CC BY
40УДК: 796.034-053.6
QUEHKA
генетической перспективности спортсменов в игровых вилах спорта
Кандидат медицинских наук, доцент В.П. Пушкарёв Аспирантка Л.В. Рахманина
Кандидат биологических наук, доцент Е.В. Лекомиев
Кандидат педагогических наук, профессор В.А. Пономарёв
Старший преподаватель кафедры теории и методики хоккея A.B. Дегтярёв
Доктор биологических наук, профессор Ю.А. Янбаев
Доктор биологических наук, профессор Д.А. Дятлов
Уральский государственный университет физической культуры, Челябинск
Abstract
ASSESSMENT OF GENETIC PERSPECTIVES OF ATHLETES IN GAME SPORTS ON THE EXAMPLE OF JUNIOR HOCKEY-PLAYERS V.P. Pushkarev, associate professor, Ph.D.
L.V. Rakhmanina, postgraduate E.V. Lekomtsev, associate professor, Ph.D.
V.A. Ponomarev, professor, Dr.Hab. head of subdepartment of theory and methods of hockey A.V. Degtyarev, senior lecturer, head of subdepartment of theory and methods of hockey YuA. Yanbaev, professor, Dr.Biol. D.A. Dyatlov, professor, Dr.Biol. Key words: junior hockey-players, junior handball-players, genetic perspective, genetic polymorphism, sports effectiveness.
The purpose of the present research was to estimate genetic endowments by individual polygenic profiles, grouped for «endurance» and «speed/power» qualities, received in sampling of junior athletes of game sports (hockey and handball).
There were selected 10 genetic polymorphisms that at present were assumed to be most important for explanation of individual variations in sports effectiveness, associated with endurance and speed-power qualities. The analysis of polygenic profiles of examined junior hockey-players and handball-players promoted allocation of most genetically gifted athletes regarding «endurance» and «speed/power» qualities. The information was assumed to assist trainers with correction of individual training programs, to develop genetically predetermined qualities in every athlete. The researchers came to a conclusion that genetically predetermined abilities of athlete could not be fundamentally changed in the process of training.
Ключевые слова: юные хоккеисты, юные гандболисты, генетическая перспективность, полиморфизм гена, спортивная работоспособность.
Спортивную успешность определяют различные факторы: генетика, эпигенетика, методы тренировки, питание, мотивация, прогресс в разработке снаряжения, окружающая среда. Генетика оказывает влияние на силу, выносливость, состав и размер мышечных волокон, гибкость, нейромышеч-ную координацию, темперамент и другие качества [3, 7]. Как показано в исследовании M.H. De Moor et al. (2007), спортивное мастерство - генетически наследуемое качество: примерно 66% разнообразия уровня спортивного мастерства определяется дополнительными генетическими факторами. Интерес к исследованиям связи полиморфизмов ДНК человека с работоспособностью и качествами, влияющими на здоровье и спортивную успешность, постоянно растет. Об этом свидетельствует существенное увеличение числа генов-кандидатов (до 239), представленных в генетической карте физической активности (The human gene map for performance and health-related fitness phenotypes: the 2006 -2007 update) по сравнению с предыдущей версией 2005 г. [6]
Комбинированное влияние нескольких генетических вариантов, причем каждый носит свой значимый вклад, а также сложное взаимодействие генетических вариантов (с индивидуальным вкладом или без него) может помочь объяснить индивидуальные вариации выносливости в человеческой популяции [23]. A.G. Williams & J.P. Folland (2008) ранее определили вероятность встречаемости людей
с «оптимальным» полигенным профилем для выносливости. Такой оптимальный профиль был получен из теоретически наилучшей суммарной комбинации 23 генетических полиморфизмов, каждый из которых является кандидатом на вариабельность одного или более фенотипических качеств, связанных с выносливостью, в человеческой популяции.
