Daniel W. D. West Stuart M. Phillips McMaster University Department of Kinesiology
Exercise Metabolism Research Group Hamilton, Ontario, CANADA
Распространена точка зрения об эндокринных реакциях в ответ на упражнения с отягощениями – изменения тестостерона (Т), гормона роста (ГР) и инсулиноподобного фактора роста 1 (ИФР-1) после нагрузки имеют решающее значение для последующего анаболизма скелетных мышц. Если это так, то можно управлять характеристиками нагрузки для увеличения гормональной реакции и, тем самым, улучшать адаптацию скелетных мышц, рост их силы и массы. Несмотря на заманчивость перспективы, мы утверждаем, что в увеличении тестостерона, ГР и ИФР-1 в ответ на упражнения нет необходимости для стимуляции мышечного анаболизма и гипертрофии, и что измерение уровня этих гормонов мало что даёт для понимания долговременной адаптации к тренировке с отягощениями.
Несмотря на доминирующую точку зрения (25), что срочные гормональные изменения регулируют гипертрофию, поразительно мало прямых подтверждений этого мнения. Фактически, Wilkinson et al (48) наблюдали существенное увеличение силы и массы мышц в отсутствие каких-либо измеримых изменений свободного тестостерона и ИФР-1. Позднее мы провели два исследования (44, 46) для прямой оценки необходимости увеличения Т, ГР и ИФР-1 для повышения мышечного анаболизма. Мы использовали в качестве целевых мышц сгибатели локтя - для неизменной концентрации гормонов или интенсивные упражнения для нижней конечности - для высокой. Нами была использована модель «низкая и высокая» гормональная реакция, для оценки влияния срочных (46) и долговременных (44) изменений концентрации гормонов на выполнение тренировки с отягощениями. В обоих исследованиях после выполнения упражнений давали сывороточный белок для предоставления субстратов, не допуская возможного негативного влияния на анаболический ответ, спровоцированный низкой или высокой концентрацией гормонов, так как известно, что при отсутствии питания после упражнений положительный белковый баланс не наблюдается. В группе с низкой реакцией синтез миофибриллярных белков увеличивался сразу после занятия, а также наблюдалось увеличение силы и массы мышц в результате тренировок, независимо от того, отличалась или нет от исходных уровней концентрация Т, ГР и ИФР-1.
Так что увеличение Т, ГР и ИФР-1 не обязательно для стимуляции анаболизма (46), как мы отмечали до этого (48). Более того, когда Т, ГР и ИФР-1 были выше после упражнений, не было срочного увеличения синтеза миофибриллярных белков или большего роста силы и массы мышц в результате тренировок. Таким образом, обнаруженная нами срочная реакция (46) отражала долговременные изменения от тренировок (44). Как было отмечено, измерение срочной реакции синтеза мышечных белков – основная величина, определяющая увеличение мышечного анаболизма, который происходит в ответ на упражнения и питание (12). Согласно предложенной и подтверждённой модели накопления белков (29), повторение периодов преобладания синтеза после упражнений и потребления аминокислот с пищей приводят к гипертрофии.
В исследовании (31) с протоколом, подобным нашей предыдущей работе (44), сообщалось о противоположных результатах – повышенная гормональная реакция соответствовала большему увеличению силы и отдельных показателей гипертрофии. Несмотря на методологическую схожесть (30), предложено объяснение, что различия результатов между исследованиями (31, 44) обусловлены порядком упражнений в нашем эксперименте, который замаскировал эффект «гормонального усиления». В частности, наши испытуемые тренировали руки перед ногами, что указывает на возможность «обкрадывания» мышцами ног адаптации рук за счёт поглощения богатой гормонами крови (31). Тем не менее, в недавнем исследовании мы измерили кровоток в плечевой артерии, тестостерон, ГР и определили концентрацию ИФР-1 для оценки доставки гормонов к сгибателям локтя при выполнении упражнений до и после воздействия на мышцы ног (45). Мы не обнаружили различий и, таким образом, не нашли подтверждений нарушения анаболических способностей из-за недостаточного поступления гормонов, вызванного порядком упражнений.
