Skeletspieren en veroudering

Sketletspieren en veroudering

Om het verlies van skeletspierprestatie bij veroudering beter te begrijpen, hebben Michael Tieland, Inez Trouwborst en Brian Clark in 2018 een overzicht gepubliceerd van de onderliggende mechanismen die geassocieerd zijn met skeletspierprestatie bij ouderen. Op deze pagina geven we de belangrijkste punten uit dit overzicht weer.

Het spierstelsel

Het lichaam bestaat uit meer dan 500 skeletspieren die worden aangestuurd door het zenuwstelsel en die het skelet met elkaar verbinden en ondersteunen. Skeletspieren bestaan uit spiervezels die elk sarcomeren bevatten, de kleinste zich herhalende functionele eenheden in de spier. Via een reeks complexe gebeurtenissen zijn de sarcomeren verantwoordelijk voor het samentrekken en ontspannen van de spieren. Hierdoor kan het lichaam een grote verscheidenheid aan bewegingen uitvoeren; van snelle en krachtige bewegingen tot kleine en fijne bewegingen. Aangezien skeletspieren verantwoordelijk zijn voor alle vrijwillige bewegingen, zijn skeletspieren van essentieel belang voor optimale fysieke prestaties. Fysiologische veranderingen, zoals een verlies van motorische eenheden, veranderingen in het vezeltype, spiervezelatrofie en verminderde neuromusculaire activering, kunnen de snelheid, kracht en sterkte van bewegingen beïnvloeden, wat leidt tot verminderde fysieke prestaties, mogelijk leidend tot functionele invaliditeit en afhankelijkheid.

Spieren en de gezondheidstoestand

De skeletspieren zijn niet alleen belangrijk voor de fysieke prestaties, ze dragen ook in belangrijke mate bij tot het behoud van een optimale gezondheid gedurende het hele leven. De skeletspieren zijn betrokken bij verschillende stofwisselingsprocessen. Spieren zijn de belangrijkste plaats voor de door insuline gestimuleerde glucose-opname uit het bloed, en zijn dus cruciaal belang voor het behoud van de glucosehomeostase. Ook het vetzuurmetabolisme en de glycogeensynthese vinden plaats in de spieren. Verstoringen van de stofwisseling in de spieren kunnen leiden tot insulineresistentie, het metabool syndroom en obesitas.

Spieren in contact met andere organen via de uitscheiding van myokinen, die autocriene, paracriene of endocriene effecten kunnen uitoefenen. Myokinen ondersteunen de metabole functie van verschillende weefsels, zoals de botten, alvleesklier, lever en vetweefsel. De metabole functie van skeletspieren en de rol van myokinen illustreren beide het belang van de spieren voor het behoud van een optimale gezondheid gedurende het hele leven.

Veranderingen in spiergrootte en vezeltypes door veroudering

Bij veroudering treedt atrofie van de skeletspieren op. Onderzoek uit 2012 laat zien dat de mediane afname van de spiermassa gedurende het hele leven 0,4% per jaar bedraagt bij vrouwen en 0,5% per jaar bij mannen. (1)

Volgens longitudinaal onderzoek bij mensen van 75 jaar of ouder verliezen vrouwen 0,6 tot 0,7% per jaar en  mannen 0,8 tot 1% per jaar. Tijdens perioden van lichamelijke inactiviteit wordt de atrofie van de skeletspieren aanzienlijk versneld. Bij immobilisatie- en bedruststudies is een spiermassaverlies van 1 kg in 10 dagen te zien. (2-10) Dit aanzienlijke verlies van skeletspiermassa gaat gepaard met afname van kracht die varieert tussen 0,3% en 4,2% per dag. (8,10)

De grootte van de type II-vezels neemt door veroudering af met 10-40% en de grootte van type I blijft nagenoeg gelijk. Type I vezels zijn de langzame spiervezels en zijn verantwoordelijk zijn voor uithoudingsactiviteiten. De type II-vezels zijn de snelle spiervezels en zijn verantwoordelijk voor activiteiten met een hogere intensiteit of die veel vermoeidheid veroorzaken. De afname van type II-vezels veroorzaakt de afname van spierkracht bij ouderen wat tot uiting komt in bijvoorbeeld een verminderd vermogen om op te staan uit een stoel of een zware last op te tillen.

