Проверь сосуды!

Сонная артерия «выдает» биологический возраст человека

Алексей Щербаков

29 мая, 2017 14:15

6 мин

Российские ученые разработали упрощенный способ определения биологического возраста человека. Исследовательская группа включала специалистов 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. Результаты опубликованы в журнале Aging. По утверждениям ученых, точное определение биологического возраста сыграет большую роль в развитии методик борьбы со старением.

Биологический возраст - понятие, отражающее состояние организма. Для среднестатистического здорового человека он соответствует его хронологическому возрасту, то есть возрасту «по паспорту». Однако в процессе старения эти два показателя могут расходиться в результате воздействия окружающей среды, вредных привычек, проявления наследственных заболеваний. На сегодняшний день не существует единого способа выявления реального биологического возраста. И ученые, и медики до сих пор ищут критерий, который бы достаточно стабильно и точно отражал состояние если не всего организма в целом, то, по крайней мере, отдельных его систем.

В основу нового исследования легли 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 больными гипертонией и диабетом второго типа. Результаты тестирования показали, что биологический возраст у страдающих этими заболеваниями в среднем на три года выше их реального возраста.

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

Источником информации об организме авторы исследования выбрали сердечно-сосудистую систему, а именно четыре ее параметра: минимальную толщину среднего слоя в ткани сонной артерии, скорость пульсовой волны, ширину сонной артерии (степень стеноза) и индекс аугментации — отношение пиков давления в пульсовой волне. Все они по отдельности широко используются для диагностики и служат 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 ученых стала формула, в которой биологический возраст выражен через четыре вышеуказанных параметра с некоторыми коэффициентами. Подбор коэффициентов осуществлялся с помощью машинного обучения, а именно робастной регрессии. Использовались данные о 303 пациентах возрастом от 23 до 91 года, проходивших обследования в Центре профилактической медицины в Москве в 2012 году. Среди них 199 женщин и 104 мужчины.

Суть метода робастной регрессии схожа со знакомым нам со школьной скамьи 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 глубокие нейросети, которые позволяют строить модели высокого качества. Тем не менее, их применение не всегда оправдано. Например, для их обучения требуется огромное количество измерений, что в условиях клинической практики не всегда достижимо.

Биоинформатик Александр Фединцев, сотрудник Института молекулярной биологии им. В. А. Энгельгардта РАН, первый в перечне авторов статьи, уточняет: «Мы применили нелинейную робастную регрессию, которая не использует априорных предположений о распределении зависимой переменной, а 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 определенно сказать, насколько изменится предсказанный возраст при изменении измеряемых параметров. Стоит отметить, что важнейшую роль все же играют качественные данные. 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».

^{Отклонения биологического возраста от хронологического у диабетиков (слева), здоровых (посередине) и гипертоников (справа). (Экспериментальные данные)}

В качестве проверки корректности новой методики ученые 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 ученые в своем исследовании: результаты работы сравнили со статистическим методом Клемеры-Дубала. И вновь корреляция результатов с биологическим возрастом оказалась выше, чем с хронологическим.

Комментирует соавтор статьи, директор Российского геронтологического научно-клинического центра Ольга Ткачева: «Так как источником информации служит только сердечно-сосудистая система, уточнение биологического возраста требует дополнительных исследований, учитывающих прочие факторы. Однако последние исследования показали, что связь состояния сосудов с биологическим возрастом оказывается даже выше, чем связь с химическим составом крови».

Согласно статистике Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) именно заболевания сердечно-сосудистой системы становятся основной причиной смерти в процессе старения. Поэтому можно утверждать, что новая методика более эффективна для определения биологического возраста человека.