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Este artículo trata sobre el envejecimiento de organismos completos, incluidos los animales. Para el envejecimiento específicamente en humanos, consulte Envejecimiento . Para las plantas, consulte la senescencia de las plantas . Para las células que dejan de dividirse, consulte senescencia celular . Para las bacterias, consulte senescencia bacteriana .

La supercentenaria Ann Pouder (8 de abril de 1807-10 de julio de 1917) fotografiada en su 110 cumpleaños. Una cara muy arrugada es común en la senescencia humana.

La senescencia ( / s ɪ n ɛ s ə n s / ) o biológica envejecimiento es el deterioro gradual de funcionales características. La palabra senescencia puede referirse tanto a la senescencia celular como a la senescencia de todo el organismo . La senescencia de un organismo implica un aumento de las tasas de mortalidad y / o una disminución de la fecundidad con el aumento de la edad, al menos en la última parte del ciclo de vida de un organismo .

La senescencia es el destino inevitable de todos los organismos multicelulares con separación de germen - soma , [1] [2] pero puede retrasarse. El descubrimiento, en 1934, de que la restricción de calorías puede extender la vida útil en un 50% en ratas, y la existencia de especies que tienen una senescencia insignificante y organismos potencialmente inmortales como Hydra , han motivado la investigación para retrasar la senescencia y, por lo tanto , las enfermedades relacionadas con la edad . Las mutaciones humanas raras pueden causar enfermedades de envejecimiento acelerado .

Los factores ambientales pueden afectar el envejecimiento, por ejemplo, la sobreexposición a la radiación ultravioleta acelera el envejecimiento de la piel . Las diferentes partes del cuerpo pueden envejecer a diferentes ritmos. Dos organismos de la misma especie también pueden envejecer a diferentes ritmos, lo que hace que el envejecimiento biológico y el envejecimiento cronológico sean conceptos distintos.

Definición y características [ editar ]

La senescencia de un organismo es el envejecimiento de organismos completos. La senescencia actuarial se puede definir como un aumento de la mortalidad y / o una disminución de la fecundidad con la edad. La ley de mortalidad de Gompertz-Makeham dice que el componente de la tasa de mortalidad que depende de la edad aumenta exponencialmente con la edad.

En 2013, un grupo de científicos definió nueve características del envejecimiento que son comunes entre los organismos con énfasis en los mamíferos:

  • inestabilidad genómica ,
  • desgaste de los telómeros ,
  • alteraciones epigenéticas ,
  • pérdida de proteostasis ,
  • detección de nutrientes desregulada,
  • disfunción mitocondrial,
  • senescencia celular,
  • agotamiento de las células madre,
  • comunicación intercelular alterada. [3]

El envejecimiento se caracteriza por la disminución de la capacidad para responder al estrés, un mayor desequilibrio homeostático y un mayor riesgo de enfermedades asociadas al envejecimiento, como el cáncer y las enfermedades cardíacas . El envejecimiento se ha definido como "un deterioro progresivo de la función fisiológica, un proceso intrínseco de pérdida de viabilidad y aumento de la vulnerabilidad relacionado con la edad". [4]

El medio ambiente induce daño a varios niveles, por ejemplo, daño al ADN y daño a tejidos y células por radicales de oxígeno (ampliamente conocidos como radicales libres ), y parte de este daño no se repara y por lo tanto se acumula con el tiempo. [5] La clonación a partir de células somáticas en lugar de células germinales puede comenzar la vida con una mayor carga inicial de daño. La oveja Dolly murió joven de una enfermedad pulmonar contagiosa, pero serían necesarios datos sobre una población completa de individuos clonados para medir las tasas de mortalidad y cuantificar el envejecimiento. [ cita requerida ]

El teórico evolucionista George Williams escribió: "Es notable que después de una hazaña aparentemente milagrosa de morfogénesis , un metazoo complejo no pueda realizar la tarea mucho más simple de simplemente mantener lo que ya está formado". [6]

Variación entre especies [ editar ]

Las diferentes velocidades con las que aumenta la mortalidad con la edad corresponden a diferentes períodos de vida máximos entre las especies . Por ejemplo, un ratón es anciano a los 3 años, un humano es anciano a los 80 años, [7] y los árboles de gingko muestran poco efecto de la edad incluso a los 667 años. [8]

