Das biologische Alter, insbesondere des Gehirns, variiert beträchtlich zwischen Individuen gleichen chronologischen Alters. Diese Unterschiede sind nicht nur im höheren Alter relevant, sondern zeigen sich bereits in jungen Jahren. Zudem ist das biologische Alter beeinflussbar, was neue Perspektiven für Prävention und Intervention eröffnet.
Unterschiedliches Altern im jungen Erwachsenenalter
Eine US-amerikanische Studie untersuchte das biologische Alter von über 1000 38-jährigen Menschen anhand verschiedener Marker wie Nieren- und Lungenfunktion. Die Ergebnisse zeigten eine erstaunliche Spannweite: Das biologische Alter der Probanden reichte von unter 30 bis über 60 Jahre. Diese Studie, deren Ergebnisse in den «Proceedings» der US-nationalen Akademie der Wissenschaften («PNAS») veröffentlicht wurden, basiert auf der sogenannten «Dunedin-Studie», einer Langzeit-Erhebung, in der 1037 Menschen aus Dunedin, Neuseeland, von ihrer Geburt bis zum 38. Lebensjahr regelmäßig gesundheitlich und psychologisch untersucht wurden.
Das Forscherteam analysierte 18 Biomarker, darunter Nieren- und Lungenfunktion, Leberwerte, Immunsystem, Cholesterin, Herzfitness und die Länge der Telomere (Chromosomenenden, die sich im Alter verkürzen). Anhand dieser Werte berechneten die Wissenschaftler das biologische Alter der Teilnehmer.
Die Forscher verglichen diese Daten mit früheren Untersuchungsergebnissen der Studienteilnehmer im Alter von 26 und 32 Jahren, um individuelle Alterungsprozesse zu bestimmen. Die meisten Teilnehmer alterten tatsächlich jedes Jahr um ein biologisches Jahr. Einige alterten jedoch jedes chronologische Jahr um drei Jahre, während andere gar nicht alterten und jünger blieben als ihr biologisches Alter. Probanden mit einem höheren biologischen Alter als 38 Jahre alterten schneller und zeigten einen stärkeren IQ-Rückgang, was auf ein erhöhtes Schlaganfall- und Demenzrisiko sowie verminderte motorische Fähigkeiten hindeutet. Sie schnitten auch schlechter in Gleichgewichts- und Koordinationsübungen sowie in kognitiven Tests ab und berichteten häufiger über physiologische Probleme wie Schwierigkeiten beim Treppensteigen. Studenten der Duke University schätzten anhand von Fotos der 38-Jährigen deren Alter ein.
Die Wissenschaftler hoffen, dass ihr Analyseraster dazu beiträgt, den Alterungsprozess im Ganzen zu beeinflussen, anstatt einzelne altersbedingte Krankheiten isoliert zu behandeln. Erkenntnisse aus der Zwillingsforschung legen nahe, dass das Altern nur zu etwa 20 Prozent genetisch bedingt ist, während der Rest auf Umwelteinflüsse zurückzuführen ist. Diese Umwelteinflüsse bieten Raum für eine medizinische Beeinflussung des Alterungsprozesses.
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Gehirnalter: Mehr als nur das kalendarische Alter
Moderne Verfahren wie MRT-Bildgebung und künstliche Intelligenz liefern neue Einblicke in die Veränderungen des Gehirns im Laufe des Lebens und zeigen, dass diese Veränderungen nicht immer dem kalendarischen Alter entsprechen.
Eine aktuelle Studie untersuchte die Gesundheitsdaten und Gehirnleistungen von 1.437 älteren Erwachsenen ohne Demenz (Durchschnittsalter 66 Jahre). Dabei zeigten sich deutliche Schwächen bei Aufgaben, die schnelle Entscheidungen oder visuelles Vorstellungsvermögen erforderten. Die Studie ergab auch, dass Menschen mit Durchblutungsstörungen im Gehirn schneller altern.
Eine weitere Untersuchung von 552 gesunden Erwachsenen im mittleren Alter (Durchschnittsalter 53 Jahre) zeigte, dass die Gehirn-Alters-Lücke auch bei Personen mit Bluthochdruck oder regelmäßigem Alkoholkonsum tendenziell größer war. Ein ungesunder Lebensstil scheint die Alterung des Gehirns also ebenfalls zu beschleunigen.