В настоящее время нет общепризнанного метода оценки полигенных профилей в отношении спортивной успешности, нет законченного представления об индивидуальном вкладе того или другого полиморфизма в фенотипическое проявление качеств, важных в спорте. Методика A.G. Williams & J.P. Folland (2008) кажется нам простой и доступной и, вероятно, поэтому нашла свое развитие в последующих публикациях: вариант такого подхода был предложен И.И. Ахметовым с соавт. в 2009 г.
Основываясь на оригинальном подходе [22], мы поставили целью оценить генетическую одаренность по индивидуальным полигенным профилям, сгруппированным для качеств «выносливость» и «скорость/сила», полученным на выборке юных спортсменов игровых видов спорта (хоккей и гандбол). Мы выбрали 10 генетических полиморфизмов, которые в настоящее время кажутся наиболее важными для объяснения индивидуальных вариаций в спортивной работоспособности, связанной с выносливостью и скоростно-силовыми качествами.
Материал и методы исследования. Образцы крови эпителия слизистой оболочки ротовой полости (буккального эпителия) были взяты у юных хоккеистов и гандболистов. Всего получено 126 биологических образцов от хоккеистов (1990-2000 гг. рождения) и 26 - от гандболистов (1995-1997 гг. рождения). При взятии образцов крови в качестве антикоагулянта использовали цитрат натрия. Образцы буккального эпителия брали с помощью стерильных аппликаторов фирмы Whatman (США). Геномную ДНК из образцов крови и буккального эпителия экстрагировали с помощью Diatom™ DNA Prep 200 набора реагентов для выделения ДНК из различного биологического материала (лаборатория «Изоген», Россия).
На основании анализа отечественной и зарубежной литературы для молекулярно-генетического тестирования были выбраны следующие полиморфизмы генов-кандидатов, связанных со спортивной успешностью:
1. Ins/Del (I/D) - полиморфизм гена ангиотензин конвертирующего фермента (АСЕ). Полиморфизм связан с сердечно-сосудистой системой и функцией скелетной мускулатуры, тренировочным эффектом на мышечную эффективность и гипертрофией. Существует 3 генотипа ACE I/D полиморфизма - I/I, I/D и D/D. Значимость в порядке убывания для качества «выносливость»: I/I, I/D и D/D. Значимость в порядке убывания для качества «скорость/сила»: D/D, I/D и I/I [1, 14, 26].
R577X - полиморфизм гена, кодирующего белок скелетной мышцы а-актинин-3 (ACTN3) (rs1815739). а-актинин-3 участвует в мышечной способности продуцировать быстрые сокращения, избегая повреждений, возникающих при эксцентрических мышечных сокращениях, подобных тем, которые участвуют в беге. Существует 3 генотипа ACTN3 R577X полиморфизма - R/R, R/X и X/X. Значимость в порядке убывания для качества «скорость/сила»: R/R, R/X и X/X [4, 9, 16].
С34Т - полиморфизм гена, кодирующего мышечную изоформу аденозинмонофосфат деза-миназы (AMPD1) (rs17602729), которая участвует в дезаминировании адениновых нуклеотидов и регуляции мышечного гликолиза в ходе интенсивных упражнений. Существует 3 генотипа AMPD1 C34T полиморфизма - C/C, C/T и T/T. Значимость в порядке убывания для качества «скорость/сила»: C/C, C/T и T/T [10, 13, 15, 17]. Arg16Gly - полиморфизм гена, кодирующего ßg-адренорецепторы (ADRB2) (rs1042713), которые вызывают вазодилятацию при стимуляции эндогенными катехоламинами, участвуют в регуляции сердечно-сосудистой системы, обладают липолитическим действием. Существует 3 генотипа ADRB2 Arg16Gly полиморфизма - Arg/Arg, Arg/Gly и Gly/Gly. Значимость в порядке убывания для качества «выносливость»: Arg/ Arg, Arg/Gly и Gly/Gly [20, 25]. -9/+9 - полиморфизм гена, кодирующего рецептор В2 типа (BDKRB2) для брадикинина, обладающего вазодилятаторными свойствами, участвует в регуляции сердечно-сосудистой системы. Существует 3 генотипа BDKRB2 -9/+9 полиморфизма - «-9/-9», «-9/+9» и «+9/+9». Значимость в порядке убывания для качества «выносливость»: «-9/-9», «-9/+9» и «+9/+9» [19, 24].
