Aldring er en stigning i risikoen for død af naturlige årsager over tid [1] , en biologisk proces med gradvis forringelse og tab af vigtige funktioner i kroppen eller dens dele, især evnen til at reproducere og regenerere . På grund af aldring bliver kroppen mindre tilpasset miljøforhold, reducerer og mister sin evne til at bekæmpe rovdyr og modstå sygdomme og skader . Videnskaben, der studerer menneskelig aldring, kaldes gerontologi , og dens sektion, som direkte studerer den biologiske side af aldring, kaldesbiogerontologi .
Udviklingen af aldring er et af biologiens uløste mysterier. Der er mange teorier , der forklarer aldring i form af evolution. Generelt antages det, at hoveddrivkraften bag ældningshastigheden er eksogen dødelighed i et barsk miljø, på grund af hvilket evolutionært pres har ringe effekt på udvælgelsen af ændringer, der bremser aldring. Ifølge mutationsakkumulationsteorien kan skadelige mutationer, der har negative virkninger i en senere alder (efter reproduktionsperioden), passivt akkumuleres uden modstand fra naturlig selektion. Den antagonistiske pleiotropi-teori nærmer sig spørgsmålet fra en anden vinkel og antyder, at hvis aldring bliver sjælden, så vil naturlig selektion favorisere gener, der giver flere fordele tidligt i livet, men som kan have en negativ effekt senere i livet. Disse teorier forenes af det faktum, at en stigning i eksogen dødelighed fører til en evolutionær reduktion i forventet levetid og omvendt. Disse teorier er dog ikke universelle, og der er undtagelser, og tilstedeværelsen af eksogen dødelighed blandt nogle teoretisk udødelige væsener er i modstrid med klassiske teorier [2] .
Udtrykket " aldring " kan bruges til at beskrive de sociale virkninger af menneskelig aldring, såvel som til at beskrive ødelæggelsen af ikke-levende systemer, såsom ældning af metaller .
Fænomenet ældning observeres til en vis grad i næsten alle levende organismer, med undtagelse af en række organismer med ubetydelig ældning . Hos mennesker omkring 100 års alderen observeres også fænomenet ubetydelig aldring [3] .
Reproduktion er en vigtig funktion af organismers liv: alle andre livsprocesser, især aldring og død , er tilpasset deres behov. For at forstå aldringsprocessen er det vigtigt at fremhæve forskellene mellem enkelt- og multiple reproduktionsstrategier. Enkeltføtale organismer formerer sig ved hjælp af en enkelt reproduktionshandling gennem hele organismens liv. De fleste monocytiske organismer er enårige og toårige , men der er mange insekter og nogle få hvirveldyr , såsom lyserød laks og ål . Multiparøse organismer reproducerer på den anden side intermitterende over en række seksuel modenhed , som normalt udgør det meste af livet.
SingletonsVed monocytiske former for reproduktion sker aldring i slutningen af levetiden, hvorefter organismen gennemgår et stadie med meget hurtig aldring, som fører til organismens død. I planter er ældningsfasen normalt en integreret del af den vedvarende proces, der er afgørende for dens afslutning. Frøspredning ledsages for eksempel af processer med modning, frugtdråbe og frøtørring , processer, der er uadskillelige fra plantens ældningsprocessen. Denne hurtige aldring er forårsaget af visse hormoner , hvis niveauer varierer afhængigt af plantens udviklingstilstand og miljøforhold. Hvis fx frigivelsen af plantevæksthormonet, auxin , forhindres ved forsøgsmetoder, lever planten længere og gennemgår en usædvanlig lang ældning.
Et lignende ældningsmønster ses hos nogle insekter, som er kendetegnet ved to forskellige adaptive farvestrategier: beskyttende farve , som camouflerer insektet fra potentielle rovdyr, og afskrækkende farve , som normalt indikerer insektets toksicitet . Disse to eksempler på tilpasning har forskellige optimale overlevelsesstrategier for arter: Defensive insekter dør hurtigere efter at yngle er afsluttet, hvorved rovdyrenes mulighed for at lære at genkende dem reduceres – mens skræmmende insekter lever meget længe efter ynglen, hvilket øger rovdyrenes evne til at huske dem. . Begge tilpasningsstrategier er fundet blandt repræsentanter for familien saturnmøl , som har vist, at deres levetid efter reproduktion er styret af et hormonsystem, der også styrer andelen af tid, som insekter tilbringer på flugt: møl med en beskyttende farve bruger mere tid i flygter, udtømmer sig selv og dør hurtigt, mens møl med skræmmende farve flyver mindre, sparer energi og lever længere [4] .
Flere organismerDe mange former omfatter de fleste hvirveldyr , de fleste langlivede insekter , krebsdyr og edderkopper , blæksprutter og gastropoder og stauder. I modsætning til monocytiske former behøver multiparøse organismer ikke at bruge alle deres vitale kræfter før slutningen af deres reproduktionsfase (avlsfase) for at reproduktionen skal lykkes, og den gennemsnitlige levetid i forhold til yngleperioden varierer ganske betydeligt mellem individer og afhængig af arten: Små gnavere og vilde fugle bruger i gennemsnit kun 10 til 20 procent af deres potentielle ynglesæson, mens hvaler , elefanter , aber og andre store pattedyr naturligt bruger mere end 50 procent af deres ynglesæson, og ofte selv overleve det.
I multiparøse organismer er aldring gradvist, uden indlysende specifikke systemiske eller miljømæssige mekanismer, der ville initiere denne proces. Aldring kommer primært til udtryk som et fald i kroppens evne til at reproducere. Hos arter, der når en fast kropsstørrelse, starter nedgangen i reproduktionsevnen tidligt og accelererer med alderen. Hos store krybdyr , som når kønsmodenhed, mens de stadig er små og fortsætter med at vokse over en lang reproduktionsperiode, stiger antallet af æglagte æg med alderen over en ret lang periode, men holder til sidst op med at vokse og falder gradvist. Reproduktionsperioden i sådanne tilfælde er kortere end den forventede levetid.
Et andet træk ved multiparøse organismer er afhængigheden af ældningsprocessens hastighed af evnen til at reproducere og af afkoms overlevelse - de mest frugtbare organismer ældes meget hurtigere end de mindre frugtbare. Denne afhængighed gør det muligt for dyr med en kort forventet levetid at overleve på grund af stort afkom, og infertile dyr på grund af et stort antal muligheder for reproduktion.
Til en matematisk beskrivelse af ældning af multiparøse organismer bruges nogle gange den såkaldte Gompertz-Maikham [4] (eller blot Gompertz) dødelighedslov, ifølge hvilken sandsynligheden for død øges eksponentielt med alderen: , hvor x er alder, og p er den relative sandsynlighed for død over et vist tidsrum, a og b er koefficienter. I mangel af et konstant led a falder befolkningsstørrelsen således med alderen med en dobbelt eksponent [5] . Denne lov er empirisk og gælder ikke for alle dyr og ikke for alle tidsperioder, men den er den enkleste til at sammenligne forskellige organismers ældning, og derfor bruges koefficienten b ofte som en indikator for ældningshastigheden.
