علم الشيخوخة الحيوية

علم الشيخوخة الحيوي هو أحد فروع علم الشيخوخة الذي يهتم بعملية الشيخوخة البيولوجية وأصولها التطورية والوسائل المحتملة للتدخل في هذه العملية. وقد صاغ مصطلح "علم الشيخوخة الحيوي" س. راتان ، وبدأ استخدامه بشكل منتظم مع بداية ظهور مجلة علم الشيخوخة الحيوي في عام 2000. وهو يتضمن أبحاثًا متعددة التخصصات حول أسباب وتأثيرات وآليات الشيخوخة البيولوجية. وقد قال عالم الشيخوخة الحيوي ليونارد هايفليك إن متوسط ​​العمر الطبيعي للإنسان يبلغ حوالي 92 عامًا، وإذا لم يبتكر البشر طرقًا جديدة لعلاج الشيخوخة، فسوف يبقون عالقين في هذا العمر. ^[1] تنبأ جيمس فوبل بأن متوسط ​​العمر المتوقع في البلدان الصناعية سيصل إلى 100 عام للأطفال المولودين بعد عام 2000. ^[2] وتوقع العديد من علماء الشيخوخة الذين شملهم الاستطلاع أن متوسط ​​العمر المتوقع للأشخاص المولودين بعد عام 2100 سيتجاوز ثلاثة قرون. ^[3] يقترح علماء آخرون، بشكل أكثر إثارة للجدل، إمكانية وجود أعمار غير محدودة لأولئك الذين يعيشون حاليًا. على سبيل المثال، يقدم أوبري دي جراي "الإطار الزمني المؤقت" الذي يقول إنه مع التمويل الكافي للأبحاث لتطوير التدخلات في الشيخوخة مثل استراتيجيات الشيخوخة الهندسية التي لا تذكر ، "لدينا فرصة 50/50 لتطوير التكنولوجيا في غضون حوالي 25 إلى 30 عامًا من الآن والتي ستسمح لنا، وفقًا لافتراضات معقولة حول معدل التحسينات اللاحقة في تلك التكنولوجيا، بمنع الناس من الموت بسبب الشيخوخة في أي عمر". ^[4] تكمن فكرة هذا النهج في استخدام التكنولوجيا المتاحة حاليًا لتمديد أعمار البشر الأحياء حاليًا لفترة كافية للتقدم التكنولوجي المستقبلي لحل أي مشكلات متبقية متعلقة بالشيخوخة. تمت الإشارة إلى هذا المفهوم باسم سرعة الهروب من طول العمر .

علم الشيخوخة الطبي الحيوي ، المعروف أيضًا باسم علم الشيخوخة التجريبي وإطالة العمر، هو فرع من فروع علم الشيخوخة الحيوي الذي يسعى إلى إبطاء الشيخوخة ومنعها وحتى عكسها لدى البشر والحيوانات.

يختلف علماء الشيخوخة الحيوية في الدرجة التي يركزون بها على دراسة عملية الشيخوخة كوسيلة للتخفيف من أمراض الشيخوخة ، أو كطريقة لإطالة العمر. يركز مجال متعدد التخصصات جديد نسبيًا يسمى علم الشيخوخة على الوقاية من أمراض الشيخوخة وإطالة "مدة الصحة" التي يعيشها الفرد دون أمراض خطيرة. ^{[5] [6] [7]} إن نهج علماء الشيخوخة الحيوية هو أن الشيخوخة مرض في حد ذاته ويجب علاجه بشكل مباشر، والهدف النهائي هو أن يكون احتمال وفاة الفرد مستقلاً عن عمره (إذا ظلت العوامل الخارجية ثابتة). ^{[8] [9] [10]} وهذا يتناقض مع الرأي القائل بأن الحد الأقصى لعمر الإنسان لا يمكن، أو لا ينبغي، تغييره.

لا ينبغي الخلط بين علم الشيخوخة الحيوية وطب الشيخوخة ، وهو مجال من مجالات الطب يدرس علاج الأمراض الموجودة لدى كبار السن، وليس علاج الشيخوخة نفسها.

