03/06/2011

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Envejecimiento y Sociedad: Realidades y perspectivas

Secretaría de Extensión y Bienestar Estudiantil

Envejecimiento: desde la biología y bioquímica

Laboratorio de Radicales Libres en Biología (CONICET),

Facultad de Farmacia y Bioquímica, Universidad de Buenos Aires,

Buenos Aires, Argentina.

Dra. Laura B. Valdez

Envejecimiento desde la biología y bioquímica

El envejecimiento, desde un punto de vista biológico, se refiere a los

cambios “normales” relacionados con la edad de un organismo, que

afectan a su vitalidad y a sus funciones, e incrementan la probabilidad

de muerte en función del tiempo.

Definición

Senescencia: se define al estado o proceso de envejecimiento de una célula

Envejecimiento = senescencia de un organismo

Deterioro de varias funciones fisiológicas

El deterioro se expresa en forma porcentual a partir de la función a la edad de 20 años, es decir, en su máxima plenitud.

Modificado de Case & Waterhouse, 1994

Longitud de vida humana: 100 a 120 años

En los Estados Unidos hay más de 70.000 personas de másde 100 años (1 cada 3500 habitantes)

En Japón, Francia y los Estados Unidos hay unas 150personas que superan los 105 años

¿Por qué envejecemos?

¿Cómo envejecemos?

¿Cuáles son los mecanismos bioquímicos?

Visiones de la longitud de la vida

1. Visión fatalista: Límite prefijado de longitud de vida

2. Visión existencialista: Límite depende del desarrollo de la vida

Experiencia de familias de longevos; teoría límite de la duplicacióncelular (Hayflick, 1980); teoría de las mutaciones somáticas y de loserrores catastróficos

Experiencia de la disimilitud de la longitud de vida en gemelos; teoríasde uso y desgaste; teorías de acumulación de toxinas; teoría deenvejecimiento por radicales libres (Gershman, 1954; Harman, 1956)

Teorías del Envejecimiento(Barja, 1998)

1. Teorías orgánicas

2. Teorías celulares

3. Teorías moleculares

- Autoinmune - Neuroendócrina – Reproductiva

- Límite de duplicación - Acortamiento de telómeros- Envejecimiento programado

- Acumulación de residuos- De uso y desgaste- De la acumulación de errores:

Errores en las moléculas informacionales- De entrecruzamiento de macromoléculas- Radicales libres oxidativos

Genéticas

(acumulación de daño)

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Ideal19801920

Roma antigua

1890

Teoría de uso y desgaste

Curvas de supervivencia de la especie humana, en distintas épocas

Knight, 1995

Teorías del EnvejecimientoIdea actual

ENVEJECIMIENTO

Proceso complejo y multifactorial

Genes

Radicales libres

Genes que regulan los procesos de mantención y reparación celular, tales

como los sistemas de respuesta al estrés

Radicales libres: las moléculas clave del envejecimiento

Clarín, 31/3/2005Estrés oxidativo

concepto clave en patología humana

Desbalance entre oxidantes y antioxidantes

OXIDANTES ANTIOXIDANTES

- Especies activas del oxígeno - Especies activas del nitrógeno

(Radicales libres)

- Enzimáticos- No enzimáticos

- Endógenos- Exógenos (dieta)

Estrés oxidativo y Envejecimiento

1. Hipótesis mitocondrial y celular

2. Hipótesis vascular

Oxidación de lipoproteínas de baja densidad (LDL) y aterosclerosis

Considera el uso de la energía y la longitud de la vida en distintasespecies (Rubner, 1908), la relación entre la energía utilizada y lasdefensas antioxidantes (Cutler, 1994) y considera el daño acumulativopor radicales libres como causa de la perdida de energía tisular

Estrés oxidativo y Envejecimiento

1. Hipótesis mitocondrial y celular

Considera el uso de la energía y la longitud de la vida en distintasespecies (Rubner, 1908), la relación entre la energía utilizada y lasdefensas antioxidantes (Cutler, 1994) y considera el daño acumulativopor radicales libres como causa de la perdida de energía tisular

2. Hipótesis vascular

Oxidación de lipoproteínas de baja densidad (LDL) y aterosclerosis

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La mitocondria: organela celular productora de energía

