tom 13, nr 1, 1 7
Gerontologia Polska PRACA POGL 
DOWA ISSN 1425 4956
Krystyna Budzińska
Zakład Neurobiologii Oddychania, Instytut Medycyny Doświadczalnej i Klinicznej im. M. Mossakowskiego
Polskiej Akademii Nauk w Warszawie
Wpływ starzenia się organizmu
na biologię mięśni szkieletowych
Biology of skeletal muscle aging
Abstract
This article reviews age-related changes in structural, biochemical, and mechanical properties of skeletal muscles,
including the respiratory muscles. An understanding of the mechanisms associated with senescence in skeletal
muscles is of great significance for the prevention or slowing of the general loss of motor capacity and respiratory
insufficiency accompanying aging and may substantially contribute to improvement of the quality of life.
key words: aging, skeletal muscles, respiratory muscles, diaphragm, redox state
Wstęp śniu określają jego mechaniczne właściwości. A
ączą się
Do cech biologicznego starzenia się organizmu należą z nimi takie cechy, jak: masa i siła mięśnia, natężenie
zmiany w anatomicznych i czynnościowych właściwo- skurczu, szybkość skurczu i możliwości adaptacyjne.
ściach mięśni szkieletowych, takie jak: zmniejszenie masy
i siły skurczu mięśni, zanikające unerwienie mięśni, Czynniki nerwowe i mięśniowe starzenia się
zmiany kurczliwości włókien mięśniowych oraz liczne mięśni szkieletowych
zmiany na poziomie komórkowym i enzymatycznym. Sarkopenia, czyli zmniejszenie się masy mięśniowej i towa-
Podstawowym elementem mięśni szkieletowych jest jed- rzyszące temu zmniejszenie siły mięśni, jest jednym
nostka motoryczna, która składa się z włókien mięśnio- z objawów starzenia się organizmu [1, 2]. W procesie
wych unerwionych przez rozgałęzienia aksonu tego sa- tym biorą udział czynniki neurogenne i miogenne.
mego neuronu ruchowego, motoneuronu. Włókna mię- Liczne prace wskazują, że najważniejszym czynnikiem
śniowe różnią się znacznie pod względem morfologicz- prowadzącym do sarkopenii jest stopniowa degenera-
nym, biochemicznym i czynnościowym. Typy włókien cja układu nerwowego zaopatrującego mięśnie. Pole-
mięśniowych sklasyfikowane na podstawie wskaz
ników ga ona na zaniku a-motoneuronów, czego konse-
biochemicznych i histochemicznych dzielą się na wolno kwencją jest zanik jednostek motorycznych. Zwykle pro-
kurczące się, o metabolizmie oksydacyjnym, bardzo ces ten ujawnia się po 60. roku życia [3]. Zakres utraty
wytrzymałe na zmęczenie (typ I), szybko kurczące się, motoneuronów może być bardzo poważny. W wypad-
o metabolizmie oksydacyjno-glikolitycznym, oporne na ku motoneuronów pochodzących z krzyżowo-
zmęczenie (typ IIa) i szybko kurczące się, o metabolizmie -lędz
wiowego odcinka rdzenia kręgowego stwierdzo-
glikolitycznym, nieodporne na zmęczenie (typ IIb). Pro- no zanik około 25% motoneuronów w okresie między
porcje poszczególnych typów włókien w danym mię- 20 a 90 rokiem życia. Zanikowi motoneuronów towa-
rzyszy postępująca demielinizacja aksonów, co wiąże
się ze zmniejszeniem liczby i średnicy aksonów uner-
wiających mięsień, przede wszystkim aksonów o dużej
Praca finansowana ze środków statutowych Instytutu Medycyny
Doświadczalnej i Klinicznej PAN.
średnicy. Jednocześnie pozostałe, nieuszkodzone jed-
nostki motoryczne zwiększają swoją wielkość, zajmu-
Adres do korespondencji: dr hab. Krystyna Budzińska
jąc opuszczone miejsce. Utrata osłony mielinowej
Zakład Neurobiologii Oddychania, Instytut Medycyny
Doświadczalnej i Klinicznej im. M. Mossakowskiego PAN i zmniejszenie średnicy aksonów prowadzi do zmniej-
ul. Pawińskiego 5, 02 106 Warszawa
szenia szybkości przewodzenia we wszystkich włóknach
tel./faks: (022) 668 54 16
e-mail: [e-mail]
� 2005 Polskie Towarzystwo Gerontologiczne
www.gp.viamedica.pl
1
Gerontologia Polska 2005, tom 13, nr 1
motoneuronów [4]. Wzorzec potencjałów jednostek tworzenia nowych synaps. Gdy reinerwacja włókien
motorycznych w czasie skurczu zmienia się z wiekiem. mięśniowych nie nadąża za odnerwieniem, włókna
Częstotliwość potencjałów czynnościowych we włók- mięśniowe zanikają i zastępuje je tkanka tłuszczowa
nach maleje. Spadek częstotliwości wyładowań może i włóknista, zmniejszając tym samym stopniowo tkankę
wynikać ze zmniejszenia pobudliwości błon aksonów mięśniową [3]. Następuje spadek masy mięśniowej
lub obniżenia poziomu pobudzenia aktywności nerwo- i atrofia mięśni.
