Молекулярно-генетические маркеры физических качеств человека

На правах рукописи

АХМЕТОВ Ильдус Ильясович МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ МАРКЕРЫ ФИЗИЧЕСКИХ КАЧЕСТВ ЧЕЛОВЕКА 03.02.07 – Генетика 14.03.11 – Восстановительная медицина, спортивная медицина, лечебная физкультура, курортология и физиотерапия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора медицинских наук

Москва 2010 2

Работа выполнена в Федеральном государственном учреждении «Санкт Петербургский научно-исследовательский институт физической культуры».

Научные консультанты: Заслуженный деятель науки РФ, доктор биологических наук, профессор Рогозкин Виктор Алексеевич доктор биологических наук, профессор Виноградова Ольга Леонидовна

Официальные оппоненты: доктор медицинских наук, профессор Петрин Александр Николаевич доктор медицинских наук Писарев Владимир Митрофанович доктор медицинских наук, профессор Смоленский Андрей Вадимович

Ведущая организация: ГОУ ВПО Российский государственный медицинский университет Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию

Защита состоится 4 октября 2010 г. в 14 часов на заседании Диссертационного совета Д 001.016.01 при Учреждении Российской академии медицинских наук Медико генетическом научном центре РАМН по адресу: 115478, Москва, ул. Москворечье, д.1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Учреждения Российской академии медицинских наук Медико-генетическом научном центре РАМН по адресу:

115478, Москва, ул. Москворечье, д.1.

Автореферат разослан «_» _ 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 001.016. по защите докторских и кандидатских диссертаций, доктор медицинских наук, профессор Зинченко Р.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Определение генетической детерминированности проявления физических качеств человека играет важную роль во многих сферах профессиональной подготовки специалистов (спортсмены, спасатели, пожарные, космонавты, сотрудники специальных подразделений Министерства обороны, Министерства внутренних дел, Федеральной службы безопасности и других ведомств). Наиболее ярко это проявляется в спорте и именно поэтому изучение генетического полиморфизма, определяющего формирование, развитие и проявление физических качеств, целесообразно изучать на спортсменах различных специализаций. Именно у них, в силу специфических особенностей энергетического обмена в организме при выполнении различных по интенсивности и длительности физических нагрузок, можно с большой долей вероятности выявить генетические детерминанты, регулирующие этот процесс.

В последнее десятилетие в связи с расшифровкой структуры генома человека появилась возможность определения генетических маркеров, ассоциированных с развитием и проявлением физических качеств, а также с биохимическими, антропометрическими и физиологическими показателями, значимыми в условиях спортивной деятельности (Рогозкин В.А. и др., 2000, 2005;

Roth S., 2007;

Weedon M.N., Frayling T.M., 2008;

Bray M.S. et al., 2009). Генетические маркеры физической работоспособности, выявляемые с помощью молекулярно-генетического анализа полиморфизма ДНК, представляют собой варианты генов, обуславливающие индивидуальные различия в развитии и проявлении фенотипических признаков.

Исследования по функциональной геномике показали сложность изучаемого явления и участия в нем многих генов. В настоящее время сделаны только первые открытия, и дальнейший путь лежит через выявление взаимосвязей генетических маркеров и физиологических показателей, определяющих проявление различных физических качеств человека. Согласно последним обобщающим данным («Карта генов физической активности человека»;

Bray M.S. et al., 2009), зарубежными специалистами обнаружены полиморфизмы 8 генов (ACE, ACTN3, ADRA2A, ADRB2, AMPD1, BDKRB2, EPAS1, PPARGC1A), ассоциированных со спортивной деятельностью. Вместе с тем, проведенные исследования не обеспечивают целостного представления о молекулярных механизмах, лежащих в основе наследственной предрасположенности человека к двигательной деятельности.

Остается неразработанной также методология поиска генетических маркеров физической работоспособности человека и их значимость в диагностике предрасположенности к выполнению физических упражнений различной направленности и длительности.

Главным преимуществом молекулярно-генетического метода выявления наследственной предрасположенности человека к двигательной деятельности является высокая информативность при оценке потенциала развития физических качеств и возможность осуществления ранней диагностики. К отличительным свойствам такой диагностики также следует отнести возможность определения наследственной предрасположенности к развитию профессиональных патологий – факторов, лимитирующих физическую работоспособность человека и ухудшающих его качество жизни.

Наличие функционально значимых ДНК-полиморфизмов в генах, участвующих в функционировании сердечно-сосудистой системы и опорно-двигательного аппарата, предполагает выявление их взаимосвязи с физическими качествами человека, развивающимися в онтогенезе под значительным влиянием среды.

Установление ассоциаций полиморфизмов данных генов с предрасположенностью к выполнению физических упражнений различной длительности и интенсивности, а также с фенотипами, значимыми в условиях спортивной деятельности, позволит разработать систему критериев прогностической оценки физических способностей человека.

Таким образом, внедрение молекулярно-генетических методов в практику профессионального отбора может существенно повысить прогностические возможности, улучшить профессиональную ориентацию в разных сферах деятельности человека и сохранить его здоровье.

Цель исследования – изучить молекулярно-генетические основы предрасположенности к двигательной деятельности, а также разработать и апробировать метод молекулярно-генетической диагностики развития физических качеств человека.

Задачи исследования:

1. Провести поиск и анализ полиморфных вариантов генов, определяющих функционирование сердечно-сосудистой системы и опорно-двигательного аппарата (HIF1A Pro582Ser, NFATC4 Gly160Ala, PPARA rs4253778 G/C, PPARG Pro12Ala, PPARD rs2016520T/C, PPARGC1A Gly482Ser, PPARGC1B Ala203Pro, PPP3R1 5I/5D, TFAM Ser12Thr, UCP2 Ala55Val, UCP3 rs1800849 C/T и VEGFA rs2010963 G/C) у спортсменов, специализирующихся в различных видах спорта в зависимости от характера двигательной деятельности и спортивной квалификации, сравнить их с данными контрольной группы, а также оценить суммарный вклад полиморфизмов генов в предрасположенность к занятиям различными видами спорта.

2. Определить ассоциацию полиморфизмов генов HIF1A, NFATC4, PPARA, PPARD, PPARG, PPARGC1A, PPARGC1B, PPP3R1, TFAM, UCP2, UCP3 и VEGFA с физической работоспособностью и силовыми показателями спортсменов, а также выявить влияние полиморфных вариантов генов на уровень двигательной подготовленности у детей 10-11 лет.

3. Установить связь полиморфизмов генов HIF1A, NFATC4, PPARA, PPARD, PPARG, PPARGC1A, PPARGC1B, PPP3R1, TFAM, UCP2, UCP3 и VEGFA с составом тела и мышечной композицией у спортсменов и в контрольной группе.

4. Выявить ассоциацию полиморфизмов генов HIF1A, NFATC4, PPARA, PPARD, PPARG, PPARGC1A, PPARGC1B, PPP3R1, TFAM, UCP2, UCP3 и VEGFA с показателями эхокардиографии у спортсменов.

5. Разработать методологию поиска генетических маркеров физической работоспособности человека и оценки их значимости.

6. Разработать принципы молекулярно-генетической диагностики наследственной предрасположенности человека к двигательной деятельности.

Научная новизна работы. Впервые разработана и апробирована молекулярно генетическая диагностика развития физических качеств человека. В работе впервые изучены полиморфизмы генов HIF1A, NFATC4, PPARA, PPARD, PPARG, PPARGC1A, PPARGC1B, PPP3R1, TFAM, UCP2, UCP3 и VEGFA у спортсменов. Показано, что вариации в этих генах ассоциированы с предрасположенностью к занятиям различными видами спорта, а также с аэробной работоспособностью, силовыми, антропометрическими, композиционными и эхокардиографическими показателями и уровнем двигательной подготовленности. Впервые установлен суммарный вклад полиморфизмов 10 генов (NFATC4, PPARA, PPARD, PPARGC1A, PPARGC1B, PPP3R1, TFAM, UCP2, UCP3 и VEGFA) в развитие и проявление качества выносливости и полиморфизмов 4 генов (HIF1A, PPARA, PPARG, PPARGC1B) в развитие и проявление скоростно-силовых качеств. Разработана методология поиска генетических маркеров физической работоспособности человека и оценки их значимости.

Практическая значимость работы. Анализ полиморфизмов генов HIF1A, NFATC4, PPARA, PPARG, PPARD, PPARGC1A, PPARGC1B, PPP3R1, TFAM, UCP2, UCP3 и VEGFA можно рекомендовать в качестве дополнительного диагностического комплекса для оценки предрасположенности к развитию и проявлению физических качеств человека. Результаты работы открывают новые возможности в разработке инновационной системы медико-генетического обеспечения физической культуры и спорта. Новая система, основанная на современных ДНК-технологиях, позволит оказывать помощь тренерам и спортивным врачам 1) в определении предрасположенности детей и подростков к конкретному виду двигательной деятельности;

2) в повышении роста спортивных показателей за счет оптимизации и коррекции тренировочного процесса;

3) в профилактике различных заболеваний, связанных с профессиональной деятельностью спортсменов. Предлагаемая методология поиска генетических маркеров физической работоспособности и оценки их значимости может быть применена в рамках научных исследований по генетике физической активности.

Основные положения, выносимые на защиту 1. В основе индивидуальных различий в проявлении признаков, значимых в условиях спортивной деятельности, помимо средовых факторов, лежат полиморфизмы генов, регулирующих метаболизм скелетных мышц и миокарда (HIF1A, NFATC4, PPARA, PPARD, PPARG, PPARGC1A, PPARGC1B, PPP3R1, TFAM, UCP2, UCP3 и VEGFA).

2. Варианты генов HIF1A, NFATC4, PPARA, PPARG, PPARD, PPARGC1A, PPARGC1B, PPP3R1, TFAM, UCP2, UCP3, VEGFA и их комбинации являются объективными маркерами физических способностей человека.

3. Полиморфизмы генов HIF1A, NFATC4, PPARA, PPARD, PPARG, PPARGC1A, PPARGC1B, PPP3R1, TFAM, UCP2, UCP3 и VEGFA оказывают суммирующее влияние на предрасположенность к занятиям различными видами спорта: чем большим числом аллелей выносливости/быстроты и силы обладает индивид, тем больше вероятность того, что он может стать выдающимся стайером/спринтером/«силовиком».

