Истинный возраст

Л. В. Львова, канд. биол. наук

«Стареют все и все внутри всех», - гласит один из законов геронтологии. Календарный возраст не позволяет объективно оценить темпы старения организма. Поэтому геронтологи ввели понятие биологического возраста. В соответствии с определением биологический возраст есть не что иное как «показатель уровня структуры и функции определенного структурного элемента организма, группы элементов и организма в целом, выраженный в единицах времени путем соотнесения значений замеренных индивидуальных биомаркеров с эталонными среднепопуляционными кривыми зависимостей изменений этих биомаркеров от календарного возраста». Методик для определения биологического возраста много. Одна из них разработана в Харьковском национальном университете им. В. Н. Каразина под руководством профессора В. Г. Шахбазова

От четырех до семнадцати

Как определить биологический возраст ребенка или подростка?

Можно «на глаз», с точностью от полугода до года. Можно по срокам окостенения скелета кости и дистального отдела предплечья, установленным в процессе отнюдь не безвредного рентгенологического исследования. Но и в этом случае точность останется прежней, что педиатров не устраивает.

Иное дело - высокоточная, безопасная методика определения биологического возраста по асимметрии скелета ребенка, разработанная сотрудниками Пермской государственной медицинской академии.

Сама методика, предполагающая использование оптической компьютерной топографии, довольно проста.

Для определения показателей асимметрии - шейного и поясничного лордоза, искривления позвоночника, перекоса таза, ротации плеч и таза - ребенок раздевается до пояса. После чего на анатомические ориентиры дорсальной поверхности врач наклеивает разовые маркеры из светоотражательной пленки. (Маркируются при этом только остистый отросток седьмого шейного позвонка, линия остистых отростков через каждый третий или второй позвонок, начиная от уровня седьмого шейного и кончая уровнем четвертого поясничного позвонка, левая и правая задние подвздошные ости.)

Ребенка в расслабленной, привычной для него позе ставят спиной к телевизионной камере. На спину обследуемого диапроектором проецируют слайд с нанесенными на него вертикальными полосами.

Через телевизионную камеру изображение спины попадает в компьютер, обрабатывается там, и на мониторе появляется некое подобие топографической карты, снабженной набором количественных характеристик. После чего при помощи семи наиболее значимых показателей - величины шейного и поясничного лордоза, величины искривления позвоночника, величины перекоса плеч и таза, величины ротации плеч и таза рассчитывается биологический возраст ребенка (или подростка).

По утверждению разработчиков из всех методов, используемых в педиатрии, их метод самый точный и самый объективный. Его применение позволит оценить влияние различных экзогенных и эндогенных факторов (в том числе социальных, экологических и генетических) на темпы биологического созревания подростков. С его помощью можно будет получить сведения, весьма полезные для комплексной оценки состояния здоровья детей и подростков, проконтролировать эффективность лечения в случае патологии.

Биологический возраст и профпригодность

На взгляд сотрудников Украинского НИИ транспорта и Украинского НИИ морской медицины, при количественной интегральной оценке биологического возраста плавсостава нужно обязательно учитывать специфику условий труда и жизни моряков.

Руководствуясь этим соображением, они отобрали наиболее информативные биомаркеры. Требования к отобранным параметрам предъявлялись жесткие - валидность, надежность, простота определения, доступность, безопасность и вдобавок ко всему высокая достоверная корреляция с возрастом.

(Метод оптической компьютерной топографии позволяет определить темпы биологического развития подростков, получить полезную информацию при комплексной оценке состояния здоровья детей и подростков, а в случае патологии проконтролировать эффективность лечения.)

Оценка проводилась с использованием достаточно информативных и одновременно технически простых экспресс-методик.

По формуле Г. Пироговой рассчитывалась сократительная способность миокарда (ССМ):

ССМ = (СОК/СД) х 100,

где
СОК - систолический объем крови, определенный по формуле J. Starr, 
СД - систолическое давление крови в мм рт. ст.

Жизненный потенциал (ЖП) рассчитывался по данным антропометрических характеристик - жизненной емкости легких (ЖЕЛ), росту и весу:

ЖП = (((ЖЕЛ + 0,8) + (рост - 102) /вес) х 5,1) х 10.

В дополнение к этим показателям у испытуемых определялась вестибулярная устойчивость (по сенсибилизированной позе Ромберга-3) и гибкость позвоночника (т. е. наклон корпуса в сантиметрах: + см ниже и - см выше нулевой отметки пола).

