CC BY
21Выводы
1. Сочетанная нагрузка в виде динамического упражнения с применением вибрации является более мощным фактором, чем аналогичная физическая нагрузка без применения вибровоздействий.
2. Непродолжительные (по 4 мин) ежедневные вибрационные воздействия частотой 28-30 Гц в течение 3 дней приводят к стимуляции компенсаторных реакций в мышечной и периферической нервной системе. При таких лее упражнениях, выполняемых в обычных условиях, подобных приспособительных изменений не обнаружено.
3. На основании анализа динамики параметров стимуляционной ЭМГ молено считать, что минимально достаточная доза (МДДВ) вибрационной нагрузки в серии смежных тренировок составляет 3 вибростимуляционных занятия продолжительностью не более 4 минут каждое, при суммарном времени вибронагрузки не более 12 минут затри занятия.
Список использованных источников
1. Михеев, А. А. Стимуляция биологической активности как метод управления развитием физических качеств спортсменов: в 2 ч. / А. А. Михеев. - Минск, 1999. - 398 с.
2. Михеев, А. А. Методика СБА - новая технология тренировки спортсменов / А. А. Михеев // Проблемы физической культуры и спорта в современных условиях: материалы Междунар. науч-практ. конф., посвящ. 5-летию НИИ физической культуры и спорта Республики Беларусь. - Минск: Минсктиппроект, 2001. -С.141-150.
3. Bishop В. Vibratory stimulation: Neurophysiology of motor responses evoked by vibratory stimulation // Physical Therapy. - 1974. - № 54. - P. 1273-1282.
4. Cardinale V., Bosco C. The use of vibration as an exercise intervention // Exercise and Sport Sciences Reviews. - 2003. - Vol. 31. - № 1. - P. 3-7.
5. Cardinale M., Lim J. Electromyography activity of vastus lateralis muscle during whole-body vibrations of different frequencies // Journal of Strength and Conditioning Research. - 2003. - № 17 (3). - P. 621-624.
6. Cardinale M., LimJ. The acute effects of two different whole body vibration frequencies on vertical jump performance // Medicina Dello Sport. - 2003. - Vol. 56. - № 4. - P. 287-292.
7. Николаев, С. Г. Практикум по клинической электромиографии / С. Г. Николаев. - Иваново, 2001. - 180 с.
8. Энока, Р. М. Основы кинезиологии / Р. М. Энока. - Киев, 1998. - 502 с.
01.09.2015
УДК 796.325
АССОЦИАЦИИ МЕТАБОЛИЧЕСКИХ И ФИЗИЧЕСКИХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ С ПОЛИМОРФИЗМОМ ГЕНОВ СЕРОТОНИНЕРГИЧЕСКОЙ, ДОФАМИНЕРГИЧЕСКОЙ, НОРАДРЕНЕРГИЧЕСКОЙ, АДРЕНЕРГИЧЕСКОЙ СИСТЕМ У ВОЛЕЙБОЛИСТОВ
А.И. Нехвядович, канд. пед. наук, доцент,
И.Л. Рыбина, канд. биол. наук,
Н.Н. Иванчикова, канд. биол. наук,
А.Н. Будко,
Республиканский научно-практический центр спорта;
И.В. Гайдукевич,
Институт биоорганической химии Беларуси НАН Беларуси;
И.Л. Гилеп, канд. хим. наук,
Белорусский государственный университет физической культуры
Аннотация
В статье представлены результаты изучения ассоциации физической работоспособности с генетическими данными волейболистов. Изучен полиморфизм гена транспортера серотонина -SLC6A4 (HTTLPR), гена серотонинового рецептора 1А типа - HTR1A (C-019G), гена серотонинового рецептора 2А типа - HTR2A (Т102С) и HTR2A (A-438G), гена фермента моноаминоксидазы -А МАОА (3/4), гена дофаминергической системы - drd.2 (А1А2) - гена катехол-О-метилтрансфераза (СОМТ) и гена дофамин-3-гидроксилазы (DBH), влияющих на свойства личности и физическую работоспособность спортсменов. Выявлены особенности метаболизма при физических нагрузках в зависимости от полиморфизма исследованных генов.