wej [5]. Zmiany morfologiczne jednostek motorycznych Zmniejszanie masy mięśni szkieletowych rozpoczyna-
prowadzą do zmian mechanicznych i powodują, że jące się około 30. roku życia jest nieznaczne do wieku
w wyniku utraty włókien mięśniowych dochodzi do 50 lat [8], potem ten proces nasila się. Masa mięśni
trwałego uszkodzenia mięśnia. Badania histologiczne maleje bardziej u mężczyzn, którzy przeciętnie mają
wskazują, że z wiekiem zmniejsza się głównie średnica większą masę mięśniową niż kobiety [8]. Z masą mię-
włókien typu II, natomiast włókna typu I są mniej zmie- śniową koreluje siła mięśni, która również maleje
nione [4]. Szczególnie największe i najszybsze jednost- z wiekiem. Przyczyną zmniejszenia siły skurczu mię-
ki motoryczne typu II b są w ten sposób uszkadzane śnia jest utrata jednostek motorycznych [4]. Tempo
[4]. Dopiero u osób w wieku 80 lat i starszych [6] stwier- utraty siły mięśni jest podobne u obu płci [1], jednak
dza się zmniejszenie masy obu typów włókien. u mężczyzn siła mięśni pozostaje większa niż u ko-
Zmiany morfologiczne aksonów występujące w obrę- biet. Wynikający ze starzenia się zakres zmian siły mię-
bie złącza nerwowo-mięśniowego mogą być również śni pomiędzy poszczególnymi mięśniami górnych
przyczyną spadku aktywności mięśnia i jego atrofii. i dolnych kończyn nie jest jednakowy. W wieku powyżej
W wyniku starzenia następuje przebudowa złącza ner- 60 70 lat siła mięśni kończyn maleje o 20 40% [1].
wowo-mięśniowego [7]. Zakończenia aksonów kurczą Towarzyszy temu zmniejszenie szybkości skurczu wy-
się tak, że do wielu receptorów nie dochodzą zakoń- wołanego [4]. U obu płci utrata masy mięśniowej jest
czenia aksonalne. Zmniejsza się pole zakończeń akso- większa w dolnej części ciała.
nów i wzorzec rozgałęzień końcowych, następuje frag- Wskaz
nikiem czynności mięśni jest jakość mięśni, czyli
mentacja złącza, poszerzają się fałdy złącza nerwo- siła mięśnia przeliczona na jednostkę masy mięśnia
wo-mięśniowego. Maleje liczba pęcherzyków synap- lub pole jego przekroju [1]. Jakość mięśni zależy, mię-
tycznych. Postsynaptyczne receptory dla acetylocholi- dzy innymi, od napędu nerwowego kierowanego do
ny, normalnie tworzące skupiska, ulegają rozprosze- mięśni, czy od zwiększenia ilości tkanki łącznej. Mię-
niu, powiększa się obszar postsynaptyczny. dzy kobietami a mężczyznami istnieją różnice doty-
Wraz z procesem odnerwienia mięśni postępuje pro- czące jakości mięśni, które mogą również wynikać ze
ces ponownego unerwienia (reinerwacji) włókien mię- zmienionych właściwości kurczliwych włókien mięśnio-
śniowych przez wypustki aksonalne pochodzące z in- wych. Włókna mięśniowe tego samego typu są sil-
nych, nieuszkodzonych jednostek motorycznych. Jest niejsze u młodych niż u starszych mężczyzn. Z kolei
to często obserwowane zjawisko w starzejących się włókna typu I i IIa są silniejsze u starszych mężczyzn
mięśniach. Powtarzające się odnerwienie i reinerwa- niż u starszych kobiet [1], przypuszczalnie w związku
cja sprawia, że maleje unerwienie ruchowe, co powo- ze zmianami hormonalnymi, jakie zachodzą wraz ze
duje osłabienie mięśni. W wyniku reinerwacji mogą starzeniem się organizmu. Obniżenie stężenia hormo-
pojawiać się stany  błędnego unerwienia, polegają- nów płciowych u mężczyzn i kobiet w wyniku starze-
ce na unerwianiu przez mniejsze motoneurony włó- nia się koreluje ze spadkiem masy, siły i funkcji mięśni.
kien mięśniowych o dużej szybkości przewodzenia. Po- Wydaje się jednak, że hormony płciowe mają istotny
woduje to wcześniejszą rekrutację, czyli wcześniejsze udział w utrzymaniu masy i siły mięśni u mężczyzn,
pobudzenie większej liczby jednostek ruchowych, co a nie odgrywają takiej roli u kobiet. Spadek stężenia
zmienia porządek rekrutacji włókien mięśniowych. androgenów i testosteronu prowadzi do utraty masy
W efekcie, z wiekiem maleje korelacja między wielko- i siły mięśni, natomiast ich podawanie odwraca ten
ścią jednostki motorycznej a progiem rekrutacji włó- efekt. Brak fizycznej aktywności jest ważnym czynni-
kien, który jest miarą wielkości motoneuronu [5]. Zwy- kiem w rozwoju sarkopenii. Aktywność fizyczna przy-
kle podczas skurczu mięśnia częstotliwość wyładowań czynia się do wzrostu masy mięśniowej, a ćwiczenia
poszczególnych jednostek motorycznych jest zsynchro- wytrzymałościowe mogą nawet cofnąć sarkopenię [9].
nizowana. Z wiekiem ten związek słabnie, co można Towarzyszący sarkopenii spadek sprawności fizycz-
tłumaczyć zmniejszeniem liczby wspólnych wejść ner- nej może prowadzić do bardzo poważnych na-
wowych do puli jednostek motorycznych w wyniku stępstw, z niemożnością poruszania się włącznie.
