Anatomie en fysiologie van het ouder worden 10: het bewegingsapparaat

Inleiding

Skeletspieren zorgen ervoor dat het lichaam kan bewegen en een houding kan aannemen; Door het samentrekken van de spieren bevorderen zij ook de veneuze terugvoer van bloed naar het hart en genereren zij warmte die helpt de lichaamstemperatuur op peil te houden. Botten ondersteunen het lichaam, beschermen kwetsbare gebieden en maken fysieke beweging mogelijk via een systeem van hefbomen en gewrichten; zij slaan ook vet en mineralen op en herbergen het rode beenmerg dat verantwoordelijk is voor de aanmaak van bloedcellen. Met het ouder worden, degenereren deze onderdelen van het bewegingsapparaat geleidelijk, wat bijdraagt tot broosheid en het risico op vallen en breuken verhoogt. In deel 10 van onze serie over de anatomie en fysiologie van het ouder worden wordt ingegaan op de leeftijdsgebonden veranderingen die zich voordoen in skeletspieren en botten.

Veranderingen in skeletspieren

Oldere mensen ervaren vaak een verlies aan kracht dat direct kan worden toegeschreven aan anatomische en fysiologische veranderingen in skeletspieren (Papa et al, 2017; Freemont en Hoyland, 2007) (kader 1).

Met het ouder worden atrofiëren skeletspieren en nemen in massa af (Fig 1), en de snelheid en kracht van hun contractie nemen af (Choi, 2016). Dit fenomeen, bekend als seniele sarcopenie, gaat gepaard met een afname van de fysieke kracht. Sarcopenie kan het vermogen aantasten om alledaagse taken uit te voeren, zoals opstaan uit een stoel, het huishouden doen of zichzelf wassen (Papa et al, 2017).

De maximale spiermassa en spierkracht worden bereikt in de jaren ’20 en ’30. Dit wordt gevolgd door een geleidelijke afname op middelbare leeftijd. Vanaf de leeftijd van 60 jaar versnelt het verlies van spierweefsel. Op latere leeftijd kunnen de ledematen zoveel spierweefsel verliezen dat mensen met verminderde mobiliteit weinig meer dan huid en bot lijken te zijn. Er kunnen diepe groeven tussen de ribben ontstaan door atrofie van de spieren tussen de ribben, terwijl het verlies van gezichtsspierweefsel bijdraagt aan een algemene verslapping van de gelaatstrekken.

Dit aanzienlijke verlies van spierweefsel, dat vaak op latere leeftijd wordt waargenomen (seniele sarcopenie), gaat gepaard met een toenemende kwetsbaarheid. Hoewel frailty multifactorieel is, staan musculoskeletale achteruitgang en sarcopenie er centraal in, en worden beide geassocieerd met toegenomen zwakte, vermoeidheid en risico op ongunstige gebeurtenissen zoals vallen, wat allemaal de morbiditeit kan verhogen (Fragala et al, 2015).

Skeletspieren bestaan uit twee hoofdtypen vezels:

• Low-twitch vezels (type 1), gebruikt voor duuractiviteiten, zoals lange afstanden lopen;
• Fast-twitch vezels (type 2), gebruikt bij korte ‘explosieve’ activiteiten, zoals sprinten.

Sarcopenie wordt geassocieerd met veranderingen in het aantal en de fysiologie van fast-twitch vezels, terwijl slow-twitch vezels relatief onaangetast zijn door leeftijd (Bougea et al, 2016). Recente studies tonen inderdaad aan dat slow-twitch vezels de concentraties van sommige metabole enzymen behouden en zelfs verhogen, misschien om de afname van de activiteit van fast-twitch spiervezels tegen te gaan (Murgia et al, 2017).

Sarcopenie wordt ook verondersteld te worden aangedreven door het verlies van motorneuronvezels (denervatie) en verlies en degeneratie van neuromusculaire juncties (de synapsen die motorneuronen verbinden met skeletspieren); als gevolg daarvan worden spieren minder gestimuleerd en verliezen ze massa (Stokinger et al, 2017; Power et al, 2013).

Sarcopenie wordt verergerd door de afname van de niveaus van circulerende anabole hormonen – zoals somatotropine (groeihormoon), testosteron en testosteronachtige hormonen – die vanaf middelbare leeftijd afnemen. Aangezien skeletspieren metabolisch zeer actief zijn, is sarcopenie een belangrijke factor die bijdraagt tot de leeftijdsgebonden verlaging van de stofwisselingssnelheid. Vanaf de leeftijd van 30 jaar verliezen we gemiddeld 3-8% vetvrije spiermassa per decennium, wat de daling van de basale stofwisseling, die rond de leeftijd van 20 jaar begint, nog versterkt. Als de calorie-inname hetzelfde blijft als in de jongere jaren, is er een veel groter risico dat overtollige calorieën worden opgeslagen in de vorm van vet. Dit kan worden verergerd bij ouderen die insulineresistent zijn, omdat hun skeletspieren minder goed in staat zijn om glucose en de aminozuren op te nemen die worden gebruikt om nieuwe spiervezels aan te maken (Cleasby et al, 2016; Fragala et al, 2015).