ASSOCIATIONS OF METABOLIC AND PHYSICAL CAPABILITIES WITH GENE POLYMORPHISM OF SEROTONERGIC, DOPAMINERGIC, NORADRENERGIC, ADRENERGIC SYSTEMS IN VOLLEYBALL PLAYERS
Abstract
The article contains study results of the association between physical capabilities and genetic data of athletes. Polymorphism of serotonin transporter gene - SLC6A4 (HTTLPR), serotonin 1A receptor gene - HTR1A (C-019G), serotonin 2A receptor gene-HTR2A (T102C) and HTR2A (AA38G), monoamine ox-idase A - MAO A (3/4), dopamine receptor D2 gene - drd2 (A1A2), catechol-o-methyl transferase gene (COMT) and dopamine beta-hydroxylase (DBH), which effect personal qualities and exercise performance of athletes is analyzed. The distinctive features of metabolism during physical load depending on polymorphism of the studied genes are defined.
Введение
Занятия волейболом, как и другими игровыми видами спорта, связаны с постоянным повышением нервно-психической напряженности, что может отрицательно влиять на состояние психических и физических возможностей спортсменов, способствовать формированию личностной адаптации или дезадаптации, приводящей к образованию состояний, которые, в свою очередь, способствуют или препятствуют процессам оптимального протекания адаптационных процессов [1].
Согласно современным психогенетическим концепциям развитие личности, особенности поведения человека реализуются через взаимодействие нейромедиаторов ЦНС, наиболее важными из которых являются серотонин, дофамин, адреналин и норадреналин [2].
Функциональное состояние нейромедиаторных систем в значительной мере обусловлено генетическим полиморфизмом компонентов этих систем (рецепторов, транспортеров, ферментов синтеза и деградации неромедиаторов). В данной статье мы изучали ассоциацию метаболических и физических возможностей волейболистов с полиморфизмами следующих генов: гена транспортера серотонина - SLC6A4 (HTTLPR), гена серотонинового рецептора 1А типа - HTR1A (C-1019G), генов серотонинового рецептора 2А типа - HTR2A (Т102С) и HTR2A (A-1438G), гена фермента моноаминоксидазы - А МАОА (34), гена рецептора дофамина 2-го типа - DRD2 (А1А2), гена катехол-О-метилтрансферазы - COMT (GA) и гена дофамин-р-гидроксилазы - DBH (AG) [3].
Полиморфизм данной группы генов в значительной мере влияет на умственные и физические способности, скорость мышления и его качество, а также модулирует творческие способности спортсменов: способность к абстрактному и художественному мышлению, к анализу и синтезу. С полиморфизмом данной группы генов связаны такие сложные процессы, как запоминание и воспроизведение информации, агрессивная реакция, настроение, эмоциональность, уровень общего энергетического потенциала, сексуальное поведение, настроение, работоспособность, общий уровень активности. Они оказывают мобилизующее действие на энергетические резервы нервных клеток, активизируют окислительно-восстановительные процессы в организме, влияют на «запускание» процессов сгорания источников энергии - в первую очередь углеводов, затем лсиров и белков [4-9].
По имеющимся данным генетическая корреляция между носительством полиморфных вариантов генов серотонинергической, дофаминергической, норадренергической, адренергиче-ской систем, а также ее влияние на функциональную и физическую активность спортсменов, в частности, игровых видов спорта, мало изучалась [3].
Предполагается, что установление гено-фенотипических ассоциаций будет способствовать разработке прогностических критериев устойчивости волейболистов к физическим и психологическим нагрузкам, а также для разработки новых подходов к восстановлению их физического и психического состояния.
Целью данного исследования является выявление диагностических значений ключевых полиморфизмов генов серотонинергической, дофаминергической, норадренергической, адренер-гической систем и их взаимосвязи с показателями физической работоспособности спортсменов, специализирующихся в волейболе.
Методы и организация исследований
В исследовании приняли участие 15 волейболистов (7 мужчин и 8 женщин), из них 11 МС (73 %) и 4 КМС (27%) в возрасте 18-37 лет.
