МОЛЕКУЛЯРНЫЕ БОЛЕЗНИ. БИОХИМИЧЕСКИЙ МЕТОД И ДНК-ДИАГНОСТИКА.

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ БОЛЕЗНИ. БИОХИМИЧЕСКИЙ МЕТОД И ДНК-ДИАГНОСТИКА.

ПОПУЛЯЦИОННО-СТАТИСТИЧЕСКИЙ МЕТОД. МЕДИКО-ГЕНЕТИЧЕСКОЕ КОНСУЛЬТИРОВАНИЕ. ПРЕДПОСЫЛКИ ВРОЖДЕННЫХ ПОРОКОВ РАЗВИТИЯ.

Успехи генетики человека, ее история, тесно связаны с развитием всех разделов генетики. Задолго до открытия Г. Менделя различными авторами были описаны патологические наследственные признаки у человека и основные типы наследования. Первые сведения о передаче наследственной патологии у человека содержатся в Талмуде (4 в. до н.э.), в котором указано на опасность обрезания крайней плоти у новорожденных мальчиков, старшие братья которых или дяди по материнской линии страдают кровотечением.

К XVIII в. относятся первые описания доминантного (полидактилии, т.е. шестипалости) и рецессивного (альбинизма у негров) признаков, сделанных французским ученым П. Мопертюи. В начале XIX в. несколькими авторами одновременно было описано наследование гемофилии, в результате изучения родословных семей, в которых встречались лица, страдающие этой болезнью.

В 1814 г. вышла книга лондонского врача Д. Адамса “Трактат о предполагаемых наследственных свойствах болезней, основанный на клиническом наблюдении.” Позже она была переиздана под названием “Философский трактат о наследственных свойствах человеческой расы”. Этот труд стал первым справочником для генетического консультирования. В нем Адаме сформулировал многие важные принципы медицинской генетики: “Браки среди родственников повышают частоту семейных (т.е. рецессивных) болезней”, “Наследственные (доминантные) болезни не всегда проявляются сразу после рождения, но могут развиваться в любом возрасте”, “Не все врожденные болезни являются наследственными, часть из них связана с внутриутробным поражением плода (например, за счет сифилиса)”.

В середине XIX в. в России над проблемами наследственных болезней и наследственной природы человека работал В.М. Флоринский. В 1866 г. вышла его книга “Усовершенствование и вырождение человеческого рода”. Наряду с противоречивыми или неверными положениями, в ней был поднят и правильно освещен ряд вопросов медицинской генетики. Среди них: значение среды для формирования наследственных признаков, вред близкородственных браков, наследственный характер многих патологий (глухонемоты, альбинизма, заячьей губы, пороков развития нервной трубки). Однако этот труд В.М. Флоринского не был оценен в полной мере его современниками в силу неподготовленности к восприятию этих идей. В последней четверти XIX в. весомый вклад в развитие генетики человека внес английский биолог Ф. Гальтон, названный К.А. Тимирязевым “одним из оригинальнейших ученых, исследователей и мыслителей.”

Гальтон впервые поставил вопрос о наследственности человека как предмете для изучения наследственных признаков. Анализируя наследственность ряда семей, Гальтон пришел к выводу, что психические особенности человека обусловлены не только условиями среды, но и наследственными факторами. Кроме того, он предложил и применил близнецовый метод для изучения соотносительной роли среды и наследственности в развитии признаков. Им же разработан ряд статистических методов, среди которых наиболее ценен метод вычисления коэффициента корреляции. Эти работы заложили основу для будущего развития генетики человека. Помимо этого Гальтон стал родоначальником евгеники – науки о наследственном здоровье человека и путях его улучшения. Однако принципиальная ошибка Гальтона состояла в том, что в практических мероприятиях евгеники он рекомендовал не столько избавляться от патологических генов, сколько увеличивать количество “хороших” генов в человеческих популяциях путем создания условий для преимущественного размножения одаренных людей. Особого внимания заслуживают исследования известного английского клинициста А. Гэррода (1857 – 1936 гг.), внесшего существенный вклад в изучение проблемы генетики человека. Его работа “Распространенность алкаптонурии: изучение химических особенностей” несла ряд новых идей. Гэррод первым обнаружил взаимосвязь между генами и ферментами, открыл врожденные нарушения обмена веществ и положил начало биохимической генетике. В настоящее время изучение наследственных болезней обмена веществ – наиболее актуальный раздел генетики человека.

В 1903 г. американский антрополог Фараби, изучая родословные в нескольких поколениях, впервые установил, что брахидактилия (короткопалость) у челoвека наследуется по аутосомно-доминантному типу.

В 1908 г. Г. Харди и В. Вайнберг независимо друг от друга пришли к выводу, что менделевские законы дают возможность объяснить распределение частоты генов из поколения в поколение в популяциях (от латинского – populus – население, народ) и условиях генетической стабильности популяции. Этот закон был установлен путем анализа наследственности человека и лег в основу популяционной генетики.

В 20 гг. XX века начала интенсивно развиваться советская генетика. Под влиянием идей евгеники, которая получила широкое распространение в ряде стран Европы (Англия, Франция, Германия) и Америке в 1921 г. в Москве Н.К. Кольцовым было организовано Русское евгеническое общество, в 1922 г. в Петрограде Ю. А. Филипченко создал Бюро по евгенике.

Эти евгенические организации ориентировались на сугубо научные задачи в отличие от евгенических обществ других стран. Н.К. Кольцов, Ю.А. Филипченко и другие ученые проводили работы по генетике одаренности, изучая родословные выдающихся личностей. Однако эти исследования грешили методическими ошибками, противоречиями, определенным примитивизмом. Вместе с тем были в евгенических работах и положительные моменты. Так, Н.К. Кольцов и Ю.А. Филипченко правильно ставили вопрос о значении социальных условий в реализации индивидуальных особенностей человека, полностью отвергали насильственный путь улучшения наследственности человека. К концу 20-х годов евгенические исследования в нашей стране были прекращены. Падала ее популярность и в других странах (кроме Германии). Число евгеничеких обществ быстро уменьшалось, журналы закрывались или переименовывались (Шевченко, 2004).

Конец 20-х – начало 30-х гг. ознаменовались значительными успехами в развитии генетики. Родилась и стала общепризнанной хромосомная теория наследственности, было установлено, что наследственность связана с генами, локализованными в хромосомах клеточных ядер, что гены в хромосомах расположены линейно и образуют группы сцепления. В этот же период создается популяционная генетика. Большой вклад в развитие этого раздела внесли С.С. Четвериков, Р. Фишер, Н.П. Дубинин и Д.Д. Ромашев, Дж. Е. Холдейн и др.

В ряде стран, в том числе в нашей, начинает развиваться медицинская генетика. С 1932 по 37 гг. работал Московский медико-биологический институт им. М. Горького (позднее – Медико-генетический институт), возглавляемый С. Г. Левитом. При нем был организован Центр близнецовых исследований. Здесь изучались болезни с наследственным предрасположением – диабет, язвенная болезнь, аллергия, гипертоническая болезнь и др. Большой интерес имели цитогенетические работы по идентификации первых хромосом человека. Особого упоминания заслуживают труды талантливого генетика и клинициста-невропатолога С.Н. Давиденкова (1880-1961). Он первым поставил вопрос о гетерогенности наследственных заболеваний и начал проводить медико-генетическое консультирование.

В 50-х гг. получают широкое развитие исследования по радиационной генетике человека. Еще в 1927 г. американский исследователь Г. Меллер установил сильное мутагенное действие рентгеновских лучей. Это открытие показало опасность облучения половых клеток человека для последующих поколений, в силу чего человеку как объекту генетических исследований стало уделяться больше внимания.

С 1959 по 1962 гг. количество публикаций, симпозиумов, конференций по генетике человека быстро возрастало. Слияние генетики, цитологии, цитогенетики, биохимии способствовало формированию клинической генетики. Усилиями ученых была подтверждена гетерогенность наследственных патологий, когда один и тот же фенотип болезни обусловлен изменением разных белков. Трудно переоценить важность этого открытия для диагностики, лечения и медико-генетического консультирования наследственных болезней.

В 1944 г. было достоверно установлено, что передача наследственной информации связана с дезоксирибонуклеиновой кислотой (ДНК). Это открытие явилось мощным фактором, стимулирующим изучение наследственности на молекулярном уровне. А благодаря созданию в 1953 г. Д. Уотсоном и Ф. Криком модели макромолекулярной структуры ДНК, началось углубленное изучение молекулярной, биохимической и иммуногенетики человека. Убедительный пример значения фундаментальных исследований для практического здравоохранения дает история развития цитогенетики. В 1956 г. X. Тио и А. Леван установили, что в клетках человека содержится 46 хромосом, а спустя три года были открыты хромосомные болезни человека. В 1959 г. Дж. Лежен установил цитогенетическую картину возникновения синдрома Дауна (трисомия по 21-й хромосоме.). В это же время несколько ученых идентифицировали на хромосомном уровне синдром Тернера (ХО) и синдром Клайнфельтера (XXY). Одновременно была определена роль Y-хромосомы в определении пола человека.

В 1960 г. Р. Мурхед с коллегами разработали метод культивирования лимфоцитов периферической крови для получения метафазных хромосом человека, что позволило обнаруживать мутации хромосом, характерные для определенных наследственных болезней. Другим важным открытием для развития цитогенетики человека явилась разработка методов дифференциальной окраски хромосом. Благодаря ему стала возможна идентификация каждой хромосомы человека, а это резко повысило разрешающую способность цитогенетических методов.

Еще одним этапом развития современной генетики человека явилось картирование и локализация генов в хромосомах человека. Достижения цитогенетики, генетики соматических клеток, увеличение числа генетических маркеров способствовали успешному изучению групп сцепления. В настоящее время у человека установлено 23 группы сцепления. Эти данные нашли непосредственное применение в диагностике наследственных заболеваний и медико-генетическом консультировании (Слюсарев, Жукова, 1987).

Тесная связь современной генетики с химией, физикой, биохимией, физиологией, экологией, фармакологией и другими науками способствовала появлению новых разделов генетики: цитогенетики, радиационной генетики, иммуногенетики, фармакогенетики, экологической генетики .

Во второй половине XX в. начала интенсивно развиваться молекулярная генетика и генная инженерия, были разработаны методы искусственного и ферментативного синтеза генов. В 1969 г. индийский ученый Г. Карано впервые осуществил искусственный синтез гена. С помощью генной инженерии получены искусственные гены инсулина, интерферона, соматотропина и др. Эти достижения открывают большие перспективы в диагностике, профилактике и лечении наследственных болезней человека.

Возможности молекулярной генетики и развитие современных методов работы с ДНК нашли применение для решения практических задач медицинской генетики.

Конец XX в. ознаменован разработкой и началом осуществления грандиозной международной программы “Геном человека”. Ее задача – изучение генома человека, включая картирование хромосом и секвенирование их ДНК, определение полной нуклеотидной последовательности генома, состоящего из трех миллиардов пар нуклотидов. В рамках этой программы разрабатываются методы диагностики и лечения наследственных болезней. В настоящее время уже возможна ДНК- диагностика более 100 наследственных дефектов. В недалеком будущем станет реальностью генотерапия наиболее распространенных болезней человека, патогенез которых уже известен.

Популяционно-статистический метод

 Методы генетики популяций широко применяют в исследованиях человека. Внутрисемейный анализ заболеваемости неотделим от изучения наследственной патологии как в отдельных странах, так и в относительно изолированных группах населения. Изучение частоты генов и генотипов в популяциях составляет предмет популяционно-генетического исследования. Это дает информацию о степени гетерозиготности и полиморфизма человеческих популяций, выявляет различия частот аллелей между разными популяциями.

