Wątrobowy IGF-1: Jak ważny jest dla wzrostu mięśni? - luty 2010

Zawsze zdumiewał mnie fakt, jak szybko zmienia się nauka związana z ćwiczeniami fizycznymi, a tym samym sposób trenowania kulturystów. Doszedłem do wniosku, że w pogoni za stałym wzrostem i udoskonalaniem się nauka może być naszym największym sojusznikiem – pod warunkiem, że nasze umysły pozostaną otwarte. Otwarty umysł oznacza gotowość do zaakceptowania nowych pomysłów, które stoją w całkowitej sprzeczności z tym, co tradycjonaliści w kulturystyce od lat głoszą jako prawdę objawioną. Najnowsze takie odkrycie dotyczy wątrobowego IGF-1.
 
Rok temu przeczytałem, że jedną z głównych zalet diety niskowęglowodanowej jest podnoszenie poziomu hormonu wzrostu (GH) i wątrobowego IGF-1. Wszystko, co zwiększa wątrobowy IGF-1, musi być dobre dla kulturysty, prawda? Cóż, od wielu lat tak właśnie myślałem. Uważałem, że skoro ćwiczenia o wysokiej intensywności podnoszą GH, to podnoszą również poziom IGF-1 w serum – co jest konieczne, by mógł nastąpić wzrost mięśni. Niedawno przeczytałem jednak kilka niesamowitych artykułów naukowych, które przeczą długo utrzymującemu się twierdzeniu, jakoby wątrobowy IGF-1 był tym silnym pośrednikiem we wzroście mięśni.
 
Wątrobowy IGF-1: biologia
IGF-1 (insulinopodobny czynnik wzrostu 1) ma w swej nazwie słowo „insulinopodobny”, ponieważ posiada zdolność do stymulowania procesu dostarczania glukozy do komórek tłuszczowych i mięśniowych. IGF-1 ma mniej więcej w 50% identyczną budowę struktury aminokwasowej co insulina.  W dziedzinie IGF-1 i jego wpływu na różne tkanki na poziomie molekularnych dokonano dwóch odkryć: pierwszym była „hipoteza somadomedyny”, według której początkowo uważano, że w większości, jeśli nie we wszystkich, działaniach GH pośredniczy IGF-1 wytwarzany w wątrobie. Z upływem czasu stawało się coraz bardziej jasne, że miejscowa produkcja IGF-1 – działającego albo parakrynowo (na sąsiednie komórki), albo autokrynowo (na komórki go produkujące) – bierze udział w wielu ważnych procesach biologicznych. Przeprowadzono liczne badania pokazujące, że wstrzyknięcie IGF-1 zwierzętom z niedoborem GH prowadzi do normalnego ich wzrostu.
 
„Hipoteza somatomedyny” przeistoczyła się następnie w „teorię podwójnego efektora”, oferującą alternatywne spojrzenie na sprawę – w jej skład wchodził bezpośredni wpływ GH na tkanki peryferyjne, bez pośrednictwa IGF-1, oraz pośredni wpływ IGF-1 stymulowanego przez GH, a wydzielanego miejscowo w danej tkance lub z dala od miejsca swego działania. Wpływ bezpośredni GH to zwiększenie poboru aminokwasów przez mięśnie, prowadzący do syntezy białek, wydzielanie glukozy przez wątrobę (antyinsulina), mobilizacja tłuszczu (antyinsulina), ketogeneza w wątrobie (antyinsulina) i wydzielanie przez ten organ IGF-1.
 
W odróżnieniu od insuliny stężenie krążącego w plazmie IGF-1 wydaje się niezależne od pory dnia. Co ciekawe koncentracja IGF-1 w serum jest 1000 razy wyższa niż koncentracja insuliny. Hipertrofia mięśni szkieletowych odbywa się w obecności przynajmniej trzech większych procesów molekularnych: zwiększonej syntezy białek, zwiększonej aktywności białek satelitarnych i zwiększonej transkrypcji genów – każdy z tych procesów ma swój wkład w inny szlak prowadzący do wzrostu mięśni. IGF-1 wpływa na każdy z tych mechanizmów.
 
Jeśli pochodzący z wątroby IGF-1 pośredniczy w hipertrofii mięśni, jak to możliwe, że badanie trenujących mężczyzn nie wykazało u nich zmian poziomu IGF-1 w serum, a mimo to odnotowano u nich zwiększony wzrost mięśni? IGF-1 to znacznie potężniejszy aktywator wzrostu od insuliny – aktywuje sześć razy więcej genów związanych z rozwojem komórek mięśniowych od insuliny. Badanie to udowodniło kluczową funkcję IGF-1 w rozwoju komórek mięśniowych, ich wzrostu i regeneracji.
 
