前言：本站為你精心整理了運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)范文，希望能為你的創(chuàng)作提供參考價(jià)值，我們的客服老師可以幫助你提供個(gè)性化的參考范文，歡迎咨詢。

運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)是1門(mén)研究運(yùn)動(dòng)及缺乏運(yùn)動(dòng)對(duì)機(jī)體生理、病理影響的綜合性科學(xué)，屬新興的醫(yī)學(xué)學(xué)科。從學(xué)科的目標(biāo)與任務(wù)界定，運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)通?？煞譃榛A(chǔ)與臨床2個(gè)方面。臨床工作主要涉及到醫(yī)務(wù)監(jiān)督、運(yùn)動(dòng)創(chuàng)傷、運(yùn)動(dòng)員營(yíng)養(yǎng)衛(wèi)生、醫(yī)療體育以及興奮劑檢測(cè)幾個(gè)學(xué)科領(lǐng)域。而基礎(chǔ)性研究工作主要涉及到機(jī)體器官組織形態(tài)、結(jié)構(gòu)、成份、功能及代謝對(duì)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練適應(yīng)性或稱(chēng)生物學(xué)效應(yīng)的研究；運(yùn)動(dòng)性傷病的組織、細(xì)胞及分子病理學(xué)研究；運(yùn)動(dòng)性疲勞與過(guò)度疲勞的發(fā)生機(jī)制、病生理改變以及消除疲勞手段的研究以及運(yùn)動(dòng)員科學(xué)選材等方面的研究，涉及的領(lǐng)域較廣。這里，僅就運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)應(yīng)用基礎(chǔ)性研究現(xiàn)狀，新技術(shù)對(duì)運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)研究的推動(dòng)及運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)與前沿問(wèn)題的研究與思考幾個(gè)方面，綜述運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)的研究領(lǐng)域的現(xiàn)狀與進(jìn)展。

1運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)研究現(xiàn)狀

運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)研究是隨著體育運(yùn)動(dòng)對(duì)人體運(yùn)動(dòng)能力需求的不斷增加而發(fā)展進(jìn)步的。同時(shí)，也與生物醫(yī)學(xué)理論與技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，各學(xué)科間的相互滲透，新理論、新技術(shù)的不斷應(yīng)用息息相關(guān)。隨著生物醫(yī)學(xué)理論與技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域不斷擴(kuò)展，研究水平不斷提高。目前，有關(guān)基礎(chǔ)性研究已從整體、器官與系統(tǒng)水平拓展到組織與細(xì)胞水平，尤其電子顯微鏡、熒光顯微鏡、流式細(xì)胞儀的問(wèn)世，使運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)研究深化至亞細(xì)胞與分子水平，諸學(xué)者在各器官系統(tǒng)對(duì)于運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的適應(yīng)性方面展開(kāi)了廣泛的研究，為運(yùn)動(dòng)員身體器官系統(tǒng)適應(yīng)性改變的形態(tài)結(jié)構(gòu)與功能代謝基礎(chǔ)、運(yùn)動(dòng)肌肉纖維類(lèi)型分類(lèi)及運(yùn)動(dòng)性傷病的組織病理學(xué)特征方面的探索提供了重要的實(shí)驗(yàn)依據(jù)[1)[2][3][4][5]。20世紀(jì)80年代以來(lái)，隨著細(xì)胞學(xué)研究方法的進(jìn)展，計(jì)算機(jī)顯微圖像分析儀、顯微分光光度儀、流式細(xì)胞儀的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，運(yùn)動(dòng)性組織細(xì)胞形態(tài)學(xué)研究從傳統(tǒng)的定性研究跨入了定量研究階段，尤其在運(yùn)動(dòng)性心肌與骨骼肌肥大及有氧運(yùn)動(dòng)的組織細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)等領(lǐng)域的研究取得了可喜的進(jìn)展，揭示了運(yùn)動(dòng)性心肌與骨骼肌肥大和有氧運(yùn)動(dòng)的定量組織細(xì)胞形態(tài)學(xué)基礎(chǔ)[6][7][8][9][10][11]。20世紀(jì)90年代初，自動(dòng)化激光掃描共聚焦顯微鏡，即“細(xì)胞工作站”的問(wèn)世，使運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)研究進(jìn)一步深化，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)性組織細(xì)胞形態(tài)學(xué)研究從死細(xì)胞到活細(xì)胞研究的飛躍，客觀真實(shí)地反映了活細(xì)胞內(nèi)亞結(jié)構(gòu)、DNA、RNA、酶類(lèi)、受體分子及離子研究的定量定位定時(shí)及動(dòng)態(tài)變化。為運(yùn)動(dòng)性心肌與骨骼肌收縮功能增強(qiáng)的重要耦聯(lián)因子及肌纖維收縮速率及輸出功率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)的揭示以及運(yùn)動(dòng)性心肌與骨胳肌肥大發(fā)生機(jī)制的探討提供了可貴的實(shí)驗(yàn)依據(jù)[12][13][14][15]。

近年，隨著基因重組與克隆等分子生物學(xué)理論與技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)研究又從細(xì)胞、亞細(xì)胞研究擴(kuò)展到分子與基因水平的研究，使運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)研究取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，對(duì)于運(yùn)動(dòng)性心臟與肌肉肥大的發(fā)生、發(fā)展與轉(zhuǎn)歸有了新的認(rèn)識(shí)，為揭示運(yùn)動(dòng)器官系統(tǒng)適應(yīng)性的形態(tài)結(jié)構(gòu)與功能代謝基礎(chǔ)、運(yùn)動(dòng)器官系統(tǒng)適應(yīng)性的發(fā)生機(jī)制、運(yùn)動(dòng)性傷病的組織病理與分子病理學(xué)特征以及運(yùn)動(dòng)員身體結(jié)構(gòu)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其體育運(yùn)動(dòng)技術(shù)關(guān)系作出了重要貢獻(xiàn)，也為運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)學(xué)科發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)[16]。最近，在運(yùn)動(dòng)性微損傷的病因與病變的研究方面又提出了新的概念，認(rèn)為運(yùn)動(dòng)性微損傷、運(yùn)動(dòng)性疲勞及過(guò)度疲勞的發(fā)生可能與細(xì)胞凋亡有關(guān)[17][18][19][20][21][22][23][24]，為運(yùn)動(dòng)性微損傷、運(yùn)動(dòng)性疲勞及過(guò)度疲勞的進(jìn)一步研究開(kāi)拓了1條新思路，展示了廣泛的研究前景。

運(yùn)動(dòng)員科學(xué)選材作為運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)研究的重要部分已成為體育科學(xué)研究的熱點(diǎn)。由于制約運(yùn)動(dòng)員成材的因素很多，因而選材研究的內(nèi)容必然涉及到方方面面眾多領(lǐng)域。目前，運(yùn)動(dòng)員選材已從單一方面研究深入到全面展示不同項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)員身體形態(tài)、生理機(jī)能、生物力學(xué)及心理學(xué)方面的綜合特征，尤其深入到運(yùn)動(dòng)員不同運(yùn)動(dòng)能力的遺傳特征和家族聚集性等方面的研究，并已著手探討體質(zhì)與運(yùn)動(dòng)能力相關(guān)基因的分布特征、基因表達(dá)、變異狀況等問(wèn)題[24][25][26][27][28][29][30][31][32][33][34][35][36][37][38][39][40]。

相信不久的將來(lái)，經(jīng)過(guò)科學(xué)選材及運(yùn)動(dòng)員身體形態(tài)結(jié)構(gòu)與機(jī)能代謝諸方面的綜合研究，必將把競(jìng)技體育運(yùn)動(dòng)向更高、更快、更強(qiáng)的方向推進(jìn)。同時(shí)，隨著社會(huì)體育的發(fā)展，運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)研究亦將為大眾健康的實(shí)現(xiàn)及全民身體素質(zhì)的提高發(fā)揮重要作用。

2新技術(shù)對(duì)運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)學(xué)科發(fā)展的推動(dòng)

1個(gè)世紀(jì)以來(lái)，運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)研究頸域之所以取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，無(wú)不得益于現(xiàn)代細(xì)胞與分子生物學(xué)技術(shù)與方法的建立與發(fā)展。

