Инсулиноподобный фактор роста и физическая нагрузка

Содержание

[убрать]

· 1 Двигательная активность, физическая тренировка и система СТГ—ИФР-1

· 2 Система СТГ—ИФР-1

· 3 Эффект одного занятия физическими упражнениями

o 3.1 СОМАТОТРОПНЫЙ ГОРМОН

o 3.2 ИНСУЛИНОПОДОБНЫЕ ФАКТОРЫ РОСТА

o 3.3 БЕЛКИ, СВЯЗЫВАЮЩИЕ ИНСУЛИНОПОДОБНЫЙ ФАКТОР РОСТА

· 4 Влияние физической тренировки на систему СТГ-ИФР-1

· 5 Возможности практического применения оценки уровня ИФР-I в тренировочном процессе

· 6 Литература

Двигательная активность, физическая тренировка и система СТГ—ИФР-1

Двигательная активность играет важную роль в анаболизме тканей, росте и развитии организма человека, но до сих пор мало известно о механизмах, которые связывают характер двигательной активиости с тканевым анаболизмом. Даже относительно умеренная двигательная активность, связанная с выполнением повседневных бытовых задач, может порождать значительные анаболические стимулы (Leblanc et al., 1990), следовательно, анаболические эффекты двигательной активности не ограничиваются лицами, которые занимаются профессиональным спортом и все свои усилия посвящают развитию мышечной силы и выносливости. Однако участие юных спортсменов в интенсивных тренировочных программах, особенно если они не сопровождаются адекватным потреблением энергии с пищей, подвергает их здоровье риску и опасностям, а также может приводить к нарушениям процессов роста и развития (Thcintz et al., 1993).

Анаболические эффекты двигательной активности зависят от возраста и половой зрелости. Примечательно, что естественный уровень двигательной активности, расход энергии и мышечная сила характеризуются максимальными темпами прироста в детском возрасте и в период полового созревания. Сочетание быстрого роста и развития, высокий уровень двигательной активности и обусловленное процессами полового созревания повышение уровня анаболических гормонов (соматотропного гормона (СТГ), инсулиноподобного фактора роста I (ИФР-1) и половых стероидов) предполагает возможность существования комплексных механизмов, связывающих двигательную активность с разнообразными анаболическими реакциями. В этой главе рассмотрены эффекты двигательной активности и физической тренировки на систему СТГ-ИФР-I, а также отличия между системным и локальным (на уровне мышечной ткани) ответом па физическую нагрузку. И наконец, благодаря тому, что в последние годы был достигнут значительный прогресс в изучении влияния физических упражнений на систему СТГ-ИФР-1, ее изменения, обусловленные двигательной активностью и физическими тренировками, могут помочь профессиональным спортсменам и их тренерам в оценке эффективности тренировочной нагрузки.

Система СТГ—ИФР-1

Система СТГ-ИФР-I включает гормоны, ростовые факторы, связывающие белки и рецепторы, которые регулируют многие жизненно важные процессы, включая рост и развитие, метаболические и репаративные процессы, а также старение. Для понимания устройства этой системы необходимо рассмотреть каждый ее компонент в отдельности и взаимодействие между ними в нормальных физиологических и патологических условиях. Система СТГ-ИФР-I берет свое начало в центральной нервной системе (ЦНС), где ряд нейротрансмиттеров (катехоламины, серотонин, холинергические агенты и др.) стимулируют в гипоталамусе синтез соматолиберина и соматостатина. Соматолиберин активирует в передней доле гипофиза процессы синтеза и секреции соматотропного гормона (СТГ), а соматостатин непосредственно ингибирует секрецию СТГ.

