А. КНЯЗЕВА: У нас в эфире Елена Терешина, доктор биологических наук. Здравствуйте!
Е. ТЕРЕШИНА: Здравствуйте!
ПРЕДСТАВЛЕНИЕ: Елена Владимировна Терешина, доктор биологических наук. В 1978 году окончила биофак МГУ, получив специальность вирусолога. Работала в лаборатории энзимологии при президиуме академии медицинских наук СССР, в институте переливания крови, в лаборатории по созданию искусственных кровезаменителей на основе эмульсий ерфторуглеродныхсоединений, известных как «голубая кровь». В институте геронтологии возглавляла лабораторию липидного обмена, разработав вместе с коллегами липидную теорию старения и оригинальную концепцию метаболических отношений мозг – тело.
А. КНЯЗЕВА: Правильно ли я поняла, что вы генетик? Или вы больше связаны с медициной?
Е. ТЕРЕШИНА: Я биохимик. И занимаюсь последние 20 лет тем, что происходит в организме человека, как он стареет. Именно не с генетической точки зрения, а с точки зрения обмена веществ.
А. КНЯЗЕВА: А почему человек стареет?
Е. ТЕРЕШИНА: Наверное, это общебиологическая проблема. И стареет человек так же, как все остальные биологические существа. Это такой способ преобразования энергии, свойственный живой природе. Старение начинается поле того, как перестают делиться клетки нашего тела, заканчивается рост. И с этого момента начинается старение.
А. КНЯЗЕВА: Нужно ли в юношеском возрасте в период какой-то зрелости и половой зрелости, или детям, или родителям детей младшего школьного возраста, когда формируется мозг, когда формируется физиология человека, уже думать о старости, заранее делать так, чтобы в организм детей и подростков попадали нужные вещества?
Е. ТЕРЕШИНА: Думать о старости надо мамам, которые вынашивают своих детей. Очень многое зависит от того, как формируется плод. И от этого зависит его дальнейшая жизнь. И темпы его старения.
А. КНЯЗЕВА: А какая продолжительность жизни в среднем в Москве?
Е. ТЕРЕШИНА: Биологическая продолжительность жизни человека сейчас геронтологи определяют в 120 лет. В России самая низкая продолжительность жизни. Мы занимаем 169 место среди продолжительности жизни – 61 год. И в последние 20 лет не повышалась. В Москве говорят, что 72, но это натянутая цифра. Низкая продолжительность жизни в России.
А. КНЯЗЕВА: А с чем это связано?
Е. ТЕРЕШИНА: Это связано с образом жизни. Во-первых, депрессии, неправильное питание. У нас не развита система оздоровления. Вот сейчас Скворцова озаботилась тем, что надо создать комитет по здоровому образу жизни в Минздраве. Но никто даже не знает критериев ЗОЖ. В других странах это формируется чисто спонтанно, на основе культуры, которая там уже создана, на основе традиционного питания. Например, в Японии за этим следят муниципалитеты. Они выяснили, что такой фактор, как температурный режим, способствует хорошему здоровью и долголетию. Это могут быть и климатические условия, как, скажем, в Китае, где развито долголетие. И там постоянно температура 26-27 градусов. Это оптимальная температура для человека. А в Японии специальные муниципальные службы отслеживают, чтобы в домах и на работе человек постоянно жил в такой температурной среде. Сейчас доля людей пожилого возраста, старше 60 лет, уже составляют 30% в мире. А в России скоро достигнет 40%. Естественно, сейчас идет перестройка в мире и бизнеса, и системы образования на людей более старшего возраста. В прошлом году в Сеуле был всемирный конгресс геронтологов. Власти Кореи хотели из этого симпозиума взять новые технологии для того, чтобы активизировать интеллектуальный потенциал людей, которым за 60. Сейчас все переориентировано на это. У нас не озабочено государство высокой продолжительностью жизни.
А. КНЯЗЕВА: Тогда каким образом в нашей стране решаются геронтологические проблемы? Есть ли у нас специальный центр?
Е. ТЕРЕШИНА: У нас был специальный центр. Единственный в стране. После развала Союза созданный в России, в Москве. Но то ли в связи с реформой, то ли в связи с отсутствием бюджета почему-то удар пришелся именно на геронтологию. У нас сейчас вовсю развивается перинатальные центры. Министр здравоохранения Скворцова сказала, что озабочена здоровьем трудоспособного населения. А люди пенсионного возраста никого уже больше не волнуют. Минздрав эти проблемы отдало Минтруда. Это теперь называется социальная защита. И занимаются не проблемой долгожительства, не проблемой здорового, активного долголетия, а как ухаживать за больными людьми пенсионного возраста.
А. КНЯЗЕВА: Если мы вернемся к предмету нашей беседы, к очень интересной теме о том, как стареет человек и можно ли молодой, здоровый мозг пересадить в другое тело? Или, может быть, искусственное тело?
Е. ТЕРЕШИНА: Физиологи в последнее время выяснили, что мозг заканчивает свое формирование, созревает, к 60 годам. До 60 лет он формирует свою структуру, накапливает информацию, опыт, каким-то образом структурирует его. А после 60 лет – это настоящая деятельность мозга. Он создает тот интеллектуальный продукт, к которым он готовился все эти годы. Здесь возникает парадокс человека. Все животные заканчивают свою жизнь после репродуктивного периода. И только человеку дан еще один, почти такой же по продолжительности, период. Максимальная продолжительность жизни 120 – значит, еще 60 лет. Видимо, на то, чтобы реализовать свой человечески потенциал. Потенциал мозга. Тело-то уже отжило, оно свое функцию выполнило, функцию репродукции, и оно начинает стареть. И своими миазмами отравлять мозг. Все болезни мозга происходят от тела, нейродегенеративные процессы, слабоумие, Альцгеймер, Паркинскон – это все от тела. Тело убивает мозг. Вот почему возникает такая проблема. И возникает такой вопрос: может быть, заменить тело? Зачем оно нужно? Поместить мозг в искусственную среду, где он будет более эффективно выдавать свою продукцию. Проблема, вызванная временем.