atrofii i reinerwacji jednostek motorycznych czy też W porównaniu z mężczyznami kobiety cierpiące na
www.gp.viamedica.pl
2
Krystyna Budzińska, Starzenie się mięśni
sarkopenię charakteryzują się mniejszym upośledze- jest taki sam z wyjątkiem mięśni międzyżebrowych wy-
niem ruchowym, mają jednak większe predyspozy- dechowych, które mają znacznie mniej włókien typu
cje do sarkopenii [8]. IIb niż IIa. W porównaniu z mięśniami kończyn mię-
Procesy ponownego unerwiania mięśnia prowadzą do śnie wdechowe cechuje mała średnica włókien. W mię-
rozprzężenia między właściwościami elektrycznymi śniach wydechowych średnica włókien jest większa [10].
a mechanicznymi jednostek motorycznych [6]. U osób Skład procentowy typów włókien tworzących mięśnie
w starszym wieku natężenie skurczu jednostek moto- wdechowe jest podobny do mięśni szkieletowych koń-
rycznych jest wyższe niż u młodych, wydłuża się także czyn u niewytrenowanych osób. Rozkład włókien mię-
czas skurczu wskutek hipertrofii pozostałych, nieusz- śni międzyżebrowych wydechowych, czyli praktyczny
kodzonych jednostek motorycznych [5]. Jednocześnie brak włókien IIb, przypomina z kolei mięśnie ludzi wy-
potencjały czynnościowe jednostek motorycznych są trenowanych wytrzymałościowo. Wskazuje to na fakt,
większe u osób w starszym wieku i nie wynika to z syn- że mięśnie te są intensywnie rekrutowane ze stosun-
chronizacji aktywności jednostek motorycznych. Nato- kowo dużą siłą podczas powtarzających się skurczów.
miast przy jednoczesnym zmniejszeniu liczby jednostek W przeponie i mięśniach wdechowych przekrój włó-
motorycznych z wiekiem maleje szybkość skurczu, po- kien nie zmienia się z wiekiem [7], a w mięśniach mię-
nieważ procentowy wzrost włókien typu I i spadek włó- dzyżebrowych wydechowych maleje po 50. roku życia
kien typu II powoduje niższą częstotliwość potencja- o około 20% zarówno we włóknach szybko, jak i wolno
łów czynnościowych mięśnia. Precyzja wykonania skur- kurczących się. Małe włókna typu I i IIa przepony żebro-
czu również maleje. Większy ubytek i większa atrofia wej zmieniają się nieznacznie z wiekiem. Natomiast
dotyczą włókien mięśniowych typu II. Wzrost natęże- selektywna atrofia dotyczy większych włókien typu IIb.
nia skurczu wskazuje, że pozostałe jednostki motoryczne Przypuszcza się, że obserwowane w podeszłym wie-
mięśnia mają znaczną zdolność do kompensacji po- ku zmniejszenie średnicy włókien wydechowych mię-
wolnej utraty jednostek motorycznych [6]. śni międzyżebrowych może raczej wynikać z coraz
bardziej zmniejszającej się aktywności fizycznej [10]
Mięśnie oddechowe niż być odzwierciedleniem zmian w funkcjach odde-
Mięśnie szkieletowe zapewniają utrzymanie postawy chowych tych mięśni.
ciała i wykonywanie ruchów. Szczególnym typem mię- Podobnie jak w innych mięśniach szkieletowych, ist-
śni szkieletowych są mięśnie oddechowe, ponieważ nieje związek między średnicą aksonu motoneuronu
charakteryzują się nieprzerwaną, rytmiczną, skoordy- przeponowego a typem włókna mięśniowego prze-
nowaną pracą niezależną od woli, zapewniającą stałą pony. Ma to znaczenie dla porządku rekrutacji jed-
wentylację płuc odpowiednią do wymagań organizmu. nostek motorycznych przepony [7]. Podczas normal-
Jednocześnie mięśnie te pełnią funkcje nieoddecho- nego oddychania w czasie wdechu pobudzane są jed-
we. Głównym mięśniem wdechowym jest przepona, nostki motoryczne typu I i IIa, unerwione przez mniej-
taką funkcję wykazują także mięśnie międzyżebrowe sze aksony, o mniejszej szybkości przewodzenia, od-
przymostkowe i międzyżebrowe zewnętrzne oraz mię- porne na zmęczenie [11]. Mało odporne na zmęcze-
śnie pochyłe szyi. Mięśnie międzyżebrowe wewnętrz- nie szybkie jednostki motoryczne typu IIb są stymu-
ne i mięśnie brzucha są mięśniami wydechowymi. lowane rzadko, tylko w przypadku gdy potrzebna jest
Z kolei mięśnie górnych dróg oddechowych utrzymują większa siła motoryczna przez krótki okres. Brak
drożność gardła. W zależności od typu są aktywne zmian wielkości włókien I i IIa w przeponie wraz
we wdechu lub wydechu. Biorą też udział w innych z postępującym starzeniem może się wiązać z nie-
czynnościach, na przykład w ssaniu. przerwaną pracą tego mięśnia w celu nieustającego
Specyfika mięśni oddechowych powoduje, że opisa- oddychania [11].
