ГЛАВА 19. ФИЗИОЛОГО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ КРИТЕРИИ СПОРТИВНОГО ОТБОРА И ОРИЕНТАЦИИ

Наследственныевлияниянаморфофункциональныеособенности ифизическиекачествачеловека. Значениегенетическиадекватногои неадекватноговыбораспортивнойспециализации

Исследования последних лет в области генетики человека свидетельствуют о несомненном вкладе генетических факторов в развитие и проявление физических качеств. Согласно современным положениям генетики, основанным на данных расшифровки структуры генома человека, считается, что именно полиморфизмы (вариации) определяют индивидуальные различия в каких-либо внешних признаках.

Расшифровка структуры генома показала: небольшие изменения внутри генов приводят к огромным внешним различиям. Мутация (вариация) в одном гене способна повлиять на такие качества, как быстрота, сила и выносливость.

Существует научная дисциплина – генетика физической активности

(спортивная генетика), которая изучает закономерности наследования моторного поведения человека. Спортивная генетика позволяет прогнозировать индивидуальные достижения спортсмена:

а) определять возможный спортивный результат в тех случаях, когда конкретная двигательная способность наследственно ослаблена, наследственно нормальна или наследственно превосходна в развитии;

б) определять предрасположенность к конкретному виду двигательной деятельности еще в раннем возрасте по генетическим маркерам;

в) осуществлять помощь в повышении роста спортивных показателей и в профилактике различных заболеваний за счет оптимизации и коррекции тренировочного процесса.

Изучение степени наследуемости различных морфофункциональных показателей организма человека показало, что генетические влияния на них чрезвычайно многообразны. Они отличаются по срокам обнаружения, степени воздействия, стабильности проявления. Чем больше выражены наследственные влияния на признаки организма, тем больший их учет должен быть при отборе.

ГЛАВА 19. ФИЗИОЛОГО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ КРИТЕРИИ СПОРТИВНОГО ОТБОРА И ОРИЕНТАЦИИ

Наследственные влияния на морфофункциональные особенности и физические качества человека

Формирование, проявление и развитие физических качеств человека подчинено сложной цепи взаимодействия его генетической компоненты и факторов окружающей среды. Это включает в себя тренировки, соревновательные нагрузки и необходимые средства восстановления. В результате такого взаимодействия наследственные признаки могут проявляться полностью или частично, что говорит о влиянии индивидуальной генетической предрасположенности к проявлению физических качеств человека, развитие которых зависит от биосоциальных условий.

Место расположения в хромосоме гена называется локусом. Различные формы одного и того же гена, находящиеся в одном локусе, называют аллелями. Это явление (существование различных форм одного гена) называется полиморфизмом. В геноме человека обнаружено не менее 10 миллионов полиморфных (вариабельных) участков, что делает каждого человека уникальным и неповторимым.

Генотип – это совокупность аллельных вариантов одного гена (генотип чаще всего состоит из двух аллелей.

В процесс мышечной деятельности вовлечено множество полиморфных генов, каждый из которых в отдельности вносит лишь небольшой вклад в общее развитие физических качеств человека. Для обозначения внешних и внутренних особенностей организма применяют термин фенотип. Фенотипом может быть, например, мышечная масса, сила, толщина подкожной жировой клетчатки, состав мышечных волокон. Фенотип является результатом взаимодействия генотипа (или множества генотипов) и среды. Это означает, например, что наличия определенного генотипа еще недостаточно для того, чтобы мышцы человека росли сами по себе; для их роста необходима реализация генетического потенциала, использование всех средовых возможностей

– тренировка, питание и др.

Маркером называют легко определяемый, устойчивый признак организма, по которому можно судить о вероятности проявления другой, трудно определяемой характеристики организма. Таким образом, генетические маркеры позволяют распознавать наследственные задатки человека, его врожденные возможности. В молекулярной генетике спорта под термином «генетический маркер» понимается определенный аллель гена, который ассоциирован с развитием и проявлением какого-либо физического качества, антропометрических и композиционных показателей.

