Starenje je neizbežan aspekt života, a ipak biologija koja leži u osnovi ove aktuelnosti ostaje slabo shvaćena. Uprkos uticaju na svaki organ u telu, starenje se ne može pripisati samo jednom putu, a mehanizmi koji okružuju značajne promene u mozgu su manje jasni.
Uzroci i mehanizmi starenja postali su važna pitanja tokom poslednjih decenija, pošto je opadanje stope mortaliteta povećalo očekivani životni vek, koji je tom prilikom porastao za 6 godina između 2000. i 2019. godine, sa 66,8 na 73,4 godine. Zbog toga se teret bolesti povezanih sa uzrastom značajno povećao. Granica između normalnog i patološkog starenja je nejasna, jer svi odrasli doživljavaju fiziološke i kognitivne promene tokom vremena. Međutim, genetski, biološki i faktori životne sredine koji dovode do ovih promena iznad neurodegenerativnog praga tek treba da budu razjašnjeni.
Promene u arhitekturi mozga
Posle 40. godine, zapremina mozga se smanjuje i nastavlja da opada progresivno posle 70. godine. Cerebralna atrofija je uzrok smanjenog ukupnog volumena i takođe se može pripisati povećanom volumenu komore i uvećanim površinskim brazdama mozga. Mehanizmi koji doprinose ovoj ćelijskoj smrti su nejasni. Raspravlja se da gubitak zapremine ćelije može doprineti više od gubitka samog broja ćelija, pored opadanja broja sinapsi. Ovaj proces može biti ubrzan povredom, infekcijom ili neurodegenerativnim poremećajima, a neke studije su identifikovale seks kao faktor modifikacije.
Pored smanjenja zapremine mozga, zapremina sive materije (uglavnom koja se sastoji od tela neuronskih ćelija) opada tokom odraslog doba i iako zapremina bele materije (mijelinizovani aksoni) dostiže vrhunac tokom srednjeg života, ona se takođe smanjuje nakon toga. Abnormalna mijelinizacija koja se manifestuje kao lezije bele materije,može se identifikovati putem magnetne rezonance i takođe je uobičajeno obeležje starenja. To se odražava bolestima malih krvinh sudova i u velikoj meri je povezano sa nekoliko neurodegenerativnih poremećaja, kao što su Alchajmerova bolest (AD), demencija i Parkinsonova bolest.
Metaboličko i genetsko starenje
Hronološko starenje je praćeno vremenskim periodom, suštinski padom funkcije ćelija, tkiva i organizma, što takođe doprinosi fiziološkim deficitima. Ovaj pad predstavlja neravnotežu između molekularnog oštećenja i popravke i uključuje disfunkcionalne procese u funkciji mitohondrija, degradaciju proteina i reakcije na oksidativni stres.
Metaboličke promene u mozgu uključuju fragmentaciju mitohondrija, poremećeni transport elektrona i povećano oksidativno oštećenje mitohondrijalne DNK, što na kraju dovodi do opadanja energetskih proizvoda kao što je NAD+ i štetnih efekata reaktivnih vrsta kiseonika. Takođe postoje dokazi o smanjenom antioksidativnom delovanju i poremećenom klirensu oksidativno oštećenih molekula.
Ovi senescentni putevi dovode do akumulacije otpadnih proizvoda i neurotoksičnih proteina zbog smanjenog klirensa mitohondrijalnog, antioksidativnog i glimfatičkog sistema. Agregacija proteina je karakteristična za AD, koja sadrži amiloidne beta plakove i neurofibrilarne spletove, što rezultira funkcionalnim posledicama na sinaptički prenos. Starenje takođe ima genetske potpise koji uključuju nakupljanje nepopravljenih oštećenja DNK i posledični gubitak genomskog integriteta, što dovodi do povećanih grešaka tokom proizvodnje RNK i proteinskih proizvoda.
Oštećenje DNK povezano sa starenjem ima istaknute efekte u mozgu, jer neuroni nisu u stanju da izvrše popravku dvolančanog prekida, pošto su trajno postmitotični. Umesto toga, neuronske ćelije se fokusiraju na popravku gena koji se aktivno transkribuju putem homologne rekombinacije, umesto da popravljaju celinu genoma. Još uvek je nejasno da li neki obrasci oštećenja DNK mogu doprineti poremećajima povezanim sa uzrastom ili ako se akumulacija oštećene DNK jednostavno dešava tokom vremena, da li uzrokuje starenje.