Методологические основы определения возраста человека
Судебно-медицинские знания востребованы в различных видах общественной деятельности: здравоохранении, образовании, науке и т.д. Увеличение числа техногенных катастроф, террористических актов и природных бедствий значительно повышают роль судебной медицины и требования к качеству судебно-медицинских экспертиз в современных условиях. Особую теоретическую и практическую значимость приобретает проблема идентификации личности [1, 2]. Многие погибшие имеют признаки насильственной смерти и следы сокрытия преступления, а их паспорта находятся в руках преступников. Трупы неизвестных людей хоронят неопознанными, что приводит к нарушению прав лиц, потерявших близких (невозможность создания новых семей, вступления в права наследования имуществом пропавшего члена семьи, получения социальной поддержки, положенной при потере кормильца, и т.д.) [3, 4].
Значительно возросло число производственных, антропогенных катастроф, экстремистских атак с массовыми человеческими жертвами.
К наиболее важным диагностическим признакам относится возраст [6, 7]. По проблеме возрастной морфологии много публикаций, однако в судебной медицине аналогичных работ, посвященных установлению биологического возраста и его корреляции с паспортным, недостаточно. Продолжение научных исследований, направленных на развитие и совершенствование методов определения возраста, крайне актуально. В настоящее время существует необходимость в расширении спектра применяемых современных методов исследования, использования как можно большего количества органов и систем для более точного и полного анализа, в первую очередь биологического возраста человека, с последующим созданием принципиального алгоритма.
Цель исследования — методологическое обоснование и объективизация биологических маркеров старения для судебно-медицинской идентификации личности в случаях чрезвычайных ситуаций (ЧС) с массовыми человеческими жертвами.
Материал и методы
Материалом исследования послужили обзоры опубликованных мета-анализов. Провели системный анализ результатов современных научных исследований в области возрастной морфологии, в том числе изменений костной, хрящевой, нервной и соединительной тканей, фундаментальных положений о механизмах и основах онтогенетического развития организма, основных закономерностей инволютивных изменений, научных представлений о гетерохронии, гетеротопии и гетерометрии развития организма [2, 3, 7]. При анализе учитывали методологию, использованную в каждом исследовании, для подтверждения ее валидности. Описательным методом обобщили и структурировали полученные данные.
Результаты и обсуждение
Кости обладают большим набором изменчивых признаков и, что особенно важно, сохраняются длительный срок после наступления смерти.
Изучили возрастную динамику структуры большеберцовой кости и установили общие закономерности старения, механизмы инволютивных изменений, выявили многочисленные условия, влияющие на темпы и характер эволюции костей скелета [7, 8]. Так, синостозирование (эпифизарная хрящевая пластинка) в дистальном эпифизе большеберцовой кости обнаружили у лиц до 18 лет. Линии роста, отделяющие суставные хрящи от костной ткани, наблюдали только у лиц старше 18 лет. Сочетание состоявшегося синостозирования и наличия линии роста выявили у лиц старше 18 лет. У детей количество эндотрабекулярных остеонов в губчатом веществе большеберцовой кости невелико, в зрелом возрасте их число достигает максимума, а в пожилом и старческом возрасте резко снижается. С возрастом у детей и подростков увеличивается толщина трабекул эпифизов большеберцовой кости. После 18 лет этот показатель стабилизируется, а с 35 лет толщина балок начинает уменьшаться. В губчатом веществе эпифиза большеберцовой кости у лиц старше 50 лет значительно сокращается толщина костных трабекул и субхондральной пластинки.
Анализ количественных признаков позволил установить морфометрические параметры, имеющие наибольшие коэффициенты корреляции с возрастом, создать метрическую базу данных и предложить уравнения регрессии для определения возраста. В результате разработали комплекс моделей установления возраста человека для разных возрастных групп. Наиболее точно (до 1,5 года) возможно определить возраст для группы 18—30 лет [7].
С помощью гистологического, морфометрического, рентгенологического и математического методов изучили возрастные изменения морфологии щитовидного хряща. Получили морофометрические характеристики щитовидного хряща в различные периоды жизни (изменение площади костной, хрящевой и жировой тканей, количество трабекул и др.
). Установили выраженное увеличение доли костной ткани и характерное изменение количества костной и хрящевой тканей, что подтверждает общепринятую теорию о росте и развитии организма человека по фазам роста и асинхронном обновлении органов [9, 10].
Рентгенологический метод и современные компьютерные технологии позволили определить планиметрические признаки биологического возраста по рентгенограммам кисти. Проанализировали две системы признаков старения кисти — измерительные характеристики и дискретные неметрические признаки, оцениваемые в баллах.
По результатам анализа разработали методику учета признаков старения костей кисти в баллах по степени их выраженности. Выделили три возрастных интервала, в каждом из которых определили закономерность возрастных изменений костей кисти. У лиц 20—24 лет первым признаком старения является апиостоз — краевое костное разрастание ногтевой бугристости примерно на всех дистальных фалангах. Более раннее начало старческих проявлений отмечается в участках кисти, которые созревают раньше в процессе индивидуального развития.