В итоге с помощью методов математической статистики была получена формула для определения биологически активного возраста (БАВ):

БАВ = 82,3 - (ССМ х 0,62) + (ЖП х 0,199) + (Ромб. х 0,248) + (Накл. х 0,68)

Сопоставление рассчитанного таким образом биологического возраста с паспортным (ПВ) и позволяет оценить истинный возрастной статус (ВС) моряка:

ВС = (ПВ/БАВ) х 100.

Для подтверждения прогностической значимости формулы определения биологического возраста были рассчитаны показатели БАВ более трехсот моряков.

При анализе графического отображения полученных данных обнаружилось, что предложенная модель имеет некоторые ограничения: без «сбоев» она работает только в строго заданном возрастном интервале - от 18 до 58 лет. Причем, по данным анализа, среди моряков предпенсионного возраста встречаются индивиды с превосходным психофизиологическим статусом, а у молодых моряков (за исключением обслуживающего персонала - поваров, официантов и барменов) биологический возраст практически никогда не превышает паспортный.

По мнению авторов, разработанная ими экспересс-методика определения БАВ «максимально приближена к потребностям практического здравоохранения, удобна для осуществления первичного скрининга в условиях предварительного и периодического медицинского обследования плавсостава».

Просто, надежно, быстро

Сегодня цито-биофизическая методика, разработанная на кафедре генетики Харьковского национального университета им. В. Н. Каразина под руководством профессора В. Г. Шахбазова, используется для определения биологического возраста, контроля состояния пациентов с различными заболеваниями и эффективности терапевтического воздействия. А начиналось все с того, что ученых заинтересовал чисто академический вопрос: есть ли разница потенциалов между клеточным ядром и цитоплазмой?

Не мудрствуя лукаво, исследователи решили измерить эту самую разность потенциалов, введя один электрод в цитоплазму клетки, другой - в ее ядро. В результате им удалось зафиксировать резкий, но быстро исчезающий скачок искомой величины.

Потенциалы ядра и цитоплазмы совпадают - таково было мнение большинства ученых. Однако генетики Харьковского национального университета объяснили обнаруженное явление иначе. Введение электрода вызывает необратимые повреждения ядра. «Жить» с подобными повреждениями ядро не может. Устранить же их оно не в состоянии, поскольку, в отличие от других клеточных органелл, лишено способности репарировать повреждения. Вот и получается, что дело вовсе не в отсутствии разности потенциалов: разность потенциалов на самом деле есть. Только «электродным» методом замерить ее невозможно: замеряя разность потенциалов между электродами, введенными в цитоплазму клетки и ее ядро, исследователь, в сущности, наблюдает последствия «травмы» - практически мгновенное «умирание ядра на электроде».

Выход из сложившейся ситуации нашли опять-таки харьковские генетики, предложив определять поверхностный потенциал ядерной оболочки (так называемый дзета-потенциал) с помощью электрофореза выделенных клеточных ядер. Более того, им удалось показать, что величина дзета-потенциала напрямую связана с потенциалом хроматина, заполняющего ядро, и чем выше потенциал хроматина, тем больше дзета-потенциал. При этом, судя по результатам экспериментов, первой на различные физические и химические воздействия реагирует ядерная мембрана и лишь затем - геном.

Воочию это можно было наблюдать в опытах на дрозофилах: после введения гормонов у них вначале менялся поверхностный потенциал ядерной мембраны, а через некоторое время на хромосомах начинали формироваться пуффы, указывающие на активизацию генов.

Почему под воздействием «раздражающих» факторов меняется поверхностный заряд ядра, пока неясно. Впрочем, как и то, какой именно механизм «запускает» изменения в реализации генетической программы клетки. Учитывая, что ядерная оболочка, непосредственно соединяясь с эндоплазматическим ретикулумом, входит в единую систему, ответственную за весь ядерно-плазменный транспорт, можно только предполагать, что именно с изменением этого транспорта (от которого зависят все клеточные биосинтезы) и связан наблюдаемый эффект.

