Общая информация
Гормон роста (ГР англ. human growth hormone, HGH) вырабатывается передней долей гипофиза головного мозга в ацидофильных соматотрофных клетках. Его производство регулируется несколькими сложными механизмами обратной связи в ответ на стресс, физические упражнения, питание, сон и сам гормон роста.
Как следует из названия, ученые изначально обнаружили, что этот гормон отвечает за регуляцию роста в детстве. Тем не менее, исследования показали, что гормон роста также отвечает за регуляцию многих других основных метаболических функций организма и действует как реагент стресса острой фазы. [1] [2]
Регуляция
Ниже перечислены гормоны, которые являются основными факторами регуляции синтеза соматотропина.
- GHRH гормон, высвобождающий гормон роста, вырабатывается в гипоталамусе. Способствует производству и высвобождению соматотропина
- Соматостатин синтезируется в различных тканях по всему телу. Ингибирует высвобождение GHRH, а также реакцию высвобождения соматотропина, в свою очередь, на стимул GHRH и усиливает гипогликемию.
- Грелин производится в желудочно-кишечном тракте как часть реакции на голод. Функционально реакция грелина защищает от гипогликемии. При повышенном уровне грелин связывается с соматотрофами, чтобы стимулировать секрецию гормона роста.
Инсулиноподобный фактор роста 1 (ИФР-1) также ингибирует гормон роста как путем прямого ингибирования высвобождения соматотропного гормона роста, так и косвенно, путем синергетического увеличения высвобождения соматостатина.
Кроме того, гормон роста отрицательно влияет на гипоталамус, тем самым снижая собственную выработку. Эффект этого регулирующего механизма приводит к пульсирующему выбросу соматотропина в кровоток, который меняется ежечасно.
Как правило, уровень гормона роста повышается в детстве, достигает максимального уровня в период полового созревания и постепенно снижается с возрастом. [3] [4] [5]
Механизм действия
Гормон роста имеет два механизма действия на организм: прямое и непрямое. Прямое действие соматропина происходит путем связывания этого гормона с клетками-мишенями.
Косвенные эффекты проявляются в первую очередь за счет инсулиноподобного фактора роста-1, который секретируют гепатоциты в ответ на связывание гормона роста с поверхностными рецепторами.
Таким образом, соматотропин может воздействовать непосредственно на ткани, однако часть эффекта опосредована стимуляцией печени и других тканей к выработке и высвобождению инсулиноподобных факторов роста, в первую очередь инсулиноподобного фактора роста 1 (ИФР-1, ранее называвшегося соматомедин).
После активации, Янус-активирующие тирозинкиназы (JAK) связываются с латентными цитоплазматическими факторами транскрипции STAT1, STAT3 и STAT5 и транспортируются в ядро, вызывая усиление транскрипции и метаболизма генов с образованием инсулиноподобного фактора роста-1.
Инсулиноподобный фактор роста-1 оказывает влияние на рост и метаболизм периферических тканей.
Эффекты гормона роста можно рассматривать как комбинированный эффект непосредственно самого гормона роста и инсулиноподобного фактора роста-1, синтез которого увеличивается под действием первого.
Функции
Рост. Гормон роста вызывает рост почти во всех тканях и органах тела. Тем не менее, он наиболее известен своим стимулирующим действием на хрящи и кости, особенно в подростковом возрасте.
Хондроциты и остеобласты получают сигналы для увеличения репликации и, таким образом, позволяют увеличиваться в размерах за счет активации киназ митоген-активированного белка.
Активация данного внутриклеточного сигнального каскада фосфорилирования приводит, в свою очередь, к каскаду активации белков. В результате этого происходит усиление репликации генов и рост клеток.
Инсулиноподобный фактор роста-1 связывается со своим рецептором IGF-1R на клеточной поверхности и активирует внутриклеточный сигнальный путь, который фосфорилирует различные белки. Это приводит к усилению метаболизма, анаболизма, клеточной репликации и деления.
Кроме того, он ингибирует апоптоз клетки, тем самым продлевая период жизни существующих клеток. Конечным результатом является стимулирование роста тканей и создание гипергликемической среды в организме.
Метаболизм. Гормон роста влияет на метаболизм, в первую очередь, за счет усиления выработки инсулиноподобного фактора роста-1 и его последующего воздействия на периферические клетки.
Как указывалось выше, активация внутриклеточных сигналов оказывает существенное влияние и на основные метаболические функции тканей органов. В общем, клетки входят в состояние анаболизма с повышенным потреблением аминокислот, усилением синтеза белка и снижения его катаболизма.
Соматотропин также усиливает липолиз. Жиры перерабатываются и потребляются путем стимуляции расщепления и окисления триглицеридов в адипоцитах.
Кроме того, гормон роста подавляет способность инсулина стимулировать поглощение глюкозы в периферических тканях и вызывает повышенную скорость глюконеогенеза в печени, что приводит к общему гипергликемическому состоянию. [6] [7] [8]
Дефицит гормона роста
Гормон роста чрезвычайно важен для модуляции роста в подростковом возрасте. Следовательно, серьезные отклонения в регуляции соматотропина могут привести к нарушениям роста.
Причиной сниженного уровня гормона роста могут быть повреждения гипоталамуса или гипофиза во время внутриутробного развития (врожденный дефицит) или после рождения (приобретенный дефицит).
Дефицит соматотропина также может быть вызван мутациями в генах, регулирующих его синтез и секрецию. К таким генам относится гипофиз-специфический положительный фактор транскрипции 1 — PIT-1 или другая аббревиатура POU1F1.
Этот ген кодирует член семейства транскрипционных факторов POU, которые регулируют развитие млекопитающих. Мутации в этих генах также могут вызывать снижение синтеза и секреции других гормонов гипофиза. Для этого гена было обнаружено несколько вариантов транскриптов, кодирующих разные изоформы.
Иногда дефицит соматотропина является результатом дефицита GHRH (гормон, высвобождающий гормон роста). В этом случае секрецию гормона роста можно стимулировать инфузией GHRH.
В клинической практике существуют прецеденты, когда сами соматотрофы не способны продуцировать соматотропин, или сам гормон структурно аномален и обладает слабой активностью.
Дефицит соматотропного гормона в детском возрасте связан со снижением роста всех структур скелета, что приводит к карликовости. Дефицит гормона роста у взрослых, диагностировать труднее, поскольку он не имеет единого патогномоничного признака.
Обычно у взрослых наблюдается уменьшение скелетных мышц и увеличение жировой массы во внутренних тканях, а также снижение плотности и ремоделирования кости, что приводит к остеопорозу.
Преобладают нарушения липидного профиля и резистентность к инсулину, которые приводят к вторичной дисфункции сердечно-сосудистой системы, депрессивному настроению, повышенной тревожности и упадку сил. [11] [12] [13]
Дети с изолированным дефицитом гормона роста при рождении имеют нормальные размеры, но задержка роста становится очевидной в течение первых двух лет жизни. Дефицит соматотропина в организме может быть скорректирован инъекциями этого гормона.
В течение десятилетий доступность гормона была ограничена, поскольку его получали исключительно из гипофиза умерших людей. В Соединенных Штатах и ряде других стран в 1985 году использование такого гормона роста было прекращено из-за возможности заражения гормона патогенным агентом.
Эта инфекция известна как прион и она способна вызвать смертельно опасное состояние — болезнь Крейтцфельдта-Якоба
В том же году с помощью технологии рекомбинантной ДНК ученые смогли создать биосинтетическую человеческую форму, которую они назвали соматрем, обеспечив практически неограниченный запас этого когда-то драгоценного вещества.
Дети хорошо реагируют на инъекции рекомбинантного соматотропина, что позволяет обеспечивать нормальный рост ребенка с дефицитом гормона роста. Однако у некоторых людей, прежде всего с наследственной неспособностью к синтезу соматропина, могут вырабатываться антитела на рекомбинантную форму.
В редких случаях задержка роста обусловлена наследственной нечувствительностью к действию соматотропина. Это расстройство известно как карликовость Ларона.
Карликовость Ларона связана с нарушением функционирования рецепторов и снижению их чувствительности к соматотропину, что приводит к снижению уровня ИФР-1, синтез которого опосредован, в свою очередь, действием гормона роста.
Карликовость также может быть результатом снижения чувствительности рецепторов непосредственно к самому инсулиноподобному фактору росту.
Дефицит соматотропина часто сохраняется во взрослом возрасте. Однако у некоторых людей, пострадавших в детстве, наблюдается нормальная секреция гормона роста во взрослом возрасте.
Недостаток гормона роста у взрослых связан с усталостью, снижением энергии, депрессивным настроением, снижением мышечной силы и мышечной массы, тонкой и сухой кожей, увеличением жировой ткани и снижением плотности костей.
Лечение гормоном роста устраняет некоторые из этих нарушений, но может вызвать задержку жидкости, сахарный диабет и высокое артериальное давление.
Избыток гормона роста
В то время как дефицит соматотропина может приводить к задержке роста у детей, гиперсекреция гормона роста является причиной гигантизма или акромегалии.
Акромегалия
Акромегалия — заболевание, связанное с повышенной выработкой соматотропного гормона. Оно обычно возникает во взрослом возрасте после закрытия эпифизарных пластинок роста в результате аденомы гипофиза, секретирующей гормон роста.
Акромегалия сопровождается ростом плоских костей и увеличением кистей, стоп, черепа, особенно его лицевой части. Часто жалобы связаны с повышенной отечностью рук и головы.
Поскольку заболевание связано с работой гипофиза, снижение его функции может также развиться с вторичными нарушениями репродуктивной функции и зрительными симптомами.
В дополнение к росту костей наблюдается рост миокарда, приводящий к бивентрикулярной концентрической гипертрофии и последующей сердечной недостаточности при более позднем заболевании.
Поскольку гормон роста противодействует эффекту инсулина, сахарный диабет 2 типа и гиперлипидемия тесно связаны с этим заболеванием.
Гигантизм
Это заболевание очень похоже на акромегалию во всех аспектах, за исключением того, что основная аденома гипофиза развивается до закрытия эпифиза длинных костей, таких как большеберцовая, малоберцовая, бедренная, плечевая, лучевая и локтевая кости.
Поскольку эпифизарное закрытие происходит до наступления взрослой жизни, это заболевание обычно начинается у детей. Органные и метаболические воздействия аналогичны акромегалии.
Применение в спорте
Ось гормон роста / инсулиноподобный фактор роста-1 оказывает краткосрочные и долгосрочные метаболические эффекты, которые потенциально важны во время физических упражнений.
Сами по себе упражнения являются мощным стимулом для высвобождения соматотропина, кроме того, известно что увеличение уровня гормона роста важно для восстановления после тренировки.
Регулярные упражнения также увеличивают скорость секреции соматотропина в течении суток, что потенциально способствует физиологическим изменениям, которые опосредованы тренировками. Имеются убедительные доказательства того, что заместительная терапия гормоном роста увеличивает толерантность к физическим нагрузкам.
Рекомбинантный гормон роста нашел широкое применение в профессиональном спорте и используется не только для улучшения физических показателей, но и в период реабилитации после травм. Больше материала по данной теме представлено на странице Применение гормона роста в спорте
