Международная команда нейробиологов установила два автономных маршрута, по которым человеческий мозг утрачивает свои функции с годами. Выяснилось, что возраст и состояние обмена веществ воздействуют на мозг различными путями. В работе были задействованы свыше 3 600 человек из двух ведущих нейронаучных хранилищ информации. Об этом 15 июня сообщил научный журнал PLoS Biology.

Два пути к деградации мозга

Специалисты из канадского Университета Макгилл задействовали методику многомерного статистического анализа для одновременного сравнения результатов МРТ-сканирования мозга с биохимией крови, давлением, индексом массы тела и возрастом испытуемых. В исследование включили структурную, диффузионную и функциональную МРТ, а также артериальную спин-маркировку — технологию, дающую возможность измерить кровоток в мозге без контраста.

Изучение проводили раздельно для представителей обоих полов, принимая во внимание известные отличия в мозговом кровообращении и гормональной сфере. В процессе работы исследователи обнаружили две стабильные корреляции между мозговой активностью и физиологическими параметрами, обозначенные как «ось старения» и «метаболическая ось».

Главным результатом стало понимание того, что упомянутые оси функционируют автономно друг от друга: возрастные перемены в мозговой деятельности и нарушения обменных процессов представляют собой различные механизмы. Они способны протекать параллельно, однако не выступают прямым следствием одно другого.

Что делает с мозгом время

Основной является первая ось. На ее долю приходится от 66 до 78% ковариации между мозговыми показателями и биомаркерами в обеих базах данных. Определяющий вклад в нее принадлежит возрасту.

С годами кора мозга утончается, теряет структурную целостность. Диффузионная МРТ регистрирует падение фракционной анизотропии — параметра упорядоченности нервных пучков — и увеличение средней диффузионности, что свидетельствует о поражении белого вещества. Одновременно усиливается нагрузка белых гиперинтенсивностей: областей, видимых на снимках как светлые пятна и указывающих на хроническую ишемию церебральной ткани.

Сосудистые сдвиги не менее заметны. Исследователи отметили увеличение артериального транзитного времени — периода, за который кровь достигает капилляров мозга от магистральных артерий. Данный факт опосредованно указывает на утрату сосудистой эластичности и прогрессирующую церебральную дисфункцию. Участки с самым значительным удлинением транзита совпадали с зонами наибольшего роста диффузионности, что говорит о параллельном ухудшении микроструктуры и перфузии.

В биохимическом портрете «возрастной оси» выделились фолликулостимулирующий и лютеинизирующий гормоны, витамин D, креатинин, мочевина, гликированный гемоглобин и среднее артериальное давление. Все перечисленное закономерно трансформируется с возрастом и отображает системное старение: угасание почечной функции, гонадальные перестройки, возрастающую ригидность сосудов.

Что делает с мозгом метаболизм

Вторая — метаболическая ось — охватывает от 12 до 15% ковариации. Ее биохимический профиль кардинально отличен от возрастного: высокий ИМТ, повышенное давление, уровень гликированного гемоглобина, глюкоза, инсулин, фермент АЛТ (печеночный маркер) — и пониженное содержание липопротеинов высокой плотности (ЛПВП, или «хорошего» холестерина).

Со стороны мозга указанный метаболический комплекс коррелировал в первую очередь с падением церебральной перфузии — мозгового кровотока. Именно кровоток стал ключевым «связующим звеном» между обменными нарушениями и церебральным состоянием. Остальные структурные параметры — толщина коры, диффузионные показатели, объемы — имели намного меньший вес.

Биологическое обоснование данной связи авторы выстраивают через последовательность событий. Избыточная масса тела активирует симпатическую нервную систему и ренин-ангиотензин-альдостероновый каскад, вызывая гипертензию. Одновременно формируется нечувствительность к инсулину: клетки утрачивают адекватную реакцию на гормон, в тканях скапливаются липидные производные, расстраивается эндотелиальная функция. Это угнетает синтез оксида азота и усиливает спазм сосудов. Как следствие, мозг недополучает кровь.

Низкий ЛПВП отягощает ситуацию: данный липопротеин располагает противовоспалительными и антиокислительными качествами, предохраняет эндотелий от разрушения и тормозит формирование атеросклеротических бляшек. При падении его концентрации сосудистая выносливость падает — мозг обретает особую восприимчивость к гипоперфузии.

Исследователи акцентировали, что метаболическая ось сохранялась даже после статистического устранения возрастного влияния из всех переменных. Это доказывает: обменные расстройства действуют на мозговой кровоток независимо, а не посредством старения.

Женский мозг уязвимее

Когнитивные проявления двух осей отличались как по существу, так и в гендерном разрезе. Участники с высокими оценками по оси старения справлялись хуже с задачами на когнитивную гибкость и общий интеллект, но при этом показывали лучшие результаты в тестировании кристаллизованного интеллекта — знаний и умений, приобретенных с опытом. Подобные итоги согласуются с классическими воззрениями на когнитивные трансформации в позднем возрасте.

Одновременно метаболическая ось оказывала выраженное отрицательное воздействие на когнитивную гибкость у женщин, тогда как у мужчин данный эффект был куда слабее. Участницы с более тяжким метаболическим «грузом» хуже решали задачи на подвижный интеллект: новые проблемы, скорость переработки данных, смену правил.

Авторы соотносят это с вероятным участием половых гормонов в регулировке гематоэнцефалического барьера, эндотелиальной деятельности и сосудистой реактивности — всего, что в равной мере восприимчиво к обменным сбоям. Полученные сведения, по мнению ученых, способны частично прояснить повышенную встречаемость болезни Альцгеймера у женщин.

Метаболизм поддается коррекции

В противоположность возрасту, метаболическое благополучие — фактор, поддающийся изменению. Авторы опираются на информацию о том, что уменьшение веса, как хирургическим путем, так и в итоге годовой программы питания и тренировок, усиливает мозговой кровоток. Часть структурных и функциональных церебральных изменений, обусловленных ожирением, также обратима при похудении.

Хронический дефицит мозгового кровотока препятствует очищению мозга от токсичных белков, вызывает окислительный стресс и содействует скоплению бета-амилоида — предшественника патологических сдвигов при болезни Альцгеймера. Поддержание метаболического здоровья способно затормозить или предупредить данный каскад.