Ikääntymisen anatomia ja fysiologia 10:

Esittely

Luustolihakset sallivat kehon liikkua ja ylläpitää ryhtiä; supistuessaan ne myös avustavat veren laskimopaluuta sydämeen ja tuottavat lämpöä, joka auttaa ylläpitämään kehon lämpötilaa. Luut tukevat kehoa, suojaavat haavoittuvia alueita ja mahdollistavat fyysisen liikkumisen vipujen ja nivelten järjestelmän avulla; ne myös varastoivat rasvaa ja kivennäisaineita, ja niissä sijaitsee verisolujen tuotannosta vastaava punainen luuydin. Iän myötä nämä tuki- ja liikuntaelimistön osat rappeutuvat vähitellen, mikä aiheuttaa haurautta ja lisää kaatumis- ja murtumariskiä. Ikääntymisen anatomiaa ja fysiologiaa käsittelevän sarjamme 10. osassa tarkastellaan luustolihaksissa ja luissa tapahtuvia ikään liittyviä muutoksia.

Luurankolihaksissa tapahtuvat muutokset

Iäkkäillä ihmisillä esiintyy usein voiman heikkenemistä, joka voi johtua suoraan luurankolihaksissa tapahtuvista anatomisista ja fysiologisista muutoksista (Papa ym., 2017; Freemont ja Hoyland, 2007) (Laatikko 1) (Laatikko 1).

Iän myötä luurankolihakset surkastuvat ja niiden massa vähenee (kuva 1), ja niiden supistumisnopeus ja -voima vähenevät (Choi, 2016). Tähän ilmiöön, joka tunnetaan nimellä seniili sarkopenia, liittyy fyysisen voiman väheneminen. Sarkopenia voi heikentää kykyä suoriutua jokapäiväisistä tehtävistä, kuten tuolilta nousemisesta, kotitöiden tekemisestä tai peseytymisestä (Papa ym., 2017).

Maksimaalinen lihasmassa ja -voima saavutetaan 20- ja 30-vuotiaana. Tätä seuraa asteittainen heikkeneminen keski-iässä. 60 ikävuodesta alkaen lihaskudoksen menetys kiihtyy. Myöhäisvanhuudessa raajoista voi hävitä niin paljon lihaskudosta, että liikuntarajoitteiset ihmiset näyttävät olevan pelkkää ihoa ja luuta. Kylkiluiden väliin voi kehittyä syviä uurteita kylkiluiden välisen lihaskudoksen surkastumisen vuoksi, ja kasvojen lihaskudoksen katoaminen vaikuttaa osaltaan kasvonpiirteiden yleiseen löystymiseen.

Tämä lihaskudoksen huomattava katoaminen, joka on usein havaittavissa myöhemmillä ikävuosilla (seniili sarkopenia), liittyy lisääntyvään haurauteen. Vaikka hauraus on monitekijäistä, tuki- ja liikuntaelimistön heikkeneminen ja sarkopenia ovat keskeisiä tekijöitä, ja ne molemmat liittyvät lisääntyneeseen heikkouteen, väsymykseen ja haittatapahtumien, kuten kaatumisten, riskiin, jotka kaikki voivat lisätä sairastuvuutta (Fragala ym., 2015).

Luustolihakset koostuvat kahdesta päätyypistä kuituja:

• Hitaasti nykiviä kuituja (tyyppi 1), joita käytetään kestävyystoiminnoissa, kuten pitkien matkojen kävelemisessä;
• Nopeasti nykiviä kuituja (tyyppi 2), joita käytetään lyhyissä ”räjähtävissä” toiminnoissa, kuten sprintissä.

Sarkopeniaan liittyy muutoksia nopean nykimisen kuitujen määrässä ja fysiologiassa, kun taas hitaan nykimisen kuitujen määrään ja fysiologiaan ikä ei vaikuta suhteellisen paljon (Bougea ym., 2016). Viimeaikaiset tutkimukset osoittavatkin, että hitaasti nykivät kuidut ylläpitävät ja jopa lisäävät joidenkin aineenvaihdunnallisten entsyymien pitoisuuksia ehkä vastapainona nopean nykäisyn lihassyiden aktiivisuuden vähenemiselle (Murgia ym., 2017).

