Влияние физической тренировки на систему СТГ-ИФР-1

Несколько самостоятельных исследований обнаружили значительную корреляцию между уровнем физической подготовленности и уровнем компонентов системы СТГ-ИФР-I в крови. Так было продемонстрировано существование высокой положительной корреляции между интегральной концентрацией СТГ за 24 ч и пиковым значением VOa у молодых здоровых мужчин, но не женщин зрелого возраста (Weltman et al., 1994). Эти исследователи показали также наличие обратной корреляции между интегральной концентрацией СТГ за 24 ч и долей жировой ткани в составе тела у мужчин и женщин. Они предположили, что причиной снижения секреции СТГ может быть гиперинсулинемия, связанная избытком жировых отложений (Yamashita, Mclmed, 1986), а поскольку у мужчин в отличие от женщин обычно преобладают жировые отложения в области живота (Bouchard, Despress, 1989), у них ожирение оказывает более заметный эффект на секрецию СТГ. Кроме того, высокий уровень эстрадиола в крови у женщин зрелого возраста, который стимулирует секрецию СТГ (Но et al., 1987), может противодействовать ингибирующему влиянию инсулина и это может объяснять половые различия в уровне корреляции между уровнем физического состояния и концентрацией СТГ в крови. С этой гипотезой согласуются полученные нами недавно результаты, которые демонстрируют у здоровых девочек препубертатного возраста достоверную взаимосвязь между степенью ожирения (определялась по перцентилям индекса массы тела (ИМТ)), уровнем физической подготовленности, непрямыми показателями изменений уровня СТГ (GHBP) и чувствительности к инсулину (IFGBP-1) (Eliakim et al., 2001). В соответствии с этими данными в случае превышения 70 % ИМТ для данной возрастной группы уровень физической подготовленности, уровень СТГ и чувствительность к инсулину начинают снижаться даже у здоровых детей (рис. 13.2). Эти сведения могут оказаться пригодными для использования в практике медицинских учреждений с целью выявления детей, состояние которых может быть улучшено благодаря участию в занятиях физическими упражнениями.

Положительная корреляция между уровнем физической подготовленности и секрецией СТГ обнаружена также в экспериментах на животных (Borer et al., 1986), которые показали увеличение амплитуды выбросов СТГ у физически активных, быстро растущих хомячков, по сравнению с контрольной группой животных с малоподвижным образом жизни. Авторы исследования предположили, что состояние физической подготовленности ассоциировано с повышенным уровнем эндорфинов в крови и/или повышенной чувствительностью тканей к эндорфинам. Эндорфины подавляют выделение соматостатииа и уменьшают ингибирование секреции СТГ гипофизом, следствием чего является возрастание гипофизарной секреции соматотропного гормона.

Ранее мы сообщили, что как функциональные (т. с. V02max), так и структурные (т. е. объем мышц бедра, определенный с помощью магниторезонансной томографии) показатели физической подготовленности коррелируют со средним ночным уровнем СТГ, а также уровнями GHBPn ИФР-I в сыворотке крови у девочек препубертатного и позднего пубертатного возраста (Eliakim et al., 1996, 2001). Данные этих исследований свидетельствуют о том, что физическая подготовленность у здоровых девочек препу-бертатиого возраста и девушек-подростков ассоциирована с анаболическими адаптациями системы СТГ-ИФР-1.

Высокая корреляция между фитнесом и средним ночным уровнем СТГ, вероятнее всего, является следствием увеличения пиковой амплитуды, поскольку только амплитуда выбросов СТГ, но не их частота или продолжительность, коррелирует со средним уровнем гормона.

