骨骼肌衰老對(duì)腰痛發(fā)病的影響

金 京 陳藝敏 林建平 郭明玲 茍艷蕓 陳少清 王 宏▲

1.福建中醫(yī)藥大學(xué)康復(fù)醫(yī)學(xué)院，福建福州 350122；2.福建中醫(yī)藥大學(xué)附屬康復(fù)醫(yī)院體檢中心治未病科，福建福州 350001；3.福建醫(yī)科大學(xué)健康學(xué)院，福建福州 350122

腰痛（low back pain，LBP）是指肋緣以下至臀橫紋上方疼痛、 肌肉緊張或僵硬為主要表現(xiàn)的疾病，可伴有下肢坐骨神經(jīng)痛[1]。 幾乎所有人一生中至少會(huì)經(jīng)歷一次腰痛，1990—2015年， 腰痛的發(fā)病率上升了54%[2]，平均患病率為38.9%，終生患病率超過(guò)50%[3]。腰痛分為特異性腰痛和非特異性腰痛。特異性腰痛是由特定的病理生理機(jī)制引起的癥狀，如髓核疝、感染、骨質(zhì)疏松癥、類(lèi)風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎等。 非特異性腰痛是病因不明的下腰痛，占腰痛發(fā)病的90%[4]。腰痛的發(fā)病率在疼痛類(lèi)疾病中居高不下，易反復(fù)，已然成為一個(gè)全球性的衛(wèi)生問(wèn)題。既往對(duì)腰痛發(fā)病機(jī)制的探討多著重于骨關(guān)節(jié)系統(tǒng)與神經(jīng)系統(tǒng)。隨著近年來(lái)骨骼肌衰老概念的提出， 及脊柱生物力學(xué)與解剖學(xué)的高速發(fā)展，學(xué)者們開(kāi)始著手探究骨骼肌衰老的病理發(fā)生機(jī)制及其與脊柱病理改變之間的作用機(jī)制。人體日常行為活動(dòng)與運(yùn)動(dòng)鍛煉離不開(kāi)腰椎的穩(wěn)定支撐與腰部骨骼肌的協(xié)同做功， 而腰部骨骼肌作為溝通上下運(yùn)動(dòng)的橋梁，是維持腰椎穩(wěn)定性的核心樞紐。機(jī)體衰老對(duì)骨骼肌產(chǎn)生的一系列病理性改變是誘發(fā)腰痛的關(guān)鍵因素。本文通過(guò)對(duì)近年來(lái)相應(yīng)文獻(xiàn)的閱讀研究，對(duì)骨骼肌衰老引起腰痛的機(jī)制做了總結(jié)歸納，以期為今后的研究提供參考。

1 腰肌退變是引起腰痛發(fā)生與反復(fù)的核心因素

1.1 腰椎穩(wěn)定性與腰痛

腰椎的活動(dòng)范圍可分為中立區(qū)和彈性區(qū)，中立區(qū)是腰椎的正常活動(dòng)范圍。腰椎穩(wěn)定性是在正常生理負(fù)荷下維持其中立區(qū)的正常活動(dòng)， 而不引起神經(jīng)損傷、畸形、功能障礙或疼痛的能力。 腰椎穩(wěn)定性取決于被動(dòng)系統(tǒng)（椎骨、椎間盤(pán)、韌帶和關(guān)節(jié)）、主動(dòng)系統(tǒng)（腰部骨骼肌）以及溝通上述兩者的神經(jīng)系統(tǒng)這三個(gè)子系統(tǒng)復(fù)雜的協(xié)同作用。神經(jīng)子系統(tǒng)從被動(dòng)和主動(dòng)子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)接收信息，并通過(guò)控制主動(dòng)子系統(tǒng)即肌肉的功能來(lái)穩(wěn)定腰椎，隨著被動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)力負(fù)荷，主動(dòng)系統(tǒng)開(kāi)始發(fā)揮作用并防止腰椎異常變形。這三個(gè)穩(wěn)定因素中有一種或多種失常均會(huì)導(dǎo)致脊柱偏離正常活動(dòng)范圍，當(dāng)發(fā)生在腰段時(shí)，就會(huì)引起腰部組織損傷與腰痛[5]。研究表明，對(duì)發(fā)生復(fù)發(fā)性下腰痛的患者進(jìn)行腰椎穩(wěn)定性訓(xùn)練，不僅可以緩解其背痛，還可以提高肌肉耐力，從而預(yù)防腰痛的發(fā)生[6]。

