骨骼肌衰老对腰痛发病的影响

金 京 陈艺敏 林建平 郭明玲 苟艳芸 陈少清 王 宏▲

1.福建中医药大学康复医学院，福建福州 350122；2.福建中医药大学附属康复医院体检中心治未病科，福建福州 350001；3.福建医科大学健康学院，福建福州 350122

腰痛（low back pain，LBP）是指肋缘以下至臀横纹上方疼痛、 肌肉紧张或僵硬为主要表现的疾病，可伴有下肢坐骨神经痛[1]。 几乎所有人一生中至少会经历一次腰痛，1990—2015年， 腰痛的发病率上升了54%[2]，平均患病率为38.9%，终生患病率超过50%[3]。腰痛分为特异性腰痛和非特异性腰痛。特异性腰痛是由特定的病理生理机制引起的症状，如髓核疝、感染、骨质疏松症、类风湿性关节炎等。 非特异性腰痛是病因不明的下腰痛，占腰痛发病的90%[4]。腰痛的发病率在疼痛类疾病中居高不下，易反复，已然成为一个全球性的卫生问题。既往对腰痛发病机制的探讨多着重于骨关节系统与神经系统。随着近年来骨骼肌衰老概念的提出， 及脊柱生物力学与解剖学的高速发展，学者们开始着手探究骨骼肌衰老的病理发生机制及其与脊柱病理改变之间的作用机制。人体日常行为活动与运动锻炼离不开腰椎的稳定支撑与腰部骨骼肌的协同做功， 而腰部骨骼肌作为沟通上下运动的桥梁，是维持腰椎稳定性的核心枢纽。机体衰老对骨骼肌产生的一系列病理性改变是诱发腰痛的关键因素。本文通过对近年来相应文献的阅读研究，对骨骼肌衰老引起腰痛的机制做了总结归纳，以期为今后的研究提供参考。

1 腰肌退变是引起腰痛发生与反复的核心因素

1.1 腰椎稳定性与腰痛

腰椎的活动范围可分为中立区和弹性区，中立区是腰椎的正常活动范围。腰椎稳定性是在正常生理负荷下维持其中立区的正常活动， 而不引起神经损伤、畸形、功能障碍或疼痛的能力。 腰椎稳定性取决于被动系统（椎骨、椎间盘、韧带和关节）、主动系统（腰部骨骼肌）以及沟通上述两者的神经系统这三个子系统复杂的协同作用。神经子系统从被动和主动子系统的结构接收信息，并通过控制主动子系统即肌肉的功能来稳定腰椎，随着被动系统的应力负荷，主动系统开始发挥作用并防止腰椎异常变形。这三个稳定因素中有一种或多种失常均会导致脊柱偏离正常活动范围，当发生在腰段时，就会引起腰部组织损伤与腰痛[5]。研究表明，对发生复发性下腰痛的患者进行腰椎稳定性训练，不仅可以缓解其背痛，还可以提高肌肉耐力，从而预防腰痛的发生[6]。

1.2 腰部骨骼肌与腰椎稳定性

腰部骨骼肌作为维持腰椎稳定性的主动子，是保持腰椎运动协调最核心因素，在腰椎稳定性的维持中起主要作用[7]。 其中，竖脊肌、多裂肌等肌肉发挥的功能对腰椎稳定性的维持至关重要。竖脊肌是支撑运动完成和姿势保持最主要的主动肌，多裂肌是维系核心稳定最主要的稳定肌[8]。竖脊肌在脊柱外围，其总束起自骶骨背面、腰椎棘突、髂嵴后部及腰背筋膜，肌束向上，由内向外逐渐分为三个纵行肌柱，依次为棘肌、最长肌和髂肋肌。 竖脊肌主要作用于脊柱，维系脊柱的外稳定、运动发起与控制。 多裂肌位于人体脊柱最内侧，是椎旁面积最大的附着肌，其中多裂肌在腰部最发达，与腰椎紧密连结，其在脊柱突然失去平衡时预先收缩，使腰椎节段紧张度增高，维持脊柱矢状面和额状面上的正常力线， 减少腰椎节段间的位移，避免损伤，在增加腰椎的动、静态稳定性方面起了重要作用[9]。 研究证明，腰椎稳定练习可以抵消竖脊肌中屈曲与松弛现象的不对称性， 可以预防腰痛的发生[10]。 对腰椎不稳患者进行腰部肌肉的功能性锻炼，激活了腰部肌肉，改善了疼痛，减少了腰椎节段性平移[11]。

