Автореферат и диссертация по медицине (14.00.51) на тему:Полиморфизмы генов серотонинергической системы - маркеры устойчивости спортсмена к физическим и психическим нагрузкам

003467046

На правах рукописи

Тимофеева Марина Алексеевна

ПОЛИМОРФИЗМЫ ГЕНОВ СЕРОТОНИНЕРГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ - МАРКЕРЫ УСТОЙЧИВОСТИ СПОРТСМЕНА К ФИЗИЧЕСКИМ И ПСИХИЧЕСКИМ

НАГРУЗКАМ

14.00.51.- восстановительная медицина, лечебная физкультура и спортивная медицина, курортология и физиотерапия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва 2009

Работа выполнена в лаборатории молекулярной физиологии ФГУ Всероссийского Научно-Исследовательского Института Физической Культуры и спорта.

Научный руководитель:

кандидат биологических наук Малюченко Наталья Валерьевна

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор Абрамова Тамара Федоровна

доктор биологических наук, профессор Каплан Александр Яковлевич

Ведущая организация:

Институт Высшей Нервной Деятельности и Нейрофизиологии РАН

Защита диссертации состоится 29 апреля 2009 года в 12.00 на заседании диссертационного совета Д.311.002.01 при ФГУ ВНИИФК по адресу: 105005, Москва, Елизаветинский переулок, 10

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГУ ВНИИФК

Автореферат разослан «27» марта 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор медицинских наук

Пономарева А. Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Активность серотониновой системы, одной из основных нейромедиаторных систем человеческого организма, чутко реагирует на образ жизни человека. Под воздействием регулярных физических и психических нагрузок, сопровождающих жизнь спортсмена, происходят изменения в серотониновой передаче, а введение в организм агентов, препятствующих резкому возрастанию концентраций серотонина (5НТ) в ЦНС, повышает работоспособность во время спортивных тренировок и продлевает время до наступления у спортсмена утомления. Утомление как комплексное явление состоит из двух, сопровождающих друг друга, компонент - периферической и центральной. Периферическое утомление характеризуется пониженной работоспособностью мышц, снижением силы, скорости, точности, согласованности и ритмичности движений. Центральное утомление, возникающее вследствие нарушений центральной нервной регуляции, у спортсменов усугубляется постоянным психическим напряжением во время соревнований. Участие серотониновой системы в процессах развития центрального утомления при выполнении физической работы, а также под воздействием психических нагрузок делает проблему изучения индивидуальных особенностей функционирования серотониновой системы особенно актуальной не только с теоретической, но и с практической точки зрения. В настоящее время известно, что функциональная активность серотониновой системы тесно связана с индивидуальными генетическими вариациями, которые являются маркерами особенностей функционирования физиологических систем. Практическая актуальность темы заключается в возможности использования информации, полученной при изучении связи генетических вариаций с нейродинамическими реакциями на мышечную деятельность, для разработки прогностических критериев устойчивости спортсмена к физическим и психологическим нагрузкам, а так же для разработки новых методов восстановления спортсмена.

Цель исследования - выявление диагностических значений ключевых полиморфизмов генов 5НТ системы в аспекте прогностической оценки устойчивости ЦНС к развитию центрального утомления в условиях напряженной мышечной деятельности. Для достижения этой цели были поставлены следующие основные задачи:

1. Провести экспериментальное сравнение существующих методов детекции полиморфизмов генов 5НТ системы, и подобрать наиболее подходящий для использования в настоящем исследовании.

2. Изучить и сравнить частоту встречаемости генетических вариантов ЗЬС6А4, 5НТ1 А, 5НТ2А в группах спортсменов и контроля;

3. Провести оценку состояния ЦНС спортсменов и испытуемых контрольной группы до и после физических и психических нагрузок;

4. Провести анализ ассоциаций полиморфных локусов генов 5НТ системы с изменениями показателей состояния ЦНС спортсменов и контроля до и после физических и психических нагрузок;

Гипотеза. Предполагалось, что полиморфные варианты генов 8ЬС6А4, 5НТ1А, 5НТ2А ассоциированы с устойчивостью ЦНС к развитию центрального утомления при мышечной работе и психических нагрузках. Установление гено-фенотипических ассоциаций позволит разработать подход для прогностической оценки типа нейродинамических реакций ЦНС в ответ на напряженную мышечную деятельность.

Научная новизна исследования заключается в расширении имеющихся знаний о реализации индивидуального генотипа в фенотипе человека, в применении нового подхода использования вариаций генов 5НТ системы для прогноза реакций ЦНС спортсмена в ответ на напряженные физические и психические нагрузки. Впервые показано, что частота встречаемости различных аллелей вариаций генов 8ЬС6А4, 5НТ1А, 5НТ2А отличается в группах спортсменов и в группе контроля. Было проведено подробное комплексное исследование с вьивлением новых ассоциаций полиморфных вариантов генов 8ЬС6А4, 5НТ1А, 5НТ2А с показателями устойчивости нервной системы к развитию утомления под воздействием физической и психической нагрузки.

Научно-практическая значимость. Обнаруженные значимые ассоциации генов 5НТ системы с процессами утомляемости и устойчивости процессов нервной системы к стрессовым для организма нагрузкам открывают перспективы для использования информации о генетических вариациях в практике спортивного отбора, а также для контроля и коррекции тяжести и интенсивности упражнений при разработке тренировочного процесса. Полученная информация может использоваться для прогноза подверженности спортсмена центральному утомлению на основе его индивидуальных особенностей с целью профилактики синдрома перетренированности и переутомления, имеющей существенное значение для восстановительной медицины

Осповпые положения, выпосимые на защиту:

1. Полиморфизмы генов серотониновой системы являются маркерами устойчивости спортсменов к физическим и психическим нагрузкам, отражая различные типы нейродинамических реакций на нагрузку.

2. Нейродинамические характеристики дифференцировано проявляются в группе спортсменов и контроля и отражают особенности спортивной специализации.

3. Распределение аллелей полиморфизма 5НТТЬРЯ гена 5ЬС6А4, полиморфизма С(-Ю19)0 гена 5НТ1А, полиморфизма С102Т гена 5НТ2А отражает направленность отбора к напряженной мышечной деятельности. Так что в группе спортсменов существенно повышена частота встречаемости активного (Ь) аллеля полиморфизма 5НТТЬРК гена 5ЬС6А4, активного (-1019)0 аллеля полиморфизма С(-Ю19)0 гена 5НТ1А и низкоактивного 102С аллеля полиморфизма С102Т гена 5НТ2А.

4. Аллели полиморфизма 5НПХР11 гена Э1Х6Л4 и полиморфизма С102Т гена 5НТ2А ассоциированы с различной подвижностью и устойчивостью ЦНС к центральному утомлению под воздействием нагрузок. Носители Ь аллеля гена 8ЬС6А4 проявляют более устойчивые нейродинамические реакции в условиях интенсивных физических и психических нагрузок, тогда как носители Б аллеля характеризуются меньшей устойчивостью, но более высокими скоростями реакций. Носители С102 аллеля гена 5НТ2А характеризуются неизменной устойчивостью и повышением скорости реакций под воздействием физической нагрузки, тогда как у Т102 носителей скорость реакции остается неизменной при понижении ее устойчивости.

Структура и объем диссертации

Диссертация изложена на 120 страницах и состоит из введения, обзора литературы, описания методов исследования, 3 глав, итогового заключения, выводов и списка цитируемой литературы. Последний включает 262 источника, из которых 70 отечественных изданий, 192 - иностранных. Диссертация иллюстрирована 10 рисунками и 13 таблицами.

МАТЕРИАЛЫ, МЕТОДЫ И ОРГАНИЗАЦИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Материалом генетического исследования служила коллекция ДНК спортсменов и волонтеров, состоящая из 400 образцов, собранных в течение 3 лет. Забор крови для выделения ДНК производили после медицинского осмотра и с письменного согласия испытуемых. Все исследования одобрены этическим комитетом ФГУ ВНИИФК.

