Мітохондріальний синдром. Мітохондріальні захворювання. Текст наукової роботи на тему «Клінічне спостереження пацієнта із синдромом виснаження мітохондріальної ДНК»

Відома аутосомно-рецесивна форма синдрому множинних делецій мтДНК- так звана мітохондріальна нейрогастроінтестинальна енцефаломіопатія (MNGIE). Захворювання маніфестує у молодому віці і проявляється тим самим набором типових для мітохондріальних хвороб неврологічних симптомів у поєднанні з вираженою дисфункцією шлунково-кишкового тракту (синдром кишкової нсевдообструкції з нападами повторного блювання, діареєю, втратою маси тіла).

У хворих MNGIEвиявлено виражене зниженняактивності ферменту тимідин-фосфорілази, обумовлене мутаціями відповідного гена на хромосомі 22ql3.32-qter. Таким чином, в основі хвороби лежить генетично детермінована патологія метаболізму тимі-діну, що призводить до порушення реплікації та/або підтримки молекули мтДНК.

Синдром виснаження мтДНКє стан, у якому у хворих є не якісний, а кількісний дефект мтДНК - тобто. різке зниження кількості копій молекул мтДНК (рис. 68). Характерно, що виснаження мтДНК спостерігається тільки в строго певних тканинах (наприклад, тільки в м'язах, тільки в печінці, м'язах і нирках і т.д.).

клінічна картиназалежить від залучення конкретних тканин і зазвичай включає у різних комбінаціях міопатію (у тому числі вроджену), судомний синдром, печінкову та ниркову недостатність, кардіоміопатію Характерний лактатацидоз, феномен «рваних червоних волокон», виявляється комбінована недостатність комплексів дихального ланцюга, що містять мтДНК-кодовані субодиниці (I, III-V).

Захворюванняносить вроджений характер або маніфестує на 1 -2-му році життя і має зазвичай фатальний перебіг. У більшості випадків синдрому виснаження мтДНК зареєстрований аутосомно-рецесивний тип успадкування. Генетичний дефект не встановлено. Передбачається, що захворювання зумовлено ушкодженням ядерного гена, який контролює реплікацію мтДНК. Відома також щодо доброякісна вторинна форма даного синдрому, при якій виснаження мтДНК у клітинах спричинене застосуванням анти-ВІЛ препарату зидовудину.

З огляду на особливості генетикиМітохондріальних енцефаломіопатій ДИК-діагностика цих захворювань має ряд важливих відмінностей від традиційних підходів, що застосовуються для менделюючих захворювань. Узагальнення багаторічного досвіду обстеження хворих з мітохондріалією патологією у провідних дослідницьких центрах світу дозволило розробити чіткий і послідовний діагностичний алгоритм, що забезпечує найбільшу ефективність діагностичного пошуку [Краснопольська К.Д., Захарова ЕЛО., 1998; Shoffner J., Wallace D., 1992; DiMauro S., 1993; Chinnery P. et al., 1999 (а)]. Цей алгоритм включає кілька основних етапів.

На першому етапі проводиться детальний клініко-генеалогічнийі лабораторно-інструментальний аналіз, метою якого є накопичення доказів на користь обґрунтованого припущення про мітохондріальну природу захворювання, що вивчається. Найбільш очевидно про мітохондріальну хворобу може свідчити:

а) материнський тип успадкування (з урахуванням усіх поліморфних і навіть суб клінічних проявіву сібсів – дітей хворої матері);
б) своєрідний характер синдрому (наявність мультисистемної та мультиорганної патології із залученням органів, різних за ембріональним походженням та функціями);
в) прогресуюча течія, наявність метаболічних кризів (останнє особливо актуально для мітохондріальних синдромів раннього дитячого віку);
г) підвищення рівня лактату в крові та спинномозковій рідині (у тому числі на тлі харчового та фізичного навантаження);
д) аміноацидурія та органічна ацидурія.

Пошук мультиорганної патологіїповинен проводитися цілеспрямовано, з використанням необхідних параклінічних методів, з метою виявлення явної або прихованої кардіоміопатії, ниркової тубулопатії, гепатоцелюлярної дисфункції, діабету, недостатності гормону росту, атрофії ворсин кишечника, змін у мазку крові та пунктаті кісткового мозку, міопатії, периферичної, кохлеарної та зорової невропатії, патології сітківки, петрифікатів та осередкових змін у речовині мозку

Явище гетероплазмії визначає існування в одній клітині нормальних мітохондрій та мітохондрій з порушеною функцією. За рахунок перших клітина може функціонувати якийсь час. Якщо продукція енергії в ній падає нижче за певний поріг, то відбувається компенсаторна проліферація всіх мітохондрій, включаючи дефектні. У найгіршому становищі виявляються клітини, які споживають багато енергії: нейрони, м'язові волокна, кардіоміоцити.

Через витік у дихальному ланцюзі мітохондрії постійно продукують вільні радикали на рівні 1–2 % поглиненого кисню. Кількість продукції радикалів залежить від мембранного потенціалу мітохондрій, зміни якого впливає стан АТФ-залежних калієвих каналів мітохондрій. Відкриття цих каналів спричиняє зростання освіти вільних радикалів, пошкодження інших білків мітохондріальних мембран та мтДНК. ДНК мітохондрій не захищена гістонами та добре доступна для радикалів, що проявляється у зміні рівня гетероплазмії. Прийнято вважати, що наявність 10% мітохондрій із зміненою ДНК не впливає на фенотип.

