Aldringsmekanismer Fokus på sarkopeni Årsager og interventioner

Transkript

1 Aldringsmekanismer Fokus på sarkopeni Årsager og interventioner Mechanisms of aging. Focus on sarcopenia Causes and interventions Bachelorprojekt i medicinalbiologi Roskilde Universitetscenter Juni 2007 Udarbejdet af: Dennis Steven Friis, Charlotte Diana Nørregaard Rasmussen og June Liljefeld Nielsen Vejledere: Ellen Holm og Ole Vang

2 2

3 Abstrakt Gennemsnitslevealderen er højere i dag end nogensinde før, og tendensen ser ud til at fortsætte. Det estimeres, at der i år 2015 vil være omkring danskere over 64 år. Mange af disse ældre vil ikke kunne klare sig gennem hverdagen uden hjælp, og dette er både livskvalitetsnedsættende for de ældre og dyrt for samfundet. En af hovedårsagerne til at de ældre behøver hjælp, er at der med alderen ses et uundgåeligt fald i muskelmasse og -styrke, som betegnes sarkopeni. Herudover er inaktivitet også bidragende til sarkopeni. Formålet med dette litteraturstudie er, at undersøge hvilke mekanismer der er forbundet med aldring i forhold til tab af muskelstyrke og masse samt at undersøge hvilke interventioner der kan være medvirkende til at udsætte sarkopeni. Interventionerne der gennemgås er styrketræning, konditionstræning, vibrationstræning, el-stimulation, hormonindtag, proteinindtag og KAATSU. Anvendeligheden af interventionerne diskuteres. Der er evidens for at styrketræning har en effekt på sarkopeni, mens de andre interventioner ikke er nær så konklusive. Det konkluderes at styrketræning evt. suppleret med proteinindtag giver et bedre resultat end de andre interventioner. Abstract The average age today is higher than ever and the tendency seems to continue. It is estimated that in 2015 there will be about Danish people over the age of 64. Many of these elderly people will not be able to manage daily activities without the assistance of others. This reduces quality of life as well as being costly to the society. One of the main reasons for need of assistance from others is the inevitable decline in muscle mass and strength called sarcopenia. In addition to this, inactivity also contributes to sarcopenia. The purpose of this literature study is to investigate the mechanisms associated with aging in relation to loss of muscle mass and strength, and to investigate which interventions can contribute to postpone sarcopenia. The interventions investigated are strength training, endurance training, vibration training, electrical stimulation, hormonal intake, protein intake and KAATSU. The applicability of theese interventions is discussed. There is evidence for strength training having an effect on sarcopenia while the other interventions are not as conclusive. The conclusion is that strength training, possibly supplemented with protein intake, gives a better result than the other interventions. 3

4 Ordliste Indledning Aldring Aldringsteorier Muskler Sarkopeni Muskelfiberatrofi Det neuromuskulære system Muskelproteinsyntesen Reactive oxygen species Cytokiner Hormoner Fysisk aktivitet Interventioner Styrketræning Konditionstræning Vibrationstræning El-stimulation Hormoner Proteinindtag KAATSU Diskussion Referenceliste

5 Ordliste 1 RM: 1 repetition maximum AGEs: Advanced glycosylation end-products CNS: Centralnervesystemet FGF: fibroblast vækstfaktor HCS: Hæmatopoietiske stamceller IGF-1: Insulinlignende vækstfaktor 1 IL-6: Interleukin 6 MHC: Myosin heavy chain MMP: Mixede muskel protein mtdna: Mitokondriel DNA NMES: Neuromuskulær el-stimulation OE: Overekstremitet RCT: Randomiseret kontrolleret forsøg ROS: Reactive oxygen species TNF-alpha: Tumor necrosis factor alpha UE: Underekstremitet 5

6 1.0 Indledning Vi lever i dag i et samfund, hvor alder har en stor betydning for den enkelte. Man vil gerne føle sig ung længere, udskyde aldringsprocessen og bibeholde funktionsniveauet så afhængighed af andre ikke er nødvendigt. Allerede i midten af 20 års alderen begynder aldringen hos mennesker så småt at sætte ind [Stein & Moritz, 1991]. Denne aldringsproces synes at sætte forskelligt ind fra person til person. Der må derfor findes faktorer, der spiller ind på aldringen af vores kroppe og sind, som giver denne diversitet. Epidemiologiske undersøgelser har påvist fire hovedfaktorer, der menes at have en afgørende betydning for aldringsprocesser. Disse faktorer er social status, ægtestand, rygning og motion. Gennemsnitslevealderen er højere nu end nogensinde før [Web1, DST], og i Danmark var der pr. 1. januar personer på 65 år og derover, hvilket svarer til ca. 16% af Danmarks befolkning. Udgifterne på ældreområdet udgør i dag ca. 12% af Danmarks samlede BNP, svarende til ca. 149 milliarder kroner fordelt på sygehuse, pensioner, sociale ydelser m.m. I primærsektoren bliver der årligt brugt op mod 30 milliarder kroner på ældrepleje fordelt på borgere og medarbejdere. Mange af udgifterne bruges på hjemmehjælp og pleje- og ældreboliger [Web2, Ældreviden]. I forbindelse med den høje gennemsnitslevealder tales der ofte om den stigende ældrebyrde. I takt med at der kommer flere ældre, skal der også bruges flere ressourcer på at tage vare om dem. Nogle er mere afhængige af hjælp end andre, og i den sammenhæng tales der i dag om samfundet. Hermed menes, at omkring 80% af de ældre kan tage vare på sig selv, mens de resterende 20% har behov for andres hjælp [Hansen et al., 2002]. Det vil groft sagt sige, at 20% af de ældre over 65 år i Danmark hæfter sig for årlige udgifter i omegnen af 30 milliarder kroner i primærsektoren. Som følge af samfundets udvikling er gennemsnitsalderen steget væsentligt i løbet af de sidste 50 år. Det estimeres af Danmarks Statistik, at der i 2015 vil være omkring personer over 64 år [Web2, Ældreviden]. WHO anslår, at der mellem 1970 og 2025 vil ske en vækst på verdensplan i den ældre befolkning (60+) på 694 millioner eller en stigning på 223%. I 2025 vil der være et total på ca. 1,2 milliarder mennesker over 60 år [WHO, 2002]. I takt med at befolkningen bliver ældre, er der risiko for at forekomsten af svækkelse og sygdom øges med et tilsvarende behov for hjælp og behandling. Estimeringer siger ydermere, at der i 2020 vil være godt tre erhvervsaktive personer mellem 20 og 59 år for hver person over 65 år, sammenlignet med 1935, hvor der var syv erhvervsaktive for hver person over 65 år [Hansen et al., 2002]. Det er derfor vigtigt at fokusere på dette samfund, som er et godt sted at sætte ind, både for at forøge de ældres livskvalitet, men også for at lette den byrde disse 20% udgør for samfundets økonomi. Hvis der ikke gøres noget ved problemet, kan vi meget vel stå med eksempelvis et samfund om nogle år, og derved stå med en tung økonomisk byrde. En stor del af disse 20% kan fjernes ved at bryde vaner og skifte til en mere aktiv livsstil, så fordelingen kan påvirkes i en mere positiv retning. Ved et lavt fysisk aktivitetsniveau vil funktionsniveauet falde. Funktionsniveauet hænger sammen med muskelstyrke, og en stor reduktion i funktionsniveau vil give en risiko for, at dagligdagsting ikke kan udføres. Faldet i funktionsniveau giver sig blandt andet til udtryk i et stigende antal faldulykker, der er et stort problem blandt ældre. Årligt kommer ældre 6

