運動基因與運動能力的體現

最新 08-22

8月18日，第18屆亞運會在印度尼西亞雅加達開幕。我們大家都期待各國運動員有優異的表現。

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每當在賽場上看到博爾特的驚人速度、菲爾普斯游泳時曼妙的身姿，和林丹的矯健身手時，我們不禁思考到底是什麼因素在推動這些頂尖運動員不斷突破人類極限（突破人類運動極限水平的腦神經理論解釋）。

長時間系統訓練和比賽固然重要，讓運動員掌握專項運動技巧，提高各種體能，提升心理素質和腦功能，克服困難和壓力，以及充分發揮臨場運動水平的能力。

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然而，我們更常想到的是「天分」的作用。「天分」，顧名思義就是個人與生俱來的遺傳能力或潛能，多受到基因的控制。人類的生理特徵（如身高和四肢長度）和機制（如代謝）無不受到基因的影響。由此可見，基因與運動能力有著一定關係。

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既然有基因可以控制身體特徵，那是否也有單個基因能控制運動能力？答案是否定的。運動能力涵蓋多種能力（如爆發力、速度和耐力），與生理過程（如供氧和能量轉化）有關，涉及眾多生理機制。因此，運動能力受多基因影響，而不同運動項目的優勢基因也不盡相同。

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ACE和ACTN3基因是兩個最常研究的運動相關基因。血管緊張素轉化酶（angiotensin-convertingenzyme，ACE）催化血管緊張素I轉化為血管緊張素II和使緩激肽（bradykinin）失活，其作用為刺激血管收縮、血壓升高和增強心肌收縮（Ostrander, Huson, & Ostrander, 2009）。

基於366個研究結果的元分析顯示，相較D等位基因攜帶者，ACE基因II基因型與較佳的運動能力有關（OR=1.23），特別是耐力運動（OR=1.35）（Ma et al., 2013）。這顯示，特定ACE基因型（II）與各項運動能力有顯著關係。α-輔肌動蛋白3 （alpha-actinin-3，ACTN3）能固定肌動蛋白。

由於ACTN3隻在快肌纖維表達，因此被認為與力量和爆發力緊密相關。基於88個研究結果的元分析顯示，總的來說，ACTN3基因與運動能力之間的關係不顯著（OR=1.03）。但是，ACTN3基因RR基因型與爆發力有顯著關係（OR=1.21）（Ma et al., 2013）。

最近一個元分析也證實了ACTN3基因與力量型運動水平有著顯著關係（Weyerstra?, Stewart, Wesselius, & Zeegers, 2018）。除ACE和ACTN3基因外，還有很多基因與運動能力有關，但由於對它們的研究較少，難以綜合結果得出結論。

基因技術的潛在應用

目前，大部分國家主要以行為指標篩選未來運動人才（例如結合身高，體型，以及主觀和客觀的運動能力評估方法）。這些指標包括跑步速度、柔韌性和力量，以及專項技術能力等。這些篩選方法的優點在於，施測方法簡單，對施測者技術和器具要求不高，成本較低。

而其弊端在於，它只能測量個體在測試時的運動能力，無法了解個體的發展潛能。在運動世界中，不少頂尖運動員都屬於大器晚成型，他們的潛能都是在運動生涯較後期才能得到最大程度的體現。通過基因測序方法，我們能找出攜帶優勢基因的運動員，根據其特點加以培養，充分發揮他們的潛能。

除了生理表現外，學習能力也是篩選運動員的一個重點。目前的基因研究主要探討與生理/行為表現的關係，我們對基因與學習能力之間的關係所知甚少（尤其是技能學習能力）。同時對運動員的腦功能研究，專項運動訓練的效果，和腦功能與運動基因的關係的研究也不夠。運動基因是否與優秀運動員的特殊腦功能有直接或間接的關係呢？

同一訓練能對不同個體產生不同效果，有些個體能更快更好的習得某項技能。如果我們能找出與技能學習有關的基因，我們就能找出較容易出成績的未來運動員。另外，基因信息也能幫助我們制定訓練內容，從而達到最佳訓練效果。

近年，基因編輯技術日漸成熟，體育界也開始思考相關的倫理和道德問題。通過基因編輯技術，沒有優勢基因的運動員可把非優勢基因替換掉，達到提升運動能力的目的。由於其安全和倫理問題，世界反興奮劑機構在2018年發布指引，明確禁止使用基因編輯技術增強競技能力，但如何檢測運動員是否曾經使用基因編輯技術則還不明確。

基因技術的局限性

攜帶特定基因的運動員有著先天優勢，但不一定保證運動員能達到頂尖競技水平。以NBA為例，雖然高個子運動員有著先天優勢，但頂尖運動員中也不乏個子較小的。基因與後天因素相輔相成，後天因素會影響基因的表達。

例如，基因A與速度有關。假如基因A攜帶者經常久坐，腿部肌肉則會萎縮，基因A的速度特點則得不到發揮。這顯示，優勢基因與合適的後天因素缺一不可。由此可見，科學的專項技術訓練方法，體適能訓練，和腦適能訓練是保證運動員發揮才能的基本條件。

現有的研究多是橫向研究，主要比較頂尖運動員和一般運動員/非運動員之間的基因差異，難以得出因果關係，我們只能得出某基因與運動水平有關的結論，而不能證明某基因與運動能力之間的因果關係。這類結果對運動員篩選有一定幫助，但對於了解當中機制則幫助有限。

另外，基因也不能很好解釋高水平運動員間的能力差異。這代表什麼？這意味著我們能通過基因區分市級與國家級運動員。但在如奧運會般高水平的賽事中，基因差異並非影響名次的絕對性因素。另外，不同族群的基因有著一定差異，國外的研究結果不一定能直接在我國應用。

目前有關運動基因的研究多集中在基因與體能或生理過程的關係上。然而，頂尖的運動水平還需要腦適能訓練和高級認知能力。

例如在足球運動中，頂尖的中場球員需要有高度的創造能力和「閱讀球賽能力」。「閱讀球賽能力」是一個足球術語，意思為根據賽場上球員站位/跑位和比賽形勢，在短時間內調整戰術、踢球節奏和傳球方式。

運動員還要將自己的理解能力和判斷結果「付諸於行動」，也就是我們經常說的「執行功能」。這些能力與高級認知能力緊密相關。相較生理上的差別，認知能力上的差異可更好解釋頂尖遠動員間的成績差異。然而，目前對這個課題的基因研究十分缺乏。

腦適能訓練是動作控制和學習領域的研究成果和應用。腦適能訓練可以提高動作效率，預防運動損傷，降低身體疼痛，激發訓練動機。

這些功效對於運動員和健身人群都是必要的。請關注我們的腦適能訓練公眾號文章。

參考文獻

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.

Weyerstra?, 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/陳承宇，嚴進洪）