Максимальная продолжительность жизни: исследование и пределы долголетия.

Введение

Максимальная продолжительность жизни (или, для людей, максимальный зарегистрированный возраст на момент смерти) – это показатель максимального времени, в течение которого один или несколько представителей популяции были зафиксированы как выжившие от рождения до смерти. Этот термин также может обозначать оценку максимальной продолжительности жизни, которой мог бы достичь представитель данного вида при оптимальных для его долголетия условиях. Большинство живых видов имеют верхний предел количества делений соматических клеток, не экспрессирующих теломеразу. Этот предел называется пределом Хейфлика, однако это число делений клеток не является строгим определяющим фактором продолжительности жизни.

Определение

В исследованиях на животных максимальный период жизни часто определяется как средняя продолжительность жизни 10% наиболее долгоживущих особей в данной когорте. Однако, согласно другому определению, максимальная продолжительность жизни соответствует возрасту, которого достиг старейший известный представитель вида или экспериментальной группы на момент смерти. Расчет максимального периода жизни в последнем случае зависит от начального размера выборки. Максимальный период жизни отличается от средней продолжительности жизни (среднего возраста, продолжительности жизни) и долголетия. Средняя продолжительность жизни подвержена влиянию заболеваемости, несчастных случаев, самоубийств и убийств, в то время как максимальный период жизни определяется "скоростью старения". Долголетие относится лишь к характеристикам особенно долгоживущих особей в популяции, таким как немощность с возрастом или сжатие периода заболеваемости, а не к конкретной продолжительности жизни отдельной особи.

Демографические данные

Самым долгоживущим человеком, чей возраст и дата рождения были подтверждены в соответствии с современными нормами Книги рекордов Гиннеса и Группы геронтологических исследований, была Жанна Кальмент (1875–1997), француженка, которой, как подтверждено, исполнилось 122 года. Самая большая зафиксированная продолжительность жизни мужчины – 116 лет, принадлежит японцу Дзироемону Кимуре. Снижение младенческой смертности внесло наибольший вклад в увеличение средней продолжительности жизни, но с 1960-х годов уровень смертности среди людей старше 80 лет снижается примерно на 1,5% в год. «Достигнутый прогресс в увеличении продолжительности жизни и отсрочке старения полностью обусловлен усилиями в области медицины и общественного здравоохранения, повышением уровня жизни, улучшением образования, более здоровым питанием и более благоприятным образом жизни». Исследования на животных показывают, что дальнейшее увеличение средней и максимальной продолжительности жизни человека может быть достигнуто с помощью препаратов, имитирующих эффект ограничения калорий, или путем непосредственного сокращения потребления пищи. Хотя ограничение калорий не доказало свою способность продлевать максимальную продолжительность жизни человека, результаты продолжающихся исследований на приматах показали, что предположения, сделанные на основе данных, полученных на грызунах, применимы и к приматам. Предполагается, что в настоящее время не существует фиксированного теоретического предела человеческой продолжительности жизни. Исследования в области биодемографии долголетия человека указывают на закон замедления смертности в пожилом возрасте: уровень смертности стабилизируется в преклонном возрасте, достигая плато смертности. Иными словами, не существует фиксированного верхнего предела человеческой продолжительности жизни или максимального срока жизни человека. Этот закон был впервые количественно оценен в 1939 году, когда исследователи обнаружили, что годовая вероятность смерти в пожилом возрасте асимптотически приближается к 44% для женщин и 54% для мужчин. Однако эти данные зависят от существования плато и замедления смертности в пожилом возрасте, которые могут быть объяснены, у людей и других видов, наличием крайне редких ошибок. Частота ошибок кодирования возраста ниже 1 на 10 000 достаточна для создания искусственного плато в пожилом возрасте, а ошибки ниже 1 на 100 000 могут привести к замедлению смертности в пожилом возрасте. Эти показатели ошибок не могут быть исключены при анализе документальных данных. Теоретическое исследование показало, что максимальная продолжительность жизни человека может составлять около 125 лет при использовании модифицированной растянутой экспоненциальной функции для кривых выживаемости человека. В другом исследовании утверждалось, что существует максимальная продолжительность жизни человека, и что максимальная продолжительность жизни человека снижается с 1990-х годов. Также в теоретическом исследовании было предложено, что максимальная ожидаемая продолжительность жизни человека при рождении ограничена характеристическим значением δ, равным примерно 104 годам. В 2017 году Организация Объединенных Наций провела байесовский анализ чувствительности глобальной демографической нагрузки, основанный на прогнозах ожидаемой продолжительности жизни при рождении в будущих десятилетиях. 95% прогнозный интервал средней продолжительности жизни к 2090 году достигает 106 лет, что, в случае реализации, окажет существенное и многоплановое влияние на мировую популяцию и демографию. Однако этот прогнозный интервал чрезвычайно широк.

