Claudia Grothe, Jahrgang 2000/02

Erzielte Note:.................................. in Worten:................................................

Erzielte Punkte

(einfache Wertung): ....................... in Worten:................................................

Unterschrift des Kursleiters:.....................................................................................................

Kenntnisnahme und Feststellung des Ergebnisses durch das Direktorat:......................................................................................

2.2.1.1 Aufbau und Funktion der Haut

Die Haut als größtes Organ des Köpers (sie macht 16% des Köpergewichts aus) ist das Binde- oder auch Trennglied zwischen unserem Körper und der Außenwelt. Sie besteht aus drei Schichten: der Oberhaut (Epidermis), der Lederhaut (Corium) und dem Unterhautzellgewege (Subcutis). Diese drei Schichten werden in vertikaler Richtung durchbrochen, zum Beispiel von Haarfollikeln, Schweißdrüsen und Talgdrüsen. Die Oberhaut wird aus der Basalzellschicht (der untersten Zellschicht der Oberhaut) ständig erneuert, während die obersten, toten Zellschichten abgestoßen werden. Als Verbindung der Epidermis mit tieferen Zellschichten dient die Lederhaut. Diese besteht überwiegend aus den Bindegewebsfasern Kollagen und Elastin, welche der Haut gleichzeitig Flexibilität und Festigkeit verleihen. Kollagen- und Elastinfasern der Lederhaut setzen sich im Unterhautzellgewebe fort, welches mit Fettzellen ausgestattet ist. Die Subcutis dient als Schutz vor Stößen und der Wärmeregulation.

Abbildung 1: Aufbau der Haut

2.1.1.2 Altersbedingte Veränderungen

Im Zuge der Alterung vollziehen sich in den verschiedenen Hautschichten Veränderungen welche 1985 von Klingman, Grove und Balin beschrieben wurden. In der Zellstruktur der Oberhaut treten kaum Veränderungen auf. Lediglich eine geringere Dichte der Verbindungen zur Lederhaut lässt sich feststellen. Die Folge, nämlich eine losere Anbindung an die tieferliegenden Hautschichten, lassen die Haut schlaffer und lockerer erscheinen. Die Lederhaut selbst wird dünner und weist Veränderungen im Gewebe der Kollagenfasern auf. Die Faserbündel werden länger und grober, die Zwischenräume größer, das Kollagengewebe insgesamt lockerer. Auch das Geflecht der Elastinfasern verändert sich stark. In den oberen Zellschichten der Lederhaut nimmt ihre Anzahl stark ab während in tieferen Schichten zunehmend solche Fasern entstehen. Diese Fasern bilden sich jedoch unkoordiniert. Sie sind zudem dicker, länger und weniger elastisch. In der Gesamtheit wird die Haut dadurch weniger straff und neigt zur Faltenbildung. Die Abnahme des Unterhautfettgewebes in manchen Körperbereichen, besonders ausgeprägt an Gesicht und Handrücken, verstärkt diesen Effekt und erschwert die Hitzeregulation im Körper älterer Menschen.¹

2.1.1.3 Falten

Falten lassen sich kaum als Krankheit beschreiben, auch sind die Hautzellen nicht pathologisch verändert, dennoch sind sie die offenkundigsten Anzeichen der Alterung. Man geht inzwischen davon aus, dass ihre Entstehung sich aus dem Zusammenwirken oben genannter Vorgänge erklärt: Schwächere Verknüpfung der Hautschichten, verringerte oder desorganisierte Bindegewebsstruktur und geringere Polsterung durch Fettzellgewebe. In Folge dessen wird die Haut lockerer, weniger straff und sackt als Folge der Gravitationskraft ab. Faltenbildung ist besonders ausgeprägt an Stellen der Haut, welche besonders hoher Belastung ausgesetzt waren.¹

2.1.2.1 Knorpel

2.1.2.1.1 Aufbau und Funktion des Knorpels

Der Knorpel ist ein spezialisiertes Bindegewebe. Er besteht aus Zellen und Fasern wie Kollagen und Elastin, welche eine leblose, zunächst transparente Eiweißubstanz (Matrix) produzieren, die sie umgibt. Diese Matrix besteht aus einem sehr großen und komplex aufgebauten Eiweißmolekül, dem Proteoglycan. Proteoglycan besteht aus einem Kernmolekül an welches zahlreiche andere Moleküle (organische Schwefelverbindungen) gebunden sind, die wiederum die Fähigkeit haben, Wasser zu binden. Durch diese Mengen an gebundenem Wasser besitzt der Knorpel, neben seiner Festigkeit, Elastizität. Knorpel hat darüber hinaus die Eigenschaft, sehr schnell wachsen zu können. Im ausgewachsenen Körper befindet sich Knorpel in den Gelenken und an den Knochenoberflächen.¹

2.1.2.1.2 Altersbedingte Veränderungen

Die Veränderungen am Knorpel in Verbindung mit dem Alter sind zwar beschrieben, jedoch noch nicht vollständig erklärt. Zu beobachten ist, dass der Knorpel mit etwa dem 20. Lebensjahr seine Transparenz und seine leicht bläuliche Farbe verliert. Ab dem 30. Lebensjahr werden Risse und Sprünge an den Oberflächen der jetzt gelblich gefärbten Knorpelverbindungen sichtbar. Kleinste in der Matrix eingelagerte Körnchen anorganischer Kalziumsalze verbinden sich und machen den Knorpel hart und brüchig. Diesen Vorgang bezeichnet man allgemein als Verkalkung des Knorpels. Zudem gehen diese Kalziumsalze mit Stoffwechselprodukten der Knorpelzellen Verbindungen ein, welche zum Tod der Zelle führen können. Jeder Zelltod hinterlässt eine mikroskopisch kleine Narbe im Gewebe. Die Syntheseleistung der Knorpelzellen nimmt ab und es werden veränderte Fasern produziert. Diese sind härter, kürzer und grober als das Kollagen (Vorgang der asbestos transformation). Sie bewirken eine Erweichung oder gar regional begrenzte Zerstörung des Knorpels, er wird zunehmend resorbiert. Auch die Moleküle, die für die Wasserbindung verantwortlich sind, werden verändert. Die Zellen bilden kleinere und somit weniger wasserspeichernde Moleküle. Die Elastizität des Knorpels nimmt ab.²

