abc Arquivos Brasileiros de Cardiologia Arq. Bras. Cardiol. 0066-782X 1678-4170 Sociedade Brasileira de Cardiologia - SBC São Paulo, SP, Brazil C9xrKnjPPkZdstsPcpM5Pxj S0066-782X2012000400005 S0066-782X(12)09800405 10.1590/S0066-782X2012005000029 Artigos Originais A influência do genótipo da ECA sobre a aptidão cardiovascular de jovens do sexo masculino moderadamente ativos Almeida Jeeser Alves Boullosa Daniel Alexandre Pardono Emerson Lima Ricardo Moreno Morais Pâmella Karoline Denadai Benedito Sérgio Souza Vinícius Carolino Nóbrega Otávio Toledo Campbell Carmem Silvia Grubert Simões Herbert Gustavo 04 2012 98 4 315 320 26 08 2011 17 11 2011 10 11 2011 This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

FUNDAMENTO: O gene da enzima conversora de angiotensina (gene ECA) tem sido amplamente estudado em relação a fenótipos de aptidão cardiorrespiratória, contudo a associação do genótipo da ECA com corridas de meia-distância tem sido pouco investigada. OBJETIVO: O presente estudo investigou a possível influência da enzima conversora de angiotensina (ECA) (I/D) sobre a aptidão cardiovascular e o desempenho em corridas de meia-distância por parte de brasileiros jovens do sexo masculino. A validade da previsão de VO2max em relação ao genótipo da ECA também foi analisada. MÉTODOS: Um grupo homogêneo de homens jovens moderadamente ativos foi avaliado em um teste de corrida (V1600 m; m.min-1) e em um teste adicional em esteira ergométrica para a determinação de VO2max. Posteriormente, o [(0,177*V1600m) + 8.101] VO2max real e previsto foi comparado com os genótipos da ECA. RESULTADOS: O VO2max e V1600m registrados para os genótipos DD, ID e II foram 45,6 (1,8); 51,9 (0,8) e 54,4 (1,0) mL.kg-1.min-1 e 211,2 (8,3); 249,1 (4,3) e 258,6 (5,4 ) m.min-1, respectivamente e foram significativamente mais baixos para os genótipos DD (p < 0,05). O VO2max real e previsto não diferiram entre si, apesar do genótipo da ECA, mas o nível de concordância entre os métodos de VO2max real e estimado foi menor para o genótipo DD. CONCLUSÃO: Concluiu-se que existe uma possível associação entre o genótipo da ECA, a aptidão cardiovascular e o desempenho em corridas de média distância de jovens do sexo masculino moderadamente ativos e que a precisão da previsão do VO2max também pode ser dependente do genótipo da ECA dos participantes.

 Enzima conversora de angiotensina polimorfismo I VO2max corrida de média distância 27 03 2012

A influência do genótipo da ECA sobre a aptidão cardiovascular de jovens do sexo masculino moderadamente ativos

Jeeser Alves Almeida; Daniel Alexandre Boullosa; Emerson Pardono; Ricardo Moreno Lima; Pâmella Karoline Morais; Benedito Sérgio Denadai; Vinícius Carolino Souza; Otávio Toledo Nóbrega; Carmem Silvia Grubert Campbell; Herbert Gustavo Simões

IUniversidade Católica de Brasília, Brasília, DF

IIUniversidade de Brasília, Brasília, DF

IIIUniversidade Federal de Sergipe, Aracaju, SE

IVUniversidade Estadual de São Paulo, São Paulo, SP, Brasil

Correspondência

RESUMO

FUNDAMENTO: O gene da enzima conversora de angiotensina (gene ECA) tem sido amplamente estudado em relação a fenótipos de aptidão cardiorrespiratória, contudo a associação do genótipo da ECA com corridas de meia-distância tem sido pouco investigada.

OBJETIVO: O presente estudo investigou a possível influência da enzima conversora de angiotensina (ECA) (I/D) sobre a aptidão cardiovascular e o desempenho em corridas de meia-distância por parte de brasileiros jovens do sexo masculino. A validade da previsão de VO2max em relação ao genótipo da ECA também foi analisada.

MÉTODOS: Um grupo homogêneo de homens jovens moderadamente ativos foi avaliado em um teste de corrida (V1600 m; m.min-1) e em um teste adicional em esteira ergométrica para a determinação de VO2max. Posteriormente, o [(0,177*V1600m) + 8.101] VO2max real e previsto foi comparado com os genótipos da ECA.