4. Проведение генотипирования по наиболее значимым полиморфизмам генов позволяет оценить степень предрасположенности к занятиям различными видами спорта, выявить слабые и сильные стороны организма, провести оптимизацию и коррекцию тренировочного процесса и питания, способствовать сохранению здоровья.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были представлены на X, XI и XII конгрессах Европейского колледжа спортивных наук (2005 г., Белград, Сербия и Черногория;

2006 г., Лозанна, Швейцария, 2007 г., Ювяскюля, Финляндия), V съезде Российского общества медицинских генетиков (Уфа, 2005);

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) итоговых конференциях ФГУ «СПбНИИФК» (2005, 2006 гг.), V Международной конференции по силовой тренировке (2006, Оденсе, Дания), IV Всероссийской с международным участием школы-конференции по физиологии мышц и мышечной деятельности «Инновационные направления в физиологии двигательной системы и мышечной деятельности» (2007, Москва), III Международном конгрессе «Человек, спорт, здоровье» (2007, Санкт-Петербург), Всероссийской медико-биологической научной конференции молодых учных «Фундаментальная наука и клиническая медицина» (2007, Санкт-Петербург), Европейской конференции по генетике человека 2007 (Ницца, Франция), Международной школе-конференции «Системный контроль генетических и цитогенетических процессов» (2007, Санкт-Петербург), Международной научно практической конференции «Современные проблемы физической культуры и спорта» (2008, Санкт-Петербург), Европейской конференции по генетике человека (Барселона, Испания), XX Международном конгрессе по генетике (2008, Берлин, Германия), Научно-практической конференции, посвященной 75-летию ВНИИФК «Проблемы и перспективы развития российской спортивной науки» (2008, Москва), V Всероссийской с международным участием Школы-конференции по физиологии мышц и мышечной деятельности «Системные и клеточные механизмы в физиологии двигательной системы и мышечной деятельности» (2009, Москва), Европейской конференции по генетике человека 2009 (Вена, Австрия), I Российском конгрессе с международным участием «Молекулярные основы клинической медицины – возможное и реальное» (2010, Санкт-Петербург).

По итогам исследования получены три премии: 1) премия за лучший стендовый доклад («The role of gene variants in determination of individual differences in aerobic performance») в конкурсе молодых ученых 12-го ежегодного конгресса Европейского колледжа спортивных наук (Ювяскюля, Финляндия, 2007);

2) премия Академии наук Республики Татарстан в конкурсе молодых ученых за работу «Разработка и апробация метода на основе ДНК-технологий для изучения и молекулярной диагностики предрасположенности к занятиям спортом» (Казань, 2010);

3) грант Британского королевского общества за проект «Polygenic profiles of elite strength athletes» (Лондон, Великобритания, 2010).

Внедрение результатов. Результаты научного исследования внедрены в практику спортивной ориентации и многолетней подготовки спортсменов училищ олимпийского резерва Санкт-Петербурга и Казани, школы высшего спортивного мастерства по тяжелой атлетике г. Подольска, СДЮШОР №2 по лыжному спорту Невского района г. Санкт-Петербурга, ШИОР по велосипедному спорту г.

Сестрорецка, учащихся общеобразовательных школ г. Набережные Челны и Сургут, членов олимпийской сборной команды РФ по лыжному двоеборью, гребле на байдарках и каноэ и сборной команды г. Москвы по самбо.

Личное участие автора. Автором лично определены цель и задачи исследования, разработаны методические подходы для их решения, выполнены не менее 80% объема молекулярно-генетической диагностики (забор биологического материала, выделение ДНК из эпителиальных клеток, анализ полиморфизма длин рестрикционных фрагментов), анкетирование испытуемых, анализ, обработка и обобщение полученных результатов, написание и оформление рукописи.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 157 печатных работ (1 монография, 1 глава в зарубежной книге, 68 статей, 2 методических рекомендаций, 85 тезисов научных докладов), в том числе 36 статей в изданиях, рекомендованных ВАК МОН РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, результатов, обсуждения, выводов, практических рекомендаций и списка литературы. Текст диссертации изложен на 344 страницах, содержит 38 рисунков и 50 таблиц. Список литературы включает 438 источников отечественных и иностранных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Материалы и методы исследования Организация исследования. В исследовании приняло участие 2596 человек, из которых 1423 являлись спортсменами различной специализации и квалификации (425 женщин и 998 мужчин), 1132 человека относились к контрольной группе, человек (41 физически активный мужчина и 26 конькобежцев-многоборцев) прошли биопсию скелетных мышц для изучения связи полиморфизмов генов с типом мышечных волокон. Из совокупной группы спортсменов 90 гребцов-академистов были отобраны для физиологического тестирования, 63 человека, занимающихся бодибилдингом, бодифитнесом и фитнесом (42 мужчины, 21 женщина) – для антропометрического и динамометрического обследования, 175 спортсменов, занимающихся академической греблей, конькобежным многоборьем и баскетболом – для выявления взаимосвязи полиморфизмов генов с длиной тела, 26 конькобежцев многоборцев – для изучения состава мышечных волокон, 77 спортсменов, занимающихся академической греблей и конькобежным многоборьем – для определения ассоциации полиморфизмов генов с эхокардиографическими показателями. 455 детей среднего школьного возраста (215 мальчиков и 240 девочек;

конец периода второго детства – начало подросткового возраста;

11±0,4 лет) из состава контрольной группы были отобраны для оценки уровня двигательной подготовленности. Испытуемые были предупреждены об условиях эксперимента и дали письменное соглашение на добровольное участие в нем. Эксперимент был одобрен Физиологической секцией Российской Национальной комиссии по биологической этике.

В соответствии с типом энергообеспечения соревновательной нагрузки, спортсмены относились к одной из пяти групп: I) виды спорта с преимущественным проявлением выносливости умеренной мощности (n=288;

продолжительность соревновательного упражнения 30 мин;

плавание 5-25 км (n=21), лыжные гонки 15 50 км (n=78), биатлон, спортивная ходьба, велошоссе, триатлон);

II) виды спорта с преимущественным проявлением выносливости большой мощности (n=290;

продолжительность соревновательного упражнения 5-30 мин;

бег 3-10 км (n=5), конькобежный спорт 5-10 км (n=4), лыжные гонки 5-10 км (n=64), плавание 800- м (n=26), академическая гребля);

III) виды спорта с преимущественным проявлением выносливости субмаксимальной мощности (n=116;

продолжительность соревновательного упражнения 45 с – 5 мин;

плавание 200-400 м (n=24), бег 800- м (n=7), конькобежный спорт 1500-3000 м (n=53), гребля на байдарках 500-1000 м);

IV) виды спорта с проявлением смешанных качеств переменной мощности (n=248;

баскетбол, бокс, хоккей с шайбой, футбол, большой теннис, различные виды борьбы);

V) виды спорта с преимущественным проявлением скоростно-силовых качеств (n=481;

плавание 50-100 м (n=35), бег 100-400 м (n=122), конькобежный спорт 500 1000 м (n=52), горнолыжный спорт, спортивная гимнастика, бодибилдинг, прыжковые виды в легкой атлетике, пауэрлифтинг, прыжки с трамплина, метания, толкание ядра и тяжелая атлетика). Спортсмены I и II группы относятся к стайерам.

На момент получения биологического материала для генотипирования спортсменов являлись заслуженными мастерами спорта (ЗМС), 177 – мастерами спорта международного класса (МСМК), 404 – мастерами спорта (МС), 401 – кандидатами в мастера спорта (КМС) и 383 спортсмена имели взрослый разряд.

Контрольная группа (без спортивного стажа) состояла из 1132 человек ( женщин 17,3±0,2 лет, 537 мужчин 17,1±0,3 лет), в которую входили: 392 студента СПбГПУ (17-27 лет), 206 жителей Санкт-Петербурга (18-42 лет) и 534 учащихся школ г. Набережные Челны (11-12 лет).

Методы исследования 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. Для определения каждого полиморфизма генов использовали двухпраймерную систему. Для выявления однонуклеотидных замен ампликоны инкубировали вместе с эндонуклеазами рестрикции (NmuCI (HIF1A), Apa I (NFATC4), TaqI (PPARA), Bsc4I (PPARD), Bsh1236I (PPARG), Msp I (PPARGC1A), PspN4 I (PPARGC1B), VspI (PPP3R1), Bst DEI (TFAM), HincII (UCP2), SmaI (UCP3), BslF I (VEGFA rs2010963)). Анализ длин рестрикционных продуктов проводился электрофоретическим разделением в 8% полиакриламидном геле с последующей окраской бромистым этидием и визуализацией в проходящем ультрафиолетовом свете.

Определение показателей аэробной и анаэробной работоспособности в тесте со ступенчато повышающейся нагрузкой до отказа. Определение аэробных возможностей в тесте с нарастающей нагрузкой проводилось на механическом гребном эргометре PM 3 (Concept II, США) сотрудниками Института медико биологических проблем РАН Поповым Д.В. и Миссиной С.С. Начальная нагрузка составила 150 Вт для мужчин и 100 Вт – для женщин, длительность ступени 3 мин, время отдыха между ступенями 30 с. Работа выполнялась до отказа, по окончанию которой определяли максимальную мощность (Wmax). Во время теста постоянно регистрировали показатели газообмена и частоту сердечных сокращений (ЧСС, уд/мин) (газоанализатор MetaMax 3B, Cortex, Германия и Vmax 229, SensorMedics, США). Максимальное потребление кислорода (МПК, л/мин или мл/мин/кг) определяли по значениям усредненных за последние 30 с каждой ступени теста показателей газообмена. Кислородный пульс (КП, мл/уд) оценивали по отношению МПК к ЧСС. При достижении концентрации лактата 2 ммоль/л и 4 ммоль/л (порог аэробного обмена (АэП) и порог анаэробного обмена (ПАНО), соответственно) определяли ЧСС (ЧСС на АэП и ПАНО), абсолютную мощность (мощность на АэП и ПАНО). Кроме того, регистрировали процент потребления кислорода на пороге анаэробного обмена от максимального потребления кислорода, полученного в тесте (ПАНО от МПК, %). Содержание лактата в крови определяли электрохимическим методом (Super GL easy, Dr. Mueller, Германия);

капиллярную кровь (20 мкл) брали из пальца после каждой ступени и сразу в после окончания работы (Lamax, ммоль/л).

Определение гистоморфометрических показателей мышечных волокон m.

vastus lateralis. Биопсия скелетных мышц у физически активных молодых мужчин и конькобежцев-многоборцев проводилась сотрудниками Института медико биологических проблем РАН Любаевой Е.В., Таракиным П.П. и Шенкманом Б.С. Для определения состава мышечных волокон, предварительно из m. vastus lateralis методом игольчатой биопсии по Бергстрему брали пробы мышечной ткани и замораживали в жидком азоте. Серийные поперечные срезы толщиной 10 m готовили в криостате при –20С и монтировали на предметные стекла. Для иммуногистохимического выявления изоформ ТЦМ использовали иммунопероксидазную технику. Применяли антитела против медленных (MHCs) и быстрых (MHCf) цепей миозина (Novocastra Laboratories). Распределение волокон выражали как соотношение между числом волокон каждого типа на срезе к общему количеству волокон. Измеряли все волокна (200-300 волокон) на каждом срезе.

