Показано увеличение ПЖ старых мышей под влиянием альфа-фетопротеина и выраженные изменения ряда параметров биовозраста у мышей и человека при введении иммунорегулятора трансфер-фактора, что объясняется развиваемой новой иммунорегуляторной теорией старения.
Биомаркеры старения у животных
Наравне с изучением влияния на продолжительность жизни исследования скорости старения по биомаркерам – чаще эта тема обозначается как биологический возраст – являются особенно интересными. Наиболее изучены биомаркеры старения у крыс и мышей, для которых могут быть использованы следующие показатели.
Общие физиологические показатели:
• рост (мыши растут всю жизнь);
• длина хвоста (тоже увеличивается всю жизнь);
• вес тела (вначале растет, затем снижается);
• общий вид по показателям в баллах (блеск, цвет и лоск шерсти, наличие старческого горба и блеск глаз);
• подвижность – по числу пересеченных квадратов за 5 мин. в клетке, разделенной на 20 квадратов;
• ориентировочный рефлекс – число стоек за 5 минут.
Физическая сила:
• время в сек. висения на струне, натянутой на высоте 80 см;
• максимальная сила натяжения динамометра (сила хвата лапками за сетку, прикрепленную к динамометру);
• ОВИМ – относительный вес икроножной мышцы (грызунов).
Общая реактивность: по интенсивности обмена веществ – по потреблению кислорода и температуре тела. Уровень кислородного обмена является важнейшим показателем жизнеспособности клеток, органов и тканей и организма в целом, а температура тела отражает интенсивность общего обмена и с возрастом у мышей она снижается на 1,5–2 ℃ и более. Для исследования потребления кислорода мышей помещают в герметически закрытый эксикатор и содержание кислорода мониторируется кислородомером, регистрируется время снижения содержания кислорода на 2 % от исходного с дальнейшим расчетом потребления кислорода на кг массы в час.
Температура тела оценивается в прямой кишке цифровым термометром на глубине 1 см (точность не менее 0,1 ℃).
Морфологические показатели: вес внутренних органов (абсолютный и относительный к массе тела) для оценки возрастной атрофии тканей.
Старение соединительной ткани: по физико-химическим свойствам – способности к набуханию участка хвоста животных в концентрированной серной кислоте (в течение 2 часов, определяется гравиметрически с точностью до 1 мг).
Состояние антиоксидантной системы (АОС) отражает процессы повреждения тканей и составляет сущность свободнорадикальной теории старения; активность антиоксидантных ферментов – каталазы и пероксидазы – и общее содержание продуктов свободнорадикального повреждения – ТБК-активных веществ, реагирующих с тиобарбитуровой кислотой, и содержание восстановленного и окисленного глутатиона – ВГ и ОГ.
Общая реактивность клеток определяется по осмотической резистентности эритроцитов.
Состояние иммунной системы: относительный вес органов иммунитета (тимуса и селезенки), а также количество циркулирующих иммунных комплексов (ЦИК) сыворотки крови методом осаждения декстраном 6000 с нефелометрической регистрацией степени помутнения на спектрофотометре (результаты выражаются в у. е., равных оптической плотности).
Сорбция тканью печени красителей: навеску ткани печени 200–500 мг помещают в 5–10 мл 0,01 % нейтрального красного, через 30 мин. фильтруют, экстрагируют краситель 30 мин. в 2 мл спирта и определяют содержание красителя спектрофотометрически, по оптической плотности при 450 нм.
Потенциал клеточного роста: на примере реакции Селье – фармакологически-индуцированная реакция гиперплазии слюнных желез грызунов, реакция резко снижается с возрастом и зависит от определенных популяций Т-лимфоцитов, регулирующих клеточный рост соматических клеток.
Примерные отличия биомаркеров старения на примере мышей долгоживущей линии BALB/c можно видеть ниже в таблице.
Таблица
Показатели старения молодых (3 мес.) и старых (12 мес.) мышей (самки линии BALB/c) в условиях вивария
Резюме
Обычные заболевания могут являться моделями старения тех или иных систем организма, ввиду развития типичных: синдрома мальабсорбции, гиповитаминоза, нарушения функций половых желез и желез внутренней секреции, стресса и др. Простое строение организма и короткий жизненный цикл простейших позволяют исследовать подробно функции и генетику простейших: изучение нематоды C. elegans позволило изменять ПЖ ее в разы. Последовательное отрезание части цитоплазмы у амебы переводит ее в практически неограниченный рост и ПЖ. Гидра обладает исключительной регенерацией всех ее составляющих, что обеспечивает ей отсутствие старения и неограниченную ПЖ. Муха дрозофила – постмитотическое животное, ее клетки не делятся; на ней видна значимость внешних условий: изменение температуры и доступность самцов изменяет ПЖ самок в разы.
