Gesund alt werden - ein Wunschtraum? E-Book

Horst Lorenz

• Herausgeber: Books on Demand
• Kategorie: Fachliteratur
• Sprache: Deutsch

Seitenzahl: 329

Veröffentlichungsjahr: 2022

Beschreibung

Körperliche Attraktivität, Vitalität und Gesundheit wünscht sich jeder bis ins hohe Lebensalter. Obwohl für die heutige Generation "Gesünder älter werden" bereits Realität sein kann, bereitet Alter und Altern den Menschen in unserer westlichen Kultur noch immer erhebliche Ängste. Erbanlagen, Umweltfaktoren und die Lebensführung bestimmen Gesundheit und Leistungsfähigkeit im Alter. Das Buch beschreibt den Alterungsprozess aus medizinischer Sicht, den Einfluss der Gene, der Hormone, des Immunsystems und des Stoffwechsels sowie die relevanten biomedizinischen Grundlagen, gibt praktische Tipps und hilfreiche Empfehlungen für die Gestaltung der eigenen Lebensweise, um das Ziel einer langen Lebensspanne in Gesundheit zu erlangen.

Leseprobe

Geschützte Warennamen (Warenzeichen) werden nicht besonders kenntlich gemacht. Aus dem Fehlen eines solchen Hinweises kann also nicht geschlossen werden, dass es sich um einen freien Warennamen handelt.

Wie jede Wissenschaft sind Medizin und Pharmazie ständigen Entwicklungen unterworfen. Forschung und klinische Erfahrung erweitern die Erkenntnisse bei Behandlung und medikamentösen Therapie. Bei den Dosierungsangaben in diesem Buch darf der Leser zwar darauf vertrauen, dass der Autor große Sorgfalt darauf verwandt hat, dass diese Angaben bei Fertigstellung des Buches dem Stand der Wissenschaft entsprechen. Für Angaben zur Dosierungsanweisung und Applikationsform kann jedoch keine Gewähr übernommen werden. Jede Dosierung und Applikation erfolgt auf eigene Gefahr des Benutzers und ersetzt in keinem Einzelfall das Einholen ärztlichen Rates.

Das Werk ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist unzulässig und strafbar.

Inhaltsverzeichnis:

VORWORT

LEBEN BEDEUTET ALTERN

Kennzeichen der Alterung

Lebensführung und Alterung

Altern und Geschlecht

Warum altern wir?

Biomarker der Alterung

Altern als Folge chronischer Entzündungen

Altern durch Begrenzung der Zellteilungsfähigkeit

Genetik und Epigenetik des Alterns

Genetisches Altern

Epigenetische Faktoren

Umwelt oder Gene?

Was Großeltern aßen, haben Enkelkinder in den Genen

Maßnahmen gegen das Altern

Altern und Kalorienzufuhr

Altern und Sirtuine

Altern und FoxO-Gene

HORMONELLES ALTERN

Testosteron

Östrogen

DHEA

Vitamin-D: ein Steroidhormon

Melatonin

Schilddrüsenhormon

Wachstumshormon (Somatotropin):

Insulinähnliche Wachstumsfaktoren

Eicosanoide und Omega-Fettsäuren

AGING UND IMMUNSYSTEM

Aufbau des Immunsystems

Humorale Elemente des Immunsystems

Zelluläre Elemente des Immunsystems

Immunsystem und Krebs

Schlafmangel und Immunsystem

Geschlecht und Immunsystem

Lebensweise und Immunsystem

Alterndes Immunsystem

Immunstimulantien

AGING UND HAUT

AUGENPROBLEME IM ALTER

Wirkung der Sonnenstrahlung auf das Auge

Die Sehzellen (Photorezeptoren)

Der „Gelbe Fleck“ (Macula lutea)

Wie Rauchen die Sicht vernebelt

Auge und oxidativer Stress

Vermeidung von Augenerkrankungen

AGING UND STOFFWECHSEL

Kohlenhydrate

Proteine

Fette (Lipide):

Cholesterin

Natürliche Cholesterinsenker

Ernährung

Steuerung des Fettstoffwechsels

Fettverteilung und Gesundheitsrisiko

Ernährungsempfehlungen im Alter

ALTERNDES HERZ-KREISLAUF-SYSTEM UND SEXUALHORMONE

Aging und Arteriosklerose

Blutfette und Arteriosklerose

Entstehen der Arteriosklerose

Folgekrankheiten der Arteriosklerose

Vorbeugung der Arteriosklerose

Geschlechtsspezifische Unterschiede bei Herz-Kreislauf-Erkrankungen

LEBENSRISIKO KREBS

Zelle und programmierter Zelltod

Krebsentstehung

Was unterscheidet Krebszellen von gesunden Zellen?

Wenn Krebszellen auf Wanderschaft gehen

Krebsrisiko und Geschlecht

Lifestyle und Krebshäufigkeit

Risikofaktor falsche Ernährung

Rauchen und Krebs

Alkohol und seine Folgen

Innere Uhr und Krebsrisiko

Vorbeugung hormonabhängiger Krebse

BIOMEDIZIN

Die Radikalfänger

Körpereigene Schutzmechanismen

Vitamine

Sekundäre Pflanzenstoffe

Karotinoide

Polyphenole

Phytosterole

Glukosinolate

Sulfide

Terpene

LIFESTYLE UND ZUSTAND IM ALTER

Gesundheitsrisiken durch falschen Lebensstil

Rauchen und Sterberisiko

Die Alkohol-in-Maßen-Lüge

Adipositas und die Folgen

Diabetes mellitus

Dyslipidämie

Bluthochdruck

Adipositas und biologisches Alter

Risiken aus Lebensstil und Genen multiplizieren sich

Länger leben durch richtige Ernährung

Fünf Punkte, um abzunehmen

Das Richtige essen – „Wie bleibe ich gesund?“

Vegetarische Ernährung

Ernährungsweisen, die das Leben verlängern

„Superfood“ – Dichtung und Wahrheit

Nahrungsergänzungsmittel - notwendig oder überflüssig?

Hirnschutz durch gesunden Lifestyle

Rauchen und Alkohol schaden früh

Adipositas lässt das Gehirn schneller altern

Nahrungsfette und kognitive Leistungen

Hippocampus und Blutzucker

Alzheimer-Demenz

Zwölf Faktoren könnten 40% aller Demenz Fälle vermeiden

Umwelteinflüsse auf die Gesundheit

Schäden durch Feinstaub und Stickoxid

Autoabgase und Leukämierisiko

Lärm und Gefäßschäden

Xenobiotika

Gesund altern in Deutschland

Anti-Aging durch körperliche Aktivität: Lässt uns Sport länger leben?

Sport und Gehirnfunktionen

Sport und Bewegungsapparat

Sport und Herz-Kreislauf-System

Sport und Zustand der Gefäße

Sport verändert das Blut

Sport verändert das Darm-Mikrobiom

Gesunde Hormone durch Sport

Viel Bewegung lohnt sich auch im Alter

Dem Krebs davonlaufen

Positive Sporteffekte im Überblick

Sportempfehlungen

NACHWORT

ANHANG

9 Lifestyle-Empfehlungen

Glossar

VORWORT:

Die Lebenserwartung der Menschen in Deutschland ist in den letzten Jahrzehnten kontinuierlich gestiegen. Im Schnitt gewannen Frauen seit den 1940iger Jahren pro Jahrzehnt 2,4 Lebensjahre dazu, Männer 2,5. Im Zeitraum 2009-2011 betrug die weitere Lebensdauer einer 65-jährigen Frau noch 20,7 und die eines Mannes 17,5 Jahre. Bei 80-Jährigen waren es im gleichen Zeitraum bei Frauen noch 9,1 und bei Männern 7,9 Jahre.

