Способ определения наследственной предрасположенности человека к спортивной деятельности и оценки рисков для здоровья - RU2646479C1

Описание

Предлагаемое изобретение относится к спортивной медицине и может быть использовано для определения наследственной предрасположенности человека к спортивной деятельности на основе молекулярно-генетического тестирования.

Известен способ расчета общего генетического балла по формуле TGS=(100/2n)×(Gs₁+Gs₂+Gs₃+…+Gs_n)…, описанный в журнале «Вестник спортивной науки», октябрь 2011 г., 29(13): 1425-1434 (Alun G. Williams «Genetics of muscle strength and power: Polygenic profile similarity limits skeletal muscle performance)) Journal of Sports Sciences, October 2011; 29(13): 1425-1434). Однако расчет общего генетического балла для неопределенного количества генетических маркеров позволяет лишь делать статистические расчета, но ввиду отсутствия балльной оценки результатов расчет не позволяет произвести оценку предрасположенности человека к определенными видам спортивной деятельности.

Поскольку данная формула принята за основу для создания формулы расчета баллов по заявляемой методике, указанный способ расчета был принят заявителем в качестве прототипа.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является расширение арсенала способов, предназначенных для оценки генетической предрасположенности человека к физической деятельности.

Техническим результатом является создание способа определения наследственной предрасположенности человека к спортивной деятельности на основе молекулярно-генетического тестирования.

Определение наследственной предрасположенности к проявлению различных физических качеств: выносливость, скорость, сила, позволяет выявить индивидуальные особенности человека. Главным преимуществом молекулярно-генетического метода является высокая информативность при оценке возможностей развития физических качеств и возможность осуществления ранней диагностики. Также тестирование позволяет выявить риски профессиональных заболеваний, ограничивающих физическую работоспособность человека и ухудшающих его качество жизни.

Поставленная задача решается тем, что в способе определения наследственной предрасположенности человека к спортивной деятельности, включающем забор биологического материала, выделение ДНК, генотипирование каждого образца по следующим генетическим локусам:

ACE (Alu Ins/Del I/D) (rs4646994)

PPARGC1A 1444G>A (rs8192678)

PPARGC1B G/C (rs7732671)

PPARG2 Pro12Ala C>G (rs1801282)

PPARA 2528 G>C (rs4253778)

PPARD T(-87)C (rs2016520)

VDR Taq1T/t

CALCR Leu447Pro T>C (rs1801197)

VEGFA C634G (rs2010963)

GNB3:_825C>T, (rs5443)

NOS3: 894G>T, (rs1799983)

AGT: 704T>C, (rs699)

AGT: 521 C>Т, (rs4762)

IL6 C-174G

расчет баллов, согласно изобретению, расчет баллов по показателям выносливость, скорость, сила производят для 14 генетических локусов по формуле:

ОГБ=(100/(2*14))*(n1+n2+n3+n4+n5+n6+n7+n8+n9+n10+n11+n12+n13+n14), значение n для каждого локуса выбирают индивидуально - 0; 1 или 2 с использованием следующих данных:

полученные результаты сравнивают со средними общими баллами по популяции с присвоением индивидуального балла от 1 до 5 с использованием следующей таблицы:

оценку предрасположенности спортсмена к конкретным видам спорта проводят с учетом следующих соотношений:

Предложенная формула для 14 генетических локусов позволяет оценить балльную значимость для физических качеств (выносливость, сила, скорость) в зависимости от индивидуального генотипа по данному гену. Полученный результат балльной значимости позволяет произвести оценку общего генетического балла по исследуемым качествам для локусов, ассоциированных с физической работоспособностью, и сделать выводы о генетической предрасположенности человека к тому или иному виду спорта.

Данный способ был разработан на основе практических исследований, а именно было проведено обследование 260 спортсменов в возрасте 15-18 лет, добившихся высоких результатов и успешно выступавших в соревнованиях по 10 видам спорта (легкая атлетика, лыжные гонки, фристайл, плавание, конькобежный спорт, дзюдо, бокс, тхэквондо, пулевая стрельба, бадминтон). Контрольную группу составили 80 человек, проходивших исследование в ДНК-КЛИНИКЕ по желанию и не занимающихся профессиональным спортом.

