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Page 1
https://scienceofsingularity.files.wordpress.com/2015/12/110222_640.gif
Aspects biologiques et physiologiques du vieillissement
Pr. François Herrmann, MD MPh
Médecin adjoint agrégé, Service de GériatrieDépartement de médecine interne, réhabilitation et gériatrie
Hôpitaux Universitaires de Genève
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Vieillir est encore le seul moyen qu'on ait trouvé de vivre longtemps.
Charles Augustin Sainte Beuve
Tout le monde désire vivre longtemps, mais personne ne voudrait être vieux.
Jonathan Swift
Vieillissement - Objectifs
Rappel synthétique sur le vieillissement normal de l’individu et des systèmes physiologiques et de la population..
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Sommaire
• Définitions
• Longévités des espèces
• Vieillissement– Individus
– Molecules – Cellules – Tissus
– Mécanismes
– Systèmes
– Population
Définitions
Vieillissement
1. Fait de devenir vieux, ensemble des phénomènes qui marquent l'évolution d'un organisme vivant vers la mort.
2. État de ce qui vieillit.
– Fait pour un groupe de voir sa moyenne d'âge s'élever
progressivement. Vieillissement de la population.
3. Action de vieillir (qqn, qqch).
4. Fait de se démoder, de ne plus correspondre aux besoins d'une
époque. Vieillissement d'une doctrine.
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Définitions
Gérontologie Étude de la vieillesse et des phénomènes de vieillissement sous leurs divers aspects, morphologiques, physiopathologiques (gériatrie), psychologiques et sociaux.
Gériatrie (grec gerôn, vieillard, et iatreia, traitement) Médecine de la vieillesse; ensemble des moyens préconisés pour retarder l'apparition de la sénilité.
http://www.larousse.fr/dictionnaires/francais/...
Définitions
Sénescence (lat. « senex », vieil homme)
Vieillissement naturel des tissus et de l'organisme. Synonyme de vieillissement
Sénilité
Détérioration pathologique des facultés physiques et psychiques d'une personne âgée.
http://www.larousse.fr/dictionnaires/francais/...
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Where does the longest living (non clonal ) organism live?
10
Bristlecones (Pinus longaeva & Pinus aristata) Grow atop the arid mountains of the Great Basin,
from Colorado to California- 5000 ans
http://www.photo.net/ca/sierra
E. Schulman. Science 119, 396, 1954E. Schulman. Nat. Geographic Mag. 113, 355, 1958
C. W. Ferguson. Science 159, 3817, pp. 839-846, 1968
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C. W. Ferguson. Science 159, 3817, 1968, pp. 839-846
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C. W. Ferguson. Science 159, 3817, 1968, pp. 839-846
Why does the bristle cone pine live so long?
• Altitude
• Few competitors
• Acidify the ground
• Pest resistant
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Which is the longest living clonal organism on earth?
The trunk of this « Norway spruce » is less than 600 y —but its clonal roots date back to 9,550 years ago, making it the world's oldest known living tree.
9500-year-old Norway spruce (Piceaabies) clonal colony named "Old Tjikko" in Sweden
Umeå University. "World's Oldest Living Tree -- 9550 years old -- Discovered In Sweden." ScienceDaily. ScienceDaily, 16 April 2008. <www.sciencedaily.com/releases/2008/04/080416104320.htm>.
• https://www.businessinsider.com.au/longest-living-animals-2017-6
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Page 9
Jones OR, Nature. 2014;505(7482):169-173.
Diversité des trajectoires du vieillissement dans le
monde du vivant
Jones OR, Scheuerlein A, Salguero-Gomez R, et al. Diversity of ageing across the tree of life.Nature. 2014;505(7482):169-173.
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Jones OR, Scheuerlein A, Salguero-Gomez R, et al. Diversity of ageing across the tree of life.Nature. 2014;505(7482):169-173.