Минеральная насыщенность может являться одним из дополнительных признаков определения возраста. Исследования подтвердили целесообразность ее измерения на рентгенограммах костей кисти [13]. Выявили, что минеральная плотность костей до 30 лет практически не изменяется, а в старших возрастных группах достоверно уменьшается. Данный параметр можно использовать наряду с другими признаками при составлении регрессионных уравнений для вычисления биологического возраста человека в судебно-медицинских целях. Эти результаты подтверждаются проведенными морфометрическими исследованиями недокальцинированных препаратов большеберцовой и бедренной костей.
С помощью антропометрического, рентгенологического и морфометрического методов изучили возрастные изменения спинки турецкого седла, блюменбахова ската, лобных и клиновидных пазух и сустава Крювелье. Выявили тенденцию изменения их размеров в течение жизни. По результатам математического анализа разработали регрессионную модель прогноза возраста. Показатели иволютивно-дегенеративных признаков сустава Крювелье по балльной шкале (0—6) наиболее сильно связаны с возрастом и позволяют более точно определять возрастной интервал.
Кожа человека в достаточной мере отражает процессы всего постнатального онтогенеза и позволяет применять обширный спектр современных диагностических методов. Иммуногистохимическое исследование возрастной динамики апоптозассоцированных белков в эпидермисе кожи доказало возможность использовать иммуногистохимические маркеры Ki67, bcl-2, p53 в качестве количественных параметров комплексной оценки биологического возраста человека.
Белок Ki67 является маркером пролиферации и напрямую связан с делением клетки. Соответственно индекс пролиферации Ki67 в различных возрастных группах отражает тренд возрастных изменений.
С возрастом увеличивается число кератиноцитов, экспрессирующих маркеров р53 в клеточном пуле базального слоя эпидермиса нормальной кожи, количество клеток с признаками апоптоза и снижается частота экспрессии bcl-2.
Максимум доли пролиферирующих клеток в эпидермальном слое кожи наблюдается в возрасте 19—21 года и удерживается на одном уровне в интервале от 25 до 45 лет. В качестве маркеров биологического возраста кожи предложено использовать эхоструктурные характеристики слоев кожи и параметры, характеризующие ее микрорельеф [16—18]. Изученные признаки достаточно удобны как количественная мера установлении возраста.
Исследование морфологии кожи методом высокочастотного ультразвукового сканирования позволяет путем визуализации слоев оценить возрастные изменения кожи через метрические показатели толщины, акустической плотности эпидермиса и дермы. Изменения кожи у мужчин от 20 до 39 лет характеризуются достаточно низким темпом, поэтому данный интервал считают периодом относительной стабилизации.
Достоверные возрастные сдвиги показателей, характеризующих именно хроностарение, появляются у лиц старше 40 лет. Именно после 40 лет, после прохождения условного пика биологического развития, фиксируют выраженные инволютивные изменения микрорельефа кожи и эхоструктурных характеристик ее морфологии.
Происходящие преобразования обусловлены системными изменениями микроциркуляции с формированием морфофункционального симптомокомплекса:
— истончение дермы за счет основного вещества, коллагеновых и эластических волокон;
— изменение физико-химических свойств коллагена;
— изменение состава гидролипидной мантии и нарушение барьерных свойств кожи;
— уплощение сосочкового слоя вследствие атрофии и уплощения сосочков, что вызывает появление зон, лишенных капиллярных петель;
— увеличение числа рядов роговых клеток;
— замедление процесса десквамации.
У лиц старше 60 лет увеличивается дисперсия показателей и снижается связь исследуемых показателей с возрастом [7, 16—18].
Гистохимическими, иммуногистохимическими, ультраструктурными и биохимическими методами изучили возрастные изменения адренергической, холинергической и чувствительной иннервации сосудов, а также гранулоциты и капилляры головного и спинного мозга. Установили, что в раннем эмбриогенезе гранулосодержащие клетки опережают появление нервного аппарата сосудов, раньше достигают дефинитивного состояния и оказываются более устойчивыми в старости.
Вероятно, в соответствии с парадигмой дополнительности и дискретности происходит реализация программы гомеореза. Афферентный нервный аппарат в своем развитии опережает эфферентный. Адренергические нервные волокна выявляются на всех артериях позднее холинергических, а их концентрация с возрастом снижается раньше. Возрастная адаптация морфологического субстрата регуляции мозгового кровотока в старости происходит путем резкого снижения концентрации нервных проводников и возврата к нейроэндокринному механизму [19—21].
Изучение морфологического субстрата механизмов регуляции мозгового кровообращения выявило значительные изменения в постнатальном онтогенезе.
Морфометрические параметры капиллярного русла характеризуются высокими темпами прироста в прентальном онтогенезе. Постепенно величина их повышается и достигает дефинитивных значений до 17 лет. В период от 17 до 55 лет значение показателей стабилизируется и сокращается у лиц старше 55 лет. Изменение величины исследованных показателей четко связано с областью исследования, иллюстрируя гетеротопию возрастных изменений в рамках исследуемой системы. Развитие капиллярной сети опережающими темпами происходит в древнем мозге. Инволютивные изменения капилляров появляются прежде в промежуточной коре, затем в старой и древней [7].
