4. Методы генетики в спорте
В настоящее время по анализам ДНК специалисты могут рекомендовать родителям отдавать ребенка в определенные виды спорта, например, в бег на короткие дистанции или в тяжелую атлетику. Тренер, зная генетический потенциал ребенка, будет целенаправленно подбирать все параметры тренировок. Иными словами, спортивный отбор на генетическом уровне реален уже при рождении ребенка.
Если по результатам анализов ДНК атлета не соответствует выбору спортивной деятельности, достижение им хороших результатов в спорте возможно, но требует гораздо больше усилий. Есть примеры таких исключений, но в спортивный отбор вмешивается медицинский аспект. Например, атлет с генотипом D/D по гену АКФ (предрасположенность к бегу на короткие дистанции и к тяжелой атлетике) профессионально занимается бегом на средние дистанции или гиревым спортом (к бегу на средние дистанции и гиревому спорту наиболее предрасположены атлеты с генотипом I/I по гену АКФ). Кроме того, что у него будут проблемы с выработкой выносливости, его сердце, генетически не адаптированное к нагрузкам на выносливость будет чрезмерно гипертрофироваться (у атлетов с генотипом I/I гипертрофия будет умеренной). Как утверждает современная спортивная медицина, чрезмерная гипертрофия миокарда является одним из грозных факторов риска заболеваний сердца. Примером тому, ранняя инвалидизация и преждевременная смерть некоторых спортсменов.
В результате длительных исследований выявлены следующие закономерности.
Морфологические показатели – наиболее наследуемые признаки (для продольных размеров тела и костной системы это выражено больше, чем для объемных размеров и мышечной системы).
В 50% случаев дети выдающихся спортсменов имеют выраженные спортивные способности; если оба родителя спортсмены, то в 70% случаев. Тип наследования спортивных показателей – доминантный.
У мужчин-спортсменов двигательные способности передаются по мужской линии.
Выдающиеся спортсмены преимущественно являются младшими детьми в семьях из 2-3 детей.
Процент выдающихся спортсменов рожденных в первом квартале года в 4 раза превышает процент рожденных в последнем квартале.
В 5-6 летнем возрасте наиболее эффективный отбор в спорт может достигаться за счет выявления генетических маркеров.
К генетическим маркерам относятся: антропогенетика (нормостеник, гиперстеник), количественный и качественный гормональный состав в тканях, группа крови, дерматоглифика, состав мышечных волокон, моторное доминирование, индивидуальный профиль функциональной и моторной ассиметрии, тренируемость, определенный генотип (например, по гену АКФ) и т.д.
Дерматоглифика позволяет прогнозировать спортивные задатки. Так, у высококвалифицированных спортсменов частота завитков больше (48%) и более высокий тотальный гребневой счет (213).
Степень тренеруемости имеет следующие генетические маркеры: креатинкиназа, аденилаткиназа, фосфоглюкомутаза, иммунный статус (А,В,С локусы в HLA системе) и др.
Каждый, кто хочет быть в хорошей спортивной форме, способен этого добиться. Для этого нужно только энергично заниматься спортивными упражнениями. Но оказалось, что и хорошая спортивная форма, и соответствующая потеря веса в значительной степени зависят от генетической основы организма, так что одним людям достичь хорошей физической формы легко, а другим почти невозможно, несмотря ни на какие усилия. К тому же разные люди могут обретать эту форму по-разному. Те, кто наследует способность наращивать мышечную силу, не всегда могут развить большие мускулы, а те, кто могут научиться хорошо бегать и прыгать, могут не показывать хороших результатов в тяжелой атлетике.
Собрав убедительный материал о том, что гены почти полностью определяют спортивный потенциал индивида, ученые перешли к обширным и углубленным исследованиям с целью найти эти специфические гены.
