Biologija staranja

1. Biologija staranja A. Ihan

2. Kaj je staranje?

3. www.methuselahmouse.org/ • Longevity Prize (Prize fund: 3,286,321US $) • The Longevity Prize is won whenever the world record lifespan for a mouse of the species most commonly used in scientific work, Mus musculus, is exceeded. • The amount won by a winner of the Longevity Prize is in proportion to the size of the fund at that time, but also in proportion to the margin by which the previous record is broken. The precise formula is: • Previous record: X daysNew record: X+Y daysLongevity Prize fund contains: $Z at noon GMT on day of death of record-breaker Winner receives: $Z x (Y/(X+Y)) • Thus, hypothetically, if the new record is twice the previous one, the winner receives half the fund. If the new record is 10% more than the old one, the winner receives 1/11 of the fund. The fund can thus never be exhausted, and the incentive to break the new record remains intact indefinitely. This is very different from a structure that specifies a particular mouse age at which the whole fund is awarded. We believe this to be a very important difference: public attention will be best engaged and maintained by a steady stream of record-breaking events that demonstrate scientists are taking progressively better control of the aging process.

4. Kaj je staranje? Progresivni proces, ki spreminja zdrav, homeostatsko uravnan organizem v manj zdrav, homeostatsko manj zmožen organizem. Staranje je programiran biološki proces, ki omogoča optimalen obstoj vrste

5. Kaj je staranje? Aging is a process of general, irreversible, and progressive physical deterioration that occurs over time. Genes, Aging, and Immortality. Charlotte A. Spencer

6. Staranje in organizem • Zmanjšana dejavnost tkiv in organov • Povečana možnost nastanka bolezni • Zmanjšana odpornost na stres

7. Dolžina življenja med vrstami Staranje je programiran process, dolžina življenja je nastala kot optimum za preživetje vrste. Kratkoživeče vrste: večja prilagodljivost, adaptibilnost na slabe razmere, vendar velika potrošnja hranil v ekološki niši;. Mehanizem staranja pri vseh vrstah podoben – degeneracija celic, poškodbe DNA (rak) – nekatere vrste po nekaj letih, druge po nekaj desetletjih.

8. Univerzalnost staranja Ljudje Miši Črvi Glive

10. Celično staranje • Zmanjšana količina energije proizvedene v mitohondrijih • Kopičenje poškodb DNA • Kopičenje poškodovanih beljakovin • Zmanjšana sinteza beljakovin • Akumulacija netopnih molekul v celicah

11. Prezgodnje staranje (Progeria) – mutacija gena za strukturni protein celičnega jedra (pre)lamin A, ki se drži jedrne membrane in povzroča njeno deformacijo

12. Sončni žarki - prezgodnje staranje kože

13. Kajenje >prezgodnje staranje

14. Genomika ~200 genov “staranja”

15. Teorije staranja • Krajšanje telomer (biološka ura) • Prosti radikali (metabolizem, vnetja) • Nabiranje poškodb • Evolucijski program

16. Kaj danes storimo zoper staranje? • Komaj kaj! • Zdrav življenjki slog • Restrikcija kalorij? • Medicina – ne more vplivati na optimum, lahko povzroči, • da več ljudi doživi optimum vrste. Medicina popravlja motnje • (poškodbe, presnovne motnje, motnje pretoka krvi skozi žile), • ki bi sicer porušile ravnovesje fizioloških finkcij in vodile v • hitro dezorganizacijo telesno funkcij – smrt. 100 let nazaj je • večina večjih motenj (okužba, poškodba, tumor, odpoved • določene žleze) vodila v smrt; danes medicina motnjo • opredeli in jo skuša popraviti, še preden povzroči dezorganizacijo • drugih telesnih funkcij.