Положительная корреляция между GHBP и уровнем физической подготовленности является достаточно необычной; GHBP представляет собой внеклеточный компонент рецептора СТГ (Rosenfeld, 1994) и, следовательно, отражает количество рецептора в тканях. Очевидно, что в ряде случаев существует гормон-зависимая регуляция рецептора для СТГ и GHBP. Уровень GHBP снижается при акромегалии (Kratzsh et al., 1995) и при терапии экзогенным рекомбинантным гормоном роста человека (Legar et al., 1995), и сохраняется высоким, несмотря па низкий уровень СТГ, при ожирении (Jorgensen et al., 1995). Однако гормон-зависимая негативная регуляция, по-видимому, не действует во время нормального роста, когда в препубертатном периоде наблюдается одновременное повышение уровня СТГ и GHBP (Baumann et al., 1989). Наши данные показывают, что относительно высокий уровень физической тренированности или подготовленности у девочек в препубертатном периоде и у девушек-подростков является еще одним примером одновременного повышения СТГ и GHBP. Механизмы этих изменений не известны, однако предполагают анаболическую адаптацию и гормона, и рецептора.

В целом создается впечатление, что повышение уровня двигательной активности усиливает волнообразный характер секреции СТГ и, как следствие этого, происходит повышение уровня ИФР-I. Тогда следует предположить, что стимуляция системы СТГ-ИФР-1 в результате занятий физическими упражнениями вносит свой вклад — наряду с наследственными факторами, особенностями питания и др.

- в увеличение мышечной массы и в результате в более эффективный ответ кардиореспираторной системы па физическую нагрузку (например, увеличение V02peak). Наши данные свидетельствуют о том, что этот механизм функционирует у девочек в препубертатный период и у девушек-подростков, даже в случае спонтанного роста. Высокая положительная корреляция между vO, max и содержанием в крови СТГ и ИФР-1 была обнаружена также у здоровых женщин пред- и пост-климактерического возраста (Kelley et al., 1990); V02max и концентрация ИФР-I с возрастом снижаются. Однако при анализе возрастных изменений показателей физической подготовленности с использованием множественной регрессии единственным независимым фактором, позволяющим предсказывать уровень ИФР-1 в крови, оказался V02max. На основании этих результатов было сделано заключение, что снижение уровня ИФР-I в сыворотке крови является результатом возрастного уменьшения объема двигательной активности и уровня физической подготовленности, а не возрастных изменений в организме как таковых, самих по себе. Кроме этих исследований существуют также сообщения о положительной корреляции между V02max и уровнем ИФР-I в крови мужчин первого и второго зрелого возраста (Poehlman, Copeland, 1990), а также о повышенном уровне ИФР-I у тренированных лиц среднего возраста (Manetta et al., 2002).

Уровень практически всех основных IGFBP (1—6), каждый из которых, как известно, оказывает определенное влияние на биологическую активность ИФР-I, также коррелирует с показателями физической подготовленности, что позволяет предполагать их возможную роль во взаимодействии процессов роста и физических упражнений. За исключением IGFBP-3, остальные ИФР-связывающие белки представлены в крови незначительными количествами и их функцию в системе кровообращения еще предстоит выяснить. Тем не менее заслуживает внимания то, что взаимосвязь между уровнем физической подготовленности и уровнем IGFBP, установленная путем исследования обширной выборки, согласуется с существующими представлениями о биологической функции белков, связывающих ИФР-I, основанными на результатах изучения изолированных тканей. Для IGFBP-1 и -2, которые обладают негативным влиянием на функцию ИФР-I, обнаружена отрицательная корреляция с мышечной массой (Eliakim et al., 1996; 2001); IGFBP-4, который в экспериментах на культуре костной ткани показал себя как ингибитор анаболических функций ИФР-I (Mohan et al., 1995), обнаруживает обратную корреляцию с мышечной массой (Eliakim et al., 1996) и V02max (Eliakim et al., 2001); следовательно, эти данные допускают возможность того, что общее увеличение биологической активности ИФР-I у лиц с высоким уровнем физической подготовленности может быть обусловлено не только изменениями в концентрации ИФР-I в крови, но также изменениями IGFBP.

