La conoscenza approfondita delle variazioni indotte dall’esercizio fisico nei confronti delle concentrazioni sieriche di GH e delle molecole ad esso associati, è il primo passo per lo sviluppo di sistemi efficaci ed adatti alla scoperta di abuso di sostanze esogene da parte degli atleti. È da evidenziare che i livelli fisiologici di ormone della crescita sono estremamente differenti tra atleti e sedentari. Infatti l’allenamento protratto per un lungo periodo, comporta degli incrementi sostanziali di GH (vedi tabella pag. 27), tanto da rilevare una concentrazione più elevata negli sportivi nell’ordine del 250%.
Il lavoro svolto da Ehrnborg C.et al. offre una panoramica esauriente su quelle che sono le modificazioni che le varie attività sportive inducono nell’organismo. Sono state studiate le risposte dell’organismo di un gruppo di atleti professionisti (Tab. 5.1), in seguito a dei test massimali specifici per ogni tipo di sport. Sono state misurate le concentrazioni ematiche di GH, GH22 kDa, IGF-1, IGFBP-2, IGFBP-3, acid labile subunit, protocollageno di tipo 3 (P-3-P), e i bone marker osteocalcina, carboxy-terminal cross-linked telopeptide di tipo 1 (ICTP), e il carboxy-terminal propeptide protocollageno di tipo 1.
I test di massimo sforzo hanno mostrato, in entrambi i sessi, un picco di concentrazione di GH (P<0.001) e GH22kDa (P<0.001) alla fine dell’esercizio comparandolo con i livelli di base, e un seguente decremento ai livelli di partenza dopo 30-60 minuti dopo l’interruzione del test. L’incremento dei livelli delle molecole del GH è stato significativamente maggiore nelle donne più che negli uomini. L’IGF-1 ha mostrato un comportamento simile a quello del GH ma con un sostanziale allineamento dei picchi e dei tempi in entrambi i sessi, lo stesso comportamento hanno avuto le binding protein e le altre molecole correlate.
Demografia e sport di provenienza degli atleti studiati.
(M,maschio F,femmina ±,deviazione standard).
SOGGETTI E METODI
Vediamo ora le condizioni ed i test con i quali sono stati valutati gli atleti da Ehrnborg e collaboratori.
Sono stati sottoposti a prove da sforzo 117 atleti professionisti provenienti da nazioni differenti, di cui 84 maschi e 33 femmine, mentre l’età variava da i 18 ai 53 anni. Le discipline prese in esame erano dodici: sci alpino, sci di fondo, ciclismo, decathlon, calcio, corsa, nuoto, tennis, triathlon, sollevamento pesi e canottaggio (Tab 5.1). Il campione ha effettuato dei test massimali in condizioni di laboratorio. Gli atleti sono stati sottoposti a protocolli differenti a seconda della disciplina praticata, per ricreare condizioni simili alle sollecitazioni prodotte da ciascuno sport.
Rowing test ( test per il canottaggio). Gli atleti sono stati testati con un remoergometro. Il protocollo consisteva in quattro sedute di cinque minuti ciascuna con intensità submassimale e un intervallo di un minuto tra le serie. Eseguita l’ultima serie submassimale, ai soggetti venivano lasciati dieci min. di recupero, dopo i quali veniva richiesto un test massimale ( sei min. per i maschi e sette per le femmine). Le serie di preparazione corrispondevano ad una Vo2 max rispettivamente del 55, 65, 75, ed 85%. Erano misurate la ventilazione e l’espirazione di O2 e CO2. la più alta Vo2 ottenuta durante il test, veniva registrata come il valore massimo. La frequenza cardiaca veniva continuamente monitorata.
Cycling test (test al cicloergometro sulla lunga distanza). I ciclisti di lunga distanza sono stati misurati con una bicicletta-ergometro. Il protocollo consisteva in quattro serie di cinque minuti come nel test precedente, e dopo dieci minuti di riposo un test massimale di cinque minuti. Anche frequenza cardiaca e Vo2 sono state descritte precedentemente.
