Физическая нагрузка и ИФР-1

Введение

Актуальность исследования. Физические нагрузки являются одним из основных стимулов активации системы гормон роста (ГР) - инсулиноподобный фактор роста 1 (ИФР), играющей важную роль в процессах клеточного роста и развития.
Инсулиноподобный фактор роста 1 (ИФР-1, соматомедин С, англ. IGF1) — белок из семейства инсулиноподобных факторов роста по структуре и функциям похожий на инсулин. Он участвует в процессах роста, развития клеток и в дифференцировке стволовых клеток в клетки тканей и органов организма. ИФР-1 является важнейшим посредником действия соматотропного гормона (гормона роста), поэтому называется также соматомедином С.
ИФР-1 производится гепатоцитами печени (клетки печени) в ответ на стимуляцию их соматотропиновых рецепторов (рецепторов гормона роста). В периферических тканях именно ИФР-1 обеспечивает практически все физиологические эффекты соматотропного гормона (гормона роста).
Цель исследования – рассмотреть связь ИФР-1 с физическими нагрузками человека.
Следующие задачи были поставлены для достижения цели исследования:
- рассмотреть теоретические основы ИФР-1: понятие и сущность;
- рассмотреть понятие физических нагрузок и особенности применения ИФР-1;
- проанализировать влияние физических нагрузок на ИФР-1 у пожилых людей;
- рассмотреть инсулиноподобные факторы роста;
- изучить влияние физической тренировки на систему СТГ-ИФР-1.
Теоретическая база исследования составила научная литература, монографии и статьи, которые посвящены теме исследования, отечественных и иностранных авторов.
Методы исследования: историко-генетический, анализ специализированной литературы, наблюдение, обобщение, анализ эмпирической базы исследования.
Структура работы: работа состоит из введения, основного текста, разбитого на параграфы, заключения и списка литературы.


1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИФР-1: ПОНЯТИЕ И СУЩНОСТЬ

Несмотря на разнообразие историй жизни млекопитающих, были выявлены постоянные модели ковариации. Меньшие виды обычно демонстрируют «более быструю» историю жизни, быстро развиваясь и размножаясь, но умирая молодыми. 
Гормональные механизмы с плейотропными эффектами могут опосредовать широкие паттерны жизненного цикла. Инсулиноподобный фактор роста-1 (ИФР-1) является одним из таких механизмов, поскольку повышенная активность ИФР-1 связана с признаками, связанными с более быстрой историей жизни, такими как увеличение роста и размножения, но уменьшение продолжительности жизни. 
Используя сравнительные методы, можно сделать вывод, что среди 41 вида млекопитающих повышенные концентрации ИФР-1 в плазме связаны с быстрой историей жизни и патологическими репродуктивными паттернами. Анализ межвидовых путей показывает, что влияние ИФР-1 на эти широкие паттерны изменения жизненного цикла связано с его прямым воздействием на некоторые индивидуальные жизненные признаки (размер тела взрослого человека, скорость роста, скорость основного обмена) и через его косвенное влияние на оставшиеся черты жизненной истории. 
Роль ИФР-1 как механизма, опосредующего изменения жизненного цикла, сохраняется в течение эволюционного периода времени, определяющего диверсификацию млекопитающих, что связи гормон-признак могут развиваться как единое целое, и что наборы признаков жизненного цикла могут быть корректируется в ответ на отбор через изменения ИФР в плазме и через его косвенное влияние на оставшиеся черты жизненного цикла. 
Инсулиноподобный фактор роста-1 (ИФР-1) является гормоном, который функционирует в качестве основного медиатора, стимулируемого гормоном роста (GH) соматического роста, а также медиатором GH-независимых анаболических реакций во многих клетках и тканях. ИФР-1 представляет собой небольшой пептид (молекулярная масса 7647), который циркулирует в сыворотке, связанной с белками, связывающимися с высокой аффинностью. ИФР-1 является необычным пептидом в этом отношении, поскольку он более чем на 99 процентов связан с белками.

