понедельник, 17 августа 2015 г.

Breathing is Good for You (Stop wearing Hypoxic Masks!)

http://athleticlab.com/breathing-is-good-for-you-stop-wearing-hypoxic-masks-by-john-vilardi/

 by John Vilardi

[John Vilardi is a recent graduate of Slippery Rock University and an Athletic Development Internat Athletic Lab]

mask1
This guy looks like a badass. You? You just like an ass.
Oxygen deprivation masks, or high altitude simulator masks, started growing in popularity within the past couple years. The intent is to provide the user with a relatively inexpensive way of adapting the “live low-train high” concept which is supposed to increase Erythropoietin levels (EPO). EPO is important in endurance athletes because it is the glycoprotein hormone that controls erythropoiesis (red blood cell production), and more red blood cells (but not too much – too much makes the blood too viscous and can cause strokes and heart failure) means a greater capability to deliver oxygen to muscles, therefore the athlete does not fatigue as fast (this is the reason that endurance athletes blood dope). The training mask also promises: Increased lung capacity, increased anaerobic thresholds, increased oxygen efficiency, increased energy production, increased mental and physical stamina, and increased mental focus. We now know what the mask promises via their website, now let’s dive into what research says about acute hypoxic training.
One of the first things I found when researching hypoxic training is the fact that acute and chronic hypoxia can actually lead to a decrease in mitochondria (Hoppeler et al., 2003). Mitochondria is the body’s only way of making energy utilizing oxygen, meaning, it is crucial for aerobic fitness.
Training or living in a prolonged hypoxic environment has also been found to overproduce HIF-1 (Gross et al., 2001), which is a protein that is capable of producing tumors that can metastasize in response to oxygen deprivation (can cause cancer).
Sure, acute muscle hypoxia has been found to be a beneficial side effect of training in endurance athletes, (however, prolonged hypoxia can actually be detrimental to muscle tissue) which sounds good for oxygen deprivation masks, right? Well, again, there have been little to no studies to show that the masks increase VO2 (aerobic fitness), or power production (anaerobic fitness) of any sort (Hoppeler et al., 2008) (Vogt et al., 2010).
The one area of the oxygen deprivation masks that I found that can be legitimate is its promise to increase lung capacity, and that is solely due to the fact that you are breathing under resistance, and your lungs, like any muscle in the body working under resistance, will respond and become stronger. But there is little to no science behind the mask increasing anaerobic or aerobic fitness (which is why you are using the mask in the first place, right??). The problem with live low-train high is there is not enough stimulation to increase EPO and have a significant impact on red blood cell production(Smart, 2012) (Roels et al., 2005). The only proven way to increase EPO (without cheating) is to live in a high altitude where the oxygen level in the air is lower than sea level oxygen.
I will leave you with a few challenges:
  1. Do some research before wasting money on the next fad that promises quick and easy improvements in fitness. Fitness does not work quick and easy. It takes time and effort.
  2. Be cautious and ask questions about products that are full of promises that sound too good to be true because chances are, they are too good to be true.
References:
  • Gross, T., Akeno, N., Clemens, T., Komarova, S., Srinivasan, S., Weimer, D., & Mayorov, S. (2001). Selected Contribution: Osteocytes upregulate HIF-1α in response to acute disuse and oxygen deprivation. Journal of Applied Physiology, 90(6), 2514-2519.
  • Hoppeler, H., Vogt, M., Weibel, E., & Flück, M. (2003). Response of Skeletal Muscle Mitochondria to Hypoxia. Experimental Physiology, 109-119.
  • Hoppeler, H., Klossner, S., & Vogt, M. (2008). Training in hypoxia and its effects on skeletal muscle tissue. Scandinavian Journal of Medicine & Science in Sports, 38-49.
  • Roels, B., Millet, G., Marcoux, C., Coste, O., Bentley, D., & Candau, R. (2005). Effects of Hypoxic Interval Training on Cycling Performance. Medicine & Science in Sports & Exercise,138-146.
  • Smart, N. (2012). “Live High – Train Low” Altitude Training for Endurance Performance. J Athl Enhancement Journal of Athletic Enhancement.
  • Vogt, M., & Hoppeler, H. (2010). Is Hypoxia Training Good for Muscles and Exercise Performance? Progress in Cardiovascular Diseases, 525-533.
_______________
Athletic Lab is the premier Sport Performance and Fitness Training center in North Carolina. Located in Cary, in the heart of the Triangle, we offer a variety of services including Sport Performance training for developmental to elite athletes, and Performance Fitness training including Cary CrossFit.

воскресенье, 16 августа 2015 г.

МЕТОДИКА "ВОЛЧЬЕГО СНА" или как спать меньше..


"Волчий ( или полифазный ) сон"
" Некоторое время назад у меня появилась возможность попробовать на деле полифазный сон.
Полифазный сон — это специальная техника сна, позволяющая сократить время сна до 2-4 часов в сутки.
Основная идея состоит в том, что вместо того, чтобы спать сразу 6-8 часов подряд, спать несколько раз в сутки небольшими порциями.
Есть два основных режима такого сна:
1) 6 раз по 20 минут через каждые 4 часа — так называемый Uberman режим
2) один раз ночью 1,5-3 часа и потом 3 раза по 20 минут в течение дня — так называемый Everyman режим.
Я практиковал полифазный сон в течение двух месяцев, после чего перешел на обычный режим. С тех пор прошло уже около полугода и я хочу поделиться своими впечатлениями.
Прежде всего мне было интересно, что будет, если у меня появятся 4 дополнительных часа в день. Смогу ли я больше успевать делать и куда буду тратить освободившееся время. Ну и вообще, было интересно проверить, действительно ли человек может обходиться 2-4 часами сна в сутки.
Возможно, если бы я не сбивался с режима и не пропускал периоды сна, то не испытывал бы никакого дискомфорта.
Могу сказать, что высыпался я даже лучше, чем при обычном режиме. Другое дело, если по каким-либо причинам приходилось пропускать какой-нибудь из 20-минутных периодов сна.
После этого до кровати приходилось добираться в виде зомби. Удивительнее всего, что как бы сильно не хотелось спать, 20 минут сна всегда полностью восстанавливали мои силы.
Что касается большего количества дел, которые я хотел успевать делать, то этого не произошло. Для того, чтобы больше успевать делать, нужно не свободное время, а умение правильно им пользоваться.
В экстремальных ситуациях, когда нужно подготовиться к экзамену за два-три дня или срочно завершить какой-нибудь проект, такой режим может помочь. Но в обычных условиях у меня есть тенденция тратить свободное время на всякую незначительную ерунду. Хотя, это тоже важно.
Из двух режимов я решил выбрать Everyman. Во-первых, при таком режиме промежутки бодрствования получаются длиннее. А во-вторых, только один из 20 минутных периодов сна мне приходилось спать в офисе.
Я спал 3 часа с 2-5 утра, затем 20 минут перед уходом на работу в 8 утра, затем 20 минут в 13 часов днем и 20 минут в 20 часов вечером. Итого получалось 4 часа сна.
Это довольно сложный режим.
Адаптировать и поддерживать Uberman, как ни странно звучит, проще, несмотря на то, что суммарное количество сна у этого режима меньше.
Дело в том, что у 3-часового периода сна есть две фазы глубокого сна, после которых просыпаться довольно сложно.
Необходимо довольно точно подобрать время, чтобы просыпаться во время фазы быстрого движения глаз. Кроме того, мозгу сложнее привыкнуть обходиться без глубокого сна (или довольствоваться малым его количеством).
Я это знал и морально был готов испытывать трудности. Но, как говорится, удар пришел с неожиданной стороны.
Мой мозг быстро привык ко всем видам будильников. Я пробовал даже спать в носках и засовывать мобильный телефон, поставленный на вибро-звонок, в один из носков, чтобы успевать просыпаться, пока достаю его оттуда и выключаю.
Так ведь нет! Мой мозг умудрялся, не просыпаясь, управлять телом так, что я выключал будильник и даже не помнил этого. Зато после 20-минутного сна я просыпался всегда легко, иногда даже до звонка будильника.
Наиболее частый вопрос, который мне задавали люди, когда узнавали, что я практикую полифазный сон — как ты спишь на работе?
Честно говоря, я вообще не вижу, какая тут может быть проблема для человека, который работает в офисе с разумным коллективом и адекватным начальством.
Достаточно объяснить коллегам причину своего дневного сна и они даже будут просить всех входящих в кабинет людей вести себя потише. Я просто откидывался на стуле, надевал наушники, включал какую-нибудь приятную музыку и спал.
Могу вас уверить, что через два-три дня после начала практики вы сможете спать в любом месте и в любом положении, а офисный стул будет для вас таким же удобным, как диван или кровать.
Что еще хотелось бы отметить? Субъективно время стало идти медленнее. Проходила неделя, а мне казалось, что прошел месяц. Особенно это ощущалось на выходных, из-за чего они казались очень длинными.
Еще один положительный момент заключался в том, что у меня появилось время, которое я мог по настоящему полностью посвятить себе. В пять утра очень мало людей, которые не спят, никто не разговаривает, не пишет в аську и не звонит на мобильный. Поначалу я чувствовал себя как инопланетянин — настолько необычно было осознавать, что все еще спят, а твой день уже начался.
После двух месяцев полифазного сна я решил перейти на обычный режим. Прежде всего из-за того, что такой режим сильно мешает близким людям. Мне так и не удалось создать условия, при которых я мог бы просыпаться в 5 утра и никого не будить. А кроме того, я узнал все, что хотел и мотивации продолжать у меня не было.
Если вы думаете попробовать полифазный сон сами, то обратите внимание, что такие эксперименты противопоказаны людям с какими-нибудь нарушениями сна. Например, если вы плохо засыпаете или тревожно спите. Если же у вас крепкий и здоровый сон, и вы любите экспериментировать, то попробуйте. В конце концов, 8 часов сна ежедневно — это 4 месяца сна в год. А ведь это дольше, чем длились летние каникулы, когда вы учились в школе! "
Примечание..:
Стив Павлина проводил экспримеримент в течении которого спал 6 раз в сутки по 20-30 минут - Polyphasic Sleep. Преимущества, которые даёт полифазный сон в сравнении с обычным, монофазным сном - это большее количество часов в сутках, когда ты можешь заниматься любимым делом, около 30-40 дополнительных часов в неделю.
еще..: Полифазный сон - это когда спишь несколько раз в сутки короткие промежутки времени. Например, 4 раза в сутки по 30 минут: с 0:00 по 0:30, с 6:00 по 6:30, с 12:00 по 12:30, с 18:00 по 18:30 - такой полифазный сон практиковал Бенжамин Франклин..

Как работают мышцы


Отрывок из книги «Искра жизни: Электричество в теле человека» профессора физиологии Фрэнсис Эшкрофт о роли ионных каналов в организме человека

 - 19.03.2015 
0
8 250
University of Liverpool Faculty of Health & Life Sciences

Совместно с издательством «Альпина нон-фикшн» мы публикуем отрывок из книги «Искра жизни: Электричество в теле человека» британского генетика, профессора физиологии Оксфордского университета Фрэнсис Эшкрофт, посвященной ионным каналам — белкам, инициирующим электрическую активность в клетках и контролирующим каждый аспект жизнедеятельности организмов на Земле.
Над сельской кузницей каштан
Раскинул полог свой.

Кузнец, могучий исполин
С курчавой головой,
Железо там кует весь день
Железною рукой.