1.3 骨骼肌退变是引起腰痛反复发作的核心

腰部骨骼肌退变与腰痛的发作与反复密切相关。多裂肌与竖脊肌是腰部最主要的骨骼肌。多裂肌与竖脊肌的解剖位置，决定其功能。 竖脊肌总束起自骶骨背面、腰椎棘突、髂嵴后部及腰背筋膜，肌束向上，由内向外逐渐分为并列的三个纵行肌柱， 外侧为髂肋肌、中部为最长肌、内侧为棘肌，起着脊柱姿势维持的作用。 多裂肌位于人体脊柱最内侧，是椎旁面积最大的附着肌，其中多裂肌在腰部最为发达，对保持腰椎的动、静态稳定性尤为重要。研究表明，在单侧疼痛的下腰痛患者中，发现多裂肌呈现局部性萎缩，表现为疼痛侧的多裂肌横截面积萎缩， 双侧呈现不对称性，且在L5 椎体处不对称性最大[12]。 有研究者发现腹横肌和多裂肌在下腰痛患者中出现收缩延迟的现象。当多裂肌的收缩延迟时，较大的整体浅表肌肉（如竖脊肌）收缩以补偿增加腰椎僵硬的延迟。 大块全身肌肉的激活会在各个节段产生异常力量， 使脊柱力线改变，久而久之引发腰背痛[13]。 此外，将腰椎维持在中立区对防止机体受伤非常重要，椎骨、椎间盘、韧带和关节对此贡献很小，主要是腰部肌肉发挥着作用。 有证据表明， 下腰痛患者腰部骨骼肌力量与耐力都会下降。 且即使腰部骨骼肌没有结构缺陷，肌力减少也会导致节段性不稳定，从而引起腰背痛[6]。腰部骨骼肌退化，无法发挥生理功能，使腰椎稳定性下降，从而导致下腰痛的发生。

2 衰老对骨骼肌的影响

2.1 骨骼肌系统的衰老

衰老是针对所有器官与系统一个无法避免、持续进行的过程[14]。 骨骼肌是人体组织结构中最先衰老的组织之一。肌少症，又称衰老性肌萎缩、骨骼肌衰老性萎缩等，指衰老个体出现骨骼肌代谢下降，其原因可能与端粒磨损、表观遗传变化、线粒体功能障碍、久坐行为、与年龄相关的低度全身炎症、荷尔蒙失衡以及低蛋白饮食等易感因素有关[15]。 骨骼肌系统的衰老会出现肌肉减少症（肌肉量低）、肌力减少症（肌肉力量下降）以及伴随的残障风险的增加。 欧洲老年人肌少症研究工作组（European Working Group on Sarcopenia in Older People，EWGSOP）建议将肌肉质量减少与肌力减少作为评价骨骼肌衰老的一项指标[16]。 有研究表明机体衰老过程中，肌肉质量和肌力之间不是成比例下降的，肌力减少比肌肉大小减少进展得更快[17]。 同时发现80 岁以上受试人群的骨骼肌横截面积与年轻对照组相比减少了四分之一，甚至一半以上[17]。 自30岁起，肌肉质量在30年内下降约40%，随后在接下来的几十年中下降速度上升，即60 岁后每十年下降40%[18]。

2.2 炎症性衰老对骨骼肌的影响

全身性低度炎症，也称为“炎性衰老”，已在很大程度上被认为是衰老过程的一个特征。衰老会导致诸如白细胞介素-6 （interleukin-6，IL-6）、 肿瘤坏死因子-α（tumour necrosis factor-α，TNF-α）和C 反应蛋白（C-reactive protein，CRP）等炎症生物标志物的低度持续增加[19-21]。持续、稳定、低度的炎症刺激存在时，炎症就会成为一种慢性持续损害而影响周围组织的状态，最终导致严重的组织损伤，造成器官的损害。促炎因子，如IL-6，参与促进骨骼肌蛋白水解激活和胰岛素抵抗，这两者都是肌肉萎缩的重要因素。同时，血浆促炎因子水平升高可能会增加活性氧（reactive oxygen species，ROS）的形成，并通过激活泛素-叉头框蛋白-O3A 进一步促进肌肉蛋白质水解。 而骨骼肌间的炎症代谢紊乱会也导致能量消耗的增加与蛋白质水解的发生，使骨骼肌加速分解[22]。此外，TNF-α 与IL-6 等促炎因子具有抗肌源性， 衰老导致的全身低度炎症加速了骨骼肌萎缩的发生，促使肌肉质量和肌力下降， 且有研究证实使用IL-6 受体抗体可减缓肌肉萎缩的速度[23]。 全身性低度炎症会加速衰老和肌肉流失，而较高水平的炎症因子如IL-6 和CRP 会增加肌肉衰减的风险，因此炎性衰老是导致老年肌肉衰退的一个重要原因。