А. КНЯЗЕВА: И она не решена?
Е. ТЕРЕШИНА: Абсолютно! Мы только сейчас определяем подход первый, как это сделать. Решался вопрос, реально ли это, или это фантазия в духе произведения Александра Беляева «Голова профессора Доуэля». Но современная наука показывает, что действительно мозг так сильно от тела не зависит. Все, что ему тело дает, можно сделать аппаратурным оформлением. И обеспечить искусственное тело, которое не будет стареть. Мозг будет прекрасно работать. Геронтологи не выяснили, стареет ли мозг. Он очень оригинально устроен. В нем преобразования энергии идут совсем не такие, какие в теле. Если мы считаем, что преобразование энергии в теле это и есть причина старения, то, может быть, тот способ, которым оперирует мозг, обеспечит его долгожительство. Ну, скажем, не бессмертие, ну так, лет 200-300-400 он вполне мог бы прожить.
А. КНЯЗЕВА: Напрашивается идея каким-то образом поддержать тело, чтобы мозг функционировал?
Е. ТЕРЕШИНА: Те разработки, которыми геронтологи озабочены, направлены именно на тело, как его сохранить. Но на современном этапе это сделать невозможно. В принципе, это активное долголетие, программы, мы разрабатывали в нашем центре геронтологическом, которая не была принята нашим государством, нашим правительством. Как раз мы и разрабатывали систему мер, направленную на активное дожитие человека до 120 лет, без болезней. Человек умирает от болезней возраста. Вот как бы сделать хотя бы это. Тот самый лозунг «в здоровом теле здоровой дух». Для мозга 20 лет, я считаю, не возраст. Думаю, что со мной, может быть, и нейрофизиологи огласятся: 200-300 лет – это нормально.
А. КНЯЗЕВА: Знаю, что недавно как раз этой теме была посвящена публичная лекций в технополисе «Москва». Давайте поговорим об этом проекте.
О ПРОЕКТЕ: Публичная научно-популярная лекция для широкой аудитории в рамках проекта «Лекторий 2045» уже дважды проводились в конгресс-центре технолополиса «Москва». Это новая, современная площадка, выполненная в хай-тек стиле, оборудованная по последнему слову техники, позволяет проводить телемосты и транслировать выступления лектора в интернете и на любых экранах по всему миру. Задача конгресс-центра технополиса «Москва» - популяризация современных научно-технических достижений. Площадка, которую курирует Департамент науки, промышленной политики и предпринимательства г. Москвы, открыта к проведению самых разных образовательных проектов в любом формате.
А. КНЯЗЕВА: А мы продолжаем разговор Еленой Терешиной, доктором биологических нак.
Е. ТЕРЕШИНА: Проект 2045 - такая группа, которая поддерживает и разрабатывает программу трансгуманизма. В рамках этой идеи существует проект бессмертие. И в рамках проекта бессмертие родилось движение 2045. Оно направлена на то, чтобы сделать человека бессмертным, освободив его от его биологического носителя - тела. Пример – это можно сделать в форме аватара. Другой способ – соединить мозг с компьютером, сделать такую нейронную сеть. Люди, которые занимаются компьютерами, в частности НРЗБ, английский математик, показал, что смоделировать работу мозга в виде компьютера невозможно. Мозг работает совершенно в другом режиме и на других принципах. А вот соединить мозг как компьютер в единую сеть это возможно. Именно интеллектуальную функцию мозга. И моя лекция была посвящена проблеме критического обоснования: можно ли заменить биологическое тело искусственным. И не повредит ли это интеллектуальной функции мозга. Эта идея первоначально фантастически выглядела. И вызвала отторжение у общества. И стало понятно, что нужно к этой идее привлечь внимание финансистов, бизнесменов, молодежи. И та форма, которую избрали организаторы при поддержке московского правительства, которое выделило площадку технолполиса «Москва», я лично очень поддерживаю. Это дает возможность выхода на широкую аудиторию.
А. КНЯЗЕВА: А много ли людей присутствовало на лекции?
Е. ТЕРЕШИНА: Зарегистрировалось более 300 человек. Там довольно большой зал, может вместить более 100 человек. Остальные смотрели трансляцию онлайн. Телемост был организован на 4 города. Это был режим вопрос-ответ. Но еще была трансляция онлайн. Ее могли смотреть и другие люди. Была расширенная аудитория.
А. КНЯЗЕВА: Организация такого рода лекций на площадках, подобных технополису «Москва», - это возможность заявить о проблеме и привлечь широкую аудиторию?
Е. ТЕРЕШИНА: Да, потому что иначе все это будет кулуарно, никто об этом не узнает. Это очень хороший проект и очень хороший способ популяризации этого знания. И привлечения аудитории.
А. КНЯЗЕВА: А среди геронтологов есть долгожители, люди в возрасте, в рабочем состоянии?
Е. ТЕРЕШИНА: У нас очень крепкая группа геронтологов в России. Средний возраст – 72-73 года. И пока никто из них не болеет серьезными болезнями. Я бы всем дала не больше 60.
А. КНЯЗЕВА: Можете ли вы оценить кадровый потенциал тех самых будущих геронтологов, которые приходят сейчас в эту науку?