Генри Уодсворт Лонгфелло
Деревенский кузнец
[…]

Электропроводка наших мышц

Мышцы, которые приводят в движение наши конечности, состоят из множества клеток, называемых мышечными волокнами. Они собраны в пучки, придающие мясу волокнистую структуру. Нервные клетки, управляющие мышцами, называют двигательными нейронами. В случае их повреждения или нарушения работы мышцы теряют способность двигаться в ответ на наше желание и постепенно атрофируются от бездействия. Это случается, например, при поражении двигательных нейронов, когда их прогрессирующая дегенерация приводит к слабости и атрофии мышц и в конечном итоге к нарастающей неспособности двигать конечностями и затруднениям при разговоре, глотании и дыхании.
Каждая мышечная клетка возбуждается отдельным двигательным нервным волокном, клеточное тело которого находится в головном или спинном мозге. Вместе с тем одна нервная клетка может возбуждать несколько тысяч мышечных волокон, поскольку ее концевая часть имеет множество ответвлений. Нерв и обслуживаемые им мышечные волокна совместно называются двигательной единицей, и, когда нерв возбуждает мышечные волокна, все они сокращаются синхронно. Мышечные волокна, входящие в двигательную единицу, распределены по мышце и нередко находятся довольно далеко друг от друга. Хотя это может показаться странным, в такой организации есть глубокий смысл. Она обеспечивает распределение усилия, генерируемого при возбуждении отдельного двигательного нерва, по всей мышце. В противном случае усилие было бы сконцентрировано в одном месте, а это чревато разрывом мышцы. В мышцах, отвечающих за мелкие движения, двигательные единицы формируются из меньшего числа мышечных волокон — мышцы пальцев человека, например, имеют меньше волокон на двигательную единицу, чем мышцы ног.
Три двигательные единицы окрашены в темно-серый, светло-серый и белый цвет. Каждый двигательный нерв начинается в спинном мозге и возбуждает множество мышечных волокон, из которых сложена мышца.
FAQ: Технология мысли5 фактов о строении мозга человека, принципах его работы и уникальных функциях
Контакт нерва с мышцей располагается около центральной части волокна, где нерв разделяется на несколько крошечных ответвлений, каждое из которых образует синапс с мышцей. О строении синапса мы говорили в предыдущей главе. Мышечная мембрана у нервного окончания образует многочисленные складки, увеличивающие площадь поверхности и позволяющие разместиться значительно большему числу ацетилхолиновых рецепторов. Возбуждение нерва приводит к обильному выбросу ацетилхолина, который диффундирует через синаптическую щель и присоединяется к рецепторам.
Как и в нервном волокне, да и во всех остальных клетках нашего организма, в мышечных волокнах существует разность потенциалов на мембранах, при этом потенциал внутри клетки более отрицателен, чем снаружи. Открытие каналов ацетилхолиновых рецепторов приводит к снижению этой разности потенциалов и смещает мембранный потенциал в положительную сторону. Точно так же, как и в нервных клетках, в результате изменения мембранного потенциала открываются натриевые каналы мышцы и генерируется электрический импульс (потенциал действия), который течет по мышечному волокну в обоих направлениях от точки зарождения. Потенциал действия быстро распространяется по поверхности мышечной клетки и затем достигает сети трубчатых впячиваний внешней мембраны, которые идут прямо в центр волокна (так называемых T-трубочек). Это позволяет потенциалу действия глубоко проникнуть в волокно и обеспечить одновременное согласованное сжатие всех сокращающихся нитей. Тот факт, что сокращение отдельно взятой мышечной клетки подчиняется закону «все или ничего», т. е. либо полностью, либо никак, был известен задолго до того, как выяснилось, что и потенциал действия подчиняется этому закону.
В нормальном мышечном волокне один нервный импульс приводит к возникновению одного потенциала действия, который вызывает одно сокращение, например при моргании глаза.
Чтобы восстановиться, мышце требуется некоторое время, поэтому продолжительность отдельного мышечного сокращения значительно больше длительности электрического импульса. Это означает, что при повторяющемся возбуждении сокращения сливаются и в мышце поддерживается стойкое сокращение, известное как контрактура. Это позволяет прикладывать постоянное усилие к тому или иному предмету. Силу, прикладываемую мышцей, можно увеличивать не только путем более частого возбуждения отдельного мышечного волокна, но и через задействование большего числа двигательных единиц. Любое действие, от ввода этих слов с помощью клавиатуры до удара по мячу при игре в сквош, требует сложного согласованного движения множества мышц и точного управления их сокращением мириадами электрических импульсов в нервах и мышцах.
Потенциал действия мышц аналогичен потенциалу действия нервных клеток — он инициируется открытием натриевых каналов и прекращается открытием калиевых каналов. Вместе с тем различие генов участвующих в этом ионных каналов объясняет, почему мутация в натриевом канале мышцы не влияет на натриевые каналы нерва (и наоборот) и почему токсины, которые поражают нервы, не всегда действуют на мышцы. В генерировании потенциала действия в мышце, кроме того, задействовано больше типов ионных каналов, чем в аксонах. Особо важную роль играют кальциевые и хлоридные каналы, называемые так потому, что они избирательно пропускают соответствующие ионы. Мутации в любом из типов каналов, участвующих в генерировании мышечного потенциала действия, могут приводить к нарушениям функционирования мышц.

Импрессив — троянский конь

Лошади породы американская четвертьмильная были выведены для забегов на дистанцию четверть мили (отсюда и название породы), их, кроме того, использовали для перегона крупного рогатого скота, поскольку они демонстрировали исключительную резвость на коротких дистанциях. В наши дни их чаще держат как выставочных лошадей. У некоторых самых красивых представителей этой породы наблюдается мутация гена мышечного натриевого канала, которая вызывает расстройство, называемое гиперкалиемическим периодическим параличом (HYPP). Лошади с HYPP-мутацией очень чувствительны к концентрации ионов калия в крови — у них наступает паралич при ее повышении. К сожалению, высокая концентрация калия естественна для такой кормовой культуры, как люцерна, и поедание люцернового сена нередко приводит к приступам вялого паралича. Он начинается с мышечной дрожи и слабости, переходит в нетвердую походку и пошатывание, а иногда может быть таким сильным, что лошадь запинается и падает. Страдающие таким недугом животные переносят приступы без последствий, но продолжительность жизни имеющих мутацию часто меньше, чем у здоровых.
Когда искусственное сердце станет реальностью?Биофизик Константин Агладзе о проблемах, перспективах и стоимости выращивания сердца и других органов
Мутация, вызывающая HYPP, приводит к тому, что мышечные натриевые каналы инактивируются не полностью. В результате ионы натрия непрерывно поступают в клетку, снижая градиент потенциала на мышечной мембране и повышая возбудимость мышц. Мышцы при этом могут сокращаться, даже когда лошадь стоит на одном месте. Такие спонтанные сокращения мышц создают впечатление, будто под кожей животного извиваются черви. Кроме того, они приводят мышцы в потрясающее физическое состояние — ведь животное фактически непрерывно выполняет изометрические упражнения. Во время приступа потенциал на мышечной мембране падает настолько, что натриевые каналы закрываются (говорят, что они инактивируются). Как результат мышцы не могут поддерживать сокращение, сколько бы их ни возбуждали, они становятся слабыми и вялыми, и лошадь падает.
Хорошо развитая мускулатура — очень ценное качество для выставочной лошади, и животные с HYPP нередко получают призы. Как следствие программы селекционного отбора по уровню развития мышц 4% лошадей породы американская четвертьмильная находятся в группе риска по этому заболеванию. Все они имеют общего предка — жеребца по кличке Импрессив (т. е. впечатляющий). Эту кличку он получил не за численность произведенного потомства, а за силу мышц. Его потрясающее физическое состояние и куча завоеванных призов породили огромный спрос на него как на производителя. Лишь впоследствии выяснилось, что его потомство унаследовало не только великолепные мышцы, поскольку жеребец по кличке Импрессив, подобно троянскому коню, нес в себе еще и зловещий дар.
Из-за того, что для заболевания требуется всего один экземпляр мутантного гена, примерно половина потомства этого жеребца подвержена HYPP. Животные, которые несут два экземпляра мутантного гена, подвержены более тяжелым формам заболевания. Поскольку болезнь диагностируется с помощью простого генетического теста, от нее можно было бы легко избавиться, если бы владельцы согласились исключить разведение животных с одним экземпляром мутантного гена. Эту идею, однако, оказалось трудно реализовать, учитывая, что страдающие генетическим нарушением лошади приносят больше призов и, как следствие, больше ценятся. Тем не менее с 2007 г. жеребята — носители двух экземпляров мутантного гена больше не регистрируются в Ассоциации лошадей породы американская четвертьмильная.
Люди тоже могут страдать от подобных нарушений. При употреблении в пищу богатых калием продуктов вроде абрикосов и бананов больные чувствуют слабость и не могут двинуться после большой физической нагрузки или когда просыпаются.
Во время приступа их конечности становятся дряблыми и безвольно висящими как у тряпичной куклы.
При редкой форме заболевания, известной как врожденная парамиотония, у людей наблюдается мышечная ригидность, когда они переохлаждаются, и этот симптом становится еще более выраженным после физической нагрузки. Это не смертельно, но страшно неприятно, когда вы обнаруживаете, что руки буквально прирастают к лопате при уборке снега, что не можете выпустить из рук металлический руль велосипеда после поездки в холодную погоду, что деревенеете и чувствуете слабость при пробежке по морозцу, что от обычного мороженого невозможно разжать челюсти и вы не можете разговаривать.
HYPP у людей может возникать в результате множества разных мутаций, однако, как и в случае заболевания лошадей, все они делают мышечные натриевые каналы «неплотными». В одних случаях это приводит к чрезмерной возбудимости мышечных волокон, заставляя мышцы дрожать или деревенеть, как при врожденной парамиотонии. В других случаях мышцы совершенно теряют возбудимость так, что больше не могут сокращаться, и человека парализует. Такие состояния провоцируются незначительным увеличением концентрации калия в крови, именно поэтому употребление в пищу богатых калием продуктов вызывает приступ. Хотя любой из нас будет чувствовать мышечную слабость при слишком сильном увеличении уровня калия в крови, люди с HYPP отличаются чрезвычайной чувствительностью к концентрации калия.

Остолбеневший от страха

Натриевые каналы — не единственные ионные каналы мышечных клеток, которые могут создавать проблемы. Наследственное расстройство, похожее на заболевание обморочных коз из штата Теннесси, встречается и у людей. Его впервые описал в 1876 г. немецкий врач Асмус Юлиус Томсен. И он сам, и вся его семья (более 20 человек) на протяжении пяти поколений страдали этим заболеванием. Томсен назвал болезнь врожденной миотонией (от слов myotonia — мышечное напряжение и congenita — наследственный). Любопытно, что он скрывал свою болезнь, пока ему не перевалило за 60, а его сына, который также страдал от нее, не обвинили в симуляции и использовании своего состояния для уклонения от военной службы. Томсен опубликовал результаты своего исследования, чтобы защитить сына.
FAQ: G-белоксопряженные рецепторы7 фактов о самом крупном семействе рецепторов
Люди с врожденной миотонией не могут расслабить мышцы. Все, что требует сильного сокращения мышц, приводит к мышечному «спазму». Стоит им поднять тяжелый чемодан, например, и они не могут разжать руки после того, как поставят его. Известен случай, когда человек, схватившийся за поручень движущегося трамвая, но не успевший запрыгнуть на подножку, не смог разжать руку, и его протащило вдоль трамвайных путей.
Проявления этой болезни усиливаются, когда страдающие ею пытаются сделать резкое движение после отдыха, и постепенно ослабевают в результате постоянной тренировки. Даже во время отдыха их мышцы постоянно испытывают очень слабые подпороговые сокращения. Как и лошади с HYPP, они словно выполняют непрерывные изометрические упражнения. В результате такие люди имеют отличное телосложение и очень хорошо развитую мускулатуру — настолько хорошо, что они смахивают на занимающихся бодибилдингом. Однако, несмотря на атлетическую фигуру, мышцы нередко подводят их. Один больной рассказывал, что стоит ему присесть и занять положение низкого старта, а потом резко встать, как его мышцы тут же застывают. Он говорил, что его «ноги будто защелкиваются в полностью вытянутом состоянии. Это похоже на ходьбу на ходулях». Фактически он начинал бежать лишь на последних 20–30 метрах.