2.3 老年性肥胖对骨骼肌的影响

人在中年时期的特点是体重增加，而在老年时期体重则会有所减少，男性的体重减轻发生得比女性更早。老年人群常因行动不便、体力不佳等原因久坐，脂肪细胞增生与肥大，引发促炎与抗炎脂肪因子释放不平衡而导致老年性肥胖[24]。 老年性肥胖人群肌肉间脂肪的促炎反应上升，同样诱发肌肉炎症。 这一连串的过程使肌细胞代谢异常，肌细胞分化和肌肉干细胞活性受到影响。 故老年性肥胖人群体内所保持的慢性促炎状态会阻碍肌肉再生。 瘦素作为一种重要的脂肪因子， 通过对下丘脑的厌食刺激调节机体对食物摄入量[25]。 瘦素与养分分配及氧化过程相关，高浓度的瘦素可促进肌因子和能量代谢因子等基因的表达[26]，且瘦素水平的升高与寿命的延长呈正相关[27]。研究显示，患有肌少症的老年受试者表现出较低的瘦素浓度[27]，从而导致肌力下降与肌肉代谢降低。 肌肉代谢下降会导致收缩蛋白和与兴奋-收缩偶联相关蛋白的蛋白量下降，伴随着蛋白质降解率增加[28]，导致骨骼肌质量降低、功能障碍。一项临床试验对50 岁以上的人群进行为期四年的随访，结果证实在较高总脂肪量的老年人群中，体重减少的同时，肌肉质量下降的速度较正常老年人快[29]。

2.4 在细胞层面的衰老对骨骼肌的影响

在衰老机体的肌肉细胞功能水平上，肌细胞的细胞器形成不足和功能障碍，使肌肉卫星细胞的激活和分化受阻。研究表明衰老机体内过氧化物酶体增殖物激活受体（peroxisome proliferator-activated receptor-γ co-activator-1α，PGC-1α），即线粒体的关键调节因子的合成受阻， 促使衰老骨骼肌中蛋白质合成减少，阻碍细胞生长调节因子雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）的表达[30]。且PCG-1α 表达的缺失可能会进一步损害神经肌肉接头，以及肌细胞释放血管内皮生长因子 （vascular endothelial growth factor，VEGF）和卫星细胞之间的连接[31]。 衰老肌肉中的毛细血管稀疏可能与卫星细胞的再生能力和可塑性的减弱以及合成代谢障碍有关[32]。 研究证实，衰老对钙蛋白酶也产生了影响，加速了肌肉中蛋白降解[30]。此外， 在衰老个体的骨骼肌中抗氧化物质活性下降，有害活性氧分子的过度产生，导致线粒体基因组突变和线粒体中的DNA 复制减少[33]，损害了线粒体的自噬系统[34]。 而线粒体的数量降低与功能障碍，会导致肌肉张力与肌力的下降。这些途径中的任何一环受损都可能引起氧化磷酸化不足和维持能量代谢的三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）合成受阻。 若内平衡没有重新建立， 肌核细胞凋亡反应会被激活，随之而来的便是骨骼肌萎缩的发生[35]。

