Die Müllkatastrophe des Alterns und wie man sie vermeidet

Altern ist nur Schadensanhäufung

Altern ist die Anhäufung von Schaden und nichts weiter. Mit zunehmender Schädigung funktionieren die Zellen und das daraus hergestellte Gewebe schlecht, was wiederum zu einem erhöhten Risiko für Krankheiten und Todesfälle führt. Dies ist die Müllkatastrophe des Alterns.

Was verursacht diesen zunehmenden Schaden? Wenn wir das beantworten können, wissen wir, was Altern verursacht.

(Beachten Sie, dass dies eine andere Frage ist als die Frage, ob Altern durch Evolution programmiert ist oder nicht.)

Wenn wir oder irgendwelche Organismen jung sind, können unsere Zellen Schäden reparieren, aber wenn wir älter werden, wird der Schadensreparaturmechanismus selbst beschädigt. Dies führt zu zunehmenden Schäden und einer Unfähigkeit, diese zu beheben.

Der Hauptmechanismus für die Schadensbehebung ist die Autophagie, vom Griechischen für „selbstfressend“. Autophagie ist der zelluläre Selbstreinigungsprozess, bei dem zelluläre Organellen wie Mitochondrien und Proteine ​​in der Zelle abgebaut und ihre Komponenten zur Herstellung neuer Organellen und Proteine ​​recycelt werden.

Autophagie ist ein tägliches Ereignis - oder sollte es sein - mit Spitzen und Tiefs der Aktivität. Die Abwesenheit von Nahrung erhöht die Rate der Autophagie stark, so dass zumindest bei jungen Organismen diese Rate über Nacht dramatisch ansteigt. Noch länger als über Nacht zu fasten, erhöht die Rate der Autophagie weiter.

Andere Interventionen neben dem Fasten erhöhen auch die Autophagie, beispielsweise Bewegung und bestimmte Medikamente und Nahrungsergänzungsmittel.

Bei älteren Organismen nimmt jedoch die Fähigkeit zur Erhöhung der Autophagie als Reaktion auf Fasten oder andere Reize ab. Dies führt zu einer zunehmenden Schädigung, die die Zellfunktion beeinträchtigt und für das Altern charakteristisch ist.

Autophagie ist entscheidend für den Organismus. Behandlungen, die die Lebensdauer verlängern, beispielsweise Kalorienreduzierung, Fasten oder sogar genetische Manipulation des Insulinsignals, setzen voraus, dass der Organismus über einen intakten Autophagiemechanismus verfügt

Keine Autophagie, keine Verlängerung der Lebensdauer.

Was führt zu einer abnehmenden Autophagie und einem zunehmenden Schaden?

Das Ansammeln von Schäden selbst führt zu einer abnehmenden Autophagie

Wenn zelluläre Organellen und Proteine, deren Verfallsdatum überschritten ist, während der Autophagie abgebaut und recycelt werden, kann ein Teil des Materials nicht vollständig entsorgt werden. Ein Großteil dieses Materials besteht aus Lipofuscin, dem Giftmüll des Alterns.2

Lipofuscin ist so gut wie nicht abbaubar und reichert sich mit zunehmendem Alter an.

Die Autophagie findet in Zellvesikeln statt, die Lysosomen genannt werden und für diesen speziellen Zweck gebildet werden. Das Innere des Lysosoms wird auf einem sauren pH-Wert gehalten, damit die autophagischen Enzyme optimal funktionieren. Diese Enzyme werden zusammen mit dem Material, das abgebaut werden soll, in das Lysosom eingeschleust, und die Autophagie schreitet voran.

Ein Teil des Materials ist jedoch für den Abbau undurchlässig und es bildet sich Lipofuscin.

Da sich Lipofuscin in den Lysosomen ansammelt, behindert es den Prozess der Autophagie. Die Zelle schüttet weiterhin autophagische Enzyme in das Lysosom, die jedoch zunehmend unwirksam werden, da Lipofuscin sie aufnimmt und unbrauchbar macht. Der gesamte Prozess der Autophagie wird schwächer.

Warum ist Autophagie notwendig?

Die meisten Menschen verstehen, dass sich die Bestandteile unseres Körpers regelmäßig umdrehen und ständig abgebaut und wieder aufgebaut werden. Die meisten Zellen und Materialien in unserem Körper sind nicht die gleichen wie früher, so dass man ehrlich sagen kann, dass wir buchstäblich nicht die gleiche Person sind, die wir vor ein paar Jahren waren.

Beispielsweise haben rote Blutkörperchen eine Lebensdauer von etwa 120 Tagen. Wenn Sie einer Person eine Blutprobe entnehmen und das Alter der einzelnen roten Blutkörperchen bestimmen würden, würden Sie nur wenige bis gar keine finden, die älter als diese waren.