Afname van het aantal spiervezels

Naast een afname van de grootte van de spiervezels rapporteren verschillende studies een afname van het aantal spiervezels met het ouder worden. (10-13). Lexus et al (13) rapporteerden een 18% kleinere omvang van de vastus lateralis spier (brede zijspier in het bovenbeen), met een 25% lager totaal aantal spiervezels, wat suggereert dat spieratrofie met het ouder worden grotendeels kan worden toegeschreven aan het verlies van spiervezels. Nilwik et al. (14) toonden echter duidelijk aan dat het aantal spiervezels in de vastus lateralis-spier niet verschilde tussen jonge en oude proefpersonen, maar dat de omvang van type II spiervezels wel kleiner was bij ouderen. Dit illustreert dat volledige consensus over dit onderwerp ontbreekt.

De rol van satelietcellen

Afname van de grootte van de type II-spiervezels gaat volgens sommige studies gepaard met een leeftijdsgebonden afname van het gehalte en de functie van de satellietcellen van deze spiervezels. Ssatellietcellen zijn de stamcellen van het menselijk spierweefsel en zijn essentieel voor de groei en  het herstel van de skeletspiervezels. Vermindering van het gehalte en de functie van de satellietcellen van de type II-spiervezels zou daarom mogelijk een bepalende factor kunnen zijn die verantwoordelijk is voor de specifieke atrofie van de type II-spiervezels bij veroudering.

 

Anabole resistentie

De belangrijkste oorzaak van het verlies van skeletspieren is de verstoring in de balans tussen de eiwitopbouw en -afbraak in de skeletspieren, gekenmerkt door een lagere eiwitaanmaak en hogere eiwitafbraak bij ouderen.

Spierkwaliteit

Naast spieratrofie zien we bij ouderen ook een afname van de kracht per oppervlakte-eenheid van de skeletspier. Een van de oorzaken hiervan zijn veranderingen in de contractiele functie van skeletspieren en de koppeling tussen inspanning en contractie. Een andere oorzaak is een toename van vetinfiltratie in de skeletspieren. Dit ectopische vet kan inflammatie veroorzaken. De cytokinen die daarbij worden geproduceerd reageren met hormonen zoals insuline, testosteron en groeihormoon wat negatief is voor de spieraanmaak en kunnen leiden tot weerstand tegen anabole stimuli zoals lichamelijke activiteit en eiwitrijke voeding.

Veranderingen in spieruithoudingsvermogen

Aërobe capaciteit is de cardiovasculaire aanpassing om zuurstof te transporteren en de aanpassingen in de spier om zuurstof te gebruiken om aan de energiebehoeften van lichamelijke activiteit te voldoen. Er zijn aanwijzingen dat de aërobe capaciteit, gemeten aan de hand van het maximale zuurstofverbruik op de loopband (piek VO2), dat wil zeggen het maximale vermogen om zuurstof te gebruiken om aan de energiebehoeften van lichamelijke activiteit te voldoen, al na het twintigste levensjaar versneld kan afnemen. De afname bij mannen en vrouwen ouder dan 70 jaar is tot 10 tot 20% per 10 jaar.

 

De rol van het zenuwstelsel

De activiteit van meer dan 600 skeletspieren wordt aangestuurd door het zenuwstelsel;  een complex netwerk van wel 10 miljard neuronen en 60 biljoen synapsen die met elkaar communiceren. Leeftijdsgerelateerde veranderingen in de vorm en functie van het zenuwstelsel dragen bij een verminderde motorische coördinatie, spierkracht en kracht, wat resulteert in zwakte, lage activiteit, en tragere loopsnelheid en informatieverwerking.

