Genetic and environmental sources of variation in physical fitness

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Abstract
The technique of path analysis was used to assess inherited and environmental variance components in physical fitness indicators measured in 1630 subjects from 375 families of French descent living in the greater Québec city area. For that purpose, submaximal power output (PWC150/kg), muscular endurance, muscular strength, reaction time and movement time were evaluated during a visit of the family to the laboratory. Inter-class correlations in various types of relatives were computed from scores adjusted for linear and non-linear effects of age and sex by a regression procedure (Y = age + sex + (age × sex) + age2). Correlations were then used in the path analytic BETA model which allows the partition of transmissible variance (t2) into genetic (h2) and cultural (b2) components. Results indicated that t2 accounted for 18% (movement time) to 63% (muscular strength) of the phenotypic variance. The contribution of genetic factors was found to be negligible for PWC150/kg and movement time, and accounted for about 20% of the phenotypic variance for reaction time and muscular endurance and 30% for muscular strength, while non-transmissible variance (1 − t2) accounted for 37% (muscular strength) to 82% (movement time) of the phenotypic variance. These results suggest that biological variation observed in the physical fitness level of a healthy population is mainly associated with non-transmissible environmental factors and that the contribution of heredity is moderate and clearly lower than previously reported. Die Technik der Pfadanalyse wurde benutzt, um die Varianzanteile des Erbes und der Umwelt bei Indikatoren der physischen Fitness einzuschätzen, die bei 1630 Probanden von 375 Familien französischer Abstammung der größeren Region Québec gemessen wurden. Zu diesem Zweck wurden während des Besuchs der Familien im Labor sub-maximale Kraftleistung (PWC150/kg), muskuläre Ausdauer, muskuläre Stärke, Reaktionszeit und Bewegungszeit bestimmt. Die Interklass-Korrelationen verschiedener Typen von Verwandtschaft wurden aus Werten errechnet, die durch eine Regressionsprozedur auf lineare und nicht-lineare Wirkungen von Alter und Geschlecht korrigiert wurden (Y = Alter + Geschlecht + (Alter × Geschlecht) + Alter2). Die Korrelationen wurden dann in BETA-Modell der Pfadanalyse verwendet, was die Aufteilung der übertragbaren Varianz (t2) in den genetischen (h2) und kulturellen (b2) Bestandteil erlaubt. Die Ergebnisse zeigten, daß t2 18% (Bewegungszeit) bis 63% (Muskelstärke) der phänotypischen Varianz erklärt. Der Beitrag des genetischen Faktors stellte sich bei PWC150/kg und Bewegungszeit als vernachlässigbar heraus, und er betrug etwa 20% der phänotypischen Varianz bei Reaktionszeit und muskulärer Ausdauer und 30% bei Muskelstärke, während die nicht-übertragbare Varianz (1−t2) 37% (Muskelstärke) bis 82% (Bewegungszeit) der phänotypischen Varianz betrug. Diese Ergebnisse legen nahe, daß die biologische Variation, die beim Stand der physischen Fitness einer gesundern Bevölkerung beobachtet wird, hauptsächlich verknüpft ist mit nicht-übertragbaren Umweltfaktoren, und daß der Beitrag des Erbes nur mäßig ist und klar niedriger liegt, als früher berichtet. La technique de l'analyse de piste a été utilisée pour préciser les composants héréditaires et environnementaux de la variance d'indicateurs d'aptitude physique, mesurés chez 1630 sujets de 375 familles d'origine française, vivant dans l'aire urbaine de la ville de Québec (Canada). Dans ce but, la dépense d'énergie sous-maximum (PWC150/Kg), l'endurance et la force musculaire, le temps de réaction et de mouvement, ont été évalués lors dúne visite de la famille au laboratoire. Les corrélations entre diverses classes de parents ont été calculées `a partir des résultats ajustés pour les effets linéaires et non linéaires de l'ˆage et du sexe, par voie de régression (y = ˆage + sexe + (ˆage. sexe) + age2). Les corrélations ont alors été introduites dans l'analyse de piste de mod`ele BETA, qui permet le fractionnement de la variance transmissible (t2) en composants génétique (h2) et culturel (b2). Les résultats indiquent que t2 rend compte de 18% (temps de mouvement) et de 63% (force musculaire) de la variance phénotypique. La contribution des facteurs génétiques parait négligeable pour PWC150/Kg et pour le temps de mouvement, elle représente 20% de la variance phénotypique du temps de réaction et de l'endurance musculaire et 30% de celle de la force musculaire, tandis que la variance non transmissible (1 − t2) rend compte de 37% (force musculaire) et de 82% (temps de mouvement) de la variance phénotypique. Ces résultats sugg`erent que la variation biologique observée dans l'aptitude physique d'une population saine, est principalement associée aux facteurs environnementaux non transmissibles et que la contribution de l'hérédité est modérée et nettement plus faible que décrite auparavant.

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