Alle roten Blutkörperchen in Ihrem Körper wurden in den letzten vier Monaten gebildet.

Warum passiert das und warum ist es notwendig?

Die Bestandteile - Zellen, ihre Organellen sowie Strukturproteine ​​und Lipide - unterliegen einem Verschleiß. Die wichtigste Abnutzungsquelle ist der Stoffwechsel, d. H. Das Leben selbst.

Wenn Zellen Energiequellen verbrennen, um die Prozesse des Lebens anzutreiben, setzt diese Verbrennung Nebenprodukte frei, die als freie Radikale bezeichnet werden, und diese können die umgebenden Zellbestandteile schädigen und schädigen. Stellen Sie sich das als Abgas eines Kraftwerks vor, dessen Verschmutzung die Umgebung schädigen kann.

Zellen haben Wege entwickelt, mit den Nebenprodukten der Verbrennung von Zellkraftstoff umzugehen. Eine Möglichkeit besteht darin, sie mit internen Antioxidantien wie Glutathion, Katalase und Superoxiddismutase einzudämmen und zu kontrollieren. Diese können mit Wäschern in den Abgasstapeln eines Kraftwerks verglichen werden.

Die andere Art und Weise, wie sich Zellen entwickelt haben, um mit den unvermeidlichen Schäden, die durch die Verbrennung von Brennstoff verursacht werden, fertig zu werden, besteht darin, die beschädigten Komponenten regelmäßig auszutauschen. Daher der Prozess der Autophagie.

Mitochondrien und Altern

Mitochondrien sind die Zellorganellen, die allgemein als "Kraftwerke der Zelle" bezeichnet werden, da der größte Teil der Brennstoffverbrennung in ihnen stattfindet.

Mitochondrien sind als solche einer größeren Schädigung durch Oxidation ausgesetzt - Brennstoffverbrennung - als andere Zellkomponenten.

Mitochondrien spielen beim Altern eine entscheidende Rolle. Ältere Organismen haben größere und schlecht funktionierende Mitochondrien, die größere Mengen an oxidierenden freien Radikalen ausschütten und mehr und mehr Schaden anrichten.3

Da Mitochondrien so stark geschädigt werden, nutzen sie sich ab und die Zellen eliminieren durch Autophagie geschädigte Mitochondrien, die dann durch neue ersetzt werden. Dieser Prozess muss effizient ablaufen, damit die Zelle ihre volle jugendliche Funktion behält. Qualitätskontrolle der Mitochondrien ist unerlässlich.

Wenn also das Alter und die Autophagie der Organismen abnimmt, sind ältere und schlecht funktionierende Mitochondrien weit verbreitet.

Um jugendliche, voll funktionsfähige und effiziente Mitochondrien zu erhalten, muss die Autophagie richtig funktionieren. Doch wie wir gesehen haben, nimmt die Autophagie mit zunehmendem Alter ab.

Altern als Müllkatastrophe

Der ineffiziente und unvollständige Abbau von Zellorganellen und anderen Bestandteilen führt zu einer zunehmenden Menge an Abfall in den Lysosomen und geht nie verloren. Dies ist die Müllkatastrophe des Alterns. (Siehe Referenz 2.)

Aus dieser Perspektive könnte vorausgesagt werden, dass:
(i) die Unterdrückung von oxidativen Schäden würde die Langlebigkeit erhöhen;
(ii) die Akkumulation von unvollständig verdautem Material (z.B. Lipofuscinpigment) würde die Zellfunktionen stören und die Wahrscheinlichkeit des Todes erhöhen;
(iii) die Verjüngung während der Reproduktion wird hauptsächlich durch Verdünnung von unverdautem Material bereitgestellt, was mit einem intensiven Wachstum des sich entwickelnden Organismus verbunden ist; und
(iv) altersbedingte Schäden häufen sich nach Abschluss der Entwicklung erheblich an und betreffen hauptsächlich postmitotische Zellen und extrazelluläre Matrix, nicht proliferierende Zellen.
Für all diese Vorhersagen gibt es reichlich Unterstützung.

Die Verhinderung der Bildung von Lipofuscin, d. H. Zellmüll, und / oder die Entfernung von Lipofuscin, wenn es existiert, ist entscheidend, um das Altern zu verlangsamen oder zu stoppen. Zu diesem Zweck kann es nicht nur notwendig, sondern ausreichend sein.

Bedenken Sie, dass bei der Teilung einer Zelle jegliches Abfallmaterial in dieser Zelle in zwei Hälften geschnitten wird. Dies kann der Mechanismus sein, durch den Stammzellen, die sich über die gesamte Lebensdauer eines Organismus teilen können, die ewige Jugend aufrechterhalten.

