Педиатрия: национальное руководство, том 1

Глава 10. Митохондриальные болезни

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Митохондриальные болезни — большая гетерогенная группа наследственных заболеваний и патологических состояний, обусловленных нарушениями структуры, функций митохондрий и тканевого дыхания. По данным зарубежных исследователей, частота этих заболеваний у новорождённых составляет 1:5000.

КОД ПО МКБ-10

Нарушения обмена веществ, класс IV, Е70-Е90.

Изучение природы этих патологических состояний было начато в 1962 г., когда группа исследователей описала больную 30 лет с нетиреоидным гиперметаболизмом, мышечной слабостью и высоким уровнем основного обмена. Было высказано предположение о связи этих изменений с нарушением процессов окислительного фосфорилирования в митохондриях мышечной ткани. В 1988 г. другие учёные впервые сообщили об обнаружении мутации в митохондриальной ДНК (мтДНК) у больных с миопатией и оптической нейропатией. Спустя 10 лет были найдены мутации ядерных генов, кодирующих комплексы дыхательной цепи у детей раннего возраста. Таким образом, сформировалось новое направление в структуре детских болезней — митохондриальная патология, митохондриальные миопатии, митохондриальные энцефаломиопатии.

Митохондрии — внутриклеточные органеллы, присутствующие в виде нескольких сотен копий во всех клетках (кроме эритроцитов) и продуцирующие АТФ. Длина митохондрии 1,5 мкм, ширина 0,5 мкм. Их обновление происходит непрерывно на протяжении всего клеточного цикла. Органелла имеет 2 мембраны — внешнюю и внутреннюю. От внутренней мембраны внутрь отходят складки, называемые кристами. Внутреннее пространство заполняет матрикс — основное гомогенное или тонкозернистое вещество клетки. В нём содержатся кольцевая молекула ДНК, специфические РНК, гранулы солей кальция и магния. На внутренней мембране фиксированы ферменты, участвующие в окислительном фосфорилировании (комплекс цитохромов Ь, с, а и аЗ) и переносе электронов. Это энергопреобразующая мембрана, которая превращает химическую энергию окисления субстратов в энергию, которая накапливается в виде АТФ, креатинфосфата и др. На наружной мембране сосредоточены ферменты, участвующие в транспорте и окислении жирных кислот. Митохондрии способны к самовоспроизведению.

Основная функция митохондрий — аэробное биологическое окисление (тканевое дыхание с использованием клеткой кислорода) — система использования энергии органических веществ с поэтапным её высвобождением в клетке. В процессе тканевого дыхания происходит последовательный перенос ионов водорода (протонов) и электронов через различные соединения (акцепторы и доноры) на кислород.

В процессе катаболизма аминокислот, углеводов, жиров, глицерола образуются углекислый газ, вода, ацетил-коэнзим А, пируват, оксалоацетат, кетоглутарат, которые затем вступают в цикл Кребса. Образовавшиеся ионы водорода акцептируются адениннуклеотидами — адениновыми (NAD+и флавиновыми (FAD+нуклеотидами. Восстановленные коферменты NADH и FADH окисляются в дыхательной цепи, которая представлена 5 дыхательными комплексами.

В процессе переноса электронов накапливается энергия в виде АТФ, креатин- фосфата и других макроэргических соединений.

Дыхательная цепь представлена 5 белковыми комплексами, которые осуществляют весь сложный процесс биологического окисления (табл. 10-1):

• 1-й комплекс — NADH-убихинон-редуктаза (этот комплекс состоит из 25 полипетидов, синтез 6 из которых кодируется мтДНК);

• 2-й комплекс — сукцинат-убихинон-оксидоредуктаза (состоит из 5-6 полипептидов, включая сукцинатдегидрогеназу, кодируется только мтДНК);

• 3-й комплекс — цитохром С-оксидоредуктаза (переносит электроны от коэн- зима на комплекс 4, состоит из 9-10 белков, синтез одного из них кодируется мтДНК);

• 4-й комплекс — цитохромоксидаза [состоит из 2 цитохромов (а и аЗ), кодируется мтДНК];

• 5-й комплекс — митохондриальная Н+-АТФаза (состоит из 12-14 субъединиц, осуществляет синтез АТФ).

Таблица 10-1. Субъединицы электронно-транспортной цепи митохондрий

Электронно-транспортные комплексы

Ингибиторы

Количество субъединиц, кодируемых

мтДНК

яДНК

Комплекс 1 (NADH: убихинон-оксидо- редуктаза)

Ротенон

7

34 (варьирует)

Компекс 2 (сукцинат-убихинон- оксидоредуктаза)

-

0

4

Компекс 3 (убихинол: ферроцитохром С оксидоредуктаза или цитохром bс1 комплекс)

Антимицин

1

10

Компекс 4 (ферроцитохром С: о-оксидоредуктаза или цитохром С оксидаза )

Цианиды

3

10

Компекс 5 (АТФ-синтаза)

Олигомицин

2

11 или 12

Кроме того, электроны 4 жирных кислот, подвергающихся (β-окислению, переносит электронпереносящий белок.

В митохондриях осуществляется ещё один важный процесс — (β-окисление жирных кислот, в результате которого образуется ацетил-КоА и эфиры карнитина. В каждом цикле окисления жирных кислот происходят 4 энзиматические реакции.

Первый этап обеспечивают ацил-КоА-дегидрогеназы (коротко-, средне- и длинноцепочечные) и 2 переносчика электронов.

В 1963 г. было установлено, что митохондрии имеют собственный уникальный геном, наследуемый по материнской линии. Он представлен единственной небольшой кольцевой хромосомой длиной 16 569 п.н., кодирующей 2 рибосомальные РНК, 22 транспортные РНК и 13 субъединиц ферментных комплексов электроннотранспортной цепи (семь из них относятся к комплексу 1, один — к комплексу 3, три — к комплексу 4, два — к комплексу 5). Большинство митохондриальных белков, участвующих в процессах окислительного фосфорилирования (около 70), кодируются ядерной ДНК и лишь 2% (13 полипетидов) синтезируются в митохондриальном матриксе под контролем структурных генов.

Строение и функционирование мтДНК отличается от ядерного генома. Во-первых, она не содержит интронов, что обеспечивает высокую плотность генов по сравнению с ядерной ДНК. Во-вторых, большинство мРНК не содержит 5*-3’- нетранслируемые последовательности. В-третьих, мтДНК имеет D-петлю, которая представляет собой её регуляторную область. Репликация представляет собой двухступенчатый процесс. Выявлены также отличия генетического кода мтДНК от ядерной. Особо следует отметить, что существует большое число копий первой. Каждая митохондрия содержит от 2 до 10 копий и более. Учитывая тот факт, что клетки могут иметь в своём составе сотни и тысячи митохондрий, возможно существование до 10 тыс. копий мтДНК. Она весьма чувствительна к мутациям и в настоящее время идентифицировано 3 типа таких изменений: точковые мутации белков, кодирующих мтДНК-гены (mit-мутации), точковые мутации мтДНК- тРНК-генов (syn-мутации) и крупные перестройки мтДНК (р-мутации).

В норме весь клеточный генотип митохондриального генома идентичен (гомоплазмия), однако при возникновении мутаций часть генома остаётся идентичной, а другая — изменённой. Такое явление называется гетероплазмией. Проявление мутантного гена происходит тогда, когда количество мутаций достигает определённого критического уровня (порога), после чего наступает нарушение процессов клеточной биоэнергетики. Это объясняет то, что при минимальных нарушениях в первую очередь будут страдать наиболее энергозависмые органы и ткани (нервная система, головной мозг, глаза, мышцы).

КЛАССИФИКАЦИЯ

Единой классификации митохондриальных заболеваний не существует из-за неопределённости вклада мутаций ядерного генома в их этиологию и патогенез. Существующие классификации основаны на 2 принципах: участии мутантного белка в реакциях окислительного фосфорилирования и кодируется ли мутантный белок митохондриальной или ядерной ДНК.

На основании двойственности кодирования митохондриальных белков процессов тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования (ядерного и сугубо митохондриального) по этиологическому принципу выделяют 3 группы наследственных болезней.

• Митохондриальные болезни, обусловленные генными мутациями ядерной ДНК:

❖ дефекты транспортных субстратов;

❖ дефекты субстратов утилизации;

❖ дефекты ферментов цикла Кребса;

❖ нарушение окислительного фосфорилирования;

❖ нарушения в дыхательной цепи;

❖ дефекты импортации белков.

• Митохондриальные болезни, в основе которых лежат мутации митохондриальной ДНК:

❖ спорадические мутации;

❖ точковые мутации структурных генов;

❖ точковые мутации синтетических генов.

• Митохондриальные болезни, связанные с нарушением межгеномных сигнальных эффектов:

❖ множественные делеции митохондриальной ДНК, но наследуемые по аутосомно-доминантному типу;

❖ деплеции (уменьшение количества) митохондриальной ДНК, наследуемые по аутосомно-рецессивному типу.

Выделяют также приобретённые митохондриальные болезни, связанные с воздействием токсинов, лекарств, старения.

К настоящему времени достаточно хорошо изучен патогенез митохондриальных болезней. В виде схемы его можно представить поэтапно следующим образом: транспорт субстратов, их окисление, цикл Кребса, функционирование дыхательной цепи, сопряжение тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования. Транспорт субстратов осуществляется с помощью специальных транспортных белков — транслоказ, которые переносят дикарбоновые кислоты, АТФ, АДФ, ионы кальция, глутамат и др. Основные субстраты митохондрий — пируват и жирные кислоты, транспорт которых обеспечивает карнитин-пальмитоил-трансфераза и карнитин.

Окисление субстратов происходит при участии ферментов пируватдегидроге- назного комплекса, состоящего из 3 ферментов: пируватдегидрогеназы, липоат- ацетилтрансферазы и липоамид-дегидрогеназы с образованием ацетил-КоА, который включается в цикл Кребса. Утилизация жирных кислот происходит поэтапно в процессе β-окисления. В ходе этих реакций образующиеся электроны переносятся в дыхательную цепь митохондрий. Полное разложение пирувата осуществляется в цикле Кребса, в результате которого образуются молекулы NAD и FAD, передающие свои электроны в дыхательную цепь. Последнюю образуют 5 мультиферментных комплексов, 4 из которых осуществляют транспорт электронов, а пятый катализирует синтез АТФ. Комплекс дыхательной цепи находится под двойным контролем ядерного и митохондриального геномов.

С позиций патогенеза можно выделить 3 основные группы митохондриальных заболеваний.

• Болезни процессов окислительного фосфорилирования.

• Болезни [3-окисления жирных кислот.

• Дефекты метаболизма пирувата и цикла Кребса.

С точки зрения ведущего биохимического дефекта митохондриальные болезни подразделяются на следующие группы.

• Дефекты транспорта субстратов.

❖ Дефицит монокарбокситранслоказы.

❖ Нарушение транспорта карнитин-ацилкарнитина (первичная мышечная недостаточность карнитина, системная недостаточность карнитина, смешанные формы дефицита карнитина, вторичная карнитиновая недостаточность, недостаточность карнитпальмитоилтрансферазы 1 и 2, комбинированная недостаточность карнитина и карнитин-пальмитоилтрансферазы).

• Дефекты утилизации субстратов.

❖ Дефекты окисления пирувата:

- недостаточность пируватдекарбоксилазы;

- недостаточность дигидролипоилтрансацетилазы;

- недостаточность дигидролипоилдегидрогеназы;

- недостаточность пируватдегидрогеназы;

- недостаточность пируваткарбоксилазы;

- недостаточность карнитин-ацетилтрансферазы.

Дефекты метаболизма свободных жирных кислот: дефекты р-окисления жирных кислот.

• Дефекты дыхательной цепи.

❖ Дефекты NADH: KoQ-редуктазного комплекса (с нормальным уровнем карнитина и с карнитиновой недостаточностью).

❖ Дефекты KoQ цитохром b, c1 -редуктазного комплекса (недостаточность KoQ-ІО, недостаточность Fe-S-протеинов, недостаточность цитохрома Ь, комбинированная недостаточность цитохромов и c1).

