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运动基因与运动能力的体现

萌宠菠菠乐园
2024-10-08 15:29

8月18日，第18届亚运会在印度尼西亚雅加达开幕。我们大家都期待各国运动员有优异的表现。

每当在赛场上看到博尔特的惊人速度、菲尔普斯游泳时曼妙的身姿，和林丹的矫健身手时，我们不禁思考到底是什么因素在推动这些顶尖运动员不断突破人类极限（突破人类运动极限水平的脑神经理论解释）。

长时间系统训练和比赛固然重要，让运动员掌握专项运动技巧，提高各种体能，提升心理素质和脑功能，克服困难和压力，以及充分发挥临场运动水平的能力。

然而，我们更常想到的是“天分”的作用。“天分”，顾名思义就是个人与生俱来的遗传能力或潜能，多受到基因的控制。人类的生理特征（如身高和四肢长度）和机制（如代谢）无不受到基因的影响。由此可见，基因与运动能力有着一定关系。

既然有基因可以控制身体特征，那是否也有单个基因能控制运动能力？答案是否定的。运动能力涵盖多种能力（如爆发力、速度和耐力），与生理过程（如供氧和能量转化）有关，涉及众多生理机制。因此，运动能力受多基因影响，而不同运动项目的优势基因也不尽相同。

ACE和ACTN3基因是两个最常研究的运动相关基因。血管紧张素转化酶（angiotensin-convertingenzyme，ACE）催化血管紧张素I转化为血管紧张素II和使缓激肽（bradykinin）失活，其作用为刺激血管收缩、血压升高和增强心肌收缩（Ostrander, Huson, & Ostrander, 2009）。

基于366个研究结果的元分析显示，相较D等位基因携带者，ACE基因II基因型与较佳的运动能力有关（OR=1.23），特别是耐力运动（OR=1.35）（Ma et al., 2013）。这显示，特定ACE基因型（II）与各项运动能力有显著关系。α-辅肌动蛋白3 （alpha-actinin-3，ACTN3）能固定肌动蛋白。

由于ACTN3只在快肌纤维表达，因此被认为与力量和爆发力紧密相关。基于88个研究结果的元分析显示，总的来说，ACTN3基因与运动能力之间的关系不显著（OR=1.03）。但是，ACTN3基因RR基因型与爆发力有显著关系（OR=1.21）（Ma et al., 2013）。

最近一个元分析也证实了ACTN3基因与力量型运动水平有着显著关系（Weyerstraß, Stewart, Wesselius, & Zeegers, 2018）。除ACE和ACTN3基因外，还有很多基因与运动能力有关，但由于对它们的研究较少，难以综合结果得出结论。

基因技术的潜在应用

目前，大部分国家主要以行为指标筛选未来运动人才（例如结合身高，体型，以及主观和客观的运动能力评估方法）。这些指标包括跑步速度、柔韧性和力量，以及专项技术能力等。这些筛选方法的优点在于，施测方法简单，对施测者技术和器具要求不高，成本较低。

而其弊端在于，它只能测量个体在测试时的运动能力，无法了解个体的发展潜能。在运动世界中，不少顶尖运动员都属于大器晚成型，他们的潜能都是在运动生涯较后期才能得到最大程度的体现。通过基因测序方法，我们能找出携带优势基因的运动员，根据其特点加以培养，充分发挥他们的潜能。

除了生理表现外，学习能力也是筛选运动员的一个重点。目前的基因研究主要探讨与生理/行为表现的关系，我们对基因与学习能力之间的关系所知甚少（尤其是技能学习能力）。同时对运动员的脑功能研究，专项运动训练的效果，和脑功能与运动基因的关系的研究也不够。运动基因是否与优秀运动员的特殊脑功能有直接或间接的关系呢？

同一训练能对不同个体产生不同效果，有些个体能更快更好的习得某项技能。如果我们能找出与技能学习有关的基因，我们就能找出较容易出成绩的未来运动员。另外，基因信息也能帮助我们制定训练内容，从而达到最佳训练效果。

近年，基因编辑技术日渐成熟，体育界也开始思考相关的伦理和道德问题。通过基因编辑技术，没有优势基因的运动员可把非优势基因替换掉，达到提升运动能力的目的。由于其安全和伦理问题，世界反兴奋剂机构在2018年发布指引，明确禁止使用基因编辑技术增强竞技能力，但如何检测运动员是否曾经使用基因编辑技术则还不明确。

基因技术的局限性

携带特定基因的运动员有着先天优势，但不一定保证运动员能达到顶尖竞技水平。以NBA为例，虽然高个子运动员有着先天优势，但顶尖运动员中也不乏个子较小的。基因与后天因素相辅相成，后天因素会影响基因的表达。

例如，基因A与速度有关。假如基因A携带者经常久坐，腿部肌肉则会萎缩，基因A的速度特点则得不到发挥。这显示，优势基因与合适的后天因素缺一不可。由此可见，科学的专项技术训练方法，体适能训练，和脑适能训练是保证运动员发挥才能的基本条件。

现有的研究多是横向研究，主要比较顶尖运动员和一般运动员/非运动员之间的基因差异，难以得出因果关系，我们只能得出某基因与运动水平有关的结论，而不能证明某基因与运动能力之间的因果关系。这类结果对运动员筛选有一定帮助，但对于了解当中机制则帮助有限。

另外，基因也不能很好解释高水平运动员间的能力差异。这代表什么？这意味着我们能通过基因区分市级与国家级运动员。但在如奥运会般高水平的赛事中，基因差异并非影响名次的绝对性因素。另外，不同族群的基因有着一定差异，国外的研究结果不一定能直接在我国应用。

目前有关运动基因的研究多集中在基因与体能或生理过程的关系上。然而，顶尖的运动水平还需要脑适能训练和高级认知能力。

例如在足球运动中，顶尖的中场球员需要有高度的创造能力和“阅读球赛能力”。“ 阅读球赛能力”是一个足球术语，意思为根据赛场上球员站位/跑位和比赛形势，在短时间内调整战术、踢球节奏和传球方式。

运动员还要将自己的理解能力和判断结果“付诸于行动”，也就是我们经常说的“执行功能”。这些能力与高级认知能力紧密相关。相较生理上的差别，认知能力上的差异可更好解释顶尖远动员间的成绩差异。然而，目前对这个课题的基因研究十分缺乏。

脑适能训练是动作控制和学习领域的研究成果和应用。脑适能训练可以提高动作效率，预防运动损伤，降低身体疼痛，激发训练动机。

这些功效对于运动员和健身人群都是必要的。请关注我们的脑适能训练公众号文章。

参考文献

Ma, F., Yang, Y., Li, X., Zhou, F.,Gao, C., Li M, & Gao, L. (2013) The association of sport performance with ACE and ACTN3 genetic polymorphisms: A systematic review and meta-analysis. PLoS ONE, 8(1): e54685.

Weyerstraß, J., Stewart, K., Wesselius,A., & Zeegers, M. (2018). Nine genetic polymorphisms associated with powerathlete status–A meta-analysis. Journal of Science and Medicine in Sport,21(2), 213-220.

Ostrander, E. A., Huson, H. J., &Ostrander, G. K. (2009). Genetics of athletic performance. Annual Review of Genomics and Human Genetics, 10, 407-429.

（文/陈承宇，严进洪）

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