Эффективность профессиональной деятельности спортсменов в зависимости от полиморфизма генов регуляторов метаболизма и фармакологической поддержки

Аннотация

Проведен анализ изменений показателей гомеостаза организма спортсменов в экстремальных условиях в зависимости от полиморфизма генов регуляторов метаболизма. Выявлена взаимосвязь различных аллелей генов и успешности адаптации к высоким физическим нагрузкам. Проведен фармакологический анализ влияния препаратов метапрота и цитофлавина на функциональное состояние организма спортсменов в процессе выполнения экстремальных физических нагрузок. Выявлено, что метапрот оказывает положительное влияние на механизмы адаптации к экстремальным нагрузкам, как на биохимическом уровне, так и на уровне систем органов, при этом значительно сокращает время восстановления. Цитофлавин оказывает положительное влияние на механизмы адаптации, в основном в период востановления. При этом цитофлавин наиболее значительно сокращает время восстановления у спортсменов c различными сочетаниями гомозиготных аллелей, ассоциированными с более низкими значениями аэробной производительности. Сделан вывод, что эффекты фармакологических веществ ноотропного типа действия в значительной степени определяются полиморфизмом генов регуляторов аэробного метаболизма.

Ключевые слова: полиморфизм генов, молекулярная генетика, выносливость, функциональные резервы, профессиональный отбор, экстремальные виды спортивной деятельности, адаптация, толерантность к физической нагрузке, биохимические показатели, фармакологическая поддержка, сукцинат, актопротекторы, метаболические корректоры.

Цель исследования: выявление взаимосвязи особенностей генотипа с эффективностью фармакологической коррекции функционального состояния организма спортсменов актопротекторами метапротом и цитофлавином на фоне экстремальных физических нагрузок.

Введение: Известно, что степень адаптации к экстремальным нагрузкам детерминирована наследственными признаками. В процессе выполнения задач в экстремальных условиях при несоответствии физиологических резервов предъявляемым требованиям возникает необходимость фармакологической коррекции нарушений функционального состояния организма [2, 4]. На сегодняшний день развитие методов молекулярной генетики и расшифровка генома человека позволяют выявлять генетические маркеры, определяющие фенотипические проявления физических и психических качеств человека [1]. В качестве таких маркеров широко используются однонуклеотидные полиморфизмы (отличия между гомологичными участками гомологичных хромосом размером в один нуклеотид последовательности ДНК). Изучение полиморфизмов позволяет изучить степень предрасположенности к тем или иным видам спортивной деятельности.

Методы и организация исследования. Объектом исследования были спортсмены высокого класса различных специализаций с преобладанием соревновательной нагрузки большой и умеренной мощности. Возраст испытуемых 21,3±2,4 лет. Исследование проводилось в течение 5 лет в весенне-летний период времени и одобрено локальным комитетом по этике.

Все обследуемые спортсмены по результатам оценки полиморфизма генов, ассоциированных с обменом веществ, были разделены на две группы: 1-ую группу (60 человек) составили лица с сочетанием аллелей, ассоциированных с преобладанием склонности к аэробному метаболизму; во 2-ую группу (251 человек) вошли все остальные обследуемые c различными сочетаниями гомозиготных аллелей. Всего обследовано 341 человек.

Все спортсмены на период исследования получали организованное питание за счет индивидуального рациона по норме, условия размещения и распорядок дня в обеих группах не отличались.

Фоновые значения анализируемых показателей определяли до начала исследования и дважды по окончании выполнения экстремальных нагрузок, первый раз в течение первых суток, второй раз через трое суток. Педагогический эксперимент проводился в полевых условиях в течение 8 суток и включал в себя элементы экстремальной и специальной физической подготовки, маршрут движения за этот период составлял 366,5 км по пересеченной местности (около 46 км в день).

Сбор биологического материала и оценку функционального состояния организма проводили неинвазивными методами с соблюдением процедуры информированного согласия. В качестве ДНК-содержащего материала для исследования служили образцы буккального эпителия, забор которых осуществляли с помощью специальных одноразовых стерильных зондов путем соскоба клеток с внутренней стороны щеки. Экстракцию ДНК проводили по стандартной методике [8, 9].