Diversité des trajectoires du vieillissement dans le monde du vivant
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Vieillissement
• Molecules
• Cellules
• Tissus
• Organes
• Systèmes
• Individus
• Populations
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Vieillissement normal
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Page 13
https://parc.pop.upenn.edu/about-population-aging-research-center-parc
https://www.youtube.com/watch?v=KZXt_peBE_w
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F. H. (1882 - 1955)
~1889 ~1893 ~1907 ~1954
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Page 15
http://www.santenaturellement.com/Comment-bien-vieillir.htm
Génération
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Val Kilmer
Différences entre Vieillissement et Maladie
Vieillissement Maladie
Processus biologique universel Selective d’espèces / tissus
En principe lent, mais toujoursprogressif
Taux de progression variable; regression possible
Finalement délétère Atteinte variable de l’hôte
Niveau moléculaire et physiologique Quasi toujours altération anatomique
Impact clinique souvent non discernable
Impact souvent détectable
Rarement traitable Souvent traitable
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Augmentation de la prévalence des maladies chroniques avec l’âge (USA 2002-2003)
CDC/NCHS, National Vital Statistics System, Mortality Datahttp://www.senescence.info/aging_definition.html
Vieillissement pathologique
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Syndrome de Werner• Incidence 1 / 1’000’000 (800 Japon, Sardaigne) /1000
• Décès entre 30 et 60 ans
• Cataracte, calvitie, cheveux gris
• Atrophie peau et muscles
• Intolérance au glucose
• Augmentation des cancers
• Génétique autosomal récessif (chr. 8)
• Protéine de Werner (maintenance et réplication DNA)
Muftuoglu M, Kusumoto R, Speina E, Beck G, Cheng W, et al. 2008 Acetylation Regulates WRN Catalytic Activities and Affects Base Excision DNA Repair. PLoS ONE 3(4): e1918 http://wiki.medpedia.com/Werner_Syndrome
15 ans
48 ans
Syndrome de Werner
http://www.pathology.washington.edu/research/werner/
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Progeria (Hutchinson-Gilford)
• Se manifeste dès 6 – 12 ème mois
• Préservation de l’intelligence
• Décès d’arthérosclérose
• Incidence 0.1 – 1 / 1’000’000 naissances
• Génétique autosomal dominant sporadique
• Excès de production d’acide hyaluronique ?
• Abnormal messenger RNA splicing of the lamin A gene leading to changes in the nuclear architecture
Halaschek-Wiener J, Brooks-Wilson A: Progeria of stem cells: stem cell exhaustion in Hutchinson-Gilford progeria syndrome. J Gerontol A Biol Sci Med Sci 62:3-8, 2007.
http://abcnews.go.com/WNT/video/triumphant-story-sam-berns-progeria-math-20640669
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Conclusions
• Vieillissement normal
Vitesse et effets variables selon individu, conditions de vies et habitudes
• Vieillissement pathologique
Vitesse accélérée, maladies associées au vieillissement
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Vieillissement
• Molecules
• Cellules
• Tissus
• Organes
• Systèmes
• Individus
• Populations
Tissu conjonctif
• Structures– Cellules (fibroblastes)
– Fibres (collagène, élastine, réticuline)
– Substance fondamentale (eau, glycoprotéines, protéoglycanes)
• Rôles– Structure
– Echange métabolique et d’information
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Altérations moléculaires
• Métabolisme protidique – Synthèse et dégradation
• Métabolisme lipidique – Peroxydation
• Métabolisme glucidique– Intolérance au glucose
– Glycosylation
• Modification de la perméabilité des membranes cellulaires
• Calcification
Cellule
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Membranes cellulaires
Oxydation
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Page 23
Peroxydation des lipides
Glycation
De châtaigne à marron glacé !
