Альтернативные варианты одного и того же гена (аллели), ассоциированные со специфическими особенностями метаболизма, определяют физические возможности организма и адаптационные резервы кардиореспираторной системы [1]. К числу ключевых функционально значимых полиморфизмов, связанных с развитием и проявлением физических качеств человека и состоянием ССС, относится ген ангиотензин-превращающего фермента (АПФ) [2]. Продукт данного гена расщепляет неактивный пептид – ангиотензин I в активный октапептид - ангиотензин II (путем удаления 2 аминокислот - лейцин и гистидин), который обладает мощным сосудосуживающим действием. Помимо превращения ангиотензина I в ангиотензин II АПФ ухудшает образование брадикинина и других вазоактивных пептидов, которые уменьшают тонус сосудов и снижают артериальное давление [3]. В соответствии с наличием или отсутствием вставки Alu-повторов 287 п.н. в 16 интроне в данном гене различают следующие генотипы: II – гомозигота по наличию вставки, DD – гомозигота по отсутствию вставки, ID – гетерозигота [4]. Было определено, что у носителей полиморфного варианта DD отмечается высокий уровень АПФ в крови по сравнению с лицами с генотипом II гена АПФ, где уровень данного фермента был в два раза ниже [5]. При этом гетерозиготы – ID генотип - имели промежуточное значение АПФ. Также была отмечена тенденция снижения частоты первого аллеля I и увеличения частоты второго аллеля D при гипертонии [6]. Имеется связь между определенным генотипом гена АПФ и физической выносливостью, выявлены различия в детерминации тканей в кислородном обеспечении; так, генотип II ассоциирован с высокой аэробной потребностью организма, обусловленной усиленной утилизацией кислорода мышцами при высокой физической нагрузке, при этом возникают компенсаторные реакции системы кислородообеспечения, направленные на преодоление кислородного дефицита в клетках. Было доказано, что у гомозигот ао аллели D гена АПФ преобладают анаэробные механизмы окисления субстрата. Таким образом, лица, имеющие генотип II, предрасположены к видам спорта, где необходима выносливость, а носители генотипа DD – скоростно-силовым [7].
Целью настоящей работы явилось изучение гендерных особенностей показателей сердечно-сосудистой системы и физической выносливости у носителей разных генотипов I/D полиморфизма гена АПФ.
Материалы и методы исследования
Обследованы юноши (n=175) и девушки (n=121) 19-22-летнего возраста, которые признаны здоровыми согласно результатам ежегодного диспансерного осмотра (не имели определенных клинических проявлений сердечно-сосудистых, острых респираторных и хронических заболеваний). Студенты подтвердили свое добровольное согласие на участие в исследовании.
Для генетического исследования осуществлялось использование ДНК, которая была выделена из клеток крови с помощью фенольно-хлороформной экстракции. Методом полимеразной цепной реакции ДНК на амплификаторе «Терцик» был проведен анализ полиморфного локуса гена АПФ, для амплификации осуществлялось использование ДНК-полимераза Thermus aquaticus производства компании «Силекс». Проведение генетического анализа осуществлялось на базе кафедры генетики БГПУ им. М. Акмуллы.
У всех испытуемых проводили измерение систолического и диастолического артериального давления (САД, ДАД, мм рт. ст.), частоты сердечных сокращений (ЧСС, уд/мин), посредством сфингонометра - максимального давления выдоха (МДВ, мм рт. ст.), путем спирометра - жизненной емкости легких (ЖЕЛ, л) с определением максимальной задержки дыхания (МЗД, сек). В соответствии с полученными данными произвели расчет показателей, которые характеризуют функциональные возможности ССС и физическую выносливость организма.
Коэффициент выносливости (КВ) высчитывается по формуле А. Квааса:
КВ = (ЧСС × САД × 10) / ПД,
где ПД – пульсовое давление – разница между САД и ДАД (мм рт. ст.). Показателем нормы является величина в 16 усл. ед., увеличение KB свидетельствует о детренированности ССС, уменьшение показателя – об усилении ССС.