Козы показывают направление

Миотонические козы оказались ключом к пониманию причин врожденной миотонии у человека. Физиолог Ширли Брайант из Цинциннати всегда интересовался мышечными расстройствами. Выдающийся и жизнерадостный человек, который щеголял «конским хвостом» на голове даже в семидесятилетнем возрасте, Брайант активно настаивал на том, что изучение болезней животных может пролить свет на сходные заболевания людей, и держал необычный зверинец, все обитатели которого имели наследственное расстройство функции движения, в том числе голуби-турманы, сизоворонки и редкое австралийское сумчатое животное роттнестская квокка. Поэтому, прочитав в конце 1950-х гг. о козах из штата Теннесси, которые падают каждый раз, когда слышат гудок проезжающего мимо поля поезда, он решил провести исследование.
Брайант отправился в путь на нанятом грузовике, за рулем которого сидел бывший осужденный. С первого захода ему так и не удалось получить коз для экспериментов. Опасаясь жалоб с его стороны на то, что ему подсунули дефектных животных, фермеры предлагали только здоровых коз. Брайанту пришлось еще раз объехать Теннесси и постараться убедить фермеров, что ему нужны именно обморочные козы.
Ткани животныхБиолог Евгений Шеваль о функциях эпителия, нервной ткани и программируемой клеточной смерти
Вернувшись в свою лабораторию, Брайант взял у коз под наркозом небольшой образец межреберной мышечной ткани. Операция была простой, безболезненной и не причинявшей вреда животному — на практике множеству пациентов приходится проходить такую процедуру. Особенность таких межреберных мышц заключалась в том, что они были очень короткими и их можно было вырезать от сухожилия до сухожилия без повреждений. Сначала Брайант ввел один тонкий стеклянный электрод в клетку, чтобы замерить разность потенциалов на клеточной мембране, а затем второй электрод, чтобы стимулировать электрическую активность. Он знал, что в нормальном мышечном волокне приложение небольшого положительного тока приводит к появлению одного потенциала действия и к однократному сокращению мышцы. Однако в мышечных волокнах миотонических коз такой ток вызывал шквал импульсов, которые порою долго не прекращались после окончания стимулирования. Фактически они генерировались без поступления соответствующего сигнала. Это заставляло мышцу долго оставаться в сокращенном состоянии и объясняло, почему ноги коз деревенели, а сами животные падали — просто их мышцы возбуждались слишком сильно. Аналогичная реакция была обнаружена и у больных с врожденной миотонией, что указывало на одинаковое происхождение заболеваний человека и коз.
При стимулировании миотоническая мышца генерирует больше электрических импульсов, и импульсы продолжаются даже после прекращения стимулирования. Если электрический сигнал подать на усилитель звуковой частоты, то нормальная мышца будет давать однократный «щелчок» при стимулировании, а миотоническая мышца звучит как пикирующий бомбардировщик.
В отличие от нервных волокон мышечные волокна имеют высокую плотность хлоридных каналов, и в нормальной мышце поток ионов хлора через мембрану снижает электрическую возбудимость, гарантируя, что один нервный импульс вызовет только одно мышечное сокращение. Брайант предположил, что в миотонической мышце могут отсутствовать функционирующие хлоридные каналы, что повышает возбудимость и приводит к устойчивому сокращению. Его эксперименты поддерживали эту идею, хотя отсутствие в то время подходящего инструмента для фиксации напряжения в мышце не позволяло напрямую измерить хлоридный ток. Несколько лет спустя Ричард Эдриан, специалист по физиологии мышц из Кембриджского университета в Англии, изобрел именно такой инструмент, который требовался Брайанту для подтверждения его теории.
В 1973 г. Брайант получил разрешение приехать в Англию вместе с его четырьмя драгоценными козами. Ввезти коз в Англию было непросто из-за опасения завезти вместе с ними болезнь, известную как «синий язык», и требовалось специальное постановление парламента. В конце концов оно было получено и выглядело как «Постановление № 1 об импорте коз». Эта история привлекла внимание средств массовой информации, она даже попала на первую полосу газеты The Wall Street Journal. Несмотря на все это, коз чуть было не завернули. Их задержали в лондонском аэропорту Хитроу, поскольку на них не было документов. Брайант уехал в Кембридж заранее, чтобы организовать там все необходимое для приема коз, а оформление сопроводительных документов поручил своему коллеге. Но тот забыл сделать это! Опасаясь, что коз просто застрелят, Брайант стал звонить своему кембриджскому коллеге. Оторванному от завтрака Эдриану, хотя и с друдом, удалось убедить власти в том, что требование немедленно уничтожать животных без необходимых документов при прибытии применяется только в том случае, если их «выгружают на берег», но не тогда, когда их «выгружают из самолета». Козам дали отсрочку один день, но этого, к счастью, хватило, чтобы получить нужные документы.
Перфекционист по натуре и немного канительщик, Брайант так и не собрался опубликовать значительную часть результатов, которые он и Эдриан получили в Кембридже с помощью метода фиксации напряжения. Они добавились к массе других неопубликованных документов, занимавших целый шкаф (посетители лаборатории Брайанта нередко удивлялись тому, что он не публикует никакой информации об элегантных экспериментах, поставленных им ранее, — ведь они могли быть полезными для решения некоторых текущих проблем). Тем не менее их исследования ясно показали, что в миотонических мускулах наблюдаются более слабые хлоридные токи и что это вполне объясняет причину многократности повторения потенциала действия, характерной для миотонии.
В 1992 г. ген, кодирующий мышечный хлоридный канал человека, был секвенирован, что позволило страдающим врожденной миотонией пройти тестирование для выявления мутаций.
Первые мутации обнаружились практически сразу же — а вскоре они были найдены и у потомков Томсена. В настоящее время описаны десятки других мутаций гена хлоридных каналов, в том числе и тот, что является причиной миотонии у коз. Все они приводят к потере функции. Помимо этого, как оказалось, одеревенение мышц, подобное тому, что наблюдается при врожденной миотонии, может возникать и при мутациях генов других ионных каналов. Миотония Томсена, однако, имеет особое научное значение, поскольку она является первым расстройством, которое было связано с дефектом ионных каналов. Впоследствии было обнаружено множество других связанных с ионными каналами заболеваний, такое множество, что они получили собственное собирательное наименование. Их называют каналопатиями.

Сопряжение «возбуждение — сокращение»

Вопрос о том, как мышечный потенциал действия заставляет скелетное мышечное волокно сокращаться, не давал покоя ученым на протяжении столетий. Сейчас мы знаем, что сокращение мышцы инициируется повышением внутриклеточной концентрации ионов кальция. В состоянии покоя концентрация кальция внутри мышечной клетки предельно низкая. Электрическое стимулирование мышцы вызывает резкий рост концентрации кальция, который прикрепляется к сократительным белкам и укорачивает мышцу. Ионы кальция при этом поступают не столько из внеклеточного пространства, сколько из ограниченного мембраной внутриклеточного хранилища, называемого саркоплазматической сетью. Кальциевые каналы, известные как рианодиновые рецепторы, располагаются в мембране саркоплазматической сети и регулируют поступление кальция. Когда они открыты, кальций выбрасывается внутрь мышечного волокна и инициирует сокращение мышцы. Когда они закрыты, кальций быстро выкачивается обратно в хранилище, и мышца расслабляется. Рианодиновые рецепторы получили такое название из-за того, что они имеют очень высокое сродство к растительному алкалоиду рианодину.
FAQ: Синаптическая пластичность7 фактов о способности связей между нейронами к изменениям
Как в точности потенциал действия скелетной мышцы инициирует открытие рианодиновых рецепторов, остается в определенной мере загадкой. В конце концов, потенциал действия генерируется в внешней мембране мышечной клетки, а рианодиновые рецепторы расположены в мембранах внутриклеточных хранилищ. Хотя эти мембраны находятся близко друг от друга в местах прилегания в зоне трубчатых впячиваний внешней мембраны, они реально не соприкасаются. Понятно, что в процессе каким-то образом участвуют чувствительные к потенциалу кальциевые каналы в мембранах T-трубочек. В соответствии с одним из наиболее популярных предположений два вида кальциевых каналов находятся в непосредственном физическом контакте, и каналы рианодиновых рецепторов фактически управляются датчиками потенциала кальциевых каналов T-трубочек. В результате потенциал действия мышечной клетки открывает рианодиновые рецепторы, обеспечивая выброс ионов кальция из внутриклеточных хранилищ и инициируя сокращение мышцы.
Мембраны наших мышечных клеток насыщены ионными каналами. Кальциевые каналы в T-трубочках реагируют на разность потенциалов и передают эту информацию рианодиновым рецепторам, которые находятся во внутриклеточных мембранах саркоплазматической сети, хранилища кальция в мышечной клетке. Когда рианодиновые рецепторы открыты, кальций выходит наружу, присоединяется к сократительным нитям и заставляет мышцу укорачиваться. Мышца расслабляется, когда кальций закачивается обратно в хранилище, и его внутриклеточная концентрация падает. Хлоридные каналы также расположены на внешней мембране и в T-трубочках.

Разрази меня гром!

Мутации в рианодиновых рецепторах — каналах для выбрасывания кальция из внутриклеточных хранилищ — также могут приводить к различным расстройствам. Злокачественная гипертермия — редкая патология, поражающая небольшое число людей (примерно одного человека на 20 000 взрослых), однако оно является кошмаром для анестезиологов. Когда страдающему заболеванием дают общий наркоз, например, используют галотан или определенные виды миорелаксантов, эта процедура инициирует непроизвольное сокращение скелетных мышц и заметное усиление мышечного метаболизма, что повышает тепловыделение и приводит к очень быстрому подъему температуры тела — иногда на 1 °С каждые пять минут. По существу, у пациентов просто начинается горячка. Такой приступ требует неотложного медицинского вмешательства — если его не снять немедленно, то повышение температуры тела может стать фатальным. Это одна из основных причин гибели пациентов от наркоза.
«Изучение передачи сигналов и веществ мембранными белками — ключевая часть понимания работы тела»Биофизик Георг Бюлдт о мембранных белках, трудностях их кристаллизации и роли в лечении тяжелых заболеваний
Злокачественная гипертермия бывает также у свиней, в этом случае ее называют синдромом стресса у свиней. Когда-то она была распространена в Великобритании и оказывала серьезное воздействие на экономику, поскольку не только приводила к гибели свиней, но и делала их мясо очень бледным, мягким и негодным для продажи. Как следует из названия этого заболевания, оно инициируется любыми формами стресса, включая физическую нагрузку, секс (у кабанов), опорос, перевозку на рынок или просто содержание в стесненных условиях. Причиной является мутация в рианодиновых рецепторах, которая приводит к увеличению вероятности открытия и сбою механизма закрытия каналов и, как следствие, к увеличению концентрации кальция в мышечной клетке, стимулированию метаболизма, сокращению мышц и повышению температуры тела. Кожа животного становится красной и покрытой пятнами, и оно может умереть от теплового удара в течение 20 минут после начала приступа.
Все больные свиньи имеют одну и ту же мутацию и общего предка, у которого эта мутация возникла случайным образом. Распространение синдрома стресса у свиней в Великобритании было связано с тем, что целью селекционной работы было выведение породы с постным мясом и уменьшенной прослойкой хребтового сала, а эти признаки, к несчастью, оказались связанными с геном, несущим злокачественную гипертермию. Нежирные животные с развитой мускулатурой намного чаще имеют мутировавший ген. Ген синдрома стресса у свиней в настоящее время почти полностью исключен в поголовье британских свиней с помощью простого приема — каждому животному дают вдохнуть немного препарата для общего наркоза (например, галотана). Свиней, у которых наблюдается напряжение мышц и подъем температуры тела на 2 °С в течение пяти минут, исключают из числа производителей.
Свиньи стали ключом для понимания молекулярной основы заболевания людей. После установления причины синдрома стресса у свиней соответствующие мутации довольно быстро обнаружили в рианодиновых рецепторах примерно трети семей, страдавших злокачественной гипертермией. Считается, что у них наркоз приводит к необычной «неплотности» рианодиновых рецепторов и свободному прохождению ионов кальция через них. Их выброс из внутриклеточных хранилищ инициирует устойчивое сокращение мышц и одеревенение. Это, в свою очередь, стимулирует мышечный метаболизм настолько сильно, что температура тела может подскочить до опасного уровня.
Поскольку болезнь передается наследственным путем, в настоящее время есть возможность заранее определить, может ли анестезия вызывать проблемы у членов семьи, и принять соответствующие меры. Кроме того, такое лекарственное средство как дантролен, блокирующее выброс кальция из внутриклеточных хранилищ, теперь держат наготове во всех операционных на случай злокачественной гипертермии. Первыми обнаружили эффект дантролена Ширли Брайант и Кит Эллис.
Их открытие позволило спасти множество жизней, поскольку оно снизило смертность от приступов с 80% в 1970-х гг. до 10% в наши дни.
У Брайанта был давний интерес к электричеству — в самом начале карьеры его здорово тряхнуло. Еще во время учебы он участвовал в разработке генератора молний для стенда General Electric на всемирной выставке и получил удар электрическим током напряжением 30 000 В. К счастью для страдающих врожденной миотонией и злокачественной гипертермией, Брайант выжил.

