Autor: Sławomir Ambroziak
Słowa kluczowe: interleukina 6, miokiny, anabolizm, katabolizm, hipertrofia, miogeneza.
Przez kilka pierwszych dekad rozwoju farmakologii znaliśmy zasadniczo trzy hormony anaboliczne, rozwijające tkankę mięśniową – testosteron, somatotropinę i insulinę. Jako środki anaboliczne – testosteron i jego pochodne (steroidy anaboliczno-androgenne) zaczęto wykorzystywać w medycynie i sporcie już pod koniec pierwszej połowy dwudziestego wieku. Wykorzystanie w tym samym celu insuliny i somatotropiny (hormonu wzrostu, GH) ograniczała początkowo trudna dostępność tych hormonów peptydowych, pozyskiwanych z materiału biologicznego. Jednakże nowe technologie, pozwalające wytwarzać peptydy na skalę przemysłową, przyczyniły się do upowszechnienia insuliny i somatotropiny w dopingu sportowym. Pod koniec ubiegłego stulecia ugruntowano też wiedzę o anabolicznych właściwościach IGF-1, więc również ten hormon włączyli niemal natychmiast kulturyści do swoich praktyk dopingowych. Jednak pierwsza dekada naszego stulecia i kilka ostatnich lat – to istny wysyp wiadomości o nowoodkrytych hormonach anabolicznych. Dopingowi guru ciągle więc kombinują – co by tu jeszcze dołożyć do combo bazowego: steryd, GH, insulina, IGF-1. Chodzą słuchy, że niektórzy eksperymentują z interleukiną 6 (IL-6). Wszystko z uwagi na fakt, że również i w odniesieniu do tego hormonu naukowcy dowiedli aktywności anabolicznej. Czy aby jednak IL-6 jest tutaj najlepszym wyborem? Przyjrzyjmy się dzisiaj dokładnie całemu zagadnieniu…
IL-6
Interleukina 6 zaliczana jest generalnie do grona cytokin – hormonów peptydowych, produkowanych i uwalnianych przez komórki układu odpornościowego. Jednocześnie jednak jest również miokiną – hormonem produkowanym u uwalnianym przez tkankę mięśniową. Za odkrywcę IL-6 musimy uznać Muraguchi’ego, który opisał ją w 1981 roku jako czynnik aktywujący limfocyty. Cytokinę tę wytwarzają jeszcze, poza komórkami odpornościowymi, komórki naskórka (keratynocyty), śródbłonka naczyniowego oraz tkanki łącznej (fibroblasty), tłuszczowej (adipocyty) i mięśniowej (miocyty i mioblasty).
Długi czas uważano, że cytokiny są molekułami sygnałowymi, charakterystycznymi jedynie dla systemu immunologicznego. Jeżeli więc nawet obserwowano uwalnianie cytokin z mięśni, za efekt ten obwiniano komórki odpornościowe, penetrujące tkankę mięśniową. Jednak w 2004 roku Fischer udowodnił, ku ogólnemu zaskoczeniu świata nauki, że również włókna mięśniowe (miocyty) posiadają zdolność produkcji cytokin, a dowód jego dotyczył właśnie interleukiny 6. (Ale honor wypadałoby oddać tu również Gallucciemu, gdyż autor ten już 1998. donosił o zdolności macierzystych komórek mięśniowych – mioblastów – do produkcji IL-6 w odpowiedzi na stymulację mediatorami stanu zapalnego.) W roku następnym (2005) obserwację tę potwierdzili Pedersen i Febbraio, również w odniesieniu do IL-6, i to właśnie ci dwaj badacze nazwali ogólnie miokinami wszystkie cytokiny, powstające w tkance mięśniowej. A że mięśnie, szczególnie przeciążane wysiłkiem, produkują nie tylko IL-6, ale również całą baterię rozmaitych miokin, przekonali nas w następnych miesiącach i latach inni autorzy, między innymi: Nieman (2005), Plomgaard (2005), Divangahi (2007), Pedersen (2007), Huey (2008). Dzisiaj obserwujemy trend w kierunku rozszerzania nazwy „miokina” na generalnie wszystkie molekuły sygnałowe, których miejscem produkcji są nasze muskuły.
