Резюме

Предназначение

Желязото е важен компонент на кислород-свързващите протеини и може да е от решаващо значение за оптималните спортни постижения. Предишни проучвания предполагат, че G алелът на рядък вариант C/G (rs1799945), който причинява заместване на аминокиселина H63D, в HFE е свързано с повишени индекси на желязо и може да даде известно предимство в спортовете, ориентирани към издръжливост. Целта на настоящото проучване беше да се изследва връзката между HFE Полиморфизъм на H63D и статус на елитен спортист за издръжливост в японско и руско население, аеробна способност и за извършване на мета-анализ, използвайки текущи открития и три предишни проучвания.

Методи

В проучването са участвали 315 спортисти на международно ниво за издръжливост (255 руски и 60 японски) и 809 здрави контроли (405 руски и 404 японски). Генотипизирането се извършва с помощта на анализ на микрорешетки или чрез PCR. VO2max при 46 мъже руски спортисти за издръжливост беше определен с помощта на система за анализ на газовете.

Резултати

Честотата на нарастващите желязо CG/GG генотипове е значително по-висока в руски (38,0 срещу 24,9%; ИЛИ 1,85, P = 0,0003) и японски (13,3 срещу 5,0%; ИЛИ 2,95, P = 0,011) спортисти за издръжливост в сравнение с етнически съвпадащи контроли. Мета-анализът, използващ пет кохорти (две френски, японски, испански и руски; 586 спортисти и 1416 контроли), показва значително разпространение на CG/GG генотипите при спортисти за издръжливост в сравнение с контролите (OR 1.96, 95% CI 1.58–2.45; P = 1,7 × 10 –9). Освен това HFE G алелът е свързан с висок V̇O2max при мъже спортисти [CC: 61.8 (6.1), CG/GG: 66.3 (7.8) ml/min/kg; P = 0,036].

Заключения

Ние показахме, че HFE Полиморфизмът на H63D е силно свързан със статута на елитен атлет за издръжливост, независимо от етническата принадлежност и аеробния капацитет при руските спортисти.

Въведение

Желязото е важен компонент на кислород-свързващите протеини, като хемоглобин и миоглобин. Докато хемоглобинът транспортира кислород (чрез еритроцити), функцията на миоглобина е да съхранява кислород в работещите скелетни мускули и да улеснява транспортирането му до митохондриите. Приблизително 65% от желязото се съхранява в хемоглобина (Wallace 2016), поради което има положителна корелация между серумните концентрации на желязо и хемоглобина (Ofojekwu et al. 2013; Baart et al. 2018). Желязото може да повлияе на много физиологични процеси и неговият дефицит е свързан с умора, анемия и намалена работоспособност (DellaValle 2013; Abbaspour et al. 2014). Съществува баланс между загубата на желязо, усвояването на желязо и съхранението на желязо за поддържане на хомеостазата на желязото (DellaValle 2013; Wallace 2016; Rubeor et al. 2018). Спортистите с издръжливост имат повишен риск от загуба на желязо поради недостатъчния хранителен прием и интензивността на тренировките, което води до повишен риск от неоптимално състояние на желязото (Hinton 2014).

Измерванията на серумното желязо и хематологичните параметри имат значителни компоненти за наследственост. Оценките за наследственост са 23% за желязото, 29–37% за феритина и 28% за насищането с трансферин (Njajou et al. 2006; McLaren et al. 2010) и 84% за хемоглобина (Evans et al. 1999). Генетичните вариации играят съществена роля в индивидуалните различия в серумните параметри на желязото. По-конкретно, предишни проучвания предполагат, че миссенсните мутации на хемохроматозата (HFE) гените са свързани с индексите на желязото (Burt et al. 1998; Wallace 2016). Делът на дисперсията, обяснен с HFE докладвано е, че генните мутации са 2,1% за серумно ниво на желязо, 5,6% за феритин и 3,5% за насищане на трансферин (Njajou et al. 2006).

The HFE ген (пълно име - хомеостатичен регулатор на желязото) е кодиращ протеин ген, разположен в хромозома 6. Протеинът регулира абсорбцията на желязо чрез регулиране на взаимодействието на трансфериновия рецептор с трансферина. Протеинът HFE взаимодейства с TFRC, трансфериновия рецептор, така че основният му начин на действие е чрез регулиране на хормона за съхранение на желязо хепцидин. Лица с един (C/G или H63D генотип) или два (G/G или D63D генотип) missense мутации на H63D (известен също като His63Asp или rs1799945 C/G) полиморфизъм, показват по-високи концентрации на циркулиращо желязо, отколкото хора без мутации (Burt и др. 1998). В групата носители на H63D се забелязва положителна корелация между желязото и хемоглобина (Barbara et al. 2016). Мутацията на H63D се среща често в европейските (17%) и американските (12%) популации и е по-рядка в източноазиатските (3%), южноазиатските (7%) и африканските (1%) популации.