هناك نظريات عديدة للشيخوخة، ولم يتم قبول أي نظرية منها بالكامل. وفي أقصى حالاتها، يمكن تصنيف الطيف الواسع من نظريات الشيخوخة إلى نظريات مبرمجة - والتي تعني أن الشيخوخة تتبع جدولًا زمنيًا بيولوجيًا، ونظريات خطأ - والتي تشير إلى أن الشيخوخة تحدث بسبب الضرر التراكمي الذي تتعرض له الكائنات الحية. ^[11]

النظريات العشوائية للشيخوخة هي نظريات تشير إلى أن الشيخوخة ناجمة عن تغيرات صغيرة في الجسم بمرور الوقت وفشل الجسم في استعادة النظام وإصلاح الأضرار التي لحقت بالجسم. تتعرض الخلايا والأنسجة للإصابة بسبب تراكم الضرر بمرور الوقت مما يؤدي إلى انخفاض وظائف الأعضاء. تم تقديم مفهوم الضرر المتراكم لأول مرة في عام 1882 من قبل عالم الأحياء الدكتور أوغست فايسمان كنظرية "التآكل والتلف". ^{[12] [13]}

بدأت نظريات التآكل والتلف للشيخوخة في الظهور في القرن التاسع عشر. ^[13] يقترحون أنه مع تقدم الفرد في السن، تتآكل أجزاء الجسم مثل الخلايا والأعضاء من الاستخدام المستمر. يمكن أن يُعزى تآكل الجسم إلى أسباب داخلية أو خارجية تؤدي في النهاية إلى تراكم الإهانات التي تتجاوز القدرة على الإصلاح. بسبب هذه الإهانات الداخلية والخارجية، تفقد الخلايا قدرتها على التجدد، مما يؤدي في النهاية إلى الإرهاق الميكانيكي والكيميائي. تشمل بعض الإهانات المواد الكيميائية الموجودة في الهواء أو الطعام أو الدخان. قد تكون الإهانات الأخرى أشياء مثل الفيروسات والصدمات والجذور الحرة والترابط المتبادل وارتفاع درجة حرارة الجسم. ^[14]

تشير نظريات التراكم للشيخوخة إلى أن الشيخوخة هي تدهور جسدي ينتج عن تراكم العناصر، سواء تم إدخالها إلى الجسم من البيئة أو نتيجة لعملية التمثيل الغذائي للخلايا . ^[14]

تم اقتراح نظرية تراكم الطفرات لأول مرة من قبل بيتر ميداوار في عام 1952 ^[12] كتفسير تطوري للشيخوخة البيولوجية والانحدار المرتبط باللياقة البدنية المصاحب لها. ^[15] تشرح النظرية أنه في حالة التعبير عن الطفرات الضارة في وقت لاحق من الحياة فقط، عندما يتوقف التكاثر ويصبح البقاء في المستقبل غير مرجح بشكل متزايد، فمن المرجح أن تنتقل هذه الطفرات دون علم إلى الأجيال القادمة. ^[16] في هذه الحالة، ستكون قوة الانتقاء الطبيعي ضعيفة، وبالتالي غير كافية للقضاء باستمرار على هذه الطفرات. افترض ميداوار أنه بمرور الوقت ستتراكم هذه الطفرات بسبب الانجراف الجيني وتؤدي إلى تطور ما يشار إليه الآن بالشيخوخة.

الجذور الحرة هي جزيئات تفاعلية تنتجها العمليات الخلوية والبيئية، ويمكن أن تلحق الضرر بعناصر الخلية مثل غشاء الخلية والحمض النووي وتسبب أضرارًا لا رجعة فيها. تقترح نظرية الجذور الحرة للشيخوخة أن هذا الضرر يؤدي بشكل تراكمي إلى تدهور الوظيفة البيولوجية للخلايا ويؤثر على عملية الشيخوخة. ^{[17] اقترحت} ريبيكا جيرشمان وزملاؤها لأول مرة فكرة أن الجذور الحرة هي عوامل سامة في عام 1945، ^[18] لكنها برزت في عام 1956، عندما اقترح دينهام هارمان نظرية الجذور الحرة للشيخوخة وأثبت حتى أن تفاعلات الجذور الحرة تساهم في تدهور الأنظمة البيولوجية. ^[19] تتراكم الأضرار التأكسدية من العديد من الأنواع مع تقدم العمر، مثل الإجهاد التأكسدي الذي تسببه الجذور الحرة للأكسجين، ^[20] لأن نظرية الجذور الحرة للشيخوخة تزعم أن الشيخوخة ناتجة عن الضرر الناتج عن أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS). ^[21] ROS هي جزيئات صغيرة شديدة التفاعل تحتوي على الأكسجين ويمكن أن تلحق الضرر بمجموعة من المكونات الخلوية مثل الدهون أو البروتينات أو من الحمض النووي؛ يتم توليدها بشكل طبيعي بكميات صغيرة أثناء التفاعلات الأيضية في الجسم. تصبح هذه الحالات أكثر شيوعًا مع تقدم البشر في السن وتشمل الأمراض المرتبطة بالشيخوخة، مثل الخرف والسرطان وأمراض القلب. يمكن تقليل كمية الجذور الحرة في الخلية بمساعدة مضادات الأكسدة . ولكن هناك مشكلة تتمثل في استخدام بعض الجذور الحرة بواسطة الكائن الحي كجزيئات إشارة، ويؤدي التخفيض العام النشط للغاية للجذور الحرة إلى ضرر أكبر من نفعه للكائن الحي. منذ بعض الوقت ^{[ متى؟ ]} كانت فكرة إبطاء الشيخوخة باستخدام مضادات الأكسدة شائعة جدًا ولكن الآن تعتبر الجرعات العالية من مضادات الأكسدة ضارة. في الوقت الحاضر ^{[ متى؟ ]} يحاول بعض العلماء اختراع طرق لقمع الجذور الحرة الموضعي فقط في أماكن معينة من الخلايا. ^{[22] [23]} لا تزال كفاءة هذا النهج غير واضحة، ولا يزال البحث جاريًا.

