La performance sportiva e i polimorfismi genetici:  analisi su un campione sardo.

       RIASSUNTO

La performance sportiva ha sempre mostrato un elevato grado di variazione interindividuale anche in atleti ben allenati. Alcune osservazioni empiriche, come la presenza sul podio di una gara di soggetti imparentati, in numero maggiore di quello atteso secondo il calcolo delle probabilità, suggeriscono una componente ereditaria della fitness fisica e atletica.

Al fine di incrementare le conoscenze sulle relazioni intercorrenti tra componente genetica e performance sportiva, si è analizzata la struttura genetica di un campione di atleti d’elite.

Sono stati esaminati 37 atleti d’elite di origine sarda. Il campione è stato analizzato attraverso 1 inserzione Alu e 6 RFLPs (APOE, FGB HindIII, FGA TaqI, FBG BclI, PAI HindIII, GpIIIa TaqI). I risultati sono stati confrontati con un campione di controllo proveniente dalla Sardegna. I risultati preliminari hanno mostrato una correlazione statisticamente significativa tra genotipi dell’ACE, GpIIIa, FGA TaqI e il rendimento sportivo.

INTRODUZIONE

La performance sportiva e le capacità motorie hanno sempre mostrato un elevato grado di variazione interindividuale anche in campioni ben allenati (Bouchard et al., 1992). A questo proposito, negli ultimi decenni è stata prodotta una vasta letteratura scientifica nel tentativo di individuare e di descrivere quali fossero le caratteristiche morfologiche, antropometriche, fisiologiche, funzionali e motorie degli atleti che avevano raggiunto i più alti livelli nelle gare agonistiche (Norton e Olds, 2001; Babić e Viskić-Stalec, 2002).

Sino a tempi recenti la ricerca si basava esclusivamente su analisi associative, come la valutazione della correlazione tra risultati sportivi, variabili morfo-fisiologiche e tipi di allenamento. Solo negli ultimi anni la ricerca si è focalizzata sull’analisi genetica, in particolare modo sui polimorfismi del DNA (Perusse et al., 2003; Rankinen et al., 2004).

Cercare gli effetti di una variante genetica individuale su un carattere complesso e influenzabile dall’ambiente, come la performance sportiva, è estremamente complesso. Anche quando il carattere può essere ridotto a delle variabili quantificabili, come la VO_2max, isolare la componente genetica individuale è un’ardua impresa.

Numerosi lavori hanno dimostrato che la performance sportiva può essere influenzata da diversi parametri fisiologici, geneticamente determinati, quali il consumo massimale di ossigeno, il turn point del lattato e le attività ossidative enzimatiche (Costill, 1967) e da parametri anatomici quali l’area della sezione muscolare trasversa (Hawley, 2002) e la percentuale di contrazione delle fibre lente (Booth e Narahara, 1975; Bylund et al., 1997).

E’ importante sottolineare che gli atleti che hanno raggiunto alti livelli agonistici, presentano una combinazione di diversi genotipi favorevoli per la performance fisica. Infatti, la performance può essere considerato un tratto poligenico (cioè controllato da più geni) e un singolo polimorfismo non può essere responsabile del rendimento sportivo, ma può incrementare o diminuire le capacità fisiche.

I rapporti tra componenti genetiche e performance fisica e sportiva costituiscono ancora un campo aperto di indagine, nonostante in questi ultimi anni la produzione scientifica sia aumentata notevolmente.

Lo scopo della ricerca in cui si colloca di questo lavoro è quello di incrementare le conoscenze sull’argomento, utilizzando l’analisi molecolare di alcuni polimorfismi genetici, che mostrano un evidente legame con gli aspetti fisiologici, in un gruppo di atleti sardi di alto rango, ma anche di atleti provenienti da altre regioni italiane.

MATERIALI E METODI

Il campione esaminato è costituito da atleti o ex-atleti sardi, per un totale di 37 individui di cui 10 maschi e 27 femmine. Sono stati presi in considerazione gli atleti che hanno raggiunto livelli agonistici nazionali e internazionali in diverse discipline sportive precisamente: atletica leggera, ginnastica, hockey su prato, nuoto e calcio. Il campione degli atleti è stato confrontato con un campione di controllo costituito da soggetti provenienti dalla Sardegna, di ambo i sessi, apparentemente sani e non imparentati fra loro.