Abbildung 2 : Knorpeldegeneration Abbildung 3 : Gelenkalterung

2.1.2.1.3 Arthritis

Arthritis ist beschrieben als eine 'degenerative Gelenkkrankheit'. Ihr Verlauf unterscheidet sich nicht wesentlich von dem Vorgang der normalen Gelenkalterung, dieser Vorgang läuft lediglich ungewöhnlich schnell ab. Die Bestandteile des Gelenks (Bänder, Sehen, Gelenkflüssigkeit und Knorpel) verändern sich in ihrer Beschaffenheit und Zusammensetzung. Das Knorpelgewebe wird aufgrund oben beschriebener Vorgänge narbig, verkalkt, dünner und weniger elastisch. In der Gesamtheit verschlechtert sich die Funktion des Gelenks, es resultieren Entzündungen und Schmerzen.¹

2.1.2.2 Knochen

2.1.2.2.1 Aufbau und Funktion des Knochens

Der Knochen besteht ähnlich dem Knorpel aus Knochenzellen und einer von ihnen produzierten Matrix. Im Gegensatz zum Knorpel ist diese Matrix verkalkt und besteht somit nicht nur aus organischen Proteinen (Kollagenfasern) sondern daneben auch aus anorganischen Kalziumsalzen und Phosphatapatiten. Der Mineralanteil im Knochen beträgt bei gesunden Menschen bis zu 65%. Der Knochen unterliegt zeitlebens dynamischen Umbauprozessen mit stetigem Knochenabbau an verschiedenen Stellen des Knochens sowie entsprechendem Knochenaufbau an anderer Stelle. Der

Knochenumbau erfolgt im Wesentlichen durch spezielle Zellen des Knochens, den Osteoblasten für den Knochenaufbau und den Osteoklasten für den Abbau. Der Knochenauf- und Abbau steht in enger Verbindung mit der Konzentration der Sexualhormone. So ist der steigende Sexualhormonspiegel nach der Pubertät auslösend für das Ende des Knochenwachstums.²

2.1.2.2.2 Altersbedingte Veränderungen

Etwa mit dem 30. Lebensjahr verschiebt sich das Gleichgewicht zwischen Knochenabbau und –aufbau. Eine erhöhte Osteoklastenaktivität bewirkt, dass die Abbaurate die des Aufbaus übersteigt. Diese Gleichgewichtsverschiebung hat einen allgemeinen Verlust an Knochenmasse mit zunehmendem Alter zur Folge. Durch die zunehmende Porösität des Knochens aufgrund des verminderten Aufbaus, sowie durch eine übererhöhte Mineralisierung des verbleibenden Knochengewebes verliert der Knochen im Zuge des Alterns an Elastizität und Stabilität, wird brüchiger. Eine entscheidende Rolle für den Beginn der vermehrten Knochenresorption spielen die Sexualhormone, wobei hier auch die geschlechtsspezifischen Unterschiede deutlich werden. Besonders bei Frauen nach den Wechseljahren ist ein deutlicher Anstieg des Knochenabbaus festzustellen. Es scheint, dass das weibliche Sexualhormon Östrogen die Wirkung eines osteoklastenstimulierenden Hormons (Parathyroid-Hormon) schwächt. Mit dem Absinken des Östrogenspiegels nach der Menopause werden die Osteoklasten durch dieses Hormon verstärkt aktiviert. Zudem scheint das Östrogen einen fördernden Einfluss auf die Kalziumresorption aus der Nahrung zu haben. Die Beobachtung, dass der Knochenabbau bei Frauen wesentlich ausgeprägter ist als der von Männern, lässt sich aus diesem Zusammenhang erklären, denn das Absinken des Sexualhormonspiegels bei Männern vollzieht sich wesentlich langsamer als bei Frauen, Männer sind noch bis ins hohe Alter zeugungsfähig.¹

2.1.2.2.3 Osteoporose

Aus der Definition der Krankheit Osteoporose als Abnahme der Knochenmasse ist ihre enge Verknüpfung mit dem normalen Alterungsprozess bereits sichtbar. Genaugenommen ist das Krankhafte lediglich die extreme Ausprägung. Neuere Erkenntnisse lassen auf effektive Behandlungsmöglichkeiten hoffen. Man hat herausgefunden, dass Osteoblasten und Osteoklasten offenbar demselben Zelltyp entstammen. Gegenstand der Forschung ist es nun, die Mechanismen und Stoffe, die an der Spezialisierung zum einen oder anderen Zelltyp beteiligt sind, zu identifizieren und isolieren. Ziel wäre dann, die Bildung von Osteoblasten oder Osteoklasten gezielt steuern zu können.²