IL-6 jest jednak w pewnym sensie miokiną wyjątkową. W porównaniu z innymi, podobnymi hormonami, pracujące mięśnie produkują i uwalniają najwięcej IL-6, a jest to też jedyna miokina, pojawiająca się w krwiobiegu już podczas wysiłku. Jej stężenie we krwi podczas długich, tlenowych wysiłków wytrzymałościowych wzrasta nawet 120-krotnie, natomiast intensywne i krótkotrwałe ćwiczenia beztlenowe, generujące wysokie stężenia kwasu mlekowego, takie jak np. treningi siłowe, ograniczają produkcję oraz przenikanie IL-6 z mięśni do krwiobiegu (Suzuki – 2002, Zembroń-Łacny – 2008).
Czynnikami pobudzającymi bezpośrednio produkcję IL-6 w pracujących mięśniach są: spadek poziomu glikogenu mięśniowego, zmiany w stężeniu jonów wapniowych oraz wzrost koncentracji reaktywnych form tlenu, czyli – w uproszczeniu – wolnych rodników tlenowych (Febbraio, 2002). Strategicznymi producentami IL-6 pozostają wolnokurczliwe włókna mięśniowe, zaś wielkość jej produkcji jest tutaj wprost proporcjonalna do stężenia nadtlenku wodoru, powstającego w komórkach, w efekcie przemian energetycznych, związanych z metabolizmem tlenowym.
Wszystko to sugeruje, że IL-6 powinna pełnić jakąś doniosłą rolę w zaopatrzeniu energetycznym pracujących mięśni szkieletowych, w trakcie znacznie przedłużającej się aktywności ruchowej. I faktycznie! Jak się okazuje, IL-6 intensyfikuje: rozpad glikogenu wątrobowego, uwalnianie glukozy z wątroby do krwiobiegu, wychwyt glukozy przez włókna mięśniowe, rozpad tłuszczu zapasowego w tkance tłuszczowej, przenikanie wolnych kwasów tłuszczowych do krwi oraz ich spalanie we włóknach mięśniowych (Pedersen, 2005 i 2007).
Te ustalone przez naukę, a podane powyżej fakty spowodowały, że przez kilka lat, do czasu poznania w 2012 roku iryzyny, uznawano IL-6 za głównego sprawcę redukcji tkanki tłuszczowej w odpowiedzi na wzmożoną aktywność ruchową. O hormonie tym możemy myśleć więc, bez wątpienia, jako o niezwykle efektywnym spalaczu tłuszczu.
Skoro miokiny powstają w komórkach mięśniowych, nietrudno zgadnąć, że muszą wnosić swój udział w hipertrofię (przerost) mięśni szkieletowych, jako naturalną konsekwencję adaptacji organizmu do ciężkiej pracy mięśniowej. Przy czym, już na wstępie należy zaznaczyć, że może to być zarówno udział pozytywny, jak też negatywny. Sztandarowymi miokinami anabolicznymi, sprzyjającymi hipertrofii mięśni, są np. MGF i IL-15. Pierwsza cząsteczka jest mięśniową wersją IGF-1 – dobrze wszystkim zapewne znanego, silnego hormonu anabolicznego, powstającego generalnie w wątrobie, natomiast druga – efektywnym czynnikiem anabolicznym, działającym na mięśnie podobnie do IGF-1, ale zupełnie niezależnie od tego hormonu. Natomiast sztandarowymi miokinami katabolicznymi, hamującymi hipertrofię, są np. katabolina (IL-1 beta) i miostatyna (GDF-8). Nic dodać, nic ująć: już chyba same nazwy tych molekuł mówią same za siebie…
A jak to wygląda w przypadku bohaterki naszego dzisiejszego opowiadania? Popatrzmy…
IL-6 jako katabolik
Pierwsze wieści, dotyczące relacji pomiędzy IL-6 a konstytucją mięśni, nie brzmiały zachęcająco. W ogromnej liczbie badań – czy to prowadzonych poza żywym organizmem, czy na zwierzęcych modelach badawczych, czy z udziałem ochotników – wysoki poziom IL-6 powiązano z wyniszczeniem, zanikiem i uszkodzeniami mięśni oraz ubytkami ich masy, będącymi powikłaniami schorzeń lub dysfunkcji metabolicznych, takich jak, na przykład: nowotwory, AIDS, cukrzyca, otyłość, choroby układu krążenia, choroby mięśni czy procesy starzenia się organizmu.
