Altern

Grundlagen und Formen des Alterns

Altern ist ein fortschreitender biologischer Prozess der meisten mehrzelligen Organismen. Er führt schrittweise zum Verlust gesunder Körper- und Organfunktionen und schließlich zum biologischen Tod. Es ist der wichtigste Risikofaktor für Krankheiten wie Krebs, koronare Herzkrankheit, Alzheimer-Krankheit, Parkinson-Krankheit und chronisches Nierenversagen. Die maximale Lebenszeit eines Individuums wird wesentlich durch Altern begrenzt.

Eine einheitlich akzeptierte wissenschaftliche Definition gibt es nicht. Nach Max Bürger ist Altern eine irreversible, zeitabhängige Veränderung von Strukturen und Funktionen lebendiger Systeme. Leonard Hayflick versteht darunter alle Veränderungen, die im Laufe des Lebens zu Funktionsverlusten von Zellen, Geweben und Organen führen. Bernard L. Strehler nennt drei Merkmale: Altern ist bei allen Individuen einer Art vorhanden (Universalität), läuft auch ohne äußere Einflüsse ab (Systemimmanenz) und ist nicht umkehrbar (Irreversibilität).

Das biologische Alter beschreibt die Vitalität, also die Funktions- und Leistungsfähigkeit eines Organismus. Sie steigt nach der Geburt zunächst an, erreicht ein Maximum und sinkt in der Seneszenz bis zum Tod auf null. Seneszenz ist der degenerative Abschnitt des Alterns: Sie zeigt sich vor allem in steigender Sterberate und/oder sinkender Fruchtbarkeit. Nicht jede sichtbare Veränderung im Alter beeinflusst jedoch Vitalität oder Lebensdauer; graue Haare sind ein Beispiel.

Man unterscheidet zwei Formen:

• Primäres oder physiologisches Altern entsteht durch zelluläre Prozesse ohne Krankheiten. Es begrenzt die maximal erreichbare Lebensspanne ω. Beim Menschen liegt sie ungefähr bei 120 Jahren; manche Autoren setzen ω auf 122,45 Jahre, das Alter von Jeanne Calment bei ihrem Tod.
• Sekundäres Altern entsteht durch äußere Einflüsse wie Krankheiten, Bewegungsmangel, Fehlernährung oder Suchtmittelkonsum. Es kann die maximal mögliche Lebensspanne verkürzen und ist teilweise durch Lebensweise beeinflussbar.

Neben dem biologischen gibt es psychologisches und soziales Altern. Psychologisches Altern umfasst Veränderungen von Denken, Wissen, Erfahrungen und subjektiv erlebten Möglichkeiten. Soziales Altern beschreibt Veränderungen der gesellschaftlichen Position, etwa den Übergang vom Berufsleben in den Ruhestand.

Organismen, Krankheiten und Forschung

Nicht alle Organismen altern in gleicher Weise. Mehrjährige Pflanzen können sich vegetativ vermehren und gelten deshalb potenziell als unsterblich; eine über tausend Jahre alte Stieleiche bildet beispielsweise weiterhin Blätter und Eicheln gleicher Qualität. Auch Prokaryoten, viele Protozoen und Süßwasserpolypen wie Hydra zeigen nach heutigem Kenntnisstand keine normale Seneszenz. Sie können trotzdem durch Fressfeinde, Umweltveränderungen oder Krankheiten sterben; dies wird Katastrophentod genannt.

Bei Arten mit „vernachlässigbarer Seneszenz“ bleiben Fruchtbarkeit und Sterberate im Erwachsenenalter ungefähr konstant. Dies wird etwa für den Felsenbarsch Sebastes aleutianus, die Amerikanische Sumpfschildkröte und möglicherweise den Nacktmull diskutiert. Der Nachweis ist schwierig, weil sehr alte Tiere selten sind und auch nichtalternde Tiere durch äußere Ursachen sterben können.

Altern ist keine Krankheit, erhöht aber die Anfälligkeit für Krankheiten. Chronische Erkrankungen treten im höheren Alter häufiger gemeinsam auf; dies heißt Multimorbidität. Typische altersassoziierte Krankheiten sind Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Erkrankungen der Gehirngefäße, Bronchitis, Diabetes mellitus Typ II, Osteoporose, Arthrose und Krebs. Mit dem Alter nehmen unter anderem Lungenfunktion, Nierenleistung, Muskelmasse, Knochendichte, Beweglichkeit, Immunantwort und Gedächtnisleistung ab. Die einzelnen Organsysteme verändern sich jedoch zu unterschiedlichen Zeitpunkten: Die glomeruläre Filtrationsrate der Nieren sinkt bereits in der Kindheit, die Nervenleitungsgeschwindigkeit erst ab etwa 30 Jahren.