4. КЛАСИФІКАЦІЯ ТА ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА

МИТОХОНДРІАЛЬНИХ ЗАХВОРЮВАНЬ

Єдиної етіологічної класифікації МОЗ нині існує через невизначеність вкладу мутацій ядерного геномув їх етіологію та патогенез. Існуючі класифікації засновані на 2-х принципах: локалізація мутантного гена в мтДНК або яДНК та участь мутантного білка в реакціях окисного фосфорилювання.

Етіологічна класифікація (2006) включає мітохондріальні хвороби, пов'язані з дефектами:

· мтДНК;

· яДНК;

· інтергеномних взаємодій.

Патогенетична класифікація (по, 2000) підрозділяє мітохондріальні хвороби на обумовленіпорушенням:

· карнітінового циклу;

· окиснення жирних кислот;

· метаболізму пірувату;

· Цикла Кребса;

· роботи дихального ланцюга;

· сполучення окислення та фосфорилювання.

У клінічній практиці поєднують комбінації симптомів МОЗ, що часто зустрічаються, в синдроми.

Мітохондріальні захворювання - гетерогенна група захворювань, що характеризуються генетичними та структурно-біохімічними дефектами мітохондрій, порушенням тканинного дихання. За походженням МОЗ поділяються на первинні (спадкові) та вторинні.

Причинами спадкових МОЗ є мутації мітохондріального та (або) ядерного геному .

На сьогодні відомо більше 200 захворювань, спричинених мутацією мтДНК.

У міру накопичення клініко-діагностичних даних різних країнахбуло встановлено, що у дітей приблизно кожне третє спадкове метаболічне захворювання пов'язане з мітохондріями. За даними Н. Г. Даниленко, (2007) у популяціях частота мітохондріальних хвороб варіює від 1:5000 до 1:35000. Мінімальна частота МОЗ у популяції дорослих мешканців Великої Британії оцінюється як (1–3):10000.

Характеристика клінічних особливостей МОЗ представлена ​​таблиці 2.

Таблиця 2 - Клінічні особливості мітохондріальних захворювань (2007)

Поразка більшості систем та органів при МОЗ можна пояснити тим, що багато процесів, що протікають в організмі енергозалежні. Відносна енергозалежність органів та тканину порядку зменшення: ЦНС, скелетні м'язи, міокарда, орган зору, нирки, печінка, кістковий мозок, ендокринна система.

Нейронам необхідно велика кількістьАТФ для синтезу нейромедіаторів, регенерації, підтримки необхідного градієнтаNa+ та К+, проведення нервового імпульсу. Скелетні м'язи спокою споживають незначні кількості АТФ, але за фізичної навантаженні ці потреби зростають у десятки раз. У міокарді постійно відбувається механічна робота, необхідна циркуляції крові. Нирки використовують АТФ у процесі реабсорбції речовин під час утворення сечі. У печінці відбувається синтез глікогену, жирів, білків та інших сполук.

5. ДІАГНОСТИКА МІТОХОНДРІАЛЬНИХ ЗАХВОРЮВАНЬ

Мітохондріальні хвороби складні для діагностики. Визначається це відсутністю суворого зв'язку між сайтом мутації та клінічним фенотипом. Це означає, що та сама мутація може викликати різні симптоми, а той самий клінічний фенотип можуть формувати різні мутації.

Тому для встановлення діагнозу мітохондріального захворювання важливийкомплексний підхід, заснований на генеалогічному, клінічному, біохімічному, морфологічному (гістологічному), генетичному аналізах.

Генеалогічний аналіз

Наявність у сімейному анамнезі синдрому раптової дитячої смерті, кардіоміопатій, деменцій, раннього інсульту, ретинопатії, діабету, затримки розвитку може вказувати на мітохондріальну природу наявного захворювання.

Клінічні прояви мітохондріальних захворювань

Міопатичний синдром: слабкість та атрофія м'язів, зниження міотонічного тонусу, м'язові болі, непереносимість фізичного навантаження (посилення м'язової слабкості, поява блювоти та головного болю).

Центральна нервова система та органи почуттів: летаргія, кома, затримка психомоторного розвитку, деменція, порушення свідомості, атаксія, дистонія, епілепсія, міоклонічні судоми, «метаболічний інсульт», сліпота центрального походження, пігментний ретиніт, атрофія зорових нервів, ністагм, катаракта, офтальмоплегія, пт гіпоакузія, дизартрія, сенсорні порушення, сухість слизової оболонки рота, гіпотонія, зниження глибоких сухожильних рефлексів, інсультоподібні епізоди, геміанопсія.

Периферична нервова система: аксональна нейропатія, порушення рухової функціїгастроінтестинального тракту.

Серцево-судинна система: кардіоміопатія (зазвичай гіпертрофічна), аритмія, порушення провідності.

Шлунково-кишковий тракт: часті диспептичні явища (блювання, діарея), атрофія ворсинок кишечника, екзокринна недостатність підшлункової залози.

Печінка:прогресуюча печінкова недостатність (особливо у немовлят), гепатомегалія.

Нирки: тубулопатія (на кшталт синдрому Де Тоні-Дебре-Фанконі: фосфатурія, глюкозурія, амінацидурія), нефрит, ниркова недостатність.

Ендокринна система: затримка росту, порушення статевого розвитку, гіпоглікемія, цукровий та нецукровий діабет, гіпотиреоз, гіпопаратиреоїдизм, гіпоталамо-гіпофізарна недостатність, гіперальдостеронізм.

Система кровотворення:панцитопенія, макроцитарна анемія.

