Особенности функционирования газотранспортной системы и красной крови при разном уровне двигательной активности в зависимости от полиморфизма генов ACE и PPARG

Актуальность. Известно, что адаптация организма к физическим нагрузкам осуществляется за счет включения различных звеньев кислородтранспортной системы организма (КТС) [6, с. 23]. При этом эффективность функционирования КТС и ее резервы во многом определяются характером и интенсивностью мышечной деятельности; спортсмены, несомненно, имеют более развитую систему микроциркуляции и утилизации кислорода, чем физически малоактивные люди. В то же время индивидуальные особенности и степень адаптационных изменений в организме находятся под контролем ряда генов [4, с.17; 7, с. 21].

На сегодняшний день наиболее информативными генетическими маркерами спортивной результативности и успешности в разных видах спорта считаются I/D полиморфизм гена ангиотензинпревращающего фермента (АСЕ) и Pro12Ala полиморфизм гена PPARG [1, с.27; 8, с. 35; 9, с. 209]. Инсерционно-делеционный полиморфизм гена АСЕ заключается в наличии (I аллель) или отсутствии (D аллель) фрагмента длиной из 287 пар нуклеотидов в 16 интроне. У носителей D аллеля отмечена высокая экспрессия фермента, что может привести к повышенному сосудистому тонусу [11, с. 1313]. PPARG Pro12Ala полиморфизм представляет собой замену нуклеотида C на G в 34 положении экзона B, что приводит к замещению пролина на аланин в аминокислотном положении 12 изоформы PPARγ2. Пониженная активность PPARγ2, ассоциируемая с носительством Ala аллеля, обусловливает повышение чувствительности мышечной и жировой ткани к инсулину, увеличение утилизации глюкозы и индекса массы тела [10, с. 774]. Кроме того, PPARG Ala аллель ассоциируется с большей площадью поперечного сечения медленных мышечных волокон и увеличением их содержания [2, с. 87]. Учитывая, что данные полиморфизмы генов ACE и PPARG контролируют развитие, формирование и проявление аэробных и анаэробных возможностей организма, актуальным представляется изучение состояния КТС организма при разном уровне двигательной активности.

Следует отметить, однако, что научные работы в области генетики мышечной деятельности проводятся в таких направлениях, как «генетика и двигательное поведение», «непереносимость» физических нагрузок, «влияние генетических особенностей на мышечную силу», «взаимосвязь генетики и аэробной работоспособности спортсменов», «генетика и особенности гемодинамики» [1, с. 28]. В то же время практически отсутствуют работы, посвященные изучению физиологических процессов, в частности кислородообеспе-чения, проявление которых контролируется наследственным фактором, при разном уровне повседневной двигательной активности.

В связи с этим цель исследования состояла в изучении влияния уровня двигательной активности и наследственного фактора (на примере полиморфизма генов ACE и PPARG) на показатели газотранспортной системы и красной крови у юношей.

Материалы и методы исследования. В исследовании приняли участие 96 юношей-студентов в возрасте 21±2 года, клинически здоровых по результатам ежегодного диспансерного осмотра. Все участники исследования были проинформированы о задачах и используемых методиках и дали добровольное письменное согласие на участие в эксперименте. Протокол эксперимента одобрен Комиссией по биоэтике.

На основе данных анкетирования студентов о характере, объеме, интенсивности и периодичности физических нагрузок в повседневной жизни контингент обследованных в соответствии с рекомендациями ВОЗ [3, с. 23] был разделен на две группы. Первую группу с низкой ДА (НДА) составили студенты очной формы обучения (58 чел.), которые, согласно данным анкет, уделяли мышечной деятельности менее 150 минут в неделю. Во вторую группу (38 чел.) вошли юноши, занимающиеся 150–300 минут в неделю плаванием, гимнастикой, танцами, бегом и другой деятельностью, требующей физических усилий. Уровень их ДА характеризуется как умеренный (УДА).

