Живи долго и тренируй: значение скелетной мускулатуры для здоровья в пожилом возрасте (Часть 1)

[necroz]

http://link.springer.com/article/10.1007/s10522-015-9631-7
Live strong and prosper: the importance of skeletal muscle strength for healthy ageing
Авторы: Michael McLeod, Leigh Breen, D. Lee Hamilton, Andrew Philp
Безграмотный перевод: republicommando
Героическое вычитывание: gpole

Часть 2
Список исследований



Сводка

Благодаря улучшению здравоохранения, питания и инфраструктуры в развитых странах продолжительность жизни увеличивается приблизительно на 2 года каждую декаду. К 2050-му году четверть населения Европы может быть старше 65 лет. Но с распространяющимся долголетием начинают преобладать и возрастные болезни, а также повышаются расходы на соответствующее медобслуживание.

Исследования процесса старения на червях, мухах и мышах показали, что снижение темпа органического роста (посредством уменьшения скорости синтеза белка) оказывает полезное воздействие на различные органы, что в совокупности приводит к увеличению продолжительности жизни. У людей все наоборот: исследования показывают, что старение приводит к нарушениям анаболизма (т.е. роста) в скелетной мускулатуре, а потеря мышечной массы и силы - факторы, напрямую связанные с уровнем смертности в пожилом возрасте. Таким образом, повышение синтеза мышечного белка с помощью упражнений и потребления протеина в пище поддерживает объем и силу мышц, что приводит к улучшению здоровья, сохраняет свободу движения и позволяет дольше обходиться без посторонней помощи. Цель данного обзора - анализ современной литературы, посвященной поддержке мышечной массы на протяжении жизни, для ответа на вопрос: является ли поддержание или снижение уровня синтеза белка средством сохранения опорно-двигательной функции и здоровья в старости?
Введение

Во всем населении Земли количество людей старше 65, 85 и 100 лет может увеличиться к 2050-му году на 188, 551 и 1004% соответственно (The United Nations; World Population Prospects: http://​esa.​un.​org/​unpd/​wpp/​). Следовательно, по всему миру будут чаще проявляться «болезни старости», например, саркопения, при которой происходит по определению European Working Group on Sarcopenia in Older People (EWGSOP) «прогрессирующее снижение массы и силы скелетной мускулатуры, способное привести к ухудшению качества жизни, физической недееспособности и смерти» (Baumgartner et al. 1998; Cruz-Jentoft et al. 2010; Rosenberg 1989). Саркопения оказывает критическое влияние на здоровье, потому что скелетная мускулатура у взрослого человека составляет около 40% массы тела (Janssen et al. 2000). Помимо своих основных функций (поддержание осанки, движение и дыхание) скелетные мышцы также хранят важные нутриенты и регулируют метаболизм (Wolfe 2006). В период старения человек теряет около 30% от своей максимальной мышечной массы к 80-и годам, и объем этой потери растет при отсутствии физических нагрузок и неправильном питании (Janssen et al. 2000; Topinkova 2008). Это ухудшение в метаболизме и функции скелетной мускулатуры не следует недооценивать; в одной лишь Великобритании осложнения после падений у людей пожилого возраста обходятся Государственной службе здравоохранения в дополнительные 1,7 миллиарда фунтов ежегодно (www.​ageuk.​org.​uk).

Влияние процесса старения на здоровье

Старение характеризуется масштабным сокращением резервных возможностей главных внутренних органов (Topinkova 2008). Критическое влияние на продолжительность жизни оказывает уменьшение сердечного выброса (Lambert and Evans 2005), что вместе со сниженной легочной функцией (Taylor and Johnson 2010) уменьшает окислительные способности скелетной мускулатуры (Betik and Hepple 2008) и меняет компонентный состав тела (Kuk et al. 2009), приводя к падению объема максимального потребления кислорода (приблизительно на 1% в год после двадцатипятилетия) (Lambert and Evans 2005). У МПК (VO2max), или у заменяющих его измерений, высокая корреляция с риском смертности (Lee et al. 1999; Lee et al. 2010; Lee et al. 2011). Эти метаболические изменения приводят к иному распределению нутриентов, вызывая перекосы в отложении жира и развитие резистентности к инсулину, связанной со старением организма (Wolfe 2006).

