Anatomia e fisiologia dell’invecchiamento 10: il sistema muscolo-scheletrico

Introduzione

I muscoli scheletrici permettono al corpo di muoversi e mantenere la postura; Contraendosi, aiutano anche il ritorno venoso del sangue al cuore e generano calore che aiuta a mantenere la temperatura corporea. Le ossa sostengono il corpo, proteggono le regioni vulnerabili e permettono il movimento fisico attraverso un sistema di leve e articolazioni; inoltre immagazzinano grasso e minerali e ospitano il midollo osseo rosso responsabile della produzione delle cellule del sangue. Con l’età, questi componenti del sistema muscolo-scheletrico degenerano progressivamente, il che contribuisce alla fragilità e aumenta il rischio di cadute e fratture. La parte 10 della nostra serie sull’anatomia e la fisiologia dell’invecchiamento esplora i cambiamenti legati all’età che si verificano nei muscoli scheletrici e nelle ossa.

Cambiamenti nei muscoli scheletrici

Le persone anziane spesso sperimentano una perdita di forza che può essere direttamente attribuita a cambiamenti anatomici e fisiologici nei muscoli scheletrici (Papa et al, 2017; Freemont e Hoyland, 2007) (Box 1).

Con l’età, i muscoli scheletrici si atrofizzano e diminuiscono di massa (Fig 1), e la velocità e la forza della loro contrazione si riducono (Choi, 2016). Questo fenomeno, noto come sarcopenia senile, è accompagnato da una diminuzione della forza fisica. La sarcopenia può compromettere la capacità di eseguire compiti quotidiani come alzarsi da una sedia, fare lavori domestici o lavarsi (Papa et al, 2017).

La massa e la forza muscolare massime sono raggiunte nei 20 e 30 anni. Questo è seguito da un graduale declino durante la mezza età. A partire dai 60 anni, la perdita di tessuto muscolare accelera. Nella tarda età, gli arti possono perdere così tanto tessuto muscolare che le persone con mobilità ridotta sembrano essere poco più che pelle e ossa. Profondi solchi possono svilupparsi tra le costole a causa dell’atrofia dei muscoli intercostali, mentre la perdita di tessuto muscolare del viso contribuisce a un generale allentamento dei lineamenti.

Questa considerevole perdita di tessuto muscolare che si osserva spesso negli ultimi anni (sarcopenia senile), è associata a una crescente fragilità. Mentre la fragilità è multifattoriale, il deterioramento muscoloscheletrico e la sarcopenia sono centrali per essa, e sono entrambi associati a una maggiore debolezza, fatica e rischio di eventi avversi come le cadute, che possono tutti aumentare la morbilità (Fragala et al, 2015).

I muscoli scheletrici sono composti da due tipi principali di fibre:

• Fibre a contrazione lenta (tipo 1), utilizzate per attività di resistenza, come camminare per lunghe distanze;
• Fibre a contrazione rapida (tipo 2), utilizzate in attività brevi ‘esplosive’ come lo sprint.

La sarcopenia è associata a cambiamenti nel numero e nella fisiologia delle fibre a contrazione rapida, mentre le fibre a contrazione lenta non sono relativamente influenzate dall’età (Bougea et al, 2016). Infatti, studi recenti mostrano che le fibre a contrazione lenta mantengono e addirittura aumentano le concentrazioni di alcuni enzimi metabolici, forse per contrastare la diminuzione dell’attività delle fibre muscolari a contrazione rapida (Murgia et al, 2017).

Sarcopenia si pensa anche che sia guidata dalla perdita di fibre dei motoneuroni (denervazione) e dalla perdita e degenerazione delle giunzioni neuromuscolari (le sinapsi che collegano i motoneuroni ai muscoli scheletrici); di conseguenza, i muscoli sono meno stimolati e perdono massa (Stokinger et al, 2017; Power et al, 2013).

La sarcopenia è aggravata dalla riduzione dei livelli di ormoni anabolici circolanti – come la somatotropina (ormone della crescita), il testosterone e gli ormoni simili al testosterone – che diminuiscono a partire dalla mezza età. Poiché i muscoli scheletrici sono metabolicamente molto attivi, la sarcopenia è un fattore importante che contribuisce alla riduzione del tasso metabolico legata all’età. In media, perdiamo il 3-8% della massa muscolare magra per decennio a partire dai 30 anni, il che aggrava il declino del metabolismo basale che inizia intorno ai 20 anni. Se l’apporto calorico rimane lo stesso degli anni più giovani, c’è un rischio molto maggiore che le calorie in eccesso vengano immagazzinate sotto forma di grasso. Ciò può essere aggravato nelle persone anziane che sono insulino-resistenti, poiché i loro muscoli scheletrici sono meno in grado di assorbire il glucosio e gli aminoacidi utilizzati per generare nuove fibre muscolari (Cleasby et al, 2016; Fragala et al, 2015).

