CC BY
87Дата публикации: 01.10.2022 Publication date: 01.10.2022
DOI: 10.51871/2782-6570_2022_01_03_2 DOI: 10.51871/2782-6570_2022_01_03_2
УДК 577.175.322; 796 UDC 577.175.322; 796
ФИЗИЧЕСКАЯ НАГРУЗКА И СОМАТОТРОПНЫЙ ГОРМОН Л.А. Ботвинева, Ю.В. Корягина
ФГБУ «Северо-Кавказский федеральный научно-клинический центр Федерального медико-биологического агентства», г. Ессентуки, Россия
Аннотация. Гормон роста или соматотропный гормон привлекает к себе исследователей, занимающихся изучением его анаболической активности в плане усиления мышечной силы и массы. Это интересует, в первую очередь, тренеров, спортсменов и ученых, которые пытаются объяснить анаболический эффект соматотропина при различных вариантах тренировочного процесса. Проведенный теоретический анализ показал, что в настоящее время до сих пор не представлено логичной масштабной картины взаимосвязей и влияний соматотропного гормона на различные функции организма спортсменов, или просто лиц, занимающихся физическими упражнениями. Практически отсутствуют исследования взаимосвязей и взаимозависимостей объема и характера двигательной активности человека и продукции соматотропного гормона. Данные исследования представляют фундаментальный и практический интерес так как позволят выявить более глубокие механизмы адаптации к двигательной активности, а также ее влияние на закономерности роста и развития организма человека.
Ключевые слова: гормоны гипофиза, соматотропный гормон, физические упражнения, двигательная активность.
PHYSICAL ACTIVITY AND SOMATOTROPIC HORMONE L.A. Botvineva, Yu.V. Koryagina
FSBI "North-Caucasian Federal Research and Clinical Center of the Federal Medical and Biological Agency", Essentuki, Russia
Annotation. Growth hormone or somatotropic hormone attracts researchers who study its anabolic activity in terms of increasing muscle strength and mass. First of all, this is of interest to coaches, athletes and scientists who are trying to explain the anabolic effect of somatotropin in various variants of the training process. The theoretical analysis carried out demonstrated that at present there is still no logical large-scale picture of the relationships and effects of somatotropic hormone on various functions of the body of athletes, or simply people engaged in physical exercises. There are practically no studies of the relationship and interdependence of the volume and nature of human motor activity and the production of somatotropic hormone. These studies are of fundamental and practical interest, as they will reveal deeper mechanisms of adaptation to motor activity, as well as its influence on the patterns of growth and development of the human body. Keywords: pituitary hormones, somatotropic hormone, physical exercises, motor activity.
Введение. Эндокринная система имеет сложную соподчиненную организацию. Это можно проследить на любых гормональных взаимоотношениях. Все системы регулируются с помощью негативных и позитивных обратных связей [1]. Вместе с тем, каждая из них (тироидная, гипоталамо-гипофизарная и др.) взаимосвязаны друг с другом. Кроме того, существует множество механизмов взаимодействия гормональной, нервной и
иммунной систем. Даже существует область знаний - нейроиммуноэндокринология, показывающая связь этих трех регуляторных систем, которые сопровождают действием своих гормонов, нейрогормонов, пептидов любую функцию организма (пищеварение, рост, беременность, двигательную активность и др.) [2-3]. Интенсивная мышечная деятельность повышает активность функций организма, соответственно в первую очередь
их нервно-гуморальную регуляцию. В связи с чем представляет интерес влияние интенсивной физической нагрузки на особенности продукции гормонов, определяющий рост и развитие организма.
Цель работы: теоретический анализ механизмов влияния физической нагрузки на продукцию соматотропного гормона.
Методы и организация исследования. В работе представлены результаты контент-анализа научно-исследовательских работ отечественных и зарубежных авторов, представленные в рецензируемых научных изданиях, по проблеме влияния физической нагрузки на продукцию соматотропного гормона. Анализируются механизмы продукции гормона, факторы, влияющие на данный процесс.