❖ Недостаточность цитохрома а, а3.

❖ Недостаточность цитохрома а, а3 и b.

• Дефекты накопления и передачи энергии.

❖ Нарушения окислительного фосфорилирования с гиперметаболизмом (болезнь Люфта).

❖ Нарушения окислительного фосфорилирования без гиперметаболизма.

❖ Недостаточность митохондриальной АТФазы.

❖ Недостаточность адениннуклеотидтранслоказы.

В настоящее время принята классификация по этиологическому принципу с выделением в каждой группе нескольких подгрупп заболеваний. Она наиболее обоснованна.

ДИАГНОСТИКА

Оценка характера наследования и манифестации клинических признаков митохондриальных заболеваний

В связи с тем что миотохондриальные болезни в ряде случаев могут быть обусловлены повреждением ядерного генома, передача заболевания будет соответствовать менделевским законам наследования. В тех же случаях, когда развитие болезни обусловлено мутациями митохондриальной ДНК, наследование будет соответствовать митохондриальному типу, то есть передаваться по материнской линии. Наконец, когда патология развивается при одновременном повреждении генов ядерного и митохондриального геномов, наследование будет носить сложный характер и определяться различными факторами. В связи с этим при генеалогическом анализе по формальному признаку (характеру наследования по родословной) можно констатировать самые разные типы наследования: аутосомно-доминантный, аутосомно-рецессивный, Х-сцепленный, митохондриальный.

Развитие таких миотохондриальных болезней, как нарушение обмена пировиноградной кислоты или β-окисления жирных кислот, цикла Кребса, связано с мутациями генов ядерного генома. Для этих патологий характерен аутосомно- рецессивный путь наследования, когда родители — носители мутаций (гетерозиготы), а ребёнок — носитель обеих унаследованных мутаций, полученных от отца и матери (гомозигота). Родители, как правило, внешне здоровы, а аналогичное заболевание или его микропризнаки следует искать у братьев и сестёр больного ребёнка (сибсов пробанда) и у родственников по линии как матери, так и отца (у двоюродных братьев и сестёр).

В случае рецессивного, сцепленного с Х-хромосомой типа наследования (например, неонатальная форма глутаровой ацидурии II типа или дефицит субъединицы E1 пировиноградного комплекса, болезнь Менкеса и др.) болеют чаще мальчики, а матери выступают носителями мутаций и передают их своим сыновьям. Материнское наследование отличается от Х-сцепленного поражением лиц обоего пола. В этих случаях при анализе родословной необходимо анализировать заболеваемость у мужчин, так как у женщин оно не будет проявляться. В родословной не прослеживается передача заболевания по линии отец-сын, так как отец может передать сыну только Y-хромосому.

При развитии заболевания в связи с повреждением генома митохондрий (например, ряд болезней дыхательной цепи, оптической нейропатии Лебера, синдромы MELAS, MERF, NARP и др.) прослеживается материнское наследование, так как митохондрии ребёнок наследует от матери, а она может передавать их как мальчикам, так и девочкам. Таким образом, лица обоего пола поражаются в равной степени. В связи с этим в родословной следует проследить передачу болезни по линии матери.

При анализе родословной и поиске симптомов митохондриальных болезней у родственников следует помнить, что степень выраженности заболевания (экспрессивность признака) может широко варьировать, что может быть связано с различным количеством повреждённых митохондрий, характером их повреждений, различным распределением мутаций по клеткам и т.д. Так, не всегда можно обнаружить явные признаки болезней. В ряде случаев выявляют либо отдельные, стёртые симптомы, либо признаки, которые могут быть обнаружены при их целенаправленном поиске.

Развитие митохондриальной патологии может быть связано с повреждением крупных участков митохондрий, так называемых микроделеций (например, синдром Кернса-Сейра, синдром Пирсона, некоторые формы сахарного диабета с глухотой, прогрессирующая наружная офтальмоплегия и др.). В этих случаях часто не находят характерные симптомы у родственников, так как развитие болезней связано с возникновением новых мутаций, произошедших в зиготе сразу после оплодотворения яйцеклетки (мутация de novo). Заболевание носит спорадический характер. Зачастую вместе с этими болезнями по аутосомно-доминантному типу наследуется ряд состояний, связанных с множественными мутациями митохондриальной ДНК: например, некоторые формы энцефаломиопатии, миопатии с поражением глаз, несмотря на наличие мутаций мтДНК (множественные делеции), имеют аутосомно-доминантный тип наследования.

Однако в отличие от менделевского аутосомно-доминантный тип наследования при митохондриальной патологии отличается большим количеством поражённых лиц в последующих поколениях.

Наконец, некоторые митохондриальные болезни, связанные часто с деплецией митохондрий мтДНК или их отсутствием в клетках, могут наследоваться по аутосомно-рецессивному типу. К ним относят врождённые формы миопатий, кардиомиопатии, нейродистресс-синдром, лактат-ацидоз, поражение печени и др.

Изучение характера наследственной передачи заболевания имеет важное значение для медико-генетического прогноза и требует глубокого анализа клинических признаков со знанием механизмов формирования митохондриальной патологии и типов её наследования.

Манифестация клинических проявлений широко варьирует от первых дней жизни до взрослого периода. При анализе данного показателя нужно учитывать нозологические формы, так как каждая из них имеет определённый возраст дебюта.

Обменные нарушения, наблюдающиеся при митохондриальных болезнях, носят в подавляющем большинстве случаев прогрессирующий характер. Начальные симптомы часто маловыражены, в последующем прогрессируют и могут приводить к значительным инвалидизирующим расстройствам. Редкие формы патологии, такие как доброкачественная младенческая миопатия и некоторые формы оптической нейропатии Лебера, могут носить благоприятный характер и подвергаться обратному развитию.

Клинико-биохимический полиморфизм

Митохондриальные заболевания характеризуются выраженным разнообразием клинических проявлений. Поскольку самые энергозависимые системы — мышечная и нервная системы, они поражаются в первую очередь, поэтому развиваются наиболее характерные признаки.

• Симптомы поражения мышечной системы: миопатический синдром и мышечная гипотония — слабость и атрофия мышц, снижение мышечного тонуса, мышечные боли и спазмы (крампи), у детей развиваются нарушения мышечной деятельности (после физических нагрузок могут появиться боли и слабость в мышцах, головная боль и рвота).

• Симптомы поражения нервной системы: задержка психомоторного развития, регресс приобретённых навыков, различные типы судорог (тонико-клонические, миоклонические), респираторный или нейродистресс-синдромы (периодические апноэ и тахипноэ), повторные коматозные состояния, сопровождающиеся ацидозом крови и увеличением концентрации кетоновых тел, нарушение походки (мозжечковая атаксия), у детей старшего возраста инсультоподобные эпизоды, головные боли, головокружение, периферические нейропатии, атетоз.

• Симптомы поражения органов чувств: органа зрения (глазодвигательные расстройства (птоз, наружная офтальмоплегия); атрофия зрительных нервов, пигментная дегенерация сетчатки, катаракта, помутнение роговицы: у детей старшего возраста — гемианопсия (дефект поля зрения), органа слуха (ней- росенсорная глухота или снижение слуха).

• Симптомы поражения внутренних органов и систем.

❖ Сердца: кардиомиопатия (дилятационная или гипетрофическая кардиомиопатия). различные блокады сердца (поражение проводящей системы сердца).

❖ Печени: гепатомегалия или увеличение печени с нарушением её функций вплоть до развития печёночной недостаточности.

❖ Почек: тубулярные расстройства по типу синдрома Де-Тони-Дебре- Фанкони (повышенная экскреция глюкозы, аминокислот и фосфатов).

❖ ЖКТ: повторные приступы рвоты, диарея с дисфункцией поджелудочной железы; целиакоподобный синдром.

❖ Системы крови: панцитопения, макроцитарная анехмия.

❖ Эндокринной системы: задержка роста, нарушение полового развития, гипогликемия, сахарный и несахарный диабет, гипоталамо-гипофизарный синдром с дефицитом СТГ, дисфункция щитовидной железы, гипотиреоз, гиперпаратиреоз, гиперальдостеронизм.

Таким образом, при митохондриальной патологии в патологический процесс вовлекается большое число органов и систехМ, Опыт показывает, что среди клинических симптомов наибольшее значение имеют плохая переносимость мышечной нагрузки, нарушение движения глаз (птоз, офтальмоплегия), кардиомиопатия, инсультоподобные приступы, пигментный ретинит. Появление этих признаков требует проведения углублённого обследования с использованием лабораторных методов для исключения митохондриальной патологии.

При лабораторном исследовании обращают внимание на характерные признаки митохондриальных болезней:

• наличие ацидоза;

• повышенные уровни лактата и пирувата в крови, увеличение индекса лактат/ пируват более 15, особенно усиливающиеся при нагрузке глюкозой или физическими упражнениями;

• гиперкетонемию;

• гипогликемию;

• гипераммониемию;

• повышение концентрации ацетоацетата и 3-оксибутирата;

• увеличение соотношения 3-гидроксимасляной кислоты/ацетоуксусной кислоты в крови;

• повышенное содержание аминокислот в крови и моче (аланина, глутамина, глутаминовой кислоты, валина, лейцина, изолейцина);

• повышенные уровни жирных кислот в крови;

• гиперэкскрецию органических кислот с мочой;

• снижение уровня карнитина в крови;

• увеличение содержания миоглобина в биологических жидкостях;

• снижение активности митохондриальных ферментов в миоцитах и фибробластах.

Диагностическая ценность этих показателей выше при пищевой нагрузке, чем натощак. На практике хорошо зарекомендовал себя диагностический тест; определение лактата в крови на фоне нагрузки глюкозой, что позволяет более отчётливо выявить несостоятельность дыхательной цепи на дополнительную нагрузку глюкозой.

Для лабораторной диагностики митохондриальной дисфункции и её конкретных нозологических форм недостаточно обычных, рутинных биохимических методов исследования, необходимо проведение специальных тестов. Особенно удобно проводить анализ активности ферментов в биоптатах скелетных мышц, чем в других тканях. Возможно определение активности ферментов дыхательной цепи, особенно цитрат-синтетазы, сукцинатдегидрогеназы и цитохром С-оксидазы.

Данные морфологических и молекулярно-генетических исследований

Морфологическим исследованиям при диагностике митохондриальной патологии придают особое значение. В силу большой информативной значимости часто требуются проведение биопсии мышечной ткани и гистохимическое исследование полученных биоптатов. Важная информация может быть получена при одновременном исследовании материала с помощью световой и электронной микроскопии.

Один из важных маркёров митохондриальных болезней — феномен «рваных» красных волокон [феномен RRF (ragged, red fibres)], установленный в 1963 г. Он связан с образованием вследствие пролиферации и очагового скопления генетически изменённых аномальных митохондрий по краю мышечного волокна. Этот феномен выявляют при световой микроскопии с использованием специальной окраски Гомори, однако в последние годы для этого используют различные митохондриальные маркёры и разнообразные иммунологические методы.

К другим морфологическим признакам митохондриальной патологии относят:

• резкое увеличение размеров митохондрий;

• накопление гликогена, липидов и конгломератов кальция в субсарколеммах;

• снижение активности митохондриальных ферментов;

• нарушенное распределение гранул активности ферментов сукцинатдегидрогеназы (СДГ), НАДН-оксидоредуктазы, цитохром С-оксидазы и др.

У больных с митохондриальными болезнями при световой микроскопии мышечной ткани можно выявить неспецифические морфологические признаки: локальные некрозы мышечных волокон, накопление саркоплазменных масс, наличие лизиса субсарколеммальных участков саркоплазмы, базофилию саркоплазмы, повышенное количество мышечных ядер, активацию процессов регенерации и др.