Casi todos los organismos envejecen, incluidas las bacterias que tienen asimetrías entre las células "madre" e "hijas" durante la división celular, y la célula madre envejece, mientras que la hija se rejuvenece. [9] [10] Hay una senescencia insignificante en algunos grupos, como el género Hydra . [11] Los gusanos planos planarios tienen "una capacidad de regeneración de telómeros aparentemente ilimitada impulsada por una población de células madre adultas altamente proliferativas ". [12] Estos planarios no son biológicamente inmortales., sino que su tasa de mortalidad aumenta lentamente con la edad. Los organismos que se cree que son biológicamente inmortales serían, en un caso, Turritopsis dohrnii , también conocida como medusa inmortal. La Turritopsis dohrnii recibió tal título al tener la capacidad de volver a su juventud cuando sufre estrés durante la edad adulta. [13] Se observa que el sistema reproductivo permanece intacto, e incluso existen las gónadas de Turritopsis dohrnii . [14]

Algunas especies exhiben "senescencia negativa", en la que la capacidad de reproducción aumenta o se estabiliza y la mortalidad disminuye con la edad, como resultado de las ventajas del aumento del tamaño corporal durante el envejecimiento. [15]

Teorías evolutivas del envejecimiento [ editar ]

Artículo principal: Evolución del envejecimiento

Acumulación de mutaciones [ editar ]

La selección natural puede soportar alelos letales y dañinos , si sus efectos se sienten después de la reproducción. El genetista JBS Haldane se preguntó por qué la mutación dominante que causa la enfermedad de Huntington permanecía en la población y por qué la selección natural no la había eliminado. El inicio de esta enfermedad neurológica es (en promedio) a los 45 años y es invariablemente fatal en 10 a 20 años. Haldane supuso que, en la prehistoria humana, pocos sobrevivieron hasta los 45 años. Dado que pocos estaban vivos en edades más avanzadas y su contribución a la siguiente generación era, por lo tanto, pequeña en relación con las grandes cohortes de grupos de edad más jóvenes, la fuerza de selección contra tales grupos de acción tardía Las mutaciones deletéreas eran correspondientemente pequeñas. Por tanto, una carga genéticade las mutaciones deletéreas de acción tardía podría ser sustancial en el equilibrio mutación-selección . Este concepto llegó a conocerse como la sombra de selección . [dieciséis]

Peter Medawar formalizó esta observación en su teoría del envejecimiento por acumulación de mutaciones . [17] [18] "La fuerza de la selección natural se debilita con el aumento de la edad, incluso en una población teóricamente inmortal, siempre que esté expuesta a peligros reales de mortalidad. Si un desastre genético ... ocurre lo suficientemente tarde en la vida individual, sus consecuencias pueden ser completamente insignificantes ". Los "peligros reales de la mortalidad", como la depredación, las enfermedades y los accidentes, se conocen como " mortalidad extrínseca " y significan que incluso una población con una senescencia insignificante tendrá menos individuos vivos en los grupos de mayor edad. [ cita requerida ]

Pleiotropía antagonista [ editar ]

Otra teoría evolutiva del envejecimiento fue propuesta por George C. Williams [19] e involucra pleiotropía antagónica. Un solo gen puede afectar múltiples rasgos. Algunos rasgos que mejoran la forma física en una etapa temprana de la vida también pueden tener efectos negativos más adelante en la vida. Pero, debido a que hay muchas más personas con vida a edades tempranas que en edades avanzadas, incluso los efectos positivos pequeños tempranos pueden ser fuertemente seleccionados, y los efectos negativos grandes posteriores pueden ser seleccionados muy débilmente. Williams sugirió el siguiente ejemplo: Quizás un gen codifica la deposición de calcio en los huesos, lo que promueve la supervivencia de los juveniles y, por lo tanto, se verá favorecido por la selección natural; sin embargo, este mismo gen promueve la deposición de calcio en las arterias, provocando efectos ateroscleróticos negativos en la vejez. Por lo tanto, los cambios biológicos dañinos en la vejez pueden resultar de la selección de pleiotrópicos.genes que son beneficiosos al principio de la vida pero dañinos más adelante. En este caso, la presión de selección es relativamente alta cuando el valor reproductivo de Fisher es alto y relativamente bajo cuando el valor reproductivo de Fisher es bajo.

