骨の健康

骨の健康は、人間の骨格系の全体的な状態と強さを指し、生涯を通じて可動性を維持し、骨折を防ぎ、全体的な健康を維持するために不可欠です。骨の健康は、遺伝、栄養、身体活動、ホルモンバランスなど、さまざまな要因の影響を受けます。^[1]最適な骨の健康は、適切な骨密度（BMD）と適切な骨の微細構造によって特徴付けられ、これらが一緒に骨の強度に貢献します。^[2]骨粗鬆症は、骨の強度が低下し、骨折のリスクが高まる骨格障害であり、特に高齢者の間で骨の健康に関する大きな懸念事項です。^{[2] [3]}良好な骨の健康を維持するには、適切なカルシウムとビタミンDの摂取、定期的な体重負荷運動、喫煙や過度のアルコール摂取などのリスク要因の回避を組み合わせる必要があります。^{[1] [4]}最近の研究では、腸内微生物叢が骨の健康に果たす潜在的な役割も強調されており、骨格の完全性を維持する上でさまざまな生理学的システムが複雑に相互作用していることが示唆されています。^[2]

人間の骨格系は、体の他の部分と常に平衡を保っている複雑な器官です。体を支え、構造を与えることに加えて、骨は健康的なpHバランスを維持するために不可欠な多くのミネラルと化合物の主な貯蔵庫です。^[5]加齢による体の衰えにより、高齢者は特に骨の健康状態の悪化の影響を受けやすくなります。骨の構造マトリックスの弱化を特徴とする骨粗鬆症などの病気は、股関節骨折やその他の人生を変えてしまう二次的症状のリスクを高めます。2010年には、65歳以上の258,000人以上が股関節骨折で入院しました。^[6]アメリカでは股関節骨折の発生率が12％増加すると予想されており、2030年には289,000人の入院が予測されています。 ^[7]他の情報源によると、毎年最大150万人のアメリカ人が骨粗鬆症関連の骨折を患うと推定されています。^[8]これらの人々の治療費も莫大で、1991年にメディケアは股関節骨折の治療と外来治療に推定29億ドルを費やしており、この数字は今後も増加すると予想されます。^[9]

硫黄を含むアミノ酸であるメチオニンとシスチンの摂取量が、体の成長や修復に利用できる量を超えると、分解されて硫酸やその他の生成物が生成されます。肉、乳製品、卵などの動物性食品はタンパク質が多く、「食事中の動物性タンパク質の摂取量は、腎臓からの正味の酸排泄量と高い相関関係にあります」。[ ^10] 1900 年代初頭にさかのぼる研究では、高タンパク質の食事と酸排泄量の増加との間に相関関係があることが示されています。^[11]食品が体内に及ぼす酸性または塩基性の影響の 1 つの指標は、潜在的腎酸負荷(PRAL) です。タンパク質含有量が 15 g/100 g 以上のチーズは、PRAL 値が 23.6 mEq/100 g 可食部と高くなります。肉、魚、その他のチーズ、小麦粉、麺類はすべて PRAL が約 8.0 mEq/100 g 可食部で、果物や野菜は実際には PRAL がマイナスです。^{[5] [12]}

健康な成人の骨は絶えず修復と再生を繰り返しています。新しい骨は骨芽細胞によって堆積され、破骨細胞によって吸収または破壊されます。この骨の増減によって骨格全体の質量に変化が生じることはありませんが、骨の代謝プロセスはpHによって大きく影響を受ける可能性があります。^[5]