Результаты исследования и их обсуждение. Нервная регуляция эндокринных функций осуществляется несколькими механизмами. Одним из них является нейросекре-ция, т.е. выделение гормонов из нейрона в кровь. Другой механизм заключается в непосредственной автономной иннервации эндокринных тканей, сопрягающей нервные сигналы из центральной нервной системы (ЦНС) с секрецией гормонов, а гормоны, в свою очередь, влияют на нервную систему. Переключение нервных сигналов на эндокринные происходит в основном в функциональной гипоталамо-гипофизарной системе, регулирующей функциональную активность периферических эндокринных желез и другие функции организма [4-6].
Поступающие в переднюю долю гипофиза гормоны гипоталамуса регулируют секрецию гипофизарных гормонов. Стимулирующими этот процесс являются гипота-ламические гормоны - рилизинг-гормоны (РГ) или либерины, к ним относятся тиротро-пин рилизинг-гормон, гонадотропин РГ, кортикоторопин РГ, соматолиберин (сомато-тропин РГ) и другие, к ингибирующим или статинам - соматостатин и дофамин. Кроме специализированных гормонов, гипоталамус продуцирует нейротрансмиттеры (биологически активные амины - дофамин, адреналин, норадреналин, серотонин, ацетилхолин,
гамма-аминомасляная кислота (ГАМК), гистамин), нейропептиды (вазоактивный интестинальный пептид (ВИП), нейротен-зин, компоненты ренин-ангиотензиновой системы (РАС), холецистокинин (ХЦК), эн-дотелин, нейропептид У). Все эти вещества оказывают разнообразное действие на переднюю и заднюю доли гипофиза и центральной нервной системы (ЦНС) [7-10].
На секрецию гормонов гипофиза кроме гипоталамических и периферических гормонов, поступающих с кровью, влияют такие внешние факторы, как стресс, питание, болезни и др. Стресс стимулирует секрецию адренокортикотропного гормона (АКТГ), соматотропина (СТГ), и пролактина (ПРЛ). Секреция ПРЛ и СТГ отличается от других тем, что не регулируется классической обратной связью. Основными регуляторами этих гормонов являются гипоталамические либерины и статины. В регуляции секреции ПРЛ основную роль играют ингибиторные влияния, а секреции гормона роста - стимулирующие [11-12].
СТГ представляет собой белковый гормон, состоящий из 191 аминокислотного остатка с молекулярной массой 21500 кОа. Он синтезируется и секретируется сомато-трофами передней доли гипофиза. Главная функция СТГ - стимуляция линейного роста человека. Стимуляция эта опосредуется ин-сулиноподобным фактором роста-1 (ИФР-1) [13-14]. СТГ влияет на все виды обмена: на углеводный - снижает поглощение глюкозы внепеченочными тканями, увеличивает продукцию глюкозы печенью, вместе с глю-кокортикоидами и инсулином - запасы гликогена в печени, уровень глюкозы и кетоновых тел в плазме крови; на липидный -увеличивает липолиз в адипоцитах, уровень кетоновых тел в плазме; на белковый обмен - увеличивает поглощение аминокислот и синтез белка через действие ИФР-1[15].
Период полураспада СТГ в плазме колеблется в пределах 20-50 минут. В ранние утренние часы концентрация СТГ не достигает 2 нг/мл (90 пмоль/мл). Уровень ИФР-1 в плазме определяют в основном радиоиммунологическим методом, определение его
концентрации как медиатора действия СТГ позволяет более точно оценивать биологическую активность последнего [16].
Секреция СТГ регулируется двумя гипо-таламическими гормонами - соматотропин-релизинг гормоном и соматостатином. Стимулирующими секрецию СТГ физиологическими факторами являются следующие: сон, физические нагрузки, стресс физический или психологический, гипогликемия; патологическими - снижение уровня белка и голодание, нервная анорексия, хроническая почечная недостаточность, акромегалия, ожирение, гипотиреоз, гипертиреоз и др., существует много фармакологических стимуляторов. Нервные факторы также влияют на секрецию СТГ, например, усиление импульсной секреции СТГ во время сна обусловлено нервными импульсами. Максимальный уровень СТГ обнаруживается через 1-4 часа после засыпания у детей и с возрастом уменьшается. Для всех изученных гормонов гипофиза характерна импульсная эпизодическая секреция [15].
