Anatomia și fiziologia îmbătrânirii 10: sistemul musculo-scheletic

Introducere

Mușchii scheletici permit corpului să se miște și să mențină postura; prin contracție, ei ajută, de asemenea, la întoarcerea venoasă a sângelui către inimă și generează căldură care ajută la menținerea temperaturii corpului. Oasele susțin corpul, protejează regiunile vulnerabile și permit mișcarea fizică prin intermediul unui sistem de pârghii și articulații; ele stochează, de asemenea, grăsimi și minerale și adăpostesc măduva osoasă roșie responsabilă de producerea celulelor sanguine. Odată cu vârsta, aceste componente ale sistemului musculo-scheletal degenerează progresiv, ceea ce contribuie la fragilitate și crește riscul de căderi și fracturi. Partea a 10-a din seria noastră despre anatomia și fiziologia îmbătrânirii explorează modificările legate de vârstă care apar la nivelul mușchilor scheletici și al oaselor.

Schimbări la nivelul mușchilor scheletici

Persoanele în vârstă se confruntă adesea cu o pierdere de forță care poate fi atribuită direct schimbărilor anatomice și fiziologice la nivelul mușchilor scheletici (Papa et al, 2017; Freemont și Hoyland, 2007) (Caseta 1) (Caseta 1).

Cu vârsta, mușchii scheletici se atrofiază și scad în masă (Fig. 1), iar viteza și forța de contracție a acestora se reduc (Choi, 2016). Acest fenomen, cunoscut sub numele de sarcopenie senilă, este însoțit de o scădere a forței fizice. Sarcopenia poate afecta capacitatea de a efectua sarcini de zi cu zi, cum ar fi ridicarea de pe scaun, efectuarea treburilor casnice sau spălatul singur (Papa et al, 2017).

Masa și forța musculară maximă sunt atinse între 20 și 30 de ani. Aceasta este urmată de un declin gradual până la vârsta mijlocie. Începând cu vârsta de 60 de ani, pierderea de țesut muscular se accelerează. La bătrânețe înaintată, membrele pot pierde atât de mult țesut muscular încât persoanele cu mobilitate redusă par a fi puțin mai mult decât piele și os. Între coaste se pot dezvolta șanțuri adânci din cauza atrofiei mușchilor intercostali, în timp ce pierderea țesutului muscular facial contribuie la o slăbire generală a trăsăturilor.

Această pierdere considerabilă de țesut muscular, adesea observată la vârste înaintate (sarcopenie senilă), este asociată cu o fragilitate crescândă. În timp ce fragilitatea este multifactorială, deteriorarea musculo-scheletală și sarcopenia sunt esențiale pentru aceasta și sunt ambele asociate cu o slăbiciune crescută, oboseală și risc de evenimente adverse, cum ar fi căderile, toate acestea putând crește morbiditatea (Fragala et al, 2015).

Mușchii scheletici sunt compuși din două tipuri principale de fibre:

• Fibre cu contracție lentă (tip 1), utilizate pentru activități de anduranță, cum ar fi mersul pe distanțe lungi;
• Fibre cu contracție rapidă (tip 2), utilizate în activități scurte „explozive”, cum ar fi sprintul.

Sarcopenia este asociată cu modificări ale numărului și fiziologiei fibrelor cu contracție rapidă, în timp ce fibrele cu contracție lentă sunt relativ neafectate de vârstă (Bougea et al, 2016). Într-adevăr, studii recente arată că fibrele cu contracție lentă mențin și chiar cresc concentrațiile unor enzime metabolice, poate pentru a contracara scăderea activității fibrelor musculare cu contracție rapidă (Murgia et al, 2017).

Se consideră, de asemenea, că sarcopenia este determinată de pierderea fibrelor neuronale motorii (denervare) și de pierderea și degenerarea joncțiunilor neuromusculare (sinapsele care leagă neuronii motori de mușchii scheletici); ca o consecință, mușchii sunt mai puțin stimulați și pierd masă (Stokinger et al, 2017; Power et al, 2013).

Sarcopenia este exacerbată de reducerea nivelurilor de hormoni anabolici circulanți – cum ar fi somatotropina (hormonul de creștere), testosteronul și hormonii asemănători testosteronului – care scad începând cu vârsta mijlocie. Deoarece mușchii scheletici sunt foarte activi din punct de vedere metabolic, sarcopenia este un factor major care contribuie la reducerea ratei metabolice legate de vârstă. În medie, pierdem 3-8% din masa musculară slabă pe deceniu începând cu vârsta de 30 de ani, ceea ce se adaugă la declinul ratei metabolice bazale care începe în jurul vârstei de 20 de ani. Dacă aportul caloric rămâne același ca în anii tinereții, există un risc mult mai mare ca excesul de calorii să fie stocat sub formă de grăsime. Acest lucru poate fi exacerbat la persoanele în vârstă care sunt rezistente la insulină, deoarece mușchii lor scheletici sunt mai puțin capabili să absoarbă glucoza și aminoacizii utilizați pentru a genera noi fibre musculare (Cleasby et al, 2016; Fragala et al, 2015).