7 over 65 år på skadestuen som følge af fald, over bliver indlagt og dør af følgerne efter fald, hvilke er tre gange så mange, som der dør i trafikken om året. Den hyppigste skadestype er knoglebrud og udgør 44% af dem, der kommer på skadestuen. Andre hyppige skader er sår i hovedet og kvæstelser forskellige steder på kroppen [Web3, SIF]. Indlæggelser som følge af fald kan føre til yderligere reduktion af muskelstyrke på grund af manglende brug af muskulaturen, og dette kan føre til permanent tab af uafhængighed [Borst, 2004]. De ændringer der sker med alderen i skeletmuskulaturen er ikke kun af interesse for enkelte faggrupper, men for alle som er involveret i den geriatriske patient. For at kunne adskille patologiske ændringer fra fysiologiske ændringer i den aldrende muskulatur, så den rette rehabilitering kan igangsættes, er det nødvendigt med viden omkring aldringsprocessen i skeletmuskulaturen. Det er især vigtigt, at forstå at aldringsprocessen i skeletmuskulaturen er variabel blandt forskellige muskelgrupper samt blandt enkelte individer [Skive, 2003; Reeves et al., 2006]. De individuelle forskelle indikerer, at mange faktorer spiller en rolle for aldring. Dette er både genetiske faktorer og påvirkning fra miljøet. For at forhindre en reduktion i muskelstyrke og dermed funktionsniveau, ville et godt tiltag være at sørge for vedligeholdelse/optræning af ældre. Dette ville blandt andet også kunne sænke antallet af fald. Gennem veltilrettelagt træning kan ældre imidlertid ikke blot holde deres funktionsniveau ved lige, men også genvinde tabte kræfter. Viden om ældres fysiske funktionsdygtighed er afgørende for udviklingen af specifikke træningsprogrammer, som kan benyttes i forebyggelses- og rehabiliteringsstrategier på ældreområdet. Set i lyset af de fire hovedfaktorer som har afgørende betydning for aldringsprocessen, har vi derfor valgt at beskæftige os med motion, fordi den er en væsentlig faktor for funktionsniveau, og fordi det her er muligt at studere nogle biologiske mekanismer som bl.a. påvirkes af aldring og i sig selv har betydning for aldring. De tre andre faktorer udforskes ikke nærmere i dette projekt. Problemstillingen der her belyses er hvilke mulige interventioner, der kan tages i brug for at styrke de ældres funktionsniveau. Dette er primært med henblik på muskelstyrke og -masse, da disse falder med alderen, et fænomen der kaldes sarkopeni. Ud fra den eksisterende evidens gives et teoretisk billede af hvilken træning, der kan benyttes i rehabiliteringsøjemed i forbindelse med sarkopeni, men hvordan det vil kunne implementeres i sygehusvæsenet samt deciderede træningsprogrammer vurderes ikke. Hovedvægten bliver lagt på fysisk aktivitet, herunder interventioner der kan bedre muskelfunktionen, mens andre forbedringer som f.eks. kredsløbsforbedringer og livskvalitet ikke berøres dybdegående. Endvidere fokuseres der ikke på de genetiske faktorer, der påvirker aldringsprocessen. Litteraturstudiet indeholder en gennemgang af de gængse aldringsteorier, der findes for at give et indblik i hvilke biologiske processer, der forbindes med aldring. Dernæst gennemgås relevant muskelteori, som er anvendeligt for at forstå det følgende afsnit, hvor årsagerne til sarkopeni gennemgås. Derpå følger et afsnit om ældres fysiske aktivitet efterfulgt af et udvalg af en række mulige interventioner, der kan foretages mod sarkopeni. Som afrunding diskuteres fordele og ulemper ved interventionerne, og der gives et bud på den mest plausible intervention mod sarkopeni. 7

8 2.0 Aldring Begrebet aldring er svært at definere, idet det kan beskues på mange forskellige måder. Normalt bruges alderen, altså den tid der er gået siden fødslen, til at vurdere om en person er gammel eller ej. Dette er den kronologiske alder. Livslængden varierer fra individ til individ, ligesom der er stor forskel på, hvordan alderen påvirker det enkelte individ. Kronologisk alder er derfor ikke nogen god parameter for, hvor langt man er i aldringsprocessen. Mens nogen 80-årige er fuldstændig selvhjulpne har andre mistet evnen til at udføre basale færdigheder såsom påklædning og personlig hygiejne. En anden måde at beskue alderen på er gennem den sociologiske vinkel, som tager udgangspunkt i hvilken samfundsmæssig rolle man spiller. Der findes forskellige roller tilknyttet de forskellige aldersgrupper, og en person kan derfor ændre andres opfattelse af sin alder, ved at træde ind i en rolle tilhørende en yngre aldersgruppe, enten fordi man føler sig tilpas i den rolle, eller fordi man ikke vil se i øjnene at man ældes. Ligeledes kan personen træde ind i en rolle i en ældre aldersgruppe, hvis vedkommende f.eks. vil fremstå mere moden. Den biologiske alder er kroppens fysiske tilstand helt ned til det molekylære niveau. En række processer og funktioner forringes med tiden i kroppen, og får os til at ældes. Hvilke biologiske mekanismer der forårsager aldringen, og i hvor høj grad, er der ikke helt enighed om iblandt aldringsforskere. For at få kroppen til at fungere skal et utal af mekanismer fungere i samspil, og ligeledes findes der også et utal af teorier om, hvordan diverse processer har betydning for, hvordan vi ældes. Nogle af disse processer er genetisk bestemt og andre kan påvirkes af en række ydre faktorer, som f.eks. føde eller miljøpåvirkninger. Nogle af disse aldringsprocesser kan man selv påvirke og derved udskyde aldringen eller den måde vi ældes på. En af de metoder hvorpå aldringsprocessen kan udskydes er ved fysisk aktivitet. Vi vil nu gennemgå nogle af de processer, som har betydning for den biologiske alder. 2.1 Aldringsteorier Nogle aldringsteorierne har en kobling til muskelfunktion og sarkopeni, og derfor vil disse blive beskrevet dybere. De processer der gør sig gældende i forbindelse med sarkopeni er samlet og gennemgået i afsnittet 4.0 Sarkopeni. Gennemgangen af disse aldringsteorier giver læseren et indblik i, hvor kompliceret en proces aldring er. Derudover giver det også et billede af hvor mange forskellige aldringsprocesser træning har en indvirkning på, idet træning kan kobles til mange af teorierne. Ændrede proteiner Proteiner bliver ofte modificeret, når de skal aktiveres eller på anden måde ændre funktion. En af de mest almindelige proteinmodifikationer i pattedyr er glycosylation, der er en tilførelse af et sakkarid til proteinet [Sato et al., 2006]. Denne proces er styret af enzymer og er kontrolleret. En glycation derimod er ikke styret af enzymer [Dutta et al., 2005] og er derfor ikke en kontrolleret reaktion, hvilket giver udslag i ugunstige ændringer for proteinerne. Proteiner udsat for glycation giver ophav til advanced glycosylation end-products (AGEs), der er mere reaktive end proteinet, der blot er udsat for glycation. 8

