Novecošanās: bioloģiskie mehānismi, cēloņi un sekas

Novecošanās (jeb senescence) ir progresējošas izmaiņas, kas laika gaitā notiek cilvēka organismā un palielina slimību un nāves risku. Tas nav viena slimība, bet komplekss, daudzfaktoru process, kas ietver gan fizioloģiskas, gan psiholoģiskas pārmaiņas — piemēram, muskuļu masas zudumu, imūnsistēmas vājumu, ādas elastības samazināšanos, kognitīvas spējas mazināšanos un lielāku hronisku slimību (sirds–asinsvadu slimības, cukura diabēts, daži vēži) biežumu.

Senescence ir gan šūnu, gan audu līmeņa process, kas veicina organismā novecošanu. Zinātniskā diskusijā par to, kāpēc dzīvnieki (īpaši cilvēki) noveco, ir vairākas saistītas hipotēzes un teorijas — gan molekulāri mehanismi, gan evolūcijas skaidrojumi, kas papildina viens otru.

Galvenie bioloģiskie mehānismi

Novecošanos vada vairāki savstarpēji saistīti procesi. Starp svarīgākajiem ir:

• DNS bojājumi un replikācijas kļūdas: laika gaitā uzkrājas mutācijas un struktūru bojājumi DNS molekulā, kas var traucēt šūnu darbību un palielināt vēža risku. Šīs izmaiņas var būt gan nejaušas, gan saistītas ar vides faktoriem.
• Telomeru saīsināšanās: katrā šūnu dalīšanās reizē telomēru garums samazinās, un, sasniedzot kritisku līmeni, šūna pārstāj dalīties vai kļūst senescenta.
• Mitohondriju disfunkcija: enerģijas ražošanas orgānelli ar laiku kļūst mazefektīvāki, palielinās reaktīvo skābekļa sugu (oksidatīvā stresa) daudzums, kas bojā šūnu komponentes.
• Proteostāzes zudums: katlakmens — olbaltumu uzkrāšanās vai nepareiza salocīšanās — var traucēt šūnu funkcijas un veicināt slimību attīstību (piem., Alzheimeram raksturīgas amiloidplāksnes).
• Epigenētiskas izmaiņas: DNS metilācija un histonu modifikācijas maina gēnu ekspresiju, kas var novest pie vecumam raksturīgiem gēnu darbības modeļiem. No šīs idejas radās arī epigenētiskie "vecuma pulksteņi" (epigenetic clocks), kas mēra bioloģisko vecumu.
• Šūnu senescence un SASP: daļa šūnu kļūst senescentas — tās vairs nedalās, bet izdala šķīdumus, kas var veicināt iekaisumu un bojāt apkārtējās šūnas (SASP — senescent cell secretory phenotype).
• Reģeneratīvo šūnu izsīšana: reģenerējošo (stem) šūnu skaits un spējas atjaunot audus samazinās, kas pasliktina organisma spēju atjaunoties pēc traumas vai nogurdinājuma.
• Hronisks zems līmeņa iekaisums (inflammaging): ar laiku palielinās hroniska, zema līmeņa iekaisuma aktivitāte, kas saasina audu bojājumus un slimību attīstību.
• Autofagijas un šūnas atkritumu noņemšanas samazināšanās: mazāka spējas likvidēt bojātas struktūras noved pie šūnu disfunkcijas.

Evolūcijas skaidrojumi

Zinātnieki jau ilgstoši skaidro, kāpēc organismi evolūcijas gaitā nav attīstījuši mūžīgu ilgmūžību. Trīs svarīgākās teorijas ir:

• Mutāciju uzkrāšanās teorija (Pīters Medavars): gēnu ietekme, kas izpaužas tikai vēlīnā vecumā pēc vairošanās perioda, nav spēcīgi izslēdzama ar dabisko atlasi, tāpēc ļaudis var mantot bojātas aleles, kuru kaitīgā iedarbība parādās tikai vecumā.
• Antagonistiskā pleiotropija (Džordžs K. Viljamss): dažām gēnu variācijām ir laba ietekme agrīnā dzīves posmā (piemēram, uzlabo reproduktīvo spēju), bet tās var būt kaitīgas vēlāk — dabiskā atlase var favorizēt šādas aleles, ja to agrīnās priekšrocības pārsniedz vēlīnās sekas.
• Disposable soma teorija: evolūcija optimizē enerģijas izlietojumu starp reprodukciju un ķermeņa uzturēšanu; ja izmest resursus uz ilgmūžību kavē reproduktīvās izredzes, dabiska atlase var dot priekšroku īsākam "piemērotam" mūžam.

