Гормон роста и инсулиноподобный фактор роста
Введение
В настоящее время в спортивной периодической литературе довольно часто обсуждается тема применения различных фармакологических препаратов, используемых в соревновательном бодибилдинге. Наибольшее количество имеющейся информации касается использования многочисленных разновидностей анаболических стероидов, а также методов, призванных увеличить их естественную продукцию. Что касается воздействия не менее широко используемых гормональных веществ, имеющих белковую природу, то оно в настоящее время все еще недостаточно освещено в источниках, доступных широкому кругу спортсменов-любителей.
Последнее десятилетие 20 века особую популярность в спорте стали приобретать так называемые пептидные гормоны (то есть имеющие белковое происхождение). Эта популярность довольно легко объясняется тем фактом, что такие соединения довольно трудно обнаружить при прохождении допинг-контроля.
С начала 90-х годов особо популярными в спорте стали препараты гормона роста (ГР), вырабатываемого передней долей гипофиза. Необходимо отметить, эффекты ГР были известны к тому времени уже в течение многих лет (так, ГР был впервые выделен из экстракта бычьего гипофиза еще в 1945 году) и успешно применялись в медицине при лечении некоторых заболеваний. Основная проблема применения ГР заключалась в том, что этот гормон выделяли из гипофиза умерших людей, из-за этого производство препарата было крайне небольшим, а стоимость слишком высока [11].
В середине 80-х при помощи достижений генной инженерии удалось получать ГР в довольно больших объемах, и широкий круг спортсменов получил возможность использовать препарат для повышения спортивных результатов.
Значительно позднее открытия ГР было установлено, что тканевое действие этого гормона опосредуется вторичной субстанцией, которая значительное время оставалась неидентифицированной.
В конце 50-х эту субстанцию удалось выделить, и долгое время это вещество называлось фактором сульфатирования, или плазменным фактором роста [6].
Лишь в 1978 году было произведено разделение этой субстанции на две различные фракции и представлены в чистом виде вещества, названные в дальнейшем инсулиноподобными факторами роста 1 и 2 (ИФР-1 и ИФР-2) [6], одно из которых, ИФР-1, спустя немогим более 10 лет прочно вошло в арсенал подготовки многих спортсменов.
Физиологическая роль
Рост - один из важнейших процессов жизнедеятельности. В применении к спорту рост может означать увеличение мышечной массы, укрепление костей и связок, более быстрое восстановление после изнурительных тренировок. Ведущая роль в его регуляции принадлежит эндокринной системе. Ростовые процессы находятся под влиянием многих гормонов, в первую очередь гормона роста, или соматотропного гормона (СТГ), а также инсулина, тиреоидных и половых гормонов, глюкокортикоидов [6].
Было установлено, что СТГ принимает участие в регуляции многих видов обмена веществ, но основное его действие направлено на регуляцию обмена белков и процессов, связанных с ростом и развитием организма. Под влиянием гормона роста усиливается синтез белка в мышцах, связках, хрящах, костях, повышается активность многих ферментов, ускоряется транспорт аминокислот внутрь клетки через клеточную мембрану, уменьшается катаболизм белка, что приводит к развитию положительного азотистого баланса (то есть к преобладанию анаболических процессов в организме над катаболическими). Кроме того, увеличивается ширина и толщина костей. Одновременно с этим, под влиянием СТГ растут и внутренние органы (сердце, легкие, печень, почки, кишечник, поджелудочная железа, надпочечники и др.) [1, 2, 6, 9].
Гипотеза о том, что посредником СТГ в его биологическом действии служит инсулиноподобный фактор роста, была выдвинута еще в 1957 году Сэлмоном и Даудеем [6]. В последующие годы после идентификации и установления химической структуры оказалось, что в действительности имеются 2 соединения - инсулиноподобный фактор роста 1 и 2 (ИФР-1 и ИФР-2). Так, установили, что молекулы ИФР-1 и ИФР-2 являются простыми полипептидными цепочками, содержащими, соответственно, 70 и 67 аминокислотных остатков каждая. Также оказалось, что структуры этих веществ имеют много общего с проинсулином, структурным предшественником гормона инсулина.
