«Найти клиническое применение»: российский учёный — о влиянии низких доз радиации на нейроны головного мозга
- Gettyimages.ru
- © Jitendra Jadhav
— Виктор Сергеевич, возглавляемая вами научная группа выяснила, что непродолжительное ионизирующее излучение стимулирует развитие нейронов и выработку в них белков, участвующих в жизнеобеспечении нервных клеток в сенсомоторной коре мозга мышей. В поддержанном Российским научным фондом исследовании также принимают участие ваши коллеги из Института физики высоких энергий имени А.А. Логунова НИЦ «Курчатовский институт», Федерального исследовательского центра проблем химической физики и медицинской химии РАН и Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова. То есть над проектом работает большой коллектив учёных из ведущих научных центров страны. Понятна ли биохимическая природа открытого вами феномена?
— Биохимический механизм этого эффекта пока не раскрыт, наше исследование лишь немного прояснило, какие процессы происходят под воздействием умеренных доз облучения. Выяснилось, что оно вызывает в мозге рост содержания белков-нейротрофинов, участвующих в поддержании жизнеспособности нейронов и развитии нейросетей. Опыты показали, что через семь месяцев после облучения в мозгу мышей сохраняется прежний объём сенсомоторной коры, тогда как у контрольных физиологически здоровых животных с возрастом происходит истончение этой области. Мы предполагаем, что сохранение тканей у облучённых животных связано именно с ростом выработки белков нейротрофина-3 и нейротрофина-4. Однако предстоит проделать ещё много работы, чтобы понять, как и почему это происходит, сколько длится положительный эффект и т. д.
— Обычно высокий радиационный космический фон вреден для космонавтов — он способен повредить макромолекулы в организме человека или даже вызвать разрывы ДНК. Насколько опасно длительное пребывание в космосе?
— Ионизация приводит к генерации свободных радикалов, которые вызывают окислительный стресс. Тяжёлые заряженные частицы, в свою очередь, способны буквально разрывать биополимеры, включая и цепочки ДНК в клетках.
Однако во время орбитальных полётов живые организмы получают относительно низкую дозу облучения, около половины миллизиверта в сутки. Организм может приспособиться к такому воздействию. Так, в организме активируется система репарации («починки») ДНК, включаются антиоксидантные системы, меняется профиль экспрессии (работы) ряда генов, которые участвуют в метаболизме нейронов. Поэтому даже у тех космонавтов, которые проводили суммарно на МКС по два года, не обнаруживалось потом каких-то серьёзных нарушений в работе центральной нервной системы.
- Gettyimages.ru
- © Adam Gault
— Исходя из всех полученных вами данных, есть ли шансы, что ваше открытие можно будет применять для помощи людям, например, при старческой деменции? Могут ли при этом возникнуть радиобиологические эффекты, как при радиотерапии?
— Да, цель нашей работы — найти именно клиническое применение феномена радиационно-вызванной нейрорегенерации. И мы уже получили хорошие результаты на животных с болезнью Альцгеймера, а также кортикобазальной атрофией — то есть поражением лобно-теменной коры мозга. Результаты этой работы пока не опубликованы, но мы считаем, что это очень перспективное направление исследований.
«Конфигурация и количество синапсов»: российский учёный — о передовых методах изучения работы нейронов головного мозга
Что касается побочных эффектов, то при радиотерапии опухолей тяжёлыми частицами доза может быть больше в 10—20 раз, а если говорим о гамма-ножах, то в сто раз выше, чем на орбите. В этом случае раковые клетки гибнут по некротическому сценарию с выделением токсичных продуктов метаболизма. При облучении низкими дозами клетка гибнет по сценарию запрограммированного апоптоза (естественный процесс гибели клетки в организме. — RT). Это стимулирует нейрогенез и способствует регенерации нервной ткани.
— Как выглядит процесс старения, или деградации, нейронов головного мозга?
— С одной стороны, это могут быть лизосомальные патологии: накопление липофусцина (пигмент, накапливающийся в неделящихся клетках. — RT), образование жировых вакуолей. С другой стороны, происходит изменение на морфологическом уровне: снижается число шипиков, дендритных контактов, объём дендритных деревьев. На молекулярном уровне происходит снижение экспрессии везикулярных транспортиров, глутамата, моноаминов, гамма-аминомасляной кислоты. В целом уменьшается выработка и активность нейромедиаторов. А на электрофизиологическом уровне мы наблюдаем рост фонового шума на энцефалограмме, то есть ложных «срабатываний», возникновение потенциала действия (волна возбуждения на мембране клетки, основа нервного импульса. — RT) недостаточной амплитуды и так далее.
- Gettyimages.ru
- © scibak
При старении патология не проявляется во всех нейронах — правильнее сказать, что в процессе старения растёт число нейронов с патологией, которые, среди прочего, провоцируют воспаление в тканях. При этом вплоть до глубокой старости в мозге есть также и молодые здоровые нейроны. Они способны довольно эффективно восстанавливать нервную ткань.
Остановить нейродегенерацию фармакологическими средствами невозможно, по крайней мере сегодня. Мы исследуем возможность уничтожать патологические нейроны с помощью ионизирующего излучения.
«Подпитывать мозг новой информацией»: специалист — о методах развития когнитивных функций
— Пока такие методы только разрабатываются, как можно поддерживать здоровье мозга? Насколько в этом плане полезны нейрометаболические стимуляторы, или, иначе говоря, ноотропы?
— Возможно, я выскажу не очень популярную точку зрения, но я считаю, что нет необходимости вмешиваться в работу здорового мозга, в котором не выявлены патологии, а также нет функциональных нарушений. Исследования показали, что ноотропы, когда их принимают без показаний, не дают никакого эффекта и не продлевают здоровье мозга.
