Сетевое издание

Современные проблемы науки и образования

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

Введение

Согласно отчету об итогах деятельности Министерства спорта Российской Федерации в России, в 2022 году регулярно занимались физической культурой и спортом 24,3 миллиона детей и подростков (88,5%), из них профессионально занимались спортом свыше 3 миллионов человек [1]. Дети и подростки представляют собой особую когорту спортсменов, уникальность которой обусловлена тем, что юные спортсмены подвергаются интенсивным физическим нагрузкам на фоне гормональных изменений и связанного с ними интенсивного роста. Эндокринные изменения во многом определяют как спортивную результативность, так и адаптивные возможности растущего организма к физическим нагрузкам, оказывая влияние на компоненты опорно-двигательного аппарата. В то же время остается ряд требующих уточнения вопросов, касающихся изменений уровня половых гормонов в зависимости от пола и возраста детей-спортсменов.

Цель обзора – обобщить данные о влиянии половых гормонов на компоненты опорно-двигательного аппарата и об особенностях возрастной динамики экспрессии уровня гормонов у детей-спортсменов и подростков-спортсменов.

Материалы и методы исследования

В статье представлен обзор публикаций из отечественных и зарубежных источников литературы. Проведен анализ литературных источников, включавший поиск статьей в базах данных PubMed, РИНЦ, GoogleScholar, MedLine, Elsevier. Поиск данных был проведен с использованием слов: «тестостерон», «эстрадиол», «дети», «подростки», «спорт», testosterone, estradiol, children, teenagers, sport. Проанализированы 75 публикаций, в настоящий обзор включены 44 литературных источника за период 2003–2024 гг.

Результаты исследования и их обсуждение

Эффекты половых гормонов, пути влияния на компоненты опорно-двигательного аппарата

Тестостерон является ключевым анаболическим андрогенным гормоном. Прямые и косвенные эффекты возрастания его концентрации в крови заключаются в увеличении содержания гемоглобина, уменьшении процентного содержания жира, гипертрофии и увеличении сократимости миокарда, в развитии опорно-двигательного аппарата, включающем рост костей и увеличение их плотности [2], а также в большем объеме легких и большей длине тела у мальчиков, чем у девочек-подростков [3]. Тестостерон обладает также антикатаболическими свойствами, заключающимися в ингибировании экспрессии глюкокортикоидных рецепторов и снижении связывания кортизола [4].

Эффект, оказываемый тестостероном на опорно-двигательный аппарат, связан с наличием рецепторов к этому гормону в костной ткани, мышцах, сухожилиях. Тестостерон оказывает влияние на рост, а также на закрытие ростовых зон костей, воздействуя на активность остеобластов. Андрогенный эффект на костную ткань может реализовываться опосредованно через регуляцию цитокинов и факторов роста: тестостерон активирует трансформирующий фактор роста TGF-β и инсулиноподобный фактор роста, фактор роста фибробластов, стимулирует синтез интерлейкина IL-1β, которые активируют остеоцитогенез. Андрогены ингибируют интерлейкин IL-6 и паратгормон, стимулирующие резорбцию костной ткани [5].

Действие тестостерона на рост мышечной ткани заключается в активации миогенной дифференцировки мультипотентных мезенхимальных стволовых клеток синтеза мышечных белков, способствующей гипертрофии мышечных волокон, повышению мышечной силы и сократительной активности [6]. Спортивные тренировки вызывают развитие ряда последовательных биохимических событий с участием тестостерона, ведущих к адаптационным перестройкам: физические нагрузки стимулируют высвобождение гипофизом фолликулостимулирующего и лютеинизирующего гормонов, которые, в свою очередь, активирует синтез тестостерона. Свободно циркулирующий тестостерон попадает в цитоплазму клетки, где связывается с андрогеновыми рецепторами, образующиеся лиганды затем перемещаются в клеточное ядро, активируя там элементы ответа на андрогены. Результатом этого являются индукция транскрипции мРНК и синтез соответствующих мышечных белков. Кроме того, тестостерон индуцирует также трансляцию мРНК андрогеновых рецепторов, причем такой ответ на спортивную тренировку может длиться 1–2 дня [7]. Острая физическая нагрузка может стимулировать значительное, но все же относительно кратковременное увеличение концентрации тестостерона. В связи с отсутствием повторных одинаково выраженных увеличений концентрации этого гормона после очередных тренировок предполагается, что мышечная адаптация к физическим нагрузкам в большей степени ассоциирована с активацией синтеза андрогеновых рецепторов, чем с увеличением содержания свободного тестостерона [8].

