Rastni hormon

Gregor Vidmar, 24. 1. 2010

Rastni hormon (ang. growth hormone oz. GH), imenujemo ga tudi somatotropni hormon ali somatotropin, ima v telesu številne izredno pomembne naloge. Sestavljen je iz 191 aminokislin, njegova molekulska masa pa znaša približno 22.000 Daltonov.

Rastni hormon v vseh življenjskih obdobjih vpliva na rast, razvoj in obnovo vseh telesnih tkiv (pospešuje delitev, diferenciacijo in rast celic), uravnava pa tudi določene vidike presnove beljakovin, ogljikovih hidratov, maščob in mineralov.

Rastni hormon izločajo specializirane celice v žlezi hipofizi, ki se nahaja v lobanjskem dnu. Hipofizo delimo na dva dela, prednjega in zadnjega. Iz prednjega se, poleg rastnega hormona, izločajo še hormoni adenokortikotropin (ACTH), tirotropin (TSH), prolaktin (PRL), luteiniziajoči hormon (LH) in folikel-stimulirajoči hormon (FSH), iz zadnjega pa vazopresin oz. antidiuretični hormon (ADH) in oksitocin. Večina hormonov hipofize ima svojemu delovanju namenjene tarčne celice oz. tarčne žleze, rastni hormon pa deluje na vse ali skoraj vse tipe celic v telesu.

Učinki rastnega hormona

Na splošno lahko učinke rastnega hormona razdelimo na direktne in indirektne.

Direktni učinki so rezultat neposredne vezave rastnega hormona na receptorje v tarčnih tkivih oz. celicah. Direktni učinek rastnega hormona je npr. spodbujanje sproščanja maščobnih kislin iz maščobnih celic.

Indirektni učinki rastnega hormona so posledica delovanja t.i. inzulinu podobnega rastnega dejavnika 1 (IGF-1), hormona, ki ima na tkiva podoben učinek kot inzulin. Večina IGF-1 nastaja v jetrih,  nekaj pa tudi v drugih organih oz. tkivih (npr. mišicah in ledvicah). Večina učinkov na razvoj, rast in regeneracijo tkiv je posledica delovanja IGF-1.

Osnovni neposredni in posredni učinki rastnega hormona so:

  • povečanje prenosa aminokislin v celice in izgradnje novih beljakovin ter zmanjšanje porabe beljakovin,
  • povečanje sproščanja maščobnih kislin iz maščobnih celic in porabe teh maščobnih kislin za energijo,
  • zmanjšanje porabe glukoze, proizvodnje glikogena in posledično dvig krvnega sladkorja,
  • povečanje proizvodnje vezivnega tkiva,
  • spodbujanje rasti hrustanca,
  • zadrževanje dušika, natrija, kalija, kalcija in fosforja.

Rastni hormon in presnovna aktivnost

Aminokisline

Rastni hormon poveča transport aminokislin v celice, kar spodbudi izgradnjo novih beljakovin. Princip transporta je podoben transportu glukoze v celice zaradi delovanja inzulina; GH odpre celično membrano za prenos aminokislin.

GH lahko poveča izgradnjo beljakovin tudi brez pomoči aminokislin in sicer s spodbujanjem sinteze ribonukleinskih kislin (RNK).

Maščobne kisline

Rastni hormon iz adipoznega / maščobnega tkiva sprošča maščobne kisline, ki jih telo lahko nato porabi za prodobivanje energije za delovanje. Rastni hormon poveča  tudi jetrno oksidacijo maščobnih kislin v ketonska telesa, acetoacetat in beta-hidroksibutirat. Poveča tudi pretvorbo maščobnih kislin v acetil-koencim A (acetil-CoA), zelo pomembno molekulo v presnovi hranil.

