Маркер адаптивных свойств гормонально-генетического профиля организма юных спортсменов при влиянии сочетанного воздействия гипоксии и физической нагрузки

D.A. Saraykin1, ,

V.I. Pavlova1, ,

Yu.G. Kamskova1, ,

V.V. Erlikh2, ,

A.V. Nenasheva2, , 1South Ural State Humanitarian Pedagogical University, Chelyabinsk, Russia 2South Ural State University, Chelyabinsk, Russia

Введение. Особый интерес для физиологов, тренеров, спортсменов в настоящее время представляет адаптация организма спортсмена к высотной гипоксии в сочетании с действием физической нагрузки. Устойчивая адаптация с увеличенной мощностью всех систем организма, а также активация всех процессов обмена веществ, возникает благодаря одновременному воздействию на организм физической нагрузки и гипоксии [1, 6–8, 12, 14].

Понимание сути возникновения адаптации определяет ряд черт, которые присуще комплексу структурных изменений, возникающих в системе, которая ответственна за адаптацию [5, 11, 19]. Физиологические возможности доминирующей системы повышаются с помощью формирования системного структурного следа. Это является следствием роста клеточных структур, лимитирующих функцию доминирующей системы, увеличения выраженности определенных генов и избирательной вариативности соединительной ткани, а не глобального роста массы клеток доминирующей системы [5, 11, 19].

В спорте высших достижений возникла необходимость поиска путей повышения физиологических возможностей организма спортсменов, а изучение сочетанного действия высотной гипоксии с физической нагрузкой является своевременной актуальной задачей [8, 9, 15, 16].

У единоборцев высокой квалификации при выполнении физических нагрузок в связи с особенностями энергетического обмена в организме могут быть выявлены, вероятнее всего, молекулярно-генетические предпосылки, регулирующие процесс развития качеств, которые способствуют спортивной успешности, и на их основе можно проводить отбор спортсменов, которые в будущем покажут выдающиеся спортивные результаты [7, 10, 20, 21].

Кроме того, при формировании долговременной адаптации необходимо точно знать механизм действия каждого гормона в отдельности, которые поэтапно выделяются при действии среднегорья и физической нагрузки на организм спортсмена [2, 5, 7, 10, 13, 15].

Проблема адаптации к гипоксии и физическим нагрузкам сводится к вопросу о механизмах, обеспечивающих тренировочному организму преимущества перед нетренированным [3, 7, 8, 22]. Стоит отметить, что адаптация к различным воздействиям, которые вызывают интенсивную мышечную работу, – это реакция целого организма. Данная реакция направлена на решение двух основных задач: восстановить или поддержать двигательный гомеостаз и постоянство внутренней среды организма; обеспечить мышечную деятельность [4, 20, 21].

Поэтому целью данного исследования является изучение у адаптированных спортсменов к гипоксии среднегорья и физической нагрузки гормонально-генетического профиля.

Материалы и методы. Адаптация к гипоксии и физической нагрузке проводилась в среднегорье на высоте 2150–2200 м над уровнем моря (гора Терская, Приэльбрусье). В исследовании принимали участие спортсмены-разрядники (кандидаты в мастера спорта, мастера спорта) 18–24 лет, в количестве 10 тхэквондистов и 20 бегунов. Исследуемые провели на среднегорье 21 день подготовительного периода (активные тренировки), затем в течение 7 дней проходили адаптацию на равнине, после чего входили в соревновательный период.

С помощью тест-систем способом имму-ноферментного анализа определялись уровни содержания гормонов в крови и слюне спортсменов-единоборцев. Измерения проводились с помощью планшетного фотометра Multiskan plus (LabSystems, производство Финляндия) при длине волны 450 нм.

Исследование проводилось на базе НИЛ «Адаптация организма спортсменов к физической нагрузке разной интенсивности в тренировочном и образовательном процессах» (ЮУрГГПУ), на базе НИИ олимпийского спорта УралГУФК в лаборатории молекулярно-генетических исследований, а также на базе научно-исследовательского центра спортивной науки в ИСТиС (ЮУрГУ).

Молекулярно-генетические особенности единоборцев изучались при помощи амплификации фрагментов геномной ДНК, выделенной из клетки буккального эпителия ротовой полости, содержащих полиморфные участки. Амплификацию проводили с помощью полимеразной цепной реакции (ПЦР) в амп-лификаторах iQ5 (Bio-Rad, США) и GeneAmp PCR System 9700 (Applied Biosystems, США). Праймеры синтезировались фирмой «Евроген» (Россия). ПЦР-фрагменты, содержащие однонуклеотидные полиморфизмы, обрабатывались подходящими рестриюгазами в соответствии с общепринятой методикой.

Продукты рестрикции, а также ПЦР-про-дукты полиморфизмов, содержащие инсер-ции/делеции, разделяли с помощью 8%-ного полиакриламидного гель-электрофореза с последующей окраской бромистым этидием и визуализацией на трансиллюминаторе фирмы UVP (США). Сепарационные профили фотографировали с помощью цифровой фотокамеры.