Остается дискутабельным еще один путь стимуляции синтеза тестостерона у спортсменов: в экспериментах на животных было установлено, что возрастание концентрации лактата после физических нагрузок сопровождается ростом цАМФ в клетках Лейдига, способствующим выработке тестостерона. Однако прямых доказательств этого механизма у людей недостаточно [9].

Тестостерон повышает жесткость сухожилий, оказывая влияние на синтез коллагена, производит ингибирующее действие на активность матриксной металлопротеиназы-2, что может отрицательно повлиять на целостность сухожилия после интенсивной спортивной тренировки [10].

Изучение роли эстрогенов также может быть полезным для понимания механизмов адаптации к физическим нагрузкам. Основным и наиболее активным эстрогеном женщин и мужчин является эстрадиол, который помогает регулировать массу жировой ткани как у женщин, так и у мужчин [11] и поддерживать массу скелетных мышц у женщин [12]. Будучи анаболическим гормоном, он стимулирует белковый синтез, в том числе в мышечной ткани, активирует процесс окостенения эпифизарных зон роста трубчатых костей, за счет чего формируется характерный для женского пола рост – в целом более низкий, чем у мужчин [13]. Эстрадиол является гормональным регулятором костного метаболизма, модулирует функцию остеобластов и остеокластов, способствует ремоделированию костной ткани, снижая ее резорбцию и поддерживая формирование новой ткани [14].

Влияя на синтез инсулиноподобного фактора роста-1, эстрогены оказывают стимулирующее действие на секрецию гормона роста, что способствует мышечной гипертрофии [7]. Рецепторы эстрогенов так же, как и тестостерона, экспрессируются в скелетных мышцах, и, хотя эстрадиол важен для опорно-двигательного аппарата, он не обладает такими же анаболическими эффектами, как тестостерон, который определяет половые различия в спортивных результатах [3]. Защитный эффект эстрадиола при альтерации мышц может быть связан со стимуляцией миогенеза за счет активации клеток-сателлитов [15], а также с антиоксидантными свойствами этого гормона, регулирующего активность супероксиддисмутазы и глутатионпероксидазы, в результате чего снижается выраженность окислительного стресса и происходит стабилизация клеточных мембран [16].

Эстрогены способствуют ингибированию высвобождения γ-аминомасляной кислоты, снижающей мышечный тонус [17].

Обнаружено, что уровень эстрадиола в скелетных мышцах не имеет зависимости от фазы менструального цикла. Эффект этого гормона в скелетных мышцах в ответ на физическую нагрузку заключается в активации эстрогеновых рецепторов ER-α, повышении экспрессии генов, связанных с миогенезом, происходящих независимо от изменений концентрации плазменного эстрадиола в течение менструального цикла. В то же время после эксцентрической нагрузки в среднефолликулярную фазу (период снижения циркуляции эстрадиола) выявляется значительно большая экспрессия мРНК циклина D1. Это выражается в увеличении экспрессии мРНК, кодирующей синтез эстрогеновых рецепторов ER-α, несмотря на то, что более высокое содержание плазменного эстрадиола фиксируется в среднелютеиновую, а не среднефолликулярную фазу. Предполагается, что активация ER циклином D1 не требует связывания эстрадиола с рецептором и что низкие уровни эстрадиола во время среднефолликулярной фазы увеличивают экспрессию циклина D1, возможно, для облегчения увеличения экспрессии гена Myo-D, ответственного за дифференцировку миоцитов [18].

Стоит отметить, что рецепторы к эстрогену, помимо мышечной ткани, присутствуют также и в других тканях опорно-двигательного аппарата, а именно в сухожилиях и связках. Выявлена отрицательная корреляция между эстрадиолом в плазме крови и жесткостью сухожилий, соответственно у женщин их жесткость будет ниже, чем у мужчин [19].