Ogljikovi hidrati

Rastni hormon je t.i. diabetogeni hormon (povzroča podobne klinične znake, kot jih ima diabetes tipa II).  Zmanjša porabo ogljikovih hidratov v mišicah in maščevju, poveča pa se proizvodnja glukoze v jetrih in izločanje inzulina. Ker se poveča tudi izločanje maščobnih kislin (iz maščobnega tkiva; glej zgoraj), ki nasprotujejo učinkom inzulina (transport sladkorja iz krvi v celice) oz. povzročajo inzulinsko odpornost (kljub prisotnosti inzulin ne more opraviti svoje naloge), se poviša raven sladkorja v krvi (hiperglikemija).

Minerali

Rastni hormon povečuje ledvično reabsorpcijo kalcija, natrija in fosfata.

Rastni hormon in rast kosti, hrustanca in vezivnega tkiva

Rastni hormon vpliva na rast in regeneracijo skeleta posredno preko IGF-1. V obdobju rasti, dokler epifizne ploščice niso zraščene, se kosti podaljšujejo in debelijo, kasneje pa se lahko le še debelijo. Zaradi prekomernega izločanja rastnega hormona v odraslem obdobju lahko pride do akromegalije (v nadaljevanju).

Izločanje in uravnavanje izločanja rastnega hormona

Rastni hormon se izloča intervalno; njegova raven v krvi torej narašča in pada. Pri otrocih se to zgodi 8-krat, pri odraslih pa 5-krat dnevno. Izloča se v vseh življenjskih obdobjih, razlika je le količini. Adolescenti tako izločijo okrog 700 mcg rastnega hormona dnevno, zdravi odrasli pa le okrog 400 mcg.

Glavni nadzorniki uravnavanja izločanja rastnega hormona so trije hormoni:

  1. GH stimulirajoči hormon (ang. growth hormone releasing hormone oz. GHRH); GHRH nastaja v hipotalamusu in spodbuja nastajanje in izločanje GH,
  2. somatotropin inhibirajoči hormon oz. somatostatin; nastaja v hipotalamusu in nekaterih drugih tkivih in zavira izločanje GH,
  3. ghrelin je hormon, ki ga izloča želodec; spodbuja izločanje GH.

Ostali dejavniki, ki spodbujajo izločanje rastnega hormona:

  • hormoni dopamin, serotonin in kateholamini; povečano izločanje teh hormonov je lahko odraz raznih čustev in stresa,
  • z inzulinom povzročena hipoglikemija (prenizka raven krvnega sladkorja),
  • povišana raven androgenih hormonov v puberteti,
  • estrogen,
  • fiziološka hipoglikemija,
  • povečana koncentracija nekaterih aminokislin v krvni plazmi (arginin, levcin, lizin, triptofan in 5-hidroksitriptofan),
  • zmanjšana koncentracija prostih maščobnih kislin v krvi,
  • spanje; okrog 50% rastnega hormona se izloči med tretjo in četrto REM fazo spanja,
  • intenzivna telesna vadba (več v nadaljevanju),
  • do povečanega izločanja rastnega hormona pride po 2 do 3 dneh stradanja.

Ostali dejavniki, ki zavirajo izločanje rastnega hormona:

  • IGF-1; izločanje GH je del negativne povratne zanke, ki vključuje IGF-1. Visoka koncentracija IGF-1 v krvi neposredno zmanjša izločanje iz hipofize in spodbuja izločanje somatostatina iz hipotalamusa,
  • GH; visoka koncentracija GH ima zaviralni učinek na izločanje GHRH,
  • debelost; zgoraj našteti dejavniki, ki spodbujajo izločanje, so manj izraziti pri debelih ljudeh,
  • glukokortikoidi; poleg tega, da zavirajo izločanje rastnega hormona, se vmešavajo tudi v presnovne učinke rastnega hormona,
  • nosečnost; v pozni nosečnosti se zmanjša izločanje rastnega hormona kljub visokim vrednostim estrogena.

Posledice motenj izločanja in delovanja rastnega hormona

1. Panhipopituitarizem

Panhipopituitarizem pomeni zmanjšano izločanje sprednjega dela hipofize in je lahko posledica prirojene napake, lahko pa se pojavi kasneje, ponavadi zaradi benignega tumorja, ki pritiska na hipofizo.