2.1.3.1 Aufbau und Funktion des Herz-Kreislaufsystems

Das Herz-Kreislaufsystem der Menschen und Wirbeltiere dient der Versorgung der Gewebe mit Sauerstoff und Nährstoffen und dem Abtransport der Stoffwechselabfallprodukte aus dem Gewebe in die Ausscheidungsorgane. Es setzt sich zusammen aus dem Herzen (einer Muskelpumpe) und verschiedenen Blutgefäßen. Die am einfachsten aufgebauten und feinsten Blutgefäße (sie haben nur in etwa den Durchmesser eines roten Blutkörperchens) sind die Kapillargefäße. Sie bestehen nur aus einer Schicht von sogenannten Endothelzellen, spezialisierten flachen Zellen der Hautoberfläche. Alle anderen Blutgefäße, Arterien und Venen verschiedenster Dicke, sind im Grundsatz gleich aufgebaut. Die innerste Schicht besteht ebenfalls aus Endothelzellen, darüber liegt eine elastische Schicht aus elastin- und kollagenverwandten Fasern. Die Mittelschicht ist aufgebaut aus Zellen der glatten Muskulatur und die äußerste Schicht bilden verschiedene verzweigte Bindegewebsstrukturen. Unterschiede zwischen Arterien und Venen liegen lediglich in der Dicke der verschiedenen Zellschichten. Auch das Herz ist aus drei Hauptschichten, homolog denen der Blutgefäße, aufgebaut. Der innersten elastischen Schicht (Endocard), einer mittleren Muskelschicht (Myocard) und einer Bindegewebsschicht außen (Pericard). Die Dicke der einzelnen Schichten differiert ebenfalls zwischen den einzelnen Herzregionen, entsprechend ihrer verschiedenen Druckbelastung.³

Abbildung 4 : Aufbau der Blutgefäße: (a) Arterie; (b) Vene

2.1.3.2 Altersbedingte Veränderungen

2.1.3.3 Arteriosklerose

Arteriosklerose ist eine bedeutende und häufig auftretende Erkrankung des Herz-Kreislaufsystems. Das Hauptmerkmal dieser Krankheit ist die Ausbildung starker Verdickungen an der Innenwand der Blutgefäße, sogenannter Plaques. Die Entstehung solcher Plaques beginnt mit der Schädigung der Gefäßinnenwand, woraufhin das Zusammenwirken verschiedener Faktoren, unter anderem die erhöhte Ausschüttung von Wachstumsfaktoren, eine übermäßige Vermehrung der Zellen der glatten Muskulatur und des, von ihnen gebildeten, Kollagens bewirken. Zusätzlich kommt es zur Anlagerung von Fettmolekülen (Lipoproteinen). Weitere sekundäre Vorgänge kommen zum Tragen. Insgesamt bewirkt die Entstehung solcher Plaques eine zum Teil sehr starke Verengung der Gefäße. Man kann also festhalten, dass ein übermäßiges Zellwachstum, nämlich vor allem von Zellen der glatten Muskulatur, eine wesentliche Rolle bei der Krankheitsentstehung spielt. Heute hat man bereits zahlreiche Anhaltspunkte und Erkenntnisse, wodurch dieses übermäßige Zellwachstum bedingt ist. Ein nicht unwesentlicher Einfluss von, in unserer Wohlstandsgesellschaft häufigen, erhöhten Blutfettwerten wurde festgestellt und es gibt zahlreiche weitere Anhaltspunkte für die Forschung. Die Entstehung von Arteriosklerose ist bis heute nicht vollständig geklärt. Gesichert ist jedoch, dass die Ausprägung dieser Krankheit von inneren, zum Teil altersbedingten Faktoren abhängt, aber auch von Äußeren wie dem Lebenswandel und der Ernährung.¹

Abbildung 5 : Entstehung eines arteriosklerotischen Plaques

"Die Komplexität der Struktur unseres Nervensystems und die bisher nicht ganz geklärten Vorgänge, wie Hirnaktivität in geistige Vorgänge transduziert wird, vergelten unser Interesse [an den Alterungsvorgängen im neuronalen Netzwerk] mit weiteren Fragen anstatt mit Antworten" ("The structural complexity of the nervous system and the not yet fully understood processes by which brain activity is transducted into mental processes repay our interest with more questions than answers.")¹ Doch als die Grundlage unserer selbst, unseres Selbstverständnisses, ist das ZNS eines der Hauptinteressensgebiete der Forschung. Ich werde im Folgenden nur eine sehr begrenzte Zusammenfassung der neurologischen Grundlagen für manche der beobachteten Effekte der Alterung und deren mögliche Auswirkungen geben.

2.1.4.1 Aufbau und Funktion des Zentralnervensystems

Das Nervensystem des Körpers allgemein dient der Informationsübertragung zwischen den einzelnen Zellen. Eine Nervenzelle besteht aus zahlreichen Dendriten, welche Informationen empfangen, einem Zellkörper, einem Axon, über welches die Information in andere Körper- oder Hirnregionen übermittelt wird und einer Synapse, welche ihrerseits die Information an andere Zellen übermittelt. Jede einzelne Nervenzelle (Neuron) kann Nachrichten an eine oder zwei, aber auch an über tausend

