Источник:
Эндокриная система, спорт и двигательная активность.
Перевод с англ./под ред. У.Дж. Кремера и А.Д. Рогола. - Э64
Издательство: Олимп. литература, 2008 год.
Содержание
Секреция соматотропина и возраст человека
Установлено, что у пожилых лиц изменения соматропина в ответ на интенсивные занятия физическими упражнениями в некоторой степени ограничены (Craig et al., 1989; Рука etal., 1992; Kraemer et al., 1999). Гормон роста и соматотропин (СТГ) это синонимы. Основной причиной такого ограниченного увеличения уровня СТГ может быть более низкая физическая нагрузка, обусловленная неспособностью выполнять такой же общий объем работы во время тренировочного занятия. Существуют сообщения о том, что более низкий уровень лактата в крови лиц старшего возраста при выполнении упражнений силовой направленности является подтверждением предположений, согласно которым количество усилий, прикладываемых при выполнении силовых упражнений, может повлиять на последующие изменения уровня СТГ (Рука et al., 1992). Негативное воздействие старения на буферную емкость крови и способность переносить ацидоз представляют собой те факторы, которые могут помочь объяснить снижение индуцированного физическими упражнениями возрастания уровня гормона роста после интенсивного занятия силовыми упражнениями (Godfrey et al., 2003). Непродолжительные тренировочные занятия (10—12 недель) не приводят к изменению картины (Craig et al., 1989; Kraemer et al., 1999). У молодых людей и у лиц старшего возраста после выполнения периодизированной программы силовой тренировки продолжительностью 10 недель не обнаружено достоверных изменений уровня СТГ в состоянии покоя или после занятия физическими упражнениями (Kraemer et al.,1999). При использовании одной и той же относительной нагрузки изменение уровня лактата в крови после интенсивной силовой тренировки у лиц старшего возраста было ниже, чем у молодых людей, а увеличение уровня молочной кислоты не сопровождалось нарушениями кислотно-щелочного баланса (Rogers et al., 2004), что может служить признаком снижения метаболических потребностей и поддержания кислотно-щелочного баланса. Это частично объясняет менее выраженные изменения уровня гормона роста у лиц старшего возраста. Снижение концентрации СТГ в состоянии покоя и менее заметное возрастание уровня гормона после занятий физическими упражнениями не изменяется после выполнения непродолжительной программы тренировки.
Представления об эффектах физических упражнений и процессов старения на физиологические механизмы, которые лежат в основе явления соматопаузы (т. е. снижения активности системы СТГ-ИФР-1) находятся в зачаточном состоянии. Поскольку считается, что эта система эндокринной регуляции имеет огромное значение для поддержания нормального состояния скелетно-мышечной системы, вполне обоснованно предположить, что следует попробовать воздействовать на нее средствами тренировочных программ силовой направленности. Учитывая значительную молекулярную гетерогенность СТГ и то, что стандартный радиоиммунный анализ (РИА) предназначен для обнаружения изоформы гормона с мол. массой 22 кДа, эта проблема представляет собой особо важное направление для будущих исследований. При этом следует также принять во внимание предположительно более высокую биологическую активность форм СТГ с большей молекулярной массой и то, что отсутствие изменений или снижение иммунореактивного СТГ может не отражать в полной мере адаптационных изменений всех вариантов гормона роста в ответ на занятия физическими упражнениями. Иными словами, определение одной только изоформы соматотропного гормона с мол. массой 22 кДа может не давать полного представления об адаптивных изменениях секреции СТГ гипофизом.
Тренировочные адаптации
По имеющимся данным, силовая тренировка не влияет на содержание изоформы СТГ с мол. массой 22 кДа в крови в состоянии покоя. Это поразительно, но у мужчин и женщин разного возраста изменений концентрации СТГ в крови в состоянии покоя после занятий силовыми упражнениями не обнаружено (Kraemer et al., 1999; McCall et al., 1999; Hakkinen et al., 2000; Marx et al., 2001). Отличий в величине реакции СТГ с мол. массой 22 кДа на физическую нагрузку, а также секреции СТГ в покое при сравнении с лицами, характеризующимися более низким уровнем физической подготовленности, не выявлено даже у постоянно тренирующихся на протяжении длительного времени профессиональных тяжелоатлетов и культуристов (Hakkinen et al., 1998; Ahtiainen et al., 2003). Эти результаты согласуются с существованием механизмов динамической обратной связи и волнообразным характером секреции СТГ, а также многообразием функций, которые может выполнять этот гормон в гомеостатическом контроле ряда метаболических и восстановительных процессов. Обнаружена корреляция между уровнем СТГ в состоянии покоя и степенью гипертрофии мышечных волокон типов I и II (г = 0,62 и 0,74 соответственно) (McCall et al., 1999). Эти взаимосвязи могут свидетельствовать о роли повторяющегося увеличения секреции СТГ, индуцированного регулярными занятиями силовыми упражнениями, для клеточной адаптации в тренированных мышцах. Изменения чувствительности рецептора СТГ, различия в механизмах функционирования цепей обратной связи, стимуляция опосредованная ИФР-1, взаимодействие со связывающими белками, стимуляция образования других молекулярных изоформ гормона в соматотропных клетках гипофиза, а также суточные колебания концентрации гормона — все это может играть определенную роль в опосредовании ответной реакции СТГ с мол. массой 22 к Да.
