Генетические аспекты медико-фармакологического обеспечения спортсмена Моссэ Ирма

Генетические аспекты медико-фармакологического обеспечения спортсмена • Моссэ Ирма Борисовна, зав. лабораторией генетики человека ИГЦ НАН Беларуси, доктор биологических наук, профессор

Зачем нужна спортивная генетика? Слагаемые успеха: • 1. Генетический потенциал (70 -85 %) • 2. Мотивация ( 15 -20%) • 3. Условия для реализации генетического потенциала (15 -30%)

Наследуемость признаков от родителей к детям • • Рост – 80% Вес – 75% Выносливость – 65 -70% Заболеваемость – 40 -60%

• В результате естественного отбора в сборные команды попадает в среднем три человека (0, 3%) из 1000, которые выдержали гонку за выживание, обладают лучшим здоровьем. • Многие таланты сошли с дистанции по причине отклонений в здоровье или перетренированности. В основе преждевременного ухода недоучет генетических задатков и как следствие ошибки питания, образа жизни, тренировочного процесса и медицинского обслуживания

«Теннис XXI века» Отдаленные результаты и естественный отбор в детском теннисе (n=120) Число детей

• Генотипирование необходимо для правильного выбора вида спорта

Мэтт Бионди Рост 2 м 4 см, 4 года занимался баскетболом. Результаты средние. Попробовали в плавании. Через 4 года стал Олимпийским чемпионом.

• Генотипирование ( генетическое тестирование) – это анализ наследуемых признаков, который достаточно выполнить единственный раз в жизни, так как генотип остаётся неизменным в течение всей жизни. Для генотипирования можно использовать защёчный эпителий.

• Показано, что чем выше квалификация спортсменов, тем чаще встречаются в их генотипах благоприятные для спорта аллельные варианты. Следовательно, для того, чтобы стать выдающимся спортсменом, необходимо обладать соответствующим генетическим потенциалом, в отсутствие которого любые усилия могут оказаться недостаточными.

Генетический код • Информация в ДНК закодирована с помощью специального генетического кода. • Генетический код разбит на отдельные «слова» – гены. • Все гены состоят из нуклеиновых оснований – аденина (A), тимина (T), цитозина (C) и гуанина (G). • Из этих четырех «букв» можно составить бесконечное число слов, предложений и рассказов о том, как устроен Ваш организм.

Геном человека § Содержит три миллиарда нуклеотидов (A, C, T и G). § Средний ген состоит из 3000 нуклеотидов. § Длина ДНК в 1 клетке человека равна 2 м. § Толщина – 2 - 5, 5 нм. § Длина всей ДНК человека - 200 миллиардов км §

Полиморфизм SNP (single nucleotide polymorphism): существование в популяции на одной и той же позиции геномной ДНК двух нуклеотидных вариантов с частотой более редкого варианта (аллеля) ≥ 5%

Влияние полиморфизма Val 34 Leu XIII фактора свертываемости крови на структуру фибриновых волокон Замена валина на лейцин, обусловленная данным полиморфизмом, существенно меняет структуру фибриновых волокон.

По данным A. M. Carter, A. J. Catto. P, J. Grant.

• Разработана «Система генетического тестирования спортсменов» . • В её состав включены как гены, ассоциированные с развитием различных физических качеств, так и гены, ответственные за возможные опасные для жизни и здоровья последствия физических и эмоциональных стрессов:

• 1. Гены, определяющие стайеров и спринтеров • 2 Гены спортивного таланта • 3. Гены устойчивости к гипоксии • 4…Гены роста новых кровеносных сосудов • 5. Факторы риска тромбозов • 6. Гены системы транспорта кислорода • 7. Гены психоэмоционального состояния • 8…Гены, ответственные за ломкость костей • 9…Гены углеводно-жирового обмена • 10. Гены, неблагоприятные для занятий спортом