Pro12Ala - полиморфизм гена PPARG (rs1801282), который играет ключевую роль в адипогенезе, инсулиновой чувствительности и поддержании уровня глюкозы. Существует 3 генотипа PPARG Pro12Ala полиморфизма - Ala/ Ala, Ala/Pro и Pro/Pro. Значимость в порядке убывания для качества «скорость/сила»: Ala/ Ala, Ala/Pro и Pro/Pro [18, 21]. Gly482Ser - полиморфизм в гене PPARGC1A (rs8192678) связан с митохондриальным биогенезом и переходом одного типа скелетных мышечных волокон в другой (то есть II^I). Существует 3 генотипа PPARGC1A Gly482Ser полиморфизма: Gly/Gly, Gly/Ser и Ser/Ser. Значимость в порядке убывания для качества «выносливость»: Gly/Gly, Gly/Ser и Ser/ Ser [4, 12]. Val158Met - полиморфизм гена, кодирующего фермент катехоламинортометилтрансфера-зу (COMT) (rs4680), метаболизирующий кате-холаминовые нейротрансмиттеры в головном мозге, обладающий эффектами агрессивно-
сти, болевой чувствительности, невротизма, а также участвующий в минерализации костной ткани. Существует 3 генотипа COMT Val158-Met полиморфизма - Val/Val, Val/Met и Met/Met. Значимость в порядке убывания для качества «скорость/сила»: Val/Val, Val/Met и Met/Met [2, 11, 22].
9. G17200A - полиморфизм гена, кодирующего инсулиноподобный фактор роста II (IGF II) (^68О), который является членом семейства белков, регулирующих метаболизм, рост и дифференциацию мышц. Существует 3 генотипа IGF II G17200A полиморфизма - G/G, G/T и T/T. Значимость в порядке убывания для качества «скорость/сила»: G/G, G/T и T/T [8].
10. G894T - полиморфизм гена, кодирующего эндо-телиальную NO-синтетазу (NOS3) (rs1799983), фермента, участвующего в поддержании сосудистого тонуса. Существует 3 генотипа NOS3 G894T полиморфизма: g/g, G/T и T/T. Значимость в порядке убывания для качества «выносливость»: G/G, G/T и T/T [18]. Фрагменты ДНК, содержащие полиморфные
участки, амплифицировали с помощью полимераз-ной цепной реакции (ПЦР) в амплификаторах IQ5 (Bio-Rad, США) и GeneAmp PCR System 97ОО (Applied Biosystems, США). Праймеры синтезировались фирмой Евроген (Россия). ПЦР-фрагменты, содержащие однонуклеотидные полиморфизмы, обрабатывали подходящими рестриктазами фирмы Fermentas в соответствии с общепринятыми методиками. Продукты рестрикции, а также ПЦР-продукты полиморфизмов, содержащих инсерции/делеции, разделяли с помощью 8%-ного полиакриламидно-го гель-электрофореза с последующей окраской бромистым этидием и визуализацией на трансиллюминаторе фирмы UVP (США). Сепарационные профили фотографировали с помощью цифровой камеры.
Для оценки генетической одаренности тестируемых хоккеистов на основании полученных нами полигенных профилей по двум качествам - «выносливость» и «скорость/сила» - использовали метод расчета «общего генетического балла» (ОГБ), предложенный A.G. Williams, J.P. Folland (2ОО8).