Синтез и секреция ГР и ИФР
Регуляция секреции гормона роста осуществляется ЦНС посредством секреции и высвобождения гипофизотропных гормонов - соматостатина и соматолиберина (блокирующих и стимулирующих высвобождение СТГ).
Избыток ИФР-1 в организме снижает секрецию ГР, подавляя высвобождение соматолиберина из клеток гипоталамуса и стимулируя высвобождение соматостатина. Ингибирование также обеспечивается при избытке ИФР-1 самим ГР, тормозящим высвобождение соматолиберина [9].
Секреция ГР может стимулироваться различными физиологическими факторами, такими, как: сон, физическая нагрузка, длительный голод, стресс, снижение уровня глюкозы и недостаток белков в пище (хотя, с другой стороны, для поддержания нормальной активности ростовых факторов и способности ИФР-1 стимулировать ростовые процессы обязательным условием является поступление с пищей достаточных количеств белка) [6, 9]. Снижение секреции гормона роста наблюдается при гипергликемии и повышении уровня свободных жирных кислот в крови [2, 9] (практически это означает, что культуристу противопоказаны пирожные с масляным кремом, содержащие много сахара и жиров).
В естественных условиях секреция ГР осуществляется пульсирующим способом, каждые 3-5 часов в соответствии с циркадным (околосуточным) ритмом. Содержание СТГ в крови, а также количество и объем секреторных выбросов, значительно колеблются в различные периоды жизни. Так, у 14-летнего юноши происходит около 8 секреторных выбросов в сутки, в то время как у 23-летнего мужчины - примерно 6. При этом объем разового выброса ГР снижается более, чем в 2 раза, а общее содержание ГР в течение суток уменьшается более, чем в 4 раза по сравнению с возрастом многих начинающих спортсменов [1].
Характерным для секреции СТГ является его значительный выброс через 60-90 минут от начала сна. Подсчитано, что на ночное время приходится около 70% гормона, секретируемого в течение суток [1]. Учитывайте этот факт, когда допоздна засиживаетесь перед телевизором, а утром предстоит рано вставать. Чем короче время, отведенное для сна, тем меньше шансов нарастить достойную мышечную массу.
В ходе проведенных исследований установлено, что синтез и выделение ИФР стимулировались под действием СТГ, а также СТГ в сочетании с инсулином, кортизолом, трийодтиронином [6].
Также установлена взаимосвязь уровня ИФР в крови с уровнем инсулина. При дефиците инсулина в организме активность ИФР в крови уменьшается, что сопровождается снижением интенсивности ростовых процессов, в частности, в хрящевой ткани [6] (хрящевые ткани - первый и самый популярный объект для исследования свойств инсулиноподобных ростовых факторов). Введение СТГ не предотвращает этот эффект. Однако, активность ИФР и интенсивность ростовых процессов в хряще восстанавливается после введения инсулина. Поскольку инсулин в физиологических концентрациях не стимулирует процессы роста в хряще [6], полученные результаты говорят о возможности влияния инсулина на процессы роста через ИФР.
Уровень ИФР-1 в организме регулируется не только содержанием СТГ и инсулина, но и другими гормонами. Максимальная (в течение жизни) концентрация ИФР-1 в плазме крови отмечается в периоде полового созревания. Этот факт объясняют тем, что в данном периоде уровень ИФР-1 повышается под действием половых стероидов, которые стимулируют увеличение эндогенной секреции гормона роста и, возможно, влияют на продукцию ИФР [7]. Очевидно, половые стероиды вызывают повышение секреции соматомедина, и уровень ИФР коррелирует не столько с возрастом, как с половым созреванием (и с повышенным содержанием половых гормонов в крови, что может быть обусловлено различными факторами).
