The impact of physical exercise on the endocrine system in men: A review

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The endocrine system regulates many functions of the human body to maintain optimal performance and homeostasis of various organs and systems. Playing sports and various physical activities changes the regulatory function of the endocrine organs in the form of successive phases, and the magnitude of the response depends on the intensity and duration of the physical stress exerted. Hormonal regulation during physical activity facilitates the adaptation of the functional activity of the cardiovascular system, the activation of energy depots, and the maintenance of adequate tissue hydration. Physical activity leads to an increase in the production of growth hormone, insulin-like growth factor-1, total and free testosterone, which enhances the anabolic reactions of the body. It is important to understand the relationship and impact of physical activity on the functioning of the endocrine system for the development of physical exercise’s complexes, patient rehabilitation, research and treatment of endocrine disorders. The effect of physical activity on the endocrine system for women has been studied to a greater extent, in contrast to men, where the data is contradictory. Therefore, in this article we will highlight the features of various endocrine organs and hormones during sports activities in men.

About the authors

Marina A. Berkovskaya

Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)

Author for correspondence.
Email: abaitamar@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-4974-7765
SPIN-code: 4251-7117

Cand. Sci. (Med.)

Russian Federation, Moscow

Asya A. Elmurzaeva

Kadyrov Chechen State University

Email: abaitamar@gmail.com

Student

Russian Federation, Grozny

Api L.-A. Edaev

Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)

Email: abaitamar@gmail.com

Student

Russian Federation, Moscow

Timerlan Yu. Selakhov

Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)

Email: abaitamar@gmail.com

Student

Russian Federation, Moscow

Habib M. Tokaev

Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)

Email: abaitamar@gmail.com

Student

Russian Federation, Moscow

Irina D. Gurova

Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)