Mechanizmy katabolicznej aktywności IL-6 dość dobrze wyjaśnił Haddad, badaniem opublikowanym w 2005 roku. Gdy autor dokonał, za pomocą pompy osmotycznej, infuzji IL-6 do mięśnia piszczelowego jednej kończyny szczura, zaobserwował, że – w porównaniu z mięśniem drugiej kończyny – ogólna zawartość białka i zawartość białek kurczliwych spadły, odpowiednio, o 9 i 17 procent. Odnotował również, że w mięśniu traktowanym IL-6, w porównaniu z mięśniem drugiej kończyny, uległa obniżeniu o ok. 60% aktywność anabolicznego szlaku sygnalnego IGF-1, czym wyjaśnił mechanizm katabolicznej aktywności tej miokiny. Co jednak ciekawe, tłumienie anabolicznego szlaku sygnalnego uruchomiło tutaj mechanizm kompensacyjny, w postaci ok. 110-procentowego wzrostu lokalnej produkcji IGF-1, w mięśniu potraktowanym IL-6.
Natomiast w badaniu, opublikowanym w 2008 roku, van Hall postanowił sprawdzić, w jaki sposób zadziała rekombinowana, ludzka IL-6 na obrót białka w całym organizmie i mięśniach zdrowych ochotników. Podał więc tę miokinę dwunastu aktywnym fizycznie (ale nie uprawiającym wyczynowo sportu) wolontariuszom, w postaci ogólnoustrojowej, jednorazowej, trzygodzinnej infuzji, co miało naśladować efekty długiego, intensywnego treningu, w postaci podobnego – jak zastosowana tu dawka – wzrostu poziomu IL-6 we krwi. Sięgając jedynie do interesującej nas w tej chwili sentencji tego badania, należy powiedzieć, że efekt katabolicznej aktywności IL-6 nie wypadł tutaj szczególnie porażająco: wprawdzie, w trakcie trzygodzinnej infuzji, mierzony stężeniem fenyloalaniny obrót białka spadł w mięśniach, w porównaniu z wartością wyjściową, o 8.5, to po trzech godzinach od zakończenia infuzji wzrósł o 23 procent. W tym samym eksperymencie, w grupie placebo, otrzymującej infuzję soli fizjologicznej, obrót białka w mięśniach wzrósł w trakcie infuzji i po jej zakończeniu – odpowiednio – o 20 i 15 procent. Ostatecznie więc, licząc to wszystko bardzo precyzyjnie, dojdziemy do wniosku, że IL-6, w porównaniu z placebo, obniża zysk białek mięśniowych netto o ok. 10.25 procent. Mamy więc tutaj bardzo podobny wynik, jak uzyskany przez Haddada (- 9%) na zwierzęcym modelu badawczym.
IL-6 jako anabolik
Kolejne doświadczenia, badające relacje pomiędzy IL-6 a hipertrofią mięśni, paradoksalnie wprowadziły z wielkim hukiem tę miokinę do arsenału hormonów anabolicznych. Chodzi tutaj m.in. o pracę Serrano z 2008 roku, gdzie to autor posłużył się modelem badawczym zmutowanych myszy, niezdolnych do wytwarzania IL-6, poddanych przeładowaniu mięśni tylnych kończyn. Przeładowanie polega na odnerwieniu jednego mięśnia kończyny, kiedy to jego funkcję musi kompensować inny mięsień, ulegający w tej sytuacji przepracowaniu. W przeładowanym mięśniu pojawia się wtedy zjawisko tzw. hipertrofii wyrównawczej, znakomicie naśladujące hipertrofię wywołaną np. treningiem siłowym.
