Promega Connections
Думки, технічні поради та новини про науку від корпорації Promega
Обмеження калорій передбачає обмеження споживання калорій для того, щоб затримати або навіть змінити процес старіння (включаючи зупинку або скасування захворювань, пов’язаних зі старінням). Отже, якщо жінка вагою 150 фунтів регулярно з’їдає 2000 калорій на день, обмеження калорій для неї потягне за собою зменшення кількості споживаної їжі до, можливо, 1500 калорій на день або навіть менше калорій. Однак, всі харчові потреби цієї жінки все одно повинні бути задоволені, це означає, що її нова «дієта» включатиме вживання їжі з високим вмістом вітамінів та мінералів. Тим часом прийом “шкідливої їжі” повинен був би припинитися майже повністю, оскільки він додавав би лише порожні калорії. У випадку обмеження калорій, недоїдання завжди є нависаючою загрозою, тому продукти харчування, які містять найбільшу кількість грошей, повинні постійно вибиратися.
Більшість людей, які вирішили піддатися добровільному обмеженню калорій, з часом демонструють значну втрату ваги. Також можуть з’являтися інші проблеми, такі як відчуття постійного холоду, втрата відчуття пальців рук і ніг та проблеми з сидінням або лежанням на твердих поверхнях. Більшість із цих проблем виникає через те, що у людини, яка зазнає обмеження калорій, дуже низький вміст жиру в організмі, що є критично важливим для підтримки стабільної температури тіла, а також жирових подушечок на сідницях, стегнах і шлунку.
Обмеження калорій вивчається більше 75 років, і знання про те, що воно продовжує життя та покращує загальний стан здоров’я, було відомо вже деякий час. Ще в 1934 році Мері Кроуелл і Клайв Маккей описали, як лабораторні щури, які протягом декількох років годувались дієтою зі зниженою калорійністю, насправді переживали щурів, які не знижували калорійність. Рой Уолфорд, який проводив більшу частину своєї роботи в Університеті Каліфорнії в Лос-Анджелесі, використовував мишей у своїх дослідженнях для досягнення того ж ефекту. У випадку Уолфорда споживання калорій у мишах зменшилось майже на 50%. Такі миші з обмеженим вмістом калорій також жили вдвічі довше, ніж миші, які сиділи на звичайній дієті. Крім того, миші з обмеженим вмістом калорій у Уолфорда також мали підвищену енергію, меншу частоту гормональних дефіцитів (наприклад, інсулін, гормон щитовидної залози) і кращий загальний показник ефективності при вирішенні проблем та тестах пам'яті.
Досі проведене дослідження на щурах та мишах виглядало обнадійливим для гризунів, але на сьогодні ще нічого не робилося з вищими ссавцями (включаючи людей). Тоді можливість для таких досліджень виникла зовсім випадково. Уолфорд, разом із екіпажем "Біосфери 2", закінчували достатні запаси їжі під час того, як вони були вкладені всередину гігантського біодом. Замість того, щоб припинити експеримент, екіпаж Biosphere 2 вирішив вижити на дієті з меншою калорійністю (яка часом складалася переважно з бананів). Хоча Уолфорд та його команда в кінцевому підсумку втратили значну частину ваги свого тіла, були зафіксовані також інші зміни: зниження артеріального тиску, поліпшення чутливості до інсуліну та зниження загального рівня холестерину та ЛПНЩ - лише деякі з побачених змін.
Річард Вайндрух, який на той час був студентом Уолфорда, вже працював над наслідками обмеження калорій зі своїм наставником. Вайндруха зацікавили молекулярні наслідки цього способу життя. Він розпочав своє дослідження, також розглядаючи мишей, яких годували або обмеженою калорією, або звичайною дієтою. Він виявив наступне: миші, які годували на 50% менше калорій, мали не лише тривалий термін життя (в середньому від 32 до 45 місяців), але і збільшений максимальний термін життя (від 40 до 53 місяців). Це було дивно з огляду на той факт, що більшість удосконалень у галузі охорони здоров’я та технологій за останнє століття, безумовно, дозволили людям реалізувати весь свій потенціал, але не жити далі зазначеної тривалості життя. Іншими словами, дані миші натякали на те, що людина може жити в середньому 112 років і максимально в середньому до 132 років.
