Testosteron działa na komórki różnych tkanek ludzkiego organizmu. Należą do nich mięśnie szkieletowe, skóra ciała i głowy, nerki, kości, centralny układ nerwowy, prostata, tkanka tłuszczowa. Komórki tych tkanek posiadają w cytoplazmie specyficzny receptor, tzw. receptor androgenowy (AR). Testosteron oraz inne SAA są stosunkowo małymi molekułami, dlatego swobodnie dyfundują do cytoplazmy docelowych komórek. W obrębie cytoplazmy łączą się ze swoim receptorem, tworząc kompleks hormon–receptor, który dyfunduje do jądra komórek. W jądrze kompleks przyłącza się do specyficznego odcinka DNA, dając odpowiedź transkrypcyjną. Po zakończeniu procesu kompleks hormon–receptor dysocjuje, hormon i receptor migrują do cytoplazmy, a hormon dalej do krwiobiegu. Cały ten proces zajmuje godziny, np. w przypadku nandrolonu trwa 4–6 godzin. Transkrypcja specyficznych genów powoduje odpowiedź na działanie hormonu, np. produkcję aktyny i miozyny, co prowadzi do wzrostu masy mięśniowej, w nerkach – do zwiększonej produkcji erytropoetyny, z kolei w tkance tłuszczowej następuje stymulacja lipolizy.
4.1.2. Działanie anaboliczne SAA
Anaboliczne działanie T i jego pochodnych występuje w mechanizmie bezpośrednim i pośrednim. Działanie bezpośrednie odbywa się po połączeniu androgenów z AR, z następową zwiększoną syntezą aktyny i miozyny, co zwiększa masę mięśniową. Za najważniejszy pośredni mechanizm anaboliczny uważa się tzw. efekt antykataboliczny. Jest on osiągany poprzez przeciwstawne działanie do glikokortykosteroidów (GKS). Hormony te w organizmie działają katabolicznie, stymulując utratę masy mięśniowej. W przeprowadzonych badaniach stwierdzono, że SAA mają wysokie powinowactwo do receptorów glikokortykosteroidowych, wypierając GKS z połączeń. Innym proponowanym mechanizmem jest wpływ na połączenie kompleksu glikokorykosteroid–receptor z odpowiednim odcinkiem DNA – czyli hamowanie odpowiedzi transkrypcyjnej.
Pośrednim mechanizmem anabolicznym jest także zwiększona synteza kreatyny w mięśniach. Kreatyna przekształca się w nich w fosfokreatynę, która jest głównym substratem do odtwarzania ATP, czyli źródła energii dla kurczącego się mięśnia. Zwiększona ilość kreatyny wiąże się z większą siłą i wytrzymałością mięśni. Nie wpływa ona bezpośrednio na wzrost masy mięśniowej, ale ułatwia budowanie mięśni u osób ćwiczących. Kolejny pośredni mechanizm anaboliczny związany jest z insulinopodobnym czynnikiem wzrostu (IGF-1), hormonem anabolicznym wydzielanym przez wątrobę i inne tkanki, po stymulacji hormonem wzrostu (GH). W przeprowadzonych badaniach zaobserwowano także, że podanie T starszym mężczyznom zwiększa gęstość receptorów dla IGF-1. Z drugiej strony młodzi mężczyźni z niedoborem androgenów mają zdecydowanie niższą gęstość receptorów dla IGF-1. Stwierdzono również, że androgeny są niezbędne do miejscowej produkcji i działania IGF-1 w mięśniach, niezależnej od stężenia tego hormonu we krwi.
4.1.3. Endogenne SAA
W organizmie tylko niewielka ilość T (ok. 2% u mężczyzn i 1% u kobiet) występuje w postaci wolnej, czyli aktywnej biologicznie – zdolnej do przyłączenia się do AR. Większość obecnego T związana jest z globuliną wiążącą hormony płciowe (ang. sex hormon binding globulin – SHBG) oraz z albuminami. Zdolność wiązania hormonów płciowych z SHBG jest tysiąc razy większa niż z albuminami. Ponieważ stężanie albumin we krwi jest niemal tysiąc razy większe niż stężenie SHBG, T w niemal takiej samej ilości związany jest z SHBG i z albuminami. Wiązanie hormonów płciowych przez białka chroni je przed szybkim metabolizmem, utrzymuje stabilne stężenie we krwi, ułatwia dystrybucję w całym organizmie. Zmiana budowy T celem tworzenia syntetycznych hormonów anaboliczno-androgennych zaburza ich zdolność do wiązania się z białkami, co powoduje ich większe stężenie w postaci wolnej. Stężenie SHBG obniża się wraz ze zmniejszeniem stężenia estrogenów i hormonów tarczycowych. Obserwowano również obniżenie SHBG po stosowaniu niektórych SAA, szczególnie stanozololu (obecnie jest on przeciwwskazany do stosowania u ludzi).
