Горячие новости о температуре тела и продолжительности жизни

Перевод: Alex Hiver
Редакция: Рита Савицкая
Оформление: Никита Родионов
Публикация: 08.04.2022

Давно предполагалось, что температура внутренних областей тела и уровень метаболизма определяют продолжительность жизни, однако роль этих факторов не была четко определена. Чжао с соавт. разделяют эффекты этих двух факторов у мышей и хомячков, предоставляя данные о том, что температура внутренних областей тела является куда более важным фактором продолжительности жизни, чем скорость метаболических реакций.


Читайте также: Изменения в терморегуляции у «моржей»
 


Для поддержания жизнедеятельности организмам нужна энергия. В начале ХХ века Максом Рубнером и Раймондом Перлом была предложена концепция, согласно которой ключевым фактором, определяющим продолжительность жизни, является затрачиваемое организмом количество энергии (т. е. скорость обмена веществ) [1, 2]. Эта концепция, впоследствии ставшая известной под названием “rate-of-living theory” (англ. «теория о скорости жизни»), заключается в том, что животные с более быстрым обменом веществ обладают меньшей продолжительностью жизни по сравнению с теми, у кого скорость протекания метаболических реакций ниже. Также ученые оценивали взаимосвязь между интенсивностью обмена веществ и размерами тела. Примерно в то же самое время Джон Говард Нортроп и Жак Леб предоставили первые доказательства того, что температура тела у эктотермных (холоднокровных) животных влияет на продолжительность жизни [3]. Совсем недавно авторы нынешней работы продемонстрировали, что это верно для мышей (т. е. эндотермных животных). У них умеренное снижение температуры внутри тела на 0,5 °C приводит к повышению средней продолжительности жизни на 12–20 % [4]. Корреляция между внутренней температурой тела и продолжительностью жизни была обнаружена даже у человека [5–7].

Так регулируют ли продолжительность жизни скорость обменных процессов и температура тела? На этот вопрос нет четкого ответа, поскольку связь между скоростью обменных реакций и температурой внутри тела имеют тенденцию к прямой корреляции. Однако в настоящем выпуске Nature Metabolism Джицюнь Чжао и Джон Спикман с соавт. [8] представляют результаты эксперимента, который, несмотря на простоту, четко разделяет два вышеупомянутых фактора. В эксперименте мыши и хомячки содержались при 20 °C (что является стандартом для лабораторных грызунов) или 32,5 °C, а также при наличии или же отсутствии вентиляции (что, естественно, влияет на процесс теплоотдачи). Подобно людям, грызуны поддерживают постоянную внутреннюю температуру тела на уровне 36,8 °C с помощью баланса между теплопродукцией и теплоотдачей. На потерю тепла в значительной степени влияет температура окружающей среды, и данный процесс практически отсутствует при 26–32 °C.

В данной работе при 20 °C животные отдавали тепло, а скорость их обменных процессов поддерживалась на высоком уровне для обеспечения постоянной внутренней температуры тела. В то же время при 32,5 °C температура тела оказалась на 0,5 °C выше, скорость обменных процессов — на 40 % ниже, а средняя продолжительность жизни — на 22–41 % меньше. Максимальная продолжительность жизни также оказалась сниженной. Третья группа животных содержалась при температуре 32,5 °C в условиях вентилируемого пространства, вследствие чего теплоотдача усиливалась за счет конвекции. Добавление в эксперимент вентиляции оказалось достаточным для того, чтобы устранить повышение температуры ядра тела на 0,5 °C и вернуть животным такую же продолжительность жизни, как и при 20 °C. Данные результаты согласовывались у обоих видов грызунов и у представителейобоих полов, что свидетельствует о том, что, по крайней мере в описанных экспериментальных условиях продолжительность жизни регулируется внутренней температурой тела, а не скоростью обменных процессов (см. рис. 1).
 

Рисунок 1 | Условия содержания воздействуют на продолжительность жизни, влияя на внутреннюю температуру тела
Мыши и хомячки обоих полов содержались с молодого возраста при 20 °C или же 32,5 °C в условиях вентиляции или без таковой. По сравнению с группой животных, содержавшихся при температуре 20 °C, у животных, живших при 32,5 °C, уровень обменных процессов оказался на 40 % ниже, температура тела — на 0,5 °C выше, а продолжительность жизни — на 20–40 % меньше. Добавление вентиляции в экспериментальный процесс купировало повышение температуры тела, а продолжительность жизни животных, живших при 32,5 °C, возвращалась к значениям в группе, содержавшейся при 20 °C, без изменения уже сниженной скорости обменных процессов.

