Ассоциация полиморфизмов генов-регуляторов с физической деятельностью, адаптацией сердечно-сосудистой системы к физическим нагрузкам и типом мышечных волокон человека
На правах рукописи
АХМЕТОВ Ильдус Ильясович
АССОЦИАЦИЯ ПОЛИМОРФИЗМОВ ГЕНОВ-РЕГУЛЯТОРОВ С ФИЗИЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬЮ, АДАПТАЦИЕЙ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ К ФИЗИЧЕСКИМ НАГРУЗКАМ И ТИПОМ МЫШЕЧНЫХ ВОЛОКОН ЧЕЛОВЕКА
14.00.51 - Восстановительная медицина, лечебная физкультура и спортивная медицина, курортология и физиотерапия
03.00.15 - Генетика
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата медицинских наук
Санкт-Петербург
2006
Работа выполнена в Федеральном государственном учреждении «Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт физической культуры».
Научные руководители:
доктор медицинский наук профессор Евдокимова Татьяна Александровна
доктор биологических наук профессор Рогозкин Виктор Алексеевич
Официальные оппоненты:
доктор медицинский наук профессор Дорничев Вячеслав Михайлович
доктор медицинских наук профессор Ларионова Валентина Ильинична
Ведущая организация:
ГОУ ВПО «Санкт-Петербургская государственная медицинская академия им. И.И.Мечникова Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию».
Защита диссертации состоится «____» ___________ 2007 г. в ____ часов на заседании диссертационного совета Д208.089.05 при ГОУ ДПО «Санкт-Петербургская медицинская академия последипломного образования Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию» по адресу: 191015, Санкт-Петербург, Кирочная ул., д. 41.
С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке ГОУ ДПО «Санкт-Петербургская медицинская академия последипломного образования Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию» по адресу: 195196, Санкт-Петербург, Заневский пр., д. 1/82.
Автореферат разослан «___» ______________ 2006 года.
Ученый секретарь диссертационного совета доктор медицинских наук профессор В.В. Кирьянова
Актуальность проблемы
Многочисленные работы свидетельствуют о наследственной предрасположенности к развитию и проявлению физических качеств человека (Rankinen et al., 2006). С углублением знаний о молекулярной структуре ДНК человека становится возможным вести поиск генетических маркеров предрасположенности к развитию и проявлению физических качеств. Согласно обнаруженным эффектам полиморфизмов генов, выделяют аллели, ассоциирующиеся с развитием и проявлением выносливости, быстроты и силы. Существуют также аллели, ограничивающие физическую деятельность человека посредством снижения или повышения экспрессии генов, изменения активности/структуры продуктов их экспрессии. Следствием такого ограничения физической деятельности в лучшем случае является прекращение роста спортивных результатов, в худшем – развитие патологических состояний, таких как, например, чрезмерная гипертрофия миокарда левого желудочка (ГМЛЖ). Так, с накоплением знаний о генетических маркерах предрасположенности к физической деятельности постепенно закладываются основы принципиально новой системы медико-генетического обеспечения физической культуры и спорта, которая позволит поднять его на более высокий уровень, внедрить в практику основы профилактической медицины и генетики, активно помогать в планировании и коррекции тренировочного процесса.
В последние годы активно изучается семейство ядерных рецепторов, активируемых пролифераторами пероксисом (PPAR), регулирующих экспрессию большинства генов, вовлеченных в жировой и углеводный обмен. В это семейство входят альфа-, гамма- и дельта-рецепторы, активируемые пролифераторами пероксисом (PPAR, PPAR, PPAR; гены, кодирующие эти белки обозначаются, соответственно, PPARA, PPARG, PPARD). В ходе исследований было выявлено, что семейство PPAR и один из их общих коактиваторов - 1-альфа-коактиватор PPAR (PGC1; обозначение гена – PGC1A) играют важнейшую роль в энергообеспечении скелетных мышц и миокарда (Lefebvre et al., 2006; Semple et al., 2006). На этом основании можно предположить, что вариации в генах семейства PPAR и в PGC1A способны повлиять на тип мышечной деятельности (состав мышечных волокон) и тип адаптации сердечно-сосудистой системы (ССС) к физическим нагрузкам.
Цель исследования заключалась в изучении ассоциации полиморфизмов генов PPARA (G/C полиморфизм 7-го интрона), PPARG (Pro12Ala), PPARD (+294T/C) и PGC1A (Gly482Ser) с предрасположенностью к выполнению физических нагрузок различной интенсивности и длительности, с развитием структурного и функционального ремоделирования ССС в ответ на физические нагрузки, а также с типом мышечных волокон человека.
Задачи исследования:
- Проанализировать полиморфные варианты генов PPARA, PPARG, PPARD и PGC1A у спортсменов и в контрольной группе.
- Определить распределение частот генотипов и аллелей генов PPARA, PPARG, PPARD, PGC1A и их комбинации у спортсменов, специализирующихся в различных видах спорта в зависимости от характера физической деятельности, и сравнить их с данными контрольной группы.
- Оценить роль полиморфизмов генов PPARA, PPARG, PPARD, PGC1A и их взаимодействие в адаптации ССС к физическим нагрузкам у спортсменов.
- Определить ассоциацию полиморфизмов генов PPARA, PPARG, PPARD и PGC1A с типом мышечных волокон в группе испытуемых.
Научная новизна. В работе впервые изучены полиморфизмы генов-регуляторов у спортсменов. Показано, что вариации генов PPARA, PPARD, PPARG и PGC1A отдельно и в сочетании друг с другом играют важную роль в естественном спортивном отборе и могут влиять на успешность соревновательной деятельности. Данные о предрасположенности к определенной физической деятельности были подкреплены корреляцией между полиморфизмами генов и типом адаптации ССС к физическим нагрузкам различного характера, а также между составом мышечных волокон. При изучении полиморфизмов генов-регуляторов, впервые из них выделены генетические маркеры, ассоциируемые с риском развития ГМЛЖ у спортсменов.
Практическая значимость. Анализ полиморфизмов генов PPARA, PPARD, PPARG и PGC1A можно рекомендовать в качестве диагностического комплекса для оценки предрасположенности к развитию и проявлению физических качеств человека и риска развития чрезмерной ГМЛЖ в ответ на физические нагрузки различного характера, а также для косвенной оценки состава мышечных волокон в новой системе медико-генетического обеспечения физической культуры и спорта. Предлагаемый алгоритм исследований с использованием комплексного анализа может быть применен для обнаружения значимых генетических маркеров предрасположенности к физической деятельности.
Основные положения, выносимые на защиту
- Полиморфизмы генов PPARA, PPARG, PPARD и PGC1A ассоциируются с физической деятельностью человека: частота PPARA G, PPARG Ala, PPARD C и PGC1A Gly аллелей значимо выше в группе спортсменов, занимающихся видами спорта с преимущественным проявлением выносливости по сравнению с контрольной группой, в то время как частота PPARA C, PPARD C и PPARG Ala аллелей превалирует в группе спортсменов, занимающихся скоростно-силовыми видами спорта. На этом основании PPARA G и PGC1A Gly аллели можно рассматривать как маркеры предрасположенности к развитию и проявлению выносливости, а PPARA C аллель – как маркер предрасположенности к развитию и проявлению скоростно-силовых качеств. С другой стороны, предполагается, что носительство PPARG Ala и PPARD C аллелей дает преимущество во всех видах физической деятельности, поскольку в первом случае связано с повышением чувствительности мышечной ткани к инсулину, а в другом случае - с увеличением утилизации жирных кислот.
- Носительство PPARA C и PPARD C аллелей, а также в комплексе с PPARG Pro и PGC1A Ser аллелями ассоциируется с риском развития ГМЛЖ, а носительство PPARA C и PPARG Pro аллелей - с гиперкинетическим типом кровообращения у спортсменов. Таким образом, PPARA C, PPARG Pro, PPARD C и PGC1A Ser аллели являются факторами, ограничивающими кардиореспираторную выносливость; носителям этих аллелей не рекомендуется заниматься циклическими видами спорта с преимущественным проявлением выносливости.