Savā ziņā novecošanās sākas jau piedzimstot, jo tad šūnu dalīšanās un augšana ir visātrākā, bet laika gaitā daudzas no šīm funkcijām lēnām samazinās. Citiem vārdiem sakot, organismā novecošana kļūst pamanāma tad, kad palielinās nāves iespējamība. Aktuārās tabulas un demogrāfiskie dati parāda nāves risku katrā dzīves posmā; šos datus izmanto arī apdrošināšanas sabiedrības, lai aprēķinātu dzīvības polisi un pensiju likmes. Interesanti, ka nāves risks ir viszemākais jaunībā — meitenēm tas ir apmēram 14 gadu vecumā — un šis periods, iespējams, atspoguļo to laiku cilvēces pagātnē, kas bija nozīmīgākais reproduktīvai funkcijai. Gēns var izpausties dažādos dzīves posmos; jebkurai gēna alēlei, kas traucē vairošanos, ir mazāk iespēju tikt nodotai nākamajām paaudzēm, tāpēc tā laika gaitā tiek izslēgta — tas ir dabiskās atlases mehānisms, kas samazina kaitīgu iedzimtu efektu izplatību, kas mazina auglību.

Tomēr gēniem, kuru negatīvā ietekme parādās tikai vēlīnā dzīvē, dabiskā atlase ir vājāka, tādēļ tie var saglabāties populācijā. Patiesībā mūsu šūnas savā DNS laika gaitā uzkrāj bojājumus — gan nejaušus, gan ražotas no oksidatīva stresa un citiem faktoriem —, kas samazina šūnu funkcionālo spēju. Turklāt noteikti šūnu tipi pieaugušo dzīvē reti vai nekad nedalās; piemēram, skeleta muskuļa šķiedras un lielākā daļa nervu šūnu (neironi) dalīšanos gandrīz nepieredz, tāpēc bojājumu uzkrāšanās šajās šūnās var radīt ilgtermiņa funkciju zudumu. Mēs arī pārmantojam ģenētiskas slimības, kas ietekmē vēlīnākus dzīves posmus — piemēram, Hantingtona horeju — un tas parāda, ka kavētas iedzimtības ietekme ir reāla. Kopējais efekts no kavētas iedzimtības un bojājumu uzkrāšanās — kas var ietvert gan ģenētiku, gan vides faktorus — ir galvenais iemesls, kāpēc novecojam.

Protisti un daži vienkārši vienšūņas organismi vairāk vai mazāk nenoveco tādā izpratnē kā daudzšūnu organismi: tie dalās, un nākamā paaudze bieži sāk "svaiga" stāvoklī bez acīmredzamiem vecumam raksturīgiem ierobežojumiem. Tas liek jautāt: kāpēc arī mūsu dalāmās šūnas uzkrāj bojājumus? Precīza atbilde nav pilnīgi noskaidrota, taču ir vairāki ierosinājumi:

• remonta mehānismi nav perfekti — replikācijas kļūdas un bojājumi var neatgriezeniski uzkrāties;
• oksidatīvais un cits metaboliskais stress izraisīja bojājumus; tas ir blakusefekts enerģijas ražošanai;
• evolūcijas kompromisi — selection darbojas spēcīgāk agrīnajā un reproduktīvajā dzīves posmā nekā vēlāk;
• šūnu komunikācija un vidi ietekmē to spēju atjaunot bojātas šūnas, un ar laiku audu vide var kļūt mazāk labvēlīga remontam.

Sekas un iespējamās iejaukšanās

Novecošanās ietekmē gan indivīda dzīves kvalitāti, gan sabiedrību: pieaug hronisko slimību slogs, palielinās veselības aprūpes izmaksas, samazinās funkcionālā neatkarība un palielinās invaliditātes risks. Taču pētnieki meklē veidus, kā šo procesu palēnināt vai mazināt tā sekas. Svarīgākās pieejas ietver:

• dzīvesveida izmaiņas — regulāras fiziskās aktivitātes, sabalansēts uzturs, smēķēšanas atmešana, ar alkoholu saistītu risku samazināšana un miega uzlabošana;
• nutricionālas intervences — ierobežota kaloriju uzņemšana vai specifiskas diētas, kas demonstrē labvēlīgu ietekmi uz veselību eksperimentālajos modeļos;
• farmakoloģiskas pieejas — pētījumos ir intereze par metformīnu, rapamicīnu, senolītiskām zālēm (kurām mērķis ir noņemt senescentas šūnas) un citiem medikamentiem;
• molekulārās terapijas un reģeneratīvā medicīna — telomerāzes modulācija, šūnu terapijas vai orgānu atjaunošana (liela nozīme pētījumos, bet klīniskajai izmantošanai bieži nepieciešami papildu pierādījumi);
• profilaktiska veselības aprūpe un agrīna slimību diagnostika — samazina komplikāciju risku un uzlabo dzīves kvalitāti gados vecākiem cilvēkiem.

Secinājums: novecošanās ir daudzslāņu process, ko veicina gan molekulāri bojājumi un šūnu līmeņa izmaiņas, gan evolūcijas princips, ka atlase ir vājāka pēc reproduktīvā perioda. Lai gan pilnīga novecošanās apturēšana pagaidām nav iespējama, pētniecība sniedz arvien vairāk iespēju palēnināt labu veselību ietekmējošos aspektus un uzlabot dzīves kvalitāti vecākā vecumā.

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir pilngadība?

J: Kas ir novecošanās?

J: Kāpēc dzīvnieki (īpaši cilvēki) noveco?

J: Vai protisti noveco?

J: Kā tiek izmantotas aktuārās tabulas?

Meklēt pēc burta