骨密度（BMD）は、骨の健康を定量化するために一般的に使用される指標です。BMD値が低いほど、骨粗鬆症や骨折のリスクが高くなります。^[13] BMDに影響を与える要因は多岐にわたります。タンパク質の摂取は、骨マトリックス形成に必要なアミノ酸基質を提供することで、骨密度に有益であることが示されています。また、高タンパク質摂取により、骨形成刺激因子であるインスリン様成長因子-I（IGF-I）の血中濃度が上昇し、骨吸収刺激因子である副甲状腺ホルモン（PTH）が減少すると考えられています。^[14]タンパク質は骨量、つまり骨密度の増加に有益であることが示されていますが、タンパク質摂取と骨折発​​生率の間には有意な関連性はありません。^[15]言い換えれば、BMDが低いことは骨粗鬆症や骨折リスクの増加を予測できますが、BMDが高いことが必ずしも骨の健康状態が良いことを意味するわけではありません。高BMDは他の健康問題とも相関しています。^[16]例えば、BMDが高いと乳がんのリスクも高くなることが分かっています。^[17]

ほとんどの代謝プロセスは、機能可能な特定の狭い範囲の pH を持っていますが、恒常性を維持するために複数の調節システムが備わっています。最適な動作 pH からの変動は、反応を遅らせたり損なったりし、細胞構造やタンパク質に損傷を与える可能性があります。恒常性を維持するために、体は余分な酸や塩基を尿として、または肺でのガス交換を介して排泄するか、血液で緩衝します。 ^[18]血漿の重炭酸塩緩衝システムは、効果的に安定した pH を維持し、細胞外pH を約 7.35 に保つのに役立ちます。^[19]腎臓は酸塩基調節の大部分を担っていますが、尿の pH を 5 未満にすることはできません。つまり、たとえば、通常 pH が 2.8 から 3.2 の範囲である 330mL のコーラ缶は、排泄される前に 100 倍に希釈する必要があるということです。1 缶のコーラから 33L の尿を生成する代わりに、体は緩衝剤を使用して酸を中和します。^[5]全身性アシドーシスは食事だけでなく、複数の要因によって起こります。無酸素運動、糖尿病、エイズ、加齢、更年期障害、炎症、感染症、腫瘍、その他の傷や骨折はすべてアシドーシスの原因となります。血液の平均pHは7.40ですが、組織液は変化することがあります。例えば、皮膚の組織pHは約7.1です。骨に関するデータはありません。^[20]

非タンパク質アミノ酸でタンパク質アミノ酸シスチンの類似体であるホモシステインは、骨の健康に悪影響を及ぼすことが示されています。ホモシステイン濃度の上昇は、葉酸、ビタミン B ₁₂ B ₆欠乏症の結果である可能性が高いです。さらに、ホモシステイン濃度は身体活動によって大きく影響を受けることがわかりました。身体活動による骨格の刺激は、栄養摂取とは無関係に、骨のリモデリングを促進し、ホモシステインのレベルを低下させます。ホモシステインと骨の相互作用に関しては、破骨細胞活性の増加、骨芽細胞活性の低下、骨血流の低下、ホモシステインの骨基質への直接作用の 4 つの方法が提案されています。ホモシステインは、骨構造の重要な構成要素であるコラーゲンの翻訳後修飾を担うリシルオキシダーゼを阻害します^[21]

破骨細胞は骨の表面にあり、骨表面に H+ を排出してハイドロキシアパタイト、複数の骨ミネラル、有機成分(コラーゲンと象牙質 )を除去し、骨吸収ピットを形成します。骨吸収の目的は、さまざまな生命活動のために血流にカルシウムを放出することです。 ^{[21]これらの吸収ピットは}電子顕微鏡で観察でき、長期にわたる吸収により特徴的な痕跡が形成されます。破骨細胞は「細胞外酸性化に絶対的に依存している」ことが示されています。^[18] pH が 0.1 単位未満低下すると、破骨細胞活動が 100% 増加し、この効果は脱感作を伴わずに長期にわたるアシドーシスでも持続し、「わずかな pH 差の影響を増幅する」ことになります。破骨細胞は pH 7.4 ではほとんどまたはまったく活動を示さず、pH 6.8 で最も活発ですが、副甲状腺ホルモンなどの他の要因によってさらに刺激される可能性があります。^[20]