2.1從定性到定量研究的飛躍

自17世紀(jì)顯微鏡用于醫(yī)學(xué)診斷與研究以來(lái)，傳統(tǒng)的顯微形態(tài)學(xué)研究多采用定性觀察與描述，少數(shù)顯微形態(tài)計(jì)量分析也僅限于二維結(jié)構(gòu)水平，很難客觀反映細(xì)胞本來(lái)的三維結(jié)構(gòu)。20世紀(jì)80年代以來(lái)，隨著數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)的進(jìn)展，數(shù)學(xué)家與形態(tài)學(xué)家共同合作把顯微鏡直接觀察的平面（二維）形態(tài)圖像，通過(guò)數(shù)學(xué)方法推導(dǎo)衍化為三維空間結(jié)構(gòu)，并建立了生物體視學(xué)(bio-sterology)，用以進(jìn)行細(xì)胞顯微形態(tài)計(jì)量分析[41][42]。這是3個(gè)世紀(jì)以來(lái)細(xì)胞生物學(xué)研究技術(shù)的1項(xiàng)重大革命。就形態(tài)特征而言，人體基本結(jié)構(gòu)——細(xì)胞的有形成分主要分為3類(lèi)：1)膜結(jié)構(gòu)，包括質(zhì)膜、核膜、線粒體膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜、高爾基復(fù)合體膜、毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞膜等；2)顆粒結(jié)構(gòu)，包括線粒體、溶酶體、微體、分泌顆粒等，3)纖維結(jié)構(gòu)，包括微管、微絲。無(wú)論是膜、顆粒，還是纖維，任何1種結(jié)構(gòu)在空間均占一定體積，均呈三維結(jié)構(gòu)。因此，細(xì)胞形態(tài)計(jì)量學(xué)的內(nèi)容就是將顯微鏡下所觀察到不同形態(tài)（點(diǎn)、線、面）進(jìn)行三維重現(xiàn)并數(shù)字化，定量反映出細(xì)胞結(jié)構(gòu)特征[7]。20世紀(jì)80年代以來(lái)，隨著生物體視學(xué)的建立，顯微形態(tài)計(jì)量技術(shù)的發(fā)展及自動(dòng)顯微圖像分析系統(tǒng)的建立與應(yīng)用，使各器官系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)適應(yīng)性的顯微形態(tài)學(xué)研究進(jìn)入了一個(gè)精確、客觀，并以量的概念反映形態(tài)結(jié)構(gòu)變化的階段，避免了以往定性觀察難免的主觀臆測(cè)和視覺(jué)誤差。這也是運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)學(xué)科創(chuàng)建近1個(gè)世紀(jì)以來(lái)運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域的重大進(jìn)展，揭示了機(jī)體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力器官——心臟和直接運(yùn)動(dòng)器官——骨骼肌對(duì)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練適應(yīng)性的定量形態(tài)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，也為運(yùn)動(dòng)性心臟和骨骼肌問(wèn)題的深入探討與研究提供了理論依據(jù)[9][10][11]。

2.2從死細(xì)胞到活細(xì)胞的飛躍

活細(xì)胞研究，尤其是成年活細(xì)胞的研究，一直是運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域的夙愿。多少年來(lái)，由于活細(xì)胞分離、培養(yǎng)技術(shù)，特別是活細(xì)胞觀察手段的限制，使其難以實(shí)現(xiàn)。20世紀(jì)90年代初，激光共聚焦顯微鏡及其新型探針的問(wèn)世，使我們能在不影響細(xì)胞活性的基礎(chǔ)上觀察與研究活細(xì)胞的形態(tài)、結(jié)構(gòu)及成分[43][44][45]。

激光共聚焦顯微鏡(laserconfocalmicrosopy)是繼計(jì)算機(jī)圖像分析技術(shù)后現(xiàn)代細(xì)胞與分子生物學(xué)研究技術(shù)的又一項(xiàng)重大進(jìn)展，它在光學(xué)顯徽鏡的基礎(chǔ)上結(jié)合激光與計(jì)算機(jī)圖像分析處理技術(shù)將光學(xué)成像的分辨率提高了30～40%。激光共聚焦顯微鏡集圖像分析儀、流式細(xì)胞儀及顯微分光光度計(jì)之功能為一身，通過(guò)特異性熒光染色不僅可對(duì)細(xì)胞內(nèi)線粒體、溶酶體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、細(xì)胞骨架、結(jié)構(gòu)蛋白、酶類(lèi)、受體、DNA、RNA含量及分布進(jìn)行定量與定性分析，還可對(duì)細(xì)胞內(nèi)離子含量、分布及動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行分析。因此，激光共聚焦顯微鏡又被稱(chēng)為“細(xì)胞工作站”[46][47]。

我們知道，細(xì)胞內(nèi)游離鈣作為第2信使廣泛參與細(xì)胞生理活動(dòng)的調(diào)節(jié)過(guò)程。一方面，尤其在心肌和骨骼肌的細(xì)胞增殖過(guò)程中，胞內(nèi)游離鈣介導(dǎo)神經(jīng)內(nèi)分泌激素刺激細(xì)胞增殖基因的表達(dá)，誘發(fā)心肌細(xì)胞增殖肥大的發(fā)生；另一方面，在心肌收縮過(guò)程中，胞內(nèi)游離鈣作為耦聯(lián)因子誘發(fā)心肌和骨骼肌細(xì)胞興奮與收縮的耦聯(lián)過(guò)程進(jìn)而產(chǎn)生肌收縮。因此，肌細(xì)胞內(nèi)游離鈣的變化直接涉及到運(yùn)動(dòng)性心臟與骨骼肌結(jié)構(gòu)與功能的重塑的發(fā)生過(guò)程。長(zhǎng)期以來(lái)，由于方法學(xué)限制，很難直接分析測(cè)定細(xì)胞內(nèi)游離鈣濃度的改變。近年，隨著激光掃描共聚焦顯微鏡的問(wèn)世，尤其新一代鈣指示劑Fluo-3/AM的開(kāi)發(fā)，在不影響細(xì)胞活性基礎(chǔ)上對(duì)胞內(nèi)游離鈣進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，解決了多年來(lái)胞內(nèi)游離鈣研究的方法學(xué)問(wèn)題，使活細(xì)胞內(nèi)游離鈣的研究得以實(shí)施。在激光共聚焦顯微鏡下通過(guò)圖像掃描方式分析處理出靜息與收縮狀態(tài)下心肌和骨骼肌細(xì)胞內(nèi)鈣的熒光共聚焦圖像，為運(yùn)動(dòng)心臟和肌肉肥大發(fā)生機(jī)制的研究提供了有效的手段，也使運(yùn)動(dòng)性心臟和肌肉肥大發(fā)生機(jī)制的探討進(jìn)一步深入[13][14][48][49][50][51]。

2.3從形態(tài)到功能的飛躍

多少年來(lái)，運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的組織細(xì)胞研究多以形態(tài)觀察為主，通過(guò)細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)的形態(tài)與數(shù)目的變化間接反映各功能結(jié)構(gòu)的功能狀態(tài)。然而，免疫組織細(xì)胞化學(xué)與原位雜交技術(shù)的發(fā)展，使人們能在組織細(xì)胞原位直接了解細(xì)胞結(jié)構(gòu)的功能變化及特異性功能活性物質(zhì)的活性與分布。

免疫組織細(xì)胞化學(xué)與原位雜交技術(shù)是利用特異性抗原抗體反應(yīng)與基因重組過(guò)程在組織細(xì)胞原位上顯示和研究某特定物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)與功能特征的方法，其技術(shù)特點(diǎn)決定了它具有靈敏度高、特異性強(qiáng)、定位準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。因此，該技術(shù)在20世紀(jì)80年代以來(lái)廣泛應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域的組織細(xì)胞中蛋白質(zhì)、多肽類(lèi)、多糖類(lèi)及核酸類(lèi)活性物質(zhì)的定位、定性與定量研究。近年，應(yīng)用膠體金免疫組織細(xì)胞化學(xué)技術(shù)，對(duì)運(yùn)動(dòng)心肌中心房利鈉多肽功能活性進(jìn)行了定量研究，展示了心源性激素的儲(chǔ)存形式、功能結(jié)構(gòu)及功能活性，為運(yùn)動(dòng)心臟內(nèi)分泌功能的研究提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)[10][11]。在運(yùn)動(dòng)性傷病研究中，通過(guò)特異性膠元免疫組織細(xì)胞化學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，揭示了運(yùn)動(dòng)性關(guān)節(jié)末端病的病因與發(fā)病機(jī)制。此外，在運(yùn)動(dòng)性骨骼肌疲勞與損傷研究方面，應(yīng)用DNA缺口末端標(biāo)記(TUNEL)和酶聯(lián)免疫分析技術(shù)，觀察到在運(yùn)動(dòng)性骨骼肌微損傷時(shí)，有肌細(xì)胞凋亡復(fù)合物的存在，并有肌細(xì)胞染色體DNA斷裂，核小體DNA與核心組蛋白H2A,H2B,H3和H4緊密結(jié)合，形成復(fù)合物的情況，在組織細(xì)胞原位上確定凋亡細(xì)胞的存在，為運(yùn)動(dòng)性骨胳肌疲勞與損傷機(jī)制的探討提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)[52]，使運(yùn)動(dòng)性傷病的病理學(xué)研究定位更準(zhǔn)確、更具特異性，實(shí)現(xiàn)了形態(tài)與功能的有機(jī)結(jié)合。2.4從細(xì)胞到基因的飛躍