Генетический материал (ДНК) выделяли из венозной крови с помощью наборов «ДНК-сорб Б» (ЦНИИЭ, Россия). Анализ полиморфных локусов генов 5НТ системы проводили методом полимеразной цепной реакции с детекцией результатов при помощи гель-электрофореза, с детекцией результатов в режиме реального времени и при помощи технологии биочипов.

Было проведено 2 серии комплексных обследований испытуемых. В экспериментах приняло участие 328 человек, из которых 242 мужчины и 86 женщин 20-25 лет. Наличие значимых тендерных различий изучаемых параметров, соотносящихся с половым

диморфизмом организации и функционирования ЦНС, определило выбор индивидов мужского пола в качестве контингента испытуемых.

В процессе формирования групп испытуемых проводилась оценка общей физической подготовленности участников. В начале эксперимента каждый из них выполнил велоэргометрический тест Р\УС 170 (Карпман В.Д., 1974). ЧСС в покое (ЧССпок) определяли после пяти минут неподвижного сидения на велоэргометре. Максимальное потребление кислорода (МПК) рассчитывали по формуле: МПК = 2,2 Р\УСпо + 1070. Среднегрупповые данные по обеим группам представлены в таблице 1.

Таблица 1

Средние значения показателей аэробной выносливости испытуемых

п Возраст, Рост, Вес, ЧСС пок, Р\УС 170, МПК,

лет см кг уд/мин Вт мл/мин/кг

Спортсмены 125 22.1±3.2 170.4±5.6 71.1±4.3 50.7±6.1 250.2±19.4 61.5±4.6

Студенты 117 22.3±2.4 172.2±4.3 76.3±5.2 64.5±4.9 185.4±23.7 46.2±5.4

По результатам оценки показателей аэробной выносливости (Р. АБ^апсЗ, 2003) было сформировано 2 экспериментальные группы. В первую вошли 165 регулярно тренирующихся спортсмена циклических, направленных на развитие выносливости, сложно-координационных и игровых групп видов спорта, с квалификацией от 1 разряда до мсмк, во вторую - 163 испытуемых контрольной группы, представленных студентами МГУ им. Ломоносова.

В ходе основной части исследования группа спортсменов и контрольная группа подвергались нагрузкам, моделирующим утомление. Спортсмены выполняли работу со ступенчато - повышающейся мощностью на беговой ленте «до отказа». Начальная скорость -2,5 м/с, шаг 0,5 м/с, длительность каждой ступени 3 минуты.

Испытуемые контрольной группы подвергались монотонной умственной нагрузке в течение 3 часов, которая заключалась в непрерывном заполнении психологических вопросников и решении логических задач на компьютере. Эксперимент всегда начинался в одно и то же время и ему предшествовал обязательный часовой отдых испытуемых.

В начале и конце каждого эксперимента у испытуемых определяли: скорости простой (ПЗМР) и сложной (реакция различения, далее - СЗМР) зрительно-моторной реакции, время протекания нервных процессов (ВПНП) как разницу между временем СЗМР и ПЗМР, силу и подвижность нервной системы (НС-Психотест, Нейрософт, Россия), а также устойчивость реакций (величина обратно пропорциональная средней дисперсии времени реакции). До и после нагрузки испытуемые самостоятельно оценивали уровень самоощущения (вопросники

Самочувствие, Активность, Настроение (САН) (Доскин В.А., 1973); Острое Физическое Утомление (ОФУ) и Острое Умственное Утомление (ОУУ) (Леонова А. Б., 1984)).

Статистическая обработка данных проводилась с использованием программного пакета «Statistica 6.0» для Windows (StatSoft). Для проверки соответствия эмпирического распределения частот генотипов теоретически ожидаемому равновесному распределению Харди-Вайнберга использовали критерий хи-квадрат. Связь между генотипом и изменением изучаемых параметров под влиянием нагрузки была исследована с помощью дисперсионного анализа повторных измерений, в котором генотип выступал как категориальный независимый фактор. Апостериори применялся LSD тест Фишера для выявления фактора, лежащего в основе выявленных различий. Для сравнения измеряемых показателей до и после нагрузки использовался t-критерий для зависимых выборок. Достоверными считали различия при значении «р» меньше 0.05.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ОБСУЖДЕНИЕ

СОПОСТАВЛЕНИЕ МЕТОДОВ ДЕТЕКЦИИ ВАРИАЦИЙ ГЕНОВ СЕРОТОНИНОВОЙ СИСТЕМЫ

В целях экспериментального обоснования выбора наиболее подходящего метода для определения полиморфных локусов генов 5НТ системы был проведен сравнительный анализ существующих методов детекции генетических вариаций. Были выбраны методы биологических микрочипов, анализа на основе разницы длин амплификационных продуктов (ПЦР-PLRF) и ПЦР (полимеразная цепная реакция) в реальном времени.

При анализе 20 случайных образцов из генетического банка ФГУ ВНИИФК каждым методом были определены три типа генетических полиморфизмов: инсерционно-делеционный (I/D) полиморфизм, полиморфизм однонуклеотидной замены (single nucleotide polymorphism - SNP) и полиморфизм вариабельных количеств тандемных повторов (variable number tandem repeats - VNTR). Результаты, полученные разными методами, были тождественны, что подтвердило высокую точность всех трех методов.

Сравнение вышеуказанных техник определения генетических полиморфизмов выявило достоинства и недостатки каждого из трех методов (табл. 2).

Общим для каждого метода является принцип ПЦР, отличия же заключаются в способе дальнейшей детекции результатов. Метод ПЦР-PLRF в случае определения SNP предполагает стадию обработки продуктов ПЦР рестриктазами. В случае определения вариаций длин нуклеотидной последовательности гена (I/D полиморфизм, VNTR) дополнительная обработка продуктов не требуется. Длительность анализа составляет около

19 часов для 5МР и порядка 4 часов для полиморфизмов длин. Преимущество метода: возможность определения всех типов генетических вариаций (БЫР, полиморфизмы 1/0, УШИ). Недостатки метода: (1) необходимость открытия амплификационных пробирок, что повышает риск контаминации; (2) использование гель-электрофореза на стадии детекции, что предполагает контакт исследователя с небезопасными для здоровья человека и окружающей среды веществами (бромид этидия и акриламид).

Таблица 2

Краткая сравнительная характеристика трех методов анализа генетических вариаций

Метод Преимущества Недостатки

ПЦР-Р1ЛР Универсален, подходит для определения всех типов полиморфизмов. Риск контаминации. Детекция результатов при помощи гель-электрофореза. Невозможно определять несколько БОТ одновременно

Биологические микрочипы Возможность одновременного определения нескольких БЫР. Проведение нескольких анализов в одной пробирке. Риск контаминации. Невозможность типирования тга.

ПЦР в реальном времени Отсутствие риска контаминации. Время необходимое для анализа составляет около 3 часов. Невозможность типирования УШИ. Невозможность идентификации нескольких ЭЫР одновременно

При анализе генетических вариаций с помощью биочипов используют двухраундную мультиплексную ПЦР, после чего следует, если необходимо, проверка наличия продукта при помощи гель-электрофореза и гибридизация продуктов с олигонуклеотидами, расположенными на чипе. Длительность анализа составляет около 24 чаосв. Техника проведения анализа предполагает перемещение материала, что может приводить к последующей контаминации. Преимущество метода по сравнению с ПЦР-РЬКР -возможность определения сразу нескольких вариантов. Но, в отличие от ПЦР-ИЛи7, данный метод обладает существенным ограничением: невозможность типировать УМТЯ. Применение метода адекватно для рутинного анализа панели вОТ и полиморфизмов 1/0, но не целесообразно для поиска генетических маркеров и на стадии создания панели полиморфизмов генов.