2.1.4.2 Altersbedingte Veränderungen

Aufgrund zahlreicher Studien, welche eine Abnahme von Hirnmasse und Größe mit dem Alter erkennen lassen, vermutet man, dass mit zunehmendem Alter die Neuronenzahl im Hirn zurückgeht. Jedoch ist unklar, ob ein Neuronenabbau auch eine Beeinträchtigung mentaler Fähigkeiten bewirkt. Es scheint, dass diese Abnahme an Hirnzellen besonders Regionen der Hirnrinde, weniger das Stammhirn betrifft. Strukturelle Veränderungen der Vernetzung von Nerven im Gehirn könnten jedoch auch funktionelle Änderungen nach sich ziehen. Der Tod einer einzelnen Nervenzelle kann den Ausfall eines ganzen nervlichen Regelkreises zur Folge haben. Doch auch allein die Beobachtung, dass die Anzahl und Verzweigung der Dendriten mit steigendem Alter abnimmt, hat weitreichende Folgen. Die Reduzierung der Fähigkeit einer Zelle, Signale zu empfangen, beeinträchtigt stark ihre Funktion und kann möglicherweise zu ihrem Absterben führen. Allerdings hat man herausgefunden, dass auch das gealterte Gehirn die Fähigkeit besitzt, Dendriten und Synapsen zu erneuern. Ein weiterer Ansatz geht davon aus, dass eine Anreicherung des Stoffwechselabfallproduktes Lipofuscin in Hirnnervenzellen Fehlfunktionen und den Tod der Zelle auslösen können. Besonders schwierig nachzuvollziehen sind Beeinträchtigungen der Zellfunktion, beruhend auf Veränderungen im Stoffwechsel von Neurotransmittern. Ein Fehlen oder eine unkontrollierte Ausschüttung dieser könnte einen Funktionsausfall des Neurons bewirken, ohne eine strukturelle Veränderung sichtbar werden zu lassen. Eine sinkende Neurotransmitteraktivität in verschiedenen Hirnregionen wurde jedoch bereits nachgewiesen. Diese korreliert oftmals mit einer geringeren Bildung ihrer Gegenstücke, der Rezeptoren in den Membranen. Man geht heute davon aus, dass diese verminderte Aktivität der Neurotransmitter in umschriebenen Hirnregionen und ihre Folgenkette eine bedeutende Rolle bei altersbedingten Hirnfunktionsstörungen spielen. Inwieweit ein Rückgang des Hirnstoffwechsels, das heißt der Energieversorgung des Hirns, am Funktionsnachlass beteiligt ist, wird noch in zahlreichen Studien erforscht, scheint jedoch nicht ausgeschlossen.

Abbildung 7 : Veränderungen im Gehirn

2.1.4.3 Demenz

Dementielle Erkrankungen (Erkrankungen die mit Hirnleistungsstörungen einhergehen) beruhen auf zahlreichen Ursachen. Allgemein unterscheidet man degenerative Demenzformen (weitestgehend die Gruppe der Demenz vom Alzheimer-Typ (DAT)), welche gekennzeichnet sind durch Atrophie (Gewebeschwund) bestimmter Hirnregionen sowie der Anlagerung pathologischer Eiweiße (Amyloide), und vaskuläre Demenzformen, welche grob auf Infarkte innerhalb des Gehirns zurückgehen und somit in enger Verbindung mit der Veränderung der Blutgefäße stehen. Ein entscheidender Mechanismus bei der Entstehung von Demenzen ist eine chronische Ausschüttung des Neutrotransmitters Glutamat. Glutamat ist der bedeutetste exitatorische (zellerregende) Neurotransmitter des menschlichen Gehirns. Eine kurzzeitige Freisetzung dieses Stoffes an der Synapse tritt zur Informationsübertragung zum Beispiel bei wichtigen Prozessen wie dem Lernen und der Gedächtnisbildung auf. Unphysiologisch lange Freisetzungen des Botenstoffes bewirken jedoch auf Dauer, über ungebremsten Einstrom von Natrium und Kalium in die Zelle, eine Störung und schließlich den Tod der Nervenzellen Die neuronale Kommunikation ist gestört. Symptome von Demenzen sind Gedächtnisstörungen, Minderung der Urteilsfähigkeit, beeinträchtigte Orientierungsfähigkeit, Störungen der Sprache sowie veränderte Verhaltensweisen. Demenzzustände können auch aufgrund verschiedenartiger anderer Einflüsse, wie kardiovaskuläre (Herz-Kreislauf-) Erkrankungen, Alkoholsucht, Mangelernährung, Tumore, Infektionen oder Medikamente, ausgelöst werden. Man bezeichnet diese Gruppe als sekundäre Demenzen.¹

Abbildung 8 : Autoradiographische Darstellung der Glutamat-Bindungsstellen im gesunden Hippocampus und im Hippocampus eines Alzheimer Patienten (rot= hohe Dichte, blau= geringe Dichte)

2.1.5 Kommentar

Vom Alterungsprozess betroffen sind nicht nur vorangehend erwähnte Systeme. Weitere Systeme das Körpers wie das der Atmung, das Immunsystem oder die Verdauungs- und Ausscheidungsorgane unterliegen ebenfalls verschiedenen Alterungsvorgängen. Die Darstellung von Alterungsvorgängen im Körper kann sich hier jedoch nur auf einen allgemeinen partiellen Einblick beschränken.

Nach der Betrachtung der Alterungsvorgänge unter der Fragestellung 'Was passiert?' soll nun in diesem Teil der Arbeit das Augenmerk mehr auf die Fragestellung des 'Wie?' und 'Wodurch?' gerichtet werden. Mit dieser Fragestellung beschäftigt sich die Wissenschaft der Gerontologie, genauer der Biogerontologie, also der experimentellen Altersforschung.¹

Bei der Erschließung eines komplexen Vorgangs, wie dem der Alterung, muss zunächst ein Zugang geschaffen werden. Wie in allen Bereichen der Wissenschaft geschieht dies auch in der Biogerontologie über das Aufstellen von Hypothesen, anhand von Vermutungen und darauffolgend deren Nachweis oder Widerlegung durch verschiedenste Studien und Experimente.

Es gibt bisher keine vereinheitlichende Theorie welche den Prozess des Alterns beschriebe, lediglich sehr viele Einzeltheorien (derzeit etwa 300)², die in ihrer Gesamtheit eher verwirren als klären.³ Diese Theorienvielfalt erklärt sich aus dem überaus komplexen Aufbau des Körpers, mit unzähligen Interaktionen zwischen verschiedenen Systemen. "Daher ist es nicht verwunderlich, dass die Hypothesen, die das Altern erklären sollen, seien sie allgemeiner Natur oder auf die molekulare Ebene konzentriert, eigentlich alle miteinander verknüpft sind; das veranschaulicht die Einheit und Interpendenz aller Phänomene in einem Organismus." ("Hence, it is not surprising that the hypotheses proposed to explain aging, whether of a general nature or focalized at the molecular level, are actually all connected; it illustrates the unity and interpendance of all phenomena in an organism.")⁴. Eine Einteilung der Theorien, wie beispielsweise in Zufalls- und Festlegungstheorien (stochastische und deterministische Theorien) oder Anpassungs-abhängige und Anpassungs-unabhängige Theorien (adaptive and nonadaptive theories) ist aufgrund Verknüpfungen und Überschneidungen nicht eindeutig zu treffen⁵ und differiert in der Literatur. Wie bereits erwähnt, sind einige Theorien auch sehr allgemein gehalten, wohingegen andere sich auf konkrete molekularbiologische Vorgänge beziehen. Einzelne sollen nachfolgend betrachtet werden.

