Door ioniserende straling geïnduceerde veroudering van hersencellen en de mogelijke onderliggende moleculaire mechanismen, deel 1

Abstract:

De vergrijzing van de bevolking vindt wereldwijd snel plaats, wat een uitdaging vormt voor de wereldeconomie en de gezondheidszorg. Hersenveroudering levert een belangrijke bijdrage aan verschillende leeftijdsgebonden neurologische en neuropsychologische aandoeningen, waaronder de ziekte van Alzheimer en de ziekte van Parkinson.

Naarmate de vergrijzing van de bevolking versnelt, besteden mensen steeds meer aandacht aan de relatie tussen hersenveroudering en geheugen. Volgens onderzoek zullen de menselijke hersenen tijdens het ouder worden geleidelijk een aantal functies verliezen, vooral het geheugen. Dus wat is de relatie tussen hersenveroudering en geheugen?

Allereerst is hersenveroudering niet een probleem waar iedereen mee te maken heeft. Door een gezonde levensstijl kunnen we het verouderingsproces van de hersenen vertragen. Het is wetenschappelijk bewezen dat lichaamsbeweging, het handhaven van goede eetgewoonten en het deelnemen aan regelmatige cognitieve training een positieve invloed kunnen hebben op de gezondheid van de hersenen en de proliferatie en verbindingen van neuronen kunnen bevorderen.

Daarnaast kunnen we ook enkele specifieke methoden proberen om het geheugen te verbeteren. We kunnen het geheugen bijvoorbeeld versterken door meerdere keren te herhalen, associaties te gebruiken en taalgevoel te creëren. Deze methoden kunnen ons helpen geheugengerelateerde gebieden zoals de hippocampus en de amygdala in de hersenen te activeren en onze geheugenefficiëntie te verbeteren.

Daarnaast kunnen we ook op passende wijze gebruik maken van technische middelen voor geheugentraining. Verschillende geheugenspellen, apps en hulpmiddelen kunnen ons helpen het geheugen en de concentratie te verbeteren, zoals Flipd, BrainHQ, Elevate, enz. Deze apps en hulpmiddelen maken gebruik van het nieuwste cognitieve wetenschappelijke onderzoek om gepersonaliseerde geheugentrainingsprogramma's te creëren die zijn afgestemd op onze behoeften en interesses.

Al met al hoeft de impact van verouderende hersenen op het geheugen ons niet bang te maken. Zolang we een gezonde levensstijl aanhangen, ons concentreren op cognitieve training en verschillende methoden proberen om het geheugen te verbeteren, kunnen we het verouderingsproces van de hersenen effectief vertragen, ons geheugen en onze concentratie verbeteren en genieten van een gezonder en bevredigender leven. Het is duidelijk dat we het geheugen moeten verbeteren, en Cistanche deserticola kan het geheugen aanzienlijk verbeteren, omdat Cistanche deserticola een traditioneel Chinees medicinaal materiaal is dat veel unieke effecten heeft, waaronder het verbeteren van het geheugen. De werkzaamheid van Cistanche deserticola komt voort uit de vele actieve ingrediënten die het bevat, waaronder looizuur, polysachariden, flavonoïde glycosiden, enz. Deze ingrediënten kunnen de gezondheid van de hersenen via verschillende routes bevorderen.

Klik op 10 manieren kennen om het geheugen te verbeteren

Verschillende extrinsieke factoren, zoals blootstelling aan ioniserende straling, kunnen de veroudering versnellen. Uit meerdere onderzoeken bij mens en dier is gebleken dat blootstelling aan ioniserende straling uiteenlopende gevolgen kan hebben voor de veroudering van organen en kan leiden tot verlenging of verkorting van de levensduur, afhankelijk van de stralingsdosis of het dosistempo.

Dit artikel bespreekt de effecten van straling op de veroudering van verschillende soorten hersencellen, waaronder neuronen, microglia, astrocyten en cerebrale endotheelcellen. Verder worden de relevante moleculaire mechanismen besproken. Over het geheel genomen benadrukt dit overzicht hoe door straling geïnduceerde veroudering in verschillende celtypen kan leiden tot hersenveroudering, wat zou kunnen resulteren in de ontwikkeling van verschillende neurologische en neuropsychologische aandoeningen.

