Ученые определили критическое «окно среднего возраста» для предотвращения возрастного ухудшения работы мозга
Исследование , опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, показало, что старение мозга следует четкой, но нелинейной траектории с критическими точками перехода. Исследование, проведенное международной группой ученых под руководством Лилианны Р. Мухики-Пароди, доктора философии из Университета Стоуни-Брук, предлагает новые идеи о том, когда вмешательства для предотвращения снижения когнитивных способностей могут быть наиболее эффективными.
Команда проанализировала мозговые сети более чем 19 300 человек в четырех крупных наборах данных. Их выводы показывают, что функциональная связь между областями мозга (мозговыми сетями) начинает дестабилизироваться около 44 лет, при этом дегенерация мозговых сетей ускоряется наиболее быстро в возрасте 67 лет и достигает плато к 90 годам.
Эти переходные точки соответствуют S-образной статистической кривой с четкими переходными точками, а не клиническому началу в пожилом возрасте или постепенному линейному снижению, как предполагалось ранее, что свидетельствует о наличии определенных окон, когда вмешательство может быть наиболее эффективным.
«Понимание того, когда и как ускоряется старение мозга, дает нам стратегические временные точки для вмешательства», — говорит ведущий автор Мухика-Пароди, директор Лаборатории вычислительной нейродиагностики (LCNeuro), кафедры метаболической нейронауки фонда Baszucki и профессор биомедицинской инженерии в Центре физической и количественной биологии Лауфера и Медицинской школе Ренессанса в Университете Стоуни-Брук.
«Мы определили критическое окно среднего возраста, когда мозг начинает испытывать снижение доступа к энергии, но до того, как произойдет необратимое повреждение, по сути, «изгиб» перед «переломом». В среднем возрасте нейроны подвергаются метаболическому стрессу из-за недостатка топлива; они борются, но все еще жизнеспособны», — объясняет она.
«Поэтому предоставление альтернативного топлива в этот критический период может помочь восстановить функцию. Однако в более позднем возрасте длительное голодание нейронов может вызвать каскад других физиологических эффектов, которые делают вмешательство менее эффективным».
Исследователи не только составили карту этой траектории старения, но и определили ее основной фактор: нейрональную резистентность к инсулину.
Сравнивая метаболические, сосудистые и воспалительные биомаркеры, они обнаружили, что метаболические изменения последовательно предшествовали сосудистым и воспалительным. Анализ экспрессии генов дополнительно указал на инсулинозависимый переносчик глюкозы GLUT4 и липидный транспортный белок APOE (известный фактор риска болезни Альцгеймера) в этих моделях старения.
Однако эти же анализы экспрессии генов также выявили нейрональный переносчик кетонов MCT2 как потенциальный защитный фактор, что позволяет предположить, что усиление способности мозга использовать кетоны — альтернативное топливо для мозга, которое нейроны могут усваивать без инсулина — может быть полезным.
Это открытие переносчика кетонов послужило мотивом для проведения интервенционного исследования, в ходе которого ученые сравнили введение индивидуально подобранных по весу и калорийности доз глюкозы и кетонов 101 участнику на разных стадиях траектории старения.
Эффекты в этой когорте были поразительными. В отличие от глюкозы, кетоны эффективно стабилизировали ухудшающиеся мозговые сети, но с эффектами, которые значительно различались в критических переходных точках. Кетоны показали умеренные преимущества у молодых людей (20–39 лет), показали максимальные преимущества в период «метаболического стресса» среднего возраста (40–59 лет), после которого сети начинают дестабилизироваться, но имели сниженное влияние у пожилых людей (60–79 лет), как только дестабилизация сети достигла максимального ускорения и доминирования усугубляющих сосудистых эффектов.
Мухика-Пароди и соавторы утверждают, что эти результаты могут произвести революцию в подходах к профилактике возрастного снижения когнитивных способностей и нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера.
Современные методы лечения обычно нацелены на симптомы после их появления, часто слишком поздно для значимого вмешательства. Это исследование предполагает, что метаболическое вмешательство — будь то с помощью диетических подходов, таких как кетогенные диеты или добавки — может быть наиболее эффективным, если начинать его в возрасте 40 лет, задолго до появления когнитивных симптомов.
«Это представляет собой смену парадигмы в том, как мы думаем о профилактике старения мозга», — отмечает Ботонд Антал, доктор философии, постдокторант в области биомедицинской инженерии в Стоуни-Брук и первый автор. «Вместо того, чтобы ждать когнитивных симптомов, которые могут не проявиться, пока не произойдет существенное повреждение, мы можем потенциально идентифицировать людей из группы риска с помощью нейрометаболических маркеров и вмешаться в это критическое окно».
С точки зрения общественного здравоохранения эти результаты могли бы дать информацию о новых рекомендациях по скринингу и профилактических подходах, подчеркивает Мухика-Пароди. Раннее (в среднем возрасте) выявление растущей резистентности к инсулину в мозге (не только в крови) в сочетании с целевыми метаболическими вмешательствами может существенно отсрочить когнитивное старение для миллионов людей.
Учитывая, что население мира быстро стареет, а число случаев деменции, по прогнозам, утроится к 2050 году, эти знания о сроках и механизмах старения мозга открывают новые надежды на профилактические стратегии, которые могли бы поддерживать когнитивное здоровье в пожилом возрасте.