В капиллярной крови на аппарате «RAPIDlab865» фирмы «BAYER» (Германия) анализировали показатели кислородного режима крови (рО2, рСО2, SatO2) и гемоглобинового профиля крови (оксигенированного Hb – HbO2, фетального – FetHb, карбоксигемоглобина-COHb). Содержание гемоглобина (Hb), эритроцитов (RBC), их средний объем (MCV), среднее содержание Hb в отдельном эритроците (MCH), среднюю концентрацию Hb в клетке (MCHC), гематокрит (Ht) определяли с помощью анализатора «ADVIA 60» производства «BAYER» (Германия).

Полиморфизм генов осуществляли методом полимеразной цепной реакции (ПЦР) в лаборатории кафедры генетики БГПУ им. Акмуллы.

Статистический анализ данных производили с помощью программ «Microsoft Office Excel» и «Statistics 6.0». Для сравнения количественных показателей использовали U-критерий Манна-Уитни (при сравнении двух независимых выборок). Количественные данные представлены в виде медианы значений (Ме) и интерквартильного размаха с описанием значений 25 и 75 перцентилей: Ме (25 %; 75 %). При проведении корреляционного анализа использовали критерий Спирмена. Различия считались статистически значимыми при p < 0.05.

Результаты исследования и их обсуждение. Особенности функционирования красной крови и газотранспортной системы организма в зависимости от полиморфизма (I/D) гена ACE при разном уровне повседневной двигательной активности отражены в таблице 1.

Таблица 1

Показатели газотранспортной системы и красной крови у юношей в зависимости от уровня повседневной активности и полиморфизма гена ACE, n – количество человек, Me (25 %; 75 %)

	НДА			УДА
Ген ACE	D/D (n=16)	I/D (n=30)	I/I (n=12)	D/D (n=14)	I/D (n=18)	I/I (n=6)
RBC,1012/l	4,76 (4,3; 5,2)	4,75 (4,3; 5,2)	4,4 (4,1; 4,7)	4,9 (4,4; 5,2)	4,9 (4,9; 5,2)	4,95 (4,7;5,2)
Hb, g/l	139 (130;149)	140 (125; 154)	125 2 (121; 141)	145 (129; 151)	148 (141; 154)	149 1 (140;158)
Ht, %	41,1 (38,2;44)	41,6 (38,4; 46)	37,8 (36; 41,5)	43,0 (38;44,9)	43,7 (42; 45)	43,5 (41,2; 47)
MCV, fl	87 2 (86; 89,5)	88 (87; 89)	87(84,5; 89)	84,5 * 1 (81; 86)	86 (83; 90)	88,5 * (86; 89)
MCHC, g/l	33,7 (33,1;34)	34,0 (33,4; 34)	33,6 (33; 34,2)	34,0 (33,6; 34)	33,9 (33,5; 34,0)	34,0 (33,8; 34)
pCO 2, мм рт.ст	40 (36,5; 43)	41 (38; 43)	40,5 2 (38; 42,5)	40,5 * (38; 44)	43,0 (40; 45)	44,5 * (41;50)
pO 2, мм рт.ст	77,5 * (74; 80)	72,5 *2^ (68; 79)	79,5 ^ (72,5; 92,5)	80,0 (75; 87)	88,0 1 (78; 94)	73,5 (72;77)
SatO2, %	95,4 * (94,9;95)	94,9 *2 (93,6; 95,8)	95,8 (94,2; 97,2)	95,8 (94,9; 96,8)	96,5 1 (94,3; 97,3)	94,5 (93,9;94,9)
HbO2, %	94,5 * (93;95,4)	93,2 * (91,8;94,1)	94,1 (92,4; 95,3)	94,2 (92,2; 96)	94,6 (90,4;96,3)	91,3 (89,5;92,8)
COHb, %	1,2 (0,9; 3,1)	2,3 (1,3; 3,3)	2,1 (1,0; 3,8)	1,1 (0,7; 4,5)	3,1 (1,2; 5,5)	3,2 (1,4;3,7)
FetHb,%	2,9 * (2,6; 3,8)	3,9 *2 (3,3; 4,8)	2,0 2 (1,8; 5,2)	3,2 (2,4; 4,8)	1,9 d 1 (1,6; 3,5)	5,5 с 1 (3,8;6,2)

