U bilo kojem ozbiljnijem bavljenju sportom i proučavanju utjecaja aktivnosti na tjelesnu formu, svakako ćete se susresti s pojmovima anabolizma i katabolizma, procesima izgradnje i razgradnje mišića. Na ova dva procesa koji se konstantno izmjenjuju u ljudskom organizmu utječe niz fizioloških faktora i hormona o kojima ćemo govoriti u nastavku ovog teksta.

Što je metabolizam?

Prema definiciji, metabolizam je sveukupnost kemijskih reakcija u organizmu, kojima se složene molekule sintetiziraju (anabolizam) ili razgrađuju (katabolizam). Pri tom se u složenim molekulama energija pohranjuje ili se njihovom razgradnjom oslobađa, a usklađenost tih procesa omogućuje život. Osnovna je uloga metabolizma stvaranje adenozin-trifosfata (ATP), reduciranoga nikotinamid-adenin-dinukleotida (NADH) i pretečâ sinteze makromolekula vlastitoga organizma.

Dakle, kemijske reakcije koje čine metabolizam podijeljene su u dvije skupine: anaboličke i kataboličke: prve koriste energiju za izgradnju stanica i molekula, dok druge troše energiju razbijanjem kompleksnih supstrata. Dakle, metabolizam je zbir svih fizioloških reakcija unutar stanice koje su neophodne za održavanje života, a za koje je potrebna energija (dakle, hrana). Na način i vrijeme kada se ove reakciju događaju utječe više čimbenika među kojima su hormonalne reakcije, fizička aktivnost, dostupnost nutrijenata te razine energije.

Poboljšanje tjelesne kompozicije

Mnogima koji se rekreativno bave tjelesnom aktivnošću, cilj je poboljšanje tjelesne kompoziciju, u obliku smanjenja masnoga tkiva i/ili povećanja čiste mišićne mase. Stoga, budući da se radi o dva suprotstavljena procesa, anabolizam i katabolizam proteina imaju ključnu ulogu u poboljšanju tjelesne kompozicije.

Proteini i izgradnja skeletnog mišićnog tkiva

Skeletno mišićno tkivo je najveći spremnik aminokiselina u ljudskom tijelu, a aminokiseline su gradivni elementi proteina, neophodni za sintezu mišićnih tkiva. Ipak, pogrešno je tumačiti njihovu važnost samo kroz prizmu izgradnje ili očuvanja mišića. Proteini su, naime, esencijalne makromolekule (makronutrijenti) koje imaju niz funkcija u ljudskom organizmu, od onih povezanih s izgradnjom mišića, do niza tjelesnih sustava u čijem normalnom funkcioniranju su proteini neophodni.

Stoga, jasno je da proteini igraju važnu ulogu u anaboličkim i kataboličkim reakcijama povezanim s izgradnjom skeletnog mišićnog tkiva – jednom od najvažnijih faktora u poboljšanju tjelesne kompozicije.

Aminokiseline koje se nalaze u skeletnim mišićnim tkivima možemo podijeliti u dvije skupine: one koje se nalaze u intrastaničnom „bazenu“, te one u „cirkulirajućem“ bazenu. Kada je tijelo u tanju gladovanja (ili nekom drugom kataboličkom stanju), aminokiseline se oslobađaju iz mišićnih tkiva u cirkulaciju te ih koriste druga tkiva. S druge strane, kada je potreban mišićni anabolizam, aminokiseline se aktivno transportiraju iz intrastaničnog prostora i sudjeluju u sintezi novih proteina. Dakle, sinteza proteina (anabolizam) je dijelom reguliran transportom aminokiselina iz i u mišićne stanice.

Kod životinja (primarno mesojeda) aminokiseline osiguravaju većinu energije svojom oksidacijom. Oksidacija aminokiselina u amonijak i „kosture“ atoma ugljika nastaje kada postoji pretjerana količina proteina u prehrani ili tijekom stanja izgladnjivanja, ograničavanja ugljikohidrata i / ili dijabetes melitusa.

