CC BY
118
Медико-биологические проблемы спорта
45
ВЗАИМОСВЯЗЬ ПОЛИМОРФИЗМА ОТДЕЛЬНЫХ ГЕНОВ С ПЕРЕНОСИМОСТЬЮ ТРЕНИРОВОЧНЫХ НАГРУЗОК ЛЫЖНИКОВ-ГОНЩИКОВ
В ГОДИЧНОМ ЦИКЛЕ ПОДГОТОВКИ
И.Л. РЫБИНА,
НИИ физической культуры и спорта Республики Беларусь,
г. Минск
Аннотация
В статье представлены результаты изучения взаимосвязи переносимости тренировочных нагрузок в годичном цикле подготовки с полиморфизмом отдельных генов у высококвалифицированных спортсменов в лыжных гонках. Показано, что ряд генов имеет ассоциации с характером метаболического ответа на тренировочные нагрузки в течение годичного цикла подготовки. Выявлена достоверная взаимосвязь полиморфизма гена BDKRB2 с активностью КФК, NOS3 (a/b) - с концентрацией гемоглобина и уровнем гематокрита, AGTR1 -с активностью КФК, АСТ и АЛТ, CYP17A1 -с содержанием тестостерона и др.
Ключевые слова: спортивная генетика, полиморфизм генов, переносимость нагрузок, лыжники-гонщики,
метаболический ответ.
Abstract
This article presents results of estimation of relationship endurance training loads in the annual cycle of training with gene polymorphism of elite skiers. It is shown that some genes have association with metabolic response to training load over an annual cycle of training.
There was a significant correlation gene polymorphism BDKRB2 with CK level, NOS3 (a / b) - with hemoglobin concentration and hematocrit, AGTR1 - with the activity CK, AST and ALT levels, CYP17A1 - with testosterone concentration.
Key words: sport genetics, gene polymorphism, loads tolerance, skiers, metabolic response.
Введение
Спортивная генетика в настоящее время является одной из наиболее динамично развивающихся отраслей спортивной науки [1-3]. Определение генетической индивидуальности спортсменов позволяет прогнозировать закономерности развития тех или иных физических качеств. Обобщение передового опыта и результаты собственных исследований говорят о том, что в спорте существуют два перспективных направления использования результатов генетических исследований. Первое направление связано с совершенствованием многоуровневой системы отбора, спортивной ориентации и про-филизации. Второе направление связано с оптимизацией тренировочного процесса высококвалифицированных спортсменов. Результаты генетического исследования в комплексе с другими исследованиями могут использоваться в целях коррекции тренировочного процесса или медико-биологического обеспечения процесса подготовки спортсменов.
Следует отметить, что в настоящий момент большинство исследований в области спортивной генетики посвящено разработке первого направления, связанного с многоуровневой системой отбора, а второе - разработано в меньшей степени. Одним из подходов в разработке этого направления может быть оценка срочной реакции организма спортсмена на различные по характеру, типу и продолжительности тренировочные нагрузки, а также выявление характера долговременной адаптации организма спортсмена к специфическим для данного вида
спорта нагрузкам на этапах годичной и многолетней подготовки. Так называемые генетические маркеры переносимости тренировочных нагрузок 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.
Цель настоящего исследования - выявление ассоциации переносимости тренировочных нагрузок в годичном цикле подготовки с полиморфизмом генов, связанных с выносливостью, в лыжных гонках.