Главным преимуществом метода ПЦР в реальном времени, в отличие от описанных методов биочипов и ПЦР-РЬЫ', является возможность анализировать результаты непосредственно во время амплификации, а так же минимальное время анализа (3 часа). Метод не требует открытия пробирок ни на одной из стадий анализа, а также использования

гель-электрофореза, что значительно снижает риск контаминации по сравнению с предыдущими двумя методами. Как и в случае с биочипами, к недостаткам данного метода относится невозможность тшшрования У>1ТЯ, однако он является оптимальным для типирования отдельных полиморфизмов однонуклеотидных замен и инсерционно-делеционных вариаций. При отработке детекции генетических полиморфизмов методом ПЦР реального времени была отработана оптимальная технология проведения анализа.

Таким образом, было решено применять метод ПЦР в реальном времени для определения вЫР, а ПЦР-РЬЯР - для определения УШИ.

СРАВНЕНИЕ НЕЙРОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК В ГРУППАХ СПОРТСМЕНОВ И В КОНТРОЛЬНОЙ ГРУППЕ ИСПЫТУЕМЫХ

В исследовании принимали участие спортсмены трех групп спорта (циклические, ориентированные на развитие выносливости, сложнокоординационные и игровые виды спорта) и не занимающиеся спортом испытуемые. Оценивали ряд параметров, характеризующих функциональное состояние центральной нервной системы.

Показано, что нейродинамические характеристики в обследованной группе спортсменов отличаются от показателей у представителей контрольной группы (табл. 3).

Таблица 3

Время и устойчивость ПЗМР и СЗМР в контрольной группе и в группе спортсменов

Среднее время ПЗМР ¿ЭЕ, мс

Средняя устойчивость ПЗМР ±вЕ

Среднее время СЗМР ±8Е, мс

Средняя устойчивость СЗМР ±вЕ

Среднее ВПНП ¿БЕ, мс

Контрольная группа

117

219.5±2.5

1М0.09

347М6.Г

1.37±0.1

т.2±5.7*

Спортсмены

125 215.8±2.4

1.9Ш07'

322.4±3,Ф

1.47±0.09

106.7±4

1,2, 3- номера пар групп, между которыми различия значимые р<0.05

Так, спортсмены в среднем характеризуются меньшим временем ПЗМР и более высокой устойчивостью по сравнению с контрольной группой. Время СЗМР у спортсменов значительно ниже, а устойчивость немного выше, чем у контроля. ВПНП, также значимо выше в группе спортсменов по сравнению с контрольной группой. .

Кроме того, обнаружена гетерогенность группы спортсменов по исследуемым показателям в зависимости от спортивной специфики (табл. 4). Самыми быстрыми являются представители игровых видов спорта, у них же наблюдаются самые высокие показатели устойчивости простой и сложной зрительно-моторной реакций.

Таким образом, нейродинамические характеристики различаются между спортсменами и контролем, а также дифференцированно проявляются в зависимости от

спортивной специализации и могут использоваться как адекватная модель для изучения связи с вариациями генов серотониновой системы.

Таблица 4

Время и устойчивость ПЗМР и СЗМР в контрольной группе и в группах спортсменов в _зависимости от специфики спортивной деятельности__

п Среднее время ПЗМР ±SE, мс Средняя устойчивость ГОМР ±SE Среднее время СЗМР ±SE, мс Средняя устойчивость СЗМР ±SE Среднее впнп ±SE, мс

Конрольная группа 117 219.5±2.5 1.б±0.09 347.8±6.2 1.37Ш1 128.2±5.7

Циклические виды спорта 46 220.5±3.2 1 1.8±0.1 330.9±5.24 1.1±0.13 110±5.3

Сложнокоординационные виды спорта 22 220.1±4.22 1.б±0.173 334.4±85 1.98±0.24' 120±10.17

Игровые виды спорта 57 207.9±4.2 V 2. ¡±0.1* 303.5±7.2 4S t А7±(Ш6 95.5±7.47

Игровые виды спорта по всем показателям значимо (р<0.05) отличаются от

контрольной группы.

1, 2, 3, 4, 5,6, 7 - номера пар групп, между которыми различия значимые р<0.05

ЧАСТОТНОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ АЛЛЕЛЕЙ ГЕНОВ SLC6A4,5НТ1А, 5НТ2А

5НТ система представлена рядом белков, ответственных за синтез, транспорт и деградацию 5НТ, а также 15 рецепторами, через которые осуществляются функции серотонина. В связи с этим в исследуемой группе были определены вариации генов, отвечающих за синтез (ТРН1 и ТРН2), деградацию (МАОА), транспорт (SLC6A4) серотонина и генов рецепторов (5НТ1А, 5НТ2А, 5НТ1В, 5НТ2С). Проведено сравнение частот встречаемости данных полиморфизмов в контрольной группе и в группе спортсменов. Обнаружены различия частот встречаемости полиморфизмов генов SLC6A4 (вариация 5HTTLPR), 5НТ1А (однонуклеотидная замена C(-1019)G) и 5НТ2А (полиморфизм 102Т/С) между спортсменами и группой сравнения.

Ген SLC6A4 кодирует натрий-хлор-зависимый транспортер, отвечающий за активный обратный транспорт 5НТ в пресинаптический нейрон, где он возвращается в нейромедиаторный пул или деградируется. Полиморфизм тандемных повторов 5HTTLPR влияет на степень экспрессии гена: при коротком аллеле (S) ген в меньшей степени транскрибируется и, соответственно, белок в меньшей степени представлен на пресинаптической мембране, чем при длинном (L) аллеле. Ген 5НТ1А кодирует авторецептор 5НТ. Вместе с транспортером серотонина этот рецептор регулирует концентрацию 5НТ в синаптической щели. Замена C(-1019)G влияет на степень экспрессии гена 5НТ1А: общим эффектом появления G-аллеля является ослабление 5НТ нейротрансмиссии в центральной нервной системе. Ген 5НТ2А кодирует широко

и

представленный в организме постсинаптический рецептор 5НТ. С аллель полиморфизма 102Т/С сопряжен с пониженной экспрессией гена 5НТ2А по сравнению с Т аллелем.

Сравнительный анализ частот встречаемости полиморфных вариантов генов 8ЬС6А4 (5НПХР11), 5НТ1А (С(-Ю19)0), 5НТ2А (102С/Т), выявил, что:

А) Частота встречаемости генотипа IX полиморфизма 5НПЪР11 гена 8ЬС6А4 в группе спортсменов значимо выше, чем в группе контроля (39% и 25% соответственно) (рис. 1). Частота встречаемости Ь аллеля в группе спортсменов составляет 63%, в контрольной группе - 49%; Б аллель встречается в группе спортсменов с частотой 37%, в контрольной группе - 51% (различия значимые: р<0.05).

60

I

■ Контрольная группа

□ Спортсмены

эб II

Генотипы 31.С6А4 (5HTTLPR)

Частота встречаемости генотипа ЬЬ и Ж в группе спортсменов значимо отличается от группы контроля, (р< 0.05).

Рис. 1. Частота встречаемости генотипов полиморфизма 5ПТТЬР11 гена ЙЬС6А4 в группе спортсменов и в контрольной группе.

Б) частота встречаемости генотипа С/С(-1019) полиморфизма С(-Ю19)0 гена 5НТ1А в группе спортсменов ниже чем в группе контроля (25% и 33% соответственно) (рис. 2). В группе спортсменов по сравнению с группой сравнения наблюдается тенденция к повышению частоты встречаемости в аллеля полиморфизма С(-Ю19)0 гена 5НТ1А: в аллель в группе спортсменов встречается с частотой 51%, в группе контроля - с частотой 46%.

