Objednávky v pracovné dni do 18h expedujeme cez Zásielkovňu ešte v ten istý deň.
Proč stárneme: aktuální stav vědeckého poznání

Prečo starneme: aktuálny stav vedeckého poznania

Prečo starneme: aktuálny stav vedeckého poznania

Starnutie a moderná veda

Známky starnutia

Krátka história výskumu starnutia

Zastaviť starnutie a uchovať si večnú mladosť bolo ľudským snom už od nepamäti. Moderná veda, ktorá mnohé sny dokázala realizovať, však až donedávna nemala nástroje, ktoré by ju umožnili pozrieť celý problém na zúbok. Namiesto toho skúmala konkrétne prejavy – choroby kardiovaskulárneho systému, zhubných nádorov, cukrovky a ďalších.

Článok vychádza z knihy Koniec starnutia, ktorú vám veľmi odporúčame. Pozrieť si ju môžete tu.

Ako vníma proces starnutia dnešná veda

Od 50. rokov 20. storočia platila vo výskume starnutie teória oxidatívneho stresu, ktorá hovorila, že voľné radikály a oxidanty spôsobujú postupnú degradáciu DNA, ktorá vedie k poruchám rôznych funkcií buniek. Brániť sa voľným radikálom bolo možné príjmom antioxidantov.

V 21. storočí sme vďaka novým technológiám významne pokročili v štúdii aspektov starnutia a dnes už vieme, že voľné radikály nie sú jedinou a dokonca zrejme ani hlavnou príčinou. Niektoré štúdie dokonca ukazujú, že voľné radikály nemajú vplyv na dĺžku života vôbec, s výnimkou extrémnych prípadov ako je napríklad fajčenie. Zatiaľ veda neobjavila jasnú príčinu, ktorá by mala starnutie na svedomí.

Moderné výsledky výskumov (bavíme sa o posledných 5-10 rokoch) ukazujú, že starnutie je proces kedy sa v tele v priebehu času akumulujú rôzne drobné poškodenia . Ich pribúdajúce množstvo sa prejaví pribúdajúcim množstvom ochorení a neduhov, ktoré v určitom okamihu už telo nezvládne a končí smrťou daného jedinca. Je to podobné ako pri aute - nové vozidlo funguje skvele, s časom pri ňom začnú pribúdať rôzne drobné aj väčšie problémy a po určitej dobe ich je toľko, že ďalšie opravy už nedokážu zachrániť funkčný celok.

Moderné vedecké teórie popisujú rôzne aspekty starnutia a namiesto hľadania príčiny hovoria, ako drobné poruchy v jednej oblasti ovplyvňujú fungovanie ostatných. Najznámejšie sa volá "známky starnutia" (hallmarks of aging) a popisuje na biochemickej úrovni 9 symptómov spojených so starnutím.

Vývoj v tejto oblasti je stále veľmi búrlivý a dá sa predpokladať, že táto teória bude aj do budúcna upravovaná podľa najnovších poznatkov. Jeden takýto krok prebehol v roku 2023, kedy bolo pôvodných 9 symptómov rozšírených na aktuálnych 12.

V nasledujúcom texte si oných 12 známok priblížime av ďalších dieloch seriálu sa na ne odkážeme pri popise odporúčaní, ako starnutie spomaliť.

Aké sú známky starnutia

Nestabilita genómu

Správne fungovanie genómu je jedným z najdôležitejších predpokladov pre hladké fungovanie bunky a celého organizmu .

Zmeny v genetickom kóde boli dlho považované za jednu z hlavných príčin starnutia. U mnohobunkových organizmov je nestálosť genómu primárnou príčinou nádorových ochorení au ľudí je tiež významnou príčinou vzniku niektorých neurodegeneratívnych chorôb .

Poruchy v DNA vznikajú najmä vplyvom prostredia a oxidačného stresu . V tele taktiež existuje niekoľko molekulárnych procesov, ktoré neustále pracujú na oprave tejto škody. Bohužiaľ, výsledky nie sú dokonalé a poškodenie sa hromadí časom. Niekoľko prehľadových článkov ukázalo, že nedostatočná oprava DNA, ktorá umožňuje väčšiu akumuláciu poškodenia DNA, spôsobuje predčasné starnutie a teda zvýšená oprava poškodeného DNA prispieva k dlhšiemu životu.

Skracovanie telomér

Teloméry sú oblasti opakujúcich sa nukleotidových sekvencií na koncoch lineárnych chromozómov .

