Crecimiento muscular y hormonas



Crecimiento muscular y hormonas


El entrenamiento de la fuerza y de la potencia, representa un gran estímulo al sistema músculo-esquelético, cuya manifestación es la respuesta hormonal. Los factores de crecimiento (IGF-I, hormona de crecimiento, insulina, entre otros) demuestran una gran interacción entre estas hormonas cuando son estimuladas a través de los ejercicios de fuerza. 


El sistema IGF-I tiene tanto actividades autócrinas (estimulación directa de proteínas) como parácrinas (proliferación, diferenciación y fusión de células "satélite"), lo cual cumple un papel muy importante en el desarrollo muscular relacionado a la hipertrofia muscular a nivel local. Estas funciones eran originalmente atribuidas a la testosterona, quien juega un mayor rol en la respuesta neuronal de los ejercicios de fuerza y potencia. Es decir, la respuesta hipertrófica se sabe hoy, gracias al conocimiento de estos factores de crecimiento, que es específica (y no general) al grupo muscular que se activa o se sobrecarga. Esto tiene un gran valor a la hora de conocer cómo son las respuestas del entrenamiento de la fuerza en lo referente a la hipertrofia. Este conocimiento es a la vez, muy complejo e interesante de estudiar.

Vamos a explicar los mecanismos intrínsecos hormonales relacionados con los ejercicios de pesas (de fuerza, específicamente) que ocurren en el músculo esquelético. En especial, mecanismos vinculados al crecimiento y desarrollo ("factores de crecimiento") del músculo inducidos por este tipo de estímulos, mecanismos hasta hoy no tan claros aún. También, se observará sus implicancias prácticas de estos mecanismos, en particular el sistema IGF-I, para un mejor conocimiento de la respuesta y la adaptación muscular específica al entrenamiento con pesas en sujetos sanos.

Características generales de las hormonas y su función

El entrenamiento de la fuerza y de la potencia, representa un gran estímulo al sistema músculo-esquelético. Este tipo de estrés físico activa una amplia variedad de mecanismos fisiológicos implicados con la activación del músculo. Uno de los sistemas fisiológicos que ha sido demostrado de ser sensible al ejercicio agudo con pesas, es el sistema endocrino. Las respuestas y las adaptaciones se vinculan al estímulo del ejercicio de fuerza (por ejemplo, elección del ejercicio, orden de ejecución, carga utilizada, intensidad, tiempo de pausa, etc.). La magnitud de esa respuesta hormonal estará relacionada a la configuración específica de los protocolos de ejercicio elegido, por ejemplo, pausas cortas.



Brevemente , se puede decir que las hormonas se clasifican como esteroides y no esteroides, según su composición química. Las hormonas esteroides son liposolubles, y la mayoría se forman a partir del colesterol. Las hormonas no esteroides (peptídicas) son proteínas, péptidos o aminoácidos.


Las hormonas esteroides pasan a través de las membranas celulares y se unen a receptores dentro de la célula. Usan un mecanismo llamado "activación directa" de genes para producir la síntesis de proteínas (a través del ARNm "mensajero") dentro del citoplasma (procesos de reparación y crecimiento de tejidos, por ejemplo). Las hormonas no esteroides no pueden entrar fácilmente en las células, por lo que se unen a receptores específicos ubicados en las membranas celulares. Esto forma el complejo hormona-receptor que activa a un segundo mensajero dentro de la célula, que al formar AMPc, activa numerosos procesos celulares (activación de enzimas, cambios de permeabilidad de membranas, síntesis de proteínas, estimulación de secreciones celulares, etc.). 

Según su función, se encuentran las hormonas "Anabolizantes", tales como la hormona de crecimiento (GH, Growth Hormona), hormonas tiroideas, testosterona, insulina, y el sistema IGF-I (Insulin-Like Growth Factor I, factor I de crecimiento como la insulina). 