The longest living person whose dates of birth and death were verified according to the modern norms of Guinness World Records and the Gerontology Research Group was Jeanne Calment (1875–1997), a Frenchwoman who is verified to have lived to 122. The oldest male lifespan has only been verified as 116, by Japanese man Jiroemon Kimura. Reduction of infant mortality has accounted for most of the increased average life span longevity, but since the 1960s mortality rates among those over 80 years have decreased by about 1.5% per year. "The progress being made in lengthening lifespans and postponing senescence is entirely due to medical and public health efforts, rising standards of living, better education, healthier nutrition and more salubrious lifestyles." Animal studies suggest that further lengthening of median human lifespan as well as maximum lifespan could be achieved through "calorie restriction mimetic" drugs or by directly reducing food consumption. Although calorie restriction has not been proven to extend the maximum human life span , results in ongoing primate studies have demonstrated that the assumptions derived from rodents are valid in primates. It has been proposed that no fixed theoretical limit to human longevity is apparent today. Studies in the biodemography of human longevity indicate a late life mortality deceleration law: that death rates level off at advanced ages to a late life mortality plateau. That is, there is no fixed upper limit to human longevity, or fixed maximal human lifespan. This law was first quantified in 1939, when researchers found that the one year probability of death at advanced age asymptotically approaches a limit of 44% for women and 54% for men. However, this evidence depends on the existence of a late life plateaus and deceleration that can be explained, in humans and other species, by the existence of very rare errors. Age coding error rates below 1 in 10,000 are sufficient to make artificial late life plateaus, and errors below 1 in 100,000 can generate late life mortality deceleration. These error rates cannot be ruled out by examining documents
A theoretical study suggested the maximum human lifespan to be around 125 years using a modified stretched exponential function for human survival curves. In another study, researchers claimed that there exists a maximum lifespan for humans, and that the human maximal lifespan has been declining since the 1990s. A theoretical study also suggested that the maximum human life expectancy at birth is limited by the human life characteristic value δ, which is around 104 years. In 2017, the United Nations conducted a Bayesian sensitivity analysis of global population burden based on life expectancy projection at birth in future decades. The 95% prediction interval of average life expectancy rises as high as 106 years old by 2090, with ongoing and layered effects on world population and demography should that happen. However, the prediction interval is extremely wide.

Недемографические данные

Доказательства максимальной продолжительности жизни также предоставляет динамика физиологических показателей с возрастом. Например, ученые обнаружили, что значение VO2max (показатель максимального потребления кислорода, характеризующий объем кислорода, поступающего к сердечной мышце) снижается с возрастом. Таким образом, максимальную продолжительность жизни человека можно определить, вычислив момент, когда значение VO2max опускается ниже базового уровня метаболизма, необходимого для поддержания жизни, который составляет приблизительно 3 мл на кг в минуту. Исходя из этой гипотезы, спортсмены с показателем VO2max от 50 до 60 в возрасте 20 лет, при условии сохранения физической активности и поддержания постоянной скорости снижения VO2max, могли бы прожить от 100 до 125 лет.