Основні біохімічні прояви мітохондріальних захворювань

Підвищення рівня:

· лактату та пірувату в крові (лікворі);

· 3-гідроксимасляної та ацетооцтової кислот у крові;

· аміаку у крові;

· Амінокислот;

· жирних кислот із різною довжиною ланцюга;

· Міоглобіну;

· продуктів перекисного окиснення ліпідів;

· сечової екскреції органічних кислот.

Зниження:

· активності деяких ферментів енергетичного обміну у мітохондріях;

· вмісту загального карнітину у крові.

Лактатний ацидозє практично постійним супутником мітохондріальних хвороб, але проявляється і за інших форм патології. Тому ефективнішим є вимірювання рівня лактату у венозній крові після помірного фізичного навантаження на велоергометрі.

Основні зміни структури скелетного м'яза при мітохондріальній недостатності

Морфологічне дослідження дозволяє за допомогою світлової та електронної мікроскопії у поєднанні з гістохімічними методами виявити порушення кількості та будови мітохондрій, ознаки їх дисфункцій та зниження активності мітохондріальних ферментів.

Cветова мікроскопія із застосуванням різних видівспеціального фарбування, у т. ч. і для визначення активності мітохондріальних ферментів виявляє:

· феномен «рваних» (шорстких) червоних волокон (RRF - "ragged" red fibres ) у кількості понад 5% (при фарбуванні по Гоморі, Альтману нагадує розрив волокон по периферії та обумовлений скупченням проліферуючих генетично змінених мітохондрій під сарколеммою);

· гістохімічні ознаки недостатності мітохондріальних ферментів (циклу Кребса, респіраторного ланцюга), особливо цитратсинтетази, сукцинатдегідрогенази та цитохром-С-оксидази;

· субсарколеммальне накопичення глікогену, ліпідів, кальцію(вважають, що накопичення жирових крапель у різних тканинах, у т.ч. м'язових волокнах, відбувається в результаті порушення окислення жирних кислот у мітохондріях) .

При електронноїмікроскопії визначають:

· проліферацію мітохондрій;

· скупчення аномальних мітохондрій під сарколеммою;

· поліморфізм мітохондрій з порушенням форми та розміру, дезорганізацією христ;

· наявність у мітохондріях паракристалічних включень;

· наявність мітохондріально-ліпідних комплексів.

Генетичний аналіз для підтвердження діагнозу мітохондріального захворювання

Виявлення будь-якого виду мітохондріальної мутації з досить високим співвідношенням аномальної та нормальної мтДНК підтверджує діагноз мітохондріального захворювання чи синдрому. Відсутність мітохондріальної мутації дозволяє передбачати у пацієнта наявність патології, пов'язаної з мутацією яДНК.

Відомо що рівень гетероплазмії багато в чому визначає фенотипний прояв мутації. Тому, під час проведення молекулярного аналізу необхідно оцінювати кількість мутантних мтДНК. Оцінка рівня гетероплазмії включає детекцію мутації, проте методи виявлення мутації який завжди враховують рівень її гетероплазмії.

1. Метод клонування дає достовірні кількісні результати (найбільш трудомісткий та тривалий).

2. Флуоресцентна ПЛР надає точніші результати при меншій трудомісткості (не дозволяє виявляти дрібні делеції та вставки).

3. Високороздільна рідинна хроматографія, що денатурує. дає відтворювані результати за будь-яких видах мутацій (делеції, вставки, точкові мутації), що у стані гетероплазмії (оцінка рівня гетероплазмії найточніша проти двома попередніми).

4. ПЛР у реальному часівикористовується для виявлення такількісної оцінки мутацій мтДНК Використовують: зонди, що гідролізуються (TaqMan), інтеркалюючий барвникSYBR.

Найбільш точні оцінки дають 3 методи:

· мінісеквенування ( SNaP - shot ) - визначення однонуклеотидних замін, делецій та інсерцій короткими зондами (15–30 нуклеотидів). Ділянка ДНК несе мутацію, наприкладCTвиділяється та апліфікується з допомогою ПЛР. Ця ділянка є матрицею. Зонд має ідентичну структуру, масу 5485 Так, але коротше матриці на один нуклеотид. До суміші зонда і матриці додають нуклеотиди Т і С. Якщо до зонда приєднається нуклеотид, то матриця «дикого» типу і її маса складе 5758 Так. Якщо нуклеотид Т - матриця була мутантного типу масою 6102 Так. Потім масу одержаних зразків визначають за допомогою мас-спектрометра.

· Піросеквенування - поєднання секвенування та синтезу. Матрицю інкубують у суміші з 4-х ферментів, 4-х дезоксинуклеотидтрифосфатів (dATP, dСТP, dGТP, dТТP) та 4-х термінаторів транскрипціїdNTP. Приєднання комплементарного нуклеотиду супроводжується біохімічною флуоресцентною реакцією.

· Biplex Invader - дозволяє виявляти відразу 2 мутації.

Однак, при порівнянні точностіBiplexInvaderвиявився найпростішим у використанні, аSNaPshot- Найдорожчим.

В даний час перевага надається чіповим технологіям , що дозволяє аналізувати основні патогенні мутації мтДНК відразу в багатьох зразках, встановлюючи при цьому рівень гетероплазмії кожної окремої мутації.

Алгоритм діагностики мітохондріальних захворювань (за , 2007)

1. Необхідна доказова клінічна підозра на наявність мітохондріальної хвороби. У типових випадках це може бути виявлення клінічної картини, характерної для тієї чи іншої форми мітохондріальної енцефаломіопатії (MELAS, MERRF тощо), проте «класичні» варіанти цих фенотипів зустрічаються порівняно рідко.