Як було доведено раніше, миші з обмеженим вмістом калорій жили не тільки довше, але й покращували загальний стан здоров’я. Частота пухлин у обмежених калорій мишей становила 38%, тоді як у вільно годуючих мишей - 78%. Миші з обмеженим вмістом калорій також мали кращу імунну систему, вищу продукцію ферментів печінки та чудову пам’ять та здатність до навчання.
Наскільки обнадійливим було все це дослідження, залишалося питання: що саме обмеження калорій затримує старіння, а також початок захворювань, пов’язаних зі старінням? Який основний механізм обмеження калорій дозволяє тваринам жити довше та здоровіше?
Щодо цього явища було запропоновано кілька теорій. Одна з таких теорій, яка називається теорією "зносу", передбачає, що старіння є результатом пошкодження тканин та органів, накопиченого з часом. В результаті цих накопичених фізіологічних образів організм старіє і врешті-решт дає збій (гине). Вперше запропонована Августом Вайсманном в 1882 р., Теорія “зносу” підтримується такими доказами, як посилення генетичних мутацій з часом (що призводить до раку), а також зшивання білків та білків при старінні хворобах, таких як хвороба Альцгеймера.
Додаткові докази виникають із вкорочення теломер, які є генетичними кінцевими шматочками хромосом. Теломери діють так само, як захисні пластикові ковпачки, розташовані на кінцях шнурків. Коли клітина постійно ділиться, ці захисні кінці вкорочуються. Як тільки теломери занадто короткі, щоб захистити хромосому, вважається, що клітина починає порушувати ділення клітин, що призводить до її загибелі.
На жаль, важко було довести, що обмеження калорій уповільнює знос тіла. Мавпи-резуси з обмеженим вмістом калорій, які знаходились під опікою Вейндруха, здавалося, не були менш енергійними, ніж їхні звичайно харчувані колеги. Коли аналізували їх метаболічні профілі, виявилося, що мавпи, які зазнали обмеження калорій, виробляють стільки ж, якщо не трохи більше енергії, ніж мавпи, які зазвичай харчуються. Очевидно, обмеження калорій, здається, не уповільнює швидкість обміну речовин або рівень енергії.
А як щодо теломер? Коли дослідники аналізували довжину теломер як у людей, так і у мишей, вони виявили, що миші насправді мають набагато довші теломери, ніж люди. Однак миші живуть в середньому 7 років - тривалість життя, безумовно, коротша, ніж у людей. Такі дані стверджують, що тривалість життя та довжина теломер можуть бути не пов’язаними.
Існують також різні гіпотези, які передбачають, що старіння є результатом певних генів. Перші прямі докази генної гіпотези були отримані завдяки роботі Синтії Кеніон над глистом C. elegans. Коли C. elegans носив мутацію в своєму гені daf-2, він жив майже на 500% довше, ніж його немутовані колеги, забираючи його з нормальної тривалості життя від 2-3 тижнів до майже 2 місяців. У людини еквівалентом daf-2 є ген, подібний фактору росту інсуліну (IGF). Як daf-2, так і IGF контролюють виробництво енергії у своїх відповідних організмах. Так само виявлено, що на обидва гени впливає споживання калорій.
Іншим кандидатом на ген старіння, на який впливає обмеження калорій, є SIRT1. Цей ген, вперше знайдений у сімействі генів дріжджів, що отримав назву SIR1, значно подовжив тривалість життя дріжджів, коли його надмірно виражали дослідники Метт Кейберлайн та Мітч Маквей. І навпаки, коли ген мутував (і, таким чином, став нефункціональним), тривалість життя дріжджів скоротилася.
