Ассоциации генетического полиморфизма с переносимостью тренировочных нагрузок в циклических видах спорта

АССОЦИАЦИИ ГЕНЕТИЧЕСКОГО ПОЛИМОРФИЗМА С ПЕРЕНОСИМОСТЬЮ ТРЕНИРОВОЧНЫХ НАГРУЗОК В ЦИКЛИЧЕСКИХ ВИДАХ СПОРТА

И.Л. РЫБИНА, А.И. НЕХВЯДОВИЧ, А.Н. БУДКО, Республиканский научно-практический центр спорта,

Республика Беларусь;

Е.А. ШИРКОВЕЦ, ФГБУ ФНЦ ВНИИФК

Аннотация

В статье представлены результаты изучения ассоциации переносимости тренировочных нагрузок с генетическими данными у 80 высококвалифицированных спортсменов циклических видов спорта. Изучен полиморфизм генов N053 (а/Ь, С/Г), БВЯКБ2, ЛОТ, АСТЯ1, ЛСТЮ, АСЕ, РРЛЯЛ, РРЛЯС, ШПа. Обработаны результаты 4559 биохимических исследований при мониторинге тренировочного процесса на этапах многолетней подготовки спортсменов.

Выявлены особенности метаболизма при физических нагрузках в зависимости от полиморфизма исследованных генов.

Abstract

The article presents results of study association training loads with genetic data from 80 elite athletes of cyclic sports. We studied gene polymorphism NOS3 (a/b, G/T), BDRKB2, AGT, AGTR1, ACTN3, ACE, PPARA, PPARG, HIFIa. 4559 biochemistry tests were performed in monitoring of training at stages of long-term preparation. The features of metabolism during exercise depending on gene polymorphism were found.

Ключевые слова: переносимость тренировочных нагрузок, генетический полиморфизм, циклические виды спорта, биохимические

показатели.

Key words: training loads, genetic polymorphism, cyclic sports, biochemistry tests.

Введение

Современный спорт высших достижений немыслим без наукоемких технологий, среди которых в последние годы наиболее динамично развивается спортивная генетика. В условиях возрастающей мировой конкуренции в циклических видах спорта наиболее актуальна проблема оптимизации подготовки спортсменов с учетом информации из смежных наук, в том числе генетики и биологии. Одним из приоритетных направлений развития молекулярной генетики спорта является поиск генов, связанных с перспективностью спортсменов в избранном виде спорта, а также выявление группы риска при занятиях профессиональным спортом [1, 2, 3, 7]. При выборе стратегии тренировочного процесса в соответствии с генетическими задатками спортсмена требуется системный подход, подразумевающий изучение влияния полиморфизма генов на динамику адаптации организма к напряженной мышечной деятельности [4-6].

Перспективным направлением молекулярно-гене-тической диагностики в спорте является использование данных полиморфизма генов как дополнение к уже существующим фенотипическим тестам, используемым в рамках медико-биологического обеспечения спортивной деятельности [2, 3, 6]. Это направление связано с оптимизацией тренировочного процесса высококвалифицированных спортсменов. Одним из подходов в его разработке является оценка адаптации организма

спортсменов к напряженной мышечной деятельности во взаимосвязи с генетическим портретом спортсмена.

Генетические маркеры дезадаптации организма спортсменов к тренировочным нагрузкам могут быть выявлены в результате динамических наблюдений на протяжении длительного периода тренировочного процесса путем исследования реакции на определенные тренировочные нагрузки и поиска ее взаимосвязи с генотипом спортсмена. Комплекс исследований взаимосвязи полиморфизма генов и значимых в спорте высших достижений фенотипических особенностей позволяет выявлять лимитирующие звенья специальной работоспособности спортсменов и на этой основе вносить коррекции в тренировочный процесс.

Цель настоящего исследования состояла в выявлении ассоциации переносимости тренировочных нагрузок на этапах многолетней подготовки с полиморфизмом генов, связанных с предрасположенностью к выполнению нагрузок различной направленности у спортсменов циклических видов спорта.

Материалы и методы

В исследовании ассоциации переносимости тренировочных нагрузок с генетическими данными приняли участие 80 спортсменов циклических видов спорта, специализирующихся в лыжных гонках, биатлоне, велоспорте, плавании и гребле академической, имеющих

квалификацию МС и МСМК. Обработаны данные 4559 биохимических исследований на этапах многолетней подготовки.

