骨骼肌衰老對腰痛發病的影響

金 京 陳藝敏 林建平 郭明玲 茍艷蕓 陳少清 王 宏▲

1.福建中醫藥大學康復醫學院，福建福州 350122；2.福建中醫藥大學附屬康復醫院體檢中心治未病科，福建福州 350001；3.福建醫科大學健康學院，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的疾病，可伴有下肢坐骨神經痛[1]。 幾乎所有人一生中至少會經歷一次腰痛，1990—2015年， 腰痛的發病率上升了54%[2]，平均患病率為38.9%，終生患病率超過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制引起的癥狀，如髓核疝、感染、骨質疏松癥、類風濕性關節炎等。 非特異性腰痛是病因不明的下腰痛，占腰痛發病的90%[4]。腰痛的發病率在疼痛類疾病中居高不下，易反復，已然成為一個全球性的衛生問題。既往對腰痛發病機制的探討多著重于骨關節系統與神經系統。隨著近年來骨骼肌衰老概念的提出， 及脊柱生物力學與解剖學的高速發展，學者們開始著手探究骨骼肌衰老的病理發生機制及其與脊柱病理改變之間的作用機制。人體日常行為活動與運動鍛煉離不開腰椎的穩定支撐與腰部骨骼肌的協同做功， 而腰部骨骼肌作為溝通上下運動的橋梁，是維持腰椎穩定性的核心樞紐。機體衰老對骨骼肌產生的一系列病理性改變是誘發腰痛的關鍵因素。本文通過對近年來相應文獻的閱讀研究，對骨骼肌衰老引起腰痛的機制做了總結歸納，以期為今后的研究提供參考。

1 腰肌退變是引起腰痛發生與反復的核心因素

1.1 腰椎穩定性與腰痛

腰椎的活動范圍可分為中立區和彈性區，中立區是腰椎的正常活動范圍。腰椎穩定性是在正常生理負荷下維持其中立區的正常活動， 而不引起神經損傷、畸形、功能障礙或疼痛的能力。 腰椎穩定性取決于被動系統（椎骨、椎間盤、韌帶和關節）、主動系統（腰部骨骼肌）以及溝通上述兩者的神經系統這三個子系統復雜的協同作用。神經子系統從被動和主動子系統的結構接收信息，并通過控制主動子系統即肌肉的功能來穩定腰椎，隨著被動系統的應力負荷，主動系統開始發揮作用并防止腰椎異常變形。這三個穩定因素中有一種或多種失常均會導致脊柱偏離正常活動范圍，當發生在腰段時，就會引起腰部組織損傷與腰痛[5]。研究表明，對發生復發性下腰痛的患者進行腰椎穩定性訓練，不僅可以緩解其背痛，還可以提高肌肉耐力，從而預防腰痛的發生[6]。

1.2 腰部骨骼肌與腰椎穩定性

腰部骨骼肌作為維持腰椎穩定性的主動子，是保持腰椎運動協調最核心因素，在腰椎穩定性的維持中起主要作用[7]。 其中，豎脊肌、多裂肌等肌肉發揮的功能對腰椎穩定性的維持至關重要。豎脊肌是支撐運動完成和姿勢保持最主要的主動肌，多裂肌是維系核心穩定最主要的穩定肌[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，由內向外逐漸分為三個縱行肌柱，依次為棘肌、最長肌和髂肋肌。 豎脊肌主要作用于脊柱，維系脊柱的外穩定、運動發起與控制。 多裂肌位于人體脊柱最內側，是椎旁面積最大的附著肌，其中多裂肌在腰部最發達，與腰椎緊密連結，其在脊柱突然失去平衡時預先收縮，使腰椎節段緊張度增高，維持脊柱矢狀面和額狀面上的正常力線， 減少腰椎節段間的位移，避免損傷，在增加腰椎的動、靜態穩定性方面起了重要作用[9]。 研究證明，腰椎穩定練習可以抵消豎脊肌中屈曲與松弛現象的不對稱性， 可以預防腰痛的發生[10]。 對腰椎不穩患者進行腰部肌肉的功能性鍛煉，激活了腰部肌肉，改善了疼痛，減少了腰椎節段性平移[11]。