Serrano informował, że w trakcie przebiegu zjawiska hipertrofii mięśnie wzmagają 40-krotnie produkcję IL-6 oraz że przeładowane mięśnie myszy pozbawionych IL-6 przerastają o ok. 20% procent słabiej, w porównaniu z mięśniami normalnych gryzoni, nie poddawanych modyfikacjom genetycznym. Autor zaobserwował, że IL-6 nie jest niezbędna do aktywacji kanonicznego szlaku anabolicznego, którym posługuje się głównie insulina i IGF-1, gdyż w mięśniach gryzoni niewytwarzających tej miokiny ścieżka sygnalna kinazy Akt funkcjonuje zupełnie normalnie. (Przypomnijmy, że kinaza Akt aktywuje kinazę mTOR, a za jej pośrednictwem – maszynerię syntezy białek.) Serrano ostatecznie ustalił, że IL-6 jest czynnikiem absolutnie niezbędnym do rozmnażania (proliferacji) komórek satelitarnych oraz fuzji ich jąder z włóknami mięśniowymi, a mięśnie myszy pozbawionych tej miokiny dysponują w trakcie hipertrofii jedynie 1/3 wartości potencjalnego zasobu komórek satelitarnych, stwierdzonego w przerastających mięśniach normalnych gryzoni.
Zhang potwierdził w 2013 roku aktywność IL-6 jako niezbędnego czynnika stymulującego proliferację komórek satelitarnych w procesie regeneracji mięśni, również wykorzystując zmutowane myszy z nieaktywnymi genami produkującymi tę miokinę, ale posługując się modelem badawczym, polegającym na uszkodzeniu mięśni toksyną izolowaną z jadu kobry. W piętnastym dniu regeneracji po uszkodzeniu, rozmiary włókien mięśniowych myszy, pozbawionych zdolności produkcji IL-6, były o ok. 25% mniejsze, od rozmiarów włókien normalnych gryzoni.
W tym samym, 2013 roku wpływ IL-6 na procesy regeneracyjne mięśni badał Hoene, wykorzystując izolowane komórki i dowodząc, że miokina ta jest czynnikiem zaangażowanym nie tylko w proces proliferacji, ale także różnicowania się komórek satelitarnych do dojrzałych włókien mięśniowych.
Zapewne wszyscy Czytelnicy niniejszej rubryki to wiedzą, ale dla porządku przypomnę trzy podstawowe mechanizmy, odpowiedzialne za hipertrofię tkanki mięśniowej:
Pierwszy to anabolizm białek mięśniowych, nadający kubaturę włóknom mięśniowym, inicjowany przez jądra komórkowe, a kontrolowany głównie (chociaż nie tylko) przez szlak sygnałowy insuliny i IGF-1 (kinazy Akt i mTOR). Drugi mechanizm, nazywany dominacją jąder miocytów, uzależniony jest od proliferacji komórek satelitarnych, przekazujących swoje jądra komórkowe (inicjujące – jak pamiętamy – anabolizm) egzystującym włóknom mięśniowym. Trzeci mechanizm to miogeneza, rozpoczynająca się proliferacją, a polegająca na różnicowaniu się macierzystych komórek satelitarnych do dojrzałych, dodatkowych włókien mięśniowych. (Niedawno zaobserwowano jeszcze czwarty mechanizm – podział włókien mięśniowych, zostawimy go jednak w tej chwili na boku, gdyż na dzień dzisiejszy wiemy o nim bardzo niewiele.)
I teraz dokładnie widzimy, że wprawdzie IL-6 nie jest klasycznym anabolikiem (nie pobudza szlaku kinazy mTOR, a nawet go hamuje), to jednak pozostaje czynnikiem hipertroficznym, niezbędnym do przebiegu proliferacji komórek satelitarnych i transferu ich jąder do włókien mięśniowych oraz wpływającym dodatnio na proces miogenezy.
Co o tym myśleć?
