Острые и хронические изменения соматотропного гормона в ответ на занятия аэробными упражнениями. Секреция соматотропного гормона (СТГ) в передней доле гипофиза имеет волнообразный характер. В плазме крови, наряду с преобладающей изоформой гормона с мол. массой 22 кДа, обнаруживаются также другие его варианты и олигомеры (Baumann, 1991; Lewis et al., 2001; Nindl et al., 2003). Характер изменений минорных изоформ гормона в ответ на физическую нагрузку нельзя считать однообразным. Активация клеток под действием СТГ происходит путем димеризации рецепторов гормона роста и запуска каскада реакций фосфорилирования, которые осуществляют передачу сигнала в ядро.
Количество СТГ, секретируемое при каждом выбросе, находится под физиологическим контролем пептидных соединений агонистов и антагонистов (Arval et al., 1998; Mueller et al., 1999; Farhy et al., 2001; Bowers, 2002). Соматолиберин, вырабатываемый в головном мозге (гипоталамусе), стимулирует синтез и секрецию СТГ, в то время как соматостатин подавляет секрецию гормона, не оказывая влияния на его синтез (Giustina, Veldhuis, 1998; Hartman, 2000). Соматотропин рилизинг пептид грелин, синтезируемый в желудке, аденогипофизе и гипоталамусе, усиливает секрецию СТГ посредством активации специфических рецепторов (Giustina, Veldhuis, 1998; Kojima et al., 1999; Hartman, 2000). Инактивация рецепторов соматотропин рилизинг пептида в ЦНС у трансгенных мышей снижает секрецию СТГ на треть (Shuto et al., 2002). Эти три биологически активные молекулы осуществляют регуляцию СТГ с помощью конвергентных механизмов (Veldhuis, Bowers, 2003Ь). Многие метаболические эффекты СТГ опосредованы инсулиноподобным фактором роста I (ИФР-1), синтез которого происходит в печени и всех остальных тканях под контролем СТГ и тканеспецифических гормонов (Giustina, Veldhuis, 1998).
Начиная с 40 лет, секреция СТГ постепенно снижается примерно на 14 % каждые десять лет (Rudman et al., 1981; Zadik et al., 1985; Iranmanesh et al., 1991). Кроме того, секреция СТГ заметно ниже у лиц, страдающих ожирением, даже в молодом возрасте (Veldhuis et al., 1991, 1995). У юношей в период полового созревания выработка СТГ за 7 лет снижается на 50 % (Iranmanesh et al., 1991; Veldhuis et al., 1995), тогда как у женщин в предклимактерическом периоде это происходит в два раза медленнее (Asplin et al., 1989; Winer et al., 1990; Weltman A. et al., 1994; van den Berg et al., 1996). Многие возрастные изменения напоминают те, которые выявляются у лиц зрелого возраста с недостатком СТГ, включая снижение массы мышечной ткани и способности переносить физическую нагрузку, увеличение жировых отложений, особенно в области живота, неблагоприятные изменения липидного и липопротеидного профиля, снижение минеральной плотности костной ткани, а также заболевания нервной и сердечно-сосудистой системы. Что здесь является причиной, а что следствием, установить сложно, поскольку увеличенное количество внутрибрюшной жировой ткани и ограниченная двигательная активность также могут быть использованы в качестве показателей для прогноза сниженной секреции СТГ (Vahl et al., 1997; Clasey et al., 2001). Далее рассмотрим влияние занятий физическими упражнениями на секрецию СТГ. Обсуждение роли других физиологических факторов можно найти в следующих обширных обзорах (Veldhuis 1996а, 1996b; Veldhuis etal., 1997; Giustina, Veldhuis, 1998; Hartman, 2000; Veldhuis, Bowers, 2003a, 2003b).