Membranainterna

Membranaexterna

Matriz

Crestas

CÉLULA

MITOCONDRIA

ADNmt

Sitios de producción celular de radicales libres

Mitocondrias: fuente intracelular cuantitativamente más importante

Membrana de retículo endotelial

Membrana nuclear

Membrana plasmática

Peroxisomas

Enzimas citosólicas

Teoría de envejecimiento por radicales libres

Especies con altas velocidades de producción de radicales libres,tienen menor expectativa de vida máxima

Mutantes del Caenorhabditis elegans con mayor expectativa devida, muestran actividades antioxidantes aumentadas

Trisomía 21 (Síndrome de Down) se caracteriza por una cortaexpectativa de vida, y por bajas defensas antioxidantes

Enfermedades asociadas a la edad caracterizadas porincrementado estrés oxidativo (aterosclerosis, cáncer, etc)

Enfermedades neurodegenerativas (Alzheimer, Parkinson, etc)asociadas a estrés oxidativo

Correlación negativa entre producción de oxidantes y máxima expectativa de vida (MLSP) en diferentes especies animales

Barja, 1998

Teoría de envejecimiento por radicales libres

Especies con altas velocidades de producción de radicales libres,tienen menor expectativa de vida máxima

Mutantes del Caenorhabditis elegans con mayor expectativa devida, muestran actividades antioxidantes aumentadas

Trisomía 21 (Síndrome de Down) se caracteriza por una cortaexpectativa de vida, y por bajas defensas antioxidantes

Enfermedades asociadas a la edad caracterizadas porincrementado estrés oxidativo (aterosclerosis, cáncer, etc)

Enfermedades neurodegenerativas (Alzheimer, Parkinson, etc)asociadas a estrés oxidativo

Daño causado por radicales libres y otras especies oxidantes

ADN

Oxidación/Nitración

Proteínas

Modificacionesconformacionales

Lipídos

PeroxidaciónMutaciones

RADICALES LIBRES

MITOCONDRIAS DISFUNCIONALES

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Las mitocondrias como el marcapaso el proceso de envejecimiento tisular

Las mitocondrias producen continuamente radicales libres y otras especiesactivas de oxígeno y las mantienen en un estado estacionario. Dichaconcentración aumenta en una situación de estrés oxidativo

Los radicales libres dañan moléculas informacionales, funcionales y/oreguladoras : ADNmt, proteínas y lípidos

El ADNmt con errores informacionales producirá proteínas con secuenciasalteradas, que llevaran a la disfunción mitocondrial

Las mitocondrias disfuncionales producen señales para su digestión porlos lisosomas y para la muerte celular (apoptosis)

La disminución de células activas lleva a la perdida de la funcionalidad y alenvejecimiento de los tejidos: principalmente el cerebro

Mitocondrias estructuralmente disfuncionales de hipocampo de rata

Control normal Hiperamonemiapor hipertensión portal

Lores Arnaiz y col., 2005

Valdez y col, 2004

Las actividades de 3 enzimas mitocondriales (NADH-citocromo c reductasa,

citocromo oxidasa y mtNOS) son consideradas marcadores de envejecimiento

20% 40%

8%

Disfuncionalidad mitocondrial y daño oxidativo en fragmentos mitocondriales

NADH-cit c Succinato-cit c TBARS >C=O

CEREBRO28 semanas 385 14 121 8 11.5 1.3 48 460 semanas 321 12* 119 8 16.9 1.4* 68 6*92 semanas 274 11* 112 9 18.5 1.4* 81 6*

HIGADO28 semanas 455 16 126 8 3.3 0.3 115 860 semanas 364 14* 122 9 4.1 0.4 145 8*92 semanas 318 13* 120 9 4.8 0.4* 157 9*

Navarro y Boveris, 2004

Enzimas mitocondriales y daño oxidativo en membranas mitocondriales de cerebro e hígado de ratas envejecidas

Complejos mitocondriales: nmol cit c/min.mg proteína; TBARS y carbonilos: pmol/mg proteína

Efecto de la vitamina E sobre la disfuncionalidad y el daño oxidativo mitocondrial

NADH-cit c Succinato-cit c TBARS >C=O

CONTROL28 semanas 322 10 125 9 5.3 0.4 51 452 semanas 270 10* 123 8 7.4 0.5* 69 5*76 semanas 210 11* 130 9 8.6 0.5* 89 6*

VITAMINA E52 semanas 290 10 129 9 6.7 0.3 55 5*76 semanas 283 11* 128 8 7.1 0.4* 63 5*