Исследование роли феномена «рваных» красных волокон показало его значение для диагностики таких состояний, как синдромы MELAS, MERRF, Кернса-Сейра, хронической прогрессирующей офтальмоплегии и других, связанных с мутациями мтДНК. Этот феномен может развиваться при других болезнях: миодистрофии Дюшена, дерматомиозитах, миотонической дистрофии, приёме лекарственных препаратов (клофибрат) и других патологических состояниях. Таким образом, наряду с первичными митохондриальными болезнями феномен RRF может сопровождать вторичные митохондриальные дисфункции.

В настоящее время широкое распространение получило гистохимическое и электронно-микроскопическое исследование мышечной ткани для выявления признаков митохондриальной недостаточности. В ряде случаев они помогают диагностике, особенно при нормальной морфологической картине мышечной ткани по данным световой микроскопии.

Электронно-микроскопические признаки — обнаружение пролиферации митохондрий, нарушение их формы и размеров, дезорганизация и увеличение крист, скопление аномальных митохондрий под сарколеммой, накопление липидных и аномальных паракристаллических (главным образом состоящих из белка) или осмофильных включений, локализующихся между внутренней и наружной мембранами или в пределах крист, шаровидные скопления, часто располагающиеся в матриксе (состоящие главным образом из триглицеридов) и др.

У отдельных больных можно обнаружить цитохимические нарушения в лейкоцитах.

Комплекс биохимических и морфологических исследований дополняется современными методами молекулярной диагностики (выявлением ядерных или митохондриальных мутаций), которые выполняют в специализированных лабораториях ДНК-диагностики. При митохондриальных болезнях выявляют разнообразные типы мутаций: точковые, делеции, дупликации, количественные аномалии ДНК и др.

При отсутствии мутаций в мтДНК, если подозревают митохондриальную патологию, проводят исследование ядерной ДНК.

Критерии диагностики

Выделяют 2 группы критериев диагностики митохондриальных болезней.

Основные критерии диагностики (первая группа).

• Клинические:

❖ установленные диагнозы: синдромы MERRF, MELAS, NARP, MNGIE, Пирсона, нейропатия Лебера, болезни Лея, Альперса;

❖ наличие 2 или комбинация следующих признаков:

- мультисистемного поражения, патогномоничного для болезней дыхательной цепи;

- прогрессирующего течения с эпизодами экзацеребрации или наличия митохондриальных мутаций в семье;

- исключения метаболических и других заболеваний проведением соответствующих тестов.

• Гистологические — обнаружение феномена RRF более чем в 2% мышечной ткани.

• Энзиматические:

❖ цитохром С-оксидазонегативные волокна;

❖ снижение активности энзимов комплекса дыхательной цепи (<20% нормы в ткани, <30% в клетках или нескольких тканях).

• Функциональные — снижение синтеза АТФ в фибробластах более 3 стандартных отклонений.

• Молекулярно-генетические — патогенетически значимые мутации ядерной или мтДНК.

Дополнительные критерии диагностики (вторая группа).

• Клинические — неспецифические симптомы, встречающиеся при болезнях дыхательной цепи (мертворождение, снижение двигательной активности плода, ранняя неонатальная смерть, двигательные расстройства, нарушение развития, нарушение мышечного тонуса в неонатальном периоде).

• Гистологические — малый процент феномена RRF, субсарколеммальное накопление митохондрий или их аномалий.

• Энзиматические — низкая активность ферментов дыхательного комплекса (20-30% нормы в ткани, 30-40% — в клетках или клеточных линиях).

• Функциональные — снижение синтеза АТФ в фибробластах на 2-3 стандартных отклонения или отсутствие роста фибробластов в среде с галактозой.

• Молекулярно-генетические — обнаружение мутаций ядерной или мтДНК с предположительной патогенетической связью.

• Метаболические — обнаружение одного или более метаболитов, указывающих на нарушение клеточной биоэнергетики.

ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ЛЕЧЕНИЯ

До настоящего времени эффективное лечение митохондриальных болезней остаётся нерешённой проблемой. Это связано с несколькими факторами: трудностями ранней диагностики, малой изученностью отдельных звеньев патогенеза болезней, редкостью некоторых форм патологии, тяжестью состояния больных в связи с мультисистемностью поражения, что затрудняет оценку проводимого лечения, отсутствием единого взгляда на критерии эффективности терапии. Пути медикаментозной коррекции базируются на достигнутых знаниях патогенеза отдельных форм митохондриальных болезней.

Патогенез митохондриальных заболеваний, обусловленных дефектами дыхательной цепи, связан в основном с дефицитом ферментных комплексов, нарушением структурных и транспортных белков митохондрий. Это приводит к глубокому расстройству всей системы тканевого дыхания, накоплению недоокисленных продуктов метаболизма, лактат-ацидозу, нарушению процессов перекисного окисления липидов, дефициту карнитина, коэнзима Q-10 и др. В связи с этим основные лечебные мероприятия направлены на оптимизацию процессов биологического окисления и тканевого дыхания и коррекцию дефицита отдельных метаболитов, развивающегося при митохондриальных дисфункциях.

Комплексное лечение больных с этими патологиями в настоящее время базируется на следующих принципах:

• ограничении легкоусваяемых углеводов в диете больных (до 10 г/кг массы тела);

• использовании корректоров активного переноса электронов в дыхательной цепи;

• введении кофакторов энзимных реакций, протекающих в клетках;

• предупреждении прогрессирования повреждений митохондрий;

• ликвидации лактат-ацидоза;

• устранении дефицита карнитина;

• назначении антиоксидантов;

• использовании симптоматических средств;

• предупреждении вторичных митохондриальных дисфункций.

Комплекс медикаментозных средств, направленных на коррекцию митохондриальных нарушений, включает, главным образом, 4 группы лекарственных препаратов:

• 1-я группа — средства, направленные на активацию переноса электронов дыхательной цепи:

❖ коэнзим Q-10 — 30-60 мг/сут в течение 2 мес (4-5 мг/кг в сут в 2 приёма);

❖ кудесан — 30-150 мг/сут (курс - 2 мес) 2-3 курса в год. Поддерживающая доза — 15-30 мг/сут (во флаконе 20 мл; 1 мл содержит 30 мг коэнзима Q-10 и 4,5 мг витамина Е);

❖ янтарная кислота — 8-10 мг/кг в сут в течение 2 мес (3 дня приём, 2 дня перерыв), до 6 г/сут при дефиците дыхательного комплекса 1 и дефиците пируватдегидрогеназного комплекса.

• 2-я группа — средства кофакторной терапии (средняя продолжительность курса — 1 мес):

❖ никотинамид — 20-30 мг/сут;

❖ рибофлавин — 20-30 мг/сут (3-20 мг/кг в сут в 4 приёма);

❖ тиамин — 20-30 мг/сут (25-100 мг/кг в сут);

❖ тиоктовая кислота — 100-200 мг/сут (5-50 мг/сут);

❖ биотин — 5 мг/сут (в тяжёлых случаях до 20 мг/сут).

• 3-я группа — корректоры нарушенного обмена жирных кислот;

❖ 20% раствор левокарнитина — 30-50 мг/кг в сут в течение 3-4 мес (принимать до еды, разбавив жидкостью, 1 ч.л. соответствует 1,0); левокарнитин - 25-100 мг/кг в сут в 4 приёма.

• 4-я группа — средства, направленные на предупреждение кислороднорадикального повреждения митохондриальных мембран (приём в течение 3-4 нед):

❖ аскорбиновая кислота — 200-500 мг/сут;

❖ витамин Е — 50-300 мг/сут.

Для коррекции лактат-ацидоза используют димефосфон* — 30 мг/кг (1 мес), дихлорацетат — 15 мг/кг в сут в 3 приёма (повышается риск развития нейропатии при длительном приёме вследствие дефицита тиамина) или 2-хлорпропионат.

При необходимости используют методы симптоматического лечения: ИВЛ, гемотрансфузию, перитонеальный диализ и др.

Лицам с митохондриальными болезнями необходимо избегать длительных перерывов в приёме пищи, нагрузки углеводами. Кетогенную диету назначают при дефекте пируватдегидрогеназы и дефекте комплекса 1, следует также избегать избыточных физических нагрузок. Необходимо проводить лечение присоединившихся инфекций. Важно помнить об отрицательном влиянии на функционирование систем биоэнергетики ряда медикаментов (барбитуратов, препаратов вальпроевой кислоты, хлорамфеникола, тетрациклина и др.), назначать которые следует индивидуально. При наличии судорожного синдрома показаны противосудорожные средства (препараты вальпроевой кислоты по 30 мг/кг в сут, клоназепам и др.), однако необходимо учитывать их отрицательное побочное влияние на митохондриальные функции.

Продолжительность курса лечения колеблется от 2 до 4 мес, его повторяют 2-3 раза в год.

Особенности назначения комплексного лечения в зависимости от нозологической принадлежности основных групп заболеваний представлены в табл. 10-2.

Таблица 10-2. Дифференцированная тактика лечения отдельных форм митохондриальных заболеваний

Нозологические формы

Комплексное лечение

Митохондриальные болезни, в основе которых лежат мутации митохондриальной ДНК

Синдром Кернса-Сейра — прогрессирующая наружная офтальмоплегия

Диета со сниженным количеством углеводов (до 10 г/кг в сут)

Левокарнитин — 20% раствор 30-50 мг/кг в сут

Коэнзим Q-10 — 4-5 мг/кг в сут в 2 приёма (90-200 мг/сут)

Димефоефон* — 30 мг/кг в сут

Аскорбиновая кислота — 300-500 мг/сут

Витамин Е — 10% раствор 300-500 мг/сут

Синдром Пирсона

Диета со сниженным количеством углеводов (до 10 г/кг в сут)

Левокарнитин — 20% раствор 20-30 мг/кг в сут

Коэнзим Q-10 — 50-100 мг/сут

Димефоефон* — 30 мг/кг в сут

Аскорбиновая кислота — 300-500 мг/сут

Витамин Е — 10% раствор 300-500 мг/сут

Синдром MERRF

Диета со сниженным количеством углеводов (до 10 г/кг в сут)

Левокарнитин — 20% раствор 50-75 мг/кг в сут

Левокарнитин — 25-100 мг/кг в сут в 4 приёма

Коэнзим Q-10 — 90-300 мг/сут

Никотинамид — до 500 мг/сут

Рибофлавин — 100 мг/сут

Димефосфон* — 30 мг/кг в сут

Аскорбиновая кислота — до 2 г/сут

Витамин Е — 10% раствор 300-500 мг/сут

Синдром MELAS (митохондриальная энцефалопатия, лактат-ацидоз, инсультоподобные эпизоды)

Диета со сниженным количеством углеводов (до 10 г/кг в сут)

Левокарнитин — 50-75 мг/кг в сут

Коэнзим Q-10 — 4-5 мг/кг в сут в 2 приёма (90-300 мг/сут)

Янтарная кислота — 10 мг/кг

Никотинамид — до 500 мг/сут

Рибофлавин — 100 мг/сут

Димефосфон* — 30 мг/кг в сут

Аскорбиновая кислота — до 2 г/сут

Витамин Е — 10% раствор 300-500 мг/сут

Синдром NARP (нейропатия, атаксия, пигментный ретинит)

Левокарнитин — 20% раствор 50-75 мг/кг в сут Коэнзим Q-10 — 90-300 мг/сут Янтарная кислота — 10 мг/кг Аскорбиновая кислота — до 2 г/сут Витамин Е — 10% раствор 300-500 мг/сут

Митохондриальные болезни, связанные с мутациями ядерной ДНК

Дефицит пируватдегидрогеназного комплекса

Кетогенная диета с повышенным содержанием жиров (до 60-75% калорийности суточного рациона)

Тиамин — 25-100 мг/кг в сут (50-200 мг/сут) Тиоктовая кислота — 5-50 мг/сут (до 100-500 мг/сут) Димефоефон* — 30 мг/кг в сут Янтарная кислота — до 6 г/сут

Дефицит пируваткарбоксилазы

Кетогенная диета с повышенным содержанием жиров (до 75% калорийности суточного рациона)

Биотин — 10 мг/сут (в тяжёлых случаях до 20 мг/сут) Димефоефон* — 30 мг/кг в сут

Подострая некротизирующая энцефаломи- опатия Лея/дефицит пируваткарбоксилазы

Кетогенная диета с повышенным содержанием жиров (до 75% калорийности суточного рациона)

Биотин — 10 мг/сут ( в тяжёлых случаях до 20 мг/сут) Димефоефон* — 30 мг/кг в сут

Дефицит фумаразы

Диета, обогащённая углеводами; частое кормление Коэнзим Q-10 — 60-90 мг/сут Цитохром С — 4,0 в/м или в/в № 10

Глутаровая ацидурия 2-го типа

Диета со сниженным содержанием жиров (до 15% суточного рациона) и белков (до 20%). обогащённая углеводами (до 60-70% суточного рациона)

Левокарнитин — 75-100 мг/кг в сут

Рибофлавин — 3-20 мг/кг в сут в 4 приёма (до 100-150 мг/сут)

Дефицит ацил-КоА-дегидрогеназы жирных кислот с длинной, короткой и средней углеродной цепью

Диета со сниженным содержанием жиров (до 15-20% суточного рациона), обогащённая углеводами (до 60-70% суточного рациона)

Рибофлавин — 3-20 мг/кг в сут в 4 приёма (до 25-50 мг/сут) Левокарнитин — 20% раствор до 100 мг/кг в сут

Клинико-генетические характеристики основных классов митохондриальных заболеваний и методы их лечения

БОЛЕЗНИ, ОБУСЛОВЛЕННЫЕ МУТАЦИЯМИ В МИТОХОНДРИАЛЬНОМ ГЕНОМЕ

Для митохондриально наследуемых болезней характерны следующие признаки.