Основной метод исследования – полимеразно-цепная реакция (ПЦР). Оценку частоты аллелей проводили с помощью анализа полиморфизма длин рестрикционных фрагментов. Для выявления рестрикционных полиморфизмов проводили обработку продуктов ПЦР рестриктазами производства фирмы «NewEnglandBioLabs» (Великобритания) в соответствии с инструкцией и последующим разделением полученных фрагментов в 3% агарозном геле. Сравнительный анализ частот встречаемости аллелей для популяции проводили по данным И.И. Ахметова [1].

Оценку физической работоспособности проводили по методике PWC170 с помощью велоэргометра «XR100» фирмы «Cardioline» (Италия). Частоту сердечных сокращений (ЧСС) регистрировали с помощью электрокардиографа «Cardiovit 102» фирмы «Shiller» (Швейцария). Артериальное давление измеряли по методу Н.С. Короткова. Функциональные пробы с задержкой дыхания Штанге и Генча проводили по общепринятой методике. Методику «Реакция на движущийся объект» (РДО) проводили с помощью аппаратно программного комплекса «НС-ПсихоТест» фирмы «Нейрософт» (Иваново).

Обследуемые спортсмены в течение 14 дней принимали метапрот (ЗАО «Сотекс», Россия; 0,25 г по 2 капс. 2 раза в день) – 29 из группы 1, 82 из группы 2 (всего 111 человек в группе), цитофлавин (НТФФ «Полисан», Россия; по 2 табл. 2 раза в день) – 31/84 (115 человек в группе) и плацебо, повторявшее форму исследуемых лекарственных средств, принимали 30/85 (всего 115 человек). Первый прием начинали за неделю до начала эксперимента. Все обследуемые подписали информированное согласие. Все препараты, используемые в исследовании не входят в запрещенный список Всемирного антидопингового кодекса от 01 января 2017 года.

Статистическую обработку данных проводили с использованием пакета программ Statistica 6.0. Все необходимые промежуточные расчеты выполняли с помощью программы Microsoft Office Excel 2007, отдельные группы предварительно сравнивали с помощью непараметрического теста Крускала – Уоллиса, а затем значимость различий уточняли с помощью U-теста Манна-Уитни.

Результаты и их обсуждение. Анализ изменений показателей физической работоспособности, нейродинамических функций, систем кровообращения и дыхания свидетельствует, что применение метапрота повышает физическую работоспособность у спортсменов c различными сочетаниями гомозиготных аллелей, не ассоциированных с преобладанием склонности к аэробному метаболизму. Показатели мощности методики PWC170 достоверно снизились после экстремальных нагрузок в группе, принимавших плацебо, в то время как у спортсменов, принимавших метапрот, достоверных отличий к фоновым значениям не выявлено. Также у принимавших метапрот спортсменов 2-ой группы значительно эффективней восстанавливалась физическая работоспособность в период реабилитации, через 3 дня показатели PWC170 восстановились до фоновых значений, в то время как в группе 2, принимавших плацебо, эти значения оставались достоверно измененными. Количество точных попаданий методики РДО после педагогического эксперимента достоверно снизилось во всех группах наблюдения, тем не менее, в группе 2 спортсменов, принимавших метапрот, эти показатели были на 17% выше, чем в группе 2, принимавших плацебо. В период восстановления у спортсменов группы 2, принимавших метапрот, показатели РДО восстановились до фоновых значений, в тоже время у спортсменов этой группы, принимавших плацебо, показатели нейродинамических функций остались достоверно измененными, а также на 28% ниже, чем у спортсменов группы 2, принимавших метапрот (табл. 1).