RESULTADOS: O VO2max e V1600m registrados para os genótipos DD, ID e II foram 45,6 (1,8); 51,9 (0,8) e 54,4 (1,0) mL.kg-1.min-1 e 211,2 (8,3); 249,1 (4,3) e 258,6 (5,4 ) m.min-1, respectivamente e foram significativamente mais baixos para os genótipos DD (p < 0,05). O VO2max real e previsto não diferiram entre si, apesar do genótipo da ECA, mas o nível de concordância entre os métodos de VO2max real e estimado foi menor para o genótipo DD.

CONCLUSÃO: Concluiu-se que existe uma possível associação entre o genótipo da ECA, a aptidão cardiovascular e o desempenho em corridas de média distância de jovens do sexo masculino moderadamente ativos e que a precisão da previsão do VO2max também pode ser dependente do genótipo da ECA dos participantes.

Palavras-chave: Enzima conversora de angiotensina; polimorfismo I/D; VO2max; corrida de média distância.

Introdução

O gene da enzima conversora de angiotensina I (gene da ECA) tem sido amplamente estudado em relação aos fenótipos de aptidão cardiorrespiratória. Em relação ao polimorfismo de inserção/deleção (I/D) de 287bp, um conjunto de provas associa o alelo D a um condicionamento aeróbico menor1,2 com alguns estudos associando-o a exercícios que exigem força3,4. Por outro lado, o alelo I tem estado relacionado a uma melhor vasodilatação endotélio-dependente5, uma percentagem mais elevada das fibras musculares do tipo I mais eficientes6, sugerindo, portanto, que os portadores do genótipo II apresentariam maior VO2max. No entanto, poucos estudos investigaram a influência do genótipo da ECA no VO2max7-9, que é considerado o padrão ouro para avaliação cardiorrespiratória. Tais autores relataram resultados contraditórios com maior VO2max observado em portadores do genótipo DD9 ou II7, ou nenhum tipo de associação10. Devido ao fato de que esses estudos foram realizados em amostras com diferenças importantes em relação à idade dos participantes, sexo e histórico de prática de exercícios físicos; e em modos diferentes de exercícios, pode-se sugerir que essas diferenças podem estar afetando essas relações1, assim, é necessário o uso de amostras e protocolos homogêneos para minimizar quaisquer diferenças decorrentes de características fenotípicas dos participantes.

Além disso, a associação entre o genótipo da ECA e a corrida de meia distância também tem sido pouco investigada. Existem apenas dois estudos11,12 em que um melhor desempenho em corridas de meia distância foi relatado para os jovens do sexo masculino portadores do genótipo DD. Em ambos os estudos, o VO2max não foi registrada e, assim, a sua influência relativa sobre o desempenho em corridas não pode ser avaliada. Consequentemente, a pesquisa se justifica em relação à influência do genótipo da ECA no VO2max como indicador de aptidão cardiovascular, bem como no desempenho em corridas de meia distância.

Uma vez que a determinação do VO2max normalmente requer instalações laboratoriais, diversas equações preditivas têm sido propostas para sua estimativa a partir de testes de campo práticos e de baixo custo. Recentemente, foi proposta uma atualização da equação preditiva do VO2max a partir de um teste de corrida de 1.600 m em uma coorte de jovens do sexo masculino. Esses autores sugeriram a especificidade das equações preditivas em relação ao sexo, idade e o histórico de prática de exercícios dos participantes. A forte diferença (12%) detectada entre a previsão da equação anterior13 e da equação atual14 sugere que a origem geográfica dos participantes poderia ser outro fator importante. É bem sabido que a frequência de alelos do gene da ECA pode variar dependendo da localização da amostra15, assim, o poder preditivo de uma equação usada em uma população específica pode ser diferente quando aplicado a uma população em que ele tem uma frequência de alelos diferente.

Sendo assim, este estudo investigou a possível influência do genótipo da enzima conversora de angiotensina (ECA) (I/D) sobre a aptidão cardiovascular e desempenho em corridas de meia distância de brasileiros jovens do sexo masculino. A validade da previsão do VO2max em relação ao genótipo da ECA também foi analisada.

Métodos

Cinquenta e sete jovens fisicamente ativos (praticantes de atividade física pelo menos três vezes por semana por 30 min no mínimo) não corredores foram recrutados para este estudo por conveniência. Selecionamos esta amostra por conveniência com base em sugestões anteriores sobre a adequação das amostras homogêneas para as avaliações do desempenho físico em relação ao genótipo1,15.Todos os voluntários foram informados sobre os riscos e benefícios de sua participação no estudo, de modo que eles foram instruídos a assinar um termo de consentimento. Eles foram solicitados a evitar qualquer exercício intenso e abster-se de cafeína e bebidas alcoólicas nas 24 horas anteriores aos testes que foram realizados em ordem aleatória com no mínimo 48 h.