Согласно обнаруженным эффектам полиморфизмов генов, выделяют аллели, ассоциирующиеся с проявлением выносливости (кардиореспиратор-

ГЛАВА 19. ФИЗИОЛОГО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ КРИТЕРИИ СПОРТИВНОГО ОТБОРА И ОРИЕНТАЦИИ

Наследственные влияния на морфофункциональные особенности и физические качества человека

ной и/или мышечной), скоростно-силовых качеств (быстроты, взрывной или абсолютной силы), а также с развитием гипертрофии скелетных мышц. Существуют аллели полиморфных участков, ограничивающие двигательную деятельность человека. Следствием такого ограничения двигательной деятельности в лучшем случае становится прекращение роста спортивных результатов, в худшем – развитие патологических состояний, таких как, например, выраженная гипертрофия миокарда левого желудочка с исходом в сердечную недостаточность.

Молекулярно-генетический анализ с использованием современных ДНК-технологий позволяет определить, каким генотипом обладает человек, сколько тех или иных аллелей генов присутствует в его геноме. На основании молекулярно-генетического анализа существует возможность не только прогнозировать рост мышечных и силовых показателей, эффективность снижения лишнего веса, но и индивидуализировать тренировочный процесс для достижения максимального эффекта.

Основные направления подобных исследований связаны с изучением генов метаболизма костной ткани и ренин-ангиотензиновой системы. Важными метаболическими шунтами ренин-ангиотензиновой системы являются гены ангиотензин-превращающего фермента (АСЕ), ангиотензиногена (AGT), рецептора к ангиотензиногену II (AGT2R1). Белковые продукты генов данной системы участвуют в регулировании артериального (кровяного) давления и в поддержании водно-солевого баланса в почечных канальцах, регулируя, таким образом, общий гомеостаз организма человека. Наиболее изученным генетическим маркером физической работоспособности считают так называемый I/D полиморфизм гена АСЕ. К примеру, у стайеров и велосипедистов преобладает I/I форма, тогда как у спринтеров, тяжелоатлетов и пловцов - D/D, у гребцов - I/D. Показано, что полиморфизм по генам AGT, AGT2R1 и эндотелиальной NO-синтетазы (ecNOS) служит фактором, предрасполагающим к повышенной физической работоспособности. Например, NO-синтетаза − это ключевой фермент в регуляции тонуса кровеносных сосудов, в работе гладкомышечной мускулатуры сосудистой стенки и процессов тромбообразования. Белковые продукты генов метаболизма костной ткани так же как и генов ренин-ангиотензиновой системы, имеют большое значение при формировании определенного физического статуса организма.

Наследуемость − это роль генетического фактора в развитии определенного признака. Например, при H, равной 100 %, фенотипическая (внешняя) изменчивость обусловлена только генетическими различиями, а при H =

ГЛАВА 19. ФИЗИОЛОГО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ КРИТЕРИИ СПОРТИВНОГО ОТБОРА И ОРИЕНТАЦИИ

Наследственные влияния на морфофункциональные особенности и физические качества человека

0 %, развитие какого-либо признака обусловлено исключительно воздействиями среды и не зависит от генов.

Наибольшая наследственная обусловленность выявлена для морфологических показателей (табл. 14), меньшая – для физиологических параметров и наименьшая – для психологических признаков. Чем ниже коэффициент (доля) наследуемости определенного физического качества, тем выше его тренируемость.

Таблица 14 Показатели влияния наследственности на некоторые морфофункцио-

нальные признаки организма человека

Наиболее тренируемые качества – ловкость и общая выносливость (увеличение показателей в процессе длительных тренировок в десятки раз). Наименее тренируемыми качествами являются быстрота и гибкость (увеличение показателей в 1,5 – 2 раза). Среднее положение по тренируемости занимает качество силы (увеличение показателей в 3,5 – 3,7 раз).

Исследования предрасположенности человека к выполнению физических нагрузок постепенно расширяют позиции в спортивной генетике. Идентификация генетических маркеров (полиморфизма) позволяет прогнозировать развитие физических качеств человека и имеет большое практическое значение для эффективного отбора спортсменов.