В) частота встречаемости генотипа С/С102 полиморфизма 102Т/С гена 5НТ2А в группе спортсменов значительно выше чем в контрольной группе (41% и 33% соответственно) (рис. 3). Частота встречаемости С102 аллеля в группе спортсменов составляет 63%, в контрольной группе - 55%; Т102 аллель встречается в группе спортсменов с частотой 37%, в контрольной группе - 45%.

ол

I Контрольная группа

□ Спортсмены

сс дд сд

Генотипы 5НТ1А (С(-1019)С)

Наблюдается тенденция к пониженной частоте встречаемости генотипа С/С(-1019) в группе спортсменов по сравнению с контрольной группой.

Рис. 2. Распределение частоты встречаемости генотипов полиморфизма С(-1019)0 гена 5НТ1А в группе спортсменов и в контрольной группе

5 45

I

I Контрольная группа

О Спортсмены

Генотипы 5НТ2А (С102Т)

Частота встречаемости генотипа С/С102 полиморфизма 102Т/С гена 5НТ2А в группе спортсменов значимо отличается от контрольной группы (р< 0.05)

Рис. 3. Распределение частоты встречаемости генотипов полиморфизма полиморфизма 102Т/С гена 5НТ2А в группах спортсменов и в контрольной группе

Таким образом, аллели полиморфизма 5НТТЬРЯ гена БЬС6А4, полиморфизма С(-1019)0 гена 5НТ1А, полиморфизма 102Т/С гена 5НТ2А в группе спортсменов и контрольной группе встречаются с различной частотой. Этот может указывать на то, что превалирующие в спортивной группе аллели обладают положительным для спортивной деятельности потенциалом. Полученные результаты находят косвенное подтверждение в исследованиях как на людях, так и на животных. Так, адаптивной реакцией организма в ответ на физические

нагрузки, требующие выносливости, является понижение уровня свободного 5НТ в центральной нервной системе (Ьавдйя!, 2006), кроме того, после начала активной физической деятельности на мембранах повышается аффинность белка транспортера 5НТ и остается высокой на всем протяжении спортивной деятельности (\Vcicker, 2001). Генотип IX гена БЬС6Л4 связан с повышенным содержанием белка транспортера 5НТ на нейронах и повышенной связывающей активностью, что означает более быстрое удаление свободного 5НТ из межклеточного пространства. С(-1019) аллель гена рецептора серотонина 1А связан с повышенным содержанием этого рецептора на клеточных поверхностях. Так как рецептор серотонина 1А является авторецептором, регулирующим выброс 5НТ в синаптическую щель, повышенное его содержание, вероятно, усиливает обратную связь и эффективнее ингибирует выброс серотонина в щель. Таким образом, Ь аллель гена ЭЬС6Л4 и 0(-1019) аллель гена 5НТ1А могут являться маркерами физической выносливости, и поэтому их содержание повышается среди спортсменов, особенно в видах спорта, требующих повышенной выносливости.

Кроме того, физические упражнения стимулируют связывающую активность 5НТ2А, а регулярные тренировки приводят к противоположной картине - связывание лигандов этим рецептором понижается (\Veicker, 2001). Так как С102 аллель полиморфизма С102Т гена 5НТ2А связывают с меньшими концентрациями мРНК и пониженной экспрессией белка 5НТ2А (Ро^кауэ, 2002) чем Т102 аллель, то данный генетический вариант может играть роль фактора облегчающего адаптационные перестройки организма при регулярной спортивной деятельности.

Для проверки предположения о том, что рассмотренные аллели генов 8ЬС6А4, 5НТ1А и 5НТ2А несут в себе преимущества для спортивной деятельности, был проведен поиск ассоциаций между данными аллелями и изменениями нейродинамических показателей под влиянием физической нагрузки, моделирующей физическое утомление.

АССОЦИАЦИИ ГЕНЕТИЧЕСКИХ ВАРИАНТОВ С ИЗМЕНЕНИЯМИ НЕЙРОДИНАМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПОД ВЛИЯНИЕМ ФИЗИЧЕСКОЙ

НАГРУЗКИ

На данном этапе работы спортсмены подвергались интенсивной мышечной нагрузке. Для оценки изменения состояния ЦНС под воздействием нагрузки использовали показатели скоростей зрительно-моторных реакций, которые отражают состояния организма и изменяются под воздействием стрессов, нагрузок, усталости.

Анализ результатов тестирования выявил, что исследуемые параметры изменяются под воздействием нагрузки. Среднее время СЗМР, а так же время обработки сигналов

корковым отделом анализатора сразу после нагрузки уменьшаются. Среднее время ПЗМР и устойчивость реакций в среднем остается неизменной (табл. 5).

Таблица 5

Изменение нейродинамических показателей в группе спортсменов под воздействием

физической нагрузки

Среднее время ПЗМР ±ЭЕ, мс Средняя устойчивость ПЗМР ±вЕ Среднее время СЗМР ±вЕ, мс Средняя устойчивость СЗМР ±вЕ Среднее ВПНП ±8Е, мс

До нагрузки 216.1±2.20 1.9±0.07 323.5±4.02 1 1.5±0.09 108.2±2.012

После нагрузки 213.2±2.40 1.9±0.08 312.Ш.121 1.4±0.08 100±1.91 2

1,2 - номера пар групп, между которыми различия значимые р<0.05

Были исследованы ассоциации полиморфизмов 5НПХР11, С(-Ю19)0, 102Т/С генов SLC6.iV 5НТ1А, 5НТ2А соответственно с изменениями нейродинамических показателей под влиянием физической нагрузки. Получены следующие результаты.

Носители IX характеризуются стабильностью среднего времени ПЗМР под воздействием нагрузки, в отличие от носителей 8 аллеля. Физическая нагрузка не вызывает изменения данного показателя у носителей IX, у которых значение среднего времени ПЗМР остается стабильным и не меняется, в отличие от носителей Б аллеля, которые реагируют на физическую нагрузку уменьшением среднего времени ПЗМР (табл. 6). Анализ состава групп по носительству аллелей показал, что носители IX в основном представлены циклическими, направленными на развитие выносливости группами видов спорта (>50%), в то время как группа носителей генотипов 88 и Ь8 в большей мере представлена группой видов спорта, направленных на развитие скоростных качеств (игровые виды спорта). Значения средней устойчивости ПЗМР до нагрузки у носителей Ь и Э аллелей не отличаются, тогда как под воздействием нагрузки у носителей в Б средняя устойчивость ПЗМР уменьшается, тогда как у носителей IX и ЬЭ (носители Ь аллеля) остается неизменной (рис. 4).

Таблица б

Изменение среднего времени ПЗМР под воздействием физической нагрузки у носителей аллелей полиморфизма 5НТТС.Р11

Генотип Среднее время ПЗМР ± вЕ (мс) Среднее время СЗМР ± ЭЕ (мс)

До нагрузки После нагрузки До нагрузки После нагрузки

5НТТЬРК IX 221.3 ±3.8 221.3 ±4.2 313.2 ±6.4 318,7 ±6.3

5НТТШ1 вв и Ьв 216.8 ±3 1 210.9 ± 1.5 1 324.1 ±5.1 2 304.7 ±4.7 2

1, 2 номера групп пар, между которыми различия значимые р<0.05

Таким образом, показатели ПЗМР под воздействием нагрузки не изменяются и остаются стабильными у носителей Ь аллеля, тогда как носители Б аллеля реагируют на физическую нагрузку понижением среднего времени и средней устойчивости ПЗМР.

При исследовании ассоциаций СЗМР и полиморфизма 5НПЪР11 гена БЬС6А4 было обнаружено, что у носителей IX среднее время СЗМР под воздействием нагрузки остается стабильным и не меняется, так же как и среднее время ПЗМР, тогда как носители ЭЭ и ЬЭ реагируют на нагрузку понижением данных параметров (табл. 6).