Казалось бы, чего больше: используя электрофорез выделенных ядер, харьковские исследователи сумели доказать существование пресловутой разности потенциалов между ядром и цитоплазмой да еще и получить весьма интересную информацию о жизнедеятельности клетки. Но было в этом методе одно небольшое «но». Дело в том, что в процессе выделения полностью разрушаются внутриклеточные связи ядра, само ядро травмируется, а среда, в которой проводится электрофорез, даже отдаленно не напоминала цитоплазму. Говорить о каком-либо сходстве биоэлектрических свойств выделенных и нативных ядер в подобной ситуации не приходилось. И тем более не могло быть и речи об использовании данных, получаемых при электрофорезе выделенных ядер, для контроля за биоэлектрическим состоянием клеточных ядер в норме, при различных патологических состояниях и терапевтических воздействиях.

Такая возможность появилась лишь после того, как харьковские генетики предложили использовать для этой цели внутриклеточный микроэлектрофорез ядер.

Суть этой методики состоит в следующем.

Проба нативных клеток в специальном физиологическом растворе размещается между двумя покровными стеклами, которые затем помещают в камеру для электрофореза. Под действием постоянного электрического поля с напряженностью 20 в/см ядра начинают медленно перемещаться в пределах клетки в сторону положительного или отрицательного электрода, что можно наблюдать под микроскопом при 400-кратном увеличении. И не просто наблюдать, а определять биоэлектрическую активность ядер или, проще говоря, процент ядер, смещающихся к положительному электроду.

В качестве объекта исследования методом внутриклеточного микроэлектрофореза ядер по ряду причин были выбраны клетки буккального эпителия.

Прежде всего, такие клетки легко отделяются. Они достаточно крупные, с овальными ядрами, которые обычно занимают в клетках центральное положение. Важную роль сыграло и то, что в процессе эволюции мембранный слой клеток буккального эпителия приобрел свойство адаптироваться к контактам с различными средами.

А это означает, что в случае их использования забор пробы будет безболезнен и атравматичен. Для наблюдения за ядрами клеток буккального эпителия не требуется никакой сложной, дорогостоящей аппаратуры - достаточно обычного микроскопа с 400-кратным увеличением. К тому же клетки буккального эпителия сохраняют жизнь и после переноса в специальный физиологический раствор.

(Цито-биофизическая методика позволяет определить биологический возраст человека с помощью одногоединственного параметра - биоэлектрического потенциала клеточного ядра.)

Подвергнув микроэлектрофорезу клетки буккального эпителия двух тысяч доноров - от новорожденных до девяностолетних старцев - ученым удалось обнаружить взаимосвязь между возрастом обследуемого и показателями биоэлектрической активности ядер. Графически ее можно представить в виде симметричной колоколообразной кривой (рис. 1).

Рис. 1. Стандартная кривая для определения биологического возраста человека

Даже при беглом взгляде на рисунок легко заметить, что в первый год жизни этот показатель крайне мал. (Иногда электроотрицательные ядра вообще не обнаруживаются.) Потом показатель биоэлектрической активности ядер резко возрастает. В возрастной группе от 12 до 16 лет происходит его относительная стабилизация. В возрасте 20-23 лет показатель достигает максимума.

А после 35 лет показатель биоэлектрической активности ядер начинает постепенно снижаться.

Таковы общие закономерности. Но у каждого индивида кривая биологического возраста имеет какие-то свои особенности, которые ученые склонны рассматривать как закодированную информацию о продолжительности его жизни.

Известно, к примеру, что более крутой левой, «юной», ветви кривой соответствует более крутая правая, «пожилая», ветвь. (Иными словами, чем быстрее взрослеет ребенок, тем быстрее он и состарится.) По этой причине ученые полагают, что по левой ветви кривой можно предсказать продолжительность жизни человека.

Любопытно, что в 10 и в 60 лет процент отрицательно заряженных клеток одинаков. Но стоит подвергнуть пробы тепловому воздействию, и разница между ними станет явной: заряд клеток ребенка повысится, а пожилого человека понизится или, в лучшем случае, останется прежним.

Валерий Шахбазов объясняет это тем, что у ребенка деятельность клеточных «биоэлектростанций», по всей вероятности, сдерживается особыми ферментами - своеобразными «молекулярными тормозами», тогда как у взрослого эти «электростанции» работают на полную мощность. Однако со временем в них накапливаются поломки, из-за которых выработка энергии сначала ухудшается, а потом и вовсе прекращается.