Индекс адаптационного потенциала (АП) по М.В. Антроповой рассчитывается по формуле:
АП = 0.0011(ЧСС) + 0.014(САД) + 0.008(ДАД) + 0.009(МТ) - 0.009(Р) + 0.014(В)-0.27,
где Р - рост (см); МТ - масса тела (кг); В – возраст (лет). Показатель ниже 2.1 говорит об удовлетворительной адаптации; 2.1–2.6 – о напряжении механизмов адаптации; выше 2.7 - неудовлетворительной адаптации; 4.3 и выше – срыве адаптации.
Индекс Робинсона (ИР) используется для оценки уровня обменно-энергетических процессов, происходящих в организме. ИР = ЧСС × САД / 100.
По этому показателю косвенно можно судить о потреблении кислорода миокардом: ниже среднего - ИР более 95, средний - 94–85, выше среднего - 84–70, высокий - менее 70.
Тип саморегуляции кровообращения (ТСК) оценивает уровень напряжения ССС при действии факторов внешней среды. ТСК определяется формулой: ТСК=(ДАД / ЧСС) × 100.
ТСК от 90 до 110 отражает сердечно-сосудистый тип. Индекс выше 110 характеризует сосудистый тип саморегуляции кровообращения, который свидетельствует о ее экономизации, повышении функциональных резервов организма; если менее 90 – сердечный.
Оценка уровня физического состояния (УФС) осуществляется по формуле:
УФС = (700 – 3 × ЧСС - 2,5 × АДср - 2,7 × В + 0,28 × МТ)/(350 - 2,6 × В + 0,21 × Р),
где АД кр - среднее артериальное давление (определяется как сумма диастолического давления и 1/3 разности между САД и ДАД) (мм рт. ст.). У здоровых юношей со средним уровнем физического состояния показатель варьирует в диапазоне 0,526-0,675, для девушек 0,366–0,475 усл. ед.
Оценку физической выносливости производили посредством расчета кардиореспираторного индекса - КРИС (в модификации М. Самко), с помощью определения адаптации ССС к дозированным физическим нагрузкам. Определение КРИС осуществлялось в адинамической фазе (КРИС ад.), которая соответствует 10-минутному отдыху, и в динамической фазе (КРИС д.) – после выполнения физической нагрузки на велотренажере в течение 5 минут со средней скоростью 20 км/ч (при дистанции 1600 метров).
Формула для расчета кардиореспираторного индекса:
КРИС =(ЖЕЛ + МДВ+ МЗД+В) / (САД+ДАД+ЧСС).
У спортсменов величина КРИСад. составляет от 1,000 и выше; у нетренированных, но здоровых людей средний уровень колеблется от 0,800 до 0,900, низкий уровень составляет 0,700-0,600. У людей с различными расстройствами сердечно-сосудистой и дыхательной системы - 0,500.
Толерантность к физической нагрузке оценивалась с помощью определения процента снижения индекса (КРИС%) после выполняемой нагрузки, который рассчитывали по формуле: КРИС%= ((КРИС ад.-КРИС д.)*100%) / КРИС ад.
У хорошо тренированных людей наблюдается уменьшение величины КРИС до 15% исходной величины. У нетренированных, но практически здоровых людей наблюдается падение величины КРИС на 16-30%, а у людей с различными сердечно-сосудистыми и дыхательными расстройствами – на 31-65%.
Статистическая обработка результатов осуществлялась посредством программного обеспечения Statistica 10.0. Для определения влияния наследственного фактора и пола использовался двухфакторный дисперсионный анализ.
Результаты исследования и их обсуждение
По результатам двухфакторного дисперсионного анализа было выявлено как достоверное раздельное влияние генетического фактора и пола, так и их сочетания на ряд показателей деятельности ССС и физической выносливости организма (таблица).
Влияние наследственного фактора, пола и их сочетания на показатели сердечно-сосудистой системы и физической выносливости
|
Параметры
|
Пол |
Полиморфный вариант гена АПФ |
Совместное влияние обоих факторов |
|
ТСК |
р=0,0092 |
̶ |
̶ |
|
КВ |
р=0,0074 |
̶ |
̶ |
|
ИР |
̶ |
р=0,0086 |
̶ |
|
УФС |
̶ |
р=0,0073 |
̶ |
|
КРИС ад. |
р=0,0059 |
̶ |
̶ |
|
КРИС % |
̶ |
р=0,032 |
р=0,0069 |
Примечание: отмечены только достоверные влияния (p<0,05; p<0,01).