До нагрузки После нагрузки

носители [_ аллеля носители БЭ

Рис. 4. Изменение устойчивости ПЗМР под воздействием физической нагрузки у носителей различных аллелей полиморфизма 5НТТЬР11

Колебания скоростей зрительно-моторных реакций у носителей Б аллеля под воздействием нагрузки свидетельствует об изменении скорости обработки информации ЦНС, обусловленном физической нагрузкой. Обнаружено, что ВПНП до нагрузки у носителей Б аллеля выше, чем у носителей IX. У носителей генотипа IX ВПНП до и после нагрузки в среднем не изменяется, тогда как у носителей 8 аллеля под влиянием нагрузки этот показатель понижается со статистически достоверной значимостью (рис. 5).

Полученные результаты показывают, что носительство 8 аллеля гена транспортера серотонина ассоциировано с повышенной подвижностью нервной системы, тогда как Ь аллель ассоциирован с большей стабильностью и устойчивостью, что проявляется в различных типах реакции на нагрузку. Исследования с применением таких методов визуализации нервных процессов, как ЭЭГ и функциональная томография показали, что носительство в аллеля сопряжено с большей активностью, лабильностью и скоростью

нервных процессов ЦНС (Fallgatter, 2004;Hariri, 2002; Dannlowski, 2008). Повышенная лабильность нервных процессов у носителей S аллеля делает их более подверженным стрессорным воздействиям и усталости (Caspi, 2003; Rao, 2007). Тот факт, что среди представителей спорта повышена частота встречаемости L аллеля, по-видимому, свидетельствует о том, что для спортивной деятельности более важна способность переносить длительные физические тренировки и стрессовые ситуации без потери работоспособности и активности.

До нагрузки После нагрузки Носители И. Носители Э аллеля

различия показателя у носителей £ аллеля значимо, р<0.05 Рис. 5. Изменение скорости обработки информации под воздействием физической нагрузки у носителей различных аллелей полиморфизма 5НПЪР11

Анализ ассоциаций полиморфизма 5НПХР11 гена 8ЬС6А4 с изменением показателей тестов ОФУ и САН выявил, что носители двух в аллелей до нагрузки в среднем оценивают себя более усталыми. После нагрузки показатели тестов ОФУ и САН уравниваются среди носителей всех аллелей (табл. 7).

Таким образом, носители 8 аллеля до нагрузки оценивают себя как более усталые, менее активные, с пониженным настроением и самочувствием. Это наблюдение согласуется с принятой идеей, что повышение концентраций 5НТ связано с возникновением ощущения усталости. Короткий аллель гена 81Х6А4 связан с пониженной транскрипцией гена и пониженной доступностью белка транспортера, что сказывается на концентрации серотонина в синаптических щелях. Результатом повышенного базального уровня

серотонина в течение жизни может быть менее благоприятное самоощущение носителей Б аллеля по сравнению с носителями Ь аллеля.

Таблица 7

Изменение показателей тестов ОФУ и САН под воздействием физической нагрузки у носителей аллелей полиморфизма 5НТТ1.Р11

Генотип Среднее значение индекса ОФУ ± вЕ Среднее значение индекса САН ± вЕ

До нагрузки После нагрузки До нагрузки После нагрузки

5НПХРГ1 ЬЬ и 6.6 ±0.8* 13.3 ± 1.3* 5.2 ±0.1 4.9 ±0.1

5НТТЬРЯ вв 10.2 ±2.1 13.6 ± 2.6 4.6 ±0.5 4.9 ±0.4

*-различия значимыер<0.05

Ассоциаций полиморфизма С(-Ю19)0 гена 5НТ1А с показателями нейродинамических тестов, а также с изменением показателей тестов ОФУ и САН под влиянием нагрузки, выявлено не было.

Были выявлены ассоциации полиморфизма 102Т/С гена 5НТ2А с изменением показателей нейродинамических тестов под влиянием физической нагрузки. Среднее время СЗМР до нагрузки значительно не различается у носителей разных аллелей полиморфизма 102Т/С гена 5НТ2А, после нагрузки у носителей двух С102 аллелей время СЗМР значительно уменьшается (табл. 8). Таким образом, у носителей С/С 102 под воздействием нагрузки значительно возрастает скорость сложной зрительно-моторной реакции, что отражает возрастание скорости обработки информации ЦНС и подтверждается следующим наблюдением: ВПНП у носителей С/С 102 после нагрузки уменьшилось со статистической значимостью (р<0.05), тогда как среди носителей двух Т102 аллелей скорость не изменилась (рис. 6).

Таблица 8

Изменение среднего времени СЗМР под воздействием физической нагрузки у носителей

аллелей полиморфизма 102Т/С гена 5НТ2А

Генотип Среднее время СЗМР ± БЕ (мс) Средняя устойчивость СЗМР ± ХЕ (мс)

До нагрузки После нагрузки До нагрузки После нагрузки

5НТ2А С/С 102 327.6 ± 6.9 1 305.9 ± 7.41 1.4 ±0.1 1.5 ± 0.1

5НТ2А Т/Т102 331.4 ± 7.8 322.4 ±9.5 1.8 ±0.1 2 1.1 ± 0.1 2

1, 2 номера групп пар, между которыми различия значимые р<0.05

Щ. 115

Ш До нагрузки После нагрузки

Носители Т/Г102

Носители С102

различия показателя до и после нагрузки у носителей С102 аллеля значимо, р<0.05 Рис. 6. Изменение скорости обработки информации под воздействием физической нагрузки у носителей различных аллелей полиморфизма 102Т/С гена 5НТ2А

Таким образом, у носителей С/С 102 под воздействием нагрузки значительно возрастает скорость обработки информации в ЦНС. При этом сохраняется устойчивость реакций, тогда как у носителей Т/Т102 устойчивость СЗМР под воздействием физической нагрузки падает, но мало изменяется среднее время реакции (табл. 8).

На основе полученных результатов можно сделать вывод, что нервная система у носителей гомозиготы по аллелю С102 полиморфизма 102Т/С гена 5НТ2А более устойчива к влиянию физических нагрузок, сохраняя устойчивость сложной реакции различения на том же уровне, как и до нагрузки. Кроме того, у С/С 102 носителей активизируются нервные процессы и возрастает скорость обработки информации, и под воздействием нагрузки у них уменьшается время принятия решения, о чем свидетельствует повышение скоростей простой и сложной реакции, а так же скорости протекания нервных процессов после нагрузки, по сравнению с Т/Т102 носителями.

АССОЦИАЦИИ ГЕНЕТИЧЕСКИХ ВАРИАНТОВ С ИЗМЕНЕНИЯМИ НЕЙРОДИНАМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПОД ВЛИЯНИЕМ МОНОТОННОЙ УМСТВЕННОЙ НАГРУЗКИ

Физические нагрузки стимулируют наступление умственной усталости (В]от5(:гапс1, 1997), которая является проявлением центрального утомления. Для более детального понимания того, как индивидуальные генетические особенности влияют на устойчивость

организма к наступлению центрального утомления, была проведена серия экспериментов, в которой стимулировалась только центральная часть утомления и исключалась компонента физической на1рузки. В эксперименте принимали участие студенты МГУ им.Ломопосова. Все испытуемые подвергались монотонной умственной нагрузке в течение 3 часов, которая заключалась в непрерывном заполнении психологических вопросников и решении логических задач на компьютере. Был исследовал полиморфизм бНТТЬРЯ гена ЭЬСбЛ и два ключевых рецептора серотониновой системы: 5НТ1Л - полиморфизм С(-Ю19)0, и 5НТ2А -полиморфизм 102Т/С. Получены следующие результаты:

Среднее время СЗМР до нагрузки было одинаковым у носителей различных аллелей. Монотонная умственная нагрузка оказывает сходный с физической нагрузкой эффект на изменения данного параметра: среднее время СЗМР у носителей ББ уменьшается, тогда как у носителей Ь аллеля не изменяется (рис. 7).

