El envejecimiento del cerebro es un proceso de transformación del cerebro en la vejez, que incluye los cambios que experimentan todos los individuos y los de la enfermedad (incluida la enfermedad no reconocida). Suele referirse a los seres humanos.
Dado que la prolongación de la vida sólo es pertinente si va acompañada de una prolongación de la duración de la salud y, lo que es más importante, de la preservación de la salud cerebral y la cognición, encontrar enfoques rejuvenecedores que actúen simultáneamente en los tejidos periféricos y en la función cerebral es una estrategia clave para el desarrollo de la tecnología rejuvenecedora.
El envejecimiento es uno de los principales factores de riesgo de las enfermedades neurodegenerativas más comunes, como el deterioro cognitivo leve, las demencias incluida la enfermedad de Alzheimer, la enfermedad cerebrovascular, la enfermedad de Parkinson y la enfermedad de Lou Gehrig.Mientras que muchas investigaciones se han centrado en las enfermedades del envejecimiento, hay pocos estudios informativos sobre la biología molecular del cerebro envejecido en ausencia de enfermedades neurodegenerativas o del perfil neuropsicológico de los adultos mayores sanos. Sin embargo, las investigaciones sugieren que el proceso de envejecimiento está asociado a varios cambios estructurales, químicos y funcionales en el cerebro, así como a una serie de cambios neurocognitivos. Informes recientes en organismos modelo sugieren que, a medida que los organismos envejecen, se producen cambios distintivos en la expresión de genes a nivel de neurona única. Esta página es un resumen de los cambios asociados al envejecimiento del cerebro humano, incluido el envejecimiento sin enfermedades concomitantes.
Cambios estructurales miniaturadeimagen| Cerebro humano en el plano sagital. miniaturadeimagen|Ventrículos del cerebro El envejecimiento conlleva muchos cambios físicos, biológicos, químicos y psicológicos, y el cerebro no es una excepción a este fenómeno. Estos diversos cambios han intentado ser cartografiados por modelos conceptuales como la Teoría del Andamiaje del Envejecimiento y la Cognición (STAC) en 2009. El modelo STAC tiene en cuenta factores como los cambios neuronales en la sustancia blanca, el agotamiento de la dopamina, el encogimiento y el adelgazamiento cortical. Las tomografías computarizadas han revelado que los ventrículos cerebrales se dilatan con la edad. Estudios de IRM más recientes han informado de disminuciones regionales del volumen cerebral relacionadas con la edad.La reducción del volumen regional no es uniforme; algunas regiones cerebrales se encogen a un ritmo de hasta el 1% anual, mientras que otras permanecen relativamente estables hasta el final de la vida.El cerebro es muy complejo y está compuesto por muchas zonas y tipos de tejido o materia diferentes. Las diferentes funciones de los distintos tejidos del cerebro pueden ser más o menos susceptibles a los cambios inducidos por la edad.La materia cerebral puede clasificarse en materia gris o materia blanca. La materia gris está formada por los cuerpos celulares de la corteza y los núcleos subcorticales. La materia blanca está formada por axones mielinizados densamente empaquetados que conectan las neuronas entre sí y con la periferia.
Pérdida de circuitos neuronales y plasticidad cerebral. La plasticidad cerebral se refiere a la capacidad del cerebro para cambiar de estructura y función. Esto enlaza con la frase común "si no lo usas, lo pierdes", que es otra forma de decir que si no lo usas, tu cerebro le dedicará menos espacio somatotópico. Un mecanismo propuesto para los déficits de plasticidad relacionados con la edad observados en animales es el resultado de alteraciones inducidas por la edad en la regulación del calcio.Los cambios en las capacidades del organismo para manejar el calcio influirán en última instancia en el disparo neuronal y en la capacidad para propagar potenciales de acción, lo que a su vez afectaría a la capacidad del cerebro para alterar su estructura o función (es decir, su naturaleza plástica). Debido a la complejidad del cerebro, con todas sus estructuras y funciones, es lógico suponer que algunas zonas serían más vulnerables al envejecimiento que otras. Dos circuitos dignos de mención son el hipocampal y el neocortical.Se ha sugerido que el deterioro cognitivo relacionado con la edad se debe en parte no a la muerte neuronal, sino a alteraciones sinápticas. También se ha sugerido que este déficit cognitivo se debe a factores funcionales y bioquímicos, como cambios en la actividad enzimática, los mensajeros químicos o la expresión génica en los circuitos corticales.
Adelgazamiento de la corteza
Los avances en la tecnología de resonancia magnética han proporcionado la capacidad de ver la estructura cerebral con gran detalle de forma fácil y no invasiva in vivo. Bartzokis et al., han observado que el volumen de materia gris disminuye entre la edad adulta y la vejez, mientras que el volumen de materia blanca aumenta a partir de los 19-40 años y disminuye después de esa edad.Los estudios que utilizan la morfometría basada en vóxeles han identificado zonas como la ínsula y el giro parietal superior como especialmente vulnerables a las pérdidas de materia gris relacionadas con la edad en los adultos mayores. Sowell et al., informaron de que las primeras 6 décadas de la vida de un individuo se correlacionaban con las disminuciones más rápidas de la densidad de materia gris, y esto ocurría en los lóbulos dorsal, frontal y parietal, tanto en las superficies cerebrales interhemisféricas como en las laterales. También cabe destacar que zonas como el giro cingulado y el córtex occipital que rodea el surco calcarino parecen estar exentas de esta disminución de la densidad de materia gris con el paso del tiempo.Los efectos de la edad sobre la densidad de materia gris en el córtex temporal posterior aparecen de forma más predominante en el hemisferio izquierdo que en el derecho, y se limitaron a los córtex posteriores del lenguaje. Algunas funciones del lenguaje, como la recuperación y producción de palabras, se localizan en las cortezas lingüísticas más anteriores y se deterioran con la edad. Sowell et al. también informaron de que estas cortezas lingüísticas anteriores maduraban y se deterioraban antes que las cortezas lingüísticas posteriores.También se ha observado que la anchura del surco no sólo aumenta con la edad,sino también con el deterioro cognitivo en los ancianos.