Hormonas"Anabolizantes" y efectos


Factores de crecimiento: interacción de hormonas

La GH tiene muchos roles biológicos en el metabolismo y el crecimiento que promueven acciones en los tejidos. Muchas de estas acciones biológicas son mediadas por una variedad de mecanismos vía IGF, también llamadas antes como Somatomedinas. Pero, parece ser que la hipertrofia inducida por ejercicio es absolutamente diferente de la hipertrofia estimulada por la GH. Por ejemplo, las características de la producción de fuerza de la fibra muscular son superiores subsecuentes a los aumentos de su tamaño inducido por el ejercicio, comparado al músculo "tratado" (medicado) con GH.

Además, una mayor evidencia indica que la modulación del turnover (recambio) de proteínas en el músculo está regulada por un número de factores de crecimiento de tejidos expresados localmente. La IGF-I estimula la proliferación y diferenciación de mioblastos in vitro, como también la síntesis de proteínas y, como tal, es por eso que ha recibido gran atención en los estudios de hipertrofia muscular.

En suma, la mejorada estimulación de la secreción de la GH por parte de la testosterona, aumenta la producción de IGF, vía mecanismo mediados por la GH y puede, también, ayudar a producir varias propiedades anabólicas típicamente atribuidas a la testosterona (actualmente no es tan así) en el cuerpo entero.


Estas interrelaciones con otras hormonas demuestran la naturaleza altamente interdependiente del sistema neuroendócrino en la influencia de la expresión de una característica del rendimiento tal como lo es la fuerza y/o la potencia de los músculos utilizados. Así, cómo la testosterona influencia tales cambios en la función y en la estructura muscular, puede ser en gran parte debido a la interacción de la testosterona con muchos tejidos (por ejemplo, tejido nervioso) y otras hormonas en el cuerpo (por ejemplo, hormona de crecimiento).

Mecanismo de de acción de la testosterona. También, con el avance de la edad (envejecimiento), las concentraciones plasmáticas de hormonas anabólicas circulantes y los factores de crecimiento disminuyen. 



El sistema IGF-I

La IGF-I, originalmente llamada somatomedina C, es un factor de crecimiento relacionado estructuralmente a la insulina. La IGF-I es la principal proteína implicada en la respuesta de las células a la GH; esto es, la IGF-I es producida en respuesta a la GH y entonces induce las actividades celulares subsecuentes, particularmente sobre el crecimiento del hueso. Sin embargo, estudios recientes , han demostrado que la IGF-I tiene actividades autócrinas (estimulación directa de la síntesis de proteínas miofibrilares) y parácrinas (proliferación, diferenciación y fusión de células "satélite"), en adición a las actividades endócrinas inicialmente observadas sobre el hueso.


El receptor IGF-I, receptor como el de la propia insulina, tiene la actividad intrínseca de la tirosina kinasa. Debido a sus similitudes estructurales, la IGF-I puede unirse al receptor de la insulina, pero con una afinidad mucho menor que la de la propia insulina. 

Los factores de crecimiento con la insulina tienen efectos importantes sobre múltiples órganos, incluyendo el hueso. La IGF-I en plasma es sintetizada principalmente por el hígado y los niveles plasmáticos tienen su pico máximo durante la pubertad.

La hipótesis de las Somatomedinas, establecía que las acciones de la GH eran mediadas por un segundo agente liberado hacia la sangre por un "objetivo" (target) de la acción de la GH. La GH se sabe que especifica la liberación de las IGFs (particularmente la IGF-I) hacia la sangre desde el hígado, convirtiéndolo a éste en una glándula endócrina. En suma, el hígado y otros tejidos liberan proteínas unidas a la IGF (las IGFBPs) que pueden prolongar, mejorar o inhibir las acciones de las IGFs. Estas acciones de las IGF son moduladas por esta familia de proteínas, llamadas IGFBP-1, IGFBP-2, IGFBP-3, IGFBP-4, IGFBP-5, y IGFBP-6. La función de las IGFBPs no sólo es ser proteínas de transporte (carriers), para las IGFs en la circulación, protegiéndose de la degradación y transportándolas hacia tejidos específicos, sino también como moduladores de la acción de la IGF. 


