«Химия» в спорте. Что и как? Часть 2 – Гормон роста.

В предыдущей статье мы начали разговор о «химии» спорта – о том, что происходит с гормональной системой спортсмена в ответ на физическую нагрузку. Мы познакомились с тестостероном – важнейшим гормоном, ответственным за адаптацию к нагрузкам, рост мускулатуры, тренировку силы и выносливости. Теперь поговорим о гормоне, который известен гораздо меньше, но значение которого в спорте едва ли не выше, чем у тестостерона.

1. Гормоны роста (GH) – дружная полипептидная семья.

Гормон роста (GH, СТГ, соматотропин) представляет собой одну полипептидную цепь, состоящую из 191 аминокислоты. Он синтезируется, хранится и секретируется соматотрофными клетками, расположенными преимущественно в латеральных отделах передней доли гипофиза [2]. Концентрации СТГ в сыворотке крови значительно меняются в течение суток в результате периодических вспышек (импульсов) секреции СТГ, а также циркадных и связанных со сном изменений выделения СТГ. Кроме того, многие факторы окружающей среды и метаболизма (включая питание, нагрузки, физические стрессы или упражнения, депрессию, травмы, возраст) влияют на секрецию и клиренс СТГ и, следовательно, на концентрацию его в сыворотке.

Изоформ гормона роста в организме множество [19]. Думаю, еще не все изоформы открыты или в достаточной степени исследованы. Все они различаются по молекулярной массе, измеряемой в килоДальтонах (обозначается цифрой и аббревиатурой «kD»). Например, наиболее известной и исследованной является изоформа с молекулой 22kD, состоящая из 191 аминокислоты [2]. В кровотоке молекулы СТГ существуют преимущественно в виде белка с молекулярной массой 22 kD, при этом приблизительно 10% составляет выделяемая гипофизом разновидность с молекулярной массой 20 kD, у которой отсутствуют аминокислотные остатки 32–46.

1.2 «Острый» (немедленный) ответ на физическую нагрузку.

Тренировка, особенно тренировка с «железом», активизирует множество изоформ Гормона роста [20-23]. Например, исследователи из команды Hymer et al. [24] использовали в качестве нагрузки для женщин приседания (6 подходов по 10 повторов, 75% от 1ПМ, с интервалом отдыха 2 минуты) и обнаружили, что содержание изомеров.

С возрастом картина меняется и ответ GH на нагрузки ослабляется [4, 13, 27]. В целом происходит т.н. соматопения – снижение повседневного уровня GH. И тут нам помогает регулярная и адекватная физическая нагрузка.

Магнитуда колебаний содержания GH зависит и от выбора упражнения, т.е. от объема задействованной мышечной массы [6, 11], и от типа нагрузки [3], и от интенсивности нагрузки [1,26, 27], и от объема [10, 28], и от интервалов отдыха [8, 9], и от степени тренированности [14, 29, 30].

Кстати, вспоминая наши прошлые споры о том, сколько же подходов делать, следует отметить, что множественные подходы вызывают ощутимо более интенсивный ответ от GH [10, 31, 32].

Что же касается метаболических качеств упражнения, то выяснилось, что упражнения, вызывающие повышение содержания лактата в крови (т.е. средняя и высокая интенсивность, высокий объем, включение больших мышечных масс, и относительно короткие паузы отдыха) одновременно вызывают и наибольший ответ GH [7, 8, 10, 12, 28]. Кстати, стимулируют выброс GH и такие факторы, как задержка дыхания, закисление внутренней среды, катаболизм белков [15]. Кстати, у мужчин работа с большими весами и малым числом повторов, с длинными интевалами отдыха, приводит к относительно меньшему выбросу GH [7, 8]. Например, приседания 20 подходов на 1 повтор лишь незначительно повышают концентрацию GH, а вот 10 подходов по 10 повторов (70%) воздействовали на GH значительно сильнее [9]. Сравнение приседаний 15 повторов с весом 60% и 4 повтора с весом 90% показали значительное преимущества первого протокола [28]. Сравнение трех разных протоколов из 4 упражнений: 1) силового (4 подхода по 5 повторов с весом 88% с отдыхом 3 минуты), 2) 4 «качкового» (4 подхода по 10 повторов с весом 75% с отдыхом 2 минуты) и 3) протокола «на выносливость» (4 подхода по 15 повторов с весом 60% с отдыхом 1 минута) – показало преимущество третьего варианта [33]. Еще одно сравнение: 4 подхода оказались эффективнее двух подходов, но больше 6 подходов не давали преимуществ [34]. Еще пример: 12 обыкновенных повторов против 12 повторов с максимальным усилием. Максимальные усилия обеспечили преимущество [1]. И вновь сравнение: высокая нагрузка (3 х 10 ПМ, 1 мин. отдых, 8 упражнений) сравниваем со средней нагрузкой (15 подходов по 10 повторов, с интервалами по 1 мин. отдыха), и низкой нагрузкой (3 х 10 ПМ с 1 мин отдыха). Вывод: только первый вариант (высокая нагрузка) дал результат в плане повышения уровня соматотропного гормона [35]. Goto et al. [110] проанализировали силовой протокол (5 подходов к 90% весу с 3 мин отдыхом) и оказалось, что уровень GH возростал лишь незначительно. Однако добавление лишь одного подхода с весом 50% от 1ПМ в конце тренировки сразу дало эффект!