СТГ является основным секреторным продуктом системы. Одним из наиболее важных последствий действия СТГ является активация синтеза ИФР-1 в печени. Вместе с тем СТГ обладает и другими эффектами на метаболизм, состав тела и дифференцировку тканей, которые не зависят от ИФР-1. СТГ в рамках регуляторной цепи обратной связи оказывает прямое воздействие на два гипоталамических гормона, контролирующих его секрецию. Влияние СТГ на тканевые процессы опосредовано взаимодействием СТГ и рецептора СТГ. Рецептор СТГ содержит в своем составе внутри- и внеклеточный трансмембранпый компоненты. Внеклеточный компонент идентичен по своему строению СТГ-связывающему белку (GHBP) (Leung et al., 1987). Таким образом, уникальной особенностью этой системы является то, что количество рецепторов СТГ и их активность могут быть определены простым измерением уровня GHBP в крови.

Ипсулиноподобный фактор роста I относится к инсулиноподобпым белкам; он может выступать в роли гормона и такие его эффекты являются СТГ-зависимыми. Однако большинство эффектов ИФР-1 является преимущественно результатом паракринной или аутокринной секреции и регуляции, которые лишь частично зависят от СТГ. ИФР-1 стимулирует секрецию соматостатина и подавляет выделение СТГ с помощью механизма негативной обратной связи (Berelowitz et al., 1981), но не ясно, какой именно ИФР-1 обеспечивает функционирование этого регуляторного механизма — тот, который находится в системе кровообращения, или тот, секреция которого происходит локально в головном мозге.

Основная масса ИФР-1 в системе кровообращения находится в связанном состоянии в виде комплекса с различными связывающими белками (ICFBP). Наибольшее значение для организма человека в зрелом возрасте имеет IGFBP-3, образование которого происходит главным образом в печени и является СТГ-зависимым. При связывании с ИФР-1 он взаимодействует с кислотно-лабильной субъединицей и формирует комплекс, в составе которого происходит транспорт большей части ИФР-1 в кровеносной системе. Некоторые IGFBP являются СТГ-зависимыми (например, IGFBP-3), а другие, в том числе IGFBP-1 и IGFBP-2 — инсулинзависимыми (их содержание возрастает при низком уровне инсулина). Взаимодействие ИФР-1 со связывающими белками осложняется еще тем, что часть из них стимулирует (как IGFBP-5), а часть подавляет (как IGFBP-4) анаболические эффекты ИФР-1 (Rajaram et а)., 1997).

Воздействие ИФР-1 на клетку является результатом его взаимодействия с двумя различными рецепторами. Рецептор типа I обладает тирозинкиназной активностью и опосредует большую часть эффектов ИФР-1. Этот рецептор обнаруживает сходство с инсулиновым рецептором и поэтому может связывать инсулин, который, как известно, также обладает анаболическими эффектами. Рецептор типа II идентичен рецептору маннозо-6-фосфата и способен также связываться с ИФР-П.

Некоторые гормоны в системе СТГ-ИФР-I (например, соматолиберин, соматостатин и соматотропный гормон) имеют волнообразный характер секреции. Показано, что такие пульсации концентрации СТГ в крови имеют особенно важное значение для ускоренного роста (Clark et al., 1985). В отличие от этих гормонов уровень ИФР-1 и IGFBP в течение суток остается достаточно стабильным.

Кроме большого значения для нормального прохождения процесса роста, СТГ и ИФР-1 оказывают заметное влияние на состав тела. Оба гормона стимулируют увеличение мышечной массы и плотности костной ткани, а также снижают количество жировых отложений.

Некоторые компоненты этой гормональной системы зависят от возраста человека. Максимальная концентрация соматолиберина, СТГ, GHBP, ИФР-1 и IGFBP-3 наблюдается в период пубертата (Mauras et al., 1987), затем, по мерс старения организма, их уровень в крови снижается (Corpas et al., 1993). Эти изменения в определенной степени модулируются половыми гормонами. Заметное влияние па систему СТГ-ИФР-I оказывает характер питания. Так, голодание и недоедание приводят к повышению уровня СТГ, однако уровень ИФР-1 при этом снижается (Marimme et al., 1992), возможно, вследствие уменьшения количества рецепторов СТГ. Рассмотрим двигательную активность — еще один внешний фактор, оказывающий регулирующее влияние на систему СТГ-ИФР-I и ее компоненты.