9 Der kan også ske en oxidation af de enkelte aminosyrer proteinet består af. Disse ændringer kan give sig til udtryk for enzymers vedkommende i nedsat specifik aktivitet og ændret varmestabilitet [Troen, 2003], og en akkumulering af defekte proteiner kan føre til celledød [Viteri et al., 2004]. Akkumulation af ændring i proteinerne er forbundet med Alzheimer- og Parkinsonsygdom [Forloni et al., 2002] og forringelse af synet [Viteri et al., 2004]. I cytosolen i cellerne findes der proteasomer, som er med til at regulere koncentrationen af proteiner samt at nedbryde misformede proteiner f.eks. pga. glycation eller oxidering. Denne proces kaldes proteolyse. Den proteolytiske aktivitet falder i takt med alderen [Martinez- Vincente et al., 2005]. I forbindelse med AGE og stærk oxidation kan proteiner binde til hinanden, aggregere. Dette kaldes for cross-linking. Disse proteiner kan proteasomerne ikke nedbryde [Viteri et al., 2004]. Mange extracellulære matrix-proteiner viser øget cross-linking med alderen, hvilket har indflydelse på diverse organfunktioner, da diffusion af molekyler påvirkes [Troen, 2003]. Reactive Oxygen Species Reactive oxygen species (ROS) er en række af små oxygen-forbindelser, som er meget reaktive på grund af en uparret elektron i yderste elektronskal [Reid & Durham, 2002]. ROS har derved en redox-aktivitet, hvilket vil sige, at de er tilbøjelige til at optage en elektron fra molekyler i omgivelserne, f.eks. proteiner, enzymer og DNA. Derved påføres oxidativ skade, da oxideringen som oftest nedsætter proteinets funktion. Den mitokondriske respirationskæde er en stor producent af ROS, og derfor dannes der mange ROS inde i mitokondrierne [Bulteau et al., 2006]. Af denne grund er det også i mitokondrierne, at mange ROS gør deres skade, ved at reagere med mitokondrie-dna et (mtdna), og derved forårsage mutationer. Akkumulation af mutationer i mtdna et kan føre til fejl i proteinerne DNA et koder for, og derved føre til defekter i elektrontransportkæden, som kan medføre endnu en øget ROS produktion, og der opstår derved en ond cirkel [Lenaz et al., 2002]. Med alderen følger større akkumulationen af de skader ROS har forårsaget, hvilket betyder flere og flere dysfunktioner rundt om i kroppen, herunder i musklerne. ROS produceres andre steder end i mitokondrierne, men da muskler har et højt indhold af mitokondrier, er det netop disse vi fokuserer på. Forsvarsmekanismer der modvirker oxidativ skade (f.eks. antioxidanter og heat shock proteiner), øges når musklen udsættes for oxidativt stress, som for eksempel anstrengende motion, herunder både styrke- og konditionstræning. Undersøgelser tyder på at regulering af disse proteiner forringes med alderen og medfører derved en forøget modtagelighed over for oxidativ skade, jo ældre man bliver. Ved at reagere med reguleringsproteiner i skeletmuskulaturen menes ROS at kunne nedsætte den styrke, hvormed musklen kan trække sig sammen [Reid & Durham, 2002; Marzani et al., 2005]. ROS rolle i sarkopeni forklares dybere i afsnit 4.4 Oxidativt stress. DNA-skade og - repair Med tiden vil der opstå skader på vores DNA, som vi ikke er i stand til at reparere. Disse skader kan være forårsaget af miljøfaktorer som f.eks. solens stråler, eller indtagede stoffer, der påvirker DNA et. Store dele af vores DNA koder ikke for noget, og en mutation her vil ikke betyde noget. Ophobning af DNA-skader forhøjer sandsynligheden for at et essentielt stykke DNA rammes. Dette kan medføre at proteiner transskriberes forkert, og medføre at vigtige processer og pathways ikke længere fungerer i den ramte celle [Kyng & Bohr, 2005]. 9

10 Ofte vil en fatal skade på DNA et inducere apoptose, så cellen dør frem for at virke forkert. For at en DNA-fejl skal komme til udtryk, er det ofte en forudsætning at DNA-skader, der modvirker at cellen går i apoptose også har fundet sted. En enkelt celle der går i apoptose vil ikke gøre den store skade for organismen, men med alderen vil der ske en akkumulation af mutationer, som kombineret kan være skadelige for organismen, som det eksempelvis ses med cancer. DNA-skaderne har indflydelse på musklerne, hvis de rammer gener, der koder for proteiner, der udtrykkes i muskelcellerne. Telomerforkortelse Før cellerne i kroppen kan dele sig, skal DNA et i de pågældende celler været blevet replikeret. For de fleste celletyper vil replikation af DNA et medføre at en lille del af det yderste DNA, telomerer, går tabt, da replikationsmekanismen ikke kan replikere endestykket. Disse telomerer koder ikke for noget, og er en slags beskyttelse for det vigtige kodende DNA. Hver gang en celle deler sig, vil telomererne blive et lille stykke kortere, som illustreret på figur 2.1. Der er derfor en grænse for hvor mange celledelinger en celle kan foretage, før telomererne er brugt op. Denne grænse kaldes Hayflick grænsen. Grænsen varierer fra væv til væv, da telomerlængden varierer på de enkelte celletyper. Når telomererne er brugt op, og grænsen er nået, begynder cellen at miste funktioner og indstiller cellecyklus [Zhang, 2007; Shay & Wright, 2000]. Dette betyder, at cellevæksten ophører, og at der ikke længere kan kompenseres for nedslidte celler ved at danne nye, og vævene bliver svagere. Figur 2.1 Telomerforkortelse. Når et kromosom replikeres, går en lille del af DNA et på den ene streng tabt, på en af dattercellerne. Når denne dattercelles DNA replikeres, vil den ene af dennes datterceller have kortere DNA i forhold til den oprindelige kopi. Processen gentages, og telomererne bliver kortere for hver replikation [Figuren er modificeret fra Griffiths et al., 2005]. Denne telomerforkortelse har også indflydelse på muskler, selvom muskelceller ikke deler sig. Nye muskelceller kommer fra myoblaster og satellitceller (se afsnit 3.0, Muskler), og disse har også begrænset delingskapacitet i forbindelse med telomerforkortelse [Donna et al., 2003]. 10