• Материнский тип наследования. Все митохондрии человек наследует от матери. Митохондрии, находящиеся в сперматозоидах, необходимы для энергетического обеспечения процесса проникновения в яйцеклетку. Мать может передать мутантные митохондрии своим детям обоего пола.

• Феномен гетероплазмии. Клетки больного содержат мутантные и нормальные митохондрии, распределение которых при клеточном делении происходит случайно.

• Зависимость тяжести клинических проявлений от характера повреждения генома, распределения содержания мутантной ДНК в клетке и энергетической потребности различных органов и тканей [по чувствительности к недостатку энергообеспечения органы можно расположить так (в порядке убывания): ЦНС, скелетные мышцы, сердечная мышца, почки, печень, органы эндокринной системы].

• Тяжесть митохондриальных болезней прогрессирует с возрастом, что объясняют увеличением числа спонтанно возникающих мутаций в мтДНК в процессе старения организма.

• Высокая частота спорадических случаев. Скорость мутирования митохондриальной ДНК в 6-17 раз выше, чем ядерной, что обусловливает высокую частоту спорадических случаев митохондриальных заболеваний и определяет значительную роль мутаций в возникновении хронических прогрессирующих и дегенеративных болезней. Установлено, что одна из причин возникновения биоэнергетической недостаточности и слабости сердечной мышцы у людей старше 24 лет — мутации в первую очередь делеции в митохондриальном геноме.

Основные группы митохондриально наследуемых болезней, синдромов и их ведущие клинические признаки приведены в табл. 10-3.

Таблица 10-3. Основные группы митохондриальных синдромов

Признаки

Митохондриальные синдромы

Кернса-

Сейра

MERRF

MELAS

NARP

LHON

Офтальмоплегия

++++

-

-

-

-

Пигментная дегенерация сетчатки

++++

-

-

++++

++++

Мозжечковая дисфункция

+++

++++

-

+•++

±

Задержка психомоторного развития

++

++

+++

+

-

Миоклонус

-

++++

-

-

-

Судороги

+

+++

++++

++

-

Нейросенсорная глухота

+++

++

+

-

-

Окончание табл. 10-3

Эпизоды корковой слепоты и/или гемипарезы

++++

 

Почечные канальцевые дисфункции

-

-

++

-

-

Кардиомиопатия

++

+

±

±

-

Нарушение сердечной проводимости

++++

-

-

-

+

Задержка роста

+++

-и-

++++

-

-

Сахарный диабет

-

-

+

++

-

Лактат-ацидоз

++

++

+++

±

-

Генный продукт и наиболее частые мутации

Большие

делеции

ТК*

A8344G, T8356C, тРНК (UCN)

472 insC

TL1*

A3243G,

A3251GA3252G,

T3271C,T3291C,

Т3308С,

СОХЗ:Т9957С

АТР6* T8993G, Т8993С, A8344G, Т8356С, G8363A, тРНKG1644T

ND4*

LHON11778

Генеалогический

анамнез

±

+++

++

+++

+ + +

MERRF* — миоклонус-эпилепсия и « рваные» красные волокна.

MELAS* — митохондриальная энцефаломиопатия, лактат-ацидоз, инсультоподобные эпизоды. NARP* — нейрогенная слабость, атаксия, пигментный ретинит.

LHON* — Лебера наследственная офтальмопатия зрительного нерва.

Типы мутаций: митохондриальный ген, ассоциированный с синдромом, и номер нуклеотидной замены. ТК и TL1 — тРKlys и TPKleu(UUR)соответственно.

«+» — наличие признака, «±» — вариабельность признака, «-» — отсутствие признака.

Типы мутаций при основных митохондриальных болезнях и синдромах приведены в табл. 10-4.

Таблица 10-4. Типы мутаций при основных митохондриальных болезнях

Нозологические формы

Типы мутационных изменений

Синдром MELAS

Точковая мутация

Синдром MERRF

Точковая мутация

Синдром NARP

Точковая мутация

Оптическая нейропатия Лебера

Точковая мутация

Нейросенсорная тугоухость

Точковая мутация

Кардиомиопатия

Точковая мутация, делеция

Прогрессирующая наружная офтальмоплегия

Делеция

Синдром Кернса-Сейра

Делеция

Синдром Пирсона

Делеция

   

Сахарный диабет с глухотой

Делеция

Митохондриальная энцефаломиопатия в сочетании с кардиомиопатией, пигментным ретинитом, тугоухостью, дисфункцией почечных канальцев и другими нарушениями

Точковая мутация, делеция, множественные мутации и др.

Синдром Кернса-Сейра

Это заболевание впервые описано в 1958 г. Большинство случаев обусловлено крупными делециями мтДНК протяжённостью 2-10 тыс. п.н. Наиболее рапростра- нена делеция протяжённостью 4977 п.н. Крайне редко встречаются дупликации или точковые мутации.

Большинство случаев заболевания — спорадические, что можно объяснить высокой скоростью мутирования митохондриального генома. Предполагают, что делеции наиболее часто возникают в митохондриях соматических клеток в период раннего эмбрионального развития. Почти в 50% случаев больные имеют наряду с этой мутацией дупликацию D-петли, унаследованную от матери. Аномально слившиеся в результате делеции гены могут транскрибироваться, но не способны к трансляции и, следовательно, развивается дефицит кодируемых белков.

Клиническая картина. Заболевание манифестирует в возрасте 4-20 лет и включает триаду симптомов:

• офтальмоплегию с птозом верхнего века и ограничением движений глазных яблок;

• прогрессирующую слабость мышц проксимальных отделов конечностей;

• пигментную дегенерацию сетчатки.

По мере прогрессирования заболевания присоединяются другие симптомы: поражения сердца (нарушение ритма, атриовентрикулярная блокада, расширение полости желудочков), органа слуха (нейросенсорная глухота), органа зрения (атрофия зрительного нерва), снижается интеллект. Больные умирают от сердечно-сосудистой недостаточности спустя 10-20 лет после начала заболевания. При лабораторном исследовании выявляют: лактат-ацидоз и повышение 3-гидроксибутирата в крови; при морфологическом исследовании биоптатов мышечной ткани обнаруживают феномен RRF («рваные» мышечные волокна). Диагноз уточняют при молекулярно-генетическом исследовании и выявлении крупной делеции в мтДНК. Однако при анализе полученных данных необходимо принимать во внимание существование гетероплазмии, в клетках периферической крови содержится лишь около 5% мутантной ДНК. Большую информацию можно получить при молекулярно-генетическом анализе биоптатов мышц, в которых содержится до 70% мутантной ДНК митохондрий.

Синдром Пирсона

Заболевание впервые описал Н.А. Pearson в 1979 году. В основе его лежат крупные делеции в митохондриальной ДНК, однако они локализованы преимущественно в митохондриях клеток костного мозга. В большинстве случаев заболевание встречается спорадически.

Клиническая картина. Заболевание дебютирует в первые дни и месяцы ж'изни ребёнка. При этом развиваются тяжёлая злокачественная сидеробластная анемия, иногда панцитопения (угнетение всех ростков костного мозга) и инсулинзависимый сахарный диабет, что связано с фиброзом поджелудочной железы. Ребёнок вял, сонлив, бледен. Характерны диарея, плохая прибавка в весе. Большинство больных погибают в первые 2 года жизни. Однако у тех лиц, которые выжили благодаря частым и интенсивным гемотрансфузиям, спустя несколько лет развивается клиническая картина, напоминающая синдром Кернса-Сейра. Это происходит в результате увеличения содержания мутантной ДНК в мышечных и нервных клетках больного.

Синдром MELAS

Синдром MELAS (Mitochondrial Encephalomyopathy, Lactic Acidosis, Stroke-like episodes, митохондриальная энцефалопатия, лактат-ацидоз, инсультоподобные эпизоды) — заболевание, обусловленное точковыми мутациями в митохондриальной ДНК.

Клиническая картина. Возраст, в котором манифестирует заболевание, широко варьирует от младенческого до взрослого, однако чаще всего первые симптомы появляются в периоде от 5 до 15 лет. Начало болезни часто характеризуется инсультоподобными эпизодами, злокачественными мигренями или задержкой психомоторного развития. Инсульты локализуются чаще в височной, теменной или затылочной областях головного мозга, сопровождаются гемипарезом и имеют тенденцию к быстрому восстановлению. Они обусловлены митохондриальной ангиопатией, характеризующейся избыточной пролиферацией митохондрий в стенках артериол и капилляров сосудов мозга. По мере прогрессирования болезни, на фоне повторных инсультов нарастает неврологическая симптоматика. Присоединяются мышечная слабость, судороги, миоклонии, атаксия и нейросенсорная тугоухость. Иногда развиваются эндокринные расстройства (сахарный диабет, гипофизарный нанизм).

Обследование включает проведение биохимических, морфологических и молекулярно-генетических исследований. Наиболее частая мутация — замена А на в 3243-м положении. В результате инактивируется транскрипционный терминатор, заключённый внутри гена тРНКLeu. Следовательно, в результате однонуклеотидной замены наступает изменение транскрипционного соотношения рРНК и мРНК и снижение эффективности трансляции. На втором месте по частоте стоит мутация Т на С в 3271-м положении мтДНК, приводящая к развитию синдрома MELAS.

Синдром MERRF

Синдром MERRF (Myoclonic Epilepsy with Ragged-Red Fibers, миоклонус-эпилепсия, «рваные» красные волокна) впервые описан в 1980 году. В последующем заболевание выделили в самостоятельную нозологию.

Этиология и патогенез. Синдром обусловлен точковыми мутациями в гене лизиновой тРНК в локусе 8344 и 8356. В результате мутации 8344 снижается аминоацилирование тРНК до 35-50%, уменьшается её содержание и происходит преждевременное завершение трансляции на митохондриальных рибосомах. Эта мутация неспецифичная, её могут определить при других формах поражения нервной системы (например, при миоклонус-миопатии с липомами).

