Katecholaminy spowalniają rozpad tkanki mięśniowej - październik 2009

Współczulny układ nerwowy w roli przekaźników chemicznych wykorzystuje głównie cząstki dwóch substancji: epinefryny, zwanej też adrenaliną, która jest wydzielana przez nadnercza prosto do krwiobiegu, i norepinefryny (noradrenaliny), która jest jednym z głównych neuroprzekaźników produkowanych i wydzielanych przez obwodowe części układu współczulnego, które znajdują się w wielu różnych tkankach ciała i są podłączone do naczyń krwionośnych. Szeroko znany jest fakt, że większość aktywności metabolicznej współczulnego układu nerwowego w pewnych tkankach odbywa się poprzez podwyższenie poziomu wewnątrzkomórkowego cAMP przy pośrednictwie beta-receptorów. W ludzkich komórkach znajdują się trzy typy tych receptorów –beta-1 (B1), beta-2 (B2) oraz beta-3 (B3).
Beta-receptory występują w zasadzie w prawie wszystkich komórkach ciała, poza czerwonymi krwinkami. Receptory typu B1 to główny typ receptorów występujących w sercu i kilku innych organach (np. gruczołach ślinowych). W sercu istnieje też pokaźna liczba receptorów B2, które oprócz serca występują też w oskrzelikach w płucach (gdzie odpowiadają za ich wazodilatację – rozkurczenie) i mięśniach tworzących ściany pęcherza moczowego, ważną rolę pełnią także w mięśniach szkieletowych.

Receptory typu B3 widoczne są głównie w tkance tłuszczowej, gdzie odpowiadają za regulację syntezy energii i termogenezy, czyli za przekształcanie tłuszczu w energię i ciepło) – najsilniej reagując na noradrenalinę. Katecholaminy pojawiały się ostatnio często w rozważaniach dotyczących ich znakomitej skuteczności w roli spalaczy tłuszczu. Kulturyści często sięgają po Clenbuterol na parę tygodni przed zawodami, gdyż stymuluje on lipolizę i termogenezę, lecz niestety w dużych dawkach ma także silne działanie anaboliczne. Jednak rezultaty najnowszych badań dowodzą, że katecholaminy mają także silny wpływ na spowolnienie rozpadu tkanki mięśniowej.
 
Fizjologiczne znaczenie katecholamin
 
Od momentu swego odkrycia, współczulny układ nerwowy zawsze łączony był z mechanizmem „walcz lub uciekaj”, który odpowiada za przygotowanie organizmu do poradzenia sobie z sytuacją zagrożenia. Katecholaminy są zdolne do wpływania na wiele funkcji organizmu, w tym do:
· zmniejszenia wychwytu glukozy przez mięśnie, częściowo poprzez wstrzymanie wydzielania insuliny – a tym samym, stymulowania glikogenolizy;
· zwiększenia termogenezy na bazie substancji odżywczych w brunatnej tkance tłuszczowej;
· stymulacji utleniania kwasów tłuszczowych w mięśniach szkieletowych i stymulacji lipolizy (spalania tłuszczu) w obrębie białej tkanki tłuszczowej;
· znacznego wpływania na metabolizm białek w obrębie mięśni szkieletowych. Szereg badań wykazał, iż agoniści receptorów adrenergicznych typu  B2, czyli związki takie jak Clenbuterol i Cimaterol, wywołują u bydła i ludzi hipertrofię mięśni szkieletowych.
 
Katecholaminy spowalniają rozpad tkanki mięśniowej
 
Wpływ agonistów receptorów B2, a więc związków takich jak Clenbuterol i Cimaterol, na przyrost masy mięśniowej jest dobrze znany, ale najnowsze badania pokazały, że wzrost stężenia katecholamin może mieć także poważny wpływ na zatrzymywanie procesów katabolicznych. Przyjrzyjcie się tym kilku ciekawym eksperymentom, które dotyczyły właśnie badań nad katecholaminami w roli czynnika antykatabolicznego.
· Aby przyjrzeć się bliżej fizjologicznej roli katecholamin w mechanizmach regulacji rozkładu białek w mięśniach szkieletowych, naukowcy podawali zwierzętom przez kilka dni guanetydynę. Jak wiadomo, związek ten wywołuje selektywną blokadę uwalniania noradrenaliny przez elementy obwodowego układu nerwowego. Jego podanie wywołuje 90-procentowy spadek stężenia noradrenaliny w mięśniu płaszczkowatym (we włóknach typu I) i 40–80-procentowy spadek stężenie noradrenaliny i adrenaliny w plazmie krwi. Po dwóch dniach podawania guanetydyny, widać było wyraźny 20-procentowy wzrost tempa rozkładu białek we włóknach typu I. Ponieważ ta dość gwałtowna zmiana zaszła bez zmiany w poziomach stężeń innych hormonów obecnych w plazmie, można było ją uznać za bezpośredni skutek wyczerpania się zapasów noradrenaliny w mięśniach lub spadku poziomu katecholamin w plazmie krwi wywołanego podawaniem guanetydyny. Ponadto, gwałtowność intensyfikacji rozpadu tkanki mięśniowej potwierdza wpływ katecholamin na wstrzymywanie tego procesu.
· W innym eksperymencie odkryto, że dostarczenie adrenaliny i noradrenaliny do kultur komórek mięśni szkieletowych powstrzymuje tempo rozpadu włókien, zarówno wolno-, normalnie-, jak i szybkokurczliwych, o około 15–20%. Wyniki te potwierdzają odkrycie, że wstrzyknięcie do ludzkiego ciała adrenaliny wywołuje natychmiastowy spadek tempa rozkładu białek – o podobną wartość 20%.
· Udowodniono także, że wstrzykiwanie adrenaliny, zarówno u ludzi, jak i zwierząt, wywołuje gwałtowny spadek aktywności i ekspresji genowej enzymów biorących udział w procesach rozkładu białek mięśni. Katecholaminy wywierają bezpośredni wpływ na metabolizm białek mięśni szkieletowych, hamując ich rozkład. Można więc uznać tą anaboliczną aktywność współczulnego układu nerwowego za mechanizm mający zapewniać białkom mięśni przetrwanie w stanach ogólnego katabolizmu.
· Jeszcze inny eksperyment dowiódł, że inicjacja procesów hamujących rozpad tkanki mięśni szkieletowych, odbywa się poprzez receptory adrenergiczne typu B2. Przykładem tutaj może być wyraźny wzrost tempa rozkładu tkanki mięśniowej po podaniu ICI 118,551 – selektywnego antagonisty receptorów typu B2, czyli substancji blokującej działanie katecholamin.  Inne badania przeprowadzone w ostatnim czasie dostarczyły wiele dowodów na słuszność tej hipotezy, pokazując, że adrenalina zupełnie traciła swoje antykataboliczne właściwości w obecności propranololu i ICI 118,551, które blokowały jej wpływ na beta receptory. Clenbuterol, który powstrzymuje rozpad białek z intensywnością zależną od podawanych dawek, także przestawał działać w ten sposób w obecności ICI 188,551 w mięśniach.
 