Материалы и методы
В числе генетических маркеров для лыжных гонок использован полиморфизм генов, кодирующих компоненты ренин-ангиотензиновой системы (BDKRB2, NOS3, AGT, AGTR1, АСЕ), а также полиморфизм гена CYP17A1, связанный с работой цитохрома Р450с17. Забор биоматериала для выделения ДНК осуществлялся путем соскоба клеток буккального эпителия. Молекулярногенетические исследования проводились в Институте биоорганической химии НАНБ. Определение переносимости тренировочных нагрузок проводилось в соответствии с программой учебно-тренировочных сборов в течение годичного цикла подготовки у высококвалифицированных лыжников-гонщиков, имеющих квалификацию мастера спорта международного класса (МСМК). Всего проведено 239 обследований (112 -
ФНЦ ВНИИФК
46
Медико-биологические проблемы спорта
мужчины и 127 - женщины) у восьми спортсменов (4 мужчины и 4 женщины). Забор капиллярной крови осуществлялся утром натощак до начала тренировки в начале каждого микроцикла тренировки. В крови спортсменов определяли наиболее информативные гематологические и биохимические показатели с использованием гематологического анализатора QBC (BD), спектрофотометра РМ 2111 (Республика Беларусь) и плашечного иммуноферментного анализатора “SUNRISE” (Франция).
Статистическая обработка полученных данных проводилась с помощью описательной статистики и сравнительного анализа выборок с использованием U-теста для непараметрических данных.
Результаты исследований и их обсуждение
В табл. 1-2 звездочками указано наличие статистически достоверных различий среднегрупповых данных биохимических и гематологических показателей между полиморфными вариантами соответствующих генов.
Таблица 1
Наличие достоверных различий биохимических и гематологических показателей лыжников-гонщиков с различными генотипами в годичном цикле подготовки (P<0,05)
Показатели BDKRB2 NOS3 AGT AGT2R1 CYP17A1
-9/-9 - 9/+9 bb - ab MM - MT AA - AC CC - TT CC - CT TT - CT
Лейкоциты * * *
Гемоглобин * * * *
Гематокрит * *
MCHC
Тромбоциты * * * * *
Нейтрофилы * * * * *
Лимфоциты * * * * * *
Мочевина, * * *
КФК, ед./л * * * * *
Глюкоза * * *
АСТ * * *
АЛТ * * *
Триглицериды
Кортизол
Тестостерон * * * * * * *
Т/К * * * * * *
Таблица 2
Достоверные различия биохимических и гематологических показателей лыжниц-гонщиц с различными
генотипами в годичном цикле подготовки (P < 0,05)
Показатели BDKRB2 NOS3 AGT AGT2R1 ACE
1 1 «£> «£> + 1 bb ab MM MT ММ ТТ ТТ МТ AA AC ID DD
Лейкоциты * *
Гемоглобин * *
Гематокрит * * * *
MCHC
Тромбоциты * * * *
Нейтрофилы * * *
Лимфоциты * * *
Мочевина * *
КФК, ед./л * * * * *
Глюкоза * *
АСТ * * * * * *
ФНЦ ВНИИФК
Медико-биологические проблемы спорта
47
Окончание табл. 2
Показатели BDKRB2 NOS3 AGT AGT2R1 ACE
1 1 «£> «£> + 1 bb ab MM MT ММ ТТ ТТ МТ AA AC ID DD
АЛТ * * * * * *
Триглицериды * * * *
Кортизол
Тестостерон * * * *
Т/К
Обращают на себя внимание достоверные тенденции, которые встречаются как у мужчин, так и у женщин. Так, в обеих группах обследуемых отмечается одинаковая тенденция, связанная с более высоким значением концентрации гемоглобина и уровнем гематокрита у носителей гомозиготного генотипа bb гена NOS3 по сравнению с гетерозиготным ab. Гемоглобин был достоверно выше у представителей гомозиготного генотипа и составил у женщин для генотипов bb и ab 143,4±0,9 и 132,0+1,5 г/л (P < 0,05); для мужчин - соответственно 168,9±0,6 и 162,5± 1,0 г/л (P < 0,05). Гематокрит у женщин составил 44,4±0,8% для bb-генотипа и 40,4±0,6 % - для ab-генотипа (P < 0,05), у мужчин - 50,8±0,4 и 49,6±0,4% соответственно (P < 0,05). Выявленная ассоциация аллеля b с более высоким значением гемоглобина, возможно, может служить одним из аргументов в пользу ассоциации этого аллеля с выносливостью. Следует отметить, что
по поводу ассоциации полиморфных вариантов а и b гена NOS3 с выносливостью имеющиеся литературные данные противоречивы, однако большинство исследователей отмечает более тесные корреляции аллеля b c вышеуказанным физическим качеством [1, 4, 5]. Вместе с тем имеются данные о неблагоприятном влиянии аллеля а на долговременную адаптацию человека в горных условиях [5], что может также в некоторой степени служить одним из объяснений выявленной нами взаимосвязи кислородтранспортных свойств крови с полиморфизмом гена NOS3, поскольку значительную часть тренировочных нагрузок обследуемые нами спортсмены проводили в условиях среднегорья.