Sarkopenian ajatellaan johtuvan myös motoneuronien kuitujen häviämisestä (denervoituminen) sekä neuromuskulaaristen liitosten (motoneuronit luurankolihaksiin yhdistävien synapsien) häviämisestä ja rappeutumisesta; tämän seurauksena lihakset stimuloituvat heikommin ja menettävät massaa (Stokinger ym., 2017; Power ym., 2013).

Sarkopeniaa pahentaa kiertävien anabolisten hormonien – kuten somatotropiinin (kasvuhormonin), testosteronin ja testosteronin kaltaisten hormonien – pitoisuuksien väheneminen keski-iästä alkaen. Koska luustolihakset ovat metabolisesti hyvin aktiivisia, sarkopenia on merkittävä tekijä, joka vaikuttaa ikään liittyvään aineenvaihdunnan vähenemiseen. Laihasta lihasmassaa menetetään keskimäärin 3-8 prosenttia vuosikymmenessä 30 ikävuodesta alkaen, mikä pahentaa perusaineenvaihdunnan laskua, joka alkaa noin 20-vuotiaana. Jos kalorien saanti pysyy samana kuin nuorempana, on paljon suurempi riski, että ylimääräiset kalorit varastoituvat rasvan muodossa. Tämä saattaa pahentua iäkkäillä ihmisillä, jotka ovat insuliiniresistenttejä, koska heidän luustolihaksensa pystyvät ottamaan huonommin vastaan glukoosia ja aminohappoja, joita käytetään uusien lihassäikeiden muodostamiseen (Cleasby ym., 2016; Fragala ym., 2015).

Luustolihaksiston massan häviäminen johtaa luiden ja nivelten tuen asteittaiseen heikkenemiseen, mikä puolestaan vaikuttaa osaltaan vanhemmilla iäkkäillä havaittaviin asentomuutoksiin (kuva 2). Se lisää myös nivelsairauksien, erityisesti nivelrikon, sekä kaatumisten ja murtumien riskiä.

Vanhentuneet lihakset ovat alttiimpia vammoille, ja niiden korjautuminen ja palautuminen kestää kauemmin. Tämä hitaampi toipuminen voi johtua progenitor-solujen (satelliittisolujen) – erilaistumattomien kantasolujen, jotka voivat kehittyä uusiksi lihassoluiksi tai myosyyteiksi – määrän vähenemisestä yhdistettynä solujen asteittaiseen vanhenemiseen (Bougea ym., 2016).

Luun muutokset

Luu koostuu enimmäkseen:

• Epäorgaanisesta komponentista kalsiumfosfaatista (hydroksiapatiitista);
• orgaanisesta komponentista tyypin 1 kollageenista.

Kalsiumfosfaattikiteet muodostavat luun matriksin ja antavat luille niiden jäykkyyden. Luusto toimii kalsiumvarastona: se varastoi noin 99 % kaikesta elimistön kalsiumista (Lau ja Adachi, 2011). Riittämätön kalsiumin tai D-vitamiinin (joka on välttämätön kalsiumin imeytymiselle) määrä voi johtaa luuntiheyden vähenemiseen ja lisätä alttiutta osteoporoosille ja murtumille. Iäkkäillä ihmisillä suolistosta imeytyy vähemmän kalsiumia ja D-vitamiinitasoilla on taipumus laskea, mikä vähentää luiden käytettävissä olevan kalsiumin määrää.

Kollageeni tarjoaa kiinnityspaikan kalsiumfosfaattikiteille ja neuloo luun yhteen murtumien ehkäisemiseksi. Joillakin ihmisillä on geenejä, jotka johtavat virheelliseen kollageenin tuotantoon, mikä johtaa hauraan luun sairauteen (osteogenesis imperfecta).

Luu on lihaksen tavoin dynaaminen kudos, joka kertyy ja hajoaa jatkuvasti. Tätä vaihtelutilaa välittävät kaksi tärkeintä luusolutyyppiä:

• Osteoblastit, jotka laskevat luuta;
• Osteoklastit, jotka pilkkovat luuta vapauttaen ionista kalsiumia vereen.

