肌肉強度和肌肉質量與絕經后女性骨密度的相關性研究

吳小寶 陳微 周超

中國人民解放軍第九二醫院骨傷科，福建 南平 353000

肌肉和骨骼在人體生理學中起著重要的作用，例如，它們可以進行運動，增強血液流向器官，并為重要器官提供保護[1]。肌骨單位是人類生物和生命活動的基礎，許多研究已經檢驗了肌肉和骨骼之間的關系[2-5]。例如，許多研究報道肌肉量越大，骨密度(bone mineral density，BMD)越高[2-5]。通過雙能X線骨密度儀(DXA)測量的瘦肌肉組織質量(LSTM)是肌肉質量的代表[6]，也與BMD正相關[4]。另一方面，以肌肉量減少和肌肉功能障礙為特征的肌肉減少癥[7]往往涉及骨質疏松[5]。隨著年齡的增長，肌肉減少癥越來越多[7]，在社區居住的老年人中報道的流行率高達29%[8]。肌肉減少癥導致不良后果，如身體殘疾、生活質量差和死亡[7]。肌肉的機械負荷是維持BMD的重要機制[4]。作為機械負荷來源的肌肉力量和肌肉重量(肌肉質量)與BMD相關，運動負荷對BMD的有益影響已有報道，這些研究將這些與久坐行為進行比較[9]。據報道，以骨骼缺乏重力負荷為特征的航天飛行導致每個月有1%～1.5%的骨質流失迅速，由于受力和重量的機械負荷可以調節骨量，因此肌肉強度(定義為肌肉可以施加的最大力量)可能與BMD有關[10]。但是有研究認為肌肉強度與BMD無關，且與肌肉質量無關[11]。然而，相互矛盾的研究報道肌肉強度與肌肉質量與BMD相關密切相關[12]。因此，沒有研究證據，特別是來自流行病學研究的關于肌肉力量(最大力量)如何獨立于肌肉質量來影響BMD的經驗證據。本研究探索老年婦女的代表性人群中肌肉強度是否與BMD有關，與肌肉質量有關，并檢查肌肉強度和肌肉質量對BMD的個體影響。

1 材料和方法

1.1 研究設計

本研究分析了2014年3月至2017年8月在我院就診的絕經后女性。共有340名絕經后婦女納入本研究。排除標準：絕經前狀態，影響骨代謝或LSTM的歷史或現狀，包括甲狀腺功能亢進癥、類風濕性關節炎、重癥肌無力以及手術引起的更年期。沒有握力(kg)或骨密度(g/cm2)檢測不準確的參與者也被排除在外。記錄女性的一般資料包括有關月經史、當前和過去婦科狀況、骨折史以及其他可能影響骨代謝和LSTM的情況或藥物的問題。

1.2 BMD和附肢骨骼肌重量指數

BMD和身體組成參數均通過DXA掃描儀(QDR-4 500 A；Hologic，Bedford，MA，USA)來檢測。在股骨頸和腰椎L1-L4處測量BMD，同時測量全身的LSTM和BMD。LSTM分為確定區域，即手臂、腿和軀干。使用標準的制造商推薦的分析方法，從軀干LSTM分離胳膊和腿LSTM。在前身全身圖像中，手臂劃定在垂直肩線處，在盂窩處將肱骨頭等分，并且腿由兩條斜線分開，這兩條斜線組成了骨盆三角形，在骨嵴的頂部形成水平線髂骨并將兩股股骨頸分開[13]。骶尾骨骼肌量(ASM，kg)計算為手臂和腿部LSTM體積的總和。ASM的高度歸一化指數(ASMI，kg/m2)被計算為ASM除以身高的平方(m2)，并被用作肌肉質量指數。

1.3 肌肉力量的評估

使用美國Omega 數字測力計測量用于評估肌肉力量的握力。在直立姿勢下，參與者自然地將兩條腿伸展，肘部伸展并用最大的努力緊緊抓住測力計。左右手均測量兩次握力。分析中使用了雙方最佳表現的平均值，以CV表示的抓握力的重現性為3.62%。

1.4 身體尺寸測量

用日本生產的自動秤測量所有女性的身高(cm)和體重(kg)。體質量指數(body mass index，BMI)通過體重除以身高的平方(kg/m2)計算。

1.5 統計學處理

受試者通過握力分為3個等級(T1、T2和T3)。使用簡單回歸分析來檢查握力強度從最低到最高三分位數的趨勢。Pearson的相關性用于檢查握力與ASMI之間以及ASMI與年齡之間的關系。為了評估握力與獨立于ASMI的BMD之間的關聯，進行了多元回歸分析，其中握力和ASMI在相同模型中用作自變量。在調整ASMI和年齡后，使用一般線性模型計算每個BMD的調整后平均值，通過握力分級。在調整ASMI和年齡后，多元線性回歸分析也用于測試從最低三分位組到最高三分位握力組的平均值的趨勢。所有數據分析均采用SPSS 22.0進行。P<0.05表示測試的結果比較差異有統計學意義。

2 結果

表1顯示了根據握力等級分類的340名絕經后女性的特征。趨勢測試顯示，平均年齡從最低三分位數到最高三分位數的握力均顯著下降。ASMI從最低三分位數到最高三分位握把強度顯著增加。

表2顯示了年齡、握力和ASMI之間的關系。握力與年齡呈顯著負相關，與ASMI和BMI呈顯著正相關。全身、股骨頸和腰椎的BMD也顯示出從最低三分位到最高三分位握力的顯著增加。