Die durchschnittliche Lebenserwartung ist deutlich geringer als ω, weil viele Individuen vorher durch Unfälle, Krankheiten oder Fressfeinde sterben. In Deutschland und anderen Industrienationen hat sich die Lebenserwartung in den letzten 100 Jahren nahezu verdoppelt. Als Gründe nennt der Artikel bessere Hygiene, geringere Neugeborenensterblichkeit sowie wirksamere Prävention und Therapien. Die maximale menschliche Lebensspanne von etwa 120 Jahren hat sich dadurch jedoch nicht verändert.

Biomarker des Alterns sollen das biologische Alter und die Funktionsfähigkeit besser anzeigen als das chronologische Alter. Beispiele sind Lungenfunktion, Blutdruck, Handkraft, Beweglichkeit, Seh- und Hörvermögen, Reaktionszeit und Gedächtnisleistung. Auch epigenetische Uhren, die den Methylierungszustand der DNA messen, gelten als vielversprechend. Der Nutzen vieler Biomarker ist umstritten: Einzelne Veränderungen können stärker Krankheiten als das Altern selbst anzeigen, und verschiedene Alterungsprozesse verlaufen bei einer Person nicht unbedingt parallel.

Für die Alternsforschung werden vor allem kurzlebige Modellorganismen eingesetzt, darunter Backhefe, Farbmaus, Caenorhabditis elegans und Drosophila melanogaster. Beim Fadenwurm C. elegans kann eine Mutation im clk-1-Gen die mittlere Lebensdauer um 50 % erhöhen. Niedrige Temperatur, Kalorienrestriktion und verringerte Insulinwirkung können das Altern ebenfalls verlangsamen. Bei Drosophila melanogaster erhöht eine Mutation im mth-Gen die Lebenserwartung um 35 %. Der Nacktmull ist interessant, weil er als mausgroßes Tier eine neunmal höhere maximale Lebensspanne als gleich große Mäuse erreicht und kaum altersbedingte Zunahmen der Sterblichkeit zeigt.

Gene, Zellen und Theorien

Gene beeinflussen Lebenserwartung und Altern innerhalb einer Art; beim Menschen wird der Anteil der genetischen Disposition an der Lebenserwartung auf 20 bis 30 % geschätzt. Das bedeutet jedoch nicht, dass es ein einzelnes „Alternsgen“ oder ein genetisches Todesprogramm gibt. Gene steuern etwa DNA-Reparatur, Schutz vor oxidativem Stress und andere Wartungsmechanismen. Das Altern wird vor allem als Ansammlung somatischer Schäden verstanden.

Progerie bezeichnet sehr seltene Erbkrankheiten mit um den Faktor fünf bis zehn beschleunigten Alterungsmerkmalen. Beim Hutchinson-Gilford-Syndrom sind weltweit etwa 40 Kinder betroffen; ihre mittlere Lebenserwartung beträgt ungefähr 14 Jahre. Progerie entspricht nicht vollständig normalem beschleunigtem Altern, da etwa Krebs und Morbus Alzheimer nicht häufiger auftreten. Bei Dyskeratosis congenita ist die Telomerase beeinträchtigt; dadurch verkürzen sich Telomere schneller.

Telomere sind Schutzstrukturen an Chromosomenenden. Nach der Telomer-Hypothese verkürzen sie sich bei vielen Zellteilungen. Erreicht eine Zelle eine kritische Telomerlänge, teilt sie sich nicht mehr und wird seneszent. Dies hängt mit der Hayflick-Grenze zusammen: Fibroblasten aus menschlichen Feten können sich in Zellkultur 60- bis 80-mal teilen, solche aus älteren Erwachsenen nur noch 10- bis 20-mal. Die Hypothese erklärt jedoch nicht alle Befunde: Bei C. elegans beeinflusst die Telomerlänge die Lebensspanne nicht.

Zelluläre Seneszenz und Apoptose, der programmierte Zelltod, schützen den Organismus vor entarteten Zellen und damit vor Krebs. Die Proteine p53 und pRB regulieren diese Vorgänge. Eine hohe p53-Expression senkt zwar das Krebsrisiko, kann aber vorzeitige Alterserscheinungen fördern; eine niedrige Expression erhöht dagegen das Krebsrisiko. Dies gilt als Beispiel für antagonistische Pleiotropie: Gene können in jungen Jahren nützlich, später aber nachteilig sein. Zusätzlich wird Entzündungsaltern diskutiert: Eine erhöhte Ausschüttung entzündungsfördernder Zytokine verursacht im Alter eine leichte chronische systemische Entzündung.

Alternstheorien beantworten entweder, wie Schäden entstehen, oder warum sich Altern evolutionär erhalten hat. Schadenstheorien führen Altern auf Oxidation, Abnutzung oder Stoffwechselprodukte zurück. Die Theorie freier Radikale wird durch manche Befunde gestützt, aber auch widersprochen: Antioxidantien verlängerten in klinischen Studien die menschliche Lebensdauer nicht nachweislich und können die Mitohormesis hemmen, eine Anpassung der Zelle an oxidativen Stress.