Het verlies van skeletspiermassa leidt tot een geleidelijke vermindering van de ondersteuning die wordt geboden aan de botten en gewrichten, wat op zijn beurt bijdraagt aan de houdingsveranderingen die op oudere leeftijd worden waargenomen (Fig 2). Het verhoogt ook het risico op gewrichtspathologieën, met name osteoartritis, evenals het risico op vallen en fracturen.

Verouderde spieren zijn gevoeliger voor letsel en doen er langer over om te herstellen en te regenereren. Dit tragere herstel kan te wijten zijn aan een vermindering van het aantal progenitorcellen (satellietcellen) – ongedifferentieerde stamcellen die zich kunnen ontwikkelen tot nieuwe spiercellen of myocyten – in combinatie met progressieve cellulaire senescentie (Bougea et al, 2016).

Veranderingen in botten

Bot bestaat meestal uit:

• De anorganische component calciumfosfaat (hydroxyapatiet);
• De organische component type 1 collageen.

Calciumfosfaatkristallen vormen de botmatrix en geven botten hun stijfheid. Het skelet fungeert als een calciumreservoir: het slaat ongeveer 99% van al het calcium in het lichaam op (Lau en Adachi, 2011). Onvoldoende calcium of vitamine D (essentieel voor de calciumabsorptie) kan leiden tot een vermindering van de botdichtheid en de aanleg voor osteoporose en botbreuken vergroten. Bij oudere mensen absorbeert de darm minder calcium en neemt het vitamine D-gehalte af, waardoor er minder calcium beschikbaar is voor de botten.

Collageen zorgt voor verankering van de calciumfosfaatkristallen, waardoor het bot aan elkaar wordt gebreid om breuken te voorkomen. Sommige mensen hebben genen die leiden tot een gebrekkige collageenproductie, wat resulteert in een brozebottenziekte (osteogenesis imperfecta).

Net als spieren is bot een dynamisch weefsel dat voortdurend wordt afgezet en afgebroken. Deze toestand van flux wordt bemiddeld door de twee belangrijkste botceltypes:

• Osteoblasten, die bot afzetten;
• Osteoclasten, die bot verteren, waarbij ionisch calcium vrijkomt in het bloed.

Osteoblasten zijn actiever wanneer de botten onder spanning staan door het gewicht van een rechtopstaand, actief lichaam. Bij jonge, beweeglijke volwassenen werken osteoblasten en osteoclasten in een vergelijkbaar tempo en blijft de botdichtheid op peil. Inactiviteit betekent een afname van de activiteit van osteoblasten, wat uiteindelijk resulteert in een verminderde botdichtheid (Nigam et al, 2009). Het leeftijdsgerelateerde verlies van skeletspiermassa draagt bij aan de afname van de belasting (zowel gewicht als contractiekracht) op de botten, wat de botontkalking verergert. Het is daarom van essentieel belang dat ouderen zo mobiel en actief mogelijk blijven.

Veranderingen in botdichtheid

Uit studies (voornamelijk in de VS) blijkt dat ongeveer 90% van de piekbotmassa bij mannen op 20-jarige leeftijd wordt bereikt en bij vrouwen op 18-jarige leeftijd. De toename gaat bij beide geslachten door tot rond de leeftijd van 30 jaar, wanneer de pieksterkte en -dichtheid van de botten is bereikt (National Institutes of Health, 2015). De botdichtheid neemt af naarmate de middelbare leeftijd nadert.

Vrouwen lopen een bijzonder risico op botdemineralisatie en osteoporose omdat zij geleidelijk de osteobeschermende effecten van oestrogeen voor en na de menopauze verliezen. In een 10-jarig onderzoek verloren vrouwen 1,5-2 keer meer botmassa per jaar van hun onderarmen dan mannen (Daly et al, 2013). Botverlies bij beide geslachten gaat door tot op hoge leeftijd, en 80-jarigen hebben ongeveer de helft van de botmassa die ze hadden op het hoogtepunt in de jongvolwassenheid (Lau en Adachi, 2011; Kloss en Gassner, 2006).

