środa, 11 maja 2016

Dlaczego się starzejemy?

dlaczego się starzejemyWiele osób chciałoby żyć dłużej, niż wynosi średnia krajowa czy średnia Unii Europejskiej. Niektórzy zabierają się do tego zdecydowanie od złej strony (na przykład jedząc czekoladę w przeświadczeniu, że zawarte w niej przeciwutleniacze uchronią przed starością, ignorując patologiczny nadmiar objętości tkanki tłuszczowej), inni dobrze kombinują, przechodząc na diety o obniżonej zawartości mięs czy wręcz całkowicie z nich rezygnując. Żeby jednak znaleźć niewątpliwie skuteczny sposób, należy najpierw dowiedzieć się czym właściwie jest starzenie się organizmu. Co to zjawisko powoduje, molekularnie, jak i w skali ewolucyjnej. Wtedy dopiero można zastanawiać się, jak temu przeciwdziałać i czy w ogóle jest to możliwe.


Starzenie

Czym właściwie jest starość? Należy odróżnić śmierć ze starości od śmierci na skutek choroby. Przykładowy stulatek może wypaść z obiegu przez pojawienie się infekcji, bo jego układ odpornościowy nie był już w stanie sobie z nią poradzić. Ale jak długo żyłby, gdyby miał idealne warunki? Gdyby nie był narażony na choroby zakaźne, upadki itp.? Na ile pozwoliłoby mu jego własne DNA, jego komórki, jego metabolizm? To jest właśnie prawdziwa śmierć ze starości. My jednak odporność na te czy inne problemy zdrowotne traktujemy również jako zdrowie, lepszą kondycję, wolniejsze starzenie się, bez rozróżnienia. I nie zagłębiając się w biochemię, genetykę czy ewolucję oraz częściowo w medycynę, nie ma w tym niczego niewłaściwego. Z tego też powodu warto odróżniać znaczenia pojęcia nieśmiertelności – to bardziej realistyczne, czyli zaprzestanie starzenia się naszego DNA i komórek – od fantastycznego, gdzie żadna broń atomowa nie jest w stanie zabić domniemanego, nieśmiertelnego „szczęśliwca”.


Wolne rodniki

wolne rodniki
Przyczyn starzenia się organizmu można wyróżnić kilka. Zajmiemy się tymi najbardziej bezpośrednimi, bo rzecz nie w tym, by wymieniać palenie papierosów, opalanie, stres czy złe odżywianie, lecz wyjaśnić co te czy inne sytuacje powodują, a co sprawia, że się starzejemy. Największą popularnością cieszy się pogląd, według którego to wolne rodniki odpowiadają za procesy starzenia się. Termin ten (wolne rodniki) można rozumieć w różny sposób: zarówno jako cząsteczki o niesparowanym elektronie oraz jako cząsteczki prowadzące do powstawania tych powyższych i z nimi włącznie. Takie wyjaśnienie nadal jest mało precyzyjne jeśli mówimy o szkodliwości wolnych rodników, bo wiele z nich jest mało reaktywnych, jak choćby wolny rodnik witaminy C (dzięki czemu owa witamina ma działanie, określane jako antyutleniające – ona sama w postaci wolnego rodnika jest mało aktywna chemicznie, dzięki czemu hamuje łańcuch destrukcyjnych, utleniających reakcji). Generalnie za wolne rodniki uznajmy te reaktywne oraz związki, które prowadzą do ich powstania.

Szkodliwość wolnych rodników jest teoretycznie nietrudna do zrozumienia, chociaż wciąż badana eksperymentalnie. Takie chemiczne indywiduum nie mające sparowanego elektronu, odbiera elektron innej cząsteczce, sprawiając, że i ona staje się wolnym rodnikiem, odbiera więc elektron kolejnej cząsteczce i tak to się toczy, dopóki nie połączą się ze sobą dwa rodniki lub dopóki w wyniku takiego łańcuszka nie powstanie mało reaktywny wolny rodnik, jak wspomniany rodnik witaminy C (w cytoplazmie) czy witaminy E (w błonie komórkowej). Jednak takie odbieranie sobie elektronów niszczy błony komórkowe czy DNA. Aktywują się systemy naprawcze, które niestety także mogą zostać uszkodzone, a z wiekiem ich ekspresja może spadać. W związku z tym wolne rodniki wywołują mutacje informacji genetycznej, a nienaprawione błędy kumulują się, z czasem doprowadzając np. do nowotworów przez upośledzenie systemu immunologicznego.

