Agoniści receptorów beta-2 a wzrost mięśni - listopad - grudzień 2008

Chociaż tradycyjnie niektóre z agonistów beta(b)-adrenergicznych używane są do leczenia objawów chorób związanych z oskrzelami, szczególnie astmy, to szybko stało się jasne, że potrafią one przyczynić się do zwiększenia masy mięśni szkieletowych i obniżenia ilości tłuszczu w ciele (efekt zwany redystrybucją). Kulturyści od dawna stosują clenbuterol Clenbuterol na kilka tygodni przed zawodami jako „lek rzeźbiący” – stymuluje on rozkład tłuszczów i proces termogenezy, jednak naukowcy badają obecnie efekty agonistów b-2 z innych powodów… chodzi o hipertrofię mięśni! W badaniach na zwierzętach Clenbuterol był jednym ze związków wywołujących ważne reakcje antykataboliczne i anaboliczne. Jednakże jego toksyczne działanie na organizm człowieka spowodowało brak zainteresowania przeprowadzeniem testów klinicznych. Przeprowadzono bardzo mało eksperymentów badających działanie clenbuterolu Clenbuterolu na przyrost masy mięśniowej u ludzi, jednak w najnowszym z nich, opublikowanym w dzienniku „Journal of Heart and Lung Transplant”, naukowcy udowodnili, że clenbuterol Clenbuterol zwiększa suchą masę mięśniową i redukuje poziom tkanki tłuszczowej u osób prowadzących osiadły tryb życia i cierpiących na chroniczne zaburzenia pracy serca. Przez 12 tygodni pacjenci przyjmowali doustnie clenbuterol Clenbuterol lub placebo jako dodatek do leków na zastoinową niewydolność serca. Na początku podawano go 20 mikrogramów dwa razy dziennie, następnie zwiększono dawkę do 40 mikrogramów dwa razy dziennie przez 7 dni.
Udowodniono, że dawka ta – stosowana przy leczeniu dusznicy – zwiększa osiągnięcia u sportowców i ludzi po zabiegach ortopedycznych. Na zakończenie trzymiesięcznej kuracji badani zażywali 80 mikrogramów clenbuterolu Clenbuterolu dziennie, nie wywołał on jednak zmian wagi ciała, nawet u pacjentów prowadzących siedzący tryb życia – spadek masy tłuszczowej rekompensowany był wzrostem masy mięśniowej, co stało w zgodzie z danymi o anabolicznym działaniu leku na ludzki organizm. Dodatkowo odnotowano 27 -procentowy wzrost siły maksymalnej, jednak zauważono, że clenbuterol Clenbuterol obniża wyniki w ćwiczeniach wytrzymałościowych. Jeśli chodzi o bezpieczeństwo leku, był on dobrze tolerowany – nie stwierdzono żadnego wpływu na pracę serca i, co ważniejsze, nie zmienił się również jego ciężar. Naukowcy udowodnili, że przy tej dawce clenbuterol Clenbuterol zwiększa siłę i ilość suchej masy mięśniową bez poprawienia wytrzymałości, zaledwie minimalnie ingerując w pracę serca.1 Badanie to stanowi kontynuację eksperymentów przeprowadzonych w roku 2006, kiedy to naukowcy podawali 720 mikrogramów clenbuterolu Clenbuterolu pacjentom chorym na serce. W ciągu 12 tygodni kuracji odnotowano 13,5 -procentowy przyrost masy mięśnia czworogłowego uda i 11,8 -procentowy wzrost ogólnej masy ciała. W badaniu dowiedziono również, że lek jest dobrze tolerowany przez organizm; nie odnotowano żadnych poważnych skutków ubocznych.13   Clenbuterol jest agonistą b-2 stosowanym w Europie przy leczeniu astmy, jednak w Stanach Zjednoczonych nie został na razie dopuszczony do użytku. Lek posiada zwiększoną przyswajalność doustną, jest również bardziej selektywnym i silniejszym środkiem od albuterolu Albuterolu ([w Polsce znany pod nazwą handlową salbutamol Salbutamol – przyp. red.]).2 Uważa się, że sposoby, w jakich jakie agoniści  b-2 wywołują wzrost mięśni, zachodzą poprzez bezpośrednie na niego oddziaływanie, a nie stymulację endogeniczną hormonów dokrewnych, jak insulina, hormon wzrostu czy hormony tarczycy.3