            
Figura 4. Relaciones dentro del sistema GH/IGF. Las flechas indican los efectos estimulatorios, y las líneas paralelas indican las inhibiciones. Las líneas oscuras muestran las relaciones bien establecidas, mientras las líneas más claras indican efectos que sólo ocurren en situaciones limitadas o (como los efectos directos de la GH en el músculo esquelético) que no han sido inequívocamente o de forma consistente demostradas en cultivos de células así como en animales intactos.

              
Figura 5. Complejidad de la familia de IGF. Como se muestra aquí, la familia de IGF incluye tres hormonas, tres receptores, y seis proteínas vinculantes, todos productos de distintos genes. Muchos pero no todos los miembros de la familia pueden actuar recíprocamente entre sí.


El sistema IGF-I y la adaptación muscular

Control local de la adaptación del músculo esquelético. Un número de estudios ha demostrado que las adaptaciones tal como la hipertrofia muscular, puede ocurrir aún cuando el medio (entorno) somático podría considerarse "no anabólico" . En este modelo, este proceso de hipertrofia "compensatoria" incluye su claro aumento en la expresión del ARNm del IGF-I en los músculos sometidos a sobrecarga.

Regeneración del músculo. Para conocer la importancia de la regulación intrínseca vía activación autócrina/parácrina, es necesario considerar algunos procesos celulares, tales como la regeneración de la fibra muscular (miofibras), que parece ser modulada por la IGF-I. Cuando hay daño (injuria) muscular, las células satélite, que son pequeñas células mononucleadas del músculo, son "movilizadas" para comenzar el proceso de regeneración. Luego de esta activación de las células satélite se observa una respuesta proliferativa en la cual algunas de esas células activadas se someten a un ciclo mitótico (división de células). A continuación de esto, estas células activadas se "diferencian" en células como mioblastos. Así, estos mioblastos pueden fusionarse con otros para formar nuevas miofibras o incorporarse en las miofibras "sobrevivientes" del daño muscular. De allí, que hay evidencia de que la IGF-I producida localmente de modo autócrina/parácrina, puede ser importante en este proceso de regeneración.

Hay que destacar que este proceso "proliferativo" puede ser eliminado vía irradiación (utilizada para el tratamiento de ciertos tumores cancerígenos), y por lo tanto, inhibir el proceso de regeneración.


           
Figura 6. IGF-I y "miogénesis" durante la hipertrofia compensatoria. Grandes cargas conllevan a la proliferación, diferenciación, y fusión de las células "satélite". La IGF-I se ha demostrado que estimula estos procesos miogénicos en los músculos esqueléticos. Se ha postulado que la IGF-I y/o la isoforma IGF-I factor de crecimiento mecánico sensible a la sobrecarga (mechano growth factor, MGF), es producida y liberada por las miofibras en respuesta a una carga mayor o estiramiento. La mayor concentración local de IGF-I (MGF) estimularía entonces los procesos miogénicos necesarios para dirigir la respuesta de la hipertrofia.

Adaptación muscular a una mayor sobrecarga


Un número de modelos de actividad in vivo, tales como alta sobrecarga, estiramiento y contracción (activación) excéntrica muscular, son conocidos de resultar en una mayor expresión del ARNm del IGF-I y/o mayor IGF-I en células musculares. 
Además, manipulaciones experimentales de niveles musculares de IGF-I han sido demostradas de inducir hipertrofia muscular tanto in vitro como in vivo.
 

Acciones autócrinas/parácrinas del Sistema IGF-I. Uno de los desarrollos más interesantes recientemente en la historia de la IGF-I ha sido la identificación de una isoforma de la IGF-I que se expresa en respuesta a cambios en el estado de sobrecarga de los músculos esqueléticos. Esta isoforma, factor de crecimiento mecánico (MGF, mechanogrowth factor), ha sido demostrada de ser marcadamente estimulada en respuesta tanto a un estiramiento como a una sobrecarga mayor (tensión). Recordemos que el músculo esquelético produce, cuando se somete a una sobrecarga, un tipo de IGF-I para tejidos en general y otra isoforma, la MGF, señalando que ambas isoformas poseen diferentes cursos de tiempo y distintos roles.