Другое направление подтверждения несостоятельности тезиса о важности для регуляции мышечного метаболизма выделения Т, ГР и ИФР-1 вследствие упражнений. Наша оценка, связанная с вызванной упражнениями гормональной реакцией и увеличением силы и массы мышц, проведённая с большой группой, показала, что гормональный ответ не нужно учитывать при рассмотрении тренировочной адаптации в виде силы или гипертрофии (47). Более того, различия в увеличении силы и массы у хорошо отзывчивых и слабо отзывчивых людей не объясняется их гормональной реакцией. В эксперименте, доказывающем правильность концепции (43), мы показали, что женщины, у которых увеличение тестостерона после упражнений было в 45 раз ниже (с учётом почти в 20 раз меньшего уровня в состоянии покоя), синтез миофибриллярных белков был на одинаковом уровне с мужчинами. То есть, женщины не имели «преимущества» от тестостерона после упражнений, и это не помешало им показать значительное повышение уровня синтеза миофибриллярных белков, что не наблюдалось бы в случае влияния тестостерона на анаболический ответ. Мы представляем для рассмотрения данные (29, 43), дополняющие подтверждение парадигмы, согласно которой, механизм, ответственный за гипертрофию, опосредованную сокращениями, заключён в мышцах самих по себе и не зависит от системного повышения гормонов при выполнении упражнений.
Doessing et al (9) показали, что введение ГР, приводящее в сверхфизиологическим концентрациям системного ГР и ИФР-1, не стимулирует синтез белков миофибрилл, а приводит к синтезу коллагеновых белков. Неизвестно, может ли вызванное упражнением увеличение ГР/ИФР-1 также стимулировать синтез коллагена и, таким образом, укреплять соединительные ткани, что может предоставлять преимущество в увеличении и укреплении мышц, как результат силовой тренировки. С практической точки зрения, в нашем исследовании гипертрофии сгибателей локтя, высокое содержание ГР/ИФР-1 не привело к каким-либо морфологическим (поперечник мышцы или волокон) или функциональным (1 или 10ПМ или изометрическое усилие) отличиям от состояния с низким (близко к исходному) уровнем ГР/ИФР-1. Таким образом, если и было некоторое, не поддающееся измерению различие в составе соединительной ткани между состояниями, оно не привело к преимуществу в силе или массе. Нам неизвестно, вызвано повышение ГР упражнениями или обусловленным тренировкой фенотипом. Например, максимальное значение концентрации ГР и площадь под кривой больше после велоэргометрии с интенсивностью 70% МПК, чем после упражнений с отягощениями (11). Основываясь на этом наблюдении и эксперименте Doessing et al (9), трудно представить вероятный механизм, с помощью которого преходящие изменения концентрации ГР или ИФР-1 стимулируют гипертрофию. В отличие от ГР, экзогенно вводимый тестостерон однозначно способен вызывать гипертрофию; тем не менее, может ли состояние, возникающее в результате тренировки, способствовать проявлению анаболических свойств тестостерона?
Анаболические свойства экзогенного введения тестостерона (4) часто и широко представляют как основание для измерения гормонального профиля после тренировки, который интерпретируют в качестве анаболического потенциала для скелетных мышц. Тем не менее, принципиальным условием для увеличения мышечной массы при введении тестостерона является накопление андрогенов – производное дозы и продолжительности введения (4). Рисунок 1 отражает этот момент и объясняет, почему нельзя сравнивать экзогенное введение и эндогенное выделение тестостерона.
Рис. 1. Сравнение влияния экзогенного тестостерона (200 мг тестостерона энантата) (8) и схематически представленного суточного изменения секреции тестостерона в течение недели, а также «скачка» тестостерона после тренировки на 4 день (во вложении показано площадь под кривой тестостерона (AUС) на четвёртый день в условных единицах (АU)).
Преходящие (около 30 мин.) изменения тестостерона после упражнений несущественны в сравнении с постоянно повышенным уровнем при экзогенном введении, которое представляет значительно более высокую кумулятивную дозу андрогенов, что и приводит к гипертрофии мышц (4). Мы не утверждаем, что можем оценить все нюансы эндокринного воздействия упражнений. Например, относительно множества изоформ ГР (25) можно определённо говорить, когда они все будут исследованы, но это слабый аргумент, если для них не существует рецептов в скелетных мышцах. Подобным образом, несмотря на сотни вариантов программ упражнений с отягощениями, все они могут вызывать гормональную реакцию, мы предлагаем прекратить использовать различные гормональные модели в качестве гормонально опосредованных «анаболических» ответов, а рассматривать их как фенотипически улучшенные адаптации. Каковы же практические преимущества теории, не подкреплённой гормональными изменениями, вызванными тренировкой? С прикладной точки зрения это означает, что программы не нужно планировать на основе гормональных нюансов. Т.е. упражнения для крупных мышечных групп не обязательно сочетать с локальными упражнениями для обеспечения «анаболического эффекта» от гормональной реакции. С точки зрения фундаментальной науки, гипертрофия, происходящая в результате тренировки, опосредована внутренними процессами в мышцах, которые мы предлагаем рассматривать как область для дальнейшего изучения, в отличие от измерения гормональных ответов (как причины или влияющих на гипертрофию).