Тестостерон усиливает секрецию анаболических гормонов, таких как ГР и ИФР-1, во всем организме, в то же время уменьшая количество кортизола, высвобождаемого в ответ на тренинг. Более того, андрогены повышают чувствительность рецепторов к упомянутым анаболическим гормонам [4].
С другой стороны, предложена гипотеза и об обратной зависимости: повышенный уровень общего и свободного ИФР-1 и увеличенная концентрация инсулина приводят к гиперстимуляции фолликулогенеза и избыточному синтезу андрогенов [10].
Основным местом образования ИФР у здоровых животных и человека является печень [3, 7, 8]. Вместе с тем, имеются данные о том, что клетки гипофиза, гипоталамуса, коры головного мозга, мозжечка, костей, стромальные клетки головного мозга в культуре также образуют эти биологически активные соединения [8].
Есть предположение, что ИФР вырабатывается в ответ на прямое воздействие СТГ непосредственно в тканях-мишенях, а не приносится туда с током крови извне (например, из печени), и оказывает свое действие локально [7].
ИФР-1 функционирует как ауто- и паракринный гормон, при этом изменение содержания этого фактора роста в ткани может происходить и без изменения его концентрации в крови. Действие ИФР на ткань может модулироваться изменением содержания ИПФР- связывающих белков.
Связывающие белки
ИФР 1 и 2 циркулируют в крови в связанном с различными белками состоянии. В зависимости от белка, связавшего ИФР, резко изменяется биологическая активность такого комплекса. Различают 4 типа белков сыворотки крови, связывающих ИФР: это ИФР-связывающий белок 1-го - 3-го типа и белковая альфа-субъединица. Кроме того, были идентифицированы еще 3 дополнительных белка, связывающих ИФР: это ИФР-связывающие белки 4-го - 6-го типов. Около 75% циркулирующего ИФР-1 и 2 находится в комплексе, состоящем из ИФР-связывающего белка 3-го типа (БСИФР-3), ИФР и альфа-субъединицы. Таким образом, БСИФР-3 является главным белковым фактором, ограничивающим действие ИФР-1 [1, 5].
ИФР-1 и 2 могут диссоциировать из указанного комплекса лишь после того, как ИФР-связывающий белок будет диссоциирован от альфа-субъединицы. Эти комплексы диссоциируют при низких значениях рН [1, 6], возникающих, например, при накоплении лактата во время последних повторений в подходе, характеризующихся сильным <жжением>.
Функция белка, связывающего ИФР, состоит как в предохранении ИФР от разрушения и продлении их срока жизни в циркуляции, так и в регуляции их действия [6]. Есть данные, что ИФР-связывающий белок тормозит инсулиноподобное действие и рецепторное связывание ИФР в печени и жировых клетках [6]. ИФР может быть высвобожден из этого белка, и в таком виде сохраняет свою активность. Инсулин не связывается с белком-носителем ИФР, присутствующим в плазме крови, и не обладает конкурентной активностью в указанных комплексах.
Считается, что основным местом образования как ИФР-связывающих белков, так и альфа-субъединицы является печень [1,3].
Рецепторы ИФР
Многочисленные биологические эффекты ИФР опосредуются их взаимодействием со специфическими рецепторами, присутствующими в тканях-мишенях.
Рецепторы гормонов могут быть расположены как на поверхности клетки (мембранные рецепторы), так и внутри клетки (ядерные рецепторы). Биологическое действие ИФР-1, гормона роста и инсулина осуществляется через соответствующие рецепторы, расположенные в плазматической мембране клеток тканей-мишеней - это означает, что им не нужно попадать внутрь клетки для оказания анаболического эффекта. Они оказывают действие, касаясь внешней поверхности клетки [6].