 

Rol van het skelet en de pezen

Het skelet van een volwassen mens bestaat uit 206 botten en een netwerk van pezen, ligamenten en kraakbeen dat deze met elkaar verbindt. Het skelet biedt vorm, steun en stabiliteit aan het lichaam, en in combinatie met het spierstelsel maakt het beweging mogelijk. Leeftijdsgerelateerde veranderingen in de structurele integriteit van het skelet heeft effect op de spiermassa en -prestatie. Uit gegevens van The Study of Osteoporotic Fractures blijkt bijvoorbeeld dat vrouwen die een versneld verlies van botmineraaldichtheid vertoonden, meer kans hadden op een handicap, terwijl oudere vrouwen die hun botmineraaldichtheid gedurende een periode van 15 jaar behielden, minder kans hadden op een handicap. Verder is aangetoond dat hyperkyfose het risico op een letsel veroorzakende val bij ouderen verhoogt, en dat personen die een wervelfractuur hebben doorgemaakt, een lagere fysieke functie en spierkracht hebben.

Bij het ouder worden horen ook bindweefselveranderingen, vermindering van de stijfheid en de verhouding tussen spanning, of kracht eenheid, en rek van pezen. Deze veranderingen in de peeseigenschappen bij veroudering resulteren in minder snelheid bij krachtontwikkeling en minder vermogen om een schok op te vangen.

Rol van hormonen

Veroudering leidt tot een aanzienlijke afname van verschillende anabole hormonen (testosteron, groeihormoon, oestrogeen, IGF-1). IGF-1 speelt een actieve rol in processen van eiwitsynthese via activering van de eiwitsynthese regulerende Akt-mTOR-route en in het reguleren van de groeihormoonafgifte via een negatief terugkoppelingsmechanisme. Zowel testosteron als groeihormoon zijn krachtige anabole stoffen die de spiereiwitsynthese en dus toename van spiermassa bevorderen. Ook oestrogeen kan een belangrijke rol spelen bij het stimuleren van spierherstel en regeneratieve processen, waaronder de activering en proliferatie van satellietcellen.

Rol van inflammatie

Verhoogde niveaus van interleukine-6 en  TNF-α geven meer kans op fors verlies van spierkracht Dierstudies hebben aangetoond dat TNF-α bij ratten eiwitafbraak in de skeletspieren induceerde, wat leidde tot een aanzienlijk verlies van spiermassa, wat waarschijnlijk optreedt via de activering van de ubiquitin-proteasoomroute en apoptose, en misschien via een verminderde basale spiereiwitsynthese. Bij ouderen kunnen de relatief hoge niveaus van ontstekingsbevorderende cytokinen (bijvoorbeeld bij reuma of COPD) gedurende vele jaren de differentiatie van satellietcellen, en daarmee de instandhouding van de spier, remmen, wat resulteert in een langzaam maar progressief verlies van spiermassa en -kwaliteit en daaropvolgende sarcopenie.

 

Rol van insulineresistentie

Veroudering gaat gepaard met een verminderde gevoeligheid voor insuline, wat versterkt wordt door een toegenomen vetmassa, met de leeftijd. Longitudinale observationele studies hebben aangetoond dat insulineresistente personen in de loop der tijd een versneld verlies van spiermassa vertonen, in vergelijking met niet-insulineresistente personen, waardoor hun risico op de ontwikkeling van sarcopenie toeneemt. Het verlies van spiermassa zou mogelijk verklaard kunnen worden door de vergelijkbare structuur en functie van insuline en IGF-1. Daardoor is insuline mogelijk betrokken is bij de activering van de anabole mTOR-route en remt het de katabole ubiquitine-proteasoomroute, die beide bijdragen aan het behoud van een positieve spiereiwitbalans. Resistentie tegen insulinezorgt voor onderdrukking van deze routes, wat resulteert in een lagere netto eiwitbalans.

