Эндорфины и кортизол

Изменения концентрации бета-эндорфинов и кортизола
при воздействии на организм физических нагрузок,
а также их роль в работе иммунитета

Бета-эндорфины и кортизол являются важными гормонами, влияющими на ЦНС, функции иммунитета и на уровень сахара в крови. И тот, и другой гормон связан с единой молекулой ПОМК (проопиомеланокортином), которая способна расщепляться на пептидные элементы; ПОМК также является прекурсором АКТГ (кортикотропного гормона), влияющего на продукцию кортизола в коре надпочечников, и имеет в своём составе бета-эндорфин. Выработка ПОМК, бета-эндорфина и кортизола контролируется факторами, образованными в гипоталамусе. Кортикорелин формируется в тканях гипоталамуса и влияет на стимуляцию выработки кортикотропина в передней доле гипофиза. Вазопрессин, выработка которого осуществляется также в средней части гипоталамуса, аналогичным образом влияет на выработку АКТГ и его выброс в кровь. На выработку ПОМК влияет большое количество различных факторов, таких как: циркадные ритмы, психическое состояние, физическая нагрузка и изменения правильности биохимических процессов. Кортизол, находящийся в крови, является элементом обратной связи, который вдобавок угнетает продукцию ПОМК. Формирование бета-эндорфина осуществляется ещё и в головном, а также в спинном мозге, вдобавок, данный гормон оказывает потенциальное опиоидное воздействие на ЦНС и, по всей видимости, может контролировать выраженность болевого синдрома.

Бета-эндорфин, попадающий в общий кровоток, вырабатывается, как правило, передней долей гипофиза. Молекула ПОМК в области карбоксильного конца располагает на себе участок, называющийся бета-липотропином, в дальнейшем он способен распадаться на бета-липотропин и бета-эндорфин. Частицы бета-липотропина мобилизуют молекулы жиров из жировых запасов организма; бета-эндорфин, локализованный в крови участвует во многих процессах, в том числе и в регуляции работы иммунитета, регуляции выраженности болевого синдрома, а также в поддержании нормального уровня глюкозы в крови. Рецепторы бета-эндорфина обнаруживаются в большинстве тканей организма, например, большое их количество расположено в жирах, поджелудочной железе, мышечной ткани. При всём при этом, значение бета-эндорфина в перечисленных тканях достоверно не определено.

Кортизол является основным глюкокортикостероидом и главным компонентом в цепочке обратной связи, плюс ко всему гормон угнетает свою же выработку за счёт воздействия на переднюю долю и гипоталамус. Кортизол активизируется путём взаимодействия с рецепторами в цитоплазме, после этого сформировавшаяся связь транспортируется внутрь ядра, в котором происходит воздействие молекул гормона на генном уровне. Получается, что кортизол берёт на себя функции основного ингибитора секреции кортикорелина, а также подавляет выработку ПОМК. Помимо этого, гормон угнетает синтез кортикотропина (АКТГ), который кумулируется в специфических клетках передней доли гипофиза. Регуляция выработки кортизола также может осуществляться с помощью гипоталамуса. При этом регуляция за счёт кортикорелина, вырабатываемого в гипоталамусе, зависит от суточных ритмов и волнообразного характера выработки, необходимого для поддержания нормального уровня гормонов в крови. Максимальная продукция кортикотропина в кровь, как правило, наблюдается в утренние часы, сразу после подъёма. Необходимо учесть, что клетки передней доли гипоталамуса (супрахиазматические ядра) принимают импульсы от зрительных нервов, от которых как раз и зависит суточный ритм продукции данного гормона. Резекция зрительного нерва нарушает суточные ритмы, в соответствии с которыми происходит выработка кортизола и АКТГ.