Клиническая картина. Заболевание отличается выраженным клиническим полиморфизмом, включая семейный, и носит прогрессирующий характер. Возраст манифестации значительно варьирует от 3 до 65 лет. Заболевание начинается с повышенной утомляемости при физической нагрузке, появления болей в икроножных мышцах, снижения процессов запоминания и внимания. В развёрнутой стадии развивается миоклонус-эпилепсия, в том числе атаксия и деменция. Миоклонус наблюдают в 85% случаев. Он проявляется в виде двусторонних подёргиваний, количество которых довольно вариабельно. Эпилептический миоклонус часто коррелирует с данными ЭЭГ и ЭМГ. Далее присоединяются атаксия и деменция. Шаткость походки и нарушение выполнения координаторных проб также отличаются широкой вариабельностью. Последовательность появления клинических симптомов при синдроме MERRF может меняться. Судороги наблюдают почти у 70% больных, они часто носят тонико-клонический характер, но могут развиваться парциальные эпилептические пароксизмы. Нейросенсорная тугоухость встречается у 50% больных. Она обусловлена поражением периферического отдела слухового анализатора. Миопатический синдром выражен незначительно. В меньшей степени могут развиваться другие изменения: лактат-ацидоз (23%), атрофия зрительных нервов (22%), сенсорные нарушения, периферические нейропатии, снижение сухожильных рефлексов, очаговые неврологические симптомы и др. Ряд авторов указывают на ключевые диагностические признаки: миоклонус- эпилепсию, атаксию, деменцию в сочетании с нейросенсорной глухотой, нарушением глубокой чувствительности и атрофией зрительных нервов.

Тяжесть заболевания и степень прогрессирования отличаются разнообразием даже в пределах одной семьи.

Диагностика синдрома MERRF основана на данных лабораторных исследований (выраженный лактат-ацидоз в крови, повышение уровней лактата и пирувата в ликворе, снижение активности митохондриальных ферментов в биоптатах мышц), ЭЭГ (дезорганизация базовой активности, генерализованные «полиспайк- волны», диффузные медленные волны по всем отведениям и другие), результатах МРТ головного мозга (диффузная атрофия мозга, изменения белого вещества, иногда кальцификация базальных ганглиев). При исследовании биоптатов мышц выявляют типичные «рваные» красные волокна.

Основные критерии синдрома MERRF:

• митохондриальный тип наследования:

• широкий возрастной диапазон манифестации болезни (3-65 лет);

• сочетание симптомов миоклонуса, атаксии, деменции и нейросенсорной глухоты, атрофии зрительного нерва и нарушений глубокой чувствительности;

• прогрессирующее течение заболевания;

• лактат-ацидоз;

• характерные ЭЭГ-изменения (комплексы «полиспайк-волна»);

• характерные морфологические изменения мышц (в биоптатах скелетных мышц выявляются «рваные» красные волокна).

Дифференциальную диагностику проводят с эпилептическими синдромами, сопровождающимися миоклониями, а также другими митохондриальными болезнями, при которых встречаются отдельные симптомы, входящие в синдром MERRF.

Лечение направлено на коррекцию нарушений энергетического обмена, уменьшение степени лактат-ацидоза, предупреждение повреждений мембран митохондрий свободными радикалами кислорода. С этой целью назначают рибофлавин, никотинамид, цитохром С, коэнзим Q-10, противосудорожные перпараты (производные вальпроевой кислоты, клоназепам и др.).

Синдром NARP

Синдром NARP (Neurogenic weakness, Ataxia, Retinitis Pigmentosa, синдром нейропатии, атаксии, пигментного ретинита) впервые описан в 1990 г. Наследуется по материнскому типу.

Этиология и патогенез. В основе заболевания лежит точковая мутация в локусе 8993 мтДНК, относящаяся к классу мисценс-мутаций, когда происходит замена лейцина на аргинин в субъединице шестой митохондриальной АТФазы. Часто выявляют корреляцию между тяжестью клинических проявлений болезни и количеством аномальных мтДНК (уровнем гетероплазмии).

Клиническая картина. Клинические проявления включают основные симптомы: нейропатию, атаксию, пигментный ретинит. Часто у детей наблюдают задержку нервно-психического развития, спастичность, прогрессирующую деменцию. Однако время манифестации заболевания значительно варьирует (ранний и поздний дебют). Тяжесть колеблется от злокачественных до доброкачественных форм. Течение прогрессирующее.

По данным лабораторных исследований нередко обнаруживают лактат-ацидоз, однако его может и не быть. При морфологическом исследовании мышц иногда встречается феномен «рваных» красных волокон.

Дифференциальную диагностику проводят с состояниями, сопровождающимися атаксией и пигментным ретинитом (оливопонтоцеребеллярные дегенерации, болезнь Рефсума, абеталипопротеинемия).

Синдром Лебера

Синдром Лебера (синдром LHON — Leber's Hereditary Optic Neuropathy), или наследственная атрофия зрительных нервов, описана Т. Leber в 1873 г.

Этиология и патогенез. В основе заболевания лежит точковая мутация мтДНК. Её чаще всего находят в положении 11 778 мтДНК комплекса 1 дыхательной цепи. Она относится к классу мисценс-мутаций, когда происходит замена гистидина на аргинин в структуре дегидрогеназного комплекса 1 дыхательной цепи. Описано также несколько других точковых мутаций мтДНК в разных позициях (3460 с заменой треонина на аланин в субъединице комплекса 1 и в позиции 14 484 с заменой метионина на валин в субъединице 6 комплекса 1 дыхательной цепи). Выделяют и другие, дополнительные мутации.

Клиническая картина. Манифестация заболевания происходит в возрасте от 6 до 62 лет с максимумом в 11-30 лет. Развитие носит острый или подострый характер.

Заболевание начинается с острого снижения зрения на одном глазу, а через 7-8 нед — и на другом. Этот процесс носит прогрессирующий характер, однако полная слепота развивается редко. После периода резкого снижения остроты зрения могут наступить ремиссия и даже улучшение. Страдают в основном центральные поля зрения, нередко со скотомой в центральной части и сохранностью периферических отделов. У части больных одновременно могут отмечаться боли в глазных яблоках при их движении.

Снижение зрения часто сочетается с неврологической симптоматикой: периферической нейропатией, тремором, атаксией, спастическими парезами, умственной отсталостью. При нейропатии нарушается тактильная, вибрационная чувствительность в дистальных отделах конечностей, наблюдается снижение рефлексов (пяточных, ахилловых). Часто у больных обнаруживают костно-суставные нарушения (кифоз, кифосколиоз, арахнодактилию, спондилоэпифизарную дисплазию). Сколиоз наблюдают чаще при мутации 3460. Иногда обнаруживают изменения ЭКГ (удлинение интервала Q-Т, глубокий зубец Q, высокий зубец R).

На глазном дне наблюдают расширение и телеангиэктазию сосудов сетчатки, отёк нейронального слоя сетчатки и диска зрительного нерва, микроангиопатию. При морфологическом исследовании глаз определяют дегенерацию аксонов ганглиозных клеток сетчатки, снижение плотности миелиновых оболочек, разрастание глии.

При исследовании биоптатов мышечных волокон обнаруживают снижение активности кохмплекса 1 дыхательной цепи.

Диагноз подтверждают при обнаружении основных мутаций мтДНК.

Генетическое консультирование затруднено из-за материнского типа наследования. Отдельные эмпирические данные свидетельствуют о высоком риске для двоюродных братьев (40%) и племянников мужского пола (42%).

Дифференциальную диагностику проводят с заболеваниями, сопровождающимися снижением остроты зрения (ретробульбарным невритом, оптикохиазмальным арахноэнцефалитом, краниофарингиомой, лейкодистрофиями).

Синдром множественных делеций митохондриальной ДНК

Синдром множественных делеций митохондриальной ДНК наследуется по законам Менделя, чаще по аутосомно-доминантному типу.

Этиология и патогенез. Для данного заболевания характерно наличие множества делеций нескольких участков мтДНК, приводящих к нарушению структуры и функции ряда митохондриальных генов. Механизм возникновения этих нарушений до конца неясен. Предполагают, что в основе лежат мутации в ядерных регуляторных генах, контролирующих репликацию мтДНК. Мутации в них могут либо облегчить процесс возникновения перестройки мтДНК, либо снижать активность факторов, распознающих или элиминирующих спонтанно возникшие перестройки ДНК. К настоящему времени картировано 3 таких гена, расположенных на хромосомах 10q 23.3-24, Зр14.1-21 или 4q35. Однако пока идентифицирован один ген, который кодирует фермент аденинуклеотидтранслоказу 1, дефицит которой приводит к нарушению обмена аденина и процессов репликации.

Клиническая картина. Заболевание отличается выраженным клиническим полиморфизмом, возникает чаще на 2-3-м десятилетиях жизни. Характеризуется вовлечением в патологический процесс различных систем: нервной, эндокринной, мышечной, зрительной и др. Наиболее часто при этой патологии наблюдают наружную офтальмоплегию (нарушение нормальных движений глазных яблок), генерализованную миопатию, периферическую полинейропатию, поражение слуховых и зрительных нервов, снижение роста и гипопаратиреоз.

В лабораторных исследованиях обнаруживают лактат-ацидоз и феномен RRF в биоптатах мышечной ткани.

МИТОХОНДРИАЛЬНЫЕ БОЛЕЗНИ, ОБУСЛОВЛЕННЫЕ МУТАЦИЯМИ В ЯДЕРНОМ ГЕНОМЕ

По этиологическому принципу выделяют следующие классы болезней, связанные с разнообразными мутациями генов ядерной ДНК:

• болезни, обусловленные мутациями, нарушающими работу электроннотранспортной цепи митохондрий;

• болезни, обусловленные мутациями, нарушающими окислительное фосфорилирование;

• болезни, обусловленные мутациями, вызывающими дефекты ферментов цикла Кребса;

• болезни, обусловленные мутациями, нарушающими утилизацию субстратов;

• болезни, обусловленные мутациями, нарушающими транспорт субстратов.

Нозологические формы и типы наследования митохондриальных болезней, обусловленных мутациями в ядерном геноме, представлены в табл. 10-5.

Таблица 10-5. Митохондриальные болезни, связанные с мутациями ядерной ДНК

Нозологические формы

Типы наследования

Прогрессирующая склерозирующая полидистрофия Альперса

Аутосомно-рецессивный

Фатальная младенческая миопатия

Аутосомно-рецессивный

Доброкачественная младенческая миопатия

Аутосомно-рецессивный

Трихополидистрофия Менкеса

Х-сцепленный рецессивный

Дефицит пируватдегидрогеназного комплекса

Аутосомно-рецессивный Х-сцепленный рецессивный

Дефицит пируваткарбоксилазы

Аутосомно-рецессивный

Подострая некротизирующая энцефаломиопатия Лея '

Аутосомно-рецессивный Х-сцепленный рецессивный

Мионейрогастроинтестинальная энцефалопатия

Аутосомно-рецессивный

Окончание табл. 10-5

Дефицит фумаразы

Аутосомно-рецессивный

Дефицит а-кетоглутаратдегидрогеназного комплекса

Аутосомно-рецессивный

Системный карнитиновый дефицит

Аутосомно- рецессивный

Дефицит карнитинпальмитоилтрансефразы

Аутосомно-рецессивный

Глутаровая ацидурия 2-го типа

Аутосомно-рецессивный Х-сцепленный рецессивный

Дефицит ацил-КоА-дегидрогеназы жирных кислот с длинной, короткой и средней углеродной цепью

Аутосомно-рецессивный

Митохондриальная миопатия (изолированная или в сочетании с энцефалопатией и другими нарушениями)

Аутосомно-рецессивный Х-сцепленный рецессивный

Основные митохондриальные заболевания и синдромы, вызываемые мутациями в ядерном геноме, и их краткие клинические и генетические характеристики представлены в табл. 10-6.

