Цымбалюк А.Н, Гукасян А.А.

Днепропетровский национальный университет имени Олеся Гончара

Украина

Роль тестостерона для организма человека

Изменение уровня гормона во время силовой нагрузки

Обзор литературы

В настоящее время очень широко распространены заболевания вызванные гормональными нарушениями. В данной работе будет раскрыта роль стероидного гормона тестостерона для нормального функционирования человеческого организма, основные последствия связанные с колебанием его уровня, значение его величины для постановки диагноза. Также причины и факторы, которые будут влиять на достоверность самого результата анализа.

Тестостеро́н – стероидный гормон из группы андрогенов, вырабатываемый главным образом яичками, а также надпочечниками, яичниками и др. Участвует в развитии мужских половых органов, вторичных половых признаков, регулирует сперматогенез и половое поведение, а также оказывает влияние на азотистый и фосфорный обмен.

Биологическое действие тестостерона наиболее специфично проявляется в тканях-мишенях, где происходит его избирательное накопление, а именно: в клетках семенных канальцев, придатке яичка, предстательной железе, семенных пузырьках, гипоталамусе, матке, овариальных фолликулах.

Согласно имеющимся данным, метаболическое действие тестостерона опосредовано рецептором андрогенов в цитоплазме клетки. В клеточной цитоплазме он связывается с рецепторным белком. После формирования комплекса происходит активация и перемещение тестостерона в клеточное ядро. Связывание комплекса с хромосомными белками запускает процесс образования мРНК, необходимой для синтеза белков, отвечающих за осуществление эффектов тестостерона. В скелетной мышце основным местом действия тестостерона является синтез белков, формирующих миофибриллы. Благодаря этому тестостерон вносит свой вклад в развитие мышечной гипертрофии. Рецептор способен взаимодействовать с тестостероном и некоторыми другими андрогенами. В волокнах скелетной мышцы, а также клетках костной ткани тестостерон обладает более высокой чувствительностью к рецептору по сравнению с другими андрогенами. Во всех остальных клетках наибольшей чувствительностью характеризуется 5а-дигидротестостерон. В такой ситуации после того как тестостерон попадает в клетку он должен быть преобразован в 5а-дигидротестостерон. В скелетных мышцах и костной ткани превращение тестостерона в 5а-дигидротестостерон не происходит. Информация, содержащаяся в мРНК, передается в процессе синтеза клеточных белков в рибосомах. Состояние клеточных рецепторов регулируется за счет увеличения или уменьшения количества мест связывания и изменения чувствительности связывания. Таким образом, влияние тестостерона на метаболические процессы зависит от его выработки, а также от стимуляции или подавления функции специфического клеточного рецептора. Следовательно, усиление метаболического воздействия гормона может быть обусловлено не только повышенной концентрацией гормона в межклеточной жидкости, но и в результате увеличения количества мест связывания и/или повышения чувствительности рецептора к гормону.

Тестостерон, обнаруживаемый в плазме крови у женщин, образуется главным образом в коре надпочечников и в качестве дополнительного продукта в биосинтезе глюкокортикоидов. В секрете коры надпочечников содержатся андрогенные стероиды, которые могут превращаться в периферических тканях организма в тестостерон. Выработка тестостерона у женщин зависит от интенсивности биосинтеза глюкокортикоидов, стимуляция которого осуществляется адренокортикотропным гормоном (АКТГ), образующимся в передней доле гипофиза, поэтому у женщин роль лютеинизирующий гормон (ЛГ) в контроле уровня тестостерона в крови весьма незначительна, если она вообще существует. Таким образом, при сравнении различного характера изменений уровня тестостерона у мужчин и женщин необходимо принимать во внимание принципиальные половые различия механизмов его контроля. Несмотря на то что уровень тестостерона у взрослых женщин примерно в 10 раз ниже по сравнению с мужчинами, его метаболические эффекты проявляются далеко не в столь ослабленной степени. У женщин влияние тестостерона усиливается в зависимости от продукции эстрогенов (Danhaive, Rousseau, 1988). Было высказано предположение, что повышенная чувствительность к тестостерону связана со стимуляцией функции рецепторов андрогенов. Возможно также, что у женщин тестостерон имеет более благоприятные условия для конкуренции за рецепторы глюкокортикоидов.

