Кодекс долголетия: что заставляет нас стареть и как это остановить
Что общего между болезнью Альцгеймера, инфарктом кишечника, людьми, прожившими более 110 лет, и некоторыми редкими неврологическими болезнями? Белки! Белки — это важный фактор старения. Когда мы поймем роль белков в процессе старения, мы сможем понять, и как его замедлить — в том числе с помощью питания.
Белки состоят из тысяч атомов. Они бывают разной, весьма специфической формы. Именно формой определяется тип белка. Человеческое тело содержит более 20 000 разных видов белков. Поскольку белки — это скопления атомов, а атомы очень малы, белки тоже имеют не очень большие размеры. Средний диаметр белка — около 10 нанометров (нанометр — это одна миллионная часть миллиметра).
Белки имеют две функции. Во-первых, это строительный материал для наших клеток. Клетка содержит миллионы белков, которые определяют их форму и структуру. Точно так же, как из деревянных балок строят каркас дома, из длинных белков-«перекладин» строится каркас клетки. Лейкоциты умеют ловить бактерии своими длинными «руками», потому что эти руки закреплены на специальном шарнирном белковом механизме, который поворачивает их в сторону бактерий. На клетках наших бронхов есть длинные наросты, которые покачиваются туда-сюда, смахивая с поверхности пыль и слизь. Каркас этих наростов сделан из белков.
Во-вторых, белки — еще и рабочие лошадки наших клеток. Они выполняют почти все задачи внутри клеток и вокруг них: расщепляют вещества, например, лекарства, алкоголь или еду; создают вещества, например, жиры или гормоны; пропускают вещества (например, натрий и глюкозу) в клетки и обратно; служат хранилищем и упаковкой для веществ вроде железа или витамина B12. Нет практически ни одного процесса в нашем организме, в котором не участвовали бы белки. Определенные белки в клетках вашего желудка вырабатывают и выделяют желудочный сок. Другие белки, находящиеся в стенках нервных клеток ягодиц, отслеживают давление, тем самым позволяя вам чувствовать кресло, в котором вы сейчас сидите. Белки внутри вашего глаза чувствительны к свету, благодаря чему вы читаете эту книгу. Длинные белковые нити в ваших мышцах могут укорачиваться, сокращая их, благодаря чему вы можете перевернуть страницу книги, танцевать, смеяться, ходить. Белки — это двигатели жизни. ДНК в наших клетках содержит инструкции по производству белков. Без белков жизни нет.
Вам нужно знать еще кое-что: белки состоят из нитей аминокислот. В человеческом организме есть двадцать видов аминокислот, из которых могут формироваться белки. Аминокислоты — это маленькие скопления атомов, которые всегда вырабатываются по четкому плану. Нанизываясь рядом, как жемчужины на нитку, аминокислоты формируют белок. А затем эта длинная нить из аминокислот сворачивается определенным образом — в шар, палочку или полый цилиндр. Это сворачивание происходит потому, что атомы, из которых сделана нить, заряжены положительно или отрицательно и могут притягиваться или отталкиваться.
Взаимоотношения между атомами, аминокислотами и белками можно описать следующим образом. Представьте себе различные виды кубиков Lego разных размеров и цветов: их роль играют различные атомы, например, водород, кислород, углерод и так далее. Из кубиков Lego можно построить маленькие простые структуры, например, стены, окна или крыши; точно так же из атомов можно построить двадцать разных аминокислот. И точно так же, как из простых структур можно построить целый домик, из аминокислот делаются белки. Белок может состоять из нескольких десятков аминокислот (маленький домик) или из нескольких тысяч (гигантский дворец). Читатели, которые хотят узнать больше о белках и аминокислотах, найдут подробности в конце книги, в разделе «Дополнительное чтение».
Белки — и, соответственно, аминокислоты, — содержатся в основном в мясе. Мясо состоит по большей части из мышечных клеток, богатых белком. Рыба, яйца и сыр тоже содержат много белков; кроме того, существуют белки и растительного происхождения. Богатые источники растительного белка — орехи, бобовые, тофу и некоторые овощи, например, брокколи. Как мы обсудим позже, растительные белки полезнее для здоровья, чем животные.
