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保健天地

骨骼肌肉系統的老化

文•圖/胡名孝  江清泉(臺大醫院骨科部主任)

    

 老化(aging),是一個生理功能變化的複雜過程,而它也常常造成人在許多社經狀態上的改變,進而影響到日常生活。這當中包括記憶退化、睡眠障礙、心肺功能及骨骼肌肉系統衰退等等。隨著老年人口比例的升高(根據行政院衛生署的統計,2004年臺灣地區65歲以上人口,占總人口的9%),如何照護老人的健康與增進他們的生活品質,已經成為現代醫學相當重要的一個課題。因此,了解老化帶來的改變和因應而生的特別需求更是當務之急。在此,我們即將探討老化在骨骼肌肉系統帶來的改變,這其中包括神經肌肉傳導控制(neuromuscular control)、身體組成(body composition)、關節軟骨(articular cartilage)、肌腱韌帶和骨折癒合(fracture healing)等等。

神經肌肉傳導控制(neuromuscular control)的改變

 日常生活中一些看似不起眼的小動作,例如穿針引線,穿衣戴帽等等,都需要神經肌肉傳導的正常運作才能執行。在自然老化的過程中,神經肌肉傳導控制的退化,會造成諸如視力、聽覺、平衡覺及本體感覺的損失,使得日常活動受到影響,甚至增加許多危險(例如跌倒)。額葉(frontal lobe),基底核(basal ganglion)和神經元(neuron)數目的減少,造成大腦萎縮近30%至40%。周邊神經傳導速率也降低約10%至15%,自主神經及肌肉反射靈敏度的下降,則造成老人家對突如其來的姿勢改變反應遲緩,也因此統計上60歲以上的老年人跌倒的風險上升了35%至40%。

 除此之外,許多感覺神經的老化,造成老年人對周邊反應力的降低,這其中包括視力、聽力和平衡覺的退化。例如對高頻聲音聽力的下降,影響老人家對說話和背景噪音(background noise)間的辨別能力。據統計這影響了近三成70歲以上的老人,而在護理之家裡更有高達90%的居民(nursing home resident)有此困擾。藥物、痴呆(dementia)、憂鬱(depression)或中風導致認知能力失能,使得老人無法建立熟悉的環境,也因而大大提高四肢骨折的風險。

 因為老年人的肌肉神經控制不良,常形成肢體活動的障礙,因此須要鍛鍊神經肌肉感覺,以預防跌倒,並使老年人有能力保護自身的安全,在訓練方法上,可以試做各種姿勢的改變,站立、爬階梯或是教導跌倒時的自我保護方法等,以鍛鍊老年人的肌肉、神經控制與協調能力,增進柔軟度及下半身的肌力與步態等,並增加手眼協調能力和縮短反應時間,如此可大大減低老年人跌倒的風險性。

 另外,要特別注意老年人生活環境的安全考量,空間要明亮無障礙,浴室地板要防滑,減少跌倒的機會。

 

身體組成(body composition)的改變

 身體組成比例,隨著老化而有所不同,包括骨頭質量(bone mass)減少,肌肉質量(muscle mass)減少以及體脂肪(body fat)上升。

 肌肉質量減少及基礎代謝(basal metabolism)能力下降,是造成老年人肌力退化的主要原因。肌肉質量的高峰(peak)出現在約30歲左右,過了50歲,每10年約減少15%,70歲以後則增加為每10年減少約30%。肌肉萎縮起因於肌肉纖維質與量的減少,這包括了第一型快縮(fast twitch)纖維和第二型慢縮(slow twitch)纖維,總計在20到80歲間整體肌肉橫切面積(cross-sectional area)減少40%,而纖維總量則減少39%,這種情況在負重肌肉(weight-bearing muscle)上,尤其明顯。這些改變,造成肌肉收縮時間延長和強度減弱,而且耐久力(endurance)下降變得容易疲勞,無形中使老年人暴露於許多危險之中,如股四頭肌的萎縮,是導致跌倒和髖骨骨折的一個重要危險因子。