Результаты исследования. Ф.З. Меерсон говорит о том, что приспособление организма к физическим нагрузкам отличается от адаптации к гипоксии. Недостаток кислорода в среде постепенно вызывает гипоксемию с нарушением гомеостаза, а не первично действует на экстра-рецепторы в отличии от иных факторов, вызывающих двигательную активность [6, 17, 20].

Стоит отметить, что только после возникновения гипоксемии на аортально-каротидной зоне недостаток кислорода действует как раздражитель хеморецепторов этой зоны и центров, которые регулирует кровообращение и дыхание. Как следствие возникает гипервентиляция в легких.

Под влиянием гипоксемии включается система доставки кислорода легкими [3, 4, 6, 17]. Так, у спортсменов легочная вентиляция увеличилась соответственно на 17,50 %; ЖЕЛ – на 20 %.

При адаптации организма спортсменов к среднегорью (гипоксии) и физической нагрузке развивается в ответ на нехватку О 2 активация гипоталамо-гипофизарно-адреналовой системы.

В период срочной адаптации преобладают катаболические процессы. В среднегорье проявлялось напряжение механизмов адаптации, которая проявлялась в сдвигах показателей концентрации гемоглобина, энзимов, активности КФК, мочевины [4, 5, 20, 21, 22].

В начальной стадии краткосрочной адаптации происходит интенсивное высвобождение стресс-индуцированных гормонов: АКТГ, тестостерона, тирозина, тиреотропного гормона [5, 6, 8].

При стресс-реакции АКТГ предшествует появлению глюкокортикоидов и катехоламинов [13, 17, 19]. АКТГ увеличивает синтез белка и РНК, стимулирует рост коры надпочечников. Содержание этого гормона увеличилось на 63 % (p < 0,01) на среднегорье под влиянием гипоксии и физической нагрузки.

Тирозин при срочной адаптации составлял 81 %, при долговременной адаптации – 87,15 ± 2,23 1 ч мкмоль/л (81,83 %), контрольные величины при этом составляют 106,5 1 ч мкмоль/л. Уровень тирозиновой кислоты также был ниже контрольных показателей на 11 % и составляла 1,42 ± 0,03 мг% по сравнению с контрольными показателями 1,6 ± 0,01 мг%.

Необходимо отметить увеличение уровня тестостерона в моче на 122,64 % при краткосрочной адаптации, что составляло 14,65 ± ± 0,58 мкмоль/24 ч; и на 125,53 % – 87,15 ± ± 2,23 мкмоль/24 ч при долговременной адаптации; контрольные величины при этом составляли 6,58 ± 0,03.

Таким образом, при краткосрочной адаптации к гипоксии развивается активация гипофизарно-адреналовой системы. Вследствие этого гормон тестостерон увеличивается в 2 раза, тиреоидный гормон щитовидной железы – тироксин снижается на 19 % (p < 0,01), тирозиновой кислоты снижается – на 11 % (p < 0,05).

Экономизация функций, которая сопровождает формирование устойчивой адаптации к гипоксии у спортсменов, выражается в следующем: снижается скорость оксигенации и время кровотока, а также легочная вентиляция, дыхательный коэффициент уменьшается на 12 % (p < 0,05), а индекс тканевой экстракции повышается на 33 % (p < 0,05).

Из всего выше сказанного можно сделать вывод о том, что благодаря адаптации организма к гипоксии среднегорья повышается выносливость, увеличиваются функциональные резервы организма, что влечет за собой улучшение спортивных результатов.

Анализируя особенности генетических маркеров полиморфных локусов спортивных качеств испытуемых тхэквондистов низкой и высокой квалификации, становится понятно, что раннее выявление индивидов с генетической предрасположенностью к преимущественному развитию скоростно-силовых качеств является для олимпийского вида спорта тхэквондо одним из наиболее важных этапов спортивного отбора, так как именно максимальное развитие качеств скорости и силы необходимо единоборцам для достижения наивысших спортивных результатов [8–11].

В связи с тем, что тхэквондо является ациклическим скоростно-силовым видом спортивного единоборства, можно сделать вывод, что полиморфизмы генов, которые определяют скоростно-силовые качества спортсменов, а также ген ангиотензин превращающего фермента (ACE) являются основными генетическими маркерами, связь которых с высокими результатами в разных видах спорта доказана в исследованиях последних лет [12, 14, 15].

Так, ген ACE I/D D/D, ассоциированный с силовыми качествами и работоспособностью на коротких дистанциях, у тхэквондистов высокой квалификации проявлен на 64,29 ± 3,64 балла, что составляет на 46,9 % больше, чем у испытуемых низкой квалификации, у которых этот ген проявлен на 43,75 ± 2,31 балла.

Ген ACTN3 R577X (rs l815739) R/R, который отвечает за максимальное содержание α-актинин-3 в быстрых мышечных волокнах и предрасположенность к силовым качествам на высокой скорости, имеет преимущество в генерировании силовых сокращений на высокой скорости. Отмечается, что в группе тхэквондистов высокой квалификации данный ген проявлен на 53,57 ± 2,33 балла (это достоверно выше контрольной группы на 42,9 % (p < 0,01)) и может быть использован для спортивного отбора одаренных единоборцев; в группе тхэквондистов низкой квалификации этот ген проявлен на 37,5 ± 1,28 балла.

