Физиологические механизмы генетической регуляции функциональной работоспособности и выносливости организма спортсменов-единоборцев при адаптации к физической нагрузке

Актуальность. Ф.З. Меерсон (1993) отмечал, что при долговременной адаптации режим, в котором действует фактор среды, через селективную экспрессию определенных генов обеспечивает соотношение клеточных структур, которое увеличивает мощность и экономичность доминирующей в адаптации системы [3]. Актуальность данного исследования состоит в том, что оно позволяет научно обосновать технологию спортивной подготовки для более эффективного осуществления тренировочного и соревновательного процессов, корректировать спортивную подготовку с учетом генетического профиля [1, 5, 6, 7, 9].

Материалы и методы. Исследования проводились на базе кафедры безопасности жизнедеятельности и медико-биологических дисциплин при ФГБОУ ВО «ЮУрГГПУ», а также на базе Научно-исследовательского института олимпийского спорта ФГБОУ ВО УралГУФК в лаборатории молекулярно-генетических исследований. В исследовании принимали участие спортсмены-единоборцы различных квалификаций СДЮСШОР г. Челябинска. Все испытуемые спортсмены были разделены по трем квалификационным категориям: спортсмены низкой квалификации (1, 2, 3-й юношеские разряды) – 23 человека (контрольная группа); спортсмены средней квалификации (1, 2, 3-й взрослые разряды) – 27 человек (экспериментальная группа-1) и спортсмены высокой квалификации (КМС и МС) – 26 человек (экспериментальная группа-2).

Частота генотипов полиморфного гена HIF1A в выборке единоборцев разных квалификаций: низкой, средней и высокой. * – р ≤ 0,001 – статистическая значимость различий Frequency of the genotypes of HIF1A polymorphic gene in the sample of combatathletes of various levels: low, average, and high. * – р ≤ 0.001 – statistical significance of differences

Были определены ДНК, выделяемые из клеток буккального эпителия ротовой полости. Амплификацию фрагментов геномной ДНК, содержащей полиморфные участки, проводили с помощью полимеразной цепной реакции (ПЦР) в амплификаторах iQ5 (BioRad, США) и GeneAmp PCR System 9700 (Applied Biosystems, США). Праймеры синтезировались фирмой Евроген (Россия) [4].

Результаты исследования. Ген HIF1A (фактор, индуцируемый гипоксией 1 альфа) считается ведущим регулятором транскрипции генов человека, ответственных за адаптационные реакции организма на гипоксию. Он активируется в ключевых этапах регуляции кислородных путей, обеспечивая быстрые и адекватные ответы на гипоксический стресс, включает гены, регулирующие процесс ангиогенеза, вазомоторный контроль, энергетический метаболизм, эритропоэз и апоптоз. Фактор, индуцируемый гипоксией 1 (HIF-1), играет важную роль в регуляции экспрессии некоторых генов, вовлеченных в гликолиз (гены альдолазы, лактатдегидрогеназы, фосфофруктокиназы, пируваткиназы, фосфогли-цераткиназы), транспорт глюкозы и ангиогенез [1, 6, 9, 10, 12].

В гене HIF1A (локализация: 14q21-q24), кодирующем субъединицу 1α фактора гипоксии, обнаружен Pro582Ser полиморфизм. Существует 3 генотипа HIF1A Pro/Ser полиморфизма – «Pro/Pro», «Pro/Ser» и «Ser/Ser». С наличием HIF1A*Ser аллеля связывают уве- личение экспрессии генов гликолиза, что приводит к сдвигу в сторону преимущественно анаэробного обеспечения мышечной деятельности. Значимость в порядке убывания для качеств анаэробной работоспособности и скоростной выносливости: «Ser/Ser», «Pro/Ser» и «Pro/Pro» [8, 10, 11, 12].

На рисунке представлены результаты исследования полиморфных вариантов генов HIF1A у испытуемых спортсменов низкой, средней и высокой квалификации.

При типировании полиморфизма Pro582Ser гена HIF1A выявлено три генотипа и два аллеля. В контрольной группе спортсменов-единоборцев низкой квалификации (КГ) генотип HIF1A*Ser/Ser представлен с частотой 17,4 %, а генотип HIF1A*Pro/Ser представлен с частотой 69,6 %, генотип HIF1A*Pro/Pro представлен с частотой 13,04 % (см. рисунок). Частота аллеля HIF1A*Ser в данной выборке составила 52,2 %, аллель HIF1A*Pro встречался с частотой 47,8 %.