Gompertz-Makham-loven er kun en tilnærmelse, gyldig i den gennemsnitlige aldersgruppe. På området for ung alder er der en markant højere dødelighed end fastsat i denne lov. For eksempel kan nordlig torsk lægge op til 6 millioner æg under gydning , men kun et lille antal af dem overlever indtil seksuel modenhed [6] . En sådan dødelighed er overvejende resultatet af unge individers manglende evne til at undgå rovdyr, bekæmpe sygdom og kan også være et resultat af fødselsdefekter og er ikke et resultat af aldring. På området for sen alder er der tværtimod et fald i dødeligheden i sammenligning med Gompertz-loven, mere præcist, udgangen af sandsynligheden for død pr. tidsenhed til et plateau [7] . Som i tilfældet med spædbørnsdødelighed er dette en generel lov, der overholdes selv i den livløse natur [8] . Og selvom en af de mulige forklaringer på dette fænomen kunne være befolkningens heterogenitet, indikerer nuværende data tydeligt sammenhængen mellem plateauet af dødelighed og en opbremsning i aldringsprocessen [9] .
For multiparøse organismer er indflydelsen af faktorer af populationsdynamik på udviklingen af replikativ (celler i den generative linje) og somatisk (kropslig) aldring indlysende. Individets forholdsmæssige bidrag til stigningstakten i størrelsen af en produktiv befolkning falder med alderen, efterhånden som evnen til at reproducere falder. Disse fakta tyder på, at der er en optimal afkomstørrelse fra et enkelt individ. Hvor meget dette kan styre udviklingen af specifik aldring eller metoder til beskyttelse mod aldring forårsaget af andre årsager er stadig et åbent spørgsmål, hvor der ikke er konsensus blandt forskere [4] .
Aldringseffekter hos dyr ses normalt kun i beskyttede miljøer (såsom laboratorier og zoologiske haver ). Under naturlige forhold er prædation , sygdom eller mangel på mad den dominerende dødsårsag, så aldring er meget sjælden. Som hovedregel er et dyrs naturlige levetid kun lidt længere end den tid, det tager at nå puberteten, og den maksimale levetid, før man dør af alderdom, er flere gange længere (der er dog nogle få undtagelser fra denne regel). Følgende tabel viser værdierne for den maksimale registrerede levetid for nogle organismer før død fra alderdom, tabellen er hovedsagelig udarbejdet baseret på data opnået under beskyttede forhold.
|
|
.
b En person er i stand til at bruge medicin , derudover er tilfælde af et langt liv af en person meget bedre dokumenteret. Som et resultat synes menneskets levetid at være længere end tilsvarende dyrs.fra majfluens larve lever op til 2-3 år.
Den forventede levetid varierer meget mellem dyrearter . Flere faktorer har indflydelse på det. I de fleste tilfælde afhænger den forventede levetid af dyrets frugtbarhed: Jo flere afkom det giver, jo mindre lever det. Derudover afhænger levetiden af dyrets størrelse, størrelsen af dets hjerne og dets metaboliske aktivitet . For eksempel har mindre dyr som regel en kortere levetid, og større dyr har en længere forventet levetid.
De enkleste dyrNogle laverestående dyr undgår praktisk talt aldring ved hurtigt at forny celler i alle væv i deres krop, hvilket er muligt på grund af en enkel og decentraliseret kropsstruktur. Eksempler på sådanne organismer er søanemoner og ferskvandshydraer . I en undersøgelse offentliggjort i 1998 [11] blev det vist, at ifølge ydre, cytologiske tegn og evnen til at reproducere, viste hydra ikke tegn på aldring gennem hele undersøgelsen i 4 år. Selvom hun i princippet kan ældes, er forskellen mellem forventet levealder og tiden til at nå puberteten, som kun er omkring en uge, meget betydelig.
Langsomt aldrende hvirveldyrSelvom aldring er tydelig hos de fleste dyr, er det ikke signifikant hos nogle dyr. Nogle store krybdyr, især skildpadder , er eksempler på sådanne dyr . For eksempel kan Galápagos-skildpadden ( Geochelone nigra ) blive op til 177 år [12] , og nogle fisk, såsom stør , lever længere end 150 år [13] . Imidlertid er disse dyrs levetid og aldring meget dårligt forstået. Derudover er energiforbruget for disse organismer selv over et langt liv ubetydeligt, meget mindre end pattedyrs. Derudover øges disse dyr gradvist i størrelse, selv efter at de når puberteten, hvilket giver dem mulighed for at fortynde aldrende kropsceller med nye.
PattedyrForholdet mellem levetid og taksonomisk gruppe blandt pattedyr er bedst undersøgt . Primater er generelt den længstlevende gruppe, selvom nogle små New World-aber har korte levetider. Musgnavere er kortlivede, mens egerngnavere når tre gange så gamle som mus. Levetiden afhænger af tre separate faktorer: hjernevægt , kropsvægt og stofskifte [4] [14] . Den forventede levetids afhængighed af disse faktorer kan udtrykkes i form af en empirisk ligning: L = 5,5 E 0,54 S −0,34 M −0,42 . Levetiden (L) for pattedyr i år afhænger af hjernemassen (E) og kropsmassen (S) i gram og af stofskiftet (M) i kalorier per gram per time . En positiv eksponent for E (0,54) indikerer, at pattedyrs levetid er stærkt og positivt korreleret med hjernestørrelse uanset kropsstørrelse eller metabolisk hastighed. En negativ korrelationskoefficient med stofskiftet viser, at den forventede levetid falder med en stigning i organismens aktivitet. Den negative sammenhæng med kropsvægt indikerer, at større dyrs tendens til at leve længere ikke er resultatet af større kropsstørrelse, men af større hjernemasse.
Det typiske forhold er noget krænket i tilfælde af hunderacer . Større hunderacer, selvom de når puberteten langsommere, lever meget kortere liv, en forskel på omkring 2 gange mellem de største og mindste racer. Dette eksempel var den første observation, der viste, at selektion i princippet kunne ændre levetiden.
FugleDen samme slags afhængighed af L af E, S og M gælder også for fugle , men fugle lever generelt længere end pattedyr på trods af højere kropstemperaturer og metaboliske hastigheder.
KrybdyrDen forventede levetid for store krybdyr overstiger den forventede levetid for pattedyr af den tilsvarende størrelse, men hastigheden af deres naturlige stofskifte er ti gange lavere. Således er det totale tab af energi under livet hos krybdyr mindre end hos pattedyr.
LeddyrLevetiden for forskellige arter af leddyr kan variere fra flere dage til flere årtier. De mest kortlivede insekter har én kort reproduktionsfase; langlivede edderkopper og krebsdyr er produktive med årlige reproduktionscyklusser.
EnergiomkostningerStore dyr med en udviklet hjerne, især primater , producerer den største mængde energi gennem hele deres liv. For eksempel er den samlede energiproduktion for et menneskeliv pr. gram væv omkring 1,2 millioner kalorier, mens for husdyrs liv som katte og hunde kun 0,4 millioner kalorier.
Ovenstående forhold gælder for varmblodede dyr . Koldblodede dyr , der går ind i perioder med daglig inaktivitet eller dvale , kan reducere deres metaboliske aktivitet betydeligt, ofte med mere end en faktor ti. De insektædende flagermus på tempererede breddegrader er det mest berømte eksempel - selvom de lever i over 20 år, bliver næsten 80 procent af den tid brugt i dyb dvale. Som følge heraf overstiger deres energitab gennem hele livet ikke andre små pattedyrs energiforbrug.