17. Kaj bi bilo mogoče storiti zoper staranje? • Nadomeščanje iztrošenih celic • Regeneracija • Matične celice • Genska terapija • Telomerazna reaktivacija • Zdravila in druge učinkovine

18. Kaj je staranje? • Biokemijski in fiziološki proces • Povečana produkcija ROS • ROS povzroča poškodbe DNA • Zmanjšana produkcija celične energije • Zmanjšana vsebnost vode v celicah • Zmanjšana homeostatska zmožnost celic in tkiv • Večja občutljivost za nastanek bolezni

19. Intenzivnost tkivnega metabolizma in življenska doba posameznih vrst

20. Oksidativna poškodba DNA je sorazmerna intenzivnosti tkivnega metabolizma

21. Kaj so ROS? • Vsaka molekula z nesparjenimi elektroni • Ekstremno kemijsko reaktivna • Poškodba celičnh membran • Povezava z nad 100 boleznimi • Staranje, rak, ateroskleroza, artritis... • Nekatere koristi (ubijanje mikrobov)

22. Tvorba ROS • Produkcija energije v mitohondrijih • Vnetja • Okolje • Ionizirajoče in UV sevanje • Stanja zmanjšanega pretoka krvi (ateroskleroza, srčni infarkt) • Prehrana (mastna hrana)

23. Število zadetkov ROS • Vsaka celica 10,000 poškodb dnevno • 7,000,000,000,000 poškodb na sekundo v celem telesu

24. Tvorba ROS • Celice imunskega sistema proizvajajo reaktivne kisikove molekule in proste radikale (H2O2, OH., O2-.), ki lahko pobegnejo nadzoru: • poškodbe makromolekul (DNA - mutacije, lipidi - peroksidacija, občutljive so zlasti celice imunskega sistema). • Oksidativna obremenitev se pojavlja pri boleznih, kot so: • staranje • artritis • rak • kardiovaskularna obolenja • diabetes • infekcije...

25. Zaščita pred ROS Encimska Superoksid dismutaza 2O2-. + 2H+→ H2O2(mitohondrijska vsebuje Mn, citosolna pa Cu in Zn) Katalaza 2H2O2 → 2H2O + O2(vsebuje Fe) Glutation peroksidaza GSH + H2O2 → GSSH + 2H2O (vsebuje Se) Neencimska Vitamini E, C in karotenoidi

26. Membranska hipoteza staranja • Mitohondriji tvorijo energijo, stranski produkt so ROS • ROS poškodujejo mitohondrijsko DNA • Poškodbe se kopičijo • Produkcija energije se manjša • Funkcionalnost in homeostatska zmožnost celic se manjša

27. Hipoteza – programirano staranje • Geni, ki programirajo staranje • Zaviraje genov, ki omogočajo “mladost” • Kombinacija enega in drugega • Bcl-2, Bcl-xL, Bax

28. Telomerazna teorija • Telomere na koncu kromosomov tvorijo ponavljajoči doseki DNA • Telomeraze so encimi, ki z delitvijo celic povzročajo krajšanje telomer • S starostjo se telomere krajšajo in celica izgblja zmožnost delitve • Krajšanje se lahko modificira z gensko tehnologijo • Rakaste celice izgubijo možnost krajšanja telomer

29. Vnetna teorija – ROS zaradi kroničnih vnetij • Dolgotrajne okužbe zaradi narave mikrobov (TBC, sifilis, bruceloza, malarija, aids...) ali imunske pomankljivosti (podaljšan potek okužbe) • Preobčutljivost (“pomota” imunskih mehanizmov zaradi odzivanja proti neškodljivim tujkom (npr. Hrana, cvetni prah, mikrobna flora v črevesju) • Avtoimunost (“napaka” v mehanizmih tolerance in imunsko odzivanje proti lastnim molekulam) • Genske napake pri uravnavanju vnetja (deficiti komplementnih proteinov, citokinov...)

30. Vitamin E Glede na število in položaj Me skupin jih delimo na , ,  in  tokoferole in tokotrienole. Fiziološka vloga vitamina E Vitamin E je najpomembnejši antioksidant, ki je topen v maščobah.

31. Vitamin E je lociran v celični membrani, kjer ščiti maščobne kisline in druge sestavine pred oksidacijo zaradi napada prostih radikalov. Pomanjkanjeje pri človeku redko (pri motnjah absorpcije in transporta lipidov).