В процессе исследований определяли полиморфизм девяти генов, ассоциированных с напряженной мышечной деятельностью: NOS3 (о,/.Ъ, G/T) - ген син-тазы оксида азота, отвечающий за эндотелиальную дисфункцию и связанный с риском развития артериальной гипертензии; ВБЕКБ - ген рецептора брадикинина, связанный с сосудорасширяющим эффектом; AGT -ген ангиотензина, участвующий в регуляции сосудистого тонуса; AGTR1 - ген рецептора ангиотензина-II 1-го типа, как регулятор артериального давления и тонуса сосудов; АСТЮ - ген белка альфа-актинина 3, локализованного в быстро сокращающихся мышечных волокнах; АСЕ - ген ангиотензин-конвертирующего фермента, регулирующий сосудистый тонус; PPARA и PPARG - гены рецепторов, активированных проли-фераторами пероксисом, регулирующие экспрессию генов, отвечающих за жировой и углеводный обмен; ШПа - ген фактора, инициирующий экспрессию генов, повышающих адаптацию организма в условиях гипоксии.

В качестве оценочного критерия различий переносимости тренировочных нагрузок у представителей разных генотипов использовалось отклонение биохимических показателей, наиболее часто используемых в практике мониторинга тренировочного процесса. Показатели выше границ референтного диапазона свидетельствовали об ухудшении адаптации к выполняемым нагрузкам. Частотные характеристики таких отклонений у представителей различных генотипов вычислялись в процентном отношении к общему числу исследований. Различия в частоте встречаемости снижения адаптации к тренировочным нагрузкам определялись с использованием критерия Фишера.

Результаты исследований и их обсуждение

Результаты исследований ассоциации полиморфизма генов NOS3, PPARA, PPARG и наличие отклонений биохимических показателей представлены в табл. 1-2.

Как видно из приведенных данных, у спортсменов с гомозиготным bb генотипом гена NOS3 достоверно чаще встречается превышение содержания мочевины (P < 0,05), свидетельствующее об ухудшении адаптационных процессов. При анализе G/T полиморфизма гена NO-синтазы 3 вышеупомянутая тенденция отмечается для гетерозиготного генотипа GT. Усиление активности процессов катаболической направленности характеризуется достоверным возрастанием содержания кортизола (P < 0,05) и отмечается почти у половины представителей данного генотипа (45,6%). Вместе с тем представители данного генотипа отличаются меньшей вероятностью возрастания ферментов КФК и АСТ, а гомозиготный генотип GG связан с большей частотой возрастания данных ферментов (P < 0,05). К повышению проницаемости клеточных мембран и выходу ферментов в кровь может приводить, в первую очередь, плохая переносимость интенсивных нагрузок силовой и скоростно-силовой направленности.

Для генов рецептора ангиотензина-II 1-го типа AGTR1 и фактора, индуцируемого гипоксией 1 альфа HIF1a(C/T), различий в снижении переносимости тренировочных нагрузок между генотипами не выявлено.

Гетерозиготный генотип gc гена PPARA ассоциирован с достоверно большей встречаемостью увеличения фермента КФК по сравнению с гомозиготным вариантом (P < 0,05). Для гена PPARG аналогичная метаболическая закономерность связана с pro/pro генотипом, о чем свидетельствуют высокие частотные характеристики наличия отклонений содержания КФК (49,9%), достоверно отличающиеся от таковых для гетерозиготного pro/ala генотипа (P < 0,05).

Таблица 1

Частота распределения снижения переносимости тренировочных нагрузок у спортсменов с различными полиморфными вариантами гена NOS3

Биохимические показатели

Мочевина КФК АСТ Кортизол

a/b полиморфизм NOS3

bb ab bb ab bb ab bb ab

Всего исследований 1259 174 1147 174 982 174 204 42

Количество исследований и их соотношение

G/T полиморфизм NOS3

GG GT GG GT GG GT GG GT

Всего исследований 1033 232 958 230 841 233 183 46

Количество исследований и их соотношение

* Различия достоверны по сравнению с гетерозиготным генотипом, P < 0,05.