Для создания кортизола из молекул холестерина надпочечникам нужно некоторое количество времени, соответственно максимальная выработка кортизола происходит с задержкой к пиковому содержанию АКТГ. Главная задача кортизола состоит в поддержании оптимальной концентрации глюкозы в системе кровообращения при помощи перемещения в ткани печени аминокислот, сформированных во время протеолитических процессов, в результате которых происходит глюконеогенез. Стимуляция данного процесса с помощью кортизола, а также активизация транспорта липидов для ускорения метаболических процессов приводят к росту концентрации глюкозы в крови. Кортизол аналогичным образом выступает в роли вещества, которое подавляет функции иммунного ответа и замедляет течение воспалительных реакций.

 

Воздействие физических нагрузок
на концентрацию бета-эндорфина и кортизола
в системе кровообращения

Имеются также подтверждённые сведения, говорящие об увеличении концентрации бета-эндорфина при воздействии физических нагрузок аэробной и анаэробной направленности. Результаты некоторых исследований говорят о том, что иммунореактивность бета-эндорфина увеличивается при выполнении упражнений и зависит от интенсивности нагрузок. Возникает ощущение, что для увеличения концентрации бета-эндорфина во время аэробных тренировок следует сохранять интенсивность выше порога в 60% от максимального уровня потребления кислорода (VO2max). При этом значение данного порога может меняться и изменения будут зависеть от конкретного индивидуума, а также от калорийности его рациона. Помимо этого, тип изменений показателей бета-эндорфина определяется длительностью тренировочного процесса.

Тренировки с систематической прогрессией нагрузок и занятия с высокой интенсивностью оказывают стимулирующий эффект на рост концентрации бета-эндорфина в крови. Влияние силового тренинга как основного стимула изменений концентрации бета-эндорфина в общем кровотоке относительно слабое. В авторитетных источниках просматриваются очевидные несовпадения, основными факторами этого являются индивидуальные различия физиологических процессов в организме. Плюс к этому, на результаты исследований также могут влиять отличия тренировочных программ, выбор упражнений, интенсивность нагрузок и период взятия образцов крови для анализа. В соответствии с результатами одного из исследований, общая концентрация бета-эндорфина в крови увеличивается при воздействии интенсивных нагрузок. А именно, на изменения количества бета-эндорфина влияли: проделанный объём работы, баланс времени на отдых и на работу, а также мощность вырабатываемого усилия. Это же исследование доказало рост концентрации бета-эндорфина при воздействии нагрузок умеренной интенсивности у 30 спортсменов-силовиков профессионального уровня. В женском организме рост концентрации бета-эндорфина наблюдался после проведения 3-х упражнений с интенсивностью 90% от 1ПМ (повторного максимума). Говорилось также об увеличении показателей бета-эндорфина и бета-липотропина у 5 спортсменов при поднятии тяжестей. Наряду с этим силовой низкообъёмный тренинг не приводит к изменению показателей р-эндорфина. Таким образом, можно предположить, что высокоинтенсивная силовая работа и высокий объём тренировок способны привести к краткосрочному росту показателей бета-эндорфина в крови.

Изменение концентрации кортизола под воздействием тренировочного стресса зависит от выбора упражнений (базовые, многосуставные, изолированные), степени их интенсивности и длительности занятий. Зачастую аэробная нагрузка с умеренной интенсивностью и средней длительностью никак не влияет на концентрацию кортизола в крови, при том, что часть исследователей предполагают снижение его количества в целом. Наряду с этим, во время длительных нагрузок с высокой интенсивностью физическая активность, как правило, увеличивает показатель уровня кортизола в организме. Возможно это связано с механизмом поддержания нормального уровня глюкозы. В том случае, когда спортсмены в ходе занятий употребляли углеводы, изменения концентрации кортизола были менее существенны. Средняя по длительности физическая нагрузка чаще всего приводит к увеличению количества кортизола в системе кровообращения. Количество этого гормона также росло у бегунов на средние и длинные дистанции, однако роста кортизола у спортсменов-спринтеров не отмечалось. Кратковременные тренировки могут привести к несущественным изменениям концентрации кортизола. Необходимо сказать, что циркадный ритм колебаний выработки кортизола может затруднять процесс определения пиковых значений гормона, опосредованных воздействием физических нагрузок.