La perdita di massa muscolare scheletrica porta a una progressiva riduzione del supporto offerto alle ossa e alle articolazioni, che a sua volta contribuisce ai cambiamenti posturali osservati in età avanzata (Fig 2). Aumenta anche il rischio di patologie articolari, in particolare l’osteoartrite, così come il rischio di cadute e fratture.

I muscoli anziani sono più soggetti a lesioni e impiegano più tempo per riparare e recuperare. Questo recupero più lento può essere dovuto a una riduzione del numero di cellule progenitrici (satelliti) – cellule staminali indifferenziate che possono svilupparsi in nuove cellule muscolari o miociti – combinato con una progressiva senescenza cellulare (Bougea et al, 2016).

Cambiamenti nelle ossa

L’osso consiste principalmente di:

• La componente inorganica fosfato di calcio (idrossiapatite);
• La componente organica collagene di tipo 1.

I cristalli di fosfato di calcio costituiscono la matrice ossea e danno alle ossa la loro rigidità. Lo scheletro agisce come una riserva di calcio: immagazzina circa il 99% di tutto il calcio del corpo (Lau e Adachi, 2011). Livelli insufficienti di calcio o di vitamina D (essenziale per l’assorbimento del calcio) possono portare a una riduzione della densità ossea e aumentare la predisposizione all’osteoporosi e alle fratture. Nelle persone anziane, l’intestino assorbe meno calcio e i livelli di vitamina D tendono a diminuire, il che riduce la quantità di calcio disponibile per le ossa.

Il collagene fornisce un ancoraggio per i cristalli di fosfato di calcio, unendo l’osso per prevenire le fratture. Alcune persone hanno geni che portano a una produzione difettosa di collagene, che si traduce in una malattia delle ossa fragili (osteogenesi imperfetta).

Come il muscolo, l’osso è un tessuto dinamico che viene continuamente depositato e scomposto. Questo stato di flusso è mediato dai due principali tipi di cellule ossee:

• Osteoblasti, che depositano l’osso;
• Osteoclasti, che digeriscono l’osso, rilasciando calcio ionico nel sangue.

Gli osteoblasti sono più attivi quando le ossa sono sotto lo stress imposto dal peso di un corpo eretto e attivo. Nei giovani adulti mobili, gli osteoblasti e gli osteoclasti lavorano ad un ritmo simile e la densità ossea è mantenuta. L’inattività comporta una diminuzione dell’attività degli osteoblasti che si traduce in ultima analisi in una riduzione della densità ossea (Nigam et al, 2009). La perdita di massa muscolare scheletrica legata all’età contribuisce alle riduzioni del carico (sia il peso che la forza contrattile) sulle ossa, che aggrava la decalcificazione. È quindi essenziale che le persone anziane si mantengano il più possibile mobili e attive.

Cambiamenti della densità ossea

Studi (principalmente negli Stati Uniti) mostrano che circa il 90% del picco di massa ossea è raggiunto negli uomini entro i 20 anni e nelle donne entro i 18 anni. Gli aumenti continuano in entrambi i sessi fino a circa 30 anni, quando si raggiunge il picco di forza e densità ossea (National Institutes of Health, 2015). La densità ossea diminuisce con l’avvicinarsi della mezza età.

Le donne sono particolarmente a rischio di demineralizzazione ossea e osteoporosi poiché perdono gradualmente gli effetti osteo-protettivi degli estrogeni pre e post menopausa. In uno studio di 10 anni, le donne hanno perso 1,5-2 volte più massa ossea all’anno dai loro avambracci rispetto agli uomini (Daly et al, 2013). La perdita di massa ossea in entrambi i sessi continua nella vecchiaia, e gli ottantenni hanno circa la metà della massa ossea che avevano al suo picco nella giovane età adulta (Lau e Adachi, 2011; Kloss e Gassner, 2006).