33,3
41,7 50 58,3 66,7 75 ■ хоккеисты ■ гандболисты
83,3 91,7 ОГБ
Рис. 1. Распределение показателя ОГБ «скорость/ сила» среди юных хоккеистов и гандболистов
Для комплексной оценки качества «выносливость» использовали индивидуальные профили следующих полиморфизмов с присвоением их вариантам баллов (О, 1, 2):
1. ACE I/D полиморфизм: I/I = 2, I/D = 1, D/D = О.
2. BDKRB2 -9/+9 полиморфизм: -9/-9 = 2, -9/+9 = 1, +9/+9 = О.
3. NOS3 G894T полиморфизм: G/G = 2, G/T = 1, T/T = О.
4. ADRB2 Arg16Gly: Arg/Arg = 2, Arg/Gly = 1, Gly/ Gly = О.
5. PPARGC1A Gly482Ser: Gly/Gly = 2. Gly/Ser = 1, Ser/Ser = О.
Для комплексной оценки качества «скорость/ сила» использовали индивидуальные профили следующих полиморфизмов с присвоением их вариантам баллов (О, 1, 2):
1. ACE I/D полиморфизм: D/D = 2, I/D = 1, I/I = О.
2. ACTN3 R577X полиморфизм: R/R = 2, R/X = 1, X/X = О.
3. AMPD1 C/34T полиморфизм: С/С = 2, С/Т = 1, Т/Т = О.
4. PPARG Pro12Ala полиморфизм: Ala/Ala = 2, Ala/ Pro = 1, Pro/Pro = О.
5. COMT Val/158Met полиморфизм: Val/Val = 2, Val/ Met =1, Met/Met =О.
6. IGFII G17200A полиморфизм: G/G = 2, G/A = 1, A/A = О.
ОГБ (общий генетический балл) полигенного профиля, связанного с качеством «выносливость», в соответствии с методом Williams & Folland (2ОО8) рассчитывали по формуле:
ОГБ «выносливость» = (1ОО/1О) х (^ACE + ^BDKRB2 + ™OS3 + ^ADRB2 + ^PPARGC1A).
ОГБ полигенного профиля, связанного с качеством «скорость/сила», рассчитывали по формуле: ОГБ «скорость/сила» = (1ОО/12) х (^ACE + ^ACTN3 + ^AMPD1 + ^PPARG + ^COMT+ rSIGFII).
У 126 типированных хоккеистов на основании анализа их полигенного профиля диапазон ОГБ, связанного с качеством «скорость/сила», варьировался от 25 до 91,7 со средним значением 54,4. Среди 26 типированных гандболистов ОГБ, связанный с качеством «скорость/сила», варьировался от 25 до 83,3 со средним значением 51,6. Распределение показателя ОГБ «скорость/сила» в выборке хоккеистов и гандболистов представлено на рис. 1. Обращает на себя внимание тенденция к сдвигу вправо кривой распределения ОГБ «скорость/сила» в выборке хоккеистов по сравнению с гандболистами. У хоккеистов показатель ОГБ «скорость/сила» > 75 имели 16 человек (12,7%), у гандболистов - 1 человек (3,8%).
У 126 исследованных юных хоккеистов на основании анализа их полигенного профиля, полученного в данном исследовании, диапазон ОГБ, связанного с выносливостью, варьировался от 2О до 8О со средним значением, близким к 5О. Среди 26 типированных гандболистов диапазон ОГБ, связанного с
30 40 SO ■ хоккеисты ■гандболисты
Рис. 2. Распределение показателя ОГБ «выносливость» среди юных хоккеистов и гандболистов
качеством «выносливость», варьировался от 20 до 90 со средним значением 50. Распределение показателя ОГБ, связанного с выносливостью, в выборке хоккеистов и гандболистов представлено на рис. 2. Как видно из рис. 2, кривая распределения ОГБ, связанного с выносливостью, у гандболистов имеет 2 пика - 40 и 60, тогда как у хоккеистов - один максимум - 50. Очевидно, что по показателю ОГБ «выносливость» исследованная группа гандболистов более разнородная. Среди хоккеистов показатель ОГБ «выносливость» > 70 имели 19 человек (15%), среди гандболистов этот же показатель имели 4 человека (15,4%).