Daarom kan een behandeling die zich richt op door straling geïnduceerde oxidatieve stress en neuro-inflammatie de door straling geïnduceerde veroudering van de hersenen en de neurologische en neuropsychologische stoornissen die deze kunnen veroorzaken, voorkomen.

Trefwoorden: ioniserende straling; veroudering; brein; oxidatieve stress; mitochondriale disfunctie; DNA-schade.

1. Inleiding

De vergrijzing van de wereldbevolking vindt momenteel plaats in een ongekend tempo. Er heeft een demografische verschuiving plaatsgevonden naar een oudere bevolking, en dit kan verstrekkende gevolgen hebben. Vanuit het perspectief van de wereldeconomie en de gezondheidszorg wordt de vergrijzing van de bevolking beschouwd als een crisis [1].

Bij de meeste soorten gaat de geriatrische levensfase gepaard met een verslechtering van de aanpassings- en zelfbalancerende mechanismen, wat leidt tot een verhoogde gevoeligheid voor omgevings- of interne druk, ziekte en sterfte [2].

Bij mensen wordt veroudering geassocieerd met progressieve cognitieve en fysieke beperkingen, evenals met een toenemend risico op ziekten zoals neurodegeneratieve ziekten. Leeftijdsgebonden invaliditeit en morbiditeit hebben een negatieve invloed op de kwaliteit van het menselijk leven, waardoor uiteindelijk het risico op sterfte toeneemt, en dit leidt tot problemen op individueel, gezins- en gemeenschapsniveau [3].

Hersenveroudering, waarbij complexe cellulaire en moleculaire mechanismen betrokken zijn die uiteindelijk leiden tot cognitieve achteruitgang, is de belangrijkste oorzaak van neurodegeneratie [4].

Veroudering veroorzaakt een geleidelijke verslechtering van de functionele capaciteit van de hersenen, wat leidt tot verminderd leren en geheugen, aandachtstekorten, verminderde besluitvormingssnelheid en verminderde sensorische en motorische incoördinatie [5].

De leeftijdsgebonden achteruitgang van de hersenfunctie vindt bijna parallel plaats met de functionele achteruitgang van andere orgaansystemen, en de achteruitgang in prestaties wordt aanzienlijk versneld na de leeftijd van 50 jaar [6].

Niettemin worden verouderingsgerelateerde veranderingen in de cellulaire integriteit en moleculaire routes gedeeld door alle weefsels, inclusief de hersenen [7]. Deze veranderingen omvatten mitochondriale disfunctie; intracellulaire accumulatie van oxidatieve schade aan macromoleculen; ontregeling van het energiemetabolisme; stoornissen in de verwijdering van cellulair afval (autofagie-lysosoom- en proteasoomfuncties), adaptieve stressresponssignalen en DNA-reparatie; en ontstekingen. Verder worden abnormale neuronale netwerkactiviteit, veranderde Ca2+-verwerking in neuronen en verminderde neurogenese ook waargenomen in de ouder wordende hersenen [8,9].

Alle levende organismen ondergaan veroudering en worden gedurende hun hele leven blootgesteld aan ioniserende straling (IR). Verschillende onderzoeken hebben IR in verband gebracht met versnelde veroudering [10]. Kuzmic et al. gebruikten glp-1 steriele Caenorhabditis elegans om de impact van chronische gammastraling op de levensduur te evalueren en bevestigden dat IR veroudering kan versnellen [11]. Het is bekend dat blootstelling aan IR een breed scala aan fysiologische veranderingen veroorzaakt.

IR kan leiden tot DNA-dubbelstrengsbreuken (DSB's), die genetische instabiliteit, DNA-schade en oxidatieve stress veroorzaken, wat leidt tot veroudering van endotheelcellen in de hersenen en celdood [12,13]. Cellulaire veroudering, een onomkeerbare staat van groeistagnatie, kan ons helpen de relevantie van veroudering voor verschillende andere biologische processen te begrijpen, van embryonale ontwikkeling tot weefselherstel en aan veroudering gerelateerde ziekten [14,15].