Cycling test sprint. Gli sprinter sono stati valutati con un cicloergometro adattato alle alte potenze. La seduta consisteva in tre frazioni di quindici secondi alla potenza massima, con un recupero di quindici min. tra le serie.
Weight-lifting test (sollevamento pesi). Il test per i sollevatori di peso è stato eseguito con una pedana a conduttanza. Il protocollo consisteva in cinque serie di tre salti massimali sopra il tappeto: 1) squat jump, 2) counter movement jump (CMJ), 3) counter movement jump con un sovraccarico pari al 50% del proprio peso, 4) CMJ con sovraccarico pari al 100% del proprio peso, e 5) CMJ. Il counter movement jump è una contrazione muscolare concentrica preceduta da un pre-allungamento.
Treadmill. Gli sciatori alpini e di fondo sono stati testati sul tappeto rotante. Inzialmente veniva eseguita una fase di dieci min. di riscaldamento al cicloergometro con un carico di 200 W con un aumento della frequenza cardiaca a 140-150 battiti negli ultimi due minuti. Seguiva il test al treadmill inclinato di tre gradi prima di partire. La velocità veniva regolata con le capacità di corsa dell’atleta in modo da ottenere una frequenza cardiaca di 160-170 bpm nell’arco di tre o quattro minuti. Successivamente si aveva un incremento del carico ogni minuto (maggiore velocità od inclinazione), lo scopo era un incremento di 5-10 bpm ad ogni nuovo livello. Gli incrementi si attestavano sugli 8-10, comunque fino al raggiungimento del plateau di Vo2.
Cycling test (per i non ciclisti). I giocatori di tennis, calcio, i nuotatori, i decatleti e i triatleti, sono stati valutati con il cicloergometro. Il test aveva gli stessi obiettivi di quelli descritti nel paragrafo precedente; quindi dopo un carico iniziale di 200 W, veniva incrementata la potenza di 25 W/min. Frequenza cardiaca e parametri respiratori erano registrati allo stesso modo del test di corsa.
I campioni di sangue erano prelevati in modo standardizzato. I prelievi venivano effettuati 30 min. prima del test, e 15, 30, 60, 90, 120min. dopo la fine dell’esercizio. Durante la prova non erano previste integrazioni di cibo.
RISULTATI
La risposta ormonale ai test massimali inerente l’asse GH/IGF-1 ed i bone marker è osservabile nelle figure 5.1 e 5.2.
Gli uomini e le donne mostrano concentrazioni sieriche dell’asse GH-IGF-1 sostanzialmente simili, con un picco alla fine dell’esecuzione dei test, ed un ritorno ai livelli di base dopo 30-60 min. dopo la fine dell’esercizio. La concentrazione media dei composti dell’asse GH/IGF-1 (basali, alla fine dell’esercizio e dopo 30 min.) è invece osservabile nella tabella 5.2.
Il tempo che intercorre tra la fine della prova e la rilevazione del picco sia del GH che della frazione di 22 kDa, è inferiore nelle donne che negli uomini.
Fig. 5.1 Concentrazione sierica dei composti dell’asse GH/IGF-1.
La presenza dei bone marker (PICP, ICTP e P-3-P) mostra in entrambi i sessi un comportamento omogeneo, con un picco a fine prova seguito da una discesa fino ai valori di base nell’arco di 120 min.. L’osteocalcina non è invece influita dall’attività fisica, lasciando inalterati i suoi parametri.
Fig 5.2 Concentrazioni sieriche dei bone marker.
Tab 5.2 Le concentrazioni medie (± DS) ed i range massimi e minimi dell’asse GH/IGF-1 e dei bone marker.