В этих исследованиях не затрагиваются вопросы о влиянии физических упражнений на здоровье, об их способности предотвращать сердечные болезни или продлевать жизнь. Они должны подсказать, например, как помочь старикам со слабыми мышцами уберечься от опасных падений, выяснить, кому из них нужна дополнительная помощь в укреплении ослабевших мышц и как укрепить мышцы людям, генетически предрасположенным к слабости.
Еще большую загадку представляет собой мышечная дистрофия. У животных с таким же генетическим дефектом, как у людей, непропорционально разрастаются мышечные ткани. Например, у больных кошек языки перестают помещаться в ротовой полости. У детей с мышечной дистрофией тоже без всяких усилий вырастают огромные мышцы, а потом, после 5 лет, они начинают безудержно сокращаться чуть ли не до полного исчезновения.
При исследованиях генетики спортивного потенциала возникают трудно разрешимые этические проблемы. Нужно ли говорить людям, что у них имеется ген, который никогда не позволит им научиться сносно бегать и прыгать? Нужно ли проводить генетическое тестирование спортсменов, чтобы выяснить, у кого наилучшие шансы стать чемпионом?
Основополагающие исследования в этой области начались примерно 25 лет тому назад. Так, доктор Клод Бочар, сейчас руководящий Биомедицинским центром при Луизианском штатном университете, в те годы изучал проблемы ожирения. Он помещал испытуемых в так называемую метаболическую палату, где можно было следить за тем, что они ели и сколько калорий сжигали. Возникла идея таким же образом изучать эффекты физических упражнений, предлагая людям тренироваться в лабораторной обстановке, где можно точно замерять количественные показатели их усилий.
Некоторые спортивные физиологи и тренеры раньше предполагали, что люди, говорившие, что они добросовестно упражняются, но объективно никогда не улучшавшие свои физические показатели - просто обманщики, а в лучшем случае – заблуждающиеся, не способные правильно оценить интенсивность своих тренировок. Доктор Бочар первым усомнился, что это так. Он утверждал следующее: «Я заинтересовался тогда этой проблемой, потому что обнаружил большие различия между людьми, которые вели практически один и тот же малоподвижный образ жизни. Измерения показали, что у некоторых из них были очень неплохие сердечно-дыхательные показатели, тогда как другие были в ужасной физической форме. И я подумал, не в генетических ли различиях все дело?».
Первое исследование этого вопроса доктор Бочар и его сотрудники начали в 1982-м году на мужчинах и женщинах в возрасте от 18 до 30 лет, которые всю свою жизнь вели сугубо сидячий образ жизни, но не страдали особенно от ожирения.
Им задавали много вопросов и измеряли их физическую активность на протяжении последних недель, месяцев и даже лет. У всех у них была кабинетная работа. Они ездили на машинах и никогда не ходили пешком. Никогда не занимались никаким спортом.
Через 20 недель после начала специальной тренировочной программы, в процессе которой этих людей заставляли тренироваться по 50 минут в день четыре дня в неделю на уровне 85% от их максимального сердечного ритма, исследователи сделали некоторые физиологические измерения и получили весьма интересные результаты. Наблюдались большие различия в дыхательных функциях, в максимальном поглощении кислорода, в результатах биопсии мышечных и жировых тканей, изменения в выносливости, в способности к интенсивным тренировкам, а также изменения в содержании жира и в размерах мышечных волокон различных типов. У некоторых испытуемых физическая форма ничуть не улучшилась, зато у других она улучшилась на 50 и даже 60%. Все участники эксперимента, находясь под строгим контролем, неукоснительно выполняли одни и те же указания исследователей. Через некоторое время доктор Бочар со своими сотрудниками повторил эти исследования на однояйцовых близнецах, и обнаружил, что близнецы всегда одинаково реагировали на физические тренировки и показывали после них одинаковые результаты.
Сейчас доктор Бочар проводит обширное исследование в 5 университетах, в котором участвует 750 человек. Его цель – идентифицировать гены, имеющие отношение к реакции организма на физические тренировки. В эксперименте тренировали людей, проводили тесты, снова и снова тренировали. Результаты бесспорно показывали, что одним людям физические тренировки приносят пользу, улучшая их физиологические показатели, а для других они почти бесполезны.