Amonijak se izlučuje kao urea preko bubrega kod ljudi, dok ugljikovi „kosturi“ aminokiselina ulaze u ciklus limunske kiseline za proizvodnju energije. Iako su postojale mnoge teze kako visok unos proteina stvara stres na bubrege, studije potvrđuju da čak i do 3g proteina po kilogramu tjelesne mase nije opasno za osobe s urednim funkcijama bubrega.

Inzulin

Inzulin je peptidni hormon kojeg izlučuje gušterača kao reakciju na podignute razine glukoze u krvi. Inzulin je i jedan od najsnažnijih anaboličkih hormona u ljudskom organizmu koji potiče proteinski anabolizam kada se nadomjeste potrebne aminokiseline. U ovom procesu je ključno to da stanje hipeinzulinemije (povišene razine inzulina), a bez dostatnih aminokiselina ne potiče pojačanu sintezu proteina, ali smanjuje razinu razlaganja proteina u organizmu.

Studije pokazuju da inzulin direktno ne povećava razinu transmembranski transport aminokiselina već povećava sintezu mišićnih proteina iz aminokiselina koje se nalaze u intrastaničnom „bazenu“. Iznimka ovome su aminokiseline koje koriste natrij-kalij pumpu (prvenstveno alanin, leucin i lizin) jer inzulin izaziva hiperpolarizaciju stanica skeletnih mišića aktivacijom ove pumpe.

Stoga, iz navedenoga se može zaključiti da stanje hipeinzulinemije paralelno sa stanjem hiperaminoacidemije (povišene razine aminokiselina u plazmi) dovodi do povećane sinteze proteina, a to se postiže probavom i apsorpcijom proteina i ugljikohidrata. Dakle, da bi inzulin kao snažan anabolički hormon mogao utjecati na pojačanu sintezu proteina potreban je egzogeni izvor aminokiselina, koji se može osigurati kvalitetnim namirnicama ili dodacima prehrani koji sadrže potrebne aminokiseline.

Inzulinu sličan faktor rasta (IGF-1) i IGF-vezujući protein-3 (IGFBP-3)

IGF-1 je peptidni hormon molekularnom strukturom sličan inzulinu, a koji ima implikacije na rast ljudi. IGF-1 se primarno proizvodi u jetri vezivanjem na hormon rasta (GH) te djeluje ili lokalno na odabrana tkiva (parakrino) ili sustavno (endokrino), pa se IGF-1 može shvatiti kao medijator utjecaja hormona rasta. Dodatno, IGF-1 je moćan inicijator AKT signalnog puta u stanicama, koji ima posljedice na rast stanica i proliferaciju.

Praktično govoreći, bitno je voditi brigu o aktivnosti IGFBP-3, jer se gotovo sav IGF-1 vezuje na 1 od 6 proteinskih kompleksa, a IGFBP-3 omogućava oko 80% svih tih vezivanja.

Također, IGF-1 ima efekte slične inzulinu (u visokim koncentracijama) na metabolizam proteina zbog svoje mogućnosti vezivanja i aktivacije inzulinskih receptora, ali s puno manjom snagom (oko 1/10 snage inzulina). Stoga, IGF-1 administracija potiče proteinski anabolizam u skeletnim mišićima, a jedinstvena karakteristika IGFBP-3 jest to da sprječava atrofiju skeletnih mišića (antikataboličko djelovanje).

Dakle, prema svemu navedenom je jasno da su IGF-1/IGFBP-3 dobrodošli u poticanju proteinskog anabolizma i očuvanju skeletnih mišića pa je vrlo bitno očuvati razine ovih hormona na što višim razinama. Više je faktora koji utječu na količine IGF-1/IGFBP-3 koje se nalaze u krvi, među kojima su genetika, bioritam, starost, fizička aktivnost, nutritivni status, stres, zdravstveno stanje i sl. S obzirom da je GH faktor koji direktno potiče proizvodnju IGF-1, najvažnije je fokusirati se na podizanje endogenih razina hormona rasta o kojima ćemo govoriti kasnije.