Non c’è correlazione tra la concentrazione totale di GH, GH22 kDA, e IGFBP-2 ; mentre è stata riscontrata una correlazione inversa per quanto concerne IGF-1, ALS e IGFBP-3. Negli uomini, l’osteocalcina diminuisce con gli anni così come ICTP, sia a livello basale che dopo l’esecuzione del test; P-3-P la relazione è vera solo dopo lo sforzo. Nelle donne, la correlazione inversa è esistente con PICP basale e sotto sforzo, mentre ICTP solo dopo il test.
Nelle donne il periodo mestruale non induce modificazioni nel rilascio dei composti del GH, anche se in alcuni studi si è visto che, atlete sotto terapia contraccettiva orale, mostravano degli incrementi più marcati rispetto alle colleghe non trattate.
Il peso e l’indice di massa corporea (BMI), e inversamente correlato negli uomini con IGFBP-3, la concentrazione degli altri, marker non risente di questi parametri.
Il meccanismo neuroendocrino che induce l’incremento del GH in seguito all’esercizio, non è completamente chiaro, così non è ancora stabilito se è il GHRH che aumenta o se la somaotstatina riduce il suo effetto o se le due cose sono combinate.
Il rilascio di ormone somatotropo è in stretta relazione con l’intensità dell’attività motoria svolta, così avremo un incremento più marcato durante un lavoro anaerobico ad elevato carico che con uno aerobico a bassa intensità.
L’incremento di IGF-1 nel dopo esercizio è stato notato per entrambi i sessi, condizione per altro prevedibile e verificata in tutti i lavori. È stata notata la stessa cosa anche nei composti rimanenti del complesso ternario di 150 kDa, ovvero IGFBP-3 e ALS. Questo complesso raggiunge il picco più precocemente rispetto al GH, l’esatto meccanismo attraverso il quale si raggiunge questa condizione è sconosciuto; ma ragionevolmente, l’esercizio con il conseguente aumento di somatatropina, causa una dissociazione della terna molecolare, in accordo con le teorie di Wallace et al.
I marker delle ossa P-3-P e ICTP, mostrano un incremento in entrambi i sessi a fine test, con un ritorno alla normalità dopo 2 ore.
L’osteocalcina e il propeptide di tipo 1 protocollageno rimangono sostanzialmente immodificati, e quindi non sono sensibili all’attività sportiva in singola seduta.L’incremento dell’osteocalcina dopo due ore dalla sospensione del test è meno ovvio; molti studi hanno prodotto risultati differenti in merito a questo argomento. Un allenamento di lunga durata di 18 mesi, ha mostrato un aumento della concentrazione della osteocalcina e degli altri bone marker, dopo una piccola flessione avuta durante le prime quattro settimane di preparazione. La motivazione per cui P-3-P e ICTP incrementano è probabilmente multifattoriale. L’acidosi metabolica con elevati livelli di lattato è conosciuta come un forte stimolo osteoclastico, infatti l’allenamento di resistenza, includendo stress meccanico dovuto all’esercizio, causa micro-danni al tessuto osseo e muscolare con perdita nel torrente circolatorio.
Fig 5.3 Effetti dell’età nella concentrazione sierra di IGF-1 (mcg/l) in 800 atleti di elite. I campioni sono stati prelevati due ore dopo la fine della competizione. C’è una caduta esponenziale dei livelli di IGF-1 sia negli uomini che nelle donne, le differenze tra i sessi non sono significative.(Blu, uomini; Rosso, donne).
L’esercizio acuto sopra una certa intensità è uno dei più potenti stimolatori della secrezione del GH, la sua massima risposta è strettamente correlata con il punto di massimo sforzo di tutta la prestazione prodotta in allenamento o gara. Un anno di allenamento di endurance al di sopra della soglia del lattato, ha mostrato un incremento del rilascio di ormone della crescita nell’arco delle 24 ore. È interessante notare, che soggetti allenati al di sotto della soglia del lattato non mostrarono nessun cambiamento nel rilascio di somatotropina, indicando che l’intensità dell’allenamento potrebbe essere importante nella regolazione dell’asse del GH, come dello stato di forma. Questi incrementi fisiologici di GH in risposta all’esercizio ad altri stimoli come l’ipoglicemia rendono quindi difficile l’uso di questo parametro come segnale dell’azione del doping in quanto è difficile stabilire se l’incremento è esogeno o fisiologico.
