越來越多的調查發現,許多骨質增生性疾病,如腰椎骨質增生,頸椎骨質增生,骨性膝關節炎,或骨性髖關節炎,骨刺的形成等 ,與骨骼肌的激痛點形成有密切關係。其次,骨質減少性疾病,如骨質疏鬆症等常與肌少症並存。為什麼這些骨骼性疾病會與肌肉明顯相關呢?
肌肉和骨骼作為運動系統的兩大重要組成部分,不僅具有運動及內臟保護功能,同時也兼備內分泌與代謝調節等重要功能。肌肉與骨骼間存在密切聯繫,並相互調節,任何一方的結構、功能改變均會影響另一方的結構與功能,其相互影響機制包括力學作用和化學調節。因此,維護肌肉健康不僅能增強肌力,還能減少骨量丟失,改善骨強度;同樣,維護骨骼健康也能進一步提高肌肉量和肌肉強度,改善人體平衡能力,降低跌倒風險,減少骨折發生。
肌肉組織起源於中胚層和外胚層的間充質幹細胞,在體內或體外因素的作用下,間充質幹細胞分化為脂肪、軟骨、骨骼、肌肉、神經等多種組織細胞。由於發育上的同源性,肌肉、骨骼細胞之間存在著某種內在聯繫。它們在解剖上彼此相鄰更有利於它們在力學信號及化學資訊方面的溝通。一方面骨骼供肌肉附著,作為肌肉運動的杠杆支持肌肉,以此提高肌肉的強度,而肌肉的收縮也同時影響骨骼結構,有助於骨骼強度的增加;另一方面骨骼和肌肉還能通過化學資訊的傳遞影響對方的功能。與脂肪含量相比,肌肉含量與骨量的關係更為密切,肌肉含量不僅與骨礦物質含量相關,還與骨強度密切相關。
眾多研究表明,肌肉與骨骼存在著密切的關係,互相影響著對方的結構和功能,但究竟是通過何種機制實現這種相互間的調節目前還不完全清楚,是研究的熱點,受到廣泛關注。可見,肌肉與骨骼受到的全身性共同調節,以及肌肉與骨骼間局部相互調節。
一、全身因素共同調節肌肉和骨骼
肌肉和骨骼作為運動系統的兩大重要組成部分,共同受機體多種因素的調節。在生長發育中肌量與骨量密切相關,肌肉生長略快於骨骼,提示在成長期肌肉生長會促進骨量積累。老年期肌量和骨量也呈密切正相關。全身調節因素共同影響肌肉和骨骼的主要證據:
由於成肌細胞和成骨細胞共同來源於多能間充質幹細胞,因此肌肉和骨骼可受到某些共同遺傳因素的調控。全基因組關聯分析研究(Genome-Wide Association Study,GWAS)提示 myostatin、a-actinin 3、 proliferator-activated receptor gamma coactivator 1-alpha (PGC-1a)、myocyte enhancer factor 2 C (MEF-2C)、GLYAT 和METTL21C等編碼基因同時與肌少症和骨質疏鬆症密切相關。
相關的內分泌因數會同時影響肌肉和骨骼。老年人群中維生素D缺乏與肌少症和骨質疏鬆症的發生有關;GH/IGF-1 軸對骨骼和肌肉產生共同調節,運動後IGF-1 水準升高可能是運動對肌肉和骨骼正性作用所致。男性雄激素剝奪治療和女性絕經後出現的肌量丟失和骨量減少,均表明性激素對肌肉及骨骼的重要調節作用。
某些疾病狀態同時累及肌肉和骨骼。皮質醇增多症患者會同時發生肌少症和骨質疏鬆症;糖尿病患者的代謝異常,特別是糖基化終末產物的堆積,明顯增加肌少症和骨折風險;慢性炎性反應,如類風濕性關節炎和炎性腸病,會同時引起肌少症和骨質疏鬆症。
老年人營養缺乏普遍存在,營養不良時肌少症和骨質疏鬆症也可同時出現。
力學刺激同時影響肌肉和骨骼,既直接刺激成肌細胞和成骨細胞的分化,又分別誘發肌肉和骨骼釋放多種生物活性因數來相互調節。
肌肉對骨骼的調節