骨芽細胞は、骨基質の石灰化と構築を担っています。骨組織の形成または生成を担っています。^[22]骨芽細胞と破骨細胞の起源は、骨髄にある原始的な前駆細胞です。^[22]破骨細胞と同様に、骨芽細胞の活動は、破骨細胞活動の細胞外 pH ミラーリングに直接関係しています。破骨細胞が不活性な pH 7.4 では、骨芽細胞の活動はピークに達します。同様に、pH 6.9 では骨芽細胞の活動は存在しません。^[20]ホルモンのエストロゲンも骨芽細胞の調節に重要です。閉経後の女性では、エストロゲン レベルが低下し、骨のリモデリングに悪影響を及ぼします。ホモシステインは、エストロゲン受容体 α mRNA の転写を減少させることで、この問題をさらに悪化させます。したがって、エストロゲンが骨のリモデリングに及ぼす有益な効果が減少します。^[21]

アシドーシスは骨芽細胞マトリックスの石灰化を阻害し、破骨細胞の活性化にも相互に影響を及ぼします。これらの細胞のアシドーシスに対する複合的な反応により、溶液中の水酸化イオンの利用可能性が最大化され、プロトンを緩衝するために使用できます。^[20]毎日の酸生成のほんの一部を緩衝するために骨を利用すると、10年の間に骨量が大幅に減少する可能性があります。^[10]さらに、体が老化するにつれて、腎機能は着実に低下します。代謝性アシドーシスは、腎機能が弱まるにつれてより重篤になる可能性があり、体は酸塩基恒常性を維持するために骨と血液に大きく依存するようになります。^[14]

骨密度（BMD）は若い年齢でピークを迎える傾向があります。子供は幼いうちから、栄養と運動を通じてBMDを高め始めます。BMDは、女の子では約12.5歳、男の子では約14歳でピークを迎えます。^[23]これはカルシウムまたはビタミンDの欠乏が原因である可能性があります。カルシウムは骨の健康に重要な栄養素です。カルシウムは骨の構造と密度を助けます。BMDが低いのは、子供が十分な骨の成長に必要な運動をしていないことが原因である可能性があります。研究者らは、BMDの増加を促すために、子供は週に3～5日、20分の激しい運動をすべきだと提案しています。^[24] 1日約5分のジャンプもBMDの増加を促します。研究者らは、激しい運動と骨の健康/強度への影響について10年間の研究を行いました。彼らは300人の男の子と女の子を対象に調査しました。思春期（11～13歳）の男児では、骨量の増加が大きいことが分かりました。^[25]この時期に骨量が増加するのは、成長に伴う機械的ストレスに骨がまだ備えができていないためです。^[25]しかし、こうすることで骨は強くなり、BMDが増加するのです。骨に過度のストレスがかかると、BMDが低下する可能性があります。BMDが低いと、子どもが成長して年をとるにつれて骨の内部に障害を引き起こす可能性があるため、危険です。これらの障害により、骨が骨化し、もろく、脆くなり、骨折しやすくなり、弱くなります。これらの障害には、骨減少症、骨粗鬆症、脊柱側弯症などがあります。^[26]脊柱側弯症は子どもに非常によく見られます。BMDの低さは子どもの脊柱側弯症に影響を及ぼします。骨密度が低いと、椎骨の微小骨折のリスクが高まり、脊椎が湾曲したり曲がったりします。^[27]これらの湾曲や曲がりは椎骨に圧力をかけ、側弯症の進行を引き起こす可能性があります。脊椎がこの形状になると、子供が遊んだり運動したりすることが非常に困難になります。これにより、側弯症の重症度も悪化します。^[27]

