Гипертрофия. Часть 3: Гормоны и Цитокины.

В предыдущей статье мы рассмотрели роль mTOR, MAPK, и Ca2+ dependent факторов в анаболизме мышц. Теперь поговорим о привычном и любимом – об анаболических гормонах.

Вернемся к анаболизму. До сих пор мы говорили о факторах так называемой «downstream» регуляции анаболизма, то есть о тех веществах, которые растят мускулатуры не сами по себе, но воздействуют «уровнем ниже» – на те вещества и факторы, которые, собственно, и приводят к анаболизму.

А теперь – Гормоны и Цитокины. Именно они и являются так называемыми «upstream» регуляторами анаболизма. То есть, иначе говоря, повышение концентрации анаболических гормонов само по себе ведет к интенсификации их взаимодействия с рецепторами, ускоряя тем самым метаболизм протеинов и соответствующий рост мускулатуры (31).

Для тех, кто не расслышал, повторяю: не физическая нагрузка, а простое повышение концентрации гормона, например, его введение извне, инъекция, – это само по себе уже дает ощутимый прирост мышечной массы. Чудо-таблетка существует! Правда, последствия ее приема не всегда радуют… Но это – отдельная грустная тема.

Многие гормоны, кстати, вовлечены в процессы пролиферации и дифференциации клеток, и тем самым фасилитируют связи клеток-сателлитов с поврежденными фибриллами, восстанавливая мускулатуру после тренировок с железом (182,187).

На самом деле гормональная регуляция мышечной гипертрофии – процесс комплексный, так или иначе задействующий множество гормонов и цитокинов. Строго говоря, анаболиками являются и Hepato-growth factor, и Interleukin-5 (IL-5), и Interleukin-6 (IL-6), и fibroblast growth factor, и даже leukemia inhibitory factor (162,182,187). Кстати, тот же инсулин – выраженный анаболик, но он не столько вызывает синтез белков, сколько ослабляет ферментативное разложение белков – протеолиз. Он же индуцирует митоз и дифференциацию клеток-сателлитов (187).

Однако нам важно помнить, что уровень инсулина снижается под воздействием физических нагрузок, а потому «инсулиновая интрига», его роль в анаболизме – это не такая уж ясная тема. Кроме того, в реальности тяжелейшие последствия и смертельные исходы от приема инсулина настолько часты в спорте, что роль инсулина в анаболизме – совсем отдельная история!

Доказано, что некоторые типы нагрузок вызывают и кратковременные, и долговременные изменения в работе эндокринной системы, и тем самым инициируют действие так называемой «гипертрофических сигнальных систем» (119). Среди наиболее изученных гормонов: инсулино-подобный фактор роста (IGF-1), тестостерон (testosterone), и гормон роста (growth hormone – GH). Впрочем, кратковременный анаболический ответ на силовые нагрузки был оспорен рядом специалистов (191,194).

Инсулино-подобный фактор роста (Insulin-Like Growth Factor).

Вы наверняка уже слышали, что IGF-1 – наиболее важный анаболический гормон млекопитающих. Именно он оказывает анаболическое действие на всё тело в целом и именно он отвечает на физические нагрузки (19,63). Структурно IGF-1 является пептидом, и он очень близок по строению к инсулину. Рецепторы этого гормона найдены в активированных клетках-сателлитах, миофибриллах, и в клетках Шванна (15). Под действием упражнения мускулы не только продуцируют больше IGF-1 по сравнению с печенью, но и используют больше IGF-1, циркулирующего во внутренней среде (49). Доступность IGF-1 для построения мускулатуры контролируется протеинами IGFBPs, которые либо стимулируют, либо ингибируют IGF-1 (182).

IGF-1 обнаружен в трех разных изоформах: две системные (IGF-1Ea и IGF-1Eb), и некая расщепленная изоформа (IGF-1Ec). Пока только за IGF-1Ec обнаружилось свойство реагировать на физическую нагрузку (63,199), и потому эту изоформу называют «механический фактор роста» (mechano growth factor – MGF).

Мы не знаем в точности, но, как представляется, механическая стимуляция заставляет ген IGF-1 расщепляться, что и запускает процессы, приводящие к гипертрофии мышц. В течение суток MGF полностью расщепляется на две системные изоформы (IGF-1Ea и IGF-1Eb) (54,69). В целом этот процесс длится около 72 часов после упражнения (117).