- Полиморфизмы генов PPARA, PPARD, PPARG и PGC1A связаны с типом мышечных волокон. Аллелями, ассоциированными с преобладанием медленных мышечных волокон (МВ) можно считать PPARA G, PPARG Ala, PPARD C и PGC1A Gly аллели; и, наоборот, аллелями, ассоциированными с преобладанием быстрых мышечных волокон (БВ) можно считать PPARA C, PPARG Pro, PPARD T и PGC1A Ser аллели. Такая корреляция полиморфизмов генов с типами мышечных волокон в некоторой степени объясняет связь аллелей с предрасположенностью к развитию и проявлению выносливости или скоростно-силовых качеств.
Внедрение результатов. Результаты научного исследования внедрены в практику спортивной ориентации и многолетней подготовки спортсменов СДЮШОР №2 по лыжному спорту Невского района г. Санкт-Петербурга и спортсменов ШИОР по велосипедному спорту г. Сестрорецка.
Личный вклад автора. Автором лично выполнены весь объем молекулярно-генетической диагностики (забор биологического материала, выделение ДНК из эпителиальных клеток, анализ полиморфизма длин рестрикционных фрагментов), анализ и обработка полученных результатов.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были представлены на X и XI конгрессах Европейского колледжа спортивных наук (2005 г., Белград, Сербия и Черногория; 2006 г., Лозанна, Швейцария), II Международной конференции «Молекулярная медицина и биобезопасность» (Москва, 2005 г.), III Всероссийской конференции «Дети России образованы и здоровы» (Москва, 2005 г.), IX Международном конгрессе «Олимпийский спорт и спорт для всех» (Киев, Украина, 2005 г.), IX Всероссийской конференции «Человек и его здоровье» (Санкт-Петербург, 2006) и ежегодных конференциях аспирантов ФГУ СПбНИИФК (2005, 2006 гг.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 23 печатных работы, в том числе 4 работы в изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, результатов, обсуждения, выводов, практических рекомендаций и списка литературы. Текст диссертации изложен на 149 страницах, содержит 21 рисунок и 27 таблиц. Список литературы включает 176 источников отечественных и иностранных авторов.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Материалы и методы исследования
В исследовании приняло участие 2364 человека, из которых 1034 являлись спортсменами различной специализации и квалификации (283 женщины 19,5±0,2 лет, 751 мужчин 20,3±0,2 лет), 55 человек входили в группу испытуемых (мужчины 22±0,4 года) и 1275 человек (754 женщины и 521 мужчин) относились к контрольной группе.
В соответствии с типом энергообеспечения соревновательной нагрузки, спортсмены относились к одной из четырех групп: I) виды спорта с преимущественным проявлением выносливости (n=296; условно – «стайеры»); II) виды спорта с преимущественным проявлением скоростной/силовой выносливости (n=359); III) виды спорта с проявлением смешанных качеств переменной мощности (n=191); IV) виды спорта с преимущественным проявлением скорости и силы (n=188; условно – «спринтеры»). В дальнейшем 77 спортсменов (43 мужчины и 34 женщины) прошли эхокардиографическое обследование.
Для молекулярно-генетического анализа использовали образцы ДНК испытуемых, выделенных методом щелочной экстракции или сорбентным методом, в зависимости от способа забора биологического материала (смыв либо соскоб эпителиальных клеток ротовой полости). Генотипирование осуществляли с помощью анализа полиморфизма длин рестрикционных фрагментов (ПДРФ). Для определения каждого полиморфизма генов использовали двухпраймерную систему (для PPARA: прямой праймер (п.п.) - 5'-ACAATCACTCCTTAAATATggTgg-3'; обратный праймер (о.п.) – 5'-AAgTAggg ACAgACAggACCAgTA-3'; для PPARG: п.п. - 5'-gCCAATTCAAgCCCAgTC-3' и о.п. – 5'-gATATgTTTgCAgACAgTgTATCAgTgAAggAATCgCTTTCCg-3'; для PPARD: п.п. - 5'-CATggTATAgCACTgCAggAA-3' и о.п. – 5'-CTTCCTCCTgTggC TgCTC-3'; для PGC1A: п.п. - 5'-gAgCCgAgCTgAACAAgCAC-3' и о.п. – 5'-ggAgA CACATTgAACAATgAATAggATTg-3'). Для выявления однонуклеотидных замен ампликоны инкубировали вместе с эндонуклеазами рестрикции (для PPARA - Taq I, для PPARG - Bsh1236I, для PPARD - Bsс4 I, для PGC1A – MspI). Анализ длин рестрикционных продуктов проводился электрофоретическим разделением в 8% полиакриламидном геле с последующей окраской бромистым этидием и визуализацией в проходящем ультрафиолетовом свете.
Эхокардиографическая оценка морфо-функционального ремоделирования миокарда спортсменов проводилась на ультразвуковом сканере Aloka-3500 сотрудниками Института медико-биологических проблем РАН (Москва) под руководством Линде Е.В. Определяли толщину межжелудочковой перегородки в диастолу (МЖП, см), толщину задней стенки ЛЖ в диастолу (ЗСЛЖ, см), конечно-диастолический размер ЛЖ (КДРЛЖ, см), конечно-систолический размер ЛЖ (КСРЛЖ, см), конечно-диастолический объем ЛЖ (КДОЛЖ, мл), конечно-систолический объем ЛЖ (КСОЛЖ, мл), массу миокарда ЛЖ (ММЛЖ, г), индекс ММЛЖ (ИММЛЖ), ударный объем в покое (УО, мл), ударный индекс (УИ, мл/м2) и минутный объем кровообращения в покое (МОК, л). Для оценки геометрии полости ЛЖ рассчитывалась относительная толщина миокарда (ОТМ, ед.) в соответствии с формулой: ОТМ = 2*ЗСЛЖ/КДРЛЖ (ед.). Типы ремоделирования миокарда левого желудочка оценивали по Devereux (1995). Тип кровообращения выявляли на основании показателя сердечного индекса (СИ, л/(мин·м2)). Эукинетический тип кровообращения соответствовал значениям СИ – 3-3,9, л/(мин·м2) для мужчин и 2,5-3,5 л/(мин·м2) для женщин. При величинах ниже или выше указанных, тип кровообращения оценивался соответственно, как гипокинетический или гиперкинетический.
Биопсия скелетных мышц из m. vastus lateralis у физически активных молодых мужчин проводилась сотрудниками Института медико-биологических проблем РАН (Москва) (Любаева Е.В., Таракин П.П., Шенкман Б.С.). Для иммуногистохимического выявления изоформ ТЦМ использовали иммунопероксидазную технику. Применяли антитела против медленных и быстрых цепей миозина (Novocastra Laboratories).
Статистическую обработку данных проводили с использованием критериев 2, Фишера и Спирмена (с применением компьютерных программ “Statistica 6.0” и “GraphPad InStat”). Различия считались значимыми при P<0.05.
Результаты собственных исследований
1. Результаты генотипирования в контрольной группе и у спортсменов. 1.1. Распределение генотипов и аллелей по PPARA.
Частота PPARA C аллеля в контрольной выборке составила 16,8%, при этом она не отличалась от частоты в совокупной группе спортсменов (16,9%, P=0.95). При распределении спортсменов на 4 группы с учетом проявления необходимых физических качеств (выносливость, скоростная/силовая выносливость, смешанные качества и скоростно-силовые качества), наблюдалась линейная зависимость в частоте C аллеля (10,5% 14,9% 22,8% 25,0%; 2=44.8, P<0.0001) при переходе от выраженной выносливости к преимущественному проявлению скоростно-силовых качеств (табл. 1.). Так, частота C аллеля была значимо ниже у стайеров (10,5% против 16,8%; P=0.0002) и значимо выше в группе спортсменов, занимающихся видами спорта с проявлением смешанных качеств переменной мощности (22,8% против 16,8%; P=0.005), а также у спринтеров (25,0% против 16,8%; P=0.0002) по сравнению с контрольной группой. При оценке распределения частот аллелей в зависимости от спортивной квалификации было обнаружено, что у стайеров частота C аллеля снижается с ростом квалификации (КМС (n=86) – 13,4%, МС (n=36) – 12,5%, МСМК+ЗМС (n=15) – 3,3%), а в группе спринтеров частота C аллеля наоборот повышается (КМС (n=54) – 22,2%, МС (n=73) – 21,9%, МСМК+ЗМС (n=11) – 27,3%).
Таблица 1.
Распределение частот генотипов и аллелей по гену PPARA у спортсменов и в контрольной группе.