La eficacia de la IGF-I muscular es dependiente no sólo de su expresión sino también de su disponibilidad, la cual es regulada por las proteínas vinculadas a la IGF (IGFBP-1 a -6) y por la abundancia del receptor IGF-I. Por ejemplo, en el músculo, la IGFBP-4 tiene una alta afinidad para la IGF-I y así inhibe sus efectos miogénicos, mientras la IGFBP-5 puede facilitar o inhibir la diferenciación estimulada por la IGF-I bajo ciertas condiciones. Además, la IGFBP-1 ha sido demostrada de inhibir la síntesis de proteínas estimulada por la IGF-I.

El componente "miogénico" de adaptación muscular. En la respuesta de hipertrofia, parece haber un componente miogénico (la IGF-I) en el que los mioblastos derivados de las células satélite se fusionan con miofibras existentes tanto dañadas como aún con miofibras viables (sobrevivientes) después de una lesión.

Sobrecarga mecánica e IGF-I muscular.
 


El modelo de Adams propone que esta isoforma de la IGF-I sensible a la sobrecarga en el músculo trabaja por acción parácrina o autócrina para inducir la proliferación y diferenciación de las células satélite, seguida de una fusión de mioblastos diferenciados para "hipertrofiar" a las fibras musculares (miofibras). Sin embargo, el vínculo directo entre la carga mecánica de alta intensidad y la modulación de la IGF-I muscular requiere de más investigación.

En un estudio, en base a datos de la creatina kinasa (CK) y de registros del dolor muscular después de la carga excéntrica muscular, se indicó que la disrupción miofibrilar y/o el daño del sarcolema, pueden jugar un rol en la activación del sistema IGF-I muscular. Sin embargo, se debe aclarar que el daño muscular inducidos por el ejercicio excéntrico no resulta siempre en hipertrofia muscular necesariamente, como por ejemplo, la carrera en descenso, que es un ejercicio de resistencia, y como tal, no es un estímulo hipertrófico potente. En el mismo estudio, se indica que la acción de la IGF-I en el músculo es secundaria a la activación andrógena, ya que la testosterona total sérica (plasmática) no fue mayor, sino que cayó después de la sobrecarga excéntrica y concéntrica, admitiendo que la respuesta de la testosterona al ejercicio con pesas es altamente variable.



Hipertrofia e IGF-I


Como se mencionó anteriormente, la IGF-I tiene un gen complejo que está regulado por múltiples promotores y es capaz de producir al menos 4 diferente proteínas precursoras (isoformas) de IGF-I. Las 2 isoformas que tienen más relevancia para la hipertrofia son: la IGF-IEa (llamada IGF-I muscular), la cual es similar a la IGF-I producida por el hígado, y la IGF-IEb (llamada MGF, factor de crecimiento mecánico), la cual solamente es producida por el músculo dañado o sobrecargado (como se dijo anteriormente). Estas isoformas de IGF-I son un componente integral de la hipertrofia del músculo esquelético. Sin embargo, parece ser que la MGF inicia la proliferación de las células satélite, mientras que la IGF-Ea promueve la diferenciación en los miotubos.

La expresión ARNm de IGF-I del músculo esquelético y la expresión de proteínas aumentan durante las primeras fases de la sobrecarga mecánica, indicando que el hígado no es la única fuente de IGF-I.

Entonces, la hipertrofia del músculo esquelético es regulada al menos por 3 procesos moleculares: mayor actividad de células satélite, transcripción genética y codificación proteica, con cada uno de estos procesos contribuyendo diferentemente a la hipertrofia muscular. Es interesante observar que, la IGF-I puede influenciar a la actividad de todos esos mecanismos. Por ejemplo, la IGF-I aumenta la proliferación de células satélite, la expresión ARNm de la actina del músculo, y la síntesis proteica. Por lo tanto, en base a los mecanismos moleculares y celulares, es muy probable que la IGF-I constituye significativamente a la hipertrofia.