Генетическое тестирование спортсменов высшей квалификации Протестировано более 550 представителей 30 -ти • • олимпийских и национальных команд РБ. циклические виды спорта (марафон, биатлон, плавание стайеры, велоспорт, академическая гребля, беговые виды, конькобежный спорт, спортивная ходьба, современное пятиборье, пожарно-спасательный спорт ) - скоростно-силовые виды спорта (тяжелая атлетика, легкоатлетические метания, плавание-спринт, шорттрек) -сложно-координационные виды спорта (акробатика, стрельба из лука, гребной слалом, спортивная гимнастика, художественная гимнастика, вольная борьба ) - игровые виды спорта (хоккей с шайбой, хоккей на траве, большой теннис, футбол, волейбол, баскетбол)

У различных представителей сборных команд выявлены отдельные неблагоприятные генные варианты, которые необходимо учитывать при разработке тренировочных программ или при выборе фармакологии. Эффекты многих неблагоприятных генных вариантов можно корректировать. Например, нами предложено использовать: в случае, если ген обусловливает синтез повышенного количества фермента, применять ингибиторы, а в случае пониженного уровня фермента – стимуляторы. • Результаты были переданы врачам и тренерам команды и были использованы для коррекции медико биологического обеспечения спортсменов, что способствовало улучшению их спортивных показателей.

Генетическое тестирование выявляет предрасположенность к заболеваниям и травмам Все заболевания, включая инфекционные, и травмы имеют генетическую предрасположенность Normal bone Osteoporosis

Выявление у спортсменов генетического риска профпатологий Не секрет, что большой спорт часто чреват негативными последствиями для организма человека - костные переломы, растяжения и разрывы связок, тромбозы вен на ногах (особенно у футболистов и хоккеистов) травмы головного мозга ( особенно у боксеров), не исключено развитие у спортсменов гипертрофии сердца и даже синдрома внезапной смерти.

Коагуляционный каскад Основные причины (по данным R. D. Rosenberg, W. E. Aird) смерти населения (по данным ВОЗ, 2000 г. ) : атеротромбоз - 28, 7%, инфекционные и паразитарные болезни 17, 8%, онкозаболевания 12, 6%, травмы 9, 1%, заболевания лёгких 6%, СПИД 5, 1%.

Опасные мутации • В ходе молекулярно-генетического тестирования 413 спортсменов у 27 -ми человек были выявлены опасные мутации 2 -го и 5 -го факторов свёртываемости крови. Такие мутации определяют высокий (в 3 -8 раз выше нормы) риск тромбозов. • Эти сведения были переданы врачам команд для тщательного медицинского обследования и назначения специальных препаратов (антиагрегантов) носителям данных мутаций, что должно предотвратить опасные последствия физических нагрузок для жизни и здоровья спортсменов.

Мутации 2 -го и 5 -го факторов свёртываемости крови у спортсменов нац. команд Название команды n Prth G 20210 A FVL Хоккей 48 1 0 Акробаты 11 0 1 Большой теннис 33 0 1 Академическая гребля 34 1 2 Конькобежный бег 15 1 0 Велоспорт 13 0 3 Хоккей на траве 46 1 1 Легкая атлетика 18 0 1 Пятиборье 4 1 0 Тяжелоатлеты 10 1 1 Лыжники 2 0 1 Пожарно-спасательный спорт 46 3 4 Художественная гимнастика 34 0 3 Всего 413 9 18

• У 16 -летнего воспитанника детскоюношеской спортивной школы № 1 города Белогорск Амурской области 25 января на тренировке случился инфаркт миокарда. • Школьника увезли в реанимацию

Средняя частота мутации фактор Лейдена в разных странах мира :

• Влияние генотипа спортсмена на эффективность фармакологического обеспечения

Факторы адаптации сердечно- сосудистой системы к гипоксии.