Blootstelling aan hoge doses kan acute stralingsziekte veroorzaken, terwijl langdurige blootstelling aan straling aan lage doses vaak resulteert in chronische aandoeningen zoals neurodegeneratieve ziekten. Hoewel de schadelijke effecten van IR met een hoge dosis/dosissnelheid op de menselijke gezondheid algemeen bekend zijn, wordt het effect van blootstelling aan een lage dosis/dosissnelheid vaak over het hoofd gezien, ondanks de alomtegenwoordige aard ervan.

Het gebruik van IR bij medische diagnose en kankerbehandeling is aanzienlijk toegenomen. Bijgevolg is kernafval uit ziekenhuizen verantwoordelijk voor ongeveer 14% van de totale jaarlijkse blootstelling aan straling in de wereld [16].

Verschillende onderzoeken hebben aangetoond dat langdurige blootstelling aan lage dosis IR in katheterisatielaboratoria het risico op hart- en vaatziekten verhoogt, wat erop wijst dat het verhoogde vasculaire veroudering en vroege atherosclerose veroorzaakt [17].

Meer dan 50% van de kankerpatiënten zal worden behandeld met radiotherapie. Radiotherapie doodt het tumorweefsel en beschadigt tegelijkertijd het omliggende normale weefsel, wat leidt tot stralingstoxiciteit. [18]. Radiotherapie legt zowel het tumorweefsel als het omringende gezonde IR bloot, waardoor DNA-schade ontstaat, wat de DNA-schadereactie (DDR) in gang zet. Bij deze reactie zal ioniserende straling ervoor zorgen dat de celcyclus stopt en celbeschadiging veroorzaakt, waarna deze beschadigde cellen zich automatisch zullen herstellen. Als het DNA volledig is gerepareerd, kunnen deze cellen zich herstellen zoals voorheen.

Wanneer interne en externe factoren echter het vermogen tot DNA-herstel beïnvloeden, zal veroudering (dwz permanente stilstand van de celcyclus) of celdood (zoals apoptose of mitotische ramp) optreden. [19,20]. Omdat IR vaak vereist is voor het verkrijgen van beelden met hoge resolutie tijdens neuroimaging, moet bovendien de bijdrage van IR met een lage dosis/dosissnelheid aan neurodegeneratieve ziekten worden onderzocht [21].

Blootstelling aan straling, met name blootstelling aan natuurlijke straling, komt voor in het dagelijks leven van de mens. Sommige radioactieve elementen in de aardkorst, zoals uranium (238U), kalium (40K), thorium (232T), en hun radioactieve vervalproducten, bijvoorbeeld radon (222Rn) en radium (226Ra), fungeren als natuurlijke bronnen van blootstelling aan straling [22 ].

Gebieden met hoge niveaus van achtergrondstraling worden als ideaal beschouwd voor het onderzoeken van de langetermijneffecten van chronische blootstelling aan lage dosis straling bij mensen [23]. Er zijn enkele onderzoeken uitgevoerd naar hoge natuurlijke achtergrondstraling in Brazilië, China, India en Iran [24-26]. Blootstelling aan hoge doses straling kan kanker veroorzaken.

Bovendien is het vermeldenswaard dat de hoge natuurlijke achtergrondstraling die in Yangjiang, China wordt waargenomen, ook de incidentie van bepaalde niet-kankerziekten verhoogt, zoals tuberculose, spijsverteringsziekten en cerebrovasculaire ziekten. [27]. Hoge natuurlijke achtergrondstraling in het milieu kan worden beschouwd als een vorm van natuurlijke vervuiling. Het kan het menselijk lichaam bereiken via zowel interne als externe bronnen, en het kan het menselijk DNA beschadigen.

Bovendien komt natuurlijke achtergrondstraling ook in het ecosysteem terecht via menselijke activiteiten, waardoor de gezondheid en de levenskwaliteit van individuen die in gebieden wonen met een hoge natuurlijke achtergrondstraling worden aangetast. reeks ziekten bij blootgestelde personen in alle beoordeelde besmette regio's.