Osteoporose

Het leeftijdsgebonden verlies van calcium uit het skelet leidt er vaak toe dat de botten het poreuze, sponsachtige uiterlijk krijgen dat kenmerkend is voor osteoporose. Er zijn twee erkende vormen hiervan (Lau en Adachi, 2011):

• Type I, gezien bij vrouwen in de menopauze en na de menopauze en verondersteld te ontstaan als gevolg van dalende oestrogeenniveaus;
• Type II, seniele osteo-porose genoemd, die zowel mannen als vrouwen treft en veroorzaakt lijkt te worden door vermindering van het aantal en de activiteit van osteoblasten. Bovendien stimuleren sommige ontstekingsbevorderende cytokines (waarvan het aantal toeneemt met de leeftijd) zoals interleukine 6 de osteoclasten, wat leidt tot demineralisatie van het bot.

De wervels zijn bijzonder kwetsbaar voor osteoporose en kunnen microbreuken ontwikkelen waardoor zij bezwijken onder het gewicht van het lichaam en in elkaar gedrukt en vervormd worden. Dit draagt bij tot de bukkende kromming van de wervelkolom die vaak op oudere leeftijd wordt waargenomen (fig. 2).

Vele factoren dragen bij tot leeftijdsgebonden botverlies en seniele osteoporose (kader 2).

Risico op breuken

De leeftijdsgebonden afnamegerelateerde afname in botdichtheid wordt geassocieerd met een verhoogd risico op fracturen in veel botten, waaronder het dijbeen, ribben, wervels en botten van de bovenarm en onderarm. Osteoporose wordt niet alleen in verband gebracht met een verlies van anorganische mineralen, maar ook met een verlies van collageen en veranderingen in de structuur daarvan. Aangezien collageen helpt om botten bij elkaar te houden, verhoogt dit verder het risico op fracturen (Boskey en Coleman, 2010; Bailey, 2002).

Het risico op fracturen wordt verergerd door een gebrek aan mobiliteit, bijvoorbeeld als gevolg van een langdurig verblijf in het ziekenhuis (Nigam et al, 2009). Niet alleen komen fracturen vaker voor op oudere leeftijd, maar genezing duurt ook veel langer (Lau en Adachi, 2011).

Bevolkingsonderzoek in de VS toont aan dat ongeveer 5% van de volwassenen boven de 50 jaar osteoporose heeft die de femurhals (nek van het dijbeen) aantast (Looker et al, 2012). Dit gebied is bijzonder kwetsbaar voor breuken, aangezien de twee femurhalzen het gewicht van het rechtopstaande lichaam dragen. Costache en Costache (2014) ontdekten dat femurhalsfracturen – wat ernstige en potentieel levensbedreigende verwondingen zijn – vaker voorkomen na de leeftijd van 60 jaar en dat vrouwen er meer last van hebben dan mannen.

Gewrichtsveranderingen

De gewrichtskraakbenen in synoviale gewrichten spelen de rol van schokdempers, en zorgen ook voor de juiste tussenruimte en het soepel glijden van botten tijdens gewrichtsbewegingen. Het aantal en de activiteit van chondrocyten, de kraakbeenvormende cellen, nemen af met de leeftijd (Freemont en Hoyland, 2007), wat kan resulteren in een vermindering van de hoeveelheid kraakbeen in belangrijke gewrichten, zoals de knieën (Hanna et al, 2005). Een gebrek aan kraakbeen leidt ertoe dat verouderde gewrichten gevoeliger worden voor mechanische schade en verhoogt het risico op pijnlijk bot-op-bot contact dat vaak voorkomt bij osteoartritis.

Osteoartritis

Osteoartritis is de meest voorkomende artropathie (gewrichtspathologie) ter wereld. Grootschalige studies in de VS hebben aangetoond dat ongeveer 10% van de mannen en 13% van de vrouwen boven de leeftijd van 60 jaar last heeft van symptomatische artrose van de knie (Zhang en Jordan, 2010). In het Verenigd Koninkrijk hebben ongeveer 8,5 miljoen mensen gewrichtspijn als gevolg van artrose (National Institute for Health and Care Excellence, 2015). Dit vormt een grote belasting voor de gezondheidszorg, omdat veel patiënten dure gewrichtsoperaties nodig zullen hebben, met name aan de knie, heup en lumbale wervelkolom.

Het buitenste deel van een gewrichtskapsel bestaat uit elastische ligamenten die het gewricht samenbinden, ontwrichting voorkomen en tegelijkertijd vrije beweging mogelijk maken. Met de leeftijd verminderen veranderingen in de collageen- en elastinecomponenten van ligamenten hun elasticiteit (Freemont en Hoyland, 2007), wat leidt tot stijfheid en verminderde beweeglijkheid. Bepaalde gewrichten zijn bijzonder gevoelig; zo verliezen vrouwen tussen de leeftijd van 55 en 85 jaar tot 50% van hun flexibiliteit en bewegingsbereik in hun enkels (Vandervoort et al, 1992). Hoewel er veel risicofactoren zijn die verband houden met de ziekte (waaronder genetische aanleg, geslacht, obesitas en eerder gewrichtsletsel), is leeftijd verreweg de grootste.

