Старение головного мозга
Механизмы старения мозга
Старение – это патологический процесс, который затрагивает все системы организма. Но, пожалуй, самые драматичные и заметные изменения с возрастом происходят в мозге. Поскольку он является центром управления всем телом, мышлением, памятью, эмоциями, поведением. Когда мозг начинает «давать сбои», это отражается на работе всех органов и тканей, на нашем самочувствии и качестве жизни.
Давайте разберемся, что же происходит с мозгом при старении и почему эти процессы так влияют на здоровье и долголетие всего организма.
Начиная примерно с 40 лет, мозг «сжимается» на 5 % каждое десятилетие, а после 80 лет этот процесс ускоряется.
Первое, что бросается в глаза при взгляде на мозг пожилого человека с помощью томографа – это уменьшение его объема и массы.
В общей сложности, к 80 годам теряется около 20 % объема мозговой ткани по сравнению с 20-летним возрастом. Со структурной точки зрения, при старении наблюдается атрофия серого и белого вещества, расширение желудочков мозга.
На микроскопическом уровне в нейронах накапливается липофусцин, формируются нейрофибриллярные клубки (из агрегатов некоторых белков), а между нейронами – сенильные бляшки, состоящие из сбившихся в кучу пептидов-амилоидов.
На клеточном уровне происходит изменение активности генов, укорочение концов хромосом. Хотя нейроны не делятся, концы хромосом способны обламываться с возрастом, например, под действием свободных радикалов. В нейронах также происходит повреждение митохондриальной ДНК и нарушение функций митохондрий. В результате накапливаются окисленные свободными радикалами и поврежденные молекулы, снижается эффективность утилизации внутриклеточного мусора.
Накопившиеся «отходы» жизнедеятельности, такие как липофусцин, содержат поврежденные и неработающие структуры клетки. Это «пигмент старения», который окрашивает нейроны в коричневый цвет и снижает их функциональность. «Мусор», засоряющий стареющий мозг – это агрегаты окисленных и дефектных белков, фрагменты окисленных внутриклеточных мембран. С возрастом из-за дефектных митохондрий в нейронах все больше образуются свободные радикалы – молекулы с неспаренным электроном, которые и повреждают мембраны, ДНК и особенно белки. Окисленные белки теряют нормальную структуру, склеиваются друг с другом, образуя токсичные сгустки-нейрофибриллы. При старении в мозге откладываются различные аномальные белки – альфа-синуклеин, тау-белок, TDP‑43. Они нарушают связи между нейронами, вызывают воспаление и в конце концов приводят к гибели клеток.
Белковый «мусор» не менее опасен, когда он накапливается внеклеточно, в пространстве между нейронами. Самый известный пример – бляшки из бета-амилоида, которые образуются при болезни Альцгеймера.
Биохимические изменения при старении затрагивают различные системы передачи химических сигналов между нейронами – холинергическую, моноаминовую, а также нейрогормоны. Это приводит к нарушению баланса нейромедиаторов и передачи сигналов в мозге.
Наблюдаются электрофизиологические изменения в работе нейронов – сдвиги порога потенциала действия, снижение его силы и скорости проведения. Постоянство количества кальция в клетках нарушается за счет изменений в работе ионных каналов (белков на поверхности клеток, митохондрий и цистерн эндоплазматической сети, через которые кальций пересекает мембранный барьер) и кальцийсвязывающих белков.
Пространство между нейронами в норме заполнено внеклеточным матриксом (ВКМ). От того, насколько эта инфраструктура нашего «города» под названием мозг удобна, безопасна и динамична, зависит благополучие и активность его обитателей.
Долгое время ученые думали, что ВКМ – это просто пассивный наполнитель между нейронами, в крайнем случае направляющий рост нейронов или помогающий проводить сигналы вдоль нервного волокна. Но сейчас стало ясно, что это не так. ВКМ – живая и активная среда, которая не только поддерживает нейроны физически, как каркас, но и постоянно общается с ними сигналами через особые рецепторы на поверхности клетки, которые способны связываться с фрагментами внеклеточного матрикса, передавая сигналы о его жесткости внутрь клетки. Молекулы ВКМ влияют на рост, выживание, подвижность нейронов, на образование новых связей между ними (синапсов).
Но с возрастом в инфраструктуре мозга появляются поломки. Некоторые молекулы ВКМ окисляются, слипаются между собой – как если бы дороги покрылись трещинами и ямами. Другие компоненты матрикса становятся жесткими – будто каналы и трубы забились. В жесткости внеклеточного матрикса основную роль играют «быстрые углеводы», которые в виде добавленного сахара или крахмалистых продуктов попадают в организм, резко повышая уровень сахара в крови. В результате нейронам становится труднее получать питание, сигналы, расти и образовывать новые контакты.
Помимо нейронов, в мозге есть другие клетки – глии, которые – обслуживающий персонал многомиллиардного города. Они непрерывно взаимодействуют с ВКМ: строят его, перестраивают, убирают поврежденные молекулы. Но с возрастом из-за повышения жесткости и прочих изменений матрикса клетки глии начинают хуже справляться со своими функциями: они теряют подвижность, меньше поддерживают нейроны, могут даже начать бунтовать и повреждать их.