Физические упражнения могут привести к изменениям концентрации кортизола, которая будет зависеть от интенсивности нагрузок и их объёма. В одной из таких работ говорилось о том, что выполнение форсированных повторений приводит к более значительному росту концентрации кортизола по сравнению с упражнениями, где совершается работа на максимум с интенсивностью 95-100% от 1ПМ. Подобная информация также говорит о том, что вариативность воздействия нагрузок аналогичным образом оказывает влияние на концентрацию кортизола в крови. Подтверждением этого предположения стало то, что на амплитуду изменений концентрации кортизола влияет ещё и степень интенсивности силового тренинга, а также общее время под нагрузкой. По информации одного из исследований изменение концентрации кортизола при высокоинтенсивной нагрузке было более выраженным вне зависимости от числа сетов, а при низкоинтенсивной – количество кортизола в крови после 4-х сетов было больше, чем после выполнения 2-х. Имеется также информация, что высокообъёмный силовой тренинг приводит к росту не только концентрации кортизола, но и бета-эндорфина. Любопытно то, что показатель кортизола растёт довольно быстро и отмечается это примерно через 20-30 минут после начала занятия, а также в течение 15 минут после его завершения. Не всегда удавалось выявить рост концентрации кортизола после окончания высокоинтенсивного тренинга. Основными аспектами таких несовпадений в результатах могут являться различия в рационе питания, адаптации к физическим нагрузкам, а также циркадные ритмы.

 

Бета-эндорфин и иммунитет

Воздействие бета-эндорфина на работу иммунитета исследовали в условиях «пробирки» (in vitro), при этом, в живом организме, влияние данного гормона изучено плохо. Установлено, что бета-эндорфин мышей и человека может пролиферировать Т-клетки. Это сведения говорят о том, что влияние бета-эндорфина на иммунитет происходит без участия опиоидных рецепторов и за счёт ингибирования простагландина Е. Установлено, что искусственный бета-эндорфин вступает во взаимодействие с рецепторами без опиоидной активности на лимфоцитах.

Выявлено также, что бета-эндорфин в условиях «пробирки» оказывает стимулирующее влияние на селезёнку мышей за счёт процессов пролиферации в ответ на активность митогенов. Выяснилось, что подобный ответ определяется зависимостью от дозировки и не подавляется налоксоном. Помимо этого, бета-эндорфин никак не влияет на В-лимфоциты. Пролиферация, происходящая в селезёнке у половозрелых мышей, при влиянии бета-эндорфина увеличивалась в 1.5-2 раза и зависела от дозировки данного гормона в Т-лимфоцитах. Установлено, что перед пролиферацией с участием бета-эндорфина отмечался рост концентрации интерлейкина-2 и его рецепторов. Вместе с тем, налоксон не подавлял действие бета-эндорфина. Последующее подтверждение пролиферации Т-клеток с помощью бета-эндорфина было выявлено через применение конкавалина А. Бета-эндорфин стимулировал пролиферацию при влиянии митогенов, при том, что график зависимости стимулирующего эффекта от дозировки гормона имел вид обратной параболы, что может говорить нам об угнетении иммунного ответа при высокой концентрации гормона. Этими же исследователями также было выявлено, что угнетение иммунитета за счёт воздействия кортизола может быть наполовину купировано р-эндорфином, поэтому стимуляция р-эндорфина замедляет угнетающее воздействие кортизола на иммунитет.