Morfología y microestructura. La disminución del volumen de materia gris relacionada con la edad fue la que más contribuyó a los cambios en el volumen cerebral. Además, parece disminuir la densidad neuronal, se altera la microestructura de la sustancia blanca y se altera el metabolismo energético en el cerebelo.La atrofia cortical general se produce con el envejecimiento y, por ejemplo, el volumen del núcleo caudado parece disminuir.
Morfología neuronal relacionada con la edad. Hay pruebas convergentes de neurocientíficos cognitivos de todo el mundo de que los déficits cognitivos inducidos por la edad pueden no deberse a la pérdida neuronal o a la muerte celular, sino más bien ser el resultado de pequeños cambios específicos de la región en la morfología de las neuronas. Los estudios de Duan et al. han demostrado que las dendritas de las neuronas piramidales corticales disminuyen en tamaño y/o número en regiones y capas específicas del córtex de primates humanos y no humanos como consecuencia de la edad (Duan et al., 2003; morph). Se ha descrito una disminución del 46% en el número y la densidad de espinas en humanos mayores de 50 años en comparación con individuos más jóvenes.Un estudio de microscopía electrónica en monos informó de una pérdida del 50% de espinas en los penachos dendríticos apicales de las células piramidales de la corteza prefrontal de animales viejos (27-32 años) en comparación con los jóvenes (6-9 años). miniaturadeimagen|Los trastornos de la proteína tau provocan la destrucción de los microtúbulos y la formación de ovillos neurofibrilares. Las neuropatologías relacionadas con la edad, como la enfermedad de Alzheimer, la enfermedad de Parkinson, la diabetes, la hipertensión y la arteriosclerosis, dificultan distinguir los patrones normales del envejecimiento.Una de las diferencias importantes entre el envejecimiento normal y el patológico es la localización de los ovillos neurofibrilares. Los ovillos neurofibrilares se componen de filamentos helicoidales apareados (PHF). En el envejecimiento normal, sin demencia, el número de ovillos en cada cuerpo celular afectado es relativamente bajo y está restringido al núcleo olfatorio, la circunvolución parahipocámpica, la amígdala y la corteza entorrinal. A medida que el individuo no demente envejece, hay un aumento general en la densidad de los ovillos, pero no hay una diferencia significativa en el lugar donde se encuentran los ovillos.
El otro contribuyente neurodegenerativo principal que se encuentra comúnmente en el cerebro de pacientes con EA son las placas amiloides. Sin embargo, a diferencia de los ovillos, no se ha descubierto que las placas sean una característica constante del envejecimiento normal.
Papel del estrés oxidativo El deterioro cognitivo se ha atribuido al estrés oxidativo, las reacciones inflamatorias y los cambios en la microvasculatura cerebral.Se desconoce el impacto exacto de cada uno de estos mecanismos en el envejecimiento cognitivo. El estrés oxidativo es el factor de riesgo más controlable y el que mejor se conoce. El diccionario médico Merriam-Webster en línea define el estrés oxidativo como "el estrés fisiológico del organismo causado por el daño acumulado provocado por los radicales libres, neutralizados de forma inadecuada por los antioxidantes, y que se considera asociado al envejecimiento".Por lo tanto, el estrés oxidativo es el daño causado a las células por los radicales libres liberados en el proceso de oxidación.
En comparación con otros tejidos del cuerpo, el cerebro se considera inusualmente sensible al daño oxidativo. El aumento del daño oxidativo se ha asociado a enfermedades neurodegenerativas, deterioro cognitivo leve y diferencias individuales en la cognición de ancianos sanos. En el "envejecimiento normal", el cerebro sufre estrés oxidativo de múltiples formas. Los principales contribuyentes incluyen la oxidación de proteínas, la peroxidación de lípidos y las modificaciones oxidativas en el ADN nuclear y mitocondrial.El estrés oxidativo puede dañar la replicación del ADN e inhibir la reparación a través de muchos procesos complejos, incluido el acortamiento de los telómeros en los componentes del ADN. Cada vez que una célula somática se replica, el componente telomérico del ADN se acorta. Como la longitud de los telómeros es en parte heredable, existen diferencias individuales en la edad de aparición del deterioro cognitivo.
Daño en el ADN Al menos 25 estudios han demostrado que el daño en el ADN se acumula con la edad en el cerebro de los mamíferos. Este daño del ADN incluye el nucleósido oxidado 8-hidroxi-deoxiguanosina (8-OHdG), roturas de una y dos cadenas, enlaces cruzados ADN-proteína y aductos de malondialdehído (revisado en Bernstein et al.Bernstein H, Payne CM, Bernstein C, Garewal H, Dvorak K. (2008) Cancer and aging as consequences of un-repaired DNA damage. In: New Research on DNA Damage (Editors: Honoka Kimura And Aoi Suzuki) Nova Science Publishers, Inc., New York, Chapter 1, pp. 1-47. see pg. 18. ). En el cerebro del ratón, la rata, el jerbo, el conejo, el perro y el ser humano se ha observado un aumento del daño en el ADN con la edad. Las ratas jóvenes de 4 días tienen unas 3.000 roturas de cadena simple y 156 roturas de cadena doble por neurona, mientras que en las ratas de más de 2 años el nivel de daño aumenta hasta unas 7.400 roturas de cadena simple y 600 roturas de cadena doble por neurona.