Индивидуальная генетическая уникальность каждого организма составляет генетическую идентичность всех его клеток и тканей; отмечаются устойчивость, сохранность и неизменность в течение всей жизни индивидуализирующих признаков. В основе молекулярно-генетического метода лежит анализ Т-клеток, которые постоянно обновляют новые рецепторы на своей поверхности. Они «отрезают» фрагменты ДНК и «составляют» из них новые последовательности.
«Отходами» этого процесса являются круговые фрагменты ДНК, не несущие никакой функции. В результате подсчета таких структур установили, что с возрастом их число уменьшается, так как организм производит все меньше и меньше Т-клеток. При анализе этих параметров можно определить биологический возраст с точностью до 10 лет [22].
Онтогенез представляет собой сложный морфогенетический процесс индивидуального роста и развития организма. Это результат многочисленных метаболических процессов, деления клеток, увеличения их размеров, дифференцировки, формообразования тканей, органов и их систем. Биологический возраст отражает основные характеристики онтогенетического развития и прежде всего гетерохронность роста, созревания и старения на разных уровнях организации. Одного универсального критерия биологического возраста не существует. Ряд критериев зрелости хорошо «работает» только в ограниченном хронологическом интервале и часто имеет слишком широкий спектр индивидуальной вариабельности, характеризуясь в большинстве случаев высокой периодичностью и цикличностью [7].
Анализ результатов проведенных исследований позволяет сделать вывод, что возрастная динамика соединительной, хрящевой, нервной и костной тканей отличается большим разнообразием. Гетерохрония, гетеротопия и гетерометрия возрастных изменений могут быть объяснены генетически детерминированной интенсивностью функционирования и реализацией приспособительных механизмов развития, что приводит к неравномерной регенерации. Старение всего организма в целом происходит прежде всего в соответствии с закономерностями гетерохронии (разновременность), которая проявляется в том, что разные функции снижаются с неодинаковой скоростью у одного и того же человека. На практике это означает, что уровень диагностической значимости каждого признака в разные периоды жизни различен.
По Ю.И. Пиголкину, период роста и развития, до 18 лет, характеризуется активными процессами и наибольшими коэффициентами корреляции параметров для всех исследованных тканей: соединительной, хрящевой, нервной и костной.
Период стабилизации имеет различные временные интервалы. Для костной ткани это возрастной отрезок 30—50 лет [2, 3, 7]. Ряд параметров в эту стадию продолжает изменяться, причем существенно меняются только те структуры, перестройка которых необходима для приспособления к изменениям механической нагрузки и минерального обмена, например остеоны. Эти процессы отражают сущность гетеротопии и гетерометрии постнатального онтогенеза [8]. В щитовидном хряще в возрастном интервале от 19 до 35 лет только появляются участки костной ткани, представленные костными трабекулами с ретикулярной и жировой тканью. В возрасте 36—60 лет костная ткань занимает в щитовидном хряще до половины площади препарата, причем изменяются параметры ее основных составляющих элементов: увеличиваются площадь и длина трабекул, площадь жировой и ретикулярной тканей [9]. Неинвазивная оценка морфологии возрастных изменений кожи позволила зафиксировать стабильность изученных параметров на протяжении от 20 до 39 лет [18]. Созревание сосудисто-нервного аппарата спинного мозга наступает к 17 годам и, достигнув в этом возрасте своего максимального значения, не меняется до 45—54 лет.
Стабилизация морфометрических параметров капиллярного русла происходит в период от 17 до 55 лет.
Следующий период постнатального онтогенеза — период инволютивных изменений для каждой из тканей — также характеризуется своим временным интервалом [19, 20]. Процессы, приводящие к остеопорозу и фактически являющиеся его ранними стадиями, свойственны всем людям, начинаются в длинных трубчатых костях уже после 27—30 лет и закономерно усиливаются с возрастом [8]. В щитовидном хряще только у лиц старше 61 года наблюдается полное замещение хрящевой ткани на костную. В костной ткани отмечается преобладание жировой составляющей над ретикулярной [9]. Возрастная инволюция кожи в зависимости от параметра наиболее четко проявляется в период от 40 до 60 лет [8]. Прогрессирование инволютивных изменений сосудисто-нервного аппарата спинного мозга регистрируется после 65 лет. Инволютивные процессы в гранулосодержащих клетках наступают значительно позже, чем в сосудисто-нервном аппарате кровеносных сосудов, что имеет свой биологический смысл.
Роль нервной системы в регуляции мозговых сосудов постепенно снижается вследствие нарушения прямых нервных связей с мышцами, уступая место биологически активным веществам гранулосодержащих клеток. Так, тканевые базофилы могут играть роль элементов гуморальной системы, а гистамин может выступать в роли медиатора. В этой связи обращает на себя внимание увеличение числа тканевых базофилов в тканях в некоторых органах у лиц пожилого возраста. В данном случае речь идет о проявлениях принципов иерархичности, кооперирования, дополнительности и дискретности.