Osteoporosi

La perdita di calcio dallo scheletro legata all’età porta comunemente le ossa ad assumere l’aspetto poroso e spugnoso che indica l’osteoporosi. Ci sono due forme riconosciute di questo (Lau e Adachi, 2011):

• Tipo I, visto nelle donne in menopausa e post-menopausa e si pensa che si verifichi come risultato della caduta dei livelli di estrogeni;
• Tipo II, denominato osteo-porosi senile, che colpisce sia uomini che donne e sembra essere causato dalla riduzione del numero e dell’attività degli osteoblasti. Inoltre, alcune citochine pro-infiammatorie (il cui numero aumenta con l’età) come l’interleuchina 6 stimolano gli osteoclasti, portando alla demineralizzazione dell’osso.

Le vertebre sono particolarmente vulnerabili all’osteoporosi e possono sviluppare microfratture con conseguente collasso sotto il peso del corpo e diventare compresse e deformate. Questo contribuisce alla curvatura della colonna vertebrale spesso vista in età avanzata (Fig 2).

Molti fattori contribuiscono alla perdita ossea legata all’età e all’osteoporosi senile (Box 2).

Rischio di frattura

La diminuzione della densità osseaLa diminuzione della densità ossea legata all’età è associata ad un aumento del rischio di frattura in molte ossa, compreso il femore, le costole, le vertebre e le ossa del braccio e dell’avambraccio. L’osteoporosi è legata non solo a una perdita di contenuto minerale inorganico, ma anche a una perdita di collagene e a cambiamenti nella sua struttura. Poiché il collagene aiuta a tenere insieme le ossa, questo aumenta ulteriormente il rischio di frattura (Boskey e Coleman, 2010; Bailey, 2002).

Il rischio di frattura è aggravato da una mancanza di mobilità, per esempio, a causa di un soggiorno prolungato in ospedale (Nigam et al, 2009). Non solo le fratture sono più comuni in età avanzata, ma la guarigione richiede molto più tempo (Lau e Adachi, 2011).

Studi sulla popolazione negli Stati Uniti mostrano che circa il 5% degli adulti sopra i 50 anni ha l’osteoporosi che colpisce il collo del femore (collo del femore) (Looker et al, 2012). Questa regione è particolarmente vulnerabile alla frattura, poiché i due colli femorali sostengono il peso del corpo eretto. Costache e Costache (2014) hanno scoperto che le fratture del collo del femore – che sono lesioni gravi e potenzialmente pericolose per la vita – diventano più frequenti dopo i 60 anni e che le donne sono più colpite degli uomini.

Modifiche articolari

Le cartilagini articolari nelle articolazioni sinoviali svolgono il ruolo di ammortizzatori, oltre a garantire la corretta spaziatura e lo scorrimento regolare delle ossa durante il movimento articolare. Il numero e l’attività dei condrociti, le cellule che formano la cartilagine, diminuiscono con l’età (Freemont e Hoyland, 2007), il che può portare a una riduzione della quantità di cartilagine in articolazioni importanti, come le ginocchia (Hanna et al, 2005). Una mancanza di cartilagine fa sì che le articolazioni invecchiate diventino più suscettibili ai danni meccanici e aumenta il rischio di un contatto doloroso osso-osso che è comunemente visto nell’osteoartrite.

Osteoartrite

L’osteoartrite è la più comune artropatia (patologia articolare) nel mondo. Studi su larga scala negli Stati Uniti hanno dimostrato che circa il 10% degli uomini e il 13% delle donne sopra i 60 anni sono affetti da osteoartrite sintomatica del ginocchio (Zhang e Jordan, 2010). Nel Regno Unito, circa 8,5 milioni di persone hanno dolori articolari dovuti all’osteoartrite (National Institute for Health and Care Excellence, 2015). Questo pone un grande onere sui servizi sanitari in quanto molti pazienti richiederanno costosi interventi chirurgici alle articolazioni, in particolare al ginocchio, all’anca e alla colonna lombare.

La porzione esterna di una capsula articolare è composta da legamenti elastici che legano insieme l’articolazione, impedendo la dislocazione pur permettendo il libero movimento. Con l’età, i cambiamenti dei componenti di collagene ed elastina dei legamenti diminuiscono la loro elasticità (Freemont e Hoyland, 2007), con conseguente rigidità e mobilità ridotta. Alcune articolazioni sono particolarmente suscettibili; per esempio, tra i 55 e gli 85 anni, le donne perdono fino al 50% della flessibilità e del range di movimento nelle loro caviglie (Vandervoort et al, 1992). Anche se ci sono molti fattori di rischio associati alla malattia (tra cui la predisposizione genetica, il sesso, l’obesità e precedenti lesioni articolari), l’età è di gran lunga il maggiore.