Email: abaitamar@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-2040-0899

Clinical Resident

Russian Federation, Moscow

References

  1. Athanasiou N, Bogdanis GC, Mastorakos G. Endocrine responses of the stress system to different types of exercise. Rev Endocr Metab Disord. 2023;24(2):251-66. doi: 10.1007/s11154-022-09758-1
  2. Duclos M, Tabarin A. Exercise and the hypothalamo-pituitary-adrenal axis. Front Horm Res. 2016;47:12-26. doi: 10.1159/000445149
  3. Garber CE, Blissmer B, Deschenes MR, et al.; American College of Sports Medicine. American College of Sports Medicine position stand. Quantity and quality of exercise for developing and maintaining cardiorespiratory, musculoskeletal, and neuromotor fitness in apparently healthy adults: Guidance for prescribing exercise. Med Sci Sports Exerc. 2011;43(7):1334-59. doi: 10.1249/MSS.0b013e318213fefb
  4. Hackney AC. Exercise as a stressor to the human neuroendocrine system. Medicina (Kaunas). 2006;42(10):788-97. PMID: 17090977
  5. Kageyama K, Nemoto T. Molecular mechanisms underlying stress response and resilience. Int J Mol Sci. 2022;23(16):9007. doi: 10.3390/ijms23169007
  6. Leistner C, Menke A. Hypothalamic-pituitary-adrenal axis and stress. Handb Clin Neurol. 2020;175:55-64. doi: 10.1016/B978-0-444-64123-6.00004-7
  7. Minas A, Fernandes ACC, Maciel Júnior VL, et al. Influence of physical activity on male fertility. Andrologia. 2022;54(7):e14433. doi: 10.1111/and.14433
  8. Friedenreich CM, Wang Q, Shaw E, et al. The effect of prescribed exercise volume on biomarkers of chronic stress in postmenopausal women: Results from the Breast Cancer and Exercise Trial in Alberta (BETA). Prev Med Rep. 2019;15:100960. doi: 10.1016/j.pmedr.2019.100960
  9. Banitalebi E, Faramarzi M, Bagheri L, Kazemi AR. Comparison of performing 12 weeks’ resistance training before, after and/or in between aerobic exercise on the hormonal status of aged women: A randomized controlled trial. Horm Mol Biol Clin Investig. 2018;35(3). doi: 10.1515/hmbci-2018-0020
  10. Mueller PJ, Clifford PS, Crandall CG, et al. Integration of central and peripheral regulation of the circulation during exercise: Acute and chronic adaptations. Compr Physiol. 2017;8(1):103-51. doi: 10.1002/cphy.c160040
  11. Герасименко Д.К. Роль катехоловых аминов в приспособительных реакциях сердечно-сосудистой системы к физическим нагрузкам. Вопросы науки и образования. 2018;7(19):23-5 [Gerasimenko DK. Role of catecholic amines in cardiovascular adaptive responses to exercise. Issues of Science and Education. 2018;7(19):23-5 (in Russian)].
  12. Yanovski JA, Yanovski SZ, Boyle AJ, et al. Hypothalamic-pituitary-adrenal axis activity during exercise in African American and Caucasian women. J Clin Endocrinol Metab. 2000;85(8):2660-3. doi: 10.1210/jcem.85.8.6708
  13. de Souza HS, Jardim TV, Barroso WKS, et al. Hormonal assessment of participants in a long distance walk. Diabetol Metab Syndr. 2019;11:19. doi: 10.1186/s13098-019-0414-1
  14. Walker S, Santolamazza F, Kraemer W, Häkkinen K. Effects of prolonged hypertrophic resistance training on acute endocrine responses in young and older men. J Aging Phys Act. 2015;23(2):230-6. doi: 10.1123/japa.2013-0029
  15. Kim J, Saidel GM, Kirwan JP, Cabrera ME. Computational model of glucose homeostasis during exercise. Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc. 2006;2006:311-4. doi: 10.1109/IEMBS.2006.260736
  16. Tabata I, Ogita F, Miyachi M, Shibayama H. Effect of low blood glucose on plasma CRF, ACTH, and cortisol during prolonged physical exercise. J Appl Physiol (1985). 1991;71(5):1807-12. doi: 10.1152/jappl.1991.71.5.1807
  17. Демидова Т.Ю., Скуридина Д.В., Кочина А.С. Влияние физической активности на пролактин и гормоны щитовидной железы. Академия медицины и спорта. 2021;3(2):25-9 [Demidova TYu, Skuridina DV, Kochina AS. Effects of physical activity on prolactin and thyroid hormones. Academy of Medicine and Sports. 2021;2(3):25-9 (in Russian)]. doi: 10.15829/2712-7567-2021-34
  18. Hackney AC. Stress and the neuroendocrine system: The role of exercise as a stressor and modifier of stress. Expert Rev Endocrinol Metab. 2006;1(6):783-92. doi: 10.1586/17446651.1.6.783
  19. Wright HE, Selkirk GA, McLellan TM. HPA and SAS responses to increasing core temperature during uncompensable exertional heat stress in trained and untrained males. Eur J Appl Physiol. 2010;108(5):987-97. doi: 10.1007/s00421-009-1294-0