Die Sterblichkeit wird heutzutage überwiegend durch chronische Erkrankungen und ihre Folgen geprägt. Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Krebserkrankungen, der Diabetes und Krankheiten des Muskel- und Skelettsystems bestimmen zunehmend das Krankheitsgeschehen. Auch psychische Störungen gewinnen an Bedeutung.

Viele Krankheiten stehen dabei in engem Zusammenhang mit den Lebensgewohnheiten und Lebensumständen. So geht ein niedriger sozioökonomischer Status häufiger mit Krankheiten wie Schlaganfall, Herzinfarkt und Diabetes einher. Frauen mit geringem Einkommen haben eine um 8 Jahre niedrigere Lebenserwartung als Frauen mit hohem Einkommen. Bei Männern beträgt der Unterschied 11 Jahre. Bereits im Kindes- und Jugendalter macht sich die soziale Herkunft in der gesundheitlichen Entwicklung bemerkbar. Entwicklungsrisiken wie ungesunde Ernährung, Übergewicht oder Verhaltensauffälligkeiten treten bei sozial benachteiligten Kindern und Jugendlichen häufiger auf.

Mit fortschreitender Lebensdauer verschlechtern sich zahlreiche Körperfunktionen, wie z.B. die Nierenfunktion, das Immunsystem oder die Eiweißsynthese. Die chronische Niereninsuffizienz, die im englischen Sprachgebrauch „epidemic of aging“ genannt wird, betrifft etwa 10–15% aller Erwachsenen in den USA, Europa und Asien, wobei z.B. in den USA die Häufigkeit von 4% bei 20- bis 39-Jährigen auf etwa 47% im Alter ab 70 Jahren ansteigt. Auch die Sinnesorgane wie Hören, Sehen, Schmecken und Riechen, sowie die Feinmotorik, der Gleichgewichtssinn und das Vibrationsempfinden verändern sich. Während der Fettanteil des Körpers ansteigt, schwinden die Muskeln und verringert sich die Knochendichte. Eine geringe körperliche Bewegung, ein Typ-2-Diabetes und ein niedriger Testosteronspiegel beschleunigen diesen altersbedingten Abbau. Bei Männern, die in ihrer Freizeit körperlich inaktiv sind, schreitet er schneller fort als bei aktiven Gleichaltrigen und dieser Verlust beschleunigt sich mit zunehmendem Alter.

Von der schwindenden Muskelstärke hängt aber die Lebensqualität bei sehr alten Menschen in hohem Maße ab. Körperliche Schwäche, beeinträchtigte Mobilität und Einschränkungen der täglichen Aktivitäten sind oft die Folge. Den speziellen Versorgungsbedarf älterer Menschen bestimmen chronische Erkrankungen und Multimorbidität, körperliche und geistige Einschränkungen und auch Stürze. Die gleichzeitige Einnahme von fünf und mehr Arzneimitteln ist gerade bei älteren Menschen deutlich häufiger und geht mit einem erhöhten Risiko von unerwünschten Nebenwirkungen einher.

Ob wir 70 Jahre alt werden oder 100 liegt auch an unserer genetischen Ausstattung. Oder anders gesagt, wer von seinen Genen her 70 Jahre alt wird, kann noch so gesund leben, er wird keine 100 Jahre alt werden. Allerdings kann man innerhalb der von den Genen vorgegebenen Grenzen über die Art und Weise, wie man lebt, erheblich auf die Gesundheit im Alter Einfluss nehmen. Wer nach dem 80. Lebensjahr "jung" bleibt, verdankt dies nicht nur seinen besonderen Genen, sondern auch seiner Ernährung und seinem Lebensstil.

Das Fundament für ein langes Leben in Gesundheit wird dabei schon in der Jugend gelegt. Aber wer überlegt sich z.B. schon mit Mitte 20 fünf Jahre länger leben zu wollen und fängt deshalb an zu joggen und sich gesund zu ernähren. Im Gegenteil, heutzutage fördern die verringerte körperliche Betätigung, die Zunahme fleisch- und fettreicher Ernährung, sowie übermäßiger Genuss von Nikotin oder Alkohol schädliche Stoffwechselprozesse, lassen Krankheiten entstehen und beschleunigen das Altern. Die zunehmende Lebensdauer ist also nicht automatisch mit einem Zuwachs an Lebensjahren in guter Lebensqualität verbunden.

Diese Zusammenhänge aufzuzeigen und Strategien zu entwickeln, um die Lebensspanne in Gesundheit zu verlängern, ist die Botschaft des vorliegenden Buches, denn alt werden und gesund bleiben – das gelingt nur bedingt.

Neuruppin, im Oktober 2022 Dr. Horst Lorenz

LEBEN BEDEUTET ALTERN

Derzeit ist nicht abschließend geklärt, was Altern im Detail eigentlich bedeutet. Unterschiedliche Theorien stimmen jedoch darin überein, dass der Alterungsprozess auf verschiedenen Ebenen abläuft, nämlich der molekularen Ebene, der Zell- und der Organebene. Der Prozess ist von vielen Faktoren abhängig, nicht umkehrbar und fortschreitend. Verschiedene Reparaturmechanismen im Körper können zwar das Erscheinungsbild der Alterung verringern, nicht aber den Alterungsprozess selbst aufhalten.

Grundsätzlich führt das Altern zu einer reduzierten Anpassungsfähigkeit der Organe, da Kapazitäten und Reserven sich zum Teil erschöpfen. Deshalb wird es immer schwerer, das Gleichgewicht in den unterschiedlichen Organsystemen aufrechtzuerhalten. Die Anzahl von Allgemeinerkrankungen nimmt zu.

Kennzeichen der Alterung

1. Genomische Instabilität: Veränderungen an der DNA können vom Körper in jungen Jahren besser repariert werden als in späteren Lebensphasen. Zudem kommt es im Alter zu einer gesteigerten Fehleranfälligkeit.

2. Stopp der Zellteilung: Dieser Stillstand wird z.B. ausgelöst durch schwerwiegende, nicht zu reparierende DNA-Veränderungen – es handelt sich also hier um einen Schutzmechanismus – oder die Telomere am Chromosomenende, die mit jeder Zellteilung kürzer werden, sind aufgebraucht. Sobald eine gewisse Schwelle (Hayflick-Limit) erreicht ist, kann sich eine Zelle nicht mehr teilen, sie altert und stirbt. (s. auch Seite 30)

3. Epigenetische Veränderungen: Diese beruhen im Gegensatz zu Änderungen in der Erbinformation (Beispiel dafür sind Mutationen) auf der Bindung unterschiedlicher kleiner Proteine an der DNA. In der Folge kann diese Bindung eines oder auch mehrere Gene in der Aktivität (mehr oder weniger) beeinflussen. Zudem ist die Epigenetik an der Entwicklung bzw. Differenzierung der Zellen beteiligt.