Исследования осуществлялись следующим образом:

На первом этапе у всех обследуемых лиц проводился забор биологического материала для выделения ДНК. В данном случае использовалась венозная кровь в объеме 5 мл, взятая с помощью вакуумной системы «ВАКУЭТ» с антикоагулянтом EDTA. Возможно также использование образцов капиллярной крови как в пробирке с антикоагулянтом, так и виде сухого пятна на фильтровальной бумаге, а также образцов буккального эпителия на ватной палочке.

Выделение ДНК из 100 мкл венозной крови производилось с помощью стандартных наборов «Комплект реагентов для выделения ДНК ПРОБА-РАПИД-ГЕНЕТИКА» Производитель ООО ДНК-ТЕХНОЛОГИЯ, регистрационное удостоверение МЗ CP РФ № ФСР 2010/08695.

На втором этапе производилось генотипирование каждого образца по генетическим локусам. В исследовании использовались генетические локусы:

ACE(Alu Ins/Del I/D) (rs4646994)

PPARGC1A 1444G>A (rs8192678)

PPARGC1B G/C (rs7732671)

PPARG2 Prol2Ala C>G (rs1801282)

PPARA 2528G>C (rs4253778)

PPARD T(-87)C (rs2016520)

VDR Taq1T/t

CALCR Leu447Pro T>C (rs1801197)

VEGFA C634G (rs2010963)

GNB3:_825C>T, (rs5443)

NOS3: 894G>T, (rs1799983)

AGT: 704T>C, (rs699)

AGT: 521C>T, (rs4762)

IL6 C-174G

Для генотипирования использовались наборы ООО ДНК-ТЕХНОЛОГИЯ-КардиоГенетикаФолаты (MTHFR:_677C>T), КардиоГенетикаТромбофилия (F2,F5,PAI-1), КардиоГенетикаГипертония (AGT: 704T>C, AGT: 521C>T, AGTR1: 1166А>С, GNB3, NOS3: 894G>T, NOS3: -786Т>С). Исследование проводилось с помощью метода полимеразной цепной реакции с детекцией результатов в режиме реального времени: анализ кривых плавления, качественный анализ.

Для генотипирования образца по генам АСЕ, PPARGC1A, PPARGC1B, VDR, VEGFA, IL6, ММР1, NAT2 A803G, CYP2C9 430C>Т, CYP2C9 1075А>С использовались наборы для определения полиморфизмов человека НПФ «Литех» (регистрационное удостоверение №ФСР 2012/13165). Исследование проводилось с помощью метода полимеразной цепной реакции с двумя парами аллель-специфичных праймеров и электрофоретической детекцией в 3% агарозном геле с окраской бромистым этидием (EtBr-флюоресценция в ультрафиолетовом свете).

Для генотипирования образца по генам PPARG2, PPARA, PPARD, CALCR, COL1A1 были использованы наборы FRET для генотипирования ООО «ТестГен». Исследование проводилось с помощью метода полимеразной цепной реакции с детекцией результатов в режиме реального времени.

На третьем этапе после получения результатов индивидуального генотипирования спортсмена, проводилась оценка предрасположенности к проявлению качеств выносливость, скорость, сила с расчетом индивидуальных баллов по этим показателям. Для расчета баллов применялась формула оценки общего генетического балла (по методу, описанному в прототипе). В нашем исследовании эта формула применялась для 14 локусов:

ОГБ=(100/(2*14))*(n1+n2+n3+n4+n5+n6+n7+n8+n9+n10+n11+n12+n13+n14).

Значение n для каждого локуса выбиралось индивидуально - 0; 1 или 2 в зависимости от генотипа по данному локусу (доминантная гомозигота, гетерозигота, рецессивная гомозигота). Для каждого локуса отношение балла к генотипу исходно было подобрано авторами методики на основе обработки литературных данных. Расчет проводился с применением программы Microsoft Excel.

Предварительно тем же способом, с использованием таблицы 2, был оценен средний общий балл по популяции для каждого из параметров на основе контрольной группы. С помощью статпакета Microsoft Excel были вычислены среднее, ошибка среднего, стандартное отклонение, и на основе этих данных определены группы предрасположенности: низкая, ниже среднего, средняя, выше среднего, высокая; для каждого из трех (выносливость, скорость, сила) параметров.