Hormon rasta (GH)

GH je peptidni hormon proizveden u hipofizi koji stimulira stanični rast i reprodukciju. Kod zdravih osoba, GH stimulira proizvodnju inzulina iz gušterače i IGF-1 nakon što dođe do jetre što potom promiče rast čiste mišićne mase, te smanjenje masnog tkiva i skladištenja glukoze. Tijekom gladovanja i ostalih kataboličkih stanja, GH pretežno stimulira oslobađanje i oksidaciju slobodnih masnih kiselina za upotrebu kao energije, čime se čuva čista tjelesna masa i zalihe glikogena.

I dok je inzulin najsnažniji u svojem anaboličkom djelovanju u periodu između obroka, GH ima najjače anaboličko djelovanje u stanjima stresa i gladovanja (posta).

Studije pokazuju da hormon rasta sprječava oksidaciju aminokiselina (a takvom vrstom oksidacije može se dobiti energija), što znači da GH čuva aminokiseline u „bazenima“, osiguravajući veću dostupnost tih aminokiselina za ugradnju u proteine. Prema tome, hormon rasta potiče kratkoročnu sintezu proteina, a svaka povišena sinteza proteina pod utjecajem GH je najčešće rezultat parakrinog (lokalnog) otpuštanja IGF-1. Parakrino otpuštanje IGF-1 događa se pod utjecajem GH i testosterona, što pozitivno utječe na anaboličke procese u skeletnim mišićnim tkivima.

Osim što GH potiče sintezu proteina, on i sprječava razgradnju proteina, a čini se da se ovaj utjecaj događa u skeletnim mišićnim tkivima zbog parakrine ekspresije IGF-1. Dakle, ova djelovanja se pripisuju hormonu rasta jer je ovaj hormon zaslužan za proizvodnju IGF-1.

Posljednje, a ne manje važno o hormonu rasta jest a ubrzava transport više esencijalnih aminokiselina kroz staničnu membranu, posebno one koje provodi tzv. Sustav L – glavni transportni sustav odgovoran za transport neutralnih aminokiselina neovisan o natriju (poput leucina, izoleucina i valina što su aminokiseline poznate kao BCAA).

U odlomku o IGF-1, istakli smo da je iznimno važno fokusirati se na podizanje endogenih razina hormona rasta pa donosimo popis faktora koji utječu na izlučivanje, odnosno sprječavaju izlučivanje ovog hormona:

Izlučivanje hormona rasta potiču:

• Spolni hormoni (androgeni i estrogeni)
• Peptidni hormoni kao grelin i hormon koji oslobađa hormon rasta (GHRH)
• L-DOPA, prekursor neurotransmitera dopamina
• Nikotinska kiselina (vitamin B3)
• Agonisti nikotinskih receptora
• Inhibitori somatostatina
• Post
• Dubok san
• Intenzivno vježbanje

Izlučivanje hormona rasta sprječavaju:

• Somatostatin
• Hiperglikemija (npr. ugljikohidrati u krvotoku)
• IGF-1 i GH (zbog negativne povratne sprege na hipofizi)
• Ksenobiotici (tvari bez hranjive vrijednosti, ponekad i otrovne, a sastavni su dijelovi pojedinih plodova, povrća, jestivih gljiva i sl.; nastaju kao produkti vrenja (etanol), kvarenja hrane ili su industrijski produkti koji ulaze u lanac prehrane (prehrambeni aditivi, lijekovi, insekticidi, deterdženti, radionuklidi, kozmetički preparati i sl.)
• Glukokortikoidi (razred steroidnih hormona koje proizvodi kora nadbubrežne žlijezde, a u fiziološki bitnim količinama to su kortizol i kortikosteron.)
• Određeni metaboliti spolnih hormona, poput dihidrotestosterona (DHT)

Androgeni hormoni

Androgeni su anabolički hormoni koji utječu na razvoj i održavanje muških spolnih organa i sekundarnih spolnih karakteristika. Nekoliko androgena se proizvodi u nadbubrežnoj žlijezdi, ali glavni na kojem ćemo se ovdje zadržati je testosteron koji se primarno proizvodi u testisima kod muškaraca, te u jajnicima kod žena. Te koji je primarno muški spolni hormon i najsnažniji prirodno/endogeno proizvedeni anabolički steroid.