4. Verlust des Gleichgewichts der Eiweiße: Geht bei der Regulation der Proteine etwas schief, können einzelne Proteine gar nicht oder nicht in der richtigen Menge auftreten. Dies beeinflusst wiederum die Funktionalität der Zellen. Der Vorgang spielt bei bekannten Krankheiten wie Alzheimer oder Parkinson eine Rolle.

5. Regulation der Nährstoffaufnahme & Fasten: Die Reaktion des Körpers auf Nahrungszufuhr erfolgt im Zusammenspiel mit dem Wachstumshormon und weiteren Hormonen. In diesem Zusammenhang spielen auch Autophagie und spezielle Langlebigkeitsgene – die Sirtuine – eine Rolle.

6. Mitochondriale Dysfunktion: Mit ansteigendem Alter nimmt die Energiebereitstellung in den Mitochondrien tendenziell ab.

7. Erschöpfung der Stammzellen: Mit dem Alter vermindert sich die Fähigkeit der Stammzellen sich zu teilen. Als Resultat können kaputte oder geschädigte Zellen nicht genügend mehr erneuert werden.

8. Veränderte Kommunikation der Zellen: Altern beinhaltet auch Veränderungen bei der Kommunikation der Zellen untereinander. Eine zunehmende Entzündungsreaktion und eine abnehmende Immunüberwachung sind exemplarische Folgen dieses Faktors mit teils drastischen Auswirkungen auf das Altern.

Lebensführung und Alterung:

Das primäre Altern wird durch zelluläre Alterungsprozesse hervorgerufen und definiert für einen Organismus seine maximal erreichbare Lebensspanne. Beim Menschen liegt dieser Wert bei ungefähr 120 Jahren.

Als sekundäres Altern bezeichnet man die Folgen äußerer Einwirkungen, welche die maximal erreichbare Lebensspanne verkürzen. Dies können beispielsweise Bewegungsmangel, Fehlernährung oder Suchtmittelkonsum sein. Während man an der Anzahl seiner Lebensjahre nichts verändern kann, hat man körperliche Fitness, Gedächtnisleistung und Zustand der Blutgefäße durchaus in der Hand. Alterung lässt sich damit zwar nicht aufhalten, wohl aber verlangsamen. Und: Wer Krankheiten vermeiden kann, erfreut sich auch im höheren Lebensalter einer besseren Lebensqualität und fühlt sich jünger und fitter.

Die Voraussetzungen, die Lebensqualität im fortgeschrittenen Alter möglichst lange zu erhalten, werden dabei bereits in der Jugend und im mittleren Lebensabschnitt geschaffen, weshalb die Vorbeugung schon relativ früh beginnen sollte. Allerdings ist das Gegenteil die Regel.

Die Fitness von Mädchen und Jungen ist seit 1975 stetig schlechter geworden. Beinahe in allen Regionen ist die Zahl der unsportlichen Kinder deutlich gestiegen. Den Angaben der WHO zufolge waren 2016 in Deutschland 80% der Jungen und 88% der Mädchen körperlich nicht aktiv genug!

Die modernen Medien haben bei Jugendlichen allen anderen Beschäftigungen – auch dem Sport – eindeutig den Rang abgelaufen. Das geht aus einer aktuellen Studie hervor, deren Ergebnisse in der "Wiener Klinischen Wochenschrift – The Central European Journal of Medicine" veröffentlicht wurden (doi.org/10.1007/s00508-017-1216-9). Danach stehen 10,3 Stunden Medienkonsum an Wochentagen und gar zwölf Stunden an den Wochenenden nur 5,1 Stunden körperlicher Betätigung pro Woche(!!) gegenüber.

Natürlich ist es eine Entscheidung des Einzelnen, regelmäßig Sport zu treiben oder nicht. Die Schule könnte aber der Ort sein, wo körperliche Bewegung ein fester Bestandteil der täglichen Routine ist. Dafür müsste aber mehr Unterrichtszeit für den Sport eingeplant werden, als es bisher der Fall ist. Drei Stunden pro Woche(!) gelten schon als viel. Zum Vergleich: Nach der WHO sollten sich 5- bis 17-Jährige mindestens 60 Minuten am Tag moderat bewegen oder Sport treiben. Dass viele von ihnen es nicht tun, ist leider an der Tagesordnung. So wird die Kluft, zwischen sehr fitten Kindern und solchen, die sich überhaupt nicht bewegen, immer größer.

Dies begünstigt den Risikofaktor Übergewicht. Fast jedes siebte Kind (15,4%) im Alter zwischen drei und 17 Jahren ist nach Angaben des Robert Koch-Instituts (RKI) übergewichtig. Beinahe 6% davon sind adipös. Diese Schüler werden zu einem beachtlichen Teil die übergewichtigen oder adipösen Patienten von morgen sein, die nicht selten mit entsprechenden Krankheiten zu kämpfen haben werden. Und nur so nebenbei: einer AOK-Umfrage zufolge sind 58% der Eltern ebenfalls übergewichtig.

Die Frage, wie gesund, aktiv und motorisch fit Kinder und Jugendliche heutzutage wirklich sind, untersucht auch das Motorik-Modul (MoMo). Als Teil der bundesweiten Studie zur Gesundheit von Kindern und Jugendlichen in Deutschland des Robert Koch-Instituts in Berlin erfasst MoMo seit 2003 in regelmäßigen Abständen die motorische Leistungsfähigkeit und körperlich-sportliche Aktivität sowie die psychische Gesundheit von Kindern, Jugendlichen und jungen Erwachsenen. Dabei ließ sich ein enger Zusammenhang zwischen der sozialen Situation und dem Gesundheitszustand der Kinder und Jugendlichen feststellen.

Es zeigte sich, dass 35% der 4- bis 17-Jährigen beispielsweise keine drei Schritte rückwärts auf einem drei Zentimeter breiten Balken machen können. Fast jedes fünfte Kind kann nicht einmal 25 Meter am Stück schwimmen. Bei der Rumpfbeuge erreicht nur knapp jedes zweite Kind mit den Händen den Fußboden. Nur einer von drei Grundschülern hat eine korrekte Körperhaltung. Fast die Hälfte der untersuchten 11- bis 17-Jährigen gab an, in den letzten drei Monaten Rückenschmerzen gehabt zu haben. Die Folgen der weitgehend sitzenden Lebensweise mit reduzierter körperlicher Aktivität sind schwache Muskeln und eine geringe Fettverbrennung.

Reichlich körperliche Bewegung und eine gesunde, ausgewogene Ernährung sind aber z.B. die beiden wesentlichen Grundvoraussetzungen für eine ungestörte Knochenentwicklung bei Kindern und Jugendlichen. Nur die durch körperliche Aktivität auf den Knochen einwirkenden Kräfte der Muskulatur fördern den Knochenaufbau. Die alleinige Zufuhr von Mineralien reicht nicht zum Aufbau von Knochengrundsubstanz!