Зато на фоне патологических процессов, даже в самой начальной стадии, такие стимуляторы могут быть эффективны. Они улучшают метаболизм, кровообращение, способствуют нейрогенезу и могут замедлить или отсрочить наступление симптомов заболевания. Но, конечно, вылечить нейродегенеративные заболевания ноотропы не могут.
— Есть ли у ноотропов побочные, негативные эффекты?
— Да, если говорить о серьёзных препаратах, а не об антиоксидантах, таких как витамин С и флавоноиды. Серьёзные ноотропы, которые влияют, к примеру, на глутаматную или ацетилхолиновую нейротрансмиссию, могут улучшать когнитивные способности. Однако побочным эффектом может быть возбуждение и, так сказать, перенапряжение нервной системы. К этому может привести чрезмерное употребление даже такого известного стимулятора, как кофеин. Перенапряжение может ускорить гибель нейронов. Физиологически это проявляется в расстройствах сна, в тревожности и т. п. Побочные эффекты есть у всех препаратов. Без побочных эффектов во время тяжёлой умственной работы можно употреблять глюкозу, но тоже в пределах разумного: не есть сахар ложками, а только пить сладкий чай.
- Gettyimages.ru
- © HakanEliacik / 500px
— Вы уже упомянули антиоксиданты. А какую роль играют незаменимые жирные кислоты?
— Многие исследования показали, что регулярное употребление олеиновой, арахидоновой, линолевой жирных кислот улучшает функции мозга. Так, они оказывают противовоспалительный эффект в нервной ткани — снижают уровень воспаления, которое приводит к старению мозга. При этом жирные кислоты не синтезируются в нашем организме, их нужно получать с пищей.
«Запоминание без осмысления нерационально»: доцент МГППУ — о нейропсихологии и принципах работы человеческого мозга
Что касается антиоксидантов, то в нашем мозге есть собственные антиоксидантные системы. Это ферменты, которые участвуют в нейтрализации свободных радикалов. В норме они справляются с естественными нагрузками. Хотя, конечно, в условиях стресса или травматического повреждения мозга потребление дополнительных антиоксидантов, таких как флавоноиды, тоже может быть полезно.
— Бытует мнение, что нейроны не восстанавливаются. Так ли это, и если да, то как тогда мозг и нервная система функционируют, борясь с полученными повреждениями?
— В данном случае важна причина гибели нейрона: была ли это патология, или воздействие токсинов, или же травма? Именно это определяет, смогут ли нейроны восстановиться. Так, остановить нейродегенеративный процесс практически невозможно. Зато на случай травм в мозге есть система нейрогенеза, она расположена в зубчатой извилине гиппокампа и желудочках мозга. «Новорождённые» нейроны мигрируют оттуда к месту повреждения и восстанавливают ткани. Кроме того, в мозге повсеместно есть покоящиеся стволовые клетки, которые могут активироваться после повреждения мозга.
Нейрогенез продолжается даже в глубокой старости: он не останавливается вплоть до естественной физиологической смерти. Так, симптомы болезни Паркинсона начинают проявляться, когда в мозгу уже погибло порядка 80% дофаминовых нейронов чёрной субстанции (отдел мозга, участвующий в регуляции моторных и иных функций. — RT). На этом этапе развитие болезни уже нельзя остановить, но это показывает, насколько силён компенсаторный механизм мозга. Он так поднимает уровень дофамина и напрягает оставшиеся дофаминергические нейроны, что даже гибель половины нервных клеток такого типа до поры не сказывается на состоянии человека.
- Gettyimages.ru
- © KucherAV
— Сильнее всего головной мозг чувствителен к дефициту кислорода и глюкозы в крови. Как можно поддерживать работу мозга естественным путём и можно ли его как-то натренировать?
— Да, устойчивость к гипоксии действительно можно тренировать — например, в барокамере. У неподготовленного человека после пяти минут гипоксии уже начинается гибель нейронов и нарушение их метаболизма, в то время как у тренированных спортсменов задержка дыхания на 4—5 минут не вызывает каких-либо повреждений.
Если подготовить организм заранее при помощи специальных тренировок, это может очень сильно помочь в случае ишемических проявлений или инсульта, когда нарушается снабжение тканей кислородом.
«Наиболее часто встречающаяся причина деменции»: профессор — о симптомах и методах профилактики болезни Альцгеймера
Что касается глюкозы, то тут уже сложнее. Мы знаем, что в условиях дефицита глюкозы мозг способен использовать в энергетическом обмене лактозу, лактат, кетоновые тела, однако они глюкозу не замещают. Поэтому тут вопрос не имеет смысла — он сродни тому, чтобы спросить, можно ли натренировать человека к голоду. Какое-то время он, конечно, может продержаться без пищи, но, к сожалению, рано или поздно наступит истощение. Лучше до этого не доводить. В день с пищей должно поступать около 80 г глюкозы, она нужна нашему мозгу.
Для сохранения мозга в хорошем состоянии также очень важны когнитивные тренировки. Было очень интересное исследование, проведённое на британцах, которые на пенсии мигрировали из туманного Альбиона в Испанию, поближе к солнцу и теплу. На новом месте им пришлось преодолевать языковой барьер и учить испанский язык. Оказалось, что изучение языков в пожилом возрасте очень позитивно сказывается на морфологии мозга. Буквально перепрограммируется коннектом — то есть меняются соединения, синапсы между аксонами и дендритами, что улучшает когнитивные способности и защищает от старческой деменции. Что интересно, такой выраженный эффект вызывает именно изучение языков, а не игра на музыкальных инструментах, решение математических задач, заучивание стихотворений и т. д.