自20世紀(jì)中葉DNA雙螺旋模板學(xué)說(shuō)的提出、基因調(diào)控操縱子理論的問(wèn)世以及DNA限制性內(nèi)切酶的發(fā)現(xiàn)，奠定了現(xiàn)代分子生物學(xué)與基因工程技術(shù)的基礎(chǔ)。目前，已建立了一整套DNA體外重組技術(shù)，尤其最近人類(lèi)基因組序列草圖的完成，使得生物技術(shù)與生命科學(xué)發(fā)生了劃時(shí)代的突破和歷史性的變革，這一科技進(jìn)步震撼了人類(lèi)社會(huì)。人們預(yù)言，21世紀(jì)將是生命科學(xué)的世紀(jì)，基因工程為主導(dǎo)的生物技術(shù)將影響一個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)前途，并以巨大的活力推動(dòng)社會(huì)生產(chǎn)力的飛速發(fā)展。

作為運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)工作者，在以基因工程為主導(dǎo)的生物技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)研究體育運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，責(zé)無(wú)旁貸。近年來(lái)，在運(yùn)動(dòng)心臟重塑的發(fā)生與轉(zhuǎn)歸機(jī)制研究中，諸學(xué)者應(yīng)用分子雜交技術(shù)(molecularhybridization)——遺傳信息的載體DNA和mRNA研究的有效工具，比如固相雜交、液相雜交和原位雜交技術(shù)，對(duì)運(yùn)動(dòng)心肌組織中初始應(yīng)答基因（原癌基因，c-fos）和次級(jí)應(yīng)答基因（心肌收縮蛋白基因α-MHC、β-MHC、α-actin及ANF）的表達(dá)水平進(jìn)行了定量分析，為運(yùn)動(dòng)心臟重塑發(fā)生機(jī)制的探討提供了重要實(shí)驗(yàn)依據(jù)[53]。

定量反轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)技術(shù)(RT-PCR)也是近年來(lái)飛速發(fā)展并成熟的1項(xiàng)分子生物學(xué)技術(shù)，是檢測(cè)mRNA的1種快速而方便的方法。由于其內(nèi)參照與目的基因的共擴(kuò)增而避免了操作中的系統(tǒng)誤差，而且，針對(duì)每個(gè)目的基因的特異性引物使用又保證了此法具有較高的特異性，故特別適用于大規(guī)?；虮磉_(dá)的分析。目前，在運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域已應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)對(duì)運(yùn)動(dòng)心臟中心房和心室的初始應(yīng)答基因（原癌基因myc）和次級(jí)應(yīng)答基因（心肌收縮蛋白基因MLC-2）的表達(dá)水平進(jìn)行了定量觀察，使得運(yùn)動(dòng)心臟重塑發(fā)生機(jī)制的探討又向前進(jìn)了一步[54]。通過(guò)此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，使運(yùn)動(dòng)性骨骼肌疲勞與恢復(fù)機(jī)制的研究也取得了顯著的進(jìn)展，為指導(dǎo)運(yùn)動(dòng)實(shí)踐提供了新的理論依據(jù)。此外，應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)對(duì)運(yùn)動(dòng)員性別的診斷與鑒別診斷上也有了明顯的進(jìn)展。

最近，基因芯片技術(shù)的建立又為我們提供了1項(xiàng)研究和探討運(yùn)動(dòng)能力相關(guān)基因特征的有效手段，基因芯片技術(shù)通過(guò)微加工工藝在厘米見(jiàn)方的芯片上集成有成千上萬(wàn)個(gè)與生命相關(guān)的信息分子，將生命科學(xué)研究中所涉及的不連續(xù)的分析過(guò)程（如樣品制備、化學(xué)反應(yīng)和分析檢測(cè)），利用微電子、微機(jī)械、化學(xué)、物理技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)在固體芯片表面構(gòu)建的微流體分析單元和系統(tǒng)，使之連續(xù)化、集成化、微型化，是1種高通量檢測(cè)技術(shù)。因此，此項(xiàng)技術(shù)可以允許研究人員同時(shí)測(cè)定成千上萬(wàn)個(gè)基因的表達(dá)譜，變異譜及其作用方式，幾周內(nèi)能獲得其它傳統(tǒng)方法幾年，乃至幾十年才能得到的信息，其最大特點(diǎn)是大規(guī)模、高通量、靈敏性高、準(zhǔn)確性高，快速簡(jiǎn)便，解決了以往基因研究技術(shù)的繁雜與效率低的問(wèn)題[55]。目前基因芯片主要分為2類(lèi)，寡核苷酸芯片和表達(dá)譜芯片，其中，寡核苷酸芯片可用于檢測(cè)人類(lèi)SNP。最近，國(guó)內(nèi)學(xué)者已著手應(yīng)用基因芯片技術(shù)探尋運(yùn)動(dòng)能力相關(guān)基因[56][57]，期望在不久的將來(lái)我們能夠在運(yùn)動(dòng)能力相關(guān)基因的診斷、運(yùn)動(dòng)員基因選材和運(yùn)動(dòng)性猝死的基因診斷方面有所突破，為我國(guó)優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員的選擇、培養(yǎng)及運(yùn)動(dòng)性猝死的防治提供有效的方法手段。

3熱點(diǎn)問(wèn)題與前沿研究

3.1運(yùn)動(dòng)員基因選材與基因診斷問(wèn)題

實(shí)踐證明，只有那些具有天賦的運(yùn)動(dòng)員，才能攀上世界的頂峰。所謂運(yùn)動(dòng)員科學(xué)選材，是根據(jù)不同運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的特點(diǎn)和要求，用科學(xué)的、先進(jìn)的手段和方法，通過(guò)客觀指標(biāo)的測(cè)試，全面綜合評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)，把先天條件優(yōu)越，適合從事某項(xiàng)運(yùn)動(dòng)的人從小選拔出來(lái)，進(jìn)行系統(tǒng)培養(yǎng)，并且不斷地監(jiān)測(cè)其發(fā)展過(guò)程。這個(gè)過(guò)程的核心是預(yù)測(cè)。沒(méi)有預(yù)測(cè)，就沒(méi)有選材。

在過(guò)去相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間里，我國(guó)基本上是憑教練員的經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)比賽中的成績(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)員選材的。這勢(shì)必造成成材率低，人、財(cái)、物力的浪廢。20世紀(jì)70年代中期，上海體育科學(xué)研究所等從研究青少年兒童運(yùn)動(dòng)員身體生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律入手，對(duì)生長(zhǎng)發(fā)育與科學(xué)選材關(guān)系進(jìn)行了較全面深入的研究，已形成較為系統(tǒng)的理論。20世紀(jì)80年代初，原國(guó)家體委組織了幾項(xiàng)大規(guī)模的研究課題（《優(yōu)秀青少年運(yùn)動(dòng)員科學(xué)選材》和《兒童少年運(yùn)動(dòng)員選材標(biāo)準(zhǔn)的研究》等），獲得了大量的指標(biāo)數(shù)據(jù)，為我國(guó)青少年運(yùn)動(dòng)員科學(xué)選材提供了廣泛的科學(xué)依據(jù)。此外，科研工作者還從運(yùn)動(dòng)員身體形態(tài)、機(jī)能、素質(zhì)、心理以及遺傳等不同方面進(jìn)行了大量的科學(xué)選材研究，為運(yùn)動(dòng)員科學(xué)選材實(shí)踐提供了廣泛的理論依據(jù)和實(shí)際應(yīng)用方法。在世界上許多國(guó)家，如前蘇聯(lián)、東歐、美國(guó)等競(jìng)技體育水平均處于世界領(lǐng)先地位，這與其對(duì)運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)能力的研究與挖掘的重視及較高的研究水平密不可分。盡管美國(guó)等西方國(guó)家主要是以“自愿原則”自然選拔，但在運(yùn)動(dòng)員科學(xué)選材方面，不僅探討不同項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)員身體形態(tài)、生理機(jī)能、生物力學(xué)及心理學(xué)方面的特征，而且進(jìn)行運(yùn)動(dòng)員不同運(yùn)動(dòng)能力的遺傳特征和家族聚集性研究，尤其是20世紀(jì)90年代以來(lái)，運(yùn)動(dòng)員選材的研究深入到分子遺傳學(xué)領(lǐng)域，探討具有不同運(yùn)動(dòng)能力者相關(guān)基因的分布特征、基因表達(dá)狀況以及對(duì)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的適應(yīng)性等問(wèn)題?？傊S著競(jìng)技運(yùn)動(dòng)水平的不斷提高，科學(xué)選材的基礎(chǔ)——人體運(yùn)動(dòng)能力的遺傳性已經(jīng)越來(lái)越被人們所重視。