U mężczyzn T jest substratem do produkcji estrogenu (estradiolu). Estrogen jest produkowany z T przy użyciu enzymu – aromatazy. Enzym ten występuje w tkance tłuszczowej, wątrobie, gonadach, centralnym układzie nerwowym i mięśniach. Przy jego udziale następuje także konwersja innego androgenu (androstendionu) do estrogenu (estronu). Stężenie estrogenów w męskim organizmie jest niewielkie, jednak stosowanie SAA podatnych na działanie aromatazy powoduje wzrost stężenia tych hormonów i wiąże się z wystąpieniem objawów estrogenizacji, takich jak: retencja wody, ginekomastia, zwiększenie masy tkanki tłuszczowej. Estrogeny u mężczyzn mają też korzystne działanie, w tym anaboliczne. Jednym z nich jest zwiększone zużycie glukozy przez mięśnie. Zwiększają one stężenie dehydrogenazy glukozo-6-fosforanowej (G6PD), niezbędnej do cyklu pentozowego, syntezującego m.in. kwasy nukleinowe wykorzystywane do syntezy mięśni. Udowodniono, że po uszkodzeniu mięśni w okresie regeneracji gwałtownie rośnie stężenie G6PD. Zaobserwowano również, że podanie T zwiększa stężenie G6PD, ale podanie T z inhibitorem aromatazy nie daje tego efektu.
Estrogeny odgrywają też istotną rolę w produkcji GH i IGF-1. Obserwowano, że u osób otrzymujących tamoksyfen (inhibitor estrogenowy) poziom IGF-1 znacznie się obniżał. W innych badaniach podawano T jednej grupie, co zwiększało stężenie GH i IGF-1, a drugiej grupie T z tamoksyfenem, co zmniejszało stężenie GH i IGF-1. Skutkiem działania estrogenów jest także zwiększenie ilości receptorów androgenowych – mechanizm ten został udowodniony w badaniach in vivo na szczurach. Estrogeny zwiększają aktywność serotoniny, głównego neurotransmitera odpowiedzialnego za żywotność oraz prawidłowy cykl snu i czuwania. Niskie stężenie estrogenów u mężczyzn, podobnie jak u kobiet w okresie menopauzy, może powodować uczucie zmęczenia i powodować zaburzenia snu. Dlatego stosowanie SAA niewrażliwych na działania aromatazy lub stosowanie inhibitorów aromatazy może powodować uczucie zmęczenia nazywane „zmęczeniem steroidowym”.
Testosteron podlega także przemianom na skutek działania 5-α-reduktazy (ryc. 4.1), pod wpływem której przekształca się w dihydrotestosteron (DHT). DHT ma czterokrotnie większą zdolność wiązania się z receptorami androgenowymi i aktywowania ich, co wiąże się z większym efektem klinicznym. Enzym 5-α-reduktaza występuje w dużych stężeniach w prostacie, skórze, skórze głowy, wątrobie i niektórych regionach ośrodkowego układu nerwowego. Niepożądane działanie androgenne DHT to trądzik i łysienie. Odgrywa on jednak istotną rolę w funkcjonowaniu ośrodkowego układu nerwowego (OUN) – jak wspomniano wcześniej, w OUN występują liczne receptory androgenowe. Układ mięśniowy pozostaje w interakcji z OUN, dlatego nazywany jest układem nerwowo-mięśniowym. DHT umożliwia adaptację układu mięśniowego do wysiłku.
Rycina 4.1.
Przemiany testosteronu (T) pod wpływem działania aromatazy i 5-α-reduktazy. T może się wiązać bezpośrednio z receptorem androgenowym (AR). W tkankach docelowych, w których obecne są enzymy wewnątrzkomórkowe, T jest nieodwracalnie przekształcany przez enzym 5-α-reduktazę do dihydrotestosteronu (DHT), który ma większe powinowactwo do AR, lub przez aromatazę do estradiolu, który wiąże się z receptorem estrogenowym (ER). T i DHT w wyniku działania innych enzymów mogą być przekształcane również w słabsze androgeny, których nie uwzględniono na rycinie.
Na Liście substancji i metod zabronionych w sporcie WADA wymienia liczne przykłady endogennych SAA i ich metabolitów. Wydaje się, że oprócz T i DHT szczególnie istotne są nandrolon (19-nortestosteron – NA) i dehydroepiandrosteron (DHEA). Przez lata uważano, że NA w przyrodzie występuje naturalnie wyłącznie w organizmach niektórych zwierząt. Ale w latach 80. XX w. pojawiły się pierwsze doniesienia o naturalnej produkcji NA także u ludzi i jego metabolizmie w organizmie człowieka. Było to możliwe dzięki wprowadzaniu