Chráni koncové oblasti chromozómovej DNA pred postupným rozkladom a bráni tomu, aby opravné systémy rozoznali konce DNA od poruchy.

Skracovanie telomér je spájané so starnutím a súvisiacimi chorobami . Normálne starnutie je spájané so skracovaním telomér ako u ľudí, tak u myší, a štúdie na zvieracích modeloch naznačujú príčinnú súvislosť. Pri každom prebehnutí mitózy sa teloméry na koncoch každého chromozómu mierne skracujú, au ľudských buniek dochádza spravidla k 40-60 rozdeleniam než sa teloméry skrátia na kritickú dĺžku. To je užitočné, keď je potrebné zastaviť nekontrolované bunkové množenie (ako np. pri nádorových ochoreniach), ale škodlivé, keď sa normálne fungujúce bunky nemôžu deliť.

Enzým nazývaný telomeráza predlžuje teloméry v gamétach a kmeňových bunkách . Nedostatok telomerázy je u ľudí spájaný s výskytom chorôb súvisiacich so starobou.

Epigenetické zmeny

Funkcia genómu závisí nielen od poradia konkrétnych nukleotidov, ale aj od toho, ktoré úseky reťazca DNA sú aktívne a pripravené na použitie (transkripciu), a ktoré sú naopak nedostupné. Existuje viacero mechanizmov, ktoré môžu použitie génu ovplyvniť: napríklad navinutie/odvinutie génu na histónové jadrá, modifikácia histónových jadier či nadviazanie dodatočných molekúl (metylácia).

V závislosti na potrebách konkrétneho tkanivového typu a prostredia, v ktorom sa bunka nachádza, môžu byť histony modifikované tak, aby zapínali alebo vypínali určité gény podľa potreby . Celý genóm vrátane modifikácií zapínajúcich či vypínajúcich jednotlivé gény sa nazýva epigenóm . Profil, kde, kedy a do akej miery tieto modifikácie nastávajú (epigenetický profil), sa s vekom mení, čo vedie k vypínaniu užitočných génov a zapínaniu zbytočných, narúša normálne fungovanie bunky.

Konkrétnym príkladom sú sirtuíny . Ide o enzýmy, ktoré podporujú viazanie DNA na histony a tým vypínajú zbytočné gény. Tieto enzýmy používajú NAD ako palivo pre svoje fungovanie. S vekom klesá úroveň NAD v našich bunkách a taktiež schopnosť sirtuínov vypínať nepotrebné gény v pravý čas. Zníženie aktivity sirtuínov bolo spojené s urýchlením procesu starnutia a zvýšenie ich aktivity viedlo k neskoršiemu nástupu chorôb spojených so starobou.

Strata proteostázy

Proteostáza je proces udržujúci všetky proteíny nevyhnutné pre fungovanie bunky v ich správnom tvare, štruktúre a množstve.

Skladanie proteínov, oxidácia, abnormálne štiepenie alebo nežiaduce modifikácie môžu vytvárať nefunkčné, prípadne toxické proteíny, ktoré bránia normálnemu fungovaniu bunky. V tele sú tieto proteíny neustále odstraňované a recyklované, avšak s vekom sa tvorba poškodených proteínov zvyšuje, čo vedie k postupnej strate proteostázy.

Štúdie naznačujú, že tento proces možno spomaliť alebo potlačiť buď obmedzením príjmu kalórií alebo podávaním látky rapamycín. V oboch prípadoch sa jedná o inhibíciu molekuly mTOR, avšak na presnom mechanizme nepanuje vo vedeckých kruhoch zhoda.

Deregulovaná detekcia živín

Vnímanie živín je schopnosť bunky rozpoznať a reagovať na zmeny koncentrácie nutrientov, ako je glukóza, mastné kyseliny a aminokyseliny.

V čase hojnosti je bunka nabádaná k stavaniu molekúl (anabolizmus) prostredníctvom rôznych signálnych molekúl, z ktorých najlepšie je preskúmaná mTOR. Keď je energia a živiny obmedzené, bunka to pomocou príslušných receptorov rozpozná a vypne mTOR, aby šetrila zdroje.