Оценку уровня двигательной подготовленности детей проводили под руководством Гаврилова Д.Н. (СПбНИИФК) с использованием ряда педагогических тестов: динамометрия, определение силового индекса (отношение показателей динамометрия в кг к собственному весу в кг), быстроты (тест падающая линейка), мышечной (поднимание туловища лежа на спине) и аэробной (сит-тест) выносливости, результатов прыжков в длину с места, индекса функциональных изменений по Баевскому Р.М. (ИФИ) и общей физической подготовки (ОФП). Кроме того, испытуемым проводили антропометрию, а также определяли некоторые показатели состояния сердечно-сосудистой и дыхательной систем (жизненная емкость легких (ЖЕЛ), систолическое и диастолическое артериальное давление (САД и ДАД) в покое), ЧСС в покое, при физической нагрузке (сит-тест) и восстановлении.

Эхокардиографическое обследование спортсменов проводилось 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 левого желудочка (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) и минутный объем кровообращения в покое (МОК, л).

Антропометрия. У всех спортсменов и школьников измеряли рост и вес тела, а также проводили расчет индекса массы тела (кг/м2). В группе бодибилдеров и женщин, занимающихся бодифитнесом и фитнесом кроме сбора анкетных данных по силовым параметрам (жим штанги от груди, приседание со штангой на плечах, становая тяга) под руководством Дондуковской Р.Р. (СПбНИИФК) проводили замеры различных антропометрических (масса тела, длина тела, окружность грудной клетки, талии, бедра, голени, плеча, предплечья) и композиционных показателей (толщина кожно-жировых складок;

КЖС). Обхватные размеры тела измеряли сантиметровой лентой, толщину КЖС – калипером. Теоретический расчет компонентов состава массы тела (абсолютная и относительная жировая и мышечная массы) проводили по формулам J. Matiegka (1921).

Методы статистической обработки материала. Для хранения и обработки результатов исследования была создана матрица данных в виде электронных таблиц «Excel». Последующий статистической анализ проводился на персональной ЭВМ с применением пакета прикладных программ «Statistica 6.0» и «GraphPad InStat».

Определяли: средние значения (M), стандартную ошибку (±SEM) и среднее квадратическое отклонение (SD). Значимость различий в частоте аллелей, генотипов и комбинаций генотипов между сравниваемыми выборками определяли с использованием критерия хи-квадрат или точного теста Фишера. Сравнение групп по количественному признаку проводили с помощью непарного t теста либо дисперсионного анализа (ANOVA). При проведении корреляционного анализа использовали критерий Спирмена. Для оценки вклада генетического компонента в фенотипическую дисперсию использовали регрессионный анализ. Различия считались значимыми при P0.05.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ Для исследования были отобраны функционально значимые полиморфизмы генов, белковые продукты которых взаимодействуют друг с другом и регулируют множество процессов в организме (ангиогенез, митохондриальный биогенез, обмен инсулина, жиров, кальция и углеводов, гипертрофия скелетных мышц и миокарда, регуляция состава мышечных волокон, термогенезе и др.) (рис. 1).

1. Результаты генотипирования спортсменов и лиц контрольной группы В целом, показана значимо более высокая частота NFATC4 Gly160 (P = 2,5 x – 10 ), PPARA rs4253778 G (P = 0.018), PPARD rs2016520 C (P =0.006), PPARGC1A Gly482 (P = 6 x 10–5), PPARGC1B 203Pro (P = 0.004), PPP3R1 5I (P = 0.009), TFAM 12Thr (P = 6,1 x 10–9), UCP2 55Val (P = 0.0025), UCP3 rs1800849 T (P = 3 x 10–6) и VEGFA rs2010963 C (P = 0.003) аллелей в группе стайеров, и более высокая частота HIF1A 582Ser (P = 0.0054), PPARA rs4253778 C (P = 0.048), PPARG 12Ala (P = 0.0017) и PPARGC1B 203Pro (P = 0.0017) аллелей в группе спортсменов, занимающихся скоростно-силовыми видами спорта, по сравнению с контрольной выборкой.

1.1. Распределение генотипов и аллелей по HIF1A Частота 582Ser аллеля в группе спортсменов не отличалась от контрольной выборки (9,3% против 7,8%;

P=0.136). При распределении спортсменов на 5 групп с учетом проявления необходимых физических качеств, частота HIF1A 582Ser аллеля в IV группе значимо превышала популяционные данные (11,5% против 7,8%;

P = 0.027). При оценке распределения частот аллелей в зависимости от спортивной квалификации было обнаружено, что во II-й группе спортсменов частота 582Ser аллеля значимо снижается с ростом квалификации (10,1% (разряд+КМС) 6,9% (МС) 4,1% (МСМК+ЗМС);

P = 0.038), а в IV (10,1% (разряд+КМС) 13,5% (МС) 33,3% (МСМК+ЗМС);

P = 0.007) и V (6,4% (разряд+КМС) 9,3% (МС) 11,3% (МСМК+ЗМС);

P = 0.04) группах спортсменов частота 582Ser аллеля значимо повышается.

Рис. 1. Схема влияния основных стрессорных факторов на экспрессию некоторых генов нервно-мышечного аппарата человека, ответственных за развитие различных фенотипов.

Таким образом, можно предположить, что 582Ser аллель благоприятен для развития и проявления скоростно-силовых качеств. Значимо более высокий процент носителей 582Ser аллеля среди спортсменов IV и V групп по сравнению с контрольной группой, а также повышение у них частоты 582Ser аллеля с ростом спортивной квалификации, возможно, связан с постепенным спортивным отбором, поскольку 582Ser аллель ассоциируется с высокими гликолитическими возможностями (Tanimoto К. et al., 2003).

1.2. Распределение генотипов и аллелей по NFATC Частота Gly160 аллеля в группе спортсменов значимо отличалась от контрольной выборки (47,6% против 43,9%;

P=0.008). При распределении спортсменов на 5 групп частота NFATC4 Gly160 аллеля в I-III группах значимо превышала популяционные данные (53,0%, 49,5% и 51,3% против 43,9%, соответственно;

P 0.05).

При оценке распределения частот аллелей в зависимости от спортивной квалификации было обнаружено, что в I-III группах спортсменов частота Gly аллеля значимо повышается с ростом квалификации (I группа: 48,3% (разряд+КМС) 59,2% (МС) 60,9% (МСМК+ЗМС);

P = 0.008;

II группа: 43,6% (разряд+КМС) 53% (МС) 55,1% (МСМК+ЗМС);

P = 0.027;

III группа: 41% (разряд+КМС) 55,8% (МС) 58,8% (МСМК+ЗМС);

P = 0.037).

Обнаруженная более высокая частота NFATC4 Gly160 аллеля у спортсменов, занимающихся видами спорта с преимущественным проявлением выносливости, по сравнению с контрольной группой и ее повышение с ростом спортивной квалификации может свидетельствовать о том, что носительство NFATC4 Gly аллеля благоприятствует развитию аэробных механизмов энергообеспечения.

1.3. Распределение генотипов и аллелей по PPARA Частота PPARA C аллеля в группе спортсменов (n=1423) не отличалась от контрольной выборки (17,3% против 16,4%;

P=0.434). Распределение спортсменов на 5 групп показало, что частота PPARA C аллеля во II группе значимо ниже, чем в контрольной группе (11,9% против 16,4%;

P = 0.0085), и значимо выше в группах IV и V (21,9% и 19,3% против 16,4%, соответственно;

P 0.05). При оценке распределения частот аллелей в зависимости от спортивной квалификации было обнаружено, что в I и II группах спортсменов частота PPARA C аллеля имеет тенденцию к снижению с ростом квалификации, при этом частота PPARA C аллеля среди высококвалифицированных стайеров (I и II группы) встречается значимо реже по сравнению с контрольной группой (9,0% против 16,4%, P = 0.01).

На основании выявленных различий в частоте аллелей 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 подтверждаются предыдущими исследованиями, в которых была показана связь PPARA C аллеля с риском развития ГМЛЖ (Jamshidi Y. et al., 2002), а также обнаружена более высокая частота генотипов PPARA GC и CC среди израильских спринтеров по сравнению со стайерами (Eynon N. et al., 2009).

1.4. Распределение генотипов и аллелей по PPARD Частота C аллеля в группе спортсменов не отличалась от контрольной выборки (16,4% против 14,3%;

P=0.052). При распределении спортсменов на 5 групп, частота PPARD C аллеля в I-III группах значимо превышала популяционные данные (18,6%, 17,9% и 20,7% против 16,4%, соответственно;

P 0.05). При оценке распределения частот аллелей в зависимости от спортивной квалификации было обнаружено, что в I группе спортсменов частота PPARD C аллеля достигает максимальных значений (23,6%;

P=0.01) у высококвалифицированных спортсменов.

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 жирных кислот, благоприятствует развитию и проявлению качества выносливости. В пользу данной гипотезы свидетельствует высокая частота PPARD C аллеля у стайеров и ее повышение с ростом спортивной квалификации.

1.5. Распределение генотипов и аллелей по PPARG Частота PPARG 12Ala аллеля в группе спортсменов не отличалась от контрольной выборки (17,1% против 15,3%;

P=0.085). При распределении спортсменов на 5 групп, частота PPARG 12Ala аллеля в V группе (занимающиеся видами спорта с преимущественным развитием скоростно-силовых качеств) значимо превышала популяционные данные (19,9% против 15,3%;

P = 0.0017). При оценке распределения частот аллелей в зависимости от спортивной квалификации было обнаружено, что в V группе спортсменов частота 12Ala аллеля значимо (P 0.0001) повышается с ростом квалификации: у квалифицированных (26,3%) и высококвалифицированных спортсменов частота PPARG 12Ala аллеля достигла максимальных значений (26%).

Полученные результаты позволяют сделать предположение, что носительство PPARG 12Ala аллеля, повышающее чувствительность мышечной ткани к инсулину, а значит, усиливающее его анаболическое действие на скелетные мышцы, предрасполагает к развитию и проявлению скоростно-силовых качеств.

1.6. Распределение генотипов и аллелей по PPARGC1A Частота PPARGC1A 482Ser аллеля в группе спортсменов значимо отличалась от контрольной выборки (30,6% против 34,5%;

P=0.0038). При распределении спортсменов на 5 групп частота PPARGC1A 482Ser аллеля в I и II группах была значимо ниже по сравнению с популяционными данными (29,7% и 26,1% против 34,5%, соответственно;

P 0.05). При оценке распределения частот аллелей в зависимости от спортивной квалификации было обнаружено, что во II группе спортсменов частота 482Ser аллеля значимо понижается с ростом квалификации (МС:

24,6%;

P = 0.0015;

МСМК+ЗМС: 20,5%;

P = 0.014). Отдельный анализ также выявил значимо более низкую частоту 482Ser аллеля среди МСМК III группы (15,4%;

P = 0.041).