Нарушения секреции и синтеза гормона роста тяжело сказываются на развитии ребенка, проявляясь гипофизарным нанизмом или наоборот гигантизмом. Но СТГ необходим и взрослым, т.к. он регулирует обмен веществ, влияет на психическое здоровье и сохраняет молодость, активирует синтез нуклеиновых кислот РНК и ДНК, ускоряет заживление ран, противодействует старению организма и развитию ожирения [17-21].
Благодаря анаболическому эффекту гормона роста, т.е. его способности стимулировать образование белков, наращивается мышечная масса, укрепляется костный скелет организма. СТГ улучшает усвояемость кальция и фосфора костной тканью, поддерживая ее плотность, способствует сжиганию жира. СТГ активирует витамин D в почках, что влияет на усвоение кальция и фосфора, предупреждает их потерю с мочой и способствует укреплению костей [22-23].
С возрастом уровень СТГ падает, и это одна из причин старческой саркопении
(уменьшения мышечной массы). Для улучшения ситуации необходимо в своем организме создать условия, чтобы СТГ вырабатывался в организме как можно дольше естественным путем. Для этого необходимо наладить свой сон, так как он способствует стимуляции выработки СТГ, заниматься физкультурой, употреблять здоровую пищу с достаточным количеством белка, ограничением простых углеводов и продуктов, содержащих большое количество холестерина, так как они не способствуют синтезу СТГ. На значение физической нагрузки указывает тот факт, что у здоровых людей в условиях строгого постельного режима резорбция костей преобладает над костеобразованием и быстро развивается отрицательный баланс кальция.
На долю скелетных мышц приходится около 50% массы тела. Они способны изменять свои энергетические потребности в 20 и более раз. При физической нагрузке у человека возрастает функциональная активность не только скелетных мышц, но и сердца и дыхательной мускулатуры, что обеспечивает доставку нужного количества оксигенированной крови для удовлетворения возросших потребностей работающих мышц. Разные виды физической нагрузки по-разному влияют на мышечную ткань в плане стимуляции анаболических процессов изменением концентрации СТГ.
Изучено влияние силовых упражнений на изменение концентрации СТГ. При силовых тренировках применяется множество разнообразных тренировочных программ, при которых происходит выбор элементов программирования, и их взаимодействие может играть важную роль в определении величины изменения уровня СТГ [24-25]. Доказано, что к числу внешних факторов, играющих определенную роль в способности стимулировать повышение СТГ, являются: объем вовлеченных в работу мышц, величина нагрузки при выполнении упражнений, ее объем и продолжительность интервалов отдыха между этапами выполнения упражнений. Несмотря на большое количество
комбинаций приведенных факторов, исследования, проведенные WJ. Кгаетег с соавторами (1990, 1993), показали, что при сравнении программ занятий можно выделить три фактора, которые оказывают наибольшее стимулирующее действие на СТГ у мужчин и женщин: это сочетание большого объема выполненной работы, короткая продолжительность интервалов для отдыха (1 минута) и использование средней величины отягощений 10 ПМ [25-27]. Дальнейшие исследования показали, что выявленные зависимости влияния силовых упражнений на стимуляцию СТГ зависят от изменения кислотно-щелочного баланса (увеличение лактатного ответа) под влиянием этих упражнений [28]. Образцы крови, взятые у лиц, выполнявших силовые упражнения в ночное время, показали, что концентрация СТГ в первой половине ночи была ниже, в сравнении с контролем, а во второй половине - выше, чем в контрольных пробах. Исследователи предположили, что наблюдавшиеся изменения могли быть результатом влияния соматостатина или других метаболических или гормональных сигналов, таких как соматолиберин или грелин [29-30]. Эти предположения ждут своих исследователей.