http://www.chloeandwines.com/article-petite-serie-d-accord-met-et-vin-1-122047927.html
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Glycosylation
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Page 25
Changement structure du collagène
Le pourquoi du vieillissement
> 300 théories (Zhores Medvedev)
- Pas nécessairement contradictoires
- Mécanique de la sénescence
- 3 théories causales
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Theories : réticulation ou « cross-link »
Bjorksten 1941
• Liaison de macromolécules entre elles
• Inactivation réciproque
• Dégradation
• Dépôts (toxiques? ex : amyloïde, lipofuchsine)
Theories : génétiques
• Vieillissement programmé dans les gènes
• Argument pour : constance et spécificité de la durée de vie des espèces
• Centenaires / Jumeaux
• Maladies associées à un vieillissement accéléré
• Nombre limité de réplication des fibroblastes avec l’âge
• Perte d’information génétique redondante (raccourcissement des télomères)
• Système de protection et de réparation
• Apoptose
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Theories : radicaux libres
1956 Denham HARMAN (U. Nebraska)
• RL issus du métabolisme normal de la cellule
• Molécules très réactives
• Oxydation de proximité
• Liaison aux macromolécules tissu conjonctif
• Limite à la diffusion des substances nutritives
• Peroxyde les lipides membranaires ( perméabilité)
• Liaison à l’ADN
• Accumulation de débris (dépôt de lipofuchsine)
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Page 28
www.lef.org/magazine/ mag98/april98_cover.html
http://www.alzheimers.org/rmedia/IMAGES/HIGH/FREERADICAL_HIGH.JPG
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Page 29
Longevité & taux de super oxyde dismutase
Conclusions
• Plusieurs théories coexistent
• Traduction :– de l’origine multifactorielle des processus du vieillissement
– de lacunes dans nos connaissances
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Vieillissement
• Molecules
• Cellules
• Tissus
• Organes
• Systèmes
• Individus
• Populations
PeauNormal• Elasticité peau Rides
• Perte cheveux
• Variation pilosité
• Grisonnement - Blanchissement
• Elargissement du nez
• Longueur pavillon de l’oreille
Pathologique• Taches et tumeur cutanées
• Fragilité
• protection mécanique
• phlyctènes et escarres
• Porte d’entrée infections
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Couleur des cheveux
Elle dépend de la concentration, à leur racine, de cellules pigmentaires appelées mélanocytes, qui produisent 2 types de pigments :• Eumélanine noire ou brune• Phéomélanine rouge ou jaune
Le stock des cellules souches qui produisent ces mélanocytes est limité. Avec l’âge, lorsqu’il n’y a plus de réserve, les cheveux n’ont plus de coloration et deviennent blancs.
C’est un phénomène physiologique inéluctable.
https://theawkwardchemist.com/2016/09/09/feeling-complected/
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Page 32
Peau
Vieillissement ( si diabète) Synthèse élastine Elastase
http://replicel.com/product-pipeline/rcs-01-skin-rejuvenation/
http://www.laseresthetique.fr/vieillissement.html
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Page 33
2 Soeurs Jumelles au même âge
http://www.laseresthetique.fr/vieillissement.html
Exposition aux UV : faible surexposée
UnilateralDermatoheliosis
https://www.nejm.org/doi/full/10.1056/nejmicm1104059
Gordon JR et al., N Engl J Med 366, e25 (2012)
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Page 34
Système locomoteurChangements macro-anatomiques
• Proportion d’eau diminue (60% - > 50%)
• Masse maigre diminue
• Masse grasse augmente
• Taille diminue
• Lordose & cyphose
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Clint Eastwood
Arnold Schwarzenegger
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Page 36
Système locomoteur
Muscle - Myocytes (cellules post-mitotiques) : – Masse musculaire
– par nombre et masse des fibres musculaires (rapide > lente)
– Hypertophie des cellules musculaires restantes
– taille jonction neuromusculaire performances
– Endurance conservée (hormis exercice violent)
– temps de contraction, période de latence et réfractaire
– coordination
– adaptation à l’effort
John Glenn 1921 - 20161962 (41) 1998 (77)
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Mary Wallace Funk (Wally) 1939 -
1961• Mercury 13 21 ans
https://fr.wikipedia.org/wiki/Wally_Funk
2021.07.20New Shepard,
Blue Origin NS-16
82 ans
https://whatsnew2day.com/wally-funk-82-celebrates-her-first-trip-to-space-60-years-after-being-banned/
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Page 38
https://whatsnew2day.com/wally-funk-82-celebrates-her-first-trip-to-space-60-years-after-being-banned/
https://whatsnew2day.com/wally-funk-82-celebrates-her-first-trip-to-space-60-years-after-being-banned/
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Page 39
Diminution de la masse maigre (SARCOPÉNIE)
Janssen et al. 2000
Explique la grande majorité de la baisse de force (Frontera 2000)
Baisse fibres rapide Baisse nombre fibres
25 ans 65 ans
Marathon world record times by age from 5 to 95 years
http://gsnider.blogspot.ch/2014/10/marathons-and-aging.html
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Arthrose et tassement des disques
Système locomoteurOs
– Masse
– ou Minéralisation
– Elasticité
– Fragilité
– Ostéoporose
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Ostéoporose
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Système cardio-vasculaire
Coeur
• élasticité et contractilité myocardique
• Altération du collagène
• Infiltration amyloïdes - Accumulation lipofuchsine
• nb mitochondries
• 30–40 % débit cardiaque
• nb cellules du système de conduction tr. du rythme
• Calcification anneaux valvulaires souffles
Système cardio-vasculaire
Vaisseaux
• Athérosclérose et calcifications vasculaires• HTA systolique
• Longueur artères déroulement crosse aorte
• Epaisseur paroi
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Système respiratoire
• Compliance thoracique (cyphose, faiblesse musc., calcification des cartilages)
• Epaisseur de la paroi des artères pulmonaires• Surface alvéolaire de 0.25 m2/an• Rapport collagène / élastine : 4 -2• Compliance pulmonaire (dV/dP)• Capacité pulmonaire totale inchangée
– Volume Résiduel– Capacité Vitale– Volume expiratoire maximum par seconde (VEMS)
• PO2
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Page 44
Organe des sensVision
– capacité d’accommodation (presbytie)– Opacification du cristallin (cataracte)– Dégénérescence maculaire– Glaucome (pression intraocculaire)