肌肉通過力學作用和化學調節對骨骼產生不同的影響。力學作用主要是通過肌肉收縮,對骨骼產生應力作用,促進骨骼生長發育,使骨密度和骨強度增加。而化學調節主要是指肌肉產生的化學物質,通過旁分泌機制作用於間充質細胞、成骨細胞、破骨細胞及骨細胞,從而促進骨形成和/或抑制骨吸收。相比之下,力學作用的證據比較充分,被廣泛接受,而化學調節涉及多種內分泌激素、肌細胞因數、炎性因數、骨細胞及成骨細胞分泌的細胞因數等,同時與細胞的能量代謝有關。
肌肉可能促進骨骼的發育。由於骨骼作為肌肉附著的杠杆,力學作用的研究一直是關注的重點。同樣,肌肉萎縮和骨量丟失也往往同時持續存在,說明肌肉含量的正常可能有助於正常骨量的維持。刺激肌肉收縮能預防肢體懸吊失重動物骨量丟失的發生,提示肌肉收縮在一定程度上能阻止骨量丟失,這正是肌肉通過力學作用對骨骼產生影響的結果。
肌肉還可能通過化學物質作用於骨骼,從而對骨骼產生正面的影響。當動物骨折處的骨骼與局部肌肉被硝酸纖維膜隔開後,骨折的癒合速度明顯減慢,且硝酸纖維膜微孔的孔徑越小,骨折癒合的速度也越慢,提示肌肉可能通過輸送某些化學物質到骨骼,從而影響骨骼修復,至於是通過何種化學物質影響骨骼,目前尚不清楚。
肌肉組織產生的IGF-1對骨骼發育的促進作用可能是直接作用,也可能是通過改善肌力後的間接作用。肌生成抑制素(myostatin)主要在骨骼肌組織中表達,其主要功能為抑制肌肉的生長和再生。肌生成抑制素基因敲除能顯著增加小鼠肌肉含量及肌肉強度,同時抑制TNF-α誘導的破骨細胞分化,表明肌生成抑制素對破骨細胞的分化有促進作用。同樣,究竟肌生成抑制素對骨骼有直接作用,還是通過影響肌力對骨骼起間接作用,需要進一步研究。
骨骼對肌肉的調節
與肌肉對骨骼的作用相似,骨骼也可能通過力學作用和化學調節對肌肉產生影響,與肌肉對骨骼的作用相似,骨骼對肌肉的作用究竟是通過機械應力還是化學因數起作用,目前還難以明確。
軟骨細胞和成骨細胞分泌的一種信號分子Indian Hedgehog (Ihh)可能對肌肉的生長也有促進作用。研究發現,骨骼特異性信號蛋白Ihh敲除的動物在胚胎期就出現肢體肌肉明顯縮小,且骨骼肌組織中的成肌細胞凋亡增加,p21表達水準下降,並且異位組織表達Ihh後,可使肌肉含量恢復正常,說明骨骼中的Ihh能直接促進肌肉的生長。
在體內,骨組織分泌的活性分子可靶向作用於肌肉。骨特異性因數羧基化骨鈣素(Glu-OC)可部分修復功能受損的肌肉。小鼠骨骼成骨細胞和骨細胞特異性敲除間隙連接蛋白Connexin43後,小鼠的皮質骨變薄、密度減低,並同時伴有肌量的減少和肌肉強度的降低,表明骨骼細胞中的Connexin43可直接參與肌肉生長和功能的調控。先前有研究認為Connexin43有阻止成骨細胞和骨細胞凋亡的功能。使用抑制破骨細胞活性的帕米膦酸二鈉能預防嚴重燒傷兒童的肌肉萎縮,提示骨骼可能有維持肌量的作用。
總之,骨骼與肌肉不僅有共同的起源,在解剖位置上相互依存,而且在結構與功能上彼此調節,密不可分。骨骼與肌肉的緊密聯繫,不僅與其相互作用的力學機制相關,還與彼此間存在著複雜而精密的內分泌調節及某些共通分子信號通路有關。
正因為肌肉與骨骼之間存在如此緊密的關系,因此,通過針刺或運動,促進肌肉的代謝,可以促進骨骼的發育,改善肌肉的營養,可以減緩骨骼的退化。激痛點針刺以骨骼肌為刺激對象,因此,有可有效地治療骨質增生類疾病,如腰椎骨質增生,頸椎骨質增生,膝骨性關節炎,骨刺的形成等。
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