PhD, ScD, Royal Society GlaxoSmithKline Research Professor at the University Laboratory of Physiology, Fellow of Trinity College, University of Oxford

Мышечная биомеханика

 

Физик Андрей Цатурян о механизме сердечных сокращений, уравнении Хилла и работе мышц насекомых

11.08.2015  
 

  •    

  •       
Мышцы делятся на две большие группы. Первая — те, которые называются поперечно-полосатыми — это скелетные мышцы и сердечная мышца, они называются поперечно-полосатыми, потому что если посмотреть на эту мышцу в микроскоп, то видно, что это вытянутые клетки, в них есть поперечная исчерченность с периодом примерно 2 микрона. Кроме того, есть мышцы гладкие, они выстилают наши сосуды, выстилают стенку желудка, кишечника, некоторых других внутренних органов, в которых такой поперечной исчерченности нет.
Мышца, чтобы представить себе, что это такое, способна создавать давление, то есть силу, деленную на площадь сечения, примерно в 4 атмосферы. КПД наших с вами мышц составляет 50% — это больше, чем у любого химического двигателя, это лучше, чем у двигателя внутреннего сгорания, дизеля, не говоря уже о паровозе, даже лучше, чем у газовой турбины. Мышца уступает по КПД из тех двигателей, которые мы используем, только электрическим, но электрические двигатели — это рафинированная электрическая энергия.
Первый важнейший шаг в изучении мышц в начале прошлого столетия сделал английский ученый Арчибальд Вивиен Хилл. И началось это забавно, он был очень спортивным молодым человеком, изучал физику в Кембридже и как-то понял, что его результаты в беге на 100 ярдов не улучшаются. Он ненадолго прекратил тренировки, а потратил это время на изучение мышц. В результате его так затянуло, что я не знаю, насколько улучшились его результаты, но в 32 года он стал членом Royal Society, Королевского общества академии наук, а в 37 лет получил Нобелевскую премию как раз за исследования мышц.
Главы: Как работают мышцыОтрывок из книги «Искра жизни: Электричество в теле человека» профессора физиологии Фрэнсис Эшкрофт о роли ионных каналов в организме человека
Тут выяснилось, что мышцы устроены удивительным образом. Например, если мышца расслаблена, то она очень мягкая, если мы мышцу напрягаем, она ужесточается в сотни раз. Мышца устроена так, что она может развивать большую силу, может укорачиваться, но невозможно развивать большую силу и одновременно укорачиваться: чем больше скорость укорочения, тем меньше сила. Это так называемая зависимость Хилла, уравнение Хилла. Он обнаружил многие важные механические закономерности работы мышц и даже сумел померить ее КПД, измеряя работу и одновременно измеряя тепловыделение мышцы.
Следующий шаг в этой науке был сделан тоже в основном английскими учеными. Это было две группы — Ральф Нидергерке и Эндрю Хаксли и его однофамилец Хью Хаксли и Джин Хэнсон, которые рассмотрели, как устроена эта поперечная исчерченность. Они поняли, что поперечно-полосатые мышцы состоят из повторяющихся структур. Имеются стеночки, из которых торчат тонкие нити, между ними плавают толстые нити, и при сокращении эти нити не меняют своей длины, а толстые нити въезжают между тонкими, и, собственно, с этим связано сокращение мышц. Тогда же они предположили, что между этими нитями образуются мостики из молекул, которые потом были открыты и изучены. Оказалось, что толстые нити состоят из миозина, молекулярного мотора, преобразующего химическую энергию в механическую, а актин служит рельсами, по которым бегают эти молекулярные моторчики. Понятно, что мышца не может всегда сокращаться — она должна расслабляться и сокращаться, особенно это касается сердечной мышцы, которая должна раз в секунду сократиться, потом расслабиться, чтобы сердце заполнилось кровью, — это продолжается всю нашу жизнь. За это отвечают ионы кальция, которые связываются с белками тонких нитей и либо разрешают образовываться этим мостикам, либо запрещают. Таким образом устроена регуляция сокращения.
Скользящие нити были обнаружены в середине 50-х годов, потом довольно быстро были изучены и белки, которые за это отвечают. Я забыл назвать наших соотечественников, это было очень важное открытие. Еще до войны Владимир Александрович Энгельгардт и его коллега и жена Милица Любимова обнаружили, что миозин, выделенный из мышц, расщепляет АТФ, является АТФ-фазой. И они тогда же сообразили, что миозин есть мотор, а АТФ есть горючее. Это был биохимический результат, потом, когда появились структурные картины этих нитей, все сошлось один к одному и образовало современное представление о мышечном сокращении.
Понятно, что диапазон укорочения мышц определяется длиной этих толстых и тонких нитей. Если мы растянем их так, что между ними не будет перекрытия, не будет мостиков, и если мы сократим все так, что толстые нити упрутся в стенки, она уже перестанет сокращаться. То есть диапазон сокращения мышц очень небольшой, он составляет 20–30%.
В случае скелетных мышц задача решается просто: бицепс прикреплен чуть выше локтя, поэтому небольшие укорочения приводят к большим перемещениям конца предплечья.
В сердце это не так. Вся толща сердечной мышцы, вся стенка сокращается, и там имеется очень сложно организованная ориентация волокон: они на внутренней поверхности сердца направлены в одну сторону, потом в середине охватывают желудочек, а потом направлены в другую сторону, то есть очень сложная организация, благодаря которой во всей толще миокарда все эти саркомеры, сокращающиеся единицы, работают в рабочем диапазоне, никто не оказывается в области, где они работать не могут, и это такая сложная геометрия. Сердце здорового человека выбрасывает примерно две трети крови, которая заполнила желудочек во время диастолы, две трети выбрасывается во время систолы, то есть это большие изменения объема, соответственно, большие укорочения стенок.
Совершенно по-другому работают гладкие мышцы, там нет никаких саркомеров, потому что они в разы меняют свою длину. Мышцы желудка, кишечника, мышцы матки (это тоже гладкая мышца, которая помогает ребенку появиться на свет) растягиваются в разы, имеются актиновые нити, а миозин не собран в нити, а они собираются и разбираются заново, поэтому есть возможность при любых длинах обеспечить сокращение.
Еще более странные и необычные мышцы имеются у насекомых. И проблемы там состоят в том, что частота взмаха их крыльев очень высокая. Нет возможности включать и выключать актин-миозиновое взаимодействие с такой частотой. Поэтому в этих мышцах природа пошла по совершенно другому пути. Эти мышцы устроены так, что их укорочение совсем маленькое, составляет совсем маленький процент, но зато они устроены так, что если их растянуть, то в ответ на это сила сначала будет падать, а потом через некоторое время снова подрастать. Они ведут себя как материал, у которого в некоторой области частот есть отрицательная вязкость.
Молекулярные белковые моторыФизик Андрей Цатурян о строении клетки, кинезине и КПД миозинового мотора
Дальше они соединяются через шарниры с крыльями и, когда крылья двигаются, приводят в движение воздух, и, таким образом, даже к легким крыльям стрекозы на самом деле присоединена существенная масса воздуха. Такая система этих сложно отвечающих на растяжения или, наоборот, на укорочения мышц с присоединенной массой воздуха приводит к тому, что система становится автоколебательной. Эту систему включают, дают некоторое количество кальция, появляются актин-миозиновые мостики, а дальше они сами входят в колебания с определенной частотой, которая меняется путем изменения концентрации кальция.
Мышцы — это совершенно удивительный объект с точки зрения механики. Изучение того, как они работают, связано не только с тем, что это интересно, но и с тем, что бывают заболевания, в частности наследственные кардиомиопатии, связанные с тем, что в некоторых из сократительных и регуляторных или других белков мышцы появляются мутации, сердце либо становится огромным либо, наоборот, его стенка становится очень толстой, потому что иначе просто невозможно прокачивать кровь.
Изучение молекулярных механизмов, того, как работают мышцы в норме и почему они ломаются при мутациях, — это, наверное, наиболее интересно и перспективно для современных исследований, потому что сейчас они ведутся уже на уровне отдельных белков: можно выделить белки из сердца, из мышц и смотреть, как они работают, как они регулируются.

доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории биомеханики НИИ механики МГУ

Тренировка задержки дыхания под водой. Два совета.

 

Тренировка задержки дыхания, казалось бы, это узкоспециализированная вещь, которая нужна людям, занимающимся плаванием, подводным плаванием, сёрфингом и т.п., и обычному человеку не особо пригодится. Однако те, кто проваливался под лёд со снаряжением, либо нырял за тонущим человеком, мнение своё меняли. Вы же выживальщики, или туристы, кто знает, что может случиться? Да и просто знать то, на что способен ваш организм иногда полезно.
В принципе, если вы научитесь свободно проплывать под водой метров 20 на одном вдохе, этого уже будет достаточно.
Конечно же способность задержать дыхание не будет сводиться к тому, чтобы просто сесть под воду и сидеть там какое-то время. Вам надо чётко осознавать, что могут быть ситуации, когда вы под водой окажетесь резко и внезапно, в стрессовой ситуации. У вас может не быть времени спокойно провентилировать лёгкие перед погружением и глубоко вздохнуть. Вы можете зацепиться под водой за что-то или вообще находиться в машине. Плюс, от задержки дыхания можно потерять сознание, а под водой это равносильно смерти, в отличие от суши. Неправильная оценка времени или ситуации может плохо закончиться.
Но, ближе к делу.
Тренировка задержки дыхания под водой. Два совета.
Тренировки можно разделить на два вида: спокойные и с нагрузкой. Таким образом захватываются разные виды возможных ситуаций, когда вы просто плаваете под водой, ловите раков, например, или упали в машине под воду… зимой… ночью…
Тренировки с нагрузкой
Сочетание физической нагрузки с тренировкой задержки дыхания. Берёте обычный велосипед и выкладываетесь. Тут два способа тренировки. Первый, задерживаете дыхание, крутите педали и засекаете время, которое вы можете выдержать. Второй, вы заранее отмеряете расстояние, которое вам надо проехать на одном вдохе. Тренировки схожи, буду отличаться немного интенсивностью.
Ещё один способ, на краю бассейна делаете отжимания, а потом резко ныряете под воду и замеряете время. Либо отжимания, а потом резко встать и побежать задержав дыхание, тоже засечь время.
Внимание! Тренировки под нагрузкой выполняйте только если вам позволяет физическое состояние и здоровье, а также только под присмотром хотя бы одного человека, чтобы избежать серьёзных проблем.
Тренировки без нагрузки
Тут всё просто. Нас будет интересовать только время. Расслабьтесь, провентилируйте лёгкие и не спеша погрузитесь под воду. Всё. Стойте или садитесь, как вам удобно. Засекайте время.
Можно немного усложнить, для начинающих это хорошее начало будет. Берёте небольшой груз, также спокойно заходите в воду и по дну бассейна не спеша проходите от одного конца в другой.
Как видите, ничего сложного в тренировке задержки дыхания нет, не требуется какое-то спецснаряжение или комплексные занятия. Можно даже дома в ванной нырять, если бассейна или реки рядом нет. Кто знает, когда в жизни понадобится этот навык? Ребёнок упадёт в воду, кто-то провалится под лёд… да что угодно. Лучше потратить немного времени на тренировки, чем потом тратить кучу времени на оплакивания последствий вашей неподготовленности, особенно если вас уже на пару метров под землю закопают.
Берегите себя.

суббота, 15 августа 2015 г.