R. A. Quinlan, Science 350, 636-637 (2015).
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Page 45
L. Zhao et al., Nature 523, 607-611 (2015)
Organe des sens
• Ouïe– Presbyaccousie (perte d’audition)
» Otosclérose» Pertes cellules cilliées
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Page 46
Organe des sens
• Olfaction
• Goût
• Toucher
Système nerveux• Cerveau : perte de
– 100’000 neurones / jour dès 20 ans– 8 % masse entre 20 et 80 ans – 10-15 % volume entre 20 et 80 ansAtrophie cérébraleDilatation ventriculaire
– Débit sanguin– Extraction de glucose– Consommation d’oxygène– Neurotransmetteurs (catécholamines, acétylcholine, sérotonine)
• Neurones (cellules post-mitotiques) : – Dépôt de lipofuchsine– Dégénerescence neurofibrillaire– Plaques séniles– Démyélination des fibres nerveuses ( conduction influx nerveux)
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Fonctions cognitives
• Altération sommeil• Temps de réaction• Performances mnésiques mais maintien stock• Capacités d’attention / d’apprentissage• Capacités d’association (idées, connaissances)• Sensibilité à l’alcool• Prévalence
– Démence– Dépression
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Système digestif
• sécrétion salivaire, gastrique et pancréatique
• troubles de la déglutition et fausses routes
• surface des vilosités intestinales
• absorption de Ca, Fe
• Altération tissu conjonctif favorise dilatation et fragilité
• constipation
• Altération SN – Modifie péristaltisme
– Seuil de perception des stimuli de la défécation
Système immunitaire
• Macrophages : efficacité – induction immunitaire
– phagocytose
• Lymphocytes B : Immunoglobulines
• Lymphocytes T : capacité mitogène
• surveillance immunitaire– Cancer
– Infection
• tolérance au soi ( autoanticorps)
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Page 49
Conséquences
• réponse aux vaccins – moins efficace et durée de protection
• sensibilité aux antibiotiques
• fièvre (affections apyrétiques)
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Page 50
Système endocrine
• Secrétions
• Intolérance au glucose
• Coordination
Sytème urinaireReins• nombre de néphrons fonctionnels (→ fibrose /graisse)• masse diminue• Capacité de dilution et de concentration
Vessie• élasticité vessie
Urètre• Atrophie muqueuse• Incontinence• Infections urinaires
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Progression du taux de filtration glomérulaire chez 70+