Всего несколько исследований посвящены изучению долговременных эффектов тренировки аэробной выносливости па систему СТГ-ИФР-1. В одном из них группу молодых здоровых мужчин изучали на протяжении 10 дней и установили, что повышенный уровень двигательной активности усиливает хорошо известный эффект снижения уровня ИФР-1, который наблюдается при ограничении энергетической ценности рациона питания (Smith et al., 1987). Снижение уровня ИФР-I, связанное с физической тренировкой, наблюдалось у борцов — учащихся вузов — и интенсивно тренировавшихся гимнасток (Jahreis et al., 1991; Roemmich, Sinning, 1997). В этих исследованиях выполнение тренировочной программы сопровождалось снижением массы тела, что является несомненным доказательством отрицательного энергетического баланса и катаболического состояния. Однако в одной из последних работ сообщается, что хотя неадекватная энергетическая ценность рациона питания и негативный энергетический баланс являются основной причиной связанного с тренировочным процессом снижения уровня ИФР-I, он может снижаться даже при поддержании энергетического баланса и массы тела на одном уровне (Nemet et al., 2004).

Недавно мы сообщали об эффекте непродолжительных (5 недель) рандомизированных тренировочных занятий предположительно аэробного типа на систему СТГ-ИФР-1 у мальчиков и девочек препубертатного возраста, а также подростков. На основании результатов проведенного исследования мы предположили, что тренировки могут приводить к повышению уровня СТГ и ИФР-I в крови. Выполнение тренировочной программы сопровождалось увеличением энергетических затрат примерно на 15 % (оценка изотопным методом с использованием дважды меченой воды (doubly labeled water technique)) и приводило к существенному увеличению V02max и объема мышц бедра по сравнению с лицами из контрольной группы, не занимавшимися физическими упражнениями (Eliakim et al., 1996, 1998, 2001; Scheet et al., 2002). В отличие от наших предположений в этих исследованиях у тренировавшихся девочек препубертатного возраста наблюдалось достоверное снижение GHBP, ИФР-I и IGFBP-3 (Eliakim et al., 2001); у тренировавшихся мальчиков препубертатного возраста — достоверное снижение уровня ИФР-I и IGFBP-3 в сочетании с достоверным увеличением IGFBP-2 (Scheet et al., 2002); у тренировавшихся девушек — достоверное снижение ИФР-I и IGFBP-5 (Eliakim et al., 1996); у тренировавшихся юношей — достоверное снижение уровня GHBP и ИФР-I в сочетании с достоверным увеличением IGFBP-2 (Eliakim et al., 1998b). Интересно, что ни в одной из этих групп тренировка выносливости никак не повлияла на волнообразный характер секреции СТГ.

Подобные эффекты обычно наблюдаются в условиях недостатка энергии, например при ограничении рациона питания или истощении, связанном с заболеванием (Smith W.J. et al., 1995; Tonshoff et al., 1995). Однако в данных исследованиях “катаболи-ческие" изменения в функции эндокринной системы наблюдались несмотря на увеличение объема мышц бедра. Более того, несмотря на значительно более высокие эиерготраты в группах, занимавшихся физическими упражнениями, выполнение тренировочной программы не привело к снижению массы тела.

Возможным механизмом такой, на первый взгляд, неожиданной системной адаптации “катаболического” типа, могло быть снижение уровня GHBP в крови у тренировавшихся детей и подростков. Как отмечалось выше, снижение уровня GHBP может отражать уменьшение количества тканевых рецепторов и понижение чувствительности ткани к СТГ (Rosenfeld et al., 1994). Вследствие этого, поскольку уровень ИФР-I в крови определяется СТГ-зависимой выработкой этого белка в печени (Lowe, 1991), происходит его снижение в группе лиц, занимавшихся выполнением физических упражнений.

Эффект физической тренировки на уровень GHBP, наблюдавшийся в данном исследовании, является уникальным. Наличие взаимосвязи между уровнем СТГ и GHBP в случае патологических состояний организма (например, истощение (Postel-Vinau et al., 1995) или ожирение (Jorgensen et al., 1995)) подтверждает хорошо описанное явление гормонзависимой регуляции концентрации рецептора. В этих исследованиях (Eliakim et al., 1998b, 2001) выполнение тренировочной программы приводило к снижению уровня GHBP, но не оказывало никакого влияния на средний уровень СТГ или волнообразный характер его секреции. Таким образом, можно предположить, что снижение концентрации рецепторов СТГ является инициирующим механизмом в ответе системы роста на выполнение физических упражнений. Механизм, который мог бы обеспечить непосредственное воздействие тренировочных занятий на рецепторы СТГ или GHBP, не известен.