380

300

До нагрузки После нагрузки

Носители 1_ аллеля Носители ЭЗ аллеля

Рис. 7. Изменение времени СЗМР под воздействием монотонной умственной нагрузки у носителей аллелей полиморфизма 5НТТЬРЯ гена 8ЬС6А4

Более того, умственная нагрузка вызвала снижение устойчивости СЗМР у носителей БЭ, тогда как устойчивость у носителей Ь аллеля не изменилась (табл. 9).

Значимых ассоциаций полиморфизма С(-Ю19)0 гена 5НТ1А и полиморфизма 102Т/С гена 5НТ2А с показателями нейродинамических тестов до и после монотонной умственной нагрузки выявлено не было.

Таблица 9

Изменение средней устойчивости СЗМР под воздействием физической нагрузки у носителей аллелей полиморфизма 5НТТЬРЯ гена 8ЬС6А4

Генотип Средняя устойчивость СЗМР ± вЕ (ис)

До нагрузки После нагрузки

гнптрп ььиьв 1.2 ±0.1 1.4±0.1

5НТТЬР11 ее 1.8 ±0.1* 1.1±0.1*

* различия значимые р<0.05

Анализ ассоциаций полиморфизмов генов 8ЬС6А4, 5НТ1А и 5НТ2А с изменением показателей тестов ОУУ и САН показал, что до нагрузки показатель ИУУ (индекс умственного утомления) не различается среди носителей аллелей полиморфизма 5НТПР11. После нагрузки ИУУ возрастает в среднем по группе, с наибольшей выраженностью среди носителей IX. Сходные изменения наблюдаются для показателей вопросника САН. До нагрузки значения индекса САН значительно не различалось среди носителей аллелей полиморфизма 5НПЪР11, после нагрузки значения в среднем по группе понижается, что свидетельствует об ухудшении настроения, активности и самочувствия. Минимальные значения после нагрузки наблюдаются среди носителей IX, максимальные - среди носителей Ь8 (табл. 10).

Таблица 10

Изменение показателей тестов ОУУ (Острое Умственное Утомление) и САН под _ воздействием монотонной умственной нагрузки_

Генотип Среднее значение ИУУ ±БЕ Среднее значение индекса САН ±БЕ

До нагрузки После нагрузки До нагрузки После нагрузки

Ген 5ЬС6А4

5НТТЬРК IX 8.0 ±1.1 16.2 ±1.3 1,1 5.5 ±0.1 4.7 ±0.2 4

5НТТЬРК вЭ 8.0 ±0.8 11.6± 1.5 2 5.3 ±0.1 4.9 ±0.2

5НПХР11 Ьй 7.9 ± 0.8 10.8 ± 0.9 1 5.7 ±0.07 5.2 ±0.1 4

Ген 5НТ1А

5НТ1А (-1019)С/С 9.6 ±1.0 13.8 ± 1.4 5.3 ±0.1 4.6 ±0.1 5

5НТ1А (-1019)0« и (-1019)С/С 7.3 ± 0.6 11.9 ± 0.8 5.6 ±0.07 5.1 ±0.1 5

Ген 5НТ2А

5НТ2А 102С/С 8.8 ±0.9 13.6 ± 0.9 3 5.5 ±0.09 4.6 ±0.1 6

5НТ2А 102С/Т и 102Т/Т 7.0 ±0.6 11.0 ± 0.9 3 5.6 ±0.08 5.2 ±0.1 6

1, 2, 3, 4, 5, 6 номера пар групп, между которыми различия значимые р<0.05

Среди носителей аллелей полиморфизма С(-Ю19)0 гена 5НТ1А как до так и после нагрузки максимальные показатели ИУУ и минимальные показатели индекса САН наблюдаются у носителей (-1019)0/0 (табл. 10). Среди носителей полиморфизма 102Т/С

гена 5НТ2А до нагрузки не наблюдается различий по показателям теста ОУУ и САН. После нагрузки максимальные показатели ИУУ и минимальные показатели индекса САН наблюдаются у носителей 102С/С (табл. 10).

Таким образом, носители IX генотипа 5-НТТЬРЯ после монотонной умственной нагрузки ощущают себя более усталыми, чем носители короткого аллеля. Тем не менее, нейродинамические показатели у IX носителей оказываются более устойчивыми, что проявляется в сохранении скорости и устойчивости СЗМР после нагрузки.

Ассоциаций полиморфизма С(-Ю19)0 гена 5НТ1А с влиянием монотонной умственной нагрузки на нейродинамические показатели выявлено не было. Обнаружено, что носители двух (-1019)0 аллелей 5НТ1А, так же как и носители двух С102 аллелей 5НТ2А после нагрузки по показателям тестов ОУУ и САН чувствуют себя более усталыми, чем носители (-1019)С и Т102 аллеля, соответственно.

В результате проведенных экспериментов, как на группе спортсменов, так и на группе людей, не занимающихся спортом, были обнаружены сходные тенденции развития центрального утомления у носителей разных аллелей вариаций генов серотопиновой системы. Носители высокоактивных аллелей генов транспортера и рецептора 1А серотонина и низкоактивного аллеля гена рецептора 2А характеризуются более стабильными реакциями на физические и монотонные умственные нагрузки, что позволяет им сохранять стабильный уровень работоспособности во время совершения спортивной деятельности. Кроме того, наблюдается повышенная частота встречаемости этих аллелей в группе спортсменов по сравнению с контрольной 1руппой испытуемых. Оба этих наблюдения позволяют говорить о том, что данные аллели несут в себе преимущества для спортивной деятельности, направленной на развитие выносливости.

ВЫВОДЫ

1. Полиморфизмы генов серотониновой системы являются маркерами устойчивости спортсменов к физическим и психическим нагрузкам, отражая различные типы нейродинамических реакций на нагрузку.

2. Нейродинамические характеристики дифференцировано проявляются в группе спортсменов и в контрольной группе, а также отражают особенности спортивной специализации, охватывая широкие пределы изменчивости, представляя, тем самым, адекватную модель для изучения связи с генетическими вариациями. Так устойчивость простой зрительно-моторной реакции (ПЗМР) в группе спортсменов на 19% выше, чем в контрольной группе, скорость реакции различения на 8% выше, а скорость протекания нервных процессов выше на 20%. Скорость простой и сложной реакций максимальна среди

представителей игровых видов спорта и минимальна среди представителей циклических, направленных на развитие выносливости, видов спорта. Средняя устойчивость ПЗМР самая высокая среди представителей игровых видов спорта, тогда как средняя устойчивость реакции различения выше всего среди представителей сложнокоординационных видов, (различия между группами значимые, р<0.05)

3. Особенности изменчивости нейродинамических характеристик сопровождаются вариабельностью распределения полиморфизмов генов серотониновой системы. Так, что в группе спортсменов существенно повышена частота встречаемости активного (Ь) аллеля полиморфизма 5НТШ>К гена 8ЬС6А4 (63% по сравнению с 49% в контрольной группе), активного (-1019)0 аллеля полиморфизма С(-1019)0 гена 5НТ1А (51% по сравнению с 46% в контрольной группе) и низкоактивного 102С аллеля полиморфизма С102Т гена 5НТ2А (63% по сравнению с 55% в контрольной группе).

4. Носители Ь аллеля гена 8ЬС6А4 проявляют себя более стабильными и устойчивыми к развитию центрального утомления в условиях интенсивных физических и психических нагрузок, что проявляется в малом изменении скорости и устойчивости реакций под влиянием психических и физических нагрузок. Носители 8 аллеля в тех же условиях характеризуются более высокими скоростями простой и сложной реакции, но меньшей устойчивостью.

5. Носители С102 аллеля гена 5НТ2А характеризуются неизменной устойчивостью и повышением скорости реакций под воздействием физической нагрузки, тогда как у Т102 носителей скорость реакции остается неизменной при понижении ее устойчивости.