Los factores de crecimiento (GH, sistema IGF-I) y los ejercicios de fuerza

Un número de estudios reportan que los niveles circulantes de GH, aumentan en individuos después de ejercitarse.

Como es sabido, los aumentos de la GH son acompañados por aumentos similares (o mayores) en las IGF-Is circulantes, las cuales pueden ser las estimuladoras proximales del crecimiento muscular. En un estudio de 25 semanas de entrenamiento, se demostró que la IGF-I circulante aumentó un 20% después de 13 semanas de entrenamiento con pesas (grupos que entrenaron con 1 o 3 series por ejercicio), pero luego no aumentó desde la semana 13 a la 25. A la par de este aumento, también aumentaba la fuerza muscular, siendo mayor en el grupo de 3 series. Está bien establecido que la GH circulante se eleva durante aproximadamente 60 minutos después de un turno de entrenamiento con pesas. La IGF-I, no se incrementó en las primeras 2 horas después del entrenamiento con pesas.

Sin embargo, tal aumento puede ocurrir más tarde, porque la GH "inyectada" causa una elevación en la IGF-I con un retraso de algo de 16 horas. Hasta hoy, no está tan claro si la secreción de GH esperada durante el ejercicio podría ser de suficiente magnitud como para causar una elevación de largo término de la IGF-I.

Por otra parte, Nindl y colaboradores, indicó que luego de un protocolo de ejercicio agudo de fuerza con cargas pesadas (5 series de 5-10 MR para 10 ejercicios con 9 segundos de pausa entre ejercicios, tiempo total de trabajo: 125 minutos), el impacto que esta actividad ejerció sobre el sistema de IGF-I circulante no está en la alteración de la cantidad de IGF-I, sino más bien de la manera en la cual la IGF-I es "dividida" (redistribuida) entre su familia de proteínas circulantes. Por lo tanto, el ejercicio agudo con pesas, puede conllevar a alteraciones en el sistema IGF-I (pensado de ocurrir en un medio localizado, es decir, netamente muscular) que pueden ser detectado en la circulación sistémica (medio no localizado sino general). Aunque en otro estudio, Häkkinen y colaboradores , luego de un protocolo de entrenamiento de la fuerza durante 21 semanas en mujeres mayores de edad, observó una falta de cambios en la IGF-I plasmática, lo que podría indicar que la IGF-I en la circulación no puede ser un buen "marcador" de la actividad implícita del sistema GH-IGF-I (11,18), ya que sí se observaron aumentos en el área transversal muscular del cuádriceps. Fiatarone Singh y colaboradores, encontraron que el entrenamiento de la fuerza en sujetos mayores de edad, conlleva a un sustancial aumento en el tejido muscular en presencia de IGF-I.

En algunos estudios, la cantidad de GH secretada durante el ejercicio con pesas fue pequeña comparado con la secreción de la GH durante la noche. En otros, la cantidad secretada durante el ejercicio con pesas es sustancial comparada con la secreción nocturna.

También, la GH no aumenta el crecimiento y la fuerza muscular, cuando es "administrada" a hombres jóvenes o adultos . Así, el uso de GH como tratamiento para "mejorar el rendimiento" puede ser poco efectivo, como también peligroso y hasta ilegal. Aunque si bien la administración exógena de GH y de IGF-I estimula el crecimiento muscular, en humanos adultos ha sido controversial; es más, las combinaciones de la aplicación de GH y estímulos de ejercicio han sido demostradas de provocar efectos interactivos positivos en potenciar hipertrofia muscular en humanos. En este punto, un trabajo de Armani y colaboradores, estudiaron a una atleta italiana acusada de dóping (y ganadora de una medalla de oro en los Juegos Olímpicos de Sydney) después de que le encontraron altos niveles de GH en plasma antes de los juegos. Ella fue estudiada primeramente bajo condiciones de estrés y luego en condiciones sin estrés. En el primer caso, la GH estuvo por arriba del rango normal en todas las muestra de sangre, mientras que la IGF-I estuvo normal. En el segundo caso, la GH retornó progresivamente a niveles normales aceptables, y la IGF-I estuvo otra vez normal. Se concluyó que el rango normal para la GH en los atletas debe ser reconsiderado para los propósitos de dóping, ya que los atletas están sometidos al estrés y, así, a amplias variaciones en los niveles de GH.

