Η διαδικασία της γήρανσης λειτουργεί σε όλη τη διάρκεια της ενήλικης ζωής. Η έκπτωση των λειτουργιών που συνοδεύει αυτή τη διαδικασία, οφείλεται στη προοδευτική απώλεια των κυττάρων του σώματος.
Με την ουσιαστική καταπολέμηση της φτώχειας και των μολυσματικών ασθενειών στις τεχνολογικά προηγμένες χώρες, άνδρες και γυναίκες σε ολοένα και μεγαλύτερο αριθμό ζουν την υποσχόμενη βιβλική διάρκεια ζωής των εβδομήντα ετών. Οι ασθένειες της ηλικίας και η θεμελιώδης διαδικασία της γήρανσης μετακινούνται στο επίκεντρο του ενδιαφέροντος στην πρακτική της ιατρικής και στην ιατρική έρευνα. Λίγοι άνθρωποι πεθαίνουν από γηρατειά. Η θνησιμότητα αυξάνεται ραγδαία με την ηλικία – σε ακριβή λογαριθμική αναλογία προς την ηλικία του πληθυσμού στο σύνολό του – επειδή οι ηλικιωμένοι γίνονται πιο ευάλωτοι σε ασθένειες που σκοτώνουν, όπως ο καρκίνος και οι καρδιαγγειακές παθήσεις. Οι ασθένειες της γήρανσης αποτελούν αρμοδιότητα της σχετικά νέας ιατρικής ειδικότητας, γνωστή ως γηριατρική. Ένας ακόμη νεότερος κλάδος που ονομάζεται γεροντολογία ασχολείται με την ίδια τη διαδικασία της γήρανσης. Αυτή είναι μια διαδικασία που συνεχίζεται καθ’ όλη τη διάρκεια της ενήλικης ζωής. Συνεχίζεται τόσο στην υγεία όσο και στην ασθένεια και αποτελεί τον κύριο βιολογικό παράγοντα που αποτελεί τη βάση της αύξησης της ευαισθησίας στις ασθένειες που απασχολούν τη γεροντολογία.
Η γεροντολογία βρίσκεται ακόμη στο περιγραφικό στάδιο. Οι ερευνητές μόλις πρόσφατα ανέπτυξαν αντικειμενικά πρότυπα για τη μέτρηση της μείωσης της απόδοσης και της ικανότητας του σώματος και των οργανικών του συστημάτων, και μόλις άρχισαν να κάνουν τέτοιες μετρήσεις σε στατιστικά σημαντικά δείγματα του πληθυσμού. Το πρώτο γενικό εύρημα στη γεροντολογία είναι ότι το σώμα πεθαίνει λίγο κάθε μέρα. Η μείωση της ικανότητας και της λειτουργίας με την πάροδο των ετών συσχετίζεται άμεσα με μια προοδευτική απώλεια σωματικού ιστού. Η απώλεια ιστού έχει αποδειχθεί ότι σχετίζεται με τη σειρά της με την εξαφάνιση κυττάρων από τους μύες, το νευρικό σύστημα και πολλά ζωτικά όργανα. Για να βρεθούν οι αιτίες θανάτου στο κύτταρο, η γεροντολογία έχει εισέλθει στον τομέα της κυτταρικής φυσιολογίας και χημείας.