Роль белков в старении
Почему я все это объясняю? Потому, что белки играют важную роль в процессе старения. Клетки содержат миллионы белков. Эти белки постоянно вырабатываются и разрушаются внутри клетки. К сожалению, процесс переработки не всегда идет гладко. Иногда белку удается избежать переработки и остаться внутри клетки. Поначалу этих белков мало, но за десятилетия их в клетке накапливается все больше и больше. Кроме того, они часто слипаются вместе, так что клетка постепенно наполняется неразрушимыми белковыми комками. Со временем этих белков в клетке становится столько, что она уже не может нормально функционировать. Из-за этого клетки стареют: сердечные клетки начинают плохо сокращаться, нервные клетки неэффективно передают сигналы, пищеварительные клетки не усваивают питательные вещества так же хорошо, как раньше. Наконец, многие клетки просто умирают, задушенные паутиной белков. Можно сравнить этот процесс с деградирующей фабрикой. На хорошо работающей фабрике (в клетке) трудится ровно столько рабочих (белков), сколько нужно: не слишком много и не слишком мало. Но представьте, что владелец фабрики начинает набирать все больше и больше персонала. Со временем рабочий цех, кабинеты руководителей и коридоры полностью заполняются людьми, которые не просто гуляют туда-сюда, а сцепились друг с другом руками и ногами. Такая фабрика не сможет работать нормально, а если набрать слишком много людей, она просто ничего не сможет производить. В конце концов, фабрика просто лопнет по швам. Именно это, практически буквально, происходит в клетках: с течением десятилетий они оказываются настолько набиты белковыми комками, что просто не могут функционировать нормально, из-за чего стареют и умирают.
Возьмите, к примеру, сердце. Сердце состоит из сердечных мышечных клеток. Эти клетки постепенно наполняются белками. В конце концов, они просто уже не могут сокращаться полностью, потому что белки начинают мешать, и сердце менее эффективно перекачивает кровь. Когда мы стареем, сердце начинает хуже качать кровь по организму.
Похожий процесс происходит в мозге. Одно из самых страшных возрастных заболеваний — это болезнь Альцгеймера. Болезнь Альцгеймера — это форма деменции, или слабоумия. Слабоумия существует несколько типов, и болезнь Альцгеймера составляет 65 процентов всех случаев. Болезнь Альцгеймера вызывается накоплением белков в клетках мозга и вокруг них. В долгосрочной перспективе клетки мозга будут буквально раздавлены этой агломерацией белков и просто умрут. После того, как погибнет четверть из примерно 86 миллиардов клеток мозга, начинаются первые симптомы болезни Альцгеймера: забывчивость, трудности с подбором слов, проблемы с ориентацией в пространстве.
В среднем болезнь Альцгеймера от первых симптомов до смерти длится восемь-десять лет. Когнитивные способности* пациентов деградируют настолько, что они оказываются прикованы к постели и неспособны к самостоятельной деятельности. Даже принимать пищу бывает трудно, и пациенты могут, например, умереть от пневмонии, вызванной едой, которая попала в дыхательные пути. Или же из-за недостатка движения у них в ноге развивается тромб, который потом добирается до легких. Или, например, они умирают из-за инфекции мочевого пузыря, потому что не могут самостоятельно пользоваться туалетом.
Мы называем болезнь Альцгеймера «болезнью», но, поскольку эта агломерация белков — типичное проявление старости, нечто подобное происходит и у здоровых людей, но намного медленнее. Это видно по статистике: начиная с 65 лет, риск болезни Альцгеймера увеличивается вдвое каждые пять лет, и в результате болезнь Альцгеймера развивается у каждого третьего человека в возрасте 85 — 90 лет. Иными словами, если мы достаточно долго проживем, у нас появятся определенные признаки слабоумия, потому что это неотъемлемая часть старения. Мы обычно называем этот процесс «болезнью», если он развивается быстрее, убивая примерно через десять лет после первых симптомов, или если начинается намного раньше обычного, например, в 60 лет. Это возможно, потому что у некоторых людей есть специфические мутации отдельных белков мозга. Эти белки мозга устроены иначе и накапливаются очень быстро.
