Дефекты утилизации субстратов. Дефекты окисления пирувата:

Дефекты окисления пирувата:

1 недостаточность пируватдекарбоксилазы;

2 недостаточность дигидролипоилтрансацетилазы;

3 недостаточность дигидролипоилдегидрогеназы;

4 недостаточность пируватдегидрогеназы;

5 недостаточность пируваткарбоксилазы;

6 недостаточность карнитин-ацетилтрансферазы.

7 Дефекты метаболизма свободных жирных кислот: дефекты бета-окисления жирных кислот.

8 Дефекты дыхательной цепи.

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

10 Дефекты KoQ цитохром Ь, cl-редуктазного комплекса (недостаточность KoQ-10, недостаточность Fe-S-протеинов, недостаточность цитохрома Ь, комбинированная недостаточность цитохромов b и cl).

11 Недостаточность цитохрома а, аЗ.

12 Недостаточность цитохрома а, аЗ и b.

13 Дефекты накопления и передачи энергии.

14 Нарушения окислительного фосфорилирования с гиперметаболизмом (болезнь Люфта).

15 Нарушения окислительного фосфорилирования без гиперметаболизма.

16 Недостаточность митохондриальной АТФазы.

17 Недостаточность адениннуклеотидтранслоказы.

Диагностика митохондриальных болезней:

Оценка характера наследования и манифестации клинических признаков митохондриальных заболеваний

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

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

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

При лабораторном исследовании обращают внимание на характерные признаки митохондриальных болезней:

· наличие ацидоза;

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

· гиперкетонемию;

· гипогликемию;

· гипераммониемию;

· повышение концентрации ацетоацетата и 3-оксибутирата;

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

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

· повышенные уровни жирных кислот в крови;

· гиперэкскрецию органических кислот с мочой;

· снижение уровня карнитина в крови;

· увеличение содержания миоглобина в биологических жидкостях;

· снижение активности митохондриальных ферментов в миоцитах и фибробластах.

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

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

Да нные морфологических и молекулярно-генетических исследований

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

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

К другим морфологическим признакам митохондриальной патологии относят:

· резкое увеличение размеров митохондрий;

· накопление гликогена, липидов и конгломератов кальция в субсарколеммах;

· снижение активности митохондриальных ферментов;

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

Критерии диагностики

Критерии диагностики

Выделяют 2 группы критериев диагностики митохондриальных болезней. Основные критерии диагностики (первая группа).

· Клинические:

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

· наличие 2 или комбинация следующих признаков:

· мультисистемного поражения, патогномоничного для болезней дыхательной цепи;

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

· исключения метаболических и других заболеваний проведением соответствующих тестов.

· Гистологические - обнаружение феномена RRF более чем в 2% мышечной ткани.

· Энзиматические:

· цитохром С-оксидазонегативные волокна;

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

· Функциональные - снижение синтеза АТФ в фибробластах более 3 стандартных отклонений.

· Молекулярно-генетические - патогенетически значимые мутации ядерной или мтДНК.

Дополнительные критерии диагностики (вторая группа).

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

· Гистологические - малый процент феномена RRF, субсарколеммальное накопление митохондрий или их аномалий.

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

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

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

· Метаболические - обнаружение одного или более метаболитов, указывающих на нарушение клеточной биоэнергетики.

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

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

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

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

· использовании корректоров активного переноса электронов в дыхательной цепи;

· введении кофакторов энзимных реакций, протекающих в клетках;

· предупреждении прогрессирования повреждений митохондрий;

· ликвидации лактат-ацидоза:

· устранении дефицита карнитина;

· назначении антиоксидантов;

· использовании симптоматических средств;

· предупреждении вторичных митохондриальных дисфункций.

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

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

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

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

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

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

никотинамид - 20-30 мг/сут;

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

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

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

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

· 3-я группа - корректоры нарушенного обмена жирных кислот;

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

левокарнитин - 25-100 мг/кг в сут в 4 приёма.

· 4-я группа - средства, направленные на предупреждение кислородно-радикального повреждения митохондриальных мембран (приём в течение 3-4 нед):

аскорбиновая кислота - 200-500 мг/сут;

витамин Е - 50-300 мг/сут.

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

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

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

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

Заключение

С тех пор как в 1960-х годах впервые были описаны митохондриальные заболевания, было приложено много усилий к пониманию значения митохондрий в процессах нормы, патологии и старения. В настоящее время известно, что широкий диапазон на вид не связанных заболеваний, от шизофрении до диабета, имеют в своей основе общие патологические механизмы, а именно митохондриальную дисфункцию, образование РФК и накопление повреждений в мтДНК. Антиоксидантная терапия обещает улучшение работы митохондрий, но тем не менее существуют непонятные аспекты в нашем понимании типов и соотношений антиоксидантов, их форм, которые дали бы наилучшие результаты. Однако поиск клиницистами рациональных способов терапии для своих пациентов, может заключить тестирование органических кислот в моче как попытку определить, какие питательные вещества необходимо использовать в качестве добавок. Безусловно, необходимы дополнительные клинические исследования, но если прогресс в понимании функций митохондрий не утратит своих темпов в последующие 50 лет, митохондриальне болезни и митохондриальную дисфункцию вскоре можно будет считать излечимыми.

Литература

М. Б. Беркинблит, С. М. Глаголев, В. А. Фуралев. Общая биология. — М.: МИРОС, 1999

Д. Г. Дерябин. Функциональная морфология клетки. — М.: КДУ, 2005.

Айала Ф., Кайгер Дж. Современная генетика: В 3 т. М.: Мир, 1987—1988. Т. 1. 295 с. Т. 2 368 с. Т. 3. 335 с.

Виге, Х. Атлас анатомии человека / Х. Виге, Э. М.Орте. – М.: Лабиринт Пресс, 2004

Самусев Р. П., Седин Ю. М. Анатомия человека. М., 1990.

Ю. А. Зозуля, А. П. Черченко МИТОХОНДРИАЛЬНЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ

Гинтер Е. К. Медицинская генетика. — М.: Медицина, 2003. — 448 с

Марри Р., Греннер Д., Мейес П., Родуэлл В. Биохимия человека. — М.: Мир, 1993. — Т. 2. — 415 с.

Ю. М. Романовский, А. Н. Тихонов Молекулярные преобразователи энергии живой клетки. Протонная АТФ-синтаза — вращающийся молекулярный мотор (рус.) // УФН. — 2010. — Т. 180. — С. 931—956.

6. Бакеева Л.Е., Ченцов Ю.С. Митохондриальный ретикулум: Строение и некоторые функции // Итоги науки. Общие проблемы биологии. 1989

Маргелис Л. Роль симбиоза в эволюции клетки. М., 1983.

Ченцов Ю.С. Общая цитология. М.: Изд-во МГУ, 1995

Ленинджер А. Основы биохимии: В трех томах, М.: Мир, 1985-1986.

Гвоздев В.А. // Сорос. образоват. журн. 1999. №10. С.11—17.

Минченко А.Г., Дударева Н.А. Митохондриальный геном. Новосибирск, 1990.