 

Rol van voedingstoestand

Het verouderingsproces gaat gepaard met een afname van de eetlust en de voedselinname, ook wel ouderdomsanorexia genoemd. Ongeveer 21% van de oudere volwassenen heeft ouderdomsanorexia, en het komt nog vaker voor bij kwetsbare en geïnstitutionaliseerde oudere personen. Een verminderde eetlust, en het daaropvolgende gewichtsverlies zijn in verband gebracht met nadelige gezondheidsuitkomsten, zoals vallen, immobiliteit en sarcopenie. De epidemiologische gegevens van de ilSIRENTE studie (15) lieten een 88% hoger risico op sarcopenie zien bij ouderen die leden aan een verminderde eetlust, in vergelijking met ouderen die geen verminderde eetlust hadden. Een verminderde eetlust is nauw verbonden met ondervoeding, wat veel voorkomt bij oudere patiënten die in het ziekenhuis zijn opgenomen. Op geriatrische afdelingen is de prevalentie van ondervoeding rond de 30%. Ondervoeding is sterk gerelateerd aan een daling van de eiwitinname via de voeding en de inname van micronutriënten. Een adequate eiwitinname via de voeding is een belangrijke factor voor het behoud van de skeletspiermassa bij ouderen. De hoeveelheid ingenomen eiwit, de verdeling ervan en de bron van het ingenomen eiwit zijn allemaal van belang om de postprandiale spiereiwitsynthetische respons en de opbouw van spiermassa bij ouderen maximaal te stimuleren.

Ouderen eten gemiddeld tussen 0,8 en 1,1 g/kg lichaamsgewicht/dag eiwit, waarbij de laagste inname werd waargenomen bij geïnstitutionaliseerde en gehospitaliseerde ouderen. 35% van de oudere personen in het ziekenhuis en de ouderenzorginstellingen aten minder dan 0,7 g/kg lichaamsgewicht eiwit per dag. Oudere personen hebben 1,2 tot 1,5 g/kg lichaamsgewicht eiwit per dag nodig kan zijn om sarcopenie af te remmen of tegen te gaan. (16, 17)  Gegevens van het Health ABC-onderzoek toonden inderdaad aan dat ouderen die een dagelijkse eiwitinname van 0,8 g/kg lichaamsgewicht consumeerden, 40% meer spiermassa verloren dan ouderen die 1,2 g/kg lichaamsgewicht/dag eiwit consumeerden. (18) Dit suggereert dat niet alleen zieke en kwetsbare oudere personen hun eiwitinname via de voeding zouden moeten verhogen om het verlies van spiermassa en dus van skeletspierprestaties te voorkomen

Rol van beweging

Weerstandstraining is de meest effectieve interventie om spierhypertrofie op gang te brengen en verbeteringen in spierkracht en fysieke prestaties te bewerkstelligen. Een meta-analyse van 49 gerandomiseerde interventiestudies toonde aan dat ouderen na gemiddeld 20,5 weken weerstandstraining 1,1 kg (CI: 0,9-1,2) vetvrije lichaamsmassa hadden gewonnen. (19) Bovendien is gesuggereerd dat getrainde spieren gevoeliger worden voor voedingsstoffen, waardoor meer van de beschikbare aminozuren kunnen worden benut in spiereiwitten. Bij sedentaire ouderen is de gevoeligheid van skeletspierweefsel voor anabole stimuli zoals lichamelijke activiteit of eiwitinname verminderd.

Hoewel weerstandsoefeningen effectief zijn voor het behoud, en in veel gevallen de verbetering, van spiermassa en spierkracht, zijn aërobe oefeningen ook belangrijk voor het behoud van optimale skeletspierprestaties. De aërobe capaciteit neemt geleidelijk af met de leeftijd, wat leidt tot een afname van het vermogen om fysieke activiteiten uit te voeren, zoals wandelen of fietsen.