Die frühzeitige Erfassung der Gehirn-Alters-Lücke kann helfen, das Risiko für geistige Leistungseinbußen besser zu verstehen und präventive Maßnahmen gezielter zu planen. Besonders bei Personen mit bestehenden Gefäßerkrankungen könnte sie Hinweise auf ein erhöhtes Risiko für kognitiven Abbau geben - noch bevor erste Symptome auftreten. Mithilfe von KI und Ganzkörper-MRT lassen sich Veränderungen im Fett- und Muskelgewebe so präzise messen, dass sich daraus sogar die individuelle Sterblichkeit vorhersagen lässt.
Beeinflussbarkeit des Gehirnalters durch Lebensstil
Eine Studie der University of Florida begleitete 128 Erwachsene mittleren und höheren Alters über einen Zeitraum von zwei Jahren. Mithilfe von MRT-Bildern und maschinellem Lernen berechneten sie das sogenannte „Gehirnalter“ der Teilnehmenden. Der Unterschied zwischen dem tatsächlichen Alter und dem biologischen Gehirnalter - die sogenannte Brain-Age-Gap, oder Gehirn-Alters-Lücke - gilt als Indikator für die allgemeine Gesundheit des Gehirns.
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Die Studie, veröffentlicht in der Fachzeitschrift Brain Communications, zeigt, dass vermutlich nicht teure Behandlungen, sondern einfache Verhaltensweisen den entscheidenden Unterschied ausmachen. Dazu zählen unter anderem erholsamer Schlaf, ein gesundes Körpergewicht, Verzicht auf Tabak, effektives Stressmanagement sowie stabile soziale Beziehungen.
Bei Teilnehmenden mit den meisten dieser Schutzfaktoren wirkte das Gehirn zu Beginn der Studie im Schnitt acht Jahre jünger als ihr tatsächliches Alter. Zudem alterten sie im Verlauf der zwei Jahre auch langsamer. Faktoren wie chronischer Schmerz, geringes Einkommen oder soziale Benachteiligung waren zwar mit älter aussehenden Gehirnen verbunden, verloren aber im Studienverlauf an Bedeutung. Entscheidender für die Gehirnalterung waren die schützenden Lebensstilfaktoren.
Ein älter wirkendes Gehirn ist anfälliger für kognitive Beeinträchtigungen, Demenz und Alzheimer. Die Messung des Gehirnalters als Ganzes, statt einzelner Hirnregionen, erlaubt den Wissenschaftlern einen umfassenderen Blick auf die Auswirkungen von Stress, Schmerz und Lebensumständen.
Die leitende Studienautorin Kimberly Sibille betont, dass gesundheitsförderndes Verhalten nicht nur Schmerzen reduziert, sondern auch neurobiologische Vorteile bringt: „Mit jeder weiteren positiven Gewohnheit steigt der Schutz für das Gehirn.“ Jeder Mensch kann über seine täglichen Entscheidungen bezüglich Schlaf, Umgang mit Stress oder sozialen Beziehungen aktiv Einfluss auf die Gesundheit seines Gehirns nehmen. „Unsere Ergebnisse stützen die wachsende Erkenntnis: Lebensstil ist Medizin“, so Sibille.
Veränderungen im Gehirn während des Alterungsprozesses
Prof. Dr. Dorothea Hämmerer erklärt, dass viele Aspekte der Gehirnalterung noch unerforscht sind, da Gehirne bisher meist post mortem untersucht wurden. Dank neuer Technologien können Gehirne nun auch über den Alterungsprozess hinweg untersucht werden.
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Allgemein beginnt das Altern bereits in der dritten Lebensdekade. In der zweiten Lebensdekade erreicht das Gehirn seinen biologischen Höhepunkt, danach gehen verschiedene Funktionen unterschiedlich schnell verloren. Die graue Gehirnsubstanz, die die neuronalen Zellkörper enthält, scheint früher zu schrumpfen als die weiße Substanz, die die Verbindungen zwischen den Zellen darstellt. Mit höherem Alter nimmt die Geschwindigkeit des Schrumpfens zu.
Es gibt große interindividuelle Unterschiede im Umfang des Hirnmasseverlusts. Das Gehirn ist veränderbar und passt sich an. Es verfügt über Kompensationsmechanismen, so dass man sich beispielsweise mehr konzentriert, wenn die Aufmerksamkeit nachlässt.
Nicht alle Gehirnregionen schrumpfen gleichermaßen. Im Alter lassen insbesondere das Gedächtnis und die Exekutivfunktionen (Konzentration, Denkgeschwindigkeit, Flexibilität, Multitasking) nach. MRT-Untersuchungen bestätigen, dass Regionen, die die Gedächtnis- und Exekutivfunktionen unterstützen - etwa der Präfrontale Kortex und temporale Bereiche wie der Hippocampus - früher schrumpfen als Gehirnregionen, die auditorische, visuelle oder motorische Information verarbeiten.