Таблица 10-6. Основные митохондриальные заболевания и синдромы, вызываемые мутациями ДНК ядерного генома

Заболевания и синдромы

Основные клинические признаки

Типы наследования

Локализация

гена

Типы мутаций

Синдром Кернса- Сейра/СРЕО

Офтальмоплегия, мышечная слабость, нейросенсорная глухота, кардиомиопатия, нарушение сердечной проводимости, периферическая нейропатия, атаксия

Аутосомио-

доминантный

или

аутосомио-

рецессивный

10 q23.3-q24.3 Зр14.1-р21.2

Множественные делеции мтДНК

MNGIE

Офтальмоплегия, прогрессирующая лейкодистрофия, деменция, миопатия, периферическая нейропатия, диарея, кишечная псевдо- непроходимость, мальабсорбция

Аутосомио-

рецессивный

22q 13.32-qtei

 

Синдром

Вольфрама

(DIDMOAD-

синдром)

Несахарный диабет, сахарный диабет, атрофия зрительного нерва, глухота

Аутосомно-

рецессивный

4р16

Множественные делеции мтДНК

Синдром Лея

Острая энцефалопатия, прогрессирующая церебральная нейродегенерация, лактат-ацидоз, эпизоды тахипноэ, гипотония, судороги, иногда кардиомиопатия

Аутосомно-

рецессивный

   

HSPRRFM

Прогрессирующая спастическая параплегия

Аутосомно-

рецессивный

16q 24.3

Параплегии

CPE О хроническая прогрессирующая офтальмоплегия (Chrome Progressive External Ophtalmo- plcgia).

MNGIE — мионейрогастроинтестинальные нарушения и энцефалопатия (MyoNeuroGastroIntestinal disoder and Encephalopathy).

HSPRRF - наследственная спастическая параплегия с «рваными» красными волокнами (Hereditary Spastic Paraplegia, Ragged-Red Fiber).

Подострая некротизирующая энцефаломиопатия Лея

О заболевании впервые было упомянуто в 1951 г. К настоящему времени описано более 120 случаев. Болезнь Лея (OMIM 256000) — генетически гетерогенное заболевание, которое может наследоваться как по ядерному типу (аутосомно- рецессивно или сцепленно с Х-хромосомой), так и митохондриально (реже).

Этиология и патогенез. В основе заболевания лежит дефицит ферментов, обеспечивающих образование энергии главным образом за счёт нарушения обмена пировиноградной кислоты и дефекта транспорта электронов в дыхательной цепи. Развивается дефицит пируватдегидрогеназного комплекса (а-Е1-субъединицы), пируваткарбоксилазы, комплекса 1 (НАД-коэнзим Q-редуктаза) и комплекса 4 (цитохромоксидаза) дыхательной цепи.

При этом установлено, что дефекты пируваткарбоксилазы, комплекса 1 (НАД- коэнзим Q-редуктаза) и комплекса 4 (цитохромоксидаза) дыхательной цепи наследуются по аутосомно-рецессивному типу, дефекты пируватдегидрогеназного комплекса (а-Е1-субъединицы) — Х-сцепленно рецессивно. При точковых мутациях мтДНК, которые затрагивают 6-ю субъединицу АТФазы, характерно митохондриальное наследование. Чаще всего происходит мисценс-мутация, связанная с заменой тимина на гуанин или цитозин в положении 8993 мтДНК. Реже встречается мутация в позиции 9176 мтДНК. В связи с тем что мутация T8993G — основной дефект при синдроме NARP, описаны семьи с наличием этих двух заболеваний. У детей описана также мутация мтДНК в позиции 8344, которая встречается при синдроме MERRF.

Предполагают, что в случае накопления мутантной мтДНК в большинстве митохондрий развивается тяжёлое течение синдрома Лея. При митохондриальном генезе этого состояния мутантную мтДНК обнаруживают в 90% всех митохондрий. Патогенез связан с нарушением образования энергии в клетках и развитием лактат-ацидоза.

Клиническая картина. Первые признаки заболевания дебютируют в раннем возрасте (13 года). Однако известны случаи манифестации болезни в 2-недельном и в 6-7-летнем возрасте. Вначале развиваются неспецифические нарушения: задержка психомоторного развития, снижение аппетита, эпизоды рвоты, дефицит массы тела. В последующем нарастают неврологические симптомы: мышечная гипотония или дистония с переходом в гипертонус, приступы мио- клонии или тонико-клонические судороги, тремор конечностей, хореоатетоз, расстройство координации, снижение сухожильных рефлексов, вялость, сонливость. Церебральная нейродегенерация носит прогрессирующий характер. Нарастают симптомы пирамидной и экстрапирамидной недостаточности, нарушается акт глотания. Нередко наблюдают такие изменения органа зрения, как птоз, офтальмоплегия, атрофия зрительных нервов, реже пигментная дегенерация сетчатки. Иногда развиваются гипертрофическая кардиомиопатия, появляются эпизоды тахипноэ.

Редко заболевание протекает по типу острой энцефалопатии. Более характерно хроническое или подострое течение, которое приводит к летальному исходу через несколько лет после начала заболевания. При быстром течении (несколько недель) смерть наступает в результате паралича дыхательного центра.

При биохимическом исследовании крови выявляют лактат-ацидоз вследствие накопления молочной и пировиноградной кислот в крови и ликворе, а также увеличение содержания аланина в крови. Также может быть повышен уровень кетоновых тел. В моче выявляют повышенную экскрецию органических кислот: молочной, фумаровой и др. Часто снижается уровень карнитина в крови и тканях.

По результатам ЭЭГ выявляют фокальные признаки эпилептической активности. По данным МРТ обнаруживают расширение желудочков мозга, двустороннее поражение мозга, кальцификацию базальных ганглиев (хвостатого ядра, скорлупы, чёрной субстанции, бледного шара). Можно также выявить атрофию больших полушарий и вещества мозга.

При морфологическом исследовании обнаруживают грубые изменения вещества мозга: симметричные очаги некроза, демиелинизации и губчатой дегенерации мозга, преимущественно средних отделов, моста, подкорковых узлов, таламуса, зрительного нерва. Гистологическая картина включает кистозное перерождение мозговой ткани, астроцитарный глиоз, гибель нейронов, увеличение количества митохондрий в клетках. В скелетных мышцах — накопление липидных включений, снижение гистохимической реакции на комплексы 1, 4 дыхательной цепи, субсарколеммальное скопление митохондрий, аномальные митохондрии с дезорганизацией крист. Феномен RRF часто не обнаруживают.

Прогрессирующая склерозирующая полиодистрофия Альперса

Прогрессирующая склерозирующая полиодистрофия Альперса (OMIM 203700) впервые описана B.J. Alpers в 1931 г. Популяционная частота пока не установлена. Наследуется по аутосомно-рецессивному типу. Локализация гена не установлена.

В основе заболевания лежит дефицит ферментов энергетического обмена - пируватдекарбоксилазы, комплексов 1, 3 и 4 дыхательной цепи или цитохромов. Патогенез связан с развитием лактат-ацидоза вследствие нарушения процессов клеточной биоэнергетики.

Клиническая картина. Симптомы заболевания развиваются в раннем периоде детства — на 1-2-м году жизни. Болезнь начинается с судорог (парциальных или генерализованных) и миоклонии, устойчивой к противосудорожному лечению. В последующем наблюдают задержку психомоторного и физического развития, потерю ранее приобретённых навыков, мышечную гипотонию, спастические парезы, повышение сухожильных рефлексов, атаксию. Случаются эпизоды рвоты, летаргии, снижения зрения и слуха. Часто развивается гепатомегалия, появляются желтуха, цирроз печени, печёночная недостаточность, которая может привести к гибели детей. Заболевание носит прогрессирующий характер, в 3-4-летнем возрасте такие больные умирают.

Помимо типичных форм выделяют острую неонатальную и позднюю формы заболевания. При неонатальной форме течение приобретает тяжёлый характер сразу после рождения. Отмечают микроцефалию, внутриутробную задержку роста и снижение массы тела, деформацию грудной клетки, ограничение подвижности суставов, микрогнатию, судорожный синдром, затруднение глотания. При поздней форме первые симптомы появляются после 16-18-летнего возраста.

При биохимическом исследовании обнаруживают повышение уровней молочной и пировиноградной кислот, прямого и непрямого билирубина, при поздней диагностике — сниженные уровни альбумина, протромбина и гиперам- мониемию.

По результатам ЭЭГ выявляют высокоамплитудную медленноволновую активность, полиспайки.

По данным МРТ — усиление сигнала на Т2-снимках в области коры головного мозга, затылочных долей и таламуса.

При морфологическом исследовании в ткани мозга определяют генерализованную атрофию мозга, спонгиозную дегенерацию серого вещества, гибель нейронов, астроцитоз. В печени — жировую дистрофию, пролиферацию жёлчных протоков, фиброз или цирроз, некроз гепатоцитов, аномальные митохондрии (по размеру и форме). В биоптатах мышц определяют накопление липидных субстанций, нарушение строения митохондрий. Феномен RRF обнаруживают редко.

Синдром Вольфрама

Синдром Вольфрама (синдром DIDMOAD — Diabetes InsipidusDiabetes Mellitus, Optic Atrophy, Deafness, OMIM 598500) описан впервые D.J. Wolfram и H.P. Wagener в 1938 г. как сочетание ювенильного сахарного диабета и оптической атрофии, которое в последующем было дополнено несахарным диабетом и тугоухостью. К настоящему времени описано около 200 случаев данного заболевания.

Синдром отличается генетической гетерогенностью. Наследуется аутосомно- рецессивно. Ген локализован на хромосоме 4р. Патология связана с нарушением коммуникации ядерного и митохондриального геномов. В мышцах и лимфоцитах 60% больных имеют точковые мутации мтДНК, которые встречаются при нейро- оптической атрофии Лебера. Иногда синдром связан с наличием крупной митохондриальной делеции.

Клиническая картина. Заболевание развивается в раннем детском возрасте (1-8 лет). Начинается оно с появления симптомов сахарного диабета. При этом формируется ювенильный (неаутоиммунный) сахарный диабет в сочетании с атрофией зрительных нервов. В последующем развивается несахарный диабет центрального генеза (дефицит вазопрессина, наблюдается у 70% больных) и тугоухость (у 60%), которая присоединяется после 10-летнего возраста. Вначале происходит снижение слуха на высоких частотах. Заболевание носит прогрессирующий характер.

У половины больных присоединяется неврологическая симптоматика: миоклонус, судороги, атаксия, дизартрия, нистагм. Иногда развиваются аносмия, инсульты, пигментный ретинит, анемия, нейтропения, тромбоцитопения.

При УЗИ почек у 50% выявляют аномалии мочевой системы (гидронефроз, дилатацию мочеточников). По данным МРТ обнаруживают атрофию ствола мозга и мозжечка. Нередко отмечают изменения ЭЭГ и электроретинограммы. При морфологическом исследовании биоптатов мышц феномен RRF часто не определяют. Характерно снижение уровня глутаматдегидрогеназы. Уровень активности ферментов дыхательной цепи в пределах нормы.

Трихополидистрофия Менкеса

Трихополидистрофия Менкеса (болезнь курчавых волос, ОМІМ 309400) впервые описана J.H. Menkes в 1962 г. Частота заболевания составляет 1:114 000- 1:250 000 новорождённых. Наследуется рецессивно сцепленно с Х-хромосомой. Ген локализован на хромосоме Xql3.3. Вследствие мутации гена развивается дефицит АТФазы, осуществляющей трансмембранный перенос катионов. Полагают, что функция данного белка состоит в переносе меди из клетки во внеклеточную среду. Нарушение обмена этого элемента и его транспорта приводит к дефициту медьсодержащих ферментов: лизилоксидазы, цитохромоксидазы, тирозиназы, моноаминооксидазы, оксидазы аксорбиновой кислоты, супероксиддисмутазы, допамин-р-гидроксилазы, а также к снижению в крови церулоплазмина. Патогенез связан со снижением всасывания меди в кишечнике, низким уровнем в крови, клетках печени, головного мозга, но повышением её количества в слизистой оболочке кишечника, селезёнке, почках, мышцах, лимфоцитах, фибробластах. Избыток меди связывают с воздействием белка металлотионена, который присутствует в больших количествах в клетках. Дефицит многих ферментов приводит к развитию разнообразных нарушений:

• нарушению синтеза коллагеновых и эластиновых волокон;

• нарушению строения внутренней поверхности сосудов;

• нарушению процессов минерализации костной ткани;

• повышенной ломкости, скрученности волос и их депигментации;

• расстройствам тканевого дыхания;

• повышению в крови и ликворе L-ДОФА, расстройствам нейромедиаторного обмена.