Receptory B-2 pośredniczą we wzroście masy mięśniowej
Mięśnie szkieletowe zawierają znaczne ilości receptorów b-adrenergicznych, w większości podtypu b-2. W komórkach wolnokurczliwych są one ułożone gęściej niż w szybkokurczliwych.6 Receptory adrenergiczne B-2 pośredniczą w procesach anabolicznych wywoływanych przez clenbuterol Clenbuterol – zostało to potwierdzone działaniem selektywnego leku antagonistycznego b-2 (blokującego działanie clenbuteroluClenbuterolu), który ma ~100 x razy większe powinowactwo do receptorów adrenergicznych b-2 niż b-1. Gdy lek antagonistyczny b-2 został podanyo wraz z clenbuterolemClenbuterolem, redukował jego działanie anaboliczne, a gdy podawano go osobno, wywoływał atrofię mięśni.10 Dodatkowy dowód pochodzi z eksperymentu, w którym naukowcy podawali clenbuterol Clenbuterol zwykłym i zmodyfikowanym genetycznie myszom; u tych drugich wyłączono receptory b-1 lub b-2. Okazało się, że hipertrofia mięśni zaszła jedynie u osobników niezmienionych i tych, u których wyłączono receptory b-1. Badanie to potwierdziło tezę, że receptory adrenergiczne b-2 pośredniczą w działaniu clenbuterolu Clenbuterolu i odgrywają rolę w kontroli wzrostu mięśni.

Wewnątrzmięśniowe aktywatory b-2 zwiększają masę i regenerację mięśni
Jak już wcześniej wspomniano, agoniści b-2 mają bezpośrednie działanie na mięśnie, co ułatwia i przyśpiesza ich regenerację. Jednakże wysokie doustne dawki, przyjmowane przez długi okres czasu, i konieczne, by wywołać hipertrofię mięśni szkieletowych, łączą się z sercowo-naczyniowymi skutkami ubocznymi (szczególnie z rozrostem serca). Fakt ten jak dotąd ograniczał ich stosowalność kliniczną. Najnowsze badanie, opublikowane w dzienniku „Journal of Applied Physiology”, pokazało, że miejscowe zastrzyki domięśniowe z agonistów b-2 (formoterolFormoterol) zwiększały masę mięśniową przy minimalnym oddziaływaniu na układ sercowo-naczyniowy. Szczury otrzymywały odpowiednio po 0,01, 0,1, 1,0, 10 i 100 mikrogramów formoterolu Formoterolu (w 0,1 ml roztworze soli) w jednym zastrzyku w mięsień prawego uda. Co ciekawe, mięsień ten powiększył powiększał się przy każdej testowanej dawce leku. Przy najwyższej dawce – 100 mikrogramów – wystąpiła również najwyższa hipertrofia. Następnie naukowcy uszkodzili ten mięsień i wstrzyknęli w niego 100 mikrogramów formoteroluFormoterolu. Okazało się, że w badanym odnóżu, w porównaniu do łapki kontrolnej, nastąpił wzrost siły i masy mięśniowej już po jednym zastrzyku z formoteroluFormoterolu. Zaskakującym rezultatem eksperymentu był fakt, iż zaledwie jedna dawka formoterolu Formoterolu powodowała wzrost masy mięśniowej. Jednym z ważniejszych czynników ograniczających użycie agonistów b-2 do leczenia zniszczonej i osłabionej tkanki mięśniowej jest ich wpływ na układ sercowo-naczyniowy. Stałe doustne podawanie agonistów b-2 kojarzone jest z hipertrofią mięśnia sercowego i zmianami w działaniu układu sercowo-naczyniowego.4, 5 W eksperymencie zarówno pojedyncze, jak i wielokrotne domięśniowe wstrzyknięcia leku nie spowodowały rozrostu serca.

Agoniści b-2 zwiększają masę mięśniową, działając poprzez wiele szlaków biologicznych
Za podstawę skuteczności clenbuterolu jako czynnika anabolicznego uważa się jego zdolność do wspierania syntezy białek w mięśniach oraz redukowania ich rozpadu. Od jakiegoś już czasu toczą się dyskusje, któremu z mechanizmów zawdzięczamy wywołany clenbuterolem wzrost masy mięśniowej. Zidentyfikowano kilka genów uczestniczących w ważnych procesach związanych ze wzrostem mięśni szkieletowych, wliczając w nie przekaźniki na szlakach, którymi podążają sygnały wysyłane przez komórki.

