Сонная артерия выдаёт биологический возраст человека

Российские учёные разработали новый способ определения биологического возраста человека. В состав исследовательской группы вошли специалисты из Института молекулярной биологии РАН, Российского геронтологического научно-клинического центра, МФТИ и других научных центров, обследования выполнялись в Национальном центре профилактической медицины и Центре геронтологии. По утверждениям учёных, определение биологического возраста сыграет большую роль в развитии методик борьбы со старением.

Биологический возраст — понятие, отражающее состояние организма. Для здорового среднестатистического человека он соответствует его хронологическому возрасту, то есть возрасту "по паспорту". Однако по мере старения эти два показателя могут расходиться ввиду различных факторов: окружающей среды, вредных привычек, проявления наследственных заболеваний. На сегодня не существует единого способа выявления биологического возраста. И учёные, и медики находятся в поиске такого критерия, который бы достаточно точно и стабильно отражал состояние если не всего организма в целом, то по крайней мере отдельных его систем.

В основе новой работы лежали данные УЗИ сонной артерии человека и тонометрии. С помощью машинного обучения была получена формула, способная предсказывать возраст у здоровых людей с точностью в 6,9 года для мужчин и 5,9 года для женщин. Также в исследовании были проведены тесты с участием больных гипертонией и диабетом второго типа. Результаты испытаний показали, что биологический возраст у страдающих данными заболеваниями в среднем на три года выше их реального возраста.

"Проблему определения биологического возраста человека пытаются решить уже не первое десятилетие. Наиболее точные на сегодня методики, базирующиеся на данных о состоянии ДНК клеток (так называемые "эпигенетические часы"), позволяют предсказывать возраст со средней ошибкой менее трёх лет. Однако они требуют дорогостоящего оборудования и подготовки специалистов, а потому всё ещё не используются в медицинской практике. Наша же методика базируется на той информации, которую может о пациенте получить любая современная клиника", — говорит руководитель лаборатории генетики старения и продолжительности жизни ЦЖС МФТИ Алексей Москалёв.

Авторы исследования в качестве источника информации об организме выбрали сердечно-сосудистую систему, а именно — такие параметры, как минимальная толщина среднего слоя в ткани сонной артерии, скорость пульсовой волны, ширина сонной артерии (степень стеноза) и индекс аугментации (это отношение пиков давления в пульсовой волне). Все эти показатели по отдельности широко используются для диагностики и являются индикаторами атеросклероза, гипертонии, кальциноза, диабета и прочих заболеваний. Выбор был сделан после проведения корреляционного анализа — метода, с помощью которого измеряется теснота связи между разными переменными.

Итогом работы учёных стала формула, в которой биологический возраст выражен с некоторыми коэффициентами через эти четыре параметра. Подбор коэффициентов осуществлялся с помощью машинного обучения, а именно — робастной регрессии. Использовались данные о 303 пациентах в возрасте от 23 лет до 91 года, проходивших обследования в Центре профилактической медицины в Москве в 2012 году. Среди них было 199 женщин и 104 мужчины.

Суть метода робастной регрессии схожа со знакомым многим методом наименьших квадратов — это попытка приблизить экспериментальную зависимость некоторой формулой, то есть подобрать переменные в формуле так, чтобы получившаяся кривая максимально соответствовала экспериментальным данным. Однако есть коренные отличия, делающие робастную регрессию более предпочтительной. Методы машинного обучения давно используются для оценки биологического возраста. В последнее время стали популярны нейросети, которые позволяют строить модели высокого качества. Тем не менее, их применение не всегда оправданно. Например, для их обучения требуется огромное количество измерений, что в условиях клинической практики не всегда достижимо.

Биоинформатик Александр Фединцев из Института молекулярной биологии им. В. А. Энгельгардта РАН: "Мы применили нелинейную робастную регрессию, которая не использует априорных предположений о распределении зависимой переменной, поэтому устойчива к выбросам и в силу малого числа отобранных факторов может быть обучена с использованием небольшого количества данных. Эта модель, помимо неплохой точности, демонстрирует также простую интерпретацию результата: можно совершенно определённо сказать, насколько изменится предсказанный возраст при изменении измеряемых параметров. Благодаря обширной базе данных со множеством биомаркеров мы смогли выделить наиболее сильные факторы, которые помогли достичь низкой ошибки предсказания даже при использовании относительно простой и компактной модели".

В качестве проверки корректности новой методики учёные решили сравнить показатели биологического возраста, вычисленные ими, с другими методами оценки состояния организма. Корреляция между рассчитанным биологическим возрастом и "Framingham CVD score" — оценкой риска сердечно-сосудистых заболеваний, основанной не на эхографии аорты, оказалась выше, чем корреляция с хронологическим возрастом. Также было проведено сравнение и с другими методами обработки тех же данных, что использовали учёные в своём исследовании: результаты работы сравнили со статистическим методом Клемеры-Дубала. И вновь корреляция результатов с биологическим возрастом оказалась выше, чем с хронологическим.

"Так как источником информации является только сердечно-сосудистая система, уточнение биологического возраста требует дополнительных исследований, учитывающих прочие факторы. Однако последние исследования показали, что связь состояния сосудов с биологическим возрастом оказалась даже выше, чем связь с химическим составом крови" — заключает соавтор статьи, директор Российского геронтологического научно-клинического центра Ольга Ткачёва.

К слову, согласно статистике ВОЗ, именно заболевания сердечно-сосудистой системы становятся основной причиной смерти в процессе старения. В связи с этим можно утверждать, что разработанная учёными методика является эффективным методом определения биологического возраста. А возможность быстро и надёжно узнавать биологический возраст является залогом успешного развития борьбы со старением.

Статья по итогам исследования была опубликована в журнале Aging.

Кстати, ранее была представлена программа, которая может определить биологический возраст человека по скану лица. Также оказалось, что различные ткани имеют разный биологический возраст: например, в женском организме быстрее всего стареет грудь.