Анализируя достоверные различия, связанные с полиморфизмом гена BDKRB2, следует отметить выявленную связь аллеля -9 с более высокими значениями активности КФК (рис. 1).
мужчины мужчины женщины женщины
(-9/-9)(n=26) (+9/-9) (n=86) (+9/-9)(n=95) (+9/+9)(n=32)
Рис. 1. Средние значения активности креатинфосфокиназы (ед./л) у спортсменов с различным полиморфизмом гена BDKRB2 на протяжении годичного цикла подготовки
(п - число обследований)
У мужчин значения КФК в группе с полиморфизмом -9/-9 были достоверно выше (P < 0,05), чем с -9/+9, а у женщин наблюдались более высокие значения этого фермента в группе -9/+9 по сравнению с +9/+9 (P < 0,05). Высокая экспрессия гена, связанная с отсутствием вставки (-9), характеризуется более выраженным сосудорасширяющим эффектом и в большинстве исследований ассоциируется с проявлением выносливости. Вместе с тем имеются данные об ассоциации этого аллеля с высокой эффективностью мышечного сокращения [6]. Наряду с этим полученные нами данные позволяют высказать предположение о худшей переносимости на-
грузок, связанных с активацией креатинфосфокиназного механизма энергообеспечения, и недостаточной эффективности восстановления энергообмена в мышцах у носителей аллеля (-9).
У представителей обеих групп прослеживается взаимосвязь полиморфизма гена AGT2R1 с активностью ферментов КФК, АСТ и АЛТ. В данном гене известен А1166С-полиморфизм, который сказывается на функциональной активности рецептора и осуществлении эффектов ангиотензина-II в клетке, рецепторы которого обнаружены в сердечной, легочной, почечной ткани, гипофизе, надпочечниках и артериях. В проведенном
ФНЦ ВНИИФК
48
Медико-биологические проблемы спорта
нами исследовании наличие С-аллеля ассоциируется с достоверно более высокими значениями активности этих ферментов как у мужчин, так и у женщин (P < 0,05), что, возможно, связано с худшей переносимостью нагрузок у представителей АС-генотипа. Так, например, активность КФК для АС-генотипа достоверно превышала таковую в группе АА-генотипа: у мужчин - 396,2±25,3 и 249,7±20,2 ед./л соответственно (P < 0,05), у женщин - 259,5±16,5 и 203,1±12,3 ед./л (P < 0,05). Кроме того, у мужчин с АС-генотипом отмечается достоверно более высокие значения содержания мочевины, что в сумме с другими данными также отражает более низкую переносимость тренировочных нагрузок спортсменами этого варианта полиморфизма гена AGT2R1.
Обнаружено наличие достоверных различий концентрации тестостерона среди спортсменов мужского пола с различными генотипами. Для вариантов генов, связанных с гемодинамикой, во всех случаях достоверно более высокие значения тестостерона наблюдались у представителей гетерозиготных генотипов, в которых присутствовал аллельный компонент, связанный со скоростно-силовыми качествами. Например, уровень тестостерона на протяжении годичного цикла подготовки у представителей гетерозиготного генотипа -9/+9 по гену BDKRB2 был достоверно выше, чем у генотипа -9/-9 (15,7±0,7 и 9,9±1,3 нмоль/л соответственно) (Р < 0,05). Аналогичная тенденция наблюдалась и для других генотипов. Уровни тестостерона у представителей генотипов аЬ и bb по гену NOS3 составили 16,7±0,8 и 11,7±0,9 нмоль/л соответственно (Р < 0,05), для генотипов МТ и ММ по гену AGT - 15,6±0,7 и 9,9±1,3 нмоль/л соответственно (Р < 0,05), для АС и АА по гену AGTR1 -19,3±1,2 и 12,5±0,7 нмоль/л соответственно (Р < 0,05).