Е. ТЕРЕШИНА: Сложилась парадоксальная ситуация. Я биолог, доктор биологических наук. Я работаю сейчас в медицинском вузе. И мне запрещено там работать. Я не имею права как биолог читать лекции медикам. Такие науки биологические, как биохимия, генетика, иммунология, геронтология не приветствуются в медвузах. Мне сказали, что я должна получить диплом гериатра. А я могу получить сертификат, только если я имею медицинское образование. Медицина сейчас превращается из науки в ремесло. Там просто натаскивают на определенные болезни студентов. И, судя по аудитории, которая сидела на лекции моей в зале, я поняла, что там больше технарей. В науку медицинскую идет люди с техническим образованием. Это физики. Это, наверное, веяние времени, что такой грандиозный проект родился в России. Этот проект направлен на будущее. Я думаю, что он привлечет молодежь. И что-то изменится в ближайшее время в подходе к образованию, к подготовке кадров. Молодежь вдохновляется новыми идеями, рассчитанными на будущее. Она активно идет в этом направлении. Надо только поддержать ее и помочь. Я надеюсь и глубоко уверена, что инициатива правительства Москвы по организации таких публичных лекций как раз направлена на будущее, на перспективу, на привлечение молодежи к таким проектам грандиозным, рождающимся в нашей стране.
23.06.2014
Елена Терёшина. Метаболический интерфейс «мозг-тело». Можно ли заменить биологическое тело искусственным? (расшифровка записи лекции 19 июня)
Расшифровка лекции Елены Терёшиной, которая состоялась 19 июня 2014 года в Конгресс-центре Технополиса "Москва"
ЕЛЕНА ВЛАДИМИРОВНА ТЕРЁШИНА
Доктор биологических наук, заведующая лабораторией липидного обмена Российского научно-клинического геронтологического центра Российского национального исследовательского медицинского университета им. Н.В. Пирогова
В 1978 году окончила биофак МГУ им. М.В. Ломоносова. Получила специальность вирусолога и некоторое время работала в Лаборатории энзимологии при Президиуме Академии Медицинских наук СССР
Затем - в Институте переливания крови Минздрава СССР в лаборатории по созданию искусственных кровезаменителей на основе эмульсий перфторуглеродных соединений. С докладами на эту тему выступала на конференциях, проводимых Международным и Европейским обществами по изучению атеросклероза, в Хельсинки, Венеции, Бостоне, Гамбурге.
С 1986 года работает в Институте геронтологии, возглавляет лабораторию липидного обмена, занимаясь изучением причин возрастного нарушения энергетического гомеостаза в организме человека.
Совместно с коллегами разработала липидную теорию старения и оригинальную концепцию метаболических отношений "мозг-тело", которая частично будет отражена в данной лекции.
Сегодня у нас с вами лекция на тему «Метаболический интерфейс “мозг - тело”. Можно ли заменить биологическое тело искусственным?» Этот вопрос волновал человека, наверное, уже давно. Он звучит немного фантастически. Мы вспоминаем известное произведение писателя-фантаста Александра Беляева «Голова профессора Доуэля». Реальна ли эта фантазия? Можно ли сказку сделать былью? Как связаны мозг и тело, и можно ли мозг отделить от тела?
Физиологи считают, что мозг долго созревает, вплоть до 60 лет, и только после 60 лет начинает выдавать свою основную продукцию - высококачественный интеллектуальный продукт. До 60 лет мозг формирует свою структуру, получает информацию, опыт, обрабатывает их. К 60 годам завершается его формирование. А что же тело? Тело как раз к 60 годам заканчивает выполнение своей основной функции. Основная функция тела - это репродукция, это воспроизводство.
Привыкли считать, что мозг всему голова, что он управляет всеми основными процессами в теле, его физиологией, его репродукцией, его движением, его ориентацией в пространстве. Фактически мозг - это абсолютный монарх, а тело - его послушный раб. После 60 лет тело начинает стареть, умирать, и вместе с телом умирает мозг.
До сих пор геронтологи не могут ответить на вопрос: а стареют ли клетки мозга, клетки белого и серого вещества? Возможно, мозг имеет потенциал для бессмертия, а смертное тело не дает ему этот потенциал реализовать. Так, может быть, заменить это тело искусственным и дать возможность мозгу полностью раскрыть свои способности? Я бы хотела обратить ваше внимание на то, что человек - это единственное творение природы, единственное биологическое существо, которому отведен еще длительный пострепродуктивный период. Все животные оканчивают свой жизненный путь, после того как они завершили репродукции. А человеку отведен природой такой же по длительности промежуток жизненный, если считать, что максимальная продолжительность жизни человека 120 лет. Еще дополнительно 60 лет на что? По-видимому, именно на то, чтобы реализовать свой человеческий потенциал, связанный с деятельностью мозга.
Итак, как же связаны мозг и тело? Так ли уж мозг зависим от тела, или он все-таки достаточно автономен? Вот об этом мы сегодня и поговорим. На сегодняшний день получено достаточно много информации о том, чем и как снабжает тело мозг. Мы эту информацию обработали, аккумулировали и создали свою концепцию, которая, в принципе, апробирована, зарегистрирована, и частично положения этой концепции я вам сегодня доложу.
Мозг и тело соединены единой кровеносной системой, и в то же время мозг - это единственный орган, который отделен от тела так называемым гематоэнцефалическим барьером. Основная функция гематоэнцефалического барьера - отбор, он - фильтр, т.е. пропускает из крови в мозг только те соединения, которые мозгу необходимы. Гематоэнцефалический барьер образован тремя типами клеток. Основу его составляют два типа клеток: это эндотелиальные клетки, из которых состоит капилляр, стенки капилляра, и специфические клетки перициты. Вместе эндотелиальные клетки и перициты образуют базальную мембрану, к которой тесно примыкают клетки белого вещества глии - астроциты. Фактически все астроциты взаимодействуют с базальной мембраной.
Астроциты - это первая линия восприятия и контроля метаболических сигналов, проходящих от тела к мозгу. Благодаря специфическим плотным соединениям вещества проходят через этот барьер. Существует специфическая транспортная система, которая фильтрует, пропускает только необходимые вещества. Некоторые вещества проходят также и простой диффузией.