Полученные результаты подтвердили данные Lucia A. et al. (2005) о том, что частота PPARGC1A 482Ser аллеля значимо ниже в группе элитных стайеров по сравнению с контрольной группой, а Gly482 аллель ассоциируется с повышенными показателями максимального потребления кислорода. В нашем исследовании, как у стайеров, так и спортсменов, занимающихся видами спорта с преимущественным проявлением смешанных качеств переменной мощности, частота 482Ser аллеля была значимо ниже по сравнению с контрольной группой. Поскольку Ser аллель ассоциируется со снижением экспрессии гена PPARGC1A (Ling C. et al., 2004), то это также влияет на окислительные процессы и митохондриальный биогенез в клетках, а значит, снижает аэробный потенциал организма.

1.7. Распределение генотипов и аллелей по PPARGC1B Частота 203Pro аллеля в группе спортсменов значимо отличалась от контрольной выборки (7,2% против 4,9%;

P=0.0009). Распределение спортсменов на групп показало, что в I, II, IV и V группах, в которые входят виды спорта, развивающие как выносливость, так и скоростно-силовые качества, частота PPARGC1B 203Pro аллеля значимо выше, чем в контрольной группе (7,1%, 7,2%, 7,9% и 7,1%, соответственно, против 4,9%;

P 0.05). При оценке распределения частот аллелей в зависимости от спортивной квалификации было обнаружено, что во всех группах спортсменов частота 203Pro аллеля значимо повышается с ростом квалификации. Особенно наглядно это представлено в III (0% (разряд+КМС) 8,3% (МС) 14,7% (МСМК+ЗМС);

P = 0.0017) и объединенной (I-V: 6,5% (разряд+КМС) 6,8% (МС) 10,2% (МСМК+ЗМС);

P 0.0001) группах.

Таким образом, носительство PPARGC1B 203Pro аллеля может благоприятствовать занятиям видами спорта, направленными на развитие, как выносливости, так и скоростно-силовых качеств.

1.8. Распределение генотипов и аллелей по PPP3R Частота PPP3R1 5D аллеля в группе спортсменов значимо отличалась от контрольной выборки (6,5% против 8,7%;

P=0.004). Распределение спортсменов на групп показало, что в I (4,7%;

P = 0.0019) и III (3,0%;

P = 0.0039) группах частота PPP3R1 5D аллеля значимо ниже, чем в контрольной группе. При оценке распределения частот аллелей в зависимости от спортивной квалификации было обнаружено, что в I-III группах спортсменов частота 5D аллеля понижается с ростом квалификации. В объединенной группе стайеров и средневиков (I-III группы) это наглядно представлено (6,1% (P = 0.035) 5,3% (P = 0.015) 3,2% (P = 0.006)).

Стоит отметить, что среди наиболее высококвалифицированных спортсменов (ЗМС) I-III групп отсутствовали носители PPP3R1 5D аллеля.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что носительство PPP3R1 5D аллеля может оказывать неблагоприятный эффект на развитие и проявление качества выносливости. Это предположение согласуется с данными о том, что наличие PPP3R1 5D аллеля ассоциировано с предрасположенностью к развитию ГМЛЖ у больных гипертензией (фактор, лимитирующий физическую работоспособность) (Tang W. et al., 2005).

1.9. Распределение генотипов и аллелей по TFAM Частота TFAM 12Thr аллеля в группе спортсменов значимо отличалась от контрольной выборки (12,3% против 9,1%;

P=0.0004). При распределении спортсменов на 5 групп, частота TFAM 12Thr аллеля в I, II и IV группах значимо превышала популяционные данные (15,6%, 13,6% и 12,6% против 9,1%, соответственно;

P 0.05). При оценке распределения частот аллелей в зависимости от спортивной квалификации было обнаружено, что в I, II и IV группах спортсменов частота 12Thr аллеля значимо повышается с ростом квалификации (I группа: 14,5% (разряд+КМС) 16,7% (МС) 18,2% (МСМК+ЗМС);

II группа: 7,2% (разряд+КМС) 17,5% (МС) 19,2% (МСМК+ЗМС);

P = 0.0006;

IV группа: 11,1% (разряд+КМС) 13,2% (МС) 25% (МСМК+ЗМС);

P = 0.02).

Таким образом, носительство TFAM 12Thr аллеля благоприятствует развитию и проявлению выносливости. Данное предположение согласуются с ранее опубликованными данными, где была показана ассоциация TFAM 12Thr аллеля с низким риском развития ГМЛЖ у спортсменов (Goriyeva S.B. et al., 2009) и высокой физической работоспособностью дайверов (Linde E.V. et al., 2009).

1.10. Распределение генотипов и аллелей по UCP Частота UCP2 55Val аллеля в группе спортсменов значимо отличалась от контрольной выборки (41,5% против 36,7%;

P=0.0006). При распределении спортсменов на 5 групп, частота UCP2 55Val аллеля в I, III и IV группах значимо превышала популяционные данные (44,4%, 45,3% и 44,9% против 36,7%, соответственно;

P 0.05). При оценке распределения частот аллелей в зависимости от спортивной квалификации было обнаружено, что в совокупной выборке, состоящей из спортсменов I-III групп, частота UCP2 55Val аллеля повышается с ростом квалификации и значимо отличается от данных контрольной группы (разряд+КМС:

41,8%, P=0.019;

МС: 43,3%, P=0.0065;

МСМК+ЗМС: 43,7%, P = 0.047).

Предположение, что носительство UCP2 55Val аллеля благоприятствует развитию и проявлению выносливости, согласуется с данными об ассоциации UCP 55Val аллеля с высокой метаболической эффективностью мышечной деятельности и физической активностью, а также с пониженным расходом энергии в покое (Astrup A.

et al., 1999;

Buemann B. et al., 2001).

1.11. Распределение генотипов и аллелей по UCP Частота UCP3 rs1800849 T аллеля в группе спортсменов значимо отличалась от контрольной выборки (28,5% против 24,2%;

P=0.0007). При распределении спортсменов на 5 групп, частота UCP3 rs1800849 T аллеля в I-III группах значимо превышала популяционные данные (33,0%, 29,7% и 35,3% против 24,2%, соответственно;

P 0.05). При оценке распределения частот аллелей в зависимости от спортивной квалификации было обнаружено, что в совокупной выборке, состоящей из спортсменов I-III групп, частота UCP3 rs1800849 T аллеля значимо повышается с ростом квалификации (28,9% (разряд+КМС) 33,7% (МС) 37,4% (МСМК+ЗМС;

P = 0.011).

Таким образом, носительство UCP3 rs1800849 T аллеля благоприятствует развитию аэробных механизмов энергообеспечения. Это предположение согласуется с данными о том, что наличие UCP3 rs1800849 T аллеля ассоциировано с высокой активностью гена (Schrauwen P. et al., 1999), пониженным индексом массы тела, сниженным уровнем жироотложения и минимальным приростом толщины межжелудочковой перегородки в течение года тренировок у гребцов (Halsall D.J. et al., 2001;

Liu Y.J. et al., 2005;

Goriyeva S.B. et al., 2008).

1.12. Распределение генотипов и аллелей по VEGFA Частота rs2010963 C аллеля в группе спортсменов значимо отличалась от контрольной выборки (29,5% против 24,5%;

P0.0001). При распределении спортсменов на 5 групп частота VEGFA rs2010963 C аллеля в I, III, IV и V группах значимо превышала популяционные данные (31,1%, 32,8%, 29,8% и 28,5% против 24,5%, соответственно;

P 0.05). При оценке распределения частот аллелей в зависимости от спортивной квалификации было обнаружено, что в совокупной выборке спортсменов (I-V группы) частота VEGFA rs2010963 C аллеля повышается с ростом квалификации (разряд+КМС: 28,1%, P=0.015;

МС: 31,2%, P=0.0003;

МСМК+ЗМС: 31,3%, P = 0.0027).

Полученные результаты свидетельствуют о том, что носительство VEGFA rs2010963 C аллеля благоприятствует развитию и проявлению аэробных механизмов энергообеспечения. Данное предположение согласуются с ранее опубликованными данными на примере 148 добровольцев, ведущих малоподвижный образ жизни в возрасте 50–75 лет (Prior S.J. et al., 2006). Прирост МПК в результате 24 недель аэробных тренировок был значимо большим у носителей VEGFA гаплотипов, содержащих –634C (rs2010963 C) аллель. В той же работе обнаружено, что в культуре миобластов человека VEGFA rs2010963 C аллель экспрессируется в большей степени, чем rs2010963 G аллель. Высокая экспрессия VEGFA rs2010963 C аллеля предполагает более выраженный адаптационный рост капилляров в ответ на физические нагрузки аэробного характера.

1.13. Комплексный анализ по результатам генотипирования В таблицах 1-2 представлены наиболее значимые генетические маркеры выносливости и быстроты/силы в отдельных видах спорта. При проведении комплексного анализа для каждой группы и видов спорта определялись суммарные частоты аллелей, а также процент носителей высокого числа аллелей выносливости либо быстроты/силы.

Суммарная частота аллелей выносливости и быстроты/силы Один из подходов комплексного анализа предполагает определение суммарной частоты аллелей выносливости или быстроты/силы среди спортсменов и лиц контрольной группы. Для этого общее число аллелей разных генов со сходным эффектом суммируется и определяется их процент от общего числа всех аллелей. В таблице 3 представлено распределение аллелей выносливости и быстроты/силы у спортсменов различной специализации (при анализе не учитывались данные по разрядникам). В целом, в совокупной выборке спортсменов частота аллелей, как выносливости (43,6% против 39,8%;

P0.0001), так и быстроты/силы (12,8% против 11,4%;

P=0.014), была статистически значимо выше, чем в контрольной группе.

Еще один «аллельный» подход предполагает сравнение процентного соотношения индивидов с высоким и низким числом аллелей, благоприятствующих развитию и проявлению какого-либо физического качества между спортсменами и контрольной группой. Каждому индивиду присваивается свой балл (число аллелей выносливости) и устанавливается соотношение носителей высокого (например, от до 14) и низкого (например, от 3 до 8) числа аллелей выносливости (табл. 4). Можно видеть, что в I (64,3%), II (56,2%), III (56,9%) и IV (49,2) группах индивидов с высоким числом аллелей выносливости значимо больше по сравнению с контролем (37,8%). Эти различия становятся еще более выраженными при стратификации спортсменов на подгруппы с учетом спортивной квалификации (рис. 2). В этом случае в I-IV группах спортсменов процент носителей высокого числа аллелей выносливости повышается с ростом спортивной квалификации.

