Ферменты-антиоксиданты, судя по сравнительным биохимическим исследованиям, могут обеспечивать вариации видовой продолжительности жизни, но лишь в результате длительной эволюции и отбора. В своем обстоятельном аналитическом обзоре Ричард Катлер (Richard Cutler) проследил, что активность супероксиддисмутазы у грызунов и у приматов положительно коррелирует с их видовой продолжительностью жизни. У человека, имеющего максимальную среди приматов продолжительность жизни, активность этого фермента в печени в два раза выше, чем у шимпанзе, горилл или лемуров [26]. Такая же корреляция была обнаружена и у птиц с разной продолжительностью жизни. У долгоживущих животных активность антиокислительных ферментов особенно высока в клетках мозга. В эволюции животных и растений равновесие между полезными и необходимыми функциями свободных радикалов и их способностью повреждать биологические структуры формировалось в течение сотен миллионов лет. Возникли эффективные и многообразные системы защиты, специфичные для разных тканей. Грубое вмешательство в это равновесие может дать в основном лишь отрицательный эффект. Подводя недавно итоги многолетним исследованиям в этой области, британский биохимик Давид Бендер (David Bender) отмечал: "На молекулярном уровне имеются обоснованные теории для объяснения того, каким образом повреждения свободными радикалами могут вести к раку и к сердечно-сосудистым болезням и как антиоксиданты могут обеспечить защиту. Однако результаты клинических испытаний витамина Е или бета-каротина были разочаровывающими. Многие из этих испытаний показали повышенную смертность среди людей, которые принимали защитные антиоксидантные добавки. Это уже "антиоксидантный парадокс"" [27]. Продлить жизнь антиоксидантами можно, но только в результате эволюционных процессов, происходящих путем отбора в течение сотен тысяч и миллионов лет. Системы улучшенной защиты тканей от свободных радикалов должны быть встроены в структуру клеток и в их метаболизм.
Литература
1. Leake D. The French Paradox // The Biochemist. 1995. February/March. P. 12.
2. Yudkin J. S., Stanner S. Eating for a Healthy Heart: Explaining the "French Paradox". London: BBC Books, 1996. 166 p.
3. Procyanidins may be the factor behind red wine’s cardioprotective effect // Nature. 2006. Vol. 444. P. 566.
4. Harman D. Aging: a theory based on free radicals and radiation chemistry // Journal of Gerontology. 1956. Vol. 2. P. 298 – 300.
5. Harman D. Role of free radicals in mutation, cancer, aging and the maintenance of life // Radiation Research. 1962. Vol. 16. P. 753 – 763.
6. Harman D. A biological clock: the mitochondria? // Journal of American Geriatric Society. 1972. Vol. 20. No. 4. P. 145 – 147.
7. Food and Agriculture Organization of the UN: Production Yearbook 2002. P. 169 – 170.
8. Григоров Ю. Г., Козловская С. Г., Семесько Т. М., Петцке К. Ю. Антиоксиданты в питании людей старческого возраста в регионах с различным уровнем долгожительства // Проблемы старения и долголетия. 1996. № 3 – 4. С. 203 – 208.
9. Комаров Л. В. Проблема радикального увеличения продолжительности жизни // Проблемы долголетия / Ред. В. В. Алпатов. Москва: Изд-во АН СССР, 1962.
10. Эмануэль Н. М., Обухова Л. К., Смирнов Л. Д., Бунто Т. В. Эффект увеличения продолжительности жизни в эксперименте // Доклады АН СССР. 1976. Т. 226. С. 961 – 963.
11. Bezlepkin V. G., Sirota N. P., Gaziev A. I. The prolongation of survival in mice by dietary antioxidants. Mechanisms of Ageing and Development, 1996, Vol. 92. P.227 – 234.
12. Skulachev V. P. et al. An attempt to prevent senescence: a mitochondrial approach // Biochimica et Biophysica Acta. 2009. No. 5. P. 437 – 461.
13. Plotnikov E. Y. et al. New-generation Skulachev ions exibiting nephroprotective and neuroprotective properties // Biochemistry (Moscow). 2010. Vol. 75. P. 145 – 150.
14. Жить долго и умереть молодым: Ученые нашли способ отменить механизм старения // Новая газета. 2008. 29.09. С. 13.