Острые изменения секреции соматотропного гормона при занятиях аэробными упражнениями Править
Стимуляция секреции СТГ наблюдается уже через 15 мин после начала выполнения аэробных упражнений, а своего максимального значения содержание гормона в крови достигает в конце или почти в конце занятия (Lassarre et al., 1974; Sutton, Lasarus, 1976; Kozlowski et al., 1983; Raynaud et al., 1983; Bunt et al., 1986; Chang et al., 1986; Felsing ct al., 1992; Luger et al., 1992; Weltman A. et al., 1992, 1994; Cappon et al., 1994; Chwablinska-Moneta et al., 1996; Pritzlaff et al., 1999, 2000; Wideman et al., 1999, 2000a). Интенсивность и продолжительность аэробной нагрузки, уровень физической подготовленности, пол и возраст — все эти факторы влияют на степень изменений соматотропного гормона в ответ на физические упражнения. Несмотря на существовавшие ранее представления о том, что стимуляция изменений СТГ происходит только после превышения определенного порога интенсивности физических упражнений (Chang et al., 1986; Felsing et al., 1992; Chwalbinska-Moneta et al., 1996), исследования, проводившиеся случайным образом в отдельные дни, показали, что между интенсивностью упражнений и уровнем секреции СТГ существует линейная дозовая зависимость (Pritzlaff et al., 2000; Pritzlaff -Roy et al., 2002).
У женщин всех возрастов сохраняется уровень СТГ более высокий, чем у их сверстников-мужчии. Кроме того, у них менее выражен волнообразный характер секреции (Hartman et al., 1990; Veldhuis et al., 1995; van den Berg et al., 1996; Pincus et al., 1996; Engstrom et al., 1998; Giustina, Veldhuis, 1998; Wideman ct al., 1999). Динамика изменений секреции СТГ не различается у лиц разного пола (Lassarre et al., 1974; Bunt et al., 1986), однако женщины имеют ряд характерных особенностей, а именно: упреждающее повышение уровня СТГ до начала занятия и более быстрое достижение пикового уровня гормона во время занятия (Wideman et al., 1999; Pritzlaff-Roy et al., 2002). Эффект физической нагрузки практически не зависит от циркадных ритмов, поскольку не было обнаружено никакой зависимости изменений СТГ от времени проведения занятий в течение суток, по крайней мере, у молодых мужчин (Kanaley et al., 2001). Максимальные абсолютные концентрации СТГ во время занятий физическими упражнениями у женщин и мужчин не отличаются (Wideman et al., 1999), однако величина прироста секреции по отношению к базовому уровню у мужчин выше (Bunt et al., 1986; Wideman et al., 2000a).
На рис. представлены данные, демонстрирующие влияние пола на индуцированную физической нагрузкой секрецию СТГ в зависимости от интенсивности упражнений лиц старшего зрелого возраста (Pritzlaff et al., 1999; Pritzlaff-Roy et al., 2002). В этом исследовании молодые мужчины и женщины принимали участие в 6 занятиях физическими упражнениями различного уровня интенсивности (одно контрольное занятие без физической нагрузки (К) и 5 занятий с физической нагрузкой), проводившихся в случайном порядке. Занятие включало 30 мин бега па тредмиле при одной из следующих интенсивностей (нормализованных но отношению к индивидуальному лактатному порогу (ЛП); 25 и 75 % разницы между ЛП и состоянием покоя (0,25 и 0,75 ЛП соответственно), ЛП, а также 25 и 75 % разницы между ЛП и V02max (1,25 ЛП и 1,75 ЛП соответственно). Уровень секреции СТГ возрастал пропорционально увеличению интенсивности упражнений (Pritzlaff et al., 1999; Pritzlaff-Roy et al., 2002). С помощью простого регрессионного анализа было установлено, что у женщин кривая зависимости секреции СТГ от интенсивности упражнений пересекает ось ординат в точке с более высоким значением (более высокий базовый уровень секреции), а также имеет больший угол наклона (более высокая чувствительность).
Насколько применимы эти зависимости, описывающие быстрые изменения секреции СТГ, в случае продолжительных занятий аэробными упражнениями с различной интенсивностью, ничего не известно.
Увеличение секреции СТГ в ответ на физическую нагрузку у молодых лиц выше по сравнению с более старшими занимающимися (Weltman et al., 2000b, 2001). Аналогичные сравнения зависимости интенсивность упражнений — изменения СТГ показали, что у мужчин старение приводит к постепенному ослаблению эффективности физической нагрузки (в 3,9 раза при оценке по уровню наклона кривой зависимости). Остается нерешенным вопрос: можно ли достичь у мужчин старшего возраста такого же уровня секреции СТГ, как у молодых, путем увеличения нагрузки (Weltman et al., 2000b).