ne do tej pory związane z wiekiem zmiany w mię- Badania na zwierzętach wykazują związane z wiekiem
śniach są trochę inne niż w pozostałych mięśniach znamienne różnice w obrębie aksonów i presynap-
szkieletowych. Mięsień przepony nie jest jednorodny. tycznych zakończeń nerwu przeponowego oraz post-
Czynnościowo, ale też pod innymi względami, może synaptycznej końcowej płytki ruchowej. We włóknach
być traktowany jako dwa mięśnie: przepona żebro- typu I i IIa płytka ruchowa końcowa u starszych osob-
wa, podnosząca dolne żebra, i lędz
wiowa, niewyka- ników ma większy wymiar i zakończenie nerwowe
zująca takiego działania. U ludzi przepona żebrowa częściej rozciąga się poza płytkę końcową. We włók-
i lędz
wiowa oraz mięśnie brzucha zawierają około 50% nach typu IIb wzrasta liczba rozgałęzień zakończeń
wolnych włókien typu I, a mięśnie międzyżebrowe nerwowych, co wskazuje na większą ich fragmenta-
i pochyłe około 60%. Rozkład włókien typu IIa i IIb cję, większe rozrzucenie zakończeń nerwowych do
www.gp.viamedica.pl
3
Gerontologia Polska 2005, tom 13, nr 1
rejonu synaptycznego. Wrażliwość na zaburzenia prze- odwrotnie niż w starzejących się mięśniach kończyn,
kaz
nictwa pobudzenia przez złącze nerwowo-mięśnio- w których atrofia głównie dotyczy szybko kurczących
we przepony również dotyczy włókien typu IIb [7]. się włókien. Różnice w proporcjach typów włókien
Wzrost fragmentacji i utrata aktywnych pól synaptycz- między poszczególnymi mięśniami oddechowymi
nych zwiększają zaburzenia przekazywania sygnału. wiążą się z różnym poziomem męczliwości tych mię-
Ponieważ z wiekiem maleje siła mięśni i wzrasta praca śni. Większa liczba szybkich włókien w mięśniach gór-
oddechowa, zachowanie niezmienionej wydolności nych dróg oddechowych niż w przeponie powoduje
synaptycznej dla włókien I i IIa, które są najczęściej większą męczliwość tych mięśni. W utrzymaniu droż-
angażowane podczas oddychania, ma zasadnicze ności górnych dróg oddechowych największe znacze-
znaczenie funkcjonalne. Mimo zmodyfikowanej mor- nie ma mięsień bródkowo-językowy, czyli mięsień wy-
fologii złącza nerwowo-mięśniowego [7] w warun- suwający język. W tym mięśniu konwersja włókien typu
kach przeciętnej wentylacji płuc starzejąca się przepo- IIa na IIb zwiększa się z wiekiem. Wzrasta średnia po-
na nie wykazuje większych zmian czynnościowych. wierzchnia przekroju włókien jako kompensacja atro-
Nie ma jednak jednoznacznej odpowiedzi na pytanie, fii sąsiadujących włókien [16, 17].
czy z wiekiem następuje spadek siły mięśnia przepony Zmiany struktury mięśni górnych dróg oddechowych
[12, 13]. Wpływ wieku na kurczliwość przepony jest wpływają na funkcjonowanie tych mięśni [16]. Wraz
także mało zbadany. Obserwowany spadek maksymal- z wiekiem maleje średnica gardła i rośnie oporność
nej szybkości skurczu przepony i zmniejszenie maksy- górnych dróg oddechowych. Mięśnie górnych dróg
malnego skurczu tężcowego implikują zmniejszenie oddechowych biorą udział w oddychaniu, ale jest to
siły skurczu starzejącej się przepony. Zmiany siły skur- ich czynność drugorzędna. Nie wiadomo, jakie są
czu przepony, jeżeli występują, są zbyt małe, by wpły- możliwości adaptacyjne mięśni górnych dróg odde-
wać na wentylację płuc. Z wiekiem mięsień przepony chowych przy wzrastających wymaganiach wentyla-
staje się coraz słabszy, szybciej się męczy i wolniej cyjnych w starszym wieku [17].
powraca do zwykłej sprawności [14]. Do szybszego Z czynnością aparatu oddechowego wiąże się produk-
męczenia się przepony może się przyczyniać zmniej- cja głosu w wyniku przepływu powietrza przez krtań
szanie siły skurczu przepony [13]. Osłabienie przepo- i wytwarzania ciśnienia w drogach oddechowych. Po-
ny może wynikać z redukcji stężenia jonów Ca2+ uży- nieważ w miarę starzenia się największe zmiany wy-
wanych ponownie przez siateczkę sarkoplazmatyczną stępują w mięśniu tarczowo-nalewkowym i pierścien-
oraz wzrostu zawartości kolagenu, a zatem zwiększe- no-nalewkowym bocznym krtani, które przywodzą
nia sztywności mięśnia, oraz stresu oksydacyjnego. struny głosowe, krtaniowy system przywodzenia strun
W porównaniu z młodą przeponą możliwości ada- głosowych staje się mniej wydajny [19]. Niecałkowite-
ptacji przepony przy narastających wymaganiach od- mu zamykaniu się głośni towarzyszą zmniejszona
dechowych są ograniczone [15]. amplituda mięśni krtani w badaniu elektromiograficz-
nym (EMG, electromyography) oraz zmniejszona czę-
Górne drogi oddechowe stość potencjałów czynnościowych. Jednocześnie wraz
Zmiany czynności mięśni górnych dróg oddechowych z narastaniem siły głosu, z którą wiąże się wzrost ak-
wywołane starzeniem się organizmu należą do czyn- tywności mięśni krtani, zakres zmian w EMG staje się
ników występowania zespołu snu z bezdechem. Bez- bardziej niejednorodny niż u młodych osób [19]. Zmia-
dechy śródsenne pojawiają się częściej w starszym niż ny te powodują, że z wiekiem głos słabnie i jego ja-
w młodszym wieku. W stanie czuwania drożność gar- kość staje się gorsza.
