A pubertás elérése után az emlősök szervezete , beleértve az embereket is, az öregedés okozta szerkezeti változások sorozatán megy keresztül . A legtöbb változás valószínűleg a fokozatos szövetdegradáció eredménye . Az öregedés fiziológiájával foglalkozó kutatás célja a folyamat okainak feltárása, és módszerek biztosítása annak lassítására.
Az izmok és szövetek tömegéből álló testtömeg a pubertás elérése után folyamatosan csökken, és extrém idős korban a fiatalkori maximális érték kétharmada. Éppen ellenkezőleg, az életkor előrehaladtával a teljes testtömeg általában növekszik, mivel növekszik a tárolt zsír és víz mennyisége. Az extracelluláris folyadék relatív mennyisége, amely az embrionális és posztnatális fejlődés során csökken, az életkorral nő a felnőttkor során. A megjelenés ellenére minden szövet, még a bőr is több vizet tartalmaz az öregedés miatt. Bár általában az izomtömeg is elveszik, a veszteség mértéke az egyén fizikai aktivitásától függ. Bizonyítékok vannak arra, hogy az életkorral járó izomtömeg-veszteség nagy része a leépülés és az atrófia eredménye , nem pedig az izomrostok elvesztése.
A fő testtömeg csökkenése az anyagcsere-aktivitás csökkenésével jár együtt . A BMR (metabolizmus) a leggyorsabb tömegnövekedés időszakában a legnagyobb, ezt követően a pubertás eléréséig rohamosan csökken, majd a csökkenés lelassul. Patkányokban a lassú hanyatlás időszakában az anyagcsere-aktivitás körülbelül 20 százalékkal csökken három év alatt. A test maghőmérsékletét az alacsonyabb hőtermelés ellenére is állandóan tartják, amit a bőrön keresztüli csökkent véráramlás és a csökkent hőveszteség okoz, ami valamivel alacsonyabb bőrhőmérsékletet eredményez. Az önkéntes fizikai tevékenység, például a keréken való futás mértéke általában csökken az életkorral, de nagymértékben függ az adott állattól.
A gerinces szervezet szerkezeti integritása elsősorban kétféle fehérjerosttól függ – a kollagéntől és az elasztintól . A kollagén, amely a test összes fehérje tömegének csaknem egyharmadát teszi ki, a bőrben , a csontokban és az inakban található . A fibroblaszt sejtek szintézise után a kollagén oldható formában van (tropokollagén). A fokozatosan oldódó kollagén stabil formává polimerizálódik , amely az állat életének nagy részében megmarad a szövetekben. A kollagénszintézis sebessége fiatalkorban magas, és az élet során csökken, így a fonalas és az oldott kollagén koncentrációjának aránya az életkorral növekszik. A fonalas kollagén az életkor előrehaladtával fehérjehálózattá alakul, amely a szemlencse kristályára emlékeztet. Az életkor előrehaladtával a kollagénmolekulák közötti kötések száma növekszik, ami egy kristályos merev szerkezet kialakulásához vezet, ami a testszövetek merevségének általános növekedéséhez vezet.
Az öregedéssel járó másik változás a glükózaminoglikánok (vagy mukopoliszacharidok, amelyek fehérjék és szénhidrátok komplexei) mennyiségének relatív csökkenése , aminek következtében a hexoamin és a kollagén koncentrációjának aránya egy adott ember öregedésének mutatója. egyén vagy személy. E változások fontos következménye a szövetek permeabilitásának csökkenése az oldott tápanyagok, hormonok , növekedési faktorok és antitestek felé .
A kollagén öregedésének üteme az állatok általános metabolikus aktivitásától függ: az alacsony kalóriatartalmú étrenden tartott patkányok kollagénje fiatalabb volt, mint más, azonos korú patkányok.
Az elasztin egy molekula, amely az érfalak rugalmasságáért felelős . Az életkor előrehaladtával az erek rugalmassága csökken, elsősorban a kollagén töredezettsége miatt.
A kollagénmolekulák közötti keresztkötések kémiailag hasonlóak a bőrekben barnulás során keletkező keresztkötésekhez. E hasonlóság miatt javasolták a polimerizációs folyamatokat zavaró vegyszerek alkalmazását az öregedés lassítására. Magas toxicitásuk miatt azonban az ilyen anyagok állatokon történő alkalmazása egyelőre nem lehetséges.
A testszöveteket két csoportra osztják attól függően, hogy megtörténik-e a szöveti sejtmegújulás. Egyes szövetekben a sejtek egyáltalán nem újulnak meg, például az idegekben, a szívizomsejtekben és a vázizomzatban , amelyekben a szervezet növekedésének egy bizonyos szakasza után nem jönnek létre új sejtek (legalábbis emlősökben). Más szövetekben, például a bélhámban és a vérben viszont néhány sejttípus néhány naponként megújul, és akár a rövid életű állatok élettartama során is több százszor kicserélődik. E példák között sok olyan szerv található, mint például a máj , a bőr , az endokrin szervek , ahol a sejtek lassabban, hetekig vagy évekig tartó periódusokkal cserélődnek ki az emberben.