Wewnątrzmięśniowy IGF-1: Święty Graal hipertrofii mięśniowej?
Wiele mechanizmów molekularnych (np. miostatyna, kalcyneuryna) odpowiedzialnych za wzrost nie zostało jeszcze wyjaśnionych, jednak dowody na to, że czynniki wzrostu takie jak IGF-1 zwiększają hipertrofię mięśni są całkowicie przekonujące. W roku 2004 przeprowadzono badanie, w którym nie wykazano żadnej zmiany poziomu IGF-1 w plazmie spoczynkowej w odpowiedzi na 10 tygodni ćwiczeń z ciężarami – a mimo to odnotowano znaczny wzrost w hipertrofii mięśni. Dlatego w treningu z ciężarami dla wzrostu mięśni bardziej istotne od czynników krążących we krwi może okazać się wywołanie odpowiedzi miejscowej (IGF-1 w mięśniach).
 
Pamiętajcie, że młode kobiety niestosujące antykoncepcji hormonalnej (estrogenów) mają przeciętnie 80 razy wyższe średnie stężenie GH niż mężczyźni. Kobiety przyjmujące doustne tabletki hormonalne mają od 117 do 125 razy wyższą średnią koncentracji GH od mężczyzn. Ponadto kobiety mają także wyższy poziom IGF-1 spoczynkowego.
 
Marcus Bamman wraz ze współpracownikami przeprowadził eksperyment, którego wyniki okazały się wyjątkowo szokujące. Po raz pierwszy udokumentowano w nim fakt, że skurcz mięśni podczas przysiadu z maksymalnym opuszczeniem bioder zwiększał poziom IGF-1 mRNA oraz koncentrację receptorów androgenowych w mięśniach. Podwyższony poziom mRNA oznacza, że w mięśniach odbywa się zwiększona aktywność genetyczna.
 
Co ciekawe po ćwiczeniach nie następowały żadne zmiany w poziomie IGF-1 i testosteronu w plazmie. W przypadku szczurów wzrost mięśni jest większy przy nadprodukcji IGF-1 w mięśniach wywołanej u nich zmianami genetycznymi niż podaniem IGF-1 z zewnątrz. College of Medicine przy Uniwersytecie Stanu Pensylwania przeprowadził niedawno interesujące badanie, w którym udowodniono, że wprowadzanie grudek IGF-1 bezpośrednio do mięśni przeciwdziałało ich atrofii następującej po wymuszonej infekcji tej tkanki. Grudki przyśpieszały syntezę białek i zmniejszały ich rozkład, nie wprowadzając IGF-1 do ogólnego obiegu krwi.
 
Wszystko tkwi w mięśniach
\Opublikowano szereg innych badań, w których wzrost siły i rozmiarów przypisano „wewnątrzmięśniowym czynnikom wzrostu” niezależnym od ogólnoustrojowego poziomu hormonów takich jak IGF-1. W „The Journal of Physiology” ukazał się opis badania, w którym naukowcy postanowili przetestować tę hipotezę. Dzięki odpowiedniej konstrukcji eksperymentu autorzy mogli dostrzec różnicę pomiędzy efektem przeciążenia mięśni i IGF-1 pochodzącemu z wątroby oraz temu pochodzącemu z samych mięśni. W rezultacie badacze mogli określić działanie obciążenia mechanicznego niezależnie od ogólnoustrojowych i zewnętrznych czynników wzrostu.
 
Niespodzianka nastąpiła, gdy myszy pozbawione genetycznie wątrobowego IGF-1 poddane zostały zwiększonemu przeciążeniu mięśni. Według uznawanej powszechnie hipotezy zwierzęta powinny wykazywać zmniejszoną zdolność do wzrostu. Okazało się jednak, że te transgeniczne zwierzęta wykazywały odpowiedź na przeciążenie i aktywację szlaku mTOR w mięśniach na tym samym poziomie, co grupa kontrolna. Podaje to w wątpliwość znaczenie wątrobowego IGF-1 dla wzrostu mięśni. Z eksperymentu wyciągnąć można wniosek, że aktywacja szlaku mTOR i wzrost mięśni dyktowany jest całkowicie przez obciążenie mechaniczne odczuwane przez mięśnie, a nie przez produkcję IGF-1 w wątrobie.
 
Szczury z niedoborem IGF-1 w serum wykazują zwiększoną hipertrofię mięśni
Udział osi GH/IGF-1 w przystosowaniu mięśni szkieletowych do długookresowego treningu z ciężarami nie jest znany. Jeśli wzrost poziomu wątrobowego IGF-1 byłby w stanie zwiększyć hipertrofię mięśni, to dlaczego w tak wielu eksperymentach z wykorzystaniem jedynie GH – co znacznie podnosiło poziom IGF-1 w serum – nie udało się wywołać wzrostu mięśni?
 
Udowodniono, że ponadnaturalne wydzielanie IGF-1 w mięśniach lub jego sztuczne wprowadzenie do tej tkanki – żadna z tych metod nie podnosi poziomu IGF-1 w serum – wywołuje wzrost masy mięśniowej i opóźnia pojawienie się pierwszych objawów związanej z wiekiem sarkopenii. Dane te sugerują, że krążący we krwi IGF-1 nie musi być wcale konieczny do wywołania wzrostu mięśni w odpowiedzi na ich przeciążenie.
 