dła utrzymywana jest przez fazową i toniczną aktyw-
ność mięśni rozszerzających gardło, która maleje pod- Metaboliczne zmiany w mięśniach
czas snu. Mięśnie górnych dróg oddechowych w po- szkieletowych
równaniu z przeponą wykazują inny skład włókien Wraz ze starzeniem się zmieniają się właściwości me-
i inny profil metaboliczny [16, 17]. W mięśniu most- taboliczne charakteryzujące poszczególne mięśnie.
kowo-gnykowym odsetek wolnych włókien typu I jest Dotyczy to zwłaszcza potencjału glikolitycznego i oksy-
mniejszy a szybkich włókien typu IIb większy niż dacyjnego mięśni. Z tymi właściwościami wiążą się
w przeponie i mięśniu bródkowo-gnykowym. Górne cechy mechaniczne mięśni. Mięśnie o podwyższonej
drogi oddechowe charakteryzują się więc szybszą ki- aktywności enzymów oksydacyjnych są bardziej od-
netyką skurczu i gorszą wytrzymałością niż przepona [17]. porne na zmęczenie i charakteryzują się większą wy-
Z wiekiem wzrasta liczba szybkich włókien IIb i odpo- trzymałością niż mięśnie o niskim potencjale oksyda-
wiednio spada liczba szybkich włókien typu IIa [18], cyjnym. Wyniki badań szlaku glikolitycznego w mię-
www.gp.viamedica.pl
4
Krystyna Budzińska, Starzenie się mięśni
śniach w funkcji wieku wskazują na zmiany aktywności zymatycznie przez syntazę tlenku azotu oraz oksyda-
enzymów glikolitycznych, czyli heksokinazy, dehydro- zy, jak na przykład NADPH.
genazy mleczanowej i kinazy pirogronianowej [20, 21]. Reaktywne formy tlenu znajdują się praktycznie we
Aktywność enzymów oksydacyjnych włókien mięśnio- wszystkich tkankach, a przede wszystkim w mózgu,
wych jest skorelowana z ich zdolnością do tlenowej mięśniach szkieletowych i sercu w związku z wysoką
produkcji ATP. Takim wskaz
nikiem względnego po- konsumpcją tlenu przez te tkanki. Wolne rodniki mogą
tencjału oksydacyjnego w tkankach jest dehydroge- powstawać w różny sposób, lecz ich głównym z
ró-
naza sukcynylowa, której aktywność zmienia się z wie- dłem są mitochondria, które zużywają około 90% tle-
kiem. Podobnie jak w przypadku szlaku glikolityczne- nu czerpanego przez komórki. Mitochondria są też
go, kierunek i zakres zmian aktywności enzymów oksy- głównym celem uszkodzeń oksydacyjnych wywoływa-
dacyjnych nie jest jednorodny i zależy od mięśnia oraz nych przez ROS. Ogólnie wraz z wiekiem funkcjono-
jego funkcji. Z wiekiem maleje zdolność oksydacyjna wanie mitochondriów ulega pewnej degeneracji, ro-
mięśni szkieletowych [16, 20, 21] zwierząt i ludzi. śnie też poziom reaktywnych form tlenu. W prawi-
Potencjał oksydacyjny spada o około 50%, częścio- dłowych warunkach ROS są usuwane z organizmu
wo z powodu zmniejszonej gęstości mitochondrial- przez złożony, enzymatyczny i nieenzymatyczny sys-
nej i częściowo z powodu obniżonej funkcji mitochon- tem antyoksydacyjny. Zaburzenia równowagi między
driów. Natomiast wydolność oksydacyjna przepony prooksydantami, jakimi są ROS a antyoksydantami
praktycznie nie zmienia się z wiekiem. Nie jest wyklu- prowadzą do stresu oksydacyjnego, który może znisz-
czone, że utrzymanie potencjału oksydacyjnego prze- czyć składniki komórkowe, takie jak DNA, białka, tłusz-
pony może być efektem wzrastającej z wiekiem pracy cze. W odpowiedzi na stres oksydacyjny dochodzi do
oddechowej wskutek zmian mechaniki płuc i wzrostu zmiany szybkości wzrostu komórki i pobudzenia me-
oporów oddechowych. Spadek zdolności oksyda- chanizmów obronnych, czyli produkcji antyoksydan-
cyjnej mięśni lokomocyjnych może się raczej wiązać tów.
z obniżeniem aktywności ruchowej wraz ze starzeniem W mięśniach, w warunkach fizjologicznych stale po-
się, ponieważ aktywność fizyczna może odwrócić taki wstają reaktywne formy tlenu. W stanie spoczynku,
spadek aktywności enzymów. Metaboliczny typ mię- produkcja ROS jest niska i gwałtownie zwiększa się
śnia określa stosunek dehydrogenazy mleczanowej do podczas skurczu mięśnia. Reaktywne formy tlenu mo-
dehydrogenazy sukcynylowej. Stosunek ten zwiększa dulują kurczliwość mięśni [23]. Wzrost ROS w mię-
się wraz z wiekiem [21]. śniach szkieletowych podczas skurczu wiąże się ze
wzrostem metabolizmu w mitochondriach i leukocy-
Reaktywne formy tlenu i stres oksydacyjny, tach, wzrostem aktywności oksydazy NADPH w bło-
a starzenie się mięśni nie i syntazy tlenku azotu. Wpływ ROS na kurczliwość
Do tej pory nie rozstrzygnięto problemu, czy starzenie mięśni jest dwojaki i zależy od stężenia ROS. W ni-
się organizmu jest wynikiem, czy też przyczyną zwięk- skich stężeniach ROS wywierają pozytywne działanie,
szonej produkcji reaktywnych form tlenu (ROS, reacti- zwiększając natężenie siły skurczu. W wysokich stęże-
ve oxygen species) i stresu oksydacyjnego. Wolnorod- niach odwrotnie działają hamująco na siłę skurczu.
