Envelhecimento das células cerebrais induzido por radiação ionizante e os potenciais mecanismos moleculares subjacentes Parte 1

Abstrato:

O envelhecimento da população está a ocorrer rapidamente em todo o mundo, desafiando a economia global e os serviços de saúde. O envelhecimento cerebral contribui significativamente para vários distúrbios neurológicos e neuropsicológicos relacionados à idade, incluindo a doença de Alzheimer e a doença de Parkinson.

À medida que o envelhecimento da população acelera, as pessoas prestam cada vez mais atenção à relação entre o envelhecimento do cérebro e a memória. Segundo pesquisas, o cérebro humano perderá gradativamente algumas funções durante o envelhecimento, principalmente a memória. Então, qual é a relação entre o envelhecimento do cérebro e a memória?

Em primeiro lugar, o envelhecimento cerebral não é um problema que todos enfrentam. Podemos retardar o processo de envelhecimento do cérebro através de um estilo de vida saudável. Está cientificamente comprovado que o exercício, a manutenção de bons hábitos alimentares e a prática regular de treino cognitivo podem ter um impacto positivo na saúde do cérebro e promover a proliferação e as conexões dos neurónios.

Além disso, também podemos tentar alguns métodos específicos para melhorar a memória. Por exemplo, podemos fortalecer a memória revisando várias vezes, usando associações e criando um sentido de linguagem. Esses métodos podem nos ajudar a ativar áreas relacionadas à memória, como o hipocampo e a amígdala no cérebro, e melhorar a eficiência da memória.

Além disso, também podemos fazer uso adequado de meios técnicos para o treinamento da memória. Vários jogos, aplicativos e ferramentas de memória podem nos ajudar a melhorar a memória e a concentração, como Flipd, BrainHQ, Elevate, etc. Esses aplicativos e ferramentas usam as mais recentes pesquisas em ciências cognitivas para criar programas de treinamento de memória personalizados, adaptados às nossas necessidades e interesses.

Resumindo, o impacto do envelhecimento do cérebro na memória não precisa nos assustar. Contanto que adotemos um estilo de vida saudável, nos concentremos no treinamento cognitivo e tentemos vários métodos para melhorar a memória, podemos efetivamente atrasar o processo de envelhecimento do cérebro, melhorar nossa memória e concentração e desfrutar de uma vida mais saudável e gratificante. Percebe-se que precisamos melhorar a memória, e a Cistanche deserticola pode melhorar significativamente a memória porque a Cistanche deserticola é um material medicinal tradicional chinês que tem muitos efeitos únicos, um dos quais é melhorar a memória. A eficácia da Cistanche deserticola vem dos múltiplos ingredientes ativos que contém, incluindo ácido tânico, polissacarídeos, glicosídeos flavonóides, etc.

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Vários fatores extrínsecos, como a exposição à radiação ionizante, podem acelerar a senescência. Vários estudos em humanos e animais relataram que a exposição à radiação ionizante pode ter efeitos variados no envelhecimento dos órgãos e levar ao prolongamento ou redução do tempo de vida, dependendo da dose ou taxa de dose de radiação.

Este artigo analisa os efeitos da radiação no envelhecimento de diferentes tipos de células cerebrais, incluindo neurônios, micróglia, astrócitos e células endoteliais cerebrais. Além disso, os mecanismos moleculares relevantes são discutidos. No geral, esta revisão destaca como a senescência induzida pela radiação em diferentes tipos de células pode levar ao envelhecimento do cérebro, o que poderia resultar no desenvolvimento de vários distúrbios neurológicos e neuropsicológicos.

Portanto, o tratamento direcionado ao estresse oxidativo e à neuroinflamação induzidos pela radiação pode prevenir o envelhecimento cerebral induzido pela radiação e os distúrbios neurológicos e neuropsicológicos que ele pode causar.

Palavras-chave: radiação ionizante; envelhecimento; cérebro; estresse oxidativo; disfunção mitocondrial; Danos no DNA.

1. Introdução

O envelhecimento da população global está actualmente a ocorrer a um ritmo sem precedentes. Tem havido uma mudança demográfica no sentido de uma população mais idosa, e isto pode ter consequências de longo alcance. O envelhecimento populacional é considerado uma crise do ponto de vista da economia global e da saúde [1].

Na maioria das espécies, o estágio geriátrico da vida envolve o comprometimento dos mecanismos de adaptação e autoequilíbrio, levando ao aumento da suscetibilidade à pressão ambiental ou interna, doenças e mortalidade [2].

Nos seres humanos, o envelhecimento está associado ao comprometimento cognitivo e físico progressivo, bem como a um risco crescente de doenças como doenças neurodegenerativas. A deficiência e a morbidade relacionadas à idade afetam negativamente a qualidade da vida humana, aumentando, em última análise, o risco de mortalidade e levando a problemas nos níveis individual, familiar e comunitário [3].