Группа | Вид спорта | n | Генотипы, % | P1 | Аллель С, % | P2 | ||
GG | GC | CC | ||||||
I | Биатлон | 33 | 72,7 | 27,3 | 0 | 0.6 | 13,6 | 0.6 |
Велошоссе | 66 | 77,3 | 19,7 | 3,0 | 0.33 | 12,8 | 0.28 | |
Коньки (3-10 км) | 8 | 100 | 0 | 0 | 0.16 | 0 | 0.14 | |
Лыжные гонки | 134 | 82,1 | 16,4 | 1,5 | 0.007* | 9,7 | 0.003* | |
Плавание (800-1500 м) | 25 | 88,0 | 8,0 | 4,0 | 0.085 | 8,0 | 0.14 | |
Триатлон | 30 | 80,0 | 20,0 | 0 | 0.36 | 10,0 | 0.22 | |
Все | 296 | 80,7 | 17,6 | 1,7 | 0.0004* | 10,5 | 0.0002* | |
II | Академическая гребля | 214 | 76,2 | 21,5 | 2,3 | 0.11 | 13,1 | 0.06 |
Гребля на байдарке | 37 | 67,6 | 29,7 | 2,7 | 0.97 | 17,6 | 0.99 | |
Коньки многоборье | 69 | 58,0 | 39,1 | 2,9 | 0.13 | 22,5 | 0.11 | |
Плавание (200-400 м) | 30 | 83,3 | 16,7 | 0 | 0.21 | 8,3 | 0.11 | |
Шорт-трек | 9 | 77,8 | 22,2 | 0 | 0.79 | 11,1 | 0.74 | |
Все | 359 | 72,4 | 25,3 | 2,2 | 0.47 | 14,9 | 0.24 | |
III | Баскетбол | 7 | 57,1 | 28,6 | 14,3 | 0.19 | 28,6 | 0.41 |
Бокс | 24 | 75,0 | 20,8 | 4,2 | 0.7 | 14,6 | 0.82 | |
Борьба | 67 | 61,2 | 32,8 | 6,0 | 0.19 | 22,4 | 0.12 | |
Волейбол | 6 | 33,3 | 66,7 | 0 | 0.1 | 33,3 | 0.25 | |
Горнолыжный спорт | 14 | 71,4 | 28,6 | 0 | 0.81 | 14,3 | 0.91 | |
Гребной слалом | 9 | 33,3 | 55,6 | 11,1 | 0.
045* | 38,9 | 0.03* | |
Настольный теннис | 5 | 80,0 | 20,0 | 0 | 0.33 | 10,0 | 0.87 | |
Современное пятиборье | 19 | 68,4 | 21,1 | 10,5 | 0.12 | 21,1 | 0.63 | |
Теннис | 15 | 66,7 | 20,0 | 13,3 | 0.052 | 23,3 | 0.66 | |
Футбол | 11 | 45,4 | 27,3 | 27,3 | 0.0001* | 40,9 | 0.006* | |
Хоккей с шайбой | 14 | 71,4 | 14,3 | 14,3 | 0.028* | 21,4 | 0.69 | |
Все | 191 | 62,8 | 28,8 | 8,4 | 0.0004* | 22,8 | 0.005* | |
IV | Бег (60-400 м) | 75 | 58,7 | 38,7 | 2,6 | 0.13 | 22,0 | 0.12 |
Коньки (500-1000 м) | 27 | 59,3 | 40,7 | 0 | 0.26 | 20,4 | 0.61 | |
Плавание (50-100 м) | 31 | 38,7 | 45,2 | 16,1 | 0.0001* | 38,7 | 0.0001* | |
Тяжелая атлетика | 55 | 60,0 | 32,7 | 7,3 | 0.1 | 23,6 | 0.08 | |
Все | 188 | 55,8 | 38,3 | 5,9 | 0.0006* | 25,0 | 0.0002* | |
Все спортсмены | 1034 | 70,0 | 26,1 | 3,9 | 0.26 | 16,9 | 0.95 | |
Контрольная группа | 1275 | 69,2 | 28,0 | 2,8 | 1.000 | 16,8 | 1.000 |
*P<0.05, статистически значимые различия между группами спортсменов и контрольной группой (по критерию хи-квадрат или точному тесту Фишера). P1 - значение P при сравнении генотипов, P2 - при сравнении аллелей.
На основании выявленных различий в частоте генотипов и аллелей гена PPARA между выборками спортсменов и контрольной группой, можно предположить, что G аллель дает преимущество в развитии и проявлении выносливости, в то время как C аллель благоприятен для развития и проявления скоростно-силовых качеств. Эти предположения находят поддержку в гипотезе об ассоциации G аллеля с преобладанием аэробного, а C аллеля – с преобладанием анаэробного метаболизма (Jamshidi et al., 2002).
1.2. Распределение генотипов и аллелей по PPARG.
Частота PPARG Ala аллеля в группе спортсменов (n=356) была незначительно выше, чем в контрольной выборке (20,5% против 15,8%; P=0.061). При распределении спортсменов на 4 группы только в группе спринтеров обнаружено значимое преобладание частоты Ala аллеля по сравнению с контрольной группой (32,5% против 15,8; P<0.0001) (табл. 2.).
Таблица 2.
Распределение частот генотипов и аллелей по гену PPARG у спортсменов и в контрольной группе.
Группа | Вид спорта | n | Генотипы, % | P1 | Аллель Ala, % | P2 | ||
Pro/Pro | Pro/Ala | Ala/Ala | ||||||
I | Биатлон | 6 | 83,3 | 16,7 | 0 | 0.77 | 8,3 | 0.7 |
Велошоссе | 35 | 77,1 | 22,9 | 0 | 0.56 | 11,4 | 0.46 | |
Коньки (3-10 км) | 5 | 80,0 | 20,0 | 0 | 0.87 | 10,0 | 1.00 | |
Лыжные гонки | 17 | 64,7 | 35,3 | 0 | 0.67 | 17,6 | 0.8 | |
Плавание (800-1500 м) | 2 | 50,0 | 50,0 | 0 | 0.76 | 25,0 | 0.5 | |
Триатлон | 16 | 62,5 | 37,5 | 0 | 0.59 | 18,8 | 0.61 | |
Все | 81 | 71,6 | 28,4 | 0 | 0.41 | 14,2 | 0.69 | |
II | Академическая гребля | 93 | 64,5 | 33,3 | 2,2 | 0.57 | 18,8 | 0.4 |
Гребля на байдарке | 6 | 66,7 | 33,3 | 0 | 0.89 | 16,7 | 1.00 | |
Коньки многоборье | 51 | 68,6 | 25,5 | 5,9 | 0.37 | 18,6 | 0.55 | |
Плавание (200-400 м) | 6 | 50,0 | 33,3 | 16,7 | 0.07 | 33,3 | 0.11 | |
Все | 156 | 65,4 | 30,8 | 3,8 | 0.46 | 19,2 | 0.26 | |
III | Баскетбол | 3 | 100 | 0 | 0 | 0.53 | 0 | 0.59 |
Бокс | 4 | 100 | 0 | 0 | 0.44 | 0 | 0.61 | |
Борьба | 11 | 81,8 | 18,2 | 0 | 0.69 | 9,1 | 0.55 | |
Волейбол | 2 | 100 | 0 | 0 | 0.66 | 0 | 1.00 | |
Гребной слалом | 5 | 40,0 | 60,0 | 0 | 0.37 | 30,0 | 0.2 | |
Настольный теннис | 3 | 66,7 | 33,3 | 0 | 0.94 | 16,7 | 1.00 | |
Современное пятиборье | 3 | 33,3 | 33,3 | 33,3 | 0.003* | 50,0 | 0.057 | |
Теннис | 7 | 57,1 | 42,9 | 0 | 0.63 | 21,4 | 0.48 | |
Футбол | 3 | 100 | 0 | 0 | 0.53 | 0 | 0.59 | |
Все | 41 | 73,2 | 24,4 | 2,4 | 0.92 | 14,6 | 0.86 | |
IV | Бег (60-400 м) | 18 | 44,5 | 33,3 | 22,2 | 0.0001* | 38,9 | 0.002* |
Коньки (500-1000 м) | 17 | 41,2 | 52,9 | 5,9 | 0.041* | 32,4 | 0.028* | |
Плавание (50-100 м) | 10 | 80,0 | 10,0 | 10,0 | 0.17 | 15,0 | 1.000 | |
Тяжелая атлетика | 33 | 39,4 | 51,5 | 9,1 | 0.001* | 34,8 | 0.0005* | |
Все | 78 | 46,2 | 42,3 | 12 | 0.0001* | 32,7 | 0.0001* | |
Все спортсмены | 356 | 63,5 | 32 | 4,5 | 0.15 | 20,5 | 0.061 | |
Контрольная группа | 187 | 70,6 | 27,3 | 2,1 | 1.000 | 15,8 | 1.000 |
*P<0.05, статистически значимые различия между группами спортсменов и контрольной группой (по критерию хи-квадрат или точному тесту Фишера).
