12.3. Регуляция роста и отложения жира
Рост животных проявляется увеличением общей массы, длины костей, а так же массы скелетных мускулов. Параллельно с увеличением общей массы происходит увеличение массы многих других органов и тканей, включая жировые запасы.
По мере взросления животных питательные вещества меньше направляются в мускулы, а больше в жировые ткани. Следовательно, с возрастом отношение белка к энергии в рационе может быть снижено.
Основными гормонами, контролирующими мускульную массу являются инсулин, соматотропин и инсулин–подобный фактор роста – 1 (ИПФР). Мускульная масса, кроме того, регулируется глюкагоном, катехоламинами, глюкокортикоидами и половыми стероидами. Соматотропин, по-видимому, главный регулятор в направлении всосавшихся питательных веществ в мускулы и молочную железу и оттока из жировой ткани.
Сейчас установлено, что соматотропная «ось» включет соматотропин , или гормон роста (ГР) , вырабатываемый в гипофизе, вместе с двумя гипоталамическими рилизинг–гормонами – соматолиберином, который стимулирует освобождение ГР из гипофиза, а так же соматостатином, который ингибирует освобождение ГР, и один гормон, синтезируемый в печени, инсулин-подобный фактор роста–1 (ИПФР-1) , который называется так же соматомедин-С.
Соматотропин стимулирует рост костей и мускулов, хотя большинство из этих действий, вероятно, происходит не напрямую, а опосредовано через ИПФР-1. Дефицит ГР или ИПФР-1 приводит к карликовости, в то время как избыток ГР (и, таким образом, избыток ИПФР-1) у молодых растущих животных или человека может вызвать гигантизм. В 1983 году (Palmiter et.al., 1983) сделали работу, когда интеграция трансгена ГР в геном мышей вызвала у них рост в два раза более высокий, чем у нормальных мышей. Избыток ГР у взрослых животных увеличивает размер скелета.
Саматотропин способствует снижению липогенеза у растущих свиней, он специфически притупляет инсулиновую стимуляцию глюкозных транспортеров, ацетил-СоА-карбоксилазы, синтазы жирных кислот и снижает транскрипцию генов синтеза жирных кислот.
В мускулах, однако, ГР не вызывает никаких изменений в действии инсулина. Поэтому ГР направляет глюкозу из жировой ткани в мускульную, где она используется в качестве топлива в процессе синтеза белка.
Из-за сильного действия соматотропина на разделение потоков питательных веществ, значительный интерес ГР представляет как метаболический стимулятор отложения белка у сельскохозяйственных животных. Использование его препаратов путем добавки в корм не эффек-
тивно. Экзогенный ГР действует в том случае, если его инъецируют в кровь, или, если организм производит собственный (эндогенный) ГР в теле в результате инъекции рилизинг-фактора ГР. Биотехнологический бычий соматотропин (бСТ) ограниченно используется на коровах для увеличения молочной продукции в США.
Интересно то, что у большинства животных концентрация ГР в крови обратно пропорциональна уровню питания. В других словах, концентрация ГР является низкой, когда животное хорошо ест, и высокой, когда плохо ест. Поскольку ГР стимулирует мобилизацию жировой ткани, а не мускулов, высокая концентрация ГР у животных при кормлении с недостатком энергии, в соединении с низким инсулином, усиливает использование жировой ткани как источника энергии на поддержание, снижая энергетическое голодание мускулов.
Уровень питания напрямую действует на ИПФР-1. Хронический недостаток энергии, белка или даже одной незаменимой аминокислоты будет снижать концентрацию ИПФР-1 в плазме крови. Изменение в синтезе и секреции ИПФР-1 опосредовано на уровне транскрипции и, как следствие, несколько часов потребуется перед тем, как действие рациона на увеличение ИПФР-1 обнаруживается в плазме. Хотя ГР секретируется эпизодически и его концентрация изменчива, концентрация ИПФР-1 в крови относительно стабильна и может служить показателем уровня питания животного.