A perifériás idegek kényelmes célpontok a vizsgálathoz, mivel az idegoszlopban lévő rostok teljes száma megszámolható. Ezt a patkányok, macskák és emberek nyaki és mellkasi gerincvelői ideggyökereivel végezték. Az emberi hasi és háti ideggyökerben az idegrostok száma körülbelül 20 százalékkal csökken 30 éves korról 90 évre. Ezzel szemben macskában, patkányban és egérben az adatok nem mutatják a hátsó gyökérrostok számának csökkenését az életkorral. Emberben a szaglóidegrostok száma az életkor előrehaladtával csökken, körülbelül 25 százalékkal születéstől 90 éves korig, körülbelül ugyanannyival, mint a látást biztosító látóidegrostok száma.
A sejtek számának jelentős csökkenése figyelhető meg az életkorral és az élő sejtek számában az emberi agykéregben. A patkány és az emberi kisagy kéreg is nagyon érzékeny az öregedésre. Az agy más részei nem öregszenek annyira.
Az idegrendszer magasabb és újabban fejlett szakaszai az öregedéssel gyorsabban romlanak, mint a régebbi szakaszok, például az agyoszlop és a gerincvelő . Egyelőre nem tudni, hogy a sejtek hány százaléka veszít el az agy öregedése miatt, és hány százaléka egyéb okok, például rossz vérkeringés miatt. Az idegsejtek, neuronok és a központi idegrendszer táplálkozása és karbantartása nagymértékben függ a gliáktól , a neuronokat körülvevő kis sejtektől. E sejtek abszolút száma az életkorral nem csökken jelentősen, de az idősek idegsejtjeiben megfigyelhető mikroszkopikus változások egy része hasonló az éhezés vagy a fizikai kimerültség okozta változásokhoz.
Azt is kimutatták, hogy bizonyos betegségek, például a kanyaró után a vírus az élet hátralévő részében a gazdaszervezetben marad, és néha az agykéreg funkcióinak gyors romlását okozza. Ez a vírus, valamint néhány más kevésbé nyilvánvaló vírus is felelős lehet az emberi öregedés ütemében mutatkozó egyéni különbségekért.
A megújuló szövetek általában osztódási képességet megőrző proliferáló sejtek populációjából és olyan érett sejtek populációjából állnak, amelyek szaporodó sejtekből származnak, és élettartamuk korlátozott. E sejtek termelésének kompenzálnia kell veszteségüket, beleértve a sérülés vagy betegség által okozott váratlan veszteségeket is. Így minden szövetnek van egy vagy több módja a termelés szabályozására az igényeknek megfelelően. Az ilyen szövetek öregedése többféleképpen kifejeződik, különösen a proliferáló sejtek számának csökkenése, a sejtosztódás sebességének csökkenése és a kontrollrendszerek aktivitásának csökkenése. E faktorok változása az egér vérképző szöveteiben kicsi, de szélsőséges körülmények között nagyon egyértelműen megnyilvánul.
Az ép bőr néhány hetente megújítja sejtjeit, és a károsodás hatására átmenetileg megnöveli a sejttermelés sebességét. A sebgyógyulás üteme az életkorral fokozatosan csökken, eleinte gyorsan, majd valamivel lassabban.
Az öregedés egyik legmaradandóbb jele a szem közeli és távoli tárgyakra fókuszálási képességének romlása. Ez a látási alkalmazkodás elvesztése a szem izomzatának gyengülésének és a lencse rugalmasságának csökkenésének az eredménye. Egy másik hozzájáruló tényező az, hogy a lencse az élet során tovább növekszik, bár lassabb ütemben. Ez a növekedés a hámsejtek folyamatos osztódásának eredménye a lencse hagyományos központja közelében, új sejtek jönnek létre, amelyek lencserostokká differenciálódnak. Miután létrehozták, ezek a szálak örökre ugyanazon a helyen maradnak.
A megújulási mechanizmus fontos összetevője az őssejtek . Ezek a sejtek, amelyek általában egész életük során szabadon osztódnak, a megnövekedett kereslet mellett a gyors szaporodás szakaszába lépnek . A vérképző szövet olyan őssejtpopulációt tartalmaz, amely gyorsan reagál a fiatalkori károsodásokra, de aktivitása az életkorral csökken. Az időskori vérszegénység megnövekedett előfordulását és a vérveszteségre adott lassabb reakciót általában a vérképzőszervek őssejtjeinek elfogyásával magyarázzák. Egyes más szervekben nem találtak őssejtpopulációkat, például a bélnyálkahártyában, a sejtosztódás magas aránya ellenére.