Niz je studija koje potvrđuju da testosteron igra glavnu ulogu u rastu i održavanju skeletnog mišićnog tkiva. Testosteron, potvrđeno je, utječe na promjene u količini mišićne mase, snazi skeletnih mišića i sintezi proteina.

Slično kao hormon rasta, testosteronov anabolički efekt se postiže snižavanjem oksidacije aminokiselina (posebno leucina) i povećanjem njihove iskoristivosti u proteinima skeletnih mišića. Dodatno, postoji sinergijski (ali neovisan) anabolički učinak između testosterona i hormona rasta, što pojačava njihovo djelovanje na sintezu proteina skeletnih mišića.

Kao i kod GH i IGF-1, mnogo faktora utječe na endogenu proizvodnju testosterona, pa donosimo neke od varijabli.

Pozitivan utjecaj imaju:

• Dovoljno sna
• Gubitak masnoće (do određenog stupnja, budući da masne stanice luče aromatazu)
• Težak trening (osobito trening snage)
• Dodatak D-asparaginske kiseline
• Suplementacija vitamina D
• Apstinencija (barem jedan tjedan)

Negativan utjecaj imaju:

• Pretilost / prekomjerna debljina
• Nedostatak sna
• Dijabetes (posebno inzulin-rezistentan / dijabetes tipa II)
• Sjedilački način života / neaktivnost
• Prehrane s niskim udjelom masti
• Produljeno aerobno / kardiovaskularno vježbanje
• Pretjeran unos alkohola
• Ksenobiotici

Estrogeni hormoni

Estrogeni su u principu ženski spolni hormoni koji su odgovorni za rast i sazrijevanje ženskih reproduktivnih organa, ali nalazimo ih i kod muškaraca (naravno, u znatno nižim količinama). U putanji steroidogeneze proizvode se tri estrogena hormona: estradiol, estron i estriol. Estradiol, na molarnoj razini, oko 10 puta je jači od estrona i 80 puta potentniji od estriola, kada se govori o njihovim estrogenim efektima.

Kod žena, većina estrogena se proizvodi u jajnicima aromatizacijom androstenediona, dok se kod muškaraca mala količina proizvodi u testisima, a većina aromatizacijom testosterona u masnim stanicama.

Za razliku od svih hormona o kojima se dosad pisalo u ovom tekstu, estrogen ima i anabolička i katabolička svojstva kada se govori o metabolizmu proteina, a primarno se to događa pod utjecajem drugih hormona u ljudskom organizmu.

Studije su pokazale da estrogeni hormoni povećavaju razine sustavnog hormona rasta i parakrinog IGF-1, od čega oboje pozitivno utječu na anabolizam proteina i antikatabolizam. Također, estrogeni potiču zadržavanje vode što utječe na volumen stanica, dakle – potiče anabolizam. No, veća i povišena razina estrogena u organizmu može biti indirektno katabolička blokiranjem androgenih receptora i smanjenjem proizvodnje gonadotropinom otpuštajućeg hormona u hipotalamusu, što u konačnici smanjuje proizvodnju testosterona u tijelu.

Dakle, tajna kod estrogena je u njegovoj pravilnoj razini jer prevelike razine (posebno kod muškaraca) snižavaju proizvodnju testosterona te njegovu dostupnost, a time i onemogućavaju iskorištavanje pozitivnih utjecaja testosterona na metabolizam proteina.

Neke od općih zdravstvenih smjernica za uravnoteženu proizvodnju estrogena uključuju:

• Uravnotežena prehrana koja ima dovoljno vitamina / minerala i adekvatnih dijetalnih vlakana
• Ograničavanje unosa soje i fitoestrogena iz biljnih proizvoda
• Ograničavanje unosa alkohola jer to narušava sposobnost jetre da metabolizira estrogene
• Održavanje redovitog programa vježbanja / vježbanja
• Održavajte zdravu tjelesnu težinu, izbjegavajte pretilost ili pohranjenost

Tiroidni hormoni

Tiroidni hormoni su glavni regulatori metabolizma i oni utječu na gotovo svaku stanicu u ljudskom organizmu. Štitnjača proizvodi tiroksin (T4) i triiodotironin (T3), a T4 je prohormon hormona T3. Na molarnoj razini, T3 je 20 puta potentniji od T4 te ga se stoga i smatra „pravim“ tiroidnim hormonom, dok je većina T3 u cirkulaciji nastala dejodinacijom T4.