Считают, что закон Харди — Вайнберга свидетельствует о том, что наследование как таковое не меняет частоты аллелей в популяции. Этот закон вполне пригоден для анализа крупных популяций, где идет свободное скрещивание. Сумма частот аллелей одного гена, согласно формуле Харди — Вайнберга р+q=1, в генофонде популяции является величиной постоянной. Сумма частот генотипов аллелей данного гена p2+2pq+q2=1 также величина постоянная. При полном доминировании, установив в данной .популяции число рецессивных гомозигот (q2 — число гомозиготных особей по рецессивному гену с генотипом аа), достаточно извлечь квадратный корень из полученной величины, и мы найдем частоту рецессивного аллеля а. Частота доминантного аллеля А составит р = 1 – q. Вычислив таким образом частоты аллелей а и А, можно определить частоты соответствующих генотипов в популяции (р2=АА; 2рq=Аа). Например, по данным ряда ученых, частота альбинизма (наследуется как аутосомный рецессивный признак) составляет 1:20 000 (q2). Следовательно, частота аллеля a в генофонде будет q2=l/20000 = /l4l и тогда частота аллеля А будет

p=1-q. p=1. p=1 – 1/141=140/141.

В этом случае частота гетерозиготных носителей гена альбинизма (2pq) составит 2(140/141) x (1/141) = 1/70, или 1,4%

Статистический анализ распространения отдельных наследственных признаков (генов) в популяциях людей в разных странах позволяет определить адаптивную ценность конкретных генотипов. Однажды возникнув, мутации могут передаваться потомству на протяжении многих поколений. Это приводит к полиморфизму (генетической неоднородности) человеческих популяций. Среди населения Земли практически невозможно (за исключением однояйцевых близнецов) найти генетически одинаковых людей. В гетерозиготном состоянии в популяциях находится значительное количество рецессивных аллелей (генетический груз), обусловливающих развитие различных наследственных заболеваний. Частота их возникновения зависит от концентрации рецессивного гена в популяции и значительно повышается при заключении близкородственных браков (Шевченко, 2004).

Цитогенетический метод

Цитогенетический метод используют для изучения нормального кариотипа человека, а также при диагностике наследственных заболеваний, связанных с геномными и хромосомными мутациями.

Кроме того, этот метод применяют при исследовании мутагенного действия различных химических веществ, пестицидов, инсектицидов, лекарственных препаратов и др.

В период деления клеток на стадии метафазы хромосомы имеют более четкую структуру и доступны для изучения. Диплоидный набор человека состоит из 46 хромосом: 22 пар аутосом и одной пары половых хромосом (XX — у женщин, XY — у мужчин). Обычно исследуют лейкоциты периферической крови человека, которые помещают в специальную питательную среду, где они делятся. Затем готовят препараты и анализируют число и строение хромосом. Разработка специальных методов окраски значительно упростила распознавание всех хромосом человека, а в совокупности с генеалогическим методом и методами клеточной и генной инженерии дала возможность соотносить гены с конкретными участками хромосом. Комплексное применение этих методов лежит в основе составления карт хромосом человека .

Цитологический контроль необходим для диагностики хромосомных болезней, связанных с анеуплоидией и хромосомными мутациями. Наиболее часто встречаются болезнь Дауна (трисомия по 21-й хромосоме), синдром Клайнфелтера (47 XXY), синдром Шершевского — Тернера (45 ХО) и др. Потеря участка одной из гомологичных хромосом 21-й пары приводит к заболеванию крови — хроническому миелолейкозу.

При цитологических исследованиях интерфазных ядер соматических клеток можно обнаружить так называемое тельце Барра, или половой хроматин. Оказалось, что половой хроматин в норме есть у женщин и отсутствует у мужчин. Он представляет собой результат гетерохроматизации одной из двух Х-хромосом у женщин. Зная эту особенность, можно идентифицировать половую принадлежность и выявлять аномальное количество Х-хромосом.

Выявление многих наследственных заболеваний возможно еще до рождения ребенка. Метод пренатальной диагностики заключается в получении околоплодной жидкости, где находятся клетки плода, и в последующем биохимическом и цитологическом определении возможных наследственных аномалий. Это позволяет поставить диагноз на ранних сроках беременности и принять решение о се продолжении или прерывании.

Биохимический метод

Наследственные заболевания, которые обусловлены генными мутациями, изменяющими структуру или скорость синтеза белков, обычно сопровождаются нарушением углеводного, белкового, липидного и других типов обмена веществ. Наследственные дефекты обмена можно диагностировать посредством определения структуры измененного белка или его количества, выявления дефектных ферментов или обнаружения промежуточных продуктов обмена веществ во внеклеточных жидкостях организма (крови, моче, поте и т.д.). Например, анализ аминокислотных последовательностей мутационно измененных белковых цепей гемоглобина позволил выявить несколько наследственных дефектов, лежащих в основе ряда заболеваний, — гемоглобинозов. Так, при серповидно-клеточной анемии у человека аномальный гемоглобин вследствие мутации отличается от нормального заменой только одной аминокислоты (глутаминовой кислоты на валин).

В практике здравоохранения кроме выявления гомозиготных носителей мутантных генов существуют методы выявления гетерозиготных носителей некоторых рецессивных генов, что особенно важно при медико-генетическом консультировании. Так, у фенотипически нормальных гетерозигот по фенилкетонурии (рецессивный мутантный ген; у гомозигот нарушается обмен аминокислоты фенилаланина, что приводит к умственной отсталости) после приема фенилаланина обнаруживается повышенное его содержание в крови. При гемофилии гетерозиготное носительство мутантного гена может быть установлено с помощью определения активности фермента, измененного в результате мутаций (Слюсарев, Жукова, 1987).

Генные мутации и нарушения обмена веществ.

У человека обна­ружены различные виды генных мута­ций: замена одной пары нуклеотидов другой, изменение последовательности нуклеотидов, выпадение или вставка одного   или нескольких  нуклеотидов.

Генные мутации у человека являют­ся причиной многих наследственных заболеваний, некоторые из них были известны в клинике уже давно, но ме­ханизм их возникновения стал понятен только после создания молекулярной генетики.

Английский врач Гаррод еще в 1908 г. предположил генетическую при­роду врожденных нарушений обмена веществ у человека. На основании своих исследований он пришел к выводу, что в организме имеется система: ген-фер­мент- биохимическая реакция. Одна­ко уровень развития генетики и био­химии в то время не позволял конкре­тизировать механизмы этой взаимо­связи. Выводы Гаррода получили под­тверждение   в   опытах   Д.    Билла   и  Э. Тейтума (1941), обосновавших экс­периментально основной постулат мо­лекулярной генетики: 1 ген — 1 фер­мент (1 белок), а в более уточненном варианте 1 ген — 1 полипептидная цепь.

Уже в 50-е годы XX в. была выделе­на особая группа заболеваний — мо­лекулярные болезни. Следует отметить, что это название условно, смысл этого термина, который довольно ши­роко применяется, состоит в том, что он подчеркивает причину заболева­ния: дефект на молекулярном уровне, нарушение в структуре молекулы ДНК.

К генным болезням у человека относятся многочисленные болезни обмена веществ. Они могут быть связаны с нарушением обмена углеводов, липидов, стероидов, пуринов и пиримидинов, билирубина, металлов и др. Пока еще нет единой классификации наследственных болезней обмена веществ.

Научной группой ВОЗ предложена следующая классификация:

1) болезни аминокислотного обмена (фенилкетонурия, алкаптонурия и др.);

2) наследственные нарушения обмена углеводов (галаюгоземия, гликогеновая болезнь и др.);

3) болезни, связанные с нарушением липидного обмена (болезнь Ниманна-Пика, болезнь Гоше и др.);

4) наследственные нарушения обмена стероидов;

5) наследственные болезни пуринового и пиримидинового обмена (подагра, синдром Леша-Найяна и др.);

6) болезни нарушения обмена соединительной ткани (болезнь Марфана, мукополисахаридозы и др.);

7) наследственные нарушения гема- и порфирина (гемоглобинопатии и др.);

8) болезни, связанные с нарушением обмена в эритроцитах (гемолитические анемии и др.);

9) наследственные нарушения обмена билирубина;

10) наследственные болезни обмена металлов (болезнь Коновалова-Вильсона и др.)

11) наследственные синдромы нарушения всасывания в пищеварительном тракте (муковисцидоз, непереносимость лактозы и др.).

В зависимости от того, какая про­изошла мутация, ферментная актив­ность может быть изменена различным образом: повышена или понижена — вплоть до полного отсутствия фермента. Фенотипически такие мутации проявля­ются как наследственные болезни обме­на веществ — ферментопатии (энзимопатии). Вещества, накапливающиеся в результате выпадения ферментов, ока­зывают либо сами токсическое дей­ствие, либо включаются в сложные цепи вторичных обменных расстройств, и токсическое действие оказывают об­разующиеся побочные продукты. Та­кие болезни называются болезнями на­копления. В результате многообразия мутаций у человека обнаруживается большое количество генных болезней. В настоящее время их известно более 2 тыс. и продолжают выявляться новые формы. По данным разных авторов, общая частота генных болезней в популя­циях составляет 2—4 %. Распростра­ненность каждого конкретного заболе­вания невелика, но в целом они составляют значительную по удель­ному весу группу в структуре заболе­ваемости. Следует учитывать, что забо­левания, связанные с генной мутацией, могут проявляться в разные периоды жизни, как вскоре после рождения или в первой половине жизни, так и в зре­лом или даже пожилом возрасте (бо­лезнь Коновалова — Вильсона, хорея Гентингтона).

Генные болезни классифицируют по их фенотипическому проявлению: бо­лезни, связанные с нарушением ами­нокислотного, углеводного, липидного, минерального обмена, обмена нук­леиновых кислот. Примером наруше­ния обмена аминокислот является за­болевание фенилкетонурия. (Слюсарев, Жукова, 1987)

Фенилкетонурия (ФКУ) впервые была описана А. Фелингом в 1934 г. У больных нарушено превращение аминокислоты фенилаланина в тирозин из-за резкого снижения активности фермента фенилаланингидроксилазы. В результате содержание фенилаланина в крови и моче больных значительно возрастает. Далее фенилаланин превращается в фенилпировиноградную кислоту, которая является нейротропным ядом и нарушает формирование миелиновой оболочки вокруг аксонов центральной нервной системы.

Фенилкетонурия встречается в среднем в мировом масштабе с частотой 1 на 1000 новорожденных. Однако по этому показателю имеются значительные различия между популяциями: 1:2600 в Турции, 1:4500 в Ирландии, 1: 30000 в Швеции, 1:119000 в Японии. Частота гетерозиготного носительства в большинстве европейских популяций составляет 1:100.

Локус (фенилгидроксилазы) расположен в длинном плече 12-й хромосомы. В настоящее время для большинства семей возможна молекулярно-генетическая диагностика и выявление гетерозиготного носительства. Болезнь наследуется по аутосомно-доминантному типу. Известно несколько форм фенилкетонурии, которые различаются по тяжести протекания болезни. Это связано с наличием 4-х аллелей гена и их комбинациями.

Ребенок с фенилкетонурией рождается здоровым, но в первые же недели в связи с поступлением фенилаланина в организм с молоком матери развивается повышенная возбудимость, судорожный синдром, склонность к дерматитам, моча и пот больных имеют характерный “мышиный” запах, но но главными симптомами ФКУ являются судорожные припадки и олигофрения.