Исключения

Некоторые виды медуз, включая Turritopsis dohrnii, Laodicea undulata и Aurelia sp.1, способны возвращаться к стадии полипа даже после размножения (так называемый обратимый жизненный цикл), в отличие от других медуз, которые умирают. Следовательно, эти виды считаются биологически бессмертными и не имеют максимальной продолжительности жизни. Возможно, продолжительность жизни гидры не имеет естественных пределов, но пока неясно, как определить возраст отдельного экземпляра. Плоские черви, или платигельминты, известны своей «почти бессмертной» природой благодаря высокой регенеративной способности, непрерывному росту и делению клеток посредством бинарного деления. Лобстеров иногда называют биологически бессмертными, поскольку они, по-видимому, не замедляют свои функции, не слабеют и не теряют способность к размножению с возрастом. Однако, из-за затрат энергии на линьку, они не могут жить вечно.

В растениях

Растения классифицируются как однолетние – живущие только один год, двухлетние – живущие два года, и многолетние – живущие дольше. Самые долгоживущие многолетние растения, древовидные растения с одревесневшими стеблями, такие как деревья и кустарники, часто живут сотни и даже тысячи лет (возникает вопрос, могут ли они умереть от старости). Гигантская секвойя, известная как Генерал Шерман, жива и здорова, ей уже третье тысячелетие. Сосна остистая щетинистая из Большого Бассейна, названная Мафусалом, насчитывает годы. Другая сосна остистая щетинистая, Прометей, была еще старше, ее кольца роста показывали 4862 года. Однако точный возраст Прометея остается неизвестным, так как в суровых условиях его произрастания кольца роста могли не формироваться каждый год, но по оценкам ему было около 4900 лет, когда он был срублен в 1964 году. Самое старое известное растение (возможно, самое старое живое существо) – это клональная колония осины дрожащей (Populus tremuloides) в Национальном лесу Фишлейк в штате Юта, известная как Пандо, возраст которой составляет около 16 000 лет. Лишайники, симбиотические объединения водорослей и грибов, такие как Rhizocarpon geographicum, могут жить более 10 000 лет.

Увеличение максимальной продолжительности жизни

"Максимальная продолжительность жизни" здесь означает среднюю продолжительность жизни 10% самых долгоживущих особей в данной когорте. Пока не установлено, что ограничение калорийности позволяет млекопитающим побить мировые рекорды долголетия. У крыс, мышей и хомяков максимальное увеличение продолжительности жизни достигается при диете, содержащей все необходимые питательные вещества, но всего 40–60% от количества калорий, потребляемых животными при свободном доступе к пище. Средняя продолжительность жизни увеличивается на 65%, а максимальная – на 50%, если ограничение калорийности начинается непосредственно перед половым созреванием. У плодовых мушек полезный эффект ограничения калорий для увеличения продолжительности жизни проявляется немедленно в любом возрасте при начале ограничения и прекращается немедленно в любом возрасте при возвращении к полноценному питанию. Большинство биомедицинских геронтологов полагают, что биомедицинская молекулярная инженерия в конечном итоге позволит увеличить максимальную продолжительность жизни и даже добиться омоложения. Противовозрастные препараты – потенциальный инструмент для продления жизни. Обри де Грей, теоретик в области геронтологии, предположил, что старение можно обратить вспять, используя стратегии для достижения пренебрежимо малого старения. Де Грей учредил премию "Мышь Мафусаила" для награждения исследователей, сумевших увеличить максимальную продолжительность жизни мышей. На сегодняшний день присуждено три премии: одна за побитие рекордов долголетия доктору Анджею Бартке из Южного Иллинойского университета (с использованием мышей с нокаутом гена GhR); одна за стратегии позднего омоложения доктору Стифену Спиндлеру из Калифорнийского университета (с использованием ограничения калорий, начатого в позднем возрасте); и одна доктору З. Дэйву Шарпу за его работу с фармацевтическим препаратом рапамицин.

