Proces starzenia się naszych organizmów jest niezmiernie ciekawy, lecz niestety nie jest jeszcze w pełni zbadany. Ilość procesów i wzajemnych zależności, które zachodzą w naszych organizmach jest tak wielka, że nie potrafimy tego jednoznacznie wytłumaczyć i przewidzieć procesu starzenia jednostkowego. Co za tym idzie, nie potrafimy jednoznacznie odpowiedzieć, dlaczego się starzejemy.
Na przestrzeni lat wielu wybitnych naukowców podejmowało się wytłumaczeniem nam, dlaczego się starzejemy. Jednak do dnia dzisiejszego żadna z tych teorii nie została w pełni potwierdzona i zaakceptowana, jednak poznanie najpopularniejszych może pomóc nam zrozumienie tego procesu.
Możemy je podzielić na dwa nurty. Ontogenezę, która skupia się na wyjaśnianiu procesów zachodzących w naszych organizmach oraz filogenezę, która bada starzenie to z punktu widzenia ewolucji i współzależności pomiędzy organizmami.
Filogenetyczne teorie starzenia
Filogeneza rozpatruje teorie starzenia pod kątem ewolucji, biorąc pod uwagę wiele czynników. Między innymi to, czy długość naszego życia jest z góry określona?
Na początku XX wieku średnia życia ludzi wynosiła 40-50 lat. Według danych WHO z 2021 roku obecnie wynosi ona 73 lata. Wpływ na to miało wiele czynników związanych z postępem nauki i medycyny oraz upowszechnieniem opieki medycznej, rozwojem społeczeństwa, poprawą higieny i diety. Możemy tu zadać pytanie – czy w takim razie 73 lata to nasz limit, czy może dożyjemy czasów, gdy będziemy mogli przeżyć spokojnie sto a może nawet dwieście lat?
Na świecie znajduje się wiele organizmów, które żyją zdecydowanie dłużej niż my. Przykładowo żółwie olbrzymie potrafią przeżyć ponad dwieście pięćdziesiąt lat, rekiny grenlandzkie pięćset a koralowce nawet cztery tysiące. Natomiast prawdziwą ciekawostką są meduzy z gatunku Turritopsis Dohrnii, które teoretycznie są nieśmiertelne. Posiadają one zdolność do rewersyjnego procesu starzenia. Po osiągnięciu dojrzałości seksualnej, ta meduza może wrócić do młodszego stadium swojego rozwoju, co pozwala jej unikać naturalnego procesu starzenia i umierać tylko w wyniku choroby lub drapieżnictwa. Dlaczego tak się dzieje, że niektóre organizmy żyją dłużej niż inne? Odpowiedzi szukamy w historii filogenetycznej tych gatunków. Bada ona ewolucyjne przystosowania, które zachowały się w genetyce długowiecznych gatunków.
W miarę jak zdolności technologiczne pozwalają na bardziej szczegółowe badania genetyczne różnych gatunków, nasza wiedza na temat filogenezy i starzenia się organizmów stale rośnie. Dostęp do genomów różnych gatunków pozwala na identyfikację genów i szlaków metabolicznych związanych z długowiecznością. Czy my również kiedyś moglibyśmy zapanować nad naszymi procesami starzenia i osiągnąć nieśmiertelność? To właśnie jedno z pytań, nad którymi głowią się filogenetycy. Do głównych teorii filogenetycznych zaliczamy teorie Weismanna o korzystnej roli starzenia się organizmów, teorię Medawara o gromadzeniu się mutacji, teorię antagonistycznej plejotropii Williamsa oraz ciała jednorazowego użytku Kirkwooda.
Teoria antagonistycznej plejotropii Williamsa
Jest to nie tylko jedna z głównych, ale również najciekawsza z teorii filogenetycznych. Zapoczątkował ją George C. Williamsa w latach 50. XX wieku. Mówi o tym, że choć nasze organizmy są zoptymalizowane ewolucyjnie, to ich genetyczne podstawy mają swoje ograniczenia. Zakłada, że geny, które przynoszą korzyści organizmowi w młodym wieku, mogą przyczynić się do negatywnych efektów w późniejszym życiu, prowadząc do starzenia się i zwiększonej podatności na różne choroby. To zjawisko może być związane z różnymi aspektami biologii, takimi jak odporność, metabolizm czy mechanizmy naprawy komórek.