После получения данных об индивидуальной предрасположенность для каждого спортсмена проводилась оценка предрасположенности к конкретным видам спорта (55 видов). Данные о необходимых качествах для достижения результатов в отдельных видах спорта по каждому параметру (выносливость, скорость, сила) сравнивались с индивидуальными данными спортсмена. Если по какому-то из качеств тестируемого баллы, были ниже требуемых из исходных, 5 баллов (максимально соответствующий генотип) вычиталось количество недостающих. Оценочный результата предрасположенности для конкретного вида спорта находился в интервале в интервале от 1-низкая до 5-высокая (таблица 3).

Реализация разработанного метода проиллюстрирована в примерах конкретного выполнения.

Пример 1.

ФИО: А. Анастасия, 15 лет

Генетический профиль

Результаты, согласно приведенной методике, рассчитаны по формуле:

Выносливость:=(100/(2*14))*(1+2+1+2+1+1+2+0+1+0+2+2+2+1)=64,29.

Скорость:=(100/(2*14))*(1+0+2+0+1+1+2+0+1+2+0+0+0+1)=39,29.

Сила:=(100/(2*14))*(1+0+2+0+1+1+0+0+1+2+0+0+0+1)=32,14.

1. Предрасположенность к развитию и проявлению выносливости - высокая (64 баллов из 100, в среднем по популяции 43-48 баллов).

2. Предрасположенность к развитию и проявлению скорости - ниже среднего (39 баллов из 100, в среднем по популяции 42-47 баллов).

3. Предрасположенность к развитию и проявлению силы - ниже среднего (32 баллов из 100, в среднем по популяции 44-50 баллов).

Наиболее предпочитаемые виды спорта, в которых существует возможность достижения высоких результатов:

***** - наиболее предпочтительные виды спорта

Рекомендации:

1. По спортивной деятельности: выраженная предрасположенность к видам спорта, требующим только выносливости.

2. Рекомендованы тренировки разной интенсивности (предпочтительно на выносливость), с включением тренировок на скорость и силу.

3. Имеются гены, ассоциированные с высоким процентом медленных мышечных волокон (характерны для стайеров), высоким уровнем утилизации жирных кислот и глюкозы (повышает мышечную выносливость).

4. Не рекомендованы интенсивные циклические тренировки, что может привести к гипертрофии миокарда.

5. При занятиях профессиональным спортом - контроль врача-кардиолога: контроль ЭКГ и артериального давления, гемостазиограмма, уровень гомоцистеина.

6. Не рекомендованы тренировки с высокими нагрузками на костную систему, с высоким риском переломов.

7. Не рекомендованы тренировки с высокими нагрузками на связочный аппарат, интенсивные тренировки на растяжку.

8. Для профилактики дефицита фолиевой кислоты включать в рацион достаточное количество продуктов, богатых фолатами (зеленые овощи и фрукты - зеленые яблоки, цветную капусту, зеленый лук, шпинат, салат, авокадо, хлеб из муки грубого помола, фасоль, гречневая и овсяная крупы);

9. Рекомендованы препараты фолиевой кислоты курсами под контролем уровня гомоцистеина.

10. Рекомендовано питание с достаточным количеством кальция - молочные продукты, твердые сыры, ржаной хлеб, капуста всех сортов, рыба и морепродукты, кунжут.

11. Рекомендованы препараты кальция и витамина Д - в зимний период.

12. При возникновении травм принимать во внимание риски связанные с тромбозами, повышенной чувствительностью к противовоспалительным препаратам, особенности обмена веществ при восстановлении (риск спаечных процессов).

13. Рекомендовано ограничение применения пищевых добавок, витаминных комплексов, лекарств (противовоспалительных препаратов).

Пример 2

ФИО: Н. Владимир, 8 лет

Результаты, согласно приведенной методике, рассчитаны по формуле:

Выносливость:=(100/(2*14))*(0+2+0+2+2+0+1+2+1+0+1+0+2+2)=53,57.

Скорость:=(100/(2*14))*(2+0+1+0+0+2+1+2+1+2+1+2+0+0)=50.

Сила:=(100/(2*14))*(2+0+1+0+0+2+2+1+1+2+1+2+0+0)=50.

1. Предрасположенность к развитию и проявлению выносливости - выше среднего (54 баллов из 100, в среднем по популяции 43-48 баллов).