ГЕНЕТИЧЕСКИЕ МАРКЕРЫ УСТОЙЧИВОСТИ ОРГАНИЗМА К ГИПОКСИИ • Гипоксия пониженное содержание кислорода в тканях организма, наблюдаемое при недостатке кислорода в воздухе и при некоторых заболеваниях. Гипоксия является одним из ведущих факторов, лимитирующих высокие показатели в спорте. Поэтому выявление реакции организма на недостаток кислорода (гипоксию) имеет особое значение для организации тренировочного процесса и соревновательной практики спортсменов.

• Существует значительное многообразие сроков наступления, длительности сохранения, а также выраженности положительного эффекта адаптации у различных спортсменов, что обусловлено их генетическими особенностями. При подготовке спортсменов с применением методик гипоксической тренировки (аппараты типа «горный воздух» ) и тренировки в условиях среднегорья и высокогорья (пролонгированное воздействие гипоксии) большое значение имеет генотип спортсмена.

• Чем больше в генотипе благоприятных аллельных вариантов (в том числе редких) и меньше отрицательных, тем выше способность к адаптации и соответственно спортивный потенциал человека.

Сравнение результатов генетического тестирования спортсменов высшей квалификации Шифр испытуемого 08 аг 06 аг 01 аг 85 аг 03 аг 92 аг АСЕ ID +/- II +/+ ID +/- MB GG Н GA Н/+ AA Н/++! e. NOS (4 a/4 b) bb +/+ bb +/+ Ab +/- e. NOS G/T GT+/- GG +/+ GT +/- GG +/+ PPARG Pro/Pro Н Pro/Pro Н ACTN XX +/+ RX +/- XX +/+ VEGF GG -/- CC +/+ GG -/- GC +/- EPO GG Н GGН GT Н+ TT Н +/+! BDRKB 2 I/D +/- I/I -/- I/D +/- D/D +/+ I/D +/- UCP 2 Val/Ala+/- Val/Val+/+ Val/Ala+/- Ala/Ala -/- Val/Ala +/- Val/Val +/+ PAI 4 G/4 G+/+ 5 G/5 G Н 4 G/4 G +/+ 5 G/5 G Н 4 G/5 G Н AMPD CT +/- CC +/+ CC +/+ HIF 1 A CC Н CC Н CT Н/+ положительных 3 7 3 5 4 7 из них редких - 1 1 1 2 4 отрицательных 2 2 1 0 нейтральных Pro/Ala Н/+ 8 3 7 5 6 + --благоприятный аллель; – -неблагоприятный аллель; Н - норма 2

• Исследование антигипоксических эффектов препарата МЕКСИБЕЛ у спортсменов с различной генетически детерминированной устойчивостью к гипоксии ( выполнено совместно с РЦСМ).

6 Время восстановления, мин 5 Время восстановления процентного содержания кислорода в периферической крови после прекращения дыхания гипоксической смесью у лиц с разной устойчивостью к гипоксии (время дыхания ГГС = 5 мин) 4 3 5. 4 2 3. 6 1 1. 2 0 Высокая Средняя Устойчивость к гипоксии Низкая

Показатели оксигемометрии у спортсменов при гипоксической пробе

Повышение общей работоспособности спортсменов под воздействием мексибела

Влияние мексибела на время восстановления после гипоксии количества кислорода в крови 400 спортсменов Время восстановления 350 Время восстановления, сек 300 250 200 367. 0 372. 7 375. 6 до коррекции после коррекции до коррекции 338. 2 150 100 50 0 после коррекции

• Таким образом, курсовое применение МЕКСИБЕЛА способно повышать переносимость высоких физических нагрузок у низкоустойчивых лиц, ускорять постнагрузочное восстановление, препятствуя таким образом развитию синдрома перетренированности. Однако применение МЕКСИБЕЛА мало эффективно ( а иногда даже не целесообразно) для лиц, высокоустойчивых к гипоксии.