  20. Currier BS, Mcleod JC, Banfield L, et al. Resistance training prescription for muscle strength and hypertrophy in healthy adults: A systematic review and Bayesian network meta-analysis. Br J Sports Med. 2023;57(18):1211-20. doi: 10.1136/bjsports-2023-106807
  21. Malin SK, Rynders CA, Weltman JY, et al. Exercise intensity modulates glucose-stimulated insulin secretion when adjusted for adipose, liver and skeletal muscle insulin resistance. PLoS One. 2016;11(4):e0154063. doi: 10.1371/journal.pone.0154063
  22. Ботвинева Л.А., Корягина Ю.В. Физическая нагрузка и соматотропный гормон. Российский журнал спортивной науки: медицина, физиология, тренировка. 2022;3(3):11-6 [Botvineva LA, Koryagina YuV. Physical activity and somatotropic hormone. Russian Journal of Sports Science: Medicine, Physiology, Training. 2022;3(3):11-6 (in Russian)]. doi: 10.51871/2782- 6570_2022_01_03_2
  23. Kraemer WJ, Ratamess NA, Nindl BC. Recovery responses of testosterone, growth hormone, and IGF-1 after resistance exercise. J Appl Physiol (1985). 2017;122(3):549-58. doi: 10.1152/japplphysiol.00599.2016
  24. Hackney AC, Lane AR. Exercise and the regulation of endocrine hormones. Prog Mol Biol Transl Sci. 2015;135:293-311. doi: 10.1016/bs.pmbts.2015.07.001
  25. Walker S, Häkkinen K, Virtanen R, et al. Acute neuromuscular and hormonal responses to 20 versus 40% velocity loss in males and females before and after 8 weeks of velocity-loss resistance training. Exp Physiol. 2022;107(9):1046-60. doi: 10.1113/EP090371
  26. Gilbert KL, Stokes KA, Hall GM, Thompson D. Growth hormone responses to 3 different exercise bouts in 18- to 25- and 40- to 50-year-old men. Appl Physiol Nutr Metab. 2008;33(4):706-12. DOI:110.1139/H08-034
  27. Bird SP, Tarpenning KM, Marino FE. Designing resistance training programmes to enhance muscular fitness: a review of the acute programme variables. Sports Med. 2005;35(10):841-51. doi: 10.2165/00007256-200535100-00002
  28. Arwert LI, Roos JC, Lips P, et al. Effects of 10 years of growth hormone (GH) replacement therapy in adult GH-deficient men. Clin Endocrinol (Oxf). 2005;63(3):310-6. doi: 10.1111/j.1365-2265.2005.02343.x
  29. Ritsche K, Nindl BC, Wideman L. Exercise-Induced growth hormone during acute sleep deprivation. Physiol Rep. 2014;2(10):e12166. doi: 10.14814/phy2.12166
  30. McGlory C, Phillips SM. Exercise and the Regulation of skeletal muscle hypertrophy. Prog Mol Biol Transl Sci. 2015;135:153-73. doi: 10.1016/bs.pmbts.2015.06.018
  31. West DW, Kujbida GW, Moore DR, et al. Resistance exercise-induced increases in putative anabolic hormones do not enhance muscle protein synthesis or intracellular signalling in young men. J Physiol. 2009;587(Pt. 21):5239-47. doi: 10.1113/jphysiol.2009.177220
  32. West DW, Cotie LM, Mitchell CJ, et al. Resistance exercise order does not determine postexercise delivery of testosterone, growth hormone, and IGF-1 to skeletal muscle. Appl Physiol Nutr Metab. 2013;38(2):220-6. doi: 10.1139/apnm-2012-0397
  33. Lin J, Yang L, Huang J, et al. Insulin-like growth factor 1 and risk of cardiovascular disease: Results from the UK biobank cohort study. J Clin Endocrinol Metab. 2023;108(9):e850-60. doi: 10.1210/clinem/dgad105
  34. Li B, Feng L, Wu X, et al. Effects of different modes of exercise on skeletal muscle mass and function and IGF-1 signaling during early aging in mice. J Exp Biol. 2022;225(21):jeb244650. doi: 10.1242/jeb.244650
  35. Herbert P, Hayes LD, Sculthorpe NF, Grace FM. HIIT produces increases in muscle power and free testosterone in male masters athletes. Endocr Connect. 2017;6(7):430-6. doi: 10.1530/EC-17-0159
  36. Kanaley JA, Colberg SR, Corcoran MH, et al. Exercise/physical activity in individuals with type 2 diabetes: A consensus statement from the American college of sports medicine. Med Sci Sports Exerc. 2022;54(2):353-68. doi: 10.1249/mss.0000000000002800
  37. Shabkhiz F, Khalafi M, Rosenkranz S, et al. Resistance training attenuates circulating FGF-21 and myostatin and improves insulin resistance in elderly men with and without type 2 diabetes mellitus: A randomized controlled clinical trial. Eur J Sport Sci. 2021;21(4):636-45. doi: 10.1080/17461391.2020.1762755
  38. Petersen MH, de Almeida ME, Wentorf EK, et al. High-intensity interval training combining rowing and cycling efficiently improves insulin sensitivity, body composition and VO2max in men with obesity and type 2 diabetes. Front Endocrinol (Lausanne). 2022;13:1032235. doi: 10.3389/fendo.2022.1032235
  39. Schmidt KL, Macdougall-Shackleton EA, Soma KK, Macdougall-Shackleton SA. Developmental programming of the HPA and HPG axes by early-life stress in male and female song sparrows. Gen Comp Endocrinol. 2014;196:72-80. doi: 10.1016/j.ygcen.2013.11.014