6. Для определения полиморфизмов генов в научно-исследовательских целях целесообразно применять метод ПЦР в реальном времени, в связи с пониженным риском контаминации и меньшими затратами труда и времени по сравнению с методами биологических микрочипов и ПЦР-РЫУ7.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. При отборе юных спортсменов на этапе специализации однократно рекомендуется проводить определение полиморфизмов генов серотониновой системы. Критерием отбора для спортивной деятельности, направленной на развитие выносливости может быть носительство Ь аллеля полиморфизма 5НТТЬРЯ гена 8ЬС6А4, (-1019)0 аллеля полиморфизма С(-1019)0 гена 5НТ1А. Критерием отбора для спортивной деятельности, направленной на развитие скоростных качеств может быть носительство

S аллеяя полиморфизма 5HTTLPR гена SLC6A4, (-1019)С аллеля полиморфизма С(-1019)G гена 5НТ1А

2. Определение аллелей полиморфизмов генов серотониновой системы позволяет прогнозировать степень устойчивости спортсмена к центральному утомлению и может служить дополнительным критерием для подбора адекватного плана тренировочного процесса. Предрасположенность носителей S аллеля полиморфизма 5HTTLPR гена SLC6A4 и (-1019)С аллеля полиморфизма C(-1019)G гена 5НТ1А к развитию центрального утомления определяет необходимость коррекции тренировочного процесса на понижение монотонии.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. М.А. Тимофеева, Н.В. Машоченко, М.А. Куликова, В.А. Шлепцова, Ю.А. Щеголькова, О.В. Сысоева, A.M. Ведаков, А.Г. Тоневицкий, М.П. Кирпичников. Значение генетических полиморфизмов нейромедиаторных систем для психологии спорта // Молекулярный полиморфизм человека: структурное и функциональное индивидуальное разнообразие биомакромолекул: Монография / под редакцией С.Д. Варфоламеева. -М.:РУДН, 2007. -Т.2. -С.628-644.

2. Н.В. Малюченко, М.А. Куликова, М.А.Тимофссва, В.А. Шлепцова, Ю.А. Щеголькова, A.M. Ведяков, О.В. Сысоева, Иваницкий A.M., А.Г. Тоневицкий, М.П. Кирпичников. Влияние генетического полиморфизма серотонинового транспортера на эмоциональное поведение спортсменов. // Молекулярный полиморфизм человека: структурное и функциональное индивидуальное разнообразие биомакромолекул: Монография / под редакцией С.Д. Варфоламеева. -М.:РУДН, 2007. -Т.2. -С.645-675.

3. Г.В. Портнова, О.В. Сысоева, Н.В. Малюченко, М.А. Тимофеева, М.А. Куликова, А.Г. Тоневицкий, М.П. Кирпичников, A.M. Иваницкий. Генетические основы восприятия времени у спортсменов // Журнал Высшей нервной деятельности. -2007. -Т.57. -№4. -С.450-460.

4. М.А. Куликова, Н.В. Малюченко, М.А. Тимофеева, В.А. Шлепцова, Ю.А. Щеголькова, А.М. Ведяков, А.Г. Тоневицкий. Перспективы изучения полиморфизмов ключевых генов нейромедиаторных систем для спортивной медицины. Часть 1. Дофаминергическая система // Физиология человека. -2007. -Т.ЗЗ. -№6. -С. 105-112.

5. Н.В. Малюченко, О.В. Сысоева, A.M. Ведяков, М.А. Тимофеева, Г.В. Портнова, A.M. Иваницкий, А.Г. Тоневицкий, М.П. Кирпичников. Влияние генетического полиморфизма серотонинового транспортера на эмоциональное поведение спортсменов // Журнал Высшей Нервной Деятельности им. Павлова. -2007. -Т.57. -№3, -С.276-81.

6. М.А. Куликова, Н.В. Малюченко, М.А. Тимофеева, ВА. Шлепцова, Ю.В. Щеголькова, О.В. Сысоева, A.M. Иваиицкий, А.Г. Тоневицкий. Влияние функционального полиморфизма Vall58met катехол-О-метилтрансферазы на физическую агрессивность. // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. -2008 -Т.145. -№1. -С.68-70.

7. М.А. Тимофеева, Н.В. Малюченко, М.А. Куликова, В.А. Шлепцова, Ю.В. Щеголькова, A.M. Ведяков, А.Г. Тоневицкий. Перспективы изучения полиморфизмов ключевых генов нейромедиаторных систем для спортивной медицины. Часть 2. Серотонинергическая система // Физиология Человека. -2008. -34. -№3. -С. 114-124.

8. М.А. Timofeeva, N.V. Maluchenko, A.G. Tonevitsky "Effect of 5-HTT genetic polymorphism on aggression in athelets". // Tesis on the 13th Biennial Meeting of the International Society for the Study of Individual Differences (ISSID), Giessen, Germany, July 22-27,2007

9. M.A. Timofeeva, N.V. Maluchenko, A.G. Tonevitsky. Effect of 5-HTT genetic polymorphism on aggression in athletes. European Human Genetics Conference 2007 // European Journal of Human Genetics. -2007. -N.15(1). -P.250.

10. M.A. Timofeeva, M.A. Kylikova, N.V. Maluchenko. Effect of genes from the serotonin system on the mental fatigue. European Human Genetics Conference 2008 // European Journal of Human Genetics. - 2008. - N. 16(2). - P. 327.

Подписано в печать 25.03.2009 Сдано в производство 26.04.

Формат бумаги 60x90/16 Бум.офсетная

Усл.печ.л. 0,8 Усл.-издл. 0,9

Тираж 100 Заказ №713

Отпечатано в ООО «Петроруш». г.Москва, ул.Палиха-2а, тел.250-92-06 www.postator.ru

Актуальность. Активность серотониновой системы, одной из основных нейромедиаторных систем человеческого организма, чутко реагирует на образ жизни человека. Так, известно, что под воздействием регулярных физических и психических нагрузок, сопровождающих жизнь спортсмена, происходят изменения в серотониновой передаче, а введение в организм агентов, препятствующих резкому возрастанию концентраций серотонина (5НТ) в ЦНС, повышает работоспособность во время спортивных тренировок и продлевает время до наступления у спортсмена утомления. Утомление как комплексное явление состоит из двух, сопровождающих друг друга, компонент - периферической и центральной. Периферическое утомление характеризуется пониженной работоспособностью мышц, снижением силы, скорости, точности, согласованности и ритмичности движений. Центральное утомление, возникающее вследствие нарушений центральной нервной регуляции, у спортсменов усугубляется постоянным психическим напряжением во время соревнований. Участие серотониновой системы в процессах развития центрального утомления при выполнении физической работы, а также под воздействием психических нагрузок делает проблему изучения индивидуальных особенностей функционирования серотониновой системы особенно актуальной не только с теоретической, но и с практической точки зрения (и^Ыо А.Ь., 2004; ЛУеюкег Н., 2001). В настоящее время известно, что функциональная активность серотониновой системы тесно связана с индивидуальными генетическими вариациями, которые являются маркерами особенностей функционирования физиологических систем. Практическая актуальность темы заключается в возможности использования информации, полученной при изучении связи генетических вариаций с нейродинамическими реакциями на мышечную деятельность, для разработки прогностических критериев устойчивости спортсмена к физическим и психологическим нагрузкам, а так же для разработки новых методов восстановления спортсмена.

Цель исследования - выявление диагностических значений ключевых полиморфизмов генов 5НТ системы в аспекте прогностической оценки устойчивости ЦНС к развитию центрального утомления в условиях напряженной мышечной деятельности.

Для достижения этой цели были поставлены следующие основные задачи:

Провести экспериментальное сравнение существующих методов детекции полиморфизмов генов 5НТ системы, и подобрать наиболее подходящий для использования в настоящем исследовании.