Астроциты - это клетки белого вещества, клетки глии. Они фактически играют основную роль в поддержании метаболизма мозга, обмена веществ в мозге. Они контролируют постоянство внутренней среды в мозге. От них зависит метаболизм нейронов, их выживание, их пролиферация, или деление. Но самое главное - они поддерживают постоянство внеклеточной, экстрацеллюлярной среды для того, чтобы обеспечить проведение сигналов. Вместе с двумя типами нейронов астроциты образуют так называемый тройственный синапс. В чем он заключается? В передающем нейроне синтезируются синаптические пузырьки, в которых концентрируются нейромедиаторы. Пузырьки лопаются и высвобождают нейромедиаторы во внеклеточную среду. Получающие сигнал нейроны с помощью рецепторов воспринимают эти нейромедиаторы, и таким образом происходит передача нервного сигнала. На постсинаптическую и пресинаптическую передачу нейроны затрачивают львиную долю энергии, которая в них вырабатывается. Что же это за энергия?
Источником энергии для мозга является глюкоза, и здесь также первую скрипку играют астроциты. В астроцитах происходит первичная переработка глюкозы без помощи кислорода, анаэробное окисление, или брожение, до получения молочной кислоты - лактата. Лактат астроциты потом передают нейрону. Лактат сгорает в митохондрии, используя кислород - это аэробное окисление. Именно лактат и дает ту энергию, которую использует нейрон. Так как для сжигания лактата необходим кислород, то он является сигнальной молекулой, чтобы в мозг поступал кислород. Нейрон использует глюкозу также для того, чтобы синтезировать основные нейромедиаторы - глютаминовую кислоту, глицин и гамма-аминомасляную кислоту.
Еще одно интересное свойство астроцитов - они подобны мышечной ткани и печени, так как могут запасать глюкозу в виде гликогена. Потом этот гликоген дает глюкозу при необходимости, из глюкозы астроциты снова делают лактат. Мозг использует до 60% всей глюкозы тела. Понятно, что для получения энергии из этой глюкозы нужно много кислорода. Мозг составляет всего 2% от веса тела, а потребляет до 20% от всего кислорода. Самые активные потребители энергии - это нейроны, а астроцитам надо всего от 5% до 15% от всей энергии.
Мозг в процессе эволюции научился справляться с голоданием, потому что человек эволюционировал в условиях относительного голода. Мозг может запасать высокоактивные фосфаты благодаря существованию креатинкиназа / фосфокреатиновой системы, такая же система есть и в мышцах. Есть аналогия между мозгом и мышцами. В принципе, этот активный фосфат используется при интенсивной или внезапной работе. При длительном голодании глюкоза может замещаться кетоновыми телами. Кетоновые тела образуются в печени при метаболизме жирных кислот. Так мозг приспособился к условиям относительного голода.
Голод сопровождается снижением глюкозы в крови. При снижении глюкозы в крови начинается активная ее перекачка в мозг. В этой перекачке участвуют специфический транспортер - ГЛЮТ-1. Чем меньше глюкозы в крови, тем больше этих ГЛЮТов в гематоэнцефалическом барьере. И также если мозг работает интенсивно, ему нужно много глюкозы, то начинается экспрессия большого количества ГЛЮТов. По-видимому, ГЛЮТы также участвуют в облегчении транспорта кислорода, потому что раз нужно больше глюкозы, то нужно и больше кислорода. И что интересно, точно такие же переносчики есть только в одних клетках тела - в эритроцитах. В эритроцитах перенос глюкозы тоже сопряжен с газопереносом, потому что глюкоза участвует в связывании гемоглобина с кислородом.
Существует целая система переносчиков глюкозы. В мозге найдены пять переносчиков. Все они находятся и в других клетках тела. Мозг как бы отражает всю систему переноса глюкозы, существующую в теле. Мы уже говорили о ГЛЮТах-1. Есть ГЛЮТ-1 в гематоэнцефалическом барьере и в эритроцитах.
Следующий переносчик - это ГЛЮТ-2. ГЛЮТ-2 находится в глюкозосенсорных нейронах гипоталамуса. Он реагирует на колебания концентрации глюкозы в крови. Точно такие же колебания воспринимает и поджелудочная железа. Она реагирует на колебания концентрации глюкозы, и в ней тоже экспрессируется ГЛЮТ-2.
ГЛЮТ-3. ГЛЮТ-3 находится в тех клетках, которым нужно очень много энергии и быстро. ГЛЮТ-3 есть и в тромбоцитах. Все эти ГЛЮТы инсулиннезависимые. Для них не требуется присутствие инсулина, в этих клетках не экспрессируются рецепторы к инсулину. Однако в моторных нейронах мозга, которые иннервируют (посылают импульсы) мышцы, есть ГЛЮТ-4.
ГЛЮТ-4 - это инсулинозависимый переносчик. ГЛЮТ-4 - инсулинозависимый переносчик как в мышечной ткани, так и в жировой ткани. В мышечной ткани и в жировой ткани экспрессируются рецепторы к инсулину.
В последнее время найден еще ГЛЮТ-5. Пока его функции неизвестны, но считается, что он каким-то образом участвует в метаболизме фруктозы. Он находится в микроглии, а также в кишечнике, в яичках и в жировой ткани.