Altern und Geschlecht:

Bei den meisten Säugetieren – einschließlich des Menschen – und bei Insekten ist im Gegensatz zum Großteil der Vogelarten die Lebenserwartung des männlichen Geschlechts signifikant kürzer als diejenige des weiblichen Geschlechts. Unter den sehr alten Menschen sind deshalb immer Frauen in der Mehrzahl. Bei den über 100jährigen sind die Männer in verschwindender Minderheit. Was macht die Frau nun dem Mann gegenüber biologisch so überlegen? Was hat sie, was der Mann nicht hat? Frauen leben u.a. deshalb länger, weil ihr Gefäßsystem besser gegen Engpässe und Verstopfungen gesichert ist. Eine sehr lange Zeit ihres Lebens zeichnet sich die Frau durch perfekt geweitete und optimal durchblutete Adern aus. Beim Mann spart die Natur auf diesem Gebiet, männliche Blutgefäße altern schneller.

Warum altern wir?

Über die Pathophysiologie des Alterns hatte man lange Zeit nur wenige Kenntnisse. Nicht zuletzt, weil Altern nicht als Krankheit, sondern als ein normales beziehungsweise schicksalhaftes Geschehen angesehen wurde, das somit auch nicht Gegenstand wissenschaftlicher Forschung war. Vor diesem Hintergrund kam es einem Paradigmenwechsel gleich, als der Biologe und spätere Nobelpreisträger Sir Peter Medawar (19151987) im Jahr 1951 seine Antrittsvorlesung im University College in London unter den Titel stellte: "An unsolved problem of biology“. Das ungelöste Problem war der biologische Prozess des Alterns. Die von Medawar in dieser Vorlesung und späteren Publikation entwickelte "Mutations-Akkumulations-Theorie", wonach sich Schädigungen der DNA und anderer Zellstrukturen im Laufe der Zeit anhäufen und so zu zunehmenden Funktionseinbußen führen, bietet auch heute noch die Grundlage vieler Alterungstheorien.

1977 stellte Thomas Kirkwood (*1951) die Theorie auf, dass es keine Notwendigkeit zu einer genetischen Optimierung gibt und jedem Organismus nur begrenzte Ressourcen zur Verfügung stehen. Diese muss er aufteilen in Wachstum, Selbsterhaltung und Fortpflanzung. Jede Investition in einen dieser konkurrierenden Prozesse bedeutet eine Verknappung der Ressourcen bei einem der beiden anderen Prozesse. Der Körper hält den Aufwand für die Selbsterhaltung auf einem Niveau, das gerade hoch genug ist, um für die normale Lebenserwartung in freier Wildbahn in einem guten Zustand zu sein – und die beiden anderen Prozesse nicht zu kurz kommen zu lassen –, aber nicht so hoch, dass er ohne sicheren Tod leben kann.

Die populärste Theorie des Alterns ist die Schadenstheorie. Organismen werden mit einer Maschine gleichgesetzt, die sich abnützt (Verschleiß). Danach ist das Altern ein Vorgang, der durch die Ansammlung von Schäden z.B. durch sog. „freie Radikale“ hervorgerufen wird.

Formuliert wurde diese Alterungstheorie in den 1950er-Jahren durch Denam Harman unter dem Namen "Freie-Radikale-Theorie". Freie Radikale sind Moleküle, deren Elektronenhülle ein ungepaartes Elektron aufweist. Dies verleiht ihnen eine enorme Reaktionsfähigkeit. In dem Bestreben, das fehlende Elektron aus einer anderen Verbindung an sich zu ziehen, schädigen freie Radikale Lipidmembranen, Zellorganellen oder auch die DNA. Dabei wird die geschädigte Verbindung häufig ihrerseits ein freies Radikal. Nach Harmans Theorie führt die Akkumulation dieser Schäden zu Funktionseinbußen, welche die Grundlage des biologischen Alterungsprozesses bilden.

Da es sich bei den freien Radikalen im Wesentlichen um aggressive Sauerstoffverbindungen handelt ("reactive oxygen species", ROS), bürgerte sich bezüglich der Auswirkungen der freien Radikale der Begriff "oxidativer Stress" ein. Allerdings zeigen neuere Arbeiten, dass auch aus dem Stickstoffmonoxid (NO) Radikale hervorgehen können ("reactive nitrogen species", RNS).

Die häufigsten Sauerstoffradikale sind das Superoxidradikal (O2-), das Wasserstoffperoxid (H2O2) sowie das Hydroxylradikal (·OH). Letzteres ist aufgrund seiner außerordentlich starken Oxidationskraft die reaktivste Sauerstoffverbindung.

Gebildet werden derartige Radikale zum einen durch exogene Faktoren wie UV-Strahlung, Umweltnoxen oder Toxine. Der überwiegende Anteil jedoch entsteht endogen als "Abfallprodukte" der Energiegewinnung in den Mitochondrien der Zellen. Angriffspunkte von ROS sind prinzipiell alle Makromoleküle. Vor allem die Phospholipide sind empfindlich gegenüber Oxidation. Hier kommt es häufig zu Lipidradikal-Kettenreaktionen, sowohl an der Zellmembran selbst als auch an der von Zellorganellen. Dies beeinträchtigt die Membranfluidität und Membranpermeabilität, die wiederum zu Störungen der Zellintegrität und der Zellfunktion führen.

Aber auch Serumlipide wie das Cholesterin sind Angriffspunkte von ROS, wobei das oxidierte LDL-Cholesterin bei Einlagerung in die Gefäßwand besonders starke Entzündungsreaktionen auslöst.

Von großer Bedeutung sind auch die durch ROS und RNS verursachten DNA-Schäden. In jeder Körperzelle finden täglich radikalinduzierte Schädigungen der DNA statt. Fast immer werden diese durch DNA-Reparatursysteme entdeckt und beseitigt. Ist dies nicht der Fall, kann es zu Basenmodifikationen oder auch zu Einzel- oder Doppelstrangbrüchen kommen, also zu Veränderungen, die nicht zuletzt auch für die Entstehung von Krebserkrankungen verantwortlich sind.

Mit fortschreitendem Alter kommt es durch die zunehmende Abschwächung wichtiger zellulärer Schutzprozesse gegen freie Radikale sowie die nachlassende Entgiftungsleistung und Reparaturfähigkeit des Körpers zu vermehrten oxidativen Schäden. Von besonderer Bedeutung für das Altern scheint dabei der Schaden zu sein, der in den Mitochondrien auftritt. Mitochondrien sind winzige, etwa Bakterien große Körperchen im Zellinneren, die von einer Doppelmembran umgeben sind. Die innere Membran ist zur Vergrößerung der Oberfläche kammähnlich oder röhrenförmig eingefaltet. Die Aufgabe der Mitochondrien ist die Energiegewinnung durch Oxidation der Nährstoffe.

Durch die unmittelbare Einwirkung der freien Radikalen ist die DNA der Mitochondrien Veränderungen stärker unterworfen als die DNA im Zellkern, was allmählich zu einer Beeinträchtigung der Energieerzeugung in den Mitochondrien führt und einen erheblichen Einfluss auf den Alterungsprozess hat. Zellverbindungen, die hochenergetische Reaktionen erfüllen, unterliegen einem höheren oxidativen Stress, einer größeren Fehlerhäufigkeit und damit insgesamt einem schnelleren Alterungsprozess. Oder anders ausgedrückt: ein System altert umso schneller, je leistungsaktiver es ist.

Eine Strategie gegen das Altern besteht aus zweierlei: erstens über eine Reduktion der Nahrungsmittel die Anzahl der Radikalen zu reduzieren und zweitens die Entstehung unnötiger Oxidationsprozesse außerhalb der Mitochondrien zu vermeiden, denn durch die Einwirkung freier Radikale auf Zellbestandteile sind eine Reihe von Erkrankungen, eine reduzierte Aktivität der Telomerase und ein gesteigerter programmierter Zelltod die Folge.