Эффект одного занятия физическими упражнениями

СОМАТОТРОПНЫЙ ГОРМОН

Следует различать быстрые эффекты одного занятия двигательной активностью на систему СТГ-ИФР и нейроэндокринологические адаптации, происходящие у физически активных людей в ответ па выполнение продолжительных программ тренировки выносливости.

Характер ответных изменений СТГ после выполнения физических упражнений зависит от продолжительности и интенсивности тренировочного занятия, уровня физической подготовленности лица, выполнявшего упражнения, своевременности забора проб крови для анализа, чувствительности секреции СТГ в гипофизе к физической нагрузке и другим внешним факторам. Для точной оценки срочного ответа СТГ на занятие физическими упражнениями следует применять стандартизованные протоколы занятий.

В нескольких публикациях прошлых лет сообщалось, что чем ниже у исследуемого субъекта уровень физической подготовленности, тем больше амплитуда изменений СТГ в ответ на физическую нагрузку (Buckler, 1972). Однако в этих ранних исследованиях их участникам предлагали выполнить тест с одной и той же абсолютной, а не относительной физической нагрузкой. В результате из-за высокой вариабельности в уровне физического состояния одни участники выполняли физические упражнения с интенсивностью ниже лактатного порога анаэробного обмена (ПАНО), а другие — с интенсивностью выше ПАНО. Это очень важно, поскольку в отдельных работах (Felsing et al., 1992).было показано, что уровень СТГ в крови увеличивается только при выполнении физических упражнений с интенсивностью выше ПАНО, и тренировочные нагрузки величиной 75 —90 % максимальной аэробной работоспособности приводят к большему росту уровня СТГ в крови по сравнению с меньшими нагрузками (Hartley et al., 1972; Sutton, Lazarus, 1976). Таким образом, результаты исследований, в которых изменения СТГ в ответ на выполнение физических упражнений оценивали при абсолютной интенсивности нагрузки, демонстрируют только то, что при увеличении уровня физической подготовленности физическая нагрузка, связанная с выполнением физических упражнений при одной и той же абсолютной интенсивности нагрузки, уменьшается.

В противоположность этим данным, согласно которым лишь достаточная физическая нагрузка может вызвать заметный метаболический эффект для стимуляции секреции СТГ, мы ранее показали небольшое, но достоверное изменение концентрации СТГ в ответ на физическую нагрузку, которая не оказывает системного воздействия па ЧСС или содержание лактата в крови (т. е. при выполнении сгибания одной руки в запястье) (Eliakim et al., 2000). Эти данные свидетельствуют о том, что такие показатели, как испытываемое усилие и ассоциированная с ним физическая нагрузка, могут приводить к активации гипоталамо-гипофизарной системы и выделению СТГ даже при выполнении упражнений, включающих сокращение небольших мышечных групп.

Продолжительность упражнений, достаточная для стимуляции секреции СТГ, составляет не менее 10 мин (Ваг-Ог, 1983), поскольку выполнение упражнений на протяжении меньшего интервала времени (например, 5 мин при интенсивности выше ПАНО) (Felsing et al., 1992) не сопровождается изменениями содержания СТГ в крови. Более того, максимальный уровень секреции СТГ, индуцированной физическими упражнениями, наблюдается через 25—30 мин после начала выполнения упражнений независимо от продолжительности занятия (Schwarz et al., 1996; Eliakim et al., 1999), причем у женщин уровень СТГ достигает своего пикового значения на несколько минут раньше (Wideman et al., 1999). Таким образом, при небольшой продолжительности занятия (например, 10 мин) уровень СТГ может достигать своего максимального значения уже после прекращения занятия, а если замятие длится более 45 мин, это может происходить еще во время занятия. При заборе крови для анализа, однако, следует учитывать предположительное время наступления этого момента.