Effects of Testosterone Administration for 3 Years on Subclinical Atherosclerosis Progression in Older Men With Low or Low-Normal Testosterone Levels



  A Randomized Clinical Trial FREE

Shehzad Basaria, MBBS1; S. Mitchell Harman, MD, PhD2,3; Thomas G. Travison, PhD1,11; Howard Hodis, MD4; Panayiotis Tsitouras, MD2,5; Matthew Budoff, MD6; Karol M. Pencina, PhD1; Joseph Vita, MD7; Connie Dzekov, BS8; Norman A. Mazer, MD, PhD9,10; Andrea D. Coviello, MD, MS9; Philip E. Knapp, MD9; Kathleen Hally, BS1; Emma Pinjic, MD, MPH1; Mingzhu Yan, MD4; Thomas W. Storer, PhD1; Shalender Bhasin, MBBS1
JAMA. 2015;314(6):570-581. doi:10.1001/jama.2015.8881. 
 
Importance  Testosterone use in older men is increasing, but its long-term effects on progression of atherosclerosis are unknown.
Objective  To determine the effect of testosterone administration on subclinical atherosclerosis progression in older men with low or low-normal testosterone levels.
Design, Setting, and Participants  Testosterone’s Effects on Atherosclerosis Progression in Aging Men (TEAAM) was a placebo-controlled, double-blind, parallel-group randomized trial involving 308 men 60 years or older with low or low-normal testosterone levels (100-400 ng/dL; free testosterone <50 pg/mL), recruited at 3 US centers. Recruitment took place between September 2004 and February 2009; the last participant completed the study in May 2012.
Interventions  One hundred fifty-six participants were randomized to receive 7.5 g of 1% testosterone and 152 were randomized to receive placebo gel packets daily for 3 years. The dose was adjusted to achieve testosterone levels between 500 and 900 ng/dL.
Main Outcomes and Measures  Coprimary outcomes included common carotid artery intima-media thickness and coronary artery calcium; secondary outcomes included sexual function and health–related quality of life.
Results  Baseline characteristics were similar between groups: patients were a mean age of 67.6 years; 42% had hypertension; 15%, diabetes; 15%, cardiovascular disease; and 27%, obesity. The rate of change in intima-media thickness was 0.010 mm/year in the placebo group and 0.012 mm/year in the testosterone group (mean difference adjusted for age and trial site, 0.0002 mm/year; 95% CI, −0.003 to 0.003, P = .89). The rate of change in the coronary artery calcium score was 41.4 Agatston units/year in the placebo group and 31.4 Agatston units/year in the testosterone group (adjusted mean difference, −10.8 Agatston units/year; 95% CI, −45.7 to 24.2; P = .54). Changes in intima-media thickness or calcium scores were not associated with change in testosterone levels among individuals assigned to receive testosterone. Sexual desire, erectile function, overall sexual function scores, partner intimacy, and health-related quality of life did not differ significantly between groups. Hematocrit and prostate-specific antigen levels increased more in testosterone group.
Conclusions and Relevance  Among older men with low or low-normal testosterone levels, testosterone administration for 3 years vs placebo did not result in a significant difference in the rates of change in either common carotid artery intima-media thickness or coronary artery calcium nor did it improve overall sexual function or health-related quality of life. Because this trial was only powered to evaluate atherosclerosis progression, these findings should not be interpreted as establishing cardiovascular safety of testosterone use in older men.
Trial Registration  clinicaltrials.gov Identifier: NCT00287586
Testosterone sales have increased substantially, particularly among older men, during the past decade.1However, the benefits and risks of long-term testosterone administration to older men with age-related decline in testosterone levels remain poorly understood.2
A randomized trial of testosterone involving older men with mobility limitations,3 stopped early due to the increased frequency of cardiovascular adverse events in the testosterone group, and some,4,5 but not other,6 retrospective analyses of testosterone users have raised concern that testosterone administration might increase the risk of cardiovascular disease (CVD) events. Although some studies have reported an association of low testosterone levels with increased risk of diabetes, metabolic syndrome, proatherogenic dyslipidemia, CVD, and mortality,2,711 other studies have not shown a consistent association between testosterone levels and incident CVD.2 Testosterone levels have been negatively associated with common carotid artery intima-media thickness in some studies.2,11 The data from preclinical models have also been conflicting. In low-density lipoprotein receptor–deficient mice, orchiectomy accelerates and testosterone supplementation retards aortic atherogenic lesions.12 However, the long-term consequences of testosterone supplementation on atherosclerosis in older men remain unknown.
The primary aim of the Testosterone’s Effects on Atherosclerosis Progression in Aging Men (TEAAM) trial was to determine the effect of increasing circulating testosterone concentrations into a range that is mid-normal for young men on subclinical atherosclerosis progression in older men with low or low-normal testosterone levels. The secondary aim was to determine the effects on sexual function and health-related quality of life (QOL).
Study Design
The TEAAM trial was a randomized, placebo-controlled, parallel-group, double-blind trial. The study protocol was approved by institutional review boards at the 3 participating institutions: Charles Drew University, Los Angeles, California; Boston University Medical Center, Brigham and Women’s Hospital, Boston, Massachusetts; and by the Western Institutional Review Board, Puyallup, Washington, for the Kronos Longevity Research Institute, Phoenix, Arizona (see the study protocol in Supplement 1 and the revised statistical analysis plan in Supplement 2). Study recruitment took place September 2004 through February 2009; the last participant completed the study in May 2012. All participants provided written, informed consent. The data and safety monitoring board reviewed adverse events semiannually.
Participants
The participants were community-dwelling men, 60 years or older, with total morning (7-10 am) testosterone levels between 100 and 400 ng/dL or free testosterone less than 50 pg/mL. We excluded men who had diseases of the testes, pituitary, or hypothalamus; prostate cancer; breast cancer; or cancers other than nonmelanotic skin cancers; severe lower urinary tract symptoms (International Prostate Symptom Score [IPSS] >21); prostate-specific antigen (PSA) levels higher than 4 ng/mL; dementia; untreated major depression or schizophrenia; alanine aminotransferase and aspartate aminotransferase more than 3 times the upper limit of normal; creatinine levels higher than 2.5 mg/dL; hemoglobin A1c greater than 9.0%; hematocrit greater than 48%; unstable angina; New York Heart Association class III or IV heart failure; myocardial infarction within 6 months of entry; untreated thyroid disease; systolic blood pressure (BP) higher than 160 mm Hg or diastolic BP higher than 100 mm Hg; or body mass index (BMI) higher than 35, calculated as weight in kilograms divided by height in meters squared. (To convert creatinine from mg/dL to μmol/L, multiply by 88.4.)
Race/ethnicity was based on self-report. Although the study was not powered to test specific hypotheses related to race or ethnicity, black men have a higher risk of clinical prostate cancer. There has been concern that they may be at increased risk of developing clinical prostate cancer during testosterone therapy.
Randomization
Participants were assigned using a 1:1 concealed randomization and stratification by age (60-75 years and >75 years) and site to receive either placebo or testosterone gel. A statistician generated the randomization sequence and forwarded it to the investigational drug pharmacy, which then assigned participants a randomization number.
Intervention
Eligible participants were randomized to receive either 7.5 g of 1% testosterone gel (75 mg of testosterone) or placebo gel daily for 3 years. Two weeks after randomization, total testosterone levels were measured 2 to 12 hours after gel application. If the total testosterone concentration was lower than 500 ng/dL, the testosterone dose was increased to 10 g or if higher than 900 ng/dL, reduced to 5 g daily. At the same time, the placebo dose was adjusted for another participant in the placebo group by an unblinded observer to maintain blinding.
Blinding
The study staff and participants were blinded. All participants received 3 gel packets daily to maintain blinding (eg, men randomized to receive 7.5 g of testosterone gel received 1 packet containing 5.0 g of testosterone gel, 1 containing 2.5 g of testosterone gel, and 1 containing placebo gel, whereas those in the placebo group received 3 placebo packets). The effectiveness of blinding was not assessed.
Outcomes
The coprimary outcomes were the rate of change in distal right common carotid artery intima-media thickness and coronary artery calcium. Common carotid artery intima-media thickness, which is predictive of incident cardiovascular events,13,14 was measured at baseline and every 6 months during the intervention period. We also assessed the total calcium score using multidetector-row computed tomography (MDCT), another measure of subclinical atherosclerosis,15 at baseline and at 18 and 36 months. Serum lipids and fasting glucose concentrations were measured at 0, 6, 18, and 36 months. Safety assessments included adverse event recording, hematocrit, blood chemistries, PSA, and IPSS values. We also report herein the results of some secondary efficacy outcomes—sexual function and health-related QOL.
Outcome Assessments
B-mode carotid artery images for intima-media thickness were acquired from the far wall of the distal centimeter of the right carotid artery with high-resolution ultrasound equipment, calibrated using a phantom and cardiac gating using standardized methods for reproducing transducer angulation.14,16Ultrasonographers were certified by the University of Southern California Core Imaging Center. Ultrasound images were analyzed using automated boundary detection to locate lumen-intima and media-adventitia boundaries at subpixel resolution (eAppendix B in Supplement 3). The coefficient of variation of intima-media thickness measurement was less than 4%.
The MDCT scan was performed using the General Electric Lightspeed Model VCT 64 channel scanner in high-resolution volume mode, using 100-millisecond exposure time.15 Electrocardiographic-triggering synchronized images in the same point in diastole, corresponding to 40% of the R-R interval (eAppendix B in Supplement 3). Proximal coronary arteries were visualized, and at least 30 consecutive images were obtained at 3-mm intervals. Coronary calcium was defined as a plaque of at least 3 contiguous pixels (area, 1.02 mm2) with a density of more than 130 Hounsfield units. The lesion score was calculated by multiplying lesion area by a density factor derived from Hounsfield units. The total calcium score was determined by summing the lesion scores from the left main, left anterior descending, circumflex, and right coronary arteries using the Agatston method.15 A cardiac physician trained in computed tomographic (CT) imaging who was blinded to interventions interpreted all scans at the CT reading center of the Los Angeles Biomedical Research Institute, Torrance, California (supervised by M.B.).
Sexual function was assessed using the International Index of Erectile Function (IIEF), a validated, 15-item questionnaire that assesses 5 domains of sexual function—erectile function, orgasmic function, sexual desire, intercourse satisfaction, and overall sexual satisfaction.17 The IIEF, with a possible range of 0 to 75 (higher scores representing better function), has excellent internal consistency (Cronbach α, .90) and test-retest reliability (0.82). The minimal clinically important difference for the erectile function domain of IIEF is 4 points using as the anchor response to question 7: “Over the past 4 weeks, when you attempted sexual intercourse how often was it satisfactory for you?” In a subset of participants enrolled at Boston University Medical Center, the marital interaction scale from the Cancer Rehabilitation Evaluation System Short Form was used to assess a participant’s relationship and intimacy with his sexual partner.18 The Cancer Rehabilitation Evaluation System Short Form has been validated in many settings and is scored from 0 to 4 with lower scores representing better interaction intimacy.18
We determined whether testosterone improves self-reported physical function via the physical function domain of the Medical Outcomes Study 36-item short form health survey (SF-36)19 for all participants. Additionally, health-related QOL was assessed using the full SF-36 questionnaire19 for participants enrolled at the Boston and Los Angeles sites. The SF-36 measures 8 domains of the QOL—physical function, bodily pain, vitality, role limitations due to physical problems, general health perceptions, emotional well-being, social function, and role limitations due to emotional problems. Each domain is scored separately from 0 to 100 with higher scores representing better health-related QOL.19 The SF-36 has excellent internal consistency (Cronbach α .76-.90) and test-retest reliability (0.76-0.96) for various domains. The minimal clinically important differences for various domains of SF-36 have been determined to be between 3 and 5 for various conditions.