Таблица Значимые генетические маркеры выносливости в отдельных видах спорта Аллели выносливости TFAM 12Thr rs4253778 G UCP2 55Val rs2016520 C rs2010963 C rs1800849 T Группа PPARGC1A PPARGC1B PPP3R1 5I Вид спорта NFATC PPARD VEGFA PPARA Gly Gly 203Pro UCP Биатлон + + + + Велошоссе + + + + Лыжные гонки 15-50 км + + + + + + + + + Плавание 5-25 км I + + + Спортивная ходьба + + + + Триатлон + + + + + + Все + + + + + + + + + + Академическая гребля + + + + + + + Бег 3-10 км + Коньки 5-10 км + II Лыжные гонки 5-10 км + + + Плавание 800-1500 м + + + + + + Все + + + + + + + + + Бег 800-1500 м Гребля на байдарках + Коньки 1,5-3 км III + + + + + + Плавание 200-400 м + Все + + + + + + + + Баскетбол + + Бокс + + Борьба + + + + Теннис IV + + + Футбол + Хоккей с шайбой + + Все + + + + + Аналогичным образом проведен комплексный анализ по определению соотношения спортсменов различных групп с высоким числом аллелей быстроты и силы (от 3 до 5 аллелей) и низким (от 0 до 2 аллелей) (табл. 5). Как видно, в I (7,4%), IV (8,3%) и V (7,9%) группах индивидов с 3-5 аллелями быстроты/силы значимо больше по сравнению с контролем (3,4%). При стратификации спортсменов на подгруппы с учетом спортивной квалификации соотношение носителей с высоким числом аллелей быстроты/силы (3-5) возрастает с ростом спортивной квалификации в III-V группах (рис. 3). Эти данные также свидетельствуют о том, что вероятность достижения высоких результатов в видах спорта, в различной степени направленных на развитие быстроты и силы, повышается с увеличением носительства числа аллелей, ассоциированных с этими качествами.

Таблица Значимые генетические маркеры быстроты/силы Аллели быстроты/силы Вид спорта HIF1A PPARA PPARG PPARGC1B rs4253778 С 582Ser 12Ala 203Pro Бег 60-400 м + + + Бодибилдинг + Горнолыжный спорт + Коньки 500-1000 м + + Метания + + + Пауэрлифтинг + Плавание 50-100 м + Прыжки в длину + Прыжки с шестом + Прыжки с трамплина Спортивная гимнастика + Тяжелая атлетика + + + + Все + + + + Таблица Распределение аллелей выносливости и быстроты/силы у спортсменов различной специализации Аллели Группа Вид спорта выносливости быстроты/силы % P % P Биатлон 47,4 0.0001* 13,0 0. Велошоссе 46,9 0.024* 18,8 0.009* Лыжные гонки 15-50 км 47,3 0.0001* 10,6 0. Плавание 5-25 км I 42,9 0.225 7,8 0. Спортивная ходьба 49,1 0.0001* 12,5 0. Триатлон 47,3 0.0004* 10,3 0. Все 47,0 0.0001* 11,7 0. Академическая гребля 44,3 0.0001* 11,7 0. Бег 3-10 км 47,0 0.173 18,8 0. Коньки 5-10 км 49,0 0.077 9,4 0. II Лыжные гонки 5-10 км 48,8 0.0015* 6,7 0. Плавание 800-1500 м 46,6 0.0025* 9,9 0. Все 45,0 0.0001* 11,2 0. Бег 800-1500 м 48,6 0.043* 5,0 0. Гребля на байдарках 44,1 0.029* 13,7 0. Коньки 1,5-3 км III 44,8 0.0015* 14,4 0. Плавание 200-400 м 43,1 0.156 13,0 0. Все 44,5 0.0001* 13,4 0. Баскетбол 40,8 0.736 15,6 0. Бокс 47,0 0.0025* 7,2 0. Борьба IV 42,1 0.061 12,0 0. Теннис 45,4 0.089 12,5 0. Футбол 46,3 0.289 18,8 0. Хоккей с шайбой 46,7 0.151 8,3 0. Все 43,3 0.0003* 11,9 0. Бег 60-400 м 40,5 0.575 14,3 0.048* Бодибилдинг 41,5 0.407 10,6 0. Горнолыжный спорт 44,6 0.151 12,5 0. Коньки 500-1000 м 38,8 0.554 13,3 0. Метания 45,0 0.059 21,1 0.001* Пауэрлифтинг 42,2 0.561 13,9 0. V Плавание 50-100 м 42,2 0.302 10,9 0. Прыжки (легк. атлетика) 41,7 0.605 15,3 0. Прыжки с трамплина 40,4 0.902 12,5 0. Спортивная гимнастика 39,4 0.851 10,7 0. Тяжелая атлетика 41,1 0.409 19,0 0.0001* Все 40,9 0.115 14,3 0.0003* Все спортсмены 43,6 0.0001* 12,8 0.014* Контрольная группа 39,8 1.000 11,4 1. *P0.05, статистически значимые различия между группами спортсменов и контрольной выборкой.

Таблица Соотношение индивидов (%) с различным числом аллелей выносливости в 5 группах спортсменов и в контрольной группе Число аллелей Группы выносливости Контроль V IV III II I 14 0 0,2 0 0 1,4 13 0,8 0,2 1,2 0 1,0 2, 12 1,9 2,7 2,8 4,3 4,8 8, 11 6,2 5,4 7,7 9,5 11,4 9, 10 11,9 14,1 13,3 19,8 14,8 17, 9 17,0 18,1 24,2 23,3 22,8 26, 8 21,7 23,5 20,2 28,5 19,3 16, 7 18,8 18,1 16,1 10,3 13,5 12, 6 12,9 10,4 9,7 4,3 7,9 5, 5 5,6 6,0 3,2 0 3,1 1, 4 3,0 1,1 1,6 0 0 3 0,2 0,2 0 0 0 9–14 37,8 40,7 49,2 56,9 56,2 64, 3–8 62,2 59,3 50,8 43,1 43,8 35, –4 –5 – 4,9 x 10– – P* 0.253 8,2 x 10 5,7 x 10 1,2 x *P значения, полученные при сравнении соотношения носителей высокого числа аллелей выносливости (9–14) и низкого числа (3–8) между спортсменами I–V групп и контрольной группой.

Рис. 2. Соотношение индивидов (%) с различным числом аллелей выносливости в 5 группах спортсменов разной квалификации и в контрольной группе (37,8%). I группа: разряд, КМС – 56,6%, P = 2,3 x 10–6;

МС – 75,0%, P = 8,7 x 10–9;

МСМК+ЗМС – 76,4%, P = 1,0 x 10–8. II группа: разряд, КМС – 44,1%, P = 0,18;

МС – 62,4%, P = 4, x 10–8;

МСМК+ЗМС – 71,7%, P = 1,8 x 10–5. III группа: разряд, КМС – 46,2%, P = 0,28;

МС – 60,0%, P = 5,6 x 10–4;

МСМК+ЗМС – 70,5%, P = 6,0 x 10–3. IV группа: разряд, КМС – 45,6%, P = 3,8 x 10–2;

МС – 62,9%, P = 2,6 x 10–3;

МСМК+ЗМС – 60,0%, P = 4, x 10–2. V группа: разряд, КМС – 40,6%;

МС – 41,4%;

МСМК+ЗМС – 40,4%.

Таблица Соотношение индивидов (%) с различным числом аллелей быстроты/силы в группах спортсменов и в контрольной группе Число аллелей Группы быстроты/силы Контроль V IV III II I 5 0,2 0, 4 0,4 1,2 1,5 1,8 0,7 0, 3 3,0 6,5 6,9 3,7 3,5 6, 2 21,6 20,2 26,0 21,1 15,9 17, 1 37,2 43,3 28,9 38,5 42,1 37, 0 37,8 28,6 36,7 34,0 37,8 37, 3-5 3,4 7,9 8,3 6,4 4,2 7, 0-2 96,6 92,1 91,7 93,6 95,8 92, – P* 0.0017 0.0064 0.173 0.575 0. *P значения, полученные при сравнении соотношения носителей высокого числа аллелей быстроты/силы (3–5) и низкого числа (0–2) между спортсменами I–V групп и контрольной группой.

Рис. 3. Соотношение индивидов (%) с высоким (3-5) числом аллелей быстроты/силы в 5 группах спортсменов разной квалификации и в контрольной группе (3,4%).

I группа: разряд, КМС – 7,6%, P = 0.02;

МС – 4,3%, P = 0.677;

МСМК+ЗМС – 9,6%, P = 0.044. II группа: разряд, КМС – 4,3%, P = 0.592;

МС – 5,4%, P = 0.311;

МСМК+ЗМС – 0%, P = 0.627. III группа: разряд, КМС – 2,8%, P = 1.00;

МС – 5,2%, P = 0.455;

МСМК+ЗМС – 20%, P = 0.016. IV группа: разряд, КМС – 8,3%, P = 0.01;

МС – 0%, P = 1.00;

МСМК+ЗМС – 33,3%, P = 0.0036. V группа: разряд, КМС – 5,6%, P = 0.174;

МС – 8,3%, P = 0.032;

МСМК+ЗМС – 14,7%, P = 0.0002.

В целом, было показано, что индивиды с наличием 9 и более аллелей выносливости (какие-либо из NFATC4 Gly160, PPARA rs4253778 G, PPARD rs C, PPARGC1A Gly482, PPARGC1B 203Pro, PPP3R1 5I, TFAM 12Thr, UCP2 55Val, UCP3 rs1800849 T и VEGFA rs2010963 C аллелей) имеют шансы стать выдающимися стайерами в 3 раза больше, чем носители меньшего числа аллелей выносливости.

Индивиды с наличием 3 и более аллелей быстроты/силы (какие-либо из HIF1A 582Ser, PPARA rs4253778 С, PPARG 12Ala, PPARGC1B 203Pro аллелей) имеют шансы стать выдающимися спортсменами в видах спорта, направленных на развитие быстроты и силы в 2,4 раза больше, чем носители меньшего числа аллелей быстроты/силы.

Таким образом, показана возможность использования комбинационного подхода (учет генотипов и групп аллелей) при анализе генотипических данных у спортсменов различных специализаций и квалификаций. На основании сочетаний генотипов разных генов существует возможность определения генетических маркеров (самые частые либо уникальные комбинации генотипов), ассоциированных с двигательной деятельностью. С другой стороны, формирование групп аллелей выносливости либо быстроты/силы позволяет выявлять суммарный вклад (аддитивный эффект) отдельных полиморфизмов генов в развитие и проявление физических качеств человека.