Ο ιδανικός τρόπος για να μελετηθεί η γήρανση του ανθρώπινου σώματος θα ήταν η εφαρμογή της ίδιας σειράς δοκιμών σε μια μεγάλη ομάδα ανθρώπων σε επαναλαμβανόμενα χρονικά διαστήματα καθ’ όλη τη διάρκεια της ζωής τους. Ένα τέτοιο πρόγραμμα θα απαιτούσε αφοσιωμένα άτομα και ένα επιστημονικό προσωπικό οργανωμένο για τη συνέχεια της λειτουργίας για μια περίοδο ίσως 50 ετών. Προφανώς, πρέπει να γίνει κάποιος συμβιβασμός Αντί να ξεκινήσουμε παρατηρήσεις σε μια ομάδα ατόμων στην ηλικία των 30 ετών και να τα παρακολουθήσουμε για 50 χρόνια, είναι δυνατό να ξεκινήσουμε με άτομα διαφόρων ηλικιών και να τα παρακολουθήσουμε για 20 χρόνια. Στα εργαστήρια στο Γεροντολογικό Τμήμα των Νοσοκομείων της Βαλτιμόρης ξεκίνησε μια τέτοια μελέτη σε 400 άνδρες το 1958. Μέχρι αυτή και παρόμοιες προσπάθειες να έχουν χρόνο να αποδώσουν αποτελέσματα, οι γεροντολόγοι πρέπει να βασίζονται σε δεδομένα που έχουν συσσωρευτεί από εφάπαξ δοκιμές σε αρκετά μεγάλο αριθμό διαφορετικών ατόμων, ηλικίας από 20 ή 30 έως 80 ή 90 ετών. Αν και τα άτομα οποιασδήποτε συγκεκριμένης ηλικίας διαφέρουν σημαντικά, οι μέσες τιμές για πολλά φυσιολογικά χαρακτηριστικά δείχνουν μια σταδιακή αλλά σαφή μείωση μεταξύ των ηλικιών 30 και 90 ετών. Οι ατομικές διαφορές γίνονται αρκετά εμφανείς, για παράδειγμα, σε μελέτες της ποσότητας αίματος που ρέει μέσω των νεφρών. Ενώ αυτή η λειτουργία γενικά μειώνεται σημαντικά με την ηλικία, είναι η ίδια σε ορισμένους 80χρονους άνδρες όπως και στον μέσο 50χρονο άνδρα.
Μία από τις πιο προφανείς εκδηλώσεις της γήρανσης είναι η μείωση της ικανότητας άσκησης και εργασίας. Προκειμένου να μετρηθεί η έκταση της αλλαγής, είναι απαραίτητο να διεξαχθούν εργαστηριακά πειράματα στα οποία ο ρυθμός παραγωγής και η ποσότητα του παραγόμενου έργου μπορούν να προσδιοριστούν με ακρίβεια, μαζί με τις αντιδράσεις διαφόρων οργανικών συστημάτων. Τα άτομα μπορούν να περπατήσουν σε διάδρομο ή να ανέβουν έναν ορισμένο αριθμό σκαλοπατιών με καθορισμένο ρυθμό. Στο εργαστήριό μας,
Το άτομο ξαπλώνει ανάσκελα και γυρίζει τον στρόφαλο ενός εργόμετρου, μιας συσκευής για τη μέτρηση του έργου που εκτελείται. Όταν ο σκοπός μας είναι να μετρήσουμε τη μέγιστη απόδοση του ατόμου σε δεδομένο χρόνο, ο στρόφαλος μπορεί να ρυθμιστεί ώστε να περιστρέφεται πιο άκαμπτα ή πιο εύκολα. Με το άτομο ξαπλωμένο σε ύπτια θέση, είναι ευκολότερο να γίνουν οι απαραίτητες μετρήσεις της αρτηριακής πίεσης, του καρδιακού ρυθμού και της καρδιακής παροχής (αίμα που αντλείται) και να συλλεχθούν τα αναπνευστικά αέρια μέσω μιας μάσκας προσώπου για τη μέτρηση της κατανάλωσης οξυγόνου και της παραγωγής διοξειδίου του άνθρακα. Αυτές οι μετρήσεις γίνονται συνήθως πριν, κατά τη διάρκεια και μετά την άσκηση, προκειμένου να καθοριστούν οι νόρμες του ατόμου, η χωρητικότητά του και ο ρυθμός με τον οποίο οι ζωτικές λειτουργίες ανακτούν τους φυσιολογικούς ή ρυθμούς ηρεμίας τους