単独で十分な骨の健康をもたらすことができる食品や栄養素は存在しません。代わりに、ビタミン、ミネラル、アルカリ化基質を含む果物や野菜が十分に含まれたバランスの取れた食事が最も有益であると考えられています。高タンパク質の食事は、酸性化合物に分解される可能性のあるアミノ酸をより多く供給します。推奨される食事所要量を超えるタンパク質の摂取も、カルシウムの利用に有益であることが知られています。全体として、IGF-IおよびPTH濃度の変化が代謝酸生成の悪影響を上回るため、高タンパク質の食事は骨の健康に正味の利益をもたらすことが理解されています。^[14]アミノ酸代謝から生成される酸に関しては、タンパク質の供給源が植物か動物かは関係ありません。メチオニンとシステイン含有量の違いは、食品の全体的な潜在的腎酸負荷（PRAL）に影響を及ぼすほど重要ではありません。酸前駆体タンパク質含有量に加えて、植物には塩基前駆体も相当量含まれています。塩基性塩である重炭酸カリウムは、植物中に多く含まれるクエン酸、リンゴ酸、グルコン酸などの他の有機カリウム塩の代謝によって生成されます。PRALで観察される矛盾は、塩基前駆体の含有量の違いによって説明されます。^{[10] [12]}

肥満は骨や骨密度に非常に大きな影響を及ぼす可能性があります。中国南京の医学部の研究者が行った研究では、8～19歳の子供のアンケート回答を調べ、体重調整ウエスト指数（WWI）と骨密度を調べました。この研究では、民族や人種の背景や収入レベルなどのさまざまな共変量を除外し、子供の年齢だけを調べました。この研究では、WWIが増加するとBMDが減少すると結論付けられました。つまり、体重が増加すると骨の質が低下します。この研究の結果に基づいて、子供や若者がより健康的なBMDを維持するためには、正常体重を維持することが非常に重要であると結論付けることができます。^[28]体重の増加により骨への負荷が増加すると、骨折のリスクが指数関数的に増加します。^[29]

ミネラルとビタミンは骨の健康にとって重要な要素であり、適切な食事を摂ることで肥満を防ぐことができます。^[30]カルシウムは骨の健康のために摂取すべき最も重要なミネラルの1つですが、マグネシウムも非常に重要です。マグネシウムを大量に摂取すると骨密度が増加し、骨折や骨粗しょう症のリスクが軽減されます。

骨粗鬆症と骨密度（BMD）の低下は、世界中の若者にとって重大な脅威です。体重負荷の身体活動パラメータは、骨の発達と強く一貫した相関関係を示しています。^[31]性別、運動状態、運動またはスポーツの種類、運動の強度など、若者の骨の発達に影響を与えるさまざまな特性に関して、いくつかの研究が行われています。ポルトガルを拠点とする1つの研究では、垂直ジャンプやランニングなどのさまざまな下半身の運動と、運動状態に関係なく、男の子の脛骨増加との間に強い相関関係が見られました。^[32]同じ研究では女の子でも有意な結果が見られましたが、結果は男の子ほど強く相関していませんでした。思春期の男女の中程度から激しい身体活動に関する別の研究では、1日30分の激しい運動という一般的なガイドラインに基づいて、身体活動と骨ミネラル含有量の間に用量反応関係が見られました。^[33]この研究では、子供たちは様々な強度で用量反応型の運動を受けたが、低強度で短時間の運動と比較して、激しい運動から最も良い結果が見られた。今日の子供たちが毎日の運動量を得る一般的な方法は、彼らが選んだスポーツである。スポーツは骨のミネラル組成への効果が異なることがあり、骨形成性と非骨形成性の2つのカテゴリーに分類できる。骨形成性スポーツは、フットボール、野球、陸上競技などの衝撃のあるスポーツであり、非骨形成性スポーツは、水泳やサイクリングなどの非衝撃性スポーツである。ジャンプ運動介入と非骨形成性スポーツの骨ミネラル含有量との関係を調査する研究が行われた。この研究では、9か月のジャンプ運動計画により、非骨形成性スポーツ参加者の骨ミネラル含有量が5.6％～12.6％増加することが示された。^[34]結論として、青年期の身体活動と骨の健康には強い相関関係があり、適切な骨の健康と発達を維持するために、身体活動は今日の若者の生活において毎日の処方箋であるべきである。

• 健康における銅