2.2.1.1 Theorie aktiver "Gerontogene"

Im späten 19. Jahrhundert herrschte die Annahme vor, Seneszenz ("die mit dem Alter zunehmende Fehlfunktion von Zellen und Molekülen"⁶) und Tod seien über spezielle, dafür selektierte Gene, sogenannte "Geronto-" oder "Alterungsgene" im Erbgut festgeschrieben. Diese Theorie begründete sich zunächst aus der Notwendigkeit der Konkurrenzminderung zwischen der Parental- und der Nachfolgegeneration. Aufgrund weiterer Beobachtungen wurde sie jedoch im Laufe der Zeit dahingehend abgewandelt, dass man nicht mehr davon ausging, die für die Alterung verantwortlichen Allele (Abschnitte auf dem Trägerstrang der Erbinformation, der DNA) seien speziell selektiert, sondern vielmehr der biologischen Auslese (Selektion) entgangen, da sie erst nach der Fortpflanzungsphase zum Tragen kommen. Jedoch wurde angenommen, dass spezielle Gene aktiv für Alterung und anschließenden Tod eines Lebewesens verantwortlich seien.¹

2.2.1.2 Optimalitätstheorie

Die Optimalitätstheorie sieht das Altern als logische Folge eines Kompromisses zwischen Fortpflanzung und Langlebigkeit. Sie geht aufgrund der begrenzten Stoffwechselenergie, die einem Lebewesen zur Verfügung steht, davon aus, dass Schutz- und Reparaturmechanismen des Organismus, wären sie maximiert, so viel Energie benötigten, dass die Bildung einer ausreichenden Nachkommenzahl nicht mehr möglich wäre. Der Energieaufwand zur Fortpflanzung und für den Erhalt der Funktionsfähigkeit des eigenen Körpers stehen also in einem Gleichgewicht. Welches der beiden Ziele vorwiegend verfolgt wird, hängt von den Umweltbedingungen ab.²

2.2.1.3 "disposable soma theorie" oder Theorie des "Wegwerf-Körpers"

Die Theorie des "Wegwerf-Körpers" beruht auf der Optimalitätstheorie. Die genetisch kontrollierte, energieaufwendige Erhaltung des Körpers erfolgt nur während einer Spanne von etwa 40 Jahren, um die Fortpflanzung zu sichern. Eine längere Lebensspanne beruht lediglich auf großzügig bemessenen Energiereserven des Körpers. Schädigungen an den, nach der Fortpflanzung überflüssig gewordenen Körperzellen, werden nicht mehr bekämpft, der Körper hat ausgedient. Das bedeutet, nicht spezielle Gene führen laut dieser Theorie aktiv Altern und Tod herbei, vielmehr verfällt der Körper aufgrund einer passiven "Nichterhaltung" nach bereits erfolgter Fortpflanzung.³

2.2.1.4 Pleiotroper Antagonismus

Unter Pleiotropismus versteht man die Tatsache, dass die meisten Gene nicht nur ein einziges, sondern verschiedene phänotypische Merkmale beeinflussen. Dies kann dazu führen, dass eine der Funktionen dieses Gens dem Lebewesen zuträglich ist, beispielsweise in der Fortpflanzung eine wichtige Rolle spielt. Gleichzeitig kann aber eine Zweitwirkung, man könnte sie auch als 'Nebenwirkung' bezeichnen, beispielsweise am Alterungsprozess beschleunigend beteiligt sein. Nun ist das eine Merkmal erwünscht, das andere nicht, beide werden aber von demselben Gen verursacht und sind somit untrennbar, es besteht ein Gegensatz in den verschiedenen Wirkungen des Gens, ein pleiotroper Antagonismus. Im Selektionsvorgang wird also 'abgewägt', welche der Wirkungen dominiert. Ein Beispiel hierfür sind die Sexualhormone. In der Fortpflanzung entscheidend wichtig, erhöhen sie im alten Organismus die Anfälligkeit für Krebserkrankungen der Geschlechtsorgane. Da nun die Wirkung der Sexualhormone für die Fortpflanzung nicht verzichtbar ist, und die tumorbegünstigende Wirkung erst nach der reproduktiven Phase einsetzt, wird diese in Kauf genommen.¹

2.2.1.5 "Hayflick-Limit" der Zellteilungen

Mit den Versuchen von Leonard Hayflick und Paul S. Moorhead 1961 am Wistar-Institut für Anatomie und Biologie in Philadelphia fiel die bis dahin gültige These, normale menschliche Fibroblasten (Bindegewebszellen) seien in Kultur unbegrenzt teilungsfähig. Sie wiesen nach, dass sich menschliche Zellen auch unter günstigen Bedingungen maximal etwa 50 mal teilten, bevor sie nach einer mehr oder weniger langen "postmitotischen Phase" abstarben. Die Teilungsgeschwindigkeit nahm hierbei parallel der Anzahl bereits vollzogener Teilungen ab. Die einzige Ausnahme bildeten hierbei undifferenzierte Stammzellen oder Krebszellen.²