SingletonsSom det allerede er blevet påpeget, er ældningsmønsteret hos singletons meget forskelligt fra pattedyrs. Et af de mest interessante eksempler på denne aldring er den lyserøde laks livscyklus . Den normale levetid for en fisk er omkring to år. Lakseyngel klækkes i ferskvandsområder , vandrer nedstrøms til havet, hvor de tilbringer det meste af deres liv. Efter at have nået puberteten bevæger laks sig opstrøms i store stimer til gydepladser , under denne rejse er fiskens alderdom endnu ikke mærkbar, og fisken skal være i fremragende fysisk form for at klatre gennem strømfaldene. Men allerede en uge efter gydning dør laks af alderdom, hvilket er let at se på grund af nedbrydningen af næsten alt kropsvæv. Selvom levetiden varierer betydeligt mellem beslægtede arter, har de alle kun én gydemulighed, hvorefter alle fisk dør [15] .
Den periodiske cikade ( Magicada spp.), også kendt som den "17-årige græshoppe", har et lignende aldringsmønster . Dens larver lever i jorden i 17 år, hvorefter de bliver til voksne vingede insekter , parrer sig, lægger æg og dør. Normalt vil alle insekter i en "bred" over et territorium på hundredtusindvis af km² nå voksenalderen inden for en 24-timers periode, hvilket naturligvis er en overlevelsesstrategi, der sigter mod at forhindre fugle og andre rovdyr i at kunne klare det enorme antal af cikader, desuden lettes eftersøgningen parringspartner. Levetiden for voksne insekter er kun et par uger [15] .
Disse eksempler illustrerer det tilfælde, hvor ældning i singletonformer, som kræver fuld styrke og funktionalitet praktisk talt resten af deres liv, er meget hurtig og er forbundet med færdiggørelsen af reproduktionsprocessen og ofte kontrolleres aktivt af relativt simple hormonelle mekanismer, som kan udvikle sig under påvirkning af naturlig selektion . Disse specifikke genetisk kontrollerede aldringsprocesser er et mønster af programmeret end-of-life, der opstår, når en sådan aldring giver en overlevelsesfordel for de unge. Men i andre tilfælde er den hurtige aldring af singleton-organismer resultatet af udtømningen af organismer, der ikke længere er nødvendige efter reproduktion.
Slitage af uerstattelige organer. For nogle dyr kan dødsårsagen være slid på vigtige uerstattelige organer, selv med en let ældning af resten af kroppen. For eksempel er levetiden for nogle planteædere begrænset ved at slibe deres tænder ned, mens de tygger sejt græs . Samtidig kan et menneske kun vokse to sæt tænder, mens den længstlevende planteæder, elefanten , kan vokse seks, hvilket gør det muligt at erstatte slidte tænder med nye. Men på grund af relativt langsom aldring og få naturlige rovdyr lever elefanter ofte til en alder, hvor det sidste tandsæt er slidt ned og dyret sulter ihjel [15] .
Planterorganisme | Levetid (estimat) |
---|---|
Larrea tridentata ( Larrea tridentata ) | 11.000* [16] |
Kæmpe Sequoiadendron ( Sequoiadendron giganteum ) | 4000 [16] [17] |
Stænglet eg ( Quercus robur ) | 2000 [17] |
Europæisk lærk ( Larix decidua ) | 700 [17] |
Ramsløg ( Allium ursinum ) | 8-10 [18] |
Mælkevikke ( Astragalus utahensis ) | 3 [18] |
For planters vedkommende er organismens aldring ikke så udtalt som hos dyr. Begreber som aldring, modning , død , udvikling , chlorose , nekrose , udtørring er dårligt afgrænset og overlapper ofte [19] . Derudover er det ikke klart, hvad man skal gøre med frø , som kan holde sig ret længe uden at vise nogen fysiologisk aktivitet, eller med plantedele, der giver anledning til nye planter gennem vegetativ formering . Levetiden varierer meget blandt medlemmer af planteriget . Nogle træarter kan leve i flere hundrede år, mens nogle urteagtige planter gennemgår en livscyklus på få uger [20] .
Når man overvejer planters levetid, er det vigtigt at tage højde for, at celledødeligheden er meget høj i hele plantens levetid, og at vævsdøden, eller i tilfælde af enkeltfrugtede organismer, af hele planter er reguleret. af et system af hormoner . Væksten af karplanter afhænger af aktiviteten af meristemer , som består af celler, der ligner dyrestamceller og i det væsentlige er embryonale væv. I tilfælde af mange flerfrugtede ( flerårige ) planter kan denne vækst fortsætte næsten i det uendelige. Resten af plantevævet dør dog konstant ud. For eksempel består det meste af et træs masse af døde træceller. Individuelle planteorganer, såsom blade , har en levetid betydeligt mindre end hele organismens levetid. Løv er kun gavnligt at vedligeholde, hvis det bidrager til hele plantens overlevelse. Dette kan ses hos tempererede løvfældende planter : når dagslyset falder eller temperaturerne falder, udløses programmeret celledød i planter, hvilket normalt fører til en ændring i bladfarve og deres fald.
Denne "gulning" af blade omtales ofte i litteraturen som bladældning eller alderdomssyndrom [21] . Gennem ældningsprocessen mobiliseres næringsstofferne i det døende blad til brug for andre dele af planten, så de kan vokse. Tilgængeligheden af næringsstoffer, primært nitrogen , er den vigtigste begrænsende faktor for vækst. Planter kan desuden ikke ændre deres position i jorden og dermed bruge de tilgængelige mineraler. Som følge heraf er der et stærkt evolutionært pres på udviklingen af systemer til genanvendelse af komponenter, der er nødvendige for livet.
Der er mange faktorer, der kan sætte gang i et program for aldring og genanvendelse af næringsstoffer. Hos nogle arter kan det forårsage et behov for næringsstoffer andre steder, såsom frøudvikling [22] . Dødsprogrammet for løv eller andre dele af planten kan også være forårsaget af et gradvist fald i deres produktivitet over tid på grund af ældningen af det fotosyntetiske apparat eller det vaskulære system i disse dele af kroppen, svarende til ældningsprocessen af dyr [20] [21] .
En ældningsproces, der ligner den for multiparøse dyr, forekommer også i planter i fravær af programmeret aldring. Denne proces er karakteriseret ved ændringer i den cellulære struktur, svarende til ændringer i strukturen af dyreceller. Der er et fald i lugt for planter med lugtproduktion.
Encellede organismerEncellede organismer, som flercellede organismer, ældes. De studeres intensivt på grund af ligheden mellem deres aldring og den cellulære aldring af flercellede organismer. Modelorganismen til at studere cellulær aldring er den spirende gær ( Saccharomyces cerevisiae ), der ligesom eukaryoter har biokemiske processer, der ligner dem, som senescentceller fra højerestående dyr og planter har. Der er også udført forskning blandt nogle bakterier , især E. coli og Caulobacter crescentus .