Особенности возрастных изменений половых гормонов у детей и подростков при спортивных нагрузках

Различия гормональных изменений, их эффектов на метаболизм во время роста и развития подростков служат основополагающей причиной разницы в спортивных дисциплинах, требующих выносливости и мышечной силы, в период полового созревания и во взрослом возрасте. Такие различия являются обоснованием для разделения взрослых спортсменов и юниоров, девушек и юношей, мужчин и женщин. Превосходство мужчин перед женщинами в спортивных результатах, связанное с андрогенным влиянием, долгое время служило причиной эндокринологического тестирования женщин перед соревнованиями высокого уровня с целью выявления индивидуальных биологических особенностей, связанных с повышенным уровнем тестостерона и способных повлиять на результат. Этот контроль был обязателен до 2021 г., когда Международный олимпийский комитет принял решение о его отмене.

Исследования возрастных изменений половых гормонов показали следующие особенности. У детей обоих полов до 8 лет уровень тестостерона сопоставим, однако обнаруживается значительная разница в концентрации эстрадиола и в соотношении эстрадиол/тестостерон в сыворотке крови между полами с преобладанием у девочек. В этот период развития эстрадиол синтезируется главным образом из тестостерона, образующегося в надпочечниках. Преобладание этого эстрогена связано с высокой активностью гена CYP19A1, кодирующего ароматазу. Таким образом, диморфизм, связанный с гормональными различиями между полами, обнаруживается до наступления адренархе [20]. Однако до наступления пубертатного периода принципиальные отличия в спортивных результатах в зависимости от пола не выявляются. В то же время в исследовании P.F. Almeida-Neto и соавторов показано, что обнаруживаемый у мальчиков-спортсменов в возрасте 10–12 лет более высокий уровень тестостерона (100 нг/дл, или 1,536 нМ/л) коррелирует с меньшим процентным содержанием жировой ткани и с большей мышечной силой в верхних и нижних конечностях по сравнению с другими детьми. Авторы предполагают, что такой уровень биомаркера может служить критерием отбора наиболее эффективных юных спортсменов [21].

Половые различия в спортивных результатах начинают проявляться, когда начинается активный период полового созревания [22]. С началом пубертата повышается уровень эстрадиола у девочек (наиболее выраженно изменения происходят, начиная с III стадии шкалы Таннера с максимумом к V) и растет секреция тестостерона у мальчиков с максимальным увеличением во время IV–V стадий полового созревания [23, 24].

Пик скорости роста в подростковом возрасте обусловлен гормональными изменениями, в первую очередь повышением уровня половых стероидов, за которым следует повышение уровня гормона роста и связанного с ним инсулиноподобного фактора роста-1 (соматомедина) [25]. Фактический возраст начала пубертатного развития и характерные возрастные изменения у подростков могут сильно отличаться; так, менархе у девочек наступает в среднем в возрасте 12–13 лет, но варьировать может от 8 до 15 лет [26]. При одном и том же хронологическом возрасте детей в случае раннего полового созревания уровень гормонов будет выше, чем у детей с нормальным или наступающим позже половым развитием [27], что может усложнить оценку биологической зрелости в связи с индивидуальными различиями в интенсивности и сроках скачка роста у подростков.

Закономерной ответной реакцией, связанной с тем, что гормональная адаптация после спортивных тренировок является более значимой именно в период полового созревания, чем у детей препубертатного возраста, является развитие мышечной гипертрофии в ответ на интенсивные физические нагрузки в подростковый период. С начала полового созревания мальчиков (10–13 лет) и девочек (9–12 лет) уровни как тестостерона, так и эстрадиола начинают играть важную роль в физических аспектах и развитии двигательных навыков, коррелируя с мышечной силой [28]. На этом фоне между мальчиками и девочками начинают проявляться различия в спортивных результатах, причем их сроки и темп практически параллельны изменению уровня тестостерона в динамике полового созревания [29]. Если концентрация тестостерона в крови у детей до наступления половой зрелости была низкая и сопоставима у мальчиков и девочек, то в пубертатный период, когда происходит «гормональный взрыв», наблюдаются небольшое постепенное увеличение уровня тестостерона у девочек и весьма существенное возрастание концентрации этого гормона у мальчиков [13, 30]. По достижении половой зрелости концентрация тестостерона у мужчин превышает содержание у женщин и детей в 10–20 раз [31, 32].