Уровень стимулированной физической нагрузкой секреции СТГ у женщин в постклимактерическом периоде в 5,7—7,3 раза ниже по сравнению с предклимактерическим независимо от того, принимала ли женщина замещающие гормоны (Marcel 1 et al., 1999; Weltman A. ct al., 2001). Возможными причинами последовательного снижения уровня секреции СТГ у лиц старшего возраста могут быть возрастание секреции соматостатина либо недостаточная секреция соматолиберина или грtлина. Действительно, продолжительная стимуляция соматолиберином или синтетическим соматотронин-рилизинг-пептидом (заменитель грелина) уже через 1—3 месяца приводит к росту секреции СТГ у лиц старшего возраста (Evan et al., 2001; Richmond et al., 2001).
Снижение уровня секреции СТГ в ответ на физические упражнения может также наблюдаться у мужчин среднего возраста (Zaccaria et al., 1999). Этот вывод сделан на основании результатов исследования, в котором принимали участие небольшая группа молодых мужчин (N = 5, возраст 21 год) и мужчин среднего возраста (N = 7, возраст 42 года), выполнявших тест со ступенчатой нагрузкой (50 Вт каждые 3 мин) до наступления утомления.
У мужчин среднего возраста возрастание секреции происходит более медленно и максимальный уровень СТГ ниже. Если этот результат подтвердится, то такое снижение чувствительности СТГ к физической нагрузке может послужить поводом для поиска ранних упреждающих стратегий, направленных на поддержание оптимального для анаболических процессов уровня секреции гормона.
Повышение объема жировых отложений, а также выраженное ожирение приводят к снижению базового содержания СТГ в крови и снижению секреторного ответа на физическую нагрузку (Veldhuis et al., 1995; Weltman A. et al., 2000b; Weltman J.Y. et al., 2002). При сравнении с различными фармакологическими и физиологическими стимулами секреция СТГ в ответ на физическую нагрузку у лиц с ожирением может превосходить по величине выделение гормона, индуцированное L-допа или клонидином (Cordido et al., 1990; Tanaka et al., 1990), но не обязательно соматолиберином, пиридостигмином или L-аргинином (Williams et al., 1984; Cordido ct al., 1990, 1993; Maccario et al., 1997; Kelijman, Frohman, 1998). Только соматостатин-рилизинг-пептид и комбинированные стимуляторы секреции сохраняют средний (но не максимальный) уровень эффективности (Cordido ct al., 1990, 1993; Maccario et al., 1997). Немногочисленные исследования взаимного влияния пола, ожирения и физических упражнений показывают, что внутренние жировые отложения в области живота могут оказывать основное влияние на величину стимулированной секреции СТГ (Classey et al., 2001). Результаты исследования индуцированной физическими упражнениями секреции СТГ у женщин без признаков ожирения, а также с отложениями жира в области нижних конечностей или верхней части туловища (внутренней жировой клетчатки в области живота) представлены на рис. 10.4 (Kanaley et al., 1999).
Максимальные значения концентрации СТГ после воздействия физической нагрузки в этих исследованиях составили 13,7 мкг-л"1 у женщин без признаков ожирения, 6,8 мкг-л"! у женщин с преимущественной локализацией жировых отложений в области нижних конечностей и 3,5 мкг-л"1 у женщин с жировыми отложениями в области живота. Для проверки этих антропометрических выводов необходимо проведение точного радиологического определения локализации жировых тканей.
Регулярные занятия аэробными упражнениями и секреция соматотропного гормона Править
Продолжительные тренировки аэробной выносливости ограничивают величину острых изменений концентрации СТГ в ответ на физические упражнения одинаковой интенсивности (Hartley et al., 1972; Weltman A. et al., 1997). У молодых мужчин подавление секреции СТГ, индуцированной физической нагрузкой, наблюдается уже через 3 недели тренировочных занятий (рис. 10.5) (Weltman A. et al., 1997).