Примечание: 1)* значимые различия у лиц с низкой повседневной активностью между генотипами D/D и I/D; ^ – значимые различия у лиц с низкой повседневной активностью между генотипами I/D и I/I; ▲ - значимые различия у лиц с умеренной повседневной активностью между генотипами D/D и I/D; ■ - значимые различия у лиц с умеренной повседневной активностью между генотипами D/D и I/I; □ - значимые различия у лиц с умеренной повседневной активностью между генотипами I/D и I/I; 2) индексы 1 и 2 – значимые различия между НДА и УДА группами, при сравнении аналогичных генотипов (D/D – D/D; I/D –I/D; I/I – I/I) (p < 0,05)

В результате исследования были выявлены как генетические различия показателей при одинаковом уровне ДА, так и особенности показателей у лиц с определенным генотипом, но разной интенсивностью повседневных физических нагрузок.

У юношей, ведущих малоактивный образ жизни, при генотипе I/D показатели газотранспортной системы, а также фракционного состава гемоглобина (pO2, SatO2, HbO2, FetHb) отличались от показателей у лиц с генотипом D/D. Значения pO2, SatO2 и HbO2 оказались статистически значимо ниже, а уровень плодного гемоглобина – выше (p < 0,05). Кроме того, у обладателей генотипа I/D была статистически значимо ниже величина pO2по сравнению с I/I генотипом (p < 0,05).

При более высоких физических нагрузках, напротив, уровень FetHb оказался наиболее высоким у лиц с генотипом I/I (достоверно по сравнению с I/D генотипом (p < 0,05). Кроме того, у носителей этого генотипа был выше, чем у юношей с генотипом D/D, средний объем эритроцитов (p < 0,05), а также уровень pCO2 (достоверно при сравнении с D/D генотипом, p < 0,05).

Сравнение одноименных генотипов при разном уровне ДА позволило установить, что у носителей I/D генотипа при увеличении интенсивности физических нагрузок наблюдается рост pO2, SatO2 и уменьшение доли в крови плодного гемоглобина (p < 0,05). У юношей с генотипом I/I увеличение физической нагрузки привело к росту уровня общего Hb, увеличению значений pCO2 и FetHb (табл. 1). У обладателей генотипа D/D при УДА продемонстрировано уменьшение размеров эритроцитов (p < 0,05), что может расцениваться как благоприятный фактор адаптации к физическим нагрузкам.

Корреляционный анализ подтвердил, что носители генотипа D/D гена АСЕ имели значимо более мелкие размеры эритроцитов в группе юношей с умеренной физической нагрузкой, чем носители I/I генотипа (r = 0,42, p = 0,008). В этой же группе студентов была обнаружена положительная корреляция между полиморфизмом I/D гена АСЕ и значением pCO₂, в ряду D/D ^ I/D ^ I/I наблюдался рост показателя (r=0,35, p=0.02).

Таблица 2

Показатели газотранспортной системы и красной крови у юношей в зависимости от уровня повседневной активности и полиморфизма гена PPARG, n – количество человек, Me (25 %; 75 %)

	НДА		УДА
Ген PPARG	Pro/Pro (n=32)	Pro/Ala (n=12)	Pro/Pro (n=18)	Pro/Ala (n=4)
RBC,1012/l	4,4А (4,1;5,1)	4,6 (4,2;5,0)	4,9А (4,8;5,1)	5,0 (4,9;5,2)
Hb, g/l	130А (122,5;150)	137 (122;155,5)	149А (141;155)	146 (143;150)
Ht, %	38,5А (36; 45)	40,7 (37,6;45,9)	43,7А (41,2;45)	43,0 (41,3;44,0)
MCV, fl	88 (86; 89)	87,5 * (86;89)	86,0 (86;90)	84,5 * (82,5;85,5)
MCHC, g/l	34 (33,5; 34,1)	33,8 (32,7;34)	34,0 (33,9;34,3)	34,4 (34,0;34,9)
pCO 2, мм рт.ст	41А (37,5; 42)	39,5 (37;41,5)	44,0А (43;45)	41,0 (38,0;46,0)
pO 2, мм рт.ст	74,5 (70,5; 79,5)	72,0 (67;84)	76,5 (72;86)	79,0 (67,0;89,5)
SatO2, %	95 (94,2; 95,8)	94,7 (93;96,2)	95,1 (94,2;96,6)	93,2 (91,5;95,1)
HbO2, %	93,5А (92,1; 94,4)	93,4 (90,6;94,8)	91,7А (90,1;93,7)	90,8 (90,0;93,7)
COHb, %	2,5А (1,2; 3,3)	2,3 (1,1;3,8)	4,5А (3,1;5,8)	3,4 (1,6;5,9)
FetHb,%	3,6 (2,8; 4,7)	3,7 (2,9;5,5)	3,7 (1,8;5,3)	3,8 (1,9;6,0)