Возрастное уменьшение мышечной массы существенно влияет на здоровье. Потеря мышечной ткани (саркопения) и костной (остеопения) тесно связаны, так что факторы, ухудшающие мышечный анаболизм, также, вероятно, воздействуют и на кости. В пожилом возрасте саркопения и остеопения приводят к клиническим проблемам, таким, как нарушение двигательной функции и координации, повышенный риск остеоартрита и переломов/смещений; любая из которых снижает качество жизни (Cruz-Jentoft et al. 2010; Janssen et al. 2002; Landi et al. 2012a, b; Panel on Prevention of Falls in Older Persons and British Geriatrics 2011).

Даже в условиях "здорового" старения происходит постепенная утрата мышечной ткани. Lexell (1995), наблюдая мужчин в возрасте 15-83 года, обнаружил возрастное снижение объемов мышц, прогрессирующее после 25 лет (Рис. 1a). Основной причиной было сокращение числа мышечных волокон, но также уменьшалась и относительная площадь поперечного сечения (Рис. 1b). Поскольку больше страдают волокна II типа, это может быть вызвано нарушениями иннервации мышц, происходящими из-за возрастной утраты альфа мотонейронов (Brown 1972; Tomlinson and Irving 1977; Einsiedel and Luff 1992). После потерь альфа мотонейронов происходит реиннерварция мышц окружающими нейронами (Holloszy and Larsson 1995), что, вероятно, приводит к уменьшению мышечной силы и объема с возрастом (Luff 1998). При меньшем числе мотонейронов увеличивается количество мышечных волокон в двигательных единицах, из-за чего они становятся более крупными и менее эффективными (Andersen 2003). Также преимущественное уменьшение анатомического поперечника в волокнах II типа частично объясняет, почему с возрастом сила и мощность снижаются непропорционально потерям объемов мышц (Macaluso and De Vito 2004) и почему мышцы хуже справляются с утомлением (Avin and Law 2011). Помимо вышеупомянутых участвует множество других факторов, включая уменьшение числа сателлитных клеток скелетной мускулатуры (Kadi et al. 2004), возможный переход к более медленным изоформам миозина (Gelfi et al. 2006) и сокращение длины саркомеров (Narici et al. 2003). Крайне беспокоит тот факт, что из-за возрастного снижения силы 16-18% женщин и 8-10% мужчин старше 65 лет не могут поднять 5-килограммовое отягощение или опуститься на колени (FIFoA-R 2008). Эта потеря силы с возрастом называется динапенией (Clark and Manini 2008) и происходит в 2-5 раз быстрее, чем уменьшение объемов мышечной ткани (Clark et al. 2006; Delmonico et al. 2009). Исследования показывают, что даже набор мышечной массы у пожилых людей не может полностью предотвратить возрастные потери силы (Delmonico et al. 2009). Они происходят из-за проникновения жира, нейронных изменений, а также изменений сократительных способностей (Kent-Braun et al. 2000) и многих иных механизмов (Clark and Manini 2012; Mitchell et al. 2012). Динапения - основной фактор риска потери способности самостоятельно передвигаться (Manini et al. 2007; Visser et al. 2005) и смертности (Newman et al. 2006; Takata et al. 2012).



Рис. 1
Возрастные изменения размера и качества скелетной мускулатуры. На протяжении жизни происходит уменьшение анатомического поперечника мышц (a) с преобладанием потерь волокон 2 типа (b). Полученные посредством МРТ изображения показывают состав мышечной ткани у молодого человека (c), малоподвижного пожилого (d) и активного пожилого (e). a и b взяты из работы (Lexell 1995).