Pri rastúcom organizme sú rast a bunkové delenie dôležité, a preto je mTOR silne aktivovaný. U dospelého a starnúceho organizmu prirodzene klesajú signály aktivujúce mTOR . Zistilo sa, že umelé zvýšenie aktivácie tejto molekuly u dospelých myší vedie k zrýchlenému starnutiu a zvýšenému výskytu rakoviny. Metódy potlačenia aktivácie mTOR, ako je obmedzovanie stravy alebo podávanie rapamycínu , boli preukázané ako jedny z najrobustnejších metód predĺženia životnosti u červov, múch a myší.

Mitochondriálna dysfunkcia

Mitochondrie sú energetickou továrňou bunky.

Rôzne ľudské bunky obsahujú od niekoľkých do 2500 mitochondrií, každá z nich premieňa uhlík a kyslík na energiu (vo forme ATP) a oxid uhličitý.

Počas starnutia sa účinnosť mitochondrií znižuje. Príčiny nie sú stále úplne jasné, je tu však niekoľko podozrivých mechanizmov - znížená biogenéza, akumulácia poškodenia a mutácií v mitochondriálnej DNA, oxidácia mitochondriálnych proteínov a porucha kontroly kvality prostredníctvom mitofágie.

Dysfunkčné mitochondrie potom narúšajú vnútrobunkovú signalizáciu a spúšťajú zápalové reakcie, čím prispievajú k starnutiu.

Bunkové starnutie (bunková senescencia)

Za normálnych okolností bunky končia svoju existenciu naprogramovanou bunkovou smrťou - apoptózou. Pri tomto procese sa bunka rozpadne na množstvo malých fragmentov, ktoré potom môžu byť upratané a ďalej spracované. V dospelom ľudskom tele podstúpi apoptózu 50-70 miliónov buniek každý deň.

V niektorých prípadoch však bunka prestane plniť svoju funkciu bez toho, aby aktivovala apoptózu. Tento stav sa nazýva bunková senescencia . Senescencia môže byť spôsobená niekoľkými faktormi, np skracovaním telomér, poškodením DNA a stresom. Imunitný systém je naprogramovaný tak, aby vyhľadával a eliminovať senescentné bunky, avšak nie vždy sa mu to podarí as vekom sa senescentné bunky v tele hromadia.

Bolo tiež zistené, že senescentné bunky vylučujú špecifickú sadu molekúl, ktorá spôsobuje senescenciu u susedných buniek. Tento princíp zdá sa platí aj naopak, aktivita predlžujúca životnosť zameraná na jedno tkanivo môže spomaliť starnutie aj v iných tkanivách.

Pokusy ukázali, že umelým pridaním aj veľmi malého množstva senescentných buniek spôsobí zrýchlenie procesu starnutia. A naopak odstránením senescentných buniek viedlo k neskoršiemu nástupu chorôb súvisiacich s vekom.

Vyčerpanie kmeňových buniek

Veľká väčšina buniek v organizme má špecifickú funkciu. Avšak na začiatku vývoja organizmu, vo fáze embrya, sú takmer všetky bunky rovnaké. Ide o takzvané kmeňové bunky, ktoré ešte neprijali svoju funkciu a môžu sa potenciálne stať akoukoľvek časťou organizmu. Ako plod rastie, bunky sa množia, diferencujú a preberajú svoju vhodnú funkciu v rámci organizmu. U dospelých sú kmeňové bunky prevažne umiestnené v oblastiach, ktoré sa opotrebovávajú (črevo, pľúca, sliznica, koža) alebo potrebujú neustálu obnovu (červené krvinky, imunitné bunky, spermie, vlasové folikuly).

Strata regeneračnej schopnosti je jedným z najzreteľnejších následkov starnutia. To je väčšinou spôsobené tým, že sa podiel kmeňových buniek a rýchlosť ich delenia sa postupne znižuje. Omladenie kmeňových buniek môže zvrátiť niektoré dôsledky starnutia na úrovni celého organizmu.

Zmena medzibunkovej komunikácie

Aby celý organizmus mohol fungovať, potrebujú jednotlivé tkanivá a bunky koordinovať svoju prácu. Jedným z hlavných spôsobov, ako komunikujú medzi sebou, je vylučovanie signálnych molekúl do krvi, kde putujú do iných tkanív a ovplyvňujú ich správanie. Profil týchto signálnych molekúl sa s vekom mení.