1.3 骨骼肌退變是引起腰痛反復發作的核心

腰部骨骼肌退變與腰痛的發作與反復密切相關。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，由內向外逐漸分為并列的三個縱行肌柱， 外側為髂肋肌、中部為最長肌、內側為棘肌，起著脊柱姿勢維持的作用。 多裂肌位于人體脊柱最內側，是椎旁面積最大的附著肌，其中多裂肌在腰部最為發達，對保持腰椎的動、靜態穩定性尤為重要。研究表明，在單側疼痛的下腰痛患者中，發現多裂肌呈現局部性萎縮，表現為疼痛側的多裂肌橫截面積萎縮， 雙側呈現不對稱性，且在L5 椎體處不對稱性最大[12]。 有研究者發現腹橫肌和多裂肌在下腰痛患者中出現收縮延遲的現象。當多裂肌的收縮延遲時，較大的整體淺表肌肉（如豎脊肌）收縮以補償增加腰椎僵硬的延遲。 大塊全身肌肉的激活會在各個節段產生異常力量， 使脊柱力線改變，久而久之引發腰背痛[13]。 此外，將腰椎維持在中立區對防止機體受傷非常重要，椎骨、椎間盤、韌帶和關節對此貢獻很小，主要是腰部肌肉發揮著作用。 有證據表明， 下腰痛患者腰部骨骼肌力量與耐力都會下降。 且即使腰部骨骼肌沒有結構缺陷，肌力減少也會導致節段性不穩定，從而引起腰背痛[6]。腰部骨骼肌退化，無法發揮生理功能，使腰椎穩定性下降，從而導致下腰痛的發生。

2 衰老對骨骼肌的影響

2.1 骨骼肌系統的衰老

衰老是針對所有器官與系統一個無法避免、持續進行的過程[14]。 骨骼肌是人體組織結構中最先衰老的組織之一。肌少癥，又稱衰老性肌萎縮、骨骼肌衰老性萎縮等，指衰老個體出現骨骼肌代謝下降，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[15]。 骨骼肌系統的衰老會出現肌肉減少癥（肌肉量低）、肌力減少癥（肌肉力量下降）以及伴隨的殘障風險的增加。 歐洲老年人肌少癥研究工作組（European Working Group on Sarcopenia in Older People，EWGSOP）建議將肌肉質量減少與肌力減少作為評價骨骼肌衰老的一項指標[16]。 有研究表明機體衰老過程中，肌肉質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展得更快[17]。 同時發現80 歲以上受試人群的骨骼肌橫截面積與年輕對照組相比減少了四分之一，甚至一半以上[17]。 自30歲起，肌肉質量在30年內下降約40%，隨后在接下來的幾十年中下降速度上升，即60 歲后每十年下降40%[18]。

2.2 炎癥性衰老對骨骼肌的影響

全身性低度炎癥，也稱為“炎性衰老”，已在很大程度上被認為是衰老過程的一個特征。衰老會導致諸如白細胞介素-6 （interleukin-6，IL-6）、 腫瘤壞死因子-α（tumour necrosis factor-α，TNF-α）和C 反應蛋白（C-reactive protein，CRP）等炎癥生物標志物的低度持續增加[19-21]。持續、穩定、低度的炎癥刺激存在時，炎癥就會成為一種慢性持續損害而影響周圍組織的狀態，最終導致嚴重的組織損傷，造成器官的損害。促炎因子，如IL-6，參與促進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，血漿促炎因子水平升高可能會增加活性氧（reactive oxygen species，ROS）的形成，并通過激活泛素-叉頭框蛋白-O3A 進一步促進肌肉蛋白質水解。 而骨骼肌間的炎癥代謝紊亂會也導致能量消耗的增加與蛋白質水解的發生，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， 衰老導致的全身低度炎癥加速了骨骼肌萎縮的發生，促使肌肉質量和肌力下降， 且有研究證實使用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 會增加肌肉衰減的風險，因此炎性衰老是導致老年肌肉衰退的一個重要原因。

2.3 老年性肥胖對骨骼肌的影響

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

2.4 在細胞層面的衰老對骨骼肌的影響

在衰老機體的肌肉細胞功能水平上，肌細胞的細胞器形成不足和功能障礙，使肌肉衛星細胞的激活和分化受阻。研究表明衰老機體內過氧化物酶體增殖物激活受體（peroxisome proliferator-activated receptor-γ co-activator-1α，PGC-1α），即線粒體的關鍵調節因子的合成受阻， 促使衰老骨骼肌中蛋白質合成減少，阻礙細胞生長調節因子雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）的表達[30]。且PCG-1α 表達的缺失可能會進一步損害神經肌肉接頭，以及肌細胞釋放血管內皮生長因子 （vascular endothelial growth factor，VEGF）和衛星細胞之間的連接[31]。 衰老肌肉中的毛細血管稀疏可能與衛星細胞的再生能力和可塑性的減弱以及合成代謝障礙有關[32]。 研究證實，衰老對鈣蛋白酶也產生了影響，加速了肌肉中蛋白降解[30]。此外， 在衰老個體的骨骼肌中抗氧化物質活性下降，有害活性氧分子的過度產生，導致線粒體基因組突變和線粒體中的DNA 復制減少[33]，損害了線粒體的自噬系統[34]。 而線粒體的數量降低與功能障礙，會導致肌肉張力與肌力的下降。這些途徑中的任何一環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。 若內平衡沒有重新建立， 肌核細胞凋亡反應會被激活，隨之而來的便是骨骼肌萎縮的發生[35]。