При оценке распределения частот аллелей в зависимости от спортивной квалификации было обнаружено, что в группе стайеров частота Ala аллеля повышается с ростом квалификации (КМС (n=15) – 6,7%, МС (n=29) – 15,5%, МСМК (n=9) – 22,2%, ЗМС (n=3) – 33,3%; 2=4.7, P=0.029). Она также повышается в группе спортсменов, занимающихся видами спорта с проявлением смешанных качеств переменной мощности (КМС (n=6) – 0%, МС (n=21) – 21,4%, МСМК (n=4) – 25,0%, ЗМС (n=1) – 50,0%; 2=3.8, P=0.05) и у спринтеров (КМС (n=2) – 0%, МС (n=62) – 33,9%, МСМК (n=7) – 42,9%, ЗМС (n=3) – 50,0%; 2=2.8, P=0.09).
Полученные результаты позволяют сделать предположение, что носительство PPARG Ala аллеля, повышающее чувствительность к инсулину (Jacob et al., 2000), а значит, усиливающее его анаболическое действие на скелетные мышцы, предрасполагает к развитию и проявлению скоростно-силовых качеств. По-видимому, Ala аллель также благоприятствует развитию и проявлению выносливости, поскольку у высококвалифицированных стайеров отмечена высокая частота Ala аллеля по сравнению с менее квалифицированными спортсменами. Это может быть связано с влиянием повышенной чувствительности инсулина на гипертрофию как медленных, так и быстрых мышечных волокон.
1.3. Распределение генотипов и аллелей по PPARD
Частота PPARD C аллеля в группе спортсменов (n=508) была значимо выше, чем в контрольной выборке (16,9% против 10,3%; P<0.0001). При распределении спортсменов на 4 группы только в группе спортсменов, занимающихся видами спорта с проявлением смешанных качеств переменной мощности, не было обнаружено статистически значимых различий в частоте C аллеля по сравнению с контрольной группой (13,8% против 10,3; P=0.25). В остальных случаях частота C аллеля была значимо выше (I группа – 21,4%, P<0.0001; II группа – 14,8%, P=0.01; IV группа – 17,0%, P=0.004) (табл. 3.).
При оценке распределения частот аллелей в зависимости от спортивной квалификации было обнаружено, что в группе стайеров, частота PPARD C аллеля повышается с ростом квалификации (КМС+МС (n=80) – 15,0%, МСМК (n=6) – 25,0%).
Таким образом, полученные результаты позволяют сделать предположение, что носительство PPARD C аллеля, ассоциирующееся с повышенной экспрессией самого транскрипционного фактора, а значит, и с увеличением окисления ЖК (Skogsberg et al., 2003), благоприятствует развитию и проявлению качества выносливости. В пользу данной гипотезы свидетельствует высокая частота C аллеля у стайеров и ее повышение с ростом спортивной квалификации. Возможно, C аллель также дает преимущество в развитии и проявлении скоростно-силовых качеств, что может быть связано с повышением локальной физической работоспособности.
Таблица 3.
Распределение частот генотипов и аллелей по гену PPARD у спортсменов и в контрольной группе.
Группа | Вид спорта | n | Генотипы, % | P1 | Аллель С, % | P2 | ||
TT | TC | CC | ||||||
I | Биатлон | 3 | 33,3 | 66,7 | 0 | 0.09 | 33,3 | 0.12 |
Велошоссе | 45 | 64,4 | 26,7 | 8,9 | 0.0001* | 22,2 | 0.0007* | |
Коньки (3-10 км) | 5 | 80,0 | 0 | 20,0 | 0.0004* | 20,0 | 0.27 | |
Лыжные гонки | 52 | 59,6 | 32,7 | 7,7 | 0.0001* | 24,0 | 0.0001* | |
Плавание (800-1500 м) | 7 | 100 | 0 | 0 | 0. | 0 | 0.38 | |
Триатлон | 26 | 69,2 | 23,1 | 7,7 | 0.009* | 19,2 | 0.06 | |
Все | 138 | 65,2 | 26,8 | 8,0 | 0.0001* | 21,4 | 0.0001* | |
II | Академическая гребля | 118 | 69,5 | 28 | 2,5 | 0.014* | 16,5 | 0.005* |
Гребля на байдарке | 4 | 100 | 0 | 0 | 0.61 | 0 | 1.00 | |
Коньки многоборье | 59 | 71,2 | 27,1 | 1,7 | 0.21 | 15,3 | 0.11 | |
Плавание (200-400 м) | 11 | 100 | 0 | 0 | 0.26 | 0 | 0.15 | |
Все | 192 | 72,4 | 25,5 | 2,1 | 0.032* | 14,8 | 0.01* | |
III | Баскетбол | 2 | 100 | 0 | 0 | 0.78 | 0 | 1.00 |
Бокс | 4 | 100 | 0 | 0 | 0.61 | 0 | 1.00 | |
Борьба | 42 | 66,7 | 31 | 2,3 | 0.08 | 17,9 | 0.041* | |
Настольный теннис | 3 | 66,7 | 33,3 | 0 | 0.78 | 16,7 | 0.48 | |
Теннис | 12 | 75,0 | 25,0 | 0 | 0.78 | 12,5 | 0.73 | |
Футбол | 3 | 100 | 0 | 0 | 0.69 | 0 | 1.00 | |
Хоккей с шайбой | 3 | 100 | 0 | 0 | 0.69 | 0 | 1.00 | |
Все | 69 | 73,9 | 24,6 | 1,5 | 0.4 | 13,8 | 0.25 | |
IV | Бег (60-400 м) | 37 | 78,4 | 21,6 | 0 | 0.72 | 10,8 | 0.87 |
Коньки (500-1000 м) | 20 | 60,0 | 35,0 | 5,0 | 0.039* | 22,5 | 0.025* | |
Плавание (50-100 м) | 7 | 42,8 | 28,6 | 28,6 | 0.0001* | 42,9 | 0.002* | |
Тяжелая атлетика | 45 | 71,1 | 26,7 | 2,2 | 0.27 | 15,6 | 0.15 | |
Все | 109 | 69,7 | 26,6 | 3,7 | 0.008* | 17,0 | 0.004* | |
Все спортсмены | 508 | 70,1 | 26,0 | 3,9 | 0.0001* | 16,9 | 0.0001* | |
Контрольная группа | 985 | 80,6 | 18,3 | 1,1 | 1.00 | 10,3 | 1.00 |
*P<0.05, статистически значимые различия между группами спортсменов и контрольной группой (по критерию хи-квадрат или точному тесту Фишера).
1.4. Распределение генотипов и аллелей по PGC1A
Частота Ser аллеля в группе спортсменов (n=795) была значимо ниже, чем в контрольной выборке (28,9% против 36,2%; P=0.0002). Во всех группах, кроме спринтеров частота Ser аллеля была значимо ниже по сравнению с контрольной группой (I группа – 27,6%, P=0.003; II группа – 28,1%, P=0.001; III группа – 23,5%, P=0.0003) (табл. 4.).
При оценке распределения частот аллелей в зависимости от спортивной квалификации было обнаружено, что в группе спортсменов, занимающихся видами спорта с преимущественным проявлением скоростной/силовой выносливости, частота PGC1A Ser аллеля снижается с ростом квалификации (КМС+МС (n=236) – 29,7%, МСМК+ЗМС (n=30) – 21,7%).
Таблица 4.
Распределение частот генотипов и аллелей по гену PGC1A у спортсменов и в контрольной группе.