O envelhecimento cerebral, que envolve mecanismos celulares e moleculares complexos que levam ao declínio cognitivo, é o principal contribuinte para a neurodegeneração [4].

O envelhecimento causa uma deterioração gradual na capacidade funcional do cérebro, o que leva a prejuízos na aprendizagem e na memória, déficits de atenção, redução na velocidade de tomada de decisão e prejuízo na coordenação sensorial e motora [5].

A deterioração da função cerebral relacionada à idade ocorre quase paralelamente à deterioração funcional de outros sistemas orgânicos, e o declínio no desempenho é significativamente acelerado após os 50 anos de idade [6].

No entanto, alterações relacionadas ao envelhecimento na integridade celular e nas vias moleculares são compartilhadas entre os tecidos, incluindo o cérebro [7]. Estas alterações incluem disfunção mitocondrial; acúmulo intracelular de dano oxidativo às macromoléculas; desregulação do metabolismo energético; deficiências na eliminação de resíduos celulares (funções autofagia-lisossomo e proteassoma), sinais adaptativos de resposta ao estresse e reparo de DNA; e inflamação. Além disso, atividade anormal da rede neuronal, processamento alterado de Ca2+ nos neurônios e neurogênese reduzida também são observados no cérebro envelhecido [8,9].

Todos os organismos vivos envelhecem e são expostos à radiação ionizante (IR) ao longo da sua vida. Vários estudos associaram a RI ao envelhecimento acelerado [10]. Kuzmic et al. usaram glp-1 Caenorhabditis elegans estéril para avaliar o impacto da radiação gama crônica na expectativa de vida e confirmaram que a IR pode acelerar o envelhecimento [11]. Sabe-se que a exposição ao IR causa uma ampla gama de alterações fisiológicas.

A IR pode levar a quebras de fita dupla de DNA (DSBs), que causam instabilidade genética, danos ao DNA e estresse oxidativo, levando à senescência das células endoteliais cerebrais e à morte celular [12,13]. A senescência celular, um estado irreversível de estagnação do crescimento, pode nos ajudar a compreender a relevância do envelhecimento para vários outros processos biológicos, desde o desenvolvimento embrionário até a reparação tecidual e doenças relacionadas ao envelhecimento [14,15].

A exposição a doses elevadas pode causar enjoo agudo da radiação, enquanto a exposição prolongada a doses baixas de radiação resulta frequentemente em doenças crónicas, como doenças neurodegenerativas. Embora os efeitos nocivos da IR a altas doses/taxas de dose na saúde humana estejam bem estabelecidos, o efeito da exposição a baixas doses/taxas de dose é muitas vezes ignorado, apesar da sua natureza omnipresente.

O uso da RI no diagnóstico médico e no tratamento do câncer aumentou significativamente. Consequentemente, os resíduos nucleares dos hospitais são responsáveis ​​por aproximadamente 14% da exposição anual total à radiação no mundo [16].

Vários estudos demonstraram que a exposição prolongada a baixas doses de IR em laboratórios de cateterismo aumenta o risco de doenças cardiovasculares, indicando que causa envelhecimento vascular melhorado e aterosclerose precoce [17].

Mais de 50% dos pacientes com câncer serão tratados com radioterapia. A radioterapia mata o tecido tumoral e ao mesmo tempo danifica os tecidos normais circundantes, levando à toxicidade da radiação. [18]. A radioterapia expõe tanto o tecido tumoral quanto a IR saudável circundante, causando danos ao DNA, o que desencadeia a resposta ao dano ao DNA (DDR). Nesta reação, a radiação ionizante fará com que o ciclo celular pare e cause danos às células, e então essas células danificadas serão reparadas automaticamente. Se o DNA for totalmente reparado, essas células poderão se recuperar como antes.

Contudo, quando factores internos e externos afectam a capacidade de reparação do ADN, ocorrerá senescência (ou seja, paragem permanente do ciclo celular) ou morte celular (como apoptose ou desastre mitótico). [19,20]. Além disso, como a IR é frequentemente necessária para a obtenção de imagens de alta resolução durante a neuroimagem, a contribuição da IR em dose/taxa de dose baixa para doenças neurodegenerativas deve ser examinada [21].

A exposição à radiação, especialmente a exposição à radiação natural, ocorre na vida humana diária. Alguns elementos radioativos na crosta terrestre, como urânio (238U), potássio (40K), tório (232T) e seus produtos de decaimento radioativo, por exemplo, radônio (222Rn) e rádio (226Ra) atuam como fontes naturais de exposição à radiação [22 ].

Áreas com altos níveis de radiação de fundo são consideradas ideais para investigar os efeitos a longo prazo da exposição crônica à radiação em baixas doses em humanos [23]. Alguns estudos sobre alta radiação natural de fundo foram realizados no Brasil, China, Índia e Irã [24–26]. A exposição à radiação em altas doses pode causar câncer.