ГЛАВА 19. ФИЗИОЛОГО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ КРИТЕРИИ СПОРТИВНОГО ОТБОРА И ОРИЕНТАЦИИ

Наследственные влияния на морфофункциональные особенности и физические качества человека

Для успешного развития тренированности спортсменов в плане отбора и прогноза необходимы два фактора:

–адекватный для генетических задатков выборспортивной специализации, стиля соревновательной деятельности, ведущей руки и ноги спортсмена;

–многоступенчатый отбор на каждом этапе многолетней подготовки, с учетом генетически присущей спортсмену скоростиадаптации к специализированным нагрузкам.

Лишь сочетание обоих этих факторов в совокупности может обеспечить высокие результаты на уровне спорта высших достижений и сохранение здоровья спортсмена. Неадекватный выбор вида спортивной деятельности сопровождается формированием нерациональной функциональной системы адаптации с большим числом лишних, неэффективных и даже нецелесообразных внутрисистемных и межсистемных взаимосвязей (например, между спортивно-важными качествами), напряжением адаптационно-компенсаторных механизмов, затруднением восстановительных процессов, медленным развитием тренированности, недостаточно успешным выступлением на соревнованиях, достижением менее высокого уровня спортивного мастерства, неутешительным прогнозом перспективности и, наконец, остановкой роста спортивного мастерства в связи с исчерпанием генетического резерваорганизма.

Знание основных факторов, определяющих выбор спортивной специализации, будет неполным для эффективного прогнозирования спортивных достижений без учета влияний на них наследственности и среды.

Задатки – это анатомо-физиологические наследуемые предпосылки, которые при создании благоприятных условий могут превратиться в способности. Невозможно воспитать у человека способности, задатков для которых у него нет; нельзя развивать то, чего нет.

Воспитание вообще и физическое воспитание в частности лишь способствуют вызреванию и раскрытию природных задатков, превращению этих задатков в способности. При наличии ярко выраженных задатков и благоприятных средовых влияний (прежде всего воспитания, обучения) формируется талант.

Таким образом, человек – существо биосоциальное, и в нем всегда присутствует биологическое, наследственное, а также социальное, приобретаемое им самим в процессе деятельности на основе того, что в нем уже заложено.

Причем следует иметь в виду, что степень проявления наследуемого и приобретенного может быть различной, и это играет исключительно важную

ГЛАВА 19. ФИЗИОЛОГО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ КРИТЕРИИ СПОРТИВНОГО ОТБОРА И ОРИЕНТАЦИИ

Наследственные влияния на морфофункциональные особенности и физические качества человека

роль для определения спортивной пригодности, прогнозирования в дальнейшем спортивного результата.

Проявления генетических влияний зависят от возраста. Они больше выражены в молодом возрасте (16 – 24 лет) по сравнению с более пожилыми людьми. Влияния генотипа также зависят от мощностиработы - они нарастают с увеличением мощности работы.

Наследственные влияния на морфофункциональные особенности ифизические качества человека зависят от периодов онтогенеза. Различают критические

исенситивныепериоды.

Критические периоды характеризуются повышенной активностью отдельных генов и их комплексов, контролирующих развитие каких-либо признаков организма. В эти периоды происходит значительная перестройка регуляторных процессов, качественный и количественный скачок в развитии отдельных органов и функциональных систем, результатом чего является возможность адаптации к новому уровню существования организма и его взаимодействия со средой.

Сенситивные периоды − это периоды снижения генетического контроля и повышенной чувствительности отдельных признаков организма к средовым влияниям, в том числе педагогическим и тренерским.

Критические и сенситивные периоды совпадают лишь частично. Если критические периоды создают морфофункциональную основу существования организма в новых условиях жизнедеятельности (например, в переходный период у подростка), то сенситивные периоды реализуют эти возможности, обеспечивая адекватное функционирование систем организма, соответственное новым требованиям окружающей среды.

