Velký zázrak a tajemství růstu

Růstový vzorec člověka je jedinečný: mezi období rychlého růstu po narození a v pubertě je vloženo dlouhé období pomalého růstu – naše dětství.

Růst je jedním ze základních projevů živé hmoty. I když zvětšování hmoty a velikosti organismu představuje převážně kvantitativní stránku vývoje od jedné oplozené buňky k dospělému tělu, jde o fascinující jev. Celý proces nárůstu počtu buněk nebo jejich objemu, a většinou kombinace obojího, probíhá „za chodu“, kdy je třeba zabezpečit rostoucímu organismu dostatečný přísun živin a zajistit, aby jednotlivé orgány rostly s celým tělem a zároveň plnily svou funkci.

Trpaslíci a obři

Člověk, podobně jako většina živočichů, od narození roste a po dosažení určité velikosti růst končí (k tomu též článek Neukončený růst plazů). Rozdíly v tělesné výšce upoutávaly pozornost lidí od nepaměti; zvláště extrémní případy „trpaslíků“ a „obrů“. Již ze starého Egypta známe vyobrazení achondroplazie, což je nejčastější forma tzv. trpaslictví, charakterizovaná krátkými končetinami a velkým obvodem hlavy. Proslulý je i obr Goliáš z biblického příběhu o Davidovi. Lidé si ale všímali i běžné variability. Vypozorovali, že vyšší rodiče většinou mívají velké děti. Nebo že dítě, které strádá, hůře roste. Již dlouho víme, že růst nedokážeme ovlivnit svou vůlí, jak se píše v Matoušově evangeliu: „A kdo z vás pečlivě mysle, může přidati ku postavě své loket jeden?“ (Mt. 6,27 v kralickém překladu). Dnes, téměř dva tisíce let od napsání těchto slov, už známe řadu genů, které ovlivňují růst a konečnou tělesnou výšku. Víme i o mechanismech, které organismu umožňují, aby přizpůsobil růst vnějším podmínkám, zejména dočasnému nedostatku potravy. Objevili jsme hormonální řízení růstu a dovedeme vyrobit růstový hormon. Přesto ale řada otázek zůstává nezodpovězených a mnoho poruch růstu nedovedeme léčit. Čím jdeme hlouběji, tím víc žasneme nad jemným vyvážením a souhrou procesů stimulujících proliferaci a diferenciaci i mechanismů zabraňujících nekontrolovanému růstu.

Měření tělesné výšky podle A. Bertillona, autora antropologické kriminalistické metody pro evidenci a identifikaci pachatelů (osmdesátá a devadesátá léta 19. století). Některá antropometrická měřidla z 19. století se s malými úpravami používají dodnes.Kresba Ondřej Nohejl (podle Dessimoz D., Champod Ch.: Handbook of Biometrics, 2007, DOI: 10.1007/978-0-387-71041- 9_21)

Počátky měření člověka

Počátky auxologie (z řeckého αὔξω – auxō, rostu) můžeme vystopovat v 18. století, kdy byly publikovány první údaje o růstu (nejznámější je pravidelné měření, které prováděl hrabě Montbeliard na svém synovi). V 19. století se rozvíjely metody měření člověka (zmiňme například Alphonse Bertillona, který antropometrii využíval v kriminalistice; obr. 1) i matematické modely růstu. Pozornost byla věnována i změnám proporcí během růstu a vztahům mezi velikostí a tvarem (zde připomeňme dílo D’Arcy Thompsona O růstu a formě z roku 1917). Při výuce auxologie se dodnes využívají grafy Richarda A. Scammona (1930) znázorňující čtyři typy růstu: neurální, obecný somatický, genitální a lymfatický (obr. 2). Za pozornost jistě stojí poznání, že nervový systém roste nejrychleji na počátku vývoje a dříve dosáhne konečné velikosti. Řada autorů si také začala všímat souvislosti růstu se socioekonomickými podmínkami a stavem výživy. Na počátku 20. století většina evropských zemí vytváří své referenční hodnoty výšky a hmotnosti. Je známo, že obyvatelé jižní Evropy mají nižší výšku, zatímco lidé na severu jsou vyšší.¹⁾

Zároveň se rozvíjejí i další vědní obory, mezi nimi endokrinologie. Objevy žláz s vnitřní sekrecí a hormonů, které se podílejí na regulaci metabolismu, růstu a reprodukci, spadají do první poloviny 20. století. Nejznámější je objev inzulinu v roce 1922 (viz také Vesmír 101, 40, 2022/1). Vědci již tušili, že důležitou roli v řízení růstu hraje podvěsek mozkový, ale růstový hormon byl izolován až v roce 1944. Zatímco inzulin zachraňoval lidské životy ihned po svém objevení, růstový hormon izolovaný ze zvířecích hypofýz na růst člověka nepůsobil. Lidský růstový hormon si na svou izolaci počkal až do roku 1956.

