РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ, 2013, том 53, № 6, с. 612-619
= РАДИАЦИОННАЯ ГЕРОНТОЛОГИЯ
УДК [57+61]::539.1.04:612.67:614.876
РАДИОГЕННАЯ АКСЕЛЕРАЦИЯ БИОЛОГИЧЕСКОГО ВОЗРАСТА
© 2013 г. Е. А. Нейфах*, Г. К. Люман
Институт химической физики им. Н.Н. Семёнова РАН, Москва
Для мониторинга биологического возраста человека предложены новые маркеры интегрального показателя здоровья — молярные отношения в плазме крови биохимически взаимосвязанных мономеров внутриклеточного "пигмента старения" липофусцина, нерастворимого полимера с перекрестными свободнорадикальными сшивками. Полимер липофусцина включает катаболиты липо-перекисного каскада и биоантиоксиданты, которые определяли в плазме капиллярной крови пациентов двух групп: необлученные люди в возрасте от периода новорожденности до 62 лет и ликвидаторы аварии на ЧАЭС 24—62 лет (на 1990 г.) с суммарными внешними дозами у-излучения 0.9—145 сЗв, накопленными за 4.2 года. Динамика маркеров биологического возраста (как молярных отношений в крови уровней катаболитов липопероксидации к липидным антиоксидантам) отражает в норме физиологическую специфику их биохимических взаимодействий для исследуемых возрастных периодов: оксидативный стресс новорожденных, адаптацию к нему в ювенильной фазе развития, стабильность в среднем возрасте и нарастание липоперекисного стресса (более выраженного у мужчин) по мере старения при снижении антиоксидантного контроля. Молярные соотношения фракций малонового диальдегида (МДА), одного из конечных катаболитов липопероксидации, показали в норме нарастание его связывания белками плазмы, пропорциональное календарному возрасту. Линейный график возрастных молярных отношений белок-связанных и свободных фракций МДА плазмы в норме использован как калибровочный для расчетов компьютерной Программой относительных скоростей старения (^отн), характеризующихся приростом у облученных людей. Показано, что после общих радиационных нагрузок выше 4 сЗв №отн растут линейно логарифму доз (г > 0.73; р = 0.001) и в области доз выше 50 сЗв превышают в 5—10 и более раз скорость изменения нормального биологического возраста. При дозах ниже 4 сЗв обнаружено замедление скоростей старения относительно сравнимого календарного возраста. Величины разработанных маркеров, как и уровни их исходных метаболитов в крови, являются динамически стационарными (в отличие от необратимого внутриклеточного накопления липофусцина).
у-Излучение, накопленная доза облучения, биологический и календарный возраст, липопероксидация, биоантиоксиданты, мономеры липофусцина.
БО1: 10.7868/8086980311306009Х
Термин "биологический возраст" (БВ) отражает интегральное состояние здоровья человека, величины которого, определяемые по адекватному параметру, совпадают в норме с величинами его календарного возраста (КВ). Их отклонения, обычно в сторону повышения биологического возраста, свидетельствуют о патологии, причину и глубину которой предстоит диагностировать до специфического лечения. Анализ параметров биовозраста обычно сложен, длителен, требует больших затрат и часто напрямую не связан с принятыми механизмами старения. Отсюда весьма высока потребность в простых количественных лабораторных методах, основанных на доказанных механизмах старения, с возможностью использовать их в клинике для ранней диагностики значимых отклонений БВ от КВ и/или мониторинга хода лечения.
* Адресат для корреспонденции: 119997 Москва, ул. Косыгина, 4, ИХФ РАН; тел.: (495) 939-74-75; факс: (495) 13741-01; e-mail: ney@land.ru.
Исходя из свободнорадикальной теории старения [1—3], "пигмент старения" полимер липофусцин, накапливающийся линейно и пропорционально календарному возрасту в неделящихся клетках (миокард, нейроны мозга, скелетные мышцы, сетчатка), широко исследуемый экспериментально [4—6], очевидно не может быть использован для неинвазивного клинического мониторинга биовозраста.
Отсюда для возможности малоинвазивного мониторинга БВ в плазме крови нами избраны мономеры предшественников внутриклеточного липофусцина (наиболее апробированный и стабильный маркер старения) в виде их биохимически взаимосвязанных и наиболее стабильных молярных соотношений. Эти индексы использованы для разработки клинически доступных параметров биологического возраста как для не-облученных, так и облученных людей в широком диапазоне календарного возраста.
б-МДА/с-МДА
Календарный возраст, годы
Рис. 1. Возрастной профиль молярных отношений белок-связанного к свободному МДА в норме (б-МДА/с-МДА плазмы крови).
Цели работы состояли в: 1) разработке простых методов мониторинга биологического возраста человека, основанного на свободноради-кально-липоперекисном механизме старения и 2) апробации одного из наиболее подходящих маркеров БВ на ликвидаторах аварии ЧАЭС, подвергшихся хроническому радиационному воздействию в малых или средних дозах.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА
Контингенты. Использованы собственные данные, кратко опубликованные ранее [7, 8]. Группу облученных взрослых пациентов составили 22 ликвидатора аварии, работающих на ЧАЭС и накопивших за 4.2 года после радиационной катастрофы суммарные внешние дозы у-излучения в диапазоне 0.9—147 сЗв. Возраст этих обследуемых людей на момент забора крови (1990 г.) составил 25—57 лет. Группу взрослых пациентов без радиационных нагрузок ("норма для сравнения", после диспансеризации) составили 52 жителя Москвы 24—62 лет (п = 34) и специалисты из незатронутых аварией на ЧАЭС регионов, поселившиеся после аварии в г. Славутич (п = 18). Дети 0— 7 лет (п = 16) и школьники Москвы и г. Славутич 8— 17 лет (п = 10) также не подвергались радиационному воздействию в результате аварии ЧАЭС.