Przykładem może być gen kontrolujący szybkość metabolizmu. W młodym wieku szybki metabolizm może przyczynić się do energii i aktywności fizycznej, ale w późniejszym wieku może być związany z większym ryzykiem chorób serca czy otyłości. Innym przykładem są geny związane z układem odpornościowym, które mogą przyczynić się do silnej odporności w młodości, ale w późniejszym wieku prowadzić do przewlekłego stanu zapalnego i zwiększonej podatności na choroby autoimmunologiczne.
W kontekście ewolucji, teoria antagonistycznej plejotropii może być rozumiana jako wynik kompromisu ewolucyjnego. Geny, które przynoszą korzyści w młodym wieku, są często poddawane pozytywnej selekcji naturalnej. Jednakże, ze względu na to, że większość organizmów umiera przed osiągnięciem starszego wieku, ewolucja rzadko eliminuje negatywne efekty tych genów w późniejszym życiu.
Teoria o korzystnej roli starzenia się organizmów Weismanna
August Weismann to XIX wieczny niemiecki biolog, który skupił się na korzystnej roli procesów starzenia się organizmów w kontekście ewolucji. Pomimo że intuicyjnie postrzegamy starzenie się jako niekorzystny proces, autor sugeruje, że starzenie może pełnić istotną rolę w ewolucji organizmów, przyczyniając się do ich przystosowania i przetrwania w zmiennym środowisku.
Centralnym założeniem teorii Weismanna jest to, że procesy starzenia się organizmu mogą eliminować jednostki zdegenerowane lub osłabione, sprzyjając przetrwaniu silniejszych i bardziej przystosowanych osobników w populacji. Weismann argumentował, że starzenie się może działać jako mechanizm oczyszczania populacji z mutacyjnych błędów genetycznych, zwiększając tym samym zdolność przetrwania i przystosowania organizmów.
Autor uznawał starzenie się za rodzaj „filtracji ewolucyjnej”, eliminujący jednostki, które nie są wystarczająco przystosowane do środowiska. Poprzez eliminację osłabionych osobników, procesy starzenia się mogą przyczynić się do utrzymania i wzmacniania cech przystosowawczych w populacji, podnosząc jej ogólną zdolność do przetrwania.
Z perspektywy ewolucyjnej, starzenie się może działać jako mechanizm, który zwiększa różnorodność genetyczną populacji poprzez eliminację jednostek z mutacjami niekorzystnymi dla przystosowania. Jednocześnie, procesy starzenia się pozwalają populacji na adaptację do zmieniających się warunków środowiskowych, umożliwiając ewolucję nowych strategii przetrwania.
Teoria gromadzenia mutacji Medawara
Teoria ta koncentruje się na procesie akumulacji szkodliwych mutacji genetycznych. Przedstawiona została przez biologa Petera Medawara w latach 50 XX wieku. Jej centralnym założeniem jest to, że naturalna selekcja działa głównie na geny kontrolujące rozwój i funkcje organizmu w młodym wieku. W miarę starzenia się, procesy selekcji naturalnej stają się mniej efektywne, co pozwala na gromadzenie się szkodliwych mutacji. W rezultacie, osobniki w starszym wieku stanowią zasoby dla mutacji, które w młodości miałyby wpływ na zdolność przetrwania.
Proces akumulacji mutacji związanych ze starzeniem się może być spowodowany różnymi czynnikami, takimi jak osłabienie mechanizmów naprawy DNA, zwiększone narażenie na czynniki środowiskowe i degradacja struktur komórkowych z wiekiem. Te mutacje mogą prowadzić do zaburzeń w procesach metabolicznych, uszkodzeń tkanek i narządów, co ostatecznie przyczynia się do procesów starzenia się oraz zwiększa podatność na różne choroby.
Teoria ciała jednorazowego użytku Kirkwooda
Thomas Kirkwood argumentuje, że procesy starzenia się są konsekwencją ewolucyjnych ograniczeń, które występują w związku z reprodukcyjnym sukcesem. Oparł on swoją teorię na zasadzie dyspozycji na równowagę ewolucyjną (Disposable Soma Theory), która zakłada, że organizmy inwestują zasoby przede wszystkim w reprodukcję, a nie w długowieczność. Poziom inwestycji w utrzymanie i naprawę ciała maleje w miarę starzenia się, co prowadzi do gromadzenia się uszkodzeń i w konsekwencji do procesów starzenia.
Badania nad telomerami, strukturami znajdującymi się na końcach chromosomów, stały się centralnym punktem dla teorii Kirkwooda. Skrócenie telomerów jest związane z procesem starzenia się komórek. Podobnie, uszkodzenia komórek, wynikające z czynników zewnętrznych i wewnętrznych, prowadzą do akumulacji defektów w organizmach.