Рисунок 1 - Структура ИФР-1 на основе файла PDB (Protein Data Bank).
ИФР-1 – расшифровывается данный гормон полипептидного происхождения как инсулиноподобный фактор роста. У подрастающего организма в период развития и полового созревания отвечает за удлинения трубчатых костей. У взрослых же людей инсулиноподобный фактор роста ответственный за укрепление и гипертрофию мышечных волокон. После введения экзогенного препарата, полураспад гормона ИФР-1 происходит всего лишь за треть часа.
ИФР-1 вырабатывается главным образом печенью как эндокринный гормон, а также в тканях-мишенях паракринным/аутокринным способом. Продукция стимулируется гормоном роста (GH) и может замедляться недостаточным питанием, нечувствительностью к гормонам роста, отсутствием рецепторов гормона роста или сбоями нижестоящего сигнального пути после рецептора GH, включая SHP2 и STAT5B.
Выделены два вида инсулиноподобных факторов роста: ИФР-I и ИФР-II. Они представляют собой одноцепочечные полипептиды, состоящие из 70 и 67 аминокислотных остатков соответственно. Степень сходства между двумя этими гормонами достигает 62%, причем аминокислотные остатки в каждом из них на 50% идентичны таковым в инсулине.
Вклад различных гормонов в регуляцию роста зависит от стадии онтогенеза (рисунок 2). В эмбриональном периоде рост обеспечивают преимущественно инсулин, ИФР-2 и ИФР-1. Главные регуляторы роста в постнатальном периоде – СТГ и ИФР-1.


Рисунок 2 - Вклад различных гормонов в регуляцию роста на разных стадиях онтогенеза человека.
ИФР-1 секретируется из гепатоцитов в сыворотку, где он связывается с инсулиноподобным белком, связывающим фактор роста - IgFBP. Известно шесть типов IGFBP. У человека ИФР-1 является основой. IGFBPs играют важную роль в обеспечении хранения ИФР-1 путем продления периода его распада и защиты тканей от нежелательных эффектов ИФР-1.
Эти белки модулируют клеточный ответ на ИФР. IGFBP-3 регулирует рост независимо от ИФР-1. Действующий IGFBP-3 (независимо от ИФР-1) может специфически связываться с белками или мембранными рецепторами. В центральной области молекулы IGFBP-3 находится фрагмент, способный связываться с мембранным рецептором в клетках рака молочной железы.
2. ПОНЯТИЕ ФИЗИЧЕСКИХ НАГРУЗОК И ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ИФР-1

Физическая активность относится к любым движениям тела, производимым скелетными мышцами, которые увеличивают расход энергии выше базального уровня. Его можно разделить на две основные категории. Одним из них является упражнение, которое включает в себя структурированные и повторяющиеся движения тела.
Другой - это физическая активность, не связанная с физическими упражнениями, например, стояние, поездка в школу, на работу или обратно, или участие в работе по дому или профессиональной работе. Физическая активность как физическая, так и физическая активность может быть далее классифицирована по уровню интенсивности: легкая, умеренная и энергичная. Хотя физическая активность с высокой интенсивностью (например, бег трусцой) может обеспечить большую пользу для физической подготовки и сжигать больше калорий за единицу времени, чем физическая активность умеренной интенсивности (например, быстрая ходьба).
Существует основная классификация физической активности.
- Аэробные упражнения. В процессе рендеринга организм насыщается кислородом, укрепляет сердечно-сосудистую и дыхательную системы, повышает выносливость и повышает иммунитет, снижая лишний вес. К этому виду физической активности относятся все активные виды спорта, занятия танцами, аэробика и плавание, бег и ходьба, а также любые физические нагрузки, ускоряющие сердечный ритм. Интенсивность работы во время занятий аэробикой зависит от состояния здоровья. Людям, получившим травмы или имеющим серьезные хронические заболевания, рекомендуются легкие и легкие кардио, такие как ходьба, езда на велосипеде, плавание, танцы.
- Анаэробные упражнения. Такие нагрузки включают в себя фитнес-тренировку, бег, тяжелые упражнения с весом или дополнительные веса. Результатом этой работы является значительное увеличение объема и массы мышц, увеличение силы и улучшение физической формы. Сильные анаэробные физические упражнения имеют ряд противопоказаний, поэтому, прежде чем заняться ими, следует проконсультироваться с врачом. Для поддержания хорошей формы не нужно работать с большим рабочим весом, как это делают люди, желающие увеличить мышечную массу.
- Гипоксические упражнения. Физические нагрузки этого типа чаще всего практикуют профессиональные спортсмены. Гипоксические упражнения выполняются в условиях дефицита кислорода и предназначены для максимально возможной выносливости организма, а также минимизируют период адаптации организма к необычным условиям и обстоятельствам.
- Упражнения для развития гибкости. Упражнения на растяжку предотвращают преждевременное ухудшение состояния суставов и улучшают состояние суставной капсулы, а также предотвращают артрит, остеоартроз и другие заболевания. Кроме того, при увеличении эластичности мышц и соединительной ткани риск травмирования сводится к минимуму.
- Упражнения на развитие силы