Envejecimiento adaptativo [ editar ]

Las teorías programadas del envejecimiento postulan que el envejecimiento es adaptativo, normalmente invocando la selección para la evolución o la selección de grupos .

La teoría del ciclo de las células reproductivas sugiere que el envejecimiento está regulado por cambios en la señalización hormonal a lo largo de la vida. [20]

Soma desechable [ editar ]

La teoría del soma desechable del envejecimiento fue propuesta por Thomas Kirkwood en 1977. La teoría sugiere que el envejecimiento ocurre debido a una estrategia en la que un individuo sólo invierte en el mantenimiento del soma mientras tenga una posibilidad realista de supervivencia. [21] Una especie que utiliza los recursos de manera más eficiente vivirá más tiempo y, por lo tanto, podrá transmitir información genética a la siguiente generación. Las demandas de reproducción son altas, por lo que se invierte menos esfuerzo en la reparación y el mantenimiento de las células somáticas, en comparación con las células de la línea germinal , para centrarse en la reproducción y la supervivencia de las especies. [22]

Senescencia celular [ editar ]

Artículo principal: Senescencia celular
Senescencia celular
(superior) Células fibroblásticas embrionarias de ratón primarias (MEF) antes de la senescencia. En forma de huso. (inferior) Los MEF se volvieron senescentes después de los pases. Las células crecen, se aplanan y expresan β-galactosidasa asociada a la senescencia (SABG, áreas azules), un marcador de senescencia celular.

Las células acumulan daño con el tiempo. En particular, el daño del ADN , por ejemplo debido a especies reactivas de oxígeno, conduce a la acumulación de mutaciones somáticas nocivas . [23]

La teoría de la senescencia celular del envejecimiento postula que el envejecimiento del organismo es una consecuencia de la acumulación de células senescentes menos útiles fisiológicamente. De acuerdo con esto, la eliminación experimental de células senescentes de ratones transgénicos progeroides [24] y no progeroides, de edad natural [25] [26] [27] condujo a una mayor resistencia contra las enfermedades asociadas al envejecimiento . Se ha demostrado que la expresión ectópica del factor de transcripción embrionario, NANOG , revierte la senescencia y restaura el potencial de proliferación y diferenciación de las células madre senescentes. [28] [29] [30] [31] [32]

En muchos organismos, existe una división celular asimétrica , por ejemplo, una célula madre que se divide para producir una célula madre y una no célula madre. Los desechos celulares que acumulan las células no se dividen uniformemente entre las nuevas células cuando se dividen. En cambio, una mayor parte del daño se transmite a una de las células, dejando la otra célula rejuvenecida. [33] Un linaje experimenta la senescencia celular más rápido que el otro.

La selección natural puede eliminar las células dañadas y prevenir su proliferación, contrarrestando la tendencia natural de las células dañadas a acumularse. Sin embargo, algunas células mutan de forma que escapan a estos mecanismos de control. Las células cancerosas evitan la senescencia replicativa para volverse inmortales. En aproximadamente el 85% de los tumores, esta evasión de la senescencia celular es el resultado de la activación ascendente de sus genes de telomerasa . [34]

En la mayoría de las especies multicelulares, las células somáticas eventualmente experimentan senescencia replicativa y no pueden dividirse . Esto puede evitar que las células altamente mutadas se vuelvan cancerosas . En cultivo, los fibroblastos pueden alcanzar un máximo de 50 divisiones celulares; este máximo se conoce como límite de Hayflick . [35] La senescencia replicativa es el resultado del acortamiento de los telómeros que, en última instancia, desencadena una respuesta al daño del ADN . Las células también pueden ser inducidas a la senescencia a través del daño del ADN en respuesta a especies reactivas de oxígeno (ROS) elevadas , activación de oncogenes.y fusión célula- célula , independiente de la longitud de los telómeros. [36]

Teoría del envejecimiento entre cáncer y senescencia celular [ editar ]

Las células senescentes dentro de un organismo multicelular pueden purgarse por competencia entre células, pero esto aumenta el riesgo de cáncer. Esto conduce a un dilema ineludible entre dos posibilidades: la acumulación de células senescentes fisiológicamente inútiles y el cáncer, que conducen a tasas crecientes de mortalidad con la edad. [1]

Daño químico [ editar ]

Anciana Klamath fotografiada por Edward S. Curtis en 1924

Una de las primeras teorías sobre el envejecimiento fue la Hipótesis de la tasa de vida descrita por Raymond Pearl en 1928 [37] (basada en un trabajo anterior de Max Rubner ), que establece que la tasa metabólica basal rápida corresponde a un período de vida máximo corto .