Инсулиноподобный фактор роста действует посредством множества механизмов. Например, он повышает уровень синтеза протеинов в дифференцирующихся миофобриллах (15,63). MGF активирует клетки-сателлиты и запускает их пролиферацию и дифференциацию (69,200). А вот IGF-1Ea усиливает сплавление клеток-сателлитов с миофибриллами, тем самым обеспечивая снабжение структур клеточными ядрами и поддерживая оптимальное соотношение уровней ДНК и протеинов в мышечном волокне (182). IGF активирует экспрессию гена кальциевых каналов L-типа, что вызывает повышение концентрации Ca2+ в клетке (125). Как мы уже разбирали, Ca2+ зависимые пути, включая calcineurin, существенно влияют на анаболизм мышц.

Тестостерон.

Об этом гормоне мы уже говорили, потому коснемся его лишь вкратце. Итак, тестостерон – холестероловый гормон с выраженным анаболическим эффектом (33,105). Помимо анаболизма в мышцах, он влияет на нейроны и нейротрансмиттеры, что крайне важно в спорте. Значительная часть тестостерона секретируется клетками Лейдига в мужских семенниках, и процесс этот регулируется осью «гипоталамус-гипофиз-гонады». Однако некоторое количество тестостерона секретируется женскими яичниками и надпочечниками (22). В крови тестостерон связан либо с альбумином (38%), либо с особым стероидным глобулином (60%), а 2% его свободно циркулируют по крови. Именно эти 2% и обеспечивают анаболизм! Однако в случае нужды тестостерон быстро высвобождается из связи с альбумином (105). В цитоплазме клеток имеются особые структуры, андрогенные рецепторы которых вступают в связь со свободным тестостероном – таким образом тестостерон попадает в ядро клетки где и взаимодействует с ДНК хромосомами.

Доказано, что тестостерон действует на анаболизм клеток сам по себе, без всяких упражнений. Однако механическая нагрузка усиливает этот процесс в разы (22). А кроме того, тестостерон запускает процесс секретирования гормона роста (31). Он также способствует репликации и активации клеток-сателлитов (155). В конечном итоге, недостаток тестостерона серьезно ослабляет ответ организма на физические нагрузки (100).

Важно то, что тренировочные нагрузки увеличивают число андрогенных рецепторов (13,80). Объем секреции тестостерона также зависит от физических нагрузок. Нагрузки стимулируют и выработку тестостерона, и появление новых тестостероновых рецепторов, что и ведет в итоге к росту мускулатуры (2). Впрочем, это касается только мужчин – женщинам повезло меньше (61,90,130).

Долговременный эффект физических нагрузок на секрецию тестостерона пока не до конца понятен. Иногда наблюдается устойчивый рост (60,93,163), а иногда ничего не происходит (3,142). Ясности пока нет.

Гормон Роста (GH).

С Гормоном Роста (GH) мы также уже встречались. Это полипептид гипофиза, имеющий и анаболические, и катаболические свойства. Важно то, что GH ускоряет метаболизм жиров, мобилизует триглицериды, и инкорпорирует аминокислоты в протеины, в том числе и в белки мышц (187). Без всяких физических нагрузок GH усиливает работу mRNA в системных IGF-1 и выступает медиатором экспрессии nonhepatic IGF-1 генов (63). Без спортивных нагрузок GH секретируется гипофизом в основном во время сна.

Нужно понимать, что известно уже более ста молекулярных изоформ гормона роста, но с физическими нагрузками обычно связывают лишь изоформу 22-kDa (131). Остальные изоформы влияют на иммунную систему, формирование костей, объем межклеточной жидкости, и т.д. – всего более 450 типов воздействия в 84 типах клеток (190).

Что же касается мышц и тренировок, то уровень гормона роста повышается в ответ на некоторые типы нагрузок (96). И магнитуда колебаний секреции гормона роста коррелирует с магнитудой гипертрофии волокон типов I и II (113). Длительное повышение уровня гормона роста может приводить к усилению его взаимодействия с рецепторами клеток и, как следствие, к стимулированию гипертрофии мышц в ответ на нагрузки (134).

Вместе с тем, некоторые исследователи сомневаются в анаболической роли гормона роста (143). Проблема в том, что во многих экспериментах введение GH тренирующимся атлетам никакого прироста мышечной массы не обеспечило (101,201,202,203). Впрочем, в этих исследованиях не был учтен целый ряд факторов, и выводы вряд ли можно признать состоятельными.

Как бы то ни было, если роль тестостерона в анаболизме не вызывает сомнения, то вот выяснение роли гормона роста и механизмов его действия в сочетании с физическими нагрузками на сегодня нуждается в дополнительных исследованиях.

Впрочем, существуют и другие, не менее интересные, а подчас просто невероятные механизмы мышечной «накачки». Например, свеллинг и гипоксия. О них – в следующей статье.

Литература, смотри здесь.