組成運(yùn)動(dòng)能力的性狀，無(wú)論是形態(tài)、生理還是素質(zhì)性狀，絕大多數(shù)均屬數(shù)量性狀，由多基因控制。在向后代傳遞過(guò)程中，由于微效基因的累加效應(yīng)、基因傳遞與表達(dá)方式以及環(huán)境等因素的影響，可使運(yùn)動(dòng)能力性狀發(fā)生不同程度的變異。因此，運(yùn)動(dòng)能力的遺傳與變異具有連續(xù)性和相關(guān)性特征。在我國(guó)及世界許多國(guó)家中出現(xiàn)了體育世家現(xiàn)象。有研究發(fā)現(xiàn)，在運(yùn)動(dòng)能力的遺傳中，只要具有卓越運(yùn)動(dòng)才能的親代不是極端個(gè)體，其子代不但有50%以上的人具有優(yōu)越的運(yùn)動(dòng)才能，而且還可能出現(xiàn)超越親代的個(gè)體。此外，控制運(yùn)動(dòng)能力的基因有多效性，同時(shí)在向后代傳遞過(guò)程中又具有連鎖性，從而使基因與性狀縱橫相關(guān)，它們之間既能相互促進(jìn)，又可相互制約。研究發(fā)現(xiàn)，從選用足長(zhǎng)、頭圍等形態(tài)指標(biāo)預(yù)測(cè)身高，從體型到運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目特點(diǎn)，從肌纖維類(lèi)型、最大耗氧量等機(jī)能指標(biāo)與身體素質(zhì)的關(guān)系，以及從皮紋、血型甚至額部發(fā)際參差狀況與人體運(yùn)動(dòng)能力、適宜運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目之間的關(guān)系等等[58][59][60][61][62]，研究均充分體現(xiàn)了基因與性狀的關(guān)聯(lián)，但目前尚缺乏基因與性狀之間關(guān)系的機(jī)制及綜合性研究。

近年，隨著分子生物學(xué)技術(shù)與理論的飛速發(fā)展，尤其是DNA重組技術(shù)的廣泛應(yīng)用，人們可以從基因水平上尋找決定人類(lèi)運(yùn)動(dòng)能力的基因，在分子水平上探討人體對(duì)長(zhǎng)期訓(xùn)練的適應(yīng)性變化，從而能更加科學(xué)而準(zhǔn)確地評(píng)估個(gè)體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及運(yùn)動(dòng)潛力。由此可見(jiàn)，基因選材將成為未來(lái)運(yùn)動(dòng)員科學(xué)選材的主要研究?jī)?nèi)容。

任何遺傳分析都是以遺傳標(biāo)記為基礎(chǔ)的，遺傳標(biāo)記是1類(lèi)用來(lái)區(qū)分不同個(gè)體或群體，同時(shí)又能穩(wěn)定遺傳的某些物質(zhì)。目前，新型遺傳標(biāo)記的研究已轉(zhuǎn)向遺傳物質(zhì)本身——DNA分子。由于各種遺傳信息都蘊(yùn)藏于DNA分子中，生物個(gè)體之間的差異，本質(zhì)上是DNA分子的差異。不僅DNA編碼序列比相應(yīng)的蛋白質(zhì)有更多的變異，而且DNA非編碼列具有更廣泛的多態(tài)性。限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)(RFLP)和單核苷酸多態(tài)(SNP)作為遺傳標(biāo)記有廣闊的前途，其不僅可以用于遺傳病的產(chǎn)前診斷、雜合子攜帶者的檢出和親子鑒定，還可以應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)能力相關(guān)基因的檢測(cè)、天才運(yùn)動(dòng)員的基因組型鑒別以及基因在訓(xùn)練環(huán)境中的表達(dá)與變異狀況的研究[63][64][65][66][67][68]。

3.2杰出的運(yùn)動(dòng)能力相關(guān)基因研究

運(yùn)動(dòng)能力很大程度上受控于基因的事實(shí)已為世人接受。近年，隨著分子遺傳學(xué)的進(jìn)展及其對(duì)運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的滲透，國(guó)內(nèi)外學(xué)者嘗試著探討與運(yùn)動(dòng)能力相關(guān)的基因。目前研究發(fā)現(xiàn)，有氧能力有關(guān)基因有ACE、CKMM、ADRA2A及mtDNA的D-loop和MTND5等；與肌肉力量有關(guān)的基因主要涉及GDF8、CNTF等。人們?cè)噲D探明這些表型的基因標(biāo)記或定位，以解決優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員的早期選材問(wèn)題，并從分子水平揭示人類(lèi)運(yùn)動(dòng)能力的遺傳生物學(xué)機(jī)制。目前，在這一研究領(lǐng)域，諸學(xué)者已展開(kāi)相當(dāng)規(guī)模的實(shí)驗(yàn)研究，取得了一些令人鼓舞的研究成果。

耐力素質(zhì)是運(yùn)動(dòng)能力的重要組成部分，也是運(yùn)動(dòng)能力相關(guān)基因研究最活躍的領(lǐng)域。目前研究發(fā)現(xiàn)，耐力素質(zhì)為多因子的復(fù)雜表型，受到多基因控制，涉及到耐力素質(zhì)的基因有血管緊張素轉(zhuǎn)化酶(ACE)、肌肉組織特異性磷酸肌酸激酶(CKMM)、腎上腺素能α受體(ADRA2A)、Na[+]-K[+]-ATPaseα2基因以及線粒體基因(mtDNA)等。.2.1血管緊張素轉(zhuǎn)化酶(ACE)基因

ACE基因位于17q23染色體區(qū)域，全長(zhǎng)21kb，含26個(gè)外顯子和25個(gè)內(nèi)含子，在第16號(hào)內(nèi)含子以一段287bp的重復(fù)序列為標(biāo)記構(gòu)成ACE基因的插入／缺失(I/D)多態(tài)。Montgomery為首的研究小組最先報(bào)道了33名英國(guó)優(yōu)秀登山運(yùn)動(dòng)員的ACE/ID與1906名健康男性對(duì)照的研究結(jié)果[69]，發(fā)現(xiàn)登山運(yùn)動(dòng)員與常人不論在基因型頻率還是等位基因頻率上均有顯著差異(P＜0.02和P＜0.003)，且登山運(yùn)動(dòng)員多為ACE-Ⅱ純合子，而少見(jiàn)DD純合子，尤其曾登上海拔8000m高度的運(yùn)動(dòng)員中無(wú)1例為DD純合子，有趣的是，前5名最優(yōu)秀的運(yùn)動(dòng)員均為ACE-Ⅱ純合子。George等研究發(fā)現(xiàn)[70]，在普通海拔訓(xùn)練的64名參加奧運(yùn)會(huì)選拔賽的澳大利亞劃艇運(yùn)動(dòng)員中ACE-I等位基因的頻率顯著高于常人水平。Myerson等對(duì)79名奧運(yùn)會(huì)參賽的田徑運(yùn)動(dòng)員的分析也顯示[71]，隨著運(yùn)動(dòng)距離(＜200m;400～3000m;＞5000m)的增加，ACE-I等位基因的頻率增加(P=0.009)，而其他401名非耐力項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)員中未發(fā)現(xiàn)ACEI/D分布與常人的差別。西班牙一研究小組也曾報(bào)道，ACE-I等位基因在優(yōu)秀耐力運(yùn)動(dòng)員中（自行車(chē)、長(zhǎng)跑）的分布頻率高于常人對(duì)照組（P=0.0009)[72]。趙云等的研究也發(fā)現(xiàn)，優(yōu)秀長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)員ACE-I等位基因的頻率顯著高于常人對(duì)照組[73]。