Ответ оппонентам
Мы не согласны с утверждениями Шредера и Вильянуэвы (Schroeder and Villanueva), что большие ответные гормональные реакции создают «оптимальную» анаболическую среду; разумеется, мы согласны с их первоначальной посылкой, что увеличение содержания гормонов после упражнения, вероятно, не является необходимым условием для гипертрофии. Это признание, естественно, означает, что другие, негормональные механизмы могут полностью обуславливать гипертрофию.
Шредер и Вильянуэва начали с утверждения «…при дальнейшем обсуждении вопроса повышение тестостерона (Т) и гормона роста (ГР) будет также подразумевать увеличение инсулиноподобного фактора роста 1 (ИФР-1)» (22, 24). Это проблематично, так как повышение ГР в ответ на упражнения сильное и связано с количеством вовлечённой мышечной массы, тогда как ответное увеличение ИФР-1 неоднозначно. Этот вопрос освещается некоторым образом в двух исследованиях (22, 24), которые авторы приводят в качестве подтверждения для «подразумеваемого» ответа ИФР-1:
«Группа SM-C(ИФР-1) показала выборочное существенное увеличение выше уровня покоя у мужчин и женщин в ответ на протокол HREP … При протоколе P-2 HREP, более анаэробном, наблюдалось явное и устойчивое повышение ГР…» (22).
«В варианте SM-C не наблюдались соответствующие изменения ГР … Более того, в случае выполнения протокола из 10 повторений с отдыхом в 1 минуту, площадь под кривой ГР была больше, чем в других протоколах, без различий в площади под кривой для ИФР-1» (24).
Таким образом, реальные изменения ИФР-1 не могут подразумеваться при изменениях ГР после упражнений. Если говорить конкретно, практически нет доказательств, что вызванное упражнением повышение ГР влияет на увеличение силы или мышечной массы вообще, через ИФР-1 или иным путём, о чём свидетельствуют многочисленные исследования, которые не цитируются здесь из-за ограничения на количество слов. Тем не менее, наиболее значимые показывают: ГР не увеличивает синтез миофибриллярных белков (9), не приводит к гипертрофии (37).
Авторы делают заключение: «Более того, мы ограничим наше обсуждение адаптацией мужчин…» Это ограничение вызывает недоумение, но мы подозреваем, что причина этого в том, что женщины остаются вне удобной для авторов «оптимальной гормональной» парадигмы. Например, несмотря на меньшую в 45 раз реакцию со стороны тестостерона на упражнения по сравнению с мужчинами (43), у женщин аналогичный синтез мышечного белка (43) и гипертрофия (36) по сравнению с мужчинами. Шредер и Вильянуэва продолжили: «Выбрано три эксперимента с кратковременным воздействием в виде ТО и последующего физиологического повышения гормонов на скелетные мышцы человека» (13, 26). Во-первых, Шредер и Вильянуэва преувеличили оригинальную точку зрения Goto et al, (13), которые были гораздо более осторожны в выводах: «Тем не менее, эта интерпретация (частичное участие в гипертрофии) циркулирующего ГР требует осторожности (выделено нами)… » Во-вторых, в исследовании 26, на которое ссылаются авторы, тестостерон хронически подавляется фармакологически до уровня, близкого к кастрации. Мы не согласны с мнением, что подобная экспериментальная парадигма подходит для обсуждения физиологических гормональных реакций на упражнения, которые приводят к гипертрофии (обсуждение будет продолжено в следующем разделе). И наконец, третье исследование является неопубликованным экспериментом лаборатории Шредера и Вильянуэвы, таким образом, с ним нельзя ознакомиться.