Долгое время считалось, что мозг является регулятором постоянства уровня глюкозы в крови, потому что этот уровень глюкозы ему крайне необходим. При резком снижении уровня глюкозы в крови или при его резком повышении, т.е. при гипогликемии или при гипергликемии, мозг отказывается работать. Он отключается и впадает либо в гипогликемическую, либо в гипергликемическую кому. В последнее время выяснилось, что постоянство уровня глюкозы в крови, столь необходимое мозгу, все-таки функция тела. Поддерживают это постоянство три основных органа. Только в этих органах экспрессируются рецепторы к инсулину - это печень, жировая ткань и мышечная ткань. Мозг посредством ГЛЮТа-2 в глюкозосенсорной системе гипоталамуса реагирует на колебания глюкозы в крови. Но реагирует он прежде всего на гипогликемию. Каким образом? Он подает сигналы либо в поджелудочную железу, либо в печень. В печени запасается гликоген. Надо, чтобы он гидролизовался, образовалась глюкоза и поступала в этот треугольник. В мозге тоже есть рецепторы к инсулину. Они находятся во многих клетках мозга, много их в гипоталамусе. Но это совершенно другие рецепторы, они не участвуют в поддержании постоянства глюкозы в теле. Эти рецепторы реагируют на уровень инсулина в крови, вызывая желание съесть сладкого или, напротив, отвращение к сладкому. Если много инсулина - то не надо сладкого, если мало инсулина - то хочется сладкого. Мозг регулирует поставку глюкозы в тело.
Кто же является основным регулятором гомеостаза? Гомеостаз - это постоянство концентрации глюкозы в крови. Основной регулятор - поджелудочная железа. Мозг является всего лишь основным потребителем. Основной поток глюкозы идет в мозг и в мышцы. Мозг снова работает аналогично мышце. Однако мышцы являются регулятором гомеостаза глюкозы, а мозг - нет. Поджелудочная железа вырабатывает два гормона: инсулин и глюкагон. Инсулин - основной распределитель потоков глюкозы.
В последнее время геронтологи показали, что с инсулином связана продолжительность жизни тела. Я уже сказала, что мозг чутко реагирует на гипогликемию, снижение уровня глюкозы в крови, и что он может в принципе модулировать, контролировать это состояние. С возрастом в теле происходят определенные нарушения. Последствия этих нарушений - гипергликемия. Гипергликемия ведет к развитию диабета второго типа. С этим состоянием мозг справиться не может. Кто же основной виновник развития диабета второго типа? Это выяснилось в последнее время в связи с известной всем нам пандемией ожирения. Наконец-то стали обращать пристальное внимание на жировую ткань. Выяснили, что диабет второго типа - проявление, или последняя стадия развития так называемого метаболического синдрома. А что такое метаболический синдром? Метаболический синдром - это такое состояние, которое вызывается чрезмерным разрастанием абдоминальной жировой ткани. Оказалось, что именно жировая ткань контролирует уровень глюкозы в крови, и дисфункция жировой ткани приводит к развитию диабета второго типа и гипергликемии.
Каковы же последствия диабета и гипергликемии? Метаболический синдром сопровождается высоким артериальным давлением, высоким содержанием инсулина (гиперинсулинемией). Эти два фактора повреждают сосуды. Сама глюкоза, ее высокий уровень в крови, повреждает нейроны - так называемая «глюкозотоксичность». Приходит понимание, что именно высокий уровень глюкозы в крови является фактором развития слабоумия по типу болезни Альцгеймера, а поврежденные сосуды вызывают слабоумие и когнитивные нарушения сосудистого генеза. В целом же и метаболический синдром и диабет сопровождаются системным воспалением и системным окислительным стрессом - собственно, теми самыми явлениями, которые вызывают старение и гибель тела.
Таким образом, постоянство уровня глюкозы в крови поддерживается жировой тканью. Дисфункция жировой ткани - причина гипергликемии. Мозг беспомощен перед гипергликемией. Слабая, хроническая гипергликемия, не обязательно явно выраженный диабет, уже является причиной нейродегенеративного процесса. Все эти процессы происходят в теле, и мозг их не контролирует.
Что такое жировая ткань и что в ней откладывается? В ней откладывается обычный животный жир. Из чего состоит животный жир? Из пальмитиновой и стеариновой кислот. Для этих жирных кислот проход в мозг строго запрещен. Гематоэнцефалический барьер их не пропускает. Но когда их в крови много, они могут проникать в мозг в результате пассивной диффузии, откладываются в нейронах. Начинается снижение когнитивной способности и развивается слабоумие. Особенно это опасно для детей, у которых гематоэнцефалический барьер еще не является сильным фильтром.
Кислоты рыбьего жира - эйкозапентаеновая и докозагексаеновая, так называемые омега-3 кислоты. Для них в гематоэнцефалическом барьере существует специфическая система переноса. Почему? Потому что эти кислоты участвуют в развитии сенсорных систем и когнитивных способностей. Не зря детям рекомендуют пить рыбий жир.
Мы уже обсуждали, что треугольник, состоящий из трех органов, поддерживает гомеостаз глюкозы. Однако тот же самый треугольник поддерживает также постоянство жирных кислот в крови. Треугольник - общая гомеостатическая система для носителей энергии, источников энергии - глюкозы, и жирных кислот - это как раз и есть источники энергии. Регулируется постоянство жирных кислот олеиновой кислотой, которая содержится в оливковом масле. Олеиновой кислоте дан пропуск в мозг. Олеиновая кислота в гипоталамусе контролирует чувство голода. Она дает указания мозгу искать пищу или прекратить ее поиски.
От жировой ткани зависит поддержание гомеостаза энергетических субстратов, а ее дисфункция приводит к развитию нейродегенеративного процесса. Жировая ткань - единственная ткань нашего тела, которая непрерывно увеличивает количество своих клеток, непрерывно растет ее масса. После того как в 25 лет все ткани нашего тела прекращают деление и количество клеток в этих тканях фиксируется, только в жировой ткани продолжают образовываться все новые и новые клетки. Тем не менее разрастание жировой ткани имеет предел, и этот предел попадает как раз на те самые 50-60 лет. При ожирении происходит тот же самый процесс разрастания, что и при нормальном физиологическом процессе. Оба они - и нормальное и нефизиологическое, патологическое разрастание ткани - заканчиваются одним и тем же: накопленный жир начинает окисляться. Когда прекращается рост жировой ткани, накопленный жир начинает окисляться, что вызывает системный окислительный стресс и системное воспаление. Из-за того что жир перестает аккумулироваться в жировой ткани, его содержание в крови нарастает, изменяется тот самый гомеостаз энергии в теле. И чтобы поддержать гомеостаз, чтобы продлить свое существование, тело борется: жир начинает откладываться в нежировых тканях.