Еще одно заболевание мозга, вызываемое агломерацией белков, — болезнь Паркинсона. Эту болезнь в основном вызывает другой белок, альфа-синуклеин. Он формирует комочки, называемые тельцами Леви — в основном в областях мозга, отвечающих за способность двигаться плавно и без усилий. В результате у больных начинается тремор конечностей, а движения становятся жесткими. Кроме того, трудно становится привести себя в движение. Обычно для нас не составляет никакой проблемы приподнять ногу и сделать шаг, но вот для человека с болезнью Паркинсона это бывает очень трудно. Когда на полу рисуют линию и просят пациента с болезнью Паркинсона переступить через нее, он не может этого сделать или может, но с огромным трудом. Все потому, что области мозга, отвечающие за начало движения, работают не очень хорошо. Сделав первый шаг, пациент может нормально идти дальше. Речь тоже требует движений (голосовые связки вибрируют благодаря работе мышц), так что и говорить больным становится труднее — они могут просто запинаться, а могут и вообще полностью утратить дар речи. На последних стадиях болезни могут начаться когнитивные проблемы и деменция.
Короче говоря, агломерация белков играет важную роль в самых разных возрастных заболеваниях мозга. Поскольку все эти болезни мозга имеют общий механизм — накопление белков, — врачам не всегда бывает легко отличить одну болезнь мозга от другой, особенно учитывая, что существуют и заболевания, при которых одновременно и трудно двигаться, как при болезни Паркинсона, и проявляются симптомы слабоумия, как при болезни Альцгеймера. Такие заболевания иногда называют «синдромами Паркинсон-плюс». Одно заболевание начинается с повреждения преимущественно двигательных областей мозга, другое — с проблем со зрением, третье — с проблем с памятью или характером. Когда я был студентом-медиком, у меня была одна пациентка, которая внезапно стала очень религиозной. Она даже продала свой дом и отдала все деньги религиозным благотворительным организациям. В конце концов, стало ясно, что у нее лобно-височная деменция — форма слабоумия, которая на первом этапе воздействует в первую очередь на личность пациента, убирая торможение. Лобная доля мозга (область мозга, располагающаяся за лобной костью) играет важную роль в формировании характера и моральном поведении. Эта область тормозит импульсивные мысли и планы, чтобы вы могли нормально вести себя как член общества. Она не дает вам в гневе швырнуть стул в другой конец комнаты, разораться в долгой очереди в супермаркете или раздраженно разбить кулаком стекло. У пациентов с лобно-височной деменцией часто исчезают любые социальные тормоза, так что они могут мочиться на публике, проявлять насильственное или гиперсексуальное поведение или начать воровать в магазинах.
Накопление белков в мозге играет большую роль в различных болезнях, которые развиваются с возрастом. Однако, как мы уже видели, белки накапливаются во всем организме, в том числе и в сердце. Именно по этой причине ученые считают некоторые формы сердечной недостаточности своеобразной «болезнью Альцгеймера», только у сердца5. Белки могут накапливаться, причем не только в сердце или мозге, но и в любых кровеносных сосудах по всему телу.
Второй по распространенности после болезни Альцгеймера вид старческого слабоумия — сосудистая деменция, на долю которой приходится от 15 до 25 процентов случаев. Сосудистая деменция вызывается закупориванием или разрывом мелких кровеносных сосудов мозга. Когда такое происходит, часть мозга перестает снабжаться кровью и отмирает.
Такие маленькие микроинфаркты могут случиться где угодно в мозге и, в конце концов, приводят к рассеянной когнитивной деградации, сопровождающейся забывчивостью, замешательством, проблемами с концентрацией, трудностями с движением и мочеиспусканием. Один из процессов, приводящих к этим микроинфарктам, — агломерация белков на стенках кровеносных сосудов мозга.