Тестостерон циркулирует в крови как в свободном (свободный тестостерон, testosterone free) так и в связанном с белками плазмы (сексгормонсвязывающим глобулином и альбумином) состояниях. В тканях-мишенях он превращается в более эффективный дигидротестостерон. Его инактивация в 17-кетостероиды завершается в печени. Биологически активной частью тестостерона крови, является свободный тестостерон. Именно на его уровень ориентируются при постановке диагноза.

Нормы гормона

В разных клинических лабораториях нормы содержания тестостерона могут изменяться в зависимости от метода определения. В большинстве лабораторий нормой тестостерона является 11-33 нмоль/л у мужчин и 0,24—2,7 нмоль/л у женщин.

Симптомы высокого уровня тестостерона у женщин

Незначительное и умеренное повышение уровня мужских половых гормонов может наблюдаться при синдроме поликистозных яичников (СПКЯ). Другая причина повышения уровня андрогенов у небеременных женщин - это врожденная гиперплазия надпочечников (точнее коры надпочечников), и реже обретенная гиперплазия коры надпочечников. Все врожденные гиперплазии надпочечников связаны с недостаточностью выработки определенных ферментов и имеют генетическую основу.

У женщин андрогены в характерных для мужчин концентрациях вызывают увеличение размеров клитора и половых губ и сближение половых губ (что делает их более похожими на мошонку), частичную атрофию молочных желёз, матки и яичников, прекращение менструаций и овуляций, бесплодие. У беременной на ранних стадиях высокие концентрации андрогенов вызывают выкидыш в связи с остановкой роста размеров матки и создающейся в матке «теснотой» для плода, несмотря на то, что сами по себе андрогены вызывают расслабление мускулатуры матки подобно прогестерону.

В женском организме тестостерон синтезируется яичниками, превращаясь в клетках зреющего фолликула в эстрогены, способствует развитию молочных желёз (концентрация его во время беременности увеличивается). Повышенная секреция гормона надпочечниками приводит к нарушению генеративной функции яичников, а также вирилизации. [4]

Избыток тестостерона часто является причиной подростковых проблем с кожей (например, акне).

Тестостерон также используют спортсмены для набора мышечной массы и силы. Длительное его применение вызывает снижение выработки собственного тестостерона. [5]

Низкий уровень тестостерона у женщин

Основными симптомами являются: «половая холодность»; ощущение постоянной вялости, низкая сопротивляемость стрессовым факторам; сокращение мышечной массы и физической силы. [5]

Симптомы низкого уровня тестостерона у мужчин

Нарушение полового влечения, проблемы с эрекцией, смены настроения, усталость, беспокойный сон. Среди всех мужчин, у которых уровень тестостерона ниже нормы, половина либо две третьих сообщают медикам о симптомах. [6]

В отличие от менопаузы у женщин, когда уровень эстрогена уменьшается с каждым месяцем, «андропауза» у мужчин – это постепенное снижение уровня тестостерона с годами. Влияние низкого уровня тестостерона на организм может проходить скрыто, а синдромы вовсе оставаться незамеченными.

У мужчин с низким уровнем тестостерона может значительно ухудшиться качество жизни . Низкий уровень мужского гормона связан с некоторыми хроническими заболеваниями, например: ожирение, диабет, депрессия, сердечно-сосудистые заболевания. [7]

Силовая тренировка и тестостерон

Мужской половой гормон – тестостерон оказывает влияние не только на половую активность и эмоциональное поведение (агрессивность и др.), но также вносит свой вклад в контроль метаболизма. Принято считать, что тестостерон является анаболическим гормоном, однако его роль в метаболическом контроле не ограничивается только этим. Тестостерон, благодаря своим эффектам противодействия, влияет на несколько других гормонов. В силовой тренировке основная его роль заключается в индукции синтеза сократительных белков в мышцах, подвергающихся физической нагрузке. Кроме того, в период интенсивных занятий силовыми упражнениями, например во время соревнований, тестостерон, по-видимому, необходим для мобилизации функциональных возможностей.