15. Эликсир молодости – его уже готовят в российских лабораториях // Аргументы и Факты. 2009. № 49. С. 57.
16. Cao G., Alessio H., Cutler R. Oxygen-radical absorbance capacity assay for antioxidants // Free Radicals Biology and Medicine. 1993. Vol. 14. P. 303 – 311.
17. Vitamin E is challenged // The New York Times. 2004. November 11.
18. The vitamin boost that could cause early death // The Times (London). 2004. November 11. P. 11.
19. Miller E. et al. Meta analysis: high dosage vitamin E supplementation may increase all-cause mortality // Annals of Internal Medicine. 2005. Vol. 142. P. 37 – 46.
20. Orr W. C., Sohal R. C. Extension of life-span by overexpression of superoxide dismutase and catalase in Drosophila melanogaster // Science. 1994. Vol. 236. P. 1128 – 1130.
21. Huang T. T., Carlson E. J., Gillespie M., Epstein Ch. J. Ubiquitous overexpression of CuZn superoxide dismutase does not extend life span in mice // Journal of Gerontology: Biological Sciences. 2000. Vol. 55A. No. 1. P. B5 – B9.
22. Semsei I., Jeney F., Fulop T. Effect of age on the activity of ceruloplasmin of human blood // Archives of Gerontology and Geriatrics. 1993. Vol. 17. P. 123 – 130.
23. Lowe S. W., Lin A. W. Apoptosis in cancer // Carcinogenesis. 2000. Vol. 21. P. 485 – 495.
24. Simar D. et al. Physical activity modulates heat shock protein-72: Expression and limits oxidative damage accumulation in a healthy elderly population aged 60 – 90 years // Journal of Gerontology: Medical Sciences. 2007. Vol. 62A. P. 1423 – 1419.
25. How resveratrol may slow aging // Fortune. 2007. February 5. P. 57 – 61.
26. Cutler R. Antioxidants, Aging and Longevity // Free Radicals in Biology. Vol. VI. New York: Academic Press, 1984. P. 371 – 428.
27. Bender D. A. The antioxidant paradox // The Biochemist. 2006. October. P. 9 – 12. 28 Darnell D. et. al. Molecular Cell Biology. N. 4. Scientific American Books, 1986. P. 173.
Глава 11
Калории для нашей жизни. Продлевает ли жизнь ограничение энергетического обмена?
Общество потенциальных долгожителей
Международное общество ограничения калорий (Calorie Restriction Society International) было создано в 1986 г. по инициативе профессора Роя Уолфорда (Roy Walford), известного американского иммунолога и автора книги "Максимальная продолжительность жизни", изданной в 1983 г. [1]. В 2004 г. в этом обществе состояло около двух тысяч человек [2], и его очередная всеамериканская конференция прошла в Гарварде 23 сентября 2009 г. под девизом: "Меньше калорий, больше жизни". Членом общества может стать человек любой профессии и любого возраста, согласившись ограничить свой каждодневный энергетический баланс уровнем 1 500 – 1 800 ккал, то есть примерно на 30% ниже минимальных физиологических рекомендаций ВОЗ. Такой режим, согласно рекламным публикациям общества (www. calorierestriction.org), обеспечивает улучшение здоровья и продлевает жизнь – в перспективе до 120 лет. Члены общества получают рекомендуемые диеты, в которых высококалорийные продукты питания заменены низкокалорийными, но с сохранением необходимого баланса между основными компонентами питания, витаминами и минеральными элементами. Уменьшение калорийности ежедневной диеты, согласно теории, приводит к снижению окислительных процессов и соответственно к уменьшению генерации свободных радикалов. Это, в свою очередь, должно сокращать уровень повреждений различных внутриклеточных структур, которые являются основной причиной старения. Ограничение калорий в питании, как было показано в многочисленных экспериментах, действительно увеличивает не только среднюю, но и максимальную продолжительность жизни мышей, крыс, хомячков и множества других животных, в основном низкоорганизованных. Реальные клинические испытания значительных диетных ограничений невозможно проводить на людях, тем более что это потребовало бы многих десятилетий. Поэтому и возникло добровольное общество, члены которого уверены, что человек не может быть исключением, и проверяют на себе результаты, полученные ранее в лабораторных условиях. Члены общества обмениваются опытом и информацией, в основном через Интернет, а также на ежегодных конференциях и на международных конгрессах. Само общество держится исключительно на энтузиазме его членов, так как его деятельность противоречит коммерческим интересам продовольственных, торговых и фармацевтических компаний и подвергается постоянной критике. Пока большинство членов общества – американцы. В Европе его идеи пропагандируются через специальные клиники, санатории и гостиницы, которые практикуют ограниченную по калориям диету. Для привлечения клиентов они публикуют в своих проспектах списки болезней (артрит, астма, подагра, диабет, эпилепсия и множество других), от которых можно избавиться, следуя предлагаемым ограничениям. Один из самых крупных центров такой практики существует в Хорватии на берегу Адриатического моря (Anti-Aging Center Europe, Croatia).