Čím je výjimečný člověk

Čím se růst člověka liší od ostatních savců? Všichni savci mají ve srovnání s obojživelníky a plazy velkou výhodu a tou je živorodost a intenzivní péče o mláďata, což umožňuje prodloužení doby růstu a zrání centrálního nervového systému za podmínek relativního bezpečí a zajištěného přísunu potravy. Mláďata většiny savců (myší, kopytníků i slonů) po narození rychle rostou. Čím dříve dosáhnou dospělé velikosti, tím dřív přestanou být zranitelní a mohou se rozmnožovat. U člověka je tomu jinak. Lidská mláďata po narození rychle rostou, pak následuje relativně dlouhé období dětství a pomalého růstu, po němž naváže pubertální výšvih a ukončení růstu. Vymkl se člověk přírodnímu výběru? Dávnými předky člověka byli stromoví živočichové, v tomto prostředí selekční tlaky působily poněkud jiným směrem. Mláďata primátů se rodí poměrně zralá, ale nejsou ještě schopná se bezpečně pohybovat po větvích. Matka se tak pro dítě stává tzv. „pohyblivým hnízdem“. Při intenzivní mateřské péči se zpomalení růstu a prodloužení doby zrání a učení ukázalo jako výhodné. U vyšších primátů (opice, lidoopi) bývá pravidlem jedno mládě ve vrhu a relativně dlouhé těhotenství. Jednokomorová děloha a hemochoriální placenta (kde je mateřská krev v přímém kontaktu s klkovitým povrchem placenty) umožňují zvýšený přísun živin k plodu v období intenzivního růstu mozku. Analýza genů pro růstový hormon a jeho receptor u poloopic a opic ukázala,²⁾ že se u těchto genů právě během vývoje vyšších primátů (zhruba před 40 miliony let) objevily duplikace a mutace. Lidský specifický receptor pro růstový hormon byl již přítomen u společných předků opic Starého světa; u opic Nového světa přetrvává přechodná fáze. Produkty duplikátů slouží jako placentální hormony. Tyto změny proběhly v relativně krátkém období.

Lepší zásobení živinami v době intenzivního růstu mozku a relativně dlouhé období pomalého růstu, během něhož může mozek dozrávat, jsou tedy charakteristiky, které člověk sdílí s opicemi a lidoopy. Růstový hormon vyšších primátů je účinný i u člověka. Ve srovnání s opicemi a lidoopy má ovšem člověk období pomalého růstu delší a má výrazný pubertální spurt.

Podle [2], upraveno

„Růst je zrcadlem zdraví“

Zlatým věkem auxologie bychom mohli nazvat šedesátá až osmdesátá léta minulého století. „Růst je zrcadlem zdraví,“ napsal v roce 1986 James M. Tanner (1920–2010), anglický dětský endokrinolog a vůdčí postava světové auxologie. V celém světě tehdy probíhaly výzkumy. V tehdejším Československu se každých deset let konal celonárodní antropologický výzkum, který monitoroval tělesnou výšku, hmotnost a základní antropometrické parametry u dětí od narození do 18 let. Kromě toho probíhaly další dílčí výzkumy, napojené na mezinárodní projekty, zahrnující děti, dospívající mládež i dospělé z různých socioekonomických podmínek. Kromě průřezových studií probíhaly i časově náročné výzkumy longitudinální, sledující reprezentativní skupinu dětí od narození až do dospělosti. Nejznámější je výzkum Tannerův a curyšská longitudinální studie Andrey Pradera (1919–2001). U nás byla dotažena do konce a publikována studie brněnská (dr. Marie Bouchalová, rok 1987). Tanner se svými spolupracovníky věnoval velké úsilí standardizaci stadií pubertálního vývoje a upřesnění hodnocení kostního zrání, vztahům mezi sexuální a kostní maturací a růstovou rychlostí. Statistické zpracování longitudinálních výzkumů pak umožnilo vývoj metod predikce finální výšky a vyhodnocení dědičného růstového potenciálu. Dnes cílovou výšku vypočteme tak, že k střední výšce rodičů u chlapců přičteme a u dívek naopak odečteme 6,5 cm (rozdíl mezi muži a ženami je 13 cm). Finální výška by se měla pohybovat okolo této hodnoty v rozmezí ±8,5 cm.

Scammonovy růstové křivky – 4 typy růstu.Graf podle Scammon R. E.: The Measurement of Man (ed. J. A. Harris et al.). University of Minnesota Press, Minneapolis 1930, upraveno

Opakované průřezové výzkumy ukázaly, že finální výška narůstá, na jednu generaci činil rozdíl tři centimetry. Děti rostou rychleji již v předpubertálním období, puberta nastupuje dříve a růstový výšvih je vydatnější. Srovnání mladých dospělých s rekruty z konce 19. století ukázalo, že za posledních 150 let tělesná výška vzrostla o 15 až 19 cm. Tyto změny, nazývané sekulární trend (z latinského saeculum – století), proběhly tak rychle, že nemohly být výsledkem genetických změn. Tradičně si ho vykládáme zlepšením stavu výživy i zdravotního stavu obyvatelstva. Ale je to dostatečné vysvětlení? A jakými mechanismy může vnější prostředí růst ovlivnit (viz také Vesmír 84, 165, 2005/3)?