Характер нагрузок существенно влияет на секрецию соматотропина. Так, сравнение концентрических нагрузок с удвоенным объемом тех же нагрузок и, с другой стороны, комбинации концентрических и эксцентрических нагрузок показало, что эксцентрика более эффективна [36].

Интересно и то, что степень волевого усилия также оказалась важна [37]. Как я и писал ранее: важно не то, сколько раз ты поднял штангу, а то, КАК ты это сделал.

2.2 «Хронический» (адаптационный) ответ на физическую нагрузку.

Как сегодня представляется, физические упражнения не влияют на секрецию GH в долговременной перспективе [4, 5, 17, 18]. Это касается и штангистов, и бодибилдеров, и пауэрлифтеров [14, 16]. Однако мощный долговременный и позитивный эффект выявляется опосредованно: кратковременное «острое» повышение уровня GH вызывает адаптационные изменения в мышечных тканях: меняется чувствительность рецепторов и механизмы ответных реакций клеток мускулатуры на раздражение тренировочными нагрузками, а также усиливается выработка IGF-1 [18].

2.3 GH-связывающие белки (GHBP)

Больше всего рецепторов GH содержится в печени; именно там и происходят взаимодействия между GH и GHBP. Что касается связи между GHBP и физическими нагрузками, то тут нам, увы, практически ничего не известно [30]. Но в целом картина примерно такая же, как и в случае с GH: долговременных изменений, связанных с физическими нагрузками, не наблюдается, однако «острый» немедленный ответ присутствует. Шесть подходов по 10 повторов в приседаниях с весом 80-85% и интервалом отдыха 2 минуты вызвали ощутимый прирост уровня GH [30].

Теперь, наверное, можно чуток сказать и о применении GH в спорте.

Вот что установлено «практическим» путем: GH повышает уровень глюкозы в крови, укрепляет иммунитет, вызывает рост мышц и тормозит их разрушение под нагрузкой, уменьшает жировую прослойку, регулирует использование энергии, ускоряет заживление ран, обладает эффектом омоложения, стимулирует повторный рост внутренних органов (атрофированных с возрастом), укрепляет кости, а у молодых людей (до 26 лет, т.е. до закрытия зон роста) вызывает рост костей и тем самым увеличивает рост.

Однако надо понимать, что лишь некоторые эффекты GH вызывает непосредственно сам, в то время как значительная часть его эффектов опосредуется инсулиноподобным фактором роста IGF-1, который вырабатывается под действием GH в печени. Все столь вожделенные атлетами эффекты GH связаны именно с действием IGF-1. Кстати, нельзя забывать, что IGF-1 выраженно стимулирует рост большинства внутренних органов, что не есть безопасно и не есть эстетично.