盡管目前多數(shù)研究認(rèn)為優(yōu)秀耐力運(yùn)動(dòng)員ACE-I等位基因的頻率顯著高于常人，但仍存在爭(zhēng)議，Taylor等的研究就未發(fā)現(xiàn)ACE-I等位基因與優(yōu)秀耐力運(yùn)動(dòng)員的關(guān)聯(lián)[74]；同樣，Karjalainen等對(duì)80名芬蘭國(guó)家隊(duì)優(yōu)秀耐力運(yùn)動(dòng)員（包括長(zhǎng)跑、越野滑雪、鐵人三項(xiàng)）的研究也未得出ACE-I等位基因與優(yōu)秀耐力相關(guān)聯(lián)的結(jié)果[75]；此外，Rankinen等的研究也無(wú)肯定結(jié)果[76]。分析爭(zhēng)議的可能原因：1)由于基因多態(tài)關(guān)聯(lián)分析是檢驗(yàn)在1個(gè)種群中帶有性狀的無(wú)關(guān)個(gè)體與不帶有性狀的無(wú)關(guān)個(gè)體在某一遺傳標(biāo)記位點(diǎn)處是否會(huì)出現(xiàn)不同的頻率。關(guān)聯(lián)存在表明，所選基因可能是控制性狀的基因，或在控制性狀的位點(diǎn)，或與控制性狀的基因連鎖不平衡。因此，表型微小的差異可能造成關(guān)聯(lián)結(jié)果的明顯差異。優(yōu)秀耐力作為運(yùn)動(dòng)素質(zhì)表型，在不同運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目可能就存有差異。分析認(rèn)為單個(gè)運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的基因多態(tài)關(guān)聯(lián)分析可能會(huì)更可靠。2)運(yùn)動(dòng)員經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期不同環(huán)境和不同方式的訓(xùn)練，其基因與環(huán)境的相互影響和作用也是不可忽視的因素。

一般認(rèn)為，有氧能力附圖（附圖）是杰出耐力的重要限制因素。最近，有關(guān)附圖與ACE插入／缺失(I/D)多態(tài)關(guān)系的研究已有報(bào)道，但研究結(jié)果并不完全支持這一觀點(diǎn)[77]。家系研究發(fā)現(xiàn)，20周耐力訓(xùn)練后，在高加索人種的子代ACE-DD純合子附圖顯著增高，父代則未見(jiàn)此現(xiàn)象[78]。Rankinen等研究結(jié)果也不支持在普通海拔攜帶ACE-I等位基因的群體的耐力天賦是由心肺功能的改善引起的，認(rèn)為附圖可能決定在耐力運(yùn)動(dòng)中能量產(chǎn)生的上限，并不完全主宰運(yùn)動(dòng)員的耐力水平和運(yùn)動(dòng)成績(jī)。也有研究顯示，優(yōu)秀登山運(yùn)動(dòng)員的靜態(tài)的和動(dòng)態(tài)的肺活量和心臟結(jié)構(gòu)與功能參數(shù)與常人對(duì)照無(wú)顯著差異，推測(cè)攜帶ACE-I等位基因的優(yōu)秀登山運(yùn)動(dòng)員的天賦并不完全取決于心肺功能的改善，而運(yùn)動(dòng)員肌肉毛細(xì)血管與其橫截面積比率的增加以及高動(dòng)靜脈氧差更能解釋ACE-I等位基因的優(yōu)秀登山運(yùn)動(dòng)員對(duì)高海拔訓(xùn)練的適應(yīng)機(jī)制。最近，Williams等發(fā)表在《Nature》雜志上1篇研究結(jié)果認(rèn)為，肌肉作功與能量消耗的比值(DE)是評(píng)價(jià)肌肉效能最好的指標(biāo)，其研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)11周訓(xùn)練后僅ACE-II基因型的DE顯著增高[79]。另1研究報(bào)道，ACE-II基因型群體較ACE-ID和DD基因型群體表現(xiàn)出相對(duì)高的能量節(jié)省化狀態(tài)，且去脂體重也高于其它基因型[80]。這些研究結(jié)果均支持I等位基因主要是通過(guò)肌肉效能影響運(yùn)動(dòng)能力。此外，與ACE-I等位基因關(guān)聯(lián)的優(yōu)秀耐力運(yùn)動(dòng)員群體血漿和心肌組織的ACE水平也高于其它基因型，如能進(jìn)一步研究分析ACEI/D多態(tài)與肌肉中ACE的水平，肌纖維類(lèi)型、體積，線粒體密度，毛細(xì)血管密度，底物利用等方面的關(guān)系，可能會(huì)得出更有效和可靠的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。轉(zhuǎn)3.2.2肌肉組織特異性磷酸肌酸激酶(CKMM)基因

CKMM基因位于19q13.2～q13.3的染色體區(qū)域，其長(zhǎng)度約有17.5kb，包含8個(gè)外顯子和7個(gè)內(nèi)含子。研究表明，肌肉中CKMM的功能在于生成肌球蛋白頭部高濃度的ATP。不同肌纖維類(lèi)型中的CKMM活性亦有差異，I型肌纖維中CKMM活性較II型纖維至少低2倍。研究認(rèn)為，低CKMM活性是耐力運(yùn)動(dòng)員工作肌群的典型特征。有研究表明，遺傳因素對(duì)肌纖維類(lèi)型分布以及肌肉組織中酶類(lèi)活性的變異有調(diào)控作用。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示，小鼠的CKMM基因被敲掉后，可觀察到實(shí)驗(yàn)動(dòng)物在低強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)中，耐力水平有明顯提高，抗疲勞能力增強(qiáng)，肌肉組織合成ATP的能力也明顯增強(qiáng)[81]。人體實(shí)驗(yàn)顯示，由于CKMM基因編碼區(qū)域的突變而形成的變異基因型與耐力水平有一定關(guān)聯(lián)[82]。此外，該變異基因型對(duì)耐力訓(xùn)練較未變異基因更為敏感。Saks和Wallimann等對(duì)CK在細(xì)胞內(nèi)的作用作了綜述，提出了2種假說(shuō)，一是在高能量需求時(shí)CK作為“暫時(shí)的能量緩沖系統(tǒng)”保持ATP/ADP的比率；二是CK可作為能量轉(zhuǎn)運(yùn)單位，將能量從產(chǎn)生部位轉(zhuǎn)運(yùn)到利用部位。說(shuō)明CK在能量代謝系統(tǒng)發(fā)揮重要作用。

Rivera等通過(guò)NcoI和TaqI酶切位點(diǎn)的基因多態(tài)分析(RFLPs)未發(fā)現(xiàn)這2個(gè)位點(diǎn)的單體型與優(yōu)秀耐力存在任何關(guān)聯(lián)[83]。但其在家系研究中報(bào)道，NcoIRFLPs在父代雜合子的附圖顯著大于純合子；并且此多態(tài)與個(gè)體對(duì)耐力訓(xùn)練的反應(yīng)呈顯著性關(guān)聯(lián)，未突變的純合子對(duì)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練最不敏感，其訓(xùn)練增益顯著低于其它基因型，其變化率在父代低于其它基因型3倍，子代低于其它基因型1.5倍，而在訓(xùn)練低反應(yīng)群組中，CKMM純合子竟占33%，其頻率為其它基因型的3倍。而且，這類(lèi)純合子與訓(xùn)練高反應(yīng)群組無(wú)緣，其多態(tài)分析解釋了個(gè)體變化率差異大約在9%～10%[84]。其后，Rivera等的連鎖分析也證實(shí)了這一點(diǎn)[85]。

3.2.3組織相容性抗原(HLA)基因

HLA復(fù)合體位于6q21染色體區(qū)域，近年研究發(fā)現(xiàn)，該基因與人類(lèi)運(yùn)動(dòng)能力有關(guān)。Rodas等對(duì)HLA復(fù)合體進(jìn)行了基因多態(tài)分析，其中A2A11基因型可能為運(yùn)動(dòng)能力的遺傳標(biāo)記。通過(guò)雙生子群體中HLA復(fù)合體與附圖的關(guān)聯(lián)分析發(fā)現(xiàn)，HLA基因A2A11群體附圖平均值達(dá)到71±4ml/mim/kg，而未攜帶A2A11的群體附圖平均值58±5ml/mim/kg，其差異達(dá)顯著性水平(P＜0.001)。分析認(rèn)為，攜帶A2A11的群體可能是為運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練高敏感群體[86]。顯然，HLA基因多態(tài)有望成為運(yùn)動(dòng)能力遺傳標(biāo)記。