Один из главных показателей восприимчивости организма к физической тренировке – это повышение потребления кислорода во время физических упражнений. Чем больше кислорода попадает в кровь и подводится к мышцам, тем больше работы они могут проделать, тем быстрее человек, например, может бежать. В среднем, тренировки увеличивали потребление кислорода на 400 миллилитров. Но в то время как у одних вообще никакого увеличения не наблюдалось, у других оно доходило до 1000 миллилитров. В среднем у 65% людей повышение составляло от 200 до 600 миллилитров кислорода.
Это огромные различия, но среди членов одной и той же семьи они обычно гораздо меньше. Иными словами, дети реагируют на физические тренировки аналогично родителям, и такое же сходство бывает между братьями и сестрами. Так что наследственный фактор здесь играет не меньшую роль, чем в случае оценки склонности к ожирению, к повышенному кровяному давлению или содержанию холестерина.
Другое интересное исследование в области спортивной медицины недавно начал проводить доктор Пол Томпсон, кардиолог из штата Коннектикут. Будучи спортсменом-любителем, неоднократным участником марафонских забегов, доктор Томпсон, тем не менее, несмотря на все свои усилия, никогда не был в состоянии развить приличные мускулы. Он решил что виною тому наследственность и в одной из статей заметил: «У некоторых людей растут мускулы, от одного хождения мимо зала, в котором занимаются тяжелой атлетикой. У других же, как не было мускулов, так и нет, хоть они надорвись, тренируясь со штангой».
Вместе с доктором Эриком Гофманом, генетиком из Детского Национального Медицинского Центра в Вашингтоне и с некоторыми другими специалистами доктор Томпсон предпринял обширное исследование с участием 700 мужчин и 300 женщин, которые никогда раньше не занимались с грузами, а теперь согласились ради науки потренироваться в лаборатории под наблюдением врачей. Они пытаются нарастить свои бицепсы и трицепсы – двуглавые и треглавые мышцы, – но только на одной руке. Другая рука служит для контроля исследователям, изучающим генетические вариации, которыми можно объяснить восприимчивость индивидов к физическим тренировкам.
Хотя сила и размеры мускулов, казалось бы, должны соответствовать друг другу, между этими параметрами нет строгой и постоянной корреляции. Некоторые люди могут заметно нарастить мускулы, но сила их мало изменится, у других, наоборот, по внешнему виду мускулы почти не меняются, но сила их многократно растет. Иногда в результате тренировок растет и сила, и мускулы, в других случаях не меняется ни одно, ни другое.
Хотя исследования, о которых идет речь, поддерживаются главным образом Национальным институтом здоровья, заинтересованным в их медицинских аспектах, их результаты можно использовать и в чисто спортивных целях, например, для более эффективного отбора кандидатов в будущие чемпионы. С другой стороны, возникает этическая дилемма – не будут ли люди психически болезненно воспринимать сообщаемые им факты об их генетической неспособности улучшать свою физическую форму путем тренировок.
Для ответа на этот вопрос исследователи считают нужным проверить, как участники экспериментов воспринимают сведения о своей генетической предрасположенности. Такая проверка включает в себя сложные психологические тесты и сравнение самооценок до и после завершения экспериментальных физических тренировок.
В процессе своих исследований доктор Бочар нашел, что примерно для 10% участников его экспериментов физические упражнения бесполезны, и он сообщил некоторым из них об этом. Но эти люди, видимо, и сами уже понимали, в чем дело. Тренировки не повышали их выносливости, и они не теряли ни грамма жира. Может быть, они и извлекали какую-то пользу из тренировок, но слабая надежда на потенциальное улучшение здоровья, конечно, недостаточная мотивация для людей, желающих улучшить и свой внешний вид, и самочувствие.