. Эти занятия тонизируют, укрепляют и развивают мышцы, улучшают физические возможности организма, стимулируют обмен веществ и замедляют процесс старения. Положительный результат в силовых тренировках достигается только тогда, когда выполняются следующие два условия: во-первых, нагрузка должна соответствовать исходному уровню тренировки мышц, а во-вторых, интенсивность воздействия на организм должна постоянно усиливаться.
- Упражнения на развитие скорости. Физические нагрузки, оказываемые на организм во время скоростных тренировок, не требуют высокого уровня выносливости, поскольку их продолжительность не превышает 15 секунд. Довольно длительный период отдыха между скоростными подходами дает человеку возможность восстановиться.
Инсулиноподобный фактор роста, по сути, является медиатором эффектов гормона роста. Он также положительно влияет на рост костей, мышечных тканей и внутренних органов. Он даже также может увеличивать количество клеток, то есть включает механизм гиперплазии. Однако в отличие от ГР, он обладает более инсулиноподобным действием. Иначе говоря, также, как и инсулин, ИФР-1 может влиять на рост тканей за счет поглощения глюкозы, аминокислот, жиров и т. п. При значительных дозировках инсулиноподобный фактор роста может вызвать развитие резкого падения уровня сахара в крови и возникновение тяжелой гипогликемии.
Наряду с инсулином ИФР-1 приводит к активному росту жировой ткани. Для спортсменов силовых видов, в частности для бодибилдеров, препарат полезен как один из тех, которые ведут к увеличению мышечной массы и укреплению соединительной ткани. Чтобы предупредить себя от опасных побочных явлений, каждый атлет перед началом его приема должен изучить все возможные негативные и положительные эффекты.
ИФР-1 неоднократно проверялось на лабораторных животных. Проверялись две его способности: наращивание мышц на взрослых особях и омоложение на старых особях. В первом случае была контрольная группа, которая подвергалась физическим нагрузкам без препарата, а вторая с пептидом. После истечения нужного срока по времени, контрольные крысы из второй группы, которые употребляли инсулиноподобный фактор роста, выглядели намного больше, да и справлялись с нагрузками намного лучше. В проверке на омоложение принимали препарат пожилые крысы, чей возраст превышал два года.
В ходе эксперимента было выяснено, что животные совсем не потеряли в мышечных объемах, стали более подвижными и живыми. Исходя из результатов исследований, можно с уверенностью подтвердить работоспособность инсулиноподобного фактора роста.
Можно выделить следующие преимущества применения ИФР-1 в физических нагрузках и активных видах спорта:
- Усиленная гиперплазия мышечных волокон;
- Антикатаболическое воздействие на мышечную ткань;
- Защита печени;
- Омоложение всех клеток тела, повышение упругости кожных покровов;
- Иммунопротекторный эффект;
- Общий синергический эффект со всеми гормонами пептидного происхождения (усиливает действие инсулина, гормона роста);
- Предотвращает травмы и способствует заживлению поврежденной костной и хрящевой тканей;
- Способствует увеличению силовых показателей;
- Хорошо помогает устранить лишние жировые отложения.

Как показывает статистика, злоупотребление инсулиноподобным фактором роста приводит к развитию таких побочных эффектов, как:
- развитие и рост раковых клеток;
- боль в суставах и местах крепления связок;
- рост миндалин и появление храпа;
поражение нервной системы, выражающееся в частых головокружениях, головных болях, проблемах с органами слуха, рвоте;
- рост внутренних органов;
- увеличение потребности сердца в кислороде (проявляется в виде одышки);
- акромегалия.
Также, выделяют особенности применения ИФР-1. Инсулиноподобный фактор роста не следует применять в качестве чудодейственной таблетки для похудения и наращивания мышц. Несомненно, благодаря его применению можно добиться ошеломительных результатов, но если его принимать без корректировки питания и без соответствующего тренировочного комплекса, то вряд ли получится нормальный эффект. Если главная цель применения – спортивная нагрузка и сушка тела, то его рекомендуют применять с жиросжигателями или кленбутеролом, перейти на низкоуглеводное питание, а в тренировочный процесс добавить кардиотренировки в сочетании с базовыми упражнениями в силовом режиме.
Для набора мышечной массы также рекомендуется применять спортивное питание: аминокислоты, гейнер, креатин. Пища должна быть полна медленных углеводов в виде каш, а тренинг должен быть разнообразный (сочетание многоповторной работы с силовой), кардиотренировки лучше исключить для предотвращения состояния катаболизма.
Исследования показывают, ИФР-1 играет ключевую роль в упражнениях, связанных с ростом и развитием мышц. Ответ ИФР-I связан с интенсивностью и продолжительностью упражнений. После кратковременных (20 мин) упражнений на эргометре сообщалось о повышении ИФР-I, но после 3-х часовых упражнений на выносливость уровень ИФР-1 снижался и не менялся после интервальных тренировок. В том же исследовании IGFBP-3, по-видимому, увеличивается во время упражнений. Это говорит о том, что более длительные физические упражнения вызывают снижение общего уровня ИФР-1.