Рецепторы инсулина могут в небольшом количестве связывать ИФР, а рецепторы ИФР обладают слабой способностью связывать инсулин [6].
По-видимому, инсулиноподобное действие ИФР может опосредоваться не только с собственными, но и с инсулиновыми рецепторами.
В целях повышения доступности рецепторов целесообразно выполнять циклы так называемых пампинговых нагрузок, усиливающих локальный кровоток и включающих в работу резервные капилляры. К тренировкам такого типа можно отнести различные приемы, повышающие продолжительность нахождения мышцы под нагрузкой, приводящих к появлению <жжения> в мышце. Вполне уместно применение комплексных сетов, трисетов, гигантских сетов, частичных повторений в конце обычных сетов и тому подобных приемов. Пампинговая тренировка приводит к накоплению кислых продуктов распада (в частности, лактата). Снижение рН среды вызывает диссоциацию комплексов ИФР-1 со связывающими белками, а развитие капиллярной сети увеличит количество рецепторов, контактирующих с циркулирующим в крови свободным ИФР-1.
Метаболические эффекты
Изучение воздействия СТГ на обменные процессы показало, что ГР оказывает на углеводный обмен кратковременное (в течение 30-40 мин) инсулиноподобное действие - повышаются поглощение и утилизация глюкозы жировыми клетками, что приводит к незначительному снижению содержания глюкозы в крови. Однако, при избытке СТГ (что может возникнуть при введении ГР извне) повышается активность ферментов, разрушающих другой анаболический гормон - инсулин. В этом случае бета-клетки поджелудочной железы вынуждены вырабатывать инсулин в гораздо больших количествах (некоторые атлеты, правда, облегчают жизнь своей поджелудочной железе введением дополнительных доз инсулина), что, в конце концов, может привести к истощению резервных возможностей бета-клеток поджелудочной железы и развитию сахарного диабета [1].
На жировой обмен ГР оказывает проходящее (в течение 30-40 минут) инсулиноподобное действие, проявляющееся первично усилением процессов липогенеза (синтеза жиров). Однако, в дальнейшем усиливаются процессы липолиза (распада жиров) с повышением мобилизации жира из депо, что приводит к повышению в плазме крови уровня свободных жирных кислот. Энергия, образующаяся при повышенном распаде жиров, используется на анаболические процессы в белковом обмене [1, 9].
Установлено, что инсулиноподобные ростовые факторы, опосредующие часть эффектов ГР, обладают широким спектром биологического действия.
Так, ИФР стимулирует рост хряща и ряд процессов в хрящевой ткани: транспорт аминокислот, синтез РНК, ДНК, белка, хондроитин-сульфата, коллагена. Ростовые факторы проявляют также инсулиноподобную активность: в мышцах - это стимуляция транспорта аминокислот (этот процесс протекает значительно быстрее под влиянием ИФР, чем под влиянием ГР [6]) и глюкозы, образование коллагена, синтез белка; в жировой ткани - стимуляция транспорта сахаров, окисление глюкозы до СО2, включение глюкозы в липиды, подавление липолиза - эти метаболические эффекты аналогичны по механизму действия таковым инсулина, а именно реализуются через ингибирование активности фермента аденилатциклазы).
Стимулирующее рост действие факторов роста выражено в 50-100 раз (!) сильнее по сравнению с таковым инсулина. Однако, хотя сахароснижающая способность у ИФР-1 составляет лишь 1/13 от гипогликемизирующего действия инсулина, вследствие невысокого сходства с этими факторами инсулиновых рецепторов. Однако при внутривенном введении больших его доз (13 нмоль/кг массы тела) в эксперименте имела место резко выраженная гипогликемия [1].
Перечисленные эффекты представляют далеко не полный список изученных свойств ИФР, но рассмотрение других свойств выходит за рамки данной статьи.