Ως κοινό παρονομαστή της ικανότητας, επιδιώκουμε να προσδιορίσουμε τη μέγιστη ποσότητα εργασίας που μπορεί να κάνει ένα άτομο και να επαναφέρουμε την καρδιά του στο φυσιολογικό εντός δύο λεπτών από τη στιγμή που θα σταματήσει να εργάζεται. Οι άνδρες 30 ετών επιτυγχάνουν απόδοση 500 κιλών-μέτρων ανά λεπτό (το ισοδύναμο της ανύψωσης 500 κιλών κατά ένα μέτρο σε ένα λεπτό), ενώ οι άνδρες 70 ετών κατά μέσο όρο φτάνουν μόνο τα 350 κιλών-μέτρων ανά λεπτό. Έτσι, στην ηλικία των 70 ετών, η σωματική ικανότητα ενός άνδρα, όπως ορίζεται από αυτή τη δοκιμασία, έχει μειωθεί κατά 30%. Με την πάροδο των ετών, από τα 35 έως τα 80, ο μέγιστος ρυθμός εργασίας για σύντομες εκρήξεις περιστροφής με στροφαλοφόρο άξονα μειώνεται σχεδόν κατά 60%, από περίπου 1.850 κιλών-μέτρων ανά λεπτό για τους νέους άνδρες σε 750 κιλών-μέτρων για τον 80χρονο
Η σωματική απόδοση, φυσικά, αντικατοπτρίζει τη συνδυασμένη ικανότητα των διαφόρων οργανικών συστημάτων του σώματος να συνεργάζονται. Η ικανότητα εκτέλεσης έργου εξαρτάται από τη δύναμη των μυών, τον συντονισμό της κίνησης από το νευρικό σύστημα, την αποτελεσματικότητα της καρδιάς στην προώθηση του αίματος από τους πνεύμονες στους εργαζόμενους μύες, τον ρυθμό με τον οποίο ο αέρας κινείται μέσα και έξω από τους πνεύμονες, η αποτελεσματικότητα του πνεύμονα στη λειτουργία ανταλλαγής αερίων, η απόκριση των νεφρών στο έργο της απομάκρυνσης της περίσσειας άχρηστων υλικών από το αίμα, ο συγχρονισμός των μεταβολικών διεργασιών από τους ενδοκρινείς αδένες και, τέλος, η σταθερότητα με την οποία τα ρυθμιστικά συστήματα στο αίμα διατηρούν το χημικό περιβάλλον του σώματος. Προκειμένου να προσδιοριστούν οι αιτίες της μείωσης της συνολικής χωρητικότητας, είναι απαραίτητο να αξιολογηθούν οι επιπτώσεις της γήρανσης σε κάθε ένα από τα συστήματα οργάνων.
Οι δοκιμασίες της δύναμης του χεριού στο εργαστήριό μας χρησιμεύουν για να απομονώσουν μια πτυχή της μυϊκής λειτουργίας. Το άτομο απλώς σφίγγει μια συσκευή μέτρησης λαβής όσο πιο δυνατά μπορεί για μια στιγμή. Σε μια ομάδα 604 ανδρών, η δύναμη του κυρίαρχου χεριού μειώθηκε από περίπου 44 κιλά πίεσης στην ηλικία των 35 σε 23 κιλά στην ηλικία των 90 ετών. Αν και το κυρίαρχο χέρι είναι ισχυρότερο σε όλες τις ηλικίες, χάνει περισσότερο από τη δύναμή του με την πάροδο των ετών από το κατώτερο χέρι. Η αντοχή, μετρούμενη με τη μέση πίεση λαβής που ασκείται για ένα λεπτό, μειώνεται από 28 κιλά στην ηλικία των 20 σε 20 κιλά στην ηλικία των 75 ετών.
Η φυσιολογική έκπτωση των λειτουργιών εμφανίζεται σε πολλές μετρήσεις σε όλο το σώμα. Οι αλλαγές είναι μεγάλες σε ορισμένες περιπτώσεις, μικρές σε άλλες. Τα στοιχεία στις παρενθέσεις που ακολουθούν τις περισσότερες ετικέτες στο κλειδί στα αριστερά είναι τα κατά προσέγγιση ποσοστά λειτουργιών ή ιστών που απομένουν στον μέσο άνδρα 75 ετών, λαμβάνοντας την τιμή που βρέθηκε για τον μέσο άνδρα 30 ετών ως 100%.
Αυτή η απόδοση του μυός δεν είναι ο μόνος παράγοντας που εμπλέκεται στους μέγιστους ρυθμούς εργασίας, υποδεικνύεται από το γεγονός ότι η μείωση της μυϊκής δύναμης με την πάροδο των ετών είναι μικρότερη από τη μείωση των ρυθμών εργασίας.