O teste da esteira (Inbramed Millennium Super ATL, Porto Alegre, Brasil) foi realizado a 1,0% de inclinação, com uma velocidade inicial de 6 km·h-1 e incrementos subsequentes de 0,75 km·h-1 a cada minuto até a exaustão voluntária. Gases expirados foram continuamente medidos (Cortex Biophysik, Alemanha) e o VO2max (mL · kg · min-1) registrado foi a média dos valores alcançados durante os 20 últimos antes da exaustão. Além disso, os seguintes critérios das diretrizes da American College of Sports Medicine para determinar o VO2max foram considerados: RER > 1,15; pico de VO2max; RPE > 17; e FC máxima de ± 10 batimentos·min-1 dos valores previstos (FC = 220 - idade)14,16,17.

O teste de corrida de média-distância consistia em uma prova em pista de corrida de 1.600 m feita em condições de termoneutralidade (24ºC ± 1ºC) e ausência de vento18. A velocidade média (m·min-1) do desempenho na corrida foi calculada (V1600m) e, posteriormente, aplicada a uma equação previamente validada: VO2max = (0,177*V1600m) + 8.101.

Em outro dia, o sangue venoso foi coletado para extração de DNA (AccuPrep Genomic DNA Extraction Kit – Bioneer HQ) e o polimorfismo de I/D da ECA foi identificado pela reação em cadeia da polimerase utilizando primers específicos e a eletroforese subsequente, conforme já descrito19.

As variáveis ​​são apresentadas como média (DP na Tabela 1; estatística descritiva e DPM na Tabela 2; estatística inferencial). Todos os parâmetros foram normalmente distribuídos como confirmado por um teste de Kolmogorov-Smirnov. Foi realizada ANOVA com Bonferroni como post hoc para examinar possíveis diferenças entre os grupos. O procedimento de Bland e Altman20 e o coeficiente de correlação intraclasse (CCI) foram utilizados para examinar a concordância e a confiabilidade entre os valores medidos e previstos de VO2max. As relações entre os parâmetros foram determinadas pelo coeficiente de correlação produto-momento de Pearson. O nível de significância foi fixado em p < 0,05.

Resultados

A Tabela 1 mostra as características dos participantes do estudo, que não era uma diferença evidente entre os genótipos. A Tabela 2 apresenta V1600m e valores de VO2max medidos e estimados para os três grupos de genótipos I/D da ECA. O VO2max e V1600m registrados para os genótipos DD, ID e II foram 45,6 (1,8); 51,9 (0,8) e 54,4 (1,0) mL.kg-1.min-1 e 211,2 (8,3); 249,1 (4,3) e 258 (5,4) m.min-1, respectivamente, e foram significativamente mais baixos para os portadores de DD (p < 0,05). Não foram observadas diferenças entre o VO2max estimado e o obtido no teste de esforço cardiopulmonar. Observou-se alta correlação entre o VO2max e V1600m para a amostra total (r = 0,94, p = 0,0001).

Fortes correlações foram detectadas entre o VO2max previsto e medido para todos os grupos de genótipos (DD: 0,89 < ID: 0,99 < II: 0,99; p < 0,05). Os coeficientes de correlação intraclasse (CCI) também foram elevados para todos os genótipos, mas com um valor menor para os portadores de (DD: 0,86 < ID: 0,97 < II: 0,98). Além disso, o gráfico de Bland e Altman20 mostrou concordância menor para os portadores de DD (Figura 1).

Discussão

A principal conclusão deste estudo foi que os valores de VO2max e, portanto, a aptidão cardiovascular de jovens do sexo masculino fisicamente ativos pareceu estar influenciada pelo polimorfismo de I/D do gene da ECA. Observou-se que, para esta amostra homogênea, os portadores de DD apresentaram menores índices de VO2max e desempenho na corrida de 1600m quando comparados com os genótipos II e ID (p < 0,05). Além disso, V1600m e VO2max estiveram altamente correlacionados na amostra total (r = 0,94; p = 0,001), sugerindo uma grande influência do VO2max na capacidade dos participantes em corridas de meia distância.