1.2 腰部骨骼肌與腰椎穩(wěn)定性

腰部骨骼肌作為維持腰椎穩(wěn)定性的主動(dòng)子，是保持腰椎運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)最核心因素，在腰椎穩(wěn)定性的維持中起主要作用[7]。 其中，豎脊肌、多裂肌等肌肉發(fā)揮的功能對(duì)腰椎穩(wěn)定性的維持至關(guān)重要。豎脊肌是支撐運(yùn)動(dòng)完成和姿勢(shì)保持最主要的主動(dòng)肌，多裂肌是維系核心穩(wěn)定最主要的穩(wěn)定肌[8]。豎脊肌在脊柱外圍，其總束起自骶骨背面、腰椎棘突、髂嵴后部及腰背筋膜，肌束向上，由內(nèi)向外逐漸分為三個(gè)縱行肌柱，依次為棘肌、最長(zhǎng)肌和髂肋肌。 豎脊肌主要作用于脊柱，維系脊柱的外穩(wěn)定、運(yùn)動(dòng)發(fā)起與控制。 多裂肌位于人體脊柱最內(nèi)側(cè)，是椎旁面積最大的附著肌，其中多裂肌在腰部最發(fā)達(dá)，與腰椎緊密連結(jié)，其在脊柱突然失去平衡時(shí)預(yù)先收縮，使腰椎節(jié)段緊張度增高，維持脊柱矢狀面和額狀面上的正常力線， 減少腰椎節(jié)段間的位移，避免損傷，在增加腰椎的動(dòng)、靜態(tài)穩(wěn)定性方面起了重要作用[9]。 研究證明，腰椎穩(wěn)定練習(xí)可以抵消豎脊肌中屈曲與松弛現(xiàn)象的不對(duì)稱(chēng)性， 可以預(yù)防腰痛的發(fā)生[10]。 對(duì)腰椎不穩(wěn)患者進(jìn)行腰部肌肉的功能性鍛煉，激活了腰部肌肉，改善了疼痛，減少了腰椎節(jié)段性平移[11]。

1.3 骨骼肌退變是引起腰痛反復(fù)發(fā)作的核心

腰部骨骼肌退變與腰痛的發(fā)作與反復(fù)密切相關(guān)。多裂肌與豎脊肌是腰部最主要的骨骼肌。多裂肌與豎脊肌的解剖位置，決定其功能。 豎脊肌總束起自骶骨背面、腰椎棘突、髂嵴后部及腰背筋膜，肌束向上，由內(nèi)向外逐漸分為并列的三個(gè)縱行肌柱， 外側(cè)為髂肋肌、中部為最長(zhǎng)肌、內(nèi)側(cè)為棘肌，起著脊柱姿勢(shì)維持的作用。 多裂肌位于人體脊柱最內(nèi)側(cè)，是椎旁面積最大的附著肌，其中多裂肌在腰部最為發(fā)達(dá)，對(duì)保持腰椎的動(dòng)、靜態(tài)穩(wěn)定性尤為重要。研究表明，在單側(cè)疼痛的下腰痛患者中，發(fā)現(xiàn)多裂肌呈現(xiàn)局部性萎縮，表現(xiàn)為疼痛側(cè)的多裂肌橫截面積萎縮， 雙側(cè)呈現(xiàn)不對(duì)稱(chēng)性，且在L5 椎體處不對(duì)稱(chēng)性最大[12]。 有研究者發(fā)現(xiàn)腹橫肌和多裂肌在下腰痛患者中出現(xiàn)收縮延遲的現(xiàn)象。當(dāng)多裂肌的收縮延遲時(shí)，較大的整體淺表肌肉（如豎脊肌）收縮以補(bǔ)償增加腰椎僵硬的延遲。 大塊全身肌肉的激活會(huì)在各個(gè)節(jié)段產(chǎn)生異常力量， 使脊柱力線改變，久而久之引發(fā)腰背痛[13]。 此外，將腰椎維持在中立區(qū)對(duì)防止機(jī)體受傷非常重要，椎骨、椎間盤(pán)、韌帶和關(guān)節(jié)對(duì)此貢獻(xiàn)很小，主要是腰部肌肉發(fā)揮著作用。 有證據(jù)表明， 下腰痛患者腰部骨骼肌力量與耐力都會(huì)下降。 且即使腰部骨骼肌沒(méi)有結(jié)構(gòu)缺陷，肌力減少也會(huì)導(dǎo)致節(jié)段性不穩(wěn)定，從而引起腰背痛[6]。腰部骨骼肌退化，無(wú)法發(fā)揮生理功能，使腰椎穩(wěn)定性下降，從而導(dǎo)致下腰痛的發(fā)生。