Pritikavost

Pritlikavost je v največji meri povezana s panhipopituitarizmom v otroštvu. Glede na proporce se telo razvije popolnoma normalno, drugače pa je telo zaostalo v rastnem razvoju.

Pritlikavci s to napako nikoli ne preživijo oz. doživijo pubertete, saj niso sposobni proizvesti dovolj gonadotropnih hormonov, da bi razvili normalno seksualno funkcijo. Le 1/3 uspe pridobiti normalno seksualno funkcijo in morda lahko imajo tudi otroke. Pri pritlikavcih tipa Levi-Lorain in Afriški pigmi pa je količina GH vedno zadostna, problem pa nastane pri genskem izražanju receptorjev oz. promotorjev zanj (Somatomedin C).

Problem zdravljenja z GH je bil izrazit predvsem v preteklosti, saj je specifičnost rastnega hormona, da deluje samo na tisto rastlinsko oz. živalsko vrsto, ki ga prozvaja;  za zdravljenje ljudi torej potreben humani rastni hormon. Pripravki so bili v preteklosti pridobljeni iz človeških hipofiz, zato je bilo nemogoče zadostiti potrebam.

Danes se hormon pridobiva s pomočjo bakterij Escherichia Coli, kar je omogočil razvoj rekombinantne DNK tehnologije. Tako je zdravljenje pritlikavcev lahko popolnoma uspešno, če je le bolezensko stanje odkrito dovolj zgodaj.

Panhipopituitarizem pri odraslih

Panhipopituitarizem pri odraslih je povezan predvsem z nastankom benignega tumorja, ki pritisne na sprednji del hipofize in tako poslabša njeno delovanje ali pa delovanje celo onemogoči. Možen pa je tudi pojav tromboze oz. zamašitev hipotalamično-hipofiznega žilja s trombusom, kar onemogoči transport rastnega hormona.

Posledice so: hipotiroidizem, zmanjšana proizvodnja kortikoidov v nadledvičnih žlezah, zmanjšano izločanje gonadotropnih hormonov in posledična izguba seksualne funkcije. Te bolnike se navadno zdravi z nadomeščanjem teh hormonov.

2. Gigantizem

Celice, ki proizvajajo GH, lahko tudi podivjajo in proizvajajo velike količine tega hormona. Za nadpovprečno proizvajanje je lahko vzrok tudi tumor. Posledica je prekomerna in hitra rast celotnega telesa. Če do tega pride pred adolescenco, ti ljudje postanejo velikani / giganti, saj njihove kosti pred dokončnim zraščenjem nenormalno zrastejo.

Pacienti imajo hiperglikemijo, povečano pa je izločanje hormona inzulina iz beta celic Langerhansovih otočkov. Ker so te celice zaradi tega pretirano aktivne, lahko pride do njihove okvare, kar pri približno 10% bolnikov privede do nastanka diabetes mellitus-a. Temu stanju ponavadi sledi panhipopituitarizem, saj so nenormalnosti običajno posledica tumorja. Ko tumor zraste do določene velikosti, lahko uniči samega sebe in to privede do smrti v zgodnjem odraslem obdobju. Zdravljenje je možno z operacijo ali pa se rast tumorja zavre z raznimi snovmi. Možno je tudi obsevanje.

3. Akromegalija

Akromegalija je povezana z nastankom tumorja v odraslem obdobju, ko so kosti že dokončno zraščene in se lahko le še debelijo. Povečanje oz. odbelitev je najbol vidno na kosteh prstov, dlani in stopal, na kosteh glave (čelo, čeljust, nosne kosti) ter na hrbtenici. Vse te kosti se povečajo tudi do dvakrat, kar predstavlja velike težave predvsem pri prehranjevanju in okretnosti v stopalih, dlaneh in prstih rok. Pride lahko tudi do deformacij hrbtenice (povečana kifoza ali lordoza ter skolioza). Povečajo se lahko tudi nekateri organi, npr. jetra, ledvica ali jezik.