Biomarker der Alterung

Physiologisch betrachtet ist das Altern durch einen langsamen und progressiven Verlust verschiedener Körperfunktionen gekennzeichnet, von dem alle Organsysteme betroffen sind. Der Zeitpunkt des Nachlassens dieser Funktionen ist von Organ zu Organ sehr unterschiedlich. So nimmt beim Menschen beispielsweise die Nierenleistung schon in der Jugend ab, während die Nervenleitungsgeschwindigkeit erst ab 30 Jahren nachlässt. Die Vitalkapazität der Lunge, die maximale Sauerstoffaufnahmekapazität, der Blutfluss im Gehirn und in der Leber, oder das Herzschlagvolumen verringern sich. Als wichtigste neurologische Veränderung ist eine nachlassende Gedächtnisleistung feststellbar. Die Hormonproduktion reduziert sich ebenso wie die Sekretion von Verdauungsenzymen und die Verwertung von Nährstoffen lässt – wie auch die Darmtätigkeit – nach. Zu diesen organspezifischen Veränderungen kommt noch ein systemischer Verlust von Strukturproteinen im Muskel, im Bindegewebe und in der Unterhaut.

Beim Menschen sind äußere Zeichen des Alterns die Körperhaltung, der Gang, die Elastizität der Haut (Falten), sowie die Haut- und Haarfarbe. Der Alterungsprozess zeigt sich auch in einer Verlangsamung der vom Gehirn gesteuerten Verhaltensreaktionen und kann individuell sehr unterschiedlich verlaufen, wobei körperliche und psychische Aspekte des Alterns nicht zwingend synchron verlaufen. Untersuchungen haben gezeigt, dass die klaren Reflexionsleistungen (kristalline Intelligenz) bis ins Alter stabil bleiben oder sich sogar weiterentwickeln, wohingegen bei der Gedächtnisleistung (fluide Intelligenz) mit zunehmendem Alter ein Abbau zu beobachten ist. Die Prozesse sind unterschiedlich fortschreitend, können aber verlangsamt werden.

Folgende Veränderungen können im höheren Lebensalter im mentalen Bereich auftreten:

Kognitive Fähigkeit

Veränderungsprozess

Informationsaufnahme und Informationsverarbeitung

Nachlassende Aufnahme- und Verarbeitungsgeschwindigkeit; Abnehmende Verarbeitungskapazität für Informationen

Reaktion

Nachlassende Reaktionsgeschwindigkeit durch abnehmende Geschwindigkeit bei der Übertragung von Nervenimpulsen und der Informationsverarbeitung;

Erhöhte Störempfindlichkeit bei Reizüberflutung, Ablenkungen und Irritationen

Koordination

Das gleichzeitige oder schnelle hintereinander Verrichten von Aufgaben fällt zunehmend schwer aufgrund verminderter Informationsverarbeitungskapazität und Reaktionsgeschwindigkeit

Gedächtnisleistung

Nachlassendes Kurzzeit- sowie Langzeitgedächtnis, etwa bei der Erinnerung an Episoden oder Namen; weniger effiziente und spontane Nutzung von Eselsbrücken

Langsamere und ineffektivere Dekodierungsprozesse (Informationen aus dem Gedächtnis zu holen dauert länger), Zunahme der Störungsanfälligkeit durch Ablenkung und Unterbrechungen

Lernen

Längere Lernzeiten durch Verlangsamung der Informationsverarbeitung, einmal Gelerntes kann aber genauso gut behalten werden wie bei Jüngeren

Abnehmende Lernfähigkeit: Größere Schwierigkeiten beim Erlernen neuer Schemata (die nicht auf existierendem Wissen aufbauen oder der Erwartung entsprechen) als bei Jüngeren

Durch körperliche Aktivität lassen sich auch im Alter kognitive Leistungsreserven mobilisieren.

Über Biomarker versucht man die altersbedingten Funktionsverluste standardisiert zu messen. Ein häufig verwendeter Biomarker ist die Lungenfunktion. Andere Tests erfassen eine Vielzahl unterschiedlicher Messdaten wie beispielsweise Blutdruck, Vitalkapazität, Pulsfrequenz vor und nach einer körperlichen Belastung, Sauerstoffgehalt im Blut, Handkraft, Gelenkbeweglichkeit, Hör- und Sehvermögen, Reaktionszeiten, Konzentrations- und Koordinierungsfähigkeit sowie Gedächtnisleistung.

Die Geschwindigkeit des Alterns bestimmt die maximal erreichbare Lebensdauer. Dabei gibt es innerhalb einer Spezies leichte und zwischen einzelnen Spezies erhebliche Unterschiede. Obwohl der Aufbau ihrer Körperzellen weitgehend gleich ist und sich die aus den Zellen aufgebauten Organe und Gewebe funktionell gesehen kaum unterscheiden, besteht beispielsweise zwischen den beiden Säugetieren Hausmaus und Grönlandwal ein fundamentaler Unterschied in der Lebensspanne. Die entscheidenden Unterschiede liegen in ihren Genen, auch wenn sie in ihrer Gesamtheit sehr ähnlich sind.

Altern als Folge chronischer Entzündungen:

Eine bedeutende Veränderung mit zunehmendem Alter ist die vermehrte Ausschüttung von entzündungsfördernden Zytokinen, was zu einer schwelenden, chronischen Entzündung führt und mit einer Reihe von Erkrankungen im Alter in Verbindung gebracht wird. Man spricht deshalb auch vom sog. Entzündungsaltern.

Beispielsweise sind es chronische, entzündliche Prozesse, die bei der Arteriosklerose eine entscheidende Rolle spielen. Auch für andere Alterserkrankungen kristallisiert sich die Bedeutung entzündlicher Prozesse immer stärker heraus, wie z.B. bei Krebserkrankungen. So entwickeln sich z.B. der Speiseröhren- und der Dickdarmkrebs, aber auch der Gebärmutterhalskrebs besonders gut auf dem Boden einer chronischen Entzündung. Dazu kommt, dass bösartige Tumoren ihrerseits schon sehr früh Entzündungsbotenstoffe (Mediatoren) in die Umgebung abgeben, um die Neubildung von Blutgefäßen zu begünstigen und das weitere Tumorwachstum zu gewährleisten. Auch bei einer weiteren großen Volkskrankheit – dem Diabetes – gibt es einen Zusammenhang mit Entzündungsprozessen. So sind vor allem die überreichlich vorhandenen Fettzellen im Bauchraum adipöser Zuckerkranker einer der wichtigsten Produktionsorte für Entzündungsbotenstoffe, wie Interleukin-6 oder Tumor-Nekrose-Faktor alpha (TNF-alpha). Auch bei der Alzheimer-Erkrankung kommt es im Gehirn der Betroffenen zu einer chronischen, entzündlichen Reaktion und zum fortschreitenden Verlust von Nervenzellen.

Altern durch Begrenzung der Zellteilungsfähigkeit:

Das Altern wird durch nach und nach einsetzende Störfaktoren ausgelöst, die verschiedene Prozesse in unseren Zellen beeinträchtigen. Defekte Proteine werden nicht mehr beseitigt, Mitochondrien funktionieren nicht mehr richtig, die Zellen verlieren ihre Fähigkeit sich zu teilen.