2 衰老對(duì)骨骼肌的影響

2.1 骨骼肌系統(tǒng)的衰老

衰老是針對(duì)所有器官與系統(tǒng)一個(gè)無(wú)法避免、持續(xù)進(jìn)行的過(guò)程[14]。 骨骼肌是人體組織結(jié)構(gòu)中最先衰老的組織之一。肌少癥，又稱(chēng)衰老性肌萎縮、骨骼肌衰老性萎縮等，指衰老個(gè)體出現(xiàn)骨骼肌代謝下降，其原因可能與端粒磨損、表觀遺傳變化、線粒體功能障礙、久坐行為、與年齡相關(guān)的低度全身炎癥、荷爾蒙失衡以及低蛋白飲食等易感因素有關(guān)[15]。 骨骼肌系統(tǒng)的衰老會(huì)出現(xiàn)肌肉減少癥（肌肉量低）、肌力減少癥（肌肉力量下降）以及伴隨的殘障風(fēng)險(xiǎn)的增加。 歐洲老年人肌少癥研究工作組（European Working Group on Sarcopenia in Older People，EWGSOP）建議將肌肉質(zhì)量減少與肌力減少作為評(píng)價(jià)骨骼肌衰老的一項(xiàng)指標(biāo)[16]。 有研究表明機(jī)體衰老過(guò)程中，肌肉質(zhì)量和肌力之間不是成比例下降的，肌力減少比肌肉大小減少進(jìn)展得更快[17]。 同時(shí)發(fā)現(xiàn)80 歲以上受試人群的骨骼肌橫截面積與年輕對(duì)照組相比減少了四分之一，甚至一半以上[17]。 自30歲起，肌肉質(zhì)量在30年內(nèi)下降約40%，隨后在接下來(lái)的幾十年中下降速度上升，即60 歲后每十年下降40%[18]。