32. Več študij na ljudeh in živalih dokazuje, da je vitamin E pomemben za delovanje celic imunskega sistema. • Preventivno delovanje vitamina E? • epidemiološke študije: ↑ plazemske konc. vitamina E zmanjšajo tveganje za razvoj kardiovaskularnih bolezni do 40%; klinične študije tega ne potrjujejo. • živalski modeli: vit. E preprečuje nastanek tumorjev; človek: rezultati kliničnih študij so si nasprotujoči. Toksičnostvitamina E je nizka (do 100x RDA). Viri vitamina E: hrana rastlinskega izvora, predvsem rastlinska olja (olje pšeničnih kalčkov, sončnično olje, krouzno olje, margarina).

33. Karotenoidi • Βeta-karoten, likopen, lutein... • lovilci prostih radikalov v lipidni fazi • beta-karoten spodbuja celično imunost (povezavo med monociti in limfociti) • 18 od 20 epidemioloških študij dokazalo, da beta-karoten zmanjšuje incidenco raka na pljučih • 3 klinične študije tega ne dokažejo; 2 študiji dokažeta celo povišano verjetnost razvoja raka pri kadilcih, ki jemljejo prehranska dopolnila z beta-karotenom

34. Vitamin C

35. Vitamin C in imunski sistem • vitamin C je v visokih konc. prisoten v levkocitih in se med infekcijo hitro porablja • antioksidantna zaščita plazemskih lipidov in lipidnih membran • antioksidantna zaščita tkiva pred oksidanti, ki jih izločajo fagociti (mesto vnetja) • spodbujanje sinteze citokinov itd. • vitamin C in prehlad ?? • Povečane potrebe: peptična razjeda, diabetes, karcinom, infekcije, po operaciji, stres, alkoholiki, kadilci, oralni kontraceptivi.

36. Izgube vitamina C po samo dveh dneh: S kuhanjem na 100 °C lahko krompir izgubi do 40 % vitamina C. • Vitamin C je močan reducent, ki se zelo hitro oksidira do dehidroaskorbinske kisline, ki razpade. Oksidacija poteče ob prisotnosti: • kisika (čas shranjevanja in kuhanja) • sledov kovinskih ionov (kuhanje) • toplote (čas in način kuhanja) • nevtralnega ali alkalnega pH Prehrana Slovencev pogosto vsebuje manj kot 30 mg vit.C/dan!!!

37. Ameriški Nacionalni onkološki inštitut priporoča: Uživajte vsaj 5 kosov sadja ali zelenjave na dan (210-280 mg vit. C). • zmanjšano tveganje za razvoj različnih oblik raka • manj ishemičnih bolezni srca in možganskih kapi Več vitamina C = boljše zdravje ???

38. Megaodmerki vitamina C Pauling: zdravljenje prehlada z več grami vit. C/dan. Danes:klinične študije teorijo ovrgle. Izjema: + vpliv 600 mg/dan pri maratoncih. Toksičnost visokih odmerkov: napenjanje, driska, nevarnost nastanka oksalatnih kamnov. Odmerki, večji od 1g niso priporočljivi.

39. Cink V telesu 2-3 g (vezan na proteine). Viri cinka: meso (AK ↑ abs.), ribe, mleko, mlečni izdelki, soja, polnozrnate žitarice (fitati ↓ abs.). Fiziološka vloga: sestavni del več kot 200 encimov, zato pomemben pri rasti in delitvi celic, spolno dozorevanje, razmnoževanje, celjenje ran, delovanje imunskega sistema.

40. Cink in imunski sistem • antioksidantna obramba (superoksidna dismutaza) • sestavni del timulina – hormona timusa (zorenje T limfocitov) • ključen za razvoj in delovanje nevtrofilcev, monocitov, celic NK, limfocitov B in T, itd.... • pomanjkanje Zn močno poviša dovzetnost za infekcije (ki jo preparati s Zn spet znižajo) • povišane konc. Zn delujejo imunosupresivno

41. Selen Viri: morska hrana, meso. V hrani kot ion, v organizmu pa kovalentno v selenoproteinih (kot selenocistein ali selenometionin). Najpomembnejši selenoprotein je glutation peroksidaza (redukcija H2O2 ali lipidnih peroksidov). Študije zadnjih 30 let dokazujejo, da je zadosten vnos Se ključen za celično in humoralno imunost.