Исследование воздействия бета-эндорфина на работу клеток Т-киллеров в условиях «пробирки» определило его стимулирующее действие. В данной работе также говорилось о том, что этот эффект зависел от дозировок гормона и полностью угнетался за счёт введения антагонистов опиоидных рецепторов (того же налоксона). Эти сведения предполагают под собой то, что по степень воздействия бета-эндорфина на Т-киллеры имеет некоторые отличия от его воздействия на другие лимфоциты. Плюс ко всему также проводилось исследование по изучению влияния бета-эндорфина на функциональность и число Т-киллеров во время тренировочных нагрузок. Испытуемые за час до начала физических нагрузок с умеренной интенсивностью (70% от VO2max) и длительностью 120 минут использовали антагонисты опиоидных рецепторов либо препарат-плацебо. Рост концентрации бета-эндорфина в организме отмечался спустя 1.5-2 часа после старта тренировочного процесса, одновременно с этим отмечался и рост активности и числа Т-киллеров. Помимо этого, приём антагонистов ни коем образом не оказывал влияния на функциональность и количество Т-киллеров. Исследователи пришли к выводу, что рост активности Т-киллеров не коррелирует с действием бета-эндорфина. Наряду с этим, вероятно, что эффекты гормона обусловлены наличием другого типа рецепторов. Постоянная физическая активность (ежедневный бег в течение 35 дней) у мышей помимо увеличения показателей кровяного давления приводил к росту активности Т-киллеров. Через некоторое время после этого отмечался рост количества бета-эндорфина в ликворе. Ещё один антагонист опиоидных рецепторов – налтриндол в существенной мере угнетал активность Т-киллеров, которая отмечалась после 35 дней ежедневной мышечной работы у животных. Антагонисты специфических рецепторов не влияли на работу Т-киллеров. Исследователи выдвинули предположение, что физиологический отклик на тренировочный стресс опосредован 5-рецепторами в ЦНС. Использование бета-эндорфина при его подкожном введении в периферических тканях не приводило к изменениям активности Т-киллеров. Наряду с этим после использования агониста опиоидного 6-рецептора отмечалось повышение активности Т-киллеров. При этом разовое использование агонистов С-рецепторов в желудочках головного мозга угнетало функциональность Т-киллеров. Подобные изменения отмечались также и после разового введения морфина в мозг животного. Эти сведения могут говорить о том, что влияние бета-эндорфина, которое регулирует деятельность Т-киллеров, может осуществляться через 5- и С-рецепторы. Для изучения этого необходимо проведение новых исследовательских работ.

Помимо вышеописанных факторов воздействия, бета-эндорфин влияет на функции иммунитета и прочие эффекты: хемотаксис макрофагов, транспорт антител, продукция Т-хелперов. Обнаружено перемещение макрофагов в область введения бета-эндорфина. Нейтрофильные гранулоциты аналогичным образом перемещаются в область введения бета-эндорфина, при этом подобная ответная реакция подавляется инкубацией с антагонистами опиоидных рецепторов. Опиоидные вещества при их введении в желудочки мозга проявляют свои эффекты различным образом. Часть из этих веществ стимулирует активность макрофагов, другая часть – нейтрофильные гранулоциты. Хемотаксис зависит от дозировок нейрогормона. Высокий уровень р-эндорфина угнетает хемотаксис, при том, что низкий уровень гормона активизирует работу нейтрофильных гранулоцитов. Так как исходный уровень бета-эндорфина при воздействии тренировочного стресса не повышается до исследуемых уровней, по всей вероятности, бета-эндорфин может оказывать на функцию иммунитета стимулирующее воздействие.

Было предложено, что белки опиоидного происхождения, к примеру, бета-эндорфин и энкефалин, имеют схожую структуру и могут взаимодействовать с интерлейкином-2. Интерлейкины являются компонентами воспалительного ответа, которые вступают во взаимосвязь с бета-эндорфином и кортизолом. Вероятно, что оба этих нейрогормона оказывают своё воздействие через связывание с интерлейкинами. Подавление иммунной функции может осуществляться на разных этапах взаимодействия и, как правило, это происходит при помощи сокращения продукции интерлейкинов 1 и 6 (оба этих типа являются дозозависимыми). β-эндорфин способствует стимуляции выработки интерферона-Y в ответ на обработку конкавалином А. Увеличение продукции интерферона-Y при применении физиологической концентрации бета-эндорфина зависело от дозировки и не подавлялось действием антагонистов опиоидных рецепторов.

Складывается ощущение, что бета-эндорфин способен оказывать воздействие на различные иммунные компоненты (причём как системное воздействие, так и на периферические ткани). Это влияние может обусловлено через действие опиоидных рецепторов. Помимо этого, влияние бета-эндорфина может происходить за счёт кортизола.