Man führt diese begrenzte Teilungsfähigkeit heute auf den kontinuierlichen Verlust bestimmter Basensequenzen (Abschnitte der DNS mit einer bestimmten Abfolge der 4 verschiedenen DNS-Bausteine) mit jeder Zellreplikation zurück. Diese sogenannten Telomere sind an den Enden der Chromosomen lokalisiert und dienen dort scheinbar als eine Art Schutzkappe für das Chromosom. Wird diese Schutzkappe zu dünn, aufgrund zu vieler mit den Zellteilungen verlorengegangener Basensequenzen, stellt die Zelle das Wachstum ein. Die Ausnahme hierzu stellen solche Zellen dar, die mit Hilfe eines Enzyms (einer aktiven Telomerase) in der Lage sind, neue Telomersequenzen zu synthetisieren. Hierzu zählen die meisten Tumorzellen.³

Durch eine begrenzte Teilungsfähigkeit der Zellen ist einem Individuum eine maximale Lebensspanne festgeschrieben, ein Verfall des Körpers aufgrund mangelnder Erneuerungsfähigkeit ist unvermeidbar. Auch wenn diese maximale Teilungsfähigkeit von Körperzellen erwiesen ist, kann sie lediglich als Theorie für das Altern gelten, denn allein die Feststellung, dass das Teilungspotenzial der Zellen eines Verstorbenen oftmals noch bei weitem nicht ausgeschöpft ist, sowie die Tatsache, dass auch Zellen wie Nerven- oder Herzmuskelzellen, die ohnehin nicht teilungsfähig waren, verfallen, machen deutlich, dass es sich hier nur um einen Versuch der Beschreibung eines Einzelprozesses, nicht aber um eine Begründung für das Altern insgesamt handeln kann.⁴

2.2.1.6 Stoffwechseltheorie

Bereits 1908 veröffentlichte der Berliner Professor Max Rubner die erste Abhandlung zum Thema Stoffwechsel und Altern. Die Stoffwechseltheorie geht davon aus, dass ein schnellerer Stoffwechsel, das heißt ein erhöhter Energieverbrauch, ganz erheblich den Alterungsprozess beschleunigt. Dies geht mit der erhöhten Synthese (Bildung) des Energieüberträgermoleküls ATP (Adenosintriphosphat) einher, welches beim Abbau von Glucose und unter Beteiligung von Sauerstoff entsteht.¹

2.2.1.7 Glucose und Alterung

Die Annahme einer Beteiligung der Glucose an den Zellalterungsprozessen beruht auf Erkenntnissen von Anthony Cerami, tätig am Picower-Institut für Medizinische Forschung in Manhasset/New York. Er wies nach, dass es im Körper zu Bindungen zwischen Glucose und Proteinen oder Nucleinsäuren kommt. Das besondere daran ist, dass an diesem Bindungsvorgang keine Enzyme beteiligt sind, welche sonst die zweckdienliche Bindung an speziellen Stellen der Moleküle regeln. Die Bindungen bilden sich zufällig an beliebiger Stelle aus. Diese nichtenzymatische Bindung von Zucker und Protein (Glykosylation der Eiweiße) war bereits vorher bekannt, als die sogenannte Bräunungsreaktion, allerdings nur außerhalb des Körpers. Der Reaktionsverlauf ist relativ geradlinig: Zwei verschiedene funktionelle Gruppen von Glucose und Protein ziehen sich an. Über eine Zwischenform, die Schiffsche Base, entsteht das sogenannte Amadori-Produkt. Amadori-Produkte von Eiweißen können mit der Zeit neue Strukturen bilden, welche irreversible Verbindungen mit anderen Molekülen eingehen. Diese Verbindungsstrukturen werden als AGE's bezeichnet (advanced glycosylation endproducts). Sie können schließlich Quervernetzungen zu benachbarten Molekülen bilden. Solche Quervernetzungen tragen zur Versteifung des Bindegewebes (beispielsweise der Kollagenfasern in Sehnen, Bändern und Blutgefäßen) bei, einem Vorgang, der bei der Alterung eine maßgebliche Rolle spielt. Auch scheinen solche AGE's bei der Entstehung arteriosklerotischer Plaques begünstigend mitzuwirken (vgl. Abb. 5). DNA-Schädigungen sowie vielfältige weitere Stoffwechselbeeinflussungen schließen die Forscher nicht aus. Sollte sich die These weiter bestätigen lassen hofft man darauf, Therapiekonzepte gegen diese Mechanismen entwickeln zu können.¹

2.2.1.8 Theorie der freien Radikale

Das Altern gründet sich laut der Mitte der 50er Jahre aufgekommenen und inzwischen recht anerkannten Theorie der freien Radikale auf Schädigungen wichtiger Moleküle im Organismus durch beim normalen Stoffwechsel entstehende sehr reaktive Moleküle. Besonders betrachtet wird dabei die Wirkung sogenannter 'Radikale des Sauerstoffs'. Diese Radikale sind Sauerstoffatome, die ein freies ungepaartes Elektron tragen. Man geht davon aus, dass diese 'Radikale' zahlreiche Moleküle im Organismus (z.B. DNA, Fette, Proteine) durch Oxidation schädigen, sowie in einer Kettenreaktion, weitere Oxidantien (Stoffe mit der Fähigkeit andere Moleküle zu oxidieren) wie Wasserstoffperoxid erzeugen. Nach der Theorie der freien Radikale ist die Anhäufung solcher oxidativer Schäden in der Zelle verantwortlich für deren Verfall. Diverse Versuche scheinen auch eine Beteiligung solcher Schädigungen am Alternsprozess nahezulegen, wie z.B. die Beobachtung, dass eine höhere Produktion von Antioxidantien, welche solche Radikale neutralisieren, sich offenbar verlängernd auf die Lebensspanne verschiedener Versuchstiere, vorwiegend Insekten, auswirk. Doch wie bereits erwähnt, kann wohl auch diese Theorie nicht als absolut gesetzt werden, auch sie kann allein den Alterungsvorgang nicht beschreiben oder begründen.²