Группа | Вид спорта | n | Генотипы, % | P1 | Аллель Ser, % | P2 | ||
Gly/Gly | Gly/Ser | Ser/Ser | ||||||
I | Биатлон | 33 | 54,5 | 39,4 | 6,1 | 0.22 | 25,8 | 0.11 |
Велошоссе | 35 | 42,9 | 51,4 | 5,7 | 0.45 | 31,4 | 0.44 | |
Коньки (3-10 км) | 6 | 33,3 | 50 | 16,7 | 0.92 | 41,7 | 0.76 | |
Лыжные гонки | 72 | 48,6 | 43,1 | 8,3 | 0.33 | 29,9 | 0.15 | |
Плавание (800-1500 м) | 20 | 75,0 | 20,0 | 5,0 | 0.009* | 15,0 | 0.006* | |
Триатлон | 30 | 56,7 | 36,7 | 6,6 | 0.19 | 25,0 | 0.09 | |
Все | 196 | 52,1 | 40,8 | 7,1 | 0.01* | 27,6 | 0.003* | |
II | Академическая гребля | 184 | 53,3 | 41,3 | 5,4 | 0.002* | 26,1 | 0.0006* |
Гребля на байдарке | 36 | 52,8 | 41,7 | 5,5 | 0.24 | 26,4 | 0.09 | |
Коньки многоборье | 67 | 40,3 | 52,2 | 7,5 | 0.4 | 33,6 | 0.63 | |
Плавание (200-400 м) | 24 | 54,2 | 29,2 | 16,6 | 0.24 | 31,3 | 0.54 | |
Все | 311 | 50,5 | 42,8 | 6,7 | 0.0036* | 28,1 | 0.001* | |
III | Баскетбол | 2 | 50,0 | 50,0 | 0 | 0.85 | 25,0 | 1.00 |
Бокс | 19 | 78,9 | 21,1 | 0 | 0.003* | 10,5 | 0.0008* | |
Борьба | 60 | 50,0 | 40,0 | 10,0 | 0.37 | 30,0 | 0.18 | |
Волейбол | 1 | 100 | 0 | 0 | 0.48 | 0 | 0.53 | |
Горнолыжный спорт | 2 | 50,0 | 0 | 50,0 | 0.21 | 50,0 | 0.62 | |
Настольный теннис | 3 | 33,3 | 66,7 | 0 | 0.71 | 33,3 | 1.00 | |
Теннис | 12 | 66,7 | 33,3 | 0 | 0.14 | 16,7 | 0.05* | |
Футбол | 4 | 75,0 | 25,0 | 0 | 0.35 | 12,5 | 0.27 | |
Хоккей с шайбой | 12 | 66,7 | 33,3 | 0 | 0.14 | 16,7 | 0.05* | |
Все | 115 | 59,1 | 34,8 | 6,1 | 0.001* | 23,5 | 0.0003* | |
IV | Бег (60-400 м) | 74 | 29,7 | 58,1 | 12,2 | 0.16 | 41,2 | 0.27 |
Коньки (500-1000 м) | 26 | 50,0 | 42,3 | 7,7 | 0.55 | 28,8 | 0.3 | |
Плавание (50-100 м) | 20 | 45,0 | 45,0 | 10,0 | 0.89 | 32,5 | 0.74 | |
Тяжелая атлетика | 53 | 45,3 | 47,2 | 7,5 | 0.5 | 31,1 | 0.33 | |
Все | 173 | 39,3 | 50,9 | 9,8 | 0.47 | 35,3 | 0.79 | |
Все спортсмены | 795 | 49,7 | 42,9 | 7,4 | 0.0006* | 28,9 | 0.0002* | |
Контрольная группа | 425 | 40,5 | 46,6 | 12,9 | 1.000 | 36,2 | 1.00 |
*P<0.05, статистически значимые различия между группами спортсменов и контрольной группой (по критерию хи-квадрат или точному тесту Фишера).
Полученные результаты подтвердили данные Lucia et al. (2005) о том, что частота PGC1A Ser аллеля значимо ниже в группе элитных стайеров по сравнению с контрольной группой, а Gly аллель ассоциируется с повышенными показателями максимального потребления кислорода. Поскольку Ser аллель ассоциируется со снижением экспрессии гена PGC1A (Ling et al., 2004), то это также влияет на окислительные процессы и митохондриальный биогенез в клетках, а значит, снижает аэробный потенциал организма.
1.5. Комплексный анализ по результатам генотипирования
Для комплексного анализа ассоциаций нескольких генов с физической деятельностью человека могут быть использованы различные подходы. Один из них предполагает выявление наиболее часто встречающихся комбинаций генотипов среди спортсменов и в контрольной группе. Так, в совокупной выборке спортсменов (n=793) самой частой комбинацией по генам PPARA-PGC1A являлась комбинация GG-Gly/Gly (34,3%), а в контрольной группе - GG-Gly/Ser (31,1%), при этом частота комбинации GG-Gly/Gly в группе спортсменов была значимо выше, чем в контрольной выборке (34,3% против 28,5; P=0.039). В I и III группах частота комбинации GG-Gly/Gly, которую можно определить как комбинацию, наиболее благоприятную для развития и проявления выносливости, была значимо выше (I - 41,3% против 28,5%, P=0.0017; III – 40,9% против 28,5%, P=0.012), чем в контрольной группе.
Второй подход, который можно использовать для комплексной оценки ассоциации изучаемых полиморфизмов генов, основан на суммировании аллелей, одинаково влияющих на какое-либо физическое качество. Если принять PPARA G, PPARD C и PGC1A Gly аллели в качестве аллелей, благоприятствующих развитию и проявлению выносливости («аллели выносливости»), а PPARA C, PPARG Ala и PPARD C аллели как «аллели скорости/силы», то представляется возможным проведение сравнений частоты этих групп аллелей между спортсменами и контрольной группой. В целом, в совокупной выборке спортсменов частота аллелей, как выносливости (56,9% против 51,5%; P=0.0012), так и скорости/силы (17,3% против 13,8%; P=0.017), была значимо выше, чем в контрольной группе. При распределении спортсменов на 4 группы наблюдалась линейная зависимость в частоте аллелей выносливости (60,1% 56,5% 55,5% 54,6%; 2=3,9, P=0.047) и аллелей скорости/силы (14,0% 16,3% 15,1% 23,5%; 2=13.1, P=0.0003) при переходе от выраженной выносливости к преимущественному проявлению скоростно-силовых качеств.
2. Ассоциация полиморфизмов генов с эхокардиографическими показателями у спортсменов
77 спортсменов, специализирующихся в академической гребле (n=51) и конькобежном многоборье (n=26), приняли участие в ЭХО-КГ исследовании.
У высококвалифицированных мужчин-конькобежцев, носителей генотипа GC по PPARA, степень ГМЛЖ была значимо больше, чем у носителей генотипа GG. Об этом свидетельствуют более высокие значения ММЛЖ (363,2 (24,9) г против 292,4 (31,9) г; r=0.82, P=0.024,), ИММЛЖ (173,4 (5,4) г/м2 против 143,2 (13,6) г/м2; r=0.90, P=0.005) и МЖП (1,38 (0,13) см против 1,2 (0) см; r=0.83, P=0.034) у носителей GC генотипа.
В группе женщин-гребцов, носительниц генотипа GC по PPARA, ИММЛЖ был больше, чем у носительниц генотипа GG с уровнем значимости близким к P=0.05 (135,4 (17,2) г/м2 против 119,6 (17,7) г/м2, r=0.36, P=0.08). Одновременно с этим УИ в покое (43 (0,8) мл/м2 против 35,1 (6,6) мл/м2; r=0.52, P=0.011) и СИ в покое (2,89 (0,42) л/(мин·м2) против 2,23 (0,6) л/(мин·м2); r=0.45, P=0.031) у них был больше.
Таким образом, PPARA C аллель ассоциируется с гипертрофией миокарда у мужчин-конькобежцев и с неэкономным типом кровообращения (высокие значения УИ и СИ) у женщин-гребцов, что может препятствовать достижению высоких спортивных результатов в видах спорта на выносливость.
Анализ данных генотипирования по PPARG не выявил значимых различий между носителями генотипов Pro/Pro и Pro/Ala, как у мужчин, так и женщин, занимающихся академической греблей. Кроме того, у мужчин-гребцов, носителей генотипа Pro/Ala были обнаружены низкие показатели МОК (4,7 (1,4) л/мин против 5,8 (1,5) л/мин; r=0.34, P=0.09) и СИ (2,12 (0,5) л/(мин·м2) против 2,63 (0,66) л/(мин·м2); r=0.38, P=0.058), что может указывать на предрасположенность носителей Ala аллеля к гипокинетическому типу кровообращения.