Целта на проучването беше да се изследва връзката между HFE ген H63D полиморфизъм и издръжливост на спортист в японско и руско население, аеробна способност и да се извърши мета-анализ, като се използват текущи открития и три предишни проучвания.

Методи

Етично одобрение

Изследването е одобрено от Комитета по етика на Физиологичната секция на Руския национален комитет по биологична етика, Комитетите по етика на университета Juntendo и Националните институти за биомедицински иновации, здраве и хранене (Япония) и от Институционалния съвет за борба с допинга Лабораторен Катар (ADLQ) (F2014000009). Писмено информирано съгласие беше получено от всеки участник. Изследването е в съответствие с насоките, изложени в Декларацията на Световната медицинска асоциация от Хелзинки и етичните стандарти в научните изследвания в областта на спорта и упражненията. Експерименталните процедури са проведени в съответствие с набора от ръководни принципи за докладване на резултатите от изследвания на генетични асоциации, дефинирани от изявлението за засилване на докладването на изследвания за генетични асоциации (STREGA).

Участници в проучването

В проучването са участвали 315 спортисти на международно ниво за издръжливост (255 руски и 60 японски) и 809 здрави контроли (405 руски и 404 японски). Първата група включваше 255 руски състезатели по издръжливост на международно ниво, тествани отрицателно за допинг вещества и участващи в биатлон, каяк, ски бягане, колоездене, гребане, бягане ≥ 800 m, кънки кънки ≥ 1,5 km, плуване ≥ 400 m и триатлон . Контролите са били 405 здрави, несвързани граждани на Русия без никакъв състезателен спортен опит. От тях 46 мъже спортисти за издръжливост (спортисти на средно разстояние (н = 31): гребци, каякари, фигуристи; спортисти на дълги разстояния (н = 15): биатлонисти и скиори) участваха в изследването на аеробни резултати. Във втората група участваха 60 японски спортисти на международно ниво за издръжливост (800 метра до маратонци), тествани отрицателно за допинг вещества, включително няколко световни рекордьори и медалист в Олимпийските игри. Контролите бяха (н = 406) здрави, несвързани японски граждани.

Генотипиране

ДНК пробите на руските кохорти са основно генотипирани с помощта на анализ на микрорешетки, както е описано по-рано (Pickering et al. 2019). Отчасти някои ДНК проби от руски спортисти и контроли са генотипирани за полиморфизма HFE rs1799945 с анализ на генотипирането TaqMan ® SNP (Thermo Fisher Scientific Inc, Waltham, Massachusetts, USA) със система за PCR в реално време StepOne TM (Thermo Fisher Scientific Inc, Waltham, Massachusetts, USA) или с помощта на метод за полиморфизъм на дължина на рестрикционните PCR рестрикции (RFLP), съгласно описания по-рано метод (Merryweather-Clarke et al. 1997).

Японска кохорта: общата ДНК се извлича от слюнка или венозна кръв с помощта на Oragene DNA Collection Kit (DNA genotek, Онтарио, Канада) или QIAamp ДНК кръв Maxi Kit (QIAGEN, Hilden, Германия), съответно. Illumina ® HumanOmniExpress Beadchip (Illumina Inc, Hayward, Калифорния, САЩ) бяха използвани за генотипиране на над 700 000 SNP при спортисти и контроли. Обажданията за генотип са извършени със софтуера Illumina ® GenomeStudio. Данни за генотип на HFE rs1799945 полиморфизъм са получени от резултатите от генотипирането на Beadchip на Illumina ® HumanOmniExpress.

Измерване на VO2max

Максималната скорост на консумация на кислород (V̇O2max) при гребците беше определена с помощта на инкрементален тест до изтощение на гребен ергометър PM 3 (Concept II, Morrisville, Vermont, USA). Първоначалното натоварване е 150 W. Продължителността на упражнението при всяко натоварване е 3 минути, с период на почивка 30 s между стъпки от 50 W. VO2 и VCO2 се определят дъх по дъх чрез система за анализ на газ MetaMax 3B (Cortex, Leipzig Германия) използвайки съответно електрохимична клетка и недисперсионен инфрачервен сензор; въздушният поток беше измерен с помощта на турбинен преобразувател (Triple V). Двуточково калибриране на газ (първи газ - 15% O2, 5% CO2; втори газ - околен въздух) се извършва ежедневно. Преди всяко изпитване се извършва едноточково калибриране на газ с околния въздух, както и калибриране на датчика на потока с помощта на 3-литрова спринцовка (Hans Rudolph, Kansas City, USA). Критериите, използвани за потвърждаване на максимален тест, са намаляване на мощността с повече от 30 W от целевата мощност въпреки силното устно насърчаване и съотношението на дихателния обмен по-голямо от 1,1 преди прекратяване на упражнението. V̇O2max е регистриран като най-високата средна стойност, наблюдавана за период от 30 s.