Половые отличия
Индуцированная физическими упражнениями секреция гормона роста у женщин сопоставима по абсолютной величине с таковой у мужчин, однако относительное повышение содержания СТГ по сравнению с состоянием покоя у них оказывается несколько меньшим (Kraemer et al., 1991). Это относится и к реакции на интенсивную физическую нагрузку. Отдельные программы тренировочных занятий (например, использование отягощений 5 ПМ, интервалов для отдыха 3 мин либо малый объем общей выполняемой работы), которые вызывают незначительное увеличение уровня СТГ в крови у мужчин, у женщин вследствие более высокого уровня гормона в состоянии покоя, никаких существенных изменений не происходит (Kraemer et al., 1991, 1993). Каким образом столь незначительные по величине изменения уровня СТГ в ответ на интенсивные физические нагрузки приводят к адаптационным изменениям в тренируемых тканях, остается неизвестным.
Предполагается, что более высокая концентрация соматотропного гормона в состоянии покоя у женщин, возможно, компенсирует низкий уровень других анаболических гормонов, что может сводить к минимуму роль резкого повышения секреции гормона при физической нагрузке. Эти наблюдения были сделаны в начале фолликулярной фазы менструального цикла. Наши последние данные показывают, что эстроген, принимаемый в качестве орального контрацептива, оказывает минимальное воздействие на изменение секреции СТГ в ответ на занятия физическими упражнениями силовой направленности (неопубликованные данные). Наряду с тем, что менструальный цикл оказывает определенное влияние на изменения содержания соматотропного гормона в крови, еще одним объяснением обнаруженных половых отличий могут являться различные варианты секреции СТГ гипофизом, поскольку регуляция объема и характера секреции СТГ у мужчин и женщин также может иметь свои особенности (Pincus et al.,1996).
Специфичность упражнений
Одним из базовых принципов биологии, как и силовой тренировки, является принцип специфичности. Этот принцип проявляется также и в ответе соматотропина на занятия силовыми упражнениями. В исследовании, проведенном Кремером и его коллегами (Kraemer et al., 2001), участвовали четыре различных группы. На протяжении 19 недель занимающиеся первой группы выполняли упражнения с концентрическими сокращениями, второй группы — те же упражнения, но с увеличенным вдвое объемом, третья группа занималась по обычной программе силовой тренировки, включавшей упражнения с концентрическими и эксцентрическими сокращениями, лица из четвертой группы ни в каких тренировочных программах участия не принимали (контрольная группа). После завершения тренировочных программ занимавшимся было предложено выполнить два теста с физической нагрузкой, один из которых включал 3 подхода по 30 изокинетических концентрических сокращений, а другой — 3 подхода по 30 изокинетических эксцентрических сокращений при разгибании колена. Тесты проводили с перерывом 48 ч. Срочный ответ на концентрические сокращения был одинаковым, однако при выполнении эксцентрических сокращений у лиц группы, занимавшейся по обычной программе силовой тренировки, содержащей эксцентрические и концентрические сокращения, увеличение уровня соматотропина было наибольшим. Этот результат может свидетельствовать о чувствительности их организма к специфическим эксцентрическим стимулирующим воздействиям, которые входили ранее в состав выполнявшейся ими тренировочной программы. После детренировки ответная реакция на оба теста во всех четырех группах возвратилась к одному уровню. Эти данные показывают, что секреция СТГ может быть чувствительной к специфическим мышечным сокращениям, применяемым в силовой тренировке. Это предположение подтверждается относительно новыми данными о том, что аденогипофиз может иметь собственную прямую иннервацию нервными волокнами с синапсами на кортико- и соматотропных клетках (Ju, 1999). Кроме того, предполагается, что нейрогуморальная регуляция секреции гормона роста происходит следующим образом: вначале в ответ на стресс наблюдается быстрый ответ нервной системы, за которым постепенно развивается гуморальная фаза (Ju, 1999). Если это действительно так, тогда вполне возможно, что центры головного мозга (например, двигательная область коры головного мозга) принимают активное участие в регуляции секреции СТГ во время занятий силовыми упражнениями, и этот регуляторный механизм обладает чувствительностью к специфическим мышечным сокращениям, применяемым во время силовой тренировки.