Hormone Assays
Total testosterone was measured at Quest Diagnostics, San Juan Capistrano, California, using a Bayer Advia Centaur immunoassay (Siemens Healthcare Diagnostics) after extraction of serum with ethyl acetate and hexane followed by celite chromatography; this assay, validated against liquid chromatography coupled to tandem mass spectrometry (LC-MS/MS), has a sensitivity of 10 ng/dL.20 Sex hormone-binding globulin was measured using an immunofluorometric assay with a sensitivity of 0.24 μg/mL (Delphia-Wallac).21Free testosterone was calculated.22
Statistical Analyses
Summary statistics, exploratory analyses, and graphical displays were used to assess observed differences at baseline and during the intervention period. The primary intent-to-treat analysis included all 306 randomized participants who received at least 1 dose of study medication. We estimated the rate of atherosclerosis progression, assessed as the rate of linear change in the carotid artery intima-media thickness and in coronary artery calcium. Primary analyses compared the rate of change in intima-media thickness and calcium between groups, controlling for stratification by age group and study center, using a mixed-effects regression model in which participants were nested within study center, which was treated as a random effect. Age-group, time-in-treatment, and treatment-by-time interaction were included as fixed effects, with the latter quantifying the estimated treatment effect. The missing data were accommodated using multiple imputation23 in which missing outcomes values were estimated using predictive mean matching. The imputation model controlled for age group, study center, randomization, and study visit. A total of 50 imputed values were generated for each missing record, and the model was allowed to converge over 50 iterations. Analyses of each imputed data set were combined to generate pooled estimates of effects and Wald tests of statistical significance (see the revised statistical analysis plan in Supplement 2).
Secondary outcomes were analyzed similarly. The IIEF and health-related QOL data were imputed at the domain level, and composite scores constrained to match the scoring algorithm at each iteration; nonmissing domain scores were also included in the predictive model.
Sensitivity analyses were performed restricting attention to observed data (without imputation) in participants who completed the planned intervention and to subgroups of men who were obese, or had diabetes or coronary artery disease (CAD). We also considered calcium progression among individuals with no coronary calcium at baseline. Observed associations between changes in circulating testosterone levels and the primary outcomes were obtained using a generalized additive model, the utility of which was assessed using an analysis of deviance. Adverse events were organized by system organ class, and comparisons in the number of events per participant were made across trial groups using Poisson regression.
All statistical comparisons were 2-sided, and type I error probability was set at .05. The analyses were performed using R statistical software, version 3.1.2 (R Foundation for Statistical Computing) and SAS software version 9.3 (SAS Institute Inc).
Sample Size Estimation
Because no data on testosterone’s effects on carotid artery intima-media thickness were available, we computed the sample size required to detect a treatment effect (between-group difference in thickness progression rate 0.008 mm/y) similar to that found in the Estrogen in the Prevention of Atherosclerosis Trial (EPAT).14 We assumed an SD of 0.02 mm/y, the SD of change found in the EPAT and in the lipid-lowering trials, Cholesterol Lowering Atherosclerosis Study (CLAS)23 and Monitored Atherosclerosis Regression Study (MARS).24 Assuming a 2-sided P value, α of .05, and 1 − β of .80, we estimated a cumulative exposure of 3456 participant-months (eg, 96 participants for 36 months) in each of the 2 groups would be needed to detect a treatment effect similar to what EPAT found. Conservatively, recruitment of 125 men was planned in each group, for a total of 250 men, assuming a 25% dropout rate. The treatment effect detectable with this sample size is smaller than that observed in CLAS, which yielded a hazard ratio for all coronary events of 3.1 per 0.03 mm/y.23,24 Therefore, enrollment of 250 men would provide more than 80% power to detect a clinically meaningful effect such as that exerted by statin therapy.23,24
In a previous study,25 the yearly mean (SD) rate of change in coronary artery calcium scores was 33% (12%) in asymptomatic persons. Conservatively, we assumed that the common SD is 35 Agatston units. If the rate of change in calcium were similar in placebo-treated men to that reported in the previous study,25 a sample size of 250 men would provide more than 90% power to detect a 25% between-group difference in the rate of change of in either direction (eg, difference between 33% increase in calcium scores for one group vs 24% in the other). These assumptions were based on previous studies of statin effects on coronary artery calcium.25
In November 2007, the data and safety monitoring board required an increase in sample size to approximately 300 men because of higher-than-expected dropout rates (≈30%). Enrollment of 300 participants would provide approximately 6912 months of medication exposure, which was deemed sufficient to detect the hypothesized between-group difference in intima-media thickness with 80% power.
Flow of Participants Through the Study
Of 1893 eligible participants who underwent telephone screening, 1406 were invited to be screened in person. Of those, 1098 did not meet eligibility criteria or declined to participate, and 308 were randomized (Figure 1). Two withdrew consent before receiving study medication leaving 306, 155 in testosterone and 151 in placebo group. The 306 receiving at least 1 medication dose were included in primary analyses. There were 7400 cumulative person-months of drug exposure.
Figure 1. 
Flow of Participants Through the Testosterone’s Effects on Atherosclerosis Progression in Aging Men (TEAAM) Trial
Three hundred eight eligible men were randomized; 2 withdrew consent shortly after being assigned a randomization number and did not receive the study medication. The 306 randomized men who received at least 1 dose of the study medication were included in the primary analysis. BMI indicates body mass index; HbA1c, hemoglobin A1c; IPSS, International Prostate Symptom Score; PSA, prostate-specific antigen. 
Participant Characteristics
The 2 groups were similar in baseline characteristics (Table), including common carotid artery intima-media thickness, coronary artery calcium, IIEF, and health-related QOL scores (Table). The mean (SD) age was 67.6 (5.2) years and body mass index, 28.1 (2.9). Of 306 participants, 128 (42%) had hypertension, 46 (15%) had diabetes, 46 (15%) had CAD, 82 (27%) were obese, and 133 (43%) were receiving a statin at randomization.
Table.  Baseline Characteristics of Participants
Image not available.
Participants completing the trial were similar in their baseline testosterone levels, intima-media thickness, calcium scores, and body mass index to those who did not complete the trial (eTable 1 in Supplement 4). Adherence to study medication, assessed by counting the number of used and unused gel packs, was 95% in both groups.
Primary and Secondary Outcomes
Testosterone Levels
Total and free testosterone levels were similar between groups at baseline (Table). The mean (SD)—derived from the mean of the 6-, 18-, and 36-month measurements—of total testosterone increased to 565 (245) ng/dL and the free testosterone increased to 104 (59) pg/mL in the testosterone group, whereas the placebo group’s mean testosterone levels did not change significantly: 330 (103) ng/dL for total testosterone and 51 (20) ng/dL for free testosterone (Figure 2). Among the 155 men randomized to receive testosterone, the daily dose was adjusted down to 5 g for 25 men and up to 10 g in for 72 men. Among men randomized to the testosterone group, serum testosterone levels declined over time (Figure 2). 
Figure 2. 
Total and Free Testosterone Levels at Baseline and While Taking Study Medication
Means and 95% confidence intervals are presented as data markers and error bars. 
Image not available.
Intima-Media Thickness Scores
Exploratory assessments supported modeling of common carotid artery intima-media thickness and coronary artery calcium change as linear trends with time. Baseline mean (SD) intima-media thickness did not differ between groups (placebo, 0.879 [0.199] mm; testosterone, 0.877 [0.210] mm). Using a mixed-effects regression model, which was adjusted for age and trial site (via a random effect) and included all 306 participants, the per-year rate of change in intima-media thickness did not differ significantly between groups (mean difference, 0.0002 mm; 95% CI, −0.003 to 0.003; P = .89; Figure 3). The rates of change in intima-media thickness was 0.010 mm/year in the placebo group and 0.012 mm/year in the testosterone group (mean difference adjusted for age and trial site, 0.0002 mm/year; 95% CI, −0.003 to 0.003, P = .89). End-of-treatment intima-media thickness did not differ significantly between the 2 groups (mean, 0.90 mm; 95% CI, 0.86 to 0.94 testosterone and 0.92 mm; 95% CI, 0.88 to 0.96 placebo). The model-estimated 3-year change in common carotid artery intima-media thickness in participants who completed the intervention period did not differ significantly between groups (mean between-group difference, 0.005 mm; 95% CI, −0.004 to 0.014, P = .30) and was similar to that obtained in the analysis of all 306 participants (eFigure 1 in Supplement 4). Among participants randomized to receive testosterone, changes in total or free testosterone levels were not significantly associated with change in intima-media thickness (eFigure 2 in Supplement 4).
Figure 3. 
Change in Distal Common Carotid Artery Intima-Media Thickness and Coronary Artery Calcium Scores in Participants 
The trajectory of change in carotid artery intima-media thickness and total coronary artery calcium by time since randomization. The means (data markers) and 95% CIs (error bars), generated from the observed data, are shown. Estimates are derived from mixed-effects regression models supplemented by multiple imputation of missing records (see the Methods section).
Image not available.
Coronary Artery Calcium Scores
Baseline coronary artery calcium scores did not differ between groups. After adjustment for treatment site and age, the estimated per-year rate of change in coronary artery calcium during intervention was not significantly different between the 2 groups: 41.4 Agatston units/year in the placebo group and 31.4 Agatston units/year in the testosterone group (mean difference, −10.8; 95% CI, −45.7 to 24.2 Agatston units; P = .54; Figure 3). The model-estimated between-group difference in change from baseline to end-of-treatment coronary artery calcium in participants completing the intervention (mean difference, −24.3; 95% CI, −92.4 to 43.8; P = .48) was similar to the analysis involving all the participants, after adjustment for site and age (eFigure 1 in Supplement 4). Among participants randomized to receive testosterone, the changes in total or free testosterone were not significantly associated with changes in coronary artery calcium scores (eFigure 2 in Supplement 4).
Sexual Function
Exploratory assessments suggested nonlinear changes in most secondary outcomes with time; analyses therefore estimated differences between testosterone and placebo at postrandomization visits. The 2 groups did not differ significantly in the change from baseline in the composite IIEF score or in any domain scores (Figure 4). The intercourse satisfaction domain score improved significantly more in men in the testosterone group, but the improvements were modest (mean difference, 0.97; 95% CI, 0.0001-1.941; P = .05; Figure 4). There was no significant between-group difference in partner intimacy or interaction (eFigure 3 in Supplement 4).
Figure 4. 
Sexual Function at Baseline and While Taking Study Medication
Each panel represents 1 of the 5 domains of the International Index of Erectile Function (IIEF). Means and 95% confidence intervals are presented as data markers and error bars. The mean estimated difference were derived while participants were taking the study medications (testosterone minus placebo); estimates were derived from a mixed-effects regression model after adjusting for age group and study center, supported by multiple imputation of missing records (see the Methods section).
Health-Related QOL and Physical Functioning
Self-reported physical function, assessed using the physical function domain of the SF-36 did not differ significantly between groups (eFigure 4 in Supplement 4). Neither the composite health-related QOL score nor any of the subdomain scores differed significantly between groups (eFigure 5 in Supplement 4).
Serum Lipid and Blood Glucose Levels
The changes in total cholesterol, high-density lipoprotein, and low-density lipoprotein cholesterol; triglycerides; and fasting glucose levels did not differ between groups (Figure 5).
Figure 5. 
Safety and Laboratory Assessments: Baseline and On-treatment Analytes and International Prostate Symptom Score