Gezonde veroudering van het bewegingsapparaat

Veel factoren beïnvloeden hoe onze botten en skeletspieren verouderen; genetica, omgevingsfactoren en levensstijl spelen allemaal een rol, dus er is veel individuele variatie. Het behoud van de structurele en functionele integriteit van het bewegingsapparaat is essentieel voor het behoud van een goede gezondheid en het vertragen van de progressie naar broosheid.

Calorische restrictie

Geprogrammeerde celdood (apoptose) speelt een rol bij botverlies en sarcopenie. De betrokken apoptotische routes kunnen worden verzwakt door lichaamsbeweging, calorische restrictie en antioxidanten zoals carotenoïden en oliezuur (Musumeci et al, 2015). Recente studies hebben aangetoond dat calorische restrictie leeftijdsgerelateerde veranderingen in neuromusculaire knooppunten kan vertragen en soms zelfs omkeren, waardoor een potentieel mechanisme ontstaat voor het verminderen van sarcopenie.

Drugs die de effecten van calorische restrictie en lichaamsbeweging nabootsen – zoals metformine (een oraal hypoglykemisch middel dat wordt gebruikt om diabetes te behandelen) en resveratrol (een ontstekingsremmend en antioxidant) – zouden kunnen worden gebruikt in plaats van het verminderen van de voedselinname. Stokinger et al. (2017) hebben enig succes gemeld met deze geneesmiddelen, met name resveratrol, in diermodellen.

Dieetsuppletie

Het verhogen van de inname van calcium, vitamine D en magere eiwitten kan de botdichtheid verhogen en aminozuren leveren voor spiergroei. Dit kan de verminderde efficiëntie van de opname van voedingsstoffen op oudere leeftijd compenseren. We weten dat bij jongere volwassenen het verhogen van de eiwitinname de eiwitsynthese in de skeletspieren kan verbeteren, maar dit lijkt minder goed te werken bij ouderen. Fragala et al. (2015) vonden dat voedingssuppletie met creatinine de spierkracht en -prestaties kan verhogen, terwijl de inname van eiwitdranken aangevuld met het aminozuur β-alanine de spierarbeidscapaciteit en -kwaliteit verhoogt bij oudere mannen en vrouwen.

Hormoonvervangingstherapie

Hormoonvervangingstherapie (HRT) verbetert de botgezondheid bij ouderen: van oestrogeen-HRT en testosteronvervangingstherapie (TRT) is bewezen dat ze de botdichtheid bij vrouwen respectievelijk mannen verhogen, waardoor het risico op fracturen afneemt.

De effecten van HRT op spierfysiologie zijn minder goed onderzocht. Van TRT is aangetoond dat het de vetvrije spiermassa bij mannen verhoogt en een deel van de effecten van veroudering op de spieren die optreden tijdens de andropauze lijkt te ontkrachten; bij vrouwen heeft HRT (met oestrogeen of oestrogeen plus progesteron) echter niet hetzelfde anabole effect (Fragala et al, 2015). Vrouwen kunnen TRT gebruiken, maar zij kunnen hier terughoudend tegenover staan vanwege ongewenste effecten zoals haargroei in gezicht en lichaam en het dieper worden van de stem.

Oefening

Niet regelmatig gebruikt en belast, degenereren spiervezels en neuromusculaire verbindingen, wat leidt tot disuse atrofie (Kwan, 2013). Matige lichaamsbeweging helpt om vetvrije spiermassa te behouden, de botdichtheid te vergroten en vetophoping te verminderen. Lichaamsbeweging verhoogt ook het aantal mitochondriën in spiervezels, waardoor de energieafgifte, het metabolisme en de spierkracht toenemen. Bij mensen die lichamelijk actief blijven, lijkt de efficiëntie van mitochondriën bij het vrijgeven van energie te worden gehandhaafd tot ten minste de leeftijd van 75 jaar (Cartee et al, 2016).

Progressieve weerstandstraining wordt beschouwd als de meest effectieve methode om de botdichtheid te vergroten en de spiergroei te bevorderen bij ouderen met sarcopenie. Ouderen die één enkele bewegingsles per week bijwonen en thuis wat oefeningen doen, kunnen hun spierkracht met 27% verbeteren, waardoor de leeftijdsgebonden achteruitgang effectief wordt omgekeerd (Skelton en McLaughlin, 1996). Als het erom gaat het spier- en skeletstelsel gezond te houden, komt het erop neer dat men in de volksmond zegt: use it or lose it.