Jednou z najvýraznejších zmien v signalizácii súvisiacich s pokročilým vekom je vývoj chronického slabého zápalu po celom tele. Primárnou funkciou zápalu je nasmerovať imunitný systém tela a opravné mechanizmy do konkrétnej poškodenej oblasti na tak dlho, ako dlho je poškodenie a hrozba prítomné. Trvalá prítomnosť signálov zápalu po celom tele vyčerpáva imunitný systém a poškodzuje zdravé tkanivo.

mikro_optimized

3 znaky starnutia pridané v roku 2023

Dysbióza

Ľudské telo je obývané obrovským množstvom mikroorganizmov, ktoré sú pre jeho funkciu nevyhnutné. Celému spoločenstvu týchto mikroorganizmov sa hovorí mikrobióm. Dysbióza je narušenie rovnováhy v mikrobióme , najčastejšie sa hovorí o črevách, avšak môže sa jednať o narušenie rovnováhy aj na iných miestach kde žijú kolónie mikroorganizmov, ako napríklad na koži či v ústach.

Pri starnutí dochádza k zmene zloženia mikroorganizmov v čreve – niektorých druhov ubúda, niektorých pribúda, môže sa znižovať diverzita. Jedným z primárnych dôsledkov je znižujúca sa schopnosť organizmu regulovať zápaly, čo vedie k vývoju slabého chronického zápalu. U ľudí tešiacich sa dobrému zdraviu aj vo vysokom veku je pozorovaná mimoriadna schopnosť črevných baktérií efektívne vyvažovať pro- a protizápalové funkcie.

Vypínanie makroautofágie

Makroautofágia je proces, ktorým telo recykluje nepotrebné štruktúry. Ide najmä o rôzne veľké organely či proteíny, ktoré boli poškodené, sú nepoužívané alebo vznikli po riadenom bunkovom zániku (apoptóze). Okrem rôznych častí bunky pomáha makroautofágia pri likvidácii patogénnych mikroorganizmov a zároveň je jedným z kľúčových procesov na udržanie stabilného vnútorného prostredia v bunkách.

V núdzových situáciách, keď bunky trpia nedostatkom surovín či energie, zvyšuje organizmus úroveň makroautofágie, aby mohol rozkladom menej používaných proteínov získať potrebné zdroje. Tento stres môže mať množstvo príčin - napríklad vysoká či nízka teplota, fyzická záťaž, či obmedzenie prijímania potravy.

S vekom klesá aktivita tohto procesu - je k dispozícii menej proteínov a ďalších štruktúr, ktoré autofágiu vykonávajú. Znížená úroveň makroautofágie vedie k tomu, že nie všetky prebytočné štruktúry môžu byť spracované, a vedie k vzniku radu chorôb súvisiacich so starobou.

Chronický zápal

Zápal je schopnosť reakcie živých organizmov na rôzne poškodenia. V mieste poškodenia začne telo vylučovať chemické látky, ktoré prilákajú z krvi fagocytálne bunky. Tie potom začnú pohlcovať patogény a zvyšky buniek. Nasleduje uzdravenie tkaniva, ktoré urýchľuje mierne zvýšená teplota.

Zápaly rozdeľujeme podľa dĺžky trvania na akútne - najdlhšie dva týždne, odznejú bez následkov a chronické - trvajú dlhšie ako šesť týždňov.

Počas starnutia dochádza k významným zmenám vo fungovaní imunitného systému. Adaptívna imunitná odpoveď stráca na efektivite, pretože so starnutím dochádza k znižovaniu počtu lymfocytov a väčšiu úlohu zohrávajú pamäťové T-lymfocyty na úkor nových (naivných) T-lymfocytov.

Zatiaľ čo efektivita adaptívnej imunity klesá, prirodzená imunita sa stáva aktívnejšou. S vekom dochádza k vyššej produkcii zápalových cytokínov . Produkcia týchto cytokínov spôsobuje chronickú aktiváciu buniek prirodzenej imunity a tým pádom aj vznik chronického zápalu v starobe. Tento jav dostal meno inflammaging . Inflammaging je charakterizovaný ako mierny, chronický a asymptomatický zápal, ku ktorému dochádza pri absencii infekcie a ktorý je stimulovaný predovšetkým molekulami vlastných buniek.

Toto chronické zápalové prostredie má škodlivý vplyv na zdravotný stav a prispieva k biologickému starnutiu. Inflammaging tiež môže urýchliť nástup a zhoršiť priebeh mnohých chorôb súvisiacich so starobou.  

Chcete rozumieť starnutiu viac?

Prečítajte si knihu Koniec starnutia.

Zdroje

Nakupujte príbeh