Means and 95% confidence intervals are presented as data markers and error bars. The mean estimated difference (testosterone minus placebo) were derived while participants were taking the study medication; estimates were derived from a mixed-effects regression model after controlling for age and study center, supported by multiple imputation of missing records (see the Methods section). PSA indicates prostate-specific antigen; IPSS, International Prostate Symptom Score.
Sensitivity Analyses
We evaluated whether intervention effects varied according to baseline obesity status, diabetes status, or the presence of CAD at baseline (eFigure 6 in Supplement 4). The rate of change in common carotid artery intima-media thickness or coronary artery calcium did not differ significantly between groups among men who were obese, had CAD, or had diabetes. Restricting the analyses to the 211 men who completed the 36-month intervention or stratifying the analyses by baseline coronary artery calcium (0, 1-49, >50 Agatston units) produced results similar to those obtained in the primary analysis. Analyses restricted to men with undetectable coronary artery calcium at baseline—all of whom were younger than 75 years—were similarly nonsignificant, with mean estimated between-group difference in per-year estimates 0.69 Agatston units (95% CI, −0.74 to 2.12). However, in a post hoc exploratory analysis of observed data restricted to statin nonusers, the annual rate of change in coronary artery calcium was significantly lower in the testosterone group than in the placebo group (mean difference, −30.1; 95% CI, −59.1 to −1.0; P = .04). (eFigure 6, lower panel, in Supplement 4).
Adverse Events
The number of participants reporting adverse events or serious adverse events did not differ between groups (eTable 2 in Supplement 2). Seventeen participants in the testosterone group experienced hematologic events vs 4 in the placebo group. Mean changes in hemoglobin (model-estimated mean difference, 0.53 g/dL; 95%CI, 0.29-0.76; P < .001) and hematocrit (model-estimated mean difference, 1.9%; 95% CI, 1.2%-2.6%; P < .001) were significantly greater in the testosterone group than in the placebo group (Figure 5). Thirteen men in testosterone group experienced hematocrit greater than 54% vs none in the placebo group. Four participants in the testosterone group, but none in the placebo group, experienced PSA levels greater than 4 ng/mL. Prostate-specific antigen levels increased significantly more in the testosterone group than in the placebo group (model-estimated mean difference, 0.28 ng/mL; 95% CI, 0.06-0.49; P = .01). Fourteen men in the testosterone group vs 2 in the placebo group had an IPSS score higher than 21; the IPSS score change was greater in the testosterone group, but the model-estimated mean difference was 0.45 (95% CI, −0.4 to 1.3; P = .29; Figure 5) was not statistically significant. The small number of unadjudicated CVD events and major adverse cardiovascular events did not differ between groups: 3 in the testosterone vs 2 in the placebo group had myocardial infarction; 5 in the testosterone vs 2 in the placebo group had undergone coronary revascularization; 3 in the testosterone vs 0 in the placebo group had had a stroke, and 1 in the testosterone group vs 0 in the placebo group had died of a cardiovascular-related event.
The rates of subclinical atherosclerosis progression in community-dwelling older men with low or low-normal testosterone levels did not differ significantly between men assigned to the testosterone or placebo groups. The results obtained using either marker of atherosclerosis were concordant in demonstrating no significant association between randomization to testosterone and the rates of intima-media thickness progression or change in coronary artery calcium scores. Sensitivity analyses involving men with diabetes or obesity who were in various categories of calcium scores or who had completed the 3-year intervention were consistent with results obtained in the overall intention-to-treat population. These findings were further corroborated by the lack of significant association between the change in testosterone levels and change from baseline in either intima-media thickness or calcium scores. In CLAS,24,25 for each 0.03-mm increase in intima-media thickness, the relative risk of nonfatal myocardial infarction or coronary death was 2.2 and risk of any coronary artery disease event was 3.3. Thus, the trial was adequately powered to detect clinically meaningful between-group differences that were even smaller than those observed with cholesterol-lowering therapy. The observed differences between groups were neither statistically significant nor clinically meaningful.
Testosterone administration did not significantly improve erectile or ejaculatory function, sexual desire, partner intimacy, or health-related QOL. The improvements in intercourse satisfaction, although statistically significant, were of small magnitude and could be due to chance alone, in light of the lack of improvements in other domains of sexual function. Thus, the effects of testosterone on sexual function in this population contrast with those of phosphodiesterase inhibitors, which are associated with substantial improvements in erectile function, orgasmic function, intercourse satisfaction, and overall satisfaction in men with erectile dysfunction.26 These data are consistent with the results of meta-analyses of testosterone trials, which have also reported no significant improvements in sexual function in men who have normal or low-normal testosterone levels.27,28 Dose-response studies2931 and randomized trials involving men with low-normal testosterone levels have suggested that increasing testosterone levels above the lower limit of the normal range in healthy men does not further improve sexual function. It is possible that testosterone supplementation may improve measures of sexual function in older men with unequivocally low testosterone levels, as has been suggested by several meta-analyses.27,28
The trial had many strengths—inclusion of a placebo control, parallel-group design, double-blinding, concealed randomization, and intention-to-treat analytic strategy. To our knowledge, this is the largest randomized trial investigating testosterone’s effects on atherosclerosis progression in older men to date. The ongoing T Trials, a coordinated set of 7 trials, includes a substudy of testosterone’s effects on plaque volume over 1 year among approximately 140 men32; those data, when available, will provide important complementary information to the data reported herein. The TEAAM trial’s 3-year intervention duration was sufficiently long to determine clinically meaningful effects of the intervention on common carotid artery intima-media thickness and coronary artery calcium. During the trial, the testosterone dose was adjusted to maintain testosterone levels at the mid-normal range. The testosterone threshold used for inclusion in the trial was similar to that used in some trials but higher than that used in other trials.3338The testosterone dose in the trial may be higher than that used typically in clinical practice and in some trials but was not dissimilar from that used in other trials.2,3,3338 We aimed to maintain the average testosterone concentrations in the testosterone group at the mid-normal range established for young men, consistent with the Endocrine Society’s guideline2 for testosterone therapy and was not different from levels reported in other trials.3,3339 However, testosterone levels declined over time in men assigned to the testosterone group; this could be due to treatment adherence being less than that reported by the participants, due to changes in testosterone metabolism over time, or due to progressive suppression of endogenous testosterone production with continued testosterone administration. Two different markers of atherosclerosis provided consistent results.
The trial had several limitations that could affect the generalizability of these findings. The loss-to-follow-up rate was high but was not dissimilar from that observed in other trials of comparable duration36,40 and was substantially better than that observed in clinical practice.41,42 The participants who were lost to follow-up did not differ from those who stayed in the trial. The recruitment was unequal across trial sites. The effectiveness of participant blinding was not assessed. P values were not adjusted for multiple comparisons, which may increase the risk of false rejection of null hypothesis (eg, in the case of intercourse satisfaction). These men were not selected based on a diagnosis of hypogonadism or symptoms of hypogonadism and some men included in the trial had low-normal testosterone levels, similar to men included in many previous trials involving older men3337 and to many older men receiving testosterone therapy in clinical practice.42 These findings should not be extrapolated to men with classical hypogonadism due to known diseases of the testis, pituitary, and the hypothalamus. Testosterone levels were measured using an immunoassay because LC-MS/MS assays were not available at the time of trial’s initiation. The trial, which was powered for atherosclerosis progression, had limited statistical power for sensitivity analyses conducted in smaller subgroups. Although measures of subclinical atherosclerosis have been shown to be predictive of cardiovascular events,1315,24,25,43 the changes in these subclinical measures with various interventions have correlated with changes in CVD event rates in some trials but not others. Coronary artery calcium only measures calcified plaque and some intervention trials did not show a significant change in calcium progression in spite of changes in cardiovascular events.
The TEAAM trial was not designed to determine the effects of testosterone on CVD events, which were not adjudicated or ascertained using a structured instrument. A substantially larger trial would be needed to determine testosterone’s effects on CVD events. Although numerically there were more CVD events among men assigned to the testosterone group than to the placebo group, CVD events were sparse and not adjudicated. The TEAAM trial’s study population differed from that enrolled in the Testosterone in Older Men with Mobility Limitation (TOM) trial,3 which was stopped early due to a higher frequency of cardiovascular events in the testosterone group than in the placebo group. The participants in the TEAAM trial were, in general, younger, healthier, and not mobility limited and had lower baseline prevalence of cardiovascular risk factors than those in the TOM trial. The TEAAM trial’s findings suggest that the observed increase in cardiovascular events in the TOM trial and in some retrospective analyses cannot be attributed to testosterone’s effects on atherosclerosis progression. Also, CVD events in the TOM trial3 and the study by Finkle et al4 occurred early in the course of testosterone administration. It is possible that testosterone may affect plaque stability, clot formation, salt and water retention, inflammation, or other mechanisms that might render some men susceptible to early CVD events. The findings of this randomized trial differ from those of some epidemiological studies, which have reported low testosterone levels to be associated with higher common carotid artery intima-media thickness.2,11 Low testosterone levels have also been reported in some studies to be associated with cardiovascular and all-cause mortality.9 Similar differences in the results of epidemiological studies and randomized trials have been observed for estrogen therapies for women. The differences in the effects of endogenous circulating hormones in contrast to those of exogenously administered hormonal therapies as well as variable at-risk timeframes could contribute to the apparent discrepancies between epidemiological and randomized trial results. In epidemiological studies, reverse causality cannot be excluded. Those at higher risk of death might have low testosterone levels due to illness or other factors that contribute to higher mortality.
In exploratory analyses, among statin nonusers, the rate of change in coronary artery calcium was lower in the testosterone group than in the placebo group; the opposite was found in statin users. These findings are similar to those reported in estradiol trials in postmenopausal women, in which estradiol’s effects on atherosclerosis were more strikingly apparent in statin nonusers than in statin users.14 Statin use is a marker of increased cardiovascular risk, and it is possible that the effects of testosterone may differ in older men at high risk of CVD. It is also possible that statin use masked a potentially beneficial effect of testosterone on atherosclerosis progression. This post hoc exploratory analysis was neither prespecified nor adjusted for multiple comparisons. Additional trials should investigate the hypothesis suggested by these exploratory analyses of whether testosterone retards atherosclerosis progression in older men who are not using statins.
Among older men with low or low-normal testosterone levels, testosterone administration for 3 years compared with placebo did not result in a significant difference in the rates of change in either common carotid artery intima-media thickness or coronary artery calcium nor was it associated with improved overall sexual function or health-related QOL. Because this trial was only powered to evaluate atherosclerosis progression and not cardiovascular events, these findings should not be interpreted as establishing cardiovascular safety of testosterone use in older men such as those enrolled in this trial.