Выраженность процесса старения неодинакова для различных органов и разных структур одного и того же органа. На протяжении длительного периода жизни (до 45 лет) содержание биогенных моноаминов в сосудах мягкой мозговой оболочки спинного мозга остается практически неизменным. Только у лиц старше 75 лет найдены достоверные отличия по сравнению со зрелым возрастом [19—21]. Таким образом, отмеченная асинхронность возрастных изменений свидетельствует, что уровень диагностической значимости каждого признака в разные периоды жизни различен.
Именно поэтому разбивка всего диапазона возраста на интервалы и разработка для каждого из них отдельного уравнения регрессии позволяют получить значительно более точные результаты. Ткани, проходя в своем развитии стадии созревания, стабилизации и инволюции, характеризуются индивидуальными реперными точками — возрастными периодами, в которых степень фиксируемых изменений максимально выражена. Следовательно, увеличение количества исследованных тканей и органов позволит сократить ошибку между биологическим и календарным возрастом. Так, изменения костной ткани медленно нарастают с возрастом, а сдвиги в ряде структур мозга возникают поздно, но быстро прогрессируют, нарушая его функцию, т.е. развиваются с различной скоростью, иллюстрируя принцип гетерометрии [8, 19, 20]. Отмечена также разнонаправленность возрастных изменений. Например, толщина костных балок уменьшается, а количество остенов с повышенной степенью минерализации параллельно с этим увеличивается.
Анализ показал, что использованные в приведенных методиках возрастные критерии соответствуют общим требованиям к показателям биологического возраста, которые сформулированы В.
М. Дильманом [23] и доработаны О.М. Павловским [24]. Для всех параметров характерны «измеряемость» (воспроизводимость), универсальность. Большинство из них имеет прогрессирующий характер изменений, характеризуется закономерностью изменения и скоррелированностью (наличие связи с определенными эндогенными и экзогенными факторами).
Таким образом, исследования с помощью системного анализа в рамках теории функциональных систем на основе учений о тождестве и дифференциации позволяют сформулировать новое научное направление — судебно-медицинское определение возраста при идентификации личности при ЧС с массовыми человеческими жертвами; научно обосновать теорию цифровой судебно-медицинской диагностики возраста; выявить общие закономерности развития и показать некоторые отличия возрастной адаптации соединительной, хрящевой, нервной и костной тканей, включающие явления гетерохронии, гетеротропии и гетерогенности. Гомеорез изученных структур осуществляется на принципах иерархичности, кооперирования, дополнительности и дискретности.
Предложенная методологическая основа, обосновывающая онтогенетические механизмы, объективизирует биологические маркеры возраста. Разработанные на базе общей платформы морфометрических признаков регрессионные уравнения цифровых моделей старения значительно повышают точность определения биологического возраста человека.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 19-07-00982 а.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Как измерить биологический возраст человека Фрагмент книги о старении «Против часовой стрелки» — Meduza
Alexander Schimmeck / Unsplash
В июне 2020 года в издательстве «Альпина нон-фикшн» выходит книга научной журналистки Полины Лосевой «Против часовой стрелки. Что такое старение и как с ним бороться». Мы публикуем главу (с сокращениями), посвященную тому, как ученые пытаются измерить биологический возраст человека.
Есть множество параметров и маркеров, которые можно измерить [при определении биологического возраста]: начиная с количества отдельных молекул в организме и кончая свойствами клеток и функциями органов.
И чем больше признаков мы учитываем, тем точнее удается сделать прогноз, но тем сильнее ускользает от нас его смысл. Сложная методика расчета становится черным ящиком, который выдает числа без объяснений, как кукушка в лесу, у которой пытаются выспросить судьбу. А результат начинает всерьез зависеть от конкретной кукушки, к которой мы обратились. Поэтому, чтобы не впадать в зависимость от методики подсчета, нам приходится каждый раз разбираться — что происходит внутри черного ящика и какой на самом деле смысл несут в себе маркеры биологического возраста.
За что хвататься
Главная проблема с биологическим возрастом состоит в том, что у него — как и у старения в целом — до сих пор нет четкого определения. Кажется, что это должен быть некоторый «настоящий возраст», но, как мы уже обсуждали, никакого настоящего возраста у человека нет. Поэтому самое корректное определение сейчас звучит как-то так: «биологический возраст — это параметр, который предсказывает вероятность умереть лучше, чем хронологический возраст».
В этом смысле биологический возраст призван корректировать общую для всех кривую Гомперца и указывать истинное положение, которое конкретный человек на ней занимает.