Pierderea masei musculare scheletice duce la o reducere progresivă a suportului oferit oaselor și articulațiilor, ceea ce, la rândul său, contribuie la modificările posturale observate la vârste înaintate (Fig. 2). De asemenea, crește riscul de patologii articulare, în special osteoartrita, precum și riscul de căderi și fracturi.

Mușchii îmbătrâniți sunt mai predispuși la leziuni și au nevoie de mai mult timp pentru a se repara și recupera. Această recuperare mai lentă se poate datora unei reduceri a numărului de celule progenitoare (sateliți) – celule stem nediferențiate care se pot dezvolta în noi celule musculare sau miocite – combinate cu o senescență celulară progresivă (Bougea et al, 2016).

Schimbări la nivelul oaselor

Oasele sunt formate în cea mai mare parte din:

• Componenta anorganică fosfat de calciu (hidroxiapatită);
• Componenta organică colagen de tip 1.

Cristalele de fosfat de calciu formează matricea osoasă și conferă oaselor rigiditatea lor. Scheletul acționează ca un rezervor de calciu: acesta stochează aproximativ 99% din tot calciul din organism (Lau și Adachi, 2011). Nivelurile insuficiente de calciu sau de vitamina D (esențială pentru absorbția calciului) pot duce la o reducere a densității osoase și pot crește predispoziția la osteoporoză și fracturi. La persoanele în vârstă, intestinul absoarbe mai puțin calciu, iar nivelurile de vitamina D tind să scadă, ceea ce reduce cantitatea de calciu disponibilă pentru oase.

Colagenul asigură ancorarea cristalelor de fosfat de calciu, împletind osul pentru a preveni fracturile. Unele persoane au gene care duc la o producție defectuoasă de colagen, ceea ce duce la boala oaselor fragile (osteogeneza imperfectă).

Ca și mușchii, osul este un țesut dinamic care se depune și se descompune continuu. Această stare de flux este mediată de cele două tipuri majore de celule osoase:

• Osteoblastele, care depozitează osul;
• Osteoclastele, care digeră osul, eliberând calciu ionic în sânge.

Osteoblastele sunt mai active atunci când oasele sunt supuse la stresul impus de greutatea unui corp în poziție verticală, activ. La adulții tineri și mobili, osteoblastele și osteoclastele lucrează într-un ritm similar și densitatea osoasă este menținută. Inactivitatea înseamnă o scădere a activității osteoblastelor care, în cele din urmă, duce la reducerea densității osoase (Nigam et al, 2009). Pierderea masei musculare scheletice legată de vârstă contribuie la reducerea încărcăturii (atât a greutății, cât și a forței contractile) asupra oaselor, ceea ce agravează decalcificarea. Prin urmare, este esențial ca persoanele în vârstă să se mențină cât mai mobile și active posibil.

Schimbări ale densității osoase

Studiile (predominant în SUA) arată că aproximativ 90% din masa osoasă maximă este atinsă la bărbați până la vârsta de 20 de ani și la femei până la vârsta de 18 ani. Creșterile continuă la ambele sexe până în jurul vârstei de 30 de ani, când se atinge puterea și densitatea osoasă maximă (National Institutes of Health, 2015). Densitatea osoasă scade pe măsură ce se apropie vârsta mijlocie.

Femeile prezintă un risc deosebit de demineralizare osoasă și osteoporoză, deoarece pierd treptat efectele osteo-protectoare ale estrogenilor înainte și după menopauză. Într-un studiu de 10 ani, femeile au pierdut de 1,5-2 ori mai multă masă osoasă pe an din antebrațe decât bărbații (Daly et al, 2013). Pierderea de masă osoasă la ambele sexe continuă până la bătrânețe, iar persoanele în vârstă de 80 de ani au aproximativ jumătate din masa osoasă pe care o aveau la apogeul său la vârsta adultă tânără (Lau și Adachi, 2011; Kloss și Gassner, 2006).