Экспериментальные данные, полученные на животных, свидетельствуют о важности влияния физической нагрузки для секреции СТГ, который в свою очередь стимулирует соматический рост и гипертрофию мышц. Под влиянием повышенного волнообразного базального уровня СТГ при физической нагрузке наблюдалось увеличение длины элементов скелета у животных, увеличение массы тела и снижение жировой ткани по сравнению с контрольными животными в пассивном состоянии [31].
При занятиях аэробными упражнениями отмечаются острые и хронические изменения СТГ. Стимуляция секреции СТГ наблюдается уже через 15 минут после начала выполнения аэробных упражнений, существует линейная дозовая зависимость между интенсивностью упражнений и уровнем секреции СТГ. У женщин всех возрастов отмечается уровень СТГ более высокий, чем
у мужчин сопоставимого возраста, и у них менее выражен волнообразный характер секреции. Увеличение секреции СТГ в ответ на физическую нагрузку у молодых лиц выше по сравнению с более пожилыми. Старение у мужчин приводит к ослаблению эффективности физической нагрузки в плане усиления секреции СТГ в 3,9 раза [32]. Предполагают, что возможными причинами снижения секреции СТГ у лиц старшего возраста может быть дисбаланс в секреции регулирующих уровень СТГ гормонов (сома-тостатина и соматолиберина или грелина).
Интенсивность и продолжительность аэробной нагрузки, уровень физической подготовленности, пол и возраст влияют на степень изменений СТГ в ответ на физические упражнения. Возраст и ожирение приводят к заметному снижению секреторного ответа за счет изменения метаболических сигналов в регуляторной системе и эффектов ее основных компонентов [32]. Пол человека определяет особенности секреции СТГ в ответ на физическую нагрузку независимо от возраста. Циркадные ритмы практически не влияют на эффект физической нагрузки. Не было обнаружено никакой зависимости изменений СТГ от времени проведения занятий в течение суток. Снижение физиологического уровня секреции СТГ у лиц, ведущих малоподвижный образ жизни, имеющих ожирение, пожилых людей является одной из причин увеличения жировых отложений в брюшной области, возникновения дислипи-демии, относительной нечувствительности к инсулину (инсулинорезистентности), снижения массы мышечной и костной тканей (саркопении) и снижения качества жизни.
Заключение. Таким образом, физическая нагрузка стимулирует секрецию СТГ. Продукция СТГ также зависит от таких факторов, как пол, возраст, образ жизни, ожирение и т.д. Представленные данные не дают логичной масштабной картины взаимосвязей и влияний СТГ на различные функции организма спортсменов, или просто лиц, занимающихся физическими упражнениями. Практически отсутствуют исследования взаимозависимостей объема и
характера двигательной активности человека и продукции СТГ. Данные исследования представляют фундаментальный и практический интерес, так как позволят
выявить более глубокие механизмы адаптации к двигательной активности, а также закономерности роста и развития организма человека.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Goodman, H. M. Basic Medical Endocrinology, 2nd ed / H. M. Goodman. - Raven Press, New York, 1994. - 344 p.
2. Акмаев, И. Г. Нейроиммуноэндокринология: факты и гипотезы / И. Г. Акмаев // Проблемы эндокринологии. - 1997. - № 1. - С. 3-9. [In English] Akmaev I.G. Neuroimmunoendocrinology: evidence and hypothesis. Problems of Endocrinology, 1997, no. 1, pp. 3-9.
3. Savino, W. Immunoneuroendocrine connectivity: the paradigm of the thymus-hypothalamus/pitu-itary axis / W. Savino // Neuroimmunomodulation.
- 1999. - Vol.6. - P. 126.
4. Болезни органов эндокринной системы / Под ред. И.И. Дедова. - М.: Медицина. - 2000. - 1946 с. [In English] Diseases of the endocrine system organs. Ed. by I. I. Dedov. Moscow: Meditsina, 2000.1946 p.