Примечание: ▲ - значимые различия при сравнении юношей с низкой и умеренной повседневной активностью при генотипе Pro/Pro; * значимые различия при сравнении юношей с низкой и умеренной повседневной активностью при генотипе Pro/Ala (p < 0,05)

При анализе параметров газотранспортной системы и красной крови не удалось выявить статистически значимых различий показателей у обладателей генотипов Pro/Pro и Pro/Ala гена PPARG при одном уровне ДА, но обнаружен ряд особенностей при разной интенсивности физических нагрузок (табл. 2).

При повышенных физических нагрузках у лиц с генотипом Pro/Pro был установлен более высокий, чем у студентов, ведущих малоактивный образ жизни, уровень суммарных показателей красной крови (количество RBC, Ht, Hb) (p < 0,05). Кроме того, при данном генотипе, как и при I/I генотипе гена ACE, физическая активность сопровождается понижением уровня оксигенированного гемоглобина и ростом pCO2, (p < 0,05). Согласно данным литературы, генотип Pro/Pro гена PPARG является благоприятным для спортивных специализаций, развивающих выносливость, тогда как Ala аллель ассоциируется с развитием и проявлением скоростно-силовых качеств [2, с. 87; 5, с. 53]. В связи с этим более низкие значения HbO2 и повышенный уровень pCO2 у лиц с генотипом Pro/Pro можно объяснить, как и у обладателей генотипа I/I гена АСЕ, интенсивной утилизацией кислорода, что при длительных физических нагрузках способствует сохранению более продолжительной работоспособности.

В свою очередь у носителей генотипа Pro/Ala гена PPARG повышение физической активности, так же как и у представителей D/D генотипа гена ACE, сопровождается уменьшением размеров эритроцитов (p < 0,05). С нашей точки зрения, это может расцениваться как адаптация организма к состоянию кровотока при возрастающих физических нагрузках. Примечательным в этой связи является тот факт, что объем эритроцитов уменьшается по мере роста двигательной активности только у лиц, имеющих в своем генотипе аллели *D и *Ala (аллели скорости и силы), которые ассоциируются с повышенным тонусом сосудов.

Заключение. Таким образом, у лиц с генотипами I/I гена АСЕ и Pro/Pro гена PPARG на возрастание повседневной ДА реагирует, главным образом, система доставки тканям кислорода, что проявляется в повышении кислородной емкости крови на фоне повышения интенсивности утилизации кислорода из крови. При наличии в генотипе аллеля *D гена АСЕ и *Ala гена PPARG повышение физических нагрузок сопровождается уменьшением размеров клеток красной крови, способствующих оптимизации процессов микроциркуляции.

Полученные данные демонстрируют включение различных механизмов адаптации КТС организма при повышающихся физических нагрузках в зависимости от генетического статуса юношей, что может использоваться для прогнозирования адаптивных возможностей спортсменов в условиях повышающихся нагрузок, а также позволит оказывать помощь тренерам и спортивным врачам в определении предрасположенности детей и подростков к конкретному виду двигательной деятельности.

FUNCTIONING FEATURES OF THE GAS TRANSPORT SYSTEM AND THE RED BLOOD AT DIFFERENT LEVELS OF MOTOR ACTIVITY DEPENDING ON THE POLYMORPHISM OF THE ACE AND PPARG GENES

Bashkir State University, Ufa.