Come abbiamo visto l’esercizio modifica molti dei meccanismi omeostatici, con i quali il sistema endocrino è strettamente coinvolto. Il tipo di performance richiesta e il tempo sono capaci di influenzare il metabolismo del GH così come il sistema GH/IGF-1, comprendendo la sintesi degli ormoni, la secrezione ed il catabolismo. L’attività fisica induce dei cambiamenti metabolici nei sedentari come negli atleti.
In un lavoro svolto da Elio f. et al. , nei triatleti, svolgendo un test ad esaurimento al cicloergometro per un’ora venne rilevato un incremento del GH (Fig. 5.4). In un gruppo di ciclisti venne anche misurato l’IGF-1 in rapporto all’escrezione urinaria di creatinina (Fig. 5.5-6), confermando i risultati già discussi in precedenza.
In ogni caso, la concentrazione plasmatica del GH non riflette perfettamente l’attività di secrezione della ghiandola pituitaria durante l’attività sportiva, in quanto essendo anche lo stress fonte di produzione come pure l’alimentazione, l’ipoglicemia ed il sonno, non può essere escluso che qualche risultato risulti inesatto, e che comunque l’interpretazione di molti dati sia alquanto controversa.
Fig 5.4 Livelli plasmatici di GH in giovani triatleti, Fig. 5.5 IGF-1/creatinina in giovani ciclisti
rilevati dopo 60 min. di test ad esaurimento. prima e dopo 3h di gara.
Fig 5.6 GH/creatinina in giovani ciclisti prima e dopo 3h di gara.
RAPPORTO TRA TESTOSTERONE E GH
Infine vorrei prendere in esame un lavoro molto particolare svolto da Bosco C. et al. del 1996, in cui venivano prese in esame delle sessioni di allenamento di forza, e messe in rapporto con lo sviluppo neuromuscolare ed il profilo ormonale; in particolare il rapporto che intercorre tra GH e testosterone nello sviluppo della forza, essendo questi due ormoni anabolizzanti per eccellenza.
Il gruppo testato comprendeva tre categorie di atleti: body builder (BB), sollevatori di peso a cui veniva chiesto di eseguire un elevato numero di ripetizioni (WLH), e sollevatori di peso che eseguivano poche ripetizioni (WLL).
Negli atleti del gruppo WLH (Fig. 5.7), la seduta di allenamento di forza massima non provocò variazioni statisticamente significative del livello di GH, ma causò un incremento della concentrazione sierica di testosterone. In contrasto, negli atleti del gruppo WLL i livelli di testosterone ed ormone della crescita rimasero sostanzialmente invariati dopo la seduta di allenamento. Nei body builder, il livello sierico di testosterone diminuì ma aumentò in modo significativo quello di GH.
Le conclusioni del lavoro indicarono che c’era una correlazione tra la potenza espressa ed il recupero tra una serie di allenamento e l’altra, infatti il gruppo dei body builder che per metodologia di allenamento prevedono dei recuperi più brevi, sono i soli che mostravano una perturbazione significativa del GH subito dopo la seduta.
La relazione tra questi due ormoni non è assolutamente chiara, anche alla luce del fatto che le discipline prese in considerazione differiscono solo per le modalità di somministrazione e non per mezzi e tecniche di esecuzione dei gesti atletici.