Гормональный ответ, обусловленный выполнением физических упражнений, зависит от 4 основных факторов: 1) интенсивности упражнений; 2) продолжительности упражнений; 3) уровня адаптации к конкретному виду упражнений; 4) потребностей гомеостаза (Vim А., 1992; Viru A. et al., 1996). Влияние этих определяющих факторов модулируется эмоциональным напряжением, наличием кислорода и углеводов, температурой окружающей среды, биоритмами и утомлением (Viru A. et al., 1996).

Предполагается, что связь между физическими упражнениями и активностью эндокринной системы осуществляется с помощью трех механизмов. Один из них имеет отношение к распространению нервного возбуждения от двигательных центров головного мозга к мотонейронам спинного мозга (центральная двигательная команда). Значение этого механизма для активации эндокринной системы было продемонстрировано в экспериментах с введением тубокурарина мужчинам. Было высказано предположение о том, что во время продолжительных занятий физическими упражнениями на гормональный ответ могут оказывать влияние импульсы от рецепторов, чувствительных к температуре, внутрисосудистому давлению, давлению кислорода и наличию глюкозы (Galbo, 1983). Однако прежде всего следует обращать внимание на цепь обратной связи, осуществляемой с помощью нервных импульсов от рецепторов, расположенных в скелетных мышцах (проприорецепторов, чувствительных к мышечному давлению, и метаболических рецепторов, реагирующих па накопление продуктов обмена).

При выполнении циклических упражнений было обнаружено, что уровень интенсивности существенно влияет на изменения уровня ряда гормонов. Физические упражнения с интенсивностью выше определенного порога вызывают гормональный ответ. Порог интенсивности физических упражнений для катехоламинов (Lehmann et al., 1991), АКТГ (Rakhila et al., 1988), кортизола (Port, 1981), β-эндорфина (Rakhila ct al., 1988) и соматотропного гормона (Chwablinska-Moncta ct al., 1996) близок к анаэробному порогу. У мужчин, выполнявших тест с увеличением нагрузки на велоэргометре, можно было зафиксировать величину интенсивности упражнений, при достижении которой наблюдалось повышение уровня тестостерона (Jezova ct al., 1985). Аналогичные данные были получены в экспериментах Галбо (Galbo ct al., 1977). В то же время результаты ряда других исследований не позволяли сделать вывод о существовании четкой зависимости гормонального ответа от интенсивности упражнений. Тем не менее быстрое однократное применение мышечной силы или мощности, как правило, не вызывает гормонального ответа. По-видимому, имеет значение также продолжительность развиваемого усилия или количество повторений.

Результаты исследований Кремера (Kraemer W.J. ct al., 1989, 1991b) доказывают, что при выполнении упражнении с большой развиваемой мощностью инициация гормональных ответов зависит от комбинированного действия уровня развиваемой мощности и продолжительности выполнения упражнения. Динамика изменений тестостерона. Скорость фактического возникновения гормонального ответа определяется: а) скоростью передачи стимулирующего секрецию сигнала к эндокринной железе (максимальная скорость наблюдается при нервной активации мозгового слоя надпочечников, относительно высокая скорость передачи сигнала — при активации аденогипофиза гипоталамическими нейрогормонами); б) возможностью непосредственной секреции уже синтезированного гормона (как в случае катехоламинов, связанных в цитоплазматических гранулах клеток мозгового слоя надпочечников); в) скоростью биосинтеза гормонов в количестве, необходимом для повышения их уровня в крови во время двигательной активности и его поддержания до окончания занятия.

В результате исследования Уилкерсона (Wilkerson et al., 1980) было сделано заключение о том, что причиной умеренного повышения уровня тестостерона после 20-минутного выполнения упражнений в стационарном режиме было снижение объема плазмы, но не повышение уровня секреции тестостерона. Дополнительной причиной увеличения уровня тестостерона в крови без увеличения секреции является снижение скорости метаболического клиренса тестостерона во время двигательной активности (Sutton et al., 1978). В соответствии с этими данными фактическое увеличение секреции тестостерона при выполнении физических упражнений должно происходить с определенной задержкой. Тем не менее одной из групп исследователей удалось обнаружить достоверное увеличение уровня тестостерона (на 28%) после тестирования на велоэргометре продолжительностью 4,5 мин при высоком уровне интенсивности (5 Вт на 1 кг массы тела) (Jezova et al., 1985).