Следовательно, чтобы научиться измерять биологический возраст по такому принципу, необходимо найти связь между значением какого-нибудь параметра (маркера биологического возраста) и риском умереть. Такие маркеры сейчас активно ищут (например, индекс хрупкости, о котором речь пойдет дальше, или концентрация провоспалительных белков в крови), но установить эту связь можно только в пожилом возрасте, когда риск смерти действительно велик и существенно возрастает с каждым годом. А если мы попробуем воспользоваться ими для молодых людей, то нас ждет гарантированная неудача: до определенного возраста значения риска умереть сами по себе невелики. Поэтому, чтобы оценить, работает ли наш маркер, необходимо будет пронаблюдать за огромным количеством людей — и мы все равно получим на выходе погрешность, гораздо бо́льшую, чем само значение риска.
Но для молодых людей биологический возраст не менее актуален, чем для старых. Ведь если мы хотим разрабатывать стратегии замедления старения, то логично начать их применять заранее, до того как начнут развиваться возрастные болезни. А оценивать биологический возраст по риску смерти — одному из главных определений старения — мы у молодых людей не можем. В этом случае приходит на помощь статистика: мы ищем какие-нибудь показатели, которые непрерывно изменяются в течение жизни (например, сила хвата руки), вычисляем среднее значение для людей одного возраста и строим усредненную кривую, по которой уже можно оценить биологический возраст конкретных людей.
Такого рода биомаркеров сейчас тоже известно множество: какие-то обладают большей предсказательной силой, какие-то меньшей. Но с ними возникает другая проблема: коль скоро они не имеют отношения к главному проявлению старения (то есть риску умереть), то что они на самом деле означают? А поскольку «биологический возраст» не существует сам по себе, а нужен только для того, чтобы измерить старение, важно, чтобы маркеры возраста тоже были так или иначе со старением связаны.
Поэтому в 2004 году Американская федерация исследований старения сформулировала критерии, которым должен соответствовать кандидат в маркеры биологического возраста:
- Он должен предсказывать скорость старения, то есть риск умереть. И должен делать это лучше, чем хронологический возраст.
- Он должен отражать базовые процессы, которые лежат в основе старения, а не последствия заболеваний. Строго говоря, это довольно неоднозначный пункт, коль скоро большинство процессов старения замкнуты в порочный круг. Взять хотя бы концентрацию провоспалительных белков в крови: человек стареет, потому что их становится больше и они провоцируют иммунную агрессию. В то же время их становится больше, потому что человек стареет и в тканях копятся выделяющие их сенесцентные клетки. Тем не менее этот критерий позволяет отбраковать «поверхностные», незначительные маркеры вроде количества морщин на лице, которые связаны со старением лишь опосредованно.
- Должен существовать способ измерить его несколько раз без вреда для человека или влияния на продолжительность жизни (поэтому хорошо подходят анализы биологических жидкостей или томография, а вот измерять количество сенесцентных клеток в тканях уже не получится).
- Он должен работать не только для людей, но и для лабораторных животных, например мышей. Это полезно для того, чтобы предварительно проверить действие потенциального препарата на животных.
Эти требования выглядят абсолютно логичными и понятными. Однако до сих пор не удалось найти ни одного биологического маркера, который им бы полностью соответствовал. Большинство причин старения, о которых мы уже говорили и к которым еще вернемся в следующей части, лежат на клеточном и молекулярном уровнях. И это противоречит пункту 3 (про нетравматичные измерения), поскольку получить доступ к клеткам, не травмируя человека, довольно сложно, если только это не клетки крови или слюны. Но можем ли мы, изучив только клетки крови, распространить наши выводы на весь остальной организм?
<…>
Собери их все
В 2001 году появился первый «индекс хрупкости», один из самых простых маркеров старения. Исследователи проверили большую выборку людей на пять признаков хрупкости: ненамеренную потерю веса, слабую силу хвата рукой, медленную ходьбу, ощущение усталости и низкую физическую активность.
Тех, кто подходил хотя бы по трем признакам, авторы критерия сочли хрупкими. У них действительно был выше риск ухудшения здоровья, госпитализации и смерти. Тем же, кто соответствовал только одному-двум признакам, присвоили промежуточный статус хрупкости. Этот первый в своем роде критерий еще не позволял оценить точный риск для каждого из испытуемых, но с его помощью уже можно было измерить риски для популяции в целом и отдельных ее групп.
Позже на основе этой идеи вырос целый лес индексов хрупкости. Количество признаков с тех пор стало существенно больше и может достигать сотни, а принцип остался тем же.
<…>
Линия жизни
Самый, наверно, древний из них [маркеров биологического возраста] — длина теломер. Мы уже говорили о них в главе, посвященной клеткам: теломеры — это концы хромосом, которые укорачиваются с каждым делением клеток, пока не достигают критически малой длины. В этот момент размножение клетки прекращается. Теломеры кажутся удачной метафорой для срока клеточной годности: весь жизненный путь клетки умещается на том отрезке времени, на который хватает теломер.
И эту же метафору очень удобно распространить на всю человеческую жизнь и вообразить, что где-то в глубине нашего тела, в каждой клеточке постепенно сокращается линия жизни, отмеряя наш срок.