Ontogenetyczne teorie starzenia
Biologiczne teorie zwane również ontogenetycznymi skupiają się na procesach, zachodzących w naszych organizmach od narodzin do zgonu. Według definicji ontogeneza to złożony proces rozwoju jednostki, który zaczyna się od momentu poczęcia a kończy na osiągnięciu pełnej dojrzałości i obejmuje procesy od różnicowania komórek, tworzenia narządów, wzrostu, rozwoju struktury ciała i układu nerwowego po apoptozę, czyli śmierć komórkową.
Zrozumienie tych procesów starzenia może otworzyć drzwi do nowych terapii przeciwdziałania starzeniu się. Manipulowanie mechanizmami ontogenezy, takimi jak kontrola różnicowania komórek czy regulacja ekspresji genów, może prowadzić do nowych strategii terapeutycznych. Odkrycia te mogą pomóc w rozwinięciu terapii genowej, regeneracyjnej i innych innowacyjnych podejść, które mają na celu spowolnienie procesów starzenia się.
Spośród najważniejszych ontogenetycznych teorii starzenia wyróżniamy teorię wolnorodnikowo – mitochondrialną, immunologiczną, SENS oraz hiperfunkcji i hipertrofii.
Teoria Wolnorodnikowo-Mitochondrialna (ROS-MT)
Skupia się na roli mitochondriów, czyli małych organelli komórkowych, w procesie starzenia się organizmu. Mitochondria zwane są potocznie elektrowniami komórkowymi, odpowiedzialne są za produkcję energii w postaci ATP poprzez proces oddychania komórkowego. Jednak w trakcie tego procesu powstają wolne rodniki (ROS), takie jak nadtlenek wodoru i ponadtlenki, które mogą uszkadzać białka, lipidy i DNA komórkowe. Uszkodzenia te mogą gromadzić się w komórkach i prowadzić do starzenia się tkanek i narządów.
Wolne rodniki to cząsteczki zawierające nieparzystą liczbę elektronów, co czyni je bardzo reaktywnymi. Nasz organizm posiada możliwości ich utylizacji, jednak tylko do pewnego poziomu. W nadmiarze mogą one uszkadzać komórki i prowadzić do procesów zwyrodnieniowych.
W procesie starzenia dochodzi do narastającego uszkodzenia mitochondrialnego, które prowadzi do wzrostu produkcji reaktywnych form tlenu (ROS) oraz zmniejszenia efektywności procesów energetycznych. Uszkodzone mitochondria są mniej efektywne w produkcji ATP i jednocześnie generują większe ilości ROS, które są toksyczne dla komórki. W rezultacie komórki starzejącego się organizmu są narażone na zwiększone stresory oksydacyjne i mają ograniczone źródła energii, co prowadzi do upośledzenia ich funkcji.
Jednym z głównych czynników przyspieszających uszkodzenia mitochondrialne jest akumulacja mutacji w mitochondrialnym DNA. Mutacje te są wynikiem ekspozycji na czynniki środowiskowe oraz działanie wolnych rodników. Uszkodzenia mitochondrialne prowadzą do destabilizacji struktury komórkowej oraz zaburzeń w przekazywaniu sygnałów komórkowych, co może mieć wpływ na funkcje różnych tkanek i narządów.
Ponadto, dysfunkcje mitochondrialne mają istotny wpływ na procesy autofagii, które są kluczowymi mechanizmami naprawy i usuwania uszkodzonych organelli komórkowych. Autofagia mitochondrialna, znana również jako mitofagia, jest procesem selektywnego usuwania uszkodzonych mitochondriów przez lizosomy. Zaburzenia w tym procesie prowadzą do gromadzenia się uszkodzonych mitochondriów w komórkach, co dalszym ciągiem przyspiesza proces starzenia się.
Immunologiczna teoria starzenia
Teoria ta koncentruje się na zmianach zachodzących w układzie odpornościowym w miarę starzenia się oraz ich wpływie na zdolność organizmu do zwalczania infekcji i utrzymania zdrowia. Kluczowym elementem immunologicznej teorii starzenia jest pojęcie immunosenescencji, czyli stopniowej degradacji funkcji układu odpornościowego wraz z wiekiem. W miarę starzenia się organizmu, zachodzą różnego rodzaju zmiany w układzie odpornościowym, które wpływają na jego skuteczność w zwalczaniu infekcji. Zaliczamy do nich zmniejszoną produkcję limfocytów T i B, zmniejszenie różnorodności receptorów, zmniejszenie aktywności komórek NK oraz zwiększenie aktywności zapalnej.
