Глава 4. Биология гормона роста

Глава 4. Биология гормона роста

ЧТО ТАКОЕ ГОРМОН?

Вы когда-нибудь задумывались над тем, каким образом 100 с лишним миллиардов клеток человеческого тела функционируют вместе как единый организм? Собрать воедино и координировать действия такой огромной армии не под силу ни одному из величайших генералов в истории. Однако тело в своих клетках выполняет миллионы операций в секунду. Оно делает это при помощи гормонов (от греческого слова hormone, означающего "приводить в движение"), крохотных торопливых химических гонцов, которые непрерывно перемещаются в потоке крови к различным клеткам тела. Достигая пунктов своего назначения, гормоны прикрепляются к поверхности целевых клеток, называемых рецепторами, и стимулируют какую-то конкретную деятельность. Гормоны вовлечены во все аспекты человеческой жизнедеятельности от сексуальной функции до воспроизводства, роста и развития, обмена веществ и душевного настроения. Широко известным примером гормона является инсулин, вырабатываемый эндокринными клетками поджелудочной железы, входящей в систему пищеварения. Другим примером является адреналин, который стимулирует opганизм в моменты стресса, чтобы тот мог справиться с воспринимаемой угрозой.

Гормоны производятся эндокринными железами. Основными эндокринными железами являются гипофиз, щитовидная железа, тимус, надпочечники, поджелудочная железа, яичники и яички. Расположенный точно посередине мозга гипофиз часто называют главной железой, поскольку он управляет высвобождением многих гормонов в организме. Будучи размером с фасолину, он делится на три доли. Доля, интересующая нас в данной книге, — передняя и она является источником гормона роста. Передняя доля гипофиза на самом деле выделяет десять гормонов, которые необходимы для регуляции роста, воспроизводства и обмена веществ.

ОСЬ ГИПОТАЛАМУС-ГИПОФИЗ

Сетью крошечных красных кровяных клеток, называемых капиллярами, гипофиз соединен с другой мозговой структурой, именуемой гипоталамусом. Это командный центр мозга. С функциональной точки зрения, гипофиз с его десятью гормонами напоминает «слепую» панель приборов, индифферентную к тому, что происходит во внешнем мире. В этом смысле он зависит от гипоталамуса, который общается с внешним миром посредством сигналов, посылаемых нервной системой. Имея размер четырех соединенных воедино фасолин, гипоталамус — на все руки мастер. Среди прочего, он контролирует стимуляцию мышечных волокон, управляет ростом тела посредством секреции гормона роста, функцией щитовидной железы, молочных желез, центром сна, эмоций, аппетита, производством тепла и терморегуляцией тела.

Ось гипоталамус-гипофиз регулирует активность гормона роста, половых желез, щитовидной железы и надпочечников, которые в свою очередь контролируют реакцию организма на стресс. Этот контроль можно проследить на следующей диаграмме.

Крупные эндокринные системы

Крупные эндокринные системы и их целевые ткани.

Сигналы, посылаемые нервной системой, проходят через ряд посредников к конечным целевым тканям. Кроме показанных систем гормоны вырабатываются еще зобной и шишковидной железами, а также группами клеток желудочно-кишечного тракта. ФСГ — сокращенное обозначение фолликулостимулирующего гормона, а ЛГ — лютеинизирующего гормона.

Гормональное регулирование — сложный процесс с обратной связью, в ходе которою образуется множество причинно-следственных связей. Общая схема такова. Гипоталамус секретирует релизинг-факторы, которые в свою очередь стимулируют выделение гормонов из щитовидной железы, надпочечников и гонад (яичек или яичников). Когда концентрация этих гормонов в крови повышается, гипоталамусу посылается сигнал остановить производство релизинг-гормонов, что вынуждает гипофиз уменьшить свою выработку гормонов. Уменьшение выделения гормонов из гипофиза приводит в свою очередь к замедлению производства гормонов щитовидной железой, надпочечниками и гонадами.

СЕКРЕЦИЯ ГОРМОНА РОСТА

В наибольшем количестве гипофиз вырабатывает гормон роста. Клетки гипофиза, называемые соматогропами, производят гормон роста, известный также как соматотропин (по-гречески "повернутый к телу") — соматотропами являются полные 50 процентов клеток гипофиза.

Исследователи давно заметили, что гормон роста достигает своего пика, когда тело человека проходит фазу стремительного роста в подростковом возрасте. Отсюда и название гормона. Секреция гормона роста происходит большей частью короткими всплесками, которые имеют место в первые часы самого глубокого сна. Так что старая присказка, что дети растут во сне, вполне обоснована.

ГОРМОН РОСТА И ИФР-1

Интересно, что гормон роста остается в крови всего несколько минут. Но этого времени ему вполне достаточно для внедрения в печень, где он преобразуется в факторы роста. Самым важным из них является инсулиноподобный фактор роста-1 (ИФР-1), известный также под названием соматомедин-С. Именно ИФР-1, а не сам гормон роста, уровень которого может широко варьироваться на протяжении суток, используется в качестве меры того, сколько гормона секретируется организмом. ИФР-1 непосредственно отвечает за большинство действий гормона, описанных в этой книге. Изучаемый ныне как отдельное лекарство, которое может использоваться во многих случаях, где показано применение гормона роста, ИФР-1 в будущем может даже стать альтернативным препаратом.