Корреляция с способностью к восстановлению ДНК

Накопленный ДНК-повреждения, по-видимому, является лимитирующим фактором в определении максимальной продолжительности жизни. Теория о том, что повреждение ДНК является основной причиной старения и, следовательно, главным определяющим фактором максимальной продолжительности жизни, в последние годы привлекает все большее внимание. Это частично основано на данных, полученных на людях и мышах, свидетельствующих о том, что наследственные дефекты в генах, отвечающих за репарацию ДНК, часто вызывают ускоренное старение. Существуют также значительные доказательства того, что повреждение ДНК накапливается с возрастом в тканях млекопитающих, таких как ткани мозга, мышц, печени и почек (обзор Bernstein et al. и см. Теория повреждения ДНК при старении и ДНК-повреждения (естественного происхождения)). Одним из следствий этой теории (что повреждение ДНК является основной причиной старения) является то, что среди видов с различной максимальной продолжительностью жизни способность к репарации ДНК должна коррелировать с продолжительностью жизни. Первым экспериментальным подтверждением этой идеи стали исследования Харта и Сетлоу, которые измерили способность клеток семи различных видов млекопитающих осуществлять репарацию ДНК. Они обнаружили, что способность к нуклеотидной эксцизионной репарации систематически возрастает с увеличением продолжительности жизни вида. Эта корреляция была весьма заметной и стимулировала проведение в последующие годы серии из 11 дополнительных экспериментов в разных лабораториях, посвященных взаимосвязи между нуклеотидной эксцизионной репарацией и продолжительностью жизни у видов млекопитающих (обзор Bernstein и Bernstein). В целом, результаты этих исследований показали хорошую корреляцию между способностью к нуклеотидной эксцизионной репарации и продолжительностью жизни. Связь между способностью к нуклеотидной эксцизионной репарации и долголетием подтверждается данными о том, что дефекты в белках нуклеотидной эксцизионной репарации у людей и грызунов вызывают признаки преждевременного старения, как показано в обзоре Дидериха. Продолжительность жизни 13 видов млекопитающих коррелировала со способностью к поли(АДФ-рибозилированию), измеренной в мононуклеарных клетках. Кроме того, лимфобластоидные клеточные линии, полученные из лимфоцитов периферической крови людей старше 100 лет, демонстрировали значительно более высокую способность к поли(АДФ-рибозилированию), чем контрольные клеточные линии от более молодых людей.

Accumulated DNA damage appears to be a limiting factor in the determination of maximum life span. The theory that DNA damage is the primary cause of aging, and thus a principal determinant of maximum life span, has attracted increased interest in recent years. This is based, in part, on evidence in humans and mice that inherited deficiencies in DNA repair genes often cause accelerated aging. There is also substantial evidence that DNA damage accumulates with age in mammalian tissues, such as those of the brain, muscle, liver, and kidney (reviewed by Bernstein et al. and see DNA damage theory of aging and DNA damage (naturally occurring)). One expectation of the theory (that DNA damage is the primary cause of aging) is that among species with differing maximum life spans, the capacity to repair DNA damage should correlate with lifespan. The first experimental test of this idea was by Hart and Setlow who measured the capacity of cells from seven different mammalian species to carry out DNA repair. They found that nucleotide excision repair capability increased systematically with species longevity. This correlation was striking and stimulated a series of 11 additional experiments in different laboratories over succeeding years on the relationship of nucleotide excision repair and life span in mammalian species (reviewed by Bernstein and Bernstein). In general, the findings of these studies indicated a good correlation between nucleotide excision repair capacity and life span. The association between nucleotide excision repair capability and longevity is strengthened by the evidence that defects in nucleotide excision repair proteins in humans and rodents cause features of premature aging, as reviewed by Diderich. The life span of 13 mammalian species correlated with poly(ADP ribosyl)ation capability measured in mononuclear cells. Furthermore, lymphoblastoid cell lines from peripheral blood lymphocytes of humans over age 100 had a significantly higher poly(ADP ribosyl)ation capability than control cell lines from younger individuals.