Однако у лиц, занимавшихся аэробной тренировкой с интенсивностью, превышающей лактатный порог, отмечено повышение суммарной (на протяжении 24 ч) секреции СТГ, которое наблюдалось даже в дни, свободные от тренировочных занятий(Weltman A. et al., 1992).
Каким образом естественные возрастные изменения, половые особенности и повышенные отложения жировой ткани могут модулировать долговременные эффекты тренировки аэробной выносливости, пока не известно. В одном исследовании с участием пожилых мужчин в возрасте 50—78 лет не было обнаружено отличий в содержании в сыворотке крови ИФР-1 у лиц, занимавшихся марафонским бегом, и их сверстников, которые вели малоподвижный образ жизни (Deuschle et al., 1998). В другой работе не было обнаружено изменений суммарной суточной секреции СТГ у здоровых пожилых людей (возраст 59—79 лет) после года организованных занятий аэробными (4 раза в неделю) или силовыми упражнениями (3 раза в неделю) (Hartman et al., 2000). Причинами такого отсутствия выраженного ответа могут быть: а) недостаточный тренировочный стимул; б) незначительные изменения объема жировых отложений, в частности жировой ткани в области живота, количество которых негативно коррелирует с уровнем секреции СТГ и имеет тенденцию к возрастному увеличению; в) и/или естественное возрастное снижение чувствительности эндокринной системы СТГ-ИФР-1.
У женщин, страдающих ожирением, через 16 недель тренировки аэробной выносливости обнаружено достоверное тренировочное воздействие (например, увеличение V02peak), вместе с тем у них не отмечено изменений срочной секреции СТГ в ответ на физическую нагрузку одной интенсивности (рис. 10.7) (Kanaley et al., 1999). Однако после выполнения 4-месячной тренировочной программы у этих занимавшихся не обнаружено изменений массы и состава тела (по оценкам толщины жировых складок и биоэлектрического импеданса). Происходило ли в этой ситуации увеличение суммарной суточной секреции СТГ, неизвестно. Остается неясной взаимосвязь между срочными изменениями содержания СТГ в крови в ответ на физическую нагрузку и долговременными изменениями средней выработки гормона (в дни без тренировочных занятий) под воздействием продолжительных занятий физическими упражнениями.
Нейроэндокринный контроль секреции соматотропного гормона, индуцированной физической нагрузкой Править
Система нейроэндокринной регуляции секреции соматотропного гормона, индуцированной физической нагрузкой, чрезвычайно сложна, и многие ее элементы по-прежнему неизвестны (Giustina, Veldhuis, 1998; Wideman et al., 2000a). В предполагаемых регуляторных механизмах важное место занимают соматолиберии, соматостатин и грелин(Veldhuis, Bowers, 2003b).
К гипотетическим регуляторам можно отнести катехоламины, мукарииовые производные, опиатэргические пептиды, ГАМК и, возможно, аминокислоты, обладающие стимулирующим эффектом (Thompson et al., 1993; Giustina, Veldhuis 1998; Weltman A. et al., 2000a). Несмотря на чисто корреляционный характер этих данных, повышение концентрации норадреналина в плазме крови в ответ на физическую нагрузку происходит до повышения СТГ и пропорционально ему у молодых мужчин независимо от того, занимались ли они ранее физическими упражнениями (Weltman A. et al., 1997, 2000а). Эти данные согласуются, но не являются доказательством, с фактом существования центральной норадренергической (бета2-адренорецепторной) системы. Концентрация грелина в сыворотке крови у лиц, страдающих ожирением, ниже, чем у худых (Veldhuis, Bowers, 2003b) и не изменяется в течение 45 мин занятий физическими упражнениями и последующего периода восстановления продолжительностью до 3 ч (Dali et al., 2002).
К веществам, способным оказывать влияние на секрецию СТГ, относятся L-аргинин и соматотропии-рилизинг-пептид-2, которые индуцируют снижение уровня соматостатина и, соответственно, имитируют действие грелина. Соматотропин-рилизинг-пептид-2 также усиливает эффект соматолиберина и подавляет действие соматостатина.