Большинство больных – блондины со светлой кожей и голубыми глазами, что определяется недостаточным синтезом пигмента меланина. Диагноз заболевания устанавливается на основании клинических данных и результатов биохимического анализа мочи (на фенилпировиноградную кислоту) и крови (на фенилаланин). С этой целью несколько капель крови на фильтровальной бумаге подвергают хроматографии и определяют содержание фенилаланина. Иногда используют пробу Феллинга – в 2,5 мл свежей мочи ребенка добавляют 10 капель 5% раствора треххлористого железа и уксусной кислоты. Появление сине-зеленого окрашивания указывает на наличие заболевания.

Метод лечения фенилкетонурии в настоящее время хорошо разработан. Он состоит в назначении больному диеты (овощи, фрукты, варенье, мед) и специально обработанных гидролизатов белков с низким содержанием фенилаланина (лофелак, кетонил, минафен и др). В настоящее время разработаны методы дородовой диагностики. Ранняя диагностика и профилактическое лечение предупреждают развитие болезни.

Больной фенилкетонурией

Оно на­следуется по аутосомно-рецессивному типу. В результате генной мутации имеется недостаточность фермента, рас­щепляющего аминокислоту фенилаланин (фенилаланингидроксилазы).

 

 Это заболевание   является   наиболее   изученным среди ферментопатий, оно встре­чается с относительно высокой часто­той (1/14000) и стало модельным для изучения болезней накопления.

В ре­зультате дефекта фермента возникает метаболический блок: аминокислота фенилаланин не усваивается организ­мом. Нарушаются и последующие зве­нья биохимической цепи реакций, в хо­де которых образуются такие необходи­мые для жизнедеятельности вещества, как тирозин, адреналин, норадреналин, пигмент меланин.

Наследование фенилкетонурии

Неусвоившийся фениланин превращается во вторич­ный продукт — фенилпировиноградную кислоту, накапливающуюся в крови и выделяющуюся с мочой. Оба эти ве­щества, находясь в крови в высокой концентрации, оказывают в конечном итоге токсическое действие на нервные клетки мозга. В результате развивает­ся нарушение высшей нервной деятель­ности, слабоумие, расстройство регу­ляции двигательных функций. У боль­ных слабая пигментация вследствие нарушения синтеза меланина.

Альбинизм (глазо-кожный) описан в 1959 г. Болезнь обусловлена отсутствием синтеза фермента тирозиназы. Для нее характерна обесцвеченность кожи, волос, глаз, независимо от расы и возраста. Кожа больных розово-красная; совершенно не загорает. Имеет предрасположенность к злокачественным новообразованиям. Волосы белые или желтоватые. Радужка серо-голубого цвета, но может быть и розоватая из-за отражения света от глазного дна. Больным свойственна сильная светобоязнь, их зрение снижено и не улучшается с возрастом. Альбинизм встречается с частотой 1 на 39.000, наследуется по аутосомно-рецессивному типу.

Ген локализован на длинном плече 11-й хромосомы . Известно, что углеводы входят в состав ряда биологически-активных веществ – гормонов, ферментов, муко-полисахаридов, выполняющих энергетическую и структурную функции. В результате нарушения углеводного обмена развивается гликогеновая болезнь, галактоземия и др.

Другим примером нарушения ами­нокислотного обмена является альби­низм. При этом заболевании нарушает­ся второе звено в биохимической цепи реакции (дефект фермента тирозиназы, расщепляющего тирозин). В резуль­тате блокируется превращение тирози­на в меланин.

 

Альбинизм

 В странах Западной Европы альбинизм встречается с час­тотой 1/25000. У альбиносов молочно-белый цвет кожи, очень светлые воло­сы и отсутствие пигмента в радужной оболочке глаз. Альбиносы имеют по­вышенную чувствительность к солнеч­ному облучению, которое вызывает у них воспалительные заболевания кожи. Известны болезни, связанные с нарушением обмена аминокислот гистидина,   аргинина   и   др.

 

Талассемии представляют собой гетерогенную группу гемоглобинопатии, в основе которых лежит снижение синтеза полипептидных цепей, входящих в структуру нормального гемоглобина А. Талассемия – это мишеневидноклеточная анемия с нарушенным соотношением НЬА и HbF по биохимическим показателям; при этом возможна частичная недостаточность определенной цепи или ее полное отсутствие при преобладании другой цепи. Так, при нарушении синтеза ß-цепи будут преобладать а-цепи и наоборот. Бета-талассемия обусловлена снижением продукции ß-цепей гемоглобина. Неповрежденные а-цепи избыточно накапливаются в клетках эритропоэза, что ведет к повреждению мембраны и разрушению как клеток эритроидного ряда в костном мозге, так и эритроцитов в периферической крови; развиваются неэффективный эритропоэз и гемолиз с гипохромией эритроцитов, ибо содержание гемоглобина в эритроцитах недостаточно. Первыми описали ß-талассемию американские педиатры Кули и Ли в 1925 г. Тяжелая гомозиготная форма ß-талассемии получила название болезни Кули, или большой талассемии. Кроме того, по выраженности анемии и других клинических симптомов выделяют промежуточную, малую и минимальную талассемию.

Больной талассемией

При талассемии нарушается синтез одной из четырёх цепей глобина. Наследование патологии от одного (гетерозиготность) или обоих родителей (гомозиготность), тип нарушенной цепи определяют выраженность клинических проявлений. Причины повышенной гибели эритроцитов связаны с нарушенной структурой клетки из-за неправильного соотношения цепей глобина в гемоглобине. Кроме укорочения жизни эритроцитов при данном заболевании происходит гибель клеток предшественников эритроцитов в костном мозге. Клиника большой талассемии проявляется уже в детстве. У больных детей своеобразный башенный череп, монголоидное лицо с увеличенной верхней челюстью. Ранний признак болезни Кули – сплено- и гепатомегалия, развивающиеся за счет экстрамедуллярного кроветворения и гемосидероза. Со временем у них формируются цирроз печени, сахарный диабет в результате фиброза поджелудочной железы, а гемосидероз миокарда приводит к застойной сердечной недостаточности. Гомозиготная бета-талассемия характеризуется резким снижением образования HbA1, значительным увеличением содержания HbF, низким, нормальным или повышенным содержанием НbA2.

Содержание НbF может колебаться от 30 до 90 %, иногда бывает ниже 10%. Течение заболевания характеризуется тяжелой гемолитической анемией, проявляющейся к концу первого года жизни ребенка, гепато- и спленомегалией, монголоидиостью лица и башенным черепом, отставанием ребенка в физическом развитии, нередко желтушностью и бледностью кожных покровов. У части больных развиваются язвы в области голеней. Рентгенологически обнаруживают симптом «ежика» или «щетки», который положителен при увеличении содержания HbF, отрицателен при увеличении процента НbA2. У детей в возрасте от 6 мес. до 1 года в мелких костях стоп и кистей выявляется истончение коркового слоя со вздутием кости и образованием грубосетчатой структуры костного мозга. Начиная с 1-го года жизни ребенка отмечается нарушение развития костей, быстро прогрессирующее до периода полового созревания. Длительно продолжающийся гемолиз (ретикулоцитоз, увеличение свободной фракции билирубина сыворотки крови, уробилинурия, гиперсидеремия), частые переливания эритроцитной массы приводят к развитию гемосидероза печени и селезенки. Нередко происходит образование билирубиновых камней в желчных путях. Уровень гемоглобина достигает 30-50 г/л, цветовой показатель 0>5 и ниже. В мазках крови обнаруживают мишеневидные эритроциты, отличающиеся малым содержанием гемоглобина и укорочением продолжительности жизни, анизопойкилоцитоз, эритро- и нормобласты. Отмечается повышение осмотической стойкости эритроцитов, лейкопения (в период гемолитического криза). В костном мозге – раздражение эритро-нормобластического ростка. Иногда возникают апластический криз или явления гиперспленизма. При тяжелой гомозиготной талассемии больные умирают на первом году жизни, при сравнительно более спокойной форме заболевания они могут дожить до взрослого возраста. Гетерозиготная бета-талассемия протекает в виде как бессимптомной, так и манифестной форм с незначительно увеличенной селезенкой, специфическими костными изменениями, нередко выраженной гипохромной анемией, часто анизоцитозом, пойкилоцитозом и мишеневидностью эритроцитов, повышенной их осмотической резистентностью увеличением количества НbA2 (примерно до 8% от общего гемоглобина), у части больных – HbF (до 5%). При гетерозиготной дельтабета-талассемии (F) отмечается высокое содержание HbF при нормальном уровне НbA2. Клинические признаки и гематологические сдвиги аналогичны встречающимся при гетерозиготной бета-талассемии. Гомозиготные формы дельтабета-талассемии (F) проявляются почти теми же клинико-гематологическими нарушениями, что и гомозиготная бета-талассемия. У больных с этой формой заболевания обнаруживается только HbF. Среди больных талассемией удается выделить лиц с гетеро-и гомозиготными формами А2F-талассемии, которые по признакам, характеризующим их течение, по существу мало отличаются от бета-талассемии. В группе больных бета-талассемией случаи большой талассемии с выраженными клиническими проявлениями встречаются реже, чем промежуточные и малые формы. При обследовании родственников больных чаще обнаруживается минимальная форма бета-талассемии. Выделяют следующие формы а-талассемии: водянка плода с гемоглобином Bart’s (у4). гемоглобинопатия Н (бета4), а-талассемия-1 и а-талассемия-2. Водянка плода представляет собой гомозиготное состояние (по генам а-th-l), несовместимое с жизнью. Беременность в подобных случаях непроизвольно прерывается и у плода выявляют водянку мозга, гепатомегалию. Электрофоретическим исследованием гемоглобина обнаруживается Hb Bart’s (80-90%, сочетающийся со следами НbН. Гемоглобинопатия Н – один из вариантов а-талассемии – проявляется гемолитической анемией, увеличением селезенки, тяжелым течением костных изменений. Картина периферической крови характеризуется понижением содержания гемоглобина, анизо- и пойкилоцитозом, гипохромией и множественными включениями в эритроцитах (выпавший в осадок гемоглобин Н). Гетерозиготные формы а-талассемии выявляются у родственников больных гемоглобинопатией Н. а-Талассемия-1 (малая форма заболевания) возникает при сочетании гена а-th-l с нормальным геном a-цепочкового синтеза. Она характеризуется небольшой анемией, умеренным анизо- и пойкилоцитозом, внутриэритроцитарными включениями, повышенной осмотической резистентностью эритроцитов. У взрослых больных а-талассемией-1 гемоглобиновые фракции бывают в пределах нормы, у новорожденных выявляется Hb Bart’s (5-10%). а-Талассемия-2 (минимальная форма заболевания) развивается при сочетании гена a-th-2 с нормальным геном а-цепочкового синтеза. Клинические проявления отсутствуют.

Алкапто́нури́я — наследственное заболевание, обусловленное выпадением функций оксидазы гомогентизиновой кислоты и характеризующееся расстройством обмена тирозина и экскрецией с мочой большого количества гомогентизиновой кислоты. Ранний признак алкаптонурии — выделение у ребенка мочи, быстро темнеющей при стоянии на воздухе, подогревании, подщелачивании. В дальнейшем может присоединитьсямочекаменная болезнь, осложняющаяся пиелонефритом. Признаки поражения опорно-двигательного аппарата появляются обычно после 30 лет. Характерно преимущественное поражение крупных суставов нижних конечностей: коленных, тазобедренных. Реже в процесс вовлекаются плечевые суставы. Изменения характеризуются вторичным остеоартрозом. Отмечаются боли механического характера, часто возникает синовит, резистентный к лечению. Количество воспалительных клеток в синовиальной жидкости невелико. У многих пациентов отмечается быстрое прогрессирование деструктивных изменений хряща суставов. Иногда срок, проходящий от дебюта суставного синдрома до развития выраженных изменений, требующих эндопротезирования суставов, может составлять 2-3 года.

