1. Введение
Распространение нейродегенеративных заболеваний продолжает расти, и на первом месте по частоте стоит болезнь Альцгеймера (БА). По оценкам ВОЗ, количество людей с диагностированной БА превышает 60 млн и занимает пятое место среди причин смертности. Хотя это лишь 0,86% от мирового населения, стремительный ежегодный прирост случаев и демографическое старение развитых стран создают серьёзную угрозу. Выявление корней этого недуга — ключевая задача мировой нейробиологии. Несмотря на столетие исследований, до сих пор нет окончательных ответов. В этой статье мы предлагаем новую гипотезу, связывающую разницу нейроэффективности с возрастом манифестации БА.
2. Болезнь Альцгеймера: ключевой фактор
Единственным достоверно установленным риском развития БА остаётся возраст: после 65 лет доля лиц с симптомами составляет 10–12%, а к 85 годам — уже 40–50%. Других неоспоримых причин нет; существующие бета-амилоидная, тау- и холинэргическая гипотезы не дают полной картины и не будут здесь рассматриваться.
3. Структура и функции мозга, важные для понимания БА
3.1 Развитие и рост мозга
Средняя масса взрослого мозга человека составляет около 1 420 г, при этом в нём насчитывается 80–90 млрд нейронов плюс глиальные клетки. Число нейронов заложено генетически и после рождения практически не меняется — лишь в локальных зонах происходит слабый нейрогенез, который к зрелому возрасту почти исчезает. Такой консерватизм позволяет сохранять целостность сложных нейронных сетей, отвечающих за память, мышление и эмоции.
Новорождённый ребёнок имеет мозг массой примерно 350 г — оптимальный объём для безопасного прохождения через родовые пути. К семи годам масса увеличивается до 1 270 г, причём за первый год она возрастает втрое — до ~1 050 г (рис. 1).
Растут отростки нейронов — дендриты и аксоны — и происходит интенсивная миелинизация (рис. 2, 3), необходимая для быстрой и надёжной передачи импульсов через перехваты Ранвье.
3.2 Формирование синаптических сетей и IQ
После окончания роста отростков нейроны устанавливают связи — синапсы. Изначально контактов слишком много и они хаотичны, но под влиянием опыта и обучения происходит «обрезка» и группировка синапсов в функциональные кластеры. Чем более упорядочена сеть, тем выше показатели IQ (рис. 4).
Неокортекс человека содержит 14–16 млрд нейронов, каждый из которых формирует в среднем 20–50 тыс. синапсов. В совокупности это десятки квадриллионов связей, для эффективного управления которыми необходима структурированная архитектоника сетей — нечто похожее на разреженные матрицы LDPC-кодов, где минимальное число активных узлов обеспечивает сохранение и восстановление информации.
3.3 Нейроэффективность
Уникальная архитектура сетей у каждого человека определяет его «энергоэффективность» — количество калорий (или моль CO₂) на выполнение одной и той же задачи. Измерить этот параметр можно, сравнив концентрацию глюкозы (или уровень CO₂) в каротидных артериях и яремных венах при стандартном когнитивном тесте. Меньшие энергетические затраты указывают на более высокую нейроэффективность и, по всей видимости, на более медленное старение нейронов.
При некоторых патологиях, например синдроме Дауна, сеть синапсов формируется менее упорядоченно, что снижает энергоэффективность мозга и приводит к типичным для БА изменениям уже к 40 годам.
4. Новая гипотеза этиологии БА
Число нейронов фиксировано с рождения; при развитии мозга формируются сети разной эффективности. По мере старения менее энергоэффективные нейроны изнашиваются быстрее и гибнут, повышая нагрузку на соседние клетки. Возникает цепная реакция: по мере продолжающегося перераспределения функций нейрональные сети разрушаются всё стремительнее, что и запускает прогрессирование БА.
Подтверждением служат данные о людях с синдромом Дауна, у которых уже к 40 годам обнаруживаются признаки Альцгеймера, а также исследования о том, что повреждения сенсорных систем (например, слуха) усиливают нагрузку на сети и ускоряют когнитивный спад.
Luigi Ferrucci и соавт., Hearing Loss and Incident Dementia // Archives of Neurology
Shih-Chang Hung и соавт., Hearing Loss is Associated With Risk of Alzheimer’s Disease // Journal of Epidemiology, 2015
Frank R. Lin и соавт., Hearing Impairment and Cognitive Decline // American Journal of Epidemiology, 2015
.
5. Что такое болезнь Альцгеймера?
Это ускоренная гибель нейронов, преждевременно состарившихся из-за низкой энергоэффективности нервных сетей.
6. Ранняя диагностика БА
Ключевым становится мониторинг нейроэффективности и оценка организованности синаптических сетей на протяжении жизни. Это позволит выявить группу риска задолго до клинических проявлений.