W miarę starzenia się organizmu produkcja nowych komórek immunologicznych, zwłaszcza limfocytów, może maleć. Komórki macierzyste, które są kluczowe dla regeneracji układu odpornościowego, tracą swoją efektywność wytwarzania nowych komórek. To ograniczenie zdolności organizmu do odnowy komórek immunologicznych może prowadzić do osłabienia układu odpornościowego.
Zmienia się także różnorodność receptorów na powierzchni limfocytów, co ogranicza zdolność układu odpornościowego do rozpoznawania różnych patogenów. Ponadto aktywność komórek immunologicznych, takich jak komórki NK (natural killer), może być osłabiona, co wpływa na zdolność organizmu do zwalczania komórek nowotworowych i zakaźnych.
Immunologiczna Teoria Starzenia jest także powiązana z wieloma chorobami związanymi z wiekiem, takimi jak nowotwory, choroby autoimmunologiczne i infekcje przewlekłe. Osłabienie układu odpornościowego może sprawić, że organizm jest bardziej podatny na te choroby.
Teoria SENS Aubreya de Greya
Jest to jedna z ciekawszych teorii ontogenetycznych. Tradycyjnie, procesy starzenia były uważane za nieuchronne i nieodwracalne. Teoria SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence), opracowana przez Dr. Aubreya de Greya, odwraca ten paradygmat, zakładając, że wiele aspektów starzenia się organizmu jest podatnych na interwencję i naprawę. SENS identyfikuje główne obszary, które przyspieszają proces starzenia się, takie jak akumulacja uszkodzeń komórek oraz tkanek i proponuje nowatorskie strategie technologiczne, aby je zwalczyć. Jej założeniem jest nie tylko zwiększenie długości życia, ale przede wszystkim poprawa jakości życia w późniejszym wieku poprzez rewolucyjne podejście inżynieryjne.
Głównym celem tej teorii jest przeciwdziałanie siedmiu kategoriom uszkodzeń molekularnych, które gromadzą się w organizmach w miarę starzenia się. Pierwsza to nagromadzenie mutacji w jądrze komórkowym, czyli uszkodzenia w DNA jądra komórkowego, co prowadzi do wielu chorób i procesów starzenia. Druga kategoria to uszkodzenia w DNA mitochondriów, które obniżają ich funkcję i generują wolne rodniki. Trzecia kategoria to akumulacja szkód w białkach i strukturze komórkowej, co prowadzi do utraty funkcji komórek i tkanek. Czwarta kategoria to nagromadzenie szkodliwych produktów ubocznych, jak zaawansowane glikacje końcowe (AGEs), które uszkadzają komórki i tkanki. Piąta to zmiany wewnątrzkomórkowej komunikacji, które prowadzą do zaburzeń w funkcjonowaniu organizmu. Szósta kategoria obejmuje zbyt małą ilość lub nadmiar komórek, co również jest istotne dla zdrowego procesu starzenia się. Ostatnia, siódma kategoria to zniszczenia komórek macierzystych, co wpływa na zdolność organizmu do samoregeneracji.
Co najciekawsze w teorii SENS jest to, że równolegle z identyfikowaniem problemów skupia się ona również na opracowywaniu strategii naprawczych. Pierwsza z nich to inżynieria genetyczna. Polega ona na naprawianiu lub zastępowaniu uszkodzonych genów. Dzięki tej technologii możemy eliminować błędy genetyczne, które przyspieszają proces starzenia się i zwiększają ryzyko rozwoju chorób.
Drugą strategią jest terapia enzymatyczna, która polega na wykorzystaniu enzymów do usuwania szkodliwych produktów ubocznych, które gromadzą się w organizmach w miarę starzenia się. Usuwanie tych substancji może zapobiec uszkodzeniom tkanek i narządów.
Nanotechnologia to kolejna obiecująca strategia. Wykorzystując nanoroboty, możemy naprawiać komórki i tkanki na poziomie molekularnym. Te miniaturowe maszyny mogą przeprowadzać precyzyjne operacje na komórkach, przywracając im młodość.
Terapia komórkowa to również kluczowa strategia SENS. Polega na wprowadzeniu zdrowych komórek lub komórek macierzystych w miejsce uszkodzonych. To pozwala na regenerację tkanek i narządów oraz zapobiega ich degradacji.