В группе женщин-конькобежцев носительницы PPARD TC генотипа имели более высокие значения МЖП (1,2 (0) см против 0,97 (0,15) см; r=0.74, P=0.025) и ЗСЛЖ (1,3 (0) см против 1,03 (0,11) см; r=0.78, P=0.013) и, соответственно, ОТМ (0,61 (0,03) ед. против 0,44 (0,06) ед.; r=0.79, P=0.012). В группе женщин-гребцов PPARD C аллель ассоциировался с утолщением МЖП (TT – 1,09 (0,08) см, TC/CC – 1,17 (0,07) см; r=0.41, P=0.05). У мужчин-гребцов, носителей генотипов TC/CC степень ГМЛЖ была также выше, чем у носителей генотипа TT, но лишь на уровне тенденции.
Таким образом, +294T/C полиморфизм гена PPARD ассоциируется с ремоделированием ССС у женщин, занимающихся конькобежным спортом и академической греблей. Носительство PPARD C аллеля является фактором риска развития ГМЛЖ в процессе длительных физических тренировок.
Корреляционный анализ генотипических данных по PGC1A с эхокардиографическими показателями в целом не выявил каких-либо закономерностей в совокупной выборке спортсменов. Отметим лишь некоторую тенденцию к увеличению ММЛЖ, ИММЛЖ у носителей Ser аллеля в группах квалифицированных мужчин-конькобежцев и всех гребцов.
При использовании метода комплексного учета трех предполагаемых аллелей риска (PPARG Pro, PPARD C и PGC1A Ser), в группе мужчин-гребцов был обнаружен аддитивный эффект в приросте ИММЛЖ (носители 1 аллеля риска – 147,2 (9,8) г/м2, 2 аллелей – 153,6 (31,7) г/м2, 3-4 аллелей – 177 (32,4) г/м2; r=0.41, P=0.03). При учете всех четырех аллелей риска (PPARA C, PPARG Pro, PPARD C и PGC1A Ser) в группе женщин-гребцов, у носителей минимального числа аллелей риска (1-2) показатели ИММЛЖ были значимо меньше по сравнению с носителями большего (3-6) числа аллелей риска (114,6 (14,4) г/м2 против 131 (18,7) г/м2; r=0.45, P=0.028).
В группе спортсменок (n=17) с нормальной геометрией ЛЖ или концентрическим ремоделированием частота аллелей риска составила 29,1%, а в группе (n=17) с концентрической или эксцентрической гипертрофией – 41,5% (P=0.039).
Анализ по выявлению ассоциации полиморфизмов генов с типами кровообращения показал следующее. У женщин была выявлена линейная зависимость в частоте PPARA C аллеля (5,0% 20,8% 50,0%; 2=6.1, P=0.013) при переходе от гипокинетического к гиперкинетическому типу кровообращения. В группе женщин с гипокинетическим типом кровообращения также отмечена высокая частота (26,2%, P=0.0047) протективного PPARG Ala аллеля, в то время как среди женщин с эукинетическим либо гиперкинетическим типом кровообращения носительницы Ala аллеля отсутствовали.
Таким образом, впервые показана ассоциация полиморфизмов генов с типами геометрии ЛЖ и кровообращения. Носительство PPARA C, PPARG Pro, PPARD C, PGC1A Ser аллелей ассоциируется с предрасположенностью к развитию концентрической и эксцентрической гипертрофии миокарда у женщин, занимающихся академической греблей и конькобежным многоборьем. PPARA C и PPARG Pro, и в меньшей степени PGC1A Ser аллели можно рассматривать как аллели риска развития неблагоприятных для проявления выносливости типов кровообращения – эукинетического и гиперкинетического.
3. Ассоциация полиморфизмов генов с типом мышечных волокон
Корреляционный анализ выявил ассоциацию PPARA G/C и PPARD +294T/C полиморфизмов с типом мышечных волокон m. vastus lateralis. Так, средний процент МВ у носителей генотипа GG по PPARA был значимо больше, чем у носителей генотипа CC (52,0 (11,6)% против 42,1 (8,8)%; r=0.31, P=0.047), в то время как у гетерозигот этот показатель занимал промежуточное положение (48,7 (11,3)%). Кроме того, PPARD T аллель ассоциировался с большим содержанием БВ (TT - 53,9 (11,3)%, TC - 41,6 (13,0)%, CC - 42,7%; r=0.29, P=0.034). Несмотря на отсутствие статистически значимых результатов по другим данным состава мышечных волокон, необходимо отметить тенденцию к корреляции PPARG Ala (r=0.25, P=0.09), PPARD C (r=0.26, P=0.053) и PGC1A Gly (r=0.16, P=0.24) аллелей с большим процентным содержанием МВ, а PPARA C (r=0.17, P=0.22), PPARG Pro (r=0.16, P=0.23), PGC1A Ser (r=0.12, P=0.37) аллелей - с большим процентным содержанием БВ.
Для оценки сочетанного влияния полиморфизмов генов на состав мышечных волокон необходимо выделить аллели предрасположенности к высокому содержанию МВ (PPARA G, PPARG Ala, PPARD C и PGC1A Gly) и аллели предрасположенности к высокому содержанию БВ (PPARA C, PPARG Pro, PPARD T и PGC1A Ser). В этом случае, при суммировании аллелей предрасположенности к высокому содержанию МВ, была обнаружена корреляция между числом аллелей и процентным соотношением МВ (1 аллель (n=4) – 42,2 (9,9)%, 2 аллеля (n=9) – 46,5 (12,4)%, 3 аллеля (n=15) – 50,1 (10,3)%, 4 аллеля (n=21) – 50,9 (9,4)%, 5 аллелей (n=3) – 60,9 (5,8)%, 6 аллелей (n=3) – 67,8 (1,5)%; r=0.36, P=0,006) (рис. 1.).
Рис. 1. Распределение процентного соотношения МВ в m. vastus lateralis у носителей различного числа аллелей предрасположенности к высокому содержанию МВ.
C другой стороны, при суммировании аллелей предрасположенности к высокому содержанию БВ, была обнаружена корреляция между числом аллелей и процентным соотношением БВ (2-3 аллеля (n=6) – 43,6 (14,9)%, 4-5 аллелей (n=36) – 52,6 (10,4)%, 6-7 аллелей (n=13) – 57,5 (12)%; r=0.32, P=0,018) (рис. 2.).
Рис. 2. Распределение процентного соотношения БВ в m. vastus lateralis у носителей различного числа аллелей предрасположенности к высокому содержанию БВ.
46 образцов биопсии m. vastus lateralis было отобрано для дальнейшего определения площади поперечного сечения (ППС) МВ и БВ. В результате проведения корреляционного анализа выявлена ассоциация PPARG Ala аллеля с большей ППС МВ (Pro/Pro - 5103 (1049) µm2, Pro/Ala - 5836 (1049) µm2; r=0.34, P=0.02). Носители генотипа Pro/Ala также имели большую ППС БВ (Pro/Pro - 5608 (1246) µm2, Pro/Ala - 6402 (1195) µm2; r=0.26, P=0.07), чем носители генотипа Pro/Pro.
ОБСУЖДЕНИЕ
Новизна данного исследования заключалась не только в проведении комплексного анализа полиморфизмов четырех генов, но и в самом выборе вариантов генов-кандидатов. В их качестве были выбраны полиморфизмы генов-регуляторов, координирующих экспрессию десятков генов, вовлеченных в жировой и углеводный обмены. Предполагалось, что значимая вариация в гене-регуляторе по влиянию сопоставима с суммирующим эффектом многих подчиненных им рядовых генов. Исследование было организовано таким образом, что выявление ассоциации полиморфизмов генов-регуляторов с 1) проявлением физических качеств, 2) ремоделированием ССС и 3) типом мышечных волокон и при условии согласованности предлагаемой гипотезы с данными клинических исследований, позволило создать единую и обоснованную картину предрасположенности к физической деятельности человека.