Как это происходит? Вот это - срез мышечной ткани. Красным прокрашен жир, отложенный в мышечной ткани. Первое фото - мышечная ткань 57-летнего мужчины с высоким индексом массы тела, т.е. при ожирении. Второе фото - срез мышечной ткани 67-летнего пожилого мужчины с нормальным индексом массы тела. Процесс тот же самый, просто при ожирении он протекает более интенсивно. С возрастом жир откладывается во всех тканях тела, включая и нейроны. Только-только созревший к 60 годам мозг начинает деградировать за счет того, что в нем откладывается, а потом окисляется жир.
Внутриклеточная аккумуляция жира стимулирует его окисление, образуются липоперекиси, это высокотоксичные соединения. Развивается липотоксичность и окислительный стресс. И окислительный стресс запускает развитие нейродегенеративного процесса.
Что такое окислительный стресс и откуда он берется? Мы разработали модель редокс-системы. Эта редокс-система (окислительно-восстановительная система) работает во всех клетках, включая и мозг. Что она делает? Организует потоки протонов и электронов. Она трехкомпонентная - состоит из донора протонов и электронов, это метильная группа, бывший метан, который в биосистемах преобразован в метильную группу. Он отдает протоны и электроны, а кислород выполняет роль акцептора, он принимает протоны и электроны. Третий компонент - азот, который может как принимать, так и отдавать электроны и протоны. Пока бьется это сердце биосистемы - биосистема живет. Как только происходит нарушение этого регулятора - начинает развиваться окислительный стресс, а окисление губит все клетки.
Всем известны дофамин, норэпинефрин, или норадреналин, и эпинефрин, или адреналин. Эти три соединения образуют группу катехоламинов. В мозге они выполняют функции нейротрансмиттеров. Они также синтезируются и в теле, в мозговом веществе надпочечников, но катехоламины тела не проходят гематоэнцефалический барьер и мозг сам синтезирует свои нейротрансмиттеры. Катехоламины синтезируются из исходной незаменимой аминокислоты тирозин, она телом не производится. Она незаменимая, так как поступает в тело только с пищей. Синтез и распад катехоламинов просто вписывается в редокс-систему. Хотела бы обратить ваше внимание на метильную группу. Она участвует не только в редокс-системе, но и в синтезе самых разнообразных биологически активных веществ. В данном случае - в синтезе адреналина (эпинефрина). Нарушение в редокс-системе, нарушение синтеза и распада катехоламинов - это и есть причина развития болезни Паркинсона.
Еще одна незаменимая аминокислота - триптофан. Из триптофана синтезируются гормоны мозга: всем известный серотонин и мелатонин - регулятор сна. Мелатонин образуется из серотонина, также присоединением метильной группы, и ацетильной группы. Кто же является поставщиком метильной группы, откуда они берутся? Метильные группы образуются при синтезе холестерина. Метильные группы аккумулируются в холине, у него три метильные группы. Холин может синтезироваться в клетках тела и в мозге. Но его требуется больше того, что может синтезировать клетка, поэтому необходимо потребление его с пищей. Холин входит в группу витаминов B, ему присвоено наименование В4. Для чего нужен холин? Для синтеза основного фосфолипида мембран, фосфатидилхолина. Холестерин и фосфатидилхолин - компоненты не только мембран, но и тех самых синаптических пузырьков, благодаря которым происходит передача сигналов в нервах. Холин используется для синтеза основного нейротрансмиттера ацетилхолина. При окислительном стрессе, когда нарушается передача метильных групп, когда нарушается синтез холина и ацетилхолина, развивается болезнь Альцгеймера.
Мы привыкли считать, что холестерин - это такое плохое соединение. Почему-то тело синтезирует его в большом количестве, он откладывается в стенках сосудов, закупоривает сосуды бляшками, из-за него развивается атеросклероз, инфаркты и инсульты. В общем, с ним нужно бороться, а бороться на сегодняшний день можно только одним способом - употреблять статины, блокирующие синтез холестерина в нашем организме.
Но давайте разберемся, какой орган синтезирует больше всего холестерина. Вы мне скажете: печень, потому что так написано во всех учебниках. На самом деле больше всего холестерина синтезирует мозг, потому что он участвует в образовании синаптических пузырьков. Холестерин, который синтезируется в теле и который циркулирует в кровотоке, в мозг не попадает. Холестерин в теле переносится системой липопротеидов. Это такие наночастицы, небольшого размера, которые образуют дисперсию в крови. Они не проходят через гематоэнцефалический барьер, и переносят холестерин от всех клеток, кроме мозга, в печень, а в печени из него синтезируется желчь. Мозг не принимает холестерин из тела, он синтезирует его сам, а его окисленные формы, отработанный материал или излишки он также отправляет в печень. Весь окисленный холестерин через печень выходит с желчью из тела. Нейроны состоят из тела и вот такого вот длинного хвоста, по которому проходят электрические сигналы, афферентные и эфферентные, которыми мозг регулирует работу тела, а тело посылает сигналы мозгу. Аксоны-хвосты покрыты миелиновой оболочкой. В миелиновой оболочке основные компоненты - сфингомиелин, известный уже вам фосфатидилхолин и галактозилцерамид. Церамид - это такое соединение, из которого может образоваться сфингомиелин, присоединив холин, из сфингомиелина - церамид, отдав холин. Галактоза - углевод, она присоединяется к церамиду, образуются гликолипиды. Три соединения тесно связаны между собой и с переносом холина, с образованием холина и с переносом метильных групп.