Поскольку объем плазмы крови во время занятий снижался на 11,8% в случае максимального количества повторений и на 14,4% — в случае принудительного выполнения повторений, величина изменений свободного тестостерона превышает эффект гемоконцентрации после первых двух подходов, а общего тестостерона после 6–8 подходов. В другой работе этой же группы исследователей показано, что четыре подхода приседаний с нагрузкой 10 ПМ (интервал для отдыха 90 с) приводят к повышению концентрации свободного и общего тестостерона, а также АКТГ, кортизола и лактата (Кгаеmег WJ. et al., 1998а). Вместе с тем и здесь существует вклад эффекта гемоконцентрации. Кроме того, следует иметь в виду, что изменения уровня тестостерона в крови не являются прямым отражением изменения уровня секреции. Обнаруженные изменения концентрации имеют важное значение, поскольку метаболическое воздействие гормонов обусловлено именно изменением их содержания в межклеточной жидкости. После интенсивного кругового занятия силовыми упражнениями продолжительностью 30 мин (соотношение работа/отдых 30с; 30с при нагрузке 70% 1 ПМ) у студентов университета мужского пола наблюдалось повышение концентрации тестостерона на 24% по сравнению с исходным уровнем (Jurimae et al., 1990). В заключение было подтверждено, что гормональный ответ на занятия силовыми упражнениями зависит от объема участвующих в выполнении работы мышц, интенсивности тренировочного занятия, продолжительности отдыха в промежутках между подходами и упражнениями, а также предшествующего опыта занятий (Fleck, Kraemer, 1997).

После первого занятия наблюдалось снижение содержания тестостерона и кортизола, однако после второго занятия уровень тестостерона повышался. Подобную реакцию организма можно объяснить циркадными ритмами: во время утреннего занятия повышение тестостерона маскировалось снижением исходного уровня гормона, тогда как во время вечернего занятия пониженный уровень тестостерона создавал более благоприятные условия для его повышения.

Изменение уровня тестостерона во время нагрузок у женщин

В нескольких исследованиях было обнаружено, что у женщин в отличие от мужчин выполнение силовых упражнений не сопровождается повышением уровня тестостерона в крови. При выполнении 8 упражнений для различных мышечных групп с нагрузкой 5 ПМ (интервалы отдыха 3 мин) или 10 ПМ (интервалы отдыха 1 мин) повышение уровня тестостерона наблюдалось только у мужчин, но не у женщин, несмотря на наличие опыта занятий силовыми упражнениями у представителей обоих полов (Kraemer et al., 1991а, 1993). Однако Каминг обнаружил повышение уровня тестостерона на 20% у женщин после занятия, включавшего 6 изокинетических упражнений (Cumming et al., 1987). Хотя уровень ЛГ при этом повышался на 60%, мало вероятно, что это могло быть физиологическим стимулом для выработки тестостерона, поскольку в женском организме этот гормон образуется как дополнительный продукт биосинтеза стероидов в коре надпочечников. Соответственно, у женщин, у которых не обнаруживаются изменения уровня кортизола, не будет повышаться и уровень тестостерона. Для остальных женщин продемонстрировано параллельное увеличение концентрации тестостерона и кортизола (Cumming et al.,1987). Во время выполнения силовых упражнений наблюдалось достаточно значимое относительное повышение содержания тестостерона в крови у мужчин – на 21,6% от более высокого исходного уровня, и у женщин – на 16,7% от более низкого исходного уровня (Weiss et al., 1983). У участников исследований обоих полов отмечалось сходное по величине достоверное повышение уровня андростендиона. Силовые упражнения в течение 40 мин вызывали у женщин в возрасте 19–69 лет более значительное по сравнению с упражнениями на выносливость повышение концентрации другого андрогена, вырабатываемого надпочечниками, – дигидроэпиандростерона (DHEA) (Copeland et al., 2002). Проведено сравнение гормонального ответа у здоровых женщин в ранней фолликулярной и в лютеиновой фазах (Kraemer et al., 1995). Силовые упражнения с низким объемом нагрузки вызывали более значительные изменения эстрадиола в фолликулярной фазе. Изменения соматотропного гормона и андростендиона наблюдались только в лютеиновой фазе, тогда как изменений тестостерона и прогестерона в ответ на данный вид занятий обнаружено не было. Остается нерешенным вопрос о том, влияет ли силовая тренировка на активность ферментов коры надпочечников, ответственных за образование андрогенных стероидов. До настоящего времени не получено результатов, которые бы позволяли дать утвердительный или отрицательный ответ на этот вопрос. Вместе с тем у женщин обнаружены индивидуальные различия в продукции андрогенов. Было выявлено, что тест с интенсивными силовыми упражнениями (aqute resistance exercise test, ARET) вызывает повышение концентрации общего тестостерона на 25%, свободного тестостерона – на 25% и глобулина, связывающего половой гормон (SHBG) – на 4%. Множественный регрессионный анализ показал, что у молодых здоровых женщин уровень изменений тестостерона в ответ на выполнение теста ARET может быть предсказан на основании оценки соотношения толщины кожножировых складок в подлопаточной области и на трицепсе, а также соотношения количества жировых отложений в области предплечья и средней части бедра, определявшихся с помощью МРТ. Соотношение обхватных размеров талии и бедер существенной корреляции с величиной изменений уровня гормонов не обнаруживало (Nindl et al., 2001).