11 Neuroendokrine ændringer Neuroendokrine celler er en gruppe nerveceller der producerer en række hormoner, der blandt andet sørger for at opretholde homeostasen. Med alderen følger der en forandring af reguleringen og udskillelsen af mange af disse hormoner. Denne forandring bunder sandsynligvis i, at der ikke kan dannes nye endokrine celler, og at der hver dag mistes nogle [Balcombe & Sinclair, 2001]. Endokrine faktorer påvirker balancen mellem anabolske og katabolske stimuli i muskulaturen [Solomon & Bouloux, 2006]. Et tydeligt eksempel på hormonel forandring er overgangsalderen, som skyldes ændring i gonade hormoner [Baranowska et al., 2007]. Tab af testosteron er bl.a. forbundet med tab af muskelmasse og muskelstyrke, lavere hæmatocrit, nedsat knogledensitet og en øget risiko for fraktur efter fald [Borst, 2004]. Med alderen følger der et fald i væksthormon [Baranowska et al., 2007], som spiller en vigtig rolle i opbygning af muskelmasse. Væksthormoners anabolske funktion foregår primært ved at insulinlignende vækstfaktor 1 (IGF-1) stimuleres via leveren og derefter cirkulerer frit og stimulerer væv, deriblandt muskel- og knoglevæv til at producere IGF-1 til lokal påvirkning. En vigtig del af muskelhypertrofi forårsaget af træning er en øgning i IGF-1 i muskulaturen [Borst, 2004]. Hormonerne østrogen og testosteron har også en vigtig rolle i forbindelse med muskelmasse og -styrke. Hormonernes rolle i sarkopeni gennemgås i afsnit 4.6 Hormoner. Immunosenescence I takt med aldringen, falder immunsystemets effektivitet, en proces der kaldes immunosenescence. En af årsagerne til faldet er at funktionen af hæmatopoietiske stamceller (HCS) falder med alderen. Disse celler giver ophav til alle blodceller, herunder lymfecellerne, der er en vigtig del af immunsystemet. Thymus der sørger for at differentiere T-celler, mister også funktion med alderen. Denne proces starter allerede inden for de første leveår, og i en alder af 70, er kun 10% af den oprindelige thymus stadig fungerende [Gruver et al., 2007]. Med alderen følger der blandt andet en nedsat phagocytisk aktivitet, en øget produktion af pro-inflammatoriske cytokiner, som menes at være årsag til en række aldersforbundne sygdomme, og en forringelse af det humorale immunrespons [Aw et al., 2006]. Ændringerne i immunsystemet har stor betydning for musklerne hos ældre mennesker. Med alderen følger en stigende koncentration af interleukin 6, IL-6 som har vist sig ikke kun at bekæmpe inflammation, men også at nedbryde muskelmasse og derved bidrage til sarkopeni [Morley et al., 2001]. Et andet cytokin der også er en stigende koncentration af er tumor necrosis factor alpha (TNF-alpha). Denne er ansvarlig for proteinkatabolisering [Llovera et al., 1993]. Cytokinernes rolle i sarkopeni gennemgås i afsnit 4.5 Cytokiner. Apoptose Der findes to måder hvorpå en celle i kroppen kan dø: nekrose og apoptose. Nekrose sker når en voldsom skade akut finder sted på en celle, og forårsager at cellen svulmer op og til sidst sprænges. Denne akutte skade skyldes ofte noget spontant, som f.eks. et slag, og celletabet er derfor ikke til organismens fordel. Apoptose derimod er programmeret celledød, der er styret af organismen selv. Dette anvendes bl.a. når celler gør mere skade end gavn eksempelvis som følge af dysfunktion pga. oxidativ skade, og spiller en vigtig rolle i forbindelse med at undgå cancer. Derudover bidrager apoptose også i udviklingen af individer, f.eks. når haletudser mister deres hale samt til at opretholde homeostase i væv [Zhang & Herman, 2002]. Mange studier baseret på dyreforsøg viser, at i takt med at alderen stiger, stiger hyppigheden af 11

12 apoptose også. Dette hænger sandsynligvis sammen med at et stigende antal celler har akkumuleret så mange skader (herunder oxidativ skade som en stor bidrager), at apoptose induceres. Da apoptose induceret signalering er komplekst og stramt reguleret spekuleres der i, om denne alderssammenhæng også kan skyldes nedsat evne til at regulere apoptose [Zhang & Herman, 2002]. Mitokondrier spiller en vigtig rolle i forbindelse med igangsættelsen og reguleringen af apoptose. I et forsøg med mus, er der påvist en sammenhæng mellem dysfunktionelle mitokondrier og tidligere aldring og forkortet liv. En akkumulering af mitokondrie DNA (mdna) mutationer blev også sammenkoblet med øget apoptose i forskellige væv, herunder skeletmuskulaturen [Marzetti & Leeuwenburgh, 2006]. I skeletmuskulaturen findes der en høj koncentration af mitokondrier, og derfor også et større potentiale til at der opstår fejl, der kan medføre at apoptose induceres. Neurologiske ændringer De aldersrelaterede sygdomme Parkinsons og Alzheimers er gode eksempler på aldringens negative effekt på nervesystemet. Da hjernen er knudepunkt for nerveimpulser, omhandler en stor del af forskningen af de aldersbetingede neurologiske ændringer også dette organ. Forskning viser at antallet af aktive neuroner i hjernen falder med alderen på grund af atrofi [Smith et al., 1999], og at man mister hjerneceller [Park et al., 2001]. Med alderen vil der i neuroner forekommer en høj rate af misfoldet myelin [Delbono, 2003], det protein der ligger som et beskyttende lag rundt om neuronets axon. Det kan tænkes, at dette forhøjer risikoen for skade og derved sætter neuronet ud af funktion eller forårsager en dysfunktion. Aktivering af muskler sker gennem det neuromuskulære system, og også her influerer alderen. Det neuromuskulære system viser tilbagegang i funktion, efterhånden som man bliver ældre. En række årsager til denne tilbagegang menes fundet, men endnu vides ikke med sikkerhed hvad der udløser dem. Innervationen af muskelfibre er en af de processer der ændres, herunder denervation og re-innervation af muskelfibre samt tab af motoriske enheder. Bliver denervationen højere end re-innervationen betyder det at flere og flere muskelceller atrofierer og mister funktion [Delbono, 2003]. Ændringer i det neuromuskulære system der bidrager til sarkopeni gennemgås i afsnit 4.2 Det neuromuskulære system. 12