Больной алкаптонурией

Нередко отмечается избыточное отложение гомогентезиновой кислоты в связках, сухожилиях и их оболочках, приводящее в ряде случаев к развитию локальных воспалительных изменений и кальцификации. Часто поражается позвоночник. Основные симптомы: боль и ограничение движений преимущественно в поясничном отделе, реже в грудном и шейном отделах позвоночника. На рентгенограммах выявляются изменения, характерные для распространенного остеохондроза, а также кальцификация межпозвоночных дисков, что является отличительным признаком охроноза. Возможно как изолированное поражение позвоночника, так и одновременное вовлечение крупных суставов. Клинические признаки поражения позвоночного столба при алкаптонурии могут напоминать анкилозирующий спондилит. При обследовании таких пациентов отмечается значительное ограничение движений позвоночника. При охронозе могут возникать рентгенологические изменения крестцово-подвздошных суставов (остеоартроз), отчасти сходные с таковыми при сакроилеите. Поражение хрящевой ткани ушных раковин встречается практически у всех больных алкаптонурией в развернутой стадии болезни. При этом меняется цвет ушных раковин: он может варьировать от голубого до серого, окраска может быть как интенсивной, так и слегка заметной. Меняется также эластичность ушных раковин: при пальпации они становятся более плотными и ригидными. Реже меняется цвет кожи в области носогубных складок, подмышечных впадин, ладоней. Эти изменения протекают бессимптомно. Очень часто у больных алкаптонурией развивается пигментация склер, что связано с отложением в них депозитов гомогентезиновой кислоты. Интенсивность таких отложений может быть разной. Эти изменения обычно не беспокоят пациентов, но являются одними из признаков данного заболевания, имеющим важное диагностическое значение. При алкаптонурии примерно у 20 % больных развиваются изменения аортального клапана (редко — митрального): кальцификация створок, фиброзного кольца, а также восходящего отдела аорты. Эти изменения могут быть значительными, приводить к существенным гемодинамическим нарушениям, требующим в ряде случаев оперативного лечения (протезирование клапанов). Имеются данные о развитии кальциноза коронарных артерий. Калькулезный простатит часто обнаруживается при алкаптонурии. Обычно он протекает мало- или бессимптомно, выявляется при ультразвуковом или рентгенологическом исследовании.

Генные мутации могут приводить к различным нарушениям углеводного обмена: неусвоеиие молочного сахара (галактоземия), неусвоение фруктозы (фруктозурия) вследствие дефекта соот­ветствующих ферментов. При поступ­лении с пищей этих углеводов разви­ваются тяжелые обменные расстрой­ства, задержка физического развития и умственная отсталость. Одно из наиболее распространенных заболеваний углеводного обмена ве­ществ — сахарный диабет. Причиной его является недостаточность гормона инсулина или изменение восприимчи­вости тканей к этому гормону. При этом снижен процесс образования глико­гена, уровень глюкозы в крови повы­шен и часть ее выводится с мочой. По поводу типов наследования диабета, имеющего различные формы, нет еди­ного   мнения (Слюсарев, Жукова, 1987).

 

Амавротическая идиотия (болезнь Тея-Сакса) также относится к заболеваниям, связанным с нарушением липидного обмена. Для нее характерно отложение в клетках мозга, печени, селезенки и других органах липида ганглиозида. Причина- снижение активности фермента гексозаминидазы А в организме. В результате происходит разрушение аксонов нервных клеток.

Болезнь проявляется в первые месяцы жизни. Ребенок становится вялым, малоподвижным, безразличным к окружающим. Задержка психического развития приводит к снижению интеллекта до степени идиотии. Отмечается мышечная гипотония, судороги, характерный симптом “вишневой косточки” на сетчатке глаза. К концу первого года жизни наступает слепота. Причина – атрофия зрительных нервов. Позднее развивается полная обездвиженность. Смерть наступает в 3-4 года.

Тип наследования болезни – аутосомно-рецессивный. Ген локализован на длинном плече 15-й хромосомы.

Расстройства липидного обмена мо­гут сопровождаться увеличением кон­центрации липидов в сыворотке крови (что играет важную роль в развитии атеросклероза), понижением концен­трации липидов или отложением этих веществ в клетках различных тканей, где в норме этого не наблюдается: в нервных клетках, как при болезни Тея — Сакса, а также в селезенке, печени, костном мозге при других формах   липидозов.

Болезнь Тея-Сакса

В результате недостаточности фер­ментов пуринового обмена повышается содержание мочевой кислоты в крови и происходит отложение мочекислых со­лей, что приводит к заболеванию по­дагрой.

Гликогеновая болезнь связана с нарушением синтеза и разложения гликогена – животного крахмала. Гликоген образуется из глюкозы при голодании; в норме он снова превращается в глюкозу и усваивается организмом. При нарушении этих процессов у человека развиваются тяжелые заболевания – различные типы гликогенозов. К ним относятся болезнь Гирке, болезнь Помпе и др.

Гликогеноз (I тип – болезнь Гирке). У больных в печени, почках и слизистой кишечника накапливается большое количество гликогена. Превращение его в глюкозу не происходит, т.к. отсутствует фермент глюко-6-фосфатаза, регулирующий уровень глюкозы в крови. В результате у больного развивается гипогликемия, в печени, почках и слизистой кишечника накапливается гликоген. Болезнь Гирке наследуется по аутосомно-рецессивному типу.

Сразу после рождения главными симптомами болезни являются глико-гемические судороги и гепатомегалия (увеличение печени). С 1-го года жизни отмечается задержка роста. Характерен вид больного: большая голова, “кукольное лицо”, короткая шея, выступающий живот. Кроме того, отмечаются носовые кровотечения, задержка физического и полового развития, мышечная гипотония. Интеллект при этом нормальный. В крови повышается уровень мочевой кислоты, так что с возрастом может развиться подагра.

В качестве лечения используется диетотерапия: частый прием пищи, повышенное содержание углеводов и ограничение жиров в диете.

Гликогеноз (II тип – болезнь Помпе) протекает в более тяжелой форме. Гликоген накапливается как в печени, так и в скелетных мышцах, миокарде, легких, селезенке, надпочечниках, стенках сосудов, в нейронах.

У новорожденных спустя 1-2 месяца появляется мышечная слабость, дефицит 1,4-глюкозидазы в печени и в мышцах. В этот же период возникают кардиомегалия (увеличение сердца) и макроглоссия (патологическое увеличение языка). Нередко у больных развивается тяжелая форма пневмонии из-за накопления секрета в дыхательных путях. Дети погибают на первом году жизни.

Болезнь наследуется по аутосомно-рецессивному типу. Ген локализован на длинном плече 17-й хромосомы. Диагностика заболевания возможна еще до рождения ребенка. С этой целью определяют активность фермента 1,4-глюкозидазы в амниотической жидкости и ее клетках.

Известны и другие типы гликогенозов (III-VII), которые в общем повторяют клиническую картину первого типа. Для их диагностики необходимы специальные биохимические исследования (Шевченко, 2004).

Галактоземия. При этом заболевании происходит накопление в крови больного галактозы, что приводит к поражению многих органов: печени, нервной системы, глаз и др. Симптомы болезни появляются у новорожденных после приема молока, поскольку галактоза – составная часть молочного сахара лактозы. При гидролизе лактозы образуются глюкоза и галактоза. Последняя необходима для миелинизации нервных волокон. При избытке галактозы в организме она в норме превращается в глюкозу с помощью фермента галактоза-1 – фосфат-уридил-трансферазы. При понижении активности этого фермента происходит накопление галактоза-1-фосфата, токсичного для печени, мозга, хрусталика глаза. (Слюсарев, Жукова, 1987)

Болезнь проявляется с первых дней жизни расстройствами пищеварения, интоксикацией (понос, рвота, обезвоживание). У больных увеличивается печень, развивается печеночная недостаточность и желтуха. Обнаруживается катаракта (помутнение хрусталика глаза), умственная отсталость. У погибших в первый год жизни детей при вскрытии обнаруживают цирроз печени. Наиболее точные методы диагностики галактоземии – определение активности фермента галактоза-1-фос-фат-уридилтрансферазы в эритроцитах, а также галактозы в крови и моче, где уровни ее увеличены. При исключении из пищи молока (источника галактозы) и раннем назначении диеты больные дети могут нормально развиваться. Тип наследования галактоземии – аутосомно-рецессивный. Ген локализован на коротком плече 9-й хромосомы. Болезнь встречается с частотой 1 на 16.000 новорожденных.

Наследственные заболевания, связанные с нарушением
липидного обмена

В число липидов входят холестерол (холестерин), триглицериды, эфиры холестерола, фосфолипиды, сфинголипиды и др.

Наследственные болезни обмена липидов (липидозы) подразделяются на два основных типа :

1) внутриклеточные, при которых происходит накопление липидов в клетках различных тканей;

 2) болезни с нарушением метаболизма липопротеидов, содержащихся в крови.

К числу наиболее изученных наследственных заболеваний липидного обмена первого типа относятся болезнь Гоше, болезнь Ниманна – Пика и амавротическая идиотия (болезнь Тея-Сакса).

Болезнь Гоше характеризуется накоплением цереброзидов в клетках нервной и ретикуло-эндотелиальной системы, обусловленным дефицитом фермента глюкоцереброзидазы. Это приводит к накоплению в клетках ретикуло-эндотелиальной системы глюкоцереброзида. В клетках мозга, печени, лимфатических узлах обнаруживаются крупные клетки Гоше. Накопление цереброзида в клетках нервной системы приводит к их разрушению.

Болезнь Гоше

Выделяют детскую и ювенильную формы болезни. Детская проявляется в первые месяцы жизни задержкой умственного и физического развития, увеличением живота, печени и селезенки, затруднением глотания, спазмом гортани. Возможна дыхательная недостаточность, инфильтрация (уплотнение легких клетками Гоше) и судороги. Смерть наступает на первом году жизни .

Наиболее часто встречается ювенильная форма болезни Гоше. Она поражает детей различного возраста и носит хронический характер. Заболевание проявляется, как правило, на первом году жизни. Возникают пигментация кожи (коричневые пятна), остеопороз (снижение плотности кости), переломы, деформация костей. В тканях мозга, печени, селезенки, костного мозга содержится большое количество глюкоцереброзидов. В лейкоцитах, клетках печени и селезенки снижена активность глюкозидазы. Тип наследования аутосомно-рецессив-ный. Ген локализован на длинном плече 1-й хромосомы.

Болезнь Ниманн-Пика обусловлена снижением активности фермента сфингомиелиназы. В результате происходит накопление сфингомиелина в клетках печени, селезенке, мозге, ретикуло-эндотелиальной системе. Вследствие дегенерации нервных клеток нарушается деятельность нервной системы. Выделяют несколько форм заболевания, различающихся клинически (время начала, течение и тяжесть неврологических проявлений). Однако имеются и общие для всех форм симптомы.