Оценка физиологических резервов, проведенных с помощью проб с задержкой дыхания, свидетельствует, что в группах, принимавших метапрот, физиологические резервы достоверно увеличивались. Показатели индекса Богомазова у принимавших метапрот лиц 2-ой группы были достоверно выше после педагогического эксперимента на 17% относительно спортсменов 2-ой группы, принимавших плацебо. В период восстановления у спортсменов группы 2, принимавших метапрот, показатели индекса Богомазова через 3 дня восстановились до фоновых значений, в то время как у аналогичной группы, принимавшей плацебо, эти показатели оставались достоверно измененными относительно фонового периода и на 17% ниже относительно лиц 2-ой группы, принимавших метапрот. На фоне приема метапрота у военнослужащих 2-ой группы значительных положительных изменений показателей системы кровообращения после педагогического эксперимента не отмечалось. Однако в период восстановления, на 3-й день показатели гемодинамики (ЧСС, САД и ДАД) у спортсменов группы 2, принимавших метапрот, так же как и всех спортсменов 1-ой группы, восстановились до фоновых значений, в то время как в группе 2, принимавших плацебо, эти показатели оставались достоверно измененными.

Таблица 1: Динамика показателей функционального состояния организма спортсменов с различными генотипами генов регуляторов метаболизма в зависимости от приема метапрота до и после выполнения задач в экстремальных условиях (M±m)

Примечание: ЧСС – частота сердечных сокращений, САД – систолическое артериальное давление, ДАД – диастолическое артериальное давление. * р≤0,05 – относительно фона; #р≤0,05 – относительно группы 1.

Данные анализа изменений показателей функционального состояния организма личного состава с различными генотипами генов регуляторов метаболизма в зависимости от приема препарата «цитофлавин» до и после выполнения задач в экстремальных условиях представлены в табл. 2.

Таблица 2: Динамика показателей функционального состояния организма спортсменов с различными генотипами генов регуляторов метаболизма в зависимости от приема цитофлавина до и после выполнения задач в экстремальных условиях (M±m)

Примечание: * р≤0,05 – относительно фона; # р≤0,05 – относительно группы 1.

Показатели ЧСС у всех спортсменов, зарегистрированные сразу после педагогического эксперимента, были достоверно выше фоновых значений. У всех спортсменов на фоне приема цитофлавина значительных положительных изменений показателей системы кровообращения после экстремальных нагрузок не отмечали. Однако в период восстановления, на 3-й день показатели гемодинамики (ЧСС, САД и ДАД) у спортсменов группы 2, принимавших цитофлавин, так же как и всех спортсменов 1-ой группы, восстановились до фоновых значений, в то время как в группе 2, принимавших плацебо, эти показатели оставались достоверно измененными.

Оценка физиологических резервов проведенных с помощью проб с задержкой дыхания, свидетельствует, что во всех группах наблюдения произошло достоверное снижение физиологических резервов. Однако в период восстановления у спортсменов группы 2, принимавших цитофлавин, как и всех спортсменов 1-ой группы, показатели индекса Богомазова через 3 дня восстановились до фоновых значений, в то время как у лиц 2 группы, принимавших плацебо, эти показатели оставались достоверно измененными относительно фонового периода и на 12% ниже относительно лиц 2 группы, принимавших цитофлавин.

Анализ изменений показателей физической работоспособности, нейродинамических функций, систем кровообращения и дыхания свидетельствует, что у принимавших цитофлавин спортсменов 2-ой группы значительно эффективней восстанавливалась физическая работоспособность в период восстановления, через 3 дня показатели PWC170 восстановились до фоновых значений, в то время как в группе 2, принимавших плацебо, эти значения оставались достоверно измененными. У спортсменов группы 2, принимавших цитофлавин, показатели РДО восстановились до фоновых значений, в тоже время у спортсменов этой группы, принимавших плацебо, показатели нейродинамических функции остались достоверно измененными, а также на 30% ниже, чем у спортсменов группы 2, принимавших цитофлавин.

Заключение. Метапрот оказывает положительное влияние на механизмы адаптации к экстремальным нагрузкам, как на биохимическом уровне, так и на уровне систем органов, при этом значительно сокращает время реабилитации. Наиболее отчетливо это прослеживается у спортсменов c различными сочетаниями гомозиготных аллелей, ассоциированных с более низкими значениями аэробной производительности. При приеме метапрота у этих спортсменов отмечали увеличение физиологических резервов, эффективности основного обмена и сокращение времени реабилитации. Метапрот стимулирует биосинтез белка в органах, увеличивающих интенсивность метаболизма в условиях стресса в мозге, скелетной мускулатуре, миокарде, печени, почках и тонком кишечнике. Один из механизмов – это увеличение синтеза ферментов глюконеогенеза, обеспечивающих утилизацию молочной кислоты. Доказано, что метапрот при физической нагрузке способствует снижению расхода углеводов и уменьшению концентрации лактата в организме. Такие же тенденции наблюдаются и в период реабилитации после экстремальной физической нагрузки [2]. Также есть мнение, что метапрот повышает физическую работоспособность за счет активации ресинтеза углеводов [6, 7].