5. Волевода, Н. Н. Гормон роста и сердечно-сосудистая система / Н. Н. Волевода // Проблемы эндокринологии. - 2011. - Т. 57. - № 4. - C. 3747 [In English] Volevoda N.N. The growth hormone and the cardiovascular system. Problems of Endocrinology, 2011, vol. 57, no. 4, pp. 37-47
6. Mechanisms of Action of Hormones That Act at the Cell Surface / A. Spiegel, C. Carter-Su, S. Taylor, R. Kulkarni. - In: Williams Textbook of Endocrinology, 10th ed. - Saunders, 2002. - 1820 p.
7. Anderson, J. R. Neurology of the pituitary gland / J. R. Anderson // J Neurology Neurosurg Psychiatry. - 1999. - Vol.66. - P. 703.
8. Art, E. Pathophysiological role of the cytokine networkin the anterior pituitary gland / E. Art // Front Neuroendocrinol. - 1999. - Vol. 20. - P.71.
9. Art, E. Gp 130 cytokine signaling in the pituitary gland: a paradigm for cytokine-neuro-tndocrine pathways / E. Art // J Clin Invest. - 2001. - Vol.108.
- P. 1729.
10. Ben-Jonathan, N. Dopamin as a prolactin (PRL) inhibitor / N. Ben-Jonathan, R. Hhasko // Endocr Rev. - 2001. - Vol. 22. - P. 724.
11. Jansson, C. Growth hormone (GH) assay characteristic, and GH binding protein / C. Jansson // Clin Chem. - 1997. - Vol. 43. - P. 950.
12. Chen, C. Growth hormone secretagogue action on the pituitary gland: multiple receptor for multiple ligands? / C. Chen // Clin Exp Pharmacol Physiol. -2000. - Vol. 27. - P. 323.
13. The somatomedin hypothesis / Le Roith D., Bondy C., Yakar S. [et al] // Endocr Rev. - 2001. -№ 22. - P. 53.
14. Clark, R. G. Robinson ICAF: UP and Down the growth hormone cascade / R. G. Clark // Cytokine Growth Factor Rev. - 1996. - № 7. - P. 65.
15. Воротникова, С. Ю. Метаболические эффекты гормона роста /С. Ю. Воротникова, Е. А. Пигарова, Л. К. Дзеранова // Ожирение и метаболизм. - 2011. - № 4. - С. 55-60. [In English] Vorotnikova S.Yu., Pigarova E.A., Dzeranova L.K. Metabolic effects of the growth hormone. Obesity and Metabolism, 2011, no. 4, pp. 55-60.
16. Thorner, M. O. The anterior pituitary / M. O. Thorner. - In: Williams textbook of endocrinology. 9th ed. - Philadeiphia: Wb Saunders, 1988.
- 1819 p.
17. Дедов, И. И. Соматотропная недостаточность / И. И. Дедов, А. Н. Тюльпаков, В. А. Петеркова
- М.: Индекс Принт, 1998. - 312 с. [In English] Dedov I.I., Tyul'pakov A.N., Petrakova V.A. Somatotropic insufficiency. Moscow: Indeks Print, 312 p.
18. Thorner, M. O. Manifestations of anterior pituitary hormone deficiency / M. O. Thorner. - In: Williams textbook of endocrinology. 9th ed. -Philadeiphia: Wb Saunders, 1988. - 1819 p.
19. Salomon, F. The Effects of treatment with recombinant human growth hormone on body composition and metabolism in adults with growth hormone deficiency / F. Salomon // N Engl J Med. - 1989. -Vol. 321. - pp. 1979-1803.
20. Biochemical evaluation of disease activity after pituitary surgery in acromegaly: a critical analysis of patients who spontaneously change disease status/ Espinosa de los Monteros A. L., Sosa F., Cheng S. [et al] // Clin. Endocrin. - 2006. - № 64.
- pp.245-249.
21. Frequent occurrence of pituitary apoplexy in patients with non-functioning pituitary adenoma / Nielsen E. H., Lindholm J., Bjerre V. [et al] // Clin. Endocrin. - 2006. - № 64. - pp. 319-322.
22. Growth hormone treatment of adults with growth hormone deficiency: Results of a 13 month placebo-controlled crossover study / Whitehead H. M., Boreham C., Mcllrath E. M. [et al] // Clinical Endocrinology. - 1992. - Vol. 36. - pp. 45-52.