Для тренеров и педагогов, работающих в области физического воспитания и спорта, знание сенситивных периодов чрезвычайно важно, так как один и тот же объем физической нагрузки, количество тренировочных занятий, подходов к снарядам и т. п. лишь в сен ситивный период обеспечивают наибольший тренировочный эффект, который в другие возрастные периоды не может быть достигнут. К тому жеучет сенситивных периодов необходим при проведенииспортивного отбора для правильной оценки состояния организма и особенностей физических качеств спортсмена. Сенситивные периоды для различных физических качеств проявляются гетерохронно, т. е. в разное время. Хотя имеются индивидуальные варианты сроков их наступления, все же можно в среднем выделить общие закономерности. Так, сенситивный период проявления различных показателей качества быстроты приходится на возраст11-

ГЛАВА 19. ФИЗИОЛОГО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ КРИТЕРИИ СПОРТИВНОГО ОТБОРА И ОРИЕНТАЦИИ

Наследственные влияния на морфофункциональные особенности и физические качества человека

14 лет и к 15 годам достигается его максимальный уровень. Близкая к этому картина наблюдается в онтогенезе и дляпроявления качеств ловкости и гибкости. Несколько позже отмечается сенситивный период качества силы. После сравнительно небольших темпов ежегодных приростов силы вдошкольном и младшем школьном возрасте наступает некоторое их замедление в возрасте 11-13 лет. Затем наступает сенситивный период развития мышечной силы в 14-17 лет, когда особенно значителен прирост силы в процессе спортивной тренировки. К возрасту 18-20 лет у юношей (на 1 -2 года раньше − у девушек) достигается максимальное проявление силы основных мышечных групп.Сенситивный период выносливости приходится примерно на 15-20 лет, после чего наблюдается максимальное ее проявление и рекордные достижения на стайерских дистанциях в беге, плавании, гребле, лыжных гонках и других видах спорта, требующих выносливости.

Одним из наиболее лимитированных наследственностью факторов, которые могут служить наиболее надежными показателями при определении спортивной пригодности, является конституционное строение тела, его антропометрические данные. Причем наибольшее влияние наследственность оказывает на продольные размеры тела (длина туловища, верхних и нижних конечностей и др.), меньшее – на широтные размеры (ширина таза, бедер, плеч) и еще меньшее – на объемные размеры (обхват запястья, бедра, голени и др.).

Несколько меньшая наследуемость поперечных (широтных) и объемных размеров по сравнению с продольными может объясняться достаточно большой вариативностью жирового компонента. Так, в возрасте от 11 до 18 лет этот компонент, в значительной мере определяющий телосложение, изменяется на 43,3 % (а после 18 - еще больше), в то время как безжировой – лишь на 7,9 %.

Таким образом, наиболее надежными показателями телосложения являются рост и другие продольные размеры тела. В тех видах спорта, где рост имеет большое значение, этот показатель может использоваться как один из основных уже на стадии первичного отбора, тем более, что предсказать длину тела ребенка можно практически в любом возрасте, для чего можно пользоваться специальными таблицами.

Несмотря на то, что поперечные размеры тела наследуемы в несколько меньшей мере, они также могут служить показателями целесообразности занятий тем или иным видом спорта.

ГЛАВА 19. ФИЗИОЛОГО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ КРИТЕРИИ СПОРТИВНОГО ОТБОРА И ОРИЕНТАЦИИ

Наследственные влияния на морфофункциональные особенности и физические качества человека

Считается, что перспективным критерием спортивной пригодности служит величина безжировой, или активной, массы тела, наиболее просто определяемая по величине кожно-жировых складок в 10 точках тела с помощью специального прибора наподобие циркуля-калиперметра. Использование этого показателя обусловлено тем, что соматический тип человека в значительной мере определяется наличием (соотношением) безжирового и жирового компонентов.

Наряду с конституцией тела наиболее генетически обусловленными наследуемыми признаками считаются, как уже отмечалось, основные свойства нервной системы, в значительной мере определяющие психический склад личности, ее темперамент, характер. Такие характеристики нервной системы, как сила, подвижность, динамичность и уравновешенность, наследуемые от отца или матери, практически не меняются на протяжении всей жизни. Поэтому в тех видах спорта, в которых то или иное свойство нервной системы (или комплекс свойств) имеет определяющее значение, оно может быть достаточно надежным при определении спортивной пригодности. К сожалению, на практике эти признаки почти не используются.

Личностные свойства характера хотя и базируются на типе нервной системы, тем не менее, в зависимости от условий жизни, характера и направленности деятельности, мотивации этой деятельности подвергаются значительным изменениям, т.е. достаточно мобильны и поэтому на первичных стадиях отбора при определении спортивной пригодности не могут использоваться как основные.