2.1 ВЛИЯНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ НАГРУЗОК НА ИФР-1 У ПОЖИЛЫХ ЛЮДЕЙ

Влияние физических упражнений на здоровье более отчетливо проявляется у пожилых людей, где физические упражнения улучшают учебу, память и исполнительную функцию. Это предотвращает возрастные заболевания в областях мозга, которые играют ключевую роль в высших когнитивных процессах.
Кроме того, ИФР-1, как аналог проинсулина, является мощным фактором выживания нейронов и олигодендроцитов. ИФР-1 участвует в развитии и дифференцировке нейронов головного мозга. Кроме того, ИФР-1 может влиять на процесс нейрогенеза и сиртуина, что может способствовать защите от травм головного мозга.
ИФР-1 инициирует каскадный анаболический процесс в мозге, улучшает мозговой пластический механизм и запускает нейропротективные пути. У пожилых наблюдается возникновение депрессивного настроения и депрессивных состояний. В исследовании 20 человек в возрасте 60-65 лет было показано, что силовые тренировки помогают повысить уровень ИФР-1. Это отрицательно коррелировало с визуальной аналоговой шкалой (VAS) результатов настроения.
В исследованиях на грызунах улучшились некоторые основные параметры мозга, особенно в гиппокампе. Умеренные длительные упражнения вызывали и повышали уровень ИФР-1, а также энергетические параметры.


3. ИНСУЛИНОПОДОБНЫЕ ФАКТОРЫ РОСТА

Можно с точностью утверждать, что на данный момент установлен факт увеличения ИФР-I в ответ на выполнение физических упражнений. В исследованиях показывается, что индуцированное физическими упражнениями повышение уровня ИФР-I происходит после очень непродолжительной физической нагрузки (т. с. около 90 с), через 10 мин после начала выполнения аэробных, а также при интенсивности упражнений ниже и выше ПАНО (порога анаэробного обмена).
Анаэробный порог - это метаболический порог, характеризующийся как самая высокая рабочая нагрузка, при которой организм способен достичь устойчивого состояния, так что накопление и выведение молочной кислоты находятся в равновесии.

Рисунок - Аэробный порог (первый анаэробный порог) и лактатный порог (второй анаэробный порог или ПАНО).
Механизм временного увеличения содержания ИФР-I в крови в ответ на физическую нагрузку далеко не очевиден. С одной стороны, это может быть классический механизм увеличения выделения ИФР печенью вследствие роста уровня секреции СТГ, индуцированного физическими упражнениями.
Следовательно, анаэробный порог важен для долгосрочных эксплуатационных характеристик, поскольку он представляет наибольшую интенсивность рабочих характеристик, которую можно терпеть в течение относительно длительных периодов. Когда порог превышен, накопление молочной кислоты в мышцах может вызвать усталость за короткий промежуток времени.
Увеличение СТГ происходит преимущественно в ответ на выполнение упражнений с высокой интенсивностью, в то время как возрастание ИФР-I наблюдается как при высокой, так и при низкой интенсивности выполнения упражнений. Более того, уровень ИФР-I достигает своего максимального значения раньше, чем уровень СТГ (10 и 30 мин соответственно). При этом увеличение концентрации ИФР-I в сыворотке крови, обусловленное синтезом этого белка de novo в печени и выделением его в систему кровообращения, наблюдается через несколько часов после применения экзогенного соматотропного гормона.
Кроме того, в исследованиях прошлых лет показано, что занятия физическими упражнениями приводят к увеличению уровня ИФР даже у лиц с недостаточностью функции гипофиза. Эти исследования свидетельствуют о том, что обусловленное физической нагрузкой повышение уровня ИФР-I в действительности не имеет отношения к СТГ и должно отражать быстрые изменения распределения ИФР-I в системе кровообращения, связанные с выбросом из внутриклеточных депо или снижением эффективности его выведения из организма