У женщин зрелого возраста тренировочные занятия сопровождались повышением уровня IGFBP-2, известного как ингибитор влияния ИФР-I, а также снижением уровня IGFBP-5, который является одним из ИФР-связывающих белков, усиливающих некоторые митогенные эффекты ИФР-I (например, в костной ткани (Mohan et al., 1995)). Эти данные в очередной раз подчеркивают, что иидуцированное тренировочными программами снижение уровня ИФР-I опосредовано не только действием самого фактора роста, но и изменениями его связывающих белков.

В последние годы была выдвинута интересная гипотеза, согласно которой цитокины, способные инициировать воспалительные процессы, могут принимать участие в индуцированном физическими нагрузками снижении уровня ИФР-I (рис. 13.4) (Scheet et al., 2002). Эта группа исследователей показала, что после непродолжительных (на протяжении 5 недель) тренировочных занятий на выносливость у мальчиков препубертатного возраста увеличение V02max обнаруживает положительную корреляцию с изменениями уровня фактора некроза опухоли TNF-a (tumor necrosis factor a). Авторы предположили, что дети, которые занимались наиболее интенсивно и у которых выявлен наиболее высокий уровень физической подготовленности, характеризуются также и наибольшим увеличением содержания в крови цитокинов, обладающих воспалительным действием. Кроме того, изменения уровня IGFBP-3 обнаруживали обратную корреляцию с изменениями TNF-a и интерлейкина-6 (IL-6), на основании чего можно предполагать, что увеличение воспалительного ответа опосредует обусловленное физическими нагрузками снижение уровня компонентов системы СТГ-ИФР-1.

Эти результаты подтверждают гипотезу, согласно которой внезапное начало выполнения тренировочной программы, которое влечет за собой значительный рост энерготрат организма, первоначально приводит к росту уровня воспалительных цитокинов и в результате этого — к снижению уровня ИФР-1. Затем, в случае успешной адаптации к тренировочным нагрузкам происходит снижение уровня цитокинов, благодаря чему снижается подавление секреции ИФР-I и может развиваться анаболическая реакция системы СТГ-ИФР-1, которая приведет к увеличению ИФР-I до уровня, превышающего исходный. Как именно и когда происходят все эти процессы, и действительно ли для окончательной анаболической адаптации необходима ранняя катаболическая стадия, остается неизвестным.

Адаптации к увеличению уровня воспалительных цитокинов, индуцированному физическими нагрузками, и снижению содержания ИФР-I в крови начинаются практически сразу с увеличения сродства рецептора ИФР-I к своему гормону (Lee et al., 2000). Это увеличение чувствительности к ИФР-1, вероятно, является отражением гормонзависимой стимуляции рецептора.

У лиц с более высоким уровнем физической подготовленности обнаружен пониженный уровень антагониста рецептора иитерлейкина-1 (IL-lra). Это вещество образуется при стимуляции воспалительными цитокинами и блокирует их биологическую активность на уровне рецептора. Таким образом, снижение воспалительного ответа, индуцированного физическими нагрузками, приводит к снижению уровня цитокинов и более низкому стабильному уровню IL-lra. И наконец, что также подтверждает гипотезу двухстадийного процесса развития адаптаций, продолжительные физические тренировки (5 месяцев (Koziris et al., 1999) и 1 год (Weltman et al., 1992)) действительно приводят к повышению уровня СТГ и ИФР-I в крови.