Забор биоматериала осуществлялся путем соскоба клеток ротовой полости с помощью стерильных ватных зондов. Все испытуемые подписывали информированное согласие. Выделение ДНК и молекулярное типирование осуществлялись на базе Института биоорганической химии НАН Беларуси. ДНК выделяли с использованием набора для выделения ДНК производства ИБОХ НАН Беларуси. Полиморфизм генов определяли с использованием ПЦР с последующим анализом длин амплифицируемых фрагментов или анализом длин рестрикционных фрагментов. Данные обрабатывали методом вариационной статистики с применением ^критерия Стьюдента с помощью пакета прикладных программ 81аЙ811са6.0. Статистически достоверными считались различия при р < 0,05.
В качестве нагрузочного теста применялось непрерывное выполнение ступенчато возрастающей велоэргометрической нагрузки. Начальная мощность нагрузки составляла для мужчин 125, а для женщин - 100 Вт с повышением ее через каждые 2 мин на 25 Вт. Для оценки метаболических возможностей спортсменов применялись емкостные и мошностные характеристики аэробных и анаэробных процессов. Емкость аэробных процессов определялась по показателю аэробного порога (АП), эффективность - по величине анаэробного порога (АнП), мощность - по данным работоспособности в смешанной аэробно-анаэробной зоне (А смеш., на уровне лактата б ммоль/л) и преимущественно гликолитической зоне (науровне лактата 8 ммоль/л) и на пике нагрузки (Амакс).
Значения концентрации лактата в сыворотке крови и ЧСС после выполнения тестирования использовались в качестве объективных показателей энергозатрат и активации функций ССС в условиях выполнения стандартного задания. Меньшие значения данных показателей при максимальном уровне работоспособности указывали на высокую экономичность функционирования различных систем организма спортсменов и наличие высоких резервных возможностей.
Результаты исследований и их обсуждение
Результаты исследований представлены в таблице 1 и проиллюстрированы на рисунках 1 и 2.
Выявлено, что все волейболисты (100,0%) явились носителями гетерозиготного генотипа Ол гена катехол-О-метилтрансфераза (СОМТ). Преобладающими также являлись гомозиготный вариант А2А2 полиморфизма гена БКБ2 (73,33%) и гетерозиготный генотип Св полиморфизма С-1019о гена НТШЛ (70,0%). Обращает на себя внимание высокий процент в выборке носителей гомозиготного генотипа 44 (60,00%), значительно меньшее представительство гомозиготного генотипа 33 и единичный случай (10,0%) гетерозиготного 34 генотипа гена МАОА. Наблюдалась высокая встречаемость носителей гомозиготного генотипа ЬЬ (45,45 %) по сравнению с гетерозиготным генотипом 8Ь (36,36 %) и низкая встречаемость гомозиготного генотипа 88 гена 8ЬС6Л4 (18,18%). Отмечено преобладание гетерозиготного генотипа вЛ (45,45%) гена ББН по сравнению с гомозиготными АА и во (по 27,27 %) (таблица 1).
Таблица 1 - Распределение полиморфизма генов серотонинергической системы у волейболистов
Ген п Генотипы, п (%)
к-во % к-во % к-во %
СОМТ 15 оо ол АА о А
0 0,00 15 100,00 0 0,00 50,00 50,00
БКБ2 15 А2А2 А1А2 А1А1 А2 А1
11 73,33 2 13,33 2 13,33 80,00 20,00
НТЮЛ 10 оо со СС о С
3 30,00 7 70,00 0 0,00 65,00 35,00
МАОА 10 33 34 44 3 4
3 30,00 1 10,00 6 60,00 35,00 65,00
8ЬС6Л4 11 ЬЬ 8Ь 88 Ь 8
5 45,45 4 36,36 2 18,18 63,64 36,36
ББН 11 АА ол оо А о
3 27,27 5 45,45 3 27,27 50,00 50,00
Примечание. Жирным шрифтом отмечены преобладающие генотипы серотонинергической, дофами-нергической, норадренергической, адренергической систем.
Анализ полиморфизма генов, ассоциированных с различными личностными качествами спортсменов, показал различную степень генетически обусловленных метаболических возможностей их организма, оказывающих значительное влияние на проявление физических способностей.