Крысы – долгожители при ограниченной по калориям диете
В 1929 г. Клайв Маккей (Clive МсСау), молодой биохимик, работавший в лаборатории питания Корнельского университета в Итаке, начал опыты по проверке влияния скорости роста крыс короткоживущей линии Фишер-344 на продолжительность их жизни. Крысы, в отличие от мышей и большинства других млекопитающих, продолжают расти в течение всей своей жизни, даже в старости. Постоянный рост встречается и у других видов животных: рыб-хищников, змей, черепах и даже у китов. Поэтому их возраст можно определить по их размерам. Представители этих видов обычно живут очень долго, в некоторых случаях до ста и даже до двухсот лет. Однако у крыс, несмотря на сохранение способности к росту, продолжительность жизни относительно короткая. Чтобы замедлить скорость роста крыс, Маккей стал нормировать рационы, дозируя белки, жиры и углеводы. При сокращении объема белков в диете рост животных замедлялся, но продолжительность их жизни не менялась, варьируя, как и в контрольной группе, в пределах 500 – 900 дней. Крысы, в рационе которых долю энергетических компонентов (жиров и углеводов) уменьшали на 30 – 40% по сравнению с рационом контрольной группы, также замедляли свой рост, но они жили намного дольше, чем контрольные животные. Значительное число таких крыс с задержанным ростом жили больше 1 000 дней, а некоторые доживали и до 1 400 дней. Средняя продолжительность жизни увеличивалась вдвое, а максимальная продолжительность жизни, характерная для этой линии крыс, возрастала на 50%. Результаты этих опытов, опубликованные в 1935 г., стали сенсацией в геронтологии [3]. Это был первый случай радикального продления максимальной продолжительности жизни подопытных чистых линий животных, не существующих в природных условиях, но не продления максимальной продолжительности жизни, характерной для всего вида. Крысы в природных условиях могут жить четыре года и более. Некоторые чистые генетические линии, например Вистар (Wistar) тоже доживают до 1 400 – 1 500 дней. Впоследствии опыты Маккея повторялись и воспроизводились во многих лабораториях, и их результаты всегда подтверждались. Уменьшая количество калорий в диете, удавалось продлить жизнь мышей и некоторых других лабораторных животных с ограниченным периодом роста, хотя и не всегда на столь большие сроки. Было также обнаружено, что у крыс и мышей, находившихся на ограниченной по калориям диете, значительно снижалась частота раковых заболеваний, которые являются одной из основных причин их смертности [4].
В течение более пятидесяти лет после публикации результатов экспериментов Маккея были проведены тысячи исследований, в которых изучались физиологические, биохимические и анатомические особенности старения крыс, мышей и хомячков, находившихся на ограниченной по калориям диете. Проводились аналогичные опыты на дрожжах, насекомых и рыбах. Появилось много теорий, пытавшихся объяснить именно такую модель радикального продления жизни. Геронтологам, конечно, хотелось проверить эффект "недостаточного по калориям, но полноценного по составу" питания хотя бы на обезьянах и в условиях, приближенных к природным. Такой эксперимент требовал больших финансовых затрат и длительного времени. Даже небольшие обезьяны доживают в неволе до 30 лет. Только в 1986 г. четыре крупных научных центра в США, три из которых были обеспечены правительственными грантами, спланировали эксперимент с обезьянами в специально созданном виварии с искусственным климатом.
