加齢の解剖学と生理学 10: 筋骨格系

Introduction

Skeletal muscle allows the body move and maintain posture; また、収縮することにより、心臓への血液の還流を助け、熱を発生させて体温の維持に役立っています。 骨は体を支え、傷つきやすい部分を保護し、レバーや関節のシステムによって体の動きを可能にします。また、脂肪やミネラルを蓄え、血球を作る赤色骨髄を収容しています。 加齢に伴い、これらの筋骨格系の構成要素は徐々に退化し、虚弱の原因となり、転倒や骨折のリスクが高まります。 加齢の解剖学と生理学」シリーズの第10回では、骨格筋と骨に起こる加齢に伴う変化についてご紹介します。

骨格筋の変化

高齢者はしばしば、骨格筋の解剖学的および生理学的変化に直接起因する筋力の低下を経験する（Papa et al, 2017; Freemont and Hoyland, 2007）（ボックス1）.

加齢とともに骨格筋は萎縮して質量が減少し（図1）、その収縮速度と力が低下します（Choi, 2016）。 この現象は老人性サルコペニアと呼ばれ、体力の低下を伴います。 サルコペニアは、椅子から立ち上がる、家事をする、体を洗うなどの日常的な作業を行う能力を損なうことがあります（Papa et al, 2017）

筋肉量と筋力が最大になるのは20代から30代である。 その後、中年期にかけて徐々に低下していく。 60歳からは筋肉組織の減少が加速される。 後期高齢者では、手足の筋肉組織が大きく減少し、運動能力の低下した人は、皮膚と骨だけに見えることもあります。 肋間筋の萎縮により肋骨の間に深い溝ができることがあり、顔の筋肉組織の損失は顔全体の緩みを助長する。

晩年によく見られるこの筋肉組織のかなりの損失（老人性サルコペニア）は、虚弱の増加と関連している。 虚弱は多因子性であるが、筋骨格系の劣化とサルコペニアはその中心であり、どちらも衰弱、疲労、転倒などの有害事象のリスクの増加と関連しており、これらはすべて病的状態を増加させうる（Fragala et al, 2015）。

骨格筋は主に2種類の線維で構成されています：

• 遅筋線維（タイプ1）、長距離歩行などの耐久活動に使用；
• 速筋線維（タイプ2）、スプリントなどの短時間「爆発」活動に使用されます。

サルコペニアは速筋線維の数や生理機能の変化と関連していますが、遅筋線維は加齢の影響を比較的受けません（Bougea et al, 2016）。 実際、最近の研究では、遅筋線維は、おそらく速筋線維の活動の減少に対抗するために、いくつかの代謝酵素の濃度を維持し、さらには増加させることが示されている（Murgia et al, 2017）。

サルコペニアは、運動ニューロン繊維の損失（脱神経）および神経筋接合部（運動ニューロンと骨格筋をつなぐシナプス）の損失と変性によっても引き起こされると考えられ、結果として、筋肉は刺激が少なくなり、質量が減少します（Stokinger et al, 2017; Power et al, 2013）。

サルコペニアは、中年以降に減少する循環同化ホルモン-ソマトトロピン（成長ホルモン）、テストステロン、テストステロン様ホルモンなど-のレベルの低下により悪化する。 骨格筋は代謝が非常に活発であるため、サルコペニアは加齢に伴う代謝量の減少の大きな要因となっています。 平均して、30歳からは10年ごとに3〜8％の除脂肪体重が減少し、20歳前後から始まる基礎代謝量の減少をさらに加速させます。 摂取カロリーが若い頃と同じであれば、余分なカロリーが脂肪として蓄積される危険性が高くなります。 インスリン抵抗性の高齢者では、骨格筋がグルコースや新しい筋繊維を生成するためのアミノ酸を取り込む能力が低下するため、これが悪化する可能性があります（Cleasby et al, 2016; Fragala et al, 2015）

骨格筋量の減少は骨と関節に与えられる支持力の漸減をもたらし、これが高齢者に見られる姿勢変化の要因となります（図 2）。 また、関節の病気、特に変形性関節症のリスクや、転倒や骨折のリスクも高まります。