Получается порочный круг: повреждения ВКМ нарушают работу нейронов и глии, а нездоровые нейроны и глия, в свою очередь, не могут поддерживать матрикс в рабочем состоянии. В результате когнитивные способности мозга снижаются, растет риск нейродегенерации.
Мозг стареет в прямой взаимосвязи со старением организма, а не только по своим «внутренним» причинам. В крови пожилых людей и животных накапливаются факторы, способствующие старению мозга. К ним относятся провоспалительные цитокины и хемокины, компоненты иммунной системы. Эксперименты показали, что переливание старой крови молодым мышам ускоряло старение их мозга. В то же время, в крови молодых есть факторы, обладающие омолаживающим действием на мозг. Введение молодой плазмы или крови старым мышам улучшало когнитивные функции, нейрогенез, состояние сосудов. Многие из этих факторов уже идентифицированы, на модели мышей, конечно. Физические упражнения и ограничение калорий способны омолаживать стареющий мозг за счет выработки особых молекул, попадающих из мышц и других тканей в кровь и положительно влияющих на нервные клетки. Направленное воздействие на факторы старения и омоложения в крови представляется перспективным подходом для профилактики и лечения возрастного снижения когнитивных функций. Сочетание введения «омолаживающих» молекул и блокирования «состаривающих» факторов в будущем может помочь поддерживать здоровье мозга в пожилом возрасте.
Как следствие перечисленных процессов, с возрастом в мозге уменьшается пластичность нейронов и их связей, нарушается образование новых нервных клеток, развивается нейровоспаление, ухудшается состояние сосудов мозга. Все эти возрастные изменения в итоге способствуют нарушению когнитивных функций и повышают риск развития нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера.
Но не все так безнадежно!
Образ жизни может существенно замедлить старение мозга. Это, как если бы городские власти и жители объединились, чтобы поддерживать инфраструктуру в порядке.
Новые исследования показывают: образ жизни может если не остановить, то существенно замедлить старение мозга в целом.
Что же нужно делать? Во-первых, правильно «кормить» мозг – избегать пищи, богатой сахаром и вредными трансжирами (первые повреждают матрикс, а вторые «засоряют» клетку), и налегать на полезные продукты: овощи, ягоды, орехи, жирную рыбу. А еще периодически устраивать разгрузочные (постные) дни для мозга – как генеральную уборку в городе.
Во-вторых – постоянно давать телу физическую нагрузку, тем самым заставляя работать и мозг. Это как ремонтировать дороги, строить новые здания. Любая активность – умеренный бег, плавание, танцы, даже просто ходьба – заставляет клетки мозга «шевелиться», улучшает кровоснабжение, помогает обновлять матрикс.
В-третьих – обогащать «культурную жизнь» мозга. Учиться новому, получать впечатления, общаться – все это стимулирует нейроны создавать новые связи, а глии – активнее благоустраивать среду вокруг них.
И наконец – оберегать мозг от вредных воздействий, поддерживать в нем «экологическое равновесие». Избегать стрессов и травм, высыпаться, дышать свежим воздухом, общаться с приятными людьми. Следить за здоровьем сосудов, уровнем сахара и давления – ведь от этого зависит, насколько хорошо «город» мозга снабжается всем необходимым.
Да, наш удивительный мозг стареет – как и любой другой орган. Но мы в силах поддержать его, сохранить как можно дольше молодым, гибким, активным – в том числе и заботясь о «городской среде» вокруг нейронов, о внеклеточном матриксе. И тогда внутренний «мегаполис» будет процветать и радовать нас своей работой до глубокой старости!
Еще одна горячая точка стареющего нейрона – митохондрии, клеточные электростанции. С возрастом эти крошечные органеллы «ржавеют» – в них накапливаются мутации ДНК, окисленные липиды и белки, нарушается работа дыхательной цепи. Именно в митохондриях образуется больше всего свободных радикалов, из-за употребляемых в пищу избыточных холостых калорий. Эти свободные радикалы и повреждают упомянутые структуры митохондрий. В итоге нейроны недополучают энергию и становятся более уязвимыми к стрессу.
Но проблемы возникают не только внутри тканей мозга, но и снаружи – в системе их кровоснабжения. С возрастом стенки сосудов мозга становятся жестче, просветы их сужаются атеросклеротическими бляшками, сосуды хуже реагируют на сигналы расширения и сужения. Это приводит к хронической гипоксии (кислородному голоданию) целых областей мозга, особенно в глубинных структурах.
Вдобавок, у пожилых людей часто нарушается работа уникальной «канализации» мозга – глимфатической системы. Это сеть каналов вдоль кровеносных сосудов, по которой циркулирует спинномозговая жидкость, омывает нейроны и удаляет продукты обмена. С возрастом глимфатический дренаж засоряется, его пропускная способность падает – и токсины начинают копиться в мозге, вызывая воспаление. Глимфатическая система наиболее активна в глубокую фазу сна, а из-за снижения выработки мелатонина сон в старости поверхностный и прерывистый, мозгу не хватает времени вывести токсины.