  40. Cano Sokoloff N, Misra M, Ackerman KE. Exercise, training, and the hypothalamic-pituitary-gonadal axis in men and women. Front Horm Res. 2016;47:27-43. doi: 10.1159/000445154
  41. Wood RI, Stanton SJ. Testosterone and sport: current perspectives. Horm Behav. 2012;61(1):147-55. doi: 10.1016/j.yhbeh.2011.09.010
  42. Hartgens F, Kuipers H. Effects of androgenic-anabolic steroids in athletes. Sports Med. 2004;34(8):513-54. doi: 10.2165/00007256-200434080-00003
  43. West DW, Phillips SM. Anabolic processes in human skeletal muscle: restoring the identities of growth hormone and testosterone. Phys Sportsmed. 2010;38(3):97-104. doi: 10.3810/psm.2010.10.1814
  44. Kadi F. Cellular and molecular mechanisms responsible for the action of testosterone on human skeletal muscle. A basis for illegal performance enhancement. Br J Pharmacol. 2008;154(3):522-8. doi: 10.1038/bjp.2008.118
  45. Grandys M, Majerczak J, Duda K, et al. Endurance training of moderate intensity increases testosterone concentration in young, healthy men. Int J Sports Med. 2009;30(7):489-95. doi: 10.1055/s-0029-1202340
  46. Fitzgerald LZ, Robbins WA, Kesner JS, Xun L. Reproductive hormones and interleukin-6 in serious leisure male athletes. Eur J Appl Physiol. 2012;112(11):3765-73. doi: 10.1007/s00421-012-2356-2
  47. Saka T, Sofikerim M, Demirtas A, et al. Rigorous bicycling does not increase serum levels of total and free prostate-specific antigen (PSA), the free/total PSA ratio, gonadotropin levels, or uroflowmetric parameters. Urology. 2009;74(6):1325-30. doi: 10.1016/j.urology.2009.07.1219
  48. Lucía A, Chicharro JL, Pérez M, et al. Reproductive function in male endurance athletes: Sperm analysis and hormonal profile. J Appl Physiol (1985). 1996;81(6):2627-36. doi: 10.1152/jappl.1996.81.6.2627
  49. Tafuri A, Bondi D, Princiotta A, et al. Effects of physical activity at high altitude on hormonal profiles in foreign trekkers and indigenous Nepalese porters. Adv Exp Med Biol. 2021;1335:111-9. doi: 10.1007/5584_2021_627
  50. Чернозуб А.А. Изменение содержания тестостерона в сыворотке крови у людей с различным уровнем тренированности в условиях силовой нагрузки. Вестник Российской академии медицинских наук. 2013;68(10):37-40 [Chernozub AA. Changing the content of testosterone in the blood of people of different level of fitness in terms of power load. Vestnik Rossiiskoi Akademii Meditsinskikh Nauk = Annals of the Russian Academy of Medical Sciences. 2013;68(10):37-40 (in Russian)].
  51. Di Luigi L, Sgrò P, Fierro V, et al. Prevalence of undiagnosed testosterone deficiency in aging athletes: does exercise training influence the symptoms of male hypogonadism? J Sex Med. 2010;7(7):2591-601. doi: 10.1111/j.1743-6109.2009.01694.x
  52. Ahtiainen JP, Nyman K, Huhtaniemi I, et al. Effects of resistance training on testosterone metabolism in younger and older men. Exp Gerontol. 2015;69:148-58. doi: 10.1016/j.exger.2015.06.010
  53. World Health Organisation. Physical activity. 2022. Available at: https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/physical-activity. Accessed: 26.03.2024.
  54. Flegal KM, Kruszon-Moran D, Carroll MD, et al. Trends in obesity among adults in the United States, 2005 to 2014. JAMA. 2016;315(21):2284-91. doi: 10.1001/jama.2016.6458
  55. Safar ME, Czernichow S, Blacher J. Obesity, arterial stiffness, and cardiovascular risk. J Am Soc Nephrol. 2006;17(4 Suppl. 2):S109-11. doi: 10.1681/ASN.2005121321
  56. Hopstock LA, Deraas TS, Henriksen A, et al. Changes in adiposity, physical activity, cardiometabolic risk factors, diet, physical capacity and well-being in inactive women and men aged 57–74 years with obesity and cardiovascular risk – A 6-month complex lifestyle intervention with 6-month follow-up. PLoS One. 2021;16(8):e0256631. doi: 10.1371/journal.pone.0256631
  57. Park W, Jung WS, Hong K, et al. Effects of moderate combined resistance- and aerobic-exercise for 12 weeks on body composition, cardiometabolic risk factors, blood pressure, arterial stiffness, and physical functions, among obese older men: A pilot study. Int J Environ Res Public Health. 2020;17(19):7233. doi: 10.3390/ijerph17197233
  58. Hackney AC, Fahrner CL, Gulledge TP. Basal reproductive hormonal profiles are altered in endurance trained men. J Sports Med Phys Fitness. 1998;38(2):138-41. PMID: 9763799

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Consilium Medicum

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».