Osteoporoza

Pierderea de calciu din schelet legată de vârstă duce în mod obișnuit la apariția oaselor cu aspect poros, ca de burete, care indică osteoporoza. Există două forme recunoscute ale acesteia (Lau și Adachi, 2011):

• Tipul I, întâlnit la femeile aflate la menopauză și post-menopauză și despre care se crede că apare ca urmare a scăderii nivelurilor de estrogen;
• Tipul II, denumit osteoporoză senilă, care afectează atât bărbații, cât și femeile și pare să fie cauzat de reducerea numărului și activității osteoblastelor. În plus, unele citokine proinflamatorii (al căror număr crește odată cu vârsta), cum ar fi interleukina 6, stimulează osteoclastele, ceea ce duce la demineralizare osoasă.

Vertebrele sunt deosebit de vulnerabile la osteoporoză și pot dezvolta microfracturare, ceea ce duce la prăbușirea lor sub greutatea corpului și la comprimarea și deformarea lor. Acest lucru contribuie la curbura încovoiată a coloanei vertebrale, adesea observată la vârste înaintate (fig. 2).

Mai mulți factori contribuie la pierderea osoasă legată de vârstă și la osteoporoza senilă (caseta 2).

Risc de fractură

Vârsta-legată de vârstă a densității osoase este asociată cu un risc crescut de fractură în multe oase, inclusiv în femur, coastele, vertebrele și oasele din partea superioară a brațului și antebrațului. Osteoporoza este legată nu numai de o pierdere a conținutului de minerale anorganice, ci și de o pierdere de colagen și de modificări ale structurii acestuia. Deoarece colagenul ajută la menținerea oaselor laolaltă, acest lucru crește și mai mult riscul de fractură (Boskey și Coleman, 2010; Bailey, 2002).

Riscul de fractură este agravat de lipsa de mobilitate, de exemplu, din cauza unei șederi prelungite în spital (Nigam et al, 2009). Nu numai că fracturile sunt mai frecvente la bătrânețe, dar vindecarea durează mult mai mult (Lau și Adachi, 2011).

Studiile de populație din SUA arată că aproximativ 5% dintre adulții cu vârsta de peste 50 de ani au osteoporoză care afectează gâtul femural (gâtul femurului) (Looker et al, 2012). Această regiune este deosebit de vulnerabilă la fracturi, deoarece cele două gulere femurale susțin greutatea corpului în poziție verticală. Costache și Costache (2014) au constatat că fracturile gâtului femural – care sunt leziuni grave și care pot pune viața în pericol – devin mai frecvente după vârsta de 60 de ani și că femeile sunt mai afectate decât bărbații.

Schimbări articulare

Cartilajele articulare din articulațiile sinoviale au rolul de amortizoare, precum și de a asigura spațierea corectă și alunecarea lină a oaselor în timpul mișcării articulare. Numărul și activitatea condrocitelor, celulele formatoare de cartilaj, scad odată cu vârsta (Freemont și Hoyland, 2007), ceea ce poate duce la o reducere a cantității de cartilaj în articulațiile importante, cum ar fi genunchii (Hanna et al, 2005). Lipsa cartilajului face ca articulațiile îmbătrânite să devină mai sensibile la leziuni mecanice și crește riscul de contact dureros între oase, care este frecvent întâlnit în osteoartrită.

Osteoartrita

Osteoartrita este cea mai frecventă artropatie (patologie articulară) din lume. Studii la scară largă efectuate în SUA au arătat că aproximativ 10% dintre bărbați și 13% dintre femeile cu vârsta de peste 60 de ani sunt afectați de osteoartrita simptomatică a genunchiului (Zhang și Jordan, 2010). În Regatul Unit, aproximativ 8,5 milioane de persoane au dureri articulare datorate osteoartritei (National Institute for Health and Care Excellence, 2015). Acest lucru reprezintă o povară mare pentru serviciile de sănătate, deoarece mulți pacienți vor avea nevoie de intervenții chirurgicale costisitoare la nivelul articulațiilor, în special la nivelul genunchiului, șoldului și coloanei lombare.

Partea exterioară a unei capsule articulare este compusă din ligamente elastice care leagă articulația între ele, împiedicând dislocarea și permițând în același timp mișcarea liberă. Odată cu vârsta, modificările componentelor de colagen și elastină ale ligamentelor scad elasticitatea acestora (Freemont și Hoyland, 2007), ceea ce duce la rigiditate și mobilitate redusă. Anumite articulații sunt deosebit de sensibile; de exemplu, între 55 și 85 de ani, femeile pierd până la 50% din flexibilitatea și amplitudinea de mișcare a gleznelor (Vandervoort et al, 1992). Deși există mulți factori de risc asociați cu boala (inclusiv predispoziția genetică, sexul, obezitatea și leziunile articulare anterioare), vârsta este de departe cea mai mare.