2.2.1.9 Altern und Schutz vor Krebs

Die These, dass Altern in direktem Zusammenhang mit körpereigenen Schutzmechanismen gegen die Entstehung von Krebs stehe gibt es schon länger. Schon seit der Entdeckung, dass Zellen nur eine bestimmte maximale Anzahl an Teilungen durchlaufen, vertraten Forscher die Auffassung, dieses Hayflick-Limit sei nicht als Todesprogramm, als Beschränkung der Lebensspanne eines Organismus zu verstehen, sondern vielmehr als Schutzmaßnahme vor Krebs, also einem unkontrollierten Teilen und Ausbreiten von Zellen eines Typs. Die Beschränkung der Lebensdauer des Organismus sei eine in Kauf zu nehmende Nebenwirkung.³ Diese Auffassung erhält nun möglicherweise durch neueste Forschungsergebnisse Aktualität. Versuchsergebnise von Dr. Lawrence A. Donehower vom Baylor College of Medicine in Houston ergaben, dass das Schlüsselprotein p53, dessen Fehlen bei Versuchen an Mäusen deren vorzeitigen Tod durch Krebstumoren nach sich zog, in übermäßig hohen Konzentrationen alterungsähnliche Symptome hervorrief. Sollte es sich wirklich um die Auslösung von Alterung handeln, würde das bedeuten, "dass wir altern um länger zu leben" ("that we age in order to live longer")⁴. Es herrschte also wieder ein pleiotroper Antagonismus bei der Funktion und Wirkung des Proteins p53.⁴

Dieses Zitat von Christoph Wilhelm Hufeland (1762-1836) von vor mehr als 200 Jahren scheint noch heute aktuell. Einigen inneren und äußeren Faktoren, beispielsweise der UV-Strahlung des Sonnenlichtes oder genetischen Einflüssen sind wir zwangsläufig ausgesetzt, doch im Bereich unserer individuellen Lebensgestaltung verfügen wir über die Möglichkeit die Körpererhaltung positiv oder negativ zu beeinflussen. Auch die meisten von Hufelands Empfehlungen bezüglich der Gestalt eines 'gesunden Lebenswandels' haben ihre Gültigkeit nicht verloren. Er empfahl einen "...ruhigen, ausgewogenen Lebensstil mit reichlich, aber nicht zuviel Schlaf, [...] zu reichlich Bewegung im Freien sowie zu innerer Ruhe und Ausgeglichenheit."² Seine Ratschläge beinhalteten auch eine maßvolle Ernährung und eine möglichst angstfreie Lebensweise (Hufeland bezog sich auf die Angst vor dem Tod).³ Die Einzelheiten beispielsweise einer "maßvollen Ernährung" erforschen eigene Wissenschaftszweige, grundsätzlich entsprechen diese Aspekte jedoch auch aktuellen Empfehlungen einer gesunden Lebensweise. Negative Einflüsse von Stress oder zu fettreicher Ernährung sind bereits in zahlreichen Studien nachgewiesen, ebenso der schädigende Einfluss von Angst und Depression.

"Wir leben, solange es Gott bestimmt hat, aber es ist ein großer Unterschied, ob wir im Alter jämmerlich wie alte Hunde leben, oder wohl und frisch sind, und darauf vermag ein kluger Arzt viel." (J. W. v. Goethe)

Zumindest mit dem letzterem Teil dieses Zitates dürften sich die Zielsetzungen der Anti-Aging-Medizin wohl treffen. Die Forschung in diesem Bereich hat sich in jüngeren Jahren stark intensiviert. Ein breites Feld, was zur Zeit einen regelrechten 'boom' erlebt hat ist das der Hormonsubstitution. Zahlreiche Hormonpräparate erscheinen auf dem Markt, die wahre Wunder versprechen. Grundsätzlich soll mit solchen Präparaten das Absinken der natürlichen Ausschüttung gewisser Hormone, in welchem man die Ursache für zahlreiche Alterserscheinungen vermutet, ausgeglichen werden. Bekannt sind Hormone wie das Melatonin, das DHEA (Dehydroepiandrosteron), Sexualhormone oder das Wachstumshormon HGH (human growth hormone). In verschiedenen Wirkfeldern wurden diese auch bereits erfolgreich eingesetzt: Wachstumshormone gegen Kleinwüchsigkeit bei Kindern, Melatonin gegen Schlafstörungen und den bekannten 'Jetlag' und auch die Hormonersatztherapie mit Östrogenen bei Frauen nach den Wechseljahren unter anderem zum Schutz vor Osteoporose und Gefäßverkalkung. Ihre Wirkung gegen viele weitere Beschwerden und im Organismus allgemein ist

jedoch oft noch mangelhaft untersucht. Die exakten Folgen von Eingriffen in das menschliche Hormonsystem sind aufgrund einiger noch unverstandener Zusammenhänge schwer absehbar. Der Beteiligung der sinkenden Hormonspiegel am Alterungsprozess und der Wirksamkeit und Verträglichkeit gezielter Hormontherapien gehen aktuell zahlreiche Forschungsgruppen nach.¹

Abbildung 10 : Der runderneuerte Mensch

Eine medizinisch schon länger praktizierte Möglichkeit, Einfluss auf den Alterungsvorgang und die Lebenslänge zu nehmen, ist der Einsatz von Prothesen oder Fremdorganen. Im Bereich der Organverpflanzungen werden neben menschlichen Spenderorganen auch Organe und Gewebe von Tieren (Xenotransplantation) verwendet. Da diese jedoch ein erhöhtes Risiko bergen, unbekannte Viren zu übertragen, sowie vom Empfängerorganismus abgestoßen zu werden, setzt die Wissenschaft große Hoffnungen in den Einsatz von Geweben, Körperteilen und Organen, die aus sogenannten Stammzellen gezüchtet wurden. Hierzu sind optimal die, aktuell vom Gesetzgeber intensiv diskutierten, embryonalen Stammzellen geeignet, doch auch adulte Stammzellen bieten umfangreiche Möglichkeiten. Aus embryonalen Stammzellen lassen sind theoretisch alle Gewebeformen des Körpers im Labor züchten.¹