Надо заметить, что поначалу все необходимые измерения производились «вручную», путем подсчета количества электроотрицательных ядер в нескольких полях зрения микроскопа. Дело это было довольно утомительное, отчего и вероятность ошибки возрастала. Ситуация изменилась несколько лет назад, когда в НИИ лазерной биологии и лазерной медицины ХНУ им. В. Н. Каразина под руководством профессора А. И. Стрелкова был разработан комплекс оптико-электронной и вычислительной аппаратуры для автоматического, объективного, высокоточного измерения параметров движения ядер клеток буккального эпителия в процессе микроэлектрофореза.

Благодаря этому комплексу появилась возможность автоматически, с высокой точностью, определять:

• общее количество клеточных ядер в пробе;
• количество электроотрицательных и нейтральных ядер и их процентное соотношение;
• определять величины перемещений, амплитуд колебаний и ускорений подвижных ядер;
• фиксировать малые отклонения в параметрах движения клеточных ядер;
• производить математическую обработку и выводить полученную информацию на монитор в виде распределения объектов по амплитудам колебаний;
• создавать банк данных результатов исследования проб для дальнейшей статистической обработки.

Кстати, применение нового комплекса позволяет уловить малейшие изменения физиологического состояния человека.

Как выяснилось, клетки буккального эпителия способны реагировать на общение с разными людьми. После чашки кофе биопотенциал ядер возрастает на час-другой, после чего резко падает. За кратковременное повышение тонуса приходится расплачиваться упадком сил. Совершенно иное дело моржевание: купание в проруби, повышая ядерный потенциал относительно возрастной нормы, гарантирует длительный омолаживающий эффект. И самое главное - даже потом моржевание, в отличие от того же кофе, не требует отдачи «энергетических долгов».

Что касается физических нагрузок, то здесь, судя по результатам исследований, проведенных в группе здоровья ДСО «Динамо», требуется индивидуальный подход, поскольку одинаковая физическая нагрузка на пожилых людей влияет по-разному. Одинаковые физические упражнения одних, действительно, «омолаживают» (о чем свидетельствует повышение биоэлектрического потенциала клеток). Другим могут и навредить (на что указывает снижение биоэлектрического потенциала клеток).

От наркологии до онкологии

В свое время профессор А. Т. Филатов выдвинул гипотезу о механизме воздействия гипноза на организм человека. По его предположению это воздействие при посредстве центральной нервной системы осуществляется на клеточном уровне.

Сотрудники кафедры генетики и Харьковской медицинской академии последипломного образования решили проверить гипотезу Филатова экспериментально, в процессе гипнотического лечения больных с невротическим заиканием.

Исследуя пробы клеток, взятые до и после сеанса гипноза, методом внутриклеточного микроэлектрофореза ядер они обнаружили, что на второй стадии гипноза* степень изменения биоэлектрического показателя зависит от характера внушения.

*Вторая стадия гипноза характеризуется прекращением всех произвольных движений, замедлением дыхания и снижением мышечного тонуса.

При внушении чувства спокойствия, ощущений тяжести, тепла и расширения кровеносных сосудов изучаемый параметр снижается на 10-50%. При мобилизующей суггестии (т. е. внушении ощущения прохлады, легкой бодрости) уменьшение биоэлектрического потенциала не превышает 10%.

Таким образом, исследователям удалось не только подтвердить гипотезу профессора А. Т. Филатова, но и продемонстрировать возможность использования методики внутриклеточного микроэлектрофореза ядер клеток буккального эпителия для объективной оценки глубины гипноза и характера внушения.

(В медицине цито-биофизическая методика используется для оценки состояния больного и контроля эффективности лечения.)

Эту же методику можно с успехом использовать и в наркологии.

Как показали исследования, при хронической алкоголизации организма «поведение» биоэлектрического потенциала клеточных ядер кардинально меняется.

Постоянное употребление алкоголя не только приводит к снижению биоэлектрического потенциала ядер, но еще и «стирает» возрастные различия этого показателя.

У здорового человека опьянение сопровождается снижением потенциала, а отрезвление - повышением этого показателя. У хронических алкоголиков все наоборот.

У них опьянение вызывает временное повышение биоэлектрического потенциала, которое по мере развития абстинентных явлений сменяется резким спадом потенциала (нередко доходящим до нулевых значений). Именно эта закономерность и легла в основу способа диагностики алкоголизма, разработанного в содружестве с кафедрой наркологии Харьковской медицинской академии последипломного образования.

Потом, когда выяснилось, что терапевтические воздействия способствуют повышению биоэлектрического потенциала ядер, и между эффективностью лечебных мероприятий и скоростью изменения этого параметра существует положительная коррелятивная связь, цито-биофизическую методику стали использовать для контроля лечения алкоголизма.