V̇O2max при каякарите се определя с помощта на инкрементален тест до изтощение на каякинг ергометър (Ефремов, Москва, Русия). Първоначалното натоварване беше 8 кг за мъжете и 5 кг за жените. Продължителността на упражнението при всяко натоварване е 2 минути, с период на почивка 30 s между стъпки от 1 kg. V̇O2max се определя дъх по дъх, използвайки система за анализ на газ MetaLyzer II (Cortex Biophysik, Лайпциг, Германия). VO2max е регистриран като най-високата средна стойност, наблюдавана за период от 30 s.

V̇O2max в скейтърите се определя с помощта на рамп тест до изчерпване на електромагнитен цикличен ергометър Ergoselect 200 K (Ergoline, Bitz, Германия). Първоначалното натоварване беше 60 W, нарастването беше 15 W/min, а целевата честота беше 60–70 rpm. V̇O2max се определя дъх по дъх, използвайки система за анализ на газ MetaMax 3B (Cortex Biophysik, Лайпциг, Германия). Критериите, използвани за потвърждаване на максимален тест, са намаляване на ритъма под 50 оборота в минута, въпреки силното устно насърчаване и съотношението на дихателния обмен по-голямо от 1,1 преди прекратяване на упражненията. V̇O2max е регистриран като най-високата средна стойност, наблюдавана за период от 30 s.

V̇O2max при биатлонисти и ски бягащи се определя с помощта на инкрементален тест до изтощение на бягаща пътека HP Cosmos (h/p/cosmos sports & medical gmbh, Nussdorf, Германия). Първоначалната скорост беше 7 km/h, нарастването беше 0,1 km/h на всеки 10 s. V̇O2max се определя дъх по дъх, използвайки система за анализ на газ MetaMax 3B-R2 (Cortex Biophysik, Лайпциг, Германия). V̇O2max е регистриран като най-високата средна стойност, наблюдавана за период от 30 s.

Избор на изследвания за мета-анализ

Базите данни на PubMed, Web of Science, Science Direct и Google Scholar бяха търсени за проучвания за асоцииране от 19 юли 2019 г. Използваните термини бяха „HFE“ и „спортисти“, ограничени до английски език. Критериите за изключване бяха: (1) преглед; (2) не на английски език; (3) проучванията не включват атлети за издръжливост; (4) анализирани са етнически смесена група спортисти (като се има предвид, че честотите на алелите варират значително при различните етноси; например, не сме включили изследването на Grealy et al. (2015), тъй като смесената група спортисти от Северна Америка, Европа, Проучени са Океания, Южна Америка, Азия и Африка); и (5) дубликати. Критериите за включване бяха: (1) дизайн на проучване случай-контрол, оценяващ връзката между HFE ген H63D полиморфизъм и издръжливост на спортист; (2) достатъчно данни за честотата на генотипа, за да се изчислят коефициентите на шансове (ORs) и 95% интервали на доверие (CI) и (3) спортистите и контролите в проучванията съответстват на равновесието на Харди-Вайнберг (HWE). Като цяло бяха идентифицирани седем статии, публикувани между 1998 и 2015 г., от които три бяха признати за допустими, включително общ брой 271 спортисти за издръжливост и 607 контроли.

Статистически анализ

Разпределението на генотипа и честотата на алелите между спортистите и контролите бяха сравнени с използване χ 2 теста. Разликите във фенотипа между групите бяха анализирани с помощта на несдвоени т тестове. Данните са представени като средно (стандартно отклонение). Статистическите анализи бяха проведени с помощта на софтуера GraphPad InStat (GraphPad Software, Inc., Калифорния, САЩ) и софтуерната програма PLINK (Purcell et al. 2007). За извършване на метаанализа с получени данни и всички публикувани проучвания е използван Cochrane Review Manager (RevMan) (Лондон, Великобритания) версия 5.3. Приложени са модели на случаен и фиксиран ефект. Съотношението на шансовете с 95% доверителни интервали (CI) беше изчислено по метода на Mantel – Haenszel. Степента на хетерогенност между изследванията е оценена с помощта на Аз 2 статистика. P стойности

Резултати

Проучване на случай-контрол

В японски и руски групи спортисти и контроли, HFE генът rs1799945 полиморфизъм отговори на очакванията на Харди-Вайнберг (P > 0,05 и в двете групи, тествани отделно). Честотите на алела rs1799945 G са значително по-високи на руски (21,0 срещу 13,2%; P = 0,0002) и японски (7,5 срещу 2,5%; P = 0,0032) спортисти за издръжливост в сравнение с етнически съвпадащи контроли (Таблица 1). Освен това, генотипите rs1799945 CG/GG бяха значително свръхпредставени на руски език (38,0 срещу 24,9%; ИЛИ 1,85, P = 0,0003) и японски (13,3 срещу 5,0%; ИЛИ 2,95, P = 0,011) спортисти за издръжливост в сравнение с етнически съвпадащи контроли (Таблица 2). Тези резултати остават статистически значими след корекция за многократно тестване.