Paradoksem atroficzno/hipotroficznej aktywności IL-6 zajmowało się na przestrzeni ubiegłych lat kilku autorów. Ostatnio rzetelnej analizy problemu podjęła się Pura Menoz-Canovez, publikując efekty swoich dociekań w „The FEBS Journal, w maju 2013 roku. A co z tego wynika? Spróbuję streścić to wszystko w kilku słowach…
Po pierwsze należy zauważyć, że profil lokalnej IL-6 (wytwarzanej w mięśniach) różni się znamiennie od profilu cytokiny systemowej, pobieranej przez mięśnie z krwiobiegu. Najwięcej IL-6 produkują i wydzielają do krwi mięśnie poddawane intensywnym, długotrwałym wysiłkom tlenowym. Takie wysiłki nie prowadzą jednak do znamiennej hipertrofii tkanki mięśniowej. Natomiast wysiłki ze znaczną komponentą przemian beztlenowych, generujące największą hipertrofię, pobudzają w rozsądnym stopniu produkcję IL-6 w mięśniach i ograniczają jednocześnie jej eksport do krwi. IL-6 działa więc w tym przypadku, głównie w miejscu swojej produkcji – we włóknach mięśniowych i komórkach satelitarnych. Wprawdzie na białka włókien mięśniowych działa katabolicznie, ale krótkotrwale, a jej negatywna aktywność szybko kompensowana jest poprzez wyrównawczy wzrost stężenia mięśniowego IGF-1 (pamiętamy z doświadczenia van Halla, że już w trzy godziny po imitacji treningowego piku IL-6, tempo gromadzenia białek – po chwilowym spadku o 8.5% – wzrosło o 23% ponad wartość wyjściową). Teraz znaczenia nabiera natomiast aktywność IL-6 jako czynnika niezbędnego do prawidłowego przebiegu proliferacji, fuzji jąder i miogenezy. Ponieważ procesy te nabierają największego tempa w przedziale od kilkunastu do kilkudziesięciu godzin trwania hipertrofii, dlatego te kilka godzin negatywnego oddziaływania IL-6 na mięśnie może nie mieć tutaj większego znaczenia.
Natomiast systemowa IL-6, docierająca do mięśni z obiegiem krwi, pochodzi z innych narządów i tkanek. Molekuła ta jest cytokiną, czyli hormonem układu odpornościowego, a tym samym – mediatorem stanu zapalnego. Tak więc utrzymujące się permanentnie, wysokie jej stężenia w krwiobiegu notujemy w przypadku rozmaitych, wymienionych wyżej, przewlekłych schorzeń i perturbacji metabolicznych, gdyż towarzyszy im zawsze uogólniony stan zapalny. W tych sytuacjach, mięśnie atakowane są non stop wysokimi dawkami IL-6, co potęguje nieprzerwanie katabolizm, którego nie jest pewnie w stanie skompensować wyrównawczy wzrost produkcji IGF-1. Niewykluczone, że działająca permanentnie IL-6 wyczerpuje również zasoby i potencjał miogenetyczny komórek satelitarnych.
Dodatkowo, co może być tutaj najważniejsze, pochodząca ze stanu zapalnego IL-6 dociera do mięśni w otoczeniu wysokich stężeń innych cytokin pro-zapalnych, będących zdeklarowanymi katabolikami, takich jak np. TNF alfa oraz IL-1 beta, co wzmacnia obraz korelacji jej poziomu ze stopniem zaniku tkanki mięśniowej. Co więcej: permanentnie podwyższony poziom IL-6 we krwi nasila wytwarzanie katabolicznego kortyzolu, hamując jednocześnie produkcję anabolicznego testosteronu, co może dodatkowo uwydatniać, w takiej sytuacji, atroficzne cechy naszej cytokiny.
I właśnie z otoczeniem IL-6 wiąże się też kolejny problem. Zauważmy, że w dwóch omówionych wyżej badaniach, wskazujących na atroficzną aktywność IL-6, mięśnie znajdowały się w innym stanie metabolicznym, niż w dwóch kolejnych, dowodzących jej aktywności hipertroficznej. IL-6 wydaje się więc działać inaczej na mięśnie w stanie adynamicznym, a inaczej na regenerujące się po przeciążeniu lub urazie. W pierwszym przypadku, jak wskazują powyższe badania, ujawnia w przewadze swoje cechy atroficzne, w drugim natomiast – hipertroficzne.
IL-6, podobnie jak IGF-1 (pisałem o tym szeroko w jednym z wcześniejszych numerów PB), produkowana jest bowiem w organizmie, w kilku wariantach molekularnych. I chociaż wszystkie takie molekuły zaliczany do rodziny IL-6, to jednak nadajemy im odrębne nazwy. Badania pokazują, że – z punktu widzenia hipertrofii mięśni – najważniejszym jej bliźniakiem jest czynnik hamujący białaczkę (LIF). Cytokina ta powstaje w przeciążanych mięśniach, w odpowiedniej proporcji do IL-6, i wzmaga hipertroficzną aktywność swojej kuzynki. Ponadto, w odpowiedniej proporcji do IL-6, powstaje w przeciążonych mięśniach IL-4 – cytokina pobudzająca fuzję, bez wpływu na proliferację, która jest jednocześnie głównym induktorem syntezy IL-15 – wyżej już wspominanej miokiny o wybitnie anabolicznych właściwościach. Natomiast mięśniowa IL-6 stymuluje produkcję IL-1Ra i IL-10, gdzie pierwsza cytokina jest antagonistą katabolicznej IL-1 beta (kataboliny), zaś druga – co niedawno ustalono (Wang, 2014) – ważnym czynnikiem hipertroficznym mięśni szkieletowych.
