肌肉强度和肌肉质量与绝经后女性骨密度的相关性研究

吴小宝 陈微 周超

中国人民解放军第九二医院骨伤科，福建 南平 353000

肌肉和骨骼在人体生理学中起着重要的作用，例如，它们可以进行运动，增强血液流向器官，并为重要器官提供保护[1]。肌骨单位是人类生物和生命活动的基础，许多研究已经检验了肌肉和骨骼之间的关系[2-5]。例如，许多研究报道肌肉量越大，骨密度(bone mineral density，BMD)越高[2-5]。通过双能X线骨密度仪(DXA)测量的瘦肌肉组织质量(LSTM)是肌肉质量的代表[6]，也与BMD正相关[4]。另一方面，以肌肉量减少和肌肉功能障碍为特征的肌肉减少症[7]往往涉及骨质疏松[5]。随着年龄的增长，肌肉减少症越来越多[7]，在社区居住的老年人中报道的流行率高达29%[8]。肌肉减少症导致不良后果，如身体残疾、生活质量差和死亡[7]。肌肉的机械负荷是维持BMD的重要机制[4]。作为机械负荷来源的肌肉力量和肌肉重量(肌肉质量)与BMD相关，运动负荷对BMD的有益影响已有报道，这些研究将这些与久坐行为进行比较[9]。据报道，以骨骼缺乏重力负荷为特征的航天飞行导致每个月有1%～1.5%的骨质流失迅速，由于受力和重量的机械负荷可以调节骨量，因此肌肉强度(定义为肌肉可以施加的最大力量)可能与BMD有关[10]。但是有研究认为肌肉强度与BMD无关，且与肌肉质量无关[11]。然而，相互矛盾的研究报道肌肉强度与肌肉质量与BMD相关密切相关[12]。因此，没有研究证据，特别是来自流行病学研究的关于肌肉力量(最大力量)如何独立于肌肉质量来影响BMD的经验证据。本研究探索老年妇女的代表性人群中肌肉强度是否与BMD有关，与肌肉质量有关，并检查肌肉强度和肌肉质量对BMD的个体影响。

1 材料和方法

1.1 研究设计

本研究分析了2014年3月至2017年8月在我院就诊的绝经后女性。共有340名绝经后妇女纳入本研究。排除标准：绝经前状态，影响骨代谢或LSTM的历史或现状，包括甲状腺功能亢进症、类风湿性关节炎、重症肌无力以及手术引起的更年期。没有握力(kg)或骨密度(g/cm2)检测不准确的参与者也被排除在外。记录女性的一般资料包括有关月经史、当前和过去妇科状况、骨折史以及其他可能影响骨代谢和LSTM的情况或药物的问题。

1.2 BMD和附肢骨骼肌重量指数

BMD和身体组成参数均通过DXA扫描仪(QDR-4 500 A；Hologic，Bedford，MA，USA)来检测。在股骨颈和腰椎L1-L4处测量BMD，同时测量全身的LSTM和BMD。LSTM分为确定区域，即手臂、腿和躯干。使用标准的制造商推荐的分析方法，从躯干LSTM分离胳膊和腿LSTM。在前身全身图像中，手臂划定在垂直肩线处，在盂窝处将肱骨头等分，并且腿由两条斜线分开，这两条斜线组成了骨盆三角形，在骨嵴的顶部形成水平线髂骨并将两股股骨颈分开[13]。骶尾骨骼肌量(ASM，kg)计算为手臂和腿部LSTM体积的总和。ASM的高度归一化指数(ASMI，kg/m2)被计算为ASM除以身高的平方(m2)，并被用作肌肉质量指数。

1.3 肌肉力量的评估

使用美国Omega 数字测力计测量用于评估肌肉力量的握力。在直立姿势下，参与者自然地将两条腿伸展，肘部伸展并用最大的努力紧紧抓住测力计。左右手均测量两次握力。分析中使用了双方最佳表现的平均值，以CV表示的抓握力的重现性为3.62%。

1.4 身体尺寸测量

用日本生产的自动秤测量所有女性的身高(cm)和体重(kg)。体质量指数(body mass index，BMI)通过体重除以身高的平方(kg/m2)计算。

1.5 统计学处理

受试者通过握力分为3个等级(T1、T2和T3)。使用简单回归分析来检查握力强度从最低到最高三分位数的趋势。Pearson的相关性用于检查握力与ASMI之间以及ASMI与年龄之间的关系。为了评估握力与独立于ASMI的BMD之间的关联，进行了多元回归分析，其中握力和ASMI在相同模型中用作自变量。在调整ASMI和年龄后，使用一般线性模型计算每个BMD的调整后平均值，通过握力分级。在调整ASMI和年龄后，多元线性回归分析也用于测试从最低三分位组到最高三分位握力组的平均值的趋势。所有数据分析均采用SPSS 22.0进行。P<0.05表示测试的结果比较差异有统计学意义。

2 结果

表1显示了根据握力等级分类的340名绝经后女性的特征。趋势测试显示，平均年龄从最低三分位数到最高三分位数的握力均显著下降。ASMI从最低三分位数到最高三分位握把强度显著增加。

表2显示了年龄、握力和ASMI之间的关系。握力与年龄呈显著负相关，与ASMI和BMI呈显著正相关。全身、股骨颈和腰椎的BMD也显示出从最低三分位到最高三分位握力的显著增加。