Bis in die 1950er Jahre wurde das Altern als langsame Abnutzung der Zellen, Gewebe und Organe und des daraus aufgebauten Körpers angesehen. Die molekularen Ursachen des Alterns wurden zur damaligen Zeit nicht erkannt beziehungsweise nicht verstanden. Nachdem es möglich war die molekularen Veränderungen in Säugetierzellen zu analysieren, wurde 1961 durch die Versuche des US-Amerikaners Leonard Hayflick (*1928) festgestellt, dass sich normale menschliche Zellen nicht beliebig oft teilen können und somit sterblich sind. Die für eine Zelle zulässige Anzahl der Teilungen ist vielmehr in der DNA über Telomere (von griech. „Telos für Ende und „Meros“ für Teil) vorprogrammiert (sog. Hayflick-Grenze). Bei Tieren mit kurzer Lebensspanne können sich die Zellen weniger oft teilen als bei Tieren mit einem längeren Leben. Menschliche Fibroblasten aus Feten z.B. können sich in einer Zellkultur 60 bis 80mal teilen; die gleichen Zellen aus einem älteren Erwachsenen dagegen nur noch 10 bis 20mal. Diesen Vorgang nennt man zelluläre oder replikative Seneszenz . Die ausdifferenzierten Zellen funktionieren zunächst noch normal weiter, teilen sich aber nicht mehr, altern und sterben.

In den vergangenen Jahren führte eine Vielzahl von Untersuchungen zu der Erkenntnis, dass die Begrenzung der Zellteilungsfähigkeit durch ein äußerst kompliziertes Netzwerk von sog. Signalketten zustande kommt. Zu diesem Netzwerk gehören eine Anzahl von Genen und deren Proteine, welche die Lebensdauer bestimmen. Die zellulären Netzwerke entscheiden – je nach den Schäden, die in der Zelle durch Radikale oder andere Faktoren entstanden sind und den äußeren Bedingungen, wie Ernährung, Hormonsituation und Wachstumsfaktoren – über ein erhöhtes oder verlangsamtes Zellwachstum, über einen endgültigen Wachstumsstopp oder den programmierten Zelltod (Apoptose).

Ist z.B. eine Zelle gefährlichen Umwelteinflüssen ausgesetzt, kommt es zur zellulären Stressantwort, auch Hitzeschockantwort genannt. Anfang der 1960er Jahre wurde diese Form der Stressantwort das erste Mal beobachtet. Wissenschaftler setzten Fruchtfliegen erhöhten Temperaturen aus und stellten ein komplexes Notfallprogramm zum Schutz der einzelnen Zellen und damit des Organismus fest. Obwohl dieses Programm auch bei anderen Gefährdungen wie Strahlung oder giftigen Substanzen ausgelöst wird, blieb der Begriff „Hitzeschockantwort“. Hitzeschockproteine (HSP) wie das HSP90 machen Zellen nicht nur resistent gegen Stressfaktoren wie Hitze oder freie Radikale, sondern vor allem auch schützen sie Zellen vor dem programmierten Zelltod. Verringerung oder Hemmung von HSP 90 führt demzufolge zu einem Stopp des Zellzyklus oder zum programmierten Zelltod. Diese Abwehrstrategie sichert lange genug das Überleben des Organismus. Welche Rolle die Apoptose beim Altern spielt, ist noch weitgehend unklar und wird kontrovers diskutiert. Während des Alterns werden jedenfalls signifikante Mengen an Muskelfaserzellen des Herzmuskels und der Skelettmuskulatur durch Apoptoseprozesse abgebaut. Die Ursache hierfür könnten möglicherweise Schäden an den Mitochondrien sein, beispielsweise durch oxidativen Stress.

Alters- und stressabhängige Verkürzung der Telomere: Chromosomen weisen an ihren Enden sog. Telomere auf, d.h. längere informationslose und sich wiederholende DNA-Sequenzen, die zusammen mit Proteinen eine komplizierte Schleifenstruktur bilden. Während sich die beiden informationshaltigen DNA-Stränge vor jeder Zellteilung verdoppeln, wird das Ende des Telomers bei jeder Verdoppelungsrunde kürzer. Vom Zeitpunkt der Geburt an verkürzen sich die Telomere an den Chromosomenenden etwa parallel zum Alter. Bei der Geburt sind die Telomere bei Jungen und Mädchen gleich lang, verkürzen sich aber dann im Laufe der Entwicklung bei Frauen langsamer, was u.a. ihre höhere Lebenserwartung mitbegründet.

Je mehr Zellteilungen eine Zelle durchlaufen hat, umso kürzer sind die Telomere. Zum Ende hin verlangsamt sich die Zellteilungsrate und ab einer bestimmten Telomerlänge teilt sich die Zelle nicht mehr, sie altert und stirbt. Der Zeitpunkt, wann eine Zelle dieses Stadium erreicht, ist zum einen vom Zelltyp und zum anderen von der Spezies abhängig. Bei langlebigen Organismen ist das Zellteilungsvermögen höher.

Als ein Beweis für die Telomeren-Hypothese des Alterns wird das Schaf Dolly gesehen. Dolly wurde aus einer somatischen Zelle eines fünf Jahre alten Schafes geklont. Bei dem Spender-Schaf waren die Telomere in der entnommenen Zelle durch eine Vielzahl von Teilungen bereits erheblich verkürzt. Dolly zeigte denn auch einen früh einsetzenden und schnellen Prozess des Alterns und verstarb deutlich vor dem Erreichen der mittleren Lebenserwartung eines Schafes.

Zu einer schnellen Verkürzung der Telomere kann es durch die Einwirkung entzündungsfördernder Zytokine, durch beschleunigt ablaufende Zellteilungen, durch Ausschüttung von Stresshormonen, aber auch durch oxidativen Stress kommen. Telomere sind im besonderen Maße gegenüber freien Radikalen empfindlich. Entzündung und oxidativer Stress sind damit bestimmende Faktoren des Alterns.

Für eine Reihe von chronischen Erkrankungen verschiedener Organe konnten erhöhte Telomerverkürzungen nachgewiesen werden, so beispielsweise im Endothel der Blutgefäße bei Arteriosklerose und in den Leberzellen bei chronischen Lebererkrankungen. Kommt es durch schwere Zellschädigungen in Geweben mit Zellen, die sich nach ihrer Ausdifferenzierung nicht mehr teilen, zur Einleitung des programmierten Zelltodes, so ist dies, wenn viele Zellen absterben, besonders fatal.

Die Erosion der Telomere hat aber nicht nur den Zelltod zu Folge, sondern führt auch zu einer Veränderung der Chromatinstruktur in der Umgebung der Telomere und damit zu einer völlig unterschiedlichen Genexpression, ein Vorgang, der für den Alterungsprozess nicht unwichtig ist.

Allerdings altern nicht alle Zellen des Körpers. Wäre dies der Fall, so gäbe es beispielsweise keine Wundheilung. Ein sehr kleiner Teil der Zellen, nämlich die Stammzellen, altern deshalb nicht. Ihr Anteil ist während der embryonalen Phase sehr hoch, nimmt mit zunehmendem Alter aber kontinuierlich ab. Während des gesamten Lebens sind sie jedoch vorhanden, um beispielsweise Zellen des Blutes, der Haut, der Darmschleimhaut oder des Immunsystems zu ersetzen. Sie besitzen ein Enzym – Telomerase – das der Verkürzung der Chromosomenenden im Rahmen der Zellteilung entgegenwirkt. Der Großteil der übrigen nachrangigen Zellen verliert die Telomeraseaktivität.