3.2.3腎上腺素能受體(ADRA2A、ADRB2)基因

近年研究發(fā)現(xiàn)，腎上腺素能受體基因ADRA2A和ADRB2與運(yùn)動(dòng)能力有關(guān)，ADRA2A和ADRB2基因分別位于10q24-26和5q31-32染色體區(qū)域。Wolfarth等對(duì)腎上腺素能受體基因Dral位點(diǎn)的多態(tài)分析發(fā)現(xiàn)，DralRFLPs在優(yōu)秀耐力運(yùn)動(dòng)員組和常人中存在顯著差異(P=0.037)，其中，6.7kb的等位基因在優(yōu)秀耐力運(yùn)動(dòng)員中的分布顯著高于常人。值得一提的是，此項(xiàng)研究中受試者是以附圖＞74ml/mim/kg作為優(yōu)秀耐力運(yùn)動(dòng)員的標(biāo)準(zhǔn)的。[87]研究還發(fā)現(xiàn)，8對(duì)同卵雙生子經(jīng)過(guò)20周的耐力訓(xùn)練后，脂肪水解活性顯著增高，其變化呈現(xiàn)同卵雙生子內(nèi)的高度一致性，而雙生子間則呈異質(zhì)性，表明訓(xùn)練引起的脂肪水解的變化主要由相關(guān)基因型決定，且ADRA2A和ADRB2結(jié)合位點(diǎn)的分布呈部位特異性，兒茶酚胺激活的脂肪水解的差異與腎上腺素能α2受體的親和性及數(shù)目有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，馬拉松運(yùn)動(dòng)員對(duì)脂肪的利用率就顯著高于常人和其它運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，脂肪水解供能又是耐力運(yùn)動(dòng)的重要能量代謝途徑，而腎上腺素能受體基因通過(guò)調(diào)控ADRA2A和ADRB2與兒茶酚胺的結(jié)合位點(diǎn)而發(fā)揮作用，也有望成為杰出耐力的遺傳標(biāo)記。

3.2.4Na[+]-K[+]-ATPaseα2基因

Rankinen等在家系研究中對(duì)Na[+]-K[+]-ATPaseα2基因多態(tài)進(jìn)行了雙生連鎖分析，結(jié)果顯示，Na[+]-K[+]-ATPaseα2單體型與運(yùn)動(dòng)最大輸出功率變化率(Wmax)連鎖(P=0.003),BglIIRFLPs與附圖和Wmax無(wú)連鎖。結(jié)果提示Na[+]-K[+]-ATPaseα2基因的多態(tài)與運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練敏感性關(guān)聯(lián)[88]。目前，相關(guān)文獻(xiàn)還未見(jiàn)其與優(yōu)秀耐力水平關(guān)聯(lián)的報(bào)道，但目前實(shí)驗(yàn)研究支持Na[+]-K[+]-ATPaseα2基因在肌肉收縮、疲勞過(guò)程及運(yùn)動(dòng)能力中的作用。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，抑制Na[+]-K[+]-ATPase活性引起骨骼肌運(yùn)動(dòng)能力降低。人體實(shí)驗(yàn)顯示，有訓(xùn)練者股外側(cè)肌的Na[+]-K[+]-ATPase活性顯著高于常人對(duì)照，且其活性變化獨(dú)立于肌肉氧化代謝變化。鑒于Na[+]-K[+]-ATPase是恢復(fù)Na[+]-K[+]電位梯度的關(guān)鍵酶，預(yù)測(cè)Na[+]-K[+]-ATPaseα2基因可成為評(píng)定運(yùn)動(dòng)能力的候選基因。3.2.5線粒體(mtDNA)基因

研究證實(shí)，骨骼肌ATP的再生能力是維持高水平運(yùn)動(dòng)能力的1個(gè)重要的限制因素，而線粒體是氧化磷酸化生成ATP的重要場(chǎng)所，線粒體作為核外惟一具有遺傳效用物質(zhì)(mtDNA)的細(xì)胞器，具有自我復(fù)制功能，并控制相當(dāng)?shù)倪z傳性狀。目前研究表明，mtDNA是基因組中惟一不遵循孟德?tīng)栠z傳規(guī)則的基因序列，mtDNA由16569bp構(gòu)成的雙鏈環(huán)狀結(jié)構(gòu)，可編碼下列結(jié)構(gòu)：1)NADT脫氫酶的7個(gè)亞基(MTND1,MTND2,MTND3,MTND4,MTND4L,MTND5,MTND6);2)ATPase合成酶的亞基6和亞基8;3）細(xì)胞色素bc1復(fù)合物的亞基；4）細(xì)胞色素c氧化酶復(fù)合物的亞基Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，包括呼吸鏈和氧化磷酸化過(guò)程67個(gè)酶中的13個(gè)；5）2個(gè)rRNAs和22個(gè)tRNAs。此外，mtDNA還包括其中惟一的非編碼區(qū)D-Loop。D-Loop包括了重鏈及輕鏈的啟動(dòng)子區(qū)，重鏈的復(fù)制源區(qū)，調(diào)控mRNA表達(dá)的保守序列。目前研究認(rèn)為，mtDNA中除D-Loop和8275bp處的87bp被認(rèn)為是非編碼核苷酸，其它區(qū)域都有編碼功能。其mRNA可從單一位點(diǎn)轉(zhuǎn)錄，即所有tRNA、rRNA、mRNA均由同一順?lè)醋愚D(zhuǎn)錄而來(lái)，并且有部分基因的重疊。因此，mtDNA任一位點(diǎn)發(fā)生變異都有可能影響線粒體蛋白質(zhì)的表達(dá)和功能，或影響nDNA和mtDNA的相互作用，繼而影響線粒體的合成和功能。

研究曾發(fā)現(xiàn)，附圖(ml/min/kg)母子存有顯著相關(guān)(r=0.28)，家系研究也表明附圖的遺傳因素中30%是由mtDNA遺傳決定的[89]。陳青等報(bào)道m(xù)tDNA/D-Loop(MspⅠ,KpnⅠ,HinfⅠ,HaeⅢ)RFLPs在優(yōu)秀耐力運(yùn)動(dòng)員與常人的分布頻率有顯著性差異，其中，MorphⅦ，Ⅷ，Ⅸ為優(yōu)秀耐力運(yùn)動(dòng)員所特有。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，有氧耐力訓(xùn)練反應(yīng)敏感的少年運(yùn)動(dòng)員中表現(xiàn)出較高的mtDNA/D-Loop基因多態(tài)變異型[90]。但Riveera等的研究未能證實(shí)上述結(jié)果，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)BamHⅠ,NciⅠ,KpnⅠRFLPs在優(yōu)秀耐力運(yùn)動(dòng)員與常人在分布頻率的差異[91]。分析比較有關(guān)結(jié)果差異的原因，可能與研究所選擇的優(yōu)秀耐力的標(biāo)準(zhǔn)（附圖）和受試者來(lái)源（種族）不同有關(guān)。另有1項(xiàng)有意義的研究為mtDNA基因多態(tài)研究注入了活力，該研究用22種內(nèi)切酶對(duì)mtDNA基因組3%的區(qū)域進(jìn)行了切割掃描，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：普通健康個(gè)體攜帶下列3種多態(tài)之一者具有較高的附圖(ml/minkg):1)BamHI-MTND5(13364bp);2)NciI-MTND5(13470bp);3)MspI-threoninetRNA(MTTT,15925bp)。攜帶ScaI-MT-ND5(12406bp)的群體附圖(ml/min/kg)低于整個(gè)群體的平均值。若對(duì)受試者進(jìn)行20周的有氧耐力訓(xùn)練，其附圖(ml/min/kg)顯著性增加，變化范圍在2～20ml/min/kg之間，但攜帶HincⅡ-MTND5者附圖(ml/min/kg)的變化值(0.28l/min)低于其它基因型攜帶群體(P＜0.05)。此外，目前研究還證實(shí)，mtDNA是惟一經(jīng)過(guò)母系遺傳的遺傳物質(zhì)。