Болезнь чаще проявляется в раннем возрасте. У ребенка увеличиваются лимфатические узлы, размеры живота, печени и селезенки; отмечаются рвота, отказ от пищи, мышечная слабость, снижение слуха и зрение. У 20-30% детей на сетчатке глаза обнаруживается пятно вишневого цвета (симптом “вишневой косточки”). Поражение нервной системы ведет к отставанию нервно-психического развития, глухоте, слепоте. Резко снижается устойчивость к инфекционным заболеваниям. Дети погибают в раннем возрасте. Наследование болезни – аутосомно-рецессивное. Ген сфингомиелиназы картирован на хромосоме 11. Диагностика болезни Ниманна-Пика основана на выявлении в плазме крови и спинномозговой жидкости повышенного содержания сфингомиелина. В периферической крови выявляются большие зернистые пенистые клетки Пика. Лечение симптоматическое.

Наследственные аномалии циркулирующих белков.
Гемоглобинопатии

Гемоглобинопатии – это болезни, связанные с наследственным нарушением синтеза гемоглобина. Выделяют количественные (структурные) и качественные их формы. Первые характеризуются изменением первичной структуры белков гемоглобина, что может приводить к нарушению его стабильности и функции. При качественных формах структура гемоглобина остается номрмальной, снижена лишь скорость синтеза глобиновых цепей.

Талассемии. Данная патология обусловлена снижением скорости синтеза полипептидных цепей нормального гемоглобина А. Впервые болезнь описана в 1925 г. Ее название происходит от греческого “Таласса” – Средиземное море. Полагают, что со средиземноморским регионом связано происхождение большинства носителей гена талассемии. Талассемия встречается в гомо- и гетерозиготных формах. По клинической картине принято различать большую, промежуточную, малую и минимальную формы. Остановимся на одной из них.

Встречаются генетически обуслов­ленные расстройства минерального об­мена. Это различные нарушения обмена калия, кальция, фосфора. Так, при наследственной форме рахита наруше­на реабсорбция неорганических фос­фатов в почечных канальцах. Заболе­вание наследуется по доминантному типу, ген локализован в Х-хромосоме, поэтому болеют и мужчины, и жен­щины.

Нарушения минерального обмена мо­гут касаться и ионов металлов. При­мером может служить расстройство об­мена меди. Соединения меди играют большею роль в обменных процессах. Медь входит в состав многих фермен­тов, участвующих в реакциях окисле­ния, которые встроены в мембраны митохондрий и осуществляют важней­шие этапы окислительных реакций. Недостаток этих ферментов приводит к тяжелым нарушениям как на клеточ­ном, так и на организменном уровнях. При определенной генной мутации тормозится синтез белка церуллоплазмина, связывающего медь. В результате нарушается обмен этого иона, содер­жание его в крови падает и медь на­капливается в тканях печени и мозга, вызывая их дегенерацию (гепатоцеребральная дегенерация, или болезнь Вильсона — Коновалова).

Болезнь Вильсона-Коновалова характеризуется поражением печени и нервной системы – в виде прогрессирующего цирроза и неврологических симптомов. Заболевание генетически обусловленное; в основе клинических проявлений лежит нарушение обмена меди в организме. В норме основная масса меди после всасывания в кишечнике выводится с желчью и мочой. При болезни Вильсона-Коновалова увеличивается  вывод меди через почки и, соответственно, уменьшается ее содержание в крови. Это приводит к нарушению обмена кислорода крови, поскольку медь входит в состав специфических ферментов крови, ответственных за газообмен организма. В итоге, из-за нарушения обмена меди, она накапливается в печени, почках, роговице глаза и головном мозге.

В печени из-за этого развивается цирроз – “сморщивание” печеночной ткани и разрастание фиброзной ткани, что приводит к нарушению очистительной функции печени, а это, в свою очередь – к накоплению шлаков в организме. Так, уже с детского возраста часто возникают эпизоды желтухи, выявляется увеличение печени и селезенки. Симптомы поражения печени наиболее ранние, в то время, как неврологические симптомы болезни появляются только после 20-30 лет. Накопление меди в почках сопровождается развитием неврита и гломерулонефрита – т.е. поражением почечных клубочков и канальцев; это приводит к нарушению фильтрации ионов и белка, их повышенному выведению с мочой из организма. Накопление меди в роговице глаза не вызывает нарушения зрения или движения глазного яблока, однако приводит к появлению специфического диагностического симптома этой болезни – желтоватого цвета кругов на радужке, которые видны невооруженным глазом. Накопление меди в головном мозге, наряду с его интоксикацией шлаками из-за нарушенной очистительной функции печени и почек, приводит к развитию ряда нервно-психических симптомов. Начальными проявлениями болезни Вильсона-Коновалова могут быть трудности при выполнении мелких движений, смазанность речи. Появляется дрожание рук и головы в покое и при нагрузках. Отмечается мышечная скованность, отсутствие произвольности в движениях.

Течение заболевания прогрессирующее, с эпизодами обострений и ремиссий. Частый летальный исход наблюдается при печеночной форме заболевания у детей. В лечении болезни Вильсона-Коновалова применяют препараты, нормализующие обмен меди. Назначают их строго индивидуально, а зависимости от степени активности заболевания, а дозы наращивают под контролем концентрации меди в сыворотке крови. Поскольку эти лекарственные препараты обладают сильными побочными эффектами, одновременно назначают витамины или общеукрепляющие средства. Больным рекомендуется диета, исключающая продукты с высоким содержанием меди (грибы, какао, шоколад, печень, рыба).

Ряд патологических признаков че­ловека определяется не одним, а не­сколькими генами — явление поли­мерии, или полигенного наследования. Примерами таких заболеваний явля­ются гипертоническая болезнь, атеро­склероз, подагра. Они отличаются тем, что в большей степени зависят от влияния условий среды, это так назы­ваемые болезни с наследственным пред­расположением. Такое заболевание мо­жет и не проявиться при благоприят­ных условиях среды или проявиться в слабой степени (Слюсарев, Жукова, 1987).

Генные болезни – это большая группа заболеваний, возникающих в результате повреждения ДНК на уровне гена.

Общая частота генных болезней в популяции составляет 1-2%. Условно частоту генных болезней считают высокой, если она встречается с частотой 1 случай на 10.000 новорожденных, средней – 1 на 10.000-40.000 и далее – низкой. Моногенные формы генных заболеваний наследуются в соответствии с законами Г. Менделя. По типу наследования они делятся на аутосомно-доминантные, аутосомно-рецессивные и сцепленные с Х- или Y-хромосомами. Большинство генных патологий обусловлено мутациями в структурных генах, осуществляющих свою функцию через синтез полипептидов – белков. Любая мутация гена ведет к изменению структуры или количества белка. Начало любой генной болезни связано с первичным эффектом мутантного аллеля. Основная схема генных болезней включает ряд звеньев: мутантный аллель → измененный первичный продукт → цепь последующих биохимических процессов клетки → органы → организм.

В результате мутации гена на молекулярном уровне возможны следующие варианты:

1) синтез аномального белка;

2) выработка избыточного количества генного продукта;

3) отсутствие выработки первичного продукта;

4) выработка уменьшенного количества нормального первичного продукта,

Не заканчиваясь на молекулярном уровне в первичных звеньях, патогенез генных болезней продолжается на клеточном уровне. При различных болезнях точкой приложения действия мутантного гена могут быть как отдельные структуры клетки – лизосомы, мембраны, митохондрии, пероксисомы, так и органы человека. Клинические проявления генных болезней, тяжесть и скорость их развития зависят от особенностей генотипа организма (гены-модификаторы, доза генов, время действия мутантного гена, гомо- и гетерозиготность и др.), возраста больного, условий внешней среды (питание, охлаждение, стрессы, переутомление) и других факторов. Особенностью генных (как и вообще всех наследственных) болезней является их гетерогенность. Это означает, что одно и то же фенотипическое проявление болезни может быть обусловлено мутациями в разных генах или разными мутациями внутри одного гена. Впервые гетерогенность наследственных болезней была выявлена С. Н. Давиденковым в 1934 г.

Рассмотрим наиболее часто встречающиеся и генетически наиболее изученные в настоящее время генные болезни. Генные мутации происходят на молекулярном уровне и затрагивают, как правило, один или несколько нуклеотидов внутри отдельного гена. Этот тип мутаций можно разделить на две большие группы. Первую из них обсусловливает сдвиг рамки считывания. К второй группе относят генные мутации, связанные с заменой пар оснований. Последние составляют не более 20% спонтанных мутаций, остальные 80% мутаций происходят в результате различных делеций и вставок.

Существуют два типа замены оснований:

1. Транзиции заключаются в замене одного пуринового на пуриновое основание или одного пиримидинового на пиримидиновое основание (А → G; С→ Т).

2. Трансверсии, при которых пуриновое основание меняется на пиримидиновое или наоборот (А → С; G → Т).

Такие изменения происходят как спонтанно, так и под действием различных мутагенов. Спонтанные транзиции возможны при репликации ДНК, что обусловлено существованием молекулы ДНК в нескольких таутомерных формах (за счет изменения положения протона, меняющего химические свойства

А – спаривание 5-бромурацила (BU) с аденином и Б – с гуанином. Внизу – два механизма индукции транзиции; В – ошибка репликации, состоящая в том, то BU включается при репликации в редкой енольной форме, с G (2); в третьем цикле репликации (3) G нормально спаривается с С, и таким образом  завершается переход AT → GC. Г – ошибка включения, состоящая в том, что BU в редкой фенольной форме спаривается с G (1), а затем в обычной кетоформе спаривается с А (2); в третьем цикле репликации (3) А нормально паривается с Т, и таким образом завершается переход GC → AT молекул). В результате изменяется способность нуклеотидов образовывать водородные связи, а аденин приобретает свойства гуанина, гуанин – аденина, цитозин – тимина, а тимин – цитозина. При последующей репликации такой таутомерный переход приводит к транзиции. Так, например, в обычной аминной форме аденин взаимодействует с тимином, а в редкой иминоформе образует пару с цитозином. При последующей репликации будет иметь место транзиция AT → GC.

Доказательством связи процесса репликации с мутагенезом стало открытие мутагенного эффекта аналогов оснований ДНК – 5-бромурацила и 2-аминопурина. 5-бромурацил включается в ДНК вместо тимина и образует пары с аденином. В дальнейшем при репликации ДНК возможна мутация за счет ошибочного спаривания 5-бромурацила с гуанином (ошибка считывания) либо за счет ошибки при включении аналога ДНК (ошибка включения).

Менее ясны механизмы возникновения трансверсий. Одна из причин их возникновения, по-видимому, заключена в механизме репарации. Серповидно-клеточная анемия является ярким примером молекулярной болезни, возникающей из-за наследственного нарушения структуры гемоглобина. У мутантного гена, кодирующего одну из цепей гемоглобина, нарушен всего один нуклеотид, и в матричной РНК происходит замена аденина на урацил (ГАА на ГУА). В результате происходит изменение биохимического фенотипа – в β-цепи гемоглобина глутаминовая кислота замещается на валин. Это замена изменяет поверхность гемоглобиновой молекулы таким образом, что она вступает в реакцию с соседними молекулами и образует длинные линейные тяжи, деформирующие эритроциты. Приобретая серповидно-клеточную форму, эритроциты либо закупоривают мелкие сосуды, либо быстро удаляются из кровообращения,  что может приводить к гемолитической анемии.