Вот что писала про GH спортивная Википедия:

…применение гормона роста в пауэрлифтинге бессмысленно, так как в эксперименте было установлено, что он не приводит к увеличению силовых показателей. Соматотропин также не увеличивает выносливость и производительность (и даже наоборот – наблюдается снижение порога утомления и замедление восстановления), поэтому соматотропин бесполезен для атлетов таких видов спорта, где важны эти показатели [39]

Справедливости ради следует заметить, что некоторый смысл в использовании GH все-таки есть. Учитывая его способность омолаживать организм и заживлять раны, одно из последствий его применения – снижение частоты и тяжести травм костной и соединительной ткани (сухожилий, хрящей), а также ускорение заживления ран и восстановления после травм. [38]

Думаю, самые значимые отрицательные стороны GH это его высокая цена на рынке (несколько тысяч долларов за курс) и потому огромное количество подделок. Сам я не имею опыта использования GH: в мое время он был немыслимой экзотикой и даже добывался из трупов, а сегодня я просто понимаю, что культуризм — это не мой вид спорта.

И не следует забывать, что GH запрещен Олимпийским комитетом, а его распространение карается Законом.

Литература

1. Ahtiainen JP, Pakarinen A, Kraemer WJ, et al. Acute hormonal and neuromuscular responses and recovery to forced vs maximum repetitions multiple resistance exercises. Int J Sports Med 2003; 24: 410-8
2. Fry AC, Kraemer WJ. Resistance exercise overtraining and overreaching: neuroendocrine responses. Sports Med 1997; 23: 106-29
3. Durand RJ, Castracane VD, Hollander DB, et al. Hormonal responses from concentric and eccentric muscle contractions. Med Sci Sports Exerc 2003; 35: 937-43
4. Kraemer WJ, Hakkinen K, Newton RU, et al. Effects of heavy-resistance training on hormonal response patterns in younger vs older men. J Appl Physiol 1999; 87: 982-92
5. Hakkinen K, Pakarinen A, Kraemer WJ, et al. Basal concentrations and acute responses of serum hormones and strength development during heavy resistance training in middle-aged and elderly men and women. J Gerontol A Biol Sci Med Sci 2000; 55: B95-105
6. Hansen S, Kvorning T, Kjaer M, et al. The effect of short-term strength training on human skeletal muscle: the importance of physiologically elevated hormone levels. Scand J Med Sci Sport 2001; 11: 347-54
7. Kraemer WJ, Marchitelli L, Gordon SE, et al. Hormonal and growth factor responses to heavy resistance exercise protocols. J Appl Physiol 1990; 69: 1442-50
8. Kraemer WJ, Gordon SE, Fleck SJ, et al. Endogenous anabolic hormonal and growth factor responses to heavy resistance exercise in males and females. Int J Sports Med 1991; 12: 228-35
9. Hakkinen K, Pakarinen A. Acute hormonal responses to two different fatiguing heavy-resistance protocols in male athletes. J Appl Physiol 1993; 74: 882-7
10. Gotshalk LA, Loebel CC, Nindl BC, et al. Hormonal responses to multiset versus single-set heavy-resistance exercise protocols. Can J Appl Physiol 1997; 22: 244-55
11. Kraemer WJ, Fry AC, Warren BJ, et al. Acute hormonal responses in elite junior weightlifters. Int J Sports Med 1992; 13: 103-9
12. Kraemer WJ, Volek JS, French DN, et al. The effects of L-carnitine L-tartrate supplementation on hormonal responses to resistance exercise and recovery. J Strength Cond Res 2003; 17: 455-62
13. Craig BW, Brown R, Everhart J. Effects of progressive resistance training on growth hormone and testosterone levels in young and elderly subjects. Mech Ageing Dev 1989; 49: 159-69
14. Ahtiainen JP, Pakarinen A, Alen M, et al. Muscle hypertrophy, hormonal adaptations and strength development during strength training in strength-trained and untrained men. Eur J Appl Physiol 2003; 89: 555-63
15. Kraemer WJ, Fleck SJ, Dziados JE, et al. Changes in hormonal concentrations after different heavy-resistance exercise protocols in women. J Appl Physiol 1993; 75: 594-604
16. Hakkinen K, Pakarinen A, Alen M, et al. Neuromuscular and hormonal adaptations in athletes to strength training in two years. J Appl Physiol 1988; 65: 2406-12