В группе спортсменов среднего уровня квалификации (ЭГ-1) генотип HIF1A*Ser/Ser представлен с частотой 27,78 %, генотип HIF1A*Pro/Ser представлен с частотой 66,67 %, а генотип HIF1A*Pro/Pro представлен с частотой 5,55 % (см. рисунок). Частота аллеля HIF1A*Ser в данной выборке составила 61,1 %, аллель HIF1A*Pro встречался с частотой 38,9 %.

В группе единоборцев высокой квалификации (ЭГ-2) генотип HIF1A*Ser/Ser пред- ставлен с частотой 76,47 %, генотип HIF1A*Pro/Ser представлен с частотой 21,57 %, а генотип HIF1A*Pro/Pro представлен с частотой 1,96 %. Частота аллеля HIF1A*Ser в данной выборке составила 87,2 %, аллель HIF1A*Pro встречается с частотой 12,75 %. Наблюдаемое распределение частот генотипов соответствует теоретически ожидаемому равновесному распределению Харди-Вайнберга (χ2 = 34,223, P = 0,0001).

При попарном сравнении частот генотипов и аллелей между группами спортсменов с разным уровнем функциональной работоспособности выявлено статистически значимое повышение частоты генотипа HIF1A*Ser/Ser в выборке единоборцев высокой квалификации (см. рисунок) с наивысшим уровнем интегральной функциональной работоспособности (ИФР = 58,79 %) [4] по сравнению с группой низкоквалифицированных спортсменов с самым низким уровнем (ИФР = 44,76 %) интегральной функциональной работоспособности (76,47 % в ЭГ-2 против 17,4 % в КГ, P = 0,001) на 59,07 %, кроме того, в группе ЭГ-2 отмечалось статистически значимое повышение частоты генотипа HIF1A*Ser/Ser (76,47 % в ЭГ-2 против 27,78 % в ЭГ-1, P = 0,001) на 48,69 % по сравнению с группой единоборцев среднего уровня с (ИФР = 52,01 %) функциональной работоспособности.

При попарном сравнении единоборцев разных квалификаций выявлено статистически значимое снижение частоты гетерозиготного генотипа HIF1A Pro/Ser у испытуемых с высоким уровнем интегральной функциональной работоспособности по сравнению с испытуемыми с низким уровнем интегральной функциональной работоспособности (21,57 % в ЭГ-2 против 69,6 % в КГ, P = 0,001) на 48,12 %, кроме того, в ЭГ-2 отмечалось статистически значимое повышение частоты гетерозиготного генотипа HIF1A*Pro/Ser по сравнению с группой единоборцев среднего уровня функциональной работоспособности (21,57 % в ЭГ-2 против 66,67 % в ЭГ-1, P = 0,001) на 45,10 %. Частота генотипа HIF1A*Pro/Pro достоверно не изменилась во всех трех группах испытуемых единоборцев (см. рисунок).

Заключение. Долговременная адаптация спортсменов разных видов спорта, развивающих выносливость, приводит к мобилизации энергообеспечения и использования природ- ных предпосылок и резервных возможностей организма [1–3].

Анализ полиморфных локусов молекулярно-генетических маркеров ( HIF1A Ser/Ser , HIF1A*Ser ), детерминирующих работоспособность кардиореспираторной и анаэробногликолитической систем у спортсменов-единоборцев при адаптации к физической нагрузке, показал прямую корреляционную взаимосвязь между высоким уровнем интегральной функциональной подготовленности спортсменов-единоборцев и частотами аллелей генов ( HIF1A Ser/Ser , HIF1A*Ser ). Оптимальное число аллелей по этим маркерам (для достижения успеха в единоборствах) – от 4 до 6.

Практическая значимость состоит в том, что данные аллели исследуемых генов могут быть использованы и как маркеры объективной оценки предрасположенности спортсменов-единоборцев к эффективному осуществлению тренировочной и соревновательной деятельности [4, 8].

Работа выполнена при финансовой поддержке ФГБОУ ВО «Шадринский государственный педагогический университет» по договору на выполнение НИР от 26.04.2018 г. № 143Н по теме «Влияние генной регуляции для повышения работоспособности организма спортсменов-единоборцев в динамике формирования адаптации к сочетанному действию гипоксии и физической нагрузки».