Наряду с падением силы происходит явное уменьшение размеров мышц со скоростью ~4.7% от максимальной массы в декаду у мужчин и ~3.7% у женщин (Mitchell et al. 2012). Возрастные изменения состава мышц показаны на Рис. 1c-e (Breen et al. неопубликованные данные). На изображении 1c мышцы молодого человека для сравнения с малоподвижным (1D) и физически активным (1E) пожилыми людьми, потребляющими одинаковые объемы белка [~0.9 грамм/(килограмм/веса)]. Хорошо видно, что при уменьшении мышечной массы с возрастом (1C и 1D) больше жира проникает в мышечные ткани (1C и 1D), но физическая активность позволяет сохранить больше скелетной мускулатуры при старении (1D и 1E). Накопление внутримышечного жира может объяснять непропорциональные расхождения в потерях силы и объемов мышц с возрастом. Обычно адипозная ткань с возрастом накапливается, добавляя в обмен веществ множество вызывающих воспаление цитокинов (адипокинов), что увеличивает катаболизм мышц, участвуя в порочном круге потери мышц и набора жира (Schrager et al. 2007; Wellen and Hotamisligil 2003). Проникновение макрофагов в мышцы из-за повышения накопленных липидов/адипокинов получило название "саркопеническое ожирение" (Baumgartner 2000; Stenholm et al. 2008). Сочетание липотоксичности и малоподвижности/старения снижает анаболический ответ скелетной мускулатуры на стимулирующие нагрузки и питание (Murton et al. 2015; Nilsson et al. 2013; Sitnick et al. 2009; Stephens et al. 2015). Главное различие между мужчинами, чьи мышцы показаны на изображениях 1e и 1d, заключается в ежедневных нагрузках, 1E в ~4 раза активнее, чем 1D. Таким образом, высокий уровень физической активности (вместе с правильным питанием) позволяет поддерживать мышечную силу и объемы в пожилом возрасте.
Значение силы скелетной мускулатуры для здоровья в старости

Ruiz et al. (2008) провели самое объемное исследование предмета, наблюдая более 8000 участников на протяжении 18 лет, чтобы оценить значение мышечной силы и выносливости сердечно-сосудистой системы для здоровья при старении (Ruiz et al. 2008). Участники проходили набор силовых тестов и разделялись на группы по уровню силы (Рис. 2a-b). Важно, что у людей старше 60 лет, попавших в самую слабую треть, был на 50% выше общий риск смерти (Рис. 2a), чем у участников того же возраста из самой сильной трети (Ruiz et al. 2008). Тот же тренд виден при рассмотрении смертности от раковых заболеваний (Рис. 2b), сила мышц, пусть и являясь коррелирующим фактором, меньше связана с раком. И последнее существенное наблюдение - безотносительно силы хорошая аэробная форма связана с большей продолжительностью жизни (Рис. 2c). В целом, данная работа обеспечила первое доказательство, что физическая сила, или процесс ее развития, напрямую связана с сохранением здоровья в старости.



Рис. 2
Связь силы скелетной мускулатуры и состояния сердечно-сосудистой системы со здоровьем в старости. После 60 лет смертность по всем причинам (a) и связанная с раком (b) в два раза выше у участников из слабой трети по сравнению с сильной третью. Помимо силы плохая аэробная форма почти в два раза повышает риск смерти (c). Адаптировано из работы (Ruiz et al. 2008)

Уровень мышечной силы и МПК (VO2max) являются хорошими показателями для оценки продолжительности жизни, так как говорят о состоянии нерво-мышечной и сердечно-сосудистой систем. Как уже говорилось ранее, сила (и объемы) мышц также является ключевым фактором, определяющим состояние здоровья в пожилом возрасте. Итак, ясно представляя пользу силовой и аэробной подготовки для здоровья, ответим на вопрос: каким образом поддерживать мышечную функцию, силу и массу на протяжении жизни?

Как мышечная масса, сила и функция регулируются на клеточном уровне?

Главным регулятором клеточного роста является протеинкиназа mTOR (Fingar and Blenis 2004). Важно знать, что mTOR существует в виде двух комплексов, и гиперактивность этих форм (mTORC1/2) приводит к росту опухолей, патологической гипертрофии, диабету и ожирению (Lee et al. 2007; Sharp and Richardson 2011; Zoncu et al. 2011). mTORC1 - киназный компонент обоих комплексов, а также связанных с фосфатидилинозитол киназой (PIK) соединений (Abraham 1996), хотя он не влияет на активность липидкиназы (Brunn et al. 1997). Деятельность mTOR зависит от нескольких адапторных белков GβL (Kim et al. 2003), raptor (Hara et al. 2002), rictor (Sarbassov et al. 2004), Sin1 (Yang et al. 2006) и Protor/PRR5 (Pearce et al. 2007; Woo et al. 2007), формирующих два различных комплекса mTOR, которые действуют своими путями. Комплекс 1 содержит GβL, raptor и mTOR и чувствителен к рапамицину. GβL стабилизирует связь mTORC1 и raptor и улучшает киназную активность mTORC1 к его мишеням (Guertin et al. 2006), хотя не является необходимым для деятельности mTORC1 (Guertin et al. 2006). Raptor - адапторный протеин, который определяет и связывает соединения, содержащие TOS (TOR сигнальные) мотивы (Schalm et al. 2003), такие, как 4EBP и S6K1 (Schalm and Blenis 2002). mTORC2 содержит mTOR, rictor, GβL, Sin1 и Protor/PRR5 и не чувствителен к рапамицину (Sarbassov et al. 2004).