Персонализированная медицина Every man carry a set of unique genetic information. Respectively, the approach for selection of optimal kind of treatment has to be strictly individual

Генотипирование является необходимым этапом медицины будущего, так называемой « 4 П медицины» § Персонализированная – выбор лечебных воздействий с учетом индивидуальных (генетических) особенностей конкретного человека, § Предиктивная (предсказательная) – предсказание особенностей здоровья (заболевания, возможные в будущем, особенности реагирования и др. ) конкретного человека, до появления первых симптомов, § Превентивная (предупредительная) – проведение профилактических мероприятий в отношении возможных, предсказанных заболеваний до появления первых симптомов, § Партисипативная (партнёрская)– активное участие пациента в профилактике возможных заболеваний и их лечении

• По данным Всемирной организации здравоохранения одной из главных причин инвалидизации и смертности во всем мире являются сердечнососудистые заболевания инфаркт миокарда, ишемическая болезнь сердца, болезнь сосудов головного мозга, легочная тромбоэмболия и др. • В крупных городах ежегодно регистрируется более 300 случаев инфаркта миокарда на каждые 100 тысяч жителей. Инфаркт миокарда недавно считался болезнью пожилых, но за последние годы наметилась тревожная тенденция – инфаркт "молодеет". • Острейшую медико социальную проблему современности составляют также кардио-метаболические нарушения, которые эксперты ВОЗ считают новой пандемией XXI века. • Не менее важной является профилактика остеопороза – системного заболевания скелета, характеризующегося повышенным риском переломов.

Варфарин В настоящее время для профилактики тромботических осложнений, таких как ишемический инсульт и тромбоэмболия легочной артерии, широко используется антикоагулянт варфарин. В многочисленных исследованиях выявлено, что антикоагулянты снижают риск ишемического инсульта у больных с постоянной формой мерцательной аритмии на 41%, а у больных с протезированными клапанами сердца – на 75%.

Решение, позволяющее снизить риск развития побочных реакций при терапии оральными антикоагулянтами – проведение генотипирования. Установлено, что наиболее значимыми генетическими полиморфизмами, влияющими на величину терапевтической дозировки варфарина являются: VKORC 1 1639 G>A CYP 2 C 9*2 430 С>T CYP 2 C 9*3 1075 A>C

Диапазоны возможных колебаний поддерживающей дозы варфарина в зависимости от результатов фармакогенетического тестирования по VKORC 1 и CYP 2 C 9 (инструкция, утвержденная FDA (Food Drug Administration)

На сегодняшний день разработан ряд калькуляторов для расчета терапевтической дозировки варфарина с учетом влияния генетических полиморфизмов.

ГЕНОТИПЫ И МЕТАБОЛИЗМ А мне клопидогре л подходит! С ФУНКЦИЕЙ МЕТАБОЛИЧЕСКОГО ФЕРМЕНТА ВСЕ В ПОЛНОМ ПОРЯДКЕ Эхх, пора подумать о замене клопидогрела на прасугрел или тикагрелор… ФУНКЦИЯ ФЕРМЕ

ГЕНОТИПЫ И МЕТАБОЛИЗМ Аллель Т = «АЛЛЕЛЬ ЛЕТАЛЬНОСТИ» УЛЬТРАБЫСТРЫЙ МЕТАБОЛИЗАТОР нормаль. НЫЙ МЕТАБОЛИЗАТОР УСКОРЕННЫЙ МЕТАБОЛИЗАТОР

Фармакологиеские средства должны назначаться согласно генотипам (уже существует более 50 лекарств для использования которых необходимо генотипирование)

ГНУ «ИНСТИТУТ ГЕНЕТИКИ И ЦИТОЛОГИИ НАН БЕЛАРУСИ» РЕСПУБЛИКАНСКИЙ ЦЕНТР ГЕНОМНЫХ БИОТЕХНОЛОГИЙ Республика Беларусь, г. Минск, 220072, ул. Академическая, 27. Аттестат аккредитации БГЦА № BY/112 02. 1. 0. 1599 в сфере деятельности, установленной СТБ ИСО/МЭК 17025 2007 – «испытания» до « 7» декабря 2019 г. Лицензия Министерства здравоохранения РБ на право осуществления медицинской деятельности № 02040/6875 до « 17» июня 2021 г. Сертификат Референсного Института Биоаналитики, Бонн, Германия (Referenzinstitut für Bioanalytik, Bonn, Deutschland) от 31 октября 2014 г. ГЕНЕТИЧЕСКИЙ ПАСПОРТ № 3978 Иванович