Es gibt allerdings Ausnahmen. So findet sich Telomerase-Aktivität im Haarfollikel, damit ist die Telomerase in das Nachwachsen der Haare eingebunden. Vor allem aber in schnell proliferierenden, epithelialen Zellen und in Blutzellen ist die Telomerase nach wie vor aktiv, vor allem in Progenitorzellen (s. Glossar), deren Regenerationsfähigkeit sie begründet. Östrogene regen die Aktivität der Telomerase an. Das Hormon scheint damit die Lebensdauer der Zellen mit zusteuern.

Ob die Länge der Telomeren auch für den Zustand des Organismus insgesamt von Bedeutung ist, haben Forscher in Utah untersucht. An dieser Studie nahmen zufällig ausgewählte Patienten mit einem Alter von über 60 Jahren teil. Die Wissenschaftler griffen dabei auf Blutproben zurück, die 20 Jahre zuvor entnommen worden waren. Sie konnten rückblickend über die abgelaufenen zwei Jahrzehnte feststellen, dass Menschen mit kurzen Telomeren doppelt so häufig in den folgenden Jahren starben, vor allem an Herzerkrankungen, und 8-mal häufiger an einer Infektionskrankheit. Weiße Blutzellen sind nämlich einer besonders schnellen Zellteilungsrate unterworfen, die Wahrscheinlichkeit ist größer, dass sie auf Grund kürzerer Telomere absterben, wodurch die Infektionsanfälligkeit ansteigt.

Dass verkürzte Telomere nicht nur mit einer höheren Krankheitsanfälligkeit verbunden sind, sondern auch bei erkrankten Patienten einen schlechteren Krankheitsverlauf wahrscheinlicher macht, haben inzwischen zahlreiche Untersuchungen gezeigt. So verkürzen beispielsweise Übergewicht, eine Insulin-Resistenz und Rauchen die Telomere zusätzlich.

Nun gibt es eine Reihe von Genen bzw. Proteinen, die bei Schäden der DNA den Zellzyklus vorübergehend oder dauerhaft blockieren können und die daher bei der Begrenzung der Teilungsfähigkeit eine wichtige Rolle spielen. Es sind dies die beiden Proteine pRB (Retinoblastom-Protein) und vor allem p53, eines der am besten untersuchten Tumorsuppressorproteine (Tumorunterdrückungseiweiße).

p53 wirkt auf mehreren Wegen. Zum einen fördert es die zelleigene DNA-Reparatur, wodurch Schädigungen beseitigt werden. Man spricht daher auch vom „Wächter des Genoms“. Zum anderen kann p53 aber auch die Zellteilung stoppen, damit DNA-Schäden, wenn sie denn einmal aufgetreten sind, nicht an Tochterzellen weitergegeben werden. Und falls das Erbgut einer Zelle irreparabel geschädigt sein sollte, aktiviert p53 das zelleigene Selbstmordprogramm. Um den programmierten Zelltod einzuleiten, müssen mehrere p53-Moleküle miteinander in Kontakt treten. Sie müssen sich – quasi – die Hände reichen, während für die zellschützenden Wirkungen diese molekulare Zusammenarbeit nicht nötig ist.

Ein vollkommener Schutz ist aber nur dann garantiert, wenn alle Funktionen von p53 intakt sind. Defekte in den beiden Tumorsuppressorgenen TP53 und RB1 , die für p53 beziehungsweise pRB kodieren, können den programmierten Zelltod ausschalten und u.U. zu Krebs führen. So finden sich bei mehr als 50% aller Krebserkrankungen Mutationen im Gen p53 oder aber in Genen, die p53 beeinflussen.

Wird dagegen p53 überexprimiert, so wird die Wahrscheinlichkeit einer Krebserkrankung erwartungsgemäß deutlich reduziert. Allerdings ist dies mit dem Effekt verbunden, dass die Lebenserwartung durch frühzeitige Alterserscheinungen, wie beispielsweise universelle Atrophie der Organe, erheblich verkürzt wird. Dies ergab sich zumindest bei Versuchen mit Mäusen. Aus diesem Sachverhalt schließen einige Forschergruppen, dass das Altern der Preis der weitgehenden Vermeidung von Krebserkrankungen ist.

Da sowohl ein Überschuss als auch ein Mangel an p53 für den Organismus von Nachteil ist, wird das TP53-Gen deshalb streng reguliert. Durch die Evolution hat sich für jeden Organismus eine optimale Expression von p53 eingestellt. In der Jugend ist es für den Organismus durch die Vermeidung von Krebserkrankungen von Vorteil, später aber durch das schnellere Altern von Nachteil. Wie p53 über Leben und Tod einer Zelle entscheidet, ist überaus komplex geregelt und in vielen Einzelheiten noch nicht geklärt.

Genetik und Epigenetik des Alterns

Der Fadenwurm (Caenorhabditis elegans) hat eine maximale Lebensspanne von wenigen Wochen, der Mensch von etwa 120 Jahren. Beide Arten haben in ihrer Stammesgeschichte einen gemeinsamen Vorfahren. Geht man davon aus, dass dieser Vorfahre eine ähnliche Lebensdauer wie der Fadenwurm hatte, so bedeutet dies, dass im Laufe der Jahrmillionen die Evolution durch Mutation und Selektion den Wert auf das über 2000-fache gesteigert hat. Die dafür verantwortlichen Gene versucht man zu identifizieren.

Im Jahre 1990 wurde das Human Genome Project (HGP) ins Leben gerufen, dessen Ziel es war, das gesamte Genom des Menschen zu entschlüsseln. Seit Mai 2021 gilt das menschliche Genom als vollständig entschlüsselt. Es umfasst 19.969 Gene.

Es zeigte sich, dass eine sehr hohe Anzahl Gene verschiedener Modellorganismen und auch des Menschen übereinstimmen. Gerade die Gene, die einen erheblichen Einfluss auf das Altern haben, sind teilweise hochkonserviert.

Forscher der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) Zürich haben rund 40.000 Gene des Fadenwurms, des Zebrafisches und der Maus systematisch nach Genen durchsucht, die mit dem Alterungsprozess in Verbindung stehen, in allen drei Arten vorkommen und dementsprechend von Genen eines gemeinsamen Vorfahren abstammen. Dabei zeigte sich, dass die drei Organismen lediglich 30 Gene, die den Alterungsprozess maßgeblich beeinflussen, gemeinsam haben. Diese sog. orthologen Gene kommen auch alle im Menschen vor.