Цитофлавин наиболее значительно сокращает время восстановления у спортсменов c различными сочетаниями гомозиготных аллелей, ассоциированных с более низкими значениями аэробной производительности. Это обусловлено тем, что в составе цитофлавина содержится комплекс из метаболитов (янтарная кислота, рибоксин) и коферментов (рибофлавина мононуклеотид и никотинамид).

Янтарная кислота является эндогенным универсальным внутриклеточным метаболитом, выполняющим в цикле Кребса каталитическую функцию, чем снижает концентрацию лактата, пирувата и цитрата, которые накапливаются в процессе высокой физической нагрузки [3, 5]. Никотинамид также может косвенно рассматриваться как нейропротектор, поскольку выполняет функцию фермента-переносчика водорода, обеспечивающего окислительно-восстановительные процессы. Рибоксин – типичный нестероидный анаболический препарат и рассматривается как предшественник АТФ. Рибофлавина мононуклеотид находится в составе ферментов, регуляторов окислительно-восстановительных процессов, участвует в белковом и жировом метаболизме. Следовательно, все компоненты цитофлавина – это естественные метаболиты, участвующие в окислительно-восстановительных процессах, способствующие снижению уровня перекисного окисления липидов и активации антиоксидантных функций, что нормализует основной обмен [7].

Таким образом, в работе показаны разные пути фармакологической оптимизации адаптации к экстремальным нагрузкам у спортсменов, как на биохимическом уровне, так и на уровне систем органов. Эффекты фармакологических веществ в значительной степени определяются генотипами лиц, ассоциированными с преобладанием склонности к аэробному метаболизму, и различными сочетаниями гомозиготных аллелей, ассоциированных с более низкими значениями аэробной производительности.

Литература

1. Ахметов И.И. Молекулярная генетика спорта. – М.: Советский спорт, 2009. – 268 с.
2. Бобков Ю.Г., Виноградов В.М., Катков В.Ф. и др. Фармакологическая коррекция утомления. – М.: Медицина, 1984. – 208 с.
3. Голубев В.Н., Горелов А.А., Кузнецов И.А., Носов В.Н. Подготовка спецподразделений к действиям в особых условиях. – СПб.: УМВД, 2001. – 350 с.
4. Лопатина А.Б. Теоретические аспекты изменения биохимических показателей крови организма спортсменов как показатель адаптационных процессов // Пед.-психол. и мед.-биол. пробл. физ. культуры и спорта. – 2014. – № 2(31). – С. 115-120.
5. Олейник С.А., Горчакова Н.А., Яковлева И.Ю. и др. Производные янтарной кислоты в спортивной фармакологии // Психофармакол. и биол. наркол. – 2007. – Т. 7, Спецвып., Ч. 2. – С. 1880.
6. Питкевич Э.С., Лосицкий Е.А., Питкевич Ю.Э. Сравнительная характеристика влияния на физическую работоспособность актопротекторов: бемитила, томерзола и мексидола // Человек и лекарство. Тез. докл. IX Рос. нац. конгр. – М., 2002. – С. 351-352.
7. Шабанов П.Д., Зарубина И.В., Новиков В.Е., Цыган В.Н. Метаболические корректоры гипоксии. – СПб.: Информ-навигатор, 2012. – 982 с.
8. Finck B.N., Bernal-Mizrachi C., Han D.H. et al. A potential link between muscle peroxisome proliferator-activated receptor-α signaling and obesity-related diabetes // Cell Metab. – 2005. – V.1. – P.133-144.
9. Johanson H., Hyland V., Wicking C. et al. DNA elution from buccal cells stored on Whatman FTA Classic Cards using a modified methanol fixation method // Botechniques. – 2009. – V. 46(4). – P. 309-311.