Die Verdünnung des Abfallmaterials durch Zellteilung kann auch der Grund sein, warum selbst gealterte Organismen immer junge Nachkommen zur Welt bringen. Durch kontinuierliches Verdünnen des Abfallinhalts von Gameten (Sperma und Eier) bleiben sie in einem jugendlichen Zustand ohne Alterungsschäden.

Selbst wenn die Autophagie gehemmt ist, werden sich ständig teilende Zellen vor einer Anhäufung von Schäden geschützt.

Leider teilen sich die meisten unserer Zellen nicht kontinuierlich. Zum Beispiel Herzzellen und Neuronen. Wir haben es also mit Zellen zu tun, die Schaden anhäufen, weil sie ihn nicht durch Weitergabe an zahlreiche Tochterzellen verdünnen können.

Lipofuscin

Was ist Lipofuscin überhaupt? Wenn wir seine Zusammensetzung bestimmen können, können wir möglicherweise verstehen, wie man es verhindert und wie man es beseitigt.

Lipofuscin ist eine „eisenkatalysierte Oxidation / Polymerisation von Protein- und Lipidresten“ .5

Eisenhaltige Proteine ​​wie Ferritin unterliegen dem normalen Umsatz von Zellkomponenten und werden im Lysosom abgebaut. In diesem Fall reagiert freies Eisen mit Proteinen und Lipiden und bildet Lipofuscin.

Die Enzyme, die normalerweise Proteine ​​und Lipide im Lysosom abbauen, sind nicht in der Lage, die bei dieser Reaktion gebildeten chemischen Bindungen aufzubrechen, die Lipofuscin charakterisieren.

Eine weitere wichtige Quelle für Lipofuscin ist das sogenannte AGE (Advanced Glycation End Products). 6 SE werden durch die nicht-enzymatische Reaktion von Zuckern mit Proteinen gebildet und können von der Zelle nur schwer oder überhaupt nicht abgebaut werden. Sie treten bei allen Menschen auf, sind jedoch bei Diabetes, der durch einen hohen Blutzuckerspiegel gekennzeichnet ist, höher.7

Für die Bildung von Lipofuscin sind sowohl Eisen als auch Zucker notwendig.

Die Müllkatastrophentheorie und die Beweise

Stimmt alles, was oben beschrieben wurde, mit anderen Anzeichen für Alterung und Langlebigkeit überein? Folgendes berücksichtigen.

  1. Kalorienreduktion und Fasten fördern die Langlebigkeit, und beide sind mit einer erhöhten Autophagie verbunden.
  2. Eine verminderte Insulinsignalisierung fördert die Langlebigkeit und ist auch durch eine erhöhte Autophagie gekennzeichnet.
  3. Substanzen, die die Langlebigkeit fördern, erhöhen auch die Autophagie, zum Beispiel Resveratrol, Metformin, Berberin, Curcumin und Lithium.
  4. Die Menge an Lipofuscin in einer Zelle korreliert stark mit dem Grad der gestörten Mitochondrien.8
  5. Einige Tiere altern nicht. Die Hydra, ein nicht alterndes Tier, erneuert kontinuierlich ihre Zellen, d. H. Sie hat keine postmitotischen Zellen, wodurch alle ihre Zellschäden verdünnt werden, was zu keiner Alterung führt.9

Der Wissenschaftler Alexei Terman von der Universität Linkoping in Schweden schreibt (Referenz 2):

Wenn alle beschädigten Strukturen mit perfekter Genauigkeit erneuert würden, würde offensichtlich keine Alterung auftreten. Die Unvermeidlichkeit des Alterns legt jedoch nahe, dass die biologischen Mechanismen der Entfernung und Resynthese nicht perfekt sind. Von diesen beiden Prozessen ist derjenige, der am stärksten im Alterungsprozess vermutet wird, der ineffiziente Abbau.
Ein vollständiges Verständnis der Natur des Alterns erfordert daher eine Erklärung der Gründe, warum der Erneuerungsprozess selbst unter den günstigsten Bedingungen nicht perfekt ist. Wie hier dargelegt, kann die Ursache für diese Unvollkommenheit in der unvollständigen Entfernung von beschädigtem biologischem Material liegen, die erforderlich ist, um Platz für neu synthetisierte Strukturen zu schaffen. Dies kann wiederum auf die unglückliche Tatsache zurückzuführen sein, dass einige dieser beschädigten Produkte schwer oder unmöglich zu verdauen sind, insbesondere durch das lysosomale Kompartiment.

Verhindern und / oder Verlangsamen des Alterns

Eisen

Ich habe argumentiert, dass Eisen der Hauptantrieb für das Altern ist, und die Betrachtung des Alterns vom Standpunkt der Müllkatastrophe verleiht dieser Idee neue Unterstützung. Warum?