Эти кровеносные сосуды становятся хрупкими и могут легко разорваться, что приводит к кровоизлиянию в мозг. Однако белки могут также накапливаться, например, на стенках кровеносных сосудов кишечника, повышая риск инфаркта кишечника (разрыву или перекрытию кишечных кровеносных сосудов). Часть кишечника отмирает, содержимое кишечника попадает в брюшную полость и, в конце концов, приводит к сильнейшей инфекции, от которой человек обычно быстро умирает.
С возрастом в различных органах происходит накопление белков. Они могут скапливаться в мозге и вызывать сосудистую деменцию, а могут оседать в сердце или легких, вызывая нарушения в работе органов.
Еще белки собираются в нервных клетках спинного мозга. Это ослабляет способность нервных клеток отправлять электрические сигналы, так что у нас ухудшаются рефлексы — это тоже типичный симптом старости. Вот почему в двадцать лет можно спокойно простоять на одной ноге целую минуту, в пятьдесят это уже тяжелее, а в семьдесят без поддержки лучше этого вообще не пробовать делать. Ухудшение рефлексов приводит еще и к тому, что пожилым людям сложнее регулировать температуру тела, потому что в нем тоже участвуют нервные клетки: они заставляют мышцы подрагивать или волосы на руках вставать дыбом, когда нам холодно, или потеть, чтобы охладиться, горячим летним днем. Но чем старше мы становимся, тем хуже нам удается регулировать температуру тела, пока не наступает момент, когда зимой хочется уехать куда-нибудь подальше на юг.
Белковые комки можно найти и в легких — из-за них легкие лишаются упругости. Менее упругие легкие хуже расширяются, когда мы дышим, так что в них легче обосноваться бактериям, вызывающим инфекции. Соответственно, пожилые люди более уязвимы к пневмонии, одной из самых распространенных причин смерти в возрасте старше 75 лет (конечно, другие возрастные процессы тоже повышают риск пневмонии, например, ухудшающаяся иммунная система и поперечные связи, но об этом мы поговорим позже).
Агломерация белков, в конце концов, убивает даже самых стойких. В их числе — сверхдолгожители, которые прожили дольше 110 лет. Тело сверхдолгожителей настолько надежно, что позволяет им жить 110 лет и даже дольше. Соответственно, нет ничего удивительного в том, что они привлекают внимание врачей и ученых, которые хотят узнать, как вообще можно жить так долго и от чего они, в конце концов, умирают. Исследования показали, что сверхдолгожители часто умирают от болезни, которую мы называем амилоидозом Системная патология, характеризующаяся нарушением обменных процессов в организме и угнетением иммунной системы. (— Прим. науч. ред.). Некоторые ученые даже считают, что от амилоидоза умирают 70 процентов всех сверхдолгожителей. Амилоидоз — это генерализированная агломерация белков по всему организму. В частности, в организме накапливается, причиняя тяжелый урон, белок транстиретин.
Транстиретин циркулирует в кровеносной системе каждого из нас. Он переносит по крови разные вещества, в том числе гормоны щитовидной железы и витамин A. Проблема состоит в том, что транстиретин может легко скопиться в любой области организма. Он формирует не комочки, а нити, которые прилепляются ко всему подряд, в том числе и к стенкам кровеносных сосудов. Из-за этого кровеносные сосуды забиваются или становятся хрупкими, вызывая инфаркт сердца, мозга или кишечника — в зависимости от того, где именно перестает работать крупный кровеносный сосуд. Транстиретиновые белки также просачиваются сквозь стенки кровеносных сосудов в ткани, формируя и там кластеры и нити. Если такое происходит в легких, то легкие становятся жесткими, и начинается легочный фиброз — одна из причин, по которым сверхдолгожители становятся уязвимыми для легочных инфекций. Белки также могут скопиться в сердце, вызывая сердечную недостаточность, или вокруг нервных клеток, вызывая невралгию в руках и ногах. Когда умирают такие старые люди, часто говорят, что они «умерли от старости». Но это неправда: люди всегда умирают от чего-то совершенно конкретного. В случае со сверхдолгожителями куда более логичное объяснение — амилоидоз, а не старость. После более чем ста лет накопления белков их легкие, сердце или мозг наконец перестают работать.