2.2 炎癥性衰老對(duì)骨骼肌的影響

全身性低度炎癥，也稱(chēng)為“炎性衰老”，已在很大程度上被認(rèn)為是衰老過(guò)程的一個(gè)特征。衰老會(huì)導(dǎo)致諸如白細(xì)胞介素-6 （interleukin-6，IL-6）、 腫瘤壞死因子-α（tumour necrosis factor-α，TNF-α）和C 反應(yīng)蛋白（C-reactive protein，CRP）等炎癥生物標(biāo)志物的低度持續(xù)增加[19-21]。持續(xù)、穩(wěn)定、低度的炎癥刺激存在時(shí)，炎癥就會(huì)成為一種慢性持續(xù)損害而影響周?chē)M織的狀態(tài)，最終導(dǎo)致嚴(yán)重的組織損傷，造成器官的損害。促炎因子，如IL-6，參與促進(jìn)骨骼肌蛋白水解激活和胰島素抵抗，這兩者都是肌肉萎縮的重要因素。同時(shí)，血漿促炎因子水平升高可能會(huì)增加活性氧（reactive oxygen species，ROS）的形成，并通過(guò)激活泛素-叉頭框蛋白-O3A 進(jìn)一步促進(jìn)肌肉蛋白質(zhì)水解。 而骨骼肌間的炎癥代謝紊亂會(huì)也導(dǎo)致能量消耗的增加與蛋白質(zhì)水解的發(fā)生，使骨骼肌加速分解[22]。此外，TNF-α 與IL-6 等促炎因子具有抗肌源性， 衰老導(dǎo)致的全身低度炎癥加速了骨骼肌萎縮的發(fā)生，促使肌肉質(zhì)量和肌力下降， 且有研究證實(shí)使用IL-6 受體抗體可減緩肌肉萎縮的速度[23]。 全身性低度炎癥會(huì)加速衰老和肌肉流失，而較高水平的炎癥因子如IL-6 和CRP 會(huì)增加肌肉衰減的風(fēng)險(xiǎn)，因此炎性衰老是導(dǎo)致老年肌肉衰退的一個(gè)重要原因。

2.3 老年性肥胖對(duì)骨骼肌的影響

人在中年時(shí)期的特點(diǎn)是體重增加，而在老年時(shí)期體重則會(huì)有所減少，男性的體重減輕發(fā)生得比女性更早。老年人群常因行動(dòng)不便、體力不佳等原因久坐，脂肪細(xì)胞增生與肥大，引發(fā)促炎與抗炎脂肪因子釋放不平衡而導(dǎo)致老年性肥胖[24]。 老年性肥胖人群肌肉間脂肪的促炎反應(yīng)上升，同樣誘發(fā)肌肉炎癥。 這一連串的過(guò)程使肌細(xì)胞代謝異常，肌細(xì)胞分化和肌肉干細(xì)胞活性受到影響。 故老年性肥胖人群體內(nèi)所保持的慢性促炎狀態(tài)會(huì)阻礙肌肉再生。 瘦素作為一種重要的脂肪因子， 通過(guò)對(duì)下丘腦的厭食刺激調(diào)節(jié)機(jī)體對(duì)食物攝入量[25]。 瘦素與養(yǎng)分分配及氧化過(guò)程相關(guān)，高濃度的瘦素可促進(jìn)肌因子和能量代謝因子等基因的表達(dá)[26]，且瘦素水平的升高與壽命的延長(zhǎng)呈正相關(guān)[27]。研究顯示，患有肌少癥的老年受試者表現(xiàn)出較低的瘦素濃度[27]，從而導(dǎo)致肌力下降與肌肉代謝降低。 肌肉代謝下降會(huì)導(dǎo)致收縮蛋白和與興奮-收縮偶聯(lián)相關(guān)蛋白的蛋白量下降，伴隨著蛋白質(zhì)降解率增加[28]，導(dǎo)致骨骼肌質(zhì)量降低、功能障礙。一項(xiàng)臨床試驗(yàn)對(duì)50 歲以上的人群進(jìn)行為期四年的隨訪，結(jié)果證實(shí)在較高總脂肪量的老年人群中，體重減少的同時(shí)，肌肉質(zhì)量下降的速度較正常老年人快[29]。