Οι νευρικές ίνες που συνδέονται άμεσα με τους μύες παρουσιάζουν μικρή μείωση της λειτουργίας τους με την ηλικία. Η ταχύτητα των νευρικών ερεθισμάτων κατά μήκος μεμονωμένων ινών σε ηλικιωμένους είναι μόνο 10 έως 15 τοις εκατό μικρότερη από ό,τι σε νέους. Απλές νευρολογικές λειτουργίες που περιλαμβάνουν μόνο λίγες συνδέσεις στον νωτιαίο μυελό παραμένουν επίσης ουσιαστικά άθικτες. Είναι στο κεντρικό νευρικό σύστημα, όπου δημιουργούνται πολύπλοκες συνδέσεις, ότι η γήρανση έχει το τίμημά της. Η απώλεια μνήμης, ιδιαίτερα για πρόσφατα γεγονότα, συχνά ταλαιπωρεί τους ηλικιωμένους. Το ηλικιωμένο άτομο χρειάζεται πολύ περισσότερο χρόνο για να επιλέξει ανάμεσα σε μια σειρά από πιθανές αντιδράσεις σε μια κατάσταση, αν και με αρκετό χρόνο καταλήγει στη σωστή απόφαση. Ορισμένες συνήθεις νοητικές δραστηριότητες, από την άλλη πλευρά, σπάνια αλλάζουν με την ηλικία. Η κατανόηση του λεξιλογίου, για παράδειγμα, παραμένει ισχυρή στους περισσότερους ανθρώπους. Οι έμπειροι διορθωτές διατηρούν υψηλό βαθμό ακρίβειας ακόμη και σε προχωρημένες ηλικίες.
Επειδή οι μύες που ασκούνται σε παρατεταμένη άσκηση απαιτούν επιπλέον οξυγόνο και άλλα θρεπτικά συστατικά και παράγουν περισσότερα απόβλητα για να αποβληθούν, η καρδιά πρέπει να εργάζεται σκληρότερα για να μετακινήσει περισσότερο αίμα μέσω του συστήματος. Κατά τη διάρκεια της άσκησης, η καρδιά αντλεί περισσότερο αίμα σε κάθε παλμό, με ταχύτερο ρυθμό και υψηλότερη πίεση. Αν και η αρτηριακή πίεση ηρεμίας σε υγιή άτομα αυξάνεται ελάχιστα με την ηλικία, μια δεδομένη ποσότητα άσκησης θα αυξήσει τον καρδιακό ρυθμό και την αρτηριακή πίεση στους ηλικιωμένους περισσότερο από ό,τι στους νέους. Και όταν τα άτομα καταβάλλουν μέγιστη προσπάθεια, η καρδιά του ηλικιωμένου ατόμου δεν μπορεί να επιτύχει τόσο μεγάλη αύξηση του ρυθμού όσο αυτή του νεότερου. Κατά τη διάρκεια της άσκησης, επομένως, η καρδιακή παροχή, ή η ποσότητα αίματος που αντλείται ανά λεπτό, είναι μικρότερη στους ηλικιωμένους από ό,τι στους νέους. Αυτό, φυσικά, επιβάλλει όρια στην ποσότητα εργασίας που μπορούν να κάνουν οι ηλικιωμένοι
Η καρδιακή παροχή μπορεί να μετρηθεί άμεσα και, σε άτομα σε ηρεμία, αρκετά εύκολα. (Οι μετρήσεις είναι δύσκολες κατά τη διάρκεια της άσκησης.) Σε μια διαδικασία, μια γνωστή ποσότητα μπλε χρωστικής εγχέεται σε μια φλέβα του ενός βραχίονα και στη συνέχεια λαμβάνονται περιοδικά δείγματα αίματος από έναν μικρό καθετήρα στη μεγάλη αρτηρία του αντίθετου ποδιού. Η αραίωση της χρωστικής παρέχει ένα μέτρο της καρδιακής παροχής. Η ποσότητα του αίματος που αντλείται μειώνεται από κατά μέσο όρο 3,75 λίτρα ανά λεπτό (ένα λίτρο είναι ελαφρώς περισσότερο από ένα λίτρο) ανά τετραγωνικό μέτρο επιφάνειας σώματος σε άτομα 20 ετών σε δύο λίτρα ανά λεπτό σε άτομα 90 ετών.
Ο πνεύμονας παίζει εξίσου σημαντικό ρόλο στην άσκηση με την καρδιά. Έχουμε μελετήσει τις δύο πτυχές της πνευμονικής λειτουργίας: τη μέγιστη ποσότητα οξυγόνου που μπορεί να προσληφθεί από τον εισπνεόμενο αέρα κατά τη διάρκεια της άσκησης και την ικανότητα του πνεύμονα να μετακινεί τον αέρα μέσα και έξω. Η ποσότητα οξυγόνου που προσλαμβάνει το αίμα από τον πνεύμονα και μεταφέρει στους ιστούς κατά τη διάρκεια της άσκησης μειώνεται σημαντικά με την ηλικία. Το αίμα των 20χρονων ανδρών προσλαμβάνει, κατά μέσο όρο, σχεδόν τέσσερα λίτρα οξυγόνου ανά λεπτό, ενώ στην ηλικία των 75 ετών ο ρυθμός είναι μόνο 1,5 λίτρα ανά λεπτό. Αυτή η λειτουργία έχει δοκιμαστεί σε πολλά άτομα εδώ και πολλά χρόνια. Ο D. Bruce Dill, φυσιολόγος που τώρα φοιτά στο Πανεπιστήμιο της Ιντιάνα, διαπίστωσε ότι η μέγιστη πρόσληψη οξυγόνου του μειώθηκε από 3,28 λίτρα στην ηλικία των 37 ετών σε 2,80 λίτρα στην ηλικία των 66 ετών.