Osteoblastit ovat aktiivisempia, kun luut ovat pystyasennossa seisovan, aktiivisen kehon painon aiheuttaman rasituksen alla. Nuorilla liikkuvilla aikuisilla osteoblastit ja osteoklastit toimivat samalla nopeudella ja luun tiheys säilyy. Inaktiivisuus merkitsee osteoblastien aktiivisuuden vähenemistä, mikä johtaa viime kädessä luuntiheyden vähenemiseen (Nigam et al, 2009). Ikääntymiseen liittyvä luuston lihasmassan väheneminen vähentää osaltaan luihin kohdistuvaa kuormitusta (sekä painoa että supistusvoimaa), mikä lisää kalkinpoistoa. Siksi on tärkeää, että iäkkäät ihmiset pysyvät mahdollisimman liikkuvina ja aktiivisina.

Luuntiheyden muutokset

Tutkimukset (pääasiassa Yhdysvalloissa) osoittavat, että noin 90 % luun huippumassasta saavutetaan miehillä 20-vuotiaana ja naisilla 18-vuotiaana. Kasvu jatkuu molemmilla sukupuolilla noin 30 ikävuoteen asti, jolloin luun lujuuden ja tiheyden huippu saavutetaan (National Institutes of Health, 2015). Luuntiheys vähenee keski-ikää lähestyttäessä.

Naisilla on erityinen riski luun demineralisaatiolle ja osteoporoosille, koska he menettävät vähitellen estrogeenin luustoa suojaavat vaikutukset ennen ja jälkeen vaihdevuosien. Kymmenvuotisessa tutkimuksessa naiset menettivät kyynärvarresta 1,5-2 kertaa enemmän luumassaa vuodessa kuin miehet (Daly ym., 2013). Molempien sukupuolten luukato jatkuu vanhuuteen asti, ja 80-vuotiailla on noin puolet siitä luumassasta, joka heillä oli parhaimmillaan nuorena aikuisena (Lau ja Adachi, 2011; Kloss ja Gassner, 2006).

Osteoporoosi

Ikään liittyvä kalsiumin katoaminen luustosta johtaa yleisesti siihen, että luut saavat osteoporoosille ominaisen huokoisen, sienimäisen ilmeen. Tunnistettuja muotoja on kaksi (Lau ja Adachi, 2011):

• Tyyppi I, jota esiintyy vaihdevuosi- ja postmenopausaalisilla naisilla ja jonka ajatellaan johtuvan estrogeenitasojen laskusta;
• Tyyppi II, jota kutsutaan seniiliksi osteoporoosiksi, jota esiintyy sekä miehillä että naisilla ja joka näyttää johtuvan osteoblastien lukumäärän ja aktiivisuuden vähenemisestä. Lisäksi jotkin pro-inflammatoriset sytokiinit (joiden määrä lisääntyy iän myötä), kuten interleukiini 6, stimuloivat osteoklasteja, mikä johtaa luun demineralisaatioon.

Nikamat ovat erityisen alttiita osteoporoosille, ja niihin voi kehittyä mikromurtumia, jotka johtavat siihen, että ne luhistuvat elimistön painon alaisena ja puristuvat ja epämuodostuvat. Tämä vaikuttaa osaltaan selkärangan kyykistyneeseen kaarevuuteen, joka on usein nähtävissä vanhemmalla iällä (kuva 2).

Monet tekijät vaikuttavat ikääntymiseen liittyvään luukatoon ja seniiliin osteoporoosiin (laatikko 2).

Murtumariski

Iänmukainen-liittyvä luuntiheyden väheneminen liittyy lisääntyneeseen murtumariskiin monissa luissa, myös reisiluussa, kylkiluut, nikamat sekä ylä- ja kyynärvarren luut. Osteoporoosi ei liity ainoastaan epäorgaanisen mineraalipitoisuuden vähenemiseen vaan myös kollageenin vähenemiseen ja sen rakenteen muutoksiin. Koska kollageeni auttaa pitämään luut kasassa, tämä lisää murtumariskiä entisestään (Boskey ja Coleman, 2010; Bailey, 2002).

Murtumariskiä lisää liikkumattomuus esimerkiksi pitkittyneen sairaalassaolon vuoksi (Nigam ym., 2009). Sen lisäksi, että murtumat ovat yleisempiä vanhuudessa, paraneminen kestää paljon kauemmin (Lau ja Adachi, 2011).