2. Предрасположенность к развитию и проявлению скорости - выше среднего (50 баллов из 100, в среднем по популяции 42-47 баллов).

3. Предрасположенность к развитию и проявлению силы - средняя (50 баллов из 100, в среднем по популяции 44-50 баллов).

Наиболее предпочитаемые виды спорта, в которых существует возможность достижения высоких результатов:

***** - наиболее предпочтительные виды спорта

Рекомендации:

1. По спортивной деятельности: нет выраженной предрасположенности к видам спорта, требующим только выносливости или скорость/силы.

2. Рекомендованы тренировки разной интенсивности (предпочтительно на выносливость и скорость) с включением тренировок на силу.

3. Не рекомендованы интенсивные циклические тренировки, что может привести к гипертрофии миокарда.

4. При занятиях профессиональным спортом - контроль врача-кардиолога: контроль ЭКГ и артериального давления и ЭКГ, гемостазиограмма.

5. Не рекомендованы тренировки с высокими нагрузками на связочный аппарат, интенсивные тренировки на растяжку.

6. Рекомендовано использование растворов, содержащих энергетический компонент, особенно при длительных нагрузках и в соревновательный период.

7. При возникновении травм принимать во внимание риски связанные с тромбозами.

8. Нет противопоказаний к применению пищевых добавок, витаминных комплексов, лекарств (противовоспалительных препаратов). С целью повышения физической работоспособности возможно употребление спортивного питания на углеводной основе перед и во время активного тренировочного процесса.

Применение данного способа оценки физической работоспособности позволит повысить эффективность спортивной ориентации и отбора, а также помочь в оптимизации тренировочного процесса и коррекции пищевой и фармакологической поддержки спортсменов.

Литература

1. Genetics of muscle strength and power: Polygenic profile similarity limits skeletal muscle performance / DAVID C. HUGHES, S. H. DAY, I. AHMETOV, ALUN G. WILLIAMS / Journal of Sports Sciences, October 2011; 29(13): 1425-1434.

2. Молекулярно-генетические маркеры в спортивном отборе / Ахметов И., Ильин В., Дроздовская С. // Наука в олимпийском спорте, №4 / 2013, стр. 26-31.

3. Молекулярно-генетическая диагностика предрасположенности к занятиям спортом / И.И. Ахметов // Клинико-лабораторный консилиум. - 2010. - №2-3. (33-34). - С. 25-28.

4. Генетическая диагностика в спортивной медицине / И.И. Ахметов // Терапевт, №10/2010, стр. 11.

5. Состояние и перспективы генетического тестирования в спорте. Генетический паспорт спортсмена становится реальным. / Глотов О.С., Глотов А.С., Баранов B.C. // «Молекулярно-биологические технологии в медицинской практике". Сб. статей. Новосибирск. Альта Виста. 2009. В. 13. Стр. 17-35.

6. Анализ ассоциации костной массы у спортсменов с биохимическими и молекулярно-генетическими маркерами ремоделирования костной ткани. Оганов B.C., Виноградова О.Л., Дудов Н.С., Баранов B.C., Миненков А.С., Бакулин А.В., Новиков В.Е., Кабицкая О.Е., Москаленко М.В., Глотов А.С., Глотов О.С., Попов Д.В. // Физиология человека. 2008. Т. 34. 2. С. 56-65.

7. Рогозкин В.А. Возможности применения молекулярно-генетических методов в спорте: Программа и материалы научной конференции СПбНИИФК. Санкт-Петербург, 1999, с. 9-10.

Реферат

Изобретение относится к области спортивной медицины и предназначено для определения наследственной предрасположенности человека к спортивной деятельности. Осуществляют забор биологического материала, выделение ДНК, генотипирование по локусам ACE, PPPARGC1A, PPARGC1B, PPARG2, PPARA, PPARD, VDR, CALCR, VEGFA, GNB3, NOS3, AGT 704, AGT 521, IL6. Расчет баллов по показателям: выносливость, скорость, сила, производят по формуле. Полученные результаты сравнивают со средними общими баллами по популяции. Изобретение обеспечивает эффективный способ определения наследственной предрасположенности человека к спортивной деятельности на основе молекулярно-генетического тестирования. 7 табл., 2 пр.

Формула