Таким образом, анализ полигенных профилей обследованных юных хоккеистов и гандболистов позволил выделить спортсменов, генетически предрасположенных к комплексному проявлению качеств «скорость/сила» и «выносливость». Эта информация может помочь тренерам в разработке индивидуальных тренировочных программ.
Необходимо помнить, что генетически запрограммированные способности спортсмена не могут быть кардинально изменены в процессе тренировки. С помощью генетических тестов выбирается не вид спорта, а предрасположенность к определённому виду мышечной деятельности (скорости, силе, выносливости).
Литература
1. Ахметов, И.И. Использование молекулярно-генетических методов для прогноза аэробных и анаэробных возможностей у спортсменов / И.И. Ахметов, Д.В. Попов и др.// Физиология человека. - 2008. - Т. 34. - № 3. - С. 86-91.
2. Куликова, М.А. Влияние функционального полиморфизма Val158Met катехолометилтрансферазы на физическую агрессивность / М.А. Куликова, Н.В. Малюченко, М.А. Тимофеева и др. // Бюлл. экспериментальной биологии и медицины. - 2008. - Т. 145. - № 1. - С. 68-70.
Bibliography
1. Akhmetov I.I., Popov D.V. et al. The use of molecular-genetic methods for prediction of aerobic and anaerobic abilities in athletes. (In Russian) // Fiziologiya cheloveka. - 2008. - V. 34, №3. - P. 86-91.
2. Kulikova M.A., Maluchenko N.V., Timofeeva M.A. et al. The influence of functional polymorphism of Val158Met catechol-O-methyltransferase on physical aggression. (In Russian) // Bul. experimental'noy biologii i meditsiny. - 2008. - V. 145. - №1. - P. 68-70.
3. Ahmetov I.I., Druzhevskaya A.M., Astratenkova I.V, Popov DV, Vinogradova OL, Rogozkin VA. The ACTN3 R577X polymorphism in Russian endurance athletes //Br J Sports Med. 2008 Aug 21.
4. Ahmetov I.I., Rogozkin V.A. Genes, athlete status and training -an overview // Med. Sport. Sci. - 2009. - Vol. 54. - P.43-71.
5. Ahmetov I.I, Williams A.G., Popov D.V. et al. The combined impact of metabolic gene polymorphisms on elite endurance athlete athlete status and related phenotypes // Hum Genet. -2009. - Aug. 4 [Epub ahead of print].
6. Bray M.S., Hagberg J.M., Perusse L. et al. The human gene map for performance and health-related fitness phenotypes: the 2006-2007 update// Med. Sci. Sports Exerc. - 2009. - Vol. 41. - N 1. - P. 34-72.
7. De Moor M.H., Spector T.D., Cherkas L.F. et al. Genome-wide linkage scan for athlete status in 700 british female DZ twin pairs// Twin Res Hum Genet. - 2007. - Vol. 10. - P. 812-820.
8. Devaney J.M., Hoffman E.P., Gordish-Dressman H. et al. IGF-II gene region polymorphisms related to exertional muscle damage//J Appl Physiol. - 2007. - Vol. 102. - P. 1815-1823
9. Druzhevskaya A.M., Ahmetov I.I., Astratenkova I.V., Rogozkin V.A. Association of the ACTN3 R577X polymorphism with power athlete status in Russians// Europ. J. Appl Physiol. - 2008. -Vol.103. - N6. - P. 631-634.
10.Fischer H, Esbjornsson M., Sabina R.L. et al. AMP deaminase deficiency is associated with lower sprint cycling performance in healthy subjects // J. Appl. Physiol. - 2007. - V. 103. - P. 315-322.