13 3.0 Muskler I dette afsnit vil den relevante baggrundsviden om muskulatur blive gennemgået. Vi vil kun berøre skeletmuskulaturen, som er den muskeltype som skaber bevægelse, opretholdelse og stabilitet af kroppen. Derudover vil der komme en kort gennemgang af fibertyperne, kontraktion af muskulaturen, vækst af muskulatur og kort om det neuromotoriske system. Dette anses som nødvendig viden, for at kunne forstå de bagvedliggende mekanismer ved sarkopeni. Skeletmuskulaturen består af bindevæv, blodkar, nerver og muskelceller. Muskelcellerne, også kaldet for muskelfibre, er en lang cylinderformet celle som modsat de fleste andre celler indeholder flere kerner. Forklaringen på de mange kerner er, at muskelfibrene dannes ved en sammensmeltning af celler i fosterstadiet og kan således indeholde op til flere hundrede kerner. Man bliver født med et antal muskelfibre og dette antal kan ikke stige med alderen. De enkelte muskelfibres styrke og funktionsdygtighed kan forbedres gennem træning, jf. afsnit 6.0, Interventioner. Muskelfibrene bliver opdelt i to hovedtyper, type 1 og type 2-fibre. Muskelfiber typerne har forskellige kontraktile egenskaber. Type 2-fibre er hurtigere end type 1-fibrene og bliver delt op i 2a og 2x, hvor type 2x er de hurtigste. Hastigheden i kontraktionen og spændingsudvikling har betydning for hvor hurtigt og kraftfuldt musklen reagerer ved aktivering fra nervesystemet. Ligeledes er udholdenheden forskellig i fibertyperne, hvor type 1-fibrene ikke udtrættes så let som type 2-fibrene. I Tabel 3.1 er fibertyperne og deres egenskaber sammenfattet. Fibertyperne indeholder et forskelligt antal kapillærer og mitokondrier. Type 1-fibrene har flest kapillærer og mitokondrier, og type 2x har færrest, derfor er det også almindeligt at omtale muskelfibrene som henholdsvis røde og hvide. Muskelfibrene er samlet i motoriske enheder, hvilket er en betegnelse for en samling muskelfibre af den samme type (homogene) koblet med et neuron (alpha-motorneuron). Antallet af muskelfibre i en enhed afgør hvor god motorik man har, jo færre muskelfibre jo finere motorisk kontrol. Antallet af muskelfibre i en enhed svinger fra ca. 100 til ca Muskelfibrene i en enhed spreder sig over store dele af musklen. Fibertyper Type 1 Type 2a Type 2x Kontraktionshastighed Langsom Hurtig Meget hurtig Udholdenhed Stor Middel Lille Fiberdiameter Mindst Lidt større Størst Antal Mitokondrier Højt Mellem Lavt Myoglobinindhold Størst Lidt mindre Mindst Farve Rød (Lysere rød) hvide (Lyserød) hvide Størrelse på motorisk Lille Middel Stor enhed Tabel 3.1: Skematisk oversigt over fibertyperne og deres egenskaber. Da musklen ikke kan danne nye og flere muskelfibre, kan en vækst i musklens størrelse kun finde sted som resultat af en øgning i størrelsen af de individuelle muskelfibre, hypertrofi. Denne stigning i størrelsen er et resultat af et stigende antal myofibriller og sarkomerer i muskelfibrene. Desuden øges antallet af kerner i muskelcellen, hyperplasi, ved at enten satellitceller eller myoblaster, der er forløber for disse, smelter sammen med muskelcellerne. 13

14 Satellitceller er lokaliseret under muskelcellens membran. Ved f.eks. tung styrketræning kommer der via signalmolekyler besked til satellitcellerne om at vågne fra den dvale, de befinder sig i. De enkelte satellitceller foretager en celledeling, hvor den ene af de to nye satellitceller bliver lagt tilbage i dvale og er klar til at blive aktiveret næste gang, der er brug for det. Den anden fusionerer med den muskelcelle, den er associeret med og fungerer derefter på lige fod med de bestående muskelkerner. På denne måde kan det høje antal af kerner opretholdes. Sker der ikke en stimulering af musklen vil cellekerner gå til grunde. Indholdet af kerner i musklen er vigtig, idet de producerer muskel-specifikke proteiner som er med til at øge muskelfiberstørrelsen. Ved muskelstimulering øges andre elementer som blodforsyning, bindevæv og mitokondrier også. En stigning i væksten af musklen er medvirkende til en bedre muskelkontraktion. Muskulaturen kontraheres ved at myosinhovederne binder sig til actinmolekylerne og myosinhovederne foretager nikkebevægelser. Processen fra myosinhovedet kobles med et actinmolekyle til det samme myosinhoved kobles til et nyt actinmolekyle, kaldes for en tværbro-cyklus. Før der kan dannes tværbroer, kræver det at Ca ++ binder sig til troponin. Når Ca ++ binder sig til troponin ændrer troponin konformation, og tropomyosinet trækkes væk fra bindingsstederne. Koncentrationen af Ca ++ bliver reguleret ud fra et aktionspotentiale. Når Ca ++ ikke bliver brugt i muskelfibrene, vil det være i en stor koncentration i det sarcoplasmatiske reticulum. Ved påvirkning af muskelfibrene udbredes aktionspotentiale over hele muskelcellemembranen og ned i indkrængningerne. Disse danner et åbent tværgående forgrenet rørsystem (t-rørene), som er i tæt kontakt med det sarcoplasmatiske reticulum. Når aktionspotentialet påvirker t-rørene, påvirkes det sarcoplasmatiske reticulum, og det sarcoplasmatiske reticulum bliver permeabelt for Ca ++. Ca ++ kan nu diffundere ud i sarcoplasmaet og bindes til troponin, og dannelse af tværbroer vil ske, og en kontraktion kan finde sted. Denne proces benævnes irritations-kontraktionsprocessen. Myosinproteinet i skeletmuskulaturen er et asymmetrisk molekyle med et hoved og en hale. Det er opbygget af to myosin heavy chain (MHC) og fire myosin light chain proteiner. Myosin i de tre fibertyper, type 1, type 2a og type 2x, er forskellige i deres struktur, som skyldes at de indeholder hver sin isoform af MHC. På denne måde kan syntesen af de enkelte fibertyper reguleres, da de opbygges af forskellige proteiner. Skeletmuskulaturens funktioner forringes med alderen. Årsagerne til dette er, at der sker et fald i muskelstyrke og muskelmasse, kendt som sarkopeni. Dette aldersrelaterede fald og omstændighederne bag vil blive gennemgået i næste afsnit. 14

15 4.0 Sarkopeni I 1970 erne blev der for første gang gjort opmærksomt på det aldersrelaterede tab i fysiologisk funktion, da Nathan Shock publiserede resultater fra studier, der havde fundet sted de forgange 20 år [Rosenberg, 1997]. Det blev konstateret, at der med alderen sker et fald i muskelmasse og muskelstyrke. Dette kaldes sarkopeni og stammer fra græsk hvor sarko betyder kød eller muskler, og peni betyder tab. Muskelstyrken er blevet målt til gennemsnitlig at falde 1-1,5% om året efter års alderen. I nogle tilfælde er muskelstyrken hos de svageste 70-årige, målt til at være 50% lavere end hos en gennemsnitlig ung person [Jespersen et al., 2003]. Der er flere faktorer i den menneskelige organisme, der er medvirkende til faldet i muskelmasse og muskelstyrke, hvilke bliver gennemgået i dette afsnit. Disse er atrofi, ændringer i det neuromuskulære system, proteinsyntese, ROS-produktion, cytokinregulering og hormonbalance. Forhold som er medvirkende til yderligere at fremme sarkopeni er rygning, stillesiddende livsstil, dårligt helbred, genetiske faktorer samt kropsbygning (højde og vægt) [Harris, 1997]. En essentiel faktor med betydning for sarkopeni formodes at være et fald i den fysiske aktivitet med alderen [Morley et al., 2001]. Dyrestudier indikerer, at der er et fald i det daglige spontane fysiske aktivitetsniveau med alderen [Ingram, 2000]. Personer over 67 år udgør den mest stillesiddende gruppe af den voksne befolkning [DIKE, 1994]. Det er ikke muligt at angive præcist hvor meget af reduktionen i muskelmasse og styrke, der skyldes alderen og hvor meget der skyldes nedsat fysisk aktivitet, men faldet i muskelstyrken er langt mere udtalt hos inaktive end hos aktive, se figur 4.1. Ud fra en model ses et fald i muskelstyrke med alderen uanset aktivitetsniveauet igennem livet. Figur 4.1. Reduktionen i muskelstyrke med alderen. Figuren viser en model af reduktionen i muskelstyrke med alderen i forhold til en vedvarende fysisk aktivitet igennem livet, inaktivitet gennem hele livet, fysisk aktivitet startet som midaldrende samt ved sygdom. Der ses et fald ved alle aktivitetsniveauer med alderen [Figuren er modificeret fra Skive, 2003]. 15