Além disso, vale a pena notar que a elevada radiação de fundo natural observada em Yangjiang, China, também aumenta a incidência de algumas doenças não cancerosas, como tuberculose, doenças digestivas e doenças cerebrovasculares. [27]. A alta radiação natural de fundo no meio ambiente pode ser considerada um tipo de poluição natural. Pode atingir o corpo humano através de fontes internas e externas e pode danificar o DNA humano.

Além disso, a radiação natural de fundo também entra no ecossistema através das atividades humanas, afetando a saúde e a qualidade de vida dos indivíduos que residem em áreas com elevada radiação natural de fundo. Um estudo de acompanhamento a longo prazo do desastre de Chornobyl em 1986 revelou uma incidência crescente de uma extensa variedade de doenças em indivíduos expostos em todas as regiões contaminadas avaliadas.

Em particular, alterações no sistema nervoso central (SNC), resultando em disfunção neurocognitiva induzida por radiação, foram observadas em muitos indivíduos [28]. Além disso, os liquidatários sobreviventes de Chornobyl mostraram sinais de inflamação que poderiam estar associados ao envelhecimento prematuro [29]. As deficiências do sistema imunológico induzidas pela radiação são contribuintes importantes para as mudanças fisiológicas que ocorrem logo após a exposição à radiação e têm sido implicadas nos efeitos retardados da radiação, como o desenvolvimento de tumores e o envelhecimento precoce [30].

A exposição crônica a baixas doses de IR pode acelerar o envelhecimento dos vasos sanguíneos, incluindo os vasos cerebrais. Foi demonstrado que isso se correlaciona com a encefalopatia relacionada à idade em indivíduos com mais de 40 anos de idade, bem como com a aterosclerose sistêmica [31,32].

Dos 306 trabalhadores expostos ao acidente nuclear de Chornobyl examinados em estudo anterior, 81% e 77% dos homens e mulheres, respectivamente, apresentavam sinais de envelhecimento acelerado.

Além disso, aqueles com menos de 45 anos de idade pareciam ser mais suscetíveis ao envelhecimento acelerado induzido pela radiação [33]. Nos humanos, a sensibilidade à radiação diminui com a idade até que o indivíduo amadureça. No entanto, esta sensibilidade aumenta na velhice.

Dados experimentais de animais também apoiam a teoria de que a IR induz o envelhecimento. Brizzee observou que, com o aumento da idade, ocorrem algumas alterações nos córtices cerebrais de macacos Rhesus e ratos albinos [34].

Análises de perfis transcriptômicos de cérebros murinos revelaram que as respostas moleculares observadas horas após a irradiação de baixa dose em todo o corpo (100 mGy) eram semelhantes àquelas associadas ao declínio cognitivo prematuro, à doença de Alzheimer e a vários distúrbios neuropsiquiátricos [35,36]. Os perfis transcriptômicos da microglia obtidos um dia e um mês após a irradiação também foram semelhantes aos observados durante o envelhecimento, apontando para os efeitos da radiação no aumento do envelhecimento (37).

A irradiação in vitro de altas doses (2–8 Gy) de células endoteliais cerebrovasculares primárias em ratos promove um fenótipo secretor associado ao envelhecimento, caracterizado pela regulação positiva de citocinas e quimiocinas pró-inflamatórias, incluindo IL-6, IL{{5} } e MCP-1 [38].

Foi relatado que a IR aumenta a senescência celular, e a -galactosidase associada à senescência (SA- -Gal) e genes específicos da senescência (p16, p12 e Bcl-2) são altamente expressos na medula óssea irradiada. macrófagos derivados [39]. Esses achados corroboram as evidências in vivo que apontam para os potenciais efeitos da radiação indutores de senescência nas células endoteliais dos vasos sanguíneos cerebrais.

No total, está claro que os efeitos biológicos da exposição à radiação infravermelha, não limitados ao estresse oxidativo, dano cromossômico, apoptose, falência de células-tronco e inflamação, contribuem para o envelhecimento acelerado [40]. Além disso, a contribuição da exposição IR para o desenvolvimento de condições não malignas, como doenças neurodegenerativas, também está se tornando evidente através de estudos epidemiológicos [21], e muitas condições médicas estão relacionadas à exposição a diferentes tipos de radiação de baixa dose/taxa de dose (Tabela 1). .

Nesta revisão, focaremos no impacto da IR no envelhecimento cerebral, incluindo o envelhecimento de vários tipos de células do SNC (micróglia, astrócitos, células endoteliais cerebrais e neurônios). Além disso, os mecanismos moleculares relevantes serão discutidos e serão propostas direções de pesquisas futuras destinadas a elucidar o verdadeiro impacto do envelhecimento cerebral induzido pela radiação.

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