Невосприимчивость гипофиза, т. е. промежуток времени, в течение которого гипофиз не отвечает на стимул к секреции СТГ, также может влиять на характер изменений уровня СТГ при выполнении физических упражнений. Ранее нами было показано, что изменения СТГ в ответ на физическую нагрузку не обнаруживались в случае, когда в утренние часы за 1 ч до начала занятий происходил самопроизвольный выброс соматотропного гормона (Eliakim et al., 1999). Причиной такого подавления срочного ответа могло стать явление аутоингибирования (Pontiroli et al., 1991), при котором повышенный уровень СТГ, обусловленный предыдущим самопроизвольным выбросом гормона, ослабляет ответ гипофиза на физическую нагрузку. Ранее было выявлено существование периода невосприимчивости гипофиза к стимуляции продолжительностью не менее 1 ч после секреции СТГ, индуцированной выполнением физических упражнений (Capon et al., 1994), т. е. последующие изменения СТГ в ответ на физическую нагрузку были ослаблены, и высказано предположение о том, что ответственным за это могут быть индуцированное физической нагрузкой повышение уровня свободных жирных кислот или изменения тонуса парасимпатической-симпатической нервной систем (Casanueva et al., 1984, 1987; Klijman, Frohman, 1991). Было продемонстрировано также восстановление гипофиза из состояния невосприимчивости к стимуляции секреции СТГ в случае, когда второе тренировочное занятие поводилось через 3 ч после первого занятия (Ronsen et al., 2001). С этим сообщением согласуются результаты исследований других авторов, которые показали, что интефальпая секреция СТГ за 1, 5 ч была значительно выше, когда интервал между двумя тренировочными занятиями (30 мин, 70 % V02max) составлял 3, 5 ч по сравнению с 1 ч (Kanaley et al., 1997).

Внешние факторы, такие, как некоторые патологические состояния, могут нарушать срочность реакции СТГ на физическую нагрузку. Употребление жирной пищи ослабляет амплитуду увеличения уровня СТГ после выполнения физических упражнений (Cappon et al., 1993) и такое угнетение коррелирует с уровнем соматостатина в крови. Повышенная температура окружающей среды может сама по себе вызывать повышение уровня СТГ в крови, тогда как низкие температуры ослабляют секрецию гормона, индуцированную физическими нагрузками (Buckler, 1973). Показано, что ожирение или поликистоз яичников также приводят к ослаблению секреции СТГ в ответ на занятия физическими упражнениями (Wilkinson, Parkin, 1974). Снижение выброса СТГ после физической нагрузки наблюдается у спортсменок с нарушениями менструального цикла, что, возможно, обусловлено менее выраженной секрецией соматолиберина в ответ на физическую нагрузку, по сравнению со спортсменками с нормальным менструальным циклом (Waters et al., 2001). И наконец, возрастное снижение секреции СТГ также сопровождается ослаблением секреции гормона, индуцированной физической нафузкой (Zaccaria et al., 1999).

Повышение уровня СТГ в крови после занятий физическими упражнениями может быть использовано для диагностики дефицита соматотропного гормона. Поскольку секреция СТГ имеет волнообразный характер, и в течение большей части суток уровень гормона остается невысоким, одиночные случайные пробы крови не позволяют провести четкой границы между здоровыми детьми и детьми с дефицитом гормона роста. Для решения этой проблемы было разработано несколько тестов, предназначенных для стимуляции секреции СТГ (Fraiser, 1974). В большинстве таких тестов в качестве стимуляторов применяются фармакологические препараты (Conwell, 1995), которые могут представлять определенный риск для здоровья пациента (например, гипогликемия). Кроме того, интерпретация результатов оценки секреции СТГ в ответ на фармакологический стимул может быть достаточно сомнительной, поскольку они не обязательно дают информацию о физиологической секреции гормона. Все это заставило некоторых исследователей обратить внимание на тесты с применением физиологической стимуляции, например физических упражнений, либо использовать для диагноза дефицита СТГ у детей оценку других, менее вариабельных веществ, таких, как ИФР-I, и/или его связывающие белки.

⇐ Предыдущая20212223242526272829Следующая ⇒

Поделиться: