Endokrynologia – Przyrost mięśni – Anaboliki

Droga do pełnej wiedzy o anabolikach musi uwzględniać zrozumienie warunków wstępnych umożliwiających przyrost mięśni pod względem biologicznym. Częste upraszczanie tematu za pomocą  terminu „ synteza białka” prowadzi do całkowitego niezrozumienia tematu. Przyrost mięśni jest w istocie bardzo złożonym procesem obejmującym o wiele więcej elementów niż tylko „prosta” budowa mięśni z aminokwasów. Hipertrofia mięśniowa, która jest prawidłowym pojęciem naukowym odnoszącym się do sposobu budowy mięśni szkieletowym u osób dorosłych, wymaga właściwie fuzji nowych komórek (zwanych komórkami satelitarnymi) z istniejącymi włóknami mięśniowymi. Od chwili odkrycia komórek satelitarnych w 1961 roku podjęto ogromny szereg badań nad mechanizmami hipertrofii mięśniowej. Naukowcy zrozumieli, że w odróżnieniu od normalnych komórek mięśniowych, komórki satelitarne mogą się regenerować przez całe dorosłe życie. Dodatkowo, służą one nie tylko za jednostki funkcjonalne jako takie, lecz dostarczają również składników niezbędnych do naprawy i odbudowy komórek mięśniowych. Komórki satelitarne są zwykle nieaktywne i leżą w niewielkich wgłębieniach na powierzchni zewnętrznej włókien mięśniowych, oczekując na aktywację. Kontuzja lub uraz dostarczają  bodźca niezbędnego do aktywacji komórek satelitarnych. W momencie aktywacji zaczynają się dzielić, namnażać i tworzyć mioblasty (mioblasty to w istocie komórki źródłowe wyrażające geny miogenne). Ten etap hipertrofii jest często nazywany proliferacją komórek satelitarnych. Mioblasty następnie połączą się z istniejącymi włóknami mięśniowymi i oddają swoje jądra. Ten etap procesu nazywany jest zwykle dyferencjacją. Komórki mięśni szkieletowych są wielojądrowe, co oznacza, że posiadają wiele jąder. Zwiększenie liczby jąder umożliwia komórce regulację większej ilości cytoplazmy, co umożliwia wytwarzanie większej ilości aktyny i miozyny, dwóch najbardziej powszechnych białek kurczliwych obecnych w mięśniu szkieletowym. Zwiększa to ogólną wielkość komórki i zawartość białka w komórce mięśnia. Przy okazji, liczba jąder względem powierzchni przekroju pozwala również określić typ włókna komórki, tzn. włókno wolnokurczliwe (aerobowe) lub szybkokurczliwe (anaerobowe).
Należy zaznaczyć, że hipertrofia mięśniowa nie powoduje zwiększenia liczby komórek mięśniowych. Hipertrofia powoduje tylko zwiększenie rozmiaru komórek i zawartości białka, mimo że wykorzystywane do tego są komórki satelitarne. Mioblasty mogą łączyć się ze sobą i tworzyć nowe włókna mięśniowe. Proces ten nazywany jest hiperplazją mięśniową i jest równoznaczny z faktycznym wytwarzaniem nowej tkanki mięśniowej. Nie jest to jednak najważniejszy mechanizm przyrostu mięśni w dorosłym życiu.
Skoro wiemy już na czym polega hipertrofia mięśniowa, spójrzmy na bodźce anaboliczne i ciągłą regulację. Poniżej przedstawiono analizę łańcucha hormonów i czynników wzrostu, które powodują przyrost mięśni od momentu zaistnienia uszkodzenia do zakończenia regeneracji, naprawy i przyrostu. W celu zapewnienia przejrzystości przedstawiłem ją w formie trzech etapów działania uznanych przeze mnie za logiczne. Nie są to naukowo uznane definicje. Dodatkowo, moglibyśmy dalej zgłębiać każdy z wielu związków, komunikatorów, białek wiążących i receptorów biorących udział w tej zawiłej i niesamowitej aktywności biologicznej. Uważam, że poniższy tekst przedstawi proces anabolizmu mięśniowego w bardziej przystępny sposób, lecz bez uwzględnienia zbyt dużej ilości zbędnych informacji.
Wszyscy rozumiemy, że trening siłowy jest kluczowy dla przyrostu tkanki mięśniowej. Do dziś nie wynaleziono tabletki o nazwie „stań się wielki i wyrzeźbiony bez ruszania się tyłka”. Jest to spowodowane dużą liczbą zmian, które zachodzą w lokalnych tkankach mięśniowych podczas intensywnego treningu, które są niezbędne dla przyrostu mięśni. Bez tych wczesnych zmian, stymulowanie przyrostu jest trudne, o ile nie niemożliwe. Zacznijmy więc w tym miejscu. Trening jest „czynnikiem wyzwalającym” proces anaboliczny. Mówiąc ściślej, trening siłowy powoduje lokalne uszkodzenia komórek, które naprowadzają nas na drogę anabolizmu. Organizm zareaguje poprzez naprawę uszkodzeń i w ramach tego procesu „stara się” przystosować poprzez samowzmocnienie zaangażowanych struktur. Przyrost mięśni jest zawsze procesem zamkniętym, co oznacza, że zrobienie kroku w tył (uszkodzenie) jest konieczne do zrobienia kroku w przód (naprawa). Możemy wyróżnić kilka faz.

Faza 1 – Reakcja początkowa Faza reakcji początkowej obejmuje natychmiastowe zmiany w chemii mięśniowej następujące podczas treningu, które położą podwaliny pod późniejszą naprawę i przyrost. Faza reakcji początkowej będzie pod wieloma względami kontrolował potencjalny rozmiar późniejszych sygnałów. W procesie anabolicznym, etap ten jest klasyfikowany poprzez uwalnianie kwasu arachidonowego z komórek mięśniowych oraz wytwarzanie aktywnych komunikatorów, w tym prostaglandyn, cytokin, leukotrienów i prostacykliny. Zaczyna się to od rozpadu zewnętrznej warstwy fosfolipidów komórek mięśniowych, który jest inicjowany przez rozpad komórkowy spowodowany treningiem.
W reakcji na wystąpienie urazu następuje uwolnienie fosfolipazy, która z kolei powoduje uwolnienie części fosfolipidów zmagazynowanych w warstwie zewnętrznej komórek mięśniowych. Szczególne znaczenie na tym etapie ma ekscentryczna część ruchu treningowego, która stanowi przeciwieństwo podnoszenia ciężaru – następuje rozciągnięcie mięśnia pod wpływem oporu. Ilość uwolnionego kwasu arachidonowego, który jest centralnym lipidem bioaktywnym w procesie anabolicznym, będzie w dużej mierze kontrolować wydarzenia mające miejsce na tym etapie. Kwas arachidonowy jest lokalnie i bezzwłocznie konwertowany za pośrednictwem enzymów na wiele aktywnych anabolicznych produktów końcowych, z których najważniejsze (dla przyrostu mięśni) są prostaglandyny, które są wytwarzane w wyniku interakcji z enzymami cyklooksygenazy. Prostaglandyny (głównie PGE2 i PGF2alfa) będą kontrolować większą część kolejnej fazy – lokalnej preaktywacji tkanek. Dodatkowo, prostaglandyna PGE2 będzie działać na rzecz lokalnego zwiększenia poziomów tlenku azotu, który również stanowi aktywną cząsteczkę w procesie anabolicznym. Jej działanie obejmuje również poszerzanie naczyń krwionośnych (w celu zwiększenia przepływu składników odżywczych i hormonów do mięśni) i zwiększenie produkcji HGF (hepatocytowy czynnik wzrostu) dla celów aktywacji komórek satelitarnych. Kwas arachidonowy przyczynia się do stanów zapalnych i sygnalizacji bólu, natomiast jego uwolnienie odgrywa istotną rolę w bolesności występującej w wyniku produktywnej sesji treningowej. Intensywność ćwiczeń i gęstość kwasu arachidonowego w warstwie fosfolipidów (dostępność kwasu arachidonowego ostatecznie staje się czynnikiem ograniczającym wytwarzanie prostaglandyn anabolicznych) determinuje jaka ilość będzie uwolniona podczas treningu. Ilość kwasu arachidonowego zmagazynowanego w tkance mięśni szkieletowych stale się zmienia. W regulacji tej udział bierze wiele czynników, z których najważniejszymi są dieta i dzienne zużycie. Regularne ćwiczenia oporowe wyczerpują zasoby kwasu arachidonowego, zastępując je innymi, bardziej licznymi, kwasami tłuszczowymi. Dostępność mniejszej ilości kwasu arachidonowego powoduje spadek zdolności reagowania układu prostaglandyny na regularne ćwiczenia. Na potrzeby tego artykułu obraz opisanej sytuacji jest dość mocno urposzczony – ale wystarczający do nakreślenia omawianego tematu.

Lokalna preaktywacja tkanek to Faza 2 – charakteryzuje się lokalnie zwiększoną ekspresją czynnika wzrostu i wrażliwości tkanek na działanie hormonów anabolicznych. Osoby, które zastanawiały się dlaczego leki anaboliczne nie działają bez treningu znajdą w tym miejscu odpowiedź. Mówiąc wprost, wasze mięśnie muszą najpierw zostać preaktywowane do reakcji na działanie tych leków. Jednym ze sposobów, w który organizm to osiąga jest zwiększenie gęstości pewnych receptorów w konkretnych mięśniach (a konkretnie we włóknach), w których musi zainicjować naprawę. Dotyczy to, między innymi, receptorów androgennych, IGF-1, MGF i insuliny. Uszkodzenia mięśni wywołane rozciąganiem i reakcja w Fazie I są w tym przypadku głównymi czynnikami wyzwalającymi. Regulacja gęstości receptorów jest istotna, ponieważ zapobiega stymulacji przez hormony anaboliczne przyrostu tkanek w miejscach organizmu, które tego nie potrzebują. Gęstość receptorów może być więc równie potężną siłą regulującą w działaniu farmakologicznym leków anabolicznych, co poziomy w surowicy samych leków. Musimy pamiętać, że następuje interakcja dwóch różnych składników zanim komunikat o konieczności zwiększenia przyrostu zostanie wysłany do komórki mięśnia. Z jednej strony mamy hormon lub czynnik wzrostu, taki jak testosteron, IGF-1, MGF lub insulina, natomiast z drugiej mamy receptor odpowiadający hormonowi lub czynnikowi. Wstrzykiwanie egzogennych leków anabolicznych ułatwia skuteczniejsze wiązanie receptorów i sygnalizację anaboliczną poprzez dostarczenie większej ilości hormonów/czynników wzrostu będących komunikatorami. Im więcej hormonów lub czynników wzrostu znajduje się w pobliżu komórki, tym nastąpi więcej wiązań i aktywacji miejsc receptorowych. Nie możemy jednak zapominać, że posiadanie większej ilości miejsc receptorowych (w miejsce większej liczby hormonów) może również ułatwić ten proces. Większa liczba receptorów oznacza, że istniejące hormony lub czynniki wzrostu szybciej je odnajdą. Szybsze wiązanie oznacza szybsze wysłanie komunikatu anabolicznego, co z kolei oznacza, że komunikator anaboliczny będzie miał większą szansę znaleźć kolejne miejsce receptorowe (aby wysłać kolejny komunikat) zanim zostanie rozłożony na enzymy. Najważniejszym aspektem jest to, ile sygnałów może zostać wysłanych w określonym czasie. Z jednej strony mamy zwiększenie wrażliwości tkanek na działanie hormonów anabolicznych i czynników wzrostu, to również kluczowa w fazie lokalnej preaktywacji tkanek jest lokalna ekspresja pewnych kluczowych czynników wzrostu. Dotyczy to IGF-1, MGF, FGF, HGF.TNF, IL-1 i IL-6. Związki te zostaną uwolnione i będą współpracować nad komórkami satelitarnymi i włóknami uszkodzonych mięśni w ramach czegoś, co przypomina wielką symfonię anabolizmu mięśni, i każdy będzie odgrywał ważną rolę w tym procesie. W wielu przypadkach, aktywność jednego związku zapewnia prawidłowe działanie innego związku, krótko mówiąc wszystkie związku uczestniczące w w całym procesie regeneracji wspierają się.

UWAGA : Inhibicja enzymu cyklooksygenazy-2 (COX 2) lekami przeciwzapalnymi, takimi jak ibuprofen, paracetamol lub aspiryna, uniemożliwia tworzenie się aktywnych prostaglandyn. Kaskada procesów anabolicznych jest blokowana z niedostatecznym wytwarzaniem prostaglandyn zakłócając tym samym normalny proces syntezy białka po zakończeniu ćwiczeń. Często zaleca się przyjmowanie tego typu leków wyłącznie, gdy jest to niezbędne.

Ostatnia faza :3
W fazach 1-2 następuje preaktywacja lokalnych tkanek mięśniowych. W fazie 3 hormony i czynniki wzrostu zaczynają działać, aby dokończyć robotę. Sklasyfikujemy tę fazę, jako jedno ciągłe działanie anaboliczne wywołane łącznym działaniem wielu hormonów anabolicznych i czynników wzrostu, w tym androgenów, insuliny, IGF-1, IGF2, MGF, FGF, HGF,TNF, IL-1 i IL-6. Jest to czas, gdy w mięśniach następuje fizyczna naprawa i hipertrofia, z kolei każdy związek będzie odgrywać złożoną rolę w tym procesie. Musimy pamiętać, że wszystko, co działo się do tej pory (działania w Fazie I i II) określało siłę reakcji przyrostu poprzez modyfikację gęstości receptorów i ekspresję hormonów/czynników wzrostu. Bardzo uważnie prześledzimy działania poszczególnych składników anabolicznych. W tej fazie zakończy się naprawa a przyrost tkanek następuje przy udziale następujących hormonów i czynników wzrostu

Hepatocytowy czynnik wzrostu (HGF) – to czynnik wzrostu wiążący heparynę, który mieści się na zewnętrznej powierzchni nieuszkodzonych komórek. W momencie wystąpienia urazu, czynnik przenosi się do komórek satelitarnych, wyzwala ich działanie i wejście w cykl komórkowy. Ekspresja HGF jest regulowana poprzez uwolnienie tlenku azotu, które jest stymulowane w momencie wystąpienia urazu, aby wspomóc przepływ składników odżywczych i hormonów do miejsca urazu. PGE2 odgrywa kluczową rolę w syntezie tlenku azotu i uwalnianiu HGF.

Androgeny (hormony naśladowane przez sterydy anaboliczne/androgenne) stanowią silne wsparcie dla syntezy białka w tkance mięśni szkieletowych. Wiadomo także, że stymulują one lokalną ekspresję IGF-1, więc skutki działania tych hormonów są odczuwalne również w cyklu komórek satelitarnych (co być może wyjaśnia dlaczego są tak silnymi stymulantami przyrostu mięśni). Warto również zaznaczyć, że kwas arachidonowy zwiększa gęstość receptorów androgennych w tkankach mięśni szkieletowych. Jest to przydatne w poskładaniu powiązań biochemicznych reakcji Fazy 1-2 w jedną całość.

Insulinopodobny czynnik wzrostu IGF-1 – to hormon insulinopodobny o działaniu anabolicznym. Zgodnie z nazwą, niektóre z jego działań są również insulinopodobne. IGF-1 poprawia syntezę białek i wspiera proliferację i dyferencjację komórek satelitarnych
Prostaglandyna PGF2 alfa silnie reguluje w górę ekspresję receptora IGF-1. Uważa się również, że PGE2 odgrywa rolę w poprawie lokalnej syntezy IGF-1.

Insulinopodobny czynnik wzrostu II (IGF-II) – to drugi insulinopodobny czynnik wzrostu, który odgrywa rolę w proliferacji komórek satelitarnych. W odróżnieniu od IGF-1, ekspresja IGF-II nie wykazuje drastycznego wzrostu w reakcji na ćwiczenia.
Mechaniczny czynnik wzrostu (MGF) – Mechaniczny czynnik wzrostu to niedawno odkryty wariant insulinopodobnego czynnika wzrostu I. Jest to czynnik wzrostu wytwarzany podczas alternatywnej sekwencji splatania białka IGF, odgrywający istotną rolę we wspomaganiu proliferacji mioblastów. Ekspresja MGF, podobnie do wielu opisanych tu czynników wzrostu, jest silnie regulowana w górę w tkance mięśniowej w reakcji na bodziec rozciągania.
Czynnik wzrostu fibroblastów (FGF) – jest w istocie rodziną czynników wzrostu z dziewięcioma różnymi izoformami (od FGF-1 do FGF-9). Pełna rola, którą FGF odgrywa w hipertrofii mięśniowej w życiu dorosłym nie jest do końca znana, lecz uważa się, że jest on silnym proliferatorem komórek satelitarnych i służy zwiększaniu ich populacji. FGF mogą również odgrywać rolę w dyferencjacji komórek. Podobnie jak w przypadku wielu czynników wzrostu, regulacja w górę ekspresji FGF jest wprost proporcjonalna do stopnia uszkodzenia tkanki. FGF-2 i FGF-4 wydają się być najbardziej licznymi przedstawicielami tej rodziny w dojrzałych tkankach mięśniowych.
Insulina – Poprawa syntezy białka i hamowania rozpadu białka, insulina jest najważniejszym hormonem transportującym składniki odżywcze w organizmie. Działanie insuliny pozwala komórkom na transportowanie glukozy i aminokwasów przez błonę komórkową. Ekspresja receptorów insuliny jest silnie regulowana w wyniku ćwiczeń urazowych, aby bezzwłocznie dostarczyć większą ilość składników odżywczych do miejsca urazu. Regulacja jest silnie łączona z prostaglandyną PGE 2.
Cytokiny (IL-1, IL-6, TNF) – Cytokiny to grupa związków immunomodulujących, ale dla uproszczenia uznamy że to czynniki wzrostu. Cytokiny IL nazywane są interleukinami, z kolei TNF to skrót od czynnika martwicy nowotworów. Cytokiny, stymulują np : migrację limfocytów, neutrofili, monocytów i inne komórek leczniczych do miejsca uszkodzenia mięśnia, aby wspomóc naprawę komórek. Cytokiny pomagają również w inny sposób, np. w usuwaniu uszkodzonych komórek i regulacji reakcji zapalnych, w tym produkcji niektórych prostaglandyn. Prostaglandyny odgrywają istotne role w ekspresji wszystkich trzech opisanych tu cytokin.

Prostaglandyny -Mimo, że są to kluczowe reakcyjne substancje chemiczne, prostaglandyny odgrywają rolę w całym procesie budowania mięśni (włącznie z Fazą 3). Dotyczy to wsparcia proliferacji receptorów hormonalnych, poprawy syntezy białka oraz intensyfikacji sygnalizacji anabolicznej IGF-1 za pośrednictwem szlaku dzielonego (PI3K).
Estrogeny – Mimo, że nie zostały konkretnie wyeksponowane w niniejszym opracowaniu, estrogeny odgrywają pomniejszą rolę w procesie anabolicznym. Dotyczy to wsparcia w zwiększaniu gęstości receptorów androgennych w niektórych tkankach (choć niekoniecznie dotyczy to mięśni szkieletowych), stymulacji osi GH/IGF-1 i poprawy wykorzystania glukozy w przyroście i naprawie tkanek.

Źródło :

1. Wprowadzenie do fizjologii klinicznej. Nazar
2. An unbiased look at the world of Performance Enhancing Drugsby Joseph King.
3. Chemical muscle enhancement. – L.Rea
4. William Llewellyn’s – Anabolics
5. Endokrynologia ogólna i kliniczna Greenspana – David G. Gardner, Dolores Shoback