To forskellige former for ældningsprocesser er blevet undersøgt i encellede organismer [23] . Den første er modercellespecifik aldring under celledeling , hvor modercellen ældes, mens dattercellen nulstiller celleuret (forynges) med hver deling. Ældningen af modercellen viser sig i en gradvis opbremsning af cellecyklussen , hvorefter cellen mister evnen til nye delinger, den såkaldte replikative senescens . Denne proces blev først fundet i celler med asymmetrisk deling, det vil sige i spirende gær, og derefter i den asymmetriske bakterie Caulobacter crescentus , hvor definitionen af modercellen er indlysende [24] . Senere har observationer af celledeling gjort det muligt at bestemme modercellen i organismen med symmetrisk deling - bakterier E. coli , hvor modercellen er cellen med den "gamle ende", dog senere mindre morfologiske forskelle mellem moder- og datterceller blev også fundet [25] .
Alder i dette tilfælde bestemmes af antallet af delinger, som cellen har passeret, og ikke af kalendertid. Den typiske gennemsnitlige levetid for vildtype laboratoriefær ( Saccharomyces cerevisiae ) er omkring 25 generationer. Fordelingsfunktionen af individuelle cellers levetid følger Gompertz-loven, såvel som levetiden for højere dyr [23] . Bakterien Caulobacter crescentus har en gennemsnitlig levetid på 100 til 130 delinger [24] .
Den anden ældningsproces, der også findes i disse tre modelorganismer, er kronologisk celleældning, bedre kendt som betinget aldring (på grund af det faktum, at denne proces kun forekommer under visse miljøforhold). Denne proces manifesterer sig i den gradvise nedbrydning og tab af cellelevedygtighed under den stationære fase [23] [26] [27] .
Ved at bruge gær som et eksempel, blev det fundet, at ligesom processen med replikativ aldring, der er specifik for moderceller, er betinget aldring både en proces med slid af intracellulære strukturer og et genetisk program. For eksempel gennemgår cellevæggen i den stationære fase en række genetisk programmerede strukturelle ændringer for at øge organismens levedygtighed og levetid. Men til sidst ældes cellen og dør [23] .
Nedarvningen af lang levetid i populationer af dyr såsom frugtfluer og mus kan bestemmes ved at sammenligne livstabeller for naturlige populationer og nogle mutanter og hybrider . Ifølge eksperimentelle data er omkring 30 procent af variationen i kvinders levetid og 20 procent af mænds levetid bestemt genetisk. Disse værdier svarer til nedarvningen af sådanne fysiologiske egenskaber som antallet af æglagte æg og produktionen af mælk fra husdyr [4] .
Gompertz-funktionens eksponentielkoefficient angiver ældningshastigheden. Forskelle i levetid mellem arter er primært et resultat af forskelle i ældningshastigheden og er derfor udtrykt i forskelle i denne koefficient.
Sammenligning af dødelighedstabeller for forskellige stammer af mus af samme art viser, at forskelle mellem stammer primært bestemmes af forskelle i det aldersuafhængige medlem af Gompertz-funktionen. Hvis linjer kun adskiller sig i den aldersuafhængige sigt, har kortere linjer højere dødelighed, som er højere med en konstant mængde gennem hele livet, hvilket kommer til udtryk i den vertikale forskydning af Gompertz-funktionen. Det sker ofte, at førstegenerationshybrider (F1) af to naturlige linjer lever længere end begge forældre. Selvom undersøgelser af de biokemiske processer af sådanne hybrider ikke er blevet udført, indikerer livstabeller, at hybrider kun adskiller sig fra forældrelinjer i et aldersuafhængigt medlem, men ikke i en ændring i ældningshastigheden. Andre undersøgelser har også vist, at meget af variationen i levetid mellem musestammer skyldes forskelle i arvelig modtagelighed for visse sygdomme.
Arven af lang levetid hos mennesker er sværere at studere, fordi levetiden er påvirket af socioøkonomiske og andre eksterne faktorer, der komplicerer sammenhænge mellem nære slægtninge. Undersøgelser viser dog en vis, omend lille, arvelig levealder og modtagelighed for sygdomme som kræft og hjertesygdomme, primært på grund af det faktum, at identiske (genetisk identiske) tvillinger er mere tilbøjelige til at have samme hyppighed af disse sygdomme end broderlige (genetisk set) forskellige) tvillinger.
De ændringer, der sker hos pattedyr, studeres bedst, primært på grund af disse organismers forhold til mennesker, men også på grund af det faktum, at symptomerne på aldring er mest udtalte hos disse arter.
Alle pattedyr er multiparøse organismer, hvor aldring forløber langsomt og dækker næsten alle kropssystemer. Generelle ændringer omfatter et fald i hovedkroppens masse (levende celler og knogler ) med en stigning i den samlede masse på grund af en stigning i mængden af kropsfedt og vandindhold. Basal metabolisme , dvs. minimumsniveauet af metabolisk aktivitet , falder i alle væv, ligesom niveauet af frivillig aktivitet, men sidstnævnte er meget afhængig af dyretypen og motion i den foregående periode.
CelleældningPå celleniveau viser aldring sig i en opbremsning i celledeling . En del af denne effekt er resultatet af den såkaldte Hayflick-grænse for somatisk celledeling. Denne grænse skyldes fraværet af aktiv telomerase , hvilket får endedelene af kromosomer , telomerer , til at forkorte med hver deling. Hos mennesker kan en somatisk celle dele sig omkring 52 gange, hvorefter telomererne forsvinder, og cellerne starter et program med apoptose , cellernes "altruistiske selvmord". Selvom Hayflick-grænsen betragtes som hovedårsagen til faldet i celledelingshastigheden, bliver selv stamceller, der mangler denne grænse, mindre aktive, sænker deres deling og differentierer sjældnere til somatiske celler. En alvorlig grund til at hindre fremskridt inden for celleældning er, at forskning på dette område hovedsageligt udføres på en stor population af celler på et af tidspunkterne for cellepopulationsvækst. Denne tilgang tillader os imidlertid ikke at spore hele sekvensen af ændringer, begyndende med deres forekomst i individuelle celler og slutter med udvidelsen af disse ændringer i cellepopulationen. [28] Se også: [29]
CelleslægtsforskningMennesker og mus er pattedyrarter, der kontrasterer skarpt i forventet levetid og forekomsten af kræft, som er flere størrelsesordener højere hos gnavere end hos mennesker. Sammenligning af cellefænotypeændringer hos mennesker og mus giver nye data om de genetiske processer, der fører til aldring og transformation [28] . Analyse af videooptagelser af computervideooptagelser af levende cellekulturer, produceret for at studere ændringer i fænotypen af individuelle celler og deres afkom [30] , gjorde det muligt at komponere cellulære genealogier [31] , der minder om genealogier i menneskelig genetik. Progenitorceller og deres efterkommere er blevet undersøgt i mange generationer på mange måder. Der blev taget højde for op til 20 parametre, såsom celleareal og form, mitoser og celledød, unormale mitoser, størrelse og antal af kerner, clasmatose, hastighed og art af cellebevægelser osv. [28]
Hud og bindevævDannelsen af tværbindinger mellem kollagenmolekyler , det vigtigste strukturelle intercellulære protein i pattedyrets krop, og forkalkningen af glatte muskler og vaskulære vægge , øger bindevævets stivhed . Samtidig finder afkalkning af skelettets knogler sted , som et resultat af, at knoglerne bliver tyndere, mindre pålidelige og mindre stærke. På grund af udtyndingen af brusken i rygsøjlen falder kroppens længde.