O achado relativo aos portadores de DD que apresentam menor V1600m e VO2max médios, quando comparados a outros genótipos, é contrário a relatos anteriores11,12 em que os portadores de DD apresentaram os melhores desempenhos dentre uma coorte de jovens bem treinados do sexo masculino em corridas de 2,000-2,400 m. Embora esses resultados possam parecer opostos, vale notar que o nível de aptidão física dos participantes desses estudos anteriores11,12 é maior do que os do presente estudo quando analisamos seus tempos de corrida, com maior velocidade média para maiores distâncias (~285 e 240 m·min-1 para 2.000 e 2.400 m, respectivamente). A este respeito, Roltsch e cols.21 não encontraram nenhuma diferença no VO2max em um exercício de bicicleta entre os genótipos da ECA em um grupo de mulheres jovens, enquanto o oposto foi relatado com mulheres pós-menopáusicas com valores de VO2max significativamente inferiores7. Além disso, o estudo de Zhao e cols.9, que avaliaram um grupo de jovens em um teste ergométrico graduado, revelaram maior VO2max entre os portadores de DD com VO2max significativamente maior em toda a amostra (intervalo de ~ 44-76 mL·kg-1·min-1) quando comparados aos nossos participantes (intervalo de ~ 37-61 mL·kg-1·min-1). Consequentemente, e apesar de qualquer possibilidade de influência étnica ou etária, pode-se sugerir que o genótipo da ECA poderia estar influenciando a corrida de meia distância e o VO2max, dependendo do nível de aptidão física da amostra.

Este aparente paradoxo e os resultados contraditórios apresentados na literatura anterior pode ser devido a diferentes protocolos empregados, tendo em vista que apenas alguns estudos têm considerado a capacidade de corrida para a avaliação de jovens do sexo masculino11,12. Tal fato é importante porque exigências físicas são bastante diferentes, dependendo do ergômetro utilizado (e.g. esteira vs. cicloergômetro). Além disso, a intensidade e o perfil dos exercícios de corrida também podem estar influenciando suas exigências fisiológicas, incluindo fatores tanto metabólicos quanto neuromusculares22,23. A este respeito, Lucía e cols.24 demonstraram que o genótipo DD parecia ser maior em ciclistas de elite, se comparados com os corredores de resistência, provavelmente devido à maior demanda de potência no ciclismo. Além disso, a controvérsia sobre a influência do genótipo da ECA sobre as condições físicas dos atletas de resistência25 poderia ser explicada pelo fato de que o VO2max não é tão importante para o sucesso como outros fatores (economia de corrida, por exemplo) que podem ser influenciados por outros genes. Portanto, dado o número de associações relatadas para cada alelo com diferentes funções fisiológicas antes e depois do treinamento7,8,10,26, pode-se sugerir que as demandas específicas de cada condição de teste podem estar interagindo com o nível de aptidão dos indivíduos, modificando assim a função do genótipo da ECA na aptidão física (i.e. VO2max) e o desempenho subsequente (i.e. corrida de meia distância). Tendo em vista que nós recrutamos uma amostra muito homogênea de jovens do sexo masculino fisicamente ativos, mas não corredores, e pelo fato de os protocolos de corrida terem sido selecionados para a avaliação da potência máxima aeróbica do indivíduo, o presente estudo demonstra uma condição experimental mais controlada para testar adequadamente nossas hipóteses. Além disso, o uso de um protocolo de rampa em esteira permite uma melhor avaliação do VO2max em relação ao cicloergômetro (~10-20% maior na esteira)27 porque a esteira proporciona uma forma comum de estresse fisiológico e o cicloergômetro é limitado, levando a fadiga periférica em diversos indivíduos28.

Além disso, sabe-se que tanto o VO2max e a corrida de longa distância são afetados de um ponto de vista cardiovascular por fatores centrais (por exemplo, débito cardíaco) e fatores periféricos (por exemplo, extração de oxigênio)29, com o primeiro sendo o mais importante. Outro fato que deve ser salientado é que a corrida de resistência também é influenciada por fatores neuromusculares23. Neste sentido, os portadores de II apresentaram: maior diferença máxima arteriovenosa de O2,7 maior porcentagem de fibras musculares tipo I6, e maior vasodilatação endotélio-dependente no estado treinado5; ao passo que os portadores de DD demonstraram: maior potência músculo-esquelética30; e maior hipertrofia ventricular esquerda em soldados militares após um período de treinamento26 e em atletas de elite31. A partir desses estudos anteriores, pode-se sugerir que, enquanto portadores do genótipo II podem apresentar maior função periférica do sistema cardiovascular, portadores do genótipo DD são mais beneficiados pelas centrais neuromusculares e cardíacas. Além disso, os portadores do genótipo DD têm demonstrado grande melhora após programas de treinamento em esforços aeróbico curtos11,12. Isso pode sugerir que o menor desempenho do VO2max em corridas de meia distância dos portadores do genótipo DD em nossa amostra homogênea pode ser revertido com relação a outros genótipos após um programa de treinamento de corrida. Portanto, mais estudos devem ser conduzidos para a avaliação do papel do genótipo da ECA no que diz respeito à aptidão (e.g., indivíduos bem treinados vs. moderadamente treinados) e o nível de intensidade das corridas (e.g. VT1 vs. VO2max), com atenção para as mudanças fisiológicas (i.e. neuromusculares vs. cardiovasculares) que representam esses parâmetros após diferentes regimes de treinamento. No entanto, nosso estudo é o primeiro a demonstrar uma associação inversa significativa entre o VO2max e corrida de meia distância o genótipo DD da ECA em uma amostra homogênea de jovens do sexo masculino fisicamente ativos, não corredores apresentando ~ 50 mL·kg-1·min-1.