nikowa teoria starzenia się [22] zakłada korelację mię- Przypuszczalnie wpływają na mechanizm kontrolują-
dzy starzeniem się, metabolizmem tlenowym a pro- cy przepływ jonów Ca2+ do i z siateczki sarkoplazma-
dukcją wolnych rodników. Wolne rodniki są atomami tycznej. Istnieje wiele danych wskazujących, że proce-
lub związkami, które mają przynajmniej jeden niespa- sowi starzenia się mięśni szkieletowych towarzyszy
rowany elektron na zewnętrznej orbicie, co zwiększa podwyższone stężenie ROS w mitochondriach. Jed-
ich reaktywność poprzez mechanizmy oksydacyjno- nocześnie w starszych mięśniach szkieletowych funk-
-redukcyjne. Reaktywne formy tlenu są produktami cjonowanie antyoksydacyjnego mechanizmu obron-
ubocznymi podstawowego metabolizmu, powstają- nego, jaki tworzą enzymy katalaza, trasferaza gluta-
cymi podczas mitochondrialnego transportu elektro- tionu i dysmutaza nadtlenkowa jest niewystarczające,
nów lub podczas aktywacji enzymów używających tle- co przyczynia się do powstawania stresu oksydacyj-
nu. Około 2% konsumpcji tlenu przez łańcuch trans- nego [2, 24]. Z wiekiem rośnie stres oksydacyjny w mię-
portu tlenu powoduje uwolnienie ROS. W wyniku tych śniach szkieletowych. Dowodem na to jest fakt, że
procesów powstaje rodnik ponadtlenkowy, który za- w mięśniach wzrasta stężenie produktów peroksyda-
początkowuje całą kaskadę reaktywnych form tlenu, cji lipidów, takich jak lipofuscyna i dialdehyd malono-
takich jak woda utleniona, rodnik hydroksylowy i inne. wy [25]. Jednocześnie starsze tkanki są bardziej po-
Aniony ponadtlenkowe są również produkowane en- datne na stres oksydacyjny [26].
www.gp.viamedica.pl
5
Gerontologia Polska 2005, tom 13, nr 1
Wyniki wielu badań sugerują, że reaktywne formy a nie zmienia wydolności przepony lędz
wiowej u mło-
tlenu i azotu [2], a także stres oksydacyjny mogą mieć dych zwierząt. Zwiększa też o 15% aktywność antyoksy-
istotne znaczenie w zapoczątkowaniu zmniejszenia dacyjną peroksydazy glutationowej w przeponie żebro-
masy i siły mięśni podczas starzenia się organizmu, wej. Ponieważ produkcja wolnych rodników wzrasta pod-
w związku ze zmienionym funkcjonowaniem mito- czas wysiłku, wydaje się, że bodz
cem do wzrostu aktyw-
chondrialnego łańcucha oddechowego. Malejąca ności antyoksydacyjnej w przeponie żebrowej jest wła-
z wiekiem wydolność mięśni częściowo wynika z nie- śnie wzrost produkcji ROS [15]. Wynikiem wzrostu spraw-
wystarczającego uwalniania jonów Ca2+ w wyniku ności oksydacyjnej mięśni oddechowych jest redukcja za-
wzrostu uszkodzeń kanałów wapniowych przez ROS [2]. leżności mięśni od zapasów glikogenu z powodu zwięk-
Praca oddechowa powoduje produkcję ROS, które szonej zdolności do metabolizowania tłuszczu.
z kolei mogą wywoływać stres oksydacyjny poprzez Na podstawie literatury można stwierdzić, że aktyw-
reakcje utleniania i redukcji w błonach lipidowych, biał- ność fizyczna poprawia wydolność oksydacyjną mięśni
kach, czy kwasach nukleinowych. W wypadku prze- w starszym wieku. Wysiłek fizyczny powoduje stymula-
pony ROS zmieniają jej kurczliwość w zupełnie inny cję wszystkich typów włókien mięśniowych przepony
sposób u młodych i u starych zwierząt [14], ponieważ [28] i wzrost potencjału oksydacyjnego we włóknach
u starych zwierząt nie występuje zdolność do pobu- przepony typu I i IIa, przy braku zmian we włóknach IIb
dzenia skurczu przepony w wyniku podwyższenia stę- [27, 28]. Brak zmian pojemności oksydacyjnej przepo-
żenia oksydantów przez oksydazę ksantynową. Stę- ny w wyniku treningu u starszych osobników, stwier-
żenie enzymów antyoksydacyjnych w przeponie nie dzany w niektórych badaniach, przypisuje się wzrosto-
zmienia się z wiekiem [27], choć wzrasta u bardzo wi oporów w drogach oddechowych, spadkowi po-
starych zwierząt. Tworzenie wolnych rodników może datności płuc, co powoduje wzrost kosztu metabolicz-
być przyczyną zmęczenia przepony związanego ze nego oddychania z wiekiem [27]. Występujący jedno-
starzeniem się organizmu. cześnie wzrost wyjściowego stężenia enzymów oksy-
Reaktywne formy tlenu biorą również udział w mecha- dacyjnych i antyoksydacyjnych jest najprawdopodob-
nizmie uszkodzeń mięśni w wyniku skurczu mięśnia. niej mechanizmem adaptacyjnym mięśni do zwiększo-
Neuronalna i śródbłonkowa izoforma syntazy tlenku nej pracy oddechowej [27] i nie pozwala na dalszy jego
azotu (NOS, nitric oxide synthase) występują w mito- wzrost podczas wysiłku fizycznego.