3 骨骼肌衰老是引起腰痛的重要因素

腰痛的發生與豎脊肌、橫突棘肌等腰伸肌以及多裂肌萎縮有關。骨骼肌衰老會引起運動神經元進行性缺失、Ⅱ型肌纖維缺失、肌纖維萎縮、肌肉彈性與結構的改變， 進而引發衰老性肌少癥——肌肉量減少、肌力降低[28]；炎性衰老使機體持續增加的炎癥因子具有抗肌源性，加速了骨骼肌萎縮的發生；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；在肌細胞水平上衰老引起細胞再生能力下降、線粒體功能障礙，損害了自噬途徑，誘發一系列細胞凋亡、蛋白降解、肌力與肌張力下降的病理改變。 當上述衰老性病理改變發生在腰部骨骼肌時，椎旁肌肉肌力下降無法發揮正常生理功能[15]，使脊柱穩定性下降，加重了腰痛患者腰椎偏移程度[36]，從而導致老年人慢性下腰痛的發病率與復發率隨之上升。豎脊肌衰老性萎縮使脊柱動作完成與姿勢維持產生障礙，誘發脊柱退行性病變，表現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節段，定位并提供來自腰椎的本體感受反饋； 中間束控制節間運動；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定性受損、關節超負荷，伴隨而來便是腰部出現持續性疼痛[37]。 脊旁肌群的衰老影響了腰椎穩定性及活動范圍，導致機體的平衡力與姿勢控制力下降、腰肌易于疲勞，致使腰痛的發生，甚至進一步誘發腰椎間盤退變變性。 此外，老年由于活動不便或衰弱等原因易形成久坐的生活習慣，腰背肌得不到有效鍛煉，錯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－腰痛”的惡性循環模式。

衰老導致的全身低度炎癥同樣是腰痛的重要助因，隨著衰老的發生，IL-6、TNF-α 等具有抗肌源性炎癥因子上升，這類因子會通過多種分子生物途徑加速脊旁肌萎縮的發生， 如TNF-α 通過其經典途徑激活IκB 激酶（IκB kinase，IKK）從而使介導肌萎縮的關鍵因子核因子κB（nuclear factor kappa-B，NF-κB）激活而誘發肌萎縮發生， 骨骼肌萎縮使肌肉無法正常做功，老年性下腰痛隨之發生[38]。 衰老的骨骼肌在肌細胞水平上同樣表現為肌細胞再生能力下降、細胞凋亡等病理改變，都是致使衰老性肌萎縮的發生機制[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，腰椎的關節力線改變，腰椎穩定性隨之下降，肌肉應力異常，久而久之引發慢性腰痛。此外，老年性肥胖人群的肌間脂肪促炎反應上升，同樣誘發了骨骼肌炎癥的發生[25]；另有研究顯示衰老人群體內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，最終誘發腰痛[29]。

4 展望

腰痛是骨骼肌肉系統最常見的致殘疾病，可由各種急慢性腰椎疾病引起，影響機體自身結構，并導致腰部骨骼肌的肌力、肌容量和運動能力下降[39]。 衰老作為機體各個器官必經的過程，對骨骼肌產生了不可逆轉的影響。 作為維持脊柱腰段在中立位的主動系統，腰部維持腰椎穩定性的骨骼肌，如豎脊肌或多裂肌等發生萎縮、肌力下降、功能障礙等，致使腰部骨骼肌退變或異常做功，無法維持脊柱于中立位，腰椎穩定性降低，脊柱力線失常，腰痛由此發生且易反復。由此推測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治療腰痛、提升脊柱功能至關重要。 但由于導致骨骼肌衰老及其所引起病理改變的機制較為復雜，現代研究尚未完全明確，應是國內外研究的側重點。且骨骼肌衰老所致的下腰痛相關研究較為匱乏，缺乏高質量的對照研究，這可能是今后探究非特異性腰痛發病機制的重要切入點，故需要科研工作者與臨床醫生配合，加大基礎和臨床研究的力度，深入探究骨骼肌衰老與腰痛發作的病理機制，這對腰痛及相關疾病的治療、康復和并發癥預防均具有重要的臨床意義。