Co řídí růst

Švédský auxolog Johan Karlberg ve svém matematickém modelu rozdělil růstovou křivku do tří oddělených komponent, které na sebe nasedají, vzájemně se překrývají a sčítají (obr. 3). Každá složka je odlišně hormonálně řízena. Komponenta I (infancy) je přímým pokračováním fetálního růstu. Významným regulátorem růstu jsou v tomto období především růstové faktory podobné inzulinu (IGF), regulující četnost buněčných dělení, zpočátku především IGF2 a v druhé polovině těhotenství IGF1. Komponenta C (childhood) nastupuje mezi prvním a druhým rokem života, je řízena růstovým hormonem (GH), pod jehož kontrolu se dostává i IGF1. Růstový výšvih v pubertě je pak součtem zpomalující se komponenty C a pubertální komponenty P (puberty), řízené pohlavními steroidy. Růstový hormon nebo také somatotropin je polypeptid syntetizovaný v hypofýze. Jeho vylučování do krevního oběhu v pulzech je regulováno z hypotalamu.

Lidský růstový hormon získaný z kadaverózních hypofýz byl od roku 1957 používán k léčbě nejtěžších případů poruch růstu způsobených nedostatkem růstového hormonu (hypofyzárního nanismu). Od roku 1985 jsou k dispozici bezpečné rekombinantní přípravky. Prohloubily se i naše poznatky o tom, jak růstový hormon působí.

Karlbergův model růstu ICP.Graf podle Karlberg J. A.: Acta Paediatr. 78, 70–94, 1989/s350

Růstový hormon (GH) řídí sekreci IGF1, který se tvoří v játrech a koluje v krvi. IGF1 se ale vytváří i v jiných tkáních, kde působí parakrinně a autokrinně (ovlivňuje buňky v blízkém okolí). Z hlediska tělesné výšky člověka je zvlášť důležitá tvorba a působení IGF1 společně s růstovým hormonem v chrupavčitých růstových zónách kostí (obr. v rámečku). Na orgánové úrovni je IGF1 schopen komunikovat s ostatními místně produkovanými růstovými faktory a steroidními hormony. Poruchu růstu mohou tedy způsobit i patologické změny v jiných růstových faktorech, v mezibuněčné hmotě chrupavky, v jednotlivých článcích signálních kaskád uvnitř buňky (rozvíjejí se tím vrozené vady skeletu a některé syndromy, např. achondroplazie). Nejtěžší poruchy růstu (nejmenší dospělý muž měří 65 cm) jsou způsobeny patologickými změnami v genech, které regulují replikaci a reparaci DNA a buněčný cyklus. Pochopení těchto složitých procesů je zároveň cestou hledání léčby. První vlaštovkou je nyní lék pro pacienty s achondroplazií.

Jak mohou informace o vnějším prostředí a o celkovém zdravotním stavu organismu ovlivnit tyto procesy? Je známo, že psychická deprivace dítěte a závažné stresové situace mohou vést k centrálnímu útlumu sekrece růstového hormonu. Signály z vnějšího prostředí působí i na úrovni tvorby IGF1 v buňkách. Koncentraci IGF1 ovlivňuje výživa, vnitřní prostředí, přítomnost zánětu ap. Růstová retardace bývá mnohdy prvním příznakem chronického onemocnění.

Začalo to u opic. U stromových primátů se matka stává pro mládě „pohyblivým hnízdem“. Do vývoje jednoho mláděte se investuje více energie. Mění se růstový vzorec.Snímek Volné dílo, CC0 1.0

Proto je monitorování výšky a hmotnosti součástí preventivních prohlídek u dětského lékaře. Pokud je tělesná výška pod normou nebo se růst výrazně zpomaluje, je pacient odeslán na endokrinologické vyšetření. Zde se zjišťuje, zda jde o variantu normálního růstu, nebo o patologii. Na základě pečlivé anamnézy, růstové křivky a porovnání s výškou rodičů, klinického a laboratorního vyšetření je možné vyloučit nebo potvrdit nejčastější chronická a endokrinní onemocnění. U dívek se zjišťuje karyotyp k vyloučení Turnerova syndromu. Zvláštní znaky a disproporce mohou být indikací k podrobnějšímu genetickému vyšetření. Léčba příčiny zpravidla vede k zlepšení růstu. Lepší dostupnost růstového hormonu jej umožňuje podávat nejen při jeho deficitu, ale i dalším skupinám pacientů, u nichž se prokázala jeho účinnost (Turnerův syndrom, růstové selhání u chronické renální insuficience, porucha růstu navazující na intrauterinní růstovou restrikci, deficit SHOX, syndromy Pradera, Williho či Noonanové). Řadu poruch růstu však stále léčit neumíme.