Rastni hormon in telesna vadba

Med najmočnejše nefarmakološke dejavnike, ki spodbujajo izločanje rastnega hormona, spada tudi telesna vadba (glej članek Telesna vadba in rastni hormon). Učinek telesne vadbe na povečano izločanje rastnega hormona (ang. exercise-induced growth hormone reponse = EIGR) je znan in čeprav točni mehanizmi še vedno niso povsem pojasnjeni, obstaja nekaj možnih kandidatov. Ti vključujejo živčno stimulacijo, neposredno stimulacijo prek nekaterih hormonov (adrenalin, noradrenalin, dopamin, serotonin), laktatov in/ali dušikovega oksida ter vpliv sprememb acido-baznega ravnovesja.

S primerno vadbo lahko torej povečamo količino lastnega rastega hormona. To pa ni pomembno le v kontekstu regeneracije telesa in izboljšanja telesnih sposobnosti, pač pa tudi pri ohranjanju kostne in mišične mase (in posledično telesnih sposobnosti) ter izboljšanju obnavljanja vseh tkiv v procesu staranja.

Rastni hormon kot doping

Po letu 1981, ko je na tržišče prišel prvi sintetični rastni hormon, se je njegova uporaba razširila tudi v športu (pred tem je bila zaradi postopka pridobivanja (iz hipofiz umrlih ljudi) zelo omejena). Mednarodni olimpimpijski komite ga je uvrstil na listo prepovedanih substanc leta 1989, vendar pa še danes ne obstajajo zanesljivi testi, ki bi lahko dokazali njegovo zlorabo.

Jemanje eksogenega rastnega hormona naj bi športnikom pomagalo znižati količino telesne maščobe, povečati mišično maso in ojačati kosti in vezivne strukture ter tako izboljšati telesne sposobnosti in zmanjšati možnost poškodb. Rezultati raziskav na to temo si nasprotujejo, prav tako tudi pričevanja oz. izkušnje športnikov. Razlike se pojavljajo zaradi različnega doziranja, trajanja jemanja, dovzetnosti posameznikov, kakovosti preparatov (športniki GH dobijo največkrat na črnem trgu, ki je preplavljen s ponaredki) in drugih dejavnikov, ki lahko vplivajo na telesne sposobnosti in učinkovitost eksogenega rastnega hormona (npr. prehranjenost in jemanje drugih farmakoloških prepratov (androgeni steroidi, tiroidni hormoni, inzulin ipd.)).

Jemanje suprafizioloških doz rastnega hormona ima seveda tudi stranske učinke. Nekateri možni stranski so:

  • bolečine v sklepih (reverzibilno),
  • zadrževanje vode (edem) (reverzibilno),
  • sindrom karpanega kanala (običajno reverzibilno),
  • motnje v presnovi glukoze in diabetes tipa II (običajno reverzibilno),
  • ginekomastija,
  • rast notranjih organov,
  • možnost pojava raka in pospešitev napredovanja raka.

Stranski učinki so seveda odvisni od doze, trajanja jemanja in občutljivosti posameznika. Do hujših stranskih učinkov običajno lahko pride le pri dolgotrajnem jemanju visokih odmerkov.

Literatura

  • Bullock J, Boyle J, Wang M.B. Physiology. 3rd ed. Philadelphia: Williams & Wilkins, 1995.
  • Urban Čuješ. Rastni hormon. Fiziološki seminar, Maribor 2006.
  • Saugy M, Robinson N, Saudan C, Baume N, Avois L, Mangin P. Human growth hormone doping in sport. Br J Sports Med, 2006; 40 Suppl 1: i35 – 9.
  • Liu H, Bravata DM, Olkin I, et al. Systematic review: the effects of growth hormone on athletic performance. Ann Intern, 2008; 148(10): 747 – 58.
  • Norrelund H. The metabolic role of growth hormone in humans with particular reference to fasting. Growth Horm IGF Res, 2005; 15(2): 95 – 122.
  • Godfrey RJ, Madgwick Z, Whyte GP. The exercise-induced growth hormone response in athletes. Sports Med 2003; 33(8):599-613.