У мужчин уровень тестостерона постепенно возвращается к исходному уровню в течение 1 ч после занятия силовыми упражнениями. У женщин же согласно исследованиям Kraemer W.J низкий уровень тестостерона в крови остается без существенных изменений как во время занятий, так и на протяжении 1 ч после их завершения (Kraemer W.J. et al., 1991а).

Влияние профессиональных (тренировочных) занятий на уровень тестостерона

Исследования в данном направлении были начаты в 1985 г. в Финляндии (Hakkinen ct al., 1985). В частности, было показано, что интенсивная силовая тренировка на протяжении 24 недель не вызывает изменений базального уровня тестостерона в крови. При этом уровень кортизола в крови снижался, а соотношение тестостерон-кортизол возрастало. Такие изменения происходили параллельно с увеличением изометрической силы мышц – разгибателей ноги. При последующей детренировке в течение 12 недель оба показателя снижались до исходных уровней. В случае комбинированной тренировки с использованием прыжков и силовых упражнений (с отягощениями 60–80% 1 ПМ) на протяжении первых 8 недель уровень тестостерона повышался, а кортизола — понижался. После 16 недель тренировок уровень обоих гормонов понижался. В конце 24-й недели средняя концентрация тестостерона и кортизола не отличалась от исходного уровня. Такие гормональные изменения не сопровождались детренировкой. Влияние такого протокола тренировочных занятий на увеличение изометрической силы мышц было значительно менее выраженным, чем в случае интенсивной силовой тренировки (Hakkinen et al., 1985). При проведении анализа крови, который проводился каждые 4 месяца, у профессиональных тяжелоатлетов было обнаружено повышение уровня тестостерона в период с 8-го по 12-й месяц тренировочной программы (Hakkinen et al., 1987). Повышенный уровень тестостерона у них сохранялся на протяжении всего последующего года (Hakkinen ct al., 1988а). Авторы исследования предположили, что повышенный уровень тестостерона может создавать оптимальные условия для интенсивной силовой тренировки, направленной на увеличение силовых показателей у профессиональных тяжелоатлетов.