Μια άλλη μέτρηση αποκαλύπτει ότι για να διπλασιαστεί το επίπεδο πρόσληψης οξυγόνου κατά τη διάρκεια της άσκησης, το ηλικιωμένο άτομο πρέπει να μετακινήσει περίπου 50% περισσότερο αέρα μέσα και έξω από τους πνεύμονές του. Αναμφίβολα, η μείωση της απορρόφησης οξυγόνου αντανακλά εν μέρει τη μειωμένη καρδιακή παροχή, καθώς λιγότερο αίμα ρέει μέσω των πνευμόνων του ηλικιωμένου ατόμου σε δεδομένο χρόνο. Αλλά η μεγάλη διαφορά στην πρόσληψη οξυγόνου μεταξύ νέων και ηλικιωμένων δείχνει ότι και ο πνευμονικός ιστός έχει αλλάξει
Η μείωση της αναπνευστικής λειτουργίας αντανακλά επίσης μια απώλεια στην απλή μηχανική απόδοση. Στην κανονική αναπνοή, λιγότερος αέρας ανακυκλώνεται και η ποσότητα του νεκρού χώρου αέρα στους πνεύμονες αυξάνεται, αν και ο συνολικός όγκος των πνευμόνων παραμένει σχεδόν αμετάβλητος. Ακόμη και η «ζωτική χωρητικότητα» (η ποσότητα αέρα που μπορεί να εκπνεύσει βίαια από τον πνεύμονα) μειώνεται με την ηλικία. Η φύση αυτής της βλάβης γίνεται σαφής όταν μετρηθεί η μέγιστη αναπνευστική ικανότητα του ατόμου – η ποσότητα αέρα που μπορεί να μετακινήσει μέσω των πνευμόνων του σε 15 δευτερόλεπτα. Το διάγραμμα για αυτό το τεστ δείχνει μια μείωση περίπου 40% μεταξύ των ηλικιών 20 και 80 ετών. Δεδομένου ότι το μεγαλύτερο άτομο αποβάλλει περίπου τόσο αέρα σε κάθε αναπνοή όσο και το νεότερο άτομο, είναι σαφές ότι η ικανότητά του είναι μικρότερη επειδή δεν μπορεί να διατηρήσει τόσο γρήγορο ρυθμό αναπνοής. Η βλάβη είναι μια έκφραση της γενικής μείωσης της νευρομυϊκής ικανότητας
Η άσκηση παράγει οξέα και άλλα μεταβολικά απόβλητα που αποβάλλονται κυρίως από τους νεφρούς. Επειδή η καρδιά αντλεί λιγότερο αίμα με την προχωρημένη ηλικία, λιγότερο αίμα ρέει μέσω των νεφρών σε μια δεδομένη χρονική στιγμή. Οι αλλαγές στο ίδιο το νεφρό μειώνουν περαιτέρω τη ροή του αίματος, καθώς και την αποτελεσματικότητα με την οποία το νεφρό επεξεργάζεται τα απόβλητα. Το νεφρό διέρχεται από μια λεπτή, πολυσταδιακή διαδικασία. Αρχικά, φιλτράρει το αίμα, απομακρύνοντας τα απόβλητα από την κυκλοφορία του αίματος σε ένα διήθημα από το οποίο παρακρατεί τα ερυθρά αιμοσφαίρια και τα μεγαλύτερα μόρια. Στη συνέχεια, επεξεργάζεται αυτό το διήθημα, ανακτώντας τα μικρότερα χρήσιμα μόρια, όπως αυτά της γλυκόζης, που περνούν από το φίλτρο. Και τέλος, το νεφρό αποβάλλει ενεργά τα απόβλητα, μερικά από τα οποία είναι πολύ μεγάλα για να περάσουν από το φίλτρο. Το ενεργό