Ein Erklärungsansatz für das heterogene Schrumpfen des Gehirns ist die Hypothese „Last in - First out“. Demnach sind die Hirnbereiche, die sich später entwickeln, auch diejenigen, die im Alter schneller verlorengehen. Es gibt jedoch auch Gehirnbereiche, die stärker veränderbar sind als andere. Dies gilt in der Evolution, in der persönlichen Entwicklung zum Erwachsenenalter und auch im Altern.
Ein weiterer Aspekt der Gehirnalterung ist die Vaskularisierung, also die Versorgung mit Blutgefäßen. Verbesserte bildgebende Verfahren ermöglichen die Darstellung mikrovaskulärer Strukturen und die Analyse des Einflusses der Durchblutung auf das Altern. Mini-Schlaganfälle, die zu Mikro-Läsionen führen, sind ein weit verbreitetes Phänomen bei über 60-jährigen Menschen und können ausschlaggebend für Volumenverluste sein, da die Nährstoffzufuhr dadurch abgeschnitten wird. Es gibt eine starke Hypothese, dass Alterserscheinungen wie Schwierigkeiten mit der Balance oder Konzentration mit diesen mikrovaskulären Verletzungen zusammenhängen.
Genexpression und zelluläre Veränderungen im alternden Gehirn
Forschende vom Max-Planck-Institut für Psychiatrie haben herausgefunden, dass sich die Aktivität von Genen in verschiedenen Zelltypen des Gehirns im Laufe des Alterns verändert. Ein bestimmter Typ von hemmenden Neuronen ist besonders betroffen.
Die Forschenden untersuchten Gewebeproben aus 90 Gehirnen von Menschen im Alter zwischen 25 und 85 Jahren und konzentrierten sich dabei auf Zellen aus dem präfrontalen Kortex. Sie konnten nachweisen, dass sich die Aktivität in allen Zelltypen im Laufe des Alterns verändert, aber nicht unbedingt in den gleichen Genen. In allen Zelltypen verändert sich die Aktivität von Genen, die wichtig für die synaptische Übertragung und die mRNA-Prozessierung sind.
Da das Alter der größte Risikofaktor für neurodegenerative Erkrankungen wie eine Alzheimer-Demenz ist, verglichen die Forschenden die altersbedingten Veränderungen in der Genexpression mit Veränderungen bei der Alzheimer-Erkrankung. Sie fanden weitreichende Überlappungen in bestimmten Zelltypen, was darauf hindeuten könnte, dass kontinuierliche, nicht-krankhafte Veränderungen ab einem gewissen Zeitpunkt eine Schwelle überschreiten und ins Pathologische umschlagen.
Ein Vergleich von Gewebeproben von Menschen mit und ohne psychiatrische Erkrankung zeigte Unterschiede in der biologischen Alterung: Das Genexpressions-Alter von Menschen mit psychiatrischer Erkrankung war beschleunigt. Dies könnte daran liegen, dass sich die Aktivität mancher Gene nicht nur im Alter verändert, sondern auch durch psychiatrische Erkrankungen beeinflusst wird.
Kritische Betrachtung von fMRT-Ergebnissen
Zahlreiche Untersuchungen deuten darauf hin, dass das Gehirn im Alter nicht mehr so leistungsfähig ist. Forscher leiten dies unter anderem daraus ab, dass sich unterschiedliche Aktivierungsmuster im Hirnscanner zeigen, wenn junge oder alte Probanden bestimmte Aufgaben lösen sollen.
Wissenschaftler um Kamen Tsvetanovvon von der University of Cambridge wenden ein, dass dies möglicherweise eher mit der Untersuchungsmethode selbst als mit tatsächlichen Alterungsprozessen im Gehirn zu tun haben könnte. Ihre Ergebnisse deuten darauf hin, dass alte und junge Hirne vielleicht doch nicht so unterschiedlich arbeiten wie bisher gedacht.
Das Problem bei den meisten Studien, die mit funktioneller Magnetresonanztomografie (fMRT) arbeiten, ist, dass sie die neurale Aktivität anhand von Durchblutungsänderungen in bestimmten Hirnregionen erfassen. Tsvetanovvon und Kollegen glauben daher, dass es möglicherweise eher vaskuläre als neuronale Alterserscheinungen sind, die das Gehirn im Alter schlechter dastehen lassen.
