозга, также подвергаются изменениям. В мозге есть и стволовые клетки, немного, но есть две зоны мозга, которые их содержат, — область гиппокампа и субвентрикулярная область.