 

Иммунитет и кортизол

Кортизол, как правило, можно рассматривать в качестве гормона, который подавляет иммунные функции и имеет противовоспалительный эффект. Кортикоиды при парентеральном введении могут привести к уменьшению количества лимфоцитов, моноцитов и нейтрофилов, при этом максимальный эффект действия препаратов заметен уже через 4 часа. Большая дозировка препаратов данной фармакологической группы может привести к преждевременному апоптозу (разрушению) клеток В- и Т-лимфоцитов. Кортизол способен модулировать работу иммунитета путём стимуляции процессов апоптоза в вилочковой железе и лимфоцитах. Наряду с этим, производное кортизола – кортизон может замедлять процесс разрушения лимфоцитов. Установлено, что глюкокортикостероиды приводят к апоптозу моноцитов. Процесс апоптоза зависит от скорости и количества самого кортизола. Апоптоз моноцитов отчасти обусловлен стимуляцией интерлейкинов-1. Помимо этого, кортизол может подавлять ФНО-а (фактор некроза опухоли-альфа) и простагландины Е за счёт активации моноцитов и мононуклеарных фагоцитов. Интерлейкин-1 представляет из себя элемент обратной связи в модуляции гипоталамических функций, а также секреции кортикотропина и кортизола. Инкубация клеток вилочковой железы и клеток селезёнки с кортикостероном в условиях «пробирки» в течение первых суток приводит к разрушению этих клеток. Количество кортикостерона в культивированной среде было таким же, как и при максимальной физической нагрузке. Этот факт говорит о том, что кортизол вносит свою лепту в процессы клеточной гибели лимфоцитов, а также в подавление иммунной функции после высокоинтенсивных физических нагрузок.

Установлено, что кортикоиды также угнетают функции Т-киллеров. После регулярного использования преднизолона у 10 людей с диагнозом артрит было выявлено уменьшение активности Т-киллеров в крови. Под влиянием кортикоидов наблюдается уменьшение активности Т-киллеров как в живом организме, так и в условиях «пробирки» (in vitro). Наряду с этим, наблюдаемые в обоих случаях явления имели некоторые отличия. Фармакологическая дозировка кортикоидов затрудняла прикрепление Т-киллеров с клетками-мишенями. Преднизолон и гидрокортизон угнетают действие Т-киллеров в мононуклеарных фагоцитах (степень угнетающего эффекта зависит от дозировки искусственных гормонов) и, вдобавок, подавляют их взаимодействие с клетками-мишенями. Угнетение взаимодействия мононуклеарных фагоцитов с нужными клетками при воздействии кортикоидов зависит от дозировки и процесса метилирования фосфолипидов.

Подавление работы иммунитета за счёт воздействия кортизола, как правило, становится максимальным через пару часов. Воздействие кортизола, отмечающееся во время низкоинтенсивных тренировок и занятий с умеренной интенсивностью, влияет на иммунитет по минимуму. Наряду с этим, высокоинтенсивный тренинг может привести к существенным изменениям концентрации кортизола, а это, как правило, будет оказывать влияние на работу иммунитета. Помимо этого, к подавлению иммунитета могут привести высокоинтенсивные тренировочные нагрузки в течение длительного времени.

 

Заключительная часть

Бета-эндорфин и кортизол особым образом влияют на работу иммунитета, при том, что бета-эндорфин является стимулятором, а кортизол – ингибитором иммунных функций. Влияние этих двух гормонов на регуляцию работы иммунитета при воздействии краткосрочных и долгосрочных физических нагрузок полностью не установлено. Воздействие физической активности на секрецию бета-эндорфина и работу иммунных клеток в живом организме ещё предстоит исследовать. Плюс к этому, следует провести дополнительное изучение процессов адаптации организма после воздействия на него физических нагрузок. Значение рациона питания (поддержание баланса белков, углеводов и витаминов), воздействие кортизола и бета-эндорфина на иммунный отклик организма необходимо также исследовать.