Анализ других параметров предоставил новые сведения и открытия. Одним из наиболее значимых является объем потребляемой пищи, так как известно, что сокращение потребления калорий на длительный срок снижает внутреннюю температуру тела, скорость обменных процессов и обеспечивает увеличение продолжительности жизни [9–11]. Характер питания и температурный гомеостаз тесно взаимосвязаны. Фактически, по мере того, как температура [окружающей среды] оказывается в зоне термонейтральности или чуть выше, потребление калорий снижается, поскольку для поддержания стабильной температуры тела больше не требуется энергия. Следовательно, животные, содержавшиеся при 32,5 °C, потребляли на 25–45 % меньше калорий, чем те, которые жили при 20 °C. Такое снижение сравнимо с полученным в экспериментах, в которых изучалась связь между уменьшением потребления калорий и продолжительностью жизни. Однако у животных, содержавшихся при 32,5 °C без вентиляции, продолжительность жизни оказалась меньше, чем у их собратьев, живших при температуре 20 °C, — несмотря на то, что у первых уровень обмена веществ был ниже, и они потребляли меньше пищи (последнее эквивалентно ограничению калорийности). Таким образом, единственным фактором, влияющим на продолжительность жизни, остается лишь умеренное повышение внутренней температуры тела. При 32,5 °C вентиляция нормализует ее, однако потребление калорий из пищи остается эквивалентным ограничению калорийности. Следовательно, можно утверждать, что большая продолжительность жизни в этой группе животных [т. е. тех, кто содержался при 32,5 °C в вентилируемых условиях] была обусловлена более низким потреблением калорий, а не температурой тела. Хотя усиленная конвекция снижала ее и увеличивала продолжительность жизни животных (содержавшихся при 32,5 °C) до значений, сходных с теми (но не превышающих их), которые наблюдались в группе животных, содержавшихся при 20°C. Такой эффект был ожидаем в случае, если бы имело место сокращение калорийности. Вместо этого, даже если эти животные ели меньше по сравнению с группой, жившей при 20°C, высокие значения температуры их окружающей среды тормозили гипотермический ответ, который еще в большей степени снижает температуру тела в условиях ограничения калорийности, и влияли на продолжительность жизни [4, 11]. Вышеперечисленное согласуется с более ранними данными Роя Уолфорда, на основании чего можно сделать вывод о том, что состояние термонейтральности находится в антагонистической взаимосвязи с ограничением калорийности благодаря исчезновению [физической] инертности [12].

Некоторые вопросы требуют дальнейшего рассмотрения. Эксперименты проводились с небольшими грызунами, вследствие чего значимость таких результатов для крупных животных с более низким соотношением площади поверхности тела к его объему еще предстоит определить. К тому же, грызуны не могут выделять пот, что уменьшает их способность успешно справляться с высокими температурами окружающей среды. Этот фактор является одним из ключевых при экстраполяции результатов настоящей работы на организм человека. Также необходимо детально изучить причины смерти вследствие воздействия более высоких температур, что может помочь исследовать влияние внутренней температуры тела на продолжительность здоровой жизни человека. Несмотря на все вышеперечисленные ограничения, данная работа являет собой важный вклад в развитие биологии старения. Ранее учеными уже выдвигались предположения о регуляции температурой тела продолжительности жизни, а у мышей более раннюю смерть связывали с влиянием инсулиноподобного фактора роста 1 [11]. Однако тенденция температуры тела изменяться по мере изменения энергозатрат затмевала важность этого фактора. В конце концов, хотя у ученых и существовало представление о потенциальном механизме влияния скорости обменных процессов на продолжительность жизни за счет регуляции образования свободных радикалов, влияние самой температуры рассматривалось как чисто термодинамический эффект (однако количественные методы анализа свидетельствовали об обратном [4]).

В конечном счете исследование под руководством Шона Сюй и Билла Дзя на примере животных-эктотермов продемонстрировало, что низкая температура способствует увеличению продолжительности жизни, и в этом задействованы специфические генетические сигнальные пути [13, 14]. Хотя аналогичные пути у эндотермных животных еще только предстоит определить, само существование таких сигнальных цепей уже может представлять мишень для воздействия потенциальных лекарственных средств — «температурных миметиков» — для обеспечения долголетия.

Таким образом, настоящее исследование также показывает, что условия окружающей среды, воздействующие на температуру тела, могут влиять на продолжительность жизни небольших грызунов. Все чаще в условиях эксперимента температура содержания животных признается важной характеристикой для дальнейшей экстраполяции результатов изучения животных моделей на людей. В лаборатории грызунов обычно содержат при температуре 20–22 °C, однако людьми применяются поведенческая терморегуляция и различные технологии, чтобы оставаться в термонейтральной зоне. Несколько исследований уже показали, что различные физиологические системы мышей функционируют аналогично таковым у людей, когда животных содержат в зоне термонейтральности. Теперь мы знаем, что температура в месте проживания также влияет на продолжительность жизни, по крайней мере, мелких грызунов. Важно определить, верно ли это — и в какой степени — для других животных и для людей.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.