表3顯示了握力對全身BMD和ASMI對BMD的個體影響。全身、股骨頸和腰椎(模型1)以及ASMI和MDs(模型2)之間的握力和BMD之間存在顯著的正相關。當在相同的多重線性回歸模型中考慮握力和ASMI時，握力與股骨頸和腰椎的BMD呈顯著正相關關系(模型3～5)。另一方面，在模型4和5中，握力與全身BMD之間沒有觀察到顯著的關系。圖1顯示了調整ASMI和年齡的每個三分位握力組中BMD的平均值。股骨頸BMD顯示了握力強度從最低到最高三分位數的顯著增加趨勢。腰椎BMD也呈現出從握力最低到最高三分位數的顯著增加趨勢。

表1 受試者特征按握力分類Table 1 Subject characteristics according to grip strength classification

表2 握力、ASMI、BMI和年齡之間的關系Table 2 Relationships between grip strength, ASMI, BMI, and age

表3 握力對BMD和ASMI對BMD的個體影響Table 3 Individual impact of grip strength and ASMI on BMD

圖1 不同分級(T1、T2 和T3)的握力強度調整后的附肢骨肌重量指數和骨密度的平均值和標準誤Fig.1 Estimated means and standard errors of appendicular muscle mass index and bone mineral density (BMD) adjusted for grip strength of different grades (T1, T2 and T3)注：與T1比較，*P<0.05；與T2比較，#P<0.05。

3 討論

在針對中國絕經后婦女的研究中發現，握力與股骨頸和腰椎骨密度密切相關，并且這些關聯獨立于肌肉質量和BMD之間的關系。不管肌肉質量如何，具有強握力的老年婦女都有更高的BMD。這一發現表明肌肉強度不依賴于肌肉大小而影響BMD，并且肌肉的最大力量是老年婦女骨調節的調節劑。另一方面，本研究調整肌肉質量和年齡后，握力與全身骨密度無顯著相關性。Alireza等[14]報道平均全身BMD與局部測量(如腰椎和髖部BMD)之間存在顯著差異。因此，全身BMD和局部BMD可能與握力有密切關聯。

文獻中關于肌肉力量與BMD之間的關聯存在矛盾的不同報道。一項關于老年白人女性的研究報道了股四頭肌強度與股骨頸骨密度無關，而與瘦體重有關[11]。此外，來自3個不同人群的研究還包括非洲裔美國人、高加索人和中國女性，發現握力與BMD之間存在獨立關聯[15]。這些報告表明，肌肉力量是肌肉的最大力量，不依賴于肌肉大小而影響骨骼健康。相比之下，美國兩個社區的一項研究得出結論，肌肉質量與髖部BMD相關性強于股四頭肌強度[16]。此外，韓國的一項研究報道了肌肉強度與BMD之間的關系，這與肌肉質量有關[12]。后兩項研究沒有發現肌肉強度對骨骼的顯著獨立影響[12,16]，這表明肌肉強度與BMD之間的關聯是由肌肉質量介導的。

本研究顯示握力與BMD之間的關聯與肌肉質量無關。肌肉的機械負荷是維持骨密度的重要機制。肌肉對骨骼的機械貢獻包括由肌肉(肌肉質量)以及肌肉重量(肌肉質量)產生的力。鑒于肌肉質量不一定等于肌肉質量，肌肉強度對骨骼必須有獨立的影響。骨骼肌肉和骨骼是肌肉骨骼系統的兩大組織。先前報道了肌肉與骨之間的相互作用[17]。相互作用的一個解釋是骨骼和骨骼肌的機械耦合[17]。例如，肌肉萎縮引起的機械負荷下降(例如肌肉減少癥)會誘發骨質流失[18]。有兩個部件涉及骨骼的機械負載，一種形式的骨骼機械負荷是肌肉力量，肌肉重量也可能通過機械負荷調節骨量[19]。另一方面，肌肉力量被認為部分取決于肌肉的重量。據報道，其獨立于肌肉重量。鑒于肌肉力量被定義為最大力量，目前的結果表明肌肉力量對骨骼的機械貢獻部分與肌肉重量無關。因此，肌肉的最大力量可以調節骨骼調節以及肌肉力量。與前述相反，一些研究未發現肌肉強度(最大力量)對骨骼的顯著獨立影響[12,16]。這可能是由于研究設計的差異，如研究人群的差異以及肌肉力量的測量方式。例如，一些研究測量了腿/四頭肌的力量來評估肌肉力量[12,16]。然而，據報道，測量腿部/股四頭肌的強度不如握力[18]。

目前的研究比以前的研究有許多優勢。首先，在本研究中評估了握力，其提供了高度可重復的肌肉力量測量[18]。其次，本研究的樣本量足以檢查肌肉強度是否與BMD無關，而與肌肉質量無關。最后，筆者使用具有高重復性的DXA來測量BMD和身體肌肉組成。本研究也有一些值得注意的局限性。首先，本研究局限于一家醫院，是否適合其他地區不得而知。此外，研究人員數量有限。這些限制可能會引入選擇偏倚并影響目前的結果。

總的來說，在絕經后婦女中，握力與幾個骨骼部位的BMD密切相關；而ASMI和BMD之間未發現相關性。無論肌肉質量如何，具有強壯肌肉力量的老年婦女都傾向于具有健康的骨骼狀態。目前的結果表明肌肉的最大力量與BMD呈現正相關性。