Fig 5.6 Media delle variazioni del livello serico di testosterone (T) ed ormone della crescita (hGH), in risposta ad una seduta di allenamento di forza massimale eseguita da un gruppo di atleti sollevatori di peso che esguirono un numero elevato di ripetizioni (WLH), un numero che seguì un numero modesto di ripetizioni (WLL) ed un gruppo di atleti provenienti dal body building (BB). Gli asterischi indicano le variazioni statistiche avvenute ( Test-t di student, per osservazioni appaiate, *P<0.05,***P<0.001).
BIBLIOGRAFIA
Andersen M, Petersen PH, Blaaabjerg O, Handgaard J, Hagen C 1998 Evaluation of growth hormone assays using ratio plots. Clin Chem 44:1032-1038.
Bang P, Brandt J, Dagerblad M, Enberg G, Kajiser L, Thoren M, Hall K 1990 Exercise induced changes in insulin-like growth factor and their low molecular weght binding protein in healthy subjects and patiens with growth hormone deficiency. Eur J Clin Invest 20:285-292.
Bernardes RP, Radomski MW 1998 Growth hormone responces to continuos and intermittent exercis ein females under oral contraceptive therapy. Eur J Appl Physiol Occup Physiol 79:24 29.
Bosco C, Colli R, Bonomi R, S.P. von Duvillard, Viru A 1996 La forza muscolare: effetti di una seduta di allenamento di forza sul comportamento neuromuscolare ed ormonale in atleti di entrambi i sessi. Società Stampa Sportiva 15:312-313.
Brahm H, Phiel-Aulin K, Ljiunghall S 1997 Bone metabolism during exercise and recovery: the influence of plasma volume and physical fitness. Calcif Tissue Int 61:192-198.
Cappon J, Brasel JA, Mohan S, Cooper DM 1994 Effect of brief exercise on circulating insulin-like grwth factor 1. J Appl Physiol 76:2490-2496.
Dall R, Longobardi S, Ehrnborg C, Keay N, Rosen T, Jorgemsen JO, Cuneo RC, Bouruiersy MA, Cittadini A, Napoli R, Christiansen JS, Bengtsson BA, Sacca L, Bexter RC, Basset EE, Sonkesen PH 2000 The effect of four weeks of supraphysiological growth hormone administration on the insulin-like grwth factor axis in women and men. The GH-2000 Study Group. J Clin Endocrinol Metab 85:4913-4200.
De Boer H, Blok CJ, Van Deer Veen EA 1995 Clinical aspects of growth hormone deficiency in adults. End Rev 16:63-86.
Eliakim A, Brasel JA, Mohan S, Barstow TJ, Barman N, Cooper DM 1996 Physical fitness, endurance training, and the growth hormone insuline-like grwth factor 1 system in adolwscent females. J Clin Encrinol Metalab 81:3986-3992.
Eliakim A, Raisz LG, Brasel JA, Cooper DM 1997 Evidence for increased bone formation following a brief endurance-type training intervention in adoloscent males. J Bone Miner Res 12:1708-1713.
Felsing NE, Brasel JA, Cooper DM 1992 Effect of low and hight intensità exercise on circulating growth hormone in men. J Clin Endocrinol Metab 75: 157-162.
Frick KK, Jiang L, Bushinsky DA 1997 Acute metabolic acidosis inhibits the induction of osteoblastic egr-1 and type 1 collagen. Am J Physiol 272:C1450-C1456.
Giustina A, Veldhhuis JD 1998 Phatophysiology of the neuroregulation of growth hormne secretion in experimental animals and human. Endocr Rev 19:717-797.
Hartley LH, Manson JW, Hogan RP, Jones LG, Kotchen TA, Mougey EH, Wherry FE, Pennington LL, Rickets PT 1972 Multiple hormonal responses to prolonged exercise in relation to physical training. J Appl Physiol 33:607-610.
Hartley LH, Manson JW, Hogan RP, Jones LG, Kotchen TA, Mougey EH, Wherry FE, Pennington LL, Rickets PT 1972 Multiple hormonal responses to graded exercise in relation to physical training. J Appl Physiol 33:602,606.