Изучить и сравнить частоту встречаемости генетических вариантов 8ЬС6А4, 5НТ1А, 5НТ2А в группах спортсменов и контроля;

Провести оценку состояния ЦНС спортсменов и испытуемых контрольной группы до и после физических и психических нагрузок;

Провести анализ ассоциаций полиморфных локусов генов 5НТ системы с изменениями показателей состояния ЦНС спортсменов и контроля до и после физических и психических нагрузок;

Гипотеза. Предполагалось, что полиморфные варианты генов БЬС6А4, 5НТ1А, 5НТ2А ассоциированы с устойчивостью ЦНС к развитию центрального утомления при мышечной работе и психических нагрузках. Установление гено-фенотипических ассоциаций позволит разработать подход для прогностической оценки типа нейродинамических реакций ЦНС в ответ на напряженную мышечную деятельность.

Научная новизна исследования заключается в расширении имеющихся знаний о реализации индивидуального генотипа в фенотипе человека, в применении нового подхода использования вариаций генов 5НТ системы для прогноза реакций ЦНС спортсмена в ответ на напряженные физические и психические нагрузки. Впервые показано, что частота встречаемости различных аллелей вариаций генов 8ЬС6А4, 5НТ1А, 5НТ2А отличается в группах спортсменов и в группе контроля. Было проведено подробное комплексное исследование с выявлением новых ассоциаций полиморфных вариантов генов 8ЬС6А4, 5НТ1А, 5НТ2А с показателями устойчивости нервной системы к развитию утомления под воздействием физической и психической нагрузки.

Научно-практическая значимость. Обнаруженные значимые ассоциации генов 5НТ системы с процессами утомляемости и устойчивости процессов нервной системы к стрессовым для организма нагрузкам открывают перспективы для использования информации о генетических вариациях в практике спортивного отбора, а также для контроля и коррекции тяжести и интенсивности упражнений при разработке тренировочного процесса. Полученная информация может использоваться для прогноза подверженности спортсмена центральному утомлению на основе его индивидуальных особенностей с целью профилактики синдрома перетренированности и переутомления, имеющей существенное значение для восстановительной медицины

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Полиморфизмы генов серотониновой системы являются маркерами устойчивости спортсменов к физическим и психическим нагрузкам, отражая различные типы нейродинамических реакций на нагрузку.

2. Нейродинамические характеристики дифференцировано проявляются в группе спортсменов и контроля и отражают особенности спортивной специализации.

3. Распределение аллелей полиморфизма 5НТТЬРЯ гена 8ЬС6А4, полиморфизма С(-1019)0 гена 5НТ1А, полиморфизма С102Т гена 5НТ2А отражает направленность отбора к напряженной мышечной деятельности. Так что в группе спортсменов существенно повышена частота встречаемости активного (Ь) аллеля полиморфизма 5НТТЬРЯ гена 8ЬС6А4, активного (

1019)0 аллеля полиморфизма С(-1019)0 гена 5НТ1А и низкоактивного 102С аллеля полиморфизма С102Т гена 5НТ2А.

4. Аллели полиморфизма 5НТТЬРЯ гена 8ЬС6А4 и полиморфизма С102Т гена 5НТ2А ассоциированы с различной подвижностью и устойчивостью ЦНС к центральному утомлению под воздействием нагрузок. Носители Ь аллеля гена БЬС6А4 проявляют более устойчивые нейродинамические реакции в условиях интенсивных физических и психических нагрузок, тогда как носители 8 аллеля характеризуются меньшей устойчивостью, но более высокими скоростями реакций. Носители С102 аллеля гена 5НТ2А характеризуются неизменной устойчивостью и повышением скорости реакций под воздействием физической нагрузки, тогда как у Т102 носителей скорость реакции остается неизменной при понижении ее устойчивости.

Структура и объем диссертации

Диссертация изложена на 124 страницах и состоит из введения, обзора литературы, описания методов исследования, 3 глав, итогового заключения, выводов и списка цитируемой литературы. Последний включает 142 источника, из которых 10 отечественных изданий, 132 - иностранных. Диссертация иллюстрирована 10 рисунками и 16 таблицами.

Выводы

1. Полиморфизмы генов ееротониновой системы являются маркерами устойчивости спортсменов к физическим и психическим нагрузкам, отражая различные типы нейродинамических реакций на нагрузку.

2. Нейродинамические характеристики дифференцировано проявляются в группе спортсменов и в группе не спортсменов, а также отражают особенности спортивной специализации, охватывая широкие пределы изменчивости, представляя, тем самым, адекватную модель для изучения связи с генетическими вариациями. Так устойчивость простой зрительно-моторной реакции (ПЗМР) в группе спортсменов на 19% выше, чем среди не спортсменов, скорость реакции различения на 8% выше, а скорость протекания нервных процессов выше на 20%. Скорость простой и сложной реакций максимальна среди представителей игровых видов спорта и минимальна среди представителей циклических, направленных на развитие выносливости, видов спорта. Средняя устойчивость ПЗМР самая высокая среди представителей игровых видов спорта, тогда как средняя устойчивость реакции различения выше всего среди представителей сложнокоординационных видов, (различия между группами значимые, р<0.05)

3. Особенности изменчивости нейродинамических характеристик сопровождаются вариабельностью распределения полиморфизмов генов ееротониновой системы. Так, что в группе спортсменов существенно повышена частота встречаемости активного (Ь) аллеля полиморфизма 5НТТЬРЯ гена БЬС6А4 (63% по сравнению с 49% в контрольной группе), активного (-1019)0 аллеля полиморфизма С(-1019)С гена 5НТ1А (51% по сравнению с 46% в контрольной группе) и низкоактивного 102С аллеля полиморфизма С102Т гена 5НТ2А (63% по сравнению с 55% в контрольной группе).

4. Носители Ь аллеля гена БЬС6А4 проявляют себя более стабильными и устойчивыми к развитию центрального утомления в условиях интенсивных физических и психических нагрузок, что проявляется в малом изменении скорости и устойчивости реакций под влиянием психических и физических нагрузок. Носители Б аллеля в тех же условиях характеризуются более высокими скоростями простой и сложной реакции, но меньшей устойчивостью.

5. Носители С102 аллеля гена 5НТ2А характеризуются неизменной устойчивостью и повышением скорости реакций под воздействием физической нагрузки, тогда как у Т102 носителей скорость реакции остается неизменной при понижении ее устойчивости.

6. Для определения полиморфизмов генов в научно-исследовательских целях целесообразно применять метод ПЦР в реальном времени, в связи с пониженным риском контаминации и меньшими затратами труда и времени по сравнению с методами биологических микрочипов и ПЦР-РЬШ7.

Практические рекомендации

1. При отборе юных спортсменов на этапе специализации однократно рекомендуется проводить определение полиморфизмов генов серотониновой системы. Критерием отбора для спортивной деятельности, направленной на развитие выносливости может быть носительство Ь аллеля полиморфизма 5НТТЬРЯ гена 8ЬС6А4, (-1019)0 аллеля полиморфизма С(-1019)0 гена 5НТ1А. Критерием отбора для спортивной деятельности, направленной на развитие скоростных качеств может быть носительство 8 аллеля полиморфизма 5НТТЬРЯ гена 8ЬС6А4, (-1019)С аллеля полиморфизма С(-1019)0 гена 5НТ1А

2. Определение аллелей полиморфизмов генов серотониновой системы позволяет прогнозировать степень устойчивости спортсмена к центральному утомлению и может служить дополнительным критерием для подбора адекватного плана тренировочного процесса. Предрасположенность носителей Б аллеля полиморфизма 5НТТЬРЯ гена БЬС6А4 и (-1019)С аллеля полиморфизма С(-1019)0 гена 5НТ1А к развитию центрального утомления определяет необходимость коррекции тренировочного процесса на понижение монотонии.