Таблица 2

Частота распределения снижения переносимости тренировочных нагрузок у спортсменов с различными полиморфными вариантами генов РРЛЯЛ и РРЛЯС

Биохимические показатели

Мочевина КФК АСТ Кортизол

g/c полиморфизм PPARA

gg gc gg gc gg gc gg gc

Всего исследований 762 407 718 357 689 291 46 42

Количество исследований и их соотношение

pro/ala полиморфизм PPARG

pro/pro pro/ala pro/pro pro/ala pro/pro pro/ala pro/pro pro/ala

Всего исследований 873 303 795 287 693 294 70 18

Количество исследований и их соотношение

* Различия достоверны по сравнению с гетерозиготным генотипом, P < 0,05.

Результаты изучения взаимосвязи переносимости тренировочных нагрузок с полиморфизмом генов рецептора брадикинина BDRKB2, белка альфа-актинина 3, локализованного в быстро сокращающихся мышечных волокнах, ACTN3 и гена ангиотензин-превращающего фермента ACE представлены на рис. 1-3.

Как видно из приведенных данных, у спортсменов с генотипом -9/-9 по гену отклонения в содержании мочевины встречаются достоверно реже по сравнению

с другими группами (Р < 0,05), что свидетельствует о меньшей активации катаболических процессов. С другой стороны, данный генотип ассоциируется с большей частотой случаев увеличения активности фермента КФК. Кроме того, наглядно прослеживается тенденция к возрастанию напряженности метаболизма в мышечной ткани с увеличением доли аллели -9. Генотип +9/+9 ассоциируется с достоверно более частыми отклонениями в содержании фермента АСТ.

40 35 30 25 20 15 10

36,1

15,4

10,5

26,1

- 29,0 -

30,8

20,3

17,1

15,1 15,3

23,2

5

"Г

Мочевина КФК ACT

-9/-9  -9/+9  +9/+Э

Кортизол

Рис. 1. Сравнительный анализ встречаемости отклонений биохимических характеристик у спортсменов различных генотипов гена брадикининового рецептора ББЯКБ2 (знаком * обозначено наличие достоверных

различий с другими генотипами)

Мочевина

КФК ACT

II  ID  DD

Кортизол

Рис. 2. Сравнительный анализ встречаемости отклонений биохимических характеристик у спортсменов различных генотипов гена ангиотензин-превращающего фермента ACE

Данные рис. 2 наглядно демонстрируют снижение переносимости тренировочных нагрузок у представителей DD генотипа гена ангиотензин-превращающего фермента ACE.

Частотные характеристики наличия отклонений всех метаболитов, кроме кортизола, в группе этих спортсменов достоверно выше, чем у других полиморфизмов (Р < 0,05). Значительные ассоциации с хорошей пере-

носимостью тренировочных нагрузок выявлены для аллели I гена АСЕ. Встречаемость отклонений в содержании мочевины возрастает с увеличением доли аллели D и составляет, например, для КФК 19,2% для II генотипа, 26,5% для ГО и 31,0% для DD.

Для гена альфа-актинина 3 ACTN3 хорошая переносимость тренировочных нагрузок ассоциирована с Х аллелью (рис. 3).

40,0 35,0 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0

16,0 16,0

10,5

37,1

. 34,2.

28,7-

21,0

. 29,4.

31,0

25,5

Г"

10,0

Мочевина

"Г

КФК ACT

RR  RX  XX

20,0

Кортизол

Рис. 3. Сравнительный анализ встречаемости отклонений биохимических характеристик у спортсменов различных генотипов гена альфа-актинина 3 ACTN3

С*)

Представители гомозиготного ХХ генотипа характеризуются наименьшей частотой превышения референтных границ в содержании мочевины и активности АСТ, а у гетерозиготного RX генотипа достоверно реже встречаются отклонения в содержании КФК (Р < 0,05).

Наиболее значимой ассоциацией полиморфных вариантов гена AGT с ходом метаболической адаптации является низкая частота отклонений КФК у спортсменов с гомозиготным генотипом ММ гена AGT по сравнению с вариантами МТ и ТТ. В пользу лучшей переносимости нагрузок спортсменами этого генотипа свидетельствует достоверно более низкая встречаемость отклонений в содержании мочевины и АСТ (Р < 0,05).

Таким образом, анализ полученных результатов выявил ряд важных закономерностей в ассоциации полиморфизма отдельных генов с состоянием метаболизма при физических нагрузках, которые целесообразно учитывать при организации тренировочного процесса.

Хорошая переносимость тренировочных нагрузок ассоциирована с -9 аллелью гена BDRKB2 и I аллелью гена ACE, а также с генотипами ab гена NOS3 и XX гена ACTN3. Снижение переносимости тренировочных нагрузок отмечается у обладателей +9 аллели гена BDRKB2, R аллели гена ACTN3 и D аллели гена ACE.