Для функциональных показателей выявлена значительная генетическая обусловленность многих физиологических параметров, среди которых большая часть метаболических характеристик организма, аэробные и анаэробные возможности, процент быстрых и медленных волокон в мышцах, объем и размеры сердца, характеристики ЭКГ, систолический и минутный объем крови в покое, частота сердцебиений при физических нагрузках, артериальное давление, жизненная емкость легких и жизненный показатель (ЖЕЛ/кг), частота, глубина дыхания, минутный объем дыхания, длительность задержки дыхания на вдохеи выдохе, парциальное давление О2 и СО2 в альвеолярном воздухе и крови, содержание холестерина в крови, скорость оседания эритроцитов, группы крови, иммунный статус, гормональный профиль и некоторые другие.

МПК служит интегральным показателем работоспособности всех систем, обеспечивающих организм кислородом, и одним из основных признаков, определяющих выбор видов спорта, требующих проявления максималь-

ГЛАВА 19. ФИЗИОЛОГО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ КРИТЕРИИ СПОРТИВНОГО ОТБОРА И ОРИЕНТАЦИИ

Наследственные влияния на морфофункциональные особенности и физические качества человека

ной аэробной выносливости. Относительная величина МПК у детей меняется незначительно, особенно у юных спортсменов (рис. 72). Поэтому данный показатель может быть столь надежным при выборе спортивной специализации.

Рис. 72. Возрастная динамика МПК у спортсменов в возрасте от 10 до 18 лет

Другой генетически обусловленный показатель потенциала развития аэробной выносливости − состав мышечных волокон. Доказано, что в составе мышц человека имеются «быстрые» и «медленные» волокна (названия волокон обусловлены различием времени их сокращения).

В зависимости от преобладания тех или иных спортсмен способен добиться успеха в «быстрых» или «медленных» видах спорта. Тренировка же не меняет этого соотношения. Поэтому состав мышц может быть надежным признаком при определении спортивной пригодности уже начинающего спортсмена (у высококвалифицированных стайеров количество «медленных» волокон достигает 85-90 %, «быстрых» – только 10-15 %).

Следует отметить, что между МПК и «медленными» волокнами существует прямая связь: чем выше уровень МПК, тем больше в мышцах человека «медленных» волокон.

Наряду с МПК достаточно надежным признаком аэробной выносливости служит физическая работоспособность, определяемая тестом PWC170. Определение физической работоспособности с помощью этого теста основано на двух хорошо известных в физиологии мышечной деятельности фактах:

1) учащение сердцебиения прямо пропорционально интенсивности (мощности) выполняемой работы;

ГЛАВА 19. ФИЗИОЛОГО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ КРИТЕРИИ СПОРТИВНОГО ОТБОРА И ОРИЕНТАЦИИ

Наследственные влияния на морфофункциональные особенности и физические качества человека

2) степень учащения сердцебиения обратно пропорциональна способности спортсмена к выполнению мышечной работы данной мощности.

Из этого следует, что частота сердечных сокращений при мышечной работе может быть использована в качестве надежного критерия определения выносливости.

Анаэробный механизм обеспечения мышечной деятельности также испытывает значительное влияние генетических факторов. Коэффициент наследуемости этого механизма, согласно данным большинства исследователей, составляет от 70 до 80 %. Более того, многие авторы указывают, что наследуемость анаэробной работоспособности может составлять до 90 % и выше. Основным же показателем анаэробной работоспособности, как уже говорилось, считается максимальный кислородный долг (МКД).

Хорошо известно, что анаэробная работоспособность в значительной мере не только определяет выносливость в относительно непродолжительной, но очень интенсивной работе, но и лежит в основе такого качества, как быстрота. Следовательно, исходя из анаэробного обеспечения энергией мышечной деятельности, связанной с проявлением быстроты, данное физическое качество в значительной мере носит наследственный характер. Индивидуальные различия в проявлении быстроты связываются также с особенностями нервной системы, которые, как уже неоднократно говорилось, также в значительной мере генетически обусловлены.