NervesystemetI de fleste væv forekommer atrofi af celler og endda hele strukturer, dette er især mærkbart i nogle væv, der langsomt genoprettes, primært centralnervesystemet . Selvom selv antallet af perifere nervefibre i en person falder med 20 procent i en alder af 90, er cellerne i hjernebarken mest påvirket . Dette tab af neuroner er hovedårsagen til mental tilbagegang hos ældre, selvom der også er en vis effekt af nedsat iltforsyning . Ophobningen af prion -lignende proteinophobninger er også stigende, hvilket fører til demens hos mennesker , såvel som Alzheimers og Parkinsons sygdomme .
Ophobning af stoffer, der ikke spiller en positiv rolleOgså mange væv er karakteriseret ved aflejringer af inaktive og potentielt farlige stoffer. For eksempel er pigmentet lipofuscin , fraværende i ungdommen, i alderdommen op til 3% af massen af hjertemusklen . Aflejringer er også kendt i blodkarrene - åreforkalkning .
Ændringer i det endokrine system er også mærkbare , hvilket bremser responsen på ændringer i det ydre miljø, som følge heraf bliver kroppen mere følsom over for eventuelle negative faktorer ( stress ).
ImmunsystemetPå grund af immunsystemets aldring øges sandsynligheden for autoimmune reaktioner med et generelt fald i aktiviteten af det thymusafhængige subsystem. Som følge heraf øges risikoen for autoimmune sygdomme , når sandsynligheden for at udvikle tumorer fra kræftceller øges .
Under aldring gennemgår celler en række genetiske ændringer, der på den ene eller anden måde påvirker ældningsprocessens forløb. Eukaryotiske ældningsundersøgelser er blevet udført ved hjælp af en række modelorganismer såsom husmusen ( Mus musculus ), frugtfluen ( Drosophila melanogaster ), nematoden Caenorhabditis elegans , svampen Podospora anserina og gæren Saccharomyces cerevisiae . Undersøgelser af disse organismer har afsløret tilstedeværelsen af mindst to veje, der aktiveres under aldring.
Podospora | Saccharomyces | Caenorhabditis | Drosophila | Mus |
---|---|---|---|---|
grisea | LAG1 | daf-2 | sod1 | Prop-1 |
LAC1 | alder-1 / daf-23 | kat1 | p66shc | |
RAS1 | daf-18 | måned | mclk1 | |
RAS2 | akt-1 / akt-2 | |||
PHB1 | daf-16 | |||
PHB2 | daf-12 | |||
CDC7 | ctl-1 | |||
BUD1 | gammel-1 | |||
RTG2 | spe-26 | |||
RPD3 | clk-1 | |||
HDA1 | mev-1 | |||
SIR2 | ||||
SIR4-42 | ||||
UTH4 | ||||
YGL023 | ||||
SGS1 | ||||
RAD52 | ||||
FOB1 |
En af disse veje involverer SIR2 - genproduktet , NAD ± afhængig histon deacetylase . I gær kræves Sir2-proteinet til genundertrykkelse på tre loci (lokationer): gærparringsstedet, telomergener og ribosomalt rDNA. Hos nogle gærarter fører homolog rekombination mellem rDNA-gentagelser til udelukkelse af rDNA-gentagelser og dannelsen af ekstrakromosomalt cirkulært rRNA (ECR eller ERC, fra engelsk. Exctachtomosomal rRNA circles ). Disse ECR'er replikerer og akkumuleres fortrinsvis i modercellen under deling og forårsager cellulær senescens gennem konkurrerende binding til vigtige faktorer. ECR er ikke blevet observeret i andre gærarter (som også udviser replikativ senescens) og i højere organismer såsom mennesker. Ekstrakromosomalt cirkulært DNA (ecDNA, eccDNA) er blevet fundet i orme, fluer og mennesker. Rollen af eDNA i aldring, hvis nogen, er ukendt.
På trods af fraværet af en forbindelse mellem cDNA og aldring i højere organismer, er yderligere kopier af Sir2 -genhomologerne i stand til at forlænge levetiden for både orme og fluer. De mekanismer, hvormed Sir2-homologer i højere organismer regulerer levetiden, forbliver uklare, men det humane SIRT1-protein har vist sig at deacetylere p53 , Ku70 og gaffelfamilien af transkriptionsfaktorer . SIRT1 kan også regulere andre acetylerede proteiner såsom CBP/p300 og kan deacetylere nogle histonaminosyrer .
RAS1 og RAS2 påvirker også aldring i gær og har humane homologer. Øget ekspression af RAS2 har vist sig at øge gærens levetid.
Adskillige andre gener regulerer ældning i gær ved at øge modstanden mod oxidativt stress . Superoxiddismutase, et protein, der beskytter cellen mod virkningerne af mitokondrielle reaktive oxygenarter (ROS) , kan bremse gæraldring, hvis det udtrykkes højt i hele den stationære fase.
Insulinlignende vækstfaktor IGF-1 spiller en vigtig rolle i reguleringen af aldring i højere organismer . Mutationer , der påvirker den insulinlignende signalvej hos orme, fluer og mus, er ofte forbundet med øget levetid. Denne vej hæmmes af kaloriebegrænsning og påvirker igen levetiden gennem en mekanisme afhængig af p53 / p21 / Akt proteiner [32] .
I gær reguleres Sir2-aktiviteten af nikotinamidase PNC1. Produktionen af PNC1 øges på transkriptionsniveau under stresstilstande , såsom under en kaloriefattig diæt, varmechok eller osmotisk shock . Ved at omdanne nikotinamid til niacin bruger nikotinamidase nikotinamid, som hæmmer Sir2-aktivitet. Nikotinamidase er også blevet fundet hos mennesker, hvor det er kendt som PBEF og kan have en lignende funktion, og den udskilte form af PBEF, kendt som visfatin , kan hjælpe med at regulere seruminsulinniveauer . Det vides dog ikke, om disse mekanismer også eksisterer hos mennesker på grund af signifikante forskelle i mus og menneskelig fysiologi.
Sir2-aktivitet har vist sig at stige under forhold med kaloriebegrænsning i foderet til mus. På grund af manglen på tilgængelig glukose i cellerne skabes mere fri NAD+, hvilket fører til aktivering af Sir2. Resveratrol , en polyphenol , der findes i nogle frugter , øger levetiden for gær, orme og fluer ved at aktivere Sir2 og efterligne effekten af en diæt med lavt kalorieindhold.
Ifølge nogle data kan udsving i ekspressionen af mange gener også begunstige ældningsprocessen [33] . Individuelle, genetisk identiske celler kan have væsentligt forskellige reaktioner på ydre stimuli og markant forskellige levetider, hvilket indikerer, at epigenetiske faktorer spiller en vigtig rolle i genekspression og aldring.
Genetik af bakteriel aldringMeget mindre er kendt om ældning af bakterier , på trods af deres enklere struktur og lette observation. Blandt bakterier er de ændringer, der sker under betinget aldring (kronologisk aldring i den stationære fase) af E. coli -bakterier, bedre kendt [34] .