Система ИПФР является одной из наиболее сложных в эндокринной системе. Имеется два ИПФР: ИПФР-1 и ИПФР-2 с двумя разными рецепторами. Из них ИПФР-1 является более важным для постнатального роста и метаболизма. Как минимум шесть ИПФРсвязывающих белков (ИПФРСБ) были обнаружены, которые изменяют биоактивность ИПФР, и эти связывающие белки регулируются питанием, гормоном роста и самим ИПФР-1, а также другими факторами. Некоторые ИПФРСБ могут иметь независимое от ИПФР-1действие.
Печень – главное место синтеза ИПФР-1 и главный источник циркулирующего ИПФР-1, однако значение печеночного ИПФР-1 для роста недостаточно ясно. Генетическая селекция животных на повышенное содержание ИПФР-1 в плазме крови показала прямую связь с повышенной живой массой. Вместе с тем, если инъекции ГР или вставка ГР-трансгена в геном повышает рост выше нормального, то инъекция ИПФР-1 или включение гепатического ИПФР-1 трансгена в геном имеет лишь ограниченное действие на рост и развитие in vivo, даже хотя ИПФР-1 является нижележащим в сигнальном каскаде ГР. Трансгенные животные с целевым снижением печеночного, но не перефирического синтеза ИПФР-1 имели почти нормальный рост. По-видимому, главная функция циркулирующего ИПФР состоит в поддержании секреции ГР под контролем и ограничением соматотропной оси. Такая обратная
связь будет помогать регулировать рост, в соответствии с уровнем и качеством питания и условиями внешней среды.
Многие другие системные гормоны, включая тиреоидные гормоны, глюкокортикоиды, катехоламины, инсулин, лептин влияют на соматотропную ось. Гипоталамус производит тиреолиберин, который повышает секрецию ГР, в то время как нейропептид Y ингибирует ее. Возбудители гормона роста из периферических тканей включают грелин, 28АА пептид, производимый в желудке, и гексарелин 6-АА пептид, все они могут быть полезными в животноводстве или в медицине. Все вместе составляют соматотропную ось, которая, по-видимому, является наиболее важной системой гормонов в регуляции роста. Она контролируется высшими центрами мозга, чтобы разделить поток питательных веществ на разные функции, их регуляция и действие взаимосвязанны с другими эндокринными системами.
Катехоламины и глюкокортикоиды
Гормоны надпочечных желез также играют важную роль в росте и отложении жира. Эти гормоны включают глюкокортикоиды и катехоламины. Рационы не являются главными регуляторами какого-либо из этих гормонов; на самом деле, они контролируются высшими нервными центрами и повышаются в ответ на стресс.
Катехоламины включают эпинефрин и норэпинефрин (адреналин и норадреналин). Они быстро секретируются из мозговой части надпочечников в ответ на стресс. Имеется несколько типов рецепторов для катехоламинов и их можно классифицировать как α- или β- адренергические рецепторы. В целом стимуляция α-рецепторов повышает скорость обмена и движение периферической крови, в то время как стимуляция β-рецепторов повышает в крови концентрацию глюкозы и неэтерифицированных жирных кислот. Сообща эти реакции делают способными людей или животных делать поразительные дела, подобные поднятию сверхтяжестей или совершать опасные трюки. Активация β-рецепторов также стимулирует синтез белка в мускулах и липолиз в жировой ткани, улучшая, таким образом, движение питательных веществ в направлении мускулов и забирая их из жира. Вещества, которые активируют β-рецепторы называются β-адренергическими агонистами. В течение многих лет ученые пытались получить синтетические вещества, которые имеют β-агонистическую, но не α-агонистическую активность, и которые можно было бы скармливать животным без их остатков в тканях. Один β-агонист, рактопамин был рекомендован для промышленного применения на свиньях и мясном скоте. Рактопамин является эффективным веществом, разделяющим питательные вещества, когда кормят последние 4 недели перед убоем, повышая мускульную массу и снижая количество жира в теле свиней и крупного рогатого скота.
