Zamówienia złożone za pośrednictwem Zásilkovny w dni robocze przed godziną 18:00 zostaną wysłane tego samego dnia.
Proč stárneme: aktuální stav vědeckého poznání

Dlaczego się starzejemy: aktualny stan wiedzy naukowej

Dlaczego się starzejemy: aktualny stan wiedzy naukowej

Starzenie się i współczesna nauka

Oznaki starzenia

Krótka historia badań nad starzeniem się

Zatrzymanie starzenia się i zachowanie wiecznej młodości było marzeniem człowieka od niepamiętnych czasów. Jednak współczesna nauka, która zdołała zrealizować wiele marzeń, do niedawna nie dysponowała narzędziami pozwalającymi na szczegółowe przyjrzenie się całemu problemowi. Zamiast tego badała konkretne objawy – choroby układu sercowo-naczyniowego, nowotwory złośliwe, cukrzycę i inne.

Artykuł powstał na podstawie książki „Koniec starzenia się”, którą gorąco polecamy. Można ją przeczytać tutaj.

Jak współczesna nauka postrzega proces starzenia?

Od lat 50. XX wieku w badaniach nad starzeniem się organizmu wykorzystywana jest teoria stresu oksydacyjnego, która zakłada, że ​​wolne rodniki i utleniacze powodują stopniową degradację DNA, co prowadzi do zaburzeń w różnych funkcjach komórek. Przed wolnymi rodnikami można się bronić, przyjmując przeciwutleniacze.

W XXI wieku, dzięki nowym technologiom, poczyniliśmy znaczne postępy w badaniach nad aspektami starzenia się i dziś wiemy, że wolne rodniki nie są jedyną, a prawdopodobnie nawet nie główną przyczyną. Niektóre badania pokazują nawet, że wolne rodniki nie mają żadnego wpływu na długość życia, z wyjątkiem skrajnych przypadków, takich jak palenie tytoniu. Jak dotąd nauka nie odkryła jednoznacznej przyczyny, która odpowiadałaby za starzenie się.

Wyniki współczesnych badań (mówimy o ostatnich 5-10 latach) pokazują, że starzenie się to proces, w którym z czasem w organizmie kumulują się różne drobne uszkodzenia. Ich narastająca ilość objawia się coraz większą liczbą chorób i dolegliwości, z którymi organizm w pewnym momencie nie jest w stanie sobie poradzić i kończy się śmiercią. Podobnie jest z samochodem – nowy samochód działa świetnie, z czasem narastają drobne i poważne usterki, a po pewnym czasie jest ich tak dużo, że dalsze naprawy nie są już w stanie uratować sprawnego działania jednostki.

Współczesne teorie naukowe opisują różne aspekty starzenia się i zamiast szukać przyczyny, mówią o tym, jak drobne zaburzenia w jednym obszarze wpływają na funkcjonowanie innych. Najsłynniejsza z nich nosi nazwę „cech charakterystycznych starzenia się” i opisuje 9 objawów związanych ze starzeniem się na poziomie biochemicznym.

Rozwój w tym obszarze jest wciąż bardzo burzliwy i można założyć, że teoria ta będzie w przyszłości modyfikowana zgodnie z najnowszymi odkryciami. Jeden z takich kroków miał miejsce w 2023 roku, kiedy to pierwotne 9 objawów rozszerzono do obecnych 12.

W poniższym tekście przyjrzymy się bliżej tym 12 oznakom i w kolejnych częściach serii będziemy się do nich odwoływać, opisując zalecenia dotyczące tego, jak spowolnić proces starzenia.

Jakie są oznaki starzenia?

Niestabilność genomu

Prawidłowe funkcjonowanie genomu jest jednym z najważniejszych warunków prawidłowego funkcjonowania komórki i całego organizmu .

Zmiany w kodzie genetycznym od dawna uważane są za jedną z głównych przyczyn starzenia się. U organizmów wielokomórkowych niestabilność genomowa jest główną przyczyną nowotworów, a u ludzi jest również istotną przyczyną niektórych chorób neurodegeneracyjnych .

Uszkodzenia DNA są spowodowane głównie stresem środowiskowym i oksydacyjnym . W organizmie zachodzi również szereg procesów molekularnych, które nieustannie pracują nad naprawą tych uszkodzeń. Niestety, rezultaty nie są idealne, a uszkodzenia kumulują się z czasem. Kilka artykułów przeglądowych wykazało, że niewystarczająca naprawa DNA, która prowadzi do większej akumulacji uszkodzeń DNA, powoduje przedwczesne starzenie się , a zatem wzmożona naprawa uszkodzonego DNA przyczynia się do dłuższego życia.