Yhdysvaltalaiset väestötutkimukset osoittavat, että noin 5 prosentilla yli 50-vuotiaista aikuisista on reisiluun kaulaan (reisiluun kaulaan) vaikuttavaa osteoporoosia (Looker ym., 2012). Tämä alue on erityisen altis murtumille, koska kaksi reisiluun kaulaa kannattelevat pystyasennossa olevan kehon painoa. Costache ja Costache (2014) havaitsivat, että reisiluun kaulan murtumat – jotka ovat vakavia ja mahdollisesti hengenvaarallisia vammoja – yleistyvät 60 ikävuoden jälkeen ja että naiset kärsivät niistä miehiä enemmän.

Nivelmuutokset

Nivelrusto toimii nivelten nivelten iskunvaimentimena sekä varmistaa luiden oikean välyksen ja sujuvan liukumisen nivelen liikkeen aikana. Rustoa muodostavien solujen, kondrosyyttien, määrä ja aktiivisuus vähenevät iän myötä (Freemont ja Hoyland, 2007), mikä voi johtaa ruston määrän vähenemiseen tärkeissä nivelissä, kuten polvissa (Hanna ym., 2005). Ruston puute johtaa siihen, että ikääntyneet nivelet muuttuvat alttiimmiksi mekaanisille vaurioille ja lisäävät riskiä kivuliaalle luun ja luun väliselle kosketukselle, joka on yleisesti nähtävissä nivelrikossa.

Nivelrikko

Nivelrikko on maailman yleisin niveltulehdus (nivelpatologia). Yhdysvalloissa tehdyt laajamittaiset tutkimukset ovat osoittaneet, että noin 10 %:lla miehistä ja 13 %:lla yli 60-vuotiaista naisista on oireinen polven nivelrikko (Zhang ja Jordan, 2010). Yhdistyneessä kuningaskunnassa noin 8,5 miljoonalla ihmisellä on nivelrikosta johtuvaa nivelkipua (National Institute for Health and Care Excellence, 2015). Tämä aiheuttaa suuren taakan terveyspalveluille, sillä monet potilaat tarvitsevat kalliita nivelkirurgisia toimenpiteitä erityisesti polven, lonkan ja lannerangan osalta.

Nivelkapselin ulompi osa koostuu elastisista nivelsiteistä, jotka sitovat nivelen yhteen estäen nivelen sijoiltaanmenon ja sallien samalla vapaan liikkeen. Iän myötä nivelsiteiden kollageeni- ja elastiinikomponenttien muutokset vähentävät niiden kimmoisuutta (Freemont ja Hoyland, 2007), mikä johtaa jäykkyyteen ja heikentyneeseen liikkuvuuteen. Tietyt nivelet ovat erityisen herkkiä; esimerkiksi 55-85 vuoden iässä naiset menettävät jopa 50 prosenttia nilkkojensa joustavuudesta ja liikelaajuudesta (Vandervoort ym., 1992). Vaikka tautiin liittyy monia riskitekijöitä (kuten geneettinen alttius, sukupuoli, lihavuus ja aiemmat nivelvammat), ikä on ylivoimaisesti suurin.

Terve tuki- ja liikuntaelimistön ikääntyminen

Luuston ja luustolihasten ikääntymiseen vaikuttavat monet tekijät; genetiikalla, ympäristötekijöillä ja elämäntyylillä on kaikilla oma osuutensa, joten yksilöllinen vaihtelu on suurta. Tuki- ja liikuntaelimistön rakenteellisen ja toiminnallisen eheyden säilyttäminen on olennaista hyvän terveyden ylläpitämiseksi ja haurastumisen etenemisen hidastamiseksi.

Kaloratiivinen rajoitus

Programoidulla solukuolemalla (apoptoosilla) on merkitystä luukatoon ja sarkopeniaan. Osallistuvia apoptoosireittejä voidaan vaimentaa liikunnalla, kalorimäärän rajoittamisella ja antioksidanteilla, kuten karotenoideilla ja öljyhapolla (Musumeci ym., 2015). Viimeaikaiset tutkimukset ovat osoittaneet, että kalorimäärän rajoittaminen voi hidastaa ja joskus jopa kumota ikään liittyviä muutoksia neuromuskulaarisissa liitoksissa, mikä tarjoaa mahdollisen mekanismin sarkopenian vähentämiseen.