2. Ассоциация полиморфизмов генов с показателями физической работоспособности у спортсменов Значимые результаты данной части исследования по типу «генотип-фенотип» представлены в таблице 6. Они свидетельствуют об ассоциации HIF1A Pro582, NFATC4 Gly160, PPARA rs4253778 G, PPARGC1A Gly482, PPARGC1B 203Pro, PPP3R1 5I, TFAM 12Thr, UCP2 55Val, UCP3 rs1800849 T, VEGFA rs2010963 C аллелей с высокой физической работоспособностью у гребцов-академистов. Суммарный вклад этих аллелей в фенотипическую дисперсию МПК составил 21,1%. Эти результаты отчасти объясняют факт превалирования данных аллелей у спортсменов, занимающихся видами спорта, направленными на развитие выносливости.

Таблица Генетические маркеры, ассоциированные с некоторыми показателями физической работоспособности у гребцов-академистов.

Генетический Фенотипы маркер ПАНО W на W на МПК КП Лактат Wmax от МПК АэП ПАНО М-КМС М-МС HIF1A Pro Ж-КМС NFATC4 Gly М-МС Ж-МС М-МС PPARA G Ж-МС Ж-МС М-МС М-МС PPARGC1A Gly М-МС М-МС PPARGC1B 203Pro Ж-КМС PPP3R1 5I Ж-КМС Ж-МС Ж-МС М-КМС М-МС М-МС TFAM 12Thr М-КМС UCP2 55Val Ж-МС Ж-МС Ж-МС UCP3 T М-МС М-МС Ж-МС VEGFA C Примечание: Ж-КМС – женщины, кандидаты в мастера спорта;

Ж-МС – женщины, мастера спорта;

М-КМС – мужчины, кандидаты в мастера спорта;

М-МС – мужчины, кандидаты в мастера спорта.

3. Ассоциация полиморфизмов генов с типом мышечных волокон 3.1. Результаты биопсии скелетных мышц у физически активных мужчин Процент медленных (МВ) и быстрых (БВ) мышечных волокон в группе испытуемых составил в среднем 53,3 (10)% и 50 (10,6)%, соответственно.

Сравнительный анализ выявил ассоциацию полиморфизмов некоторых генов с гистоморфометрическими показателями. Так, PPARA GG и PPARD TC/CC генотипы статистически значимо ассоциируются с преобладанием МВ (PPARA: GG - 54, (9,9)%, CC - 39,9 (5)%;

P = 0.018. PPARD: TC/CC - 59,4 (9,7)%, TT - 51,1 (9,4)%;

P = 0.017), а PPARD TT генотип – с высоким соотношением БВ (PPARD: TC/CC - 44, (9,8)%, TT - 52,1 (10,3)%;

P = 0.035). Поскольку продукты этих генов относятся к детерминантам состава мышечных волокон и/или регулируют мышечный метаболизм, гипотеза о возможности ассоциации полиморфизмов генов-регуляторов семейства PPAR с типом мышечных волокон находит свое подтверждение.

Для оценки сочетанного влияния полиморфизмов генов на состав мышечных волокон мы выделили аллели предрасположенности к высокому содержанию МВ (PPARA G, PPARD C;

в том числе другие аллели, ассоциированные с высоким соотношением МВ на уровне тенденции: PPARGC1A Gly482, PPARGC1B 203Pro, PPP3R1 5I) и аллели предрасположенности к высокому содержанию БВ (PPARA C, PPARD T;

в том числе другие аллели, ассоциированные с высоким соотношением БВ на уровне тенденции: PPARGC1A 482Ser, PPARGC1B Ala203, PPP3R1 5D). В этом случае, при суммировании аллелей предрасположенности к высокому содержанию МВ, была обнаружена корреляция между числом аллелей и процентным соотношением МВ (2-3 аллеля (n=2) – 39 (5,6)%, 4-5 аллелей (n=20) – 51,5 (9,4)%, аллелей (n=12) – 55,1 (9,8)%;

7-8 аллелей (n=7) – 59,6 (9,2)%;

r=0.36, P=0.02). 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=7) – 43,8 (9,1)%, 4 аллеля (n=12) – 48 (12,3)%, аллелей (n=15) – 52,3 (9,4)%;

6-7 аллелей (n=6) – 53,8 (9,9)%;

8 аллелей (n=1) – 62%;

r=0.42, P=0.006). Суммарный вклад аллелей выносливости в фенотипическую дисперсию состава медленных мышечных волокон составил 25,0%.

3.2. Результаты биопсии скелетных мышц у конькобежцев Процент медленных и быстрых мышечных волокон в группе конькобежцев (n = 26) составил в среднем у мужчин 64,3 (11,2)% и 41,5 (10,1)%, соответственно, и у женщин 64,2 (11,1)% и 37,2 (10,4)%, соответственно (различия статистически не значимые). Ассоциативный анализ показал взаимосвязь PPARD TC генотипа с преобладанием МВ (TT: 59,9 (10,9)%, TC: 72,3 (7,1)%;

P = 0.043) в подгруппе мужчин-конькобежцев (n = 14). В подгруппе женщин-конькобежцев (n = 12) HIF1A Pro582 (Pro/Pro - 67,7 (6,3)% Pro/Ser - 47 (16,9)%;

P = 0.0076), PPARA G (GG - 69, (6,3)%, GC - 56,8 (12,6)%;

P = 0.042) и PPARG Pro12 (Pro/Pro - 68 (6,7)%, Pro/Ala - (15,7)%;

P = 0.035) аллели статистически значимо ассоциируются с преобладанием МВ, а HIF1A 582Ser (Pro/Pro - 32,1 (6,4)% Pro/Ser - 53 (16,9)%;

P = 0.0076), PPARA C (GG - 30,1 (6,4)%, GC - 43,2 (12,7)%;

P = 0.039) и PPARG 12Ala (Pro/Pro - 31,7 (6,8)%, Pro/Ala - 47 (15,7)%;

P = 0.034) аллели – с высоким соотношением БВ.

В физиологическом отношении результаты по мышечным волокнам соотносятся с данными, полученными в ходе ассоциативного исследования по сравнению частот аллелей генов-регуляторов между спортсменами и контрольной группой, а также с данными по тестированию физической работоспособности гребцов-академистов.

4. Ассоциация полиморфизмов генов с двигательной подготовленностью Средний рост девочек составил 147,7 (6,8) см (от 129 до 167 см), что значимо больше, чем у мальчиков того же возраста (145,7 (6,9) см (от 128 до 169 см);

P = 0.002). Очевидно, что индивиды, отличающиеся по стадии онтогенеза, демонстрируют различные результаты педагогического тестирования. На этом основании группы мальчиков и девочек нами были поделены на 2 подгруппы в зависимости от длины тела.

Таблица Генетические маркеры, ассоциированные с антропометрическими и функциональными данными у мальчиков и девочек Фенотипы Генетический Вес ИМТ САД ДАД ЧССпок ЧССвос ЖЕЛ маркер (высокие (высокие (низкие (низкие (низкие (низкие (высокие значения) значения) значения) значения) значения) значения) значения) Д HIF1A Pro М NFATC4 Gly Д PPARA G М2 М PPARA C PPARD C М1, Д1 Д PPARD T М PPARG 12Ala М1, Д2 Д1 M, Д PPARGC1A Gly М1, Д1, Д PPARGC1A 482Ser Д Д PPARGC1B 203Pro М PPP3R1 5I М1 М TFAM 12Thr М1 М2 Д UCP2 55Val Д2 Д2 М UCP3 T Д1 Д UCP3 C М1 М VEGFA C Таблица Генетические маркеры, ассоциированные с высокими значениями некоторых показателей двигательной подготовленности у мальчиков и девочек Фенотипы Мышеч Генетический Дина Аэробная Силовой Быст- Прыжки ная маркер моме- выносли- ИФИ ОФП индекс рота в длину выносли трия вость вость М HIF1A Pro М HIF1A 582Ser Д1 М NFATC4 Gly М, Д2 М PPARA G PPARA С М1 М Д PPARD C М1 М2 Д1 М PPARD T Д2 Д PPARG 12Ala Д2 Д1 Д PPARGC1A Gly М М PPARGC1A 482Ser М2 Д2 Д1 Д2 Д PPARGC1B 203Pro М2 М PPP3R1 5I Д1 Д1, Д TFAM 12Thr Д1 М1 М UCP2 55Val Д2 Д М1, Д UCP3 T М1, Д VEGFA C В первой подгруппе (Д1) девочки имели длину тела от 129 до 147 см (n = 126), во второй (Д2) – от 148 до 167 см (n = 114). В первой подгруппе (М1) мальчики имели длину тела от 128 до 145 см (n = 110), во второй (М2) – от 146 до 169 см (n = 105). В таблицах 7–8 представлены основные результаты педагогического тестирования в зависимости от данных генотипирования в подгруппах мальчиков и девочек.

Проведенное тестирование показало наличие сильной взаимосвязи между рядом показателей антропометрии, двигательной подготовленности, состояния сердечно-сосудистой системы и данными генотипирования у детей среднего школьного возраста, несмотря на то, что в этом возрасте фенотипы развиты не в полной мере. Следует отметить, что обнаруженные ассоциации полностью согласуются с данными, полученными в результате исследований «случай-контроль» и «генотип-фенотип» (на примере таких фенотипов, как физическая работоспособность и состав мышечных волокон).

5. Ассоциация полиморфизмов генов с эхокардиографическими показателями У высококвалифицированных мужчин-конькобежцев, носителей генотипа GC по PPARA, степень гипертрофии миокарда 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;

P=0.024,), ИММЛЖ (173,4 (5,4) г/м2 против 143,2 (13,6) г/м2;

P=0.005) и МЖП (1,38 (0,13) см против 1,2 (0) см;

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. (135,4 (17,2) г/м2 против 119,6 (17,7) г/м2, P=0.08).

В группе женщин-конькобежцев носительницы PPARD TC генотипа имели более высокие значения МЖП (1,2 (0) см против 0,97 (0,15) см;

P=0.025) и ЗСЛЖ (1, (0) см против 1,03 (0,11) см;

P=0.013). В группе женщин-гребцов PPARD C аллель ассоциировался с утолщением МЖП (TT – 1,09 (0,08) см, TC/CC – 1,17 (0,07) см;

P=0.05).

В подгруппе квалифицированных спортсменов была обнаружена ассоциация PPP3R1 5D аллеля с высокими значениями ИММЛЖ (II – 156 (31) г/м2, ID+DD – (23) г/м2;

P = 0.046). В общей группе спортсменок PPP3R1 5D аллель, так же как и у мужчин, ассоциировался с высокими значениями ИММЛЖ (II – 119 (19) г/м2, ID – (25) г/м2;

P = 0.033).