Hinweise darauf entdeckten sie bei der Analyse der Daten von 335 gesunden Probanden, die im Rahmen des CamCAN-Projekts bereits seit mehreren Jahren begleitet werden. Auch hier hatten ältere Versuchspersonen im fMRT zunächst das Nachsehen; bezogen die Wissenschaftler jedoch den allgemeinen Zustand der Blutgefäße mit ein, hob sich dieser Unterschied größtenteils wieder auf. Dabei deckten sie etwa auf, dass ältere Menschen gar nicht - wie bisher angenommen - eine deutlich schwächere Hirnaktivität in den Hirnregionen aufweisen, die für die Verarbeitung von visuellen und akustischen Reizen zuständig sind, wenn es darum geht, simple sensomotorische Aufgaben zu meistern.
Die Forscher raten daher zu einer vorsichtigeren Interpretation von fMRT-Ergebnissen, wenn altersspezifische Unterschiede im Gehirn untersucht werden sollen. Man müsse Störfaktoren wie vaskuläre Alterungsprozesse besser aus den Daten herausrechnen - etwa indem man verstärkt die Hirnaktivität im Ruhezustand miteinbezieht.
Gehirnalterung und der Hungerwinter
Eine Studie der Jenaer Wissenschaftler gemeinsam mit Kollegen aus Amsterdam ergab, dass das Gehirn einer Gruppe von männlichen Senioren, deren Mütter im holländischen Hungerwinter 1944/45 in der Frühschwangerschaft waren, durchschnittlich über vier Jahre vorzeitig gealtert ist. Dabei ermittelten sie das biologische Hirnalter der ehemaligen Hungerwinterbabies im Vergleich zu vor diesem Winter Geborenen und zu einer Gruppe von Personen, die erst nach dem Winter gezeugt wurden.
Die Studienleiterin Dr. Katja Franke betonte die Deutlichkeit des Ergebnisses in der Männergruppe. Erstaunlicherweise wiesen weder geringere Geburtsgröße und -gewicht auf die beschleunigte Hirnalterung hin, noch zeigten sich in der Studiengruppe vermehrt altersbedingte Gefäßerkrankungen. Dagegen zeigte die Studie einen Zusammenhang der individuellen Hirnalterung mit dem Alter der Mutter bei der Geburt, dem Kopfumfang und früheren Hirnerkrankungen.
Katja Franke betonte die entscheidende Bedeutung einer ausreichenden Nährstoffversorgung während der Schwangerschaft.
BrainAGE: Eine Methode zur Bestimmung des biologischen Hirnalters
Katja Franke forscht seit fast zehn Jahren auf dem Gebiet der Bestimmung des biologischen Hirnalters. Im Rahmen ihrer Doktorarbeit entwickelte und untersuchte sie die BrainAGE genannte Methode. Für diese nutzt sie die Muster in der Gehirnstruktur, die durch die Abnahme der der grauen und der weißen Substanz bei der normalen Alterung entstehen. Wie Altersfältchen im Gesicht sind diese alterstypisch, sichtbar sind sie in Strukturaufnahmen aus der Kernspintomographie.
Das BrainAGE-Verfahren wendet Mustererkennungsalgorithmen auf diese MRT-Daten an und kann so mit Hilfe der MRT-Aufnahmen von Gesunden kalibriert werden. Dieser könnte zum Beispiel eine frühzeitige Erkennung und eine verbesserte Prognose von Alzheimer-Demenz ermöglichen. Die Wissenschaftler fanden bei Patienten im Anfangsstadium das biologische Hirnalter um etwa zehn Jahre erhöht gegenüber dem chronologischen Alter. Das Risiko dafür steigt um zehn Prozent mit jedem Jahr, das das geschätzte Hirnalter dem chronologischen voraus ist. Bei Patienten, die später eine Alzheimer-Demenz entwickeln, altert das Hirn zudem doppelt so schnell.
Die Jenaer Forscher der Structural Brain Mapping Group konnten in weiteren Anwendungen des Verfahrens nachweisen, dass auch ein ungesunder Lebensstil mit wenig Bewegung und nennenswertem Alkoholkonsum sowie Erkrankungen wie Altersdiabetes einen beschleunigenden Einfluss auf das Altern des Gehirns haben.
Weicht das berechnete biologische Hirnalter von dem kalendarischen ab, so deutet dies bei Kindern und Jugendlichen wahrscheinlich auf Entwicklungsstörungen in der strukturellen Hirnreifung hin. Gemeinsam mit kanadischen Kollegen untersuchen die Jenaer Wissenschaftler deshalb die Auswirkungen verschiedener Faktoren auf die individuelle Hirnreifung, beispielsweise der Konsum von legalen und illegalen Drogen als Teenager oder mütterliches Rauchen während der Schwangerschaft.
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