Количество работ, посвященных изучению эффективности силовой тренировки на систему СТГ-ИФР-1, очень невелико. Показано, что несмотря на увеличение мышечной силы после двух недель интенсивной силовой тренировки, увеличение ИФР-1, которое наблюдается на 8-й день, еще через 4 дня возвращается к исходному (Raastad et al., 2001). После 10 недель силовой тренировки у молодых мужчин изменений уровня ИФР-I не выявлено, однако установлено повышение уровня IGFBP-3 в покое (Kraemer et al., 1999). Выполнение программы силовой тренировки с большим объемом нагрузки продолжительностью 12 недель студентами вуза сопровождалось гипертрофией мышечных волокон типа I и II. Кроме того, была обнаружена достоверная корреляция между гипертрофией мышечных волокон и повышением уровня СТГ, обусловленным тренировками (McCall et al., 1999). Болес продолжительные программы силовой тренировки (25 недель) приводили к увеличению уровня ИФР-I в сыворотке крови молодых людей, а людей зрелого возраста — через 13 недель занятий (Borst et al., 2001). Поскольку увеличение мышечной силы также наблюдалось преимущественно в течение первых 13 недель, авторы предположили, что ИФР-I опосредует, по крайней мере частично, связанное с занятиями силовой тренировкой увеличение мышечной силы. Эти результаты предполагают, что двухстадийные изменения уровня ИФР-I в крови происходят также в ответ на силовую тренировку у лиц зрелого возраста. В то же время у лиц старшего возраста изменений содержания ИФР-I в крови не обнаружено (Кгастсг et al., 1999; Hakkinen et al., 2001), что свидетельствует о влиянии возраста на ответ системы ИФР-I при занятиях силовыми упражнениями.

Увеличение мышечной массы, которое происходит под влиянием физических нагрузок, несмотря на снижение уровня ИФР-I в крови, предполагает существование местного воздействия физических упражнений на содержание ростовых факторов в тканях, которое отличается от системных эффектов. Существует всего несколько публикаций но вопросу исследования срочных изменений уровня ИФР-I в скелетных мышцах после непродолжительной физической нагрузки. Так, показано, что интенсивное выполнение эксцентрического упражнения приводит к увеличению иммунореактивного ИФР-I в мышцах типа II крысы через 4 дня после физической нагрузки (Yan et al., 1993). С этими результатами согласуются и наши данные, демонстрирующие у молодых самок крыс после 5 дней упражнений на тредмиле достоверное увеличение размера мышц и белка ИФР-I, которые не сопровождались изменениями уровня мРНК ИФР-I и уровня этого ростового фактора в крови (Eliakim et al., 1997). Эти результаты говорят о том, что ранние механизмы адаптации к тренировочной нагрузке включают передаточное или постпередаточное увеличение содержания ИФР-I в мышечной ткани, а также возможное разобщение регуляции локального уровня ИФР-I в тканях и механизмах системного контроля. В рамки данной концепции укладываются также предположения о том, что повышение уровня ИФР-I в почках обусловлено не увеличением локального синтеза фактора роста, а, скорее, является следствием более интенсивного поглощения ИФР-I из системы кровообращения с помощью IGHBP-1, не связанного с мембранами. Это наблюдение подчеркивает возможную роль тканевых ИФР-связывающих белков (которые прочно прикреплены к поверхности клеток посредством компонента, связывающегося с мембранными белками-ин-тегринами) в регуляции срочных адаптаций местного уровня ИФР-I в ответ на выполнение физических упражнений.

В то же время компенсаторная гипертрофия подошвенной и камбаловидном мышц уже через два дня после перерезания сухожилия икроножной мышцы на одной конечности сопровождалась достоверным повышением уровня мРНК ИФР-I (количественной оценки белка в этих исследованиях не проводилось) (De Vol et al., 1990). Эти данные позволяют считать, что временные параметры и характер изменений уровня ИФР-I в локальных тканях могут варьировать в зависимости от тина и объема мышечной работы.

Более продолжительные периоды физической тренировки сопровождаются стимуляцией экспрессии гена IGF-I. У молодых крыс после 4 недель аэробной физической активности было обнаружено увеличение экспрессии этого гена в тканях печени (Zanconato et al., 1994). Кроме того, авторы показали, что после 4 недель аэробной двигательной активности у крыс наблюдается увеличение экспрессии гена IGF-I и белка в мышцах. Интересно, что подавление секреции СТГ путем удаления гипофиза (De Vol ct al., 1990) или введения антител к соматолиберину (Zanconato et al., 1994) приводит к усилению локального ответа ИФР-I на увеличение двигательной активности. Из результатов этих исследований становится очевидным, что одно только подавление секреции СТГ не может блокировать аутокринные и паракринные эффекты ИФР-I, т. е. местные анаболические адаптации ИФР-I к двигательной активности являются СТГ-независимыми.