Серповидно-клеточная анемия

Мутации со сдвигом рамки считывания представляют собой вставки или выпадения одной или нескольких пар нуклеотидов. В зависимости от места нарушения изменяется то или иное количество кодонов. Соответственно в белке могут появиться дополнительные аминокислоты или измениться их последовательность. Большая часть мутаций этого типа обнаружена в молекулах ДНК, состоящих из одинаковых оснований. Значимость генных мутаций для жизнеспособности организма неодинакова. Различные изменения в нуклеотидной последовательности ДНК по-разному проявляются в фенотипе. Некоторые “молчащие мутации” не оказывают влияния на структуру и функцию белка. Примером такой мутации может служить замена нуклеотидов, не приводящая к замене аминокислот.

По функциональному значению генные мутации можно разделить на 3 класса:

1) ведущие к полной потере функции;

2) в результате которых происходят количественные изменения мРНК и первичных белковых продуктов;

3) доминантно-негативные, изменяющие свойства белковых молекул таким образом, что они оказывают повреждающее действие на жизнедеятельность клеток (Гуттман, 2004).

Наибольшим повреждающим действием обладают так называемые нонсенс-мутации, связанные с появлением кодонов-терминаторов, вызывающих остановку синтеза белка. Причем, чем ближе мутации к 5’-концу гена (к началу транскрипции), тем короче будут белковые молекулы. Делеции или инверсии (вставки), некратные трем нуклеотидам и, следовательно, вызывающие сдвиг рамки считывания, могут также приводить к преждевременному окончанию синтеза белка или к образованию бессмысленного белка, который быстро деградирует.

Миссенс-мутации связаны с заменой нуклеотидов в кодирующей части гена. Фенотипически проявляется в виде замены аминокислоты в белке. В зависимости от природы аминокислот и функциональной значимости нарушенного участка, наблюдается полная или частичная потеря функциональной активности белка.

 

Сплайсинговые мутации затрагивают сайты на стыке экзонов и интронов и сопровождаются либо вырезанием экзона и образованием делетированного белка, либо вырезанием интронной области и трансляцией бессмысленного измененного белка. Как правило, такие мутации обусловливают тяжелое течение болезни.

Регуляторные мутации связаны с количественным нарушением в регуляторных областях гена. Они не приводят к изменениям структуры и функции белков. Фенотипическое проявление таких мутаций определяется пороговым уровнем концентрации белка, при котором еще сохраняется его функция.

Динамические мутации или мутации экспансии представляют собой патологическое увеличение числа тринуклеотидных повторов, локализованных в кодирующих и регуляторных частях гена. Многие тринуклеотидные последовательности характеризуются высоким уровнем популяционной изменчивости. Фенотипическое нарушение проявляется в случае превышения определенного критического уровня по числу повторов. Классическим примером мутации экспансий является синдром ломкой хромосомы (Fra XA), при которой выявляется область CGG повторов в регуляторной области FMR-1 гена (Xq 27.3). В норме в этом гене число повторов варьирует от 6 до 42. Хромосомы, содержащие 50-200 повторов, считаются “премутацией”. В следующем поколении число повторов может увеличиться до 1000 и более, что и обусловливает выраженную клиническую картину заболевания. Генные мутации идентифицируют с помощью различных методов молекулярно-генетического анализа, в том числе с использованием техники гибридизации in situ (FISH), методов PCR (полимеразной цепной реакции), CMC (химического расщепления некомплементарных сайтов), SSCP (анализа конформационного полиморфизма однонитевой ДНК), DGGE (денатурирующего гель-электрофореза).

Наследственные болезни аминокислотного обмена

Это – самая многочисленная группа наследственных болезней обмена веществ. Почти все они наследуются по аутосомно-рецессивному типу. Причина заболеваний – недостаточность того или иного фермента, ответственного за синтез аминокислот. Болезни сопровождаются рвотой и обезвоживанием организма, летаргическим состоянием или возбуждением и судорогами. В позднем возрасте проявляется угасание умственного и физического развития.

К наследственным болезням с нарушенным аминокислотным обменом относится фенилкетонурия, альбинизм и др.

Серповидноклеточная анемия – наиболее часто встречаемое наследственное заболевание, вызванное изменением структуры молекулы гемоглобина. Люди, страдающие серповидно-клеточной анемией, в большинстве случаев погибают, не достигнув зрелого возраста. В условиях низкого парциального давления кислорода их эритроциты приобретают форму серпа. У родителей больного эритроциты

Это заболевание впервые обнаружил в 1910 г. Дж. Херрик у студента-негра, страдавшего тяжелой формой анемии. В крови больного он выявил эритроциты необычной серповидной формы. Оказалось, что это заболевание не редкое явление у американских негров (рис. 8.8).

В 1946 г. Нобелевский лауреат Л. Полинг с коллегами провели биохимический и генетический анализ гемоглобина больных и здоровых людей и показали, что гемоглобины нормальных и серповидноклеточных эритроцитов различаются по подвижности в электрическом поле и растворимости. Оказалось, что гемоглобин у людей с признаками серповидноклеточности представляет смесь равных количеств и нормального и мутантного гемоглобина. Стало ясно, что мутация, вызывающая серповидноклеточную анемию, связана с изменением химической структуры гемоглобина.

Дальнейшие исследования показали, что в случае серповидноклеточной анемии происходит замена глютаминовой кислоты на валин в шестой паре нуклеотидов гена, кодирующего β -цепь гемоглобина человека. У гетерозигот измененный гемоглобин составляет 20-45 %, у гомозигот – 60-99 % общего гемоглобина.

Серповидно-клеточная анемия

При данной патологии отмечают бледность кожи и слизистых оболочек, желтушность. У 60% детей увеличена печень. Отмечается также шумы в области сердца и др. Болезнь протекает в виде чередования кризов и ремиссий.

Специальных методов лечения нет. Важное значение имеет предохранение больного от воздействия факторов, провоцирующих развитие болезни (гипоксия, обезвоживание, холод и др.) (Слюсарев, Жукова, 1987).

Цели, задачи и методы медико-генетического консультирования (МГК)

Основная цель медико-генетического консультирования – предупреждение рождения больного ребенка. Главными задачами МГК являются:

1. Установление точного диагноза наследственной патологии.

2. Пренатальная (дородовая) диагностика врожденных и наследственных заболеваний различными методами (ультразвуковыми, цитогенетическими, биохимическими, молекулярно-генетическими).

3. Определение типа наследования заболевания.

4. Оценка величины риска рождения больного ребенка и оказание помощи в принятии решения.

5. Пропаганда медико-генетических знаний среди врачей и населения.

Поводом для медико-генетического консультирования могут быть:

1. Рождение ребенка с врожденными пороками развития, умственной и физической отсталостью, слепотой и глухотой, судорогами и др.

2. Спонтанные аборты, выкидыши, мертворождения.

3. Близкородственные браки.

4. Неблагополучное течение беременности.

5. Работа супругов на вредном предприятии.

6. Несовместимость супружеских пар по резус-фактору крови.

7. Возраст женщины старше 35 лет, а мужчины – 40 лет.

Медико-генетическая консультация включает 4 этапа: диагноз, прогноз, заключение и совет. Работа начинается с уточнения диагноза заболевания. Точный диагноз – необходимое условие для любой консультации. В некоторых случаях диагноз наследственной патологии может быть установлен врачом еще перед направлением в консультацию. Это относится к хорошо изученным и довольно часто встречаемым наследственным болезням, например, болезни Дауна, сахарному диабету, гемофилии, мышечной дистрофии и др. Чаще же диагноз неясен.

В медико-генетических консультациях диагноз уточняется благодаря использованию современных генетических, биохимических, иммуногенетических и других методов. Одним из основных методов является генеалогический метод, т.е. составление родословной для супружеской пары, обратившейся в консультацию. В первую очередь это относится к тому из супругов, в родословной которого имелась наследственная патология. Тщательный сбор родословной дает определенную информацию для постановки диагноза болезни. В более сложных случаях, например, при рождении ребенка с множественными пороками развития, правильный диагноз может быть поставлен лишь при использовании специальных методов исследования. В процессе диагностики нередко возникает необходимость обследования не только пациента, но и других членов семьи.

После установления диагноза определяется прогноз для потомства, т.е. величина повторного риска рождения больного ребенка. Основой для решения этой задачи являются теоретические расчеты с использованием методов генетического анализа и вариационной статистики или таблиц эмпирического риска. Это входит в функции врача-генетика. Передача наследственных заболеваний возможна несколькими путями в зависимости от особенностей передачи наследственной патологии. Например, если у ребенка имеется заболевание, как у одного из родителей, это указывает на доминантный тип наследования. В таком случае при полной пенетрантности гена больные члены семьи передадут заболевание половине своих детей. Наследственная патология у ребенка здоровых родителей указывает на рецессивный тип наследования. Риск рождения больного ребенка у родителей с рецессивным заболеванием составляет 25%. По данным 1976 г. у человека было известно 789 рецессивно наследуемых заболеваний и 944, наследуемых по доминантному типу. Наследственная патология может быть сцеплена с полом (Х-сцепленный тип наследования). В этих условиях риск заболевания у мальчиков и носительства у девочек составляет 50%. Таких заболеваний в настоящее время известно около 150. В случае мультифакториальных болезней генетическое консультирование является достаточно точным. Эти болезни обусловлены взаимодействием многих генов с факторами внешней среды. Число патологических генов и их относительный вклад в заболевание в большинстве случаев неизвестны. Для расчета генетического риска используются специально разработанные таблицы эмпирического риска при мультифакториальных заболеваниях . Генетический риск до 5% считается низким и не является противопоказанием к повторному рождению ребенка в семье. Риск от 6 до 20% принято считать средним, и в этом случае для дальнейшего планирования семьи рекомендуется всестороннее обследование. Генетический риск свыше 20% принято относить к высокому риску. Дальнейшее деторождение в данной семье не рекомендуется.

При хромосомных болезнях вероятность повторного рождения больного ребенка крайне низка и не превышает 1% (при отсутствии других факторов риска).

Для транслокационной формы болезни Дауна при вычислении риска важно определить, кто из родителей несет сбалансированную транслокацию. Например при гранслокации (14/21) величина риска равна 10%, если носителем является мать, и 2,5% – если носитель отец. При транслокации 21-й хромосомы на ее гомолог, риск рождения больного ребенка составляет 100%, независимо от того, кто из родителей является носителем транслокации.

Синдром Дауна

Для определения риска повторного рождения ребенка с патологией важно установить гетерозиготных носителей мутантного гена. Особое значение это имеет при аутосомно-рецессивном типе наследования, при наследовании, сцепленном с полом, и близкородственных браках. В ряде случаев гетерозиготное носительство устанавливается при анализе родословной, а также путем клинических и биохимических анализов. Так, если у отца имеется рецессивное заболевание, сцепленное с Х-хромосомой (например, гемофилия), то с вероятностью 100% его дочь будет гетерозиготна по данному гену. Наряду с этим, снижение антигемофильного глобулина в сыворотке крови у дочерей отца гемофилика может служить вполне убедительным доказательством гетерозиготного носительства гена гемофилии. В настоящее время некоторые наследственные заболевания устанавливаются с помощью ДНК-диагностики. Гетерозиготным носителям дефектных генов следует избегать близкородственных браков, заметно увеличивающих риск рождения детей с наследственной патологией. Заключение медико-генетического консультирования и советы родителям (два последних этапа) могут быть объединены. В результате проведенных генетических исследований врач-генетик дает заключение об имеющейся болезни, знакомит с вероятностью возникновения болезни в будущем, дает соответствующие рекомендации. При этом учитывается не только величина риска появления больного ребенка, но и тяжесть наследственного или врожденного заболевания, возможности пренатальной диагностики и эффективности лечения. Вместе с тем, все решения по дальнейшему планированию семьи принимаются только супругами.