Фармакологическая регуляция
Различные фармакологические вещества также стимулируют образование и высвобождение СТГ: инсулиновая гипогликемия, инфузия аминокислот (аргинин, лизин, лейцин), введение глюкагона, вазопрессина, эстрогенов, серотонина, альфа-адренергических агонистов (клонидин), бета-адренергических антагонистов (индерал), дофаминергических (L-дофа, апоморфин, бромокриптин) и агонистов гамма-аминомасляной кислоты (мусцимол), а также пирогенов. Холецистокинин, ацетилхолин, ВИП опиоидные пептиды модулируют секрецию СТГ опосредованно через влияние на секрецию соматостатина и соматолиберина гипоталамусом. Cтимулирующее влияние многих веществ (аргинин, L-дофа) и воздействий (гипогликемия, физическая нагрузка) опосредуется через альфа-адренергический механизм, что может быть заблокировано применением фентоламина (блокатор альфа-рецепторов) и потенцировано применением блокатора бета-адренергических рецепторов пропранолола [1, 7, 9].
Прием таких препаратов, как антагонисты серотонина (метизергид, ципрогептадин), дофаминергические антагонисты (хлорпромазин, галоперидол), теофиллин, прогестерон снижает секрецию гормона роста [1, 9].
Заключение
Таким образом, гормон роста осуществляет биологическое действие через образование соматомединов (ИФР 1 и 2), которые образуются в печени и других периферических тканях и являются посредниками анаболического, ростового влияния СТГ. Последние осуществляют свое действие с помощью гормонального, паракринного или аутокринного механизмов.
Внутренняя продукция и высвобождение ГР и ИФР-1 поддаются коррекции путем различных манипуляций режимами питания, тренировок и отдыха.
Тем, кто в погоне за результатом готов принимать фармакологические препараты этих гормонов, необходимо знать, что неумеренное применение препаратов ГР и ИФР-1 может привести к тяжелым последствиям: так, прием ГР после сращения костей может привести к акромегалии - увеличиваются, расширяются кости рук, ног, лица, как правило, увеличиваются и внутренние органы (вспомните вываленные животы некоторых участников Олимпии!). Очень часто это влечет за собой заболевания сердца и может привести к смерти вследствие кардиомиопатии. Также прием ГР может вызвать диабет, гипертензию и непереносимость глюкозы.
И если спортсмены-профессионалы порой вынуждены использовать фармакологические препараты гормона роста и ИФР-1, чтобы выигрывать престижные соревнования, то спортсменам-любителям не стоит рисковать здоровьем ради нескольких дополнительных килограммов мышечной массы.
Ссылки:
- Балаболкин М. И. Эндокринология. - М.: Универсум паблишинг, 1998
- Васильева И. А. // Проблемы эндокринологии, 1977, том XXIII, №5, С. 104-110
- Генес В.С. // Физиологический журнал. - 1980. - Т. 26, № 3. - С.386 - 398
- Гюндилл М. // IRONMAN. - № 1. - 1998
- Зезеров Е. Г., Северин Е. С. // Вестн. Рос. АМН. - 1999. - № 3. - С. 49-56
- Капнер Р. Б., Булатов А. А. // Успехи современной биологии. - 1984. - Т. 97, Вып. 2. - С.225 - 240
- Кузнецова А. В., Рыбкина Н. Л. // Акушерство и гинекология. - 1994. - № 2. - С. 3-4.
- Кушлинский Н. Е., Бабкина И. В. // Вопросы онкологии, 1996, том.42, №6,- С.7-12
- Марри Р., Греннер Д., Мейес П., Родуэлл В. Биохимия человека. - М.: Мир, 1993. - 384 с.
- Потин В. В., Воробьева О. А. // Проблемы эндокринологии. - 1993. - Том. 39. - № 5. - С. 58-62
- Уилмор Д., Костилл Д. Физиология спорта и двигательной активности. - Киев: Олимпийская литература. - 1997. - 503 с.