Система переноса метильных групп работает во всех клетках, но в мозге произошло разъединение функций между астроцитом и нейроном - астроцит поставляет нейрону основные компоненты для этой системы. В теле переносчиком метильных групп является незаменимая кислота метионин. Метионин не пересекает гематоэнцефалический барьер, поэтому, видимо, все-таки источником метильных групп в мозге является синтез холестерина. Метионин, если от него отщепить метильную группу, превращается в аминокислоту цистеин, а цистеин является источником серы для мозга. Перенос метильных групп - очень древний цикл, поэтому в нем участвуют соединения, которые не синтезируются телом. Тело человека потребляет их из внешней среды. Они также относятся к витаминам группы В. Возможно, вам известна фолиевая кислота, пиридоксин и витамин В12. Все эти витамины мозг получает от тела, но тело их получает из продуктов питания. Фолиевая кислота, пиридоксин и витамин В12 необходимы для созревания мозга, так как метильные группы служат для синтеза холина, а холин нужен для миелиновых оболочек. Созревание мозга как раз и есть синтез миелиновых оболочек в большом количестве. Однако те же самые вещества начинают поступать в кровь, когда происходит деградация нервной ткани. У людей старше 80 лет процесс деградации нервной ткани фиксируется по содержанию в крови этих соединений.
Итак, зачем мозгу нужно тело? Мозг получает от тела вещества, из которых синтезируются основные нейромедиаторы, гормоны, нейротрансмиттеры, вещество мозга, синаптические пузырьки, миелиновые оболочки. Все эти вещества тело не производит само, а получает их из пищи. Полиненасыщенные жирные кислоты, витамины группы В, незаменимые аминокислоты тело не синтезирует, да и глюкоза также поступает в тело из пищи. Тогда, в принципе, можно сделать искусственную систему доставки этих веществ. Но тут возникает один камень преткновения. Тело все-таки перерабатывает атмосферный газ кислород в биодоступную форму. Мозг без тела не справится с газоснабжением. Существует система гемоглобина, система эритроцитов. Можно ли создать искусственные переносчики кислорода? Можно ли создать искусственный гемоглобин?
Проблемой создания искусственных кровезаменителей с газотранспортной функцией занимаются уже давно. Созданы препараты на основе не искусственного, а естественного, только модифицированного, гемоглобина, которые могут осуществлять газообмен. Голубая кровь - перфторуглеродные эмульсии: уникальные соединения, они биологически инертны. Как сказал академик Кнунянц, который разрабатывал в нашей стране это направление, перфторуглероды благороднее платины, они не вступают во взаимодействие ни с какими системами организма, не метаболизируются абсолютно. В то же время они обладают высокой кислородной емкостью и могут участвовать в газообмене. Искусственные кровезаменители инфузируются в тело, и тело сопротивляется этой инфузии. В ответ на инфузию модифицированного гемоглобина развивается почечная недостаточность, так как гемоглобин - белок. Направление, связанное с перфторуглеродными эмульсиями, в 1986 году было Горбачёвым в нашей стране закрыто. До 1986 года в течение 15 лет занимались этой проблемой в Советском Союзе. Было показано, что тело воспринимает перфторуглеродные эмульсии. Мало того, оно вступает с ними в какие-то особые отношения, адаптируя их под собственную систему. Действительно, эти эмульсии осуществляют газоперенос. К сожалению, эти исследования не имели продолжения. Перфторуглеродные эмульсии изучались в Америке, но там пошли по тупиковому пути и на сегодняшний день исследования приостановлены. Но, я думаю, их все-таки ждет будущее.
Препятствия, которые возникают при инфузии эмульсии в тело, не относятся к изолированному мозгу. Уже созданные газотранспортные среды на основе модифицированного гемоглобина и перфторуглеродных соединений вполне могли бы обеспечивать газоперенос в мозге. Это был бы первый шаг на пути к автономизации мозга, отделения его от тела.
Таким образом, фантастическая идея, озвученная впервые Александром Беляевым, вполне может быть реализована. Сегодня уже можно определить первый этап, связанный с газотранспортной средой. Понятно уже, что мозг довольно автономен и что те системы, которые связаны с телом, можно вполне заменить. Только создав систему жизнеобеспечения изолированного мозга, мы сможем узнать, действительно ли он бессмертен, стареют или не стареют клетки серого и белого вещества. Сегодня мы понимаем, что мозг использует тело только для того, чтобы воспроизвестись, так как мозг воспроизводится посредством тела. Тело снабжает его необходимыми соединениями для работы. Мозг указывает телу, где найти необходимые ему соединения - ту же глюкозу, те же жирные кислоты, те же незаменимые аминокислоты. Сказка станет былью, и мы сможем сделать мозг бессмертным, заменив ему смертную систему жизнеобеспечения.
Спасибо за внимание!
За расшифровку благодарим Никиту Шульгу и Екатерину Шутову
03.10.2017
RHP2 - гуманоидный робот, созданный для того, чтобы падать, подниматься и снова падать
Исследователи-робототехники во всем мире тратят безумно большое количество времени и усилий для того, чтобы предотвратить или уменьшить вероятность падения создаваемых ими роботов.
16.06.2014
ТЕРЁШИНА ЕЛЕНА ВЛАДИМИРОВНА / Автобиография
ТЕРЁШИНА ЕЛЕНА ВЛАДИМИРОВНА
Доктор биологических наук, зав. лабораторией липидного обмена Российского научно-клинического геронтологического центра Российского национального исследовательского медицинского университета им. Н.В. Пирогова
В 1978 году окончила биофак МГУ им. М.В. Ломоносова. Получила специальность вирусолога и некоторое время работала в Лаборатории энзимологии при Президиуме АМН СССР, где занимались выделением и изучением свойств ДНК метилаз у дизентерийных бактерий. Метилазы метилируют определенные сайты на ДНК, выключая гены. Сейчас это называется «эпигенетика», а тогда все только начиналось.