Быстрота служит наследуемым качеством и из-за особенностей строения мышц. У лиц, расположенных к спринту, количество «быстрых» волокон, как отмечалось, составляет 80-85 %, «медленных» – лишь 15-20 %.

Наследственная предрасположенность обнаруживается также в проявлении быстроты реакции, показатель развития которой может с большой степенью надежности использоваться при отборе для занятий видами спорта, отчетливо требующими проявления данного качества (например, вратарь в футболе, хоккее, ручном мяче и др.).

В меньшей мере, чем выносливость и быстрота, наследственностью обусловлена сила. Но здесь важно отметить, что относительная сила мышц (сила на 1 кг веса) подвержена генетическому контролю и может использоваться в качестве критерия при отборе для занятий видами спорта, требующими проявления этого качества.

Достаточно надежным критерием вследствие значительной генетической обусловленности считается и взрывная сила мышц (проявляемая, в частности, при выполнении прыжков с места). Абсолютная же сила обусловле-

ГЛАВА 19. ФИЗИОЛОГО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ КРИТЕРИИ СПОРТИВНОГО ОТБОРА И ОРИЕНТАЦИИ

Наследственные влияния на морфофункциональные особенности и физические качества человека

на преимущественно средовыми влияниями, в значительной мере поддается тренирующему воздействию и не может являться критерием при определении спортивной пригодности.

Следующее кондиционное физическое качество, гибкость, также генетически обусловлена и может использоваться как надежный показатель при определении спортивной пригодности (прежде всего в технически сложных видах спорта). Считается, что для девочек влияние наследственности на гибкость более характерно, чем для мальчиков.

В отношении координационных способностей (фактора, оказывающего определяющее влияние на становление спортивной техники) следует сказать, что эти способности также в основном обусловлены наследственным влиянием. Объясняется это тем, что в большинстве координационных проявлений определяющее значение имеют свойства нервной системы, которые генетически предопределены. Таким образом, можно сделать вывод о том, что влияние наследственных факторов на проявление индивидуальных способностей к тому или иному виду спорта чрезвычайно велико и найти «свой» вид непросто. Кроме того, с генетической точки зрения спортивный талант – явление довольно редкое. Большинство людей показывают в спорте результаты, близкие к средним, а лиц, неспособных это делать, равно как и лиц, способных показать результаты, значительно превышающие средние, очень мало (рис. 73).

Рис.73. Нормальное распределение лиц, способных показать спортивные результаты

Большая часть поведенческих актов контролируется целым комплексом генов. Чем сложнее поведенческая деятельность человека, тем менее выражено влияние генотипа и больше роль окружающей среды. Для более простых двигательных навыков наследуемость выше, чем для более сложных.По мере обо-

ГЛАВА 19. ФИЗИОЛОГО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ КРИТЕРИИ СПОРТИВНОГО ОТБОРА И ОРИЕНТАЦИИ

Наследственные влияния на морфофункциональные особенности и физические качества человека

гащения человека жизненным опытом и знаниями относительная роль генотипа в его жизнедеятельности снижается.

Обнаружены некоторые различия в наследовании признаков по полу. У мужчин в большей мере наследуются проявления леворукости, дальтонизма, показатели объема и размеров сердца, артериального давления и ЭКГ, содержание липидов и холестерина в крови, характер отпечатков пальцев, особенности полового развития, способность решения цифровых и пространственных задач, ориентация в новых ситуациях. У женщин в большей степени запрограммированы генетически рост и вес тела, развитие и сроки начала моторной речи, проявления симметрии в функциях больших полушарий.

Говоря о наследственности, не стоит полагать, что дети унаследуют ка- кие-то черты только от родителей. Конечно, ребенок может многое унаследовать от родителей, причем это унаследованное может быть преимущественно или от матери, или от отца. Но многие наследственные признаки, в том числе определяющие спортивную пригодность, передаются и от более дальних предков. Этим в первую очередь и можно объяснить то, что не все одаренные в спортивном отношении родители имеют одаренных детей.

Контрольныевопросы

1.Охарактеризуйте физиологические критерии спортивного отбора и ориентации.

2.Какова роль средовых и генетических факторов в развитии морфофункциональных особенностей и физических качеств?

3.Генетически адекватный и неадекватный выбор спортивной специализации.