3.2.6基因組掃描

近年，人們通過(guò)基因組掃描技術(shù)來(lái)探討運(yùn)動(dòng)能力的遺傳性，Bouchard等1997年對(duì)高家索系進(jìn)行了基因組掃描研究，他們從受試者的22號(hào)常染色體長(zhǎng)臂上7個(gè)基因多態(tài)標(biāo)記與心肺機(jī)能（附圖、HRmax、最大氧脈搏）以及對(duì)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的敏感性入手，進(jìn)行連鎖分析，但分析結(jié)果未發(fā)現(xiàn)任何連鎖，其所選7個(gè)多態(tài)標(biāo)記分布在GLUT5,Mb,nmMHC,PKC,PARV,PPARα,MitCPTII基因區(qū)域[92]。此后，該研究小組又對(duì)22對(duì)常染色體進(jìn)行了連鎖分析[93]。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，D4S3248與附圖有最強(qiáng)的連鎖，其距β-sarcoglycan基因0.2cM，后者是肌質(zhì)網(wǎng)蛋白－糖蛋白復(fù)合物的組成部分，能夠通過(guò)增加肌膜的穩(wěn)定性，維護(hù)肌細(xì)胞功能。此外，在基因組掃描中還發(fā)現(xiàn)，D8S592距肌鈣蛋白合成復(fù)合物β-I基因5.9cM;γ-sarcoglycan(13q12.11)、dystrophin-associatedglycoprotein1(3p21.31)laminA/C(1q21.2)分別與遺傳標(biāo)記距2.3～6.2cM。D14S587在肝糖原磷酸化酶基因(0.6cM)、GTPcyclohydrolaseI(1.8cM)基因附近。GTPcyclohydrolaseI是四氫生物喋呤的限速酶，NO合成酶的重要輔助因子。在11P15.1在磺酰尿受體(SUR)基因內(nèi)，與Kir6.2構(gòu)成ATP敏感性鉀通道，并且SUR基因與Kir6.2(KCNJ11)連鎖不平衡，Kir存在于多種組織，在連接細(xì)胞代謝和膜電位中起重要作用。在11p14.1為鉀離子通道基因(KCNA4)(0.1cM);6p21.33為胰脂肪酶(CLPS,0.8cM)和血色素基因位點(diǎn)(HFE,1.3cM);4q26為脂肪酸結(jié)合蛋白2(FABP,0cM)基因，長(zhǎng)Q-T綜合征(LQT4,4.0cM)位點(diǎn)；2pl6.1為鈣調(diào)蛋白2(CALM20.5cM)和鈣調(diào)蛋白B(PPP3R1,3.4cM)位點(diǎn)；1P11.2為3-β-羥茲類(lèi)脫氫酶(HSD3B1,0.1cM)和心肌收縮(CASQ,5.5cM)位點(diǎn)。這些基因與心臟收縮(KCNA4,LQT4)，長(zhǎng)鏈脂肪酸氧化(CLPS,FABP2)，體內(nèi)鈣平衡、骨骼肌和心肌電信號(hào)傳導(dǎo)遞(CALM2,PPP3R1,CASQ2)以及固醇類(lèi)激素合成(HSD3B1)有關(guān)，均可能構(gòu)成運(yùn)動(dòng)能力相關(guān)基因。4新興的基因克隆策略與研究前景

人類(lèi)基因組全序列可望提前完成，而以功能鑒定為核心的功能基因組學(xué)及其相關(guān)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，最近，一系列全新概念的基因克隆策略與遺傳學(xué)基因定位和克隆技術(shù)紛紛面世，在此僅作一簡(jiǎn)介。

4.1基因克隆策略

目前，人類(lèi)基因克隆的主要策略有3種：1)反向遺傳學(xué)定位克隆策略，它是通過(guò)基因多態(tài)分析，微衛(wèi)星DNA等遺傳標(biāo)記，先獲得某一表型在染色體上的定位，再在候選區(qū)域內(nèi)選擇已知基因，進(jìn)行相關(guān)突變基因的篩選，以獲得cDNA及全基因；2)從蛋白質(zhì)功能入手的功能克隆策略，采用以削減雜交為思路的多種分子生物學(xué)手段，先通過(guò)削減獲得特異性表達(dá)或缺失的基因片段，然后進(jìn)行染色體定位乃至獲得全基因。3)介于兩者之間的候選克隆策略，包括定位候選克隆和功能候選克隆，前者是在將有關(guān)基因以連鎖分析和染色體分析基本定位基礎(chǔ)上，再在候選區(qū)域內(nèi)選擇所有已知基因進(jìn)行相關(guān)突變基因的篩選。后者則根據(jù)相關(guān)基因的目標(biāo)功能，檢測(cè)基因庫(kù)中的基因功能區(qū)域，將含有類(lèi)似功能的基因用于相關(guān)基因的突變檢測(cè)。

目前，功能基因組研究的主要技術(shù)有下列10類(lèi)：1)家系連鎖分析法；2)等位基因共享法；3)人群關(guān)聯(lián)分析法；4)cDNA篩選法；5)削減雜交法和抑制性雜交法；6)差示反轉(zhuǎn)錄PCR法和差異削減顯示法；7)代表性差異分析法和SI核酸酶介導(dǎo)的缺失基因探針富集法；8)基因組錯(cuò)配掃描法；9)比較基因組雜交法；10)DNA芯片法?？上驳氖悄壳拔覈?guó)學(xué)者馬力宏、何子紅、田振軍、常蕓等已通過(guò)人群關(guān)聯(lián)分析法和DNA芯片法對(duì)杰出運(yùn)動(dòng)能力相關(guān)基因作了初步探討。

4.2杰出運(yùn)動(dòng)能力相關(guān)基因研究前景

遺傳流行病學(xué)研究表明，杰出運(yùn)動(dòng)能力在很大程度上受控于基因，而遺傳因素通過(guò)以下2個(gè)方面對(duì)人體運(yùn)動(dòng)能力產(chǎn)生影響：1)與環(huán)境因素和生活方式無(wú)關(guān)的基因?qū)θ巳旱钠骄绊?，即遺傳度；2)基因與環(huán)境的相互作用，即存在對(duì)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練敏感的高反應(yīng)群體和對(duì)訓(xùn)練不敏感的低反應(yīng)群體。但以往有關(guān)運(yùn)動(dòng)能力的遺傳流行學(xué)的研究方法無(wú)論是雙生子分析、家族分析還是種族差異比較，所估算出的遺傳度僅僅表明在某一群體中，某一性狀由親代向子代可傳遞的平均程度，僅描述群體趨勢(shì)，而不能作為預(yù)測(cè)個(gè)體遺傳潛力的量化指標(biāo)。人類(lèi)基因組計(jì)劃的實(shí)施及其成果推進(jìn)了分子生物學(xué)技術(shù)與理論的飛速發(fā)展，加速了基因密碼的破譯，如果我國(guó)運(yùn)動(dòng)科學(xué)工作者能利用現(xiàn)代生理學(xué)、分子生物學(xué)、基因組學(xué)、生物信息學(xué)與生物芯片等技術(shù)，精細(xì)識(shí)別、克隆與人類(lèi)運(yùn)動(dòng)能力有關(guān)的基因，了解其相關(guān)素質(zhì)基因的結(jié)構(gòu)和功能，對(duì)運(yùn)動(dòng)能力的預(yù)測(cè)、評(píng)定以及科學(xué)選材系統(tǒng)的建立將有十分重要的意義，有望從根本上解決競(jìng)技體育早期選材、早期培養(yǎng)和科學(xué)監(jiān)控的難題。

目前研究顯示，杰出運(yùn)動(dòng)能力是一復(fù)雜的多因子性狀，是由多基因控制的，因此，尋找決定運(yùn)動(dòng)能力和運(yùn)動(dòng)成績(jī)相關(guān)的生理性狀的基因基礎(chǔ)，確定與杰出運(yùn)動(dòng)能力生理功能有關(guān)的基因是當(dāng)務(wù)之急。這一研究的實(shí)施必將帶來(lái)中國(guó)乃至世界運(yùn)動(dòng)員科學(xué)監(jiān)測(cè)和選材史上巨大的變革；同時(shí)，也將作為繼人類(lèi)基因組草圖繪制成功之后，后基因組研究的重要組成部分，不僅可以豐富后基因組探討的內(nèi)容，而且對(duì)我國(guó)實(shí)施“奧運(yùn)爭(zhēng)光計(jì)劃”，優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員及后備人才的選拔具有很高的理論和實(shí)踐意義。

【參考文獻(xiàn)】

[1]LAGUENSRP.Finestructureofmyocardialmitochondriainratsafterexerciseforone-halftotwohours[J].CirRes,1967,21(8):271.

[2]DOUGLASWK.Ultrastructureofratheartandliverafterexhaustiveexercise[J].AmJPhysiol,1970,218(4):1150.

[3]BANISTEREW,EARLEA.Ultrastructuralmodificationsinratheart:responsestoexerciseandtraining[J].AmJPhysiol,1971,220(6):1935.

[4]EARLEA.BANISTEREW.Effectofdigitoxinontheultrastructuralmyocardialchangesinratsubjectedtochronicexercise[J].AmJCardiol,1970,26(10):369.[5]SOHALRS.Ultrastructuralchangesoftheintercalateddiscinexercisedrathearts[J].LabInvert,1968,18(1):49.

[6]ROSTR.Athletesheart——Areviewofitshistoricalassessmentandnewaspects[J].IntJSportsMed,1983,(940):147.

[7]AVERSAP.Effectofstrenuousexerciseonthequantitativemorphologyofleftventricularmyocardiuminrats[J].JMolCellCardiol,1985,(17):587.

[8]BEDFORDTG.附圖ofratsanditschangeswithvariousexperimentalprocedure[J].JApplPhysiol,1979,47(6):1278.