Аналогичным образом наблюдается связь гетерозиготного генотипа с индексом тестостерон/кортизол (Т/К). Выявленная тенденция отражает связь аллелей +9 по BDKRB2, а по NOS3, Т по AGT, С по AGTR1 с более высоким уровнем тестостерона и анаболическим индексом, что является одним из аргументов в пользу ассоциации этих полиморфных вариантов с предрасположенностью к проявлению скоростносиловых качеств.
Имело место наличие достоверной корреляции уровня тестостерона, который в определенной степени взаимосвязан с работой цитохрома Р450с17, с полиморфизмом гена СYP17A1 у мужчин. Уровни тестостерона у представителей трех генотипов достоверно отличались друг от друга (Р < 0,05). Как видно из рис. 2, аллель С ассоциирован с более высоким уровнем тестостерона и при переходе от ТТ к СС-генотипу возрастает его содержание.
Полученные нами результаты согласуются с имеющимися литературными данными, свидетельствующими о различном уровне тестостерона у лиц, не занимающихся спортом, с различным С/Т-полиморфизмом гена СYP17A1 [7-9]. Выявленная нами ранее тенденция увеличения уровня тестостерона у спортсменов при переходе от ТТ-полиморфизма гена СYP17A1 к СС-полиморфизму [10] в данном случае подтверждается достоверными различиями на протяжении годичного периода подготовки. Наличие С-аллеля, связанное с более высоким уровнем тестостерона, обладающего анаболическим действием, и усилением синтеза белков, по-видимому, будет ассоциировано с преобладанием процессов анаболической направленности.
У спортсменов с гетерозиготным СТ-генотипом получены достоверно более низкие значения КФК и мочевины по сравнению с гомозиготными СС- и ТТ-генотипами (Р < 0,05), что свидетельствует о лучшей переносимости нагрузок спортсменами этого генотипа. Для представителей этого генотипа характерны достоверно более низкие значения содержания гемоглобина, количества тромбоцитов и лейкоцитов. С увеличением доли С-аллеля отмечено снижение процентного содержания нейтрофилов (56,8,±2,0%, 50,9±1,4% и 47,2±1,8% для ТТ-, ТС- и СС-генотипов соответственно) и увеличение лимфоцитов (40,8,±1,6%, 45,7±1,3% и 47,9±1,6% для ТТ-, ТС- и СС-генотипов соответственно).
Таким образом, полученные результаты исследования показали различную направленность адаптационных изменений под влиянием тренировочных нагрузок у спортсменов с различными вариантами полиморфизма исследуемых генов к физическим нагрузкам в годичном цикле подготовки, что позволяет определить биологи-
Рис. 2. Концентрация тестостерона (нмоль/л) у высококвалифицированных лыжников-гонщиков с различными вариантами полиморфизма гена CYP17A1 (п - число обследований)
ФНЦ ВНИИФК
Медико-биологические проблемы спорта
49
ческие основы для разработки методики управления тренировочными нагрузками спортсменов с учетом генетических данных. Полученная динамика биохимических показателей на этапах годичной подготовки позволяет давать заключение о состоянии систем энергообеспечения, переносимости тренировочных нагрузок, скорости и качестве восстановительных процессов у спортсменов
с различной генетической составляющей. Учет генетической индивидуальности в реакции организма спортсмена на различные по характеру, типу и продолжительности тренировочные нагрузки открывает перспективы индивидуализации тренировочного процесса и коррекции программ тренировки с учетом генетической детерминированности.
Литература
1. Ахметов И.И. Молекулярная генетика спорта / И.И. Ахметов: монография. - М.: Советский спорт, 2009. - 268 с.
2. Bouchard С., Hoffman P. Genetic and molecular aspects of sport performance: the encyclopedia of sports medicine an IOC medical commission publication, 2011. -V.18. - 404 p.