Weil Eisen für die Bildung von Lipofuscin benötigt wird, dem Giftmüll der Zelle.

Um die Bildung von Lipofuscin zu verlangsamen, halten Sie den Eisenspiegel daher im niedrigen Normalbereich. Ferritin ist das wichtigste Eisenspeichermolekül des Körpers. Je mehr davon Sie haben, desto mehr wird auf den Lysosomen umgesetzt und desto mehr Eisen verbleibt dort, wodurch Lipofuszin entsteht und chemische Reaktionen katalysiert werden, die die Zellstrukturen schädigen.

Intermittierende Fasten

Das intermittierende Fasten (und die Kalorienreduzierung, zu der nur wenige Menschen langfristig bereit sind) aktiviert die Autophagie wirksam. Daher erhöht das Fasten die Schadensfreiheit. Bei älteren Menschen, deren Zellen mit Müll verstopft sind, der die Autophagie hemmt, kann das Fasten die Autophagie-Rate wieder auf ein jugendliches Niveau bringen.

Autophagie-Booster

Bestimmte Substanzen / Medikamente können die Autophagie fördern. Dazu gehören Resveratrol, Hydroxycitrat, Curcumin.

Übung

Übung erhöht die Autophagie und damit die Beseitigung von Zellschäden.

Normaler Blutzucker

Wenn der Blutzucker im niedrigen Normalbereich gehalten wird, kann die Bildung von fortgeschrittenen Glykationsendprodukten (AGE) verhindert werden, einem der Bestandteile von nicht abbaubarem Zellmüll.

Experimentelle Behandlungen

Es gibt einige Berichte über Substanzen, die Lipofuscin aus Zellen entfernen können. Wenn sich dies herausstellen sollte, könnte sich herausstellen, dass es sich um wirksame Anti-Aging-Maßnahmen handelt.

Eine solche Substanz ist eine Form von Cyclodextrin, einem billigen, sicheren Molekül, das bereits als Hilfsstoff in Arzneimitteln verwendet wird.10

Diese Form von Cyclodextrin reguliert die Autophagie und beseitigt zellulären Müll.11

PS: Weitere Informationen zu diesen Themen finden Sie in meinen Büchern "Dumping Iron and Stop the Clock" und auf meiner Website "Rogue Health and Fitness".

  1. Jia, Kailiang und Beth Levine. "Autophagie ist erforderlich für diätetische Restriktions-vermittelte Verlängerung der Lebensspanne bei C. elegans." Autophagy 3.6 (2007): 597–599.

2. Terman, Alexei. "Theorie der Müllkatastrophe des Alterns: unvollkommene Beseitigung oxidativer Schäden?" Redox Report (2013).

3. Weber, Tobias A. und Andreas S. Reichert. „Beeinträchtigte Qualitätskontrolle von Mitochondrien: Altern aus einer neuen Perspektive.“ Experimentelle Gerontologie 45.7 (2010): 503–511.

4. Stroikin, Yuri et al. "Testen der" Müll "-Akkumulationstheorie des Alterns: Mitotische Aktivität schützt Zellen vor dem Tod durch Hemmung der Autophagie." Biogerontology 6.1 (2005): 39–47.

5. Terman, Alexei und Ulf T. Brunk. "Lipofuscin". Die internationale Zeitschrift für Biochemie und Zellbiologie 36.8 (2004): 1400–1404.

6. Yin, Dazhong. "Biochemische Grundlagen von Lipofuscin, Ceroid und alterungspigmentartigen Fluorophoren." Free Radical Biology and Medicine 21.6 (1996): 871–888.

7. Kalousova, M., J. Skrha und T. Zima. „Fortgeschrittene Glykationsendprodukte und fortschrittliche Oxidationsproteinprodukte bei Patienten mit Diabetes mellitus.“ Physiological Research 51.6 (2002): 597–604.

8. Terman, Alexei et al. "Altern von Herzmuskelzellen in Kultur: oxidativer Stress, Ansammlung von Lipofuscin und Mitochondrienumsatz." Annals of the New York Academy of Sciences (2004): 70–77.

9. Martinez, Daniel E. „Mortalitätsmuster deuten auf einen Mangel an Alterung in der Hydra hin.“ Experimental Gerontology 33.3 (1998): 217–225.

10. Song, Wensi et al. „2-Hydroxypropyl-β-cyclodextrin fördert die Transkriptionsfaktor-EB-vermittelte Aktivierung von Autophagie-IMPLIKATIONEN FÜR DIE THERAPIE.“ Journal of Biological Chemistry 289.14 (2014): 10211–10222.

11. Kilpatrick, Kiri et al. "Die genetische und chemische Aktivierung von TFEB vermittelt die Clearance von aggregiertem α-Synuclein." PloS one 10.3 (2015): e0120819.