17. Marx JO, Ratamess NA, Nindl BC, et al. Low-volume circuit versus high-volume periodized resistance training in women. Med Sci Sports Exerc 2001; 33: 635-43
18. McCall GE, Byrnes WC, Fleck SJ, et al. Acute and chronic hormonal responses to resistance training designed to promote muscle hypertrophy. Can J Appl Physiol 1999; 24: 96-107
19. Kraemer WJ, Mazzetti SA. Hormonal mechanisms related to the expression of muscular strength and power. In: Komi PV, editor. Strength and power in sport. 2nd ed. Malden (MA): Blackwell Science, 2003: 73-95
20. Wallace JD, Cuneo RC, Bidlingmaier M, et al. The response of molecular isoforms of growth hormone to acute exercise in trained adult males. J Clin Endocrinol Metab 2001; 86: 200-6
21. McCall GE, Goulet EC, Grindeland RE, et al. Bed rest suppresses bioassayable growth hormone release in response to muscle activity. J Appl Physiol 1997; 83: 2086-90
22. McCall GE, Grindeland RE, Roy RR, et al. Muscle afferent activity modulates bioassayable growth hormone in human plasma. J Appl Physiol 2000; 89: 1137-41
23. Nindl BC, Kraemer WJ, Hymer WC. Immunofunctional vs immunoreactive growth hormone responses after resistance exercise in men and women. Growth Horm IGF Res 2000; 10: 99-103
24. Hymer WC, Kraemer WJ, Nindl BC, et al. Characteristics of circulating growth hormone in women after acute heavy resistance exercise. Am J Physiol Endocrinol Metab 2001; 281: E878-87
25. Kraemer WJ, Rubin MR, Hakkinen K, et al. Influence of muscle strength and total work on exercise-induced plasma growth hormone isoforms in women. J Sci Med Sport 2003; 6: 295-306
26. Vanhelder WP, Radomski MW, Goode RC. Growth hormone responses during intermittent weight lifting exercise in men. Eur J Appl Physiol 1984; 53: 31-4
27. Pyka G, Wiswell RA, Marcus R. Age-dependent effect of resistance exercise on growth hormone secretion in people. J Clin Endocrinol Metab 1992; 75: 404-7
28. Hoffman JR, Im J, Rundell KW, et al. Effect of muscle oxygenation during resistance exercise on anabolic hormone response. Med Sci Sports Exerc 2003; 35: 1929-34
29. Taylor JM, Thompson HS, Clarkson PM, et al. Growth hormone response to an acute bout of resistance exercise in weight-trained and non-weight-trained women. J Strength Cond Res 2000; 14: 220-7
30. Rubin MR, Kraemer WJ, Maresh CM, et al. High-affinity growth hormone binding protein and acute heavy resistance exercise. Med Sci Sports Exerc 2005; 37: 395-403
31.   Craig BW, Kang H. Growth hormone release following single versus multiple sets of back squats: total work versus power. J Strength Cond Res 1994; 8: 270-5
32. Mulligan SE, Fleck SJ, Gordon SE, et al. Influence of resistance exercise volume on serum growth hormone and cortisol con-centrations in women. J Strength Cond Res 1996; 10: 256-62
33. Zafeiridis A, Smilios I, Considine RV, et al. Serum leptin responses after acute resistance exercise protocols. J Appl Physiol 2003; 94: 591-7
34. Smilios I, Pilianidis T, Karamouzis M, et al. Hormonal responses after various resistance exercise protocols. Med Sci Sports Exerc 2003; 35: 644-54
35. Williams AG, Ismail AN, Sharma A, et al. Effects of resistance exercise volume and nutritional supplementation on anabolic and catabolic hormones. Eur J Appl Physiol 2002; 86: 315-21
36. Kraemer WJ, Dudley GA, Tesch PA, et al. The influence of muscle action on the acute growth hormone response to resistance exercise and short-term detraining. Growth Horm IGF Res 2001; 11: 75-83
37. Ju G. Evidence for direct neural regulation of the mammalian anterior pituitary. Clin Exp Pharmacol Physiol 1999; 26: 757-9
38. Rennie MJ Claims for the anabolic effects of growth hormone: a case of the emperor’s new clothes? Br J Sports Med 37 (2): 100–5 (April 2003).
39. Harvard Health Letter. Harvard Health Publications. 2008-01-01. Used by athletes to build muscle, human growth hormone may in fact make muscles bigger, but not necessarily stronger. HGH is also marketed as an anti-aging treatment, but there are no data about possible side effects from long-term use.