Skracanie telomerów

Telomery to obszary powtarzających się sekwencji nukleotydowych na końcach liniowych chromosomów .

Chroni końcowe fragmenty chromosomowego DNA przed stopniową degradacją i uniemożliwia systemom naprawczym rozpoznanie końcówek DNA uszkodzonych.

Skracanie telomerów jest związane ze starzeniem się i powiązanymi z nim chorobami . Normalne starzenie się jest związane ze skracaniem telomerów zarówno u ludzi, jak i u myszy, a badania na modelach zwierzęcych sugerują związek przyczynowo-skutkowy. Z każdą mitozą telomery na końcach każdego chromosomu ulegają nieznacznemu skróceniu, a w komórkach ludzkich zazwyczaj potrzeba 40–60 podziałów, aby telomery osiągnęły krytyczną długość. Jest to przydatne, gdy konieczne jest zatrzymanie niekontrolowanego podziału komórek (np. w przypadku raka), ale szkodliwe, gdy normalnie funkcjonujące komórki nie są w stanie się dzielić.

Enzym zwany telomerazą wydłuża telomery w gametach i komórkach macierzystych . Niedobór telomerazy u ludzi jest związany z występowaniem chorób związanych z wiekiem.

Zmiany epigenetyczne

Funkcja genomu zależy nie tylko od kolejności poszczególnych nukleotydów, ale także od tego, które odcinki łańcucha DNA są aktywne i gotowe do użycia (transkrypcja), a które niedostępne. Istnieje kilka mechanizmów, które mogą wpływać na wykorzystanie genów: na przykład zwijanie/rozwijanie genów na rdzeniach histonowych, modyfikacja rdzeni histonowych lub wiązanie dodatkowych cząsteczek (metylacja).

W zależności od potrzeb konkretnego typu tkanki i środowiska, w którym znajduje się komórka, histony mogą być modyfikowane w celu włączania lub wyłączania określonych genów w zależności od potrzeb . Cały genom, łącznie z modyfikacjami, które włączają lub wyłączają poszczególne geny, nazywa się epigenomem . Profil określający miejsce, czas i zakres tych modyfikacji (profil epigenetyczny) zmienia się z wiekiem, prowadząc do wyłączania genów pożytecznych i włączania genów zbędnych, co zakłóca prawidłowe funkcjonowanie komórki.

Konkretnym przykładem są sirtuiny . Są to enzymy, które promują wiązanie DNA z histonami , wyłączając w ten sposób zbędne geny. Enzymy te wykorzystują NAD jako paliwo do swoich funkcji. Wraz z wiekiem poziom NAD w naszych komórkach spada, podobnie jak zdolność sirtuin do wyłączania niepotrzebnych genów we właściwym momencie. Spadek aktywności sirtuin wiąże się z przyspieszonym starzeniem się, a wzrost ich aktywności prowadzi do późniejszego wystąpienia chorób związanych z wiekiem.

Utrata proteostazy

Proteostaza to proces, który ma na celu utrzymanie wszystkich białek niezbędnych do funkcjonowania komórki we właściwym kształcie, strukturze i ilości.

Fałdowanie, utlenianie, nieprawidłowe rozszczepianie lub niepożądane modyfikacje białek mogą prowadzić do powstania dysfunkcyjnych lub toksycznych białek, które uniemożliwiają prawidłowe funkcjonowanie komórek. Białka te są stale usuwane i poddawane recyklingowi w organizmie, ale wraz z wiekiem wzrasta liczba uszkodzonych białek, co prowadzi do stopniowej utraty proteostazy.

Badania wskazują, że proces ten można spowolnić lub zahamować, ograniczając kalorie lub stosując lek rapamycynę – oba te środki hamują cząsteczkę mTOR. Jednak dokładny mechanizm tego zjawiska nie jest w środowisku naukowym zgodny.

Deregulacja wykrywania składników odżywczych

Wyczuwanie składników odżywczych to zdolność komórki do rozpoznawania i reagowania na zmiany stężenia składników odżywczych, takich jak glukoza, kwasy tłuszczowe i aminokwasy.

W okresach obfitości komórka jest pobudzana do budowy cząsteczek (anabolizmu) poprzez różne cząsteczki sygnałowe, z których najlepiej poznanym jest mTOR. Gdy energia i składniki odżywcze są ograniczone, komórka rozpoznaje to za pomocą odpowiednich receptorów i wyłącza mTOR, aby oszczędzać zasoby.