Îmbătrânirea sănătoasă a aparatului locomotor

Mulți factori influențează modul în care oasele și mușchii noștri scheletici îmbătrânesc; genetica, factorii de mediu și stilul de viață joacă toți un rol, astfel încât există multe variații individuale. Păstrarea integrității structurale și funcționale a sistemului musculo-scheletic este esențială pentru a menține o stare de sănătate bună și pentru a încetini evoluția spre fragilitate.

Restricție calorică

Moartea celulară programată (apoptoza) joacă un rol în pierderea osoasă și sarcopenia. Căile apoptotice implicate pot fi atenuate prin exerciții fizice, restricție calorică și antioxidanți precum carotenoidele și acidul oleic (Musumeci et al, 2015). Studii recente au arătat că restricția calorică poate încetini și, uneori, chiar inversa modificările legate de vârstă la nivelul joncțiunilor neuromusculare, oferind astfel un mecanism potențial de reducere a sarcopeniei.

Medicamentele care imită efectele restricției calorice și ale exercițiilor fizice – cum ar fi metforminul (un hipoglicemiant oral utilizat pentru tratarea diabetului) și resveratrolul (un antiinflamator și antioxidant) – ar putea fi utilizate în locul reducerii aportului alimentar. Stokinger et al. (2017) au raportat unele succese cu aceste medicamente, în special cu resveratrolul, pe modele animale.

Suplimentarea cu suplimente alimentare

Creșterea aportului de calciu, vitamina D și proteine slabe poate crește densitatea osoasă și poate furniza aminoacizi pentru creșterea musculară. Acest lucru poate compensa reducerea eficienței absorbției nutrienților observată la vârsta înaintată. Știm că, la adulții tineri, creșterea aportului de proteine poate spori sinteza proteinelor în mușchii scheletici, dar acest lucru pare să funcționeze mai puțin bine la persoanele în vârstă. Fragala et al. (2015) au constatat că suplimentarea dietei cu creatinină poate crește forța și performanța musculară, în timp ce consumul de băuturi proteice suplimentate cu aminoacidul β-alanină crește capacitatea și calitatea muncii musculare la bărbații și femeile în vârstă.

Terapia de substituție hormonală

Terapia de substituție hormonală (HRT) îmbunătățește sănătatea osoasă la persoanele în vârstă: s-a dovedit că HRT cu estrogeni și terapia de substituție cu testosteron (TRT) cresc densitatea osoasă la femei și, respectiv, la bărbați, reducând astfel riscul de fractură.

Efectele HRT asupra fiziologiei musculare sunt mai puțin bine investigate. S-a demonstrat că TRT crește masa musculară slabă la bărbați și pare să anuleze unele dintre efectele îmbătrânirii asupra mușchilor care apar în timpul andropauzei; cu toate acestea, la femei, TRH (fie cu estrogen sau estrogen plus progesteron) nu are același efect anabolic (Fragala et al, 2015). Femeile pot utiliza TRT, dar pot fi reticente să facă acest lucru din cauza efectelor nedorite, cum ar fi creșterea părului facial și corporal și adâncirea vocii.

Exercițiu fizic

Dacă nu sunt utilizate în mod regulat și nu sunt puse sub sarcină, fibrele musculare și joncțiunile neuromusculare degenerează, ceea ce duce la atrofie de desuetudine (Kwan, 2013). Exercițiile fizice moderate ajută la menținerea masei musculare slabe, la creșterea densității osoase și la reducerea acumulării de grăsime. De asemenea, exercițiile fizice măresc numărul de mitocondrii din fibrele musculare, îmbunătățind eliberarea de energie, metabolismul și puterea musculară. La persoanele care rămân active din punct de vedere fizic, eficiența mitocondriilor în eliberarea de energie pare să se mențină cel puțin până la vârsta de 75 de ani (Cartee et al, 2016).

Antrenamentul de rezistență progresiv este considerat a fi cea mai eficientă metodă de creștere a densității osoase și de promovare a creșterii musculare la persoanele în vârstă cu sarcopenie. Persoanele în vârstă care participă la o singură clasă de exerciții fizice pe săptămână și fac unele exerciții fizice acasă pot îmbunătăți forța musculară cu 27 %, inversând efectiv declinul legat de vârstă (Skelton și McLaughlin, 1996). Când vine vorba de menținerea sănătății sistemului musculo-scheletic, concluzia finală este colocviul comun: use it or lose it.

.