При изучении влияния прогрессивной силовой тренировки на организм пожилых людей было обнаружено, что физические нагрузки приводят к увеличению мышечной силы и изменениям морфологии мышечных волокон, а также к корреляции между увеличением мышечной силы и повышенным базовым уровнем ИФР-I в мышечной ткани (Singh ct al., 1999).

Недавно было сделано сообщение о существовании в мышечных тканях двух изоформ ИФР-1 (McCoy ct al., 1999; Goldspink, Yang, 2001). Одна из изоформ наблюдалась только после механической стимуляции и поэтому получила название механозависимый фактор роста или МФР (mechano growth factor, MGF). Изменения его уровня п ответ на силовую тренировку выше у молодых людей, что свидетельствует о возрастном снижении чувствительности к механическим нагрузкам (Hamccd et al., 2003). МФР имеет меньший размер, не подвергается гликолизированию, имеет меньшую продолжительность существования и отличается но сродству к рецепторам ИФР от системного ИФР-I, который вырабатывается печенью. Другая изоформа ИФР-I, обнаруженная в мышцах, похожа на белок, который секретируется печенью, ее уровень также повышается в ответ на физическую нагрузку. Индукция экспрессии МФР происходит преимущественно после растягиваний и электрической стимуляции мышцы. МФР играет важную роль в синтезе белка и предотвращения апоптоза и, следовательно, занимает одно из ключевых мест в процессах восстановления и формирования мышечной ткани. Эти данные еще раз подчеркивают важное значение местного ответа ИФР-И па физическую нагрузку.

Какой смысл заключается в одновременном запуске системных катаболичсских и локальных анаболических реакций на начальных этапах адаптации организма к возросшей физической нагрузке? Мы считаем, что подобный адаптивный механизм позволяет сократить общие анаболические функции организма и благодаря этому уменьшить энсрготраты, в то же время он допускает возможность локальных ростовых процессов в тканях, которые подвергаются внешним стрессовым воздействиям, таким, как выполнение физических упражнений.

С этим предположением согласуется явление замедленного соматического роста и пониженного уровня ИФР-I в крови, несмотря на адаптации мышц к интенсивным физическим тренировкам у молодых профессиональных спортсменов, ограничивающих энергетическую ценность своего рациона питания, например гимнасток (Thcintz ct al., 1993). Разобщенность реакции подвергающихся физической нагрузке тканей и ответа центральной нейроэндокринной системы СТГ-ИФР-1 продемонстрирована также в других ситуациях (Moromisato et al., 1996). Крысы в условиях гипоксии характеризовались замедленными темпами роста и сниженным уровнем ИФР-I в крови. Вместе с тем относительный размер их сердца и легких увеличивался благодаря локальной экспрессии гена IGF-I. Это говорит о том, что, несмотря на катаболический тип реакции организма в целом и замедление общего роста, у крыс происходили местные адаптационные изменения к сниженному содержанию кислорода, имевшие анаболический характер.

В целом существуют отличия между локальным и системным ответом СТГ — ИФР-I на физическую тренировку. Локальный и более важный ответ скелетных мышц является анаболическим уже в самом начале адаптационных изменений и вызван преимущественно СТГ-независимой аутокринной и паракринной секрецией ИФР-I. Системный ответ СТГ-ИФР-1 на выполнение тренировочной программы включает, по крайней мере, две сталии: первую — срочную реакцию катаболического тина со снижением уровня ИФР-I в крови. Несколько позднее, в зависимости от характера питания и энергетического баланса индивидуума, происходят долговременные анаболические адаптации системы СТГ — ИФР-I. Насколько начальная катаболическая фаза необходима для более поздних анаболических адаптаций и зависит ли характер ответа от уровня физической подготовленности, пока не известно.

⇐ Предыдущая21222324252627282930Следующая ⇒

Поделиться: