Явление гетероплазмии определяет существование в одной клетке нормальных митохондрий и митохондрий с нарушенной функцией. За счет первых клетка может функционировать какое-то время. Если продукция энергии в ней падает ниже определенного порога, то происходит компенсаторная пролиферация всех митохондрий, включая дефектные. В худшем положении оказываются клетки, которые потребляют много энергии: нейроны, мышечные волокна, кардиомиоциты.

Из-за утечки в дыхательной цепи митохондрии постоянно продуцируют свободные радикалы на уровне 1–2 % поглощенного кислорода. Количество продукции радикалов зависит от мембранного потенциала митохондрий, на изменения которого влияет состояние АТФ-зависимых калиевых каналов митохондрий. Открытие этих каналов влечет за собой возрастание образования свободных радикалов, повреждение других белков митохондриальных мембран и мтДНК. ДНК митохондрий не защищена гистонами и хорошо доступна для радикалов, что проявляется в изменении уровня гетероплазмии. Принято считать, что наличие 10 % митохондрий с измененной ДНК не оказывает влияния на фенотип.

4. КЛАССИФИКАЦИЯ И ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

МИТОХОНДРИАЛЬНЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ

Единой этиологической классификации МЗ в настоящее время не существует из-за неопределенности вклада мутаций ядерного генома в их этиологию и патогенез. Существующие классификации основаны на 2-х принципах : локализации мутантного гена в мтДНК или яДНК и участии мутантного белка в реакциях окислительного фосфорилирования.

Этиологическая классификация (по, 2006) включает митохондриальные болезни, связанные с дефектами:

· мтДНК;

· яДНК;

· интергеномных взаимодействий.

Патогенетическая классификация (по, 2000) подразделяет митохондриальные болезни на обусловленные нарушением:

· карнитинового цикла;

· окисления жирных кислот;

· метаболизма пирувата;

· цикла Кребса;

· работы дыхательной цепи;

· сопряжения окисления и фосфорилирования.

В клинической практике объединяют комбинации часто встречающихся симптомов МЗ в синдромы.

Митохондриальные заболевания - гетерогенная группа заболеваний, характеризующихся генетическими и структурно-биохимическими дефектами митохондрий, нарушением тканевого дыхания. По происхождению МЗ делятся на первичные (наследственные) и вторичные.

Причинами наследственных МЗ являются мутации митохондриального и (или) ядерного генома.

К настоящему времени известно более 200 заболеваний, вызванных мутацией мтДНК.

По мере накопления клинико-диагностических данных в разных странах было установлено, что у детей примерно каждое третье наследственное метаболическое заболевание связано с митохондриями. По данным Н. Г. Даниленко, (2007) в популяциях частота митохондриальных болезней варьирует от 1:5000 до 1:35000. Минимальная частота МЗ в популяции взрослых жителей Великобритании оценивается как (1–3):10000.

Характеристика клинических особенностей МЗ представлена в таблице 2.

Таблица 2 - Клинические особенности митохондриальных заболеваний (по, 2007)

Клинические особенности	Патофизиологическое значение
Полисистемность, полиорганность, «необъяснимость» сочетания симптомов со стороны органов, не связанных по происхождению	Поражение органов, имеющих близкий «порог» чувствительности к нарушению окислительного фосфорилирования
Наличие острых эпизодов в дебюте заболевания или в его развернутой стадии	«Метаболический криз», связанный со срывом баланса между потребностями ткани в энергообеспечении и уровнем анаэробного дыхания
Вариабельный возраст начала симптоматики (от 1 до 7-го десятилетия жизни)	Вариабельный уровень мутантной мтДНК в разных тканях в различный момент времени
Усугубление симптоматики с возрастом	Нарастание числа мутаций мтДНК и ослабление интенсивности окислительного фосфорилирования по мере старения

Поражение большинства систем и органов при МЗ можно объяснить тем, что многие процессы, протекающие в организме энергозависимы. Относительная энергозависимость органов и тканей в порядке убывания: ЦНС, скелетные мышцы, миокарда, орган зрения, почки, печень, костный мозг, эндокринная система.

Нейронам необходимо большое количество АТФ для синтеза нейромедиаторов, регенерации, поддержания необходимого градиента Na + и К+, проведения нервного импульса. Скелетные мышцы в покое потребляют незначительные количества АТФ, но при физической нагрузке эти потребности возрастают в десятки раз. В миокарде постоянно совершается механическая работа, необходимая для циркуляции крови. Почки используют АТФ в процессе реабсорбции веществ при образовании мочи. В печени происходит синтез гликогена, жиров, белков и других соединений.

5. ДИАГНОСТИКА МИТОХОНДРИАЛЬНЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ

Митохондриальные болезни трудны для диагностики. Определяется это отсутствием строгой связи между сайтом мутации и клиническим фенотипом. Это значит, что одна и та же мутация может вызывать разные симптомы, а один и тот же клинический фенотип могут формировать разные мутации.

Поэтому для постановки диагноза митохондриального заболевания важен комплексный подход, основанный на генеалогическом, клиническом, биохимическом , морфологическом (гистологическом), генетическом анализах.

Генеалогический анализ

Наличие в семейном анамнезе синдрома внезапной младенческой смерти, кардиомиопатий, деменций, раннего инсульта, ретинопатий, диабета, задержки развития может указывать на митохондриальную природу имеющегося заболевания.

Клинические проявления митохондриальных заболеваний

Миопатический синдром : слабость и атрофия мышц, снижение миотонического тонуса, мышечные боли, непереносимость физической нагрузки (усиление мышечной слабости, появление рвоты и головной боли).

Центральная нервная система и органы чувств: летаргия, кома, задержка психомоторного развития, деменция, нарушение сознания, атаксия, дистония, эпилепсия, миоклонические судороги, «метаболический инсульт», слепота центрального происхождения, пигментный ретинит, атрофия зрительных нервов, нистагм, катаракта, офтальмоплегия, птоз, нарушение остроты зрения, гипоакузия, дизартрия, сенсорные нарушения, сухость слизистой рта, гипотония, снижение глубоких сухожильных рефлексов, инсультоподобные эпизоды, гемианопсия.

Периферическая нервная система: аксональная нейропатия, нарушение двигательной функции гастроинтестинального тракта.

Сердечно-сосудистая система: кардиомиопатия (обычно гипертрофическая), аритмия, нарушение проводимости.

Желудочно-кишечный тракт: частые диспептические явления (рвота, диарея), атрофия ворсинок кишечника, экзокринная недостаточность поджелудочной железы.

Печень: прогрессирующая печеночная недостаточность (особенно у младенцев), гепатомегалия.

Почки: тубулопатия (по типу синдрома Де Тони-Дебре-Фанкони: фосфатурия, глюкозурия, аминацидурия), нефрит, почечная недостаточность.

Эндокринная система: задержка роста, нарушение полового развития, гипогликемия, сахарный и несахарный диабет, гипотиреоз, гипопаратиреоидизм, гипоталамо-гипофизарная недостаточность, гиперальдостеронизм.

Система кроветворения: панцитопения, макроцитарная анемия .

Основные биохимические проявления митохондриальных заболеваний

Повышение уровня:

· лактата и пирувата в крови (ликворе);

· 3-гидроксимасляной и ацетоуксусной кислот в крови;

· аммиака в крови;

· аминокислот;

· жирных кислот с разной длиной цепи;

· миоглобина;

· продуктов перекисного окисления липидов;

· мочевой экскреции органических кислот.

Снижение:

· активности некоторых ферментов энергетического обмена в митохондриях;

· содержания общего карнитина в крови.

Лактатный ацидоз является практически постоянным спутником митохондриальных болезней, но проявляется и при других формах патологии. Поэтому более эффективным является измерение уровня лактата в венозной крови после умеренной физической нагрузки на велоэргометре.

Основные изменения структуры скелетной мышцы при митохондриальной недостаточности

Морфологическое исследование позволяет с помощью световой и электронной микроскопии в сочетании с гистохимическими методами выявить нарушения количества и строения митохондрий, признаки их дисфункций и снижения активности митохондриальных ферментов.

C ветовая микроскопия с применением различных видов специальной окраски, в т. ч. и для определения активности митохондриальных ферментов выявляет:

· феномен «рваных» (шероховатых) красных волокон (RRF - « ragged » red fibres ) в количестве более 5 % (при окраске по Гомори, Альтману напоминает разрыв волокон по периферии и обусловлен скоплением пролиферирующих генетически измененных митохондрий под сарколеммой);

· гистохимические признаки недостаточности митохондриальных ферментов (цикла Кребса, респираторной цепи), особенно цитратсинтетазы, сукцинатдегидрогеназы и цитохром-С-оксидазы;

· субсарколеммальное накопление гликогена, липидов, кальция (считают, что накопление жировых капель в различных тканях, в т. ч. в мышечных волокнах, происходит в результате нарушения окисления жирных кислот в митохондриях).

При электронной микроскопии определяют:

· пролиферацию митохондрий;

· скопления аномальных митохондрий под сарколеммой;

· полиморфизм митохондрий с нарушением формы и размера, дезорганизацией крист;

· наличие в митохондриях паракристаллических включений;

· наличие митохондриально-липидных комплексов.

Генетический анализ для подтверждения диагноза митохондриального заболевания

Обнаружение любого вида митохондриальной мутации с достаточно высоким соотношением аномальной и нормальной мтДНК подтверждает диагноз митохондриального заболевания или синдрома. Отсутствие митохондриальной мутации позволяет предполагать у пациента наличие патологии, связанной с мутацией яДНК.

Известно, что уровень гетероплазмии во многом определяет фенотипическое проявление мутации. Поэтому, при проведении молекулярного анализа необходимо оценивать количество мутантных мтДНК. Оценка уровня гетероплазмии включает детекцию мутации, однако методы обнаружения мутации не всегда учитывают уровень ее гетероплазмии.

1. Метод клонирования дает достоверные количественные результаты (наиболее трудоемкий и продолжительный).

2. Флуоресцентная ПЦР предоставляет более точные результаты при меньшей трудоемкости (не позволяет выявлять мелкие делеции и вставки).

3. Денатурирующая высокоразрешающая жидкостная хроматография дает воспроизводимые результаты при любых видах мутаций (делеции, вставки, точковые мутации), находящихся в состоянии гетероплазмии (оценка уровня гетероплазмии более точна по сравнению с 2-мя предыдущими).

4. ПЦР в реальном времени используется для обнаружения и количественной оценки мутаций мтДНК. Используют: гидролизуемые зонды (TaqMan ), интеркалирующий краситель SYBR .

Наиболее точные оценки дают 3 метода:

· минисеквенирование ( SNaP - shot ) - определение однонуклеотидных замен, делеций и инсерций короткими зондами (15–30 нуклеотидов). Участок ДНК несущий мутацию, например C T выделяется и аплифицируется с помощью ПЦР. Этот участок является матрицей. Зонд имеет идентичную структуру, массу 5485 Да, но короче матрицы на один нуклеотид. К смеси зонда и матрицы добавляют нуклеотиды Т и С. Если к зонду присоединится нуклеотид С, то матрица «дикого» типа и ее масса составит 5758 Да. Если нуклеотид Т - матрица была мутантного типа с массой 6102 Да. Затем массу полученных образцов определяют с помощью масс-спектрометра.

· Пиросеквенирование - сочетание секвенирования и синтеза. Матрицу инкубируют в смеси из 4-х ферментов, 4-х дезоксинуклеотидтрифосфатов (dATP , d СТ P , dG Т P , d ТТ P ) и 4-х терминаторов транскрипции dNTP . Присоединение комплементарного нуклеотида сопровождается флуоресцентной биохимической реакцией.

· Biplex Invader - позволяет обнаруживать сразу 2 мутации .

Однако, при сопоставимой точности Biplex Invader оказался наиболее простым в использовании, а SNaPshot - наиболее дорогостоящим.

В настоящее время предпочтение отдается чиповым технологиям , позволяющим анализировать основные патогенные мутации мтДНК сразу во множестве образцов, устанавливая при этом уровень гетероплазмии каждой отдельной мутации.

Алгоритм диагностики митохондриальных заболеваний (по , 2007)

1. Необходимо доказательное клиническое подозрение на наличие митохондриальной болезни. В типичных случаях это может быть выявление клинической картины, характерной для той или иной формы митохондриальной энцефаломиопатии (MELAS, MERRF и т. д.), однако «классические» варианты этих фенотипов встречаются сравнительно редко.

Выявление общепринятых лабораторных маркеров митохондриальной дисфункции, мультисистемного, полиорганного поражения (для этого необходим соответствующий целенаправленный поиск), а также материнского типа наследования указывают на митохондриальную природу болезни.

2. Исследование мтДНК в лимфоцитах (у пациентов с четкими фенотипами MELAS, MERRF, атрофией зрительных нервов Лебера). При выявлении искомой мутации диагноз конкретной митохондриальной болезни может считаться подтвержденным.

3. При отсутствии выявляемых мутаций в лимфоцитах проводят биопсию скелетной мышцы (обычно четырехглавой или дельтовидной), т. к. скелетная мышца является более надежным источником мтДНК (отсутствие клеточных делений в мышце способствует «удержанию» митохондрий, содержащих мутантную мтДНК). Образцы мышечных биоптатов делят на 3 части: одна - для микроскопического исследования (гистология, гистохимия и электронная микроскопия), вторая - для энзимологического и иммунологического анализа (изучение характеристик компонентов дыхательной цепи), третья - для молекулярно-генетического анализа.

4. При отсутствии известных мутаций мтДНК в мышечной ткани проводят развернутый молекулярно-генетический анализ - секвенирование всей цепи мтДНК (или кандидатных генов ядерной ДНК) с целью выявления нового варианта мутации.

5. Идентификация конкретного биохимического дефекта в том или ином звене дыхательной цепи митохондрий является альтернативой изучения скелетной мускулатуры.

6. ЛЕЧЕНИЕ МИТОХОНДРИАЛЬНЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ

В настоящее времени митохондриальные забо­левания практически не излечимы. Однако возможно либо отсрочить развитие заболевания, либо избежать наследования патогенной митохондриальной мутации.

Принципы терапии митохондриальных заболеваний

1. Симптоматическое лечение:

Диета составляется в зависимости от патогенеза.

· При патологии транспорта и окисления жирных кислот рекомендуется частое и дробное питание со снижением калорийности пищи.

· При нарушении обмена пировиноградной кислоты для восполнения дефицита ацетил-Ко-А используется кетогенная диета.

· При дефиците ферментов ЦТК применяется частое кормление.

· При дефиците дыхательной цепи и окислительного фосфорилирования снижают количество углеводов.

Медикаментозная терапия.

· Препараты, активизирующие перенос электронов в дыхательной цепи (коэнзим Q 10 , витамины К1 и К3, препараты янтарной кислоты, цитохром С).

· Кофакторы энзимных реакций энергетического обмена (никотинамид, рибофлавин, карнитин, липоевая кислота и тиамин).

· Средства, уменьшающие степень лактат-ацидоза (дихлорацетат, димефосфон).

· Антиоксиданты (убихинон, витамин С и Е).

Исключение препаратов, ингибирующих энергообмен (барбитураты, хлорамфеникол).

ИВЛ, противосудорожные препараты, ферменты поджелудочной железы, переливание компонентов крови.

Некоторые родословные наследственных болезней не могут объясняться типичным менделирующим наследованием ядерных генов. Теперь известно, что они вызваны мутациями и проявляют материнское наследование. Болезни, вызываемые мутациями в митДНК, демонстрируют множество необычных особенностей, происходящих из уникальных характеристик биологии и функции митохондрий.

Митохондриальный геном

Не вся РНК и белок, синтезируемые в клетке, кодируются ДНК ядра; небольшая, но важная доля кодируется в генах митохондриального генома. Этот геном состоит из кольцевой хромосомы размером 16,5 килобазы, располагающейся в органеллах митохондриях, а не в ядре. Большинство клеток содержит по крайней мере 1000 молекул митДНК, распределенных по сотням отдельных митохондрий. Важное исключение - зрелый овоцит, имеющий более 100 000 копий митДНК, формирующих до одной трети общего содержания ДНК в этих клетках.

Митохондриальная хромосома содержит 37 генов. Они кодируют 13 полипептидов - компонентов ферментов окислительного фосфорилирования, два типа рРНК и 22 тРНК, необходимых для трансляции транскриптов генов митохондрий. Остальные полипептиды комплекса окислительного фосфорилирования кодируются ядерным геномом.

В митДНК обнаружено более 100 различных перестроек и 100 разных точковых мутаций, вызывающих болезни у человека, часто поражающие ЦНС и мышечно-скелетную систему (например, миоклонус-эпилепсия с «рваными» красными волокнами - MERRF). Болезни, вызванные этими мутациями, имеют отличающийся тип наследования из-за трех необычных характеристик митохондрий: репликативной сегрегации, гомоплазмии и гетероплазмии, а также материнского наследования.

Репликативная сегрегация митохондриальной хромосомы

Первая уникальная характеристика митохондриальной хромосомы - отсутствие управляемой сегрегации, наблюдаемой в митозе и мейозе 46 ядерных хромосом. При делении клетки многочисленные копии митДНК в каждой митохондрии клетки копируются и произвольно расходятся во вновь синтезированные митохондрии. Митохондрии, в свою очередь, случайно распределяются между дочерними клетками. Этот процесс известен как репликативная сегрегация.

Гомоплазмия и гетероплазмия митохондриальной хромосомы

Вторая уникальная характеристика генетики митДНК возникает из-за того, что большинство клеток содержат много копий молекул митДНК. Когда мутация возникает в митДНК, она сначала присутствует только в одной из молекул в митохондрии. В ходе репликативной сегрегации митохондрия, содержащая мутантную митДНК, производит многочисленные копии мутантнои молекулы.

При делении клетка, содержащая смесь нормальных и мутантных митохондриальных ДНК , может передавать в дочерние клетки весьма различающиеся пропорции мутантнои и дикой митДНК. Одна дочерняя клетка может случайно получить митохондрии, содержащие чистую популяцию нормальных или чистую популяцию мутантных митохондриальных ДНК (ситуация, известная как гомоплазмия). Кроме того, дочерняя клетка может получить смесь митохондрий с мутацией и без нее (гетероплазмия).

Поскольку фенотипическая экспрессия мутации в митДНК зависит от относительных пропорций нормальной и мутантнои митДНК в клетках, формирующих различные ткани, неполная пенетрантность, переменная экспрессивность и плейотропия - типичные характеристики митохондриальных болезней.

Материнское наследование митохондриальной ДНК

Результат, определенный характеристиками генетики митДНК , называется материнским наследованием. Митохондрии сперматозоидов обычно отсутствуют в эмбрионе, поэтому митДНК наследуется от матери. Таким образом, все дети женщины, гомоплазмической по мутации митДНК, унаследуют мутацию, тогда как ни один из потомства мужчины, несущего ту же мутацию, не унаследует дефектную ДНК.

Материнское наследование гомоплазмической мутации митДНК , вызывающей наследственную нейропатию зрительного нерва Лебера.

Особенности материнского наследования при гетероплазмии у матери выявляют дополнительные характеристики генетики митДНК, имеющие медицинское значение. Во-первых, небольшое число молекул митДНК в развивающихся овоцитах впоследствии увеличивается до огромного количества, наблюдаемого в зрелых овоцитах. Это ограничение с последующим умножением митДНК в ходе овогенеза характеризуют так называемое «бутылочное горлышко» генетики митохондрий.

Именно поэтому вариабельность процентного содержания мутантных молекул митДНК , обнаруживаемая в потомстве матери с гетероплазмией, возникает, по крайней мере частично, вследствие увеличения только части митохондриальных хромосом в овогенезе. Можно ожидать, что мать с высокой пропорцией мутантных молекул митДНК более вероятно произведет яйцеклетки с высокой пропорцией мутантных молекул митДНК, и, следовательно, более клинически пораженное потомство, чем мать с более низкой пропорцией. Есть одно исключение из материнского наследования, когда у матери имеется гетероплазмия по делеции в митДНК; по неизвестным причинам делеционная молекула митДНК обычно не передается от клинически больных матерей их детям.

Хотя митохондрии почти всегда наследуются исключительно через мать , существует, по крайней мере, один пример отцовского наследования митДНК у пациентов с митохондриальной миопатией. Следовательно, у пациентов с наблюдаемыми спорадическими мутациями митДНК должна учитываться редкая возможность отцовского наследования митДНК.

Точное определение семейной родословной - важная часть работы с каждым пациентом. Родословные могут демонстрировать как типичные менделирующие варианты наследования, так и более редкие, вызванные митохондриальными мутациями и половым мозаицизмом; или сложные варианты семейных случаев, не соответствующие ни одному из типов наследования. Определение типа наследования важно не только для установления диагноза у пробанда, это также идентифицирует других индивидуумов в семье, находящихся в группе риска и нуждающихся в обследовании и консультировании.

Несмотря на сложные цитогенетические и молекулярные анализы , используемые генетиками, точная семейная история, включая родословную семьи, остается фундаментальным средством для всех врачей и генетических консультантов, используемым при планировании индивидуального лечения пациентов.

Характеристика митохондриального наследования :
Женщины, гомоплазматические по мутации, передают эту мутацию всем детям; мужчины с аналогичной мутацией - нет.
Женщины, гетероплазматические по точко-вым мутациям и дупликациям, передают их всем детям. Доля мутантных митохондрий у потомков и, следовательно, риск развития и тяжесть болезни могут значительно меняться в зависимости от доли мутантных митохондрий у матери, а также случайно, вследствие небольшого числа митохондрий в «бутылочном горлышке» при созревании овоцитов. Гетероплазматические делеции обычно не наследуются.
Доля мутантных митохондрий в разных тканях гетероплазматических по мутации пациентов может значительно меняться, вызывая различные проявления болезни в одной семье с гетероплазмией митохондриальной мутации. Часто наблюдаются плейотропизм и вариабельная экспрессивность у разных больных в одной семье.

Генетическая информация очень нестабильна. Один из основных постулатов генетики гласит, что изменчивость — это основной фактор развития всего живого. Мутации необходимы для выживания вида. Однако некоторые изменчивости, в частности в митохондриях, приводят к негативным видоизменениям в генетической природе. Такова причина заболевания, носящее название митохондриальный синдром.

Такие заболевания не так часто встречаются, но исход большинства синдромов митохондриальной ДНК крайне неблагоприятен.

Митохондрии. Их функции в клетке

Напомним биологические азы. Митохондрия — это органелла в человеческой клетке, у которой наличествует свой ДНК-код. Передается всегда митохондрия от матери. Несет ее в себе материнская яйцеклетка. Митохондрии самостоятельно делятся в клетке, и многократно повторяют свой набор ДНК, копий которого имеет около 30.

Геном митохондрий имеет в своем распоряжении 22 гена для «собственных» транспортных РНК; 13 - для полипептидов, входящих в надмолекулярные комплексы, обеспечивающих дыхание органеллы; 2 гена для личных РНК.

Самое важное значение этой органеллы в том, что она вырабатывает АТФ. Проще говоря, является «электростанцией» в нашем организме, без нее клетки не могут полноценно функционировать; быстро «старятся» и погибают.

Что такое митохондриальный синдром?

При нарушении работы этих маленьких «энергоблоков» начинаются проблемы с энергообменом в клетке. При легких формах нарушения человек просто не выдерживает физических нагрузок, которые ему положено переносить по возрасту.

Однако более серьезные нарушения провоцируют необратимые изменения в энергообмене, и как следствие, сильные нарушения в работе клеток.

Митохондриальный синдром — это комплекс заболеваний, связанный с различными врожденными повреждениями митохондрий.

Причины синдрома

Такие органеллы как митохондрии делятся по-иному. Для них не присуще рекомбинирование генов, но при этом скорость мутации значительно выше. Во время деления митохондрии распределение генов между новыми клетками имеет совершенно случайный характер. Вероятность возникновение мутации от 1 до 99%. Причем спрогнозировать ее нет никакой возможности.

И чем больше больных генов, тем больше вероятность нарушения. Так как митохондрии наследуются по матери, то вследствие их мутирования в ее организме страдают дети обоих полов. Причем не избирательно, 1 или 2. Есть вероятность что все дети будут с аномалиями развития органов.

Мутации делят на два типа. Большинство белков «зашифровано» ядерной ДНК, которая также может видоизменяться по неясным причинам. Поэтому разделяют синдромы, вызванные как мутацией обычной митохондриальной кольцевой ДНК, так и ядерной.

Симптоматика

Определить четкий набор симптомов, присущих такой болезни, как митохондриальный синдром довольно сложно. Дело в том, что мутировавшие органеллы могут находиться в абсолютно любой клетке любого органа. И чем больше их накапливается, тем сильнее нарушается работа и этого органа, и всей системы, к которой он относится. В митохондрологии принято распределять синдромы в зависимости от вида пораженных тканей и от типа митохондриальной мутации.

Обычно страдают те органы и системы, которые сильнее всего нуждаются в постоянной подаче кислорода - это мозг и центральная нервная система, печень, сердце, мышцы. Недополучая энергию, скелетные мышцы не поддерживают тело в вертикальном положении. В некоторых случаях появляются даже мышечные судороги.

Бывает, митохондрии настолько слабы в своей работе, что человек, получивший такой набор органелл от матери, полностью прикован к постели. При некоторых синдромах, о которых мы расскажем, человек страдает миоклонусами, гепатопатией, эпилептическими припадками и со временем деменцией, причем в совсем юном возрасте. Такие симптомы указывают на синдром митохондриального истощения.

Наиболее вероятные нарушения при мутациях митохондрий

Всего на сегодняшний день уже выявлено множество форм заболеваний, которые вызывает мутация митохондрий. Например, когда затрагивается мышечный каркас, диагностируют эпилептические приступы на фоне мышечного недоразвития. Причем мышечная структура не просто повреждена, она выглядит под микроскопом как недоразвитые волокна красного цвета. Мышечная атрофия в таком случае называется митохондриальной миопатией. Это наиболее частое нарушение при митохондриальной недостаточности. Если затронута именно сердечная мышца — кардиомиопатия, обнаружены патологические процессы в головном мозге — регистрируется энцефалопатия.

Что такое синдром митохондриальной энцефалопатии? Синдром диагностируют, когда есть нарушения в генах — tRNAs, MTND1, 4-6, MTCYB. При этом нарушается работа всей нервной системы.

Вместе с энцефалопатией наблюдаются и такой симптом, как лактат-ацидоз — или молочнокислая кома. Это осложнение, при котором молочная кислота начинает попадать в кровь.

Опасны и такие состояния у больных с синдромом митохондриальной недостаточности, как частые и злокачественные мигрени, у детей наблюдаются задержки психического и моторного развития, глухота, атаксия (проблемы с равновесием).

Симптомы не так хорошо изучены, поскольку заболевания, связанные с митохондриями не так давно открыты. Но об известных синдромах, клинические проявления которых пытаются лечить, мы расскажем.

Синдром МЕЛАС

МЕЛАС (MELAS) — энцефалопатия (проблемы с ЦНС), лактат-ацидоз, и в дополнение инсульты. Встречается синдром, как у младенцев, так и у взрослых людей. Но чаще симптомы начинают проявляться где-то с 5 до 15 лет. Что это за симптомы? Они перечислены в названии синдрома. У больного внезапно начинаются множественные инсульты — в височной и ли теменной зонах мозга. Присоединяются к инсультам и неврологические проблемы. Затем возникает мышечная слабость, сенсорная тугоухость. Возможны частые мышечные судороги.

Причиной синдрома считается подмена митохондриального гена в 3243-м положении. И лечение возможно только симптоматическое, то есть поддерживающая терапия.

Синдромы делеции митохондриальной ДНК

Начнем описание с такого заболевания, как синдром Кернса-Сейра, начинающийся с 4 лет. Синдром проявляется следующим образом:

• офтальмоплегия прогрессирующая;
• атаксия;
• атриовентрикулярная блокада сердца (замедление передачи импульса от одной сердечной камеры к другой);
• ретинит пигментный;
• те же красные рваные мышечные ткани.

Следующий синдром, имеющий те же «корни» — синдром Пирсона, который проявляется иначе:

• анемия гипопластическая, самый первый и опасный симптом;
• нарушение функций поджелудочной;
• позже возможны нарушения зрения;
• нарушения в костном мозге;
• появление деменции.

Синдром Пирсона обусловлен, как и синдром Кернса-Сейра, делециями митохондриальной ДНК. Делеции — это такие изменения в хромосомном наборе гена, при которых часть генного материала полностью утеряна.

Те аллели, которые мутировали, или потеряли части хромосом, не должны проявляться как доминантные. Но в митохондриальной ДНК все процессы хаотичны, мутирование происходит слишком быстро. Некоторые ученые даже считают, что митохондрии - это не органеллы, а бактерии, которые когда-то попали в человеческий организм и полностью прижились, создали симбиотическую связь с клеткой и начали служить ей. На такую теорию наталкивает тот факт, что у митохондрии свои, отдельные кольцевые ДНК.

Точковые мутации

К синдромам, обусловленным точковыми изменениями в материнской митохондрии относят синдром MERRF, NAPR, упомянутый MELAS и такое заболевание, как атрофия зрительного нерва Лебера.

Митохондриальный синдром MERRF — какие у него особенности?

• Наличествует атаксия — это нарушение координации, возможно, связанное с проблемами мозжечка. Человек плохо контролирует свои движения в пространстве.
• Симптомы миоклонической эпилепсии.
• Атрофия зрительного нерва (слепота от рождения) и глухота.
• Лактоацидоз.
• Нарушения чувствительности.
• Старт заболевания приходится на возраст от 3 лет.

Следующий вид заболевания NAPR— расшифровывается как невропатия, плюс атаксия, и плюс пигментный ретинит. При данном синдроме у ребенка прогрессируют нарушения в психомоторном развитии и деменция.

Синдром истощения ДНК

Синдром митохондриального истощения ДНК — весьма редкое заболевание. Ребенок с такой наследственной болезнью — инвалид с детства. Эти синдромы также подразделяются на множество видов.

Многие дети погибают от множественных дефектов развития внутренних органов, не дожив до 3 лет. Получение таких «покалеченных» митохондрий от матери происходит по аутосомно-рецессивному типу наследования. Генетики уверены, что в таких случаях имеют место множественные делеции.

Синдром также называют в научных кругах — синдром истощения митохондриальной ДНК. Заболевание проявляется у новорожденного сразу. У больного младенца наличествуют такие аномалии развития:

1. Тяжелая гепатопатия — нарушение работы печени.
2. Врожденная миопатия, выраженная в значительной слабости мышц.
3. Кардиомиопатия — проблемы в работе сердечной мышцы.
4. Атрофия мышц и отсутствие сухожильных рефлексов.

Основная причина таких заболеваний — это дефект межгеномной взаимосвязи (коммуникации).

Существует в генетике и такое понятие как синдром деплеции митохондриальной ДНК. Деплеция — это синоним истощения в генетике. При таком тяжелом синдроме генетический материал митохондрий истощен на 70-98%. Описан впервые не так давно, в 1991 году.

Что происходит с ребенком? В новорожденном периоде уже проявляется лактоацидоз, гипоальбуминемия (резкое снижение альбумина в крови), отеки и выраженная печеночная недостаточность. Наблюдались у некоторых больных и судороги. Симптом, который виден невооруженным взглядом — выраженная мышечная гипотония. Все дети, рожденные с такими признаками, не доживали и до года.

Причиной считается нарушение гена, который ответственен за репликацию ДНК. Его «неверная» работа приводит к тому, что практически все митохондрии мутируют и не выполняют свои функции. Тип наследования делеции митохондриальной ДНК может быть как аутосомно-рецессивным, так и аутосомно-доминантным.

Нарушения в ядерной ДНК

Кроме перечисленных митохондриальных синдромов есть другие, связанные с нарушениями в ядерной ДНК. Их тоже немало: Менкеса, Лея, Альперса, различные дефицитные состояния. Все они имеют прогрессирующее течение. Наиболее опасным считается синдром Лея, при котором ребенок практически не жизнеспособен уже с рождения.

Митохондриальный синдром у детей

Большинство заболеваний начинается с раннего детского возраста. В основном распространена миопатия, из-за которой дети не могут самостоятельно передвигаться и страдают мышечными болями. Кардиомиопатия — нарушения функции миокарда, также встречается довольно часто.

Митохондриальный синдром у ребенка, если недомогания не слишком серьезны и не угрожают здоровью, на протяжении всей жизни будет причинять беспокойства и мешать нормальному развитию. Таким детям нужны мероприятия по социализации. Им важно развивать скелетные мышцы, но не спортивными методами (так как у многих поражен миокард), а благодаря плаванию с дельфинами. Поэтому создан специальный фонд для таких детей, куда поступают деньги от благотворительности.

Одной из форм синдрома митохондриального истощения ДНК болеет мальчик по имени Чарли Гард, рожденный в 2016 году. Он с рождения не может самостоятельно глотать, пищу, дышать. Его состояние полностью контролируется врачами, и родители отчаянно борются за его жизнь. Хотя надежды мало. У него врожденная гепатопатия, он слеп и имеет тугоухость. Его родители надеются на современные методы лечения. Синдром получил также «народное» название — митохондриальный синдром Чарли.

Однако синдром митохондриального истощения ДНК однозначно приводит к летальному исходу. Врачи предупреждают об этом родителей сразу после установления диагноза. Множественные поражения органов и систем исключают нормальную жизнь для таких детей. Поэтому исключительно важно женщине перед беременностью пройти генетический анализ на мутации в митохондриях.

Тесты для диагностики

Диагностика подобных синдромов - это сложное задание для медиков. При постановке диагноза значение имеет комплексный анализ различных показателей. Проводится отдельно генетическое исследование, биохимическое, морфологическое, затем все данные сводятся воедино. Исследуется даже генеалогия ребенка.

Для точного медицинского заключения нужно провести также множество тестов для измерения различных соотношений. Например, проверяется пропорция в плазме крови лактат/пируват. Ведь недостаток пируватов и преобладание лактатов может означать начало лактоацидоза. Очень важно знать доктору о соотношении кетоновых тел в плазме. Но наиболее эффективным методом диагностики является биопсия мышц. Форму мутации можно узнать благодаря молекулярно-генетическому анализу ДНК.

Лечение синдромов

Трудность лечения заключается в отсутствии каких-нибудь механизмов, которые смогли бы заново «перестроить» мутировавшие гены. Врачи в таких случаях ничего не могут предпринять, кроме того, что назначить пируваты и некоторые витаминные комплексы. Особенно сложно помочь детям с множественными делециями генов. И если в карточке ребенка значится терминальная стадия синдрома митохондриального истощения ДНК, то это значит, что врачи полностью расписываются в своем бессилии.

Единственное, что может предложить медицина, это выявление митохондриальных мутаций у матери до беременности. Тогда можно попробовать пойти на экстракорпоральное зачатие, чтобы выносить здорового ребенка.

Митохондриальные болезни (цитопатии) - гетерогенная группа системных расстройств, обусловленных мутациями митохондриального или ядерного генома, которые поражают преимущественно мышечную, нервную и нервно-мышечную системы .

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время митохондриология выделилась в самостоятельное научное направление. Более того, открытие в последние годы ведущей роли митохондрий в чувствительности к лекарствам, их ключевой ролью в старении, апоптозе и нейродегенеративных расстройствах привело к созданию митохондриальной медицины. Важным ее разделом являются болезни, связанные с нарушением функции митохондрий, - митохондриальные цитопатии.

Большинство исследователей признают, что митохондрии в клетках животных являются отдаленными потомками архибактерий , которые на заре жизни внедрились в первобытные эукариотические клетки и постепенно превратились в эндосимбионтов. Митохондрии, являющиеся потомками свободно живущих эубактерий, сохранили только минимальные остатки своего генома в эволюционном процессе эндосимбиоза. Бульшая часть генома была или передана ядру эукариотического хозяина, или утрачена, так как животные клетки предоставляют митохондриям «и стол, и дом», используя в свою очередь энергию, запасаемую в продукте жизнедеятельности митохондрий в виде АТФ. Фрагменты из кодирующей и некодирующей областей митДНК находятся как ископаемые остатки в ядерном геноме различных эукариотов.

Концепция симбиоза принимается как наиболее вероятная гипотеза, в пользу которой, помимо второстепенных, свидетельствуют два фундаментальных факта :
1 - митохондрии единственные органеллы, имеющие собственный геном
2 - генетический код митохондриальной (митДНК) и ядерной (яДНК) ДНК различен (данное обстоятельство является веским аргументом против существовавшего ранее предположения о происхождении митохондрий в результате компартментализации части ядерного генома)

В процессе симбиоза митохондрии утратили значительную часть самостоятельности и передали бульшую часть своего генома ядрам клеток. В результате их жизнь и функционирование только в малой степени обеспечиваются собственной ДНК. Бульшая часть митохондриальных белков кодируется в ядрах клеток и доставляется в митохондрии из цитоплазмы. В постмитотических клетках, таких как мышечные волокна, нейроны и кардиомиоциты, митохондрии имеют ограниченный срок жизни (несколько недель). В нормальных условиях их новообразование требует координации между митохондриальной ДНК, кодирующей 13 из 80 белковых субъединиц респираторной цепи, 2 белковых субъединицы мРНК и 22 митохондриальных тРНК (всего 37 генов), и ядерным геномом, кодирующим более 99% митохондриальных белков.

Главные функции митохондрий :
продукция энергии для клеток в виде АТФ в результате окислительного фосфорилирования различных субстратов (дыхательная цепь состоит из пяти энзимных комплексов)
b-окисление жирных кислот
цикл трикарбоновых кислот
выполняют роль во внутриклеточной сигнализации, апоптозе, промежуточном метаболизме, а также в метаболизме аминокислот, липидов, холестерина, стероидов и нуклеотидов

МИТОХОНДРИАЛЬНАЯ ПАТОЛОГИЯ

Наследование мутаций в митохондриальном геноме носит особый характер. Если гены, заключенные в ядерной ДНК, дети получают поровну от обоих родителей, то митохондриальные гены передаются потомкам только от матери . Это связано с тем, что всю цитоплазму с содержащимися в ней митохондриями потомки получают вместе с яйцеклеткой, в то время как в сперматозоидах цитоплазма практически отсутствует. По этой причине женщина с митохондриальным заболеванием передаёт его всем своим детям, а больной мужчина - нет.

В нормальных условиях все митохондрии в клетке имеют одинаковую копию ДНК - гомоплазмия . Однако в митохондриальном геноме могут происходить мутации и вследствие параллельного существования мутированной и немутированной митДНК возникает гетероплазмия .

К настоящему времени известно более 200 заболеваний, вызванных мутацией митДНК.

Заболевания, вызванные мутацией митДНК подразделяются на две группы :
1 - точечные мутации белков, тРНК, рРНК в кодирующих областях, которые часто наследуются по линии матери
2 - структурные перестановки - дупликации и делеции, которые обычно являются спорадическими

Ядерные мутации также могут приводить к нарушению функции митохондрий (в первую очередь нарушению окислительного фосфорилирования) вследствие того, что митДНК кодирует только 13 полипептидных субъединиц дыхательной цепи из 80 необходимых. Помимо этого, энзимы и другие факторы, необходимые для транскрипции, репликации и трансляции, также поступают в митохондрии из цитоплазмы клетки, а не синтезируются непосредственно в митохондрии.

Поскольку знания о ядерном геноме на протяжении последних лет значительно расширились, идентифицируются все больше дефектов митохондрий, кодируемых ядром; различают :
мутации структурных белков и тРНКаз, нарушающие функционирование респираторной цепи
мутации, которые нарушают интергеномное взаимодействие между ядром и митохондриями и тем самым вызывают вторичные изменения митДНК

К настоящему времени описано много вариантов нарушения процесса окислительного фосфорилирования в митохондриях человека. Дефект может быть связан с одним или несколькими энзимными комплексами. В одной клетке, как было сказано ранее, могут сосущестовать митохондрии нормальные и с нарушенной функцией (гетероплазмия). За счет первых клетка может функционировать какое-то время. Если же продукция энергии в ней падает ниже определенного порога, происходит компенсаторная пролиферация всех митохондрий, включая дефектные. Естественно, при этом в худшем положении оказываются клетки, которые потребляют много энергии: мышечные волокна, кардиомиоциты, нейроны.

Из-за нарушения функционирования митохондрии постоянно продуцируют свободные радикалы на уровне 1-2% поглощенного кислорода. Количество продукции радикалов зависит от мембранного потенциала митохондрий, на изменения которого влияет состояние АТФ-зависимых калиевых каналов митохондрий. Открытие этих каналов влечет за собой возрастание образования свободных радикалов. Свободные радикалы играют огромную роль в старении митохондрий и, следовательно, в старении эукариотических клеток. Агрессивная среда вокруг митохондрий при значительном увеличении их количества и нарушении функции может быть одним из факторов развития деструктивных изменений в клетках. Изменения мембранного потенциала митохондрий, а также образование свободных радикалов в свою очередь оказывают повреждающее влияние на другие белки митохондриальных мембран. Митохондриальная ДНК содержит очень небольшую некодирующую область и хорошо доступна для радикалов, генерируемых респираторной цепочкой в ходе аэробного образования АТФ, а способность митохондрий к восстановлению мала. Поэтому уровень повреждения митДНК, возрастающий с возрастом, влияет на степень гетероплазмии. Принято считать, что 10% митохондрий с измененной ДНК не оказывает влияния на фенотип. Вместе с тем высокая скорость их обновления и короткая жизнь создают своеобразный способ восстановления путем замещения для коррекции повреждения свободными радикалами.

Нарушение функции митохондрий сопровождается выраженными изменениями их структуры - эти изменения наиболее демонстративны в скелетных мышцах. В нормальных условиях митохондрии в скелетных мышцах, располагающиеся между миофибриллами, имеют удлиненную форму, электронно-плотный матрикс и относительно редкие пластинчатые кристы. Они могут также образовывать небольшие субсарколеммальные скопления. При электронно-микроскопическом исследовании мышц больных с митохондриальной цитопатией обнаруживают изменение величины, формы и внутренней структуры в их митохондриальном аппарате. Иногда изменения структуры заходят настолько далеко, что такие образования можно с трудом идентифицировать как митохондрии. Наиболее характерные изменения митохондрий обусловлены удлинением крист . Иногда это приводит к удлинению самих митохондрий (лентовидные), в других случаях - к спиральному закручиванию крист. Изменения претерпевают и сами кристы, становясь из пластинчатых трубчатыми. Все это можно рассматривать как попытку скомпенсировать недостаточную эффективность функции дыхательной цепочки в митохондриях. Другой распространенной особенностью дефектных структур является наличие в них паракристаллических включений. Наконец, можно проследить эволюцию митохондрий от более простых к более сложным.

КЛИНИЧЕСКИЕ ПРОЯВЛЕНИЯ МИТОХОНДРИАЛЬНЫХ БОЛЕЗНЕЙ (цитопатий)

В случаях, когда человек с мутацией в митохондриальном гене несет смесь нормальной и мутантной ДНК - мутации поначалу могут вообще не иметь внешних проявлений. Нормальные митохондрии до поры до времени обеспечивают клетки энергией, компенсируя недостаточность функции митохондрий с дефектами. На практике это проявляется более или менее длительным бессимптомным периодом при многих митохондриальных заболеваниях. Однако рано или поздно наступает момент, когда дефектные формы накапливаются в количестве, достаточном для проявления патологических признаков. Возраст манифестации заболевания варьирует у разных больных. Раннее начало заболевания приводит к более тяжелому течению и неутешительному прогнозу.

Митохондриальные мутации проявляются широким рядом клинических симптомов. Эти мутации способны вовлекать тРНК, рРНК или структурные гены и могут выражаться биохимически как дефекты всей электронно-транспортной цепи или как дефекты отдельных энзимов. Митохондриальные цитопатии поражают множественные органные системы, но, как указывалось, предпочтительно поражаются органы с высокой метаболической активностью - мозг и скелетные мышцы. Таким образом, скелетные мышцы являются тканью выбора для выявления митохондриальных болезней.

Характерные признаки митохондриальных цитопатий :
скелетные мышцы : низкая толерантность к физической нагрузке, гипотония, проксимальная миопатия, включающая фациальные и фарингеальные мышцы, офтальмопарез, птоз
сердце : нарушения сердечного ритма, гипертрофическая миокардиопатия
центральная нервная система : атрофия зрительного нерва, пигментная ретинопатия, миоклонус, деменция, инсультоподобные эпизоды, расстройства психики
периферическая нервная система : аксональная нейропатия, нарушения двигательной функции гастроинтестинального тракта
эндокринная система : диабет, гипопаратиреоидизм, нарушение экзокринной функции панкреас, низкий рост

Клинический полиморфизм митохондриальных цитопатий (некоторые группы наиболее часто встречающихся комбинаций симптомов) клиницисты объединили в синдромы - все они являются сокращениями английских названий симптомов (следует иметь в виду, что симптомы при разных синдромах могут перекрещиваться) :
MELAS - Mitochondrial Myopathy, Encephalopathy, Lactic Acidosis and Stroke-like episodes - митохондриальная миопатия, энцефалопатия, лактатный ацидоз и инсультоподобные эпизоды
CPEO/PEO - External Ophthalmoplegia, Ophthalmoplegia plus syndrome - офтальмоплегия, связанная с поражением глазодвигательных мышц, офтальмоплегия плюс синдром
KSS - Kearns-Sayre Syndrome - retinopathy, proximal muscle weakness, cardiac arrythmia and ataxia - ретинопатия, слабость проксимальных мышц, аритмия и атаксия
MERRF - Myoclonic Epilepsy associated with Ragged Red Fibres - миоклоническая эпилепсия с обнаружением RRF (мышечные волокна с измененными митохондриями - так называемые ragged-red волокна - RRF)
LHON - Leber Hereditary Optic Neuropathy - врожденная нейропатия глазного нерва
Leigh syndrome - infantile subacute necrotizing encephalopathy - инфантильная подострая некротизирующая энцефалопатия
NAPR - Neuropathy, Ataxia and Pigmentary Retinopathy - нейропатия, атаксия и пигментная ретинопатия

Наиболее обычными при митохондриальных цитопатиях являются неврологические симптомы , поскольку, как указывалось выше, ткани, в наибольшей степени зависящие от окислительного фосфорилирования, составляют основу патогенеза этих страданий.

Митохондриальные цитопатии могут быть спорадическими или наследственными , при этом они наследуются, как и гемофилия, по линии матери, только в отличие от гемофилии поражают лиц обоего пола. Применение некоторых фармакологических средств, например зидовудина, также может индуцировать проксимальную миопатию и появление RRF. С возрастом в митДНК накапливаются мутации, в результате чего у пожилых людей также могут встречаться RRF.

!!! митДНК накапливает мутации более чем в десять раз быстрее по сравнению с ядерным геномом - это связано с тем, что митДНК лишена защитных гистонов и, как уже упоминалось, ее окружение чрезвычайно богато реактивными видами кислорода, являющимися побочным продуктом метаболических процессов, протекающих в митохондриях; кроме того, восстановительные механизмы митДНК малоэффективны по сравнению с ядерной

Окончательный диагноз митохондриальных цитоатий ставится исходя из результатов биохимических и молекулярных исследований, что доступно в специально оборудованных центрах.

Существует ряд рутинных клинических методов исследования, которые можно использовать при подозрении на митохондриальную цитопатию :
лактатный ацидоз является практически постоянным спутником митохондриальных болезней (только этот признак является недостаточным для постановки диагноза, так как он может выявляться и при других патологических состояниях; в этом отношении может быть полезным измерение уровня лактата в венозной крови после умеренной физической нагрузки, например на велоэргометре)
ЭМГ-исследование - само по себе данное исследование также не могут быть маркером митохондриальной цитопатии; вместе с тем нормальная или близкая к нормальной ЭМГ у пациентов с выраженной мышечной слабостью может быть подозрительной в отношении митохондриальной патологии.
ЭЭГ – данные ЭЭГ не является достаточно специфическими
биопсия скелетных мышц - является наиболее информативным методом при постановке диагноза митохондриальной цитопатии - помимо обнаружения RRF при трехцветной окраске по Гомори, полезными являются другие гистохимические и иммунологические исследования: окраска на цитохромс-оксидазу и сукцинатдегидрогеназу, иммунногистохимические исследования с применением антител к отдельным субъединицам дыхательного комплекса; мышечная ткань удобна для биохимического исследования респираторной цепочки, а также как материал для генетического исследования
электронно-микроскопическое исследование скелетных мышц - дает прекрасные результаты, поэтому данный метод надо использовать, если имеется такая возможность

Что касается терапии митохондриальных цитопатий , то речь может идти пока только о симптоматической.

Лечение митохондриальных болезней проводится обычно по двум основным направлениям :
повышение эффективности энергетического обмена в тканях (тиамин, рибофлавин, никотинамид, коэнзим Q10, витамин С, цитохром С и др.)
предупреждение повреждения митохондриальных мембран свободными радикалами с помощью антиоксидантов (витамин Е, a-липоевая кислота) и мембранопротекторов

Лечение включает также альтернативные источники энергии (креатин моногидрат), стратегию снижения уровня лактата (дихлорацетат) и физические упражнения.

Разработка методов генной терапии и вообще патогенетических методов лечения еще находится в стадии экспериментов. Одним из наиболее перспективных направлений генной терапии является попытка изменить уровень гетероплазмии путем или селективной ингибиции репликации митохондрий, или разрушения мутантной ДНК. Такой подход базируется на факте, что требуется большое число копий мутантной митДНК, чтобы эффект мутации стал фенотипически явным. Аргументируется, что при эффективном уменьшении популяции мутантной ДНК увеличивается количество нормальной и это приводит в результате к нормализации фенотипа.

Митохондриальная дисфункция при кардиомиопатиях у детей

И.В.Леонтьева, В.С.Сухоруков, С.О. Ключников

МНИИ Педиатрии и детской хирургии МЗ РФ;

Кафедра детских болезней № 3, РГМУ.

Интенсивное изучение признаков болезней клеточной энергетики свидетельствует о том, что распространенность состояний, связанных с митохондриальной недостаточностью, не ограничивается наследственными синдромами, вызываемыми мутациями генов, непосредственно ответственных за митохондриальные белки. Умеренные нарушения клеточной энергетики могут не проявляться в виде самостоятельного заболевания, однако нередко существенно влияют на течение других болезней. Так, показано значение митохондриальной недостаточности на течение послеожогового рубцевания у детей, течение тонзиллитов, некоторых кардиологических, урологических и других заболеваний. К патологическим состояниям, характеризующимся вторичными нарушениями клеточного энергообмена, относятся синдром хронической усталости, мигрени, гликогенозы, болезни соединительной ткани, диабет, гипотиреоз и другие.

Многие факторы окружающей среды и лекарственные препараты представляют собой существенную причину патологических изменений митохондрий. К таким факторам относится действие алкилирующих агентов (напр., нитрозаминов), гидроксильных радикалов, высоких доз ультрафиолета, лекарственных препаратов (бриостатиан, азидотимидина) и т.д. Причиной митохондриального повреждения может быть и недостаточность некоторых эссенциальных микроэлементов, например, селена.

В патогенезе митохондриальной недостаточности много неясного. Одна из загадок – значительный полиморфизм клинических проявлений. Казалось бы, энергетическая недостаточность должна быть отдельным самостоятельным синдромом, имеющим лишь различную степень выраженности. Однако в действительности проявления заболеваний, связанных с нарушениями митохондриальных функций, крайне разнообразны. Клинический полиморфизм настолько характерен для полисистемной митохондриальной недостаточности, что сам по себе может служить диагностическим критерием – для большинства митохондриальных болезней характерно сочетание признаков поражения центральной (энцефалопатии) и периферической (полиневропатии, нарушения со стороны органов чувств) нервной систем, а также скелетной (миопатии) и сердечной (кардиопатии, нарушения проводимости) мышечной тканей. Именно это сочетание является первым (и, необходимо отметить, очень значимым) указанием на возможность ведущей роли митохондриальной недостаточности в патогенезе того или синдрома или нозологической формы.

Данная лекция посвящена одному из ярких примеров значимости митохондриальных нарушений – кардиомиопатиям.

Кардиомиопатии (КМП) у детей относятся к тяжелой форме патологии миокарда. Они характеризуются злокачественным течением, резистентностью к проводимой терапии, высокой смертностью вследствие сердечной недостаточности, в том числе возникающей внезапно, при развитии жизнеугрожаемых сердечных аритмий. Экспериментальными и клиническими исследованиями последних лет установлено, что при так называемых «идиопатических» кардиомиопатиях имеют место нарушения окислительного фосфорилирования, связанные со снижением активности митохондриальной электронно-транспортной системы вследствие мутации митохондриальной или ядерной ДНК. КМП могут наблюдаться на фоне типичных митохондриальных синдромов, таких как MERRF, MELAS, Кернса-Сейра, а также при митохондриальной миопатии. Вместе с тем известно, что митохондриальная дисфункция может быть причиной развития не только полиорганной патологии, но и проявляться преимущественным поражением миокарда. Выдвинуто предположение, что митохондриальная дисфункция может являться патогенетической основой кардиомиопатий, считающихся «идиопатическими».

В отечественной детской кардиологической практике митохондриальные кардиомиопатии при жизни диагностируются недостаточно достоверно или остаются нераспознанными. Отсутствуют критерии дифференцированного подхода к обследованию больных с кардиомиопатиями для выявления митохондриальной недостаточности, не разработаны пути метаболической коррекции нарушений клеточной энергетики.

1. РОЛЬ МИТОХОНДРИАЛЬНОЙ ДИСФУНКЦИИ В ГЕНЕЗЕ КАРДИОМИОПАТИЙ У ДЕТЕЙ

1.1 Кардиомиопатии при генетических синдромах на фоне первичной митохондриальной патологии .

Кардиомиопатии, обусловленные первичной митохондриальной патологией, наблюдаются при таких генетических синдромах как Кернса-Сейра, MELAS (митохон дриальная миопатия - энцефалопатия - лактат-ацидоз,- инсультоподобные эпизоды), MERRF (миоклонус-эпилепсия и феномен RRF).

В клинической картине доминируют экстракардиальные признаки митохондриальной патологии :

· отставание в физическом развитии;

· миопатический синдром (утомляемость, боли в мышцах, особенно, после физической нагрузки, трудности при подъеме по лестнице);

· семейный характер заболевания (преимущественно материнское наследование);

· лактат-ацидоз.

· V комплекс - АТФ-синтетаза .

Патология как одного из ферментных комплексов цепи дыхательных ферментов митохондрий, так и их сочетание может быть причиной развития кардиомиопатий.

Дефицит 1 комплекса (НАДФ-коэнзим Q-редуктаза ) в клинической картине проявляется мышечной слабостью, умственной отсталостью, офтальмоплегией, лактат-ацидозом, дилатационной (от 3 до 5 лет) или гипертрофической (после 5 лет) кардиомиопатией. При биопсии мышцы отмечается феномен RRF, накопление липидов и появление паракристаллических включений в митохондриях.

Дефицит П комплекса (сукцинат коэнзим Q-редуктаза) характеризуется мышечной слабостью, вторичным дефицитом карнитина, лактат-ацидозом, дилатационной или гипертрофической кардиомиопатией. При биопсии скелетной мышцы определяются «рваные» красные волокна, аномальное строение митохондрий.

Гистиоцитарная кардиомиопатия является типичным клиническим проявлением дефицита коэнзим Q-цитохром С 1 -редуктазы . Первые клинические симптомы появляются на первом году жизни, начиная с 3-х недельного возраста. Девочки болеют чаще по сравнению с мальчиками: 5:1. Болезнь характеризуется внезапным возникновением тахиаритмий желудочковой или наджелудочковой локализации, возможно развитие фибрилляции желудочков, осложняющееся внезапной смертью. Несмотря на интенсивную терапию, больные погибают через несколько недель после начала приступов желудочковой тахикардии. При аутопсии обнаруживается сочетание гипертрофии миокарда с дилатацией полости левого желудочка, фиброэластоз эндокарда. При световой микроскопии наблюдаются необычные очаги «обесцвеченного» миокарда, главным образом в желудочках, реже изменения могут встречаться в предсердиях. Иногда группы трансформированных клеток, отмечаются в основании створок митрального, трехстворчатого и аортального клапанов. Эти очаги содержат удлиненные мышечные волокна, похожие на миофибриллы - так называемые гистиоцитоподобные, пенистые, или онкоцитарные клетки. В цитоплазме гистиоцитоидных клеток содержится большое количество липидов и гликогена. При электронной микроскопии в гистиоцитоидных клетках наблюдается большое количество митохондрий причудливой формы, с низким содержанием цитохрома В.

Дефицит I V комплекса характеризуется гипертрофической кардиомиопатией, мышечной слабостью, почечной дисфункцией, лактат-ацидозом, вторичным дефицитом карнитина.

1.3. Кардиомиопатии при дефиците митохондриальных ферментов, ответственных за метаболизм органических кислот и пирувата.

Ведущим проявлением дефицита пируватдегидрогеназы и пируваткарбоксилазы является гипертрофическая кардиомиопатия. При этом в 50% случаев регистрируются нарушения сердечного ритма.

При тяжелой форме дефицита пируватдегидрогеназы уже у новорожденных развивается выраженный метаболический ацидоз, неврологические нарушения, возможна внезапная смерть. В более легких случаях у грудных детей отмечается рвота, задержка умственного и физического развития. При снижении активности фермента на 50% заболевание проявляется позднее и характеризуется цереброспинальной дегенерацией и гипертрофической кардиопатией. Лабораторная диагностика заключается в обнаружении хронического лактат-ацидоза с увеличением в крови концентраций пирувата и аланина. При биопсии скелетных мышц характерно наличие RRF , увеличение числа и изменения формы митохондрий.

2. МИТОХОНДРИАЛЬНАЯ ДИСФУНКЦИЯ ПРИ «ИЗОЛИРОВАННЫХ» КАРДИОМИОПАТИЯХ.

Митохондриальная дисфункция может быть причиной развития не полиорганной патологии, а проявляться преимущественным поражением миокарда. В связи с чем, нами была поставлена цель выявить клинико-патогенетическую значимость нарушений клеточной энергетики при кардиомиопатиях.

2.1. Митохондриальные нарушения при дилатационных кардиомиопатиях.

Согласно современным представлениям дилатационные кардиомиопатии (ДКМП) могут носить как идиопатический характер, когда невозможно точно выделить единый этиологический фактор возникновения заболевания, так и возникать на фоне перенесенного миокардита, т.е. иметь постмиокардитический генез.

У пациентов с «идиопатической» кардиомиопатией в анамнезе отсутствуют сведения о возможном постмиокардитическом генезе заболевания. Сердечная патология в течение длительного времени носит компенсированный характер и клинически не проявляется, кардиомегалия обнаруживается случайно при профилактическом обследовании. По данным ЭхоКГ размер полости левого желудочка на 10-20% превышает возрастную норму, контрактильная способность миокарда умеренно снижена (фракция выброса варьировала от 0,45 до 0,55), признаки недостаточности кровообращения отсутствуют, что позволяет оценить миокардиальную дисфункцию у детей этой группы как стадию компенсации. Вместе с тем, часто встречаются нарушений сердечного ритма в виде суправентрикулярной экстрасистолии.

В 2/3 случаев ДКМП имеет четкую связь с перенесенным миокардитом, возникшем на фоне острых вирусно-бактериальных заболеваний или проведения профилактических прививок. На основании клинических проявлений и инструментального исследования следует выделять две стадии заболевания – компенсации и декомпенсации.

Критериями миокардиальной декомпенсации при ДКМП являются:

· недостаточность кровообращения IIБ-III степени;

· комбинированная перегрузка предсердий;

· II-III степень митральной недостаточности;

· легочная гипертензия;

· дилатация левого желудочка (КДД ЛЖ более 60 мм);

· резкое снижение сократительной способности миокарда (ФВ менее 0,4), зоны гипокинезии и акинезии, парадоксальное движение межжелудочковой перегородки;

· выраженные ишемические изменения в миокарде;

· явления кардиосклероза;

· нарушения ритма сердца высоких градаций.

При анализе морфологических маркеров митохондриальной дисфункции по данным гистохимического анализа биопсии скелетной мышцы у всех обследованных с ДКМП выявлены признаки митохондриальной патологии.

По данным биопсии скелетной мышцы количество мышечных волокон типа RRF («рваные красные волокна») у пациентов с ДКМП было сопоставимо с группой больных с первичной митохондриальной патологией и составило в среднем 25%. Согласно современным представлениям наличие RRF волокон является общепринятым маркером митохондриальной недостаточности. В норме их количество не превышает 5% от общего количества мышечных волокон. Их появление может быть непосредственным следствием мутации митохондриальной ДНК или своеобразным компенсаторным эффектом в ответ на функциональную слабость митохондрий.

Значения интегрального параметра митохондриальной недостаточности, митохондриального индекса, включающего как характеристику RRF, так и оценку степени активности митохондриальных ферментов (сукцинатдегидрогеназы и цитохромоксидазы) у детей с ДКМП в целом также сходны с таковым при типичных митохондриальных синдромах. При ДКМП этот показатель составляет 2,05, при первичной митохондриальной патологии - 2,25 (в норме - до 1,0).

Следует отметить, что выраженность, морфологических маркеров митохондриальной патологии, у больных с ДКМП неоднородна. Нами выделены III степени выраженности митохондриальной дисфункции (табл.1).

Таблица 1

Степень выраженности митохондриальной дисфункции по патоморфологическим параметрам биопсии скелетной мышцы

Признак	I степень Слабо выраженная	II степень Умеренно выраженная	III степень Выраженная
	от 10 до 15%	от 15 до 25%	Более 25%
Мит. индекс	от 1,25 до 1,5	от 1,5 до 2,25	Более 2,25
Липиды	Нет	от 1 до 1,5 баллов	Более 1,5 баллов
Кальций	Нет	от 1 до 2 баллов	Более 2 баллов
Гликоген	Нет	от 1 до 1,5 баллов	Более 1,5 баллов
Ультраструктурные изменения митохондрий	не выражены	Частично выражены	Сильно выражены

При идиопатической ДКМП степень выраженности митохондриальной дисфункции была максимальна и сопоставима с первичными митохондриальными синдромами (табл. 2).

Таблица 2. Степень выраженности митохондриальной недостаточности (МхН) при различных клинико-патогенетических вариантах ДКМП.

	Идиопатическая ДКМП	Постмиокардитическая ДКМП
	Первичная митохондриальная патология	Вторичная митохондриальная патология
Синдром Кернса-Сейра Синдром MELAS Гистиоцитарная КМП Карнитиновая КМП		ДКМП стадия декомпенсации	ДКМП стадия компенсации
Выраженная МхН III степень	Выраженная МхН III степень	Выраженная МхН II/III степень	Слабо выраженная МхН I степень

Выявление сходства проявлений митохондриальной недостаточности при первичных митохондриальных синдромах и идиопатических ДКПМ является одним из оснований для доказательства значения нарушений клеточной энергетики в патогенезе КМП.

При «постмиокардитической» ДКМП, существует сопряженность между степенью нарушений функции митохондрий и выраженностью миокардиальной дисфункции. Миокардиальная функция в стадии компенсации сочетается со слабовыраженной митохондриальной дисфункцией . Миокардиальная функция в стадии декомпенсации, характеризующаяся ишемическими изменениями в миокарде, II Б степенью недостаточностью кровообращения, сочетается с выраженными нарушениями функциями митохондрий гипоксического характера (В.С. Сухоруков, И.В, Леонтьева, 2004).

2.2. Митохондриальные нарушения при гипертрофических кардиомиопатиях.

Гипертрофическая кардиомиопатия может протекать в виде асимметричной обструктивной и симметричной форм. Следует выделять две стадии развития болезни: компенсации и декомпенсации .

Диагностическими критериями стадии декомпенсации при гипертрофической КМП являются:

· боли в грудной клетке стенокардитического характера;

· нарушения ритма сердца высоких градаций;

· синкопальные состояния;

· признаки недостаточности кровообращения II степени;

· гипертрофия миокарда межжелудочковой перегородки и задней стенки превышает 20 мм;

· обструкция выходного тракта левого желудочка(градиент давления в более 40 мм рт.ст.);

· нарушение диастолической функции левого желудочка по рестриктивному или гипертрофическому типу;

· выраженные ишемические изменения в миокарде.

При симметричной ГКМП заболевание может длительно протекает бессимптомно, если степень гипертрофии миокарда не превышает 15мм, не отмечается градиента обструкции. При этом, выраженность миокардиальной недостаточности соответствует стадии компенсации. В то же время эти больные имеют выраженные экстракардиальные симптомы митохондриальной патологии, такие как: инфантильный соматотип (физическое развитие ниже 5 перцентиля), умеренный миопатический синдром, лактат-ацидоз, транзиторная гипогликемия и наследственная предрасположенность.

При несвоевременной коррекции нарушений клеточной энергетики в миокарде у больных с симметричной ГКМП в течение наблюдения происходит переход из стадии компенсации в стадию декомпенсации, при этом наряду с нарастанием гипертрофии развивается миогенная дилатация левого желудочка, снижается сократительная способность миокарда, возникают признаки недостаточности кровообращения II степени.

При симметричной ГКМП при морфологическом исследовании скелетной мышцы в большинстве случаев выявляется митохондриальная недостаточность (наличие феномена RRF, изменение активности митохондриальных ферментов, ультраструктурные аномалии и повреждения митохондрий, нарушение распределения кальция, липидов и гликогена в биоптате скелетной мышцы). Выраженность этих маркеров патологии соответствует выраженной степени митохондриальной недостаточности до (III степень) и сопоставима с таковой при первичных митохондриальных синдромах (табл. 3).

Таблица 3

Степень выраженности митохондриальной недостаточности (МхН) при различных клинико-патогенетических вариантах ГКМП.

ГКМП симметричная		ГКМП асимметричная
	Первичная митохондриальная патология	Вторичная митохондриальная дисфункция		Митохондриальная дисфункция не обнаружена
Синдром Кернса-Сейра, синдром Барта, карнитиновая КМП		Стадия декомпенсации	Стадия компенсации
МхН III степень	МхН III степень	МхН II степень	МхН I степень

Итак, установлено, что для симметричной ГКМП характерна выраженная митохондриальная дисфункция, даже при отсутствии признаков недостаточности кровообращения, сопоставимая по степени выраженности с первичными митохондриальными заболеваниями. Выраженные экстракардиальные симптомы митохондриальной недостаточности у больных с симметричной ГКМП позволяют предположить первичный характер нарушения митохондриальных функций.

При асимметричной ГКМП заболевание в может протекать как в стадии компенсации так и в стадии декомпенсации. Митохондриальная недостаточность отмечается в 75% случаев. При этом установлена зависимость степени выраженности митохондриальной недостаточности от стадии заболевания (табл. 3).

При асимметричной форме ГКМП стадия декомпенсации, характеризующаяся выраженными ишемическими изменениями в миокарде, недостаточностью кровообращения IIБ степени приводитк выраженным нарушениям функции митохондрий гипоксического характера. Стадия компенсации сопряжена с I степенью (слабо выраженной) митохондриальной недостаточности, в 25% случаев функция митохондрий не изменена. Таким образом, установлено, что при асимметричной ГКМП стадия декомпенсации, сопровождающаяся выраженными ишемическими изменения в миокарде, приводит к развитию вторичной митохондриальной дисфункция гипоксического характера.

3. БИОХИМИЧЕСКИЕ КРИТЕРИИ МИТОХОНДРИАЛЬНЫХ НАРУШЕНИЙ ПРИ КАРДИОМИОПАТИЯХ.

Для диагностики митохондриальной дисфункции, при которой нарушены звеньяэнергетики, важное значение имеют биохимические показатели, такие как высокий уровень в крови лактата и пирувата, изменение соотношения «лактат/пируват». Определение исходного уровня лактата и пирувата в плазме крови на фоне стандартного глюкозо-толерантоного теста при КМП выявляет:

· увеличение в плазме крови уровней лактата (от 2,2 ммоль/л до 4,2 ммоль/л при норме 1,0-1,8 ммоль/л);

· увеличение в плазме крови уровней пирувата (от 0,11 ммоль/л до 0,40 ммоль/л при норме 0,05-0,09 ммоль/л)

· высокие показатели соотношения лактат/пируват (выше 20 при норме 8-10),

· повышение активности лактатдегидрогеназы,

Данные изменения указывают на нарушение гликолитических процессов.

Проведение стандартного глюкозотолерантного теста позволяет у больных с кардиомиопатией выявлять сниженную толерантность к глюкозе в виде плоской сахарной кривой, транзиторных гипо- и гипергликемических состояний.

4. ОЦЕНКА МИТОХОНДРИАЛЬНОЙ НЕДОСТАТОЧНОСТИ ПО ДАННЫМ ПОЗИТРОННО-ЭМИССИОННОЙ ТОМОГРАФИИ СЕРДЦА.

Диагностировать митохондриальную патологию достаточно сложно. Одним из инвазивных методов применяемых для диагностики является эндомиокардиальная биопсия миокарда. Вместе с тем, следует учитывать возможность получения при этом методе ложноположительных и ложноотрицательных результатов, из-за гетерогенности поражения миокарда, что снижает чувствительность и специфичность исследования. Кроме того, проведение эндомиокардиальной биопсии травматично и сопряжено с высоким риском развития жизнеугрожающих осложнений. Позитронная эмиссионная томография (ПЭТ) позволяет неинвазивно оценивать перфузию и метаболизм миокарда по данным гликолиза и цикла Кребса.

Перфузию миокарда оценивают с помощью аммиака, меченного азотом-13 ( 13 NH 3 ) в покое и после введения но-шпы.

Для оценки энергетического метаболизма миокарда используют деоксиглюкозу, меченную фтором-18 (18 FDG), накопление которой кардиомиоцитами пропорционально активности гликолиза. Исследование проводится до и на фоне гипергликемии (внутривенное введение 10 мл 40% глюкозы) для оценки энергетического резерва.

Для определения активности цикла Кребса проводится динамическое исследование с помощью ацетата, меченного углеродом-11. Экзогенный ацетат, поступая в клетку, превращается в ацетил-СоА в митохондриях и затем окисляется в цикле Кребса. Поэтому определение ацетата, меченого углеродом-11, позволяет определить активность цикла Кребса при КМП.

4.1 Оценка перфузионной способности миокарда при кардиомиопатиях.

Перфузия миокарда в большинстве случаев при гипертрофической и дилатационной КМП не изменена. Вместе с тем, при дилатационной КМП и асимметричной гипертрофической КМП в стадии декомпенсации отмечаются очаговые дефекты перфузии.

4.2 Оценка активности гликолиза при кардиомиопатиях.

Активность гликолиза при дилатационной и гипертрофической кардиомиопатиях широко варьирует от усиленной до нормальной и сниженной. Вместе с тем резервные возможности по синтезу энергии (на фоне нагрузки глюкозой) снижены при всех вариантах дилатационной кардиомиопатии.

Максимальное снижение гликолиза отмечено при идиопатической дилатационной кардиомиопатии, независимо от эффективности кровоснабжения, что свидетельствует о первичном нарушении метаболизма.

При постмиокардитической ДКМП в стадии декомпенсации и обструктивной форме асимметричной ГКМП установлена сопряженность сниженной перфузии и активностью гликолиза. В данном случае снижение энергетического метаболизма носит вторичный характер.

4.3 Оценка активности цикла Кребса при кардиомиопатиях.

Максимальное снижение активности цикла Кребса определялось при «идиопатической» дилатационной кардиомиопатии и симметричной гипертрофической кардиомиопатии, причем эти изменения не зависели от кровоснабжения, что указывало на их первичный характер. Так же было отмечено снижение активности этого метаболического пути в стадии декомпенсации на фоне выраженных ишемических изменений миокарда как при постмиокардитической дилатационной кардиомиопатии, так и при асимметричной обструктивной гипертрофической кардиомиопатии.

Таким образом, позитронно-эмиссионная томография позволяет диагностировать митохондриальную дисфункцию у детей с КМП. Снижение активности цикла Кребса и нарушение гликолиза свидетельствует о наличии митохондриальной недостаточности. При первичном нарушении клеточной энергетики эти изменения не были связаны с нарушением кровоснабжения миокарда.

В то же время установлено, что стадия декомпенсации при гипертрофической обструктивной асимметричной КМП и постмиокардитической дилатационной КМП сопряжена с выраженными ишемическими изменениями в миокарде, что сочетается со снижением скорости окисления в цикле Кребса и нарушениями гликолиза гипоксического генеза.

5. ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ КРИТЕРИИ МИТОХОНДРИАЛЬНОЙ ДИСФУНКЦИИ ПРИ КАРДИОМИОПАТИЯХ.

Из вышеизложенного следует, что митохондриальные нарушения во многих случаях являются патогенетической, биохимической и морфологической основой идиопатических кардиомиопатий. В виду этого представляется необходимым дифференцированно подходить к больным с кардиомиопатиями с целью выявления митохондриальной недостаточности, включая первичные и вторичные формы.

Какие же клинические признаки и простые диагностические тесты позволяют заподозрить у ребенка с КМП первичную дисфункцию митохондрий?

1. отставание физического развития (вес и рост ребенка соответствуют 3-5 перцентилю, отставание костного возраста);

2. мышечная слабость, выявляемая в покое или после физической нагрузки;

3. периодическая (циклическая) нейтропения;

4. стойкое увеличение печени, несмотря на уменьшение проявлений сердечной недостаточности на фоне приема сердечных гликозидов и диуретиков;

5. семейный характер заболевания, чаще материнское наследование;

6. врожденная катаракта;

7. птоз в сочетании с атриовентрикулярной блокадой;

8. кардиомегалия в сочетании с желудочковыми аритмиями у детей раннего возраста;

9. сочетание дилатации полостей сердца и гипертрофии миокарда, преимущественно задней стенки с проявлениями фиброэластоза эндокарда;

10. выявление симметричной гипертрофической кардиомиопатии в раннем возрасте;

11. "гигантские" зубцы Т на ЭКГ в левых грудных отведениях;

12. повышение уровня лактата более 2,5 ммоль/л и пирувата более 0,2 ммоль/л, увеличение соотношения лактат/ пируват более 20;

13. энцефалопатия;

14. метаболический ацидоз;

15. транзиторная гипогликемия.

Стадия декомпенсации при кардиомиопатиях, сопровождаемая выраженными ишемическими изменениями в миокарде, недостаточностью кровоснабжения II Б степени указывает на вторичную митохондриальную недостаточность гипоксического генеза.

Для верификации митохондриальной дисфункции следует использовать:

· определение уровня лактата и пирувата на фоне стандартного глюкозотолерантного теста;

· данные морфологических параметров биопсии скелетной мышцы (выявлениеRRF волокон, снижение активности сукцинатдегидрогеназы и цитохромоксидазы, наличие липидных включений, отложений липидов и кальция, аномалии ультраструктуры митохондрий);

· прямое доказательство нарушения функции гликолиза и метаболизма в цикле Кребса в миокарде дают результаты позитронно-эмиссионной томографии.

План обследования ребенка с подозрением на митохондриальную патологию.

1. Электрокардиография,

2. Эхокардиография,

4. Электроэнцефалография,

5. Электромиография,

6. Консультация невропатолога,

7. Консультация окулиста,

8. Консультация генетика,

9. Биохимия крови с определением уровня лактата и пирувата фоне стандартного глюкозотолерантного теста,

10. Масс-спектрометрия мочи с определением уровня органических кислот,

11. Оценка сахарной кривой,

12. Кислотно-щелочное состояние,

13. Определение функционального состояния митохондриальных ферментов в фибробластах или нейтрофилах,

14. Биопсия скелетной мышцы (световая и электронная),

15. Позитронно-эмиссионная томография

Основные принципы лечения детей, страдающих кардиомиопатиями митохондриального генеза, включают назначение комплекса лекарственных средств, обеспечивающих повышение эффективности тканевых биоэнергетических процессов (Методические указания Минздрава РФ №99/160, под ред. Э.А. Юрьевой и соавт., 2000 г).

Лечение метаболических расстройств – одна из сложных проблем современной медицины. Решение ее часто сопровождается скепсисом со стороны большинства врачей, связанным, в том числе, и с известным отношением к метаболической терапии как к чему-то «неспецифическому», часто не имеющему четких патогенетических обоснований. При этом благожелательно воспринимается в первую очередь заместительная терапия, компенсирующая тот или иной изученный недостаток обменных процессов. Не исключение и отношение к лечению нарушений клеточного энергообмена

Сложность проблемы определяется, в частности, двумя моментами. Во-первых, бытующее требовательное ожидание заместительного эффекта при терапии митохондриальных болезней, а, во-вторых, недоверие многих клинических биохимиков и фармакологов к возможности легкого введения тех или иных крупных органических молекул внутрь митохондрии. Так, исключительно из подобных теоретических соображений, ставится под сомнение как обоснованность применения янтарнойкислоты, одного из ключевых метаболитов митохондрий, так и достоверность наблюдаемых позитивных эффектов этого препарата. Однако недавние исследования М.Н. Кондрашовой и сотрудников её школы показано, что терапевтический эффект янтарной кислоты основан не на заместительном принципе, а на сигнальном. То есть, нет необходимости заполнять все митохондрии во всех клетках организма янтарной кислотой путем искусственного введения в больших количествах. Достаточно назначить микродозы (5-10 мг/кг/сутки), чтобы получить эффект. Вполне вероятно, что подобный принцип может быть применен и к другим лекарственным веществам, используемых в терапии полисистемных нарушений клеточной энергетики.

Важной характеристикой энерготропной терапии является её комплексность. В современных схемах лечения доказанных случаев цитоэнергетической недостаточности комплексы препаратов, включающие компоненты, действующие на различные этапы энергообмена, значительнее эффективнее монотерапии. Примеры препаратов или основных компонентов, наиболее широко используемые для метаболической коррекции приведены в табл. 4.

Таблица 4.

Основные препараты, применяемые при митохондриальных нарушениях

(В.С. Сухоруков, Е.А. Николаева, 2004).

Витамины РР, В1, В2, Липоевая кислота, Биотин, Карнитин
Уменьшающие степень лактат-ацидоза	Димефосфон
Антиоксиданты	Витамины С и Е

Препараты, переносящие электроны в дыхательной цепи.

Убихинон (коэнзим Q 10, кудесан) играет жизненно важную роль в клеточном дыхании, являясь естественным переносчиком электронов от дыхательных комплексов I и II к комплексу III . Дополнительное ведение убихинона в организм повышает активность дыхательной цепи митохондрий. Эффективность терапии, подтвержденная двойным слепым методом, свидетельствует о стабилизации общего состояния детей, снижении утомляемости, повышении мышечной силы, исчезновении головных болей, улучшении сердечной проводимости, уменьшении признаков периферической нейропатии и др. Биохимическое обследование детей с митохондриальными нарушениями свидетельствует о нормализации на фоне приема убихинона кислотно-основного состояния, снижении уровней молочной и пировиноградной кислот, повышение эффективности окислительного фосфорилирования.

Доза препарата составляет 30-300 мг/сут в зависимости от возраста и тяжести состояния, минимальный курс – 3 месяца. При длительном лечении (до 1,5 лет) какие-либо побочные эффекты не зарегистрированы.

Препараты янтарной кислоты (сукцинаты, лимонтар) транспортируют электроны непосредственно к комплексу II дыхательной цепи, минуя комплекс I . Их действие связано с активацией окислительной функцией митохондрий и выраженным антиоксидантным эффектом. На фоне терапии улучшается самочувствие и общее состояние больных, уменьшается мышечная слабость и гипотония, нормализуется кислотно-основное состояние, снижается содержание молочной кислоты в крови.

Дозы препаратов и длительность терапевтических курсов окончательно не отработаны. Могут быть рекомендованы дозы – 10 мг/кг/сутки в течение 2-х недель с повтором курса через 2 недели. Общая продолжительность – 3-4 месяца.

Цитохром С (цито-Мак) – одна из ключевых субстанций дыхательной цепи митохондрий, принимающая участие в переносе электроном от комплекса III к комплексу IV . При применении цитохрома С наблюдается заметное улучшение в состоянии детей: уменьшается утомляемость. Мышечная слабость, моторная неловкость, снижение тяжести и частоты миоклоний, предупреждение инсультоподобных состояний, исчезновение головной и мышечной боли, уменьшение содержания молочной кислоты в биологических жидкостях.

Препарат назначается в дозе 4 мл в/м или в/в ежедневно, курс – 10 инъекций. Возможны побочные эффекты – аллергические реакции.

Витамины К1 и К3 (филлохинон и менадион) также являются переносчиками электронов на уровне комплекса III дыхательной цепи, обладают способностью восстанавливать активность электронно-транспортной цепи митохондрий при ингибировании (дефиците) комплексов I и III . На фоне лечения наблюдается улучшение самочувствия детей, повышение толерантности к физическим нагрузкам, улучшение показателей энергетического метаболизма, ликвидации ацидоза и снижении уровня молочной кислоты в крови.

Рекомендуемые дозы: филломинