Книга: Физиология человека. Общая. Спортивная. Возрастная

16.3.3. Группы генетических допингов

16.3.3. Группы генетических допингов

К 2005 г. было обнаружено 9 групп генов, которые можно использовать в качестве спортивного допинга. Действие каждой из них детерминирует какой-либо признак организма. Отметим из группы каждого типа наиболее известные отдельные гены.

Эпоген-допинг

В 1964 г. на Олимпийских зимних играх в Инсбруке финский лыжник Эро Мянтюранта выиграл 2 золотые медали. Его скорость и выносливость на дистанции поражали всех, хотя физическое развитие спортсмена не отличалось от развития других лыжников-гонщиков. Однако в составе его крови было почти наполовину больше, чем в норме, красных кровяных телец – эритроцитов. Вследствие генетической мутации процесс формирования эритроцитов в данном случае был значительно усилен. Это повышало кислородную емкость крови и позволяло доставлять работающим мышцам и сердцу особенно большое количество кислорода, что и увеличивало спортивную работоспособность.

Важность высокого уровня кислородного насыщения крови и значительного индивидуального уровня максимального потребления кислорода для спорта высших достижений давно была показана физиологами спорта. Отдельных спортсменов или целые команды заблаговременно до старта вывозили в горы, где тренировка в разреженном воздухе способствовала увеличению количества эритроцитов в крови и повышению уровня МПК. Ведь, как известно, у жителей высокогорных районов в результате адаптации к низкому содержанию кислорода в воздухе в течение тысячелетий эти показатели существенно превышают данные жителей низких плоскогорий.

Затем были предложены и осуществлены более дешевые способы повышения количества эритроцитов и МПК у спортсменов: тренировка в помещениях с низким содержанием кислорода или дыхание в замкнутом пространстве (вдох производится из резинового мешка, куда производится и выдох и где содержание кислорода постепенно снижается.

С развитием генетики появились иные способы увеличения количества эритроцитов в крови человека. Выявление нужного для этих целей гена открыло новые методы воздействия на организм спортсменов.

Эпоген – это ген, который детерминирует выработку почками гормона эритропоэтина, стимулирующего процесс формирования эритроцитов (эритропоэз) в костном мозге и других структурах. В 1997 г. в экспериментах эпоген ввели в клетки мышей и обезьян. Процентное содержание эритроцитов в их крови увеличилось на 81 %. Несмотря на такой потрясающий эффект, результаты эксперимента были неоднозначны. Животных в ряде случаев приходилось спасать от гибели, разжижая их кровь, которая стала настолько густой, что сердце не могло ее перекачивать. Такие же последствия сопровождают и человека в случае генетической мутации, приводящей к избытку эритроцитов. Следует отметить, что Эро Мянтюранта умер в 42 (!) года.

Генетический допинг миофибриллярной гипертрофии

Недавно был выделен особый ген, который увеличивает количество и размеры мышечных клеток. Активность этого гена обеспечивает в молодом организме восстановление мышечных волокон после больших физических нагрузок и микротравм. С возрастом механизм воспроизводства мышечных белков нарушается. Мышечные волокна заменяются жиром и фиброзными волокнами. К 80-летнему возрасту человек теряет около половины мышечной массы по сравнению с 20-летним возрастом.

Мышечный ген – это ген гормона инсулиноподобного фактора роста. Данный гормон усиливает деление недифференцированных сателлитных (стволовых) клеток, окружающих мышечные волокна. Часть этих клеток встраивается в мышечные клетки и дает ядра для последующего формирования новых мышечных белков (актина и миозина) и дополнительных миофибрилл. Таким образом увеличивается количество миофибрилл и объем мышечного волокна – происходит так называемая миофибриллярная гипертрофия.

Первоначально ген фактора роста мышечных волокон использовали для лечения мышечной дистрофии. Вскоре выяснилось, что этот механизм действует у спортсменов при тренировке силовой направленности. Сигналом для запуска всего процесса – от активации указанного гена, повышенного действия гормона инсулиноподобного фактора роста и до мышечной гипертрофии – является растяжение сухожилий и других структур при больших отягощениях, а также появление микротравм мышечных волокон. Стволовые клетки, встраиваются в микротравмы и способствуют их заживлению, одновременно повышенный синтез мышечных белков приводит к гипертрофии скелетных мышц.

При силовой тренировке происходит двукратное утолщение волокон типа Па по сравнению с волокнами типа I, что повышает не только силу, но и скоростно-силовые характеристики мышц.

Исследования на животных показали эффективность мышечного допинга. При его использовании сила мышц возрастала на 15–20 %, Пожилые мыши при введении этого допинга имели силу и быстроту молодых.

Естественно, что результаты этих работ привлекли внимание тренеров и спортсменов. Особенно важной оказалась возможность локальных воздействий на отдельные мышцы. Можно увеличить силу наиболее значимых для избранного вида спорта мышечных групп или отдельных мышц – бицепсов у боксеров, икроножных мышц у спринтера, мышц верхнего плечевого пояса у гимнастов и пловцов и т. п. Учитывалось также и то, что использование допинга не отражается на характеристиках крови и мочи, т. е, его чрезвычайно трудно обнаружить. Он не выявляется даже при биопсии скелетных мышц.

Генетический допинг роста сосудов (сосудисто-эндотелиальный)

Среди недавно обнаруженных типов генетических групп был выделен ген сосудисто-эндотелиального роста, детерминирующий формирование новых сосудов и увеличение их просвета. Его предназначали для лечения пожилых людей, страдающих заболеваниями периферических сосудов. С возрастом часто наблюдается сужение просвета сосудов в результате отложений на их внутренних стенках солей кальция, бляшек жира и холестерола (атеросклероз), а также сахаристых соединений. Возникающие при этом нарушения кровотока приводят к тяжелым заболеваниям конечностей. С обнаружением гена сосудисто-эндотелиального роста появилась надежда эффективной терапии этих поражений.