Повышение напряжения энергообмена в мышечной ткани и снижение переносимости нагрузок силового

и скоростно-силового характера имеет связь с аллелями D гена ACE, -9 гена BDRKB2, c гена PPARA, pro гена PPARG и генотипами GG гена NOS3 и XX гена ACTN3. Высокая переносимость нагрузок силовой и скоростно-силовой направленности характерна для спортсменов -обладателей +9 аллели гена BDRKB2, I аллели гена ACE, а также генотипов GT по гену NOS3 и GG по гену PPARA.

Частота встречаемости напряжения энергообмена в миокарде у спортсменов циклических видов спорта ассоциирована с +9 аллелью гена BDRKB2 и генотипами GG гена NOS3, MT гена AGT и DD гена ACE.

Выявленные ассоциации полиморфизма генов с переносимостью тренировочных нагрузок и особенностями метаболизма при физических нагрузках разной направленности обусловливают необходимость индивидуализации тренировочных программ для спортсменов с разными генотипами. Существует зависимость между показателями, обеспечивающими развитие выносливости, и полиморфизмом генов, связанных с деятельностью соответствующих функциональных органов и систем у спортсменов циклических видов спорта. В зависимости от генетической составляющей становится возможной профилактика перетренированности и срыва адаптации к физическим нагрузкам.

Литература

1. Bouchard С. Genetic and molecular aspects of sport performance: The encyclopedia of sports medicine an IOC medical commission publication / С. Bouchard, P. Hoffman. -2011. - V. 18. - 404 p.

2. Рогозкин В.А. Перспективы использования ДНК-технологий в спорте / В.А. Рогозкин, И.И. Ахметов, И.В. Астратенкова // Теория и практика физической культуры. - 2006. - № 7. - С. 45-47.

3. Ахметов И.И. Молекулярная генетика спорта / И.И. Ахметов // Монография. - М.: Советский спорт, 2009. - 268 с.

4. Платонов В.Н. Теория адаптации и резервы совершенствования системы подготовки (часть 1) // Вестник спортивной науки. - 2010. - № 2. - С. 8-14.

5. Платонов В.Н. Теория адаптации и резервы совершенствования системы подготовки (часть 2) // Вестник спортивной науки. - 2010. - № 3. - С. 3-9.

6. Егоров В.М., Глотов О.С, Глотов А.С. Оценка узкой специализации и индивидуализации тренировочного процесса у высококвалифицированных спортсменов на основе генетических программ // Клинико-лабораторный консилиум. - 2010. - № 2-3. - С. 179.

7. Ахметов И.И. Ассоциация полиморфизмов генов-регуляторов с аэробной и анаэробной работоспособностью спортсменов / И.И. Ахметов [и др.] // Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. - 2007. -Т. 93. - № 8. - С. 837-843.

References

1. Bouchard C. Genetic and molecular aspects of sport performance: The encyclopedia of sports medicine an IOC medical commission publication / C. Bouchard, P. Hoffman -2011. - V. 18. - 404 p.

2. Rogozkin V.A. Prospects for the use of DNA technology in sport / V.A. Rogozkin, I.I. Akhmetov, I.V. Astratenko-va // Theory and Practice of Physical Culture. - 2006. -No. 7. - S. 45-47.

3. Akhmetov I.I. Molecular genetics Sports / I.I. Akhmetov // Monography. - M.: Soviet Sport, 2009. - 268 p.

4. Platonov V.N. The theory of adaptation and reserves improve the training (part 1) // Bulletin of Sport Science. -2010. - No. 2. - P. 8-14.

5. Platonov V.N. The theory of adaptation and reserves improve the training (part 2) // Bulletin of Sport Science. -2010. - No. 3. - P. 3-9.

6. Egorov V.M, Glotov O.S., Glotov A.S. Evaluation of specialization and individualization of training process at elite athletes on the basis of genetic programs // Clinical and laboratory consultation. - 2010. - No. 2-3. - P. 179.

7. Akhmetov I.I. Association of polymorphisms of genes regulators with aerobic and anaerobic performance of athletes / I.I. Akhmetov [et al.] // Russian Journal physiological them. I.M. Sechenov. - 2007. - V. 93. -No. 8. - P. 837-843.