Профилактика наследствен­ных аномалий может проводиться на генотипическом и фенотипическом уров­нях. К первому относятся мероприя­тия, направленные на ослабление дей­ствия мутагенных факторов: уменьше­ние дозы облучения от естественных и искусственных источников; снижение содержания химических мутагенов в окружающей среде (промышленные отходы, вещества бытовой химии, ядо­химикаты). Необходимо также, по воз­можности, предупреждать действие биологических мутагенов: вирусных и инфекционных заболеваний, иммунных сывороток.

Перспективным направлением явля­ется поиск антимутагенных защитных веществ. Антимутагены (протекто­ры) — это соединения, нейтрализую­щие сам мутаген до его реакции с мо­лекулой ДНК или снимающие пора­жения с молекулы ДНК, вызванные мутагенами. С этой целью применяют цистеин, после введения которого орга­низм мыши оказался способным пере­нести смертельную дозу радиации. Применяются и другие протекторы (их известно более 30); они были от­крыты как вещества, снижающие эф­фект радиации, но могут быть исполь­зованы и для защиты от химических мутагенов. С этой целью применяют гистамин, глутатион, серотонин, ре­зерпин и некоторые другие вещества.

Антимутагенными свойствами обла­дает ряд витаминов. Предполагают, что некоторые антимутагены можно бу­дет использовать в качестве пищевых добавок   и  антимутагенных  лекарств.

Целям   профилактики   наследствен­ных  болезней  служит  медико-генети­ческое консультирование, ряд функций которого вполне реально осуществлять уже в настоящее время.

В популяционном смысле целью ме­дико-генетической консультации яв­ляется снижение груза патологиче­ской наследственности, а задача отдель­ной консультации — информация се­мьи о степени возможного риска и по­мощь в принятии правильного реше­ния.

Специфика работы врача-генетика со­стоит в том, что объектом его исследова­ния является не один человек (боль­ной), а семья. Поэтому любая консуль­тация требует сбора сведений о род­ственниках, а иногда и их обследова­ния. Работа врача-генетика связана с преодолением трудностей и психоло­гического характера, так как при со­ставлении родословной бывает трудно получить сведения о некоторых сторо­нах жизни и состоянии здоровья род­ственников.

Важнейшая задача медицинской ге­нетики — найти простые и доступные методы выявления гетерозиготных но­сителей мутантного гена. Это возможно потому, что в большинстве случаев у человека имеет место явление непол­ного доминирования нормального гена.

В поисках новых методов генетики исходят из того, что у гетерозиготных носителей могут обнаружиться те же изменения в функциях и в обмене ве­ществ, что и у больного, но в значи­тельно меньшей степени. Наличие му­тантного гена у гетерозигот можно выявить, например, с помощью прово­цирующей нагрузки тем веществом, обмен которого в организме нарушен. Например, при введении больших ко­личеств фенилаланина у доминантных гомозигот уровень этой аминокислоты в крови довольно быстро снижается до нормы под влиянием активно дей­ствующего фермента фенилаланингид-роксилазы. Иначе дело обстоит у кли­нически здоровых гетерозиготных но­сителей рецессивного гена. В этом случае концентрация фенилаланина в крови значительно медленнее пони­жается до нормального уровня за счет дефекта фермента, который в обычных условиях не обнаруживается. (Слюсарев, Жукова, 1987)

У гетерозигот по серповидноклеточности проявляется наличие аномально­го гемоглобина в условиях понижен­ного парциального давления кислоро­да. У больных эпилепсией имеется склонность к судорожным припадкам, а у некоторых из их клинически здоро­вых родственников отмечается особый судорожный ритм на электроэнцефало­грамме.

Для медико-генетического консуль­тирования используются различные ме­тоды: цитогенетические, биохимиче­ские, электрофизиологические и др. Несмотря на широкое использование методов лабораторной диагностики, со­храняется и важная роль генеалогиче­ского метода. В то же время при со­ставлении родословной врач испыты­вает большие трудности. В отдаленных селах, где население более стабильно, родословная может быть собрана в че­тырех, пяти и больше поколениях. Но люди, живущие в крупных горо­дах, нередко приехавшие сюда из раз­ных мест, часто имеют сведения не более чем о двух-трех поколениях своей семьи. При анализе родословных бывает необходимо учитывать, что при доминантном типе наследования может быть пропуск в каком-нибудь поколе­нии за счет слабой экспрессивности гена («стертая» форма болезни) либо имевшийся  доминантный   ген  вообщене проявился в фенотипе вследствие возможного эпистаза.

Поиски врачей-генетиков направле­ны на выявление тех или иных заболе­ваний у еще не родившегося ребен­ка.

Известно, что в околоплодной жидко­сти содержатся вещества, выделяемые развивающимся зародышем. Иссле­дуя состав этой жидкости, можно опре­делять некоторые нарушения обмена. В. околоплодной жидкости всегда нахо­дится некоторое количество зародыше­вых клеток.

Диагностика может быть проведе­на на культивируемых соматических клетках зародыша в отношении хро­мосомных аномалий и в отношении ряда болезней генной природы. Совре­менные методы позволяют диагности­ровать более 60 наследственных заболе­ваний. Внутриутробная диагностика может быть необходимой в тех случаях, когда имеется высокий риск рождения больного ребенка.

Врач-генетик — не юридическое ли­цо, он не может запретить или разре­шить консультируемым иметь детей, его цель — помочь семье реально оце­нить степень опасности. В конечном итоге целью кон­сультации является правильная оцен­ка ситуации членами семьи и принятие ими рационального решения в отношении дальнейшего планирования семьи.

 Значение медико-генетического кон­сультирования и его вклад в обще­ственное здравоохранение будет воз­растать. Можно ожидать в дальнейшем не только предотвращения увеличения наследственной патологии в будущих поколениях, но и снижения ее частоты. Для обеспечения эффективного медико-генетического консультирования не­обходима пропаганда генетических зна­ний, осведомленность населения в во­просах   наследственных болезней.

Современные методы пренатальной диагностики
наследственных заболеваний

Эффективность медико-генетического консультирования значительно возрастает благодаря использованию современных методов пренатальной (дородовой) диагностики. Она позволяет задолго до рождения ребенка определить заболевание и, если необходимо, прервать беременность. Такая ситуация возникает в случае наследственных заболеваний, лечение которых в настоящее время не дает нужных результатов.

Основными показателями к проведению дородовой диагностики являются:

1). Наличие в семье точно установленного наследственного заболевания.

2). Наличие в семье заболевания, сцепленного с полом.

3). Возраст будущей матери от 35 лет, а отца – от 40 лет.

4). Гетерозиготность обоих родителей по одной паре аллелей при аутосомно-рецессивном заболевании

5). Наличие структурных перестроек хромосом (особенно транслокаций и инверсий) у одного из родителей.

6). Наличие в анамнезе беременной, длительной работы на вредных для здоровья производствах, проживание в зонах с повышенным радиационным фоном и др.

К основным методам пренатальной диагностики относятся:

1. Определение альфа-фетопротеина.

2. Ультразвуковое исследование плода (УЗИ).

3. Биопсия хориона и плаценты.

4. Амниоцентез (прокол плодного пузыря для получения околоплодной жидкости).

5. Кордоцентез (взятие крови из пуповины).

6. Фетоскопия (введение зонда и осмотр плода).

Определение альфа-фетопротеина (АФП) в крови и амниотической жидкости беременной получило большое распространение. АФП – это белок, вырабатываемый клетками печени плода. Оптимальным сроком для его определения в сыворотке крови матери является 15-16-я неделя беременности. Установлено, что концентрация АФП в крови беременной может существенно повышаться при некоторых аномалиях плода, например, спиномозговой грыже, врожденном нефрозе, дефектах нервной трубки и брюшной стенки. В случае уточнения диагноза аномалии нервной трубки проводится детальное ультразвуковое обследование плода и содержание белка в амниотической жидкости. Следует отметить, что концентрация АФП в крови беременных может быть повышена и при других заболеваниях матери: опухоль печени, хронический гепатит, цирроз и др.

В крови женщин, вынашивающих плод с хромосомными аномалиями (синдром Дауна, Эдвардса и др.) уровень АФП снижен. Если концентрация АФП мала, назначается цитогенетический анализ клеток плода.

Биохимические методы. Эти ме­тоды используются для диагностики болезней обмена веществ, причиной которых является изменение активно­сти определенных ферментов. С помо­щью биохимических методов открыто около 500 молекулярных болезней, являющихся следствием проявления мутантных генов. При различных ти­пах заболеваний удается либо опре­делить сам аномальный белок-фермент, либо промежуточные продукты обмена. Эти методы отличаются большой тру­доемкостью, требуют специального оборудования и потому не могут быть широко использованы для массовых популяционных исследований с целью раннего выявления больных с наслед­ственной патологией обмена.

В последние два десятилетия в раз­ных странах разрабатываются и при­меняются для массовых исследований специальные программы. Первый этап такой программы состоит в том, чтобы среди большого количества обследуе­мых выделить предположительно боль­ных, имеющих какое-то наследственное отклонение от нормы. Такая программа называется просеивающей, или скрин-нинг-программой (англ. screening — просеивание). Для этого этапа обычно используется небольшое количество простых, доступных методик (экспресс-методов). Экспресс-методы основаны на простых качественных реакциях вы­явления продуктов обмена в моче, кро­ви. На втором этапе проводится уточне­ние (подтверждение диагноза или от­клонение при ложно-положительной реакции на первом этапе). Для этого используются точные хроматографические методы определения ферментов, аминокислот и т. п.

Применяют также микробиологиче­ские тесты, они основаны на том, что некоторые штаммы бактерий могут расти только на средах, содержащих определенные аминокислоты, углево­ды. Удалось получить штаммы по веществам,   являющимся  субстратами или промежуточными метаболитами у больных при нарушении обмена. Если в крови или моче есть требуемое для роста вещество, то в чашке Петри во­круг фильтровальной бумаги, пропи­танной одной из этих жидкостей, на­блюдается активное размножение мик­робов, чего не бывает в случае анализа у здорового человека. Разрабатыва­ются различные варианты микробиоло­гических методов.

Популяционно – статистиче­ский метод позволяет изучать рас­пространение отдельных генов в челове­ческих популяциях. Обычно произво­дится непосредственное выборочное исследование части популяции либо изучают архивы больниц, родильных домов, а также проводят опрос путем анкетирования. Выбор способа зависит от цели исследования. Последний этап состоит в   статистическом   анализе.

Одним из наиболее простых и уни­версальных математических методов яв­ляется метод, предложенный Г. Харди и В. Вайнбергом. Имеется и ряд других специальных математи­ческих методов. В результате становит­ся возможным определить частоту генов в различных группах населения, ча­стоту гетерозиготных носителей ряда наследственных аномалий и болезней.

Исследуемые популяции могут раз­личаться по биологическим призна­кам, географическим условиям жизни, экономическому состоянию. Изучение распространенности генов на опре­деленных территориях показывает, что в этом отношении их можно разделить на три категории: 1) имеющие универ-сальное распространение (к их числу относится большинство известных ге­нов); примером могут служить рецес­сивные гены фенилкетонурии и неко­торых других форм слабоумия, встре­чающиеся в гетерозиготном состоянии у 1 % населения Европы; ген дальто­низма, который проявляется у 7 % муж­чин и 0,5 % женщин, но в гетерози­готном состоянии этот ген имеют 13 % женщин; 2) встречающиеся локально, преимущественно в определенных ра­йонах; к числу последних относятся, например, ген серповидноклеточной анемии,  распространенный   в   страна Африки и Средиземноморья, и ген, определяющий врожденный вывих бед­ра, имеющий высокую концентрацию у коренных жителей северо-востока на­шей  страны. Популяционно-статический метод позволяет определить генетиче­скую структуру популяций (соотноше­ние между частотой гомозигот и гете-розигот). Новые возможности для про­ведения генетического анализа откры­вает применение электронно-вычисли­тельной техники. Знание генетического состава популяций населения имеет большое значение для социальной ги- гиены и профилактической медицины.