Перетренировка

Основными гормональными индикаторами перетренировки является снижение выработки кортизола, тестостерона, соматотропного гормона и снижение чувствительности к гормонам (Kuipcrs, Keizer, 1988; Urbauscn et al., 1995; Lehmann et al., 1997, 1999; Viru A., Viru, 2001). Отдельные проявления перетренировки отражают общее нарушение баланса на уровне гипоталамической нейросекреции и/или функции аденогипофиза (Keizer, 1998; Lehmann ct al., 1998; Hackney, 1999). В соответствии с перечисленными проявлениями перетренировки было обнаружено, что у хорошо подготовленных в физическом плане мужчин о состоянии перетренировки свидетельствует снижение силовых показателей и выраженное снижение уровня кортизола в крови (Fry et al., 1998). У женщин в состоянии перетренировки после выполнения тестового упражнения наблюдалось небольшое повышение уровня тестостерона. Соотношение уровней свободного тестостерона и кортизола было предложено использовать в качестве показателя чрезмерной нагрузки в случае, если оно снизится больше, чем на 30% или его величина упадет ниже 0,35 • 10³ (Adlercreutz et al., 1986). Такие изменения могут быть признаком экстремальных ситуаций в организме, связанных с поддержанием баланса между стимуляцией катаболических и анаболических процессов.

Таким образом, у мужчин во время выполнения силовых упражнений наблюдается повышение уровня тестостерона в крови. Характер этих изменений зависит от ряда факторов, в числе которых наиболее важное значение имеет приложение значительной мышечной силы или мощности на протяжении достаточно долгого времени (> 10–15 мин) при условии относительно непродолжительных перерывов для отдыха. В случае непродолжительных занятий силовыми упражнениями быстрое увеличение концентрации тестостерона обусловлено преимущественно гемоконцентрацией. После занятий силовыми упражнениями на поздних этапах восстановления может происходить вторичное увеличение уровня тестостерона, которое сопровождается увеличением его специфического связывания с рецепторами андрогенов в мышечных волокнах. Силовые упражнения, а возможно, и упражнения для тренировки мощности, стимулируют образование рецепторов андрогенов преимущественно в быстрых волокнах. Наиболее важным адаптивным эффектом тестостерона является индукция синтеза сократительных белков главным образом в быстрых волокнах. В основе этого эффекта лежит формирование комплекса тестостерон—рецептор и его влияние на геном. Поздний период восстановления после занятий силовыми упражнениями — это время реализации адаптивного синтеза белка, индуцированного тестостероном. Анаболический эффект, инициированный тестостероном, превращение миофибриллярных белков (образование соответствующих мРНК) поддерживаются влиянием соматотропина и ростовых факторов на процесс передачи импульсов. Воздействие тестостерона на показатели мышечного сокращения может осуществляться также и без участия рецепторов андрогенов. Механизмы оказания эффектов, в процессе силовых тренировок, на организм человека, в большинстве случаев, по-прежнему остаются на уровне предположения и требует дальнейших систематических исследований.

Из вышеизложенного можно сделать вывод, что у мужчин уровень тестостерона повышается в результате силовых нагрузок, а у женщин не изменяется по одним исследованиям или опосредованно повышается на определенный % по другим, т.е. вопрос остается дискутабельным и еще изучается.

Источники:

1. Ткачук В.А. Введение в молекулярную эндокринологию - Издательство Московского университета, 1983 – 256 с.

2. Назаренко Г.И., Кишкун А.А. Клиническая оценка результатов лабораторных исследований. – Литан, Медицина (Татарстан), М.: «Медицина», 2000. – 544 с.

3. Рудницкий Л.В. О чём говорят анализы. – СПб.: Питер Пресс, 160 с.

4. Эндокринные заболевания и синдромы. Вирилизм . Под редакцией кандидата медицинских наук М. С. Бирюковой «Знание-М» Москва. 2000 г - стр. 165.

5. Гинекологическая эндокринология. Серов В.Н., Прилепская В.Н., Овсянникова Т.В. 528 стр., 2004 г. Из-во МЕДпресс-информ.

6. Березовская Е.П. «Мужские половые гормоны, их избыток и женский организм». http://www.my-bt.ru

7. Васильченко Г.С. Частная сексопатология. Том 1. 304 стр., 1983 г. Изд–во Медицина

8. Лабораторная диагностика (Методическое пособие для врачей)//А.Г. Гитлина, Т.А. Соколова, С.В. Машковская , О.Я. Оседко. 465 стр. 2009 г. г. Красноярск.