16 4.1 Muskelfiberatrofi Muskelfiberatrofi er associeret med alder og med inaktivitet. Det er et resultat af en kombination af reduktion af muskelfiberstørrelse og tab af muskelfibre. [Williams et al., 2002]. Man kan kvantitativt bestemme muskelmassen ud fra et muskeltværsnitsareal. Massen afhænger af antallet og størrelsen af muskelfibrene, og vil med alderen falde. Resultatet af en mikroskopi vurdering af tværsnittet af musculus Vastus Lateralis viste en lille reduktion i muskelfiberstørrelsen og en reduktion i det totale antal muskelfibre med alderen. Undersøgelsen er foretaget på mænd fra 15 til 85 års alderen [Williams et al., 2002]. Resultatet ses på figur 4.2. Der er et tydeligt fald i muskeltværsnitsarealet efter års alderen. Det ses også at de årige med det største muskeltværsnitsareal har samme muskeltværsnitsareal som den yngre gruppe med det mindste muskeltværsnitsareal. Det ses ligeledes, at antallet af muskelfibre falder efter 30 år. Figur 4.2. Muskelfiberatrofi. (A) viser tværsnitsarealet af musculus Vastus Lateralis fra en mikroskopi undersøgelse i forbindelse med en autopsi af 43 mænd fra 15 til 85 år som alle var raske. Det ses at kurven (regressionslinie) er faldende efter ca. 25 år. (B) Viser at antallet af muskelfiber begynder at falde ved 30 års alderen. [Figuren er modificeret fra Williams et al., 2002.] Flere undersøgelser har vist et fald i fiberantallet. I studier af mennesker fra år, blev vist en halvering i antallet af muskelfibre i lårmuskulaturen, ligeledes blev der også fundet et stort fald i fiberantallet i musculus Biceps Brachii [Lexell et al., 1983] Underekstremiteterne (UE) mister typisk styrken hurtigere end overekstremiteterne (OE) [Reeves et al., 2006]. Ved immobilisering er der allerede efter en til to uger fundet en reduktion i muskelfibrenes tværsnitsareal, med et fald på 3-4% pr. dag i den første uge, som efterfølgende aftager [Hansen, 2005]. Tværsnittet af muskelfibrene har vist sig at falde med alderen, og dette fald er ikke ens for begge fibertyper, som det fremgår af figur 4.3. Undersøgelsen er foretaget på mænd i alderen 15 til 83 år. Der ses et fald i både type 1 og 2 muskelfibrene, men med det største fald i type 2-fibrene [Williams et al., 2002]. Dette indvirker på effektiviteten af musklen, og når denne forringes, betyder det et fald i muskelstyrke [Morley et al., 2001], og kan medvirke til faldulykker på grund af den dårligere kontraktionshastighed. I type 1-fibrene sker der en lille ændring med alderen. 16

17 Figur 4.3. Alderens effekt på type 1 og 2-muskelfibre. Undersøgelser af musculus Vastus Lateralis i forbindelse med en autopsi af 43 mænd fra 15 til 85 år som alle var raske. (A) Størrelsen af type 2-muskelfibrene falder med alderen, hvor type 1 ikke har så stort fald i størrelsen. (B) Med alderen ses at andelen af type 1-fibre stiger svagt, hvilke indikerer at der mistes flest type 2-fibre [Figuren er modificeret fra Williams et al., 2002]. Reduktion i musklens tværsnit er primært et resultat af et fald i antallet af muskelfibre og en reduktion af tværsnitsarealet i type 2-muskelfibre. Undersøgelser har desuden vist at muskulaturen hos 65 til 83-årige indeholder mindre af det kontraktile væv end hos 26 til 44- årige [Williams et al., 2002]. 4.2 Det neuromuskulære system En af hovedårsagerne til de strukturelle og funktionelle ændringer i muskulaturen med alderen er en progressiv degeneration af nervesystemet, især efter 60 års alderen [Verdú et al., 2000; Lexell, 1997]. Funktionen af skeletmuskulaturen er afhængig af centralnervesystemet (CNS) og af det perifere nervesystem. Motorneuroner kontrollerer muskelkontraktion gennem irritation-kontraktions processen [Figueiredo, 2006]. Den aldersinducerede nedgang i irritations-kontraktionsprocessen kan finde sted i depolarisering af sarcolemma, ledning af aktionspotentialer gennem det tubulære system, udskillelse af calciumioner, binding af calciumioner til regulerende proteiner, aktivering af aktin-myosin tværbroer og reakkummulation af calcium, hvilke er medvirkende til styrkenedgang hos ældre [Thompson, 1994]. Nedgang i en enkelt muskelfibers specifikke spænding i elastiske elementer, associeret med alder er set hos både mennesker og dyr. Dette skyldes mere en nedgang i antallet af tværbroer end kraften fra den enkelte tværbro [Reeves et al., 2006]. Med alderen sker der en ændring af muskelfiber innervationen. Studier har rapporteret om skeletmuskel denervation og re-innervation, remodellering af motorneuroner eller tab heraf hos både mennesker og gnavere [Doherty et al., 1993; Johnson et al., 1995]. Remodelleringen fører til ændringer i fibertypesammensætningen og synes at involvere denervation af hurtige muskelfibre og en re-innervation ved sprouting af langsomme muskelfibre. Da ikke alle muskelfibre i den forbindelse bliver re-innerveret, atrofierer de og går funktionelt tabt, hvilket derved resulterer i et aldersbetinget fald i muskelmasse [Delbono, 2003]. 17