Связь развития мышечной силы и концентрации тестостерона в крови в течение пубертата имеет разную степень выраженности в зависимости от возраста. У более старших подростков эта связь слабее по сравнению с таковой в ранний и средний пубертатный периоды. Соответственно, физические упражнения для развития мышечной силы могут оказаться более эффективны в ранне-средний пубертатный период, нежели в поздний [33].

Гормональный ответ на тренировку может также зависеть от ее типа. Согласно данным метаанализа, выполненного D. Jansson и соавторами, у детей и подростков выявлена разница в концентрации тестостерона до и после физической нагрузки, когда сравнивались между собой тренировки на выносливость и тренировки с силовыми упражнениями: концентрация тестостерона повышалась после нагрузок с отягощениями, в то время как после тренировок на выносливость разницы практически не наблюдалось [34].

Предполагалось, что эстрадиол также может оказывать анаболическое действие и повышать мышечную силу у мальчиков [35]. Однако в своем исследовании Y. Xu и соавторы показали, что концентрация эстрогенов не связана с мышечной массой и силой захвата рук в пубертатном периоде [33].

Предполагается также, что мышечная сила у спортсменок будет зависеть от фазы менструального цикла и соответствующих изменений уровня эстрадиола (максимальное содержание в позднефолликулярную и овуляторную фазу) и тестостерона (максимум в овуляторную) [17]. При анализе литературы выявлены единичные сведения, касающиеся изучения связи спортивной результативности и фаз менструального цикла у девушек с эуменореей. В исследовании С.С. Кисляковой приводятся результаты, свидетельствующие о повышении физической работоспособности у подростков в позднефолликулярную, овуляторную, постовуляторную (ранне- и среднелютеиновую) фазы и о снижении в раннефолликулярную и позднелютеиновую фазы [36]. В то же время существует ряд публикаций, посвященных исследованию этого вопроса у более взрослых спортсменок. Так, по данным метаанализа, выполненного K.L. McNulty и соавторами, отмечается лишь незначительное снижение мышечной работоспособности у спортсменок в раннюю фолликулярную фазу, когда регистрируется снижение уровня эстрогена, по сравнению с остальными фазами менструального цикла [37]. Данные еще одного метаанализа [38] свидетельствуют о разнородности результатов исследований у спортсменок. Вполне возможно, что неубедительность полученных результатов обусловлена невысоким уровнем исследований, включенных в метаанализ, связанным с недостаточным качеством дизайна и методологии, что предполагает актуальность дальнейших исследований в этом направлении.

На результативность спортсмена могут оказать влияние его индивидуальные биологические особенности, например уровень гемоглобина [39]. Являясь индуктором эритропоэза, тестостерон способствует повышению кислородной емкости крови [40]. Обнаружено, что увеличение содержания гемоглобина с начала полового созревания до его окончания на 33% у девочек и на 95% у мальчиков коррелирует с ростом концентрации тестостерона [41]. Показано, что интенсивные тренировки на выносливость в возрасте 15–17 лет способствуют увеличению содержания гемоглобина в среднем на 15% по сравнению с нетренирующимися подростками [42]. В исследованиях J.P. Wehrlin и Т. Steiner было установлено, что содержание гемоглобина 13,5–14 г/кг массы тела в возрасте 16 лет может быть предиктором его высокого содержания в 19 лет и служить одним из критериев отбора для дальнейшего участия в спортивных дисциплинах уже на элитном уровне [43]. Вполне вероятно, что высокое содержание гемоглобина может быть обусловлено генетическими особенностями спортсмена [44], тем не менее, не стоит исключать вклад стимулирующего влияния тестостерона в синтез этого белка.

Заключение

Таким образом, половые гормоны оказывают значимое влияние на формирование опорно-двигательного аппарата у детей-спортсменов и подростков-спортсменов. Эффект половых гормонов на результативность юных спортсменов находится в зависимости от пола и возраста. При анализе эндокринного статуса детей и подростков необходимо учитывать индивидуальные особенности, используя оценку возрастных изменений, например с помощью шкалы Таннера, чтобы избежать ошибок в интерпретации полученных результатов эндокринологического обследования.