Физиологическое воздействие
Из-за многообразия биологических активностей и сложности соматотропного гормона как биологического эффектора его роль в гипертрофии скелетных мышц и анаболических процессах других тканей только начинают распределять между упрощенными гипотезами прямого и опосредованного воздействия. Считают, что в индуцированную силовой тренировкой гипертрофию скелетных мышц вносит свой вклад множество взаимодействующих между собой факторов, и некоторые исследователи не исключают возможности того, что выраженный рост уровня СТГ в крови после занятий силовыми упражнениями также может быть в их числе. Это предположение подтверждается тем, что в условиях оптимальной физической нагрузки силовой направленности у крыс с удаленным гипофизом наблюдается нарушение процессов гипертрофии скелетных мышц, которые можно возобновить путем введения синтетического или экстрагированного из гипофиза соматотропина (Goldberg, Goodman, 1969; Grindeland ct al., 1994). В то же время в прямом противоречии с данной гипотезой находится тот факт, что интенсивные занятия аэробными упражнениями также сопровождаются значительным ростом концентрации СТГ в крови, который, однако, не оказывает практически никакого эффекта на скелетные мышцы (Kraemer et al., 1995), поэтому, допуская важную роль увеличения уровня соматотропина в крови для гипертрофии мышц и анаболических процессов в других тканях, можно предполагать, что интенсивная силовая и аэробная тренировки различаются по характеру влияния не на уровень иммунореактивного СТГ в сыворотке крови, а на количество биологически активного гормона. Этому предположению в последнее время уделяется большое внимание (Нуmег et al., 2001). Более того, эти различия могут быть обусловлены активацией разных групп двигательных нейронов и особенностями комплекса последующих событий, которые в определенной мере стимулируются процессом электромеханической активации сокращающихся мышечных волокон. Однако, иммунореактивный СТГ может стимулировать секрецию гипофизом высокомолекулярных связывающих белков и формировать с ними агрегаты в крови. Каждая из этих гипотез требует подтверждения прямыми экспериментальными данными (Nindl et al., 2003).
Важное значение для линейного роста имеет также волнообразный характер секреции СТГ. При измерениях в течение суток и более продолжительного времени было установлено, что процесс роста является эпизодическим и дискретным. Например, у грызунов наибольшая скорость линейного роста наблюдается в случае, когда секреторные выбросы гормона роста разделены интервалами времени продолжительностью около 3 ч, характеризующимися очень низким уровнем СТГ, как это происходит у самцов. Скорость линейного роста значительно ниже, если отклонения содержания гормона в крови от некоторого базового уровня имеют незначительную величину, как у самок крыс. Таким образом, механизмы, регулирующие волнообразный характер секреции СТГ, характеризуются половым диморфизмом (выбросы, приводящие к значительному повышению уровня СТГ, и низкий уровень гормона в промежутках между ними у самцов, а также менее регулярные выбросы и более высокий базовый уровень гормона у самок) и могут в определенной степени обусловливать различия в скорости роста самцов и самок крыс (Slob, Van der Werff Ten Bosch, 1975; Jaffe et al., 1998). Кроме того, динамика секреции СТГ сочетается также с изменениями ключевых ферментов, ответственных за продольный рост костей, и, возможно, более важно анализировать характер волнообразных изменений содержания СТГ в крови, вместо оценки одиночных статических показателей. Это положение очень хорошо демонстрирует приведенный выше пример полового диморфизма, обусловленного различными временными характеристиками процесса секреции СТГ.