老化した筋肉は傷つきやすく、修復や回復に時間がかかる。 この遅い回復は、前駆（サテライト）細胞（新しい筋肉細胞または筋細胞に成長することができる未分化幹細胞）の数の減少が、細胞の老化の進行と組み合わさっているためと考えられます（Bougea et al, 2016）。

骨の変化

骨は主に次の成分で構成されています：

• 無機成分リン酸カルシウム（ハイドロキシアパタイト）;
• 有機成分1型コラーゲン

リン酸カルシウム結晶は骨のマトリックスを形成して、骨の硬さを与えています。 骨格はカルシウムの貯蔵庫として機能し、体内の全カルシウムの約99％を貯蔵しています（Lau and Adachi, 2011）。 カルシウムやビタミンD（カルシウムの吸収に不可欠）が不足すると、骨密度が低下し、骨粗しょう症や骨折の素因となる可能性があります。 高齢者では、腸でのカルシウムの吸収が低下し、ビタミンDの量も減少する傾向にあり、骨に利用できるカルシウムの量が減少します。

コラーゲンはリン酸カルシウム結晶に固定力を与え、骨を編むことで骨折を予防しています。 一部の人は、コラーゲン産生に欠陥のある遺伝子を持っており、その結果、骨がもろくなる病気（骨形成不全症）になります。

筋肉と同様、骨は絶えず堆積し分解される動的な組織です。 この流動的な状態は、2つの主要な骨細胞タイプによって媒介される：

• 骨を堆積する骨芽細胞；
• 骨を消化する破骨細胞、イオン性カルシウムを血液中に放出する：

骨芽細胞の活動は、直立して活動する身体の重量によって課せられるストレスに骨があるときに、より活発である。 若く動ける成人では、骨芽細胞と破骨細胞が同じような速度で働き、骨密度が維持されます。 運動不足とは、骨芽細胞の活動が低下し、最終的に骨密度が低下することを意味します（Nigam et al, 2009）。 加齢に伴う骨格筋量の減少は、骨にかかる負荷（重量と収縮力の両方）の減少に寄与し、脱石灰を促進させます。 2876>

骨密度の変化

研究（主に米国）では、男性は20歳までに、女性は18歳までに骨量のピーク値の約90％を達成することが示されています。 骨の強さと密度のピークが達成される30歳頃まで、男女ともに増加が続きます（National Institutes of Health, 2015）。 中年に近づくにつれて骨密度は減少します。

女性は、閉経前後のエストロゲンの骨保護効果を徐々に失うため、骨脱灰や骨粗鬆症のリスクが特に高くなります。 10年間の研究では、女性は男性よりも前腕から年間1.5～2倍の骨量を失っています（Daly et al, 2013）。 男女ともに骨量の減少は高齢になっても続き、80歳の人の骨量は、若い成人期のピーク時の約半分になります（Lau and Adachi, 2011; Kloss and Gassner, 2006）

骨粗しょう症

骨格からカルシウムが年齢に応じて減少すると、骨粗しょう症を示す多孔質でスポンジ状の外観になることがよくあります。

• タイプ I は、更年期および閉経後の女性に見られ、エストロゲン濃度の低下により起こると考えられています。
• タイプ II は、老人性骨粗しょう症と呼ばれ、男女ともに発症し、骨芽細胞の数と活性が減少することにより起こると考えられています。 また、インターロイキン6などの炎症性サイトカイン（年齢とともに増加する）が破骨細胞を刺激し、骨の脱灰につながります。 これは、高齢者によく見られる背骨の前かがみの湾曲の一因となります（図2）。

  多くの要因が、加齢による骨量減少と老人性骨粗鬆症（ボックス2）に寄与しています（2876>

  

  ソース Catherine Hollick

  Box 2. 加齢に寄与する因子骨量減少と老人性骨粗鬆症

  • 男性のテストステロンレベルと女性のオセットロゲンレベルの減少
  • 成長ホルモンレベルの減少（閉経）
  • 体重の減少
  • 減少
  • 骨量減少と老人性骨粗鬆症の減少。 3910>
  • カルシウムの吸収とビタミンDの減少
  • 副甲状腺ホルモンの増加
  • 喫煙