W jaki sposób katecholaminy spowalniają rozkład mięśni?
 
W artykule dla MD, nie można rzucić ot tak sobie jakiejś hipotezy bez poparcia jej dokładnym, naukowym opisem stojących za nią mechanizmów. Jest pewien wredny enzym o nazwie kalpaina, który inicjuje proces rozpadu białek miofibrylarnych. Wydaje się, że obecność związków z grupy kalpain przyspiesza tempo tego rozpadu. Wyniki badań wskazują na to, że adrenalina, wydzielana przez rdzeń nadnerczy i noradrenalina, uwalniana z zakończeń nerwowych, hamują zależny od kationów wapnia rozpad białek poprzez zwiększenie stężenia kalpastatyny. Kalpastatyna to endogenny inhibitor kalpain. Najnowsze odkrycia, takie jak wykazanie, że nadmierna ekspresja genów kalpastatyny wywołuje hipertrofię mięśni szkieletowych i zabezpiecza myszy przed atrofią, dostarczają także dowodów na to, że kalpastatyna bierze także udział w regulacji normalnego cyklu życiowego białek w mięśniach szkieletowych. Sugeruje się oczywiście wiele innych potencjalnych sposobów, w jaki katecholaminy miałyby obniżać tempo rozpadu tkanki mięśniowej, ale nie chcę do reszty zamieniać tego artykułu w podręcznik biochemii.
 
Podsumowanie:
 
· Katecholaminy pomagają zachować tkankę mięśniową.
· Leki, które blokują działanie katecholamin, przyczyniają się do przyspieszenia rozpadu tkanki mięśniowej.
· Katecholaminy obniżają aktywność kalpainy, która jest czynnikiem pobudzającym proces rozpadu tkanki mięśniowej.
· Katecholaminy podnoszą poziom kalpastatyny, która jest endogennym inhibitorem kalpainy. Najnowsze badania demonstrują ponadto, iż nadmierna ekspresja genów kalpastatyny prowadzi do hipertrofii mięśni szkieletowych i zabezpiecza przed ich atrofią.
 
Bibliografia:
1.Mersmann H.J., Overview of the effects of beta-adrenergic receptor agonists on animal growth including mechanisms of action, J Anim Sci, Jan, 76(1): 160-72 (1998).
2.Navegantes L.C., Resano N.M., Migliorini R.H., Kettelhut I.C., Effect of guanethidine-induced adrenergic blockade on the different proteolytic systems in rat skeletal muscle, Am J Physiol, 277: E883-E889 (1999).
3.Navegantes L.C., Resano N.M., Migliorini R.H., Kettelhut I.C., Role of adrenoceptors and cAMP on the catecholamine induced inhibition of proteolysis in rat skeletal muscle, Am J Physiol Endocrinol Metab, 279: E663-E668 (2000).
4.Shamoon H., Jacob R., Sherwin R.S., Epinephrine-induced hypoaminoacidemia in normal and diabetic human subjects: effect of beta blockade, Diabetes, 29: 875-881 (1980).
5.Viguerie N., Clement K., Barbe P., Courtine M., Benis A., Larrouy D., et al., In vivo epinephrine-mediated regulation of gene expression in human skeletal muscle, J Clin Endocrinol Metab, 89: 2000-2014 (2004).
6.Choo J.J., Horan M.A., Little R.A., Rothwell N.J., Anabolic effects of clenbuterol on skeletal muscle are mediated by beta(2)-adrenoceptor activation, Am J Physiol, 263: E50-E56 (1992).
7.Navegantes L.C., Resano N.M., Migliorini R.H., Kettelhut I.C., Effect of guanethidine-induced adrenergic blockade on the different proteolytic systems in rat skeletal muscle, Am J Physiol, 277: E883-E889 (1999).
8.Tidball J.G., Spencer M.J., Expression of a calpastatin transgene slows muscle wasting and obviates changes in myosin isoform expression during murine muscle disuse, J Physiol, 545: 819-828 (2002).