Тривалий час точна функція SIRT1 була невідома. Нещодавно було показано, що ген кодує серію білків, які беруть участь у виробництві та використанні енергії. Коли миші з мутацією SIRT1 піддавалися обмеженню калорій, не тільки не збільшувались рівень їх метаболізму та рівень активності (як це характерно для нормальних мишей, які зазнали обмеження калорійності), але обмеження калорій також нічого не сприяло продовженню тривалості життя. Таким чином, загальна тривалість життя, як видається, контролюється підмножиною або підмножинами генів, які активуються під час обмеження калорій.
Цікаво, що антиоксидант ресвератрол, який, як вважають, є ключовим фактором червоного вина, що призводить до поліпшення загального стану здоров’я та життя, є активатором SIRT1. Коли активний SIRT1, одним із факторів, який він регулює, є фактор теплового удару 1 (HSF1). HSF1 сам регулює білки, звані шаперонами, які захищають інші білки від неправильного складання. Оскільки неправильно складені білки є великою проблемою при старінні таких захворювань, як хвороба Альцгеймера, Хантінгтона, Паркінсона та діабет у дорослих, ресвератрол викликав значний науковий та комерційний інтерес. Це особливо актуально у світлі того факту, що рівень білка SIRT1 знижується з віком.
Супероксиддисмутаза (СОД) - це білок, який також перебуває під суворим контролем, оскільки встановлено, що він захищає ДНК від окислення та інших стресів. СОД - це поглинач вільних радикалів, який нейтралізує шкідливу дію окислювачів, таких як перекис водню. Майкл Роуз, який базується в Каліфорнійському університеті в Ірваїні, спарив багато поколінь плодової мухи Drosophila melanogaster і відібрав лише довгоживучі штами для подальшого спаровування та аналізу. З часом Роуз отримала «супермуху», яка, крім довгожителя, могла також протистояти різним фізіологічним образам, таким як УФ-випромінювання. Встановлено, що ці мухи-довгожителі мають надзвичайно високий рівень СОД.
Зараз із "фонтану" зроблено криницю.
СОД також присутній у людей та інших ссавців, і його захисний ефект від радіації та інших клітинних образів добре відомий. Цікаво, що під час досліджень на щурах з обмеженим вмістом калорій було показано взаємозв’язок між споживанням калорій та захистом від пошкодження вільними радикалами. Це говорить про те, що загальна кількість споживаних калорій може впливати на рівень СОД. Таким чином, SOD доводить повне коло теорії зносу до обмеження калорій.
Таким чином, є багато причин, чому обмеження калорій так сильно впливає на тривалість життя. Починаючи зміни в експресії генів, організм, який зазнає обмеження калорій, стає вправним справлятися зі стресом від зменшення споживання калорій. Цікаво, що загальний вихід енергії організму не зменшується. Так само не схоже, що обмеження калорій приводить організм до стану «призупиненої анімації», де його ресурси довше залишаються цілими, оскільки вони не так швидко використовуються. Швидше, організм, схоже, переходить у захищений стан, де пошкодження відбувається не так легко чи так швидко через посилений захист обмеженого вмісту калорій.
Така фізіологічна реакція також передбачає, що максимальна тривалість життя організму може бути не встановлена в камені, як вважалося раніше. Насправді тривалість життя може бути дуже пластичним станом і здатним змінюватися. Той факт, що цей зсув може відбутися через обмеження калорій, свідчить про інше: довго шуканий джерело молодості може лежати безпосередньо в нас.
- Дієта обмеження калорій подовжує життя мавп на роки New Scientist
- Обмеження калорій та довголіття Дослідження мавп показує, що голод збільшує не тривалість життя, а тип
- Обмеження калорій дозволяє мавпам жити довго і процвітати
- Обмеження калорій покращує стан здоров’я та виживання макак-резусів Національний інститут старіння
- Обмеження калорій менше їсть змушує мавп жити довше