Por outro lado, no presente estudo e com uma amostra maior se comparada ao estudo anterior, confirmamos a validade da equação preditiva desenvolvida para uma população semelhante13. Contrariamente à nossa hipótese, a validade dessa equação é independente do genótipo da ECA. Sendo assim, essa equação pode ser aplicada em diferentes localizações geográficas, proporcionando assim uma ferramenta simples e eficiente para a predição do VO2max em jovens fisicamente ativos a partir de um teste de corrida.

Curiosamente, embora aceitável, o nível de concordância entre o VO2max real e o previsto foi menor para o genótipo DD, com excelentes valores detectados para os demais genótipos (Figura 1). A este respeito, deve-se observar também que há maiores valores de DPM para os portadores do genótipo DD quando comparados aos outros grupos (Tabela 2). Não podemos explicar essas diferenças entre os genótipos, que poderiam ser responsáveis por outro fator desconhecido. Surpreendentemente, indivíduos portadores do genótipo DD que apresentaram maior VO2max entre as medidas mostraram menor concordância quando comparados com aqueles de menor VO2max (Figura 1). Talvez isso possa significar que os portadores do genótipo DD têm menor relação entre o desempenho em corridas de meia distância e VO2max do que portadores de outros genótipos para o gene da ECA. No entanto, a validade da equação é justificada em uma população semelhante com tais protocolos. Sugerimos levar este aspecto em consideração ao aplicar esta equação em grandes amostras dessas populações em que o alelo D pode ser super-representado.

Conclusão

Com base nos resultados observados, o polimorfismo clássico de inserção/deleção do gene da ECA tem uma importante associação com a aptidão cardiorrespiratória e o desempenho em corridas de meia distância em jovens do sexo masculino fisicamente ativos com os portadores do genótipo DD apresentando os resultados mais baixos. A precisão da predição do VO2max pode ser ligeiramente mais baixa para os portadores do genótipo DD, mas com validade aceitável. Além disso, o genótipo da ECA pode ser um fator importante a ser levado em conta na determinação/predição do VO2max. Mais estudos são necessários para a avaliação dessas relações em populações semelhantes quanto ao sexo, intensidade de corrida e aptidão física.

Correspondência:

Jeeser Almeida

Qnd 29, casa 05, Pca do Bicalho

72120290 – Taguatinga, DF, Brasil

E-mail:

jeeser@gmail.com

Artigo recebido em 26/08/11; revisado recebido em 10/11/11; aceito em 17/11/11.

Este artigo sofreu alterações por solicitação do editor em Abr/2012 conforme ERRATA publicada abaixo:

No artigo original "A Influência do Genótipo da ECA sobre a Aptidão Cardiovascular de Jovens do Sexo Masculino Moderadamente Ativos" considerar corretas as palavras-chave "Enzima conversora de angiotensina; polimorfismo I/D; VO2max; corrida de média distância".

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BACKGROUND: The angiotensin I-converting enzyme gene (ACE gene) has been broadly studied as for cardiorespiratory fitness phenotypes, but the association of the ACE genotype to middle-distance running has been poorly investigated. OBJECTIVE: This study investigated the possible influence of Angiotensin-Converting Enzyme (ACE) genotype (I/D) on cardiovascular fitness and middle-distance running performance of Brazilian young males. The validity of VO2max to predict the ACE genotype was also analyzed. METHODS: A homogeneous group of moderately active young males were evaluated in a 1,600 m running track test (V1600m; m.min-1) and in an incremental treadmill test for VO2max determination. Subsequently, the actual and the predicted [(0.177*V1600m) + 8.101] VO2max were compared to ACE genotypes. RESULTS: The VO2max and V1600m recorded for DD, ID and II genotypes were 45.6 (1.8); 51.9 (0.8) and 54.4 (1.0) mL.kg-1.min-1 and 211.2 (8.3); 249.1 (4.3) and 258.6 (5.4) m.min-1 respectively, and were significantly lower for DD carriers (p< 0.05). The actual and predicted VO2max did not differ from each other despite ACE genotype, but the agreement between actual and estimated VO2max methods was lower for the DD genotype. CONCLUSION: It was concluded that there is a possible association between ACE genotype, cardiovascular fitness and middle-distance running performance of moderately active young males and that the accuracy of VO2max prediction may also depend on the ACE genotype of the participants.