كان تلف الحمض النووي أحد الأسباب الرئيسية للأمراض المرتبطة بالشيخوخة. يتم تحديد استقرار الجينوم من خلال آلية الخلايا للإصلاح وتحمل الضرر ومسارات نقاط التفتيش التي تعاكس تلف الحمض النووي. إحدى الفرضيات التي اقترحها الفيزيائي جيواكينو فايلا في عام 1958 هي أن تراكم الضرر في الحمض النووي يسبب الشيخوخة. ^[24] تم تطوير الفرضية قريبًا من قبل الفيزيائي ليو زيلارد . ^[25] تغيرت هذه النظرية على مر السنين حيث اكتشفت الأبحاث الجديدة أنواعًا جديدة من تلف الحمض النووي والطفرات، وتزعم العديد من نظريات الشيخوخة أن تلف الحمض النووي مع أو بدون طفرات يسبب الشيخوخة. ^{[26] [27]}

يختلف تلف الحمض النووي بشكل واضح عن الطفرة ، على الرغم من أن كلاهما نوعان من الخطأ في الحمض النووي . تلف الحمض النووي هو بنية كيميائية غير طبيعية في الحمض النووي، في حين أن الطفرة هي تغيير في تسلسل أزواج القواعد القياسية. تستند النظرية القائلة بأن تلف الحمض النووي هو السبب الرئيسي للشيخوخة، جزئيًا، على الأدلة الموجودة في الإنسان والفئران على أن العيوب الوراثية في جينات إصلاح الحمض النووي غالبًا ما تسبب الشيخوخة المتسارعة. ^{[28] [29] [26]} هناك أيضًا أدلة قوية على أن تلف الحمض النووي يتراكم مع تقدم العمر في أنسجة الثدييات، مثل أنسجة المخ والعضلات والكبد والكلى (انظر نظرية تلف الحمض النووي للشيخوخة وتلف الحمض النووي (يحدث بشكل طبيعي) ). أحد توقعات النظرية (أن تلف الحمض النووي هو السبب الرئيسي للشيخوخة) هو أنه بين الأنواع ذات أعمار الحياة القصوى المختلفة، يجب أن ترتبط القدرة على إصلاح تلف الحمض النووي بعمر الحياة. كان أول اختبار تجريبي لهذه الفكرة من قبل هارت وسيتلو ^[30] الذين قاموا بقياس قدرة الخلايا من سبعة أنواع مختلفة من الثدييات على إجراء إصلاح الحمض النووي. وجدوا أن قدرة إصلاح استئصال النوكليوتيدات تزداد بشكل منهجي مع طول عمر الأنواع. كان هذا الارتباط مذهلاً وحفز سلسلة من 11 تجربة إضافية في مختبرات مختلفة على مدار السنوات التالية حول العلاقة بين إصلاح استئصال النوكليوتيدات وعمر الأنواع الثديية (راجع بيرنشتاين وبرنشتاين ^[31] ). بشكل عام، أشارت نتائج هذه الدراسات إلى وجود ارتباط جيد بين قدرة إصلاح استئصال النوكليوتيدات وعمر الحياة. يأتي المزيد من الدعم للنظرية القائلة بأن تلف الحمض النووي هو السبب الرئيسي للشيخوخة من دراسة بوليميرازات الريبوز بولي ADP (PARPs). PARPs هي إنزيمات يتم تنشيطها عن طريق كسر خيوط الحمض النووي وتلعب دورًا في إصلاح استئصال قاعدة الحمض النووي. استعرض بيركل وآخرون الأدلة التي تثبت أن PARPs، وخاصة PARP-1، تشارك في الحفاظ على طول عمر الثدييات. ^[32] ارتبط عمر 13 نوعًا من الثدييات بقدرة بولي (ADP ريبوزيل) المقاسة في الخلايا أحادية النواة. علاوة على ذلك، فإن خطوط الخلايا الليمفاوية من الخلايا الليمفاوية في الدم المحيطي للبشر فوق سن 100 سنة لديها قدرة بوليمر (ADP-ريبوزيل) أعلى بشكل ملحوظ من خطوط الخلايا الضابطة من الأفراد الأصغر سنا.