Ген, обуславливающий максимальный уровень активности мышечной изоформы аденозинмонофосфат дезаминазы и предрасположенность к скоростно-силовым качествам имеет название – AMPD1 С34Т (rs 17602729) C/C. В группе тхэквондистов низкой квалификации этот ген проявлен на 59,38 ± 2,17 балла, тогда как в группе тхэквондистов высокой квалификации он проявлен на 82,14 ± 4,11 бал- ла, с достоверностью (р < 0,01). Что достоверно по сравнению с контрольной группой на 38 % и может являться предпосылкой спортивного отбора одаренных спортсменов.

Ген PPARG Рго12А1а (rs 1801282) Ala/Ala связан с повышенной чувствительностью к инсулину, что приводит к усиленному анаболическому воздействию на мышечную ткань и важно для спортсменов силовых видов спорта. У носителей данного генотипа мышцы наиболее эффективно используют глюкозу и быстрее наращивают массу. В группе тхэквондистов низкой квалификации этот ген проявлен на 9,38 ± 0,93 балла, тогда как в группе тхэквондистов высокой квалификации он проявлен на 17,86 ± 0,86 балла, что превышает контрольные величины на 90,4 % (p < 0,01) и может являться предпосылкой спортивного отбора одаренных единоборцев.

Ген COMT Vall58Met (rs 4680) Val/Val обуславливает повышенную агрессивность, менее выраженную тревожность и пониженную чувствительность к боли, что может способствовать физической агрессивности и более высокому уровню экстраверсии. Носители данного генотипа имеют преимущество при обработке неприятных эмоциональных стимулов. Данный генотип связан с более высокой плотностью минералов костной ткани. В группе тхэквондистов низкой квалификации данный ген проявлен на 40,63 ± 1,57 балла, тогда как в группе тхэквондистов высокой квалификации он проявлен на 57,14 ± 3,18 балла, что достоверно (p < 0,01) превышает контрольные величины на 40,6 % и может являться предпосылкой спортивного отбора одаренных единоборцев.

Ген IGF II G17200A (rs 680) G/G ассоциирован с проявлением наибольшей силы рук и ног. У носителя этого гена наблюдается наименьшая потеря силы после упражнений, более быстрое восстановление силы мышц после интенсивных физических упражнений, больший показатель мышечной массы тела. В группе тхэквондистов низкой квалификации данный ген проявлен на 50 ± 2,66 балла, тогда как в группе тхэквондистов высокой квалификации он проявлен на 75 ± 4,92 балла, что достоверно выше контрольных величин на 50 % (p < 0,01) и может являться предпосылкой спортивного отбора одаренных единоборцев.

Ген IL-6 G174C (rs 1800795) G/G обу- славливает высокий уровень развития скоростно-силовых качеств. В контрольной группе тхэквондистов низкой квалификации данный ген проявлен на 28,13 ± 1,78 балла, тогда как в экспериментальной группе тхэквондистов высокой квалификации он проявлен на 46,43 ± ± 3,49 балла, это достоверно (р < 0,01) выше контрольной группы на 65,1 %, что может являться предпосылкой спортивного отбора одаренных единоборцев.

Ген HIF1A Pro582Ser (rs 11549465) T/T ассоциирован с повышенной устойчивостью клеток к гипоксии. В группах спортсменов, занимающихся видами спорта с преимущественным проявлением скорости и силы, частота 582Ser аллеля значимо повышается. В контрольной группе тхэквондистов низкой квалификации данный ген проявлен на 6,25 ± ± 0,71 балла, тогда как в экспериментальной группе тхэквондистов высокой квалификации он проявлен на 14,29 ± 2,12 балла, что достоверно (р < 0,01) выше контрольной группы на 128 % и может являться предпосылкой спортивного отбора одаренных единоборцев.

Общий генетический бал скоростно-силовых качеств с ростом спортивного мастерства спортсменов-тхэквондистов достоверно увеличивается в ЭГ по сравнению с КГ на 49,3 % с 34,38 ± 1,68 до 51,34 ± 3,08 балла, что свидетельствует об отборе единоборцев с аллелями генов, которые ассоциированы с максимальным проявлением скоростно-силовых качеств с ростом спортивного мастерства спортсменов-тхэквондистов.

Заключение. Для оптимальной подготовки высококвалифицированных спортсменов и увеличения надежности системы индивидуального отбора в качестве основного базисного способа формирования сборных команд (в том числе олимпийской сборной) можно использовать анализ генетической предрасположенности. Целесообразность и перспективы использования данного анализа позволяет увидеть динамику проявления молекулярногенетических маркеров спортивной успешности единоборцев. Высокий уровень проявления данных полиморфных локусов характерен для группы единоборцев высокого спортивного мастерства, что можно эффективно использовать для ранней диагностики предрасположенности к профессиональным занятиям единоборствами.