Виявлення загальноприйнятих лабораторних маркерів мітохондріальної дисфункції, мультисистемного, поліорганного ураження (для цього потрібен відповідний цілеспрямований пошук), а також материнського типу спадкування вказують на мітохондріальну природу хвороби.

2. Дослідження мтДНК у лімфоцитах(У пацієнтів із чіткими фенотипами MELAS, MERRF, атрофією зорових нервів Лебера). При виявленні мутації, що шукається, діагноз конкретної мітохондріальної хвороби може вважатися підтвердженим.

3. За відсутності мутацій в лімфоцитах проводять біопсію скелетної м'язи (зазвичай чотириголовий або дельтовидний), т. до. скелетний м'яз є більш надійним джерелом мтДНК (відсутність клітинних поділів у м'язі сприяє «утриманню» мітохондрій, що містять мутантну мтДНК). Зразки м'язових біоптатів ділять на 3 частини: одна – для мікроскопічного дослідження (гістологія, гістохімія та електронна мікроскопія), друга – для ензимологічного та імунологічного аналізу (вивчення характеристик компонентівдихального ланцюга), третя – для молекулярно-генетичного аналізу.

4. За відсутності відомих мутацій мтДНК у м'язовій тканині проводять розгорнутий молекулярно-генетичний аналіз – секвенування всього ланцюга мтДНК (або кандидатних генів ядерної ДНК) з метою виявлення нового варіанта мутації.

5. Ідентифікація конкретного біохімічного дефекту в тій чи іншій ланці дихального ланцюга мітохондрій є альтернативою до вивчення скелетної мускулатури.

6. ЛІКУВАННЯ МІТОХОНДРІАЛЬНИХ ЗАХВОРЮВАНЬ

В даний час мітохондріальні захворювання практично не виліковні. Однак можна або відстрочити розвиток захворювання, або уникнути наслідування патогенної мітохондріальної мутації.

Принципи терапії мітохондріальних захворювань

1. Симптоматичне лікування:

Дієта складається залежно від патогенезу.

· При патології транспорту та окислення жирних кислот рекомендується часте та дрібне харчуваннязі зниженням калорійності їжі.

· При порушенні обміну піровиноградної кислоти для відновлення дефіциту ацетил-Ко-А використовується кетогенна дієта.

· При дефіциті ферментів ЦТК застосовується часте годування.

· При дефіциті дихального ланцюга та окисного фосфорилювання знижують кількість вуглеводів.

Медикаментозна терапія.

· Препарати, що активізують перенесення електронів у дихальному ланцюзі (коензимQ10 , вітаміни К1 та К3, препарати бурштинової кислоти, цитохром С)

· Кофактори ензимних реакцій енергетичного обміну (нікотинамід, рибофлавін, карнітин, ліпоєва кислота та тіамін).

· Засоби, що зменшують рівень лактат-ацидозу (дихлорацетат, димефосфон).

· Антиоксиданти (убіхінон, вітамін С та Е).

Виняток препаратів, що інгібують енергообмін (барбітурати, хлорамфенікол).

ШВЛ, протисудомні препарати, ферменти підшлункової залози, переливання компонентів крові.

Мітохондріальні хвороби – велика гетерогенна група спадкових захворювань та патологічних станів, обумовлених порушеннями структури, функцій мітохондрій та тканинного дихання. За даними зарубіжних дослідників, частота цих захворювань у новонароджених становить 1:5000.

Код МКБ-10

Порушення обміну речовин, клас IV, Е70-Е90.

Вивчення природи цих патологічних станів було розпочато у 1962 р., коли група дослідників описала хвору 30 років з нетиреоїдним гіперметаболізмом, м'язової слабкістюі високим рівнемосновного обміну. Було висловлено припущення щодо зв'язку цих змін з порушенням процесів окисного фосфорилювання в мітохондріях м'язової тканини. У 1988 р. інші вчені вперше повідомили про виявлення мутації в мітохондріальній ДНК (мтДНК) у хворих з міопатією та оптичною нейропатією. Через 10 років було знайдено мутації ядерних генів, що кодують комплекси дихального ланцюга у дітей. раннього віку. Таким чином, сформувався новий напрямок у структурі дитячих хвороб. мітохондріальна патологія, мітохондріальні міопатії, мітохондріальні енцефаломіопатії

Мітохондрії - внутрішньоклітинні органели, присутні у вигляді кількох сотень копій у всіх клітинах (крім еритроцитів) та продукуючі АТФ. Довжина мітохондрії 15 мкм, ширина 05 мкм. Їх оновлення відбувається безперервно протягом усього клітинного циклу. Органелла має 2 мембрани - зовнішню та внутрішню. Від внутрішньої мембрани відходять складки, звані христами. Внутрішній простір заповнює матрикс - основну гомогенне або тонкозернисту речовину клітини. У ньому містяться кільцева молекула ДНК, специфічні РНК, гранули солей кальцію та магнію. На внутрішній мембрані фіксовані ферменти, що беруть участь в окисному фосфорилюванні (комплекс цитохромів b, с, а і аЗ) та перенесенні електронів. Це енергоперетворююча мембрана, яка перетворює хімічну енергію окислення субстратів на енергію, що накопичується у вигляді АТФ, креатинфосфату та ін. На зовнішній мембрані зосереджені ферменти, що беруть участь у транспорті та окисленні жирних кислот. Мітохондрії здатні до самовідтворення.

Основна функція мітохондрій – аеробне біологічне окиснення (тканинне дихання з використанням клітиною кисню) – система використання енергії органічних речовинз поетапним її вивільненням у клітині. У процесі тканинного дихання відбувається послідовне перенесення іонів водню (протонів) та електронів через різні сполуки (акцептори та донори) на кисень.