2.4 在細(xì)胞層面的衰老對(duì)骨骼肌的影響

在衰老機(jī)體的肌肉細(xì)胞功能水平上，肌細(xì)胞的細(xì)胞器形成不足和功能障礙，使肌肉衛(wèi)星細(xì)胞的激活和分化受阻。研究表明衰老機(jī)體內(nèi)過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體（peroxisome proliferator-activated receptor-γ co-activator-1α，PGC-1α），即線粒體的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子的合成受阻， 促使衰老骨骼肌中蛋白質(zhì)合成減少，阻礙細(xì)胞生長(zhǎng)調(diào)節(jié)因子雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）的表達(dá)[30]。且PCG-1α 表達(dá)的缺失可能會(huì)進(jìn)一步損害神經(jīng)肌肉接頭，以及肌細(xì)胞釋放血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子 （vascular endothelial growth factor，VEGF）和衛(wèi)星細(xì)胞之間的連接[31]。 衰老肌肉中的毛細(xì)血管稀疏可能與衛(wèi)星細(xì)胞的再生能力和可塑性的減弱以及合成代謝障礙有關(guān)[32]。 研究證實(shí)，衰老對(duì)鈣蛋白酶也產(chǎn)生了影響，加速了肌肉中蛋白降解[30]。此外， 在衰老個(gè)體的骨骼肌中抗氧化物質(zhì)活性下降，有害活性氧分子的過(guò)度產(chǎn)生，導(dǎo)致線粒體基因組突變和線粒體中的DNA 復(fù)制減少[33]，損害了線粒體的自噬系統(tǒng)[34]。 而線粒體的數(shù)量降低與功能障礙，會(huì)導(dǎo)致肌肉張力與肌力的下降。這些途徑中的任何一環(huán)受損都可能引起氧化磷酸化不足和維持能量代謝的三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）合成受阻。 若內(nèi)平衡沒(méi)有重新建立， 肌核細(xì)胞凋亡反應(yīng)會(huì)被激活，隨之而來(lái)的便是骨骼肌萎縮的發(fā)生[35]。

3 骨骼肌衰老是引起腰痛的重要因素

腰痛的發(fā)生與豎脊肌、橫突棘肌等腰伸肌以及多裂肌萎縮有關(guān)。骨骼肌衰老會(huì)引起運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元進(jìn)行性缺失、Ⅱ型肌纖維缺失、肌纖維萎縮、肌肉彈性與結(jié)構(gòu)的改變， 進(jìn)而引發(fā)衰老性肌少癥——肌肉量減少、肌力降低[28]；炎性衰老使機(jī)體持續(xù)增加的炎癥因子具有抗肌源性，加速了骨骼肌萎縮的發(fā)生；衰老的骨骼肌代謝下降，蛋白降解率增加，引起骨骼肌功能障礙；在肌細(xì)胞水平上衰老引起細(xì)胞再生能力下降、線粒體功能障礙，損害了自噬途徑，誘發(fā)一系列細(xì)胞凋亡、蛋白降解、肌力與肌張力下降的病理改變。 當(dāng)上述衰老性病理改變發(fā)生在腰部骨骼肌時(shí)，椎旁肌肉肌力下降無(wú)法發(fā)揮正常生理功能[15]，使脊柱穩(wěn)定性下降，加重了腰痛患者腰椎偏移程度[36]，從而導(dǎo)致老年人慢性下腰痛的發(fā)病率與復(fù)發(fā)率隨之上升。豎脊肌衰老性萎縮使脊柱動(dòng)作完成與姿勢(shì)維持產(chǎn)生障礙，誘發(fā)脊柱退行性病變，表現(xiàn)為腰背部沉重僵硬酸痛、老年性駝背、身高變矮等[37]。 多裂肌的深束通常跨越單個(gè)節(jié)段，定位并提供來(lái)自腰椎的本體感受反饋； 中間束控制節(jié)間運(yùn)動(dòng)；而淺層則在顱尾方向起著扭矩的作用。 多裂肌衰老性肌萎縮， 肌肉功能失常致使脊柱穩(wěn)定性受損、關(guān)節(jié)超負(fù)荷，伴隨而來(lái)便是腰部出現(xiàn)持續(xù)性疼痛[37]。 脊旁肌群的衰老影響了腰椎穩(wěn)定性及活動(dòng)范圍，導(dǎo)致機(jī)體的平衡力與姿勢(shì)控制力下降、腰肌易于疲勞，致使腰痛的發(fā)生，甚至進(jìn)一步誘發(fā)腰椎間盤(pán)退變變性。 此外，老年由于活動(dòng)不便或衰弱等原因易形成久坐的生活習(xí)慣，腰背肌得不到有效鍛煉，錯(cuò)誤的伏案坐姿也加快了脊柱退變的速度，形成了“腰痛－骨骼肌衰老與修復(fù)－腰痛”的惡性循環(huán)模式。