42. Membranska hipoteza staranja • Mitohondriji tvorijo energijo, stranski produkt so ROS • ROS poškodujejo mitohondrijsko DNA • Poškodbe se kopičijo • Produkcija energije se manjša • Funkcionalnost in homeostatska zmožnost celic se manjša

43. Parametri staranja celic • Zdravih celic(več kot 60 %)* • Nekrotičnih celic (manj kot 40 %)* • Apoptotičnih celic (manj kot 25 %)* • Celic s fragment. DNA (manj kot 10 %)* • Indeks (N + Ap) / Z (manj kot 1 )* • Celični drobir (delež) (manj kot 30%) • PMA indeks ROS/ celico:(manj kot 1,2 )*

44. Hipoteza – programirano staranje • Geni, ki programirajo staranje • Zaviraje genov, ki omogočajo “mladost” • Kombinacija enega in drugega • Bcl-2, Bcl-xL, Bax

45. STAROSTNIK MOTNJE IMUNOSTI  celična in humoralna imunost • refleks kašlja, prekrvavitev organov, celjenje ran PROBLEMI • sečila: enterobakterije, G+ bakterije • pljuča: influenca, S. pneumoniae, H. influenzae, S. aureus, G-bakt. • tbc • preleženine • endokarditis, prolongirane driske, vnetja sklepov, FUO

46. OD KJE OKUŽBE? oportunisti bolnišnične okužbe:na oddelkukontaminacija zraka, vode: aspergilus, legionela, GNB, P. aeruginosa prenos z osebe na osebo: MRSA, VRE, ESBL, CD pri transportu, kri (herpesv., hepatitis, HIV, HTLV 1) domače okolja: “hišni ljubljenčki” (salmonele, C. jejuni, L. monocytogenes), psi (DF 2, E. granulosus), mačke (bartonele, T. gondii, mikrosporiaza, C. burneti), ptiči (C. psittaci, C. neoformans), domače živali (R. equi, tularemija), sveža, slabo umita zelenjava, delikatesna hrana (L. monocytogenes), surovo meso (T. gondii),ribolov (A. hydrophyla, V. vulnificus), whirlpool (P. aeruginosa) dežele v razvoju (tbc, ošpice, S. stercoralis, G. lamblia, hepatitis), ZDA (H. capsulatum,), STD (CMV, HIV, HSV), ljudje (respiratorni virusi, enterični mikroorg.), okolje (Aspergillus, Nocardia, Legionella)

47. Presejalni imunski testi (spodnje mejne vrednosti pri 18 let) zmanjšan protitelesni imunski odziv ·  elektroforeza plazemskih beljakovin (gamaglobulini: <17 g/L)·  koncentracije imunoglobulinov: IgG (<8.0 g/L), IgM (<0.54 g/L), IgA (<1.15 g/L)·  izohemaglutininski titri (anti –A in anti –B): <1 : 8·  koncentracije ali titri specifičnih protiteles po imunizaciji (<4-kratni porast titra)

48. Presejalni imunski testi (spodnje mejne vrednosti pri 18 let) zmanjšan celični imunski odziv ·diferencialna bela krvna slika: koncentracija vseh limfocitov (<1200 celic/mm3) ·koncentracija limfocitov B: <200 celic /mm3 · koncentracija limfocitov T: (<1000 celic/mm3)  podskupine limfocitov T: (<700 CD4+celic/mm3; <600 CD8+celic/mm3) ·kožna reakcija pozne preobčutljivosti: (premer infiltrat <5-10 mm) ·test blastnega preoblikovanja z mitogeni (znižan)

49. Presejalni imunski testi (spodnje mejne vrednosti pri 18 let) okvare fagocitoze ·diferencialna bela krvna slika: koncentracija nevtrofilcev (<1000 celic/mm3) ·  kemiluminescenca (tvorba superoksidov): <1.5 V (volta) ·  fagocitni test (<80 %) in mikrobicidni test (<70 %)

50. Presejalni imunski testi (spodnje mejne vrednosti pri 18 let) okvara komplementa ·celokupna hemolitična aktivnost komplementa po klasični poti (CH50): <72 % · hemolitična aktivnost komplementa po alternativni poti (APH50): <80 %