Интернациональная команда нейроученых обнаружила два самостоятельных процесса, лежащих в основе возрастной деградации человеческого мозга. Выяснилось, что хронологический возраст и метаболическое здоровье воздействуют на мозг разными путями. В работе проанализировали информацию более чем 3,6 тысячи человек из двух ведущих нейронаучных баз. Результаты были представлены 15 июня в научном издании PLoS Biology.

Два маршрута к ухудшению работы мозга

Специалисты Университета Макгилл (Канада) задействовали многомерный статистический подход, чтобы совместно сопоставить данные магнитно-резонансной томографии с биохимическими анализами крови, показателями давления, индексом массы тела и возрастом обследуемых. В анализ были включены структурная, диффузионная, функциональная МРТ и артериальная спин-маркировка — методика оценки мозгового кровотока без контрастного усиления.

Обработку выполняли отдельно для мужского и женского пола, принимая во внимание известные отличия в кровоснабжении мозга и гормональном статусе. В ходе исследования ученые выявили две устойчивые взаимосвязи между состоянием мозга и физиологическими показателями организма, которые получили названия «оси старения» и «метаболической оси».

Исследователи заключили, что эти оси не зависят одна от другой: возрастные изменения в работе мозга и процессы, связанные с нарушениями обмена веществ, представляют собой разные механизмы. Они способны развиваться параллельно, но не являются прямым следствием друг друга.

Как время воздействует на мозг

Первая, доминирующая ось объясняет от 66 до 78% ковариации между параметрами мозга и биомаркерами в обоих датасетах. Основной вклад в неё вносит возраст.

С годами кора головного мозга утончается, теряет структурную целостность. Диффузионная МРТ регистрирует падение фракционной анизотропии — меры упорядоченности нервных трактов — и повышение средней диффузионности, что указывает на повреждение белого вещества. Одновременно нарастает бремя белых гиперинтенсивностей — областей, проявляющихся на томограммах как светлые пятна и отражающих хроническую ишемию тканей.

Сосудистые сдвиги не менее заметны. Ученые установили удлинение артериального транзитного времени — промежутка, за который кровь доходит от крупных артерий до капилляров. Это косвенно свидетельствует о снижении эластичности сосудов и нарастающей церебральной сосудистой дисфункции. Участки с самым большим удлинением транзитного времени совпадали с зонами максимального роста диффузионности, что говорит об одновременном ухудшении микроструктуры и кровоснабжения.

В биохимическом профиле «возрастной оси» выделились фолликулостимулирующий и лютеинизирующий гормоны, витамин D, креатинин, мочевина, гликированный гемоглобин и среднее артериальное давление. Все они закономерно меняются с возрастом и отражают системное старение организма: снижение функции почек, гонадальные изменения, нарастающую резистентность сосудов.

Влияние метаболизма на мозг

Вторая, метаболическая ось охватывает от 12 до 15% ковариации. Её биохимический облик резко контрастирует с возрастным: высокий индекс массы тела, повышенное давление, уровень гликированного гемоглобина, глюкоза, инсулин, печеночный фермент АЛТ — и пониженное содержание липопротеинов высокой плотности («хорошего» холестерина).

На стороне мозга эта метаболическая комбинация ассоциировалась прежде всего со снижением церебральной перфузии — мозгового кровотока. Именно кровоток оказался главным мостом между состоянием обмена веществ и состоянием мозга. Остальные структурные показатели — толщина коры, диффузионные параметры, объемы — имели значительно меньшее значение.

Биологическую последовательность авторы выстраивают через цепь событий. Избыточная масса тела активирует симпатическую систему и ренин-ангиотензин-альдостероновый каскад, что приводит к артериальной гипертензии. Параллельно формируется инсулинорезистентность: клетки перестают адекватно реагировать на инсулин, в тканях накапливаются липидные метаболиты, нарушается функция эндотелия. Это подавляет продукцию оксида азота и усиливает сосудистый спазм. В итоге мозг получает меньше крови.

Низкий уровень ЛПВП ухудшает ситуацию: данный липопротеин обладает противовоспалительными и антиоксидантными свойствами, защищает эндотелий и замедляет развитие атеросклеротических бляшек. Когда его концентрация снижается, сосудистая стабильность ослабевает — мозг становится крайне чувствительным к гипоперфузии.

Авторы отметили, что метаболическая ось сохранялась даже после статистического удаления фактора возраста из всех переменных. Это подтверждает: метаболические нарушения влияют на мозговой кровоток самостоятельно, а не через механизм старения.

Женский мозг более уязвим

Когнитивные последствия двух осей различались по характеру и по полу участников. Люди с высокими баллами по оси старения хуже выполняли задачи на когнитивную гибкость и общий интеллект, но лучше справлялись с тестами на кристаллизованный интеллект — накопленные знания и навыки. Такой расклад согласуется с классическими представлениями о возрастных изменениях умственных функций.

При этом метаболическая ось оказала заметное негативное влияние на когнитивную гибкость у женщин, тогда как у мужчин этот эффект оказался значительно менее выраженным. Участницы с более высоким метаболическим «грузом» хуже решали новые задачи, медленнее обрабатывали информацию и переключались между правилами.

Исследователи связывают это с возможным участием половых гормонов в регуляции гематоэнцефалического барьера, функции эндотелия и сосудистой реактивности — всех процессов, одновременно чувствительных к метаболическим сбоям. Эти данные, по мнению исследователей, могут частично объяснять более высокую распространенность болезни Альцгеймера у женщин.

Метаболическое здоровье можно скорректировать

В отличие от возраста метаболическое здоровье — фактор, поддающийся изменению. Авторы ссылаются на исследования, показывающие, что снижение веса, как после бариатрической операции, так и в результате 12-месячной программы диеты и физических нагрузок, увеличивает мозговой кровоток. Ряд структурных и функциональных изменений мозга, связанных с ожирением, также обратим при уменьшении массы тела.

Хроническое снижение мозгового кровотока ухудшает выведение токсичных белков, вызывает окислительный стресс и способствует отложению бета-амилоида — предшественника патологических изменений при болезни Альцгеймера. Поддержание метаболического здоровья может замедлить или предотвратить этот каскад.