Telomery

Wolne rodniki to nie wszystko. Zauważono, że końcowe sekwencje chromosomów, telomery, także mają coś wspólnego ze starzeniem. Sekwencje telomerowe występują na końcach chromosomów, by zabezpieczać przed uszkodzeniami, zwłaszcza przed zlepianiem się. Eukarionty (w tym my) wywodzą się od prokariontów. Replikacyjna synteza nie potrzebuje u nich pod tym względem zabezpieczeń, bo cząsteczka DNA u bezjądrowców jest zamknięta („okrągła”). Aparat replikacyjny jest w stanie zacząć na „pierwszym” nukleotydzie i skończyć na „ostatnim”, co w układzie otwartym jest dla tego aparatu niemożliwe. Po ewolucyjnych rearanżacjach chromosomów, które są u eukariontów „nitkowate”, niezamknięte, po każdej replikacji, ubywa więc nieco końcowych sekwencji. By zabezpieczyć fragmenty kodujące przed ową utratą, dobór naturalny wymusił powstanie niekodujących telomerów i to właśnie one ulegają nieuniknionemu zanikowi, chroniącemu sekwencje kodujące. Enzym telomeraza dobudowuje skracające się telomery, ale jego ekspresja z wiekiem i zależnie od rodzaju tkanki spada (za to utrzymuje się w komórkach nowotworowych, choć nieśmiertelność wielu ich rodzajów przynajmniej po części jest też efektem niskotlenowego metabolizmu, co pozwala na znaczne ograniczenie powstawania wolnych rodników).

telomery
schemat

Insulina

Efekt starzeniowy przypisuje się także insulinie i insulinopodobnym czynnikom wzrostu (znanych pod skrótem IGF – insuline growth factor). Insulina wydzielana jest przez wyspy beta trzustki, kiedy się najemy i glukoza uwolniona z pokarmu podczas trawienia zostaje wchłonięta i trafia do krwioobiegu. Jest to więc sygnał, że organizm jest w formie, gdyż poradził sobie ze zdobyciem pożywienia. Sygnał ten prawdopodobnie kształtował się ewolucyjnie jako znacznik możliwości przystąpienia do rozrodu, a z hipotezy dyspozycyjnego ciała wynika, że organizm musi równoważyć wydatki na utrzymanie ciała i na rozród. Kiedy zatem dostaje wiadomość, że jest okazja by się rozmnażać, więcej energii poświęcane jest na ekspresję genów ważnych w behawiorze seksualnym itp., co odbywa się kosztem energii przeznaczonej na przykład na syntezę enzymów przeciwutleniających czy białek naprawczych w komórkach somatycznych.

Dlaczego się starzejemy?

Nagromadzenie się mutacji genetycznych na skutek działania wolnych rodników czy nienaprawionych błędów występujących podczas replikacji, a także skrócenie telomerów, powoduje, że organizm wytwarza wadliwe RNA i białka, przez co nie jest w stanie normalnie funkcjonować, bronić się przed infekcjami i dalszymi atakami wolnych rodników oraz zaczyna wytwarzać nowotwory. Komórki popełniają apoptozę (programowaną śmierć) i serce na skutek tego po latach pracy traci sprawność. Wydaje się więc, że nie ma śmierci po prostu ze starości, albo że właśnie to nią jest. Z pewnością wolne rodniki odgrywają ważną rolę w starzeniu, może nawet dominującą. Skracające się telomery to dodatkowy wątek, a ponadto okazać się może, że te geny, które w młodym wieku pomagają przetrwać, w późniejszym okresie życia negatywnie wpływają na żywotność, tym samym dobór naturalny promuje większe szanse na przetrwanie młodości, kosztem długiego życia. Koncepcja ta także ubrana jest w zestaw twierdzeń, w postaci poglądu naukowego, nazywanego hipotezą antagonistycznej plejotropii.

Antyutleniacze

antyutleniacze
Każdy zastanawia się zapewne czy spożywanie dodatkowych ilości przeciwutleniaczy w postaci specjalnych pokarmów czy suplementów ma sens, skoro wolne rodniki zdają się być naszym głównym wrogiem. Odpowiedź nie jest jednoznaczna, a w zasadzie to prawie wcale jej nie ma. Wszystko zależy od stanu danej osoby. Niektórzy mają wzmożoną ekspresję enzymów przeciwutleniających, takich jak dysmutaza ponadtlenkowa czy peroksydaza glutationowa albo oksygenaza hemowa. Poza tym nasze endogenne przeciwutleniacze są na pewno ważniejsze od tych egzogennych, czerpanych z pożywienia, a wzmożone pobieranie tych drugich ma szansę zmniejszyć ekspresję tych pierwszych, co z reguły uznamy za niekorzystne. W związku z tym spożywanie dodatkowych przeciwutleniaczy nie zawsze okaże się być zdrowe. Istnieją publikacje z epidemiologicznych badań, gdzie dowodzono, że występuje korelacja pomiędzy dodatkowym spożywaniem witaminy E czy beta karotenu, a krótszym życiem. Oczywiście korelacja nie oznacza jeszcze przyczynowości.