№ п. п. Аббревиа тура и название гена Функции гена Аллели гена ДНК-диагностика устойчивости к физическим нагрузкам Определение спринтерских или стайерских способностей 33 34 35 ACE (ген ангиотензин превращаю щего фермента) Alu Ins/D Ген связан с регуляцией кровяного давления, поддержанием водно солевого гомеостаза, отвечает за восприимчивость организма к тому или иному типу физических нагрузок. Генотип I/I обусловливает в 7 8 раз большую физичес кую работоспособность, чем генотип D/D. I-аллель выносливости, D – аллель скорости, силы. ACTN 3 (ген белка a актинина) R 577 X Носительство аллеля R гена ACTN 3 (наличие белка альфа актинина 3 в быстро сокращающихся волокнах скелетных мышц) даёт преимущество при выполнении скоростно силовых нагрузок. Для генотипов R/R и R/X характерен больший прирост максимальной произвольной силы и более эффективное наращивание мышечной массы в результате тренировок. Генотип Х/Х свидетельствует об отсутствии структурного белка a актинина 3, что приводит к замедлению метаболических и физиологических процессов, повышению выносливости. Х аллель выносливости, R– аллель скорости, силы. UCP 2 (ген разобщающ его белка) Ala 55 Val Аллель Val ассоциируется с высокой метаболической эффективностью мышечной деятельности и физической активностью, с пониженным расходом энергии в покое, низкой утилизации жирных кислот, риском развития сахарного диабета 2 типа и ожирения. Носителям гомозиготы Val/Val необходимо всю жизнь проявлять высокую физическую активность, иначе существует риск развития метаболических расстройств. Val-аллель выносливости, Ala – аллель скорости, силы. I/I R/R Val/Ala

Заключение По спортивным качествам: • Выявлены варианты генов спортивной одаренности № 44, 45, 46, 47. • Варианты генов выносливости № 33, 38, 40, 41, 43 • Варианты генов скоростно силовой направленности № 34. • Преобладают гены выносливости ( стайер). • Неблагоприятный для спорта вариант гена № 50 При носительстве аллеля риска Е 4 гена APOE не рекомендуются занятия видами спорта, связанными с риском травмирования головы (бокс, тхэквондо, каратэ и др. ). Данная рекомендация обусловлена генетической предрасположенностью к развитию болезней головного мозга (нейродегенеративные заболевания).

Лаборатория генетики человека, • единственная в стране, аккредитованная в области генетики человека (аттестат аккредитации № BY/112 02. 1. 0. 1599 от « 07» декабря 2009 г. ) и имеющая Сертификат Референсного Института Биоаналитики, Бонн, Германия (Referenzinstitut für Bioanalytik, Bonn, Deutschland) от 31 октября 2014 г. • имеет лицензию Министерства здравоохранения Республики Беларусь на право осуществления медицинской деятельности № 02048 / 6874 От 17 июня 2011 г и • аттестат сертификации на соответствие международному стандарту в области качества СТБ ISD 9001 -2009 • Эти документы являются гарантами высокого качества работы

Генетические паспорта Необходимо разрабатывать генетические паспорта, в которых должны быть указаны 1. варианты генов, необходимых для достижения высоких спортивных результатов, 2. гены риска профпатологий. 3. гены психоэмоционального состояния Только в этом случае можно обеспечить каждому спортсмену условия, необходимые для полной реализации его генетического потенциала

THANK YOU FOR YOUR ATTENTION