W rozwijającym się organizmie wzrost i podział komórek są ważne, dlatego mTOR jest silnie aktywowany. W organizmie dorosłym i starzejącym się sygnały aktywujące mTOR naturalnie zanikają. Stwierdzono, że sztuczne zwiększenie aktywacji tej cząsteczki u dorosłych myszy prowadzi do przyspieszonego starzenia się i zwiększonej zapadalności na nowotwory. Metody hamowania aktywacji mTOR, takie jak restrykcje dietetyczne lub podawanie rapamycyny , okazały się jednymi z najskuteczniejszych metod wydłużania życia u robaków, much i myszy.

Dysfunkcja mitochondriów

Mitochondria są fabryką energii komórki.

Różne komórki człowieka zawierają od kilku do 2500 mitochondriów, z których każde przetwarza węgiel i tlen w energię (w postaci ATP) i dwutlenek węgla.

W procesie starzenia się wydajność mitochondriów spada. Przyczyny tego zjawiska wciąż nie są do końca jasne, ale istnieje kilka podejrzewanych mechanizmów – zmniejszona biogeneza, akumulacja uszkodzeń i mutacji w mitochondrialnym DNA, utlenianie białek mitochondrialnych oraz upośledzona kontrola jakości poprzez mitofagię.

Dysfunkcyjne mitochondria zakłócają sygnalizację wewnątrzkomórkową i wyzwalają reakcje zapalne, przyczyniając się w ten sposób do starzenia.

Starzenie się komórek (starzenie się komórek)

Zazwyczaj komórki kończą swoje istnienie poprzez programowaną śmierć – apoptozę. W tym procesie komórka rozpada się na wiele małych fragmentów, które następnie mogą zostać oczyszczone i poddane dalszej obróbce. W organizmie dorosłego człowieka 50–70 milionów komórek ulega apoptozie każdego dnia.

Jednak w niektórych przypadkach komórka przestaje funkcjonować bez aktywacji apoptozy. Stan ten nazywa się starzeniem komórkowym. Starzenie się może być spowodowane wieloma czynnikami, takimi jak skracanie telomerów, uszkodzenie DNA i stres. Układ odpornościowy jest zaprogramowany do wyszukiwania i eliminowania starzejących się komórek, ale nie zawsze mu się to udaje, a wraz z wiekiem komórki starzejące się kumulują się w organizmie.

Odkryto również, że komórki starzejące się wydzielają specyficzny zestaw cząsteczek, które powodują starzenie się sąsiednich komórek. Zasada ta wydaje się również działać odwrotnie, ponieważ aktywność wydłużająca życie, skierowana na jedną tkankę, może spowolnić starzenie się również w innych tkankach.

Eksperymenty wykazały, że sztuczne dodanie nawet bardzo niewielkiej ilości komórek starzejących się przyspiesza proces starzenia. Z kolei usunięcie komórek starzejących się prowadzi do późniejszego wystąpienia chorób związanych z wiekiem.

Wyczerpanie komórek macierzystych

Zdecydowana większość komórek w organizmie pełni określoną funkcję. Jednak na początku rozwoju organizmu, w stadium embrionalnym, prawie wszystkie komórki są takie same. Są to tzw. komórki macierzyste, które nie przyjęły jeszcze swojej funkcji i potencjalnie mogą stać się dowolną częścią ciała. Wraz ze wzrostem płodu komórki rozmnażają się, różnicują i przejmują odpowiednie funkcje w organizmie. U dorosłych komórki macierzyste znajdują się głównie w obszarach ulegających zużyciu (jelita, płuca, błony śluzowe, skóra) lub wymagających ciągłej odnowy (czerwone krwinki, komórki układu odpornościowego, plemniki, mieszki włosowe).

Utrata zdolności regeneracyjnych jest jedną z najbardziej oczywistych konsekwencji starzenia się. Wynika to głównie z faktu, że odsetek komórek macierzystych i tempo ich podziału stopniowo maleją. Odmładzające komórki macierzyste mogą odwrócić niektóre skutki starzenia się na poziomie całego organizmu.

Zmiana komunikacji międzykomórkowej

Aby cały organizm mógł funkcjonować, poszczególne tkanki i komórki muszą koordynować swoją pracę. Jednym z głównych sposobów ich komunikacji jest wydzielanie cząsteczek sygnałowych do krwi, skąd przemieszczają się one do innych tkanek i wpływają na ich zachowanie. Charakterystyka tych cząsteczek sygnałowych zmienia się wraz z wiekiem.