Si bien puede haber cierta validez en la idea de que para varios tipos de daños específicos que se detallan a continuación que son subproductos del metabolismo , en igualdad de condiciones, un metabolismo rápido puede reducir la esperanza de vida, en general esta teoría no explica adecuadamente las diferencias en vida útil dentro o entre especies. Los animales con restricción calórica procesan tantas o más calorías por gramo de masa corporal, como sus contrapartes alimentadas ad libitum , pero exhiben una esperanza de vida sustancialmente más larga. [ cita requerida ]De manera similar, la tasa metabólica es un mal predictor de la esperanza de vida de las aves, los murciélagos y otras especies que, se presume, han reducido la mortalidad por depredación y, por lo tanto, han desarrollado una esperanza de vida prolongada incluso en presencia de tasas metabólicas muy altas. [38] En un análisis de 2007 se demostró que, cuando se emplean métodos estadísticos modernos para corregir los efectos del tamaño corporal y la filogenia , la tasa metabólica no se correlaciona con la longevidad en mamíferos o aves. [39] (Para una crítica de la hipótesis de la tasa de vida, consulte ¿ Vivir rápido, morir cuando? [40] )

Con respecto a los tipos específicos de daño químico causado por el metabolismo, se sugiere que el daño a los biopolímeros de larga duración , como las proteínas estructurales o el ADN , causado por agentes químicos ubicuos en el cuerpo como el oxígeno y los azúcares , es en parte responsable del envejecimiento. . El daño puede incluir rotura de cadenas de biopolímeros, reticulación de biopolímeros o unión química de sustituyentes no naturales ( haptenos ) a biopolímeros. [ cita requerida ] En condiciones aeróbicas normales, aproximadamente el 4% del oxígeno es metabolizado por las mitocondriasse convierte en ion superóxido , que posteriormente se puede convertir en peróxido de hidrógeno , radical hidroxilo y eventualmente en otras especies reactivas, incluidos otros peróxidos y oxígeno singlete , que a su vez pueden generar radicales libres capaces de dañar las proteínas estructurales y el ADN. [5] Ciertos iones metálicos que se encuentran en el cuerpo, como el cobre y el hierro , pueden participar en el proceso. (En la enfermedad de Wilson , un defecto hereditarioque hace que el cuerpo retenga cobre, algunos de los síntomas se asemejan a la senescencia acelerada. Estos procesos denominados estrés oxidativo están relacionados con los beneficios potenciales de los antioxidantes polifenólicos de la dieta , por ejemplo en el café, [41] vino tinto y té. [42]

Los azúcares como la glucosa y la fructosa pueden reaccionar con ciertos aminoácidos como la lisina y la arginina y ciertas bases del ADN como la guanina para producir aductos de azúcar, en un proceso llamado glicación . Estos aductos pueden reorganizarse aún más para formar especies reactivas, que luego pueden reticular las proteínas estructurales o el ADN con biopolímeros u otras biomoléculas similares, como proteínas no estructurales. Personas con diabetes que tienen niveles elevados de azúcar en sangre., desarrollan trastornos asociados a la senescencia mucho antes que la población general, pero pueden retrasarlos mediante un control riguroso de sus niveles de azúcar en sangre. Existe evidencia de que el daño del azúcar está relacionado con el daño oxidante en un proceso denominado glucoxidación .