Как правило, для анализа длины теломер берут лейкоциты (белые кровяные тельца, иммунные клетки) из венозной крови — это самый дешевый и нетравматичный метод. Затем подсчитывают количество теломерных повторов в клетке и делят на количество хромосом; получается усредненная длина теломер. Во многих исследованиях эта средняя длина коррелировала с риском умереть, поэтому ее часто используют как показатель старения. Например, в медицинских работах могут учитывать длину теломер наравне с другими симптомами болезни, чтобы скорректировать лечение.
<…>
Тем не менее вера в предсказательную силу теломер постепенно сходит на нет. Например, потому что неясно, насколько длина теломер в лейкоцитах отражает состояние хромосом во всех остальных клетках тела. Клетки крови и их предшественники регулярно делятся, поэтому логично, что их теломеры сокращаются, но как быть с медленно обновляющимися тканями и с клетками, которые не размножаются вообще? В некоторых исследованиях длина теломер оказалась разной даже у близкородственных типов иммунных клеток.
Более того, мы до сих пор не знаем, насколько сильно отличается этот параметр у разных людей. Известно, например, что у женщин теломеры длиннее, чем у мужчин, а у людей европейского происхождения они короче, чем у африканцев. Размер теломер зависит от возраста родителей: чем старше у человека отец, тем длиннее его хромосомы, а с матерями все наоборот. Поэтому ребенок может унаследовать от родителей набор теломер разной длины, но в условиях эксперимента исследователь все равно сможет вычислить только среднее значение. Отсюда большой разброс в оценках: в теломерах взрослых людей в разных работах насчитывали от 5000 до 10000 нуклеотидов, а «оптимальное» значение определить сложно. В такой ситуации кажется более разумным измерять не абсолютное значение длины теломер у человека, а динамику ее изменения.
Но и динамические измерения порой дают совсем неожиданные результаты. Скорость укорочения теломер может меняться с возрастом, по крайней мере в лейкоцитах крови. У маленьких детей они теряют около 10% длины в год, затем в возрасте четырех лет их длина стабилизируется, а затем снова начинает медленно сокращаться.
А в некоторых случаях длина теломер может даже возрастать, в том числе и у людей, например у пожилых после 75 лет.
<…>
Молекулярные часы
В качестве альтернативы теломерам в последнее время все чаще используют часы метилирования, или эпигенетические часы, — набор меток на ДНК. На нити ДНК висят метильные группы, которые влияют на степень скручивания разных ее участков. С возрастом они перестраиваются: где-то меток прибывает, а где-то они, наоборот, исчезают. Соответственно, некоторые участки ДНК становятся доступнее для считывания, а другие, напротив, «закрываются». С самими генами при этом может ничего не происходить, меняется лишь их «актуальность», способность клетки ими воспользоваться — поэтому эти процессы назвали эпигенетическими, лежащими как бы «поверх» генетики.
<…>
В 2013 году американец Стив Хорват построил систему определения возраста по метилированию ДНК, которую до сих пор иногда называют «часами Хорвата». Он проанализировал множество данных о расположении метильных групп на ДНК у людей разного возраста и обнаружил 353 участка, на которых наличие или отсутствие метилирования наиболее информативно.
Из них 193 приобретают со временем метильную группу, а 160 — теряют ее. Модель Хорвата учитывает состояние всех 353 участков, суммирует их с определенным коэффициентом и предсказывает возраст с точностью до четырех лет.
По сравнению с другими маркерами, у часов Хорвата есть немало преимуществ. Они работают с разными тканями, причем как с активно делящимися клетками крови, так и с неделящимися клетками мозга, и дают похожие результаты. Они показывают наименьшие значения у зародышевых клеток и сперматозоидов, что позволяет проследить динамику метилирования от самого начала жизни и до ее конца. Они предсказывают риск умереть у представителей разных рас, вне зависимости от хронологического возраста.
<…>
Трудности пересчета
Список потенциальных маркеров биологического возраста на этом не заканчивается. В качестве кандидатур предлагают и циркулирующие в крови обломки ДНК, и количество сахарных остатков на внеклеточных белках, и даже особенности головного мозга на снимках МРТ.
<…>
Мы оказываемся в тупике: один, единый для всех, маркер найти невозможно, а множество маркеров поменьше пока плохо согласуются друг с другом и не дают биологических объяснений. Это та же самая проблема, что встает и перед борцами со старением: открыть одну волшебную таблетку нам, кажется, уже не суждено, а чинить все по частям, как предлагает Обри ди Грей, едва ли получится. Список изменений, который мы составляли на страницах этой части, не оставляет надежд на легкий ремонт.
Определение возраста по ДНК — Отделение онкологии
Как бы вы отреагировали, если бы я сказал вам, что могу рассчитать ваш возраст, если возьму образец вашей крови?
Не буду врать!
Каждый день наши клетки подвергаются воздействию повреждающих агентов, которые могут вызывать вредные изменения, которые со временем накапливаются и приводят к заболеваниям, связанным со старением, таким как рак. Количественная оценка этих изменений позволила ученым разработать модели, которые рассчитывают биологический возраст человека, меру «благополучия» его клеток.