Среди мужнин в волейболе наибольшие показатели общей физической работоспособности демонстрировали носители гомозиготных вариантов с тремя повторами (33) гена моноаминокси-дазы А (МАОА) и SS гена транспортера серотонина (SLC6A4), составившие 30% и 18,18% соответственно от общей выборки. Выше среднего уровень физической работоспособности выявлен у носителей гетерозиготного генотипов SL и LL транспортера серотонина (SLC6A4), гомозиготного варианта А2А2 гена рецептора дефомина фК02), гетерозиготного CG и гомозиготного варианта GG гена серотонинового рецептора 1А типа (HTR1A) (рисунок 1).
Рисунок 1 - Показатели физической работоспособности в зависимости от полиморфизма генов серотонинергической, дофаминергической, норадренергической, адренергической систем
у волейболистов
Самую низкую общую физическую работоспособность продемонстрировали носители гомозиготного генотипа вв гена ББИ и гетерозиготного генотипа А1А2 гена БКБ2, составившие всего 27,27% и 13,33 % выборки.
Обращает на себя внимание большие анаэробные (скоростные) способности организма по показателям содержания лактата после завершения нагрузки у носителей гетерозиготного генотипа Св гена ИТЯ1Л, составляющие больишнство выборки (70,0%), а также (33) гена МАОА (30% выборки). Низкие анаэробные (скоростные) способности выявлены у представителей генотипа А1А2 гена рецептора дефомина БКЭ2 и гомозиготного варианта вв гена ИТЯ1Л (рисунок 2).
Лактат, ммоль/л ( после нагрузки)
ЧСС макс., уд/мин
Рисунок 2 - Показатели уровня лактата и ЧСС после нагрузки «до отказа» в зависимости от полиморфизма генов серотонинергической, дофаминергической, норадренергической, адренергической систем у волейболистов
Более высокие показатели ЧСС отмечались у 88 генотипа гена транспортера серотонина (8ЬС6Л4), гетерозиготных вариантов А1А2 гена рецептора дефомина (БКБ2), Лв гена дофамин-р-гидроксилазы (ББИ) и с тремя повторами (33) гена моноаминоксидазы (МАОА) и др.
Анализ достоверности полученных данных показал, что носители полиморфного варианта ЬЬ гена транспортера серотонина (8ЬС6Л4) отличались от представителей генотипов 88 и 8Ь достоверно меньшими показателями ЧСС (Р< 0,002), достоверно большими показателями АнП (Р < 0,001). Следовательно, преимущество для проявления выносливости принадлежит волейболистам с аллельным вариантом ЬЬ гена 8ЬС 6Л4, ассоциированным с лучшими скоростными способностями, связанными с большей экономизацией функций ССС по сравнению с носителями 88 и Ь8 генотипов.
Представители генотипа с тремя повторами (33) гена моноаминоксидазы (МАОА) характеризовались достоверно большими по сравнению с носителями генотипов 44 гликолитическими способностями. При этом спортсмены с аллельным вариантом 33 характеризовались достоверно большими величинами ЧСС после нагрузки и во всех зонах интенсивности процессов энергообеспечения (АП, АнП, смешанной аэробно-анаэробной и преимущественно анаэробной глико-литической) по отношению к лицам с генотипами 34 и 44. Данные литературы свидетельствуют, что в европейской популяции наиболее часто встречаются аллели с тремя и четырьмя повторами. Ген с тремя повторами транскрибируется в 5 раз менее эффективно, чем с четырьмя, т. е. при трех повторах отмечается меньший уровень энзиматической активности [10].
Носители генотипа Св гена рецептора серотонина 1 типа (ИТЯ1Л) по сравнению с лицами генотипа СС характеризовались достоверно более высокими показателями емкости (АнП) и мощности (ФР в смешанной аэробно-анаэробной зоне) аэробных процессов, а значит эробны-ми возможностями организма.
Обнаружены достоверно большие показатели максимальной физической работоспособности и в различных зонах интенсивности энергообеспечения (на уровне АнП, смешанной, преимущественно гликолитической) при меньшем содержании лактата и величине ЧСС у носителей генотипа А2А2 гена БКЭ2 по сравнению с носителями аллели А1А2, отличающихся низкой физической работоспособностью и более высокой ЧСС.