  骨折のリスク

  年齢による骨折のリスク。骨密度の減少は、大腿骨を含む多くの骨で骨折のリスク上昇と関連しています。 肋骨、椎骨、上腕や前腕の骨などです。 骨粗鬆症は、無機質ミネラルの減少だけでなく、コラーゲンの減少や構造の変化も関係しています。 コラーゲンは骨をつなぎ合わせる働きがあるため、骨折のリスクがさらに高まります（Boskey and Coleman, 2010; Bailey, 2002）。

  骨折のリスクは、例えば長期入院による運動不足によってさらに高まります（Nigam et al, 2009）。

  米国における人口調査によると、50歳以上の成人の約5％が、大腿骨頸部（Neck of the Femur）に影響を及ぼす骨粗鬆症を持っています（Looker et al、2012年）。 この部位は、2つの大腿骨頸部が直立した身体の重さを支えているため、特に骨折しやすいと言われています。 Costache and Costache（2014）は、大腿骨頸部骨折（生命を脅かす可能性のある重傷）は60歳を過ぎると頻度が高くなり、男性よりも女性の方が多くなることを明らかにしました。

  関節の変化

  滑膜関節の関節軟骨は衝撃吸収材の役割と、関節運動中の骨の正しい間隔と滑らかな滑りを確保する役割を担っています。 軟骨を形成する細胞である軟骨細胞の数や活性は加齢とともに減少し（Freemont and Hoyland, 2007）、膝などの重要な関節の軟骨の量が減少することがあります（Hanna et al, 2005）。 軟骨の不足は、老化した関節が機械的な損傷を受けやすくなり、変形性関節症でよく見られる骨と骨が接触して痛みを感じるリスクを高めます。

  変形性関節症

  変形性関節症は世界で最も多い関節症（関節病変）となっています。 米国での大規模な研究により、60歳以上の男性の約10％、女性の約13％が症状のある変形性膝関節症であることが示されています（Zhang and Jordan, 2010）。 英国では、約850万人が変形性関節症による関節痛を抱えています（National Institute for Health and Care Excellence, 2015）。 これは、多くの患者が高価な関節手術、特に膝、股関節、腰椎への手術を必要とするため、医療サービスに大きな負担をかけています。

  関節包の外側は、関節を結合する弾性靭帯で構成されており、自由な動きを可能にしながら脱臼を防止しています。 加齢に伴い、靭帯のコラーゲンやエラスチンの成分が変化すると弾力性が低下し（Freemont and Hoyland, 2007）、硬直や可動域の減少が起こります。 例えば、女性は55歳から85歳の間に、足首の柔軟性と可動域が最大50％失われると言われています（Vandervoort et al, 1992）。

  健康な筋骨格系の老化

  骨や骨格筋の老化には多くの要因があり、遺伝、環境要因、ライフスタイルがすべて関係しているため、個人差が大きくなります。 2876>

  カロリー制限

  プログラムされた細胞死（アポトーシス）は、骨量減少とサルコペニアに関与している。 関与するアポトーシス経路は、運動、カロリー制限、カロテノイドやオレイン酸などの抗酸化物質によって減衰する可能性があります（Musumeci et al, 2015）。 最近の研究では、熱量制限が神経筋接合部の加齢に伴う変化を遅らせ、時には逆転させることができることが示されており、それによってサルコペニアを軽減するための潜在的なメカニズムが提供されています

  熱量制限と運動の効果を模倣する薬物-例えばメトホルム（糖尿病の治療に用いられる経口血糖低下剤）およびレスベラトロール（抗炎症および抗酸化剤）-を食事摂取量を減らす代わりに使用できるかもしれません。 Stokingerら（2017）は、動物モデルにおいて、これらの薬、特にレスベラトロールでいくつかの成功を報告しています