Амфибии, черепахи служат моделью связи ПЖ с температурой, определяющей скорость метаболизма и развития.
Ограничение питания, сопровождаемое снижением температуры и метаболизма, является универсальным способом продления жизни и связано с влиянием на рост и развитие.
Типичным подходом в исследованиях ПЖ является изучение графиков выживаемости, что, впрочем, доступно только для короткоживущих видов, а малый доступный объем когорты ведет к тому, что максимальная ПЖ как срок гибели последней особи подвержена большим статистически вероятностным изменениям.
Перспективным направлением является исследование возрастных биомаркеров старения (биовозраст) у животных, каковыми являются: внешний вид (рост, вес, состояние шерсти, блеск глаз, поза, старческий горб), физиологические функции – сила, подвижность, ориентировочный рефлекс, температура тела и потребление кислорода, относительный вес внутренних органов, в т. ч. относительный вес икроножной мышцы (грызунов) – ОВИМ, состояние соединительной ткани, осмотическая резистентность эритроцитов и др.); биохимические параметры – физико-химические свойства соединительной ткани, уровень ТБК-активных веществ крови, соотношение форм окисленного и восстановленного глутатиона, сорбция красителей тканью печени, флюоресценция экстрактов ткани и пр.); иммунологические показатели – вес тимуса и селезенки, лимфоциты крови, уровень иммунных комплексов крови, а также потенциал клеточного роста – степень индуцированных регенерации или роста ткани/органа.
Модели старения на животных – основа исследования как механизмов старения, так и влияний на старение и ПЖ.
Исследования старения человека методами демографии
Использование математических методов оценки старения
Применение математики в биологии имеет свою историю, которая показывает, как возникал интерес к биологии старения у самих математиков и как биологи постепенно приходили к выводу о том, что их дальнейшие серьезные исследования невозможны без использования математических методов.
В середине XVIII века начинает быстро развиваться практика измерения различных биологических объектов. В частности, француз К. Буржела разработал принципы того, как путем измерения определенных показателей экстерьера лошади оценить степень ее пригодности к различным видам использования; одновременно развивается военная антропометрия, с помощью которой проводятся массовые измерения призывников для отбора среди них гвардейцев и сортировки остальных для несения различных видов воинской службы.
В 1825 году английский специалист по страхованию жизни Б. Гомперц впервые предложил выведенную им формулу, характеризующую зависимость смертности от возраста. Позднее оказалось, что эта формула в достаточной мере применима к любым видам животных, а использованный Гомперцем показатель «интенсивность смертности» однозначно связан с вероятностью дожития особи до того или иного возраста. В последующем У. Мейкем добавил в формулу оценки интенсивности смертности с возрастом коэффициент, зависимый от внешних влияний, и формула Гомперца-Мейкема стала применяться до настоящего времени как основной закон старения – повышение интенсивности смертности с возрастом по экспоненте.
Начиная с 1835 года появляются работы бельгийского антрополога А. Кетле, посвященные статистическим исследованиям и математическому анализу физических и психических особенностей людей. Под влиянием работ Кетле английский антрополог Ф. Гальтон применил статистические методы при исследовании наследственности и изменчивости, а также разработал методы корреляционного и регрессионного анализа, являющиеся основой современной математической статистики. Ученик Гальтона английский биолог К. Пирсон еще дальше продвинул математическую статистику. Основываясь именно на потребностях биологической науки, он ввел понятие среднеквадратического отклонения, разработал метод проверки достоверности расхождения между ожидаемыми и реально полученными закономерностями и многие другие методы, нашедшие применение не только в биологии, но и в физике, метеорологии, инженерном деле и т. д. Еще раньше, одновременно с началом деятельности Гальтона, австрийским ботаником-любителем Г. Менделем был совершен поистине научный подвиг – открыты статистические закономерности наследования качественных признаков, на которые сначала не обратили внимания, а затем открыли заново через 40 лет, что составило основу классической генетики.
Замечательный вклад в математическую статистику ознаменовали работы английского генетика Р. Фишера, соединявшего в себе биолога-экспериментатора и математика. Фишер разработал метод дисперсионного анализа и заложил основы методологии