Кроме того, с высокими значениями ММЛЖ/ИММЛЖ/ЗСЛЖ у спортсменов ассоциировались VEGFA G аллель (квалифицированные конькобежцы: ММЛЖ – (21) г у GG против 254 (21) г у GC, P=0.002;

ИММЛЖ – 169 (10) г/м2 у GG против (18) г/м2 у GC;

P=0.015), NFATC4 160Ala аллель (все спортсмены мужского пола:

ММЛЖ – 398 (77) г у Ala/Ala против 328 (70) г у носителей Gly160 аллеля;

P=0.01), PPARGC1B 203Ala аллель (конькобежцы-мужчины: ЗСЛЖ –1,38 (0,1) см у Ala/Ala против 1,1 (0) см у Ala/Pro, P=0.017;

конькобежцы-женщины: ММЛЖ – 165 (14) г у Ala/Ala против 224 (37) г у Ala/Pro, P=0.06) и TFAM Ser12 аллелем (гребцы академисты мужчины: ММЛЖ – 409 (63) г у Ser/Ser против 324 (87) г у Ser/Thr+Thr/Thr, P=0.029).

Таким образом, носительство NFATC4 160Ala, PPARA C, PPARD C, PPARGC1B 203Ala, PPP3R1 5D, TFAM Ser12 и VEGFA G аллелей ассоциируется с предрасположенностью к развитию гипертрофии миокарда у спортсменов, занимающихся академической греблей и конькобежным многоборьем. Суммарный вклад этих аллелей в фенотипическую дисперсию ММЛЖ составил 20%. Для трех полиморфизмов (PPARA, PPARD, PPP3R1) эти результаты согласуются с литературными данными на примере здоровых людей, либо лиц с патологиями сердечно-сосудистой системы (Jamshidi Y. et al., 2002;

Tang W. et al., 2005;

Yan Z.C. et al., 2005).

6. Ассоциация полиморфизмов генов с антропометрическими, композиционными и силовыми показателями 6.1. Полиморфизмы генов и длина тела спортсменов и школьников В исследовании по изучению взаимосвязи полиморфизмов генов PPARG и PPARGC1A с длиной тела приняли участие 455 школьников (первая подгруппа (Д1) девочек: от 129 до 147 см (n = 126), вторая подгруппа (Д2): от 148 до 167 см (n = 114), первая подгруппа (М1) мальчиков: от 128 до 145 см (n = 110), вторая подгруппа (М2) – от 146 до 169 см (n = 105)), а также 175 действующих российских квалифицированных спортсменов, занимающихся академической греблей (мужчины 20-27 лет, n = 99;

рост – 191,1 (5,4) см, вес – 86 (9,7) кг), конькобежным многоборьем (мужчины 20-25 лет, n = 64;

рост – 179,6 (6) см, вес – 74,9 (8,8) кг) и баскетболом (женщины 19-25 лет, n=12;

рост – 180.3 (7,8) см, вес – 68,9 (7,8) кг). Гребцы были поделены на три подгруппы: 1) очень высокие (рост – 195-204 см), 2) высокие (рост – 189-194 см) и 3) гребцы среднего роста (182-188 см).

Анализ взаимосвязи полиморфизма гена PPARG с длиной тела выявил ассоциацию PPARG 12Ala аллеля с высоким ростом как у конькобежцев (Ala/Ala+Pro/Ala – 182,7 (4,9) см, Pro/Pro – 178,7 (6,1) см;

P = 0.023), так и баскетболисток (Pro/Ala – 187,3 (2,1) см, Pro/Pro – 176,9 (7,3) см, P = 0.02).

При распределении гребцов-академистов на 3 группы обнаружена линейная зависимость частоты PPARGC1A 482Ser аллеля от роста спортсменов: если в группе гребцов среднего роста частота PPARGC1A 482Ser аллеля была минимальной, то у самых высоких спортсменов она достигала максимальных значений (средний рост (18,8%) высокий рост (22,5%) очень высокий рост (33,3%);

P = 0.032 для линейного тренда). Кроме того, в первой подгруппе школьников (139,3 (4,1) см, Gly/Ser – 141,1 (3,5), см Ser/Ser – 142 (3,5) см;

P = 0.02) и во второй подгруппе школьниц (Gly/Gly – 152,3 (3,4) см, Ser/Ser – 155,2 (4,1) см;

P = 0.02) обнаружена взаимосвязь 482Ser аллеля с высоким ростом.

Полученные результаты согласуются литературными данными. В частности, известно, что к генам, отрицательно регулирующим рост костей в длину и толщину, следует отнести PPARG, продукт которого координирует экспрессию генов, вовлеченных дифференцировку остеобластов. В частности, PPAR может ингибировать сигналы гормона роста и снижать продукцию инсулиноподобного фактора роста 1, что приводит к подавлению остеобластогенеза и уменьшению костной массы (Ricote M. et al., 1998). Продукт экспрессии PPARG 12Ala аллеля обладает пониженной активностью связываться с регуляторными участками генов, которые он активирует либо подавляет (Deeb S.S. et al., 1998). Этот факт объясняет связь носительства PPARG 12Ala аллеля с высоким ростом (Meirhaeghe A. et al., 2000). Необходимо отметить, что PPAR регулирует активность генов, связываясь с 1-коактиватором PPAR (который кодируется геном PPARGC1A). PPARGC1A 482Ser аллель ассоциируется со снижением уровня экспрессии гена PPARGC1A, а значит – с уменьшением сочетанного действия комплекса PPAR-PGC1 (Ling C. et al., 2004), что, предположительно может повлиять на остеогенез.

6.2. Полиморфизмы генов, антропометрические, композиционные и физиологические показатели бодибилдеров и женщин, занимающихся бодифитнесом и фитнесом.

В исследовании приняли участие 42 выступающих бодибилдера и женщины, занимающиеся бодифитнесом и фитнесом (n=21), данные которых были проанализированы по двум критериям – длительности стажа занятий и моменту фиксирования фенотипических показателей. В соответствии с этим, у 40 мужчин со стажем занятий бодибилдингом 17,1±1,4 лет и 21 женщины со стажем занятий фитнесом 15,9±1,8 лет проводили анализ по всем показателям, кроме толщины КЖС.

Поскольку 18 мужчин и 8 женщин на момент сбора данных находились в соревновательном периоде, то в анализ этих подгрупп также включали различные композиционные показатели.

6.2.1. Результаты сравнительного анализа в группе мужчин с длительным (17,1±1,4 лет) стажем занятий бодибилдингом (n = 40) Силовые показатели Жим штанги лежа от груди. Наилучшими результатами в жиме обладали носители 582Ser аллеля гена HIF1A (Pro/Ser – 209 (16), Pro/Pro – 169 (39) кг;

P = 0.07), 482Ser аллеля гена PPARGC1A (Gly/Gly - 160 (23) кг, Gly/Ser - 186 (49) кг;

P = 0.047) и 55Val аллеля гена UCP2 (Ala/Ala - 163 (44) кг, Ala/Val - 171 (33) кг, Val/Val - 262,5 кг;

P = 0.056).

Антропометрические и композиционные показатели Абсолютная мышечная масса. Значимые различия по абсолютной мышечной массе были обнаружены между носителями генотипов Gly/Gly и Gly/Ser по PPARGC1A (50,1 (7,2) кг против 56,8 (7,8) кг;

P = 0.038).

Окружность плеча в спокойном состоянии (рука разогнута в локтевом суставе). C большей окружностью плеча ассоциировались аллели 55Val гена UCP (Ala/Ala – 37,5 (3,8) см, Ala/Val – 38,9 (3,7) см, Val/Val – 46 (2,8) см;

P = 0.028), 482Ser гена PPARGC1A (Gly/Gly – 37,6 (3,7) см, Gly/Ser – 40,1 (4) см;

P = 0.05).

Окружность плеча в напряженном состоянии (рука согнута в локтевом суставе). C большей окружностью плеча ассоциировались аллели 55Val гена UCP (Ala/Ala – 41,6 (3,3) см, Ala/Val – 43,5 (3,7) см, Val/Val – 49,2 (3,7) см;

P = 0.031), 482Ser гена PPARGC1A (Gly/Gly – 41,9 (3,3) см, Gly/Ser – 44,7 (4) см;

P = 0.022), 582Ser аллель гена HIF1A (Pro/Pro – 43 (3,5) см, Pro/Ser – 50 (7) см;

P = 0.01) и 5D аллель гена PPP3R1 (5I/5D – 45,7 (5,2) см, 5I/5I – 42,6 (3,1) см;

P = 0.031).

Окружность бедра в спокойном состоянии (нога разогнута). С большей окружностью бедра ассоциировались аллели 55Val гена UCP2 (Ala/Ala – 62,1 (5,4) см, Ala/Val – 64,3 (5,1) см, Val/Val – 72 см;

P = 0.09), 482Ser гена PPARGC1A (Gly/Gly – 62,2 (4,5) см, Gly/Ser – 65,7 (5,7) см;

P = 0.042) и 582Ser аллель гена HIF1A (Pro/Pro – 65,1 (4,8) см, Pro/Ser – 74,3 (12,4) см;

P = 0.019).

6.2.2. Результаты сравнительного анализа в группе бодибилдеров, находящихся в соревновательном периоде (n = 18).

Композиционные показатели Кожно-жировые складки. Ala55 аллель гена UCP2 ассоциировался с более тонкими КЖС под лопатками (Ala/Ala – 5,9 (0,8) мм, Ala/Val – 7 (0,7) мм, P = 0.008), а также на спине снизу (Ala/Ala – 5,5 (1,8) мм, Ala/Val – 7,2 (1) мм, P = 0.02). К аллелям, ассоциирующимся с уменьшенной толщиной КЖС, также можно отнести G аллель гена PPARA (бедро внутри: GG – 2,5 (0,8) мм, GC – 2,6 (0,4) мм, CC – 7,5 (3,5) мм, P = 0.003;

живот снизу: GG – 3 (0,8) мм, GC – 3,2 (0,6) мм, CC – 4,3 (0,4) мм, P = 0.08) и Pro12 аллель гена PPARG (кисть: Pro/Pro – 1,5 (0,39) мм, Pro/Ala – 2,1 (0,34) мм;

P = 0.0056).

6.2.3. Результаты сравнительного анализа в группе женщин с длительным (15,9±1,8 лет) стажем занятий фитнесом (n = 21).

Антропометрические и композиционные показатели.