Auch im Bereich der Prothesen ist man weit fortgeschritten. Neben immer weiter verbesserten Gelenkprothesen wird intensiv an elektronischen Reglerprothesen, neben dem Herzschrittmacher beispielsweise zur Blutdruckregulation, und Kunststoffprothesen für zahlreiche Köperpartien gearbeitet. Ein weiteres Gebiet ist das der Neuroprothesen, Prothesen wie beispielsweise Schallempfänger im Ohr oder eine künstliche Netzhaut, die über sogenannte "Brain-Chips" direkt mit dem Gehirn verschaltet sind.² Eine neue Entwicklung einer verbesserten Netzhaut aus Keramik soll dieses Jahr erstmals am Menschen getestet werden.³

Was zukünftig in diesem Bereich alles möglich sein wird ist bisher nur zu erahnen, und mutet teilweise geradezu utopisch an. Besonders im Bereich der gentechnischen Forschung erscheint der Zugriff auf die oben erwähnten "bestimmenden Gesetze und Grenzen" selbst in Kürze machbar.

Nach allem was sich im Bereich der Wissenschaften abzeichnet ist in naher Zukunft wohl keine Trendwende bezüglich der Lebenserwartung zu erwarten. Die medizinischen Methoden und Verfahren werden immer spezieller, besser, zu großen Teilen auch aufwendiger, finanziell und auch methodisch. Statistiken belegen die zahlenmäßige Zunahme sehr Hochbetagter: Gab es 1965 in Deutschland nur 265 über Hundertjährige, waren es 1994 bereits 4602 und für das Jahr 2000 schätzte man zum Zeitpunkt der Erstellung die Zahl der über Hundertjährigen in Deutschland auf über 10 000.¹ Die Folgen für unser Gesellschaftssystem sind heute bereits spürbar.

[1] Arking, R. : Biology of Aging, 2nd Edition, Massachusetts/USA 1998, ISBN 0-87893-043-4

[2] Becker, M. : Künstliche Netzhaut, von: http://www.spiegel.de/wissenschaft, 10.01.2002

[3] Benecke, M. : Der Traum vom ewigen Leben, München 1998, ISBN 3-463-40338-2 (N.B.: aktualisierte Auflage: April 2002, Taschenbuch, Reclam Leipzig -- MB)

[4] Bübner, V. ; Jaursch-Hancke, C. : Gesund und aktiv altern, in: Rabe, T. ; Strowitzki, T. (Hrsg.): Lifestyle & Anti-Aging Medizin, Baden-Baden 2001, S. 363-375

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[6] Collatz, K.-G. : Biologie des Alterns, in: Praxis der Naturwissenschaften Biologie, 48. Jg. (1999), 6/48, S. 17-25

[7] Dandekar, T. : Altern und Sterben, in: Praxis der Naturwissenschaften Biologie, 48. Jg. (1999), 6/48, S. 1-6

[8] Greider, C. W. ; Blackburn, E. H. : Telomere, Telomerase und Krebs, in: SdWD, 2/1998, S. 39-45

[9] Hahn, von H. P. : Ursachen des Alterns, in: SdWD, 2/1998, S. 8-19

[10] Hartwig, M. : Ansatz der Biogerontologie: das Altern verlangsamen, in: SdWD, 2/1998, S. 20-22

[11] Hayflick, L. : Zellbiologie des Alterns, in: SdWD, 2/1998, S. 23-30

[12] Jaursch-Hancke, C. : Hormonelle Veränderungen im Alter, in: Rabe, T. ; Strowitzki, T. (Hrsg.): Lifestyle & Anti-Aging Medizin, Baden-Baden 2001, S. 357-361

[13] Kohl, F. : Alterserkrankungen "Alzheimer" und "Parkinson", in: Praxis der Naturwissenschaften Biologie, 48. Jg. (1999), 6/48, S. 26-31

[14] Macieira-Coelho, A. : Molecular Basis of Aging, Boca Raton/Florida u. a. 1995, ISBN 0-8493-4786-6

[15] Medina, J. J. : Die Uhr des Lebens, Basel ; Boston ; Berlin 1998, ISBN 3-7643-5810-6

[16] Reitz, M. : Alt werden – jung bleiben, in: SdWD, 2/1998, S. 6/7

[17] Rusting, R. L. : Trends in der Biologie: Warum altern wir?, in: SdWD, 2/1998, S. 31-37

[18] Selkoe, D. J. : Alterndes Gehirn – alternder Geist, in: SdWD, 2/1998, S. 63-71

[19] Wade, N. : Cancer Fighter Exacts a Price: Cellular Aging, von: http://www.nytimes.com (The New York Times on the web), 01.01.2002

[20] Lehr, U. : Der demographische Wandel und die Beziehung zwischen Alt und Jung, Vortrag im Rahmen der 49. Lindauer Psychotherapiewochen 1999, 18. – 30. April (Kassettenaufzeichnung)

[21] Merz+Co.GmbH & Co. (Hrsg.) : Hirnleistungsstörungen (Demenz), Frankfurt am Main 1998

[22] Seibold, M. : Lang leben, aber nicht alt werden? (Kurzfassung), Vortrag in Fürstenfeldbruck am 18.01.1993

[23] Seibold, M. : Medizinische Anmerkungen zur Langlebigkeit (Kurzfassung), Vortrag in Fürstenfeldbruck am 22.01.2001