Центральная нервная система управляет гипоталамусом, который в свою очередь контролирует соматотроп гипофиза (клетхи, секретирующие гормон роста) посредством двух регуляционных систем — РГГР (релизинг-гормон гормона роста), который стимулирует производство ГР, и соматостатин, который блокирует ГР. Другие гормоны действуют в роли модуляторов. Надпочечники вырабатывают кортизол (стрессовый гормон), который ингибирует ГР, в то время как гонады (яичники и яички) вырабатывают половые стероиды, которые стимулируют ГР.

Диаграмма также показывает, как ГР воздействует на печень для производства ИФР-1, который, в свою очередь, стимулирует рост различных тканей, включая мышцы, кости, хрящи, почки и кожу. Наконец, ИФР-1, действуя через контрольный механизм негативной обратной связи, ингибирует дальнейшее производство ГР.

_{(Адаптировано из: Corpris, Е., Harman, M.S., and Biackman. M.R. Human growth hormone and human aging, Endocrine Reviews [февр. 1993 г.) 14:20–39.)}

Выделение ГР регулируется двумя взаимосвязанными, как инь и ян, факторами. Один из них — релизинг-гормон гормона роста (РГГР), который стимулирует его производство, а второй — соматостатин, который, напротив, ингибирует его выделение. Есть и иные факторы, способствующие производству ГР (см. главу 17) и противодействующие ему. Например, физкультура, стресс, эмоциональное возбуждение и диета улучшают выделение ГР, в то время как ожирение и свободные жирные кислоты действуют как ингибиторы. Комплексный контроль над гормоном роста можно увидеть на иллюстрации.

ГОРМОН РОСТА И СТАРЕНИЕ

Производство гормона роста снижается с возрастом у животных всех видов, которые были проверены к настоящему времени. У людей количество гормона роста за период между 21 и 31 годами жизни падает примерно на 14 процентов, а к шестидесяти годам среднесуточная выработка гормона уменьшается наполовину. В абсолютных цифрах мы вырабатываем ежесуточно примерно 500 микрограммов гормона в 20-летнем возрасте, 200 мкг — в 40 лет и 25 мкг- в 80 лет.

Как упоминалось выше, самый простой способ измерить количество гормона роста в теле — это измерить уровень ИФР-1 в плазме крови. Величина ниже 350 ME — свидетельство дефицита гормона. В возрасте от 20 до 40 лет уровень ИФР менее 350 ME на литр крови имеют менее 5 процентов здоровых мужчин. Но после достижения 60-летнего возраста столь низкое количество гормона обнаруживается уже у 30 процентов внешне здоровых мужчин. А после 65 лет примерно половина населения испытывает полный или частичный дефицит гормона роста.

Спад уровня гормона роста напрямую связан с распуханием, морщинистостью, дряблостью- дряхлостью существ, которых мы рано или поздно начинаем видеть в зеркале. Те из нас, кто от природы имеет пониженное количество гормонов, стареют значительно быстрее и более видимым образом, нежели те, кто благодаря генам или активным занятиям спортом поддерживает более высокий уровень секреции более продолжительное время. Потеря гормона с возрастом напоминает ситуацию, наблюдаемую при менопаузе. И ей даже дали сходное название — соматопауза.

Ежесуточная секреция гормона роста человека

Ежесуточное производство ГР уменьшается обратно пропорционально возрасту.

Спад производства гормона роста

Общая суточная секреция ГРЧ снижается с возрастом, так что «старческий» уровень достигается к 35–40 годам.

_{Адаптировано из: Journal of NIH Research, апрель 1995 г.}

Интересно, что исследования пациентов с болезнью гипофиза показывают, что спад производства гормонов этой железой происходит в определенной последовательности. Сначала идет гормон роста, за ним гонадотропные гормоны, лютеинизирующий (ЛГ) и фолликулостимулирующий (ФСГ) гормоны и наконец тиреотропный гормон и адренокортикотропин (АКТГ), так что утрата гормона роста из гипофиза является началом каскадоподобного сокращения производства гипофизарных гормонов.

ПОЧЕМУ КОЛИЧЕСТВО ГР СНИЖАЕТСЯ С ВОЗРАСТОМ?

Ответ на эту загадку еще предстоит найти. Исследования показали, что стареющая соматотропная клетка гипофиза все еще способна вырабатывать столько же гормона роста, сколько она вырабатывала в юности при адекватной стимуляции.

Это означает, что сбой происходит где-то среди факторов, регулирующих его выделение. Что-то происходит в кольце обратной связи между выработкой ИФР-1 в печени и гипоталамусом. Обычно падение уровня ИФР-1 подсказывает гипоталамусу стимулировать гипофиз на производство дополнительного гормона роста. Но с возрастом эта прекрасная схема где-то перестает срабатывать.