 骨頭質量改變也是正常老化的一個過程。骨質密度的高峰(Peak bone mineral density),約在25至30歲時達到,而在40至50歲時開始下降,平均每年約減少0.3%至0.5%。而在女性停經前後10年間(perimenopause period)骨質流失更達到每年2%至3%,骨質的流失是一個複雜的過程。其中成骨細胞(osteoblast)和蝕骨細胞(osteoclast)扮演了很重要的角色。在骨質高峰過後,成骨細胞負責的骨頭修復(remodeling)便不及蝕骨細胞負責的骨頭更新(turnover)速率。如此便造成骨小樑(bone trabeculae)構造和數量的改變,進而形成所謂骨質疏鬆(osteoporosis);也因為老化造成的骨質流失,使得老年人暴露在低能量骨折(low-energy fracture) 及其相關的死亡危險之中。低能量髖骨骨折6個月內的死亡率,增加了20%;而有兩節以上脊椎壓迫性骨折的病人死亡率,更是增加了25%至30%。

 面對這些生理上的自然變化,最佳的克服方法還是運動。老年人若能規律的從事重量訓練,不但可以增進肌力與肌耐力,減緩淨體重的流失,保持基本代謝率,平日也可以消耗較多的脂肪,減少肥胖的發生率,並增進體內胰島素的功能,對預防因肥胖而引起的疾病有相當大的助益。此外,若能時常鍛鍊肌肉適能,可以使骨骼在適當刺激下,增加骨質密度,對於老年人骨質疏鬆症的預防,有相當大的助益,且經由重量訓練後,肌力與肌耐力會增進,使老年人的肢體控制得更有效率,並可預防跌倒或是骨折。

 預防骨質疏鬆,有三大要件:第一要保持持續運動的習慣,第二要走出戶外接觸陽光,第三從食物中多攝取含鈣質高的食物,如牛奶、鮭魚等。因為從腸道吸收的鈣質,要經過維生素D的作用才能儲成骨本;而維生素D的活化,有賴皮膚接觸陽光。有些老年人患有心臟病、糖尿病、高血壓…等,做體能運動有困難,可以到戶外散步,走一段路,也一樣可以達到運動的目的。

關節軟骨(articular cartilage)的改變

 絕大部分關節軟骨的組成細胞和細胞外間質蛋白(extracellular matrix protein)的更新能力是極小的,也因此時間的累積很容易在軟骨上留下退化的痕跡。60歲以上的老年人,有約四分之一的人有退化性關節炎(osteoarthritis),然而年齡和退化性關節炎的關係目前不明,但是可以知道的是,自然老化過程中,關節軟骨包括生物力學、生化和組織細胞特徵的改變,都會增加關節的破壞和關節炎的產生。

 關節軟骨在老化的過程中,其厚度、細胞功能、基質張力特性(matrix tensile property)和基質組成都會改變;在骨骼發育期間軟骨細胞(chondrocyte)密度會降低,合成活性(synthetic activity)降低以及蛋白多糖(proteoglycan)的比例也會降低。除此之外,軟骨含水量也會降低。軟骨細胞增生和細胞密度自出生後便開始下降,而在骨骼成熟時達到一穩定水平。在人體關節軟骨抽取物的細胞培養中,可以發現30歲以後的軟骨細胞不論數目或增生能力都有明顯的下降,而且軟骨細胞開始衰老,也使得他對受傷反應的能力大大下滑。除此之外,氧化狀態也會加速軟骨細胞的老化,儲存在5%氧氣環境下的軟骨細胞在衰老前,可複製60次;相較之下,儲存於21%氧氣環境下的軟骨細胞只可複製40次,這也印證了創傷及發炎反應下會加速退化性關節炎的產生。

 生物力學方面,老化使得軟骨在張力特性上有所改變,包括強直(stiffness)、疲勞耐受性(fatigue resistance)及強度(strength)的降低。這和細胞間質中膠原細胞(collagen matrix)和蛋白多糖的改變,以及含水量的降低,都有很大的關係。最近的研究發現一種稱作進階糖化終產物(advanced glycosylation end products,  AGEs) 的物質,會增加膠原細胞間的交錯連結(cross- linking),而第11型交原細胞的減少,使得膠原纖維直徑變大,這兩項變化使得軟骨變得僵直(rigid),而使得軟骨表面易受傷害。

 

圖:退化性膝關節炎:老化的膝關節,關節軟骨磨損,骨刺增生,會嚴重影響行動能力及日常生活。全人工關節置換可以大幅改善膝關節的功能,讓老人享受人生七十才開始的生活樂趣。

 

椎間盤(intervertebral disc)的改變

 對於所有的骨骼肌肉系統而言,老化對於椎間盤的影響,可以說是最明顯的,越來越多證據將這些結果歸因於血液供應(blood supply),細胞與間質組成和含水量(hydration)的改變所致。