  栄養補助食品

  カルシウム、ビタミンD、赤身のタンパク質の摂取量を増やすと、骨密度を高め、筋肉の成長のためのアミノ酸を供給することができます。 これは、高齢に見られる栄養吸収の効率低下を相殺する可能性があります。 若年者では、タンパク質の摂取量を増やすと骨格筋のタンパク質合成が促進されることが分かっていますが、高齢者ではあまり効果がないようです。 Fragalaら（2015）は、クレアチニンを食事で補給すると筋力とパフォーマンスが向上し、アミノ酸β-アラニンを補給したプロテイン飲料の摂取は、高齢の男女の筋力発揮能力と質を高めることを明らかにしました。

  ホルモン補充療法

  ホルモン補充療法（HRT）は高齢者の骨の健康を改善する：エストロゲンHRTとテストステロン補充療法（TRT）はそれぞれ女性と男性の骨密度を高め、それによって骨折のリスクを低減することが証明されている。 TRTは、男性の除脂肪体重を増加させることが示されており、アンドロポーズ中に発生する筋肉に対する老化の影響の一部を否定するように見える；しかし、女性では、HRT（エストロゲンまたはエストロゲンとプロゲステロンのいずれかによる）は同じ同化効果を持たない（Fragala et al, 2015）。 女性はTRTを使用することができるが、顔や体毛の増加や声の深化などの望ましくない影響のために、そうすることに消極的かもしれない。

  運動

  定期的に使用して負荷をかけなければ、筋線維と神経筋接合部が変性し、廃用性萎縮に至る（Kwan、2013年）。 適度な運動は、除脂肪体重の維持、骨密度の増加、脂肪蓄積の抑制に役立ちます。 また、運動は筋繊維のミトコンドリアの数を増やし、エネルギー放出、代謝、筋力を強化します。 身体活動を続けている人では、エネルギーを放出するミトコンドリアの効率は少なくとも75歳まで維持されるようです（Cartee et al, 2016）

  サルコペニアの高齢者において、骨密度の増加や筋肉の成長を促すには、漸進的レジスタンストレーニングが最も効果的と考えられています。 高齢者が週1回の運動教室に通い、自宅で運動をすることで、筋力が27％向上し、加齢に伴う衰えを効果的に逆転させることができます（Skelton and McLaughlin, 1996）。 筋骨格系を健康に保つということに関しては、「使うか、失うか」というのが一般的な口語表現である。