Одновременно начались попытки вставки такого гена в клетки спортсменов. Подобный допинг, увеличивая просвет сосудов, обеспечивает значительно лучшие возможности доставки всем тканям организма питательных веществ и кислорода, снижает утомление спортсмена и повышает его работоспособность.

Генетический допинг считывания наследственной информации о белке-ускорителе для активации гена сверхбыстрых мышечных волокон (транскрипционный фактор)

По современным представлениям, функциональные характеристики мышечного волокна у взрослого человека определяются тремя типами сократительного белка миозина – медленным, промежуточным и быстрым. Мышечные волокна, которые содержат в миофибриллах миозин медленного типа, имеют в 10 раз меньшую скорость сокращения, чем волокна с миозином быстрого типа.

В отличие от этого у крыс и ряда мелких млекопитающих в составе мышечных волокон обнаружены еще более быстрые волокна (super fast muscle fibers). Они обеспечивают особенно высокую скорость сокращения их скелетных мышц, необходимую для быстрого бегства от хищников. У человека в геноме, как оказалось, имеются гены, ответственные за формирование таких сверхбыстрых волокон, но эти гены находятся в неактивной форме. Это обстоятельство и привело к поиску возможностей активации данных генов.

В результате работ в этом направлении учеными был открыт особый протеин – так называемый велосифин, или ускоритель, который включает активность указанного гена. Этот белок был назван транскрипционным (считывающим) фактором и был применен в качестве допинга. Таким образом был разработан допинг, использующий продукт одного гена (транскрипционный фактор, или велосифин) для активации другого гена (гена сверхбыстрого миозина).

Несколько уколов с велосифином в любую мышцу спортсмена активирует заторможенный ген особо быстрого миозина. Уже через несколько недель наблюдается огромный прирост объема мышцы и ее энергии, обеспечивая значительное увеличение силы и скорости сокращения мышцы спортсмена. Данный допинг проверялся на четырехглавой мышце бедра, ягодичной и других мышцах. Эти мышцы увеличивались в объеме и приобретали более выраженные скоростные свойства.

Тестировать наличие такого допинга чрезвычайно трудно, так как нет видимых побочных эффектов в организме. Необходимо провести биопсию стимулированной мышцы, т. е. довольно болезненный укол в мышцу, и последующий анализ полученной из иглы мышечной частицы.

Генетический допинг сжигания жира (жиросжигающего белка)

Разработка этого допинга началась с иными целями – как борьба с ожирением. Ученые занялись выведением мышей, не страдающих ожирением. Для этого мышам был введен ген жиросжигающего протеина. После такого укола мыши оставались худыми, обезжиренными, даже при большом количестве жира в пище.

Побочным эффектом этого воздействия явилось увеличение в скелетных мышцах подопытных животных количества медленных волокон. Мыши приобрели способность к бегу на длинные дистанции («марафонская мышка>>). Они пробегали в два раза большее расстояние, чем обычные контрольные мыши. Полученные результаты позволили надеяться, что и этот допинг получит широкое распространение в спортивной практике среди спортсменов-стайеров.

Генетический допинг митохондриального гена

Еще одним перспективным направлением поиска новых допингов является разработка изменения активности митохондрий – энергетических станций клеток, имеющих собственный набор ДНК. В этом плане проведены исследования по выделению гена, увеличивающего количество и повышающего активность митохондрий. Следствием такого изменения функций митохондрий является увеличение выработки энергии и повышение скорости и выносливости без нарастания мышечной массы.

Этот допинг имеет большие перспективы, так как обнаружить его практически невозможно. Для этого необходимо проводить сложный анализ на клеточном уровне.

Генетический допинг ограничения роста мышечной массы (противоростовой фактор)

В качестве допинга определенное значение имеет гормон миостатин. Его функция противоположна действию инсулиноподобного гормона роста. Гормон ми о ста тин ограничивает рост мышечной массы.

Исследования проводились на бельгийской голубой породе быков. Их мышцы при введении миостатина не росли больше необходимых размеров и были почти лишены жира. Эти результаты были подтверждены в работе на мышах. У них, как и у быков, после введения в печень миостатина происходило развитие всех мышц тела, но в мышцах не было жировых прослоек.

В настоящее время ведется разработка лекарства, основанного на обратном эффекте – введение гена, уменьшающего активность миостатина. Это важно для лечения больных мышечной дистрофией. Имеются перспективы использования гормона миостатина или его гена в качестве допинга, способствующего росту обезжиренной мышечной массы и не требующего при этом дополнительного питания спортсмена.

Генетический допинг механического фактора роста

В числе перспективных допингов следует отметить белок механического фактора роста. Этот продукт особого гена подобно гормону роста увеличивает мышечную массу, но также он повышает способность мышц к реставрации поврежденных участков.

Клонирование этого гена и введение его в организм в качестве допинга дает особенно выраженный эффект. Гормон механического фактора приводит к увеличению мышечной массы на 25 % за три недели. Можно привести для сравнения действие стероидных гормонов, которые в тех же дозах приводят к увеличению мышечной массы всего на 10 % и за более длительный срок – за 10 недель.

Ген тестостерона – допинг

Еще одна перспективная разработка генетиков связана с применением в качестве допинга гена, дет ермииирующего выработку тестостерона. Такой допинг является аналогом анаболических стероидов. Однако в отличие от последних (искусственных факторов) он является естественным продуктом. Это обстоятельство обеспечивает его преимущество для нелегального использования, так как его трудно обнаружить в организме.