表3显示了握力对全身BMD和ASMI对BMD的个体影响。全身、股骨颈和腰椎(模型1)以及ASMI和MDs(模型2)之间的握力和BMD之间存在显著的正相关。当在相同的多重线性回归模型中考虑握力和ASMI时，握力与股骨颈和腰椎的BMD呈显著正相关关系(模型3～5)。另一方面，在模型4和5中，握力与全身BMD之间没有观察到显著的关系。图1显示了调整ASMI和年龄的每个三分位握力组中BMD的平均值。股骨颈BMD显示了握力强度从最低到最高三分位数的显著增加趋势。腰椎BMD也呈现出从握力最低到最高三分位数的显著增加趋势。

表1 受试者特征按握力分类Table 1 Subject characteristics according to grip strength classification

表2 握力、ASMI、BMI和年龄之间的关系Table 2 Relationships between grip strength, ASMI, BMI, and age

表3 握力对BMD和ASMI对BMD的个体影响Table 3 Individual impact of grip strength and ASMI on BMD

图1 不同分级(T1、T2 和T3)的握力强度调整后的附肢骨肌重量指数和骨密度的平均值和标准误Fig.1 Estimated means and standard errors of appendicular muscle mass index and bone mineral density (BMD) adjusted for grip strength of different grades (T1, T2 and T3)注：与T1比较，*P<0.05；与T2比较，#P<0.05。

3 讨论

在针对中国绝经后妇女的研究中发现，握力与股骨颈和腰椎骨密度密切相关，并且这些关联独立于肌肉质量和BMD之间的关系。不管肌肉质量如何，具有强握力的老年妇女都有更高的BMD。这一发现表明肌肉强度不依赖于肌肉大小而影响BMD，并且肌肉的最大力量是老年妇女骨调节的调节剂。另一方面，本研究调整肌肉质量和年龄后，握力与全身骨密度无显著相关性。Alireza等[14]报道平均全身BMD与局部测量(如腰椎和髋部BMD)之间存在显著差异。因此，全身BMD和局部BMD可能与握力有密切关联。

文献中关于肌肉力量与BMD之间的关联存在矛盾的不同报道。一项关于老年白人女性的研究报道了股四头肌强度与股骨颈骨密度无关，而与瘦体重有关[11]。此外，来自3个不同人群的研究还包括非洲裔美国人、高加索人和中国女性，发现握力与BMD之间存在独立关联[15]。这些报告表明，肌肉力量是肌肉的最大力量，不依赖于肌肉大小而影响骨骼健康。相比之下，美国两个社区的一项研究得出结论，肌肉质量与髋部BMD相关性强于股四头肌强度[16]。此外，韩国的一项研究报道了肌肉强度与BMD之间的关系，这与肌肉质量有关[12]。后两项研究没有发现肌肉强度对骨骼的显著独立影响[12,16]，这表明肌肉强度与BMD之间的关联是由肌肉质量介导的。

本研究显示握力与BMD之间的关联与肌肉质量无关。肌肉的机械负荷是维持骨密度的重要机制。肌肉对骨骼的机械贡献包括由肌肉(肌肉质量)以及肌肉重量(肌肉质量)产生的力。鉴于肌肉质量不一定等于肌肉质量，肌肉强度对骨骼必须有独立的影响。骨骼肌肉和骨骼是肌肉骨骼系统的两大组织。先前报道了肌肉与骨之间的相互作用[17]。相互作用的一个解释是骨骼和骨骼肌的机械耦合[17]。例如，肌肉萎缩引起的机械负荷下降(例如肌肉减少症)会诱发骨质流失[18]。有两个部件涉及骨骼的机械负载，一种形式的骨骼机械负荷是肌肉力量，肌肉重量也可能通过机械负荷调节骨量[19]。另一方面，肌肉力量被认为部分取决于肌肉的重量。据报道，其独立于肌肉重量。鉴于肌肉力量被定义为最大力量，目前的结果表明肌肉力量对骨骼的机械贡献部分与肌肉重量无关。因此，肌肉的最大力量可以调节骨骼调节以及肌肉力量。与前述相反，一些研究未发现肌肉强度(最大力量)对骨骼的显著独立影响[12,16]。这可能是由于研究设计的差异，如研究人群的差异以及肌肉力量的测量方式。例如，一些研究测量了腿/四头肌的力量来评估肌肉力量[12,16]。然而，据报道，测量腿部/股四头肌的强度不如握力[18]。

目前的研究比以前的研究有许多优势。首先，在本研究中评估了握力，其提供了高度可重复的肌肉力量测量[18]。其次，本研究的样本量足以检查肌肉强度是否与BMD无关，而与肌肉质量无关。最后，笔者使用具有高重复性的DXA来测量BMD和身体肌肉组成。本研究也有一些值得注意的局限性。首先，本研究局限于一家医院，是否适合其他地区不得而知。此外，研究人员数量有限。这些限制可能会引入选择偏倚并影响目前的结果。

总的来说，在绝经后妇女中，握力与几个骨骼部位的BMD密切相关；而ASMI和BMD之间未发现相关性。无论肌肉质量如何，具有强壮肌肉力量的老年妇女都倾向于具有健康的骨骼状态。目前的结果表明肌肉的最大力量与BMD呈现正相关性。