Вместе с тем существуют экспериментальные данные, полученные на животных моделях, которые свидетельствуют о важности индуцирования физической нагрузкой секреции СТГ для соматического роста и гипертрофии мышц. В частности, было показано, что у золотистых хомячков (животная модель непрерывного роста), подвергавшихся физической нагрузке, наблюдался повышенный базальный волнообразный уровень СТГ, увеличение длины элементов скелета, непрерывное увеличение массы тела и снижение массы жировой ткани по сравнению с контрольными животными, которые вели пассивный образ жизни (Borer, 1989, 1995). Поскольку волнообразный характер секреции СТГ представляет собой интегральный компонент функции гормона, создастся впечатление, что этим параметром, равно как и гетерогенностью суперсемейства изоформ и комплексов гормона, нельзя пренебрегать при изучении аналогичных процессов у человека. В то же время следует отметить, что эти эксперименты проводились на самках хомячков и рост происходил только в пределах определенного возрастного периода развития, а именно во время полового созревания.
Заключение
Интенсивные силовые тренировки могут быть потенциальным стимулом секреции изоформы соматотропного гормона с молекулярной массой 22 кДа. Степень увеличения секреции зависит от особенностей применяемой тренировочной программы. Занятия силовыми упражнениями не оказывают существенного влияния па уровень 22 кДа гормона роста в состоянии покоя у лиц разного пола и возраста. Вместе с тем изменения волнообразного характера секреции СТГ могут быть одним из проявлений эффекта интенсивных силовых тренировок, и эти изменения, по-видимому, отличаются у мужчин и женщин. Наличие цепей обратной связи и взаимодействия с другими гормональными системами (такими, как ИФР, СТГ-связывающие белки, стимуляция образования агрегатов) обусловливают значительную сложность понимания биологических эффектов СТГ и требуют проведения дальнейших исследований процессов, происходящих на уровне тканей-мишеней. Очевидно, что углубление понимания физиологических условий функционирования и роли СТГ будет способствовать лучшему пониманию изменений и адаптационных реакций.
Литература
- Ahtiainen, J.P., Pakarinen, A., Kraemer, W.J. & Hakkinen, К. (2003) Muscle hypertrophy, hormonal adaptations and strength develop* ment during strength training in strength-trained and untrained men. European Journal of Applied Physiology 89, 555*563.
- Bikle, D.D., Harris, J., Halloran, B.P. et al. (1995) The molecular response of bone to growth hormone during skeletal unloading: regional differences. Endocrinology 136, 2099*2109.
- Scanlon, MI'., Isa, B.C. & Dicgucz, C. (1996) Regulation of growth hormone secretion. Hormone Research 46, 149-154.
- Slob, A.K. & Van der Werff Ten Bosch, JJ. (1975) Sex differences in body growth in the rat. Physiology and Behavior 14, 353-361.
- Snyder, G., Hymer, W.C. & Snyder, D.J. (1977) Functional heterogeneity somatotrophs isolated from the rat anterior pituitary. Endocrinology 101(3), 788-799.
- Sutton, J.R. (1983) The hormonal responses to exercise at sea level and at altitude. Progress in Clinical and Biological Research 136, 325-341.
- Takarada. Y . Nakamura, Y., Aruga, S. et al. (2000) Rapid increase in plasma growth hormone after low-intensity resistance exercise with vascular occlusion. Journal of Applied Physiology 88(1). 61-65.
- Turner. J.D.. Rotwein. P., Novakofoki, J. 4 Bechtel. P.J. (1988) Induction at mRNA for IGF-I and -II during growth hormone-stimulated muscle hypertrophy. American Journal of Physiology 255, E5I3-E5I7.
- Ullman, M. & Oldfors, A. (1989) Effects of growth hormone on skeletal muscle. I. Studies on normal adult rats. Acta Physiologica Scandinavica 135, 531-536.
- Vanhelder, W.P., Radomski, M.W. & Goode, R.C. (1984) Growth hormone responses during intermittent weight lifting exercise in men. European Journal of Applied Physiology and Occupational Physiology 53(1), 31-34.
- van der Veen, E.A. & Netelenbos, J.C. (1990) Growth hormone (replacement) therapy in adults: bone and calcium metabolism. Hormone Research 33 (suppl. 4), 65-68.
- Veldhuis, J.D., Patrie, J., Wideman, L. et al. (2004) Contrasting negative-feedback control of endogenously driven and exercise-stimulated pulsatile growth hormone secretion in women and men. Journal of Clinical Endocrinology and Metabolism 89(2), 840-846
- Weiss, R.E. & Refetoff, S. (1996) Effect of thyroid hormone on growth: lessons from the syndrome of resistance to thyroid hormone. Endocrinology and Metabolism Clinics of North America 25(3), 719-730.