Immunoterapie to kolejny obszar badań. Poprzez wzmacnianie naszego układu odpornościowego możemy bardziej efektywnie zwalczać komórki nowotworowe i zakażenia, które często towarzyszą procesowi starzenia się.
Regulacja wielkości komórek to strategia polegająca na kontrolowaniu procesu dzielenia i umierania komórek. Dzięki temu możemy zapobiec nadmiernemu ich wzrostowi.
Ostatnia z strategii to aktualizacje komórek macierzystych. Poprzez przywrócenie komórkom macierzystym ich zdolności do regeneracji, możemy przyspieszyć procesy naprawcze w organizmach.
Teorie hiperfunkcji i hipertrofii.
Skupiają się na złożonych procesach, które regulują wzrost oraz funkcjonowanie komórek w organizmach wielokomórkowych. W ramach tych teorii badacze analizują zarówno nadmierne funkcjonowanie komórek – hiperfunkcję, jak i ich nadmierne powiększanie się, czyli hipertrofię.
Podczas starzenia się komórki ulegają hipertrofii, czyli zwiększeniu swojej objętości. Proces ten występuje w wielu narządach, w tym w sercu, mięśniach szkieletowych i nerkach. Jest on ściśle regulowany przez szereg sygnałów molekularnych takich jak szlaki kinaz, czynniki wzrostu oraz reakcje na mechaniczne obciążenia. Wzrost komórek jest związany z nadmiernym obciążeniem, przewlekłym stanem zapalnym oraz zmianami hormonalnymi. Hipertrofia komórek może prowadzić do utraty ich funkcji oraz zaburzeń w prawidłowym działaniu tkanek.
Hiperfunkcja komórek obejmuje nadmierną aktywność metaboliczną, syntezę białek czy procesy wydzielnicze. Komórki stają się nadmiernie aktywne w odpowiedzi na bodźce zewnętrzne lub wewnętrzne, prowadząc do wzmożonej produkcji czynników wzrostu, cytokin i enzymów. Ten proces jest kluczowy dla reakcji immunologicznych oraz naprawy tkanek, ale w przypadku nadmiernego nasilenia może prowadzić do procesów patologicznych, włączając w to przewlekłe stany zapalne czy choroby autoimmunologiczne. Hiperfunkcja komórek układu immunologicznego jest często obserwowana u osób starszych. Komórki immunologiczne stają się nadmiernie aktywne, co prowadzi do przewlekłego stanu zapalnego. Ta nadmierna aktywność może prowadzić do uszkodzeń tkanek oraz przyczyniać się do rozwoju chorób przewlekłych, takich jak miażdżyca czy cukrzyca.
W kontekście starzenia się układu nerwowego, hiperfunkcja i hipertrofia komórek neuronowych odgrywają kluczową rolę w procesach neurodegeneracyjnych. Nadmierna aktywność neuronalna może prowadzić do stresu oksydacyjnego i uszkodzeń komórek, co przyczynia się do rozwoju chorób neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Alzheimera czy choroba Parkinsona.
Wszystkie czynniki degradujące, które omawiałem w powyższym artykule związane są z nieodpowiednim stylem życia a styl życia można poprawić. Na nasz dobrostan głównie, bo aż w 70 – 80% wpływają czynniki epigenetyczne – środowiskowe. Zaliczamy do nich dietę, aktywność fizyczną, post, wodę, tlen, emocje i sen. Wpływ naszych genów oczywiście jest istotny, ale drugorzędny. Nasze geny są matrycą. To od nas zależy, jak je wykorzystamy. Ten temat będę szczegółowo poruszać w kolejnych artykułach z tej serii.
W prowadzonym przeze mnie ośrodku Waldtour zajmujemy się kompleksową edukacją i profilaktyką, która ma na celu zmianę naszego stylu życia i poprawę dobrostanu. Oferujemy wczasy zdrowotne, których podstawą jest post warzywno-owocowy doktor Dąbrowskiej, czyli jedna z najskuteczniejszych kuracji normalizująco – oczyszczający organizm. Nasz program wpływa na wszystkie omówione czynniki epigenetyczne. Zapewniamy naszym kuracjuszom aktywność fizyczną, odpoczynek na łonie przyrody, kąpiele leśne, saunowanie, morsowanie, masaże, wieczorki taneczne, zabiegi upiększające i co najważniejsze – edukację prozdrowotną. Pokazujemy i uczymy, jak zmienić swój styl życia na taki, który daje możliwość długiego i zdrowego życia.