Na zakończenie, podsumowując, chciałbym podkreślić to w czym tkwi istota problemu – że starzenie się także ewoluowało i zrozumienie tego tematu, a także poszukiwania odpowiedzi na postawione w nim pytania, wymagają odniesienia się do ewolucji biologicznej. Jest to dobry przykład tego, jak ważna może się okazać biologia ewolucyjna w medycynie czy dietetyce. Wątek ten przypomina nam też, że bezmyślne podążanie za modą na przeciwutleniacze niekoniecznie jest słuszne, a bary tlenowe, które zdaje się, że do Polski jeszcze nie przywędrowały, pojawiać się tu nie powinny, a przynajmniej lepiej, aby tak było, w końcu wolne rodniki to efekt działania tlenu, potrzebnego nam do czerpania energii ze związków węgla, ale także powoli nas uśmiercającego. Wracając do pytania - dlaczego się starzejemy - odpowiedzią mało precyzyjną, ale za to prawdziwą będzie stwierdzenie: bo nasze mitochondria, intruzi (albo może zaproszeni goście?) przeprowadzają reakcje oddychania.

Aktualizacja
Powinienem jednak dodać, że istnieją badania, które zrobiły trochę zamieszania w wolno rodnikowej teorii starzenia, gdyż wykazano np. że modyfikowane genetycznie myszy ze zmianami pozwalającymi manipulować poziomem wolnych rodników, nie starzały się szczególnie szybciej. W związku z tym choć wolne rodniki odgrywają swoją rolę w starzeniu się, być może w skali ewolucji nawet kluczową, to sprawa nie jest tak oczywista, jak mogłoby się wydawać. Reaktywne formy tlenu czy azotu mogą pełnić funkcje wtórnych przekaźników i inne, są też wykorzystywane przez np. neutrofile do atakowania bakterii. Sprawa nie jest rozstrzygnięta, ale co istotne, wciąż przypomina, że dziedzina medycyny ewolucyjnej powinna częściej witać na uniwersytetach medycznych, odpowiednich konferencjach i być brana pod uwagę w różnego rodzaju badaniach.

Chcesz wesprzeć rozwój mojego bloga? Możesz to zrobić zostając jego patronem tutaj

Literatura
Bjelakovic, Goran, et al. "Mortality in randomized trials of antioxidant supplements for primary and secondary prevention: systematic review and meta-analysis." Jama (2007): 842-857.
Douglas J. Futuyma. Ewolucja. Wydawnictwo Uniwersytetu Warszawskiego. Warszawa 2008.
Kirkwood, Tom B. "Evolution of ageing." Nature (1977): 301-304.
Nick Lane. Tlen, cząsteczka, która stworzyła świat. Wydawnictwo Prószyński i S-ka. Warszawa.
Robert Murray, Daryl Granner, Victor Rodwell. Biochemia Harpera. Wydawnictwo Lekarskie PZWL. Warszawa 2014.
Winter P., Hickey I., Fletcher H. Krótkie wykłady. Genetyka. Wydawnictwo Naukowe PWN. Warszawa 2013.

11 komentarzy:

  1. A starzejemy się już od urodzenia :))

    OdpowiedzUsuń
    Odpowiedzi
    1. Nie prawda, zaczynamy się starzeć przed 30, wcześniej po prostu lecą nam lata.

      Usuń
  2. a propos wolnych rodnikow od paru lat sa malo popularne jako przyczyna starzenia, jest praca z 2009 o wdzeicznym tytule when an aging theory ages badky o klasycznej teorii wolnorodnikowej, mysz z mutacja w domenie korektorskiej polimerazy gamma starzeje sie bez wzrostu wolnych rodnikow, antoksydanty nie pomagaja w wieku systemach. A cytowana literatura jest stara. Ewa Bartnik

    OdpowiedzUsuń
  3. Myślę, że genetyka ma tutaj znaczenie. Osoby o grubej skórze starzeją się wolniej, te ze skórą cieniutką jak pergamin dużo szybciej. Sposób odżywiania, sen, umiejętność kontrolowania stresu i nasza aktywność fizyczna też nie są bez znaczenia :)

    OdpowiedzUsuń
  4. strażnik bentosu13 maja 2016 14:58

    Cóż, nasi przodkowie przez miliony lat mieli znacznie więcej sposobności do zgonu zanim dopadła ich starość. Ewolucja miała zatem skromny materiał i nikłą presję do eksperymentowania z wydłużaniem życia.

    OdpowiedzUsuń
  5. Fascynujące jest to, iż starzenie naszego organizmu z biegiem lat ewoluowało! Nigdy w ten sposób o tym nie myślałam!

    OdpowiedzUsuń
  6. No proszę a tyle sie mówi o tych przeciwutleniaczach a tu sie okazuje że nie zawsze to klucz do sukcesu

    OdpowiedzUsuń
  7. Oto jest pytanie! Tak na prawdę nie wiele możemy zrobić by temu zapobiec, jedynie troszkę opóźnić lub złagodzić ów proces.

    OdpowiedzUsuń
  8. Każdy starzeje się w różnym tempie, ale jednak sam widzę po ludziach, że największą tendencję do starzenia się mają osoby palące, pijące i spożywające nadwyżkę kalorii, w porównaniu do reszty osób, i obserwowanie takich osób na przestrzeni lat bardzo dużo potrafi pokazać.

    OdpowiedzUsuń