Invecchiamento muscoloscheletrico sano

Molti fattori influenzano il modo in cui le nostre ossa e i muscoli scheletrici invecchiano; la genetica, i fattori ambientali e lo stile di vita giocano tutti un ruolo, quindi c’è molta variazione individuale. Preservare l’integrità strutturale e funzionale del sistema muscolo-scheletrico è essenziale per mantenere una buona salute e rallentare la progressione verso la fragilità.

Restrizione calorica

La morte cellulare programmata (apoptosi) gioca un ruolo nella perdita ossea e nella sarcopenia. Le vie apoptotiche coinvolte possono essere attenuate dall’esercizio fisico, dalla restrizione calorica e da antiossidanti come i carotenoidi e l’acido oleico (Musumeci et al, 2015). Studi recenti hanno dimostrato che la restrizione calorica può rallentare, e talvolta anche invertire, i cambiamenti legati all’età nelle giunzioni neuromuscolari, fornendo così un potenziale meccanismo per ridurre la sarcopenia.

Farmaci che imitano gli effetti della restrizione calorica e dell’esercizio – come la metformina (un ipoglicemizzante orale usato per trattare il diabete) e il resveratrolo (un antinfiammatorio e antiossidante) – potrebbero essere utilizzati invece di ridurre l’assunzione di cibo. Stokinger et al (2017) hanno riportato qualche successo con questi farmaci, in particolare il resveratrolo, in modelli animali.

Integrazione alimentare

Aumentare l’assunzione di calcio, vitamina D e proteine magre può aumentare la densità ossea e fornire aminoacidi per la crescita muscolare. Questo può compensare la riduzione dell’efficienza dell’assorbimento dei nutrienti osservata in età avanzata. Sappiamo che, negli adulti più giovani, aumentare l’assunzione di proteine può migliorare la sintesi proteica nei muscoli scheletrici, ma questo sembra funzionare meno bene negli anziani. Fragala et al (2015) hanno scoperto che l’integrazione alimentare con creatinina può aumentare la forza e le prestazioni muscolari, mentre l’assunzione di bevande proteiche integrate con l’aminoacido β-alanina aumenta la capacità e la qualità del lavoro muscolare in uomini e donne anziani.

Terapia ormonale sostitutiva

La terapia ormonale sostitutiva (TOS) migliora la salute delle ossa nelle persone anziane: è dimostrato che la TOS agli estrogeni e la terapia sostitutiva al testosterone (TRT) aumentano la densità ossea rispettivamente nelle donne e negli uomini, riducendo così il rischio di fratture.

Gli effetti della TOS sulla fisiologia muscolare sono meno ben studiati. La TRT ha dimostrato di aumentare la massa muscolare magra negli uomini e sembra negare alcuni degli effetti dell’invecchiamento sui muscoli che si verificano durante l’andropausa; tuttavia, nelle donne, la TOS (con estrogeni o estrogeni più progesterone) non ha lo stesso effetto anabolico (Fragala et al, 2015). Le donne possono usare la TRT, ma possono essere riluttanti a farlo a causa di effetti indesiderati come la crescita di peli sul viso e sul corpo e l’approfondimento della voce.

Esercizio fisico

Senza un uso regolare e messo sotto carico, le fibre muscolari e le giunzioni neuromuscolari degenerano, con conseguente atrofia da disuso (Kwan, 2013). L’esercizio moderato aiuta a mantenere la massa muscolare magra, ad aumentare la densità ossea e a ridurre l’accumulo di grasso. L’esercizio aumenta anche il numero di mitocondri nelle fibre muscolari, migliorando il rilascio di energia, il metabolismo e la potenza muscolare. Nelle persone che rimangono fisicamente attive, l’efficienza dei mitocondri nel rilasciare energia sembra essere mantenuta almeno fino all’età di 75 anni (Cartee et al, 2016).

L’allenamento progressivo della resistenza è considerato il metodo più efficace per aumentare la densità ossea e promuovere la crescita muscolare negli anziani con sarcopenia. Le persone anziane che frequentano una singola classe di esercizi a settimana e fanno un po’ di esercizio a casa possono migliorare la forza muscolare del 27%, invertendo efficacemente il declino legato all’età (Skelton e McLaughlin, 1996). Quando si tratta di mantenere sano il sistema muscolo-scheletrico, la linea di fondo è il colloquialismo comune: usalo o perdilo.