18 Øget alder har en negativ indflydelse på den motoriske enhed, især det nedre motorneuron (αmotorneuron). Som konsekvens af dette vil de muskelfibre, der innerveres af dette neuron blive påvirket. Det har vist sig at op til 60 års alderen, er der ingen tegn på tab af motorneuroner, hvorimod der efter denne alder ses en reduktion af motorneuroner. Ved at sammenligne 20 årige med 100 årige er der observeret et gennemsnitlig fald af antallet af motorneuroner på 25%, og hos nogle individer over 60 år sås op til 50% færre motorneuroner end hos en yngre person [Lexel, 1997]. Antallet af muskelfibre pr. motorenhed stiger desuden med alderen og nogle motorenheder bliver større [Williams et al., 2002; Morley et al., 2001]. Jo færre muskelfibre der er i et motorneuron jo bedre finmotorik, det vil sige at når antallet af muskelfibre pr. motorenhed stiger med alderen bliver finmotorikken dårligere. Tabet af motorneuroner er ledsaget af en reduktion af både antal og diameter af axonerne i de ventrale rødder. Der er set en aldersrelateret reduktion i antallet af store og mellemstore myeliniserede fibre i de ventrale rødder, men ingen signifikant reduktion af de små fibre. Endvidere er der observeret ændringer i både varighed og amplitude af aktionspotentialer med stigende alder, herunder en langsommere ledningshastighed. Den langsommere ledningshastighed kan skyldes flere ændringer i nervefibrene, herunder frafald af de store fibre og segmental demyelisering [Lexell, 1997]. De motoriske endeplader har vist sig at gennemgå en vedvarende remodellering med alderen, med gradvise ændringer i både præ- og postsynaptiske komponenter. Hos ældre er antallet af præsynaptiske axoner og længden af endepladerne her forøget, og endepladerne består af flere mindre sammenhobninger af acetylcholin receptorer. På den postsynaptiske membran er der endvidere fundet en forøget længde og forgrening af endepladen. Betydningen af disse forandringer på udbredningen af aktionspotentialer og irritations-kontraktionsprocessen er ikke undersøgt dybdegående og forståelsen heraf er mangelfuld. Et bud herpå kunne være at disse forandringer mere er kompensatoriske, så den neuromuskulære funktion kan bibeholdes med alderen, end den er et resultat af degenerationen i sig selv [Lexell, 1997]. 4.3 Muskelproteinsyntesen Muskelproteinmassen afhænger af proteinomsætningen [Short & Nair, 2001]. Muskelproteinomsætningen er bestemt ud fra balance mellem muskelproteinsyntese og nedbrydning. [Morley et al., 2001; Balagopal et al., 1997]. Proteinomsætningen er vigtig for at opretholde cellefunktionen ved vedvarende udskiftning af ødelagt protein med nysyntetiserede proteiner [Short & Nair, 2001]. Med alderen sker der en ubalance i proteinomsætningen, hvilket er medvirkende til et fald i muskelmassen, idet proteinnedbrydningen overstiger proteinsyntesen [Morley et al., 2001, Williams et al., 2002; Short & Nair, 2001]. Resultater fra målinger af proteinnedbrydningshastigheden i skeletmuskulaturen har vist en større nedbrydningshastighed af muskelprotein hos ældre end hos yngre [Volpi et al, 2001]. Synteseraten af mixede muskelproteiner (MMP), er mindre hos ældre (65-84-årige) end hos yngre (20-35-årige) [Balagopal et al., 1997]. MMP omfatter forskellige muskelproteinkomponenter som sarkoplasmatiske, myofibrillære og mitokondrielle proteiner i den tværstribede muskulatur. Et studie viste at synteseraten af sarkoplasmatiske proteiner i musklen var uændret eller nedsat hos ældre [Balagopal et al., 1997]. 18

19 De myofibrillære hovedproteiner er aktin og myosin. Syntesehastigheden af myofibrillære proteiner falder med alderen og indvirker på et fald i muskelmasse og styrke [Morley et al., 2001, Welle et al., 1995]. Myofibrilproteinsyntesen blev undersøgt in vivo ved en muskelbiopsi på ni yngre og syv ældre mænd og kvinder, alle raske og velfungerende. Man fandt at myofibril proteinsyntesen var 28% langsommere hos de ældre mænd end hos de yngre [Welle et al., 1994]. En anden undersøgelse af Balagopal et al. fandt frem til syntese raten af aktin var uændret med alderen. Undersøgelsen blev foretaget på et mindre antal personer [Balagopal et al., 1997]. Faldet i MHC proteinsyntesen er relaterede til faldet i messenger RNA (mrna). Faldet i mrna i MHC isoformerne ses på figur 4.4. Det mindste fald er at se i type 1-fibrene, hvilke også stemmer overens med muskelfibreatrofi hvor det mindste fald i størrelsen var at finde i type 1-fibrene. Faldet i mrna niveauet af type 2-fibrene er stigende med alderen og det største fald sker i type 2x-fibrene. Figur 4.4: Ændringer i mrna niveauet af MHC isoformerne i muskulaturen med alderen. U står for unge, M for midaldrende og Æ for ældre. Med alderen sker et fald i de tre MHC isoformer. Faldet er størst i MHC I2x [Figuren er modificeret fra Short & Nair, 2001]. Marx et al. fandt et modsigende resultat ved en undersøgelse af musculus Vastus Lateralis ved biopsi fra 16 unge og 16 ældre raske mænd. De fandt, at der ingen forskel var i mrna og protein niveauet i MHC isoformerne hos unge og ældre. De ældre viste tegn på sarkopeni ved tab af muskelkraft, og en tendens til tab i fedtfri masse og en stigning i fedtprocent [Marx et al., 2002]. Dette tyder på at MHC proteinsyntesen ikke er afgørende for udviklingen af sarkopeni Årsagerne til reduktion i mitokondriel proteinsyntese er ikke fuldstændiggjort. Rooyackers et al. har fundet at synteseraten af mitokondrielle proteiner er reduceret med alderen. Faldet i mitokondriel proteinsyntese var tydeligt hos midaldrende (ca. 53 år) og var tæt relateret til reduktion i mitokondriel enzymaktivitet [Rooyackers et al., 1996]. En aldersrelateret reduktion i mitokondriel omsætning er fundet ved in vivo undersøgelser. Oxidative ødelæggelser i mtdna og proteiner øges med alderen i musklerne. Dette begrænser mitokondriel proteinudtryk og -funktion [Short & Nair, 2001]. Faldet i muskelproteinsyntesen er synligt i mitokondrierne, idet der forekommer mutationer og deletioner i mtdna med alderen [Morley et al., 2001] jf. afsnit 2.1 aldringsteorier om DNA-skade og repair samt apoptose. Hvis der er sket en skade på DNA et, der koder for vigtige muskelopbyggende 19