تقترح نظرية الارتباط المتبادل أن المنتجات النهائية المتقدمة للجليكوزيل (الروابط المستقرة التي تتشكل عن طريق ربط الجلوكوز بالبروتينات) والروابط المتبادلة الشاذة الأخرى التي تتراكم في الأنسجة المتقدمة في السن هي سبب الشيخوخة. يؤدي الارتباط المتبادل للبروتينات إلى تعطيل وظائفها البيولوجية. يرتبط تصلب النسيج الضام وأمراض الكلى وتضخم القلب بالارتباط المتبادل للبروتينات. يمكن أن يؤدي الارتباط المتبادل للحمض النووي إلى حدوث أخطاء في التضاعف ، وهذا يؤدي إلى تشوه الخلايا وزيادة خطر الإصابة بالسرطان . ^[12]

هذا القسم يحتاج إلى التوسعة ، يمكنك المساعدة بإضافة المزيد إليه. ( مارس 2023 )

تقترح النظريات الوراثية للشيخوخة أن الشيخوخة مبرمجة داخل جينات كل فرد. ووفقًا لهذه النظرية، فإن الجينات تحدد طول عمر الخلايا. يتم تحديد موت الخلايا المبرمج، أو موت الخلايا المبرمج، بواسطة "ساعة بيولوجية" عبر المعلومات الوراثية في نواة الخلية. توفر الجينات المسؤولة عن موت الخلايا المبرمج تفسيرًا لموت الخلايا، ولكنها أقل قابلية للتطبيق على موت الكائن الحي بأكمله. قد ترتبط زيادة موت الخلايا المبرمج بالشيخوخة، لكنها ليست "سببًا للوفاة". يمكن للعوامل البيئية والطفرات الجينية أن تؤثر على التعبير الجيني وتسريع الشيخوخة.

في الآونة الأخيرة، تم استكشاف علم الوراثة فوق الجينية كعامل مساهم. تعد الساعة فوق الجينية ، التي تقيس العمر البيولوجي للخلايا بشكل موضوعي نسبيًا، أداة مفيدة لاختبار طرق مختلفة لمكافحة الشيخوخة. ^[33] الساعة فوق الجينية الأكثر شهرة هي ساعة هورفاث، ولكن الآن ظهرت نظائر أكثر دقة.

تشير نظريات اختلال التوازن العامة للشيخوخة إلى أن أنظمة الجسم، مثل الغدد الصماء والجهاز العصبي والجهاز المناعي ، تتدهور تدريجيًا وتفشل في النهاية في العمل. يختلف معدل الفشل من نظام إلى آخر. ^[14]

تشير النظرية المناعية للشيخوخة إلى أن الجهاز المناعي يضعف مع تقدم العمر في الجسم. وهذا يجعل الجسم غير قادر على مكافحة العدوى وأقل قدرة على تدمير الخلايا القديمة والأورام . وهذا يؤدي إلى الشيخوخة وسيؤدي في النهاية إلى الموت. تم تطوير هذه النظرية للشيخوخة من قبل روي والفورد في عام 1969. وفقًا لوالفورد، فإن الإجراءات المناعية غير الصحيحة هي سبب عملية الشيخوخة. ^[17] توفي والفورد، الذي ذكر أن نظامه الصحي الأمثل سيسمح له بالعيش حتى سن 120 عامًا، بسبب التصلب الجانبي الضموري عن عمر يناهز 79 عامًا.

يحتوي الإسناد على مادة منسوخة من Gerontology .