Валерий Новоселов - От нейронов до гормонов. Современные научные знания о геронтологии и советы, как защитить свое тело и мозг от преждевременного старения

Сложность нашего мозга много выше организации огромного мегаполиса, ведь мозг – это 100 триллионов синапсов. И это не предел!

По отдельным оценкам, эти цифры доходят до 500 триллионов синапсов! А у новорожденных – до квадриллиона (1 000 триллионов) синапсов. Каждый кортикальный нейрон имеет несколько тысяч связей с другими клетками мозга, длина всей сети нервных волокон нашего мозга оценивается в 150 000 километров. Эти цифры сложно сравнить даже со всем населением нашей планеты! Уже сегодня, в 2019 году на Земле живут 7,71368 млрд человек (оценка ООН на 2020 год – 7,79499 млрд, а 3 000 лет назад население планеты составляло, по-видимому, лишь 0,66 % от современной популяции).

Нейроны нашего мозга – это высокодифференцированные клетки, которые не делятся после рождения (при рождении вес мозга мальчика составляет 340 граммов, у девочек – на 10 граммов меньше). Но раз вес мозга и после рождения растет, причем в три раза, то увеличение веса мозга по мере взросления человека интуитивно подразумевает как бы и увеличение количества нейронов? Однако есть данные, что их количество, наоборот, уменьшается по мере взросления. Так почему же вес мозга после рождения растет?

Радиоуглеродный анализ не показал образования новых нейронов у человека после рождения. Однако были и работы, которые доказали, что с возраста 15 месяцев и до 6 лет у человека происходит двукратное увеличение числа корковых нейронов, что прямо говорит о том, что в постнатальном периоде идет нейрогенез. Все это свидетельствует лишь о том, что тут нет никакой точности и это вопрос для будущих исследований. Так что точку ставить рано.

Становление окончательных размеров мозга человека происходит к 13–16 годам. Мозг женщины меньше на 110–130 граммов, чем у мужчины, но речь идет о средних цифрах. Конечно, есть женщины с более крупным мозгом, чем у мужчин, и мужчины, у которых размер мозга – на нижней границе нормы.

Если вес мозга в онтогенезе легко оценить, то с нейронами и синапсами все сложнее, для этого нужно проникнуть в мозг в очень короткие сроки после смерти, чтобы отсечь постмортальные изменения. Тут речь идет о минутах. Изучение нейроморфологии с помощью светооптической микроскопии началось в мире с нейронной теории Кахаля в 1897–1891 годах. В нашей стране – при изучении мозга В. И. Ленина в сравнении с другими выдающимися людьми СССР, для чего и был создан НИИ мозга в Москве.

Иногда говорят о цитоархитектонике, иногда – о синапсоархитектонике мозга. Синапс – это высокоспециализированный щелевой контакт между двумя клетками нервной системы. Их сложно посчитать у человека. С животными легче. Например, посчитано, что в двигательной коре мартышек у одного нейрона 60 тысяч синапсов.

Синапсы бывают не только химические, но и электрические (или эфапсы). Это простые по механизму действия щелевые контакты с возможностью проведения электрического сигнала в обоих направлениях. Так как мозг человека эволюционировал в сторону усложнения, то их количество уменьшилось и составляет сегодня около 1 % от общего количества синапсов. Тем не менее, они встречаются во всех отделах мозга человека. Существование электрических синапсов доказано лишь в 1959 году Дэвидом Поттером и Эдвином Фершпаном. А до них ученые считали, что нейроны «общаются» только с помощью химической передачи сигнала.

Еще бывают неспецифические клеточные контакты.

Синапсы могут быть простыми, когда соединение идет от аксона к одному дендриту или от одного дендрита к другому дендриту, но бывают и сложные, когда аксон оканчивается сразу на двух дендритах или один дендрит оканчивается на двух аксонах. Самые сложные синапсы – сериальные.

Синапсы объединены в модули. Например, при размере модуля 30 мкм, в нем 110 нейронов, а синапсов при этом никак не меньше 10 миллионов. Есть некая зависимость связи количества нейронов и видовой продолжительности жизни, например, слон имеет 250 миллиардов нейронов, мышь – лишь 0,6 миллиарда, у макаки резус – 6 миллиардов. Соотношение веса мозга и веса тела называют индексом энцефализации, с которым тоже связывают длительность жизни вида. Т. е. чем больше мозг и меньше вес тела, тем вроде бы вид должен жить дольше. Но на самом деле все сложнее, так как есть множество дополнительных факторов, которые приводят к тому, что даже близкие в эволюционной цепочке виды из одного семейства и даже при одинаковом весе тела имеют весьма разную продолжительность жизни вида.

При старении происходит не только атрофия нервной ткани мозга, но и изменения как тел нейронов, так и их отростков. А также дендритов, аксонов и их синаптических терминалей. Так как в мозге наиболее представленными являются аксондендрические синапсы, то и наиболее частые изменения происходят именно в них. Изменения происходят как в пресинаптических, так и постсинаптических мембранах. Сосуды мозга и глиальные клетки тоже подвергаются изменениям.

Причем важно попытаться отграничить изменения мозга без признаков нейродегенеративного заболевания от некоего условного «успешного» старения. Пока никому этого не удалось. Еще в 1966 году ученый Мацуяма показал, что в 99 % случаев секционного материала после 70 лет уже есть нейродегенерация, характерная для болезни Альцгеймера. И тем не менее, деменции у этих людей не было – вот такой удивительный факт!

Нейроны накапливают желто-коричневый пигмент, называемый липофусцином. Они изменяют свой размер и функцию. Размер ядра нейрона и его функция также меняются, увеличивается количество малоактивных клеток, происходит гетерохроматизация ядра, т. е. изменения функционирования генетического аппарата нейрона. Значительно изменяются митохондрии нейронов, они страдают сильнее и раньше других органелл клетки.

Кроме нейронов, в мозге много и других клеток: это глиальные клетки, наиболее известные из них – астроциты, эпиндемоциты, стволовые клетки.

В гиппокампе мозга происходит один из самых уникальных феноменов зрелого мозга – образование новых нейронов (или нейрогенез). Именно гиппокамп одновременно является одним из самых вовлеченных в процесс при нарушении памяти у пациентов с болезнью Альцгеймера.

Предполагается, что, в отличие от нормального старения мозга, при данном заболевании, которое сегодня все чаще и чаще называют «чумой» постаревшего мира, образование новых нейронов в данной области резко уменьшается.

После 70 лет нейродегенерация, характерная для болезни Альцгеймера, может быть и у людей, не страдающих деменцией.

По мнению нейробиологов, в мозге здорового молодого человека около 10 миллионов стволовых клеток. В мозге 2 зоны, которые их содержат, – область гиппокампа и субвентрикулярная область. Григорий Ениколопов, заведующий лабораторией стволовых клеток мозга МФТИ, говорит следующее: «Тотального запрета на симметричные деления может и не быть, и увеличение стволовых клеток в количестве возможно при определенных условиях. Поиск таких воздействий, стимулирующих деление и обновление нейрональных стволовых клеток, но одновременно не истощающих их пул преждевременно, должен продолжаться» [4] Ениколопов Г. Н. Стволовые клетки мозга. Лаборатория Колд Спинг Харбор. 26 сентября 2012. – Youtube, 13 января 2014. .