У процесі катаболізму амінокислот, вуглеводів, жирів, гліцеролу утворюються вуглекислий газ, вода, ацетил-коензим А, піруват, оксалоацетат, кетоглутарат, які потім вступають у цикл Кребса. Іони водню, що утворилися, акцептуються аденіннуклеотидами - аденіновими (NAD+) і флавіновими (FAD+) нуклеотидами. Відновлені коферменти NADH і FADH окислюються в дихальному ланцюзі, який представлений 5 дихальними комплексами.

У процесі перенесення електронів накопичується енергія як АТФ, креатин-фосфату та інших макроергічних сполук.

Дихальний ланцюг представлений 5 білковими комплексами, які здійснюють весь складний процес біологічного окислення (табл. 10-1):

• 1-й комплекс - NADH-убіхінон-редуктаза (цей комплекс складається з 25 поліпетидів, синтез 6 з яких кодується мтДНК);
• 2-й комплекс - сукцинат-убіхінон-оксидоредуктаза (складається з 5-6 поліпептидів, включаючи сукцинатдегідрогеназу, кодується лише мтДНК);
• 3-й комплекс - цитохром С-оксидоредуктаза (переносить електрони від коензиму Q на комплекс 4, складається з 9-10 білків, синтез однієї з них кодується мтДНК);
• 4-й комплекс - цитохромоксидаза [складається з 2 цитохромів (а та аЗ), що кодується мтДНК];
• 5-й комплекс - мітохондріальна Н+-АТФаза (складається з 12-14 субодиниць, здійснює синтез АТФ).

Крім того, електрони 4 жирних кислот, що піддаються бета-окисленню, переносить електронпереносний білок.

У мітохондріях здійснюється ще один важливий процес - бета-окислення жирних кислот, у результаті якого утворюється ацетил-КоА та ефіри карнітину. У кожному циклі окиснення жирних кислот відбуваються 4 ензиматичні реакції.

Перший етап забезпечують ацил-КоА-дегідрогенази (коротко-, середньо- та довголанцюгові) і 2 переносники електронів.

У 1963 р. було встановлено, що мітохондрії мають свій унікальний геном, успадкований по материнській лінії. Він представлений єдиною невеликою кільцевою хромосомою довжиною 16 569 п.н., що кодує 2 рибосомальні РНК, 22 транспортні РНК і 13 субодиниць ферментних комплексів електронно-транспортного ланцюга (сім з них відносяться до комплексу 1, один - до комплексу 3, три - до комплексу 4, два – до комплексу 5). Більшість мітохондріальних білків, що беруть участь у процесах окисного фосфорилювання (близько 70), кодуються ядерною ДНК і лише 2% (13 поліпетидів) синтезуються в мітохондріальному матриксі під контролем структурних генів.

Будова та функціонування мтДНК відрізняється від ядерного геному. По-перше, вона містить інтронів, що забезпечує високу щільність генів проти ядерної ДНК. По-друге, більшість мРНК не містить 5"-3"-нетрансльовані послідовності. По-третє, мтДНК має D-петлю, яка є її регуляторну область. Реплікація є двоступінчастим процесом. Виявлено також відмінність генетичного коду мтДНК від ядерної. Особливо слід зазначити, що є велика кількість копій першої. Кожна мітохондрія містить від 2 до 10 копій та більше. Враховуючи той факт, що клітини можуть мати у своєму складі сотні та тисячі мітохондрій, можливе існування до 10 тис. копій мтДНК. Вона дуже чутлива до мутацій і в даний час ідентифіковано 3 типи таких змін: точкові мутації білків, що кодують мтДНК-гени (Mit-мутації), точкові мутації мтДНК-тРНК-генів (sy/7-мутації) та великі перебудови мтДНК (р-мутації).

У нормі весь клітинний генотип мітохондріального геному ідентичний (гомоплазмія), проте за виникненні мутацій частина геному залишається ідентичною, іншу - зміненої. Таке явище називається гетероплазмією. Прояв мутантного гена відбувається тоді, коли кількість мутацій досягає певного критичного рівня (порога), після чого настає порушення процесів клітинної біоенергетики. Це пояснює те, що при мінімальних порушеннях в першу чергу страждатимуть найбільш енергозалежні органи та тканини (нервова система, головний мозок, очі, м'язи).

Мітохондріальні захворювання (МОЗ)- Група спадкових захворювань, пов'язаних з дефектами у функціонуванні мітохондрій, що призводять до порушень енергетичних функцій у клітинах.

Історична довідка:

Поняття «мітохондріальні хвороби» сформувалося у медицині наприкінці ХХ століття. Насамперед було вивчено хвороби, пов'язані з мутаціями мітохондріальної ДНК, відкритої на початку 60-х років. Повна первинна структура мітохондріальної ДНК людини була опублікована в 1981 році і вже наприкінці 80-х років була доведена провідна роль її мутацій у розвитку низки спадкових захворювань. До останніх відносяться: спадкова атрофія зорових нервів Лебера, синдром NARP (нейропатія, атаксія, пігментний ретиніт), синдром MERRF (міоклонусепілепсія з "рваними" червоними волокнами в скелетних м'язах), синдром MELAS(мітохондріальна енцефаломіопатія, лактат-ацидоз, інсультоподібні епізоди), синдром Кернса-Сейра (пігментний ретиніт, зовнішня офтальмоплегія, блокада серця, птоз, мозочковий синдром), синдром Пірсона (ураження кісткової мізки та інші).

Найменшою мірою вивчені спадкові мітохондріальні дефекти, пов'язані з пошкодженням ядерного геному.