Так, PPARA G аллель можно рассматривать как маркер предрасположенности к развитию и проявлению выносливости. Такое заключение основано на том, что в группе стайеров частота G аллеля значимо выше, чем в контрольной выборке и в группе спринтеров; ее частота повышается с ростом спортивной квалификации у стайеров. С другой стороны, эхокардиографическое обследование спортсменов показало, что G аллель ассоциируется со значимо низкими величинами ММЛЖ, нормальной геометрией и концентрическим ремоделированием ЛЖ по сравнению с C аллелем. Следовательно, относительно небольшие величины ММЛЖ и умеренный темп развития ГМЛЖ у спортсменов с генотипом GG по PPARA, благоприятствует развитию и проявлению кардиореспираторной выносливости. Кроме того, в нашем исследовании была обнаружена связь GG генотипа с гипокинетическим типом кровообращения, который является энергетически наиболее выгодным для проявления высокой кардиореспираторной выносливости. И, наконец, положительная корреляция G аллеля с процентным содержанием МВ в m. vastus lateralis в группе испытуемых является убедительным доказательством предрасположенности носителей GG генотипа к развитию и проявлению выраженной мышечной выносливости.
В противоположность PPARA G аллелю, PPARA C аллель выступает в роли маркера предрасположенности к развитию и проявлению скоростно-силовых качеств. Доказательство данному утверждению – значимо высокая частота C аллеля у спринтеров по сравнению с контрольной группой, а также повышение частоты C аллеля с ростом спортивной квалификации. К этому следует добавить ассоциацию C аллеля с ГМЛЖ, а также с развитием гиперкинетического типа кровообращения, который рассматривается как наиболее оптимальный тип для мгновенной мобилизации ССС при выполнении спринтерских упражнений и подъеме штанги (Дембо и Земцовский, 1989). Кроме того, в нашем исследовании показана ассоциация C аллеля с преобладанием в m. vastus lateralis быстрых мышечных волокон, что предрасполагает к развитию и проявлению скоростно-силовых качеств.
В отношении Pro12Ala полиморфизма PPARG предварительно можно говорить о предрасположенности носителей Ala аллеля к развитию и проявлению высокой физической работоспособности. Это связано со значимо высокой частотой Ala аллеля в группе спринтеров по сравнению с контрольной группой, а также с повышением частоты Ala аллеля с ростом спортивной квалификации у стайеров. Клинические данные, свидетельствующие об ассоциации Ala аллеля с повышенной чувствительностью к инсулину (Jacob et al., 2000), позволяют предположить об усилении анаболического действия инсулина на мышечную ткань, а значит, носительство Ala аллеля может давать преимущество спринтерам и тяжелоатлетам. В нашем исследовании при проведении корреляции Pro12Ala полиморфизма PPARG с площадью поперечного сечения мышечных волокон эта гипотеза нашла свое подтверждение: Ala аллель ассоциировался с большей ППС как МВ, так и БВ.
Носительство PPARD C аллеля, ассоциируемое со сверхэкспрессией PPARD, гипотетически может привести к увеличению окисления ЖК, а значит, повысить мышечную выносливость. Данное предположение подтверждается значимо более высокой частотой PPARD C аллеля у стайеров, спортсменов II группы и спринтеров по сравнению с контрольной группой. Связь C аллеля с высокой физической работоспособностью подкрепляется данными ассоциации T аллеля с преобладанием быстрых, а C аллеля – с преобладанием медленных мышечных волокон. С другой стороны, нами была обнаружена ассоциация C аллеля с риском развития ГМЛЖ у спортсменов. Таким образом, PPARD C аллель ассоциируется с высокой локальной физической работоспособностью, с другой стороны, он может выступать в виде лимитирующего фактора развития и проявления кардиореспираторной выносливости.
Результаты генотипирования спортсменов по Gly482Ser полиморфизму PGC1A подтвердили данные Lucia et al. (2005) о том, что частота PGC1A Ser аллеля значимо ниже в группе высококвалифицированных стайеров по сравнению с контрольной группой. В нашем исследовании, как у стайеров, так и спортсменов, занимающихся видами спорта с преимущественным проявлением скоростной/силовой выносливости или смешанных качеств переменной мощности, частота Ser аллеля была значимо ниже по сравнению с контрольной группой. Поскольку Ser аллель ассоциируется со снижением экспрессии PGC1A (Ling et al., 2004), то это также влияет на окислительные процессы и митохондриальный биогенез в клетках, а значит, снижает аэробный потенциал организма. В пользу данной гипотезы свидетельствует высокая частота Gly/Gly генотипа у стайеров и ее повышение с ростом спортивной квалификации, а также тенденция к ассоциации Gly аллеля с преобладанием МВ в m. vastus lateralis у мужчин.
В работе была показана возможность использования комбинационного подхода при анализе генотипических данных у спортсменов различного пола, специализаций и квалификаций. На основании сочетаний генотипов разных генов были определены генетические маркеры, ассоциированные с физической деятельностью. С другой стороны, формирование групп аллелей выносливости либо скорости/силы позволило выявить суммарный вклад отдельных полиморфизмов генов в развитие и проявление физических качеств человека. Преимущество таких подходов наглядно продемонстрировано при анализе эхокардиографических и физиологических данных.
ВЫВОДЫ
- Впервые проанализированы полиморфные варианты генов-регуляторов PPARA, PPARG, PPARD и PGC1A у российских спортсменов и в контрольной выборке. Частота редких аллелей у них составила, соответственно: по PPARA - 16,9% и 16,8%; по PPARG – 20,5% и 15,8%; по PPARD – 16,9% и 10,3%; по PGC1A – 28,9% и 36,2%. В целом, частоты редких аллелей генов в контрольной выборке не отличались от данных европейских популяций.
- На основании сравнения данных распределения частот генотипов и аллелей генов PPARA, PPARG, PPARD, PGC1A и их комбинаций у спортсменов различной специализации и квалификации и в контрольной выборке, выявлена ассоциация PPARA G и PGC1A Gly аллелей с предрасположенностью к развитию и проявлению выносливости, PPARA C аллеля – с предрасположенностью к развитию и проявлению скоростно-силовых качеств, а PPARG Ala и PPARD C аллелей – с предрасположенностью к повышенной физической работоспособности.
- Корреляционный анализ полиморфизмов генов PPARA, PPARG, PPARD и PGC1A с данными эхокардиографического обследования спортсменов показал ассоциацию PPARA C и PPARD C аллелей с риском развития гипертрофии миокарда левого желудочка, а PPARA C и PPARG Pro аллелей – с риском развития гиперкинетического типа кровообращения. При проведении комплексного анализа обнаружен аддитивный эффект PPARA C, PPARG Pro, PPARD C и PGC1A Ser аллелей на развитие выраженной гипертрофии миокарда левого желудочка.
- Обнаружена ассоциация PPARA G аллеля с преобладанием медленных мышечных волокон, а PPARD T аллеля – с преобладанием быстрых мышечных волокон в m. vastus lateralis в группе испытуемых. При комплексном учете PPARA G, PPARG Ala, PPARD C и PGC1A Gly аллелей выявлен аддитивный эффект на процентное соотношение медленных мышечных волокон и PPARA C, PPARG Pro, PPARD T и PGC1A Ser аллелей – на процентное соотношение быстрых мышечных волокон.
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
- С целью повышения эффективности медико-генетического отбора в спорте, полиморфизмы генов PPARA, PPARG, PPARD и PGC1A могут быть использованы в качестве генетических маркеров предрасположенности к физической деятельности. Носителям генотипов GG по PPARA, Gly/Gly либо Gly/Ser по PGC1A могут быть предложены занятия видами спорта с преимущественным проявлением выносливости; носителям генотипов GC либо СС по PPARA - занятия видами спорта с преимущественным проявлением скоростно-силовых качеств; носителям генотипов Pro/Ala либо Ala/Ala по PPARG, TC либо СС по PPARD - занятия любыми видами спорта.
- Носителям PPARA C аллеля следует избегать длительных физических упражнений циклического характера с большой нагрузкой на сердечно-сосудистую систему с целью предупреждения развития чрезмерной ГМЛЖ. В свою очередь носителям PPARD C аллеля рекомендуется больше развивать локальную мышечную, нежели кардиореспираторную выносливость (для профилактики развития чрезмерной ГМЛЖ).
- Предлагаемые алгоритмы исследований и комплексного анализа могут быть применены для обнаружения значимых генетических маркеров предрасположенности к физической деятельности.