C большей окружностью плеча в спокойном состоянии ассоциировались PPARD T (TT – 28,5 (2,7) см, TC – 25,1 (3,9) см;

P = 0.035) и VEGFA G (GG – 29,1 (2,6) см, GC – 26,7 (1,3) см;

P = 0.028) аллели (аллели-антагонисты выносливости). С высокими значениями относительной мышечной массы был взаимосвязан TFAM 12Thr аллель (Ser/Ser – 50,1 (3,7)%, Ser/Thr – 54,6 (0,8)%;

P = 0.029).

6.2.4. Результаты сравнительного анализа в группе женщин, занимающихся фитнесом соревновательного периода (n = 8).

Кожно-жировые складки. В области плеча сзади Ala55 аллель гена UCP ассоциировался с более тонкой КЖС (Ala/Ala - 2 (0) мм, Ala/Val – 7,2 (2,7) мм, Val/Val – 10 мм;

P=0.004), а плеча спереди – Gly482 аллель гена PPARGC1A (Ser/Ser – 6,8 (4,1) мм, Gly/Ser – 2,5 (0,7) мм, Gly/Gly – 2,5 (0,5) мм;

P=0.036).

Результаты проведенного исследования позволяют заключить, что полиморфизмы генов HIF1A, PPARA, PPARD, PPARG, PPARGC1A, PPP3R1, TFAM, UCP2, UCP3, VEGFA ассоциируются с различными физиологическими, антропометрическими и композиционными показателями у профессиональных бодибилдеров и женщин, занимающихся фитнесом. Показано (табл. 9), что определенные аллели генов и их сочетания могут давать существенное преимущество при наращивании мышечной массы и увеличении силы, а также в достижении рельефной мускулатуры за счет уменьшения толщины кожно-жировых складок. При этом, суммарный вклад значимых маркеров (аллелей) в фенотипическую дисперсию силы, мышечной и жировой массы составил 23%, 25% и 32%, соответственно.

Таблица Генетические маркеры успешности соревновательной деятельности профессиональных бодибилдеров и женщин, занимающихся фитнесом Фенотип Генетические маркеры Высокие силовые возможности HIF1A 582Ser, PPARGC1A 482Ser, UCP2 55Val Большие объемные размера плеча, HIF1A 582Ser, PPARD T, PPARGC1A 482Ser, PPP3R1 5D, предплечья, бедра и голени UCP2 55Val, VEGFA G Большая абсолютная и PPARGC1A 482Ser, TFAM 12Thr относительная мышечная масса Пониженное жироотложение PPARA G, PPARG Pro12, PPARGC1A Gly482, UCP2 Ala 7. Разработка методологических подходов картирования генов, ассоциированных со спортивной деятельностью Идентификация всех генов человека и их функций имеет важное значение для понимания молекулярных механизмов развития редких моногенных и распространенных мультифакторных заболеваний, а также нормальных признаков.

Современная стратегия картирования физических и психических качеств в контексте спорта, активно ведется уже 11 лет и включает такие подходы, как анализ сцепления, метод идентичных по происхождению аллелей и исследование ассоциаций в популяциях.

Последний подход является наиболее распространенным и основан на поиске популяционных корреляций. Этот метод применяется для обнаружения информативных полиморфных локусов, ассоциированных с различными физическими и психическими качествами человека. Поиск полиморфных генов кандидатов и их использование в изучении генетической предрасположенности к выполнению различных физических нагрузок основан на знании молекулярных механизмов мышечной или любой другой деятельности и предположении, что полиморфизм данного гена может повлиять на уровень метаболических процессов либо на морфо-функциональные особенности организма.

Исследование ассоциаций полиморфизмов генов-кандидатов основано на нескольких методических подходах.

1. Исследование «случай-контроль», при котором проводится поиск популяционных корреляций в частотах аллелей (генотипов, гаплотипов, гаплогрупп).

В классическом случае они представляют собой сравнение спортсменов с индивидами, не имеющими спортивного стажа и разряда из той же популяции.

2. Одномоментное (поперечное) исследование – проведение корреляционного или сравнительного анализа генотипов с данными однократного обследования (исследование «генотип-фенотип», например, антропометрия, гистоморфометрия, спироэргометрия, определение уровня физической подготовленности, соревновательной успешности и др.).

3. Динамическое (продольное) исследование – проведение корреляционного или сравнительного анализа генотипов с данными многократных обследований испытуемых (анализируется эффект тренировки).

Исследования, проводимые в рамках спортивной генетики, по структуре можно классифицировать следующим образом (перечислены в порядке возрастания доказательности): 1) описание отдельных случаев (примеры: мальчик с двумя дефектными копиями гена миостатина имеет фенотип «силача»;

мужчина, имеющий мутацию в гене рецептора эритропоэтина является двукратным олимпийским чемпионом в лыжных дисциплинах) (Juvonen E. et al., 1991;

de la Chapelle А. et al., 1993;

Schuelke М. et al., 2004);

2) описание серии случаев (пример: описательная статистика комбинаций генотипов у членов олимпийской сборной команды по тяжелой атлетике);

3) исследование «случай-контроль»;

4) аналитическое одномоментное исследование;

5) проспективное динамическое исследование;

6) мета-анализ – обобщение результатов (количественный анализ) нескольких исследований. Такой подход обеспечивает большую статистическую мощность (чувствительность) за счет увеличения размера выборки. Мета-анализ используется для обобщения результатов многих испытаний, зачастую противоречащих друг другу.

Определение значимости полиморфизма гена в диагностике предрасположенности к спорту. В научно-практических целях важно научиться определять значимость конкретного генетического маркера в диагностике предрасположенности к спорту. Для оценки значимости маркера в спорте необходимо учитывать три основных критерия:

1. Функциональная значимость ДНК-полиморфизма, зависящая от типа полиморфизма (инделы;

миссенс-, сенс-, нонсенс-мутации;

повторные полиморфизмы;

сплайсинговые мутации и др.) и его локализации (промотор, UTR регионы, интрон, экзон, спейсер). Предполагаемый эффект полиморфизма на фенотип может быть очень низким (1 балл по 5-бальной шкале), низким (2 балла), умеренным (3 балла), высоким (4 балла) и очень высоким (5 баллов).

2. Количество повторений результатов независимых исследований по типу «случай–контроль».

3. Число повторений результатов независимых исследований по типу «генотип–фенотип».

Таким образом, чем больше баллов набирает определенный генетический маркер по каждому критерию, тем в меньшей степени он может считаться ложноположительным, и тем в большей степени он является значимым и надежным для диагностики предрасположенности к занятиям различными видами спорта.

Для удобства значимость маркера можно обозначать в виде формулы ABC, где A – предполагаемый эффект полиморфизма (баллы: от 1 до 5);

B – число независимых исследований по типу «случай–контроль», в которых были показаны схожие результаты (баллы: от 0 до n);

C – число независимых исследований по типу «генотип–фенотип», где были показаны схожие результаты (баллы: от 0 до n). В расширенном варианте этой формулы можно также учитывать другие критерии такие, как число исследований с противоречивыми либо отрицательными данными.

В таблице 10 представлены изученные в данной диссертационной работе генетические маркеры и их оценка значимости для определенного фенотипа. К другим значимым для спорта генетическим маркерам следует отнести полиморфизмы генов ACE, ACTN3, ADRA2A, ADRB2, AMPD1, BDKRB2, EPAS1 (Bray M.S. et al., 2009).

8. Разработка принципов генетической диагностики предрасположенности к занятиям спортом Открытие наиболее значимых для спорта генетических маркеров предполагает их применение в комбинации с фенотипической диагностикой в системе спортивной ориентации и отбора, а также в многолетней подготовке спортсменов. В соответствии с поставленными задачами, можно выделить три направления практического приложения спортивной генетики (при условии разработки полноценных диагностических комплексов): а) определение предрасположенности детей и подростков к определенному виду двигательной деятельности;

б) повышение роста спортивных показателей за счет оптимизации и коррекции тренировочного процесса;

и в) профилактика различных заболеваний, связанных с профессиональной деятельностью спортсменов.

Таблица Генетические маркеры и их оценка значимости Показатели Генетические значимости* Ссылки** Маркеры A B C Маркеры выносливости Prior S.J. et al., 2003;

Wolfarth В. et al., 2007;

данные HIF1A Pro582 4 1 настоящего исследования Данные настоящего исследования NFATC4 Gly160 4 1 Jamshidi Y. et al., 2002;

Дондуковская Р.Р. и др., 2006;

Eynon N. et al., 2009;

данные настоящего PPARA G 2-3 2 исследования Eynon N. et al., 2009;

данные настоящего PPARD C 4 2 исследования Lucia A. et al., 2005;

Stefan N. et al., 2007;

данные PPARGC1A Gly482 4 3 настоящего исследования Данные настоящего исследования PPARGC1B 203Pro 4 1 Данные настоящего исследования PPP3R1 5I 3-4 1 Данные настоящего исследования TFAM 12Thr 4 1 Astrup A. et al., 1999;

Buemann B. et al., 2001;

данные UCP2 55Val 4 1 настоящего исследования Echegaray M. et al., 2003;

Goriyeva S.B. et al., 2008;

UCP3 T 4 2 данные настоящего исследования Prior S.J. et al., 2006;

данные настоящего VEGFA C 4 1 исследования Маркеры быстроты/силы Данные настоящего исследования HIF1A 582Ser 4 1 Данные настоящего исследования PPARA C 2 2 Данные настоящего исследования PPARD T 4 0 Kobritsov G. et al., 2009;

данные настоящего PPARG 12Ala 4 1 исследования Данные настоящего исследования PPARGC1A 482Ser 4 0 Kobritsov G. et al., 2009;

данные настоящего PPARGC1B 203Pro 4 1 исследования *A - функциональная значимость полиморфизма (балл);

B – число независимых исследований по типу «случай–контроль» со схожими результатами;

C – число независимых исследований по типу «генотип–фенотип» со схожими результатами.

Проведение генетической диагностики в спорте делится на четыре последовательных этапа:

1. Анкетирование.

2. Фенотипирование.

3. Забор и транспортировка биологического материала. Выделение ДНК из биоматериала и организация ее длительного хранения. Генотипирование нужных участков ДНК.

4. Интерпретация данных генотипирования и фенотипирования. Составление заключения специалиста и выдача рекомендаций.

Анкетирование со сбором полной информации об испытуемом, и, при необходимости, о его родственниках (наличие спортивного разряда и стажа у его родителей, братьев и сестер, сведения о заболеваниях и т.п.) является неотъемлемой частью генетической диагностики. Анкетирование, как правило, включает в себя устный или письменный сбор следующих данных: ФИО;

дата рождения;

рост и вес обследуемого при рождении и на текущий момент;

росто-весовые показатели отца и матери обследуемого;

каким видом спорта занимается обследуемый;

какой у обследуемого разряд в этом виде спорта;