mTORC1 регулирует запуск белкового синтеза, контролируя формирование комплекса eIF4F (Gingras et al. 2004), и управляет трансляцией мРНК, воздействуя на SKAR посредством мишени S6K1 (Ma et al. 2008). Также mTORC1 контролирует рибосомный биогенез, регулируя транскрипцию рДНК (Hannan et al. 2003), и доставка РНК в ядро регулированием eIF4E в зависимости от фосфорилирования 4EBP1 (Culjkovic et al. 2005; Topisirovic et al. 2003; Topisirovic et al. 2004). Таким образом, mTORC1 является важнейшим регулятором белкового синтеза (Fingar et al. 2002). Установлено, что упражнения с отягощениями и потребление протеина в пище синергично активируют mTORC1, повышая общий синтез белка в скелетной мускулатуре (Brook et al. 2015).
Значение физических упражнений для сохранения мышечной массы и функции

Появляется все больше подтверждений того, что на развитие саркопении существенно влияет уровень физической активности (Kortebein et al. 2008). Сидячий образ жизни и хроническая малоподвижность - ключевые факторы, приводящие к ускоренной потере мышечной массы и силы, из-за чего растет риск нарушений опорно-двигательного аппарата и падений, а также смертность (Montero-Fernandez and Serra-Rexach 2013). Даже такой небольшой период неподвижности, как 10 дней постельного режима, у пожилых людей может значительно ослабить мышцы ног, на 12% ухудшить аэробную форму и на 7% снизить уровень физической активности после возращения к ней (Kortebein et al. 2008). Попытки замедлить развитие саркопении (или даже развернуть процесс в обратную сторону) с помощью фармакологии были в основном безуспешными (Borst 2004; Onder et al. 2009).

Регулярное выполнение упражнений с отягощениями вызывает гипертрофию мышц благодаря хронически повышенному уровню синтеза белка, превышающего уровень распада (Brook et al. 2015; Wilkinson et al. 2014). Хотя у пожилых людей с саркопенией проявляется возрастная сопротивляемость анаболизму в ответ на физические нагрузки и прием белка (Cuthbertson et al. 2005; Kumar et al. 2009). Но совокупный эффект от регулярных тренировок и потребление требуемого количества протеина все же помогает восстанавливать и сохранять мышцы при получении достаточного стимула (Walker et al. 2011). Большое число исследований подтверждает пользу тренировок для пожилых людей (Hakkinen et al. 1998), даже у тех, кто старше 90 лет (Fiatarone et al. 1994). Полезные эффекты включают рост числа сателлитных клеток (Leenders et al. 2013), увеличение площади анатомического поперечника и дифференциация мышечных волокон (Kosek et al. 2006), увеличение размера волокон, особенно II типа (Leenders et al. 2013), повышение мышечной силы и массы (Candow et al. 2006; Geirsdottir et al. 2012a). Они сопровождаются метаболическими изменениями, такими, как повышение обмена веществ (Hakkinen et al. 1998), митохондриального биогенеза и эффективности метаболизма субстратов (Holloszy and Coyle 1984???), физической работоспособности (McCartney et al. 1995). В долгосрочной перспективе силовые тренировки увеличивают объем волокон (Narici et al. 1996), повышают мышечную силу и улучшают функцию (Macaluso and De Vito 2004). Важно отметить, что упражнения с отягощениями безопасны для здоровых пожилых людей, а также для имеющих сердечно-сосудистые осложнения (Williams et al. 2007). Также физические упражнения значительно улучшают координацию (Orr et al. 2008), уменьшают страх падений и их частоту (Rubenstein et al. 2000), улучшают мыслительные способности (Cassilhas et al. 2007), сокращают время, затрачиваемое на вставание (Leenders et al. 2013), снижают частоту первой и повторных госпитализаций (Lang et al. 2010), повышают скорость ходьбы (Studenski et al. 2011) и, что важнее всего, повышают качество жизни в целом (Geirsdottir et al. 2012b; Levinger et al. 2009). Вдобавок появляются подтверждения, что и регулярные аэробные тренировки помогают поддерживать мышечную массу и функцию в старости (Harber et al. 2009), о чем подробнее в новом обзоре (Brook et al. 2015).