W tym miesiącu w „Journal of Experimental Biology and Medicine” ukazały się wyniki eksperymentu, w którym naukowcy badali wpływ pochodzącego z wątroby IGF-1 na hipertrofię mięśni. Badacze opracowali „modelową mysz”, w której organizmie brakowało wątrobowego IGF-1, jednak IGF-1 w mięśniach działał już w pełnym zakresie. Naukowcy chcieli się przekonać czy produkcja IGF-1 w wątrobie jest ważna dla wywołanej przeciążeniem hipertrofii mięśni.
 
Jedna z interesujących reakcji fizjologicznych organizmu polega na tym, że jeżeli wątrobowe IGF-1 zostanie „wyłączone”, ciało próbuje zrekompensować jego brak, wzmagając produkcję GH – dlatego myszy z niedoborem wątrobowego IGF-1 wykazują wysoki poziom GH. Przed sesją treningową i na jej zakończenie u myszy z niedoborem wątrobowego IGF-1 wykryto 80–85-procentową redukcję IGF-1 w serum w porównaniu do myszy kontrolnych.
 
Na zakończenie eksperymentu masa mięśnia czworogłowego uda badanych myszy zwiększyła się, a pomiędzy grupami nie odnotowano żadnych różnic i masa była normalna po ćwiczeniu. Badacze wyciągnęli wniosek, że zmniejszony poziom IGF-1 w serum u myszy zmienionych genetycznie nie wpłynął negatywnie na osiągane przez nie wyniki czy wzrost mięśni. Dlatego normalny poziom krążącego we krwi wątrobowego IGF-1 nie ma wpływu na maksymalne osiągi w ćwiczeniach fizycznych.
 
Wydaje się nieprawdopodobnym, by zwiększony poziom GH przyczyniał się do wzrostu mięśni wywołanego ich przeciążeniem – odpowiedź mięśniowego IGF-1 na ćwiczenia nie była większa u myszy z obniżonym wątrobowym IGF-1, a sygnalizacja GH była blokowana przez ćwiczenie.
 
Najlepsza rada dla kulturystów to nie dać się złapać na diety zwiększające poziom IGF-1. Nie powinniśmy też wierzyć, że poziom IGF-1 w serum jest Świętym Graalem dla hipertrofii naszych mięśni. Nauka mówi nam, że te wszystkie procesy odbywają się inaczej. Eksperymenty pokazują raczej, że kluczowym pośrednikiem we wzroście mięśni jest wywołana ich przeciążeniem stymulacja IGF-1 produkowanego wewnątrz tych tkanek, a nie IGF-1 wytwarzanego w wątrobie.
 
Bibliografia:
1.Adams G.R., McCue S.A., Localized infusion of IGF-1 results in skeletal muscle hypertrophy in rats, J Appl Physiol, 84: 1716-1722, (1998).
2.Barton-Davies E.R., Shoturma D.I., Musaro A., Rosenthal N., Sweeney H.L., Viral mediated expression of insulin-like growth factor 1 blocks the aging-related loss of skeletal muscle function, Proc Natl Acad Sci USA, 95: 15603-15607, (1998).
3.Musaro A., McCullagh K., Paul A., et al., Localized IGF-1 trans-gene expression sustains hypertrophy and regeneration in senescent skeletal muscle, Nat Genet, 27: 195-200, (2001).
4.Schneider M.R., Wolf E., Hoeflich A., Lahm H., IGF-binding protein-5; flexible player in the IGF system and effector on its own, J Endocrinol, 172: 423-440, (2002).
5.Walker K.S., Kambadur R., Sharma M., Smith H.K., Resistance training alters plasma myostatin but not IGF-1 in healthy men, Med Sci Sports Exerc, May; 36(5): 787-93 (2004).
6.Bamman M.M., Shipp J.R., Jiang J., Gower B.A., Hunter G.R., Goodman A., McLafferty C.L. Jr., Urban R.J., Mechanical load increases muscle IGF-1 and androgen receptor mRNA concentrations in humans, Am J Physiol Endocrinol Metab, 280(3): E383-90, (2001).
7.Hawke T.J., Garry D.J., Myogenic satellite cells: physiology to molecular biology, J Appl Physiol, 91(2): 534-51, (2001).
8.Matheny W., Merritt E., Zannikos S.V., Farrar R.P., Adamo M.L., Serum IGF-1 deficiency does not prevent compensatory skeletal muscle hypertrophy in resistance exercise, Exp Biol Med, (Maywood), Feb; 234(2): 154-70 (2009).
9.Nystrom G., Pruznak A., Huber D., Frost R.A., Lang C.H., Local insulin-like growth factor 1 prevents sepsis-induced muscle atrophy, Metabolism, Jun; 58(6): 787-97 (2009).
Palsgaard J., Brown A.E., Jensen M., Borup R., Walker M., De Meyts P., Insulin-like growth factor 1 (IGF-1) is a more potent regulator of gene expression than insulin in primary human myoblasts and myotubes, Growth Horm IGF Res, Apr; 19(2): 168-78 (2009).