Некоторые авторы высказывают предположение, что дефект при этом заболевании касается цинк-связанного белка, индуцирующего синтез металлотионена, а нарушение обмена меди носит вторичный характер.

Болезнь Менкеса — генетически гетерогенное заболевание.

Клинические проявления. Почти половина больных с синдромом Менкеса были рождены недоношенными. Манифестация заболевания в большинстве случаев ранняя — с первых дней жизни. Развивается гипотермия, ребёнок отказывается от еды, плохо прибавляет в весе. В последующем присоединяются судороги, миоклонии мышц лица, конечностей, устойчивые к противосудорожному лечению. Ребёнок теряет способность удерживать голову, понижается тонус мышц, который сменяется дистонией и спастическим парезом. Наблюдают резкое отставание нервно-психического развития. Характерный признак — изменённые волосы — редкие, жёсткие, ломкие и перекрученые [pilli torti). Также страдает и кожа — повышенная растяжимость, сухость, бледность. Ребёнок иногда принимает вид «херувима» — гипомимичное, с низким расположением переносицы. Зрение снижено из-за частичной атрофии зрительных нервов. На глазном дне могут быть выявлены микрокисты сетчатки. Изменения костной системы могут проявляться повторными переломами конечностей. Нарушения мочеполовой системы: нефролитиаз, пороки развития (дивертикул мочевого пузыря, гидронефроз, гидроуретер). У ряда больных обнаруживают микроаномалии (микрогнатию, высокое нёбо).

Заболевание носит прогрессирующий характер. Больные обычно погибают на 1-3-м году жизни от септических осложнений или субдуральных кровоизлияний.

При атипичных формах заболевание манифестирует поздно, однако протекает легче и продолжительность жизни больных составляет 13,5 лет.

Описано возникновение заболевания Менкеса у женщин, но, как правило, в этих случаях оно сочеталось с синдромом Шерешевского-Тёрнера. Носительницы гена синдрома Менкеса часто не имеют признаков болезни, однако у 40% из них наблюдают жёсткие скрученные волосы.

По данным ЭЭГ выявляют мультифокальные пароксизмальные изменения или гипсаритмию.

По результатам КТ или МРТ обнаруживают атрофию ткани мозга и мозжечка, снижение плотности участков белого вещества мозга, наличие субдуральных гематотом, расширение сильвиевой борозды, пахигирию.

При рентгенологическом исследовании трубчатых костей обнаруживают утолщение кортикального слоя, изменение мегафизарных зон, дифизарную периостальную реакцию.

Микроскопия волос: перекрученность вдоль продольной оси [pilli tortï), изменение калибра (monilethrix), повышенная ломкость (trichorrhexis nodosa).

При морфологическом исследовании мозга выявляют участки дегенерации серого вещества с потерей нейронов и глиоз, особенно в мозжечке. При электронной микроскопии обнаруживают увеличение числа митохондрий, изменение их размеров, электронно-плотные тельца внутри них. В белом веществе — дегенерация аксонов. В коже и внутренней оболочке сосудов — фрагментация эластичных волокон.

В мышечной ткани снижена активность митохондриальных ферментов комплексов 1 и 4 дыхательной цепи.

МИТОХОНДРИАЛЬНЫЕ БОЛЕЗНИ, ОБУСЛОВЛЕННЫЕ НАРУШЕНИЕМ ОБМЕНА ПИРУВАТА

Среди генетически детерминированных заболеваний обмена пировиноградной кислоты выделяют дефекты пируватдегидрогеназного комплекса и пируваткарбок- силазы. Большинство этих состояний, за исключением дефицита Е, а-компонента пируватдегидрогеназного комплекса, имеют аутосомно-рецессивный или рецессивный сцепленный с Х-хромосомой тип наследования. Популяционная частота заболеваний не установлена.

В патогенезе заболеваний основная роль принадлежит нарушению метаболизма пирувата — конечного продукта катаболизма углеводов и основного субстрата, который поступает в цикл Кребса. В результате ферментной недостаточности развиваются тяжёлые расстройства, связанные, главным образом, с развивающимся лактат- и пируват-ацидозом.

Клиническая картина. Выделяют 3 основные клинические формы: врождённый лактат-ацидоз, подострую некротизирующую энцефаломиопатию Лея и интермиттирующую атаксию.

Врождённый лактат-ацидоз отличается ранней манифестацией в первые недели или месяцы жизни ребёнка. Развиваются тяжёлое общее состояние, судороги, рвота, летаргия, дыхательные расстройства, нарушение развития.

Начальные признаки подострой некротизирующей энцефаломиопатии Лея обычно появляются на 1-3-м году жизни. Основные симптомы: задержка психомоторного развития, мышечная гипотония, сменяющаяся дистонией и гипертонусом, тонико-клонические и миоклонические приступы, хореоате- тоз, тремор конечностей, координаторные расстройства, вялость, сонливость, респираторный дистресс-синдром, атрофия зрительных нервов, иногда птоз, офтальмоплегия. Течение прогрессирующее. Характерные нарушения отмечают при магнитно-резонансном исследовании головного мозга в виде симметричного двустороннего поражения, в том числе кальцификации базальных ганглиев (скорлупы, хвостатого ядра, чёрной субстанции, бледного шара), а также атрофии коры больших полушарий и вещества мозга. При патоморфологическом исследовании выявляют симметричные области некроза, демиелинизации и губчатой дегенерации в области среднего мозга, моста, подкорковых узлов, таламуса, зрительного нерва.

Интермиттирующая атаксия отличается относительно поздней манифестацией и доброкачественным течением.

Лабораторные исследования. Основные биохимические изменения — метаболический ацидоз, гиперлактат- и гиперпируватацидемия.

Дифференциальная диагностика. Фенотипические проявления болезней обмена пирувата, обусловленных дефектами пируватдегидрогеназного комплекса или пируваткарбоксилазы, сходны между собой. Для подтверждения диагноза показано исследование активности указанных ферментов в лейкоцитах или фибробластах. При проведении дифференциальной диагностики следует учитывать, что врождённый лактат-ацидоз и подострая некротизирующая энцефаломиопатия Лея представляют собой генетически гетерогенные клинические фенотипы и могут быть связаны с разнообразными наследственными дефектами, в частности, эти состояния могут быть следствием аутосомно-рецессивно или митохондриально наследуемого дефицита комплексов 1, 4 и 5 дыхательной цепи. Обнаружение у больных этих дефектов коренным образом меняет тактику лечения и медикогенетический прогноз.

Лечение. Комплексное лечение детей, страдающих болезнями обмена пирувата, включает:

• назначение витаминов и кофакторов ферментных систем, участвующих* в метаболизме пировиноградной кислоты (тиамин 50-100 мг/сут, тиоктовая кислота 100-500 мг/сут, биотин* 5-10 мг/сут), димефоефон* 90 мг/кг в сут.

• диетическое лечение, которое необходимо для восполнения развивающегося дефицита ацетил-КоА. Назначают кетогенную диету, обеспечивающую до 75% энергетической потребности за счёт поступления жиров, до 15% — белков и лишь до 10% — углеводов. Сведения об эффективности комплексного лечения больных с дефектами метаболизма пировиноградной кислоты противоречивы.

МИТОХОНДРИАЛЬНЫЕ БОЛЕЗНИ, ОБУСЛОВЛЕННЫЕ НАРУШЕНИЕМ β-ОКИСЛЕНИЯ ЖИРНЫХ КИСЛОТ С РАЗЛИЧНОЙ ДЛИНОЙ УГЛЕРОДНОЙ ЦЕПИ

Изучение данной патологии было начато в 1976 г., когда учёные впервые описали больных с дефицитом ацил-КоА-дегидрогеназы среднецепочечных жирных кислот и глутаровой ацидемией II типа. В настоящее время эта группа заболеваний включает не менее 12 самостоятельных нозологических форм, происхождение которых связано с генетически детерминированными расстройствами трансмембранного транспорта жирных кислот (системный дефицит карнитина, дефицит карнитинпальмитоилтрансфераз I и II, ацилкарнитин-карнитинтранслоказы) и их последующего митохондриального β-окисления (дефицит ацил-КоА и 3-гидрокси- ацил-КоА-дегидрогеназ жирных кислот с различной длиной углеродной цепи, глутаровая ацидемия ІІ типа). Частота дефицита ацил-КоА дегидрогеназы среднецепочечных жирных кислот составляет 1:8900 новорождённых, частота других форм патологии пока не установлена.

Генетические данные и патогенез. Заболевания имеют аутосомно- рецессивный тип наследования.

Патогенез болезней обмена жирных кислот связан с истощением углеводных запасов в условиях метаболического стресса (интеркуррентных инфекционных болезней, физической или эмоциональной перегрузке, голодании, хирургическом вмешательстве). В подобной ситуации липиды становятся необходимым источником восполнения энергетических потребностей организма. Происходит активация дефектных процессов транспорта и β-окисления жирных кислот. Вследствие мобилизации ω-окисления происходит накопление в биологических жидкостях дикарбоновых кислот, их токсичных производных, конъюгатов карнитина — в результате развивается вторичная карнитиновая недостаточность.

Клиническая картина. Клинические проявления всех болезней обмена жирных кислот имеют большое сходство. Заболевания, как правило, характеризуются приступообразным течением. Существуют тяжёлая (ранняя, генерализованная) и лёгкая (поздняя, мышечная) формы, отличающиеся разной степенью ферментного дефицита или его тканевой локализацией.

Тяжёлая форма манифестирует в раннем возрасте, в том числе в периоде новорождённости. Основные симптомы: рвота, генерализованные тонико-клонические судороги или инфантильные спазмы, прогрессирующие вялость, сонливость, общая мышечная гипотония, нарушение сознания вплоть до комы, расстройство сердечной деятельности (нарушение ритма или кардиомиопатия), увеличение печени (синдром Рея). Заболевание сопровождается летальностью (до 20%) и риском внезапной детской смерти.

Лёгкая форма обычно впервые проявляется в школьном возрасте и у подростков. Развиваются боли в мышцах, слабость, утомляемость, моторная неловкость, тёмная окраска мочи (миоглобинурия).

Характерные дополнительные клинические признаки дефицита 3-гидрокси- ацил-КоА-дегидрогеназы жирных кислот с длинной углеродной цепью — периферическая нейропатия и пигментный ретинит. У будущих матерей, дети которых, вероятно, будут иметь этот ферментный дефект, нередко осложняется течение беременности — развиваются жировая инфильтрация печени, тромбоцитопения, повышается активность трансаминаз.

Данные лабораторных исследований. Биохимические расстройства включают: гипокетотическую гипогликемию, метаболический ацидоз, увеличение содержания в крови молочной кислоты, аммиака, повышение активности трансаминаз и креатинфосфокиназы, низкий уровень общего карнитина при увеличении содержания его эстерифицированных форм. В моче обычно обнаруживают высокую экскрецию дикарбоновых кислот с соответствующей длиной углеродной цепи, их гидроксилированных производных и ацил-карнитинов.

Дифференциальную диагностику требуется проводить с митохондриальными энцефаломиопатиями, органическими ацидемиями, кардиомиопатиями другого происхождения, различными видами эпилепсии, ацетонемической рвотой.

Лечение. Главный способ лечения болезней транспорта и окисления жирных кислот — диетотерапия. Она основана на 2 принципах: исключение голодания (укорочение промежутков между приёмами пищи) и обогащение пищевого рациона углеводами при резком ограничении приёма липидов. Дополнительно для лечения форм патологии, связанных с дефектом транспорта или окисления жирных кислот с длинной углеродной цепью, рекомендовано употребление специальных смесей среднецепочечных триглицеридов (противопоказано при дефекте ацил- КоА-дегидрогеназ жирных кислот со средней и короткой углеродной цепью).