Jedną z najbardziej uderzających zmian w sygnalizacji związanej z wiekiem jest rozwój przewlekłego, łagodnego stanu zapalnego w całym organizmie. Podstawową funkcją stanu zapalnego jest kierowanie układu odpornościowego i mechanizmów naprawczych organizmu do określonego uszkodzonego obszaru, tak długo, jak długo uszkodzenie i zagrożenie są obecne. Ciągła obecność sygnałów zapalnych w całym organizmie wyczerpuje układ odpornościowy i uszkadza zdrowe tkanki.

mikro_zoptymalizowany

3 oznaki starzenia dodane w 2023 roku

Dysbioza

Ciało ludzkie zamieszkuje ogromna liczba mikroorganizmów, które są niezbędne do jego funkcjonowania. Cała społeczność tych mikroorganizmów nazywana jest mikrobiomem. Dysbioza to zaburzenie równowagi mikrobiomu , najczęściej określanego jako jelita, ale może również dotyczyć innych miejsc bytowania kolonii mikroorganizmów, takich jak skóra czy jama ustna.

Starzenie się zmienia skład mikroorganizmów w jelitach – niektóre gatunki maleją, inne rosną, a różnorodność może się zmniejszyć. Jedną z głównych konsekwencji jest zmniejszająca się zdolność organizmu do regulacji stanu zapalnego, co prowadzi do rozwoju łagodnego, przewlekłego stanu zapalnego. U osób, które cieszą się dobrym zdrowiem nawet w podeszłym wieku, obserwuje się niezwykłą zdolność bakterii jelitowych do skutecznego równoważenia funkcji pro- i przeciwzapalnych.

Wyłączanie makroautofagii

Makroautofagia to proces, w którym organizm przetwarza zbędne struktury. Są to głównie organelle lub białka o różnej wielkości, które uległy uszkodzeniu, są niewykorzystane lub powstały w wyniku kontrolowanej śmierci komórki (apoptozy). Oprócz usuwania różnych części komórki , makroautofagia pomaga w eliminacji patogennych mikroorganizmów i jest jednym z kluczowych procesów utrzymania stabilnego środowiska wewnętrznego komórek.

W sytuacjach kryzysowych, gdy komórki są pozbawione surowców lub energii, organizm zwiększa poziom makroautofagii, aby uzyskać niezbędne zasoby poprzez rozkład rzadziej wykorzystywanych białek. Stres ten może mieć wiele przyczyn – na przykład wysoką lub niską temperaturę, wysiłek fizyczny lub ograniczone spożycie pokarmu.

Wraz z wiekiem aktywność tego procesu maleje – zmniejsza się dostępność białek i innych struktur odpowiedzialnych za autofagię. Obniżony poziom makroautofagii oznacza, że ​​nie wszystkie nadmiarowe struktury mogą zostać przetworzone, co prowadzi do rozwoju wielu chorób związanych z wiekiem.

Przewlekły stan zapalny

Stan zapalny to zdolność organizmów żywych do reagowania na różne urazy. W miejscu urazu organizm zaczyna wydzielać substancje chemiczne, które przyciągają komórki żerne z krwi. Następnie zaczynają one pochłaniać patogeny i resztki komórek. Następuje gojenie się tkanek, które przyspiesza nieznacznie podwyższona temperatura.

Stany zapalne ze względu na czas trwania dzielą się na ostre - trwające nie dłużej niż dwa tygodnie, ustępujące bez następstw, i przewlekłe - trwające dłużej niż sześć tygodni.

W procesie starzenia zachodzą istotne zmiany w funkcjonowaniu układu odpornościowego. Adaptacyjna odpowiedź immunologiczna traci swoją skuteczność, ponieważ liczba limfocytów maleje wraz z wiekiem, a limfocyty T pamięci odgrywają coraz większą rolę kosztem nowych (naiwnych) limfocytów T.

Podczas gdy skuteczność odporności adaptacyjnej maleje, odporność wrodzona staje się bardziej aktywna. Wraz z wiekiem wzrasta produkcja cytokin zapalnych . Produkcja tych cytokin powoduje przewlekłą aktywację komórek odporności wrodzonej , a tym samym rozwój przewlekłego stanu zapalnego w podeszłym wieku. Zjawisko to nazywane jest zapaleniem zapalnym . Zapalenie to charakteryzuje się łagodnym, przewlekłym i bezobjawowym stanem zapalnym, który występuje przy braku infekcji i jest stymulowany głównie przez cząsteczki samych komórek.

To przewlekłe środowisko zapalne ma szkodliwy wpływ na zdrowie i przyczynia się do biologicznego starzenia się. Stan zapalny może również przyspieszać rozwój i pogarszać przebieg wielu chorób związanych z wiekiem.  

Chcesz lepiej zrozumieć proces starzenia?

Przeczytaj książkę Koniec starzenia.

Zasoby

Kup historię