Мета-анализ

Търсенето на литература с много бази данни даде три допустими проучвания, включващи спортисти за издръжливост, които са генотипирани за HFE ген H63D полиморфизъм. Те включват 77 френски елитни колоездачи и 254 контроли (Deugnier et al. 2002); 65 испански висококвалифицирани спортисти (50 професионални колоездачи и 15 състезатели по издръжливост в олимпийски клас) и 134 контролни (мъже в заседнал вид от Испания) (Chicharro et al. 2004) и 129 френски елитни спортисти (скандинавски ски, гребане, бой) и 219 контроли ( Hermine et al., 2015). Генотипните честоти както за случаите, така и за контролите във всички проучвания са в равновесие на Харди-Вайнберг.

Честотите на rs1799945 CG/GG генотипите са значително по-високи при три групи френски и испански спортисти за издръжливост в сравнение с контролите (Таблица 2). Като цяло за мета-анализа са използвани пет проучвания за контрол на случая (две настоящи и три предишни), включващи общ брой 586 спортисти за издръжливост и 1416 контроли. Събраното OR за CG/GG генотипите в сравнение с CC генотипа е 1,95 (95% CI 1,57–2,43, P = 2,5 × 10 –9 за модела с фиксиран ефект) и 1,96 (95% CI 1,58–2,45, P = 1,7 × 10 –9 за модела със случаен ефект) (Фиг. 1). Няма хетерогенност между проучванията (Аз 2 = 0%; P = 0.83). Тези резултати показват, че превозът на HFE мутацията (т.е. CG/GG генотипове) е силно свързана със статуса на спортист за издръжливост.

h63d

Мета-анализ за изследвания на асоцииране за HFE генни спортове и спортове за издръжливост

Аеробно проучване

Установихме, че HFE генът rs1799945 G алел беше значително свързан с повишен V̇O2max в цялата група руски спортисти мъже за издръжливост (CC [н = 29]: 61,8 (6,1), CG/GG [н = 17]: 66,3 (7,8) ml/min/kg; P = 0,036), както и само при спортисти на дълги разстояния (CC [н = 8]: 68,1 (3,4), CG/GG [н = 7]: 73,0 (4,6) ml/min/kg; P = 0,038).

Дискусия

Това е първото проучване, което демонстрира, че вариацията на H63D в HFE е свързан със статут на елитен спортист за издръжливост в руското и японското население. По-конкретно, открихме, че честотите на генотиповете, увеличаващи желязото (т.е. CG/GG), са значително по-високи при руските и японските елитни спортисти за издръжливост в сравнение с етнически съчетаните контроли. Също така потвърдихме наблюдението, че мутацията H63D се среща често при източноевропейците (13,2%) и е по-рядка при източноазиатските (2,5%) популации. В допълнение, мета-анализът, използващ пет кохорти (две френски, японски, испански и руски), включително общ брой 586 състезатели по издръжливост и 1416 контроли, показва значително по-високо разпространение на CG/GG генотипите при спортисти за издръжливост в сравнение с контролите.

Хората с експериментално индуцирана анемия показват намален VO2max, който е пропорционален на концентрациите на хемоглобина (Woodson et al. 1978; Celsing et al. 1986). Добавянето на желязо при анемични жени подобрява състоянието и производителността на желязото по време на стандартизиран, многоетапен тест с бягаща пътека и намалява сърдечната честота и концентрацията на лактат в кръвта (Gardner et al. 1975). Въпреки че добавянето на желязо не подобрява непременно VO2max (Klingshirn et al. 1992; Zhu and Haas 1998), тази стратегия е полезна за неанемични спортисти с дефицит на желязо за подобряване на спортните постижения в спортовете за издръжливост (Burden et al. 2015; Rubeor et al. . 2018 г.). Следователно, железният статус на спортистите трябва да се следи систематично през целия тренировъчен и състезателен сезон до ранно откриване или предотвратяване на железен дефицит.

Ограничението на нашето проучване са малките размери на извадката от японски спортисти, както и подгрупа от руски спортисти с данни за VO2max, което може да доведе до потенциални грешки от тип I. Както във всички подобни проучвания, се предлага разширяване и репликация в други расови групи.

В заключение показахме, че HFE генът H63D полиморфизъм е силно свързан със статуса на спортист за издръжливост в популациите от Източна Азия, Източна и Западна Европа и с аеробния капацитет при руските спортисти.