Literatuur

  1. Mitchell WK, Williams J, Atherton P et al. Sarcopenia, dynapenia, and the impact of advancing age on human skeletal muscle size and strength; a quantitative review. Front Physiol 2012;3:260.
  2. Ferrando AA, Paddon-Jones D, Hays NP et al. EAA supplementation to increase nitrogen intake improves muscle function during bed rest in the elderly. Clin Nutr 2010;29:18–23.
  3. Kortebein P, Ferrando A, Lombeida J et al. Effect of 10 days of bed rest on skeletal muscle in healthy older adults. JAMA 2007;297:1772–1774.
  4. English KL, Paddon-Jones D. Protecting muscle mass and function in older adults during bed rest. Curr Opin Clin Nutr Metab Care 2010;13:34–39.
  5. Paddon-Jones D. Interplay of stress and physical inactivity on muscle loss: nutritional countermeasures. J Nutr 2006;136:2123–2126.
  6. Dirks ML, Wall BT, Nilwik R, Weerts DH, Verdijk LB, van Loon LJ. Skeletal muscle disuse atrophy is not attenuated by dietary protein supplementation in healthy older men. J Nutr 2014;144:1196–1203.
  7. Wall BT, Dirks ML, Snijders T et al. Substantial skeletal muscle loss occurs during only 5 days of disuse. Acta Physiol (Oxf) 2014;210:600–611.
  8. Wall BT, van Loon LJ. Nutritional strategies to attenuate muscle disuse atrophy. Nutr Rev 2013;71:195–208.
  9. Verdijk LB, Snijders T, Drost M et al. Satellite cells in human skeletal muscle; from birth to old age. Age (Dordr) 2014;36:545–547.
  10. Wall BT, Dirks ML, van Loon LJ. Skeletal muscle atrophy during short-term disuse: implications for age-related sarcopenia. Ageing Res Rev 2013;12:898–906.
  11. Sjostrom M, Lexell J, Downham DY. Differences in fiber number and fiber type proportion within fascicles. A quantitative morphological study of whole vastus lateralis muscle from childhood to old age. Anat Rec 1992;234:183–189.
  12. Lexell J, Taylor CC, Sjostrom M. What is the cause of the ageing atrophy? Total number, size and proportion of different fiber types studied in whole vastus lateralis muscle from 15- to 83-year-old men. J Neurol Sci 1988;84:275–294.
  13. Lexell J, Henriksson-Larsen K, Winblad B, Sjostrom M. Distribution of different fiber types in human skeletal muscles: effects of aging studied in whole muscle cross sections. Muscle Nerve 1983;6:588–595.
  14. Nilwik R, Snijders T, Leenders M et al.The decline in skeletal muscle mass with aging is mainly attributed to a reduction in type II muscle fiber size. Exp Gerontol 2013;48:492–498.
  15. Landi F, Liperoti R, Russo A et al. Association of anorexia with sarcopenia in a communitydwelling elderly population: results from the ilSIRENTE study. Eur J Nutr 2013;52:1261–1268.
  16. Morley JE, Argiles JM, Evans WJ et al. Nutritional recommendations for the management of sarcopenia. J Am Med Dir Assoc 2010;11:391–396.
  17. Deutz NE, Bauer JM, Barazzoni R et al. Protein intake and exercise for optimal muscle function with aging: recommendations from the ESPEN Expert Group. Clin Nutr 2014;33:929–936.
  18. Houston DK, Nicklas BJ, Ding J et al. Dietary protein intake is associated with lean mass change in older, communitydwelling adults: the Health, Aging, and Body Composition (Health ABC) Study. Am J Clin Nutr 2008;87: 150–155.
  19. Peterson MD, Sen A, Gordon PM. Influence of resistance exercise on lean body mass in aging adults: a meta-analysis. Med Sci Sports Exerc 2011;43:249–258.