3 骨骼肌衰老是引起腰痛的重要因素

腰痛的发生与竖脊肌、横突棘肌等腰伸肌以及多裂肌萎缩有关。骨骼肌衰老会引起运动神经元进行性缺失、Ⅱ型肌纤维缺失、肌纤维萎缩、肌肉弹性与结构的改变， 进而引发衰老性肌少症——肌肉量减少、肌力降低[28]；炎性衰老使机体持续增加的炎症因子具有抗肌源性，加速了骨骼肌萎缩的发生；衰老的骨骼肌代谢下降，蛋白降解率增加，引起骨骼肌功能障碍；在肌细胞水平上衰老引起细胞再生能力下降、线粒体功能障碍，损害了自噬途径，诱发一系列细胞凋亡、蛋白降解、肌力与肌张力下降的病理改变。 当上述衰老性病理改变发生在腰部骨骼肌时，椎旁肌肉肌力下降无法发挥正常生理功能[15]，使脊柱稳定性下降，加重了腰痛患者腰椎偏移程度[36]，从而导致老年人慢性下腰痛的发病率与复发率随之上升。竖脊肌衰老性萎缩使脊柱动作完成与姿势维持产生障碍，诱发脊柱退行性病变，表现为腰背部沉重僵硬酸痛、老年性驼背、身高变矮等[37]。 多裂肌的深束通常跨越单个节段，定位并提供来自腰椎的本体感受反馈； 中间束控制节间运动；而浅层则在颅尾方向起着扭矩的作用。 多裂肌衰老性肌萎缩， 肌肉功能失常致使脊柱稳定性受损、关节超负荷，伴随而来便是腰部出现持续性疼痛[37]。 脊旁肌群的衰老影响了腰椎稳定性及活动范围，导致机体的平衡力与姿势控制力下降、腰肌易于疲劳，致使腰痛的发生，甚至进一步诱发腰椎间盘退变变性。 此外，老年由于活动不便或衰弱等原因易形成久坐的生活习惯，腰背肌得不到有效锻炼，错误的伏案坐姿也加快了脊柱退变的速度，形成了“腰痛－骨骼肌衰老与修复－腰痛”的恶性循环模式。

衰老导致的全身低度炎症同样是腰痛的重要助因，随着衰老的发生，IL-6、TNF-α 等具有抗肌源性炎症因子上升，这类因子会通过多种分子生物途径加速脊旁肌萎缩的发生， 如TNF-α 通过其经典途径激活IκB 激酶（IκB kinase，IKK）从而使介导肌萎缩的关键因子核因子κB（nuclear factor kappa-B，NF-κB）激活而诱发肌萎缩发生， 骨骼肌萎缩使肌肉无法正常做功，老年性下腰痛随之发生[38]。 衰老的骨骼肌在肌细胞水平上同样表现为肌细胞再生能力下降、细胞凋亡等病理改变，都是致使衰老性肌萎缩的发生机制[32-35]。 骨骼肌衰老所引起的骨骼肌蛋白的水解与骨骼肌分解， 从而引起竖脊肌以及多裂肌功能障碍，腰椎的关节力线改变，腰椎稳定性随之下降，肌肉应力异常，久而久之引发慢性腰痛。此外，老年性肥胖人群的肌间脂肪促炎反应上升，同样诱发了骨骼肌炎症的发生[25]；另有研究显示衰老人群体内瘦素水平的下降加速了骨骼肌蛋白降解，使肌力下降，骨骼肌萎缩，最终诱发腰痛[29]。

4 展望

腰痛是骨骼肌肉系统最常见的致残疾病，可由各种急慢性腰椎疾病引起，影响机体自身结构，并导致腰部骨骼肌的肌力、肌容量和运动能力下降[39]。 衰老作为机体各个器官必经的过程，对骨骼肌产生了不可逆转的影响。 作为维持脊柱腰段在中立位的主动系统，腰部维持腰椎稳定性的骨骼肌，如竖脊肌或多裂肌等发生萎缩、肌力下降、功能障碍等，致使腰部骨骼肌退变或异常做功，无法维持脊柱于中立位，腰椎稳定性降低，脊柱力线失常，腰痛由此发生且易反复。由此推测骨骼肌衰老是引起腰痛的重要因素，延缓肌肉衰老性萎缩对治疗腰痛、提升脊柱功能至关重要。 但由于导致骨骼肌衰老及其所引起病理改变的机制较为复杂，现代研究尚未完全明确，应是国内外研究的侧重点。且骨骼肌衰老所致的下腰痛相关研究较为匮乏，缺乏高质量的对照研究，这可能是今后探究非特异性腰痛发病机制的重要切入点，故需要科研工作者与临床医生配合，加大基础和临床研究的力度，深入探究骨骼肌衰老与腰痛发作的病理机制，这对腰痛及相关疾病的治疗、康复和并发症预防均具有重要的临床意义。