 Angiotensin-converting enzyme I VO2max middle-distance running

The influence of ACE genotype on cardiovascular fitness of moderately active young men

Jeeser Alves Almeida; Daniel Alexandre Boullosa; Emerson Pardono; Ricardo Moreno Lima; Pâmella Karoline Morais; Benedito Sérgio Denadai; Vinícius Carolino Souza; Otávio Toledo Nóbrega; Carmem Silvia Grubert Campbell; Herbert Gustavo Simões

IUniversidade Católica de Brasília, Brasília, DF

IIUniversidade de Brasília, Brasília, DF

IIIUniversidade Federal de Sergipe, Aracaju, SE

IVUniversidade Estadual de São Paulo, São Paulo, SP, Brazil

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ABSTRACT

BACKGROUND: The angiotensin I-converting enzyme gene (ACE gene) has been broadly studied as for cardiorespiratory fitness phenotypes, but the association of the ACE genotype to middle-distance running has been poorly investigated.

OBJECTIVE: This study investigated the possible influence of Angiotensin-Converting Enzyme (ACE) genotype (I/D) on cardiovascular fitness and middle-distance running performance of Brazilian young males. The validity of VO2max to predict the ACE genotype was also analyzed.

METHODS: A homogeneous group of moderately active young males were evaluated in a 1,600 m running track test (V1600m; m.min-1) and in an incremental treadmill test for VO2max determination. Subsequently, the actual and the predicted [(0.177*V1600m) + 8.101] VO2max were compared to ACE genotypes.

RESULTS: The VO2max and V1600m recorded for DD, ID and II genotypes were 45.6 (1.8); 51.9 (0.8) and 54.4 (1.0) mL.kg-1.min-1 and 211.2 (8.3); 249.1 (4.3) and 258.6 (5.4) m.min-1 respectively, and were significantly lower for DD carriers (p< 0.05). The actual and predicted VO2max did not differ from each other despite ACE genotype, but the agreement between actual and estimated VO2max methods was lower for the DD genotype.

CONCLUSION: It was concluded that there is a possible association between ACE genotype, cardiovascular fitness and middle-distance running performance of moderately active young males and that the accuracy of VO2max prediction may also depend on the ACE genotype of the participants.

Keywords: Angiotensin-converting enzyme; I/D polymorphism; VO2max, middle-distance running.

Introduction

The angiotensin I-converting enzyme gene (ACE gene) has been broadly studied for cardiorespiratory fitness phenotypes. Concerning the 287bp insertion/deletion (I/D) polymorphism, a body of evidence associates the D allele to a lower aerobic fitness1,2 with some studies associating it to power-demanding exercises3,4. In contrast, the I allele has been related to an improved endothelium-dependent vasodilation5, higher percentage of the most efficient type I muscle fibers6, thus suggesting that type II carriers would present higher VO2max. However, few studies have investigated the influence of the ACE genotype on VO2max7-9, which is considered the gold standard for cardiorespiratory evaluation. Such authors have reported contradictory findings with a higher VO2max observed in DD9 or II carriers7, or no relationship reported10. Because those studies were conducted on samples with important differences regarding participants' age, gender, and training background; and under different exercise modes, it may be suggested that these differences could be affecting these relationships1, therefore, it is necessary to use homogeneous samples and protocols to minimize any differences resulting from the phenotypic characteristics of participants.

In addition, the association of the ACE genotype with middle-distance running has been poorly investigated. There are only two studies11,12 in which a higher middle-distance running performance was reported for young male DD carriers. In both studies, the VO2max was not recorded and its relative influence on running performance could not be evaluated. Consequently, further research ensures the influence of ACE genotype on VO2max as a marker of cardiovascular fitness, as well as on middle distance running performance.

Once the VO2max determination usually requires laboratory facilities, various predictive equations have been proposed for its estimation from practical and inexpensive field tests. An update of the predictive equation of VO2max from a 1,600m running test in a cohort of young men has been recently proposed. These authors have suggested the specificity of predictive equations regarding gender, age and the training background of the participants. The strong difference (12%) detected between the prediction of the previous14 and the new equation13 suggests that the geographical origin of participants could be another important factor. It is well known that the allelic frequency of the ACE gene may vary according to the location of the sample15, thus the predictive power of an equation used in a specific population may differ when applied to a population with a different allele frequency.

Thus, this study investigated the possible influence of Angiotensin-Converting Enzyme (ACE) genotype (I/D) on cardiovascular fitness and middle-distance running performance of Brazilian young males. In addition, the validity of VO2max to predict the ACE genotype was also analyzed.