De fleste af de genetisk kontrollerede ændringer under betinget aldring i E. coli skyldes ændringer i ekspressionsniveauet af sigmafaktoren σ s , som er ansvarlig for ekspressionen af gener forbundet med reparationen af beskadigede proteiner, svarende til C. elegans daf-16- genet og gærens RAS -genom. /P.K.A . _ σ s konkurrerer med en anden sigma-faktor, σ 70 , som er ansvarlig for bakterievækst og aldrig udtrykkes ved sin "fulde styrke". Bakterien fortsætter således begrænset vækst selv under stationære faseforhold, hvilket gør, at den hurtigt kan genoptage væksten, hvis forholdene ændrer sig, men ulempen er, at σ s ikke kan klare væsentligt oxidativt stress . Residualaktiviteten af σ 70 i den stationære fase er således et eksempel på den såkaldte antagonistiske pleiotropi (se nedenfor ), en type genetisk system, der udvikles på grund af en positiv effekt i nogle livsstadier, på trods af en negativ effekt kl. andre, sjældnere stadier.
De første forsøg på en videnskabelig forklaring på aldring begyndte i slutningen af det 19. århundrede . I et af de første værker foreslog Weisman [35] en teori om oprindelsen af aldring som en egenskab, der opstod som et resultat af evolutionen . Ifølge Weisman er "ikke-aldrende organismer ikke kun ikke nyttige, de er skadelige, fordi de tager de unges plads", hvilket ifølge Weisman skulle have fået evolutionen til at forårsage aldring.
Et vigtigt skridt i studiet af aldring var en rapport af professor Peter Medawar til Royal Society of London i 1951 med titlen "An Unsolved Problem in Biology" [36] . I dette foredrag understregede han, at dyr i naturen sjældent lever til en alder, hvor aldring bliver mærkbar, så evolutionen kunne ikke påvirke udviklingen af aldring. Dette arbejde markerede begyndelsen på en række nye undersøgelser.
I løbet af de næste 25 år var forskningen overvejende beskrivende. Siden slutningen af 1970'erne er der dog dukket en lang række teorier op, som har forsøgt at forklare aldring [37] . For eksempel, i en berømt gennemgang af litteraturen om dette emne, udgivet af Caleb Finch i 1990, var der omkring 4 tusinde referencer [38] . Først i slutningen af 1990'erne begyndte situationen at klare sig, og de fleste forfattere begyndte at komme til generelle konklusioner.
Alle teorier om aldring kan betinget opdeles i to store grupper: evolutionsteorier og teorier baseret på utilsigtet celleskade. Førstnævnte mener, at aldring ikke er en nødvendig egenskab ved levende organismer, men en programmeret proces. Ifølge dem har aldring udviklet sig som et resultat af evolutionen på grund af nogle af de fordele, det giver for hele befolkningen . I modsætning hertil antyder skadesteorier, at aldring er resultatet af en naturlig proces med akkumulering af skader over tid, som kroppen forsøger at kæmpe imod, og forskelle i aldring i forskellige organismer er resultatet af forskellig effektivitet af denne kamp. Sidstnævnte tilgang anses nu for at være etableret i aldringsbiologien [39] [40] [41] . Nogle forskere forsvarer dog stadig den evolutionære tilgang [15] , og nogle andre ignorerer fuldstændig opdelingen i evolutionære og skadesteorier. Sidstnævnte udsagn er delvist resultatet af en ændring i terminologien: i nogle nyere skrifter henviser udtrykket "evolutionsteorier" ikke til teorier om "programmeret aldring", som antyder den evolutionære forekomst af aldring som et gavnligt fænomen, men til en tilgang, der beskriver, hvorfor organismer bør ældes i modsætning til spørgsmålet om biokemiske og fysiologiske grundlag for aldring.
Hypotesen, der dannede grundlaget for den genetiske tilgang, blev foreslået af Peter Medawar i 1952 [36] og er nu kendt som " mutationsakkumulationsteorien " . Medawar bemærkede, at dyr i naturen meget sjældent lever til en alder, hvor aldring bliver mærkbar. Ifølge hans idé er alleler , der opstår i senere perioder af livet, og som opstår som følge af kønscellemutationer, udsat for et ret svagt evolutionært pres, selvom egenskaber som overlevelse og reproduktion lider som følge af deres handling. Disse mutationer kan således ophobes i genomet over mange generationer. Men ethvert individ, der har formået at undgå døden i lang tid, oplever deres virkninger, som viser sig som aldring. Det samme gælder for dyr under beskyttede forhold.
Senere, i 1957, foreslog D. Williams [42] eksistensen af pleiotrope gener, der har forskellige virkninger på organismers overlevelse over forskellige livsperioder, dvs. de er nyttige i en ung alder, når effekten af naturlig selektion er stærk, men skadelig senere, når effekten naturlig udvælgelse er svag. Denne idé er nu kendt som " antagonistisk pleiotropi " ( engelsk: Antagonistic pleiotropy ).
Tilsammen danner disse to teorier grundlaget for moderne ideer om genetik af aldring [41] . Imidlertid har identifikation af ansvarlige gener kun haft begrænset succes. Beviser for akkumulering af mutationer forbliver kontroversielle [43] , mens beviser for pleiotrope gener er stærkere, men ikke godt underbygget. Eksempler på pleiotrope gener inkluderer telomerasegenet i eukaryoter og sigmafaktoren σ 70 i bakterier. Selvom mange gener vides at påvirke forskellige organismers levetid, er der endnu ikke fundet andre klare eksempler på pleiotrope gener [44] .
Evolutionær-fysiologisk tilgangTeorien om antagonistisk pleiotropi forudsiger, at der skal være gener med en pleiotrop effekt, hvis naturlige udvælgelse fører til, at aldring begynder. Der er ganske vist fundet flere gener med pleiotrop effekt på forskellige stadier af livet - sigma-70 i E. coli , telomerase i eukaryoter, men der er ikke påvist nogen direkte sammenhæng med aldring, desuden er det ikke vist, at dette er en typisk fænomen for alle organismer, ansvarlig for alting ældningseffekter. Det vil sige, at disse gener kun kan betragtes som kandidater til rollen som gener forudsagt af teorien. På den anden side vises en række fysiologiske effekter uden at bestemme generne, der er ansvarlige for dem. Ofte kan vi tale om kompromisser svarende til dem, der forudsiges af teorien om antagonistisk pleiotropi, uden klart at definere de gener, som de er afhængige af. Det fysiologiske grundlag for sådanne kompromiser ligger i den såkaldte Disposable soma - teori [ 45 ] . Denne teori spørger, hvordan organismen skal forvalte sine ressourcer (i den første version af teorien handlede det kun om energi) mellem vedligeholdelse, reparation af somaen og andre funktioner, der er nødvendige for at overleve. Behovet for kompromis skyldes de begrænsede ressourcer eller behovet for at vælge den bedste måde at bruge dem på.
Vedligeholdelse af kroppen bør kun udføres så meget, som det er nødvendigt under den normale overlevelsestid i naturen. For eksempel, da 90 % af vilde mus dør i løbet af det første leveår (mest af kulde), vil investeringen af ressourcer i overlevelse over tid kun påvirke 10 % af befolkningen. Den treårige levetid for mus er fuldstændig tilstrækkelig til alle behov i naturen, men set ud fra evolutionen bør ressourcer bruges på for eksempel at forbedre bevarelsen af varme eller reproduktion i stedet for at bekæmpe alderdommen. En muss levetid passer således bedst til de økologiske forhold i dens liv.