Il DNA genomico è stato estratto a partire da tampone buccale. Per l’estrazione è stato utilizzato il kit di estrazione QIAmp DNA Mini Kit (Quiagen), seguendo il protocollo fornito dalla medesima ditta. Tutti i campioni di DNA sono stati analizzati per 7 polimorfismi: 1 inserzione Alu (ACE) del gene codificante per l’enzima convertitore dell’angiotensina, 1 RFLP (Restriction Fragment Lenght Polymorphism) dell’apolipoproteina E (APOE), 3 RFLPs del fibrinogeno (FGB HindIII; FGA TaqI; FGB BcII), 1 RFLP del gene codificante per una glicoproteina piastrinica (GpIIIa TaqI ) e 1 RFLP del gene dell’inibitore di tipo I dell’attivatore del plasminogeno (PAI Hind III). Sono state calcolate per ciascun marcatore, sia negli atleti sia nel campione sardo di controllo, le frequenze alleliche e genotipiche e l’eterozigosità.

Per valutare le differenze genetiche riscontrate tra gli atleti e la popolazione di confronto è stato applicato il test esatto di Fisher nel totale e locus per locus.  Il campione degli atleti inoltre è stato suddiviso in base al livello agonistico raggiunto (nazionale o internazionale) e in base al sesso, e si sono ripetuti i confronti sia a livello di frequenze alleliche sia tramite il test esatto di Fisher. Le frequenze alleliche, l’eterozigosità osservata e i test di differenziazione sono stati calcolati con il programma Genepop ver. 1.2 (Raymond e Rousset, 1995).

 RISULTATI

Le frequenze genotipiche e alleliche di 7 marcatori genetici (ACE, APOE, FGB HindIII, FGA TaqI, FGB BcII, PAI Hind III e GpIIIa TaqI) del campione degli atleti sono state calcolate e sono state comparate con quelle del campione di controllo.

Dall’analisi delle frequenze alleliche e genotipiche (Tab. 1) è emersa una differente distribuzione delle frequenze per i due campioni. Allo scopo di verificare il loro grado di differenziazione si è applicato il test esatto di Fisher sia locus per locus sia in un test di combinazione che considera complessivamente la differenziazione di tutti i loci. Il test di combinazione su tutti i loci è risultato significativo (p=0,008). L’analisi locus per locus ha evidenziato una differenziazione genetica per valori statisticamente significativi (p<0.05) dei marcatori FGA TaqI, GpIIIa  e ACE.

Il polimorfismo di inserzione/delezione ACE mostra una frequenza nettamente più elevata dei genotipi II e ID, e come conseguenza un incremento della frequenza dell’allele I negli sportivi rispetto al campione di controllo. L’RFLP FGA TaqI nel campione degli sportivi si caratterizza per una diminuzione della frequenza dell’allele più raro T1, che descrive l’assenza di mutazione. Anche il marcatore GpIIIa mostra un incremento della frequenza dell’allele T1 negli sportivi, che si caratterizza anche per la presenza del genotipo T1T1 con una frequenza dello 21,6%,  mentre esso risulta assente nel controllo.

Il campione analizzato è stato suddiviso in base ai risultati agonistici ottenuti dai singoli individui in ambito nazionale o internazionale. Sono stati confrontati, attraverso il test esatto di Fisher, gli atleti con esperienze nazionali ed internazionali con il campione di controllo ed è emersa una differenza statisticamente significativa per i marcatori FGA TaqI e GpIIIA rispettivamente tra internazionali/controllo e nazionali /controllo, mentre non sono emerse differenze significative tra gli atleti nazionali ed internazionali.

Infine si è suddiviso il campione di atleti in base al sesso. La distribuzione delle frequenze tra i due sessi non ha mostrato differenze significative, dimostrando che non vi è correlazione tra sesso e i polimorfismi genetici presi in esame. 

DISCUSSIONE

Lo scopo della nostra ricerca è stato quello di apportare informazioni, attraverso lo studio di alcuni marcatori potenzialmente relazionati alla performance fisica, che possano essere utili a districare il complesso dibattito che mette in relazione il background genetico e la performance fisica negli atleti. 

I primi risultati qui riportati riguardano l’analisi effettuata su 7 marcatori in un campione eterogeneo di 37 atleti ha mostrato una differenziazione statisticamente significativa tra gli atleti e il campione di controllo per i marcatori FGA TaqI, GpIIIa, e ACE ed anche una differenza significativa quando il campione viene scomposto in base ai livelli agonistici raggiunti.