Цитогенетический метод. Принципы цитогенетических исследова­ний сформировались в течение 20—30-х годов на классическом объекте генети­ки — дрозофиле и на некоторых растениях. Метод основан на микроскопиче­ском исследовании хромосом.

Цитогенетический метод

Нормальный кариотип человека включает 46 хромосом, из них 22 пары аутосом и 2 половые хромосомы. До 1956 г. количество хромосом у чело­века не было точно установлено, это удалось шведским ученым Д. Тийо и А. Левану. К этому времени в лабора­тории успешно производили культиви­рование клеток человека (клетки костного мозга, культуры фибробластов или лейкоцитов периферической крови, стимулированных к делению фито- . гемагглютинином). Добавление колхицина останавливает процесс митоза на стадии метафазы, так как инактивируются нити веретена; затем клетки обрабатываются гипотоническим рас­твором. В результате набухания и разрыва клеточных мембран хромосо­мы оказываются лежащими свободно и на некотором расстоянии друг от дру­га (метафазные пластинки). Это дает возможность подсчитывать их и ана­лизировать. Важнейшая задача со­стоит в умении различать индивидуаль­ные хромосомы в данной метафазной пластинке. Непосредственно, путем ви­зуального наблюдения под микроско­пом это сделать трудно, поэтому обыч­но делают микрофотографии, а затем вырезают отдельные хромосомы и рас­полагают   их   в   порядке   убывающей величины, т. е. производят построение карио граммы.

Для идентификации хромосом при­меняют количественный морфометриче-ский анализ. С этой целью проводят измерение длины хромосомы в микро­метрах. Определяют также соотноше­ние длины короткого плеча к длине всей хромосомы (центромерный ин­декс).

В 1960 г. была разработана первая Международная классификация хро­мосом человека (Денверская). В основу ее были положены особенности величи­ны хромосом и расположение первичной перетяжки. По форме и об­щим размерам все аутосомы человека подразделяются на 7 групп, обозна­чаемых латинскими буквами А, В, С, D, E, F, G. Все хромосомы имеют порядковые номера. Наиболее крупная пара гомологичных хромосом имеет № 1, следующая — № 2 и т. д. Самые маленькие из хромосом чело­века— № 21 и 22. Половые хромосо­мы — крупная X и мелкая Y—выделя­ются отдельно. В последнее время раз­рабатываются автоматические и полу­автоматические системы для измерения и количественного анализа хромосом. (Слюсарев, Жукова, 1987)

Однако идентификация хромосом только по указанным признакам встре­чает большие затруднения. Фактически удается определить, к какой группе относится хромосома, а в пределах группы определить ее место и номер часто не представляется возможным. В дальнейшем положения Денверской классификации были развиты,    дополнены. Классификация хромосом человека дополнены новыми критериями и конкретизи­рованы на последующих международ­ных конференциях, последней из кото­рых была Парижская IV конференция по стандартизации хромосом человека (1971). Были использованы принципи­ально новые методические подходы. В 1968—1970 гг. были опубликованы работы шведского генетика Касперссона, который применил для изучения хромосом флюоресцентные красители, в частности акрихин-иприт и его про­изводные. Последующее изучение в люминесцентном микроскопе показало, что хромосомы не дают равномерного свечения по длине.

Выявляемая обычными ядерными красителями однородность хромосом оказалась обманчивой, в ней выделя­ется несколько светящихся полос, сов­падающих с локализацией структурного гетерохроматина. Кроме крупных, еильно флюоресцирующих участков, каждая хромосома имеет чередующиеся диски. Этот рисунок свечения строго специфичен для каждой хромосомы. После удаления из хромосом ДНК они теряют почти полностью способность к флюоресценции. При изучении мно­гих видов млекопитающих оказалось, что способностью к акрихиновой флюо­ресценции обладают хромосомы человека, гориллы и шимпанзе. В интерфаз­ных ядрах этим методом выявляется К-хромосома, которая имеет вид очень ярко светящегося зеленоватого тельца.

В настоящее время разработано не­сколько методов выявления структур­ной неоднородности по длине хромосом человека. Основу всех методов состав­ляют произведенные на препаратах процессы денатурации и ренатурации ДНК хромосом. Если после денатура­ции ДНК, вызванной нагреванием и некоторыми другими факторами, про­вести затем ее ренатурацию— восста­новление исходной двунитчатой струк­туры, а затем окрасить хромосомы кра­сителем Гимзы, то в них выявляется четкая дифференцировка на темноокра-шенные и светлые полосы — диски. Последовательность расположения этих дисков, их рисунок строго спе­цифичен для каждой хромосомы. В ре­зультате различных вариантов метода удается выявить центромерный и око­лоцентромерный гетерохроматин (С-диски), диски, расположенные по дли­не хромосом (собственно Гимзы-диски, G-диски).

Значительный вклад в изучение хро­мосом сделан советскими цитогенетика-ми А. А. Прокофьевой — Бельговской, А. Ф. Захаровым. В институте меди­цинской генетики  А. Ф. Захаровым был разработан перспектив­ный метод изучения хромосом. В осно­ву его положен процесс неодновремен­ной репликации хромосом: одни участ­ки реплицируются раньше, у других этот процесс задерживается и реплика­ция происходит значительно позднее. Неодновременно идет процесс спирализации. хромосом, вступающих в ми­тоз. Однако к тому моменту, когда хромосомы вступают в метафазу, успе­вает завершиться процесс выравнивания этих различий, и степень конденсации метафазных хромосом становится оди­наковой. Было показано, что можно задержать этот процесс путем введе­ния 5-бромдезоксиуридина (5-БДУ), которое является аналогом тимидина — предшественника ДНК. Если 5-БДУ вводить в конце S-периода, то он вклю­чается в синтез ДНК; те участки хро­мосом,   где   находится   это вещество, остаются слабоокрашенными, так как была задержана спирализация. Рано редуцировавшиеся участки хромо­сомы, успевшие спирализоваться, ин­тенсивно окрашиваются (Р-диски). Рас­положение светлых и темных дисков при этом методе противоположно тому, что   наблюдается    при    G-окраске.

Сравнительный анализ различных методов окраски показал, что один и тот же диск может выделяться как светлый, неокрашенный или темноокра-шенный, но порядок расположения дисков идентичен при всех методиках (Q, С, G и Р-диски). Следовательно, не вызывает сомнения, что их расположе­ние и последовательность имеют зако­номерный характер, специфичный для каждой хромосомы. При­рода этой специфической дифференциа­ции хромосом на диски еще оконча­тельно не выяснена, как и причины акрихиновой флюоресценции участков хромосом. Имеются предположения, что это связано с наличием блоков повторяющихся последовательностей нуклеотидов в молекуле ДНК или с особенностями ее связи с белками, входящими в состав хромосомы. Вы­явление внутренней структурной неод­нородности хромосом сыграло важную роль в дальнейшем развитии цитогенетики человека и положено в основу международной номенклатуры.

Если нарушения касаются половых хромосом, то диагностика упрощается. В этом случае проводится не полное кариотипирование, а применяется ме­тод исследования полового хроматина в соматических    клетках.

Половой хроматин — это небольшое дисковидное тельце, интенсивно окра­шивающееся гематоксилином и други­ми основными красителями. Оно обна­руживается в интерфазных клеточных ядрах млекопитающих и человека, не­посредственно под ядерной мембраной. Половой хроматин обнаружили впер­вые в 1949 г. М. Барр и Ч. Бертрам в нейронах кошки; исследователи обра­тили внимание, что он присутствует только в ядрах клеток самок и отсут­ствует у самцов.

Определение полового хроматина

Впоследствии было уточнено, что половой хроматин имеется в большинстве клеточных ядер самок (60—70 %), у самцов его обычно нет, либо встреча­ется очень редко (3—5 %). В клетках мужчины иногда можно видеть очень небольшое количество псевдотелец по­лового хроматина — это конденсиро­ванные участки аутосом и спирализованныеY-хромосомы. Они значительно мельче Х-хроматина и отличаются по форме, расположению и количеству. Половой хроматин представляет собой спирализованную Х-хромосому, кото­рая у женщин претерпевает инактива­цию еще в раннем эмбриогенезе до развития половых желез. Инактивация одной из Х-хромосом является меха­низмом, выравнивающим баланс генов половых хромосом в клетках организ­мов мужского и женского пола.

Половой хроматин может быть опре­делен в любых тканях. Чаще всего исследуются эпителиальные клетки сли­зистой оболочки щеки. Это особенно удобно для мас­совых исследований. Могут использо­ваться и клетки других тканей.

К числу перспективных методов пренатальной диагностики относится биопсия плода и плаценты. Она проводится на более ранних, чем УЗИ, сроках беременности (7-9 недель). Ворсинки хориона берут особым шприцом с помощью гибкого катетера через шейку матки. Затем их подвергают лабораторной диагностике с помощью цитологических, биохимических, молекулярно-генетических методов. В случае выявления наследственных заболеваний у плода беременность прерывают. Одним из осложнений хорионбиопсии является относительно высокая частота спонтанных абортов (выкидышей). Общие потери плода после хорионбиопсии в среднем составляют 2,5-3%, а в некоторых случаях и выше, что ограничивает применение этого метода. Каких-либо нарушений плаценты, роста плода, появлений пороков развития и увеличения перинатальной смертности после хорионбиопсии не отмечается. Однако, существуют данные, что ранняя хорионбиопсия может вызывать поперечные врожденные апмутации конечностей (редукционные пороки). По этой причине в последнее время хорионбиопсию не рекомендуется проводить ранее 8-й недели, а плацентобиопсию – 12-й недели беременности (Слюсарев, Жукова, 1987).

Таблица. Врожденные пороки развития,
диагностируемые с помощью УЗИ

Система или орган	Пороки
ЦНС Конечности Сердце Почки Желудочно-кишечный тракт	Грубые пороки мозга, черепно- и спинномозговые грыжи, недоразвитие передних отделов мозга и др. Редукционные пороки, тяжелые формы карликовости с укорочением конечностей, ломкость костей и др. Тяжелый порок сердца Дефекты развития почек, поликистоз почек Аномалии развития двенадцатиперстной кишки, дефекты передней брюшной стенки

Амниоцентез

Амниоцентез – это  прокол плодного пузыря для взятия 8-10 мл околоплодной жидкости с находящимися в ней слущенными клетками амниона и плода. Последние являются основным субстратом для цитологических и биохимических исследований. Этот метод является наиболее распространенным и доступным. Проводится на 15-18-й неделе беременности. Риск осложнения ее течения незначителен (0,2%).

Амниоцентез делают чрезбрюшинно под контролем УЗИ, чтобы не повредить плаценту. Чрезвлагалищный амниоцентез применяется редко.

Амниоцентез

С помощью этого метода диагностируют многие хромосомные нарушения, болезни, сцепленные с полом, болезни обмена веществ (болезнь Тея-Сакса, мукополисахаридозы, гликогенозы, фенилкетонурия и др.).