Крысы – долгожители при ограниченной по калориям диете
В 1929 г. Клайв Маккей (Clive МсСау), молодой биохимик, работавший в лаборатории питания Корнельского университета в Итаке, начал опыты по проверке влияния скорости роста крыс короткоживущей линии Фишер-344 на продолжительность их жизни. Крысы, в отличие от мышей и большинства других млекопитающих, продолжают расти в течение всей своей жизни, даже в старости. Постоянный рост встречается и у других видов животных: рыб-хищников, змей, черепах и даже у китов. Поэтому их возраст можно определить по их размерам. Представители этих видов обычно живут очень долго, в некоторых случаях до ста и даже до двухсот лет. Однако у крыс, несмотря на сохранение способности к росту, продолжительность жизни относительно короткая. Чтобы замедлить скорость роста крыс, Маккей стал нормировать рационы, дозируя белки, жиры и углеводы. При сокращении объема белков в диете рост животных замедлялся, но продолжительность их жизни не менялась, варьируя, как и в контрольной группе, в пределах 500 – 900 дней. Крысы, в рационе которых долю энергетических компонентов (жиров и углеводов) уменьшали на 30 – 40% по сравнению с рационом контрольной группы, также замедляли свой рост, но они жили намного дольше, чем контрольные животные. Значительное число таких крыс с задержанным ростом жили больше 1 000 дней, а некоторые доживали и до 1 400 дней. Средняя продолжительность жизни увеличивалась вдвое, а максимальная продолжительность жизни, характерная для этой линии крыс, возрастала на 50%. Результаты этих опытов, опубликованные в 1935 г., стали сенсацией в геронтологии [3]. Это был первый случай радикального продления максимальной продолжительности жизни подопытных чистых линий животных, не существующих в природных условиях, но не продления максимальной продолжительности жизни, характерной для всего вида. Крысы в природных условиях могут жить четыре года и более. Некоторые чистые генетические линии, например Вистар (Wistar) тоже доживают до 1 400 – 1 500 дней. Впоследствии опыты Маккея повторялись и воспроизводились во многих лабораториях, и их результаты всегда подтверждались. Уменьшая количество калорий в диете, удавалось продлить жизнь мышей и некоторых других лабораторных животных с ограниченным периодом роста, хотя и не всегда на столь большие сроки. Было также обнаружено, что у крыс и мышей, находившихся на ограниченной по калориям диете, значительно снижалась частота раковых заболеваний, которые являются одной из основных причин их смертности [4].
В течение более пятидесяти лет после публикации результатов экспериментов Маккея были проведены тысячи исследований, в которых изучались физиологические, биохимические и анатомические особенности старения крыс, мышей и хомячков, находившихся на ограниченной по калориям диете. Проводились аналогичные опыты на дрожжах, насекомых и рыбах. Появилось много теорий, пытавшихся объяснить именно такую модель радикального продления жизни. Геронтологам, конечно, хотелось проверить эффект «недостаточного по калориям, но полноценного по составу» питания хотя бы на обезьянах и в условиях, приближенных к природным. Такой эксперимент требовал больших финансовых затрат и длительного времени. Даже небольшие обезьяны доживают в неволе до 30 лет. Только в 1986 г. четыре крупных научных центра в США, три из которых были обеспечены правительственными грантами, спланировали эксперимент с обезьянами в специально созданном виварии с искусственным климатом.
От крыс к обезьянам
В 1989 г. из питомников в Индонезии в США были доставлены группы молодых (от 1 до 3 лет) и уже взрослых (от 4 до 14 лет) макак (Масаса mulatta). Во влажных тропиках Индонезии нет сезонных вариаций питания. В американском виварии в штате Висконсин (на севере США) обезьяны питались не свободно, как в природных условиях, а получали кормовые смеси, приближенные к природным. В каждой группе часть животных получала полноценный рацион «по потребности», тогда как другим животным калорийность диеты была снижена на 30% за счет углеводных источников питания. Динамику возрастных изменений отслеживали с самого начала опыта по так называемым биомаркерам старения: данным анализа крови, биопсии тканей, сканирования костей и т. д. Результаты первых наблюдений были опубликованы уже через 36 месяцев после начала опыта. Хотя животные с ограниченным питанием имели меньший вес, все остальные показатели обмена веществ в контрольной и опытных группах оказались одинаковыми [5]. Через 48 месяцев у обезьян, включенных в опыт в возрасте от 7 до 14 лет, обнаружилось ослабление иммунных реакций на некоторые вакцины. Такое ослабление наблюдалось лишь у тех животных, которые получали ограниченный по калориям рацион. Эти обезьяны отставали по весу от контрольных в среднем на 4 кг, и их устойчивость к инфекциям была снижена.
Критики этих опытов отмечали, что северный штат и условия вивария, где естественная высокая подвижность обезьян неизбежно ограничена, не подходят для изучения связи энергетического обмена с продолжительностью жизни. В связи с этим в 1993 – 1995 гг. аналогичные опыты на двух видах макак были начаты и во Флориде, где влажные субтропические условия их содержания максимально приближались к естественным. Но и в этих опытах при диете с уменьшенным на 34% содержанием калорий в течение пяти лет никаких различий в составе крови у контрольных и опытных животных не обнаружилось. Не было изменений и в составе холестериновых фракций крови [6]. Сканирование костных тканей также не выявило никакой разницы, хотя вес животных на полноценной диете был выше. В 2004 г., когда в экспериментальных схемах было задействовано уже 120 обезьян, появились случаи заболеваний и смертельные исходы. Трех умерших обезьян из старших групп держали на ограниченной по калориям диете. Предварительные итоги всех этих опытов, продолжавшихся в течение 15 лет, были подведены на специальном семинаре в Национальном институте по изучению старения в Балтиморе. Участники этого семинара пришли к выводу, что характер действия ограниченной по калориям диеты на старение приматов «остается неопределенным» [7].
Через 5 лет в июле 2009 г. были опубликованы более подробные результаты о состоянии животных, опыты с которыми начинались в виварии штата Висконсин в 1989 г. Приведенные данные касались тех обезьян, которым в начале эксперимента было от 7 до 14 лет. В неволе макаки живут в среднем 27 лет, но иногда доживают и до 40. С 1989 г. исследования велись на 30 самцах, однако в 1994-м к ним добавили 30 самок и еще 16 самцов. Из этих 76 животных к началу 2009 г. умерли 14 из 38 макак контрольной группы (37%) и только 5 из 38 получавших ограниченную по калориям диету (13%) [8]. Основными причинами смертности были диабет, рак и сердечно-сосудистые заболевания. Авторы публикации делают вывод, что ограниченная по калориям диета замедляла старение обезьян. Однако давать положительный ответ на вопрос, можно ли изменить с помощью такой диеты максимальную для вида продолжительность жизни, в 2009 г. было еще рано. Для этого следует подождать еще десять лет. Опубликованные результаты вызвали достаточно активную дискуссию в широкой прессе, но не стали сенсацией и не привели к каким-либо диетическим рекомендациям. Общее мнение сводилось к тому, что число подопытных животных было слишком мало, чтобы делать статистически обоснованные выводы. На опубликованных фотографиях старых обезьян из разных групп макаки из контрольной группы выглядели ожиревшими. В природных условиях подобное не случается. Ожирение уменьшало их шансы на долгую жизнь. У обезьян, которые получали ограниченный рацион, снижалась температура тела, иногда на один градус. Таким образом они экономили энергию. Снижалась и их подвижность. Переносить результаты этих опытов на человека весьма затруднительно. Следует подождать итогов параллельного опыта во Флориде, в условиях, приближенных к природным, и с группами макак, которых посадили на разные диеты в более молодом возрасте. Самое важное в этой работе – оценить возможности перехода через рубеж максимального долголетия для этого вида обезьян.