11.Lorentzon M, Eriksson A.L., Nilsson S. e.a. Association between physical activity and BMD in young men is modulated by catechol-o-methyltransferase (COMT) genotype: the GOOD study // J Bone Miner Res. - 2007. - Vol. 22. - P. 1165-1172.
12.Lucia A., Gomez-Gallego F, Barroso I. et al. PPARGC1A genotype (Gly482Ser) predicts exceptional endurance capacity in European men // J. Appl. Physiol. - 2005. - V. 99. - P. 344348.
13.Lucia A., Martin M.A., Esteve-Lanao J. et al. C34T mutation of the AMPD1 gene in an elite white runner // Br. J. Sports Med. -2006. - V. 40. - e. 7.
14.Montgomery H.E., Marshall R., Hemongway H. et al. Human gene for physical performance //Nature, 1998. - Vol. 393. - P. 221-222.
15.Rico-Sanz J., Rankinen T., Joanisse D.R. et al. Associations between cardiorespiratory responses to exercise and the C34T AMPD1 gene polymorphism in the HERITAGE Family study // Physiol Genomics. - 2003. - V. 14. - P. 161-166.
16.Roth S.M., Walsh S., Liu D. et al. The ACTN3 R577X nonsense allele is underrepresented in elite-level strength athletes // Eu-rop. J. Hum. Genet. - 2008. - Vol. 16. - P. 391-394.
17.Rubin J.C., Martin M.A., Rabadan M. et al. Frequency of the C34T mutation of the AMPD1 gene in world-class endurance athletes: does this mutation impair performance? // J. Appl. Physiol. - 2005. - V. 98. - P. 2108-2112.
18.Ruiz-Narvaez R. Is the Ala12 variant of the PPARG gene an «unthrifty allele»? // J. Med. Genet. - 2005. - V. 42. - P. 547-550.
19.Saunders C.J., Xenophontos S.L., Cariolou M.A. e.a. The bradykinin P2 receptor (BDKRB2) and endothelial nitric oxide synthase 3 (NIOS3) genes and endurance performance during ironman triathlons // Hum Mol Genet. - 2006. - V. 15. - N 6. - P. 979-987.
20.Snyder E.M., Beck K.C., Dietz N.M. e.a. Arg16Gly polymorphism of the j32-adrenergic receptor is associated with differences in cardiovascular function at rest and during exercise in humans // J. Phisiol. - 2006. - 577.1. - P. 121-130.
21.Sookoian S., Garcia S.I., Porto P.I. e.a. Peroxisome proliferator-activated receptor gamma and its coactivator-1 alpha may be associated with features of the metabolic syndrome in adolescents // J. Mol Endocrinol. - 2005. - V. 35. - P. 373380.
22.Starr J.M., Fox H., Harris S.E. e.a. COMT genotype and cognitive ability: a longitudinal aging study // Neurosci Lett. - 2007.
- V. 421. - P. 57-61.
23.Williams A.G., Folland J.P. Similarity of polygenic profiles limits the potential for elite human physical performance // J. Physiol.
- 2008. - Vol. 586.1. - P. 113-121.
24.Williams A.G., Dhamrait S.S., Wootton P.T.E. e.a. Bradykinin receptor gene variant and human physical performance // J. Appl. Physiol. - 2004. - V. 96. - P. 938-942.
25.Wolfarth B., Rankinen T., Muhlbauer S. et al. Association between a P2-adrenergic receptor polymorphism and elite endurance perf2ormance // Metabolism Clinical and Experimental 56 (2007)1649-1651.
26.Woods D., Hickman M., Jamshidi Y. et al. Elite swimmers and the D allele of the ACE I/D polymorphism// Hum Genet. - 2001.
- Vol. 108. - P. 230-232.
Информация для связи с автором:
e-mail: [email protected]
Поступила в редакцию 05.11.2009 г.