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
- Ахметов И.И. Влияние генов-регуляторов на метаболизм при различных типах мышечной деятельности / И.И. Ахметов // Сб. науч. тр. аспирантов СПбНИИФК. – СПб: СПбНИИФК, 2005. - C.7-9.
- Ahmetov I.I. PPARD +294T/C polymorphism and endurance performance / I.I. Ahmetov, I. Mozhayskaya, I. Astratenkova, A. Komkova, V. Rogozkin // 10th Ann. Congr. ECSS, July 13-16, 2005, Belgrade, Serbia. – Abs. Book. - 2005. - P.54.
- Ahmetov I.I. PPARA intron 7 polymorphism and response to power training / I.I. Ahmetov, I. Astratenkova, A. Komkova, V. Rogozkin // 10th Ann. Congress ECSS, July 13-16, 2005. - Belgrade, Serbia, Abs. Book. - 2005. - P.213-214.
- Рогозкин В.А. Генетическое тестирование пловцов – новая технология спортивного совершенствования / В.А. Рогозкин, И.В. Астратенкова, И.И. Ахметов, А.И. Комкова, И.А. Корнева // Материалы III Междунар. науч. – практ. конф. «Плавание. Исследования, тренировка, гидрореабилитация», Санкт-Петербург, 14-19 сент. 2005 г. - СПб: «Плавин», 2005. - C.158-161.
- Ахметов И.И. Ассоциация полиморфизма гена PPARA с типом мышечной деятельности у спортсменов / И.И. Ахметов, И.А. Можайская, И.В. Астратенкова, А.И. Комкова, В.А. Рогозкин // Тез. докл. IX Междунар. научн. конгр. «Олимпийский спорт и спорт для всех». Киев, 20-23 сент. 2005 г. – Киев, 2005. - C.646.
- Ахметов И.И. Анализ полиморфизма гена PPARA в популяции Санкт-Петербурга / И.И. Ахметов, И.А. Можайская, И.В. Астратенкова, А.И. Комкова, В.А. Рогозкин // Тез. докл. II Междунар. конф. «Молекулярная медицина и биобезопасность». Москва, 20-21 окт. 2005 г. – М., 2005. - C.71.
- Астратенкова И.В. Разработка и применение молекулярно-генетических методов для отбора учащихся в детско-юношеские спортивные школы / И.В. Астратенкова, И.И. Ахметов, А.М. Дружевская, А.И. Комкова, О.Н. Федотовская, В.А. Рогозкин // Сб. тр. СПБНИИФК. Итог. науч. конф. Санкт-Петербург, 19-20 дек. 2005 г. - СПб., 2005. - С.113-117.
- Ахметов И.И. Влияние полиморфизмов генов на адаптационные изменения в мышечных волокнах при различных типах физических нагрузок / И.И. Ахметов // Сб. тр. СПБНИИФК. Итог. науч. конф. Санкт-Петербург, 19-20 дек. 2005 г. - СПб., 2005. - С.118-122.
- Рогозкин В.А. Применение ДНК-технологий для выявления генетической предрасположенности к физическим нагрузкам у спортсменов / В.А. Рогозкин, И.В. Астратенкова, И.И. Ахметов, А.М. Дружевская, А.И. Комкова, В.М. Лебединский, О.Н. Федотовская, М.И. Шепелева // Сб. тр. СПБНИИФК. Итог. науч. конф. Санкт-Петербург, 19-20 дек. 2005 г. - СПб., 2005. - С.134-138.
- Ахметов И.И. Значение комплексного анализа факторов генетической предрасположенности к мышечной деятельности человека / И.И. Ахметов, И.В. Астратенкова, А.М. Дружевская, А.И. Комкова, Е.В. Любаева, П.П. Таракин, А.И. Нетреба, Д.В. Попов, А.Б. Вдовина, О.Л. Виноградова, Б.С. Шенкман, В.А. Рогозкин // Медико-биологические технологии повышения работоспособности в условиях напряженных физических нагрузок. Сб. статей. - М., 2006. – С.23-38.
- Линде Е.В. Морфо-функциональное ремоделирование миокарда спортсменов и генетический полиморфизм / Е.В. Линде, И.В. Астратенкова, И.И. Ахметов, А.Б. Простова, Д.В. Попов // Медико-биологические технологии повышения работоспособности в условиях напряженных физических нагрузок. Сб. статей. - М., 2006. – С.80-96.
- Ахметов И.И. Использование ДНК-технологий для реализации концепции спортивно-ориентированного физического воспитания учащихся школ г. Набережные Челны / И.И. Ахметов, И.В. Астратенкова, А.И. Комкова, В.А. Рогозкин, В.К. Бальсевич // Физическая культура: воспитание, образование, тренировка. – 2006. - №1. – С.5-8.
- Кочергина А.А. Оптимизация тренировочного процесса юных лыжников с учетом их генетической предрасположенности / А.А. Кочергина, И.И. Ахметов // Физическая культура: воспитание, образование, тренировка. – 2006. - №1. – С.35-36.
- Можайская И.А. Изучение Pro12Ala полиморфизма гена PPARG у спортсменов / И.А. Можайская, И.И. Ахметов // Материалы IX Всерос. мед. – биол. конф. молодых исследователей «Человек и его здоровье». Санкт-Петербург, 22 апр. 2006 г. - СПб., 2006. - С.218-219.
- Ahmetov I.I. PPARA gene variation and physical performance in Russian athletes / I.I. Ahmetov, I.A. Mozhayskaya, D.M. Flavell, I.V. Astratenkova, A.I. Komkova, E.V. Lyubaeva, P.P. Tarakin, B.S. Shenkman, A.B. Vdovina, A.I. Netreba, D.V. Popov, O.L. Vinogradova, H.E. Montgomery, V.A. Rogozkin // Eur J Appl Physiol. – 2006. – V.97(1). – P.103-108.
- Ахметов И.И. Ассоциация полиморфизмов генов с типом мышечных волокон / И.И. Ахметов, И.В. Астратенкова, А.М. Дружевская, А.И. Комкова, Е.В. Любаева, П.П. Таракин, Б.С. Шенкман, В.А. Рогозкин // Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. – 2006. – Т.92. - №7. – С.883-888.
- 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.
- Ahmetov I.I. Regulation of muscle fiber type composition by gene polymorphisms / I.I. Ahmetov, A.S. Glotov, E.V. Lyubaeva, O.S. Glotov, I.V. Astratenkova, A.M. Druzhevskaya, O.N. Fedotovskaya, V.A. Rogozkin // 11th Ann. Congress ECSS, July 5-8, 2006, Lausanne, Switzerland. - Book of Abs. - 2006. - P.253.
- Dondukovskaya R.R. Physical performance, fitness and gene polymorphisms / R.R. Dondukovskaya, I.I. Ahmetov, A.A. Topanova, I.A. Mozhayskaya // 11th Ann. Congress ECSS, July 5-8, 2006, Lausanne, Switzerland. - Book of Abs. - 2006. - P.343-344.
- Ahmetov I.I. Effects of gene variants on cardiovascular system of athletes / I.I. Ahmetov, E.V. Linde, I.A. Mozhayskaya, I.V. Astratenkova, A.B. Prostova, D.V. Popov, S.S. Misina, H.E. Montgomery // 11th Ann. Congress ECSS, July 5-8, 2006, Lausanne, Switzerland. – Book of Abs. - 2006. - P.416.
- Ахметов И.И. Роль полиморфизма гена PPARA в энергетическом обеспечении мышечной деятельности спортсменов / И.И. Ахметов // Генетические, психофизические и педагогические технологии подготовки спортсменов. Сб. науч. тр. – СПб., 2006. – C.81-90.
- Можайская И.А. Ассоциация Gly482Ser полиморфизма гена PGC1A с аэробной выносливостью у спортсменов / И.А. Можайская, И.И. Ахметов // Генетические, психофизические и педагогические технологии подготовки спортсменов. Сб. науч. тр. – СПб., 2006. – C.91-94.
- Ахметов И.И. Анализ комбинаций генетических маркеров мышечной деятельности / И.И. Ахметов, И.В. Астратенкова, А.М. Дружевская, А.И. Комкова, И.А. Можайская, О.Н. Федотовская, В.А. Рогозкин // Генетические, психофизические и педагогические технологии подготовки спортсменов. Сб. науч. тр. – СПб., 2006. – C.95-102.