Патогенез.

Мітохондрії відповідають за вироблення більшої частини енергії, необхідної для функціонування клітин. Фактично вони є настільки важливим джерелом енергії, що у кожній клітині їх сотні. При МОЗ можуть «вимкнутися» як частина мітохондрій, так і всі вони, що призводить до припинення вироблення необхідної енергії

Оскільки найбільш енергоємними є нервові та м'язові клітини, при МОЗ найбільш поширені м'язові та неврологічні проблеми, такі як м'язова слабкість, непереносимість фізичних навантажень, втрата слуху, порушення балансу та координації, епіприступи.

Мітохондріальні захворювання, що викликають виражені м'язові проблеми, називають мітохондріальними міопатіями (myo - означає "м'яз", а pathos - "хвороба"), а ті, які викликають як м'язові, так і неврологічні проблеми - мітохондріальними енцефаломіопатіями (encephalo -

Коли клітина заповнена дефектними мітохондріями, вона не тільки позбавлена ​​АТФ, але в ній можуть накопичуватися молекули палива і кисень, що не використовуються, що призводить до катастрофічних наслідків. У цьому випадку надлишкові молекули палива використовуються для синтезу АТФнеефективно, у результаті можуть утворюватися потенційно небезпечні продукти, такі, як молочна кислота (це також відбувається, коли клітини відчувають нестачу кисню, наприклад - м'язові клітини при посилених фізичних навантаженнях). Накопичення молочної кислоти в крові - лактатацидоз - асоційоване з м'язовою втомою і може викликати пошкодження нервової та м'язової тканин.

При цьому кисень, що не використовується в клітині, може трансформуватися в руйнівні сполуки, іменовані реактивними формами кисню, включаючи т.з. вільні радикали (Вони є мішенню для т.з. антиоксидантних препаратів та вітамінів).

Синтезована в мітохондріях АТФ - основне джерело енергії для скорочення м'язових та збудження нервових клітин (т.к. клітини цих тканин найбільш метаболічно активні, енергетично залежні). Таким чином, нервові та м'язові клітини особливо чутливі до дефектів мітохондрій. Комбінований ефект від втрати енергії та накопичення токсинів у цих клітинах, мабуть, і викликає розвиток симптомів мітохондріальних міопатій та енцефаломіопатій

Клініка

У випадках, коли людина з мутацією в мітохондріальному гені несе суміш нормальної та мутантної ДНК – мутації спочатку можуть взагалі не мати зовнішніх проявів. Нормальні мітохондрії до певного часу забезпечують клітини енергією, компенсуючи недостатність функції мітохондрій з дефектами. Насправді це проявляється більш менш тривалим безсимптомним періодом при багатьох мітохондріальних захворюваннях. Проте рано чи пізно настає момент, коли дефектні форми накопичуються у кількості, достатньому прояви патологічних ознак. Вік маніфестації захворювання варіює у різних хворих. Ранній початок захворювання призводить до більш важкого перебігу та невтішного прогнозу.

Характерні ознаки мітохондріальних цитопатій:

Скелетні м'язи: низька толерантність до фізичного навантаження, гіпотонія, проксимальна міопатія, що включає фаціальні та фарингеальні м'язи, офтальмопарез, птоз

Серце: порушення серцевого ритму, гіпертрофічна міокардіопатія

Центральна нервова система: атрофія зорового нерва, пігментна ретинопатія, міоклонус, деменція, інсультоподібні епізоди, розлади психіки

Периферична нервова система: аксональна нейропатія, порушення рухової функції гастроінтестинального тракту

Ендокринна система: діабет, гіпопаратиреоїдизм, порушення екзокринної функції панкреас, низьке зростання

Таким чином, типові для мітохондріальних захворювань залученість різних органів та одночасний прояв зовні не пов'язаних між собою аномалій. Прикладами є:

1. Мігрені з м'язовою слабкістю

2. Зовнішня офтальмоплегія з порушенням провідності серцевого м'яза та мозочковою атаксією

3. Нудота, блювання з оптичною атрофією та кардіоміопатією

4. Низькорослість з міопатією та інсультоподібними та епізодами

5. Екзокринна дисфункція підшлункової залози з сидеробластною анемією

6. Енцефаломіопатія з діабетом

7. Діабет із глухотою

8. Глухота із зовнішньою офтальмоплегією, птозом та ретинопатією

9. Затримка розвитку або втрата навичок та офтальмоплегія, офтальмопарез

Характер та тяжкість клінічних проявів мітохондріальних хвороб визначається:

Тяжкістю мутації мтДНК;

Процентним вмістом мутантної мтДНК у конкретних органах та тканинах;

Енергетичною потребою та функціональним резервом органів і тканин, що містять мтДНК (їх “порогом чутливості” до дефектів окисного фосфорилювання).

Міопатія

Основні симптоми мітохондріальної міопатії - виснаження м'язів та їх слабкість, та непереносимість фізичних навантажень.

У деяких індивідів слабкість найбільш виражена в м'язах, що контролюють рухи очей та повік. Два найчастіші наслідки такої слабкості - це поступовий параліч руху очей (прогресуюча зовнішня офтальмоплегія, ПНО), і опущення верхніх повік (птоз). Найчастіше люди автоматично компенсують ПНО рухами голови для того, щоб дивитися у різних напрямках, і можуть навіть не підозрювати про якісь проблеми. Птоз потенційно неприємніший, оскільки може погіршити зір, а також надає особі апатичного вираження, але він може бути скоригований хірургічним шляхом, або використанням спеціальних окулярів з пристроєм для підйому повіки.