In het bijzonder werden bij veel individuen veranderingen in het centrale zenuwstelsel (CZS) waargenomen, resulterend in door straling geïnduceerde neurocognitieve disfunctie [28]. Bovendien vertoonden de overlevende Tsjernobyl-liquidators tekenen van ontsteking die verband konden houden met voortijdige veroudering [29]. Door straling geïnduceerde stoornissen van het immuunsysteem leveren een belangrijke bijdrage aan de fysiologische veranderingen die kort na blootstelling aan straling optreden en zijn betrokken bij vertraagde effecten van straling, zoals tumorontwikkeling en vroegtijdige veroudering [30].

Chronische blootstelling aan een lage dosis IR kan de veroudering van bloedvaten, inclusief hersenvaten, versnellen. Er is aangetoond dat dit correleert met leeftijdsgebonden encefalopathie bij personen ouder dan 40 jaar, evenals met systemische atherosclerose [31,32].

Van de 306 werknemers die waren blootgesteld aan het kernongeval in Tsjernobyl dat in een eerder onderzoek werd onderzocht, vertoonden respectievelijk 81% en 77% van de mannen en vrouwen tekenen van versnelde veroudering.

Bovendien leken personen jonger dan 45 jaar gevoeliger te zijn voor versnelde veroudering door straling [33]. Bij mensen neemt de gevoeligheid voor straling af met de leeftijd totdat een individu volwassen wordt. Deze gevoeligheid neemt echter toe op oudere leeftijd.

Experimentele gegevens van dieren ondersteunen ook de theorie dat IR veroudering veroorzaakt. Brizzee observeerde dat met het ouder worden enkele veranderingen optreden in de hersenschors van resusapen en albinoratten [34].

Analyses van transcriptomische profielen van hersenen van muizen onthulden dat de moleculaire responsen die uren na bestraling met een lage dosis van het hele lichaam (100 mGy) werden waargenomen, vergelijkbaar waren met die geassocieerd met voortijdige cognitieve achteruitgang, de ziekte van Alzheimer en verschillende neuropsychiatrische stoornissen [35,36]. De transcriptomische profielen van microglia verkregen één dag en één maand na bestraling waren ook vergelijkbaar met die waargenomen tijdens veroudering, wat wijst op de verouderingsbevorderende effecten van straling [37].

In vitro hoge dosis (2-8 Gy) bestraling van primaire cerebrovasculaire endotheelcellen bij ratten bevordert een secretoir fenotype geassocieerd met veroudering, gekenmerkt door de opregulatie van pro-inflammatoire cytokinen en chemokinen, waaronder IL-6, IL{{5} } en MCP-1 [38].

Er is gerapporteerd dat IR de cellulaire veroudering verhoogt, en dat senescentie-geassocieerde galactosidase (SA- -Gal) en senescentie-specifieke genen (p16, p12 en Bcl-2) in hoge mate tot expressie komen in bestraald beenmerg. afgeleide macrofagen [39]. Deze bevindingen bevestigen het in vivo bewijsmateriaal dat wijst op de potentiële verouderingsinducerende effecten van straling op de endotheelcellen van de bloedvaten in de hersenen.

Alles bij elkaar is het duidelijk dat de biologische effecten van blootstelling aan IR, niet beperkt tot oxidatieve stress, chromosomale schade, apoptose, stamcelfalen en ontstekingen, allemaal bijdragen aan versnelde veroudering [40]. Bovendien wordt de bijdrage van blootstelling aan IR aan de ontwikkeling van niet-kwaadaardige aandoeningen zoals neurodegeneratieve ziekten ook duidelijk door epidemiologische onderzoeken [21], en veel medische aandoeningen houden verband met blootstelling aan verschillende soorten straling met een lage dosis/dosissnelheid (Tabel 1). .

In dit overzicht zullen we ons concentreren op de impact van IR op hersenveroudering, inclusief de veroudering van verschillende CZS-celtypen (microglia, astrocyten, cerebrale endotheelcellen en neuronen). Verder zullen de relevante moleculaire mechanismen worden besproken en zullen toekomstige onderzoeksrichtingen worden voorgesteld die gericht zijn op het ophelderen van de werkelijke impact van door straling geïnduceerde hersenveroudering.

For more information:1950477648nn@gmail.com