A. Redukowanie miostatyny: agoniści B-2 potrafią redukować poziom miostatyny. Na przykład poprzez zwiększenie wydzielania białka NOR-1. Niewiele wiadomo o tym, w jaki sposób białko to wpływa na mięśnie, ale gdy jego działanie zostanie wstrzymane, następuje gwałtowny wzrost (~65 razy) ilości cząsteczek miostatyny.7 Jak więc, do jasnej cholery, przeciwdziałać spadkowi poziomu NOR-1? Włączenie agonistów b-2 powoduje zwiększenie wydzielania NOR-1 i może hamować wydzielanie miostatyny, i tym sposobem korzystnie wpływać na wzrost mięśni szkieletowych. Naukowcy donoszą, że w jednym z eksperymentów agonista B2-AR znacznie zwiększył (~100 razy) wydzielanie NOR-1 mRNA. Należy zauważyć, że myszy genetycznie uodpornione na działanie miostatyny nie odczuwały anabolicznych skutków działania agonisty B2-AR na mięśnie szkieletowe, co sugeruje, iż częścią tych reakcji mogą być zmiany w wydzielaniu miostatyny.7 Dane te mogą dostarczyć nam informacji na temat mechanizmów molekularnych pośredniczących w zmianach metabolicznych i anabolicznych kojarzonych z hipertrofią mięśniową wywołaną stałym podawaniem agonistów b-2.
B.    Zwiększanie mTOR/AKT i IGF-1: jedna z dróg, którymi podążają sygnały regulujące wzrost mięsni szkieletowych to szlak AKT/mTOR. Aktywność szlaku mTOR wzrasta w odpowiedzi na aktywność mięśnia podczas jego wzrostu, a zmniejsza się podczas jego zanikania. By rozpocząć hipertrofię, IGF-1 aktywuje zarówno AKT, jak i mTOR. Różne szlaki AKT występujące w mięśniach szkieletowych włączają się podczas stymulacji receptorów b-2 adrenergicznych, a to z kolei prowadzi przeważnie do wzrostu mięśnia. Przykładowo, naukowcy donieśli, że stymulacja ścieżki sygnałowej adrenoreceptorów b-2 wywołała reakcję fosforylazy AKT, co następnie aktywowało mTOR.8, 9 Należy dodać, że gdy badacze wraz z clenbuterolem Clenbuterolem wstrzykiwali rapamycynęRapamycynę, będącą antagonistą mTOR, anaboliczne działanie clenbuterolu Clenbuterolu zostało zahamowane.8  Zaobserwowano również zmiany w wydzielaniu przez mięśnie szkieletowe IGF-1 mRNA zaraz po podaniu clenbuteroluClenbuterolu, co sugerujęsugeruje, iż regulowanie tychże czynników wzrostu może mieć duże znaczenie w początkowej reakcji mięsni szkieletowych na stymulację ścieżki sygnałowej adrenoreceptorów b-2.
C.    Redukowanie katabolicznej ekspresji genów: Na podstawie badań ustalono, że w katabolicznym działaniu kortyzolu uczestniczy MuRF1 (Białko białko to zostało zidentyfikowane jako czynnik pojawiający się w stanie atrofii; jego ekspresja zwiększana jest przez komórkę mięśnia będącego właśnie w takim stanie) i atrogin-1 (jest niezwykle silnie pobudzana w wielu stanach katabolicznych). Odkryto, że aktywacja adrenergicznego B-2 redukuje ekspresję muRF1 i atrogin-1 w mięśniach szkieletowych; prawdopodobnie dzieje się to przy udziale AKT.8 Stwierdzono, że clenbuterol Clenbuterol redukuje antykataboliczne działanie kortyzolu.

Nowa generacja agonistów b-2
„Nowsza” generacja beta-agonistów (formoterol Formoterol i salmeterolSalmeterol) wywiera znaczące działanie anaboliczne na mięśnie szkieletowe, nawet przy dawkach mikromolowych, w porównaniu do dawek milimolowych wymaganych, by wywołać tę samą odpowiedź przy użyciu starszej generacji agonistów b-2, jak fenoterol Fenoterol czy clenbuterolClenbuterol. Co więc odróżnia formoterol Formoterol od clenbuteroluClenbuterolu? Podaje się, że Fformoterol jest agonistą pełnym beta-receptorów. Innymi słowy wywołuje większą reakcję komórkową (produkcja cAMP), niż ma to miejsce przy stymulacji clenbuterolem Clenbuterolem (agonista częściowy). Jeśli porównamy tę samą dawkę Fformoterolu i Cclenbuterolu podanego zwierzętom, ten drugi zwiększa wielkość mięśni o 6 procent, podczas gdy pierwszy aż o 20 procent.12 Do tej pory w celu wywołania hipertrofii mięśni stosowano niezwykle wysokie dawki clenbuterolu Clenbuterolu i innych agonistów b-2, daleko przekraczające ilości oceniane jako bezpieczne dla człowieka. Przyjmowanie działającego przy niskich dawkach formoterolu Formoterolu ma pewną przewagę nad clenbuterolemClenbuterolem, ponieważ już małe ilości tego leku powodują przyrost mięśni bez zwiększenia ich podatności na zmęczenie. Obiecującym faktem związanym z Fformoterolem są jego mikromolowe dawki, przy których i tak powoduje on hipertrofię mięśni, bez wywoływania rozrostu serca.11 W ostatnich doniesieniach na temat tego leku podaje się, że redukuje on efekty kataboliczne pewnych wyniszczających mięśnie chorób, na przykład raka. Kuracja Fformoterolem spowodowała spadek zawartości mRNA w ekspresji genów katabolicznych (ubikwityna i proteasom) w mięśniu brzuchatym łydki. Fakt ten, wraz z zaobserwowanym spadkiem aktywności agregatu enzymatycznego proteasom, sugeruje, że podstawowa funkcja leku, przeciwdziałająca rozkładowi białka, może opierać się na hamowaniu reakcji rozkładu opierającej się na ATP i ubikwitynie.16 Formoterol może okazać się idealnym lekiem przed zawodami, ponieważ ma działanie antykataboliczne i anaboliczne, a do tego powoduje tylko znikomą hipertrofię mięśnia sercowego.