Navarro y col., 2005

Efecto de la vitamina E (5.0 g/kg comida) sobre las enzimas mitocondriales y el daño oxidativo en mitocondrias de cerebro de ratón viejo

Complejos mitocondriales: nmol cit c/min.mg proteína; TBARS y carbonilos: pmol/mg proteína

Navarro y Boveris, 2010

Efecto de altas dosis de vitamina E sobre el consumo de oxígeno cerebral y mitocondrial en diferentes áreas cerebrales de ratas viejas

El hipocampo, área asociada al envejecimiento y a la pérdida de la memoria

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Sastre y col., 1998

Extracto de G. biloba (Egb 761; 0.1 g/kg/día en el agua de bebida) durante 3meses (rico en flavonoides).Young: 4 meses. Old: 27 meses.Determinación de dispersión de la luz a 90º en citómetro de flujo

Morfología de mitocondrias de cerebro de rata a 4 y 27 meses. Efecto de una dieta rica en flavonoides

Se observa que la aparición de mitocondrias de mayor tamaño (disfuncionales) se previene con el EGb 761.

Prevención por Egb 761 de cambios asociados a la edad en mitocondrias de cerebro de rata

Sastre y col., 1998

Estrés oxidativo y Envejecimiento

1. Hipótesis mitocondrial y celular

Considera el uso de la energía y la longitud de la vida en distintasespecies (Rubner, 1908), la relación entre la energía utilizada y lasdefensas antioxidantes (Cutler, 1994) y considera el daño acumulativopor radicales libres como causa de la perdida de energía tisular

2. Hipótesis vascular

Oxidación de lipoproteínas de baja densidad (LDL) y aterosclerosis

Reacciones de radicales libres en el espacio vascular

Peroxidación de lípidos de LDLpor radicales libres

Producción de radicales libres por leucocitos y células endoteliales

NADPHoxidasa

NADP+ NADPH

O2O2-

H2O2

H2O2 + Cl-

HOCl

Mieloperoxidasa

Lisozima

NADPHoxidasa

NADP+ NADPH

O2O2-

H2O2

H2O2 + Cl-

HOCl

Mieloperoxidasa

Lisozima

iNOS NO

ONOO-

H2O2

Envejecimiento y ejercicio moderado

El ejercicio moderado

- aumenta la sobrevida

- mejora el comportamiento

- disminuye el estrés oxidativo

- disminuye la disfuncionalidad mitocondrial

Navarro y col, 2003Expectativa de vida media (semanas)

Control

Ejercicio

Machos Hembras

69 ± 2 81 ± 2

81 ± 2 89 ± 2

Procesos patológicos que

involucran aumento de

radicales libres

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Enfermedades neurodegenerativas

Enfermedades neurodegenerativas mas importantes:

- enfermedad de Parkinson

- enfermedad de Alzheimer

- demencia vascular

- esclerosis lateral amiotrófica

Hipótesis común:

la patogenia involucra a los radicales libres,

estrés oxidativo y mitocondrias disfuncionales

Estrés oxidativo y Enfermedades neurodegenerativas

Enfermedad de Alzheimer: Demencia y pérdida de integracióncon el entorno

Prevalencia: 0,5% a los 65 años; 25% a los 90 años

Enfermedad de Parkinson: Rigidez, temblor y lentitud en losmovimientos

Prevalencia: 0,15-0,18% de la población. En Junín (Provincia de BsAs) es de 0,65% de la población

El concepto de “event-free survival” se define como la supervivencia sin ocurrencia de:muerte, internación, pérdida de las habilidades para las actividades de la vida diaria(comida, uso del baño, aseo), y/o demencia severa (CDR 3).

Viña y col., 2004

La vitamina E (2000 UI/día) disminuye los efectos no deseados de la Enfermedad de Alzheimer

Modificado a partir de « TheAlzheimer´s disease comparativestudy (Sano y col., 1997)»

1. HÁBITO ALIMENTARIO SALUDABLE Y EQUILIBRADO: Dietas ricas

en pescados, frutas y verduras (antioxidantes)

2. EVITAR SEDENTARISMO (“Físico y Mental”)

2.1. EJERCICIO FISICO MODERADO y/o DEPORTES

2.2. EJERCICIO MENTAL: LEER, ESTUDIAR

Concluyendo…