[9]WEIBELER.Oxygendemandandthesizeofrespiratorystructuresinmammais[M].editedbySCwood,CLenfantNewYorkBasel,1979,13:289.

[10]常蕓，林福美.耐力訓(xùn)練后大鼠心房肽含量與心房特殊顆粒形態(tài)計(jì)量學(xué)研究[J].體育科學(xué)，1993,13(2):47-51.

[11]常蕓，林福美.動(dòng)靜力訓(xùn)練后實(shí)驗(yàn)大鼠心肌顯微形態(tài)計(jì)量學(xué)研究[J].體育科學(xué)，1996,16(2):56-61.

[12]常蕓，林福美，呂丹云.運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練對(duì)內(nèi)膜下心肌組織的影響[J].中國(guó)運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)雜志，1992,11(1):29-31.

[13]常蕓，羅安明，林福美.細(xì)胞內(nèi)游離鈣在運(yùn)動(dòng)心臟重塑中的作用[J].中國(guó)運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)雜志，1998,17(2):107-111.

[14]常蕓，羅安明，林福美.運(yùn)動(dòng)心臟結(jié)構(gòu)可復(fù)性研究[J].中國(guó)運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)雜志，1999,18(3):202-208.

[15]FREUNDBJ,SHAIBLEBW.Hormonalandvascularfluidresponsestomaximalexerciseintrainedanduntrainedmales[J].JApplPhysiol,1987,(63):669-671.

[16]常蕓.運(yùn)動(dòng)心臟的實(shí)驗(yàn)研究[M].北京：人民體育出版社.1998.

[17]胡慶柳.流式細(xì)胞術(shù)在細(xì)胞凋亡研究中的應(yīng)用[J].細(xì)胞生物學(xué)雜志，1997(3):120.

[18]POWELL.Rapidtechniquefortheisplationandpurficationofadultcardiacmusclecellshavingrespiratorycontrolandtoleranttocalcium[J].BiochemBiophysRwsConumm,1976,(72):237.

[19]FARMERBB.Isolationforcalciumtolerantmyocytesfromadultrathearts.Reviewoftheliteratureanddescriptionofamethod[J].LifeSci,1983,(33):1.

[20]商立軍.各部位心肌細(xì)胞分離技術(shù)[J].心功能雜志，1999,12(3):182-184.

[21]李予榮.成熟心肌細(xì)胞的分離與培養(yǎng)方法[J].第四軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào)，2000,(6):21.

[22]姜泊.細(xì)胞凋亡基礎(chǔ)與臨床[M].北京：人民軍醫(yī)出版社.1999.

[23]VenDITIIP,DIMEOS.Effectoftrainingonantioxidantcapacity,tissuedamage,andenduranceofadultmalerats[J].IntJSportsMed,1997,18(7):497-502.

[24]VenDITIIP,DIMEOS.Antioxidants,tissuedamage,andenduranceintrainedanduntrainedyoungmalerats[J].ArchBiochemBiophys,1996,331(1):63-68.

[25]KISSOURASV.HERITABILITYofadaptivevariation[J].JApplphysiol,1971,(31):338-344.

[26]馬力宏.用雙生法探討遺傳因素對(duì)通氣敏感度及女子最大耗氧量的影響程度[J].天津體育學(xué)院學(xué)報(bào)，1988,(1):8-17.

[27]KOMIPV,KLISSOURASV,KARVINENE.Geneticvariationinneuromuscularperformance[J].Gut,1973,31(4):289-304.

[28]KARLSSONJ,KOMIPV,VIITASALOJH.Musclestrengthandmusclecharacteristicsinmonozygousanddizygoustwins[J].ActaPhysiolScand,1979,106(3):319-325.

[29]ADAMSTD,YANOWITZEG,FISHERAG,etal.Heritabilityofcardiacsize:anechocardiogarphicandelectrocardiogarphicstudyinMZandDZtwins[J].circulation,1985,(71):39-44.

[30]LORTIEG,BOUCHARDC,LEBLANCC,etal.Familialsimilarityinaerobicpower[J].HumBiol,1982,54(4):801-812.[31]SUNDETJM,EILERTSENDE,TAMBSK,etal.NodifferentialheritabilityofintelligencetestscoresacrossabilitylevelsinNorway[J].BehavGenet,1994,24(4):337-339.

[32]MAESHH,BEUNENGP,VLIETINCKRF,etal.Inberitanceofphysicalfitnessin10-yr-oldtwinsandtheirparents[J].MedSciSportsExe,1996,28(12):1479-1491.

[33]LORTIEG,SIMONEAUJA,HAMELP,etal.Responsesofmaximalaerobicpowerandcapacitytoaerobictraining[J].IntJSportsMed,1984,5(5):232-236.

[34]BOUCHARDC,DIONNEFT,SIMONEAUJA,etal.Geneticsofaerobicandanaerobicperformances[J].ExeSportSciRev,1992;20(?):27-58.

[35]PRUD''''HOMMED,BOUCHARDC,LEBLANCC,etal.Sensitivityofmaximalaerobicpowertotrainingisgenotype-de-pendent[J].MedSciSportsExe,1984,16(5):489-493.

[36]PERUSSEF,BOUCHARDC.Genotype-environmentinteractioninhumanobesity[J].NutrionReviews,1999(II):S31-S38.

[37]EKBLOMB,GJESSINGE.MaximaloxygenuptakeoftheEasterIslandpopulation[J].JApplPhysiol,1968,25(2):124-129.

[38]IKAIM,ISHIIK,MIYAMURAM,etal.AerobiccapacityofAinuandotherJapaneseonHokkaido[J].MedSciSportsExe,1971,3(1):6-11.

[39]parativestudyofPeakAerobicPowerinChineseandHuangarianboysaged10-15[J].Physiology,1996,6(10):2-10.

[40]何子紅，馬力宏.單純性肥胖兒童有氧能力與Fg基因多態(tài)性的關(guān)聯(lián)研究[J].中國(guó)運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)雜志，2001,20(3):236-239.

[41]HOPPELERH.Designofthemammalianrespiratorysystem[J].RespirPhysiol,1981,(44):129.

[42]鄭富勝.細(xì)胞形態(tài)計(jì)量學(xué)[M].北京：北京醫(yī)科大學(xué)出版社，1998.

[43]MICHAELJ.Inositolphosphatesandcellsignalling[J].Nature1989,341(21):197-205.

[44]WILLIAMSDA,AVERSAWT.Spotaneousandpropagatedcalciumreleaseinisolatedcardiacmyocytesviewedbylaserconfocalmicroscopy[J].AmJPhysiol1992,(262):C731-C742.

[45]LAUPHLINMH.Biochemicalcharicterizationoftheexercisetrainedporcinemyocardium[J].JApplPhysiol,1991,(71):229-235.

[46]PENPARGKULS,SCHAIBLEPG.Effectofphysicaltrainingoncalciumtransportbyratcardiacsarcoplasmicreticulum[J].CircRes,1977,(60):1673-1679.

[47]SIRFM.Depressedintracellularcalciumtransentsandcontractioninmyocytesfromhypertrophiedandfallingguineapigheart[J].AmJPhysiol,1991,(261):H514-H530.

[48]CHIENKR,GUCIWT.Regulationofcardiacgeneexpressionduringmyocardialgrowthandhypertrophy:molecularstudiesofanadaptativephysologicresponse[J].FASEBJ,1991,(5):3037-3046.

[49]KOMUROI.Molecularmechanismofcardiachypertrophyandfailure[J].ClinSci,1994,(87):115-135.

[50]JAMESP.Abnormalintracellularcalciumhanding[J].Circulation,1990,81(III):21-33.

[51]CARREF.Arrhythmogenicithofhypertrophiedandsenescentheartandrelationshiptomembraneproteinsinvolvedinthealteredcalciumhanding[J].CardiovascRes,1993,27(10):1784-1789

[52]袁箭峰，常蕓.運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的細(xì)胞凋亡問(wèn)題[J].中國(guó)運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)雜志，2001,20(3):301-304.

[53]常蕓，趙中應(yīng).耐力訓(xùn)練后心臟原癌基因c-myc的表達(dá)[J].中國(guó)運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)雜志，1999,18(2):111-115.[54]常蕓.耐力訓(xùn)練后心臟肌球蛋白輕鏈MLC-2的表達(dá)[J].中國(guó)運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)雜志，2000,19(2):132-134.

[55]李凌.DNA芯片技術(shù)研究進(jìn)展[J].中國(guó)生物化學(xué)與分子生物學(xué)報(bào)，2000,16(2):151-155.