Выяснилось, что у девушек, судя по величине ТСК (87,42±1,22), преобладает сердечный тип саморегуляции кровообращения, характеризующийся повышенной потребностью организма в кислороде и менее эффективным кровоснабжением органов [8, с. 22], для юношей характерен сердечно-сосудистый тип саморегуляции кровообращения (ТСК 96,98±1,04). Величина КВ у девушек оказалась выше по сравнению с юношами (19,70±0,47 и 15,59±0,34 соответственно), что говорит о более напряженном функционирования у них ССС. При этом более чем 70% девушек имеют низкий уровень КРИС ад. (0,700-0,600), что соответствует пониженному уровню тренированности ССС, у юношей более половины имеют средний уровень тренированности (0,800-0,900). Для указанных показателей не установлено влияния рассматриваемого генетического фактора.
I/D полиморфизм гена АПФ ассоциируется с индексом Робинсона и уровнем физического состояния (рис. 1 и 2): у обладателей генотипа II, энергетический потенциал ССС и УФС выше по сравнению с носителями других генотипов. При этом у юношей генотипические различия проявляются более выраженно, чем у девушек (значения ИР составляют у юношей: II-86,61±2,83, ID – 93,95±1,86, DD - 101,37±2,53; у девушек: II-82,76±4,61, ID – 90,03±2,70, DD – 94,21±2,70; значения УФС у юношей: II – 0,69±0,02, ID – 0,66±0,01, DD – 0,60±0,02; у девушек: II – 0,67±0,03, ID – 0,64±0,02, DD – 0,63±0,12 соответственно).
На сегодняшний день известно, что инсерционно-делеционный полиморфизм гена АПФ имеет тесную связь с определенным типом энергообеспечения. Генотип II ассоциирован с высокой аэробной потребностью организма, обусловленной усиленной утилизацией кислорода мышцами при высокой физической нагрузке. Очевидно, этим фактом объясняется высокий уровень адаптации ССС, обнаруженный среди обладателей генотипа II. При этом у девушек деятельность аппарата кровообращения генетически детерминирована в меньшей степени, чем у юношей. По данным Ахметова И.И., повышение максимального потребления кислорода у носителей генотипа II в процессе тренировок сопровождается снижением объема вентилируемого воздуха, таким образом, это обеспечивает экономизацию работы дыхательной и сердечно-сосудистой систем во время физических нагрузок [9].
Рис. 1. Влияние наследственного фактора на ИР (по данным дисперсионного анализа, р=0,0086). I/I, I/D, D/D генотипы гена АПФ
Рис. 2. Влияние наследственного фактора на УФС (по данным дисперсионного анализа, р=0,0073). I/I, I/D, D/D генотипы гена АПФ
Наследственный фактор раздельно и в сочетании с полом оказывает влияние на толерантность ССС к дозированным физическим нагрузкам (р≤0,01). Видно (рис. 3), что у девушек, в отличие от юношей, варианты ID полиморфизма гена АПФ значимо сказываются на величине КРИС %.
Рис. 3. Совместное влияние пола и гена на толерантность к физической нагрузке
(по данным дисперсионного анализа, р=0,0069). I/I, I/D, D/D генотипы гена АПФ
У носителей аллели I гена АПФ показатели КРИС % имеют несущественные гендерные отличия и находятся на уровне, который соответствует умеренной переносимости физической нагрузки (16-30%) [10, с. 416]. Одновременно у девушек с генотипом DD выявлен высокий уровень толерантности к физической нагрузке не только по сравнению с девушками других генотипов, но и с юношами с тем же генотипом (КРИС% составляют у девушек с генотипами II – 23,70±3,91, ID – 22,26±1,67, DD – 5,41±1,99 соответственно, у юношей II – 16,07±2,84, ID – 22,06±2,69, DD - 21,34±2,63), что говорит о достаточно высоком уровне адаптации сердечно-сосудистой системы к нагрузкам.
Заключение
Таким образом, в проведенном исследовании продемонстрировано наличие половой специфики в фенотипическом проявлении признаков, которые контролируются геном АПФ. У юношей влияние наследственного фактора отчетливей сказывается на показателях деятельности ССС, у девушек – на толерантности к физической нагрузке.