Los radicales libres pueden dañar proteínas, lípidos o ADN . La glicación daña principalmente las proteínas. Las proteínas y lípidos dañados se acumulan en los lisosomas como lipofuscina . El daño químico a las proteínas estructurales puede provocar la pérdida de función; por ejemplo, el daño al colágeno de las paredes de los vasos sanguíneos puede conducir a rigidez de la pared de los vasos y, por tanto, hipertensión y engrosamiento de la pared de los vasos y formación de tejido reactivo ( aterosclerosis ); procesos similares en el riñón pueden provocar insuficiencia renal . Daño a las enzimasreduce la funcionalidad celular. La peroxidación lipídica de la membrana mitocondrial interna reduce el potencial eléctrico y la capacidad de generar energía. Probablemente no sea un accidente que casi todas las llamadas " enfermedades del envejecimiento acelerado " se deban a enzimas de reparación del ADN defectuosas . [23] [43]

Se cree que el impacto del alcohol sobre el envejecimiento puede explicarse en parte por la activación del alcohol del eje HPA , que estimula la secreción de glucocorticoides , cuya exposición prolongada produce síntomas de envejecimiento. [44]

Biomarcadores del envejecimiento [ editar ]

Artículo principal: Biomarcadores del envejecimiento

Si diferentes individuos envejecen a diferentes ritmos, entonces la fecundidad, la mortalidad y la capacidad funcional podrían predecirse mejor por biomarcadores que por edad cronológica. [45] [46] Sin embargo, el encanecimiento del cabello , [47] las arrugas de la piel y otros cambios comunes que se observan con el envejecimiento no son mejores indicadores de la funcionalidad futura que la edad cronológica. Los biogerontólogos han continuado sus esfuerzos para encontrar y validar biomarcadores del envejecimiento, pero el éxito hasta ahora ha sido limitado. Los niveles de CD4 y CD8 células T de memoria y células T vírgenes se han utilizado para dar buenas predicciones de la vida útil esperada de los ratones de mediana edad.[48]

Existe interés en un reloj epigenético como biomarcador del envejecimiento, basado en su capacidad para predecir la edad cronológica humana. [49] La bioquímica sanguínea básica y el recuento celular también se pueden utilizar para predecir con precisión la edad cronológica. [50] También es posible predecir la edad cronológica humana utilizando los relojes de envejecimiento transcriptómicos. [51]

Determinantes genéticos del envejecimiento [ editar ]

Artículo principal: Genética del envejecimiento

Se han identificado varios componentes genéticos del envejecimiento utilizando organismos modelo, que van desde la simple levadura en ciernes Saccharomyces cerevisiae hasta gusanos como Caenorhabditis elegans y moscas de la fruta ( Drosophila melanogaster ). El estudio de estos organismos ha revelado la presencia de al menos dos vías de envejecimiento conservadas.

La expresión génica está controlada de manera imperfecta y es posible que las fluctuaciones aleatorias en los niveles de expresión de muchos genes contribuyan al proceso de envejecimiento, como sugiere un estudio de dichos genes en levaduras. [52] Las células individuales, que son genéticamente idénticas, sin embargo, pueden tener respuestas sustancialmente diferentes a los estímulos externos y esperanzas de vida marcadamente diferentes, lo que indica que los factores epigenéticos desempeñan un papel importante en la expresión génica y el envejecimiento, así como en los factores genéticos.

La capacidad para reparar roturas de doble cadena del ADN disminuye con el envejecimiento en ratones [53] y humanos. [54]

Desde hace algún tiempo se conoce un conjunto de trastornos hereditarios ( genéticos ) raros , cada uno de los cuales se llama progeria . Las víctimas presentan síntomas que se asemejan al envejecimiento acelerado , incluida la piel arrugada . La causa del síndrome de progeria Hutchinson-Gilford se informó en la revista Nature en mayo de 2003. [55] Este informe sugiere que el daño al ADN , no el estrés oxidativo , es la causa de esta forma de envejecimiento acelerado.

Ver también [ editar ]

  • Envejecimiento
  • Cerebro envejecido
  • Enfermedades asociadas al envejecimiento
  • Movimiento anti-envejecimiento
  • Reparación de ADN
  • Radicales libres
  • Genética del envejecimiento
  • Geriatría
  • Gerontología
  • Capacidad homeostática
  • Inmortalidad
  • Extensión de vida
    • Índice de temas relacionados con la extensión de la vida
  • Mitohormesis
  • Vejez
  • Estrés oxidativo
  • Fenoptosis
  • Senescencia de la planta
  • Muerte celular programada
  • Medicina regenerativa
  • Rejuvenecimiento
  • SAGE KE
  • Teoría del envejecimiento de las células madre
  • Estrategias para la senescencia insignificante diseñada (SENS)
  • Daño subletal
  • Diseño transgeneracional

Referencias [ editar ]

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Enlaces externos [ editar ]

  • Senescencia en Curlie