chondriach i cytozolu mięśni szkieletowych. Szczegól- Obok niewątpliwie pozytywnych efektów wysiłku fi-
nie wysokie stężenie neuronalnej NOS stwierdza się zycznego wiąże się on z ryzykiem wzrostu produkcji
w sarkolemmie włókiem typu II. Aktywność katalitycz- ROS i oksydacyjnego uszkodzenia mięśni z powodu
na NOS w mięśniach maleje z wiekiem [25]. Ponieważ zwiększenia metabolizmu tlenowego. Przedłużony
tlenek azotu hamuje peroksydację lipidów przez zmia- wysiłek fizyczny starszych osobników, w porównaniu
tanie rodników peroksylowych, obniżona aktywność z młodymi, bardziej zwiększa produkcję oksydantów
NOS, a więc również niższe stężenie tlenku azotu po- w mięśniu niż krótkotrwały wysiłek o tej samej inten-
wodują większą podatność mięśni na uszkodzenie, sywności [29]. Większy wysiłek może powodować rów-
zwłaszcza mięśni zawierających włókna typu IIb [25]. nież odczyny zapalne i zwiększać stres oksydacyjny.
Jak wskazują wyniki badań, mimo dopasowania ak-
Pozytywne i negatywne efekty tywności enzymów antyoksydacyjnych i zawartości
aktywności fizycznej zredukowanego glutationu, stare mięśnie są bardziej
Powszechnie wiadomo, że aktywność fizyczna pozytyw- podatne na stres oksydacyjny wywołany wysiłkiem
nie wpływa na sprawność fizyczną niezależnie od wieku [29], na co wskazuje peroksydacja tłuszczów, oksyda-
i utrzymuje lub zwiększa masę ciała. Ćwiczenia fizyczne cja białek i uszkodzenie DNA. W związku z tym istot-
pobudzają komórkowy mechanizm antyoksydacyjny oraz na jest kwestia dobrania specjalnego rodzaju trenin-
podwyższają sprawność oksydacyjną w mięśniach loko- gu fizycznego dla osób w starszym wieku, który za-
mocyjnych u ludzi i zwierząt. Dotyczy to również mięśni pewni równowagę między produkcją ROS a utrzyma-
oddechowych. Podczas wysiłku wzrasta wentylacja mi- niem masy mięśniowej [30] i sprawności fizycznej.
nutowa w związku ze zwiększeniem wydatku energe- Ponieważ starzeniu się towarzyszy wzrost produkcji
tycznego, wzrastają również: konsumpcja tlenu przez reaktywnych form tlenu i stresu oksydacyjnego, oso-
mięśnie, przepływ krwi przez przeponę oraz zużycie gli- by w starszym wieku wymagają większego uzupełnie-
kogenu. W badaniach na zwierzętach [15] wykazano, nia substancji antyoksydacyjnych, w tym witamin, aby
że trening wytrzymałościowy poprawia wydolność oksy- zwiększyć poziom zabezpieczenia przed peroksydacją
dacyjną przepony żebrowej i mięśni międzyżebrowych, tłuszczów wywołaną wysiłkiem [26].
www.gp.viamedica.pl
6
Krystyna Budzińska, Starzenie się mięśni
letowych i wynikających ze zmniejszonej ruchliwości
Podsumowanie
oraz właściwy wysiłek fizyczny mogą istotnie opóz
nić
Podczas starzenia się organizmu następują wieloczyn-
lub zmniejszyć efekty starzenia się mięśni szkieleto-
nikowe zmiany w morfologicznych, metabolicznych
wych. Wgląd w regulację czynności mięśni ma też
i czynnościowych właściwościach mięśni szkieleto-
istotne znaczenie dla postępowania leczniczo-reha-
wych, które mogą prowadzić do utraty masy ciała
bilitacyjnego w chorobach układu oddechowego, któ-
i możliwości poruszania się. Zrozumienie mechani-
re zawsze angażują pracę mięśni oddechowych.
zmów leżących u podstaw zmian w mięśniach szkie-
Streszczenie
W artykule omówiono zmiany morfologiczne, biochemiczne i mechaniczne właściwości mięśni szkieletowych,
z uwzględnieniem mięśni oddechowych, które towarzyszą starzeniu się organizmu. Zrozumienie mechanizmów
starzenia się mięśni szkieletowych ma duże znaczenie dla profilaktyki i rehabilitacji ogólnego upośledzenia rucho-
wego, a także niewydolności oddechowej oraz poprawy jakości życia.
słowa kluczowe: starzenie się, mięśnie szkieletowe, mięśnie oddechowe, przepona, bilans
oksydacyjno-redukcyjny
PIŚMIENNICTWO
1. Doherty T.J.: Invited review: Aging and sarcopenia. J. Appl. Phy- 16. Oliven., Carmi N., Coleman R., Odeh M., Silbermann M.: Age-
siol. 2003; 95: 1717 1727. related changes in upper airway muscles morphological and
oxidative properties. Exp. Gerontol. 2001, 36: 1673 1686.