В то же самое время в Институте переливания крови Минздрава СССР организовалась лаборатория по созданию искусственных кровезаменителей на основе эмульсий перфторуглеродных соединений, которые обладают уникальной способностью растворять большое количество молекулярного кислорода. Параллельно подобная лаборатория была создана в Институте биофизики РАН СССР. Интересная работа, молодой коллектив, новая перспективная тема... По результатам исследований были защищены кандидатская и докторская диссертации. Частицы эмульсии перфторуглеродов имеют размер 100 нм, т.е. то, что называют сейчас «наночастицы». Мы исследовали их судьбу после инфузии в кровоток. Было впервые обнаружено много интересных свойств. Оказалось, что эмульсия взаимодействует с природными наночастицами крови - липопротеидами, объединяясь с ними в единую систему. Такая система - как протез для нарушений в системе липопротеидов, в частности при атеросклерозе, так как частицы перфторуглеродов по свойствам напоминают липопротеиды высокой плотности, или «хороший» холестерин. С докладами на эту темы мы выступали на конференциях, проводимых Международным и Европейским обществами по изучению атеросклероза, в Хельсинки, Венеции, Бостоне, Гамбурге.
В 1986 году перестройка под руководством Горбачева началась с того, что было прекращено финансирование перспективных разработок, по которым мы конкурировали с США. Была ликвидирована тема искусственной крови и наша лаборатория. В смутное время 90-х академику В.Н. Шабалину, который до этого возглавлял Институт трансфузиологии в Ленинграде, удалось организовать Институт геронтологии, где мы занялись изучением причин возрастного нарушения энергетического гомеостаза в организме человека. У человека основными субстратами энергии являются глюкоза и жирные кислоты. Их транспортные пути, места расходования и запасания также объединяются в единую систему. Ее функционирование направлено, прежде всего, на поддержание постоянства внутренней среды. Концентрации глюкозы и жирных кислот в крови - основные параметры гомеостаза, которые изменяются в процессе жизни. Почему? Вот основной вопрос, на который мы искали ответ. Мы обратили внимание на тот факт, что в период, следующий за окончанием роста, происходит непрерывное отложение особых соединений, которые в одной молекуле соединяют половинку глюкозы и три жирные кислоты (триглицериды - жир), сначала в жировой ткани, а затем во всех клетках тела. Как интерпретация этого явления была создана «липидная теория старения». Предполагается, что в процессе старения изменения метаболизма липидов (жирных кислот и триглицеридов) являются первичными, а вслед за ними нарушается система поддержания постоянства концентрации глюкозы в крови. Развиваются липо- и глюкозотоксичность.
Старение организма характеризуется также системным воспалением и системным окислительным стрессом. При исследовании механизма окислительного стресса была предложена модель редокс-системы, одним из компонентов которой является митохондрия. Эта модель была доложена на Международном геронтологическом симпозиуме в Сеуле в июне 2013 года. Была также предложена модель «метаболического узла», который соединяет воедино ткани, экспрессирующие рецептор к инсулину (печень, мышца, жировая ткань), и мозг. Условно три органа можно назвать «телом». Именно они обеспечивают поддержание постоянства концентрации глюкозы, так необходимое для работы мозга. В этот же узел завязаны пути распределения холестерина в теле, т.е. он отвечает не только за мозг и движение, но и за репродукцию. Репродукция завершается - и тело начинает стареть очень быстро. К сожалению, и это научное направление было ликвидировано. Но уже нынешней властью в конце 2013 года.
Можно ли оградить мозг от стареющего тела, заменив его на искусственный «бессмертный» аналог? Почему бы и нет? Стоит попробовать!
Ник
Бостром
«Цифровой путь [бессмертия] – это наша возможность разработать технологию полного копирования мозга, когда мы могли бы создать очень подробную модель конкретного человеческого мозга и воспроизвести ее на компьютере. Тогда мы имели бы потенциал бесконечного существования, создавали бы запасные копии человека и тому подобное...»
Александр Владимирович
Кудрявцев
«Развитие технической цивилизации в конечном счете приведет к полной автономии человека от внешних обстоятельств. Техника свернется как тонкая пленка, как некая субстанция, пронизывающая человека...»
Елена Владимировна
Терёшина
Член инициативной группы
«И не нужно бояться. Проект по созданию носителя для бессмертного разума очень нужен. Конечно, природа рождает умных, талантливых, гениальных людей, но они смертны. Человечество выходит из этого положения - создает книги. И знания так или иначе передаются потомкам. А представьте, гений будет работать вечно!..»
Барри
Родриг
«Инновации нужно направить на экологическое равновесие видов и разрушение неорганической среды обитания. Нужно найти альтернативы войне и оружейной промышленности. То есть инновация – это процесс, который должен быть применен ко всему существующему...»
Давид Израилевич
Дубровский
«... этот проект ["Россия 2045"], безусловно, заслуживает всемерной поддержки. Он инициирован молодыми людьми, полными веры в свою высокую миссию. Это яркий акт пассионарности... вызов нашей академической общественности, среднему, сероватому научному сознанию, лишенному порывов вдохновения».
Александр Алексеевич
Фролов
«Проблема создания искусственной памяти, сохраняющей содержимое естественной памяти индивидуального человека, хотя и является сложной, но представляется разрешимой...»
Виктор Юрьевич
Аргонов
«Я думаю, что прежде, чем начать радикальную киборгизацию мозга, необходимо найти нейрокоррелят сознания. Имеет ли он физическую или чисто информационную природу в форме нейросигналов? Есть ли группа нейронов, которая непосредственно ответственна за сознание? Или, может быть, сознание порождается еще более мелкими объектами внутри нейронов...»