Мітохондріальні міопатії можуть також викликати слабкість інших м'язів обличчя і шиї, що призводить до заплутування мови і труднощів з ковтанням. У цих випадках можуть допомогти мовна терапія (заняття з логопедом) або включення до раціону харчування таких продуктів, які легше проковтуються.

Непереносимість фізичних навантажень, іменована втомою напруги - це незвичайне почуття втоми у відповідь фізичну активність. Ступінь цієї непереносимості суттєво варіюється у різних людей. Деякі можуть відчувати проблеми тільки при заняттях фізкультурою, таких як оздоровчий біг, у той час як у інших виникають складнощі з виконанням повсякденних справ, наприклад з виходом до поштової скриньки або підняттям пакета молока.

Енцефаломіопатія

Мітохондріальна енцефаломіопатія зазвичай включає деякі з вищезгаданих симптомів міопатії, доповненими одним або декількома неврологічними симптомами. Також як і при міопатії, спостерігається значна варіабельність симптомів обох типів та тяжкості перебігу у різних індивідів.

Серед найчастіших симптомів мітохондріальної енцефаломіопатії - порушення слуху, мігренеподібні головні болі та епіприступи. Принаймні, в одному синдромі головний біль та епіприступи часто супроводжуються інсультоподібними епізодами.

Додатково до ураження очних м'язів, мітохондріальна енцефаломіопатія може вражати як очі, так і ділянки головного мозку, відповідальні за зір. Наприклад, втрата зору внаслідок оптичної атрофії (дегенерації зорового нерва) або ретинопатії (дегенерації деяких клітин, що вистилають очне дно) – звичайні симптоми мітохондріальної енцефаломіопатії. У порівнянні з м'язовими проблемами ці ефекти з більшою ймовірністю призводять до серйозних порушень зору.

Досить часто мітохондріальна енцефаломіопатія викликає атаксію, або складнощі з балансом та координацією.

Діагностика.

Жоден з відмітних симптомів мітохондріального захворювання – м'язова слабкість, непереносимість навантажень, погіршення слуху, атаксія, епіприступи, нездатність до навчання, катаракта, діабет та низькорослість – не є унікальним саме для такого захворювання. Проте комбінація трьох або більше цих симптомів в одного індивіда свідчить на користь мітохондріального захворювання, особливо якщо симптоми зачіпають більше однієї системи організму

Фізикальне обстеження зазвичай включає в себе тести на силу і витривалість, такі наприклад, як стискання-розтискання кулака, що повторюються, або підйом і спуск по невеликих сходах. Неврологічне обстеження може включати перевірку рефлексів, зору, мови і базових когнітивних здібностей.

Існує низка рутинних клінічних методів дослідження, які можна використовувати при підозрі на мітохондріальну цитопатію:

Лактатний ацидоз є практично постійним супутником мітохондріальних хвороб (тільки ця ознака є недостатньою для постановки діагнозу, тому що він може виявлятися і при інших патологічних станах; у цьому відношенні може бути корисним вимір рівня лактату у венозній крові після помірного фізичного навантаження, наприклад на велоергометр)

ЕМГ-дослідження - саме собою дане дослідження також не можуть бути маркером мітохондріальної цитопатії; разом з тим, нормальна або близька до нормальної ЕМГ у пацієнтів з вираженою м'язовою слабкістю може бути підозрілою щодо мітохондріальної патології.

ЕЕГ - дані ЕЕГ не є досить специфічними

Біопсія скелетних м'язів - є найбільш інформативним методом при постановці діагнозу мітохондріальної цитопатії - крім виявлення RRF при триколірному забарвленні по Гоморі, корисними є інші гістохімічні та імунологічні дослідження: забарвлення на цитохромс-оксидазу і сукцинатдегідрогеназу, м'язова тканина є зручною для біохімічного дослідження респіраторного ланцюжка, а також як матеріал для генетичного дослідження.

Зразки м'язових біоптатів доцільно ділити на три частини – одна для мікроскопічного дослідження (гістологія, гістохімія та електронна мікроскопія), друга для ензимологічного та імунологічного аналізу (вивчення характеристик компонентів дихального ланцюга) та третя – безпосередньо для молекулярно-генетичного аналізу. Пошук відомих мутацій на м'язовому матеріалі дозволяє здебільшого успішно здійснювати ДНК-діагностику хвороби. За відсутності з відомих мутацій мтДНК у м'язовій тканині наступним етапом є розгорнутий молекулярно-генетичний аналіз – секвенування всього ланцюга мтДНК (або кандидатних генів ядерної ДНК) з метою виявлення нового варіанта мутації.

Електронно-мікроскопічне дослідження скелетних м'язів - дає чудові результати, тому цей метод треба використовувати, якщо є така можливість

Лікування.

Що стосується терапії мітохондріальних цитопатій, то може йтися лише про симптоматичну.

Лікування мітохондріальних хвороб проводиться зазвичай за двома основними напрямками:

Підвищення ефективності енергетичного обміну в тканинах (тіамін, рибофлавін, нікотинамід, коензим Q10 (кудесан), L-карнітин (елькар), препарати кальцію та магнію., вітамін С, цитохром С)

Попередження пошкодження мітохондріальних мембран вільними радикалами за допомогою антиоксидантів (вітамін Е, a-ліпоєва кислота) та мембранопротекторів.

У практику входять все нові препарати комбінованої дії, такі, наприклад, як ідебенон (Нобен) - покращений структурний аналог коензиму Q10, що сприятливо впливає на активність дихального шляху і має виражену антиоксидантну, антиапоптотичну та нейротрофічну дію.