2. Fulle S., Protasi F., Di Tano G. i wsp. The contribution of reactive
17. van Lunteren E., Vafaie H., Salomone R.J.: Comparative effects
oxygen species to sarcopenia and muscle ageing. Exp. Gerontol.
of aging on pharyngeal and diaphragm muscles. Respir. Physiol.
2004; 39: 17 24.
1995; 99: 113 125.
3. Lexell J.: Evidence for nervous system degeneration with advan-
18. Zhang Y.L., Kelsen S.G.: Effects of aging on diaphragm contrac-
cing age. Nutr 1997; 127 (supl. 5): 1011S 1013S.
tile function in golden hamsters. Am. Rev. Respir. Dis. 1990;
4. Doherty T.J., Vandervoort A.A., Brown W.F.: Effects of ageing
142: 1396 1401.
on the motor unit: a brief review. Can. J. Appl. Physiol. 1993;
19. Baker K.K., Ramig L.O., Sapir S., Luschei E.S., Smith M.E.: Con-
18: 331 358.
trol of vocal loudness in young and old adults. J. Speech Lang.
5. Erim Z., Beg M.F., Burke D.T., de Luca C.J.: Effects of aging
Hear. Res. 2001; 44: 297 305.
on motor-unit control properties. J. Neurophysiol. 1999; 82:
20. Pastoris O., Boschi F., Verri M. i wsp. The effects of aging on
2081 2091.
enzyme activities and metabolite concentrations in skeletal mu-
6. Lexell J., Taylor C.C., Sjostrom M.: What is the cause of the age-
scle from sedentary male and female subjects. Exp. Gerontol.
ing atrophy? Total number, size and proportion of different fi-
2000; 35: 95 104.
ber types studied in whole vastus lateralis muscle from 15- to
21. Powers S.K., Lawler J., Criswell D., Dodd S., Silverman H.: Age-
83-year-old men. J. Neurol. Sci. 1988; 84: 275 294.
related changes in enzyme activity in the rat diaphragm. Respir.
7. Prakash Y.S., Sieck G.C.: Age-related remodeling of neuromu-
Physiol. 1991; 83: 1 9.
scular junctions on type-identified diaphragm fibers. Muscle
22. Harman D.: Aging: a theory based on free radical and radiation
Nerve 1998; 21: 887 895.
chemistry. J. Gerontol. 1956; 11: 298 300.
8. Janssen I., Heymsfield S.B., Wang Z.M., Ross R.: Skeletal muscle
23. Reid M.B.: Invited Review: redox modulation of skeletal muscle
mass and distribution in 468 men and women aged 18 88 yr.
contraction: what we know and what we don t. J. Appl. Phy-
J. Appl. Physiol. 2000; 89: 81 88.
siol. 2001; 90: 724 731.
9. Evans W.J.: Effects of exercise on senescent muscle. Clin. Or-
24. Fukagawa N.K.: Aging: is oxidative stress a marker or is it cau-
thop. 2002; supl. 403: 211 220.
sal? Proc. Soc. Exp. Biol. Med. 1999; 222: 293 298.
10. Mizuno M.: Human respiratory muscles: fibre morphology and
25. Richmonds C.R., Boonyapisit K., Kusner L.L., Kaminski H.J.: Ni-
capillary supply. Eur. Respir. J. 1991; 4: 587 601.
tric oxide synthase in aging rat skeletal muscle. Mech. Ageing
11. Sieck G.C., Fournier M.: Diaphragm motor unit recruitment du-
Dev. 1999; 109: 177 189.
ring ventilatory and nonventilatory behaviors. J. Appl. Physiol.
26. Meydani M., Evans W.J., Handelman G. i wsp. Protective effect
1989; 66: 2539 2545.
of vitamin E on exercise-induced oxidative damage in young and
12. Polkey M.I., Harris M.L., Hughes P.D. i wsp.: The contractile pro-
older adults. Am. J. Physiol. 1993; 264: R992 998.
perties of the elderly human diaphragm. Am. J. Respir. Crit. Care
27. Powers S.K., Criswell D., Lieu F.K., Dodd S., Silverman H.: Exerci-
Med. 1997; 155: 1560 1564.
se-induced cellular alterations in the diaphragm. Am. J. Physiol.
13. Tolep K., Higgins N., Muza S., Criner G., Kelsen S.G.: Compari-
1992; 263: R1093 1098.
son of diaphragm strength between healthy adult elderly and
28. Gosselin L.E., Betlach M., Vailas A.C., Thomas D.P.: Training-
young men. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 1995; 152: 677 682.
induced alterations in young and senescent rat diaphragm mu-
14. Lawler J.M., Cline C.C., Hu Z., Coast J.R.: Effect of oxidant chal-
scle. J. Appl. Physiol. 1992; 72: 1506 1511.
lenge on contractile function of the aging rat diaphragm. Am. J.
29. Bejma J., Ji L.L.: Aging and acute exercise enhance free radical
Physiol. 1997; 272: E201 207.
generation in rat skeletal muscle. J. Appl. Physiol. 1999; 87:
15. Powers S.K., Lawler J., Criswell D., Lieu F.K., Martin D.: Aging
465 470.
and respiratory muscle metabolic plasticity: effects of enduran- 30. Ji L.L.: Exercise at old age: does it increase or alleviate oxidative
ce training. J. Appl. Physiol. 1992; 72: 1068 1073. stress? Ann. N. Y. Acad. Sci. 2001; 928: 236 247.
www.gp.viamedica.pl
7