Az életkorral és a szövetek morfológiájában jelentős változások következnek be. Például gyakori a kis fokú szövetsorvadás . A csecsemőmirigy méretének legszembetűnőbb csökkenése, különös tekintettel az immunvédelemben betöltött szerepére . A sejtszövet térfogatának fokozatos csökkenése és zsír- vagy kötőszövettel való helyettesítése a legjelentősebb a csontvelőben és a bőrben . A teljes szekréciós struktúrák ( nefronok ) elvesznek a vesékben . A hasnyálmirigy , a pajzsmirigy és néhány más szerv kiválasztó sejtjeinek száma is csökken.
Az öregedés során fontos változás a pigmentek és az inert, esetleg káros anyagok felhalmozódása a sejtek között. A lipofuscin pigment a szívizomsejtek határain belül halmozódik fel – általában a születés után 10 évig hiányzik , de mennyisége 90 éves korban a sejttérfogat közel 3 százalékára nő . Egy amiloid anyag, egy fehérje-szénhidrát komplex , középkorban felhalmozódik a szövetekben, valószínűleg autoimmun reakciók terméke . Az amiloid betegség extrém esetben , ami egy ritka autoimmun betegség , egyes szerveket ténylegesen elnyom az amiloid anyag. Kis mennyiségű fém is felhalmozódik a különböző szövetekben az életkor előrehaladtával, és bár ez a mennyiség kicsi, egyes fémek megmérgezhetik az enzimrendszereket , stimulálhatják a mutációkat vagy rákot okozhatnak .
Számos emlős szövetből származó sejt in vitro (testen kívül) termeszthető korlátozott laboratóriumi ellenőrzés mellett. Számos rákos sejtvonalat tenyésztettek folyamatos tenyészetben hosszú évtizedek óta. A szövettenyésztési technológia fejlesztésének korai szakaszában azt állították, hogy bizonyos csirkesejteket ( fibroblasztokat ) 20 évig tartottak tenyészetben. Ez ahhoz az elképzeléshez vezetett, hogy a folyamatosan osztódó sejtek potenciálisan halhatatlanok, és az öregedés tanulmányozása iránti érdeklődés a differenciált (felnőtt) sejtekre összpontosult. A fibroblasztok populációjának ( klónjának ) van egy egészséges növekedési periódusa, amely alatt a tenyészet több tízszeres „hasadható” (vagyis a sejtek több tíz osztódáson mennek keresztül). Körülbelül az 50. osztódás után azonban a tenyészetek a gyors lebomlás fázisába lépnek és elpusztulnak. Alkalmanként a sejtek kromoszómái fogékonyak lesznek olyan mutációkra , amelyek lehetővé teszik a sejtek korlátlan növekedését, és olyan szubpopulációt hoznak létre, amely az 50. hasításon túl is tovább növekszik. Ez sokkal gyakrabban fordul elő egérsejtekben, mint emberi sejtekben. Az ilyen mutációk általában kromoszóma-átrendeződéseket vagy kromoszómák számának változását eredményezik.
Ma már ismert, hogy a normális kromoszómakészlettel rendelkező osztódó emlőssejtek korlátozott növekedési potenciállal rendelkeznek, és hogy a rákos és transzformált sejtek korlátlan növekedési kapacitása egy növekedést korlátozó faktor elvesztésének eredménye. Molekuláris szinten a DNS - replikáció során a polimeráz nem képes lemásolni a kromoszómák végeit. Ennek a korlátozásnak a elkerülése érdekében a kromoszómák - telomerek - végein több RNS -ismétlődés található , amelyek éppen ellenkezőleg, a szomatikus sejtekben minden osztódás során csökkennek. A telomerek teljes eltűnése után a sejtben beindul az apoptózis , a programozott halál programja. Az ős- és csírasejtekben megtalálható a telomeráz enzim , amely folyamatosan pótolja a telomereket, és éppen a mutációk aktiválják a telomerázt, vagy olyan mutációk, amelyek megzavarják az apoptózis programot, és „halhatatlan” sejtek kialakulásához vezetnek.
Az öregedő sejtek korlátozott osztódási potenciálja valószínűleg összefüggésbe hozható a fibroblaszt turnover ütemének csökkenésével és az életkorral lassabb sebgyógyulással.
Az emlősök öregedésének másik aspektusa bizonyos szervek elhasználódása, amelyek nem pótolhatók. Az egyik ilyen rendszer a rágókészülék, különösen az állkapcsok és a fogak . A fogak kopási sebességének alkalmazkodása nagyon fontos az állatoknál, különösen a növényevőknél . Ilyen adaptáció például a fogak felső koronája (hipsodontia), a nagyobb felület és a hosszabb fognövekedési időszak. A fogak kopása életkorlátozó lehet az állatok számára, ahogy az elefántok esetében is előfordul , de a legtöbb esetben ez nem alapvető túlélési jellemző. Ugyanez vonatkozik más külső kopó szervekre is, mint például a szarvra vagy a szemlencsére . A belső szervek, például az ízületi porcok kopása azonban gyakrabban vezet az állatok túlélési képességének csökkenéséhez.