Ostatecznie więc, IL-6 dociera z obiegiem krwi w innym towarzystwie i działa w adynamicznych mięśniach w innym otoczeniu, aniżeli IL-6 pochodzenia mięśniowego, oddziałująca na mięśnie, regenerujące się po urazie lub przeciążeniu.
Podsumowując jednym zdaniem dzisiejszą problematykę, należy przypomnieć, że tkanki reagują zapaleniem na czynniki patogenne; podczas gdy ostre stany zapalne regenerują tkankę, przewlekłe ją degradują. Ta sama zasada tyczy się więc hipertrofii i atrofii tkanki mięśniowej, a IL-6 jest tylko jednym z elementów całej tej układanki.
Bić albo nie bić…?
Teoretycznie można by bić IL-6 prosto w mięsień, tak jak np. IGF czy MGF, tuż przed lub zaraz po zakończeniu treningu. (Zaznaczam, iż są to – tylko i wyłącznie – moje osobiste przemyślenia i spekulacje.) Najpierw należałoby jednak ustalić dość precyzyjnie dawkę. Pamiętamy przecież, że wysiłki generujące monstrualne porcje IL-6 nie prowadzą do znaczącego rozwoju hipertrofii, zadowalającego kulturystów zdeterminowanych na sukces w tej dyscyplinie sportu. Należałoby ogólnie się zastanowić: czy dodatkowe porcje tej miokiny zaowocują większym wymiarem? Należałoby bowiem poznać odpowiedź na pytanie: czy w takiej sytuacji wezmą górę jej właściwości hipertroficzne, czy też zyska przewagę aktywność kataboliczna? Jeżeli jednak zapatrywać już mięsień w dodatkowe porcje IL-6, to tylko w zestawieniu z IGF-em lub MGF-em. Trzeba bowiem przypomnieć, że te molekuły anaboliczne kompensują kataboliczną aktywność IL-6 i jeszcze w tym miejscu dodać, że wspomagają jej właściwości hipertroficzne, angażując się w proces proliferacji komórek satelitarnych.
Muszę jednak przestrzec bezwzględnie wszystkich amatorów podobnych eksperymentów: IL-6 jest mediatorem stanu zapalnego, a z tego powodu jej stosowanie generuje dość nieprzyjemne skutki uboczne. Podczas prób leczenia tą cytokiną nowotworów rejestrowano: gorączkę, dreszcze, bóle głowy, migotanie przedsionków, stłuszczenie i martwicę wątroby. Musimy więc sobie uświadomić, że cytokiny nie są stosunkowo niegroźną zabawką, jak sterydy, GH czy IGF-1, których ewentualne efekty działań niepożądanych pojawiają się z reguły późno i dopiero przy długotrwałym stosowaniu bardzo wysokich dawek. Skutki uboczne podawania cytokin (nie wszystkie, oczywiście) pojawiają się już po pierwszej dawce terapeutycznej. A nie mamy przecież pewności – ile IL-6 pozostanie w mięśniu, a ile przeniknie do krążenia ogólnego… Pytanie więc brzmi: „czy gra warta świeczki?”
Zresztą, jak wyżej widzieliśmy, IL-6 ujawnia swój właściwy potencjał hipertroficzny dopiero w towarzystwie innych cytokin, a szczególnie tych, angażowanych w fazę naprawczą zapalenia tkanki mięśniowej. Warto więc przeanalizować wszystkie relacje (zachodzące w mięśniach i prowadzące do ich hipertrofii) pomiędzy IL-6 a innymi miokinami anabolicznymi, aby dotrzeć do jakichś bardziej konkretnych wniosków. To już jednak temat na kolejny artykuł…