衰老導(dǎo)致的全身低度炎癥同樣是腰痛的重要助因，隨著衰老的發(fā)生，IL-6、TNF-α 等具有抗肌源性炎癥因子上升，這類(lèi)因子會(huì)通過(guò)多種分子生物途徑加速脊旁肌萎縮的發(fā)生， 如TNF-α 通過(guò)其經(jīng)典途徑激活I(lǐng)κB 激酶（IκB kinase，IKK）從而使介導(dǎo)肌萎縮的關(guān)鍵因子核因子κB（nuclear factor kappa-B，NF-κB）激活而誘發(fā)肌萎縮發(fā)生， 骨骼肌萎縮使肌肉無(wú)法正常做功，老年性下腰痛隨之發(fā)生[38]。 衰老的骨骼肌在肌細(xì)胞水平上同樣表現(xiàn)為肌細(xì)胞再生能力下降、細(xì)胞凋亡等病理改變，都是致使衰老性肌萎縮的發(fā)生機(jī)制[32-35]。 骨骼肌衰老所引起的骨骼肌蛋白的水解與骨骼肌分解， 從而引起豎脊肌以及多裂肌功能障礙，腰椎的關(guān)節(jié)力線改變，腰椎穩(wěn)定性隨之下降，肌肉應(yīng)力異常，久而久之引發(fā)慢性腰痛。此外，老年性肥胖人群的肌間脂肪促炎反應(yīng)上升，同樣誘發(fā)了骨骼肌炎癥的發(fā)生[25]；另有研究顯示衰老人群體內(nèi)瘦素水平的下降加速了骨骼肌蛋白降解，使肌力下降，骨骼肌萎縮，最終誘發(fā)腰痛[29]。

4 展望

腰痛是骨骼肌肉系統(tǒng)最常見(jiàn)的致殘疾病，可由各種急慢性腰椎疾病引起，影響機(jī)體自身結(jié)構(gòu)，并導(dǎo)致腰部骨骼肌的肌力、肌容量和運(yùn)動(dòng)能力下降[39]。 衰老作為機(jī)體各個(gè)器官必經(jīng)的過(guò)程，對(duì)骨骼肌產(chǎn)生了不可逆轉(zhuǎn)的影響。 作為維持脊柱腰段在中立位的主動(dòng)系統(tǒng)，腰部維持腰椎穩(wěn)定性的骨骼肌，如豎脊肌或多裂肌等發(fā)生萎縮、肌力下降、功能障礙等，致使腰部骨骼肌退變或異常做功，無(wú)法維持脊柱于中立位，腰椎穩(wěn)定性降低，脊柱力線失常，腰痛由此發(fā)生且易反復(fù)。由此推測(cè)骨骼肌衰老是引起腰痛的重要因素，延緩肌肉衰老性萎縮對(duì)治療腰痛、提升脊柱功能至關(guān)重要。 但由于導(dǎo)致骨骼肌衰老及其所引起病理改變的機(jī)制較為復(fù)雜，現(xiàn)代研究尚未完全明確，應(yīng)是國(guó)內(nèi)外研究的側(cè)重點(diǎn)。且骨骼肌衰老所致的下腰痛相關(guān)研究較為匱乏，缺乏高質(zhì)量的對(duì)照研究，這可能是今后探究非特異性腰痛發(fā)病機(jī)制的重要切入點(diǎn)，故需要科研工作者與臨床醫(yī)生配合，加大基礎(chǔ)和臨床研究的力度，深入探究骨骼肌衰老與腰痛發(fā)作的病理機(jī)制，這對(duì)腰痛及相關(guān)疾病的治療、康復(fù)和并發(fā)癥預(yù)防均具有重要的臨床意義。