 在細胞組成方面,自出生後髓核(nucleus pulposus)中豐富的脊索細胞(notochondral cell)逐漸消失,而軟骨細胞含量則增加,隨著年齡增大,由於自我毀滅(apoptosis)的緣故,細胞數逐漸減少。此外,膠原組織纖維的層狀排列(lamellar pattern)也被破壞,使得椎間盤對於伸展應力(stretch)的對抗性,因而減弱。

 在血流供應方面,20歲以後椎間盤內的血管開始消失,而許多裂縫便因此形成,而椎間盤的養份來源,便來自周圍組織的擴散(diffusion),隨年齡增加骨化(ossification)的脊椎終盤(vertebral end plate)便阻止了養分供給,這會加速細胞的死亡及含水量降低,乾扁的椎間盤不僅僅影響了整個脊椎的力學模式,更常常是造成下背痛的原因之一。

 臨床上,下背痛是極常見的問題,甚至有研究指出60%至90%的人,一生中都曾被此困擾,而椎間盤與其餘構造如骨頭、韌帶和關節的退化,占了絕大多數。手術治療是最終一步,生活型態的調整才是積極的方法。首先要戒煙,煙會使供應椎間盤的血管更收縮,另外也加速了動脈硬化。此外,煙會降低組織含氧及養分交換,這都加速椎間盤的退化。吸煙造成的慢性咳嗽,使腹內壓上升,亦加重了下背痛。其次要控制體重,過重的身驅會使脊椎承受較大的壓力。最後是運動,運動除了可以維持體態外,一些伸展運動會加強身體的柔軟度,這對減輕脊椎的壓力有很大的幫助。而支撐脊椎肌肉的強化,則會使脊椎更穩定,這些都有助於控制下背痛。

 此外,注意日常生活中的身體姿勢,可以避免下背痛的產生。在所有的身體姿勢中,坐姿會對椎間盤產生最大的壓力,特別是坐在低矮又柔軟的沙發上又彎腰去撿拾地板上的東西。健康的坐姿,要選擇合適高度的椅子,兩足能平放在地板上,臀部要坐深,使背部能平貼椅背,避免在背部與椅背間留下空間。當兩下腿平直站立太久,會產生背部的不舒服;讓兩下腿輪流稍息,踩在小腳蹬上,可以減緩背部的不適。臥床時,避免睡在太軟的床墊上,在膝窩處擺置一小枕頭,也可減緩脊椎的曲度與背部肌肉的緊繃。

 

圖:腰椎退化性關節炎:老化的腰椎會出現椎間狹窄,骨刺增生,脊柱側彎,脊柱滑脫,骨質疏鬆等現象。
韌帶(ligament)、肌腱(tendon)與關節囊(joint capsule)的改變

 韌帶、肌腱和關節囊在中年以後便很容易受傷,而也常常影響了發生部位的強度、活動度與穩定度。這三種構造均由大量的纖維母細胞(fibroblast cell)組成,隨著老化,這些細胞會失去大部分負責合成蛋白質的細胞胞器,如粗內質網(rough endoplasmic reticulum)和高基氏體(Golgi apparatus)等等。如此細胞再生能力下降,所以其對傷害的耐受性也變差了。另外膠原纖維的排列構造也發生重組改變,例如膠原纖維間的交叉聯結減少,這使得荷重能力下降,而這三種構造也就容易受到傷害了。

骨折癒合(fracture healing)

 骨折癒合在任何年齡都能發生,但隨著年紀增長,癒合的速度和效率均會下降。隨著骨頭逐漸成熟,骨膜(periosteum)逐漸變薄,且其間葉細胞(mesenchymal cell)的成骨(osteogenic)能力也隨之下降,從一些動物與人體實驗中可以發現,年紀大的個體,其骨膜中的間葉軟骨增生細胞不論大小或數目都較小。此外,骨間質細胞的骨誘導(osteoinduction)能力和生長激素息息相關,隨著年齡增加,生長激素濃度降低自然也影響了骨誘導能力。在臨床上骨折癒合能力差,使得老人接受骨釘骨板治療時有較高的失敗率。(本專欄策畫/臺大醫院骨科部江清泉主任)

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1個迴響 - 保健天地

  1. Johnny
    九月 27th, 2009 at 12:18 下午

    請教醫師:
    有關膝關節軟骨修補技術已經進入人體試驗嗎? 手術的危險性在那裡? (Down size risk?)
    Johnny

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