Methods

Fifty-seven physically active young (practitioners of physical activity at least three times a week for at least 30 min) non-runners were recruited for this study for convenience. We selected this sample for convenience based on previous suggestions about the appropriateness of homogeneous samples for the evaluations of physical performance with regard to genotype1,15. All volunteers were informed of the risks and benefits of their participation in the study, so they were instructed to sign a consent form. They were asked to avoid any intense exercise and to abstain from caffeine and alcohol beverages in the 24 hours preceding the tests, which were performed in random order with a minimum of 48h.

The treadmill test (Inbramed Millenium Super ATL, Porto Alegre, Brazil) was performed at 1% inclination, with an initial speed of 6 km·h-1 and subsequent increments of 0.75 km·h-1 every minute until volitional exhaustion. Expired gases were continuously measured (Cortex Biophysik, Germany) and the VO2max (mL·kg·min-1) recorded was the mean of the values reached during the last 20 seconds before exhaustion. Additionally, the following criteria of the American College of Sports Medicine guidelines to determine VO2max were considered: RER > 1.15; VO2max plateau; RPE > 17; and maximal HR within ± 10 beats·min-1 of predicted values (HR = 220 – age)14,16,17.

The middle-distance running test consisted in an all-out 1,600m running track test conducted under thermoneutral conditions (24ºC ±1ºC) and absence of wind18. The mean speed (m·min-1) from the running performance was calculated (V1600m) and subsequently applied to a previously validated equation: VO2max = (0.177*V1600m) + 8.101.

On a different day, whole venous blood was drawn for DNA extraction (AccuPrep Genomic DNA Extraction Kit – Bioneer HQ) and the ACE I/D polymorphism was identified by polymerase chain reaction using specific primers and subsequent electrophoresis as described elsewhere19.

The variables are shown as mean (SD in table 1; descriptive statistical and SEM in table 2; inferential statistics). All parameters were normally distributed as confirmed by a Kolmogorov-Smirnov test. ANOVA with Bonferroni as a post hoc was conducted to examine possible differences among the groups. The Bland and Altman20 procedure and the intraclass correlation coefficient (ICC) were used to examine agreement and reliability between measured and predicted VO2max values. Relationships among parameters were determined by Pearson product moment correlation coefficient. Significance level was set at p < 0.05.

Results

Table 1 shows the characteristics of participants, though with no evident difference between genotypes. Table 2 presents V1600m and both measured and estimated VO2max values for the three ACE I/D genotype groups. The recorded VO2max and V1600m for DD, ID and II genotypes were 45.6 (1.8); 51.9 (0.8) and 54.4 (1.0) mL.kg-1.min-1 and 211.2 (8.3); 249.1 (4.3) and 258 (5.4) m.min-1 respectively and were significantly lower for DD carriers (P< 0.05). No differences were observed between the estimated VO2max and that obtained in the cardiopulmonary exercise test. A high correlation was exhibited between VO2max and V1600m for the whole sample (r=0.94; P= 0.0001).

Strong correlations were detected between predicted and measured VO2max for all genotype groups (DD: 0.89 < ID: 0.99 < II: 0.99; P<0.05). The ICCs were also high for all the genotypes but with a lower value for the DD carriers (DD: 0.86 < ID: 0.97 < II: 0.98). Moreover, the Bland and Altman20 plot showed a lower agreement for the DD carriers (Fig. 1).

Discussion

The main finding of this study was that VO2max values and thus the cardiovascular fitness of physically active young males seemed to be influenced by the I/D polymorphism of the ACE gene. It was observed that, for this homogenous sample studied, the DD carriers presented both a lower VO2max and 1600m running performance compared to II and ID genotypes (p < 0.05). Also, V1600m and VO2max were highly correlated in the whole sample (r = 0.94; p = 0.001) suggesting a great influence of VO2max in participants' middle-distance running ability.

The finding of DD carriers showing a lower mean V1600m and VO2max compared to other genotypes is inconsistent with previous reports11,12 in which the DD carriers were the best performers of a cohort of young well-trained men in 2,000-2,400m running tests. Although these results may seem opposite, it may be worth noting that the fitness level of the participants of these previous studies11,12 is higher than those of the current study as for their running times, with a higher mean velocity for longer running distances (~285 and 240 m·min-1 for 2.000 and 2.400 m, respectively). In this regard, Roltsch et al21 did not find any difference in VO2max in a cycling exercise among ACE genotypes in a group of young women, while the opposite was reported with post-menopausal women with significant lower VO2max values7. Furthermore, the study by Zhao et al9 that evaluated a group of young men in a treadmill graded test, revealed a higher VO2max of DD carriers with a significantly higher VO2max of the whole sample (range ~ 44-76 mL·kg-1·min-1) compared to our participants (range ~ 37-61 mL·kg-1·min-1). Consequently, and despite any possible ethnic or age influence, it may be suggested that the ACE genotype could be influencing middle-distance running and VO2max depending on the fitness level of the sample.