Часы Хорвата являются одними из наиболее широко используемых возрастных часов и используют данные о метилировании ДНК для расчета возраста (Horvath S, Genome Biology, 2013). Метилирование ДНК — это тип эпигенетических изменений, который относится к добавлению определенных групп, называемых метильными группами, к ДНК в определенных местах. Состояние метилирования ДНК влияет на то, включены или выключены определенные гены, подобно заметкам в книге рецептов, которые направляют вас к рецептам, которые вы хотели бы открыть в ближайшем будущем! Каждый сайт метилирования может быть либо метилирован, либо неметилирован, и поэтому его можно рассматривать как число — 1 для метилированного и 0 для неметилированного. Часы Хорвата используют это и используют образец метилирования в чьей-то ДНК, чтобы извлечь образец из 1 и 0. По всей чьей-то ДНК образец метилирования можно записать в виде кода последовательности единиц и нулей и ввести в компьютер. Затем компьютер может сравнить фактическую последовательность с образцами с самого начала жизни и образцами людей на разных этапах жизни.
Затем алгоритм может попытаться рассчитать вероятный биологический возраст человека, сопоставив изменения, наблюдаемые в его случае, с образцом, который мы наблюдаем у других людей.
Часы Хорвата работают на удивление хорошо, вычисляя средний возраст с точностью до 3 лет от реального возраста человека. Не совсем понятно, что измеряют часы, так как они относятся не к биологическому возрасту человека, а к хронологическому возрасту. Обычно клетки отслеживают возраст по количеству раз, когда они делятся, однако часы Хорвата также работают для неделящихся клеток, таких как нейроны!
Кто-то может задаться вопросом, какой смысл использовать возрастные часы, если у человека можно просто спросить его возраст. Одно использование в криминалистике, например. для предсказания возраста на месте преступления. Изучение сайтов метилирования, связанных со старением, также позволяет нам понять процесс старения, а также разработать и протестировать меры против старения. Совсем недавно метилирование ДНК даже использовалось для предсказания времени до смерти! (Horvath et al Aging, 2016) С точки зрения применения к раку важным аспектом возраста метилирования является несоответствие между возрастом метилирования человека и реальным возрастом.
Чем больше эта разница, т. е. «ускорение возраста» человека, тем больше у него риск развития возрастных заболеваний, в том числе онкологических. Таким образом, эта мера представляет собой потенциально важное значение для стратификации риска рака и более ранней диагностики.
Возрастные часы — пример того, чего можно достичь, когда специалисты из разных областей работают вместе. В этом случае изучение паттерна метилирования требует совместной работы биологов, статистиков и специалистов по информатике. За такой междисциплинарной работой будущее.
Что это значит, Тесты, Калькуляторы
Возможно, возраст на самом деле просто цифра.
Когда моему дедушке исполнилось 80 лет, никому за пределами семьи стало очень трудно угадать, сколько ему лет на самом деле. Он никогда не был сутулым, как другие восьмидесятилетние, у него сохранилась пышная шевелюра цвета соли с перцем, которую он аккуратно расчесывал, а во время долгих ежедневных прогулок он был устойчив и двигался быстро.
Он также был острым и красноречивым, с впечатляющим комедийным ритмом и любовью к розыгрышам. Незнакомцы, которые встречали его, почти всегда просто предполагали, что он на 10-15 лет моложе.
Мы все знаем такого старшеклассника, который кажется таким же энергичным и энергичным, как и десятилетия назад. И мы все видели обратное — кого-то, чьи годы пьянства, курения или неправильного питания, похоже, взяли свое. Часто существует разрыв между фактическим возрастом человека и тем, как выглядит человек , в зависимости от того, насколько хорошо функционируют его клетки и органы. Исследователи долголетия годами изучали это несоответствие и установили, что да , согласно свидетельству о рождении человеку может быть 70 лет, но у него может быть сердце 50-летнего или мышечный тонус 60-летнего.
Оценка того, насколько хорошо сохранился человек, или что случилось можно назвать их «биологическим возрастом», ученые ломают голову над этим в течение многих лет, говорит Даниэль Бельский, доктор философии, профессор Центра старения Колумбийского университета.
Одна из первых попыток дать количественную оценку была предпринята в 1969 году, когда Алекс Комфорт, британский ученый, наиболее известный своим бестселлером The Joy of Sex предложил тест для измерения скорости старения человека. За прошедшие годы мы намного приблизились к созданию чего-то вроде калькулятора биологического возраста, и множество медицинских стартапов разработали собственную серию тестов. Но как они работают? И действительно ли они надежны? Вот что нужно знать.
Наука о долголетии сделала большой шаг вперед, когда исследователи обнаружили набор молекулярных изменений у ряда различных видов, которые контролируют, насколько быстро или медленно разрушается тело, — так называемые признаки старения. К ним относятся повреждение ДНК; изменения в наших митохондриях, которые вы, возможно, помните из школьной биологии, являются «электростанцией клетки»; и изнашивание теломер. (Теломеры — это защитные колпачки на концах наших хромосом.