Вероятно, носительство гетерозиготного аллеля А2 БКЭ2 играет роль стимулирующего нейромедиатора, способствующего повышению двигательной активности, уменьшению двигательной заторможенности, а аллели А1 - повышению сопротивления периферических сосудов (но менее сильное, чем под влиянием норадреналина), а также, возможно, и повышению систолического артериального давления в результате стимуляции а-адренорецепторов. В результате стимуляции Р" адренорецепторов дофамин увеличивает силу сердечных сокращений. Увеличивается сердечный выброс. Частота сердечных сокращений также увеличивается, но не так сильно, как под влиянием адреналина.
Потребность миокарда в кислороде в результате мышечной деятельности под влиянием дофамина повышается, однако в результате увеличения коронарного кровотока обеспечивается повышенная доставка кислорода, что способствует поддержанию физической работоспособности в различных зонах энергообеспечения.
У женщин в волейболе также прослеживались отдельные достоверные различия показателей работоспособности на уровне порога анаэробного обмена между аллельным вариантом ЬЬ и 88 (920,00± 142,54 кгм/мин и 551,00 кгм/мин), соответственно. У представителей с генотипом ЬЬ (наиболее благоприятного для игровых видов спорта) этот показатель был достоверно выше. У обладателей генотипа 88, ответственного за склонность к проявлению косвенной агрессии, наблюдаются достоверно наибольшие показатели работоспособности на уровне АП и работе в смешанной зоне на лактате 6 ммоль/л при меньших показателях лактата и ЧСС, т. е. меньших энергозатратах, и напряженности ССС. Носители генотипа 8Ь в основном имели средние значения работоспособности во всех зонах энергообеспечения (таблица 7). Таким образом, в процессе анализа достоверности влияния полиморфных вариантов генов серотонинергиче-ской и дофаминергической систем на функциональное состояние организма спортсменов в условиях выполнения физической нагрузки обнаружены значимые ассоциации генов серото-нинергической системы 8ЬС6Л4, МАОА, ИТЯ1Л и ИТК2Л с активацией метаболических процессов и активностью сердечнососудистой системы, утомляемостью и устойчивостью к напряженной мышечной деятельности.
Таким образом, получена высокая взаимосвязь метаболических характеристик и физической работоспособности волейболистов с полиморфизмами вариантами генов серотонинергической, дофаминергической, норадренергической, адренергической систем. В ряде случаев выявляется тесная взаимосвязь показателей аэробной (работоспособность на уровне АП и АнП) и анаэробной (работоспособность в гликолитической зоне - ГлМ), о чем молено судить по коэффициентам корреляции (Р < 0,05). Вместе с тем нередко достоверно лучшие показатели аэробных и анаэробных возможностей проявляли носители менее благоприятных генотипов. Например, носители аллеля А1 гена БКЭ2, ассоциированного со сниженными способностями самоконтроля, проявляли в нашем обследовании более высокие физические способности, чем носители аллеля А2.
Физиологические функции серотонина и дофамина чрезвычайно многообразны. Например, при снижении уровня серотонина повышается чувствительность болевой системы организма, то есть даже самое слабое раздражение отзывается сильной болью.
Поэтому контроль за развертыванием механизма общей адаптации не может осуществляться без учета гормональных адаптационных механизмов управления специфическими гомеостати-ческими реакциями. Так, благодаря вызываемым гормональным сдвигам в процессе занятий спортом систематические физические упражнения приводят к закреплению гиперфункции мышц их соответствующей структурной перестройкой, что расширяет функциональную мощность клеточных структур, тканей, органов и всего организма. Также от гормонального фона зависит психологическое и психофизиологическое состояние спортсмена при выполнении нагрузок максимального и субмаксимального (стрессорного) характера.
Выводы:
1. Для волейболистов характерна высокая степень взаимосвязи генов серотонинергической, дофаминергической, норадренергической, адренергической систем, регулирующих поведенческие и эмоциональные реакции, с показателями работоспособности как аэробной, так и анаэробной, что в значительной мере, вероятно, обусловлено высокой эмоциональностью и динамичностью как соревновательной, так и тренировочной деятельности в волейболе.