Genetisches Altern:

Darunter versteht man die genetisch gesteuerte Entwicklung eines Lebewesens von der Eizelle bis zu einem differenzierten Organismus. Nur durch eine strenge Regulierung des Ablesens der DNA ist es möglich, dass sich embryonale Stammzellen zu verschiedenen Zelltypen differenzieren und die für sie spezifischen Funktionen auch beibehalten. Bis zum 8-Zell-Stadium ist jede embryonale Stammzelle noch allein in der Lage einen kompletten Organismus hervorzubringen. Man bezeichnet sie deshalb auch als omnipotent. Nach dem 8-Zellstadium entwickeln sich beim Menschen etwa 250 verschiedene Zelltypen. Die Gene sind also ab dem 8-Zell-Stadium in jeder Zelle nicht gleich aktiv, sie sind auf eine ganz spezifische Art und Weise „an- oder abgeschaltet“. Wenn der Körper fertig ausgebildet ist, sind auch die meisten Körperzellen für ihre Funktion fest programmiert, lediglich die adulten Stammzellen bewahren sich eine gewisse Flexibilität.

Für diesen Vorgang ist die genetische Steuerung unstrittig. Weitgehende Übereinstimmung herrscht auch darüber, dass innerhalb einer Spezies das Altern und die Lebenserwartung von bestimmten Genen beeinflusst werden. Beim Menschen schätzt man den Anteil der Gene auf die Langlebigkeit auf 20 bis 30%. Entsprechend erreichen Kinder von hochbetagten Eltern durchschnittlich ein höheres Lebensalter als Menschen, deren Eltern früher gestorben sind. Aus der Zwillingsforschung weiß man, dass sich zweieiige Zwillinge in der Lebensdauer wesentlich stärker voneinander unterscheiden als die genetisch identischen eineiigen Zwillinge.

Epigenetische Faktoren

Im Jahr 2005 stellte man fest, dass das Genom unseres nächsten Verwandten, des Schimpansen, sich nur in 1,2 Prozent aller Gensequenzen von derjenigen des Menschen unterscheidet. Wie aber können die weitreichenden Unterschiede in Verhalten, Aussehen und Intelligenz zwischen Menschenaffen und Mensch auf so geringe genetische Abweichungen zurückgehen? Wie ist das zu erklären? Gibt es vielleicht noch weitere Mechanismen, die in unser Erbgut eingreifen? Was bestimmt das Aussehen, die Anfälligkeit für Krankheiten und letztlich die Lebensdauer?

Das Genom des Menschen allein erklärt nämlich noch nicht, warum zwei Menschen das gleiche Krebs-Gen haben, aber nur einer von ihnen auch Krebs bekommt, warum der eine an Alzheimer oder Parkinson erkrankt und der andere nicht. Erklären lässt sich das jedoch mit der sog. Epigenetik. Die Stellschrauben, mit denen die Aktivität der Gene vorübergehend oder dauerhaft verändert oder sogar fürs ganze Leben – und manchmal sogar Generationen übergreifend – geprägt wird, sind vielfältig. Genau betrachtet werden dazu die Gene und das Verpackungsmaterial entlang des DNA-Fadens biochemisch modifiziert und so für den Leseapparat zugänglich oder unzugänglich gemacht.

Die DNA liegt im Zellkern nämlich nicht isoliert vor, sondern ist eingehüllt in Proteine. Diese Struktur wird als Chromatin bezeichnet und ihr wichtigster Bestandteil sind die sog. Histone. Diese wurden im Jahr 1884 vom deutschen Mediziner und Physiologen Albrecht Kossel (1853 - 1927) entdeckt. In Anerkennung seiner Beiträge über die Beschaffenheit der Zelle wurde er 1910 mit dem Nobelpreis für Medizin ausgezeichnet.

Bis in die frühen 1990er Jahre wurden Histone als reines Packmaterial der zellulären DNA verkannt. Erst in den letzten Jahrzehnten wurde erkannt, dass sie auch für die Expression der Gene von essenzieller Bedeutung sind.

Um wichtige Abschnitte der DNA, die für bestimmte Aufgaben unentbehrlich sind, zu markieren, ist die DNA mit „Lesezeichen“ ausgestattet. Diese molekularen Lesezeichen hängen an den Proteinschwänzchen der Histone. Die Enden der Histonstränge ragen aus dem Komplex aus DNA und Histonen heraus und sind Ziel von Histon-modifizierenden Enzymen.

Durch eine Methylierung wird die DNA im Bereich der Gene dichter "verpackt" und gleichsam unzugänglich gemacht. Faktoren, die normalerweise die Gene ablesen, können hier nicht mehr zugreifen. Das Genom wird an diesen Stellen – quasi – mit einem Passwort geschützt. Entlang der Chromosomen werden diese Markierungen an den notwendigen Stellen gesetzt, sind also eine Art Code, der abgelesen wird und die Umsetzung der Erbinformation steuert. So entsteht eine für jede Zelle charakteristische Landkarte solcher Codes mit ablesbaren und nicht ablesbaren Abschnitten. Der Vorteil für den Organismus liegt auf der Hand. Durch die Kombination dieser molekularen Modifikationen ist eine Unmenge an Ausprägungen eines einzigen Genoms die Folge. Die Zahl der Gene, die aktiv gehalten werden, kann eingeschränkt werden, die Gene sind aber nach wie vor vorhanden und können je nach Bedarf wieder in den aktiven Zustand überführt werden. Hierzu muss die Markierung wieder entfernt werden. Wie vielfältig diese Möglichkeiten sind, sieht man an folgendem Beispiel: Obwohl Raupe und Schmetterling den gleichen Gensatz haben, kommt es durch die Regulation der Genexpression zur Entwicklung zweier völlig unterschiedlicher Lebewesen.

Das Epigenom entscheidet – gewissermaßen wie eine komplizierte Software – darüber, welche Proteine entstehen, welche Funktionen eine Zelle übernimmt und letztlich auch welche Eigenschaften ein Individuum besitzt. Dieser Steuerungsmechanismus wird durch den Lebensstil und die Gewohnheiten maßgeblich mit beeinflusst und unter bestimmten Umständen auch vererbt.

Im Rahmen des Alterungsprozesses können allerdings Gene inaktiviert werden, die wichtig sind. So sind Änderungen der Methylmarkierungen an der Entstehung von Krankheiten beteiligt. Tatsächlich werden bei fast allen Tumorerkrankungen veränderte DNA-Methylierungsmuster nachgewiesen.

Methylmarkierungen am Erbgut beeinflussen aber nicht nur Gesundheit und Krankheit, sondern scheinen auch beim Alterungsprozess selbst eine Rolle zu spielen. Ein bedeutender Risikofaktor für eine beschleunigte Alterung ist z.B. chronischer Stress. Bisherige Untersuchungen zeigen, dass Menschen, die über eine weite Lebensspanne hinweg hohem Stress ausgesetzt waren, epigenetisch älter sind, als es von ihrem eigentlichen biologischen Alter zu erwarten wäre. Eine solche vorzeitige „biologische“ Alterung wird allgemein mit einem erhöhten Risiko für altersbedingte Krankheiten in Verbindung gebracht.

Forscher des Deutschen Krebsforschungszentrums (DKFZ) und vom Krebsregister des Saarlands gingen der Frage nach, ob epigenetische Veränderungen auch Einfluss auf die Sterblichkeit haben. Dazu untersuchten sie insgesamt 1900 Teilnehmer der ESTHER- und der KORA-Studie (Nat Comm 2017; 8:14617). Basis war dabei die Analyse von DNA aus Blutzellen. Die durchweg älteren Teilnehmer hatten zu Studienbeginn Blutproben abgegeben. Dies lag mittlerweile bis zu 14 Jahre zurück und viele Studienteilnehmer waren inzwischen verstorben.