Il FGA TaqI è un RFLP localizzato all’interno del gene codificante per il Fibrinogeno a. Il fibrinogeno può essere considerato come la proteina centrale del sistema di coagulazione. Esso, inoltre, è un importante determinante della viscosità del sangue e può predisporre ad alterazioni del flusso sanguigno sino alla trombosi.

La diversa distribuzione delle frequenze dei loci codificanti per il fibrinogeno nei due gruppi può essere messa in relazione con il VO_2max. Vaisanen  e coll. (1996) hanno infatti suggerito che la relazione tra concentrazione del fibrinogeno e VO_2max vari secondo il genotipo dei loci polimorfici del fibrinogeno.

L’azione del GpIIIa è strettamente connessa a quella del fibrinogeno, infatti quest’ultimo si lega alla superficie  delle glicoproteine GpIIb e GpIIIa, che agiscono come recettori di membrana. Il legame del fibrinogeno alle glicoproteine è il principale meccanismo di aggregazione piastrinica.

I pochi studi condotti sinora sui rapporti tra aggregazione piastrinica e attività fisica hanno dato risultati contrastanti (Beisiegel et al., 1992; Saikita et al., 1999; Goodal et al., 1999). Vi sarebbe un aumento dell’attività piastrinica nei maschi (non nelle femmine) sottoposti ad un programma di esercizio fisico (Beisiegel et al., 1992). Al contrario, altri autori sostengono che l’attività delle piastrine subirebbe una riduzione indotta dall’Ossido Nitrico (NO) durante l’attività fisica (Saikita et al., 1999). E’ stato osservato, inoltre, che gli individui portatori di alcune varianti del gene GPIIIa mostrano una tendenza maggiore rispetto ai non portatori a legare fibrinogeno al complesso GPIIb-GPIIIa (Goodal et al., 1999).

Dal nostro lavoro è emerso che gli sportivi presentano una riduzione dell’allele T2 (presenza di mutazione), che secondo Weiss e coll. (1996) risulterebbe associato con il rischio di sviluppare stenosi e patologie cardiovascolari in genere. Questo dato dimostrerebbe che gli atleti possiedono un sistema cardiocircolatorio più efficace e resistente che probabilmente ha agito da fattore selettivo.

L’ACE, invece, è l’enzima che converte l’angiotensina da una forma inattiva ad una attiva. L’ACE ha quindi un ruolo molto importante nella regolazione della pressione sanguigna attraverso il sistema renina-angiotensina. E’ stato suggerito che il polimorfismo di inserzione/delezione Alu dell’ACE può avere degli effetti sul sistema suddetto. In particolare sembra che la presenza del’allele I (inserzione) sia associata con minor livelli di ACE nel sangue (Rigat et al., 1990).

I risultati ottenuti per il gene ACE per il campione di atleti si trovano in accordo con numerose altre ricerche (Alvarez er al., 2000; Woods et al., 2000; Scanavini et al., 2002), che testimoniano una correlazione di questo gene con la performance sportiva. In particolare, gli sportivi presentano una più alta frequenza del genotipo ID, che sembra associato ad una minore attività dell’ACE a livello cardiocircolatorio. Ciò significa che i soggetti che posseggono tale genotipo hanno una miglior risposta di adattamenti del cuore all’allenamento, in quanto rispondono ad esso con un minor dispendio energetico (bradicardia) ed una maggiore efficienza muscolare dovuta ad una pompa che lavora ad un livello minore di pressione.

I risultati preliminari ottenuti in questo lavoro, anche se su un campione piuttosto limitato, mostrerebbero quindi sia una differenziazione degli atleti rispetto al controllo sia un’associazione genotipica che favorirebbe gli atleti, determinando dei fenotipi cardiovascolari a loro vantaggiosi.

 Il nostro prossimo obbiettivo è quello di incrementare da un lato il numero di atleti e le discipline, dall’altro il numero di marcatori da analizzare. In particolare ci si propone di creare dei sottocampioni diversificati in base alle discipline sportive, tenendo conto del diverso metabolismo, per esempio studiando le discipline definite di potenza, e verificando se gli atleti che le praticano presentino frequenze differenti rispetto a quelle degli atleti analizzati sinora, che praticano prevalentemente specialità con un impegno aerobico-anaerobico alternato.

 BIBLIOGRAFIA

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Tabella 1. Frequenze alleliche e genotipiche

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