23. Effects of 10 years of growth hormone (GH) replacement therapy in adult GH deficient men / Arwert L. I., Roosr C., Lips P. [et al] / Clin. En-docrin. - 2005. - № 63. - pp. 310-316.
24. Fleck, S. J. Designing Resistance Training Programs, 3rd ed / S. J. Fleck, W. J. Kraemer. -Human Kinetics, Champaign, IL. - 2004. - 392 p.
25. Kraemer, W. J. The influence of muscle action on the acute growth hormone response to resistance exercise and short-term detraining / W. J. Kraemer, G. A. Dudley, P. A. Tesch // Growth hormone and IGF Research. - 2001. - Vol. 11. - pp. 75-83.
26. Kraemer, W. J. Normonal and growth factor responses to heavy resistance exercise protocols / W. J. Kraemer, L. Marchitelli, S. E. Gordon // Journal of Applied Physiology. - 1990. -Vol. 69. -pp. 1442-1450.
27. Kraemer, W. J. Changes in hormonal concentrations after different heavy-resistance exercise protocols in women / W. J. Kraemer, S. J. Fleck, J. E. Dziados // Journal of Applied Physioloqy. -1993. -Vol. 75. - pp. 594-604.
28. Gordon, S. E. Effect of acid-base balance on the growth hormone response to acute high-intensity cycle exercise / S. E. Gordon, W. J. Kraemer, N. H. Vos // Journal of Applied Physioloqy. - 1994. - Vol. 76. - pp. 821-829.
29. Fujisawa, I. Magnetic resonance imaging of the hypothalamic-neurophyseal system / I. Fujisawa // Neuroendocrinol. - 2004. - № 16. - P.297.
30. Growth hormone pulsatility profile characteristics following acute heavy resistance exercise / B. Nindl, W. Hymer, D. Deaver, W. Kraemer // Journal of Applied Physioloqy. - 2001. - Vol. 91. -pp. 163-172.
31. Borer, K. T. The effects exercise on growth / K. T. Borer // Sports Medicine (Auckland, NZ). -1995. -Vol. 20(6). - pp. 375-397.
32. The relationship between exercise intensity and growth hormone (GH)release is attenuated in older men / Weltman A., Pritzlaff, C.P., Wideman, L. [et al] // Paper presented at the Fourth International Conference of The Growth Hormone Research Society, Gothenburg, Sweden, 2000(b).
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ:
Любовь Алексеевна Ботвинева - доктор медицинских наук, главный научный сотрудник центра медико-биологических технологий ФГБУ «Северо-Кавказский федеральный научно-клинический центр Федерального медико-биологического агентства», Ессентуки.
Юлия Владиславовна Корягина - доктор биологических наук, профессор, руководитель центра медико-биологических технологий ФГБУ СКФНКЦ ФМБА России, Ессентуки, e-mail: nauka@skfmba.ru.
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS:
Lyubov' Alekseevna Botvineva - Doctor of Medical Sciences, Chief Researcher of the Biomedical Technologies Center, FSBI "North-Caucasian Federal Research-Clinical Center of Federal Medical and Biological Agency", Essentuki.
Yulia Vladislavovna Koryagina - Doctor of Biological Sciences, Professor, Head of the Biomedical Technologies Center, FSBI "North-Caucasian Federal Research-Clinical Center of Federal Medical and Biological Agency", Essentuki, e-mail: nauka@skfmba.ru.
Для цитирования: Ботвинева, Л. А. Физическая нагрузка и соматотропный гормон / Л. А. Ботвинева, Ю. В. Корягина / Российский журнал спортивной науки: медицина, физиология, тренировка. - 2022. - Т. 1. - № 3. DOI: 10.51871/2782-6570_2022_01_03_2
For citation: Botvineva L.A., Koryagina Yu.V. Physical activity and somatotropic hormone. Russian Journal of Sports Science: Medicine, Physiology, Training, 2022, vol. 1, no. 3. DOI: 10.51871/27826570 2022 0103 2