Некоторые исследователи полагают, что проблема заключается в соматостатине — естественном ингибиторе гормона роста. Было обнаружено, что его количество с возрастом повышается, и он может усиленно блокировать секрецию гормона роста. Когда исследователи подавляли действие соматостатина у старых крыс, всплески ГР у них становились такими же интенсивными, как у молодых крыс. Другие ученые считают, что гормон-предтеча, релизинг-гормон гормона роста (РГГР), который стимулирует выделение гормона роста, начинает слабее реагировать на сигналы обратной связи. Возможно, что имеет место и первое, и второе.

Это очень напоминает то, что происходит с другим гормоном — инсулином. С возрастом мы становимся менее восприимчивыми к инсулину. В результате мы не столь эффективно усваиваем глюкозу и потому ее уровень в крови повышается. Примерно у трети пожилого населения эта сопротивляемость к инсулину, которая имеет непосредственное отношение к наблюдаемой в пожилом возрасте «пустотелой» тучности, достигает достаточно серьезной стадии и становится болезнью — диабетом типа 2. В отличие от более распространенного диабета типа 1, проблема состоит не в том, что организм не в состоянии производить инсулин, а в том, что ткани организма ведут себя так, словно инсулина нет. В последнее время ученые склоняются к тому, что нечто подобное происходит и с гормоном роста. Проблема не только в уменьшении количества гормона, доступного тканям, но и в том, что ткани не могут реагировать даже на тот гормон, что есть. С такой точки зрения старение можно рассматривать как болезнь сопротивляемости гормону роста, подобно тому, как диабет типа 2 является болезнью сопротивляемости инсулину.

СПАД ГР НЕ ЯВЛЯЕТСЯ НЕИЗБЕЖНЫМ

Самые последние исследования показывают, что, каковы бы ни были причины спада уровня гормона роста, этот спад не является ни невосполнимым, ни перманентным. Профессор физиологии Уильям Зоннтаг и его коллеги по медицинской школе Бауман-Грей в Уинстон-Сейлемс (штат Северная Каролина) недавно завершили эксперимент, который ясно демонстрирует, что снижение секреции гормона роста с возрастом обратимо. Старые крысы подобно старым людям испытывают снижение интенсивности выбросов гормона роста. Но когда Зоннтаг и его коллеги ограничили потребление калорий у старых крыс в возрасте 26 месяцев, через два месяца производство гормона роста вернулось на прежний уровень. По словам Зоннтага: "Мы полностью восстановили амплитуду секреции гормона роста, и это показывает, что-то, что произошло, — не проблема анатомии или перманентных изменений в гипоталамусе". Несколько лет назад он показал, что L-допа, которая, как известно ученым, стимулирует гормон роста, тоже восстановила всплески гормона роста до уровней, свойственных молодому возрасту. Главная идея, которую можно из этого почерпнуть, состоит в том, что спад производства гормона роста с возрастом может быть обращен вспять. Даже если снижается активность релизинг-гормона гормона роста, повышается активность соматостатина или рецепторы становятся менее восприимчивыми к воздействию гормона роста, все это можно преодолеть путем внешнего замещения гормона роста или его стимуляторов. Как мы еще обсудим в главе 21, посвященной секретагогам, недавно разработанные искусственные вещества выполняют свою работу даже лучше, чем природный релизинг-гормон гормона роста.

ГЛОБАЛЬНОЕ ДЕЙСТВИЕ ГР

Гормон роста оказывает свое воздействие на каждую систему организма как напрямую, так и косвенно, через посредство инсулиноподобных факторов роста. Как мы еще увидим в последующих разделах, почти ничто не ускользает от его магического прикосновения. Подобно тому, как он увеличивает размер костей у детей, он увеличивает размеры всех органов и тканей. Даже мозг ему подвластен. Самые последние эксперименты на животных показывают, что он может регенерировать поврежденные мозговые ткани.

Выдержка из недавнего отчета группы исследователей, руководимой Йенсом Сандалом Кристиансеном из коммунальной больницы города Орхус (Дания), подытоживает вопрос о вездесущности воздействий гормона.

"Было установлено, что, когда взрослые пациенты с дефицитом ГР остаются без лечения, у них увеличивается смертность от сердечно-сосудистых заболеваний, ухудшается физическая форма, уменьшается сила мышц, ухудшаются функция почек, потоотделение и терморегуляция, уменьшаются расход энергии и скорость обмена веществ, ухудшается усвоение гормона щитовидной железы. ослабевает сердечная мышца, появляются клинические признаки преждевременного атеросклероза. В строении тела аномально увеличивается масса жиров, уменьшаются масса не жировых тканей, отношение массы мышц к массе жиров, объем внеклеточной жидкости, содержание минералов в костях, появляется тучность. Кроме того, в двух независимых группах отмечено ухудшение психологического состояния".

Воздействие гормона роста не столь драматично, как воздействие некоторых других гормонов организма. Резкое падение уровня инсулина, например, может вызвать у вас инсулиновый шок, который бывает смертельным. Но падение уровней гормона роста после тридцатилетнего возраста может вызвать медленное угасание всего тела, которое мы называем старением. Почему мы стареем, и может ли гормон увеличить продолжительность жизни и повысить ее качество? Именно эти вопросы мы обсудим далее.