20 proteiner, vil disse proteiner ikke kunne dannes mere, eller der vil være en fejl i de transskriberede proteiner. I takt med at man bliver ældre ophobes DNA skaderne, og det medfører mindre proteinsyntese. Skader på mitokondriel DNA er forbundet med muskelfibertab og atrofi [Allen et al., 2007]. 4.4 Reactive oxygen species En vigtig faktor der ofte forbindes med sarkopeni, er ROS negative virkning på proteiner og DNA, jf. afsnit 2.1 Aldringsteorier. ROS bidrag til sarkopeni ligger i den skade, de kan forvolde de processer, der finder sted i musklen og derved nedsætte dens funktion. Da muskler bruger meget energi og derfor har en stor omsætning af oxygen, er der en højere koncentration af ROS i musklerne, sammenlignet med andre væv. Muskler er derfor meget udsatte for oxidativt stress. Forstadier til muskelceller, myoblaster, har måske af denne grund udviklet en større resistens mod skade fra ROS sammenlignet med andre celletyper som f.eks. epitelceller. Den mekanisme der øger myoblastrenes resistens, menes at være forbundet med et forhøjet antioxiderende forsvarssystem [Renault et al., 2002]. Hvorvidt denne resistens fortsætter efter differentiation, foreligger der ingen resultater om, men uanset om dette er tilfældet eller ej, skader ROS muskelcellers funktion. I ældede muskler lader det til at det system der sørger for at uskadeliggøre ROS er svækket, idet der er set en nedsat mængde catalase og glutathion transferase i forhold til yngre muskler. Disse to enzymers funktion er bl.a. at fjerne ROS. Faldet i disse to enzymer er desuden fundet højere hos mænd end hos kvinder [Fanó et al., 2001], hvilket indikerer at kvinder er bedre til at modstå oxidativt stress end mænd. Oxidativt stress påvirker musklens evne til at kontrahere [Reid, 2001]. Det menes at denne forringelse skyldes at ROS ændrer de reguleringsmekanismer der styrer Ca ++ bevægelse ind og ud af det sarkoplasmatiske reticulum, jf. afsnit 3.0, muskler. Dette tyder på at der er en sammenhæng mellem oxidativt stress og musklens kontraktionsstyrke. Dette understøttes af at patienter med kronisk trætheds syndrom, en sygdom der fører til svækkede muskler, har ændrede egenskaber af det sarkoplasmatiske reticulum. Disse ændringer fører til ændringer i Ca ++ transport [Fulle et al., 2003]. Relativt store mængder ROS produceres i mitokondrierne, hvilke der er en stor koncentration af i muskler. mtdna er i højere grad udsat for oxidativ skade end kerne DNA [McKenzie et al., 2002]. Den høje grad af oxidativ skade hænger ikke kun sammen med at mtdna er lokaliseret tæt ved elektrontransportsystemet, men også at dets forsvar mod oxidativ skade på mtdna og reparationen af DNA skader er lavere end i kernen. Derudover er en større del af mtdna kodende regioner, og derved forøges sandsynligheden for at skader rammer kodende gener. mtdna replikeres ved dannelse af nye mitokondrier, og på denne måde kan muteret mtdna føres videre og bredes. Skaderne kan bl.a. udmunde ved deletioner i dele af mtdna et, og når dette er tilfældet udbredes defekten hurtigere, da DNA et bliver hurtigere at replikere [McKenzie et al., 2002]. Skaderne på mtdna vil ofte føre til nedsættelse i aktiviteten af enzymer, der har funktion i elektrontransportsystemet, da disse udgør en stor del af mtdna et. Ændringer i disse enzymers aktivitet forøges med alderen, da en akkumulation af mutationer og en øget mutationsrate følger. Et abnormt elektrontransportsystem har vist sig at medføre muskelatrofi hos rotter og aber [McKenzie et al., 2002]. 20

21 4.5 Cytokiner Cytokiner omtales ofte i forbindelse med akut sygdom, da deres funktioner hovedsageligt knytter sig til immunrespons. Cytokiner menes også at bidrage til sarkopeni ved at aktivere apoptotiske pathways. De mest omtalte cytokiner i den forbindelse er IL-6 og TNF-alpha. Både IL-6 og TNF-alpha bliver udskilt i fedtvæv, og da kropskompositionen for manges vedkommende ændres i løbet af livet, herunder en øget mængde fedtvæv, kan det forventes at koncentrationen af IL-6 og TNF-alpha også øges [Pedersen et al., 2003]. TNF-alpha har hos rotter vist sig at øge protein katabolismen, herunder proteiner i muskler [Llovera et al., 1993], og et øget indhold af IL-6 er hos mus blevet koblet til øget atrofi [Tsujinaka et al., 1995]. Det forhøjede fedtindhold i kroppen der ofte ses i relation til den ændrede kropskomposition, kan altså bidrage til sarkopeni i kraft af at fedtet udskiller de muskelnedbrydende cytokiner TNFalpha og IL-6 [Pedersen et al., 2003; Schrager et al., 2007]. Da kvinder har en højere fedtprocent end mænd [Rooyackers et al., 1996], er produktionen af IL-6 og TNF-alpha er højere hos kvinder, og at katabolisering af muskler derfor finder sted i højere grad. 4.6 Hormoner Visse hormoner, som væksthormoner, østrogen og testosteron, har indflydelse på opbygning og nedbrydning af muskelvæv, og kan derfor også bidrage til sarkopeni, hvis der sker en ugunstig ændring i hormonerne. Hormonbalancen ændres med alderen, som man f.eks. ser det ved overgangsalderen, hvor bl.a. østrogenproduktionen nedsættes. Et forsøg der har fulgt 35 kvinder (44-48 år) over seks år, har vist at de kvinder der kom i overgangsalderen i løbet af denne periode tabte mere fedtfri masse, herunder muskelmasse, og tog mere fedtmasse på, sammenlignet med jævnaldrende kvinder i samme forsøg, der ikke kom i overgangsalderen i løbet af forsøget. Da østrogenniveauet ikke blev målt, kan der være andre faktorer som kan have forårsaget de fysiologiske ændringer [Poehlman et al., 1995]. Østrogen har vist sig at spille ind på muskelvækst på flere måder. Østrogen hæmmer dannelsen af IL-6, som er kendt for at nedbryde muskelvæv. Den nedsatte udskillelse af østrogen der følger med overgangsalderen, medfører derfor en øget dannelse af IL-6. Tilstedeværelse af østrogen medvirker derved til vedligeholdelse af muskelmasse [Ralston, 1994]. Derudover er østrogen også kendt for at opregulere udskillelsen af væksthormoner [Veldhuis et al., 2001]. Personer med et højere indhold af væksthormon har mindre fedtvæv og mere muskelvæv end personer med et lavere indhold af væksthormon [Binnerts et al., 1992]. Testosteron er kendt for at influere på muskelvækst. Dette er i kraft af at testosteron øger muskelproteinsyntese, som fører til forøget styrke [Urban et al., 1995]. Herudover har testosteron vist sig at være med til at regulere Ca ++ koncentrationen i musklerne [Estrada et al., 2002]. Testosteron inducerer produktion af IGF-1 [Ashton et al., 1995], et hormon der styrer fedtvævsproduktion. Testosteronkoncentrationen falder med alderen [Perry et al., 2000], og dette medfører også et fald i IGF-1 koncentrationen, der igen medfører øget produktion af fedtvæv [Rudman et al., 1990], hvilket giver anledning til større sekretion af cytokiner. IGF-1 har en hypertrofisk effekt på muskler [Haddad & Adams, 2004], da IGF-1 menes at stimulere muskelopbygning ved at aktivere satellitceller til at proliferere og differentiere, jf. afsnit 3.0, Muskler [Barton-Davis et al., 1999]. Med alderen udvikler musklen resistens overfor IGF-1 aktivering [Willis et al., 1998], hvilket kan formodes at bidrage til sarkopeni. 21