Bibliografia:
1.    Kamalakkannan G., Petrilli C.M., George I., LaManca J., McLaughlin B.T., Shane E., Mancini D.M., Maybaum S., Clenbuterol increases Lean muscle mass but not endurance in patients with chronic heart failure. J Heart Lung Transplant, 2008 Apr; 27(4):457−-61.
2.    Pasotti C., Capra A., Vibelli C., NAB 365 (clenbuterol) and salbutamol in asthmatics: a double-blind clinical trial. Int J Clin Pharmacol Biopharm, 1979; 17:176-−80.
3.    Emery P.W., Rothwell N.J., Stock M.J., Winter P.D., Chronic effects of beta-2 adrenergic agonists on body composition and protein synthesis in the rat. Biosci Rep, 1984 Jan; 4(1):83−-9
4.    Ryall J.G., Gregorevic P., Plant D.R., Sillence M.N., Lynch G.S.., B-2 agonist fenoterol Has greater effects on contractile fuction of rat skeletal muscles than clenbuterol. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol, 283: R1386−-1394, 2002.
5.    Ryall J.G., Plant D.R., Gregorevic P., Sillence M.N., Lynch G.S., B-2 agonist administration reverses muscle casting and improves muscle function in aged rats. J Physiol, 555: 175-−188, 2004.
6.    Martin W.H. 3rd, Murphree S.S., Saffitz J.E., Beta-Adrenergic receptor distribution among muscle fiber types and resistance arterioles of white, red, intermediate skeletal muscle. Circ Res, 64: 1096-−1105, 1989.
7.    Pearen M.A., Ryall J.G., Maxwell M.A., Ohkura N., Lynch G.S., Muscat G.E., The orphan nuclear receptor, NOR-1, is a target of b-adrenergic signaling in skeletal muscle. Endocrinology, 147: 5217−-5227, 2006.
8.    Kline W.O., Panaro F.J., Yang H., Bodine S.C., Rapamycin inhibits the growth and muscle-sparing effects of clenbuterol. J Appl Physiol, 102: 740-−747, 2007.
9.    Sneddon A.A., Delday M.I., Steven J., Maltin C.A., Elevated IFG-II mRNA and phosphorylation of 4E-BP1 and p70S6k in muscle showing clenbuterol-induced anabolism. Am J Physiol Endocrinol Metab, 281: E676−-E682, 2001.
10.    Sillence M.N., Matthews M.L., Spiers W.G., Pegg G.G., Lindsay D.B., Effects of clenbuterol, ICI118551 and sotalol on the growth of cardiac and skeletal muscle and on b-2 adrenoceptor density in female rats. Naunym-Schmiedebergs Arch Pharmacol, 344: 449−-453, 1991.
11.    Ryall J.G., Schertzer J.D., Lynch G.S., Attenuation of age-related muscle wasting and weakness in rats after formoterol treatment: therapeutic implications for sarcopenia. J Gerontol A Biol Sci Med Sci, In press.
12.    Ryall J.G., Gregorevic P., Plant D.R., Sillence M.N., Lynch G.S., Beta-2 agonist fenoterol has greater effects on contractile function of rat skeletal muscles than clenbuterol. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol, 2002 Dec;283(6):R1386-−94.
13.    George I., Xydas S., Mancini D.M., Lamanca J., DiTullio M., Marboe C.C., Shane E., Schulman A.R., Colley P.M., Petrilli C.M., Naka Y., Oz M.C., Maybaoum S., Effects of clenbuterol on cardiac and skeletal muscle function during left ventricular assist device support. J Heart Lung Transplant, 2006 Sep;25(9):1084-−90.
14.    Busquets S., Figueras M.T., Fuster G., Almedro V., Moore-Carrasco R., Ametller E., Argiles J.M., Lopez-Soriano F.J., Anticachectic effects of formoterol: a drug for potential treatment of muscle wasting. Cancer Res, 2004 Sep 15;64(18):6725−-31.