This apparent paradox and the contradictory findings in previous literature can be due to the different protocols employed as only a very few studies have considered field running ability for evaluation of young men11,12. This is important as physical demands are quite different depending on the ergometer employed (e.g. treadmill vs. cycle ergometer). Moreover, the intensity and the profile of the running exercises could be also influencing their physiological demands, including both metabolic and neuromuscular factors22,23. In this regard, Lucía et al24 have shown that the DD genotype seemed to be higher in elite cyclists compared with endurance runners, probably because of the higher power demands of cycling. Furthermore, the controversy about the influence of the ACE genotype on the endurance athlete status25 could be explained by the fact that VO2max is not so important for success as other factors (e.g. running economy) that could be influenced by other genes. Therefore, given the number of associations reported for every allele with different physiological functions before and after training7,8,10,26, it may be suggested that the specific demands of every testing condition could be interacting with the individuals' fitness level thus modifying the role of the ACE genotype on physical fitness (i.e. VO2max) and subsequent performance (i.e. middle-distance running). Since we recruited a very homogeneous sample of young male physically active non runners, and because the running protocols were selected for the evaluation of individuals' maximum aerobic power, this study demonstrates a more controlled experimental condition for testing our hypotheses properly. In addition, the use of a ramp protocol on a treadmill allows a better assessment of VO2max compared to cycle ergometer (~10-20% higher in the treadmill)27 because the treadmill provides a common form of physiological stress and the cycle ergometer is limited leading to a peripheral fatigue in many individuals28.

Besides this, it is well known that both VO2max and distance running are affected from a cardiovascular point of view by both central (e.g. cardiac output) and peripheral factors (e.g. oxygen extraction)29, with the former being more important. Moreover, it should be pointed out that endurance running is also influenced by neuromuscular factors23. In this regard, the II carriers presented: higher maximal arterio-venous O2 difference7, higher percentage of type I muscle fibers6, and larger endothelium-dependent vasodilation in the trained state5; whereas the DD carriers have demonstrated: larger skeletal muscle power30; and a greater left ventricular hypertrophy in military recruits after a training period26 and in elite athletes31. From these previous studies, it may be suggested that while II carriers may present a greater peripheral function of the cardiovascular system, DD carriers are more benefited from neuromuscular and cardiac central adaptations. Furthermore, DD carriers have demonstrated a larger improvement after training programs in short aerobic efforts11,12. This may suggest that lower VO2max and middle-distance running performance of DD carriers of our homogeneous sample could be reversed with respect to the other genotypes after a running training program. Therefore, more studies should be conducted to evaluate the role of the ACE genotype with regard to fitness status (e.g. well-trained vs. moderately trained individuals) and level running intensities (e.g. VT1 vs. VO2max) with attention to physiological changes (i.e. neuromuscular vs. cardiovascular) accounting for such parameters after different training regimes. Nevertheless, our study is the first to report a significant inverse association among VO2max and middle-distance running with the ACE DD genotype in a homogeneous sample of physically active young male non runners exhibiting ~ 50 mL·kg-1·min-1.

On the other hand, in this study, with a greater sample compared to the previous report, we have confirmed the validity of the predictive equation developed for a similar population13. Contrary to our hypothesis, the validity of this equation is independent of the ACE genotype. Consequently, this equation may be applied in different geographical locations, thus providing a simple and efficient tool for VO2max prediction in young physically active men from a field running test. Interestingly, although acceptable, consistency between the actual and predicted VO2max was lower for the DD genotype with excellent values detected for the other genotypes (Fig. 1). In this regard, it should also be noted that there are greater SEM values for the DD carriers compared to the other groups (Table 2). We cannot explain these differences among genotypes that could be accounting for another unknown factor. Interestingly, individuals carrying the DD genotype that presented a higher VO2max between measurements showed lower consistency compared to those of smaller VO2max (Fig. 1). Perhaps this may mean that the carriers of the DD genotype have a lower relationship between performance in middle distance running and VO2max than carriers of other genotypes for ACE gene. Nevertheless, the validity of the equation is ensured in a similar population with such protocols. We suggest taking this aspect into consideration when applying this equation in great samples of those populations in which the D allele could be overrepresented.

Conclusion

Based on the results observed, the classic insertion/deletion polymorphism of the ACE gene has an important association with cardiorespiratory fitness and middle distance running performance in physically active young males with DD genotype carriers exhibiting lower results. The accuracy of VO2max prediction may be slightly lower for DD carriers but with acceptable validity. Additionally, the ACE genotype may be an important factor to be taken into account in the determination/prediction of VO2max. Further studies are required for the assessment of these relationships in similar populations regarding gender, running intensity and fitness status.

References