E. S. Schaeffner et al., Ann Intern Med 157, 471-481 (2012).
Sytème génital
♀MénaupauseModification libido
Ø Cycles menstruels Involution utérus / glandes mammairesProlapsus utérin
Atrophie muqueuse
♂Andropause Hypertrophie prostate Testostérone
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Conclusions
• Tous les systèmes sont impliqués dans le vieillissement
• Leur implication dans le processus est variable en fonction des individus
• Rôles et interaction de l’héritage génétique et des expositions à l’environnement
• Perte des réserves physiologiques
• Diminution de la coordination entre les systèmes (hormones, système nerveux autonome)
Vieillissement
• Molecules
• Cellules
• Tissus
• Organes
• Individus
• Populations
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Page 53
Pyramides des âges en
PANORAMA © Office fédéral de la statistique,
février 2013
Swiss Federal Statistical Officehttp://www.bfs.admin.ch/bfs/portal/fr/index/news/publikationen.html?publicationID=3988
Age pyramide in CH
54
Page 54
mortalité espérance de vie
fertilité proportion d’âgés
Haute mortalité + Haute fertilité = Population jeune
Basse mortalité + Basse fertilité = Population âgée
Transition démographique
The demographic transition in
Adapted from the Swiss Federal Statistical Office http://www.statistik.admin.ch/
1. Birth2. Death
3. Population growth
55
Page 55
SIX MILLIARDS D’HUMAINS Une aventure à déchiffrer Claudine Sauvain-Dugerdil, 1999
Office fédéral de la statistique / Direction du développement et de la coopérationhttp://www.bfs.admin.ch/bfs/portal/fr/index/themen/01/22/publ.Document.90048.pdf
SIX MILLIARDS D’HUMAINS Une aventure à déchiffrer Claudine Sauvain-Dugerdil, 1999
Office fédéral de la statistique / Direction du développement et de la coopérationhttp://www.bfs.admin.ch/bfs/portal/fr/index/themen/01/22/publ.Document.90048.pdf
56
Page 56
Forum Med Suisse 2013;13(3):55–56
The epidemiologic transition in Main causes of death per 100'000
1 Cardiovascular Diseases
2 Cancer
3 Violent death
4, 5, 6 PneumoniaTuberculosis
Epidemic infections
https://www.bfs.admin.ch/bfs/fr/home/statistiques/sante/systeme-sante/hopitaux/patients-hospitalisations.html
57
Page 57
Percentage of global deaths by cause and age in 2010, 52.8 millions †
The Lancet 2012 380, 2095-2128DOI: (10.1016/S0140-6736(12)61728-0)
Male Female
http://www.healthdata.org/gbd/data-visualizations
http://vizhub.healthdata.org/gbd-compare/
58
Page 58
http://vizhub.healthdata.org/le/
Female Life Expectancy in the Record-holding Country, 1840-2000
with trend extrapolation to 2040
Source: Oeppen J, Vaupel JW Broken limits to life expectancy. Science. 2002;296:1029-31.
horizontal black lines = asserted ceilings on LE short vertical line = year of publication
59
Page 59
• Best-practice life expectancy and life expectancy for women in selected countries from 1840 to 2007
• Linear regression trend depicted by solid grey line with a slope of 0ꞏ24 per year. Data from supplementary material
• of reference 12 and the Human Mortality Database.
K. Christensen et al., Lancet 374, 1196-208 (2009).
Comparisonof male and female LE
Life expectancy at birth, Country Comparison to the World". CIA World Factbook. US Central Intelligence Agency. n.d. Retrieved 12 Jan2011.
https://en.wikipedia.org/wiki/Longevity
60
Page 60
La mortalité par génération en Suisse Evolution 1900-2150 et tables par génération 1900-2030 RAPPORT TECHNIQUE DECEMBRE 2009 OFS
1900 N = 10
1950 N = 12
2000 N = 796 x 66
2010 N = 1332
2014 N = 1500
2021 N = 1801
Centenaires en Suisse (OFS)
61
Page 61
Mme Jeanne Louise Calment (21.2.1875-4.8.1997)122 ans 164 jours
1895 1915 1935 199520 40 60 120
http://www.grg.org/jcalmentgallery.htm
62
Page 62
63
Page 63
26.04.2014 1500 personnes de plus de 100 ans, dont 1200 femmes
http://www.lematin.ch/suisse/50-000-centenaires-en-Suisse-en-2050/story/18546893
64
Page 64
Conclusions
Centenaires
• Plus exceptionnels
• Groupe hétérogène
• Survivants
• Effet de cohorte
• Selection de gènes
Elizabeth Angela Marguerite Bowes-Lyon
aka Queen Mother1900-2002
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Page 65
Birthday boxexpressing longevity wishes
Ming Dinasty (1522-1566)China
Musée Guimet, Paris, France
66
Page 66
Références
• Chapitre 1 - Le vieillissement humain. 2000 www.eao.chups.jussieu.fr/polys/geriatrie/tome1/01_vieillissement.pdf
• Rapport sur la Santé dans le monde 2010http://www.who.int/whr/2010/whr10_fr.pdf
• Robine JM, Michel JP, Herrmann FR: Who will care for the oldest people in our ageing society? BMJ 334:570-571, 2007.
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