Биохимический анализ. В липидных экстрактах плазмы капиллярной крови, взятой натощак, спектрофлуометрически определяли свободный токоферол при 295/525 нм и ретинол при 330/470 нм с их стандартами и спектрофотомет-рически — гидроперекиси липидов при 233 нм (с = 23200 л/моль см) и ненасыщенные карбони-
лы при 205 нм (с = 13500 л/моль • см), как описано нами ранее [9]. Свободный и белок-связанный малоновый диальдегид (с-МДА и б-МДА) плазмы определяли со стандартом флуорометри-чески с 2-тиобарбитуровой кислотой [9]. Результаты выражали в мкмоль/л и используемые молярные отношения как безразмерные индексы биологического возраста и относительные скорости старения (^отн) рассчитывали с помощью разработанной компьютерной программы.
Компьютерная программа. Для быстрого и удобного конвейерного мониторинга биологического возраста по индексу молярных отношений б-МДА/с-МДА разработана компьютерная программа, куда предустановили калибровочный среднеквадратичный график календарных возрастных норм этого индекса (рис. 1). Программа последовательно 1) рассчитывает индивидуальные индексы молярных отношений по введенным величинам концентраций фракций МДА; 2) аппроксимирует их значения на график нормы и затем — на ось календарного возраста в годах, определяя величины БВ и их прирост относительно введенных КВ (ДБВ) за период облучения (ДКВ); 3) вычисляет относительную скорость изменений величин БВ за период облучения как Wотн = ДБВ/ДКВ (4.2 года), приняв для каждой величины возрастной нормы, независимо от КВ, что скорость изменения БВ = 1. Графики для возрастов старше 62 лет аппроксимированы программой по динамике введенных имеющихся данных (рис. 2 и 3).
РЕЗУЛЬТАТЫ
На рис. 2 приведены для здоровых доноров (группы "нормы") широкого возрастного диапазона профили молярных отношений катаболитов липопероксидации к контролирующим ее липид-ным биоантиоксидантам токоферолу и ретинолу в плазме периферической крови. Все четыре профиля имеют большое сходство и в их возрастной динамике после логарифмирования величин КВ можно визуально различить следующие периоды:
1) новорожденный — до возраста 3 нед., когда значения всех индексов растут в 1.5—3.5 раза;
2) детский — до 15—17 лет, когда индексы наполовину снижаются линейно логарифму КВ;
3) взрослый — до 35 лет, когда значения всех индексов стабильны (плато по величинам КВ);
4) старения — после 35 лет, с резким подъемом величин индексов по гиперболе в 1.5—5.4 раза для женщин и в 2.4—7.5 раза для мужчин (т.е. подъемы на 40—80% выше, чем для женщин).
7 6 5 4 3 2 1
65
60
55
50
45
40
35
30
25
20 70
60
50
40
30
20
10 700 650 600 550 500 450 400 350 300 250 200 150
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Календарный возраст, годы
о чм ^п-^о О ООО о о "но! ^косл
Логарифм календарного возраста
Рис. 2. Возрастные профили индексов биологического возраста человека в норме (молярные отношения ЛП/БАО плазмы крови).
Выявленные профили "нормы" в диапазонах указанных выше возрастных периодов могут служить калибровочными графиками (на рис. 2 для календарного возраста сравнить периоды по годам с их логарифмами: графики a с б, в с г, д с е, ж с з) для оценок возможных сдвигов биологического возраста при заболеваниях, связанных или вызванных нарушением липопероксидации и/или ее контроля антиоксидантами. Также можно видеть в исследованные периоды жизни в норме, сколько молекул катаболитов липоперекис-ного каскада контролирует каждая молекула токоферола или/и ретинола как био-антиокси-дантов (БАО), что позволяет оценивать глубину и специфику нарушений при липоперекисных патологиях.
На рис. 3 для тех же контрольных континген-тов "нормы" приведен профиль молярных отношений конечных катаболитов липопероксидации (ненасыщенные карбонаты — НК) к их первичным катаболитам (гидроперекиси липидов — ГП) — индекс НК/ГП как показатели разветвлен-ности этого свободнорадикального процесса, для которых в норме различимы возрастные периоды:
1) новорожденный, 1-я неделя, с максимально высокими индексами;
2) детско-юношеский, до 25 лет, с их падением ниже 40% линейно логарифму величин календарного возраста;
3) взросло-старческий, старше 30—35 лет, со стабильными значениями около 8.7 индекса молярных отношений НК/ГП и независимо от пола.
Этот индекс "нормы" из-за его широкого возрастного постоянства (линейное снижение по 1§(КВ) в детско-юношеский период и затем продолжительное плато при старении) может быть использован д
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.