Evolutionstheorien betonen, dass die natürliche Selektion im Alter schwächer wird, weil viele Tiere vorher durch Katastrophentod sterben. Nach der Mutations-Akkumulations-Theorie können sich deshalb schädliche Mutationen ansammeln, die erst spät wirken. Die Disposable-Soma-Theorie erklärt Altern durch begrenzte Ressourcen: Ein Organismus muss Energie zwischen Wachstum, Selbsterhaltung und Fortpflanzung verteilen. Vollständige Reparatur des Körpers wäre möglich, aber evolutionär nicht immer vorteilhaft.

Geschlecht sowie psychische und soziale Entwicklung

Bei den meisten Säugetieren und Insekten leben Weibchen im Durchschnitt länger als Männchen. Beim Menschen beträgt der Unterschied je nach Land sechs bis acht Jahre. Ob dies vor allem biologische Ursachen oder Unterschiede in Lebensführung, Unfallrisiko, Rauchen, Alkoholkonsum und Kriegseinsätzen widerspiegelt, wird unterschiedlich beurteilt. Bei den meisten Vogel-Taxa leben dagegen Männchen länger als Weibchen. Erklärungsansätze beziehen sich auf Geschlechtschromosomen, mitochondriale Vererbung und sexuelle Selektion.

Körperliche und geistige Alterung verlaufen nicht zwingend gleichzeitig. Die fluide Intelligenz, zum Beispiel Arbeitsgedächtnis und schnelle Verarbeitung neuer Informationen, nimmt häufig ab. Die kristalline Intelligenz, etwa Wortschatz, Erfahrungswissen und Reflexionsfähigkeit, bleibt oft stabil oder kann weiter wachsen. Reaktionsgeschwindigkeit, gleichzeitige Aufgabenbearbeitung und die spontane Nutzung von Gedächtnisstrategien können sich schon ab dem 20. Lebensjahr verschlechtern. Einmal Gelerntes kann jedoch auch im Alter gut behalten werden.

Kognitive Veränderungen sind individuell verschieden und können durch Genetik, Ernährung, Stress, körperliche und mentale Fitness beeinflusst werden. Training und Bewegung können Leistungsreserven mobilisieren. Entwicklungspsychologisch umfasst Altern sowohl mögliche Rückgänge als auch Entwicklung und Stabilisierung von Persönlichkeit und Fähigkeiten.

Soziale Altersstereotype, etwa die Annahme, ältere Menschen seien grundsätzlich körperlich oder geistig inkompetent, können Selbstwert und Gesundheit beeinträchtigen. Negative Altersbilder werden mit höherer Hospitalisierungswahrscheinlichkeit und höherem Cortisolspiegel verbunden. Im höheren Alter können zudem belastende Lebensereignisse wie der Tod des Partners häufiger werden. Sinnstiftende Tätigkeiten, soziale Kontakte und gegebenenfalls Lebensrückblickstherapie können bei der Bewältigung solcher Krisen wichtig sein.

Möglichkeiten und Grenzen von Anti-Aging

Maßnahmen wie ausgewogene Ernährung, Verzicht auf Tabak und regelmäßige Bewegung können sekundäres Altern vermindern. Für das primäre Altern des Menschen gibt es dagegen bisher weder ein zugelassenes Arzneimittel noch einen wissenschaftlichen Nachweis, dass eine Substanz es verzögert oder stoppt. Ergebnisse aus kurzlebigen Tiermodellen sind nur begrenzt auf den Menschen übertragbar; langfristige kontrollierte Studien am Menschen wären sehr aufwändig, teuer und ethisch schwierig.

Kalorienrestriktion verlängerte bei vielen Modellorganismen mittlere und maximale Lebenserwartung und verzögerte altersassoziierte Krankheiten. Bei Rhesusaffen lieferten Studien widersprüchliche Ergebnisse; für Menschen fehlt der Nachweis einer verlängerten Lebensdauer. Intermittierendes Fasten erhöhte bei mehreren Modellorganismen die Lebenserwartung, auch ohne Verringerung der gesamten Nahrungsaufnahme. Als mögliche Erklärung wird eine stärkere Investition in Selbsterhaltung genannt.

Rapamycin ist laut Artikel der einzige Wirkstoff, der nachweislich die Lebenserwartung einer Säugetierart, der Hausmaus, verlängert. Für Hormone wie DHEA, Testosteron, Somatotropin und Melatonin fehlt ein Wirksamkeitsnachweis gegen menschliches Altern. Beobachtungen zu Lithium liefern lediglich erste Hinweise auf einen möglichen Zusammenhang mit niedrigerer Sterblichkeit, aber keine Schlussfolgerung für den Menschen. Gentechnische Ansätze zeigen in Modellorganismen Potenziale, doch Zeitpunkt und Möglichkeiten einer Anwendung beim Menschen sind offen.