Очевидно, що розширення терапевтичного арсеналу при мітохондріальних хворобах диктує нагальну необхідність того, щоб практичні лікарі різних спеціальностей (неврологи, психіатри, педіатри, генетики, гематологи та ін.) добре знайомі з алгоритмом діагностики цих захворювань.

Лікарі почали спостерігати за тим, як виявляються мітохондріальні захворювання ще у 20 столітті. Прагнучи визначити, від чого може бути будь-яка з мітохондріальних хвороб, фахівці виявили понад 50 різновидів хвороб, які мають зв'язок із порушеннями, що стосуються мітохондрії.

Залежно від причин, розрізняють три основні підгрупи мітохондріальних захворювань, а саме:

• Хвороби, спричинені мутаціями мітохондріальної ДНК. Подібні дефекти мають зв'язок із точковою мутацією різних елементів та успадковуються переважно від матері. Також хвороби може викликати структурна дислокація. До цієї категорії хвороб належать такі спадкові синдроми Кернса-Сейра, Пірсона, Лебера тощо.
• Хвороби, спричинені дефектами лише на рівні ядерної ДНК. Мутації спричиняють порушення функціонування мітохондрій. З іншого боку, можуть викликати негативні зміни ферментів, що у циклічному біохімічному процесі, зокрема - забезпеченні клітин у організмі киснем. Сюди можна віднести синдроми Люфта та Альперса, діабетичні захворювання тощо.
• Хвороби, спричинені дефектами лише на рівні ядерної ДНК і, як наслідок, викликають вторинну деформацію ДНК мітохондрій. До списку вторинних змін відносяться печінкова недостатність та синдроми, типу того, що був виявлений Де Тоні-Дебре-Фанконі.

Симптоми

Протягом тривалого часу, мутації і, як наслідок, мітохондріальні хвороби можуть не проявлятися у неповнолітнього пацієнта. Однак, з часом, накопичення хворих органел збільшується, в результаті, починаються прояви перших ознак того чи іншого захворювання.

Оскільки захворювання мітхондріальної групи є цілу групу патологій, те й ознаки цих хвороб значно різняться залежно від цього, які органи та системи дитячого організму було пошкоджено. Враховуючи зв'язок між дефектами мітохондрій та енергетичною функцією, можна визначити особливу схильність до ураження нервової та м'язової систем.

Серед характерних ознакпатології м'язової системи можна розпізнати:

• Обмеження або повна відсутність рухової активності у зв'язку з неможливістю виконувати звичайні дії через ослаблення м'язів або, як називають цей стан, - міопатії.
• Знижений артеріальний тиск.
• Больовий синдром або м'язові спазми, які супроводжуються сильними болями.

У дітей насамперед проявляється головний біль, інтенсивне і повторюване блювання, ослабленість після мінімальних фізичних навантажень

Якщо йдеться про поразку нервової системи, то тут мають місце наступні прояви:

• відставання у психомоторному розвитку;
• нездатність виконувати дії, з якими дитина справлялася раніше - регрес розвитку;
• судомні напади;
• періодичні прояви апное та тахіпное;
• часта втрата свідомості та впадання в кому;
• зміни на рівні кислотно-лужного балансу;
• зміна ходи.

У дітей старшого віку можна помітити оніміння, параліч, втрату чутливості, інсультоподібні напади, патології як мимовільних рухів тощо.

Торкання органів чуття виявляється у погіршенні зорової функції, птозах, катарактах, дефектах очної сітківки та поля зору, погіршенні слуху або повній глухоті нейросенсорного характеру. Поразка органів у дитячому організмі проявляються у вигляді проблем із серцем, печінкою, нирками, підшлунковою залозою. Що стосується хвороб, пов'язаних з ендокринною системою, то тут зазначаються:

• відставання у зростанні та статевому розвитку,
• знижене вироблення глюкози організмом,
• дисфункція щитовидки,
• інші проблеми із метаболізмом.

Діагностика мітохондріальних захворювань у дитини

Для того щоб діагностувати наявність мітохондріальних хвороб, лікар вивчає анамнез, проводить фізикальний огляд, досліджуючи насамперед силу дитини та її витривалість. Додатково призначається обстеження у невропатолога, включаючи оцінку зору, рефлексів, мовної та пізнавальної здібностей. За допомогою спеціалізованих аналізів – м'язова біопсія, МРС тощо, – підтверджують наявні підозри. Також виконується комп'ютерна та магнітно-резонансна томографія та ДНК-діагностика з консультацією у генетиків.

Ускладнення

Те, чим небезпечні дефекти мітохондрій залежить від виду хвороби. Наприклад, при ураженні м'язової системи, має місце повний параліч та інвалідизація, у тому числі інтелектуальний регрес.

Лікування

Що можете зробити ви

Перша допомога з боку батьків залежить від того, у чому полягають прояви захворювання. У будь-якому випадку, за наявності найменших підозр та відхилень від норми, необхідно звернутися до фахівця та дізнатися, що робити з хворобою за її наявності.

Що робить лікар

Незалежно від виду хвороби, лікувати її можна шляхом введення препаратів, що нормалізують енергетичний обмін. Також, дитині призначається симптоматичне та спеціалізоване лікування у порядку, встановленому для конкретного захворювання. Вилікувати патології швидше чи нормалізувати стан пацієнта допомагають фізичні вправита фізіотерапевтичні процедури.

Профілактика

Запобігти мітохондріальним хворобам неможливо, тому що вони відбуваються на генетичному рівні. Єдиний спосіб, що дозволяє дещо мінімізувати ризики – це ведення здорового образужиття без шкідливих звичок.