2. В ряде случаев выявлялась тесная взаимосвязь показателей аэробной (работоспособность на уровне АП и АнП) и анаэробной (работоспособность в гликолитической зоне - ГлМ) выносливости, о чем молено судить по коэффициентам корреляции (Р<0,05). Вместе с тем, нередко достоверно лучшие показатели аэробных и анаэробных возможностей проявляли носители менее благоприятных генотипов. Например, носители генотипа 88 гена 8ЬС6Л4, ассоциированного с повышенным риском возникновения расстройств психики, агрессивностью, со сниженными способностями самоконтроля, проявляли в нашем обследовании более высокие физические способности, чем носители генотипа 8Ь. А самую низкую работоспособность показали носители генотипа ЬЬ.
3. В целом генетическое тестирование позволяет дать первичную информацию тренерам для более рационального подбора кадрового резерва и разработки индивидуальных программ тренировки спортсменов, а также разработки подхода к восстановлению организма спортсмена в соответствии с генетическими особенностями.
4. Анализ встречаемости генотипов генов дофаминергической, норадренергической, адренергической систем выявил особенности их распределения и требует дальнейшего детального изучения. Вместе с тем генетическое исследование позволяет получить первичную информацию тренерам для более рационального подбора кадрового резерва и разработки индивидуальных программ тренировки спортсменов, а также разработки подхода к восстановлению организма спортсмена в соответствии с генетическими особенностями.
5. Исходя из вышеизложенного анализа для представителей игровых видов спорта предпочтение следует отдавать следующим генам и генотипам: генотипу ЬЬ гена 8ЬС6Л4, 33 гена МАО Л, Св гена НТЯ1Л, генотипу Ло гена ББН, вЛ гена СОМТ. Данные гены и генотипы будут обуславливать у спортсменов игровых видов спорта высокие скоростные способности, достаточно высокий уровень функциональной системы и уровень функциональных возможностей, что будет способствовать более высокой мобилизации физических качеств.
Список использованных источников
1. CloningerC. R. A systevatic vethod for clinical description and classification of personality variants: A proposal // Arch. Gen. Psychiatry. - 1987. - Vol. 44. - P. 573-588.
2. Cloninger C. R., SvrakicD. M. Integrative psychobiologickal approach to psychiatric assessment and treatment // Psychiatry. 1997. Vol. 60. - P. 120-140.
3. Ахметов, И. И. Молекулярная генетика спорта / И. И. Ахметов. - Советский спорт. - 2009. - 268 с.
4. Serotonin transporter gene polymorphisms: Relation with platelet serotonin level in patients with primary Sjogren's syndrome / Markeljevic J et al. // J Neuroimmunol - 2015. - Vol. 282. - P. 104-109., PMID 25903736.
5. The presence of both serotonin 1A receptor (HTR1A) and dopamine transporter (DAT1) gene variants increase the risk of borderline personality disorder / Peter R. Joyce et al. // Front Genet. 2013; Vol. 4: 313.
6. Interactions between the COMT Vail08/ 158Met polymorphism and maternal prenatal smoking predict aggressive behavior outcomes / Brennan PA et al. // Biol Psychol. - 2011. - Vol. 87(1). - P. 99-105.
7. The cortical surface area of the insula mediates the effect of DBH rs7040170 on novelty seeking / LiJetal. // Neuroimage - 2015. - Vol. 117.-P. 184-190.
8. Association of a Schizophrenia Risk Variant at the DRD2 Locus With Antipsychotic Treatment Response in First-Episode Psychosis / Zhang JP et al. // Schizophr Bull - 2015. - Vol. 28.
9. The Joint Effects of Body Mass Index and MAOA Gene Polymorphism on Depressive Symptoms / Liu Yet al. // Psychiatry Investig. - 2015. - Vol. 12(3) - P. 408-410.
lO.Sabol, S. Z. A functional polymorphism in the monoamine oxidase. A gene promoter / S.Z. Sabol, S. Hu, D. Hamer // Hum. Genet. - 1998. - Vol. 103. - P. 273-279.
07.09.2015