Lääkkeitä, jotka jäljittelevät kalorimäärän rajoittamisen ja liikunnan vaikutuksia – kuten metformiinia (diabeteksen hoitoon käytettävä suun kautta otettavaa hypoglykemiaa) ja resveratrolia (tulehdusta hillitsevä ja antioksidanttinen aine) – voitaisiin käyttää ruoan saannin vähentämisen sijasta. Stokinger ym. (2017) ovat raportoineet jonkinlaisesta menestyksestä näillä lääkkeillä, erityisesti resveratrolilla, eläinmalleissa.

Ruokavalion täydentäminen

Kalsiumin, D-vitamiinin ja vähärasvaisen proteiinin saannin lisääminen voi lisätä luuntiheyttä ja tarjota aminohappoja lihasten kasvua varten. Tämä voi kompensoida iäkkäämmällä iällä havaittavaa ravintoaineiden imeytymisen tehokkuuden heikkenemistä. Tiedämme, että nuoremmilla aikuisilla proteiinin saannin lisääminen voi lisätä proteiinisynteesiä luustolihaksissa, mutta ikääntyneillä tämä näyttää toimivan huonommin. Fragala ja muut (2015) havaitsivat, että ravintolisä kreatiniinilla voi lisätä lihasvoimaa ja suorituskykyä, kun taas aminohappo β-alaniinilla täydennettyjen proteiinijuomien nauttiminen lisää lihasten työkykyä ja laatua iäkkäillä miehillä ja naisilla.

Hormonikorvaushoito

Hormonikorvaushoito (HRT) parantaa ikääntyneiden luustoterveyttä: estrogeenikorvaushoito (HRT) ja testosteronikorvaushoito (TRT) lisäävät todistetusti luuntiheyttä naisilla ja miehillä ja vähentävät siten murtumariskiä.

Hormonikorvaushoidon vaikutuksia lihasfysiologiaan on tutkittu vähemmän. TRT:n on osoitettu lisäävän vähärasvaista lihasmassaa miehillä, ja se näyttää kumoavan joitakin andropaussin aikana ilmeneviä ikääntymisen vaikutuksia lihaksiin; naisilla HRT:llä (joko estrogeenilla tai estrogeenillä ja progesteronilla) ei kuitenkaan ole samanlaista anabolista vaikutusta (Fragala ym., 2015). Naiset voivat käyttää TRT:tä, mutta he saattavat olla haluttomia käyttämään sitä ei-toivottujen vaikutusten, kuten kasvojen ja vartalon karvoituksen kasvun ja äänen syvenemisen, vuoksi.

Liikunta

Jos lihaksia ei käytetä säännöllisesti ja kuormiteta, lihassäikeet ja hermo-lihasliitokset rappeutuvat, mikä johtaa käyttökelvottomuuden aiheuttamaan atrofiaan (Kwan, 2013). Kohtuullinen liikunta auttaa ylläpitämään vähärasvaista lihasmassaa, lisäämään luuntiheyttä ja vähentämään rasvan kertymistä. Liikunta lisää myös mitokondrioiden määrää lihassyissä, mikä parantaa energian vapautumista, aineenvaihduntaa ja lihasvoimaa. Henkilöillä, jotka pysyvät fyysisesti aktiivisina, mitokondrioiden tehokkuus energian vapauttamisessa näyttää säilyvän ainakin 75 ikävuoteen asti (Cartee ym., 2016) (Cartee ym., 2016).

Etenevää kestävyysharjoittelua pidetään tehokkaimpana menetelmänä luuntiheyden lisäämiseksi ja lihaskasvun edistämiseksi iäkkäillä ihmisillä, joilla on sarkopenia. Iäkkäät ihmiset, jotka osallistuvat yhteen liikuntatuntiin viikossa ja harrastavat jonkin verran liikuntaa kotona, voivat parantaa lihasvoimaa 27 %, mikä kääntää tehokkaasti ikääntymiseen liittyvän heikkenemisen (Skelton ja McLaughlin, 1996). Kun on kyse tuki- ja liikuntaelimistön terveenä pitämisestä, lopputulos on yleinen sanonta: käytä sitä tai menetä se.