Шредер и Вильянуэва опираются на дополнительные исследования, имеющие сомнительное отношение к вопросу реакции на упражнения, ссылаясь на тренировки с отягощениями у больных раком, которые проходят лечение (которое подразумевает подавление тестостерона до уровня кастрации 24 часа в сутки). Несмотря на ограниченное значение, интересно (и обнадёживает тех, кто походит лечение), что устойчивый прирост силы и массы мышц, подобный результатам здоровых людей, может быть достигнут при использовании протоколов интенсивных упражнений с отягощениями, даже не взирая на терапию (17). Предоставленные далее ссылки Шредера и Вильянуэвы по-прежнему имеют ограниченное значение для понимания темы. Например, Willoughby and Taylor (49) сравнивали упражнения с отягощениями и контрольную группу без упражнений. Spiering et al, (35) показали различия в содержании андрогенных рецепторов, между точками измерения после упражнения, но вследствие того, что содержание рецепторов было единственным критерием оценки в эксперименте, невозможно определить, какое это имеет значение для гипертрофии. Подводя итог, мы считаем, что представленных Шредером и Вильянуэвой исследований недостаточно для поддержания основного тезиса, вопросы поставлены в некоторых случаях неправильно и допускается некорректная интерпретация при обосновании.
Шредер и Вильянуэва использовали ссылки на два интересных исследования (4, 26), несмотря на то, что по нашему мнению, они предоставляют немного информации относительно связи физиологической тестостеронемии после упражнения с гипертрофией от тренировки с отягощениями. Уточним, подавление тестостерона до уровня гипогонадизма (26) или экзогенное введение, создающее сверхфизиологическую тестостеронемию (4), не могут рассматриваться в качестве моделей, которые имитируют воздействия андрогенов, вызванные упражнениями. Есть несколько причин, почему фармакологическое увеличение или подавление тестостерона не может использоваться в качестве «подтверждения» при рассмотрении преходящей тестостеронемии после упражнений. Во-первых, повышение концентрации гормонов мимолётно, по сравнению с продолжительным увеличением или уменьшением андрогенов при фармакологическом вмешательстве (см. Рис. 1). Во-вторых, содержание гомонов при фармакологическом вмешательстве намного выше, нормальные суточные колебания и повышение от тренировки. В третьих, фармакологическая гиперандрогенемия вызывается введением аналогов тестостерона, которые имеют структурные химические отличия от экзогенных андрогенов в экскреции, кинетике, времени полувыведения, а также сродство с рецепторами и, таким образом, не могут имитировать нормальные преходящие гормональные изменения после упражнений.
Рис. 2. Криволинейные изменения накопления тестостерона (в сравнении с базальным уровнем) и кривая гипертрофии. Данные в точке 6 и 7 показывают, что физиологические изменения уровня тестостерона после упражнений (низкий vs высокий, соответственно), оказывают незначительное влияние на кумулятивное воздействие андрогенов, а значит, гипертрофию. REx – упражнения с отягощениями; ADT- подавляющая андрогены терапия; ТЕ – тестостерона энантат. Точки с No REx: 1, из Smith et al, (34); 2, Исходная точка в положении (0,0) представляет молодого мужчину, не тренирующегося с отягощениями (REx); 3, согласно Bhasin et al (3). Точки с REx: 4, согласно Kvorning et al (26); 5, по Hanson et al. (17); 6, среднее при низком гормональном состоянии по West et al (44) и Ronnestad (31); 8, Bhasin et al (3). Дополнительные исследования необходимы для определения точной формы кривой между представленными точками.
Мы создали рисунок 2, используя опубликованные данные, для иллюстрации того, как изменения при накоплении андрогенов влияют на гипертрофию. Согласно рисунку 2, атрофия происходит при гипотестеронемии, но тренировка с отягощениями провоцирует частичную (26) или потенциально полную (17) гипертрофическую реакцию. В верхней части повышенный после упражнений тестостерон оказывает незначительное влияние на общее действие андрогенов (данные точек 6 и 7 почти накладываются) и гипертрофию. Гиперандрогенемия, вызванная экзогенно, повышает мышечную массу; тренировка с отягощениями создаёт дополнительное увеличение. Таким образом, гипер- или гипоандрогенемическое состояние не сочетается с кратковременными (в пределах 30 мин.) гормональными изменениями от упражнений. Поэтому мы не увидели значимость факторов, вызывающих подобное состояние, которые можно принять в поддержку основного поставленного вопроса. В целом, гипотеза, основанная на накоплении андрогенов, объясняет, почему преходящие изменения тестостерона от упражнений не оказывают существенного влияния на гипертрофию.