Engangskroppsteorien gør adskillige antagelser om aldringsprocessens fysiologi. Ifølge denne teori er aldring et resultat af de ufuldkomne reparations- og vedligeholdelsesfunktioner af somatiske celler, der er tilpasset til at opfylde miljømæssige behov. Skader er til gengæld resultatet af stokastiske processer forbundet med cellernes vitale aktivitet. Levetiden styres af kontrollen af gener, der er ansvarlige for disse funktioner, og udødeligheden af generative celler, i modsætning til somatiske celler, er resultatet af et stort ressourceforbrug og muligvis fraværet af nogle kilder til skade.
Der er bevis for flere store mekanismer for skade på makromolekyler, som normalt fungerer parallelt med hinanden eller er afhængige af hinanden [41] . Det er sandsynligt, at enhver af disse mekanismer kan spille en dominerende rolle under visse omstændigheder.
I mange af disse processer spiller reaktive oxygenarter (især frie radikaler ) en vigtig rolle , et sæt beviser for deres indflydelse blev opnået for ganske lang tid siden og er nu kendt som " frie radikalteorien om aldring ". I dag er mekanismerne for aldring dog meget mere detaljerede. For eksempel blev det fundet, at arten af DNA-methylering i genomet er tæt forbundet med kronologisk alder [46] [47] [48] [49]
Teorien om somatiske mutationerMange undersøgelser har vist en stigning i antallet af somatiske mutationer og andre former for DNA- skader med alderen , hvilket tyder på, at DNA- reparation er en vigtig faktor til at opretholde cellelevetid. DNA-skader er typisk for celler, og er forårsaget af faktorer som hård stråling og reaktive iltarter, og derfor kan DNA-integriteten kun opretholdes gennem reparationsmekanismer. Faktisk er der en sammenhæng mellem levetid og DNA-reparation, som demonstreret af enzymet poly - ADP - ribosepolymerase - 1 ( PARP -1), en vigtig aktør i den cellulære respons på stress-induceret DNA-skade [50] . Højere niveauer af PARP-1 er forbundet med længere levetid.
Akkumulering af ændrede proteinerProteincykling er også vigtig for celleoverlevelse , for hvilket udseendet af beskadigede og overskydende proteiner er afgørende. Oxiderede proteiner er et typisk resultat af påvirkningen af reaktive oxygenarter, som dannes som et resultat af mange metaboliske processer i cellen og ofte forstyrrer proteinets korrekte funktion. Reparationsmekanismer kan dog ikke altid genkende beskadigede proteiner [34] og bliver mindre effektive med alderen [41] på grund af et fald i proteasomaktivitet [51] . I nogle tilfælde er proteiner en del af statiske strukturer, såsom cellevæggen , der ikke let kan nedbrydes. Proteinomsætning afhænger også af chaperone- proteiner, som hjælper proteiner med at opnå den nødvendige konformation . Med alderen observeres et fald i reparationsaktivitet [52] , selvom dette fald kan være resultatet af en overbelastning af chaperoner (og protoasomer) med beskadigede proteiner.
Der er tegn på, at akkumulering af beskadigede proteiner forekommer med alderen og kan være ansvarlig for aldersrelaterede sygdomme som Alzheimers sygdom , Parkinsons sygdom og grå stær .
Mitokondriel teoriDen mitokondrielle teori om aldring blev først foreslået i 1978 (mitokondriel teori om udvikling, aldring og malign vækst) [53] [54] . Dens essens ligger i det faktum, at en opbremsning i reproduktionen af mitokondrier i højt differentierede celler på grund af en mangel på mitokondrielle proteiner kodet i kernen skaber betingelser for fremkomsten og selektiv udvælgelse af defekt deletion mtDNA, en stigning i andelen heraf gradvist reducerer energiforsyningen af celler. I 1980 blev en radikal mitokondriel teori om aldring foreslået [55] . Der er nu en masse data[ hvor? ] hvilket indikerer, at frie radikaler ikke er årsagen til naturlig aldring . Disse data modbeviser ikke mitokondrie-teorien om aldring ( 1978 ), som ikke er afhængig af frie radikaler, men beviser falskheden i den radikale version af mitokondrie-teorien om aldring (1980) .
Betydningen af sammenhængen mellem molekylær stress og aldring er blevet foreslået baseret på observationer af effekten af mutationsakkumulering i mitokondrielt DNA ( mtDNA ) [56] . Disse data blev understøttet af observationen af en stigning med alderen i antallet af celler, der mangler cytochrom c -oxidase ( COX), som er forbundet med mtDNA-mutationer. Sådanne celler har ofte forstyrrelser i ATP -produktion og cellulær energibalance.
Tab af telomererI mange humane celler er tabet af cellers evne til at dele sig forbundet med tabet af telomerer i enderne af kromosomerne, som går tabt efter et vist antal delinger. Dette skyldes fraværet af enzymet telomerase , som normalt kun udtrykkes i kim- og stamceller. Telomerase giver dem mulighed for kontinuerligt at dele sig og danne væv og organer. Hos voksne udtrykkes telomerase i celler, der skal dele sig ofte, men de fleste somatiske celler producerer det ikke. Telomerase betragtes som nøglen til cellulær udødelighed, "ungdommens kilde." Dette enzym gør det muligt for celler at formere sig hurtigt uden at ældes.
Da det i øjeblikket er ukendt, i hvilket omfang ødelæggelsen af telomerer påvirker ældningsprocessen [57] , er hovedforskningen fokuseret på processerne til at opretholde integriteten af DNA og især dets telomere regioner. Michael Fossel foreslog i et interview , at telomerasebehandling ikke kun kan bruges til at bekæmpe kræft , men endda til at bekæmpe menneskelig aldring og dermed øge den forventede levetid. Han mener, at de første tests af telomerasemetoder til at øge menneskets forventede levetid vil blive udført i det næste årti.
Det er for nylig blevet fundet, at oxidativ stress (overdreven frigivelse af reaktive oxygenarter) også kan have en effekt på telomertab, hvilket i høj grad accelererer denne proces i visse væv [58] .
Epigenetisk teori om aldringCeller mister langsomt undertrykte kromatinmarkører over tid, hvilket kan være forbundet med celledifferentiering i kroppen. Tabet af repressionsmarkører skulle før eller siden føre til derepression af henholdsvis hvilende transposoner til en stigning i mængden af DNA-skade forårsaget af dem, efterfulgt af aktivering af cellulære DNA-reparationssystemer. Sidstnævnte forårsager, udover at deltage i DNA-reparation, også uautoriserede rekombinationer i telomerer. Det er også muligt, at transposon-rekombinaser direkte kan initiere sådanne rekombinationer. Som et resultat omdannes forlængede sektioner af telomert DNA til ringe og tabes, og telomerer forkortes med længden af det tabte cirkulære DNA. Denne proces fremskynder tabet af telomert DNA ti gange, og den efterfølgende apoptose af de fleste celler forudbestemmer aldring som et biologisk fænomen. Den foreslåede teori er et alternativ til hypotesen om genetisk programmeret aldring og hypotesen om aldring som en konsekvens af ophobning af fejl og skader, forklarer mekanismen for accelereret tab af telomerer i tilfælde af oxidativt stress og DNA-skader, samt forholdet mellem aldring og forekomsten af tumorer [59] .