Дальнейшие исследования позволили обнаружить аналогичные закономерности в поведении ядер клеток буккального эпителия и у больных с другими формами наркомании.

При опиатной зависимости, к примеру, в первые дни отказа от наркотиков у пациентов наблюдается резкое снижение биоэлектрического потенциала относительно возрастной нормы. К восьмому дню абстиненции этот показатель может полностью нормализоваться или, по меньшей мере, значительно увеличиться - все зависит от индивидуальных особенностей пациента (рис. 2а и рис. 3б).

Рис. 2. Динамика изменений количества электроотрицательных ядер при лечении наркомании (больной Т., 17 лет) а) в период опийной абстиненции; б) при депрессии в период реабилитации (лечение методом лазерной терапии в комбинации с лекарственными препаратами)

Рис. 3. Динамика изменений количества электроотрицательных ядер при лечении наркомании (больной В., 37 лет) а) в период опийной абстиненции; б) при депрессии в период реабилитации (без лазерной терапии)

Что касается лечения депрессии в период реабилитации, то, судя по рис. 2б и 3б, эффективность традиционной медикаментозной терапии оставляет желать лучшего. Полную нормализацию биоэлектрического потенциала, его «возвращение» в «возрастной коридор» обеспечивает лишь комплексное лечение с использованием лазера.

Довольно неожиданное применение цито-биофизическая методика нашла в Витебском медицинском институте, где ее использовали для сравнительного анализа суточного биоритма при ишемическом инсульте.

Как и можно было предположить, наиболее выраженные изменения биоэлектрического потенциала ядер клеток буккального эпителия соответствовали острому периоду заболевания. В раннем восстановительном периоде болезни изменения становились менее выраженными. А в периоде остаточных явлений хронограммы больных полностью нормализовались.

И, наконец, самое главное. Проанализировав формы кривых суточного биоритма, исследователи смогли выявить прогностически неблагоприятные признаки. Это отсутствие максимумов, Л-симметрия экстремумов и высокие максимумы (т. е. свыше 90% электроотрицательных ядер в пробах).

В том же Витебском институте хронобиологический подход был использован для сравнительного анализа биоритмов здоровых и больных детей.

Как выяснилось, у всех здоровых детей биоэлектрический потенциал ядер клеток буккального эпителия подвержен не только ритмичным околомесячным изменениям с периодом колебаний 27,65 ± 0,38 дней, но и скрытым периодическим колебаниям. Периоды этих скрытых колебаний, несмотря на наличие индивидуальных особенностей, составляют около двух недель и около недели.

Причем обнаруженные биоритмы имеют свойство меняться еще на доклиническом этапе болезни. По мере прогрессирования заболевания - вне зависимости от его нозологической формы - усугубляются и изменения биоритмов.

Не менее интересные результаты были получены и при микроэлектрофоретическом исследовании клеток эпителия гастродуоденальной слизистой.

У здоровых людей абсолютно все электроактивные ядра клеток слизистой являются электроотрицательными. Причем с возрастом число клеток эпителия с отрицательно заряженными ядрами уменьшается.

При патологии картина меняется.

В случае развития язвенной болезни желудка в эпителии всех отделов гастродуоденальной слизистой процент электроотрицательных ядер относительно возрастной нормы уменьшается. И чем больше выражены изменения слизистой, тем больше снижается число электоотрицательных ядер. К тому же после сорока у больных появляются еще и электроположительные ядра, число которых во всех отделах слизистой желудка порой доходит до 50-60%.

После успешного лечения - будь то оперативное или консервативное, неважно - электрокинетические свойства нормализуются: у всех пациентов возрастает число электроотрицательных ядер, а у тех, кому за сорок, снижается количество электроположительных ядер.

При раке желудка наблюдается аналогичное снижение числа электроотрицательных ядер относительно возрастной нормы. Но вместе с тем у всех онкобольных, независимо от возраста, прослеживается резкое нарастание количества электроположительных ядер. Особенно в зоне патологического очага, где их численность значительно превышает численность нормальных, электроотрицательных ядер. Вывод отсюда напрашивается сам собой: эту аномалию можно использовать для экспресс-диагностики рака желудка.

P. S. Работа на кафедре генетики ХНУ продолжается. Сегодня ученые пытаются разобраться в механизмах биоэлектрогенеза нативных ядер.