Az öregedés során erősen megszenvedő fontos szervezeti rendszer az immunrendszer , melynek egy része, a csecsemőmirigy -függő alrendszer a szervezetbe bekerülő mikrobák és magának a szervezetnek bizonyos egészségtelen sejtjei elleni védekezésre specializálódott , amelyek a változások következtében átjutnak a szervezetbe. már nem ismerik fel a test részeként, ami autoimmun reakciókhoz vezet. Így az immunrendszer részt vesz a szervezet rák elleni védelmében . Számít,[ kitől? ] , hogy a rákos daganatok egyetlen sejt eredménye[ tisztázza ] , amelyek akár genetikai mutáció eredményeként, akár egy látens (alvó) vírus aktiválódása következtében átalakulhatnak (bár vannak más elméletek is a rák eredetéről). Ez a csecsemőmirigy-függő immunalrendszer, amely hozzájárul a rák kialakulásának leállításához.
Ismeretes például, hogy az immunszuppressziós eljárások , amelyeket általában szervátültetés során végeznek , gyakran a daganatok számának növekedéséhez vezetnek. A csecsemőmirigy-dependens alrendszer közvetlenül előidézheti az időskori autoimmun betegséget, amelyben az immunrendszer elkezdi idegennek érzékelni a normál testszöveteket, és elkezd antitesteket termelni ellene. Úgy gondolják, hogy ennek a betegségnek az első lépése az immunrendszer egyik sejtjében bekövetkező szomatikus mutáció.
Az immunrendszer szerepe az öregedésben tehát elég fontos ahhoz, hogy a múltban több olyan immunelmélethez is vezetett az öregedésről, amelyek az összes öregedési jelenséget az immunrendszer mutációival próbálták megmagyarázni.
A keringési rendszerben végbemenő változások az emlősfajoktól függenek, de az emberben nagyon hangsúlyosak. A keringési rendszer fő fiziológiai változásai a szívizom, különösen a bal kamra sorvadása, a szívbillentyűk meszesedése, az erek rugalmasságának elvesztése és az inert anyagok lerakódása az erekben ( atherosclerosis ). Ennek következménye a véráramlás csökkenése és a vérigény átmeneti változásaira adott lassabb reakció, ami csökkent oxigénellátást , csökkent vese- és májműködést , valamint a szervezet sejtjeinek tápanyagellátásának általános csökkenését eredményezi .
A pszichológiai és neurofiziológiai képességek elvesztése az életkorral kétségtelenül nagyrészt az idegsejtek elvesztésének következménye , de az élő sejtek anyagcsere-folyamatainak változásai is szerepet játszanak ebben a folyamatban. A szem sötétséghez való alkalmazkodási képessége (azaz az érzékenység növekedése alacsony fényviszonyok mellett) az életkorral csökken, de ennek a csökkenésnek egy része helyreállítható tiszta oxigén belélegzésével. Ismeretes, hogy az idősek szellemi képességeit is javítja az oxigén belélegzése. Az emlékezethez kapcsolódó idegi kapcsolatok kialakítása fehérjeszintézist igényel , így az életkor előrehaladtával csökkenő oxigénfogyasztás miatt a fehérjeszintézis csökkenése fontos tényező lehet az idősek memóriájának és tanulási képességeinek romlásában.
Az endokrin öregedés közös jellemzője a hormontermelés csökkenése. Azt azonban még nem tudni, hogy mely folyamatok felelősek ezért a csökkenésért. E változások eredményeként csökkennek a szervezet tartalékai, a környezeti változásokra való érzékenység, a stressz és a kémiai toxicitás.
Ahogy öregszünk , a csontok fokozatosan elveszítik a kalciumot , és kevésbé erősek. Ez csontritkuláshoz és csökkent teherbíró képességhez vezethet , növelve a törések esélyét. A csigolyák elvékonyodása a testmagasság csökkenéséhez is vezet. Ezenkívül a csigolyák megkeményednek, ami a teljes gerinc merevségének növekedéséhez és a manőverezőképesség elvesztéséhez vezet.
Az ízületek is változtathatók. Valójában az ízületi gyulladás az időskor gyakori állapota, amelynek két általános formája van: csontritkulás (az ízületi porcok elhasználódása).[ pontosítás ] ) és a rheumatoid arthritis (kötőszöveti betegség). Ezek az állapotok ronthatják a test mozgékonyságát és napi tevékenységeit.