От крыс к обезьянам
В 1989 г. из питомников в Индонезии в США были доставлены группы молодых (от 1 до 3 лет) и уже взрослых (от 4 до 14 лет) макак (Масаса mulatta). Во влажных тропиках Индонезии нет сезонных вариаций питания. В американском виварии в штате Висконсин (на севере США) обезьяны питались не свободно, как в природных условиях, а получали кормовые смеси, приближенные к природным. В каждой группе часть животных получала полноценный рацион "по потребности", тогда как другим животным калорийность диеты была снижена на 30% за счет углеводных источников питания. Динамику возрастных изменений отслеживали с самого начала опыта по так называемым биомаркерам старения: данным анализа крови, биопсии тканей, сканирования костей и т. д. Результаты первых наблюдений были опубликованы уже через 36 месяцев после начала опыта. Хотя животные с ограниченным питанием имели меньший вес, все остальные показатели обмена веществ в контрольной и опытных группах оказались одинаковыми [5]. Через 48 месяцев у обезьян, включенных в опыт в возрасте от 7 до 14 лет, обнаружилось ослабление иммунных реакций на некоторые вакцины. Такое ослабление наблюдалось лишь у тех животных, которые получали ограниченный по калориям рацион. Эти обезьяны отставали по весу от контрольных в среднем на 4 кг, и их устойчивость к инфекциям была снижена.
Критики этих опытов отмечали, что северный штат и условия вивария, где естественная высокая подвижность обезьян неизбежно ограничена, не подходят для изучения связи энергетического обмена с продолжительностью жизни. В связи с этим в 1993 – 1995 гг. аналогичные опыты на двух видах макак были начаты и во Флориде, где влажные субтропические условия их содержания максимально приближались к естественным. Но и в этих опытах при диете с уменьшенным на 34% содержанием калорий в течение пяти лет никаких различий в составе крови у контрольных и опытных животных не обнаружилось. Не было изменений и в составе холестериновых фракций крови [6]. Сканирование костных тканей также не выявило никакой разницы, хотя вес животных на полноценной диете был выше. В 2004 г., когда в экспериментальных схемах было задействовано уже 120 обезьян, появились случаи заболеваний и смертельные исходы. Трех умерших обезьян из старших групп держали на ограниченной по калориям диете. Предварительные итоги всех этих опытов, продолжавшихся в течение 15 лет, были подведены на специальном семинаре в Национальном институте по изучению старения в Балтиморе. Участники этого семинара пришли к выводу, что характер действия ограниченной по калориям диеты на старение приматов "остается неопределенным" [7].
Через 5 лет в июле 2009 г. были опубликованы более подробные результаты о состоянии животных, опыты с которыми начинались в виварии штата Висконсин в 1989 г. Приведенные данные касались тех обезьян, которым в начале эксперимента было от 7 до 14 лет. В неволе макаки живут в среднем 27 лет, но иногда доживают и до 40. С 1989 г. исследования велись на 30 самцах, однако в 1994-м к ним добавили 30 самок и еще 16 самцов. Из этих 76 животных к началу 2009 г. умерли 14 из 38 макак контрольной группы (37%) и только 5 из 38 получавших ограниченную по калориям диету (13%) [8]. Основными причинами смертности были диабет, рак и сердечно-сосудистые заболевания. Авторы публикации делают вывод, что ограниченная по калориям диета замедляла старение обезьян. Однако давать положительный ответ на вопрос, можно ли изменить с помощью такой диеты максимальную для вида продолжительность жизни, в 2009 г. было еще рано. Для этого следует подождать еще десять лет. Опубликованные результаты вызвали достаточно активную дискуссию в широкой прессе, но не стали сенсацией и не привели к каким-либо диетическим рекомендациям. Общее мнение сводилось к тому, что число подопытных животных было слишком мало, чтобы делать статистически обоснованные выводы. На опубликованных фотографиях старых обезьян из разных групп макаки из контрольной группы выглядели ожиревшими. В природных условиях подобное не случается. Ожирение уменьшало их шансы на долгую жизнь. У обезьян, которые получали ограниченный рацион, снижалась температура тела, иногда на один градус. Таким образом они экономили энергию. Снижалась и их подвижность. Переносить результаты этих опытов на человека весьма затруднительно. Следует подождать итогов параллельного опыта во Флориде, в условиях, приближенных к природным, и с группами макак, которых посадили на разные диеты в более молодом возрасте. Самое важное в этой работе – оценить возможности перехода через рубеж максимального долголетия для этого вида обезьян.