  ポイント

  • 筋骨格系の加齢による変性は、高齢者に虚弱、転倒、骨折を生じやすくする
  • 骨格筋の萎縮と収縮によって生じるサルコペニア（Sarcopenia)。
  • 骨粗鬆症と変形性関節症は、骨の変化の結果として高齢期によく起こります
  • 健康な筋骨格系を持つためには、高齢者ができるだけ身体を動かすことが重要です
  Bailey AJ (2002) Changes in bone collagen with age and disease. Journal of Musculoskeletal and Neuronal Interactions; 2: 6, 529-531.
  Boskey AL, Coleman R (2010) Aging and bone. Journal of Dental Research; 89: 12, 1333-1348.
  Bougea et al (2016) An age-related morphometric profile of skeletal muscle in healthy untrained women.「健康な非鍛錬女性における骨格筋の加齢関連プロファイル」。 Journal of Clinical Medicine; 5: pii, E97.
  Cartee GD et al (2016) Exercise promotes healthy aging of skeletal muscle.運動は骨格筋の健康的な老化を促進する. Cell Metabolism; 23: 6, 1034-1047.
  Choi SJ (2016) Age-related functional changes and susceptibility to eccentric contraction-induced damage in skeletal muscle cell.骨格筋細胞における加齢に伴う機能的変化と損傷に対する感受性. Integrative Medicine Research; 5: 3, 171-175.
  Cleasby ME et al (2016) Insulin resistance and sarcopenia: Mechanistic links between common co-morbidities. Journal of Endocrinology; 229: 2, R67-R81.
  Costache C, Costache D (2014) Femoral neck fractures. Bulletin of the Transilvania University of Brasov, Series VI: Medical Sciences; 7(56): 1, 103-110.
  Daly RM et al (2013) Gender specific age-related changes in bone density, muscle strength and functional performance in the elderly: a-10 year prospective population-based study.ブラショフ大学紀要(2013)高齢者の骨密度、筋力、機能的パフォーマンスの性別に関連した年齢的な変化：10年間の前向きな人口ベースの研究。 BMC Geriatrics; 13: 71.
  Fragala MS et al (2015) Muscle quality in aging: a multi-dimensional approach to muscle functioning with applications for treatment.BMC Geriatrics; 13: 71.
  Fragala MS et al (2015) Muscle quality in aging: a multi–dimensional approach to muscle functioning with applications for treatment. Sports Medicine; 45: 5, 641-658.
  Freemont AJ, Hoyland JA (2007) Morphology, mechanisms and pathology of musculoskeletal aging.日本における筋骨格系の加齢の実態とそのメカニズム.
  Hanna F et al (2005) Factors influencing longitudinal change in knee cartilage volume measured from magnetic resonance imaging in healthy men.The Journal of Pathology; 211: 2, 252-259.
  Hanna F et al (2005) Factors influencing longitudinal change in knee cartilage volume measured from Magnetic resonance imaging in healthy men. Annals of the Rheumatic Diseases; 64: 7, 1038-1042.
  Kloss FR, Gassner R (2006) Bone and aging: effects on the maxillofacial skeleton.ハンナら（2005）Bone and aging: effects on the maxillofacial skeleton.ハンナら（2006）Bone and aging: effects on the maxillofacial skeleton. Experimental Gerontology; 41: 2, 123-129.
  Kwan P (2013) Sarcopenia, a neurogenic syndrome? ジャーナル・オブ・エイジング・リサーチ；2013． 791679.
  Lau AN, Adachi JD (2011) Bone aging. In: Nakasato Y, Yung RL (eds) Geriatric Rheumatology: A Comprehensive Approach. New York:
  Looker AC et al (2012) Osteoporosis or low bone mass at the femur neck or lumbar spine in older adults.高齢者における大腿骨頸部または腰椎の骨量低下。 米国、2005-2008年。 National Center for Health Statistics Data Brief; 93: 1-8.
  Murgia M et al (2017) Single muscle fiber proteomics reveals fiber-type-specific features of human muscle aging.「単一筋繊維プロテオミクスはヒトの筋肉の老化の繊維型に特異的な特徴を明らかにする。 Cell Reports; 19: 11, 2396-2409.
  Musumeci G et al (2015) Apoptosis and skeletal muscle in aging.「加齢におけるアポトーシスと骨格筋」. Open Journal of Apoptosis; 4: 41-46.
  国立医療技術評価機構（2015）骨関節炎.
  国立衛生研究所（2015）骨粗鬆症.日本経済新聞(2015)骨粗鬆症: Peak Bone Mass in Women.
  Nigam Y et al (2009) Effects of bedrest 3: Musculoskeletal and immune systems, skin and self-perception.「ベッドレストの効果3：筋骨格系と免疫系、皮膚と自己認識」. Nursing Times; 105: 23, 18-22.
  Papa EV et al (2017) Skeletal muscle function deficits in the elderly: current perspectives on resistance training.日本学術振興会特別研究員奨励賞受賞(日本学術振興会)． Journal of Nature and Science; 3: 1, e272.
  Power GA et al (2013) Human neuromuscular structure and function in old age: a brief review.「老年期におけるヒトの神経筋の構造と機能」. Journal of Sport and Health Science; 2: 4, 215-226.
  SkeltonDA、McLaughlin AW (1996) Training functional ability in old age.（老年期の機能的能力のトレーニング）。 Physiotherapy; 82: 3, 159-167.
  ストキンガーJら（2017）カロリー制限模倣は神経筋シナプスと筋繊維の老化を遅らせる。 ジャーナル・オブ・ジェロントロジー（The Journals of Gerontology. Series A; glx023.
  Vandervoort AA et al (1992) Age and sex effects on mobility of the human ankle. Journal of Gerontology; 47: 1, M17-M21.
  Zhang Y, Jordan JM (2010) Epidemiology of osteoarthritis. 老年医学の臨床; 26: 3, 355-369.

  .