Для медикаментозной коррекции используют левокарнитин (50-100 мг/кг массы в сут в зависимости от возраста и тяжести состояния больных), глицин (100- 300 мг/сут) и рибофлавин (от 20 до 100 мг/сут). В период метаболического криза показано внутривенное введение раствора 10% глюкозы из расчёта 7-10 мг/кг в мин под контролем её уровня в крови. Назначение глюкозы не только восполняет тканевый дефицит, но и подавляет липолиз и снижает продукцию токсичных дериватов жирных кислот.

МИТОХОНДРИАЛЬНЫЕ БОЛЕЗНИ, ОБУСЛОВЛЕННЫЕ НАРУШЕНИЯМИ ЦИКЛА КРЕБСА

Основные представители этой группы заболеваний в основном связаны с дефицитом следующих митохондриальных ферментов: фумаразы, α-кето- глутаратдегидрогеназного комплекса, сукцинатдегидрогеназы и аконитазы.

Митохондриальные болезни этого класса имеют аутосомно-рецессивный тип наследования. Частота не установлена.

В основе патогенеза лежит расстройство функционирования цикла трикарбоновых кислот, занимающего центральное место в биоэнергетическом обмене клеток.

Клинические проявления. Заболевание манифестирует в раннем возрасте. В клинической картине наблюдают тяжёлую прогрессирующую энцефалопатию, микроцефалию, судороги, нарушение мышечного тонуса. Дефицит сукцинат- дегидрогенеазы может характеризоваться клиническими признаками, напоминающими синдром Кернса-Сейра (нарушением сердечной проводимости, кардиомиопатией, атаксией, снижением остроты зрения) или проявляться подострой некротизирующей энцефаломиопатией Лея.

Лабораторные исследования. Биохимическое обследование детей обычно выявляет умеренный метаболический ацидоз, увеличение уровня молочной кислоты в крови, высокую почечную экскрецию соответствующих метаболитов цикла Кребса. Могут отмечаться лёгкая гипогликемия, небольшое повышение содержания аммиака в крови. В фибробластах и миоцитах определяют резкое снижение активности соответствующего ключевого фермента.

Дифференциальная диагностика направлена на исключение митохондриальных энцефаломиопатий, обусловленных дефектом электронного транспорта и окислительного фосфорилирования, лактат-ацидоза, симптоматической эпилепсии, перинатальной энцефаломиопатии.

Лечение. Для стимуляции энергетического обмена в комплексе лечения используют различные кофакторы энзимных реакций: коэнзим Q-10 по 60-90 мг/сут, витамины В1, В2, В6, никотинамид по 30-60 мг/сут, препараты левокарнитина (25-50 мг/кг в сут) в течение 3-4 мес, цитохром С по 2-4 мл внутримышечно или

внутривенно (10 инъекций на курс). Рекомендовано частое кормление с увеличением потребления углеводов до 60% калорийности рациона. Несмотря на лечение, его эффективность требует дальнейших исследований и доказательств.

МИТОХОНДРИАЛЬНЫЕ БОЛЕЗНИ, ОБУСЛОВЛЕННЫЕ ДЕФЕКТАМИ ЭЛЕКТРОННОГО ТРАНСПОРТА И ОКИСЛИТЕЛЬНОГО ФОСФОРИЛИРОВАНИЯ

Популяционная частота данной группы болезней составляет 1:10 000 живорождённых, а болезней, обусловленных дефектом митохондриальной ДНК, ориентировочно 1:8000.

Этиология. Митохондриальные заболевания, обусловленные дефектами электронного транспорта и окислительного фосфорилирования, отличаются генетической гетерогенностью, что обусловлено двойственностью генетического контроля (ядерной и митохондриальной ДНК) процессов электронного транспорта. Подавляющее большинство состояний, обусловленных ядерными мутациями, в родословной наследуются по аутосомно-рецессивному типу за исключением три- хополидистрофии Менкеса.

Те заболевания, которые обусловлены мутациями митохондриальной ДНК, наследуются по материнской линии (цитоплазматическое наследование). Делении её, как правило, в родословной встречаются спорадически. Нарушения межгеномного взаимодействия — ядерно-кодируемые множественные митохондриальные мутации и деплеции (снижение числа копий ДНК) — могут иметь аутосомно- доминантный или аутосомный тип наследственной передачи.

В патогенезе данной группы болезней основная роль принадлежит генетически обусловленному дефициту ферментных комплексов дыхательной цепи, окислительного фосфорилирования, а также дефекту структурных митохондриальных белков и расстройствам трансмембранного транспорта специфических протеинов. В итоге происходит нарушение функционирования всей системы тканевого дыхания, страдают окислительно-восстановительные процессы в клетках, а в митохондриях и цитоплазме накапливаются недоокисленные продукты и развивается лактат-ацидоз.

Клиническая картина. Характерная особенность заболеваний, связанных с дефектом дыхательной цепи и окислительного фосфорилирования, — их прогрессирующее течение и широкий возрастной диапазон манифестации клинических симптомов — от периода новорождённости до взрослого состояния. В периоде новорождённости или в первые 3 месяца жизни развиваются врождённый лактат- ацидоз, синдром Пирсона, фатальная и доброкачественная младенческая миопатия, трихополидистрофия Менкеса, на 1-2-м году жизни - болезнь Лея и болезнь Альперса. После 3-летнего возраста и позже — синдромы Кернса-Сейра, MELAS, MERRF, оптическая нейропатия Лебера, прогрессирующая наружная офтальмоплегия, митохондриальная миопатия, мионейрогастроинтестинальная энцефалопатия и др.

На первый план в развёрнутой стадии болезни выступают следующие симптомы: респираторный и нейродистресс-синдром, задержка психомоторного развития. судороги, атаксия, офтальмоплегия, снижение толерантности к физической нагрузке, миопатический синдром. Кроме этого часто присоединяются признаки поражения других органов и систем: сердечно-сосудистой (кардиомиопатия, нарушение сердечной проводимости), эндокринной (сахарный и несахарный диабет, дисфункции щитовидной железы, гипопаратиреоз), органов зрения и слуха (атрофия зрительных нервов, пигментный ретинит, катаракта, тугоухость), почек (тубулярные расстройства), печени (увеличение размеров). У больных часто наблюдают нарушение физического и полового развития.

При лабораторном исследовании обнаруживают признаки, которые свойственны митохондриальным заболеваниям, — метаболический ацидоз, увеличение в крови уровней молочной и пировиноградной кислот, кетонемию, часто выявляемую только после нагрузки углеводами, снижение уровня общего карнитина, повышение экскреции с мочой органических кислот (молочной, дикарбоновых кислот, 3-метилглутаконовой, трикарбоновых кислот цикла Кребса и др.). Иногда отмечают увеличение содержания аммиака в крови и гипогликемию. В лейкоцитах или фибробластах определяют снижение активности ферментных комплексов дыхательной цепи.

В биоптатах мышечной ткани при световой микроскопии выявляют характерный феномен RRF и гистохимические признаки митохондриальной недостаточности (сниженные показатели активности ферментов дыхательной цепи). При электронной микроскопии часто обнаруживают аномальные митохондрии и изменение их количества.

Абсолютный критерий поражения мтДНК — обнаружение мутаций митохондриальной ДНК (точковые мутации, единичные и множественные делеции, дупликации и др.), которые можно выявить с помощью современных методов молекулярно-генетического анализа в биоптатах мышечной ткани. Однако отсутствие митохондриальной мутации не исключает полностью диагноз митохондриальной болезни, так как это может быть связано с наличием у больных редких мутаций, мозаичностью поражения клеток и тканей, а также возможностью повреждения ядерной ДНК.

Дифференциальную диагностику проводят с нервно-мышечными заболеваниями, миастенией, болезнями нарушенного β-окисления жирных кислот, органическими ацидемиями, кардиомиопатиями, сахарным диабетом, рассеянным склерозом, последствиями перинатального поражения нервной системы и др.

Лечение детей, страдающих митохондриальными заболеваниями, обусловленными дефектами электронного транспорта и окислительного фосфорилирования, должно быть поликомпонентным с назначением адекватной диеты и разнообразных лекарственных средств. Сочетанное применение препаратов, дифференцированно влияющих на разные этапы энергетического метаболизма, оказывает положительный эффект по сравнению с монотерапией отдельными медикаментами.

Особенность диетотерапии — уменьшение содержания углеводов в пищевом рационе до 10 г/кг, поскольку высокое потребление легкоусваяемых углеводов при нарушении функции дыхательной цепи углубляет существующий дефект клеточного энергообмена.

Для коррекции процессов нарушенного транспорта электронов назначаются коэнзим Q-10 (90-200 мг/сут не менее 6 мес), янтарная кислота (5 мг/кг в сут, прерывистыми курсами по 3-4 дня и общей продолжительностью 3 мес) и цитохром С (4 мл в/м или в/в ежедневно, 3-4 курса по 10 инъекций в год).

Корректоры транспорта электронов сочетают с кофакторной терапией, улучшающей протекание энзимных реакций клеточного энергообмена (никотинамид 60-100 мг/сут, витамины В1, В2, В6 10-20 мг/сут, биотин* 1-5 мг/сут), тиоктовая кислота 50 -100 мг/сут, препараты левокарнитина 25-30 мг/кг в сут). Для борьбы с ацидозом используют димефоефон* (30 мг/кг или 1 мл 15% раствора на 5 кг массы 3 раза в день в течение 1 мес). Назначают антиоксиданты: витамин Е (100-200 мг/сут), аскорбиновая кислота (500 мг/сут).

Таким образом, к настоящему времени накоплен большой опыт изучения митохондриальной патологии и способах коррекции выявленных митохондриальных дисфункций, сформировалось новое направление — митохондриальная медицина, а представленные в данном разделе сведения отражают лишь малую часть знаний огромной области патологии человека. Остаётся много невыясненных вопросов, затрудняющих разработку эффективных способов диагностики и лечения этих болезней, что особенно важно для педиатрической практики.

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Вельтищев Ю.Е., Темин П.А. Наследственные болезни нервной системы. — М.: Медицина, 1998. - 496 с.

Николаева Е.А. Эффективность патогенетической терапии митохондриальных заболеваний у детей // Вестник педиатрической фармакологии и нутрициологии. — 2004. — № 1. —

С. 54.

Сухоруков В.С., Нарциссов Р.П., Петричук С.В. и др. Сравнительная диагностическая ценность анализа скелетной мышцы и лимфоцитов при митохондриальных болезнях // Архив патологии. — 2000. — № 2. — С. 19-21.

Anderson S., Bankier А.Т., Barrell B.G. et al. Sequence and organization of the human mitochondrial genome // Nature. — 1981. - Vol. 290. — P. 457-465.

De Vivo D.C. The expending clinical spectrum of mitochondrial diseases // Brain Develop. — 1993. - N 15. - P. 1-22.

DiMauro S. Mitochondrial DNA medicicne // Biosci. Rep. — 2007. — Vol. 27(1-3). — P. 5-9.

Janssen R.J.R., Nijtmans L.G., Van den Heuvel L.P. et al. Mitochondrial complex 1: Structure, function and pathology //J. Inherit. Metab. — 2006. — Vol. 29, 4. — P. 499-515.

Mancuso M., Filosto M., Choub A. et al. Mitochondrial DNA-related disorders // Biosci. — 2007. - Vol. 27 (1-3). - P. 31-37.

Koehler C.M., Bauer M.F. Topics in Current Genetics: Mitochondrial function and biogenesis. — Berlin; Heidelberg: Springer, 2004. — P. 149-176.

Schapira A.H. Primary and secondary defects of the mitochondrial respiratory chain //J. Inherit. Metab. - 2002. - Vol. 25. - P. 207-214.

Van den Heuvel L., Ruitenbeek W., Smeets R. et al. Demonstration of a new pathogenic mutation in human complex I deficiency: a 5-bp duplication in the nuclear gene encoding the 18 kDa (AQDQ) subunit // Am. J. Hum. Genet. - 1998. - Vol. 62. - P. 262-268.

Wallace D.C., Singh G., Lott M.T. et al. Mitochondrial DNA mutation associated with Leber's hereditary optic neuropathy // Science. — 1988. — Vol. 242. — P. 1427-1430.