Они немного похожи на пластиковые наконечники на концах наших шнурков. Они укорачиваются по мере того, как мы становимся старше, и в конечном итоге не могут удержать наши шнурки от распутывания, Марк Хайман, доктор медицины. , с которым Кэти недавно говорила о долголетии, пишет в своей новой книге « Young Forever .)
Есть и другие отличительные черты, и исследователи с каждым годом обнаруживают все больше. Все они прогрессируют со временем, начиная с самого раннего возраста. По мере их постепенного накопления (быстро, если вы испытываете хронический стресс или никогда не занимаетесь спортом, или медленнее, если вы придерживаетесь здоровой диеты), они приводят к тому, что наши ткани и органы становятся менее устойчивыми и разрушаются.
В конечном счете, объясняет доктор Бельский, это «делает нас более уязвимыми для болезней или инвалидности и в конечном итоге убивает нас». Есть надежда, что однажды ученые смогут создать методы лечения, нацеленные на эти маркеры и замедляющие биологические часы. Некоторые из этих вмешательств уже существуют, но пока не звоните своему врачу: они доступны только для озабоченных старением плодовых мушек и крошечных круглых червей, называемых Caenorhabditis elegans. Ученые смогли манипулировать генами этих существ, чтобы исправить изменения в их митохондриях, например, значительно увеличив продолжительность их жизни.
Исследователи еще не придумали, как сделать то же самое для людей, но доктор Хайман говорит нам, что эти методы лечения не за горами. Однако ясно, что оптимизация нашего рациона, достаточное количество сна и регулярные физические упражнения — это простые задачи, которые сами по себе действуют как источник молодости. Вот почему такие люди, как мой дедушка, веривший в диету, богатую овощами, выращенными им самим, и лишенную всего слишком жирного или слишком сладкого, могут быть на лет моложе, чем выглядят.
Был бум компаний, предлагающих сказать вам, сколько вам лет «на самом деле»… за несколько сотен баксов. Некоторые из них утверждают, что вычисляют ваш биологический возраст, используя информацию, полученную от FitBit или других носимых устройств, таких как частота сердечных сокращений или температура тела, или анализ крови для измерения уровня воспаления, триглицеридов и кортизола. Segterra, компания по производству продуктов питания, которая может похвастаться внушительным списком ученых, прошедших обучение в Массачусетском технологическом институте и Гарварде, предлагает анализ крови под названием InsideTracker, который обойдется вам примерно в 250 долларов и обещает анализировать более дюжины биомаркеров (физиологических показателей, которые могут определить, насколько вы здоровы). находятся в данный момент и насколько вероятно, что у вас разовьются определенные заболевания) и предоставляет индивидуальные рекомендации по питанию, упражнениям и добавкам.
Другие стартапы сосредоточились на анализе вашей ДНК. Доктор Хайман использовал тот, который измерил длину его теломер. (Тест, который он прошел в 58 лет, показал автору Pegan Diet , что его биологический возраст составляет 39 лет.) Теломеры, как мы обсуждали ранее, со временем укорачиваются, но также могут быстрее изнашиваться, если вы курите или находитесь в состоянии хронического стресса. Они также могут удлиняться, и это открытие принесло трем американским ученым Нобелевскую премию в 2009 году.
Новое поколение измерителей возраста обратилось к оценке метилирования ДНК. Метилирование относится к кластерам атомов, называемым метильными группами, которые присоединяются к нашим генам, включая или выключая их. Исследования показывают, что мы можем предсказать, сколько лет кому-то, основываясь на характере экспрессируемых и молчащих генов. TruDiagnostic проведет тест на метилирование ДНК по крови за 49 долларов.9, а у Elysium Health есть тест слюны, который стоит 299 долларов.
Это очень много денег, чтобы потратить на что-то столь теоретическое (и потенциально чрезвычайно удручающее — представьте, что вы тратите сотни, чтобы узнать, что не только ваша нижняя часть спины кажется на 20 лет старше, чем должна быть, но и все ваше тело.) Но Майкл Ройзен, доктор медицинских наук, анестезиолог, который более 20 лет назад создал один из первых калькуляторов биологического возраста с помощью анкеты, говорит, что, возможно, стоит попробовать один из этих тестов, просто чтобы получить приблизительную оценку того, насколько вероятно, что у вас возрастное развитие. сопутствующие заболевания, такие как слабоумие или диабет.
Эта информация может служить мощным мотиватором. Те из нас, кто не имеет медицинского образования, возможно, не полностью понимают, что говорит о нашем здоровье наша липидная панель, но все мы понимаем, что это значит, когда тест говорит, что вы, может быть, и принадлежите к поколению X на бумаге, но у вас тело Бэби-бумер. Когда доктор Ройзен представил это пациенту таким образом, сказав ему, что его пачка сигарет в день сделала его старше на восемь лет, этот человек, наконец, смог бросить курить.