System- og netværksmekanismerI de tidlige stadier af aldringsforskning blev adskillige teorier set som konkurrerende om at forklare virkningerne af aldring. Men i dag menes det, at mange mekanismer for celleskade fungerer parallelt, og celler skal også bruge ressourcer på at bekæmpe mange mekanismer. For at udforske samspillet mellem alle skadeskontrolmekanismer er der blevet foreslået en systemtilgang til aldring, der forsøger at tage højde for et stort antal af sådanne mekanismer samtidigt. Desuden kan denne tilgang klart adskille de mekanismer, der virker på forskellige stadier af en organismes liv. For eksempel fører den gradvise akkumulering af mutationer i mitokondrielt DNA ofte til akkumulering af reaktive oxygenarter og et fald i energiproduktionen, hvilket igen fører til en stigning i hastigheden af beskadigelse af DNA og cellulære proteiner.
Et andet aspekt, der gør systemtilgangen attraktiv, er forståelsen af forskellen mellem forskellige typer celler og væv i kroppen. For eksempel er celler, der aktivt deler sig, mere tilbøjelige til at lide af mutationsakkumulering og tab af telomerer end differentierede celler. Samtidig er det nødvendigt at præcisere, at denne afhandling ikke gælder for hurtigt og gentagne gange delende transformerede og tumorceller, som ikke mister telomerer og ikke akkumulerer mutationer. Differentierede celler er mere tilbøjelige til at lide af proteinskade end celler, der hurtigt deler sig og "fortynder" beskadigede proteiner med nyligt syntetiserede. Selv hvis en celle mister sin evne til at formere sig på grund af ældningsprocesser, skifter balancen mellem skadesmekanismer i den.
BefolkningstilgangEn anden tilgang til studiet af aldring er studiet af befolkningsdynamikken ved aldring . Alle matematiske modeller for aldring kan groft sagt opdeles i to hovedtyper: datamodeller og systemmodeller [60] . Datamodeller er modeller, der ikke bruger eller forsøger at forklare nogen hypoteser om de fysiske processer i de systemer, som disse data er indhentet for. Datamodeller omfatter især alle modeller for matematisk statistik. I modsætning til dem bygges systemmodeller hovedsageligt på grundlag af fysiske love og hypoteser om systemets struktur, det vigtigste i dem er verifikationen af den foreslåede mekanisme.
Den første lov om aldring er Gompertz-loven, som tilbyder en simpel kvantitativ model for aldring. Denne lov gør det muligt at adskille to typer parametre for ældningsprocessen. Undersøgelser af ældningslovens afvigelse fra Gompertz-kurven kan give yderligere information om de specifikke mekanismer for aldring i en given organisme. Den bedst kendte effekt af denne afvigelse er plateauet af dødeligheden i en senere alder i stedet for den eksponentielle vækst observeret i mange organismer [9] . For at forklare denne effekt er flere modeller blevet foreslået, blandt hvilke variationer af Strehler-Mildwan-modellen [61] og pålidelighedsteori [62] [63] .
Systemmodeller overvejer mange individuelle faktorer, begivenheder og fænomener, der direkte påvirker organismers overlevelse og afkoms fødsel. Disse modeller betragter aldring som en balance og omfordeling af ressourcer både i fysiologiske (i løbet af en organismes liv) og i evolutionære aspekter. Som regel, især i sidstnævnte tilfælde, taler vi om fordelingen af ressourcer mellem de direkte omkostninger ved fødslen af afkom og omkostningerne ved forældrenes overlevelse [60] .
Cellulær reaktion på aldringEt vigtigt spørgsmål om aldring på niveau med celler og væv er den cellulære reaktion på skade. På grund af skadens stokastiske natur ældes individuelle celler, for eksempel på grund af at de når Hayflick-grænsen , hurtigere end andre celler. Sådanne celler har potentialet til at true hele vævets sundhed. Denne trussel er størst blandt hurtigt delende stamceller, såsom knoglemarv eller intestinale epitelceller , på grund af det store potentiale i sådanne væv til at skabe mutante, muligvis kræftceller. Det er kendt, at det er cellerne i disse væv, der hurtigt reagerer på skader ved at starte apoptoseprogrammet. For eksempel inducerer selv lave doser af stråling (0,1 Gy ) apoptose i tarmepitelceller, og selv mild kemisk stress inducerer apoptose i stamceller hos gamle mus.
Som regel er massiv apoptose i sådanne væv et tegn på en stigning i antallet af celleskader. På den anden side, i andre væv, kan reaktionen på en stigning i skadesniveauet være standsning af celler på et bestemt trin af cellecyklussen for at stoppe deling [41] . Balancen mellem apoptose og standsning af beskadigede celler er vigtigst som et kompromis mellem aldring og cancer [64] . Det vil sige, at enten skal kroppen dræbe de beskadigede celler, eller tillade dem at eksistere, hvilket øger risikoen for kræft. Således kan p53 og telomerforkortelse, vigtige faktorer ved induktion af celleapoptose, ses som et eksempel på antagonistisk pleiotropi, som diskuteret ovenfor.
For at opsummere, ifølge moderne koncepter, ældes cellen som følge af ophobning af skader. Satsen for denne ophobning bestemmes først og fremmest af genetisk bestemte omkostninger til reparation og vedligeholdelse af cellulære strukturer, som igen bestemmes af kroppen for at opfylde dens miljømæssige behov. Langlivede organismer har høje omkostninger (nogle gange længere stofskifte), hvilket resulterer i langsommere skadeakkumulering. For at bekæmpe den risiko, som beskadigede celler udgør, har kroppen skabt et system af mekanismer til at håndtere dem, som ofte involverer et andet sæt kompromiser.
I juli 2012 først i Rusland , og derefter i USA, Israel og Holland blev det annonceret [65] begyndelsen på oprettelsen af livsforlængelse politiske partier. Disse partier har til formål at yde politisk støtte til den videnskabelige og teknologiske revolution, der i øjeblikket er i gang [66] inden for livsforlængelse og sikre den hurtigste og samtidig smertefrie overgang af samfundet til næste fase af dets udvikling - med en radikal stigning i menneskets forventede levealder, foryngelse og aldring stoppe for at så størstedelen af de mennesker, der lever på nuværende tidspunkt, har tid til at drage fordel af videnskabens resultater og øge deres liv. Verdens førende videnskabsmænd inden for aldring mener, at aldring officielt bør inkluderes på listen over sygdomme og sygdomssyndromer fra Verdenssundhedsorganisationen, om hvilken der blev sendt et samlet brev til WHO efter resultaterne af den 3. internationale konference "Genetics of Aging and Longevity", som blev afholdt i Sochi i april 2014 .
Ordbøger og encyklopædier | |
---|---|
I bibliografiske kataloger |
Lang levetid | |
---|---|
Aldring |
|
Livsforlængelse |
|
Udødelighed | |
Optegnelser |
|
levetidsgener | |
se også |
Livsforlængelse | ||
---|---|---|
Spørgsmål | ||
Magasiner | ||
Ressourcer |
| |
Mennesker | ||
Organisationer | ||
Kategori " Livsforlængelse " |