3. 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.
4. Kimura T. at al. NOS3 genotype-dependent correlation between blood pressure and physical activity // Hypertension. - 2003. - Vol. 61. - P. 149-200.
5. Ahsan A., Norboo T, Baig M.A., Qadar Pasha M.A. Simultaneuous selection of the wild-type genotypes of the G894T and 4B/4A polymorphisms of NOS3 associate with high-altitude adaptation // Ann. Hum. Genet. - 2005. -Vol. 69. - P. 260-267.
6. Williams A.G. at al. Bradykinin receptor gene variant and human physical performance // J. Appl. Physiol. -
2004. - Vol. 96. - P. 936-942.
7. Zmuda J.M. at al. A Common promoter variant in the cytochrome P450c17a (CYP17) gene is associated with bioavailable testosterone levels and bone size in men // J. of bone and mineral research. - 2001. - Vol. 16. -№ 5. - P. 911-917.
8. Sharp L. at al. CYP17A1 gene polymorphisms: prevalence and associations with hormone levels and related factors: a huge review // Am. J. of Epidemiology. - 2004. -Vol. 160. - № 8. - P. 729-740.
9. Abrahams E. Associations between the CYP17A1, CYPIB1, COMT and SHBG polymorphisms and serum sex hormones in post-menopausal breast cancer survivors // Breast cancer res. treat. - 2007. - Vol. 105. - № 1. -P. 45-54.
10. Гилеп И.Л., Иванчикова Н.Н., Рыбина И.Л., Гилеп А.А. Взаимосвязь структурного полиморфизма гена с биохимическими и биоэнергетическими характеристиками человека // Вестник Фонда фундаментальных исследований. - 2009. - № 4. - С. 118-125.
References
1. Akhmetov I.I. Molecular genetics of sport / I.I. Akh-
metov. - M.: Soviet sport, 2009. - 268 p.
2. Bouchard C, Hoffman P. Genetic and molecular
aspects of sport performance: the encyclopedia of sports medicine an IOC medical commission publication, 2011. -
V. 18. - 404 p.
3. Rogozkin V.A. Future of use of DNA technology in sports / V.A. Rogozkin, I.I. Akhmetov, I.V. Astratenkova // Theory and practice of physical culture. - 2006. - № 7. -P. 45-47.
4. Kimura T. at al. NOS3 genotype-dependent correlation between blood pressure and physical activity // Hypertension. - 2003. - Vol. 61. - P. 149-200.
5. Ahsan A., Norboo T, Baig M.A., Qadar Pasha M.A. Simultaneuous selection of the wild-type genotypes of the G894T and 4B/4A polymorphisms of NOS3 associate with high-altitude adaptation // Ann. Hum. Genet. - 2005. -Vol. 69. - P. 260-267.
6. Williams A.G. at al. Bradykinin receptor gene variant and human physical performance // J. Appl. Physiol. -2004. - Vol. 96. - P. 936-942.
7. Zmuda J.M. at al. A Common promoter variant in the cytochrome P450c17a (CYP17) gene is associated with bioavailable testosterone levels and bone size in men // J. of bone and mineral research. - 2001. - Vol. 16. -№ 5. - P. 911-917.
8. Sharp L. at al. CYP17A1 gene polymorphisms: prevalence and associations with hormone levels and related factors: a huge review // Am. J. of Epidemiology. - 2004. -Vol. 160. - № 8. - P. 729-740.
9. Abrahams E. Associations between the CYP17A1, CYPIB1, COMT and SHBG polymorphisms and serum sex hormones in post-menopausal breast cancer survivors // Breast cancer res. treat. - 2007. - Vol. 105. - № 1. -P. 45-54.
10. Gilep I.L., Ivanchikova N.N., Rybina I.L., Gilep A.A. The relationship of the structural gene polymorphism with biochemical and bioenergetic characteristics of human // Vestnik of Foundation for basic research. - 2009. - № 4. -P. 118-125.
ФНЦ ВНИИФК