Corresponding Author: Shalender Bhasin, MBBS, Department of Medicine, Harvard Medical School, Research Program in Men’s Health: Aging and Metabolism, Boston Claude D. Pepper Older Americans Independence Center, Brigham and Women’s Hospital, 221 Longwood Ave, Boston, MA 02115 (sbhasin@partners.org).
Author Contributions: Drs Bhasin and Travison had full access to all of the data in the study and take responsibility for the integrity of the data and the accuracy of the data analysis.
Study concept and design: Basaria, Harman, Hodis, Storer, Bhasin.
Acquisition, analysis, or interpretation of data: All the authors.
Drafting of the manuscript: Basaria, Harman, Travison, Pencina, Bhasin.
Critical revision of the manuscript for important intellectual content: Basaria, Harman, Hodis, Tsitouras, Budoff, Pencina, Vita, Dzekov, Mazer, Coviello, Knapp, Hally, Pinjic, Yan, Storer, Bhasin.
Statistical analysis: Travison, Pencina.
Obtained funding: Harman, Bhasin.
Administrative, technical, or material support: Hodis, Tsitouras, Budoff, Coviello, Knapp, Hally, Pinjic, Yan, Bhasin.
Study supervision: Basaria, Harman, Hodis, Tsitouras, Budoff, Dzekov, Mazer, Storer, Bhasin.
Conflict of Interest Disclosures: All authors have completed and submitted the ICMJE Form for Disclosure of Potential Conflicts of Interest. Dr Basaria reported serving as a consultant to Eli Lily. Dr Bhasin reports receiving grants from Abbvie; research grants outside the submitted work from Regeneron Pharmaceuticals and Eli Lilly, which are administered by the Brigham and Women’s Hospital; personal fees from sanofi, Eli Lilly Co, and Abbvie; having equity interest in Function Promoting Therapies, LLC, outside the submitted work; having a patent application pending for “A Novel Algorithm for Free Testosterone Determination Based on a Novel Model of Testosterone Binding to SHBG,” and a patent application for “The Use of Testosterone Plus Ornithine Decarboxylase Inhibitor as a Prostate Sparing Anabolic Therapy”; serving as the chair of the American Board of Internal Medicine Endocrinology Board Exam Writing Committee; having had served as the chair of the Endocrine Society's expert panel that wrote the clinical guideline for testosterone therapy; receiving personal fees from Eli Lilly and grants from Abbvie Pharmaceuticals outside the submitted work. Dr Mazer reported that he is an employee of Hoffman-LaRoche Co. No other disclosures were reported.
Data and Safety Monitoring Board: Thomas T. Yoshikawa, MD, (chair), Charles R. Drew University; William French, MD, Harbor-UCLA Medical Center; Nand Datta, MD, Charles R. Drew University, none of whom were compensated.
Funding/Support: This investigator-initiated study was supported by a grant from Solvay Pharmaceuticals Inc and later by Abbvie Pharmaceuticals Inc, when Abbvie acquired the Androgel brand from Solvay Pharmaceuticals, and by a grant from the Aurora Foundation to the Kronos Longevity Research Institute. Additional support was provided by grants 5P30AG031679 from the Boston Claude D. Pepper Older Americans Independence Center and 1UL1RR025771 from the Boston University’s Clinical and Translational Science Institute. Testosterone and placebo gel for the study were provided by Solvay Pharmaceuticals Inc and later by Abbvie Pharmaceuticals.
Role of the Funder/Sponsor: Neither the pharmaceutical sponsor nor Aurora had a role in the design and conduct of the study; collection, management, analysis, and interpretation of the data; preparation, review, or approval of the manuscript; and decision to submit the manuscript for publication.
Additional Information: Database design and maintenance, and data collection were supervised by the Boston University School of Public Health Data Coordinating Center. An independent data and safety monitoring board oversaw the study’s progress and adverse events every 6 months. 
Additional Contributions: We thank the staff of Boston University’s CTSI, and John Simon, MD, for overseeing imaging studies in Phoenix. These individuals were not compensated. 
Baillargeon  J, Urban  RJ, Ottenbacher  KJ, Pierson  KS, Goodwin  JS.  Trends in androgen prescribing in the United States, 2001 to 2011. JAMA Intern Med. 2013;173(15):1465-1466.
PubMed   |  Link to Article
Bhasin  S, Cunningham  GR, Hayes  FJ,  et al; Task Force, Endocrine Society.  Testosterone therapy in men with androgen deficiency syndromes: an Endocrine Society clinical practice guideline. J Clin Endocrinol Metab. 2010;95(6):2536-2559.
PubMed   |  Link to Article
Basaria  S, Coviello  AD, Travison  TG,  et al.  Adverse events associated with testosterone administration. N Engl J Med. 2010;363(2):109-122.
PubMed   |  Link to Article
Finkle  WD, Greenland  S, Ridgeway  GK,  et al.  Increased risk of non-fatal myocardial infarction following testosterone therapy prescription in men. PLoS One. 2014;9(1):e85805.
PubMed   |  Link to Article
Vigen  R, O’Donnell  CI, Barón  AE,  et al.  Association of testosterone therapy with mortality, myocardial infarction, and stroke in men with low testosterone levels. JAMA. 2013;310(17):1829-1836.
PubMed   |  Link to Article
Shores  MM, Smith  NL, Forsberg  CW, Anawalt  BD, Matsumoto  AM.  Testosterone treatment and mortality in men with low testosterone levels. J Clin Endocrinol Metab. 2012;97(6):2050-2058.
PubMed   |  Link to Article
Bhasin  S, Jasjua  GK, Pencina  M,  et al.  Sex hormone-binding globulin, but not testosterone, is associated prospectively and independently with incident metabolic syndrome in men: the framingham heart study. Diabetes Care. 2011;34(11):2464-2470.
PubMed   |  Link to Article
Muller  M, van der Schouw  YT, Thijssen  JH, Grobbee  DE.  Endogenous sex hormones and cardiovascular disease in men. J Clin Endocrinol Metab. 2003;88(11):5076-5086.
PubMed   |  Link to Article
Araujo  AB, Dixon  JM, Suarez  EA, Murad  MH, Guey  LT, Wittert  GA.  Endogenous testosterone and mortality in men: a systematic review and meta-analysis. J Clin Endocrinol Metab. 2011;96(10):3007-3019.
PubMed   |  Link to Article
Barrett-Connor  E, Khaw  KT.  Endogenous sex hormones and cardiovascular disease in men: a prospective population-based study. Circulation. 1988;78(3):539-545.
PubMed   |  Link to Article
Muller  M, van den Beld  AW, Bots  ML, Grobbee  DE, Lamberts  SW, van der Schouw  YT.  Endogenous sex hormones and progression of carotid atherosclerosis in elderly men. Circulation. 2004;109(17):2074-2079.
PubMed   |  Link to Article
Nathan  L, Shi  W, Dinh  H,  et al.  Testosterone inhibits early atherogenesis by conversion to estradiol: critical role of aromatase. Proc Natl Acad Sci U S A. 2001;98(6):3589-3593.
PubMed   |  Link to Article
Hodis  HN, Mack  WJ, LaBree  L,  et al.  The role of carotid arterial intima-media thickness in predicting clinical coronary events. Ann Intern Med. 1998;128(4):262-269.
PubMed   |  Link to Article
Hodis  HN, Mack  WJ, Lobo  RA,  et al; Estrogen in the Prevention of Atherosclerosis Trial Research Group.  Estrogen in the prevention of atherosclerosis: a randomized, double-blind, placebo-controlled trial. Ann Intern Med. 2001;135(11):939-953.
PubMed   |  Link to Article
Budoff  MJ, Young  R, Lopez  VA,  et al.  Progression of coronary calcium and incident coronary heart disease events: MESA (Multi-Ethnic Study of Atherosclerosis). J Am Coll Cardiol. 2013;61(12):1231-1239.
PubMed   |  Link to Article
Harman  SM, Black  DM, Naftolin  F,  et al.  Arterial imaging outcomes and cardiovascular risk factors in recently menopausal women: a randomized trial. Ann Intern Med. 2014;161(4):249-260.
PubMed   |  Link to Article
Rosen  RC, Riley  A, Wagner  G, Osterloh  IH, Kirkpatrick  J, Mishra  A.  The international index of erectile function (IIEF): a multidimensional scale for assessment of erectile dysfunction. Urology. 1997;49(6):822-830.
PubMed   |  Link to Article
Paige  NM, Hays  RD, Litwin  MS, Rajfer  J, Shapiro  MF.  Improvement in emotional well-being and relationships of users of sildenafil. J Urol. 2001;166(5):1774-1778.
PubMed   |  Link to Article
Ware  JE  Jr, Sherbourne  CD.  The MOS 36-item short-form health survey (SF-36), I: Conceptual framework and item selection. Med Care. 1992;30(6):473-483.
PubMed   |  Link to Article
Salameh  WA, Redor-Goldman  MM, Clarke  NJ, Reitz  RE, Caulfield  MP.  Validation of a total testosterone assay using high-turbulence liquid chromatography tandem mass spectrometry: total and free testosterone reference ranges. Steroids. 2010;75(2):169-175.
PubMed   |  Link to Article
Bhasin  S, Travison  TG, Storer  TW,  et al.  Effect of testosterone supplementation with and without a dual 5α-reductase inhibitor on fat-free mass in men with suppressed testosterone production: a randomized controlled trial. JAMA. 2012;307(9):931-939.
PubMed   |  Link to Article
Mazer  NA.  A novel spreadsheet method for calculating the free serum concentrations of testosterone, dihydrotestosterone, estradiol, estrone and cortisol: with illustrative examples from male and female populations. Steroids. 2009;74(6):512-519.
PubMed   |  Link to Article
Van Buuren  S, Groothuis-Oudshoorn  K. Multivariate Imputation by Chained Equations: MICE V1.0 User’s Manual. Leiden, the Netherlands: TNO Quality of Life; 2000.
Blankenhorn  DH, Selzer  RH, Crawford  DW,  et al.  Beneficial effects of colestipol-niacin therapy on the common carotid artery: two- and four-year reduction of intima-media thickness measured by ultrasound. Circulation. 1993;88(1):20-28.
PubMed   |  Link to Article
Hodis  HN, Mack  WJ, LaBree  L,  et al.  Reduction in carotid arterial wall thickness using lovastatin and dietary therapy: a randomized controlled clinical trial. Ann Intern Med. 1996;124(6):548-556.
PubMed   |  Link to Article
Goldstein  I, Lue  TF, Padma-Nathan  H, Rosen  RC, Steers  WD, Wicker  PA; Sildenafil Study Group.  Oral sildenafil in the treatment of erectile dysfunction. N Engl J Med. 1998;338(20):1397-1404.
PubMed   |  Link to Article
Jain  P, Rademaker  AW, McVary  KT.  Testosterone supplementation for erectile dysfunction: results of a meta-analysis. J Urol. 2000;164(2):371-375.
PubMed   |  Link to Article
Isidori  AM, Giannetta  E, Gianfrilli  D,  et al.  Effects of testosterone on sexual function in men: results of a meta-analysis. Clin Endocrinol (Oxf). 2005;63(4):381-394.
PubMed   |  Link to Article
Buena  F, Swerdloff  RS, Steiner  BS,  et al.  Sexual function does not change when serum testosterone levels are pharmacologically varied within the normal male range. Fertil Steril. 1993;59(5):1118-1123.
PubMed
Grey  PB, Singh  AB, Woodhouse  L,  et al.  Dose-dependent effects of testosterone on sexual function in older men. J Clin Endocrinol Metab. 2005;90:3838-3846.
PubMed   |  Link to Article
Finkelstein  JS, Lee  H, Burnett-Bowie  SA,  et al.  Gonadal steroids and body composition, strength, and sexual function in men. N Engl J Med. 2013;369(11):1011-1022.
PubMed   |  Link to Article
Snyder  PJ, Ellenberg  SS, Cunningham  GR,  et al.  The Testosterone Trials: seven coordinated trials of testosterone treatment in elderly men. Clin Trials. 2014;11(3):362-375.
PubMed   |  Link to Article
Snyder  PJ, Peachey  H, Hannoush  P,  et al.  Effect of testosterone treatment on body composition and muscle strength in men over 65 years of age. J Clin Endocrinol Metab. 1999;84(8):2647-2653.
PubMed
Emmelot-Vonk  MH, Verhaar  HJ, Nakhai Pour  HR,  et al.  Effect of testosterone supplementation on functional mobility, cognition, and other parameters in older men: a randomized controlled trial. JAMA. 2008;299(1):39-52.
PubMed   |  Link to Article
Nair  KS, Rizza  RA, O’Brien  P,  et al.  DHEA in elderly women and DHEA or testosterone in elderly men. N Engl J Med. 2006;355(16):1647-1659.
PubMed   |  Link to Article
Page  ST, Amory  JK, Bowman  FD,  et al.  Exogenous testosterone (T) alone or with finasteride increases physical performance, grip strength, and lean body mass in older men with low serum T. J Clin Endocrinol Metab. 2005;90(3):1502-1510.
PubMed   |  Link to Article
Srinivas-Shankar  U, Roberts  SA, Connolly  MJ,  et al.  Effects of testosterone on muscle strength, physical function, body composition, and quality of life in intermediate-frail and frail elderly men: a randomized, double-blind, placebo-controlled study. J Clin Endocrinol Metab. 2010;95(2):639-650.
PubMed   |  Link to Article
Marks  LS, Mazer  NA, Mostaghel  E,  et al.  Effect of testosterone replacement therapy on prostate tissue in men with late-onset hypogonadism: a randomized controlled trial. JAMA. 2006;296(19):2351-2361.
PubMed   |  Link to Article
Jones  TH, Arver  S, Behre  HM,  et al; TIMES2 Investigators.  Testosterone replacement in hypogonadal men with type 2 diabetes and/or metabolic syndrome (the TIMES2 study). Diabetes Care. 2011;34(4):828-837.
PubMed   |  Link to Article
Rossouw  JE, Anderson  GL, Prentice  RL,  et al; Writing Group for the Women’s Health Initiative Investigators.  Risks and benefits of estrogen plus progestin in healthy postmenopausal women: principal results from the Women’s Health Initiative randomized controlled trial. JAMA. 2002;288(3):321-333.
PubMed   |  Link to Article
Schoenfeld  MJ, Shortridge  E, Cui  Z, Muram  D.  Medication adherence and treatment patterns for hypogonadal patients treated with topical testosterone therapy: a retrospective medical claims analysis. J Sex Med. 2013;10(5):1401-1409.
PubMed   |  Link to Article
Jasuja  GK, Bhasin  S, Reisman  JI, Rose  AJ.  Wide variations in the use of testosterone therapy among VA facilities. Am J Pharm Benefits. 2013;5(5):e122-e128.
Budoff  MJ, Lane  KL, Bakhsheshi  H,  et al.  Rates of progression of coronary calcium by electron beam tomography. Am J Cardiol. 2000;86(1):8-11.
PubMed   |  Link to Article