Studije pokazuju da tiroidni hormoni povećavaju i sintezu i razgradnju proteina u tijelu, dok je razgradnja jači proces, što rezultira prevladavajućim kataboličkim utjecajem na metabolizam proteina. No, unatoč tome, nije preporučljivo manipulirati tiroidnim hormonima s ciljem postizanja anabolizma već je, zbog održavanja ukupnog ispravnog funkcioniranja organizma bitno održavati razine ovih hormona u granicama normale.

Hormoni stresa glukokortikoidi (primarno kortizol), glukagon i epinefrin

Termin „hormoni stresa“ najčešće se koristi kada se misli na glukokortikoide (uglavnom kortizol), glukagon i kateholamine (konkretno epinefrin / adrenalin). Primarno je to stoga što se njihovo otpuštanje događa, gotovo redovno, kao odgovor na stres (iako u ovom kontekstu stres nije uvijek negativna pojava).

Glukokortikoidi su skupina steroidnih hormona koje proizvodi nadbubrežna žlijezda te koji reguliraju metabolizam, razvoj, imunološke funkcije i kognitivne sposobnosti. Primarni glukokortikoid kojeg proizvode ljudi je kortizol, esencijalni hormon za održavanje života, ali koji (kao i većina hormona) u premalim ili prevelikim količinama ugrožava život.

Kortizol se povezuje s mišićnim gubitkom (atrofijom) jer se prvenstveno ponaša kao katabolički hormon zbog svoje metaboličke funkcije. Tijekom perioda posta ili nedovoljnog unosa nutrijenata, kortizol radi na održavanju minimalnih koncentracija glukoze u krvotoku, izazivajući glukoneogenezu. Često se ovo događa razgradnjom proteina kako bi se aminokiseline iz njih moglo iskoristiti za proces glukoneogeneze.

Glukagon je peptidni hormon koji se proizvodi u gušterači, a koji djeluje suprotno inzulinu (on stimulira otpuštanje glukoze iz jetre u krvotok kad razine šećera u krvi padnu). Slično kortizolu, glukagon utječe na glukoneogenezu i glikogenolizu (proces razlaganja glikogena).

Posljednji u trijadi hormona stresa je epinefrin / adrenalin koji se proizvodi u središnjem živčanom sustavu i nadbubrežnim žlijezdama te djeluje na sva tjelesna tkiva vezivanjem adrenergičnih receptora. Kao i kortizol i glukagon, i epinefrin potiče glikogenolizu u jetri (i mišićima).

S povišenjem razina hormona stresa u organizmu, dolazi do drastičnog opadanja razina sinteze proteina u skeletnim mišićima, a kod izloženosti ovim hormonima kroz dulji vremenski period bilježi se nedovoljna sinteza proteina, što vodi do atrofije mišićnog tkiva.

Također, treba imati na umu da epinefrin i kortizol mogu otežati lučenje inzulina, a inzulin smo istakli kao anabolički hormon.

Umjesto zaključka

U ovom smo tekstu napravili prikaz fizioloških faktora i hormona koji utječu na anabolizam ili katabolizam u organizmu. Održavanje primjerenih razina svakog pojedinog hormona treba osigurati endogenom proizvodnjom, te ovim tekstom ne potičemo egzogeno upravljanje niti jednim od navedenih hormona.

Procesi u ljudskom organizmu su povezani i ne treba ih promatrati plošno, već kroz širu sliku ukupnog djelovanja organizma kao sustava. Stoga, pravilnim načinom prehrane, redovnom fizičkom aktivnošću te dovoljnom količinom kvalitetnog sna, organizmu omogućite da proizvodi dovoljne razine svih potrebnih hormona, pa će se i željeni procesi moći neometano odvijati uz očuvanje zdravlja i hormonalnog balansa.

Objavljeno 09.02.2020.