Por lo tanto, se puede observar que mientras el impacto del ejercicio sobre la IGF-I circulante es equívoco, los datos que vinculan al ejercicio y la acción de la IGF-I producida localmente (células musculares) se mantienen convincentes.

En el estudio de Kraemer, donde se estudiaron hombres jóvenes (30 años) y mayores (62 años), se demostró que tan sólo 10 semanas de entrenamiento con resistencias pesadas (series de 3-5 MR a 12-15 MR 3 veces por semana) no fueron efectivas en alterar las concentraciones de IGF-I, a pesar de la diferencia relacionada con la edad (los jóvenes siempre tuvieron niveles más altos de IGF-I que los adultos). Sólo se advirtió un aumento significativo de la IGFBP-3 en el grupo de jóvenes, pero fue también alto tanto pre- como post-entrenamiento. La IGF-I y la IGFBP-3 son liberadas desde el hígado. En otros estudios, con el entrenamiento de resistencia aeróbica, la respuesta de la IGFBP-3 se mostró independiente de la respuesta de la IGF-I y potencialmente tiene su propia actividad biológica a nivel celular. Como se dijo antes, la IGF-I puede operar en una forma autócrina/parácrina en el músculo, o la mayor secreción desde el hígado puede ser fácilmente "secuestrada" por aquél tejido en un esfuerzo por mantener un equilibrio homeostático de la IGF-I en la circulación sistémica. La IGF-I ejerce una inhibición negativa sobre la secreción de la GH a nivel del hipotálamo y de la glándula pituitaria. La utilización ("secuestro") por parte del tejido muscular de la IGF-I podría servir para aumentar sus acciones mitogénicas y, al mismo tiempo, proteger al sistema de una caída en la liberación de la GH hipotalámica y pituitaria. En ese mismo estudio, quedó demostrado que tan sólo 10 semanas de entrenamiento fueron efectivas en producir mayor fuerza y tamaño muscular, demostrando una "plasticidad" por parte del sistema endócrino para cambios adaptativos tanto en jóvenes como en adultos, cuando históricamente se le atribuía solamente a fenómenos nerviosos.

En un estudio de Takarada y colaboradores, se demostró que en hombre jóvenes el entrenamiento con pesas (5series al 20% de 1 MR en el ejercicio de extensión de piernas en camilla, combinado con una oclusión vascular, o sea, una intensidad extremadamente baja), causó una mejor actividad eléctrica muscular y mejores respuestas hormonales. Notablemente, el aumento en la concentración plasmática de GH fue mucho mayor en magnitud que la reportada después de un ejercicio típico (alta intensidad y cortas pausas) ampliamente utilizado para ganar tamaño muscular. Incluso, tal efecto no se asoció con algún daño serio del tejido muscular, aunque sí ocurrieron ligeros micro-daños en las paredes vasculares y/o tejido muscular (aumento plasmático de la interleukina 6, IL-6). Por lo tanto, este estudio concluyó que las condiciones intramusculares de hipoxia y de acumulación de metabolitos deben ser satisfechas durante el ejercicio con resistencias para alcanzar la hipertrofia muscular.

Otro dato a tener en cuenta respecto a los niveles de IGF-I circulante es su relación con la restricción calórica, ya que en estudios de entrenamiento físico donde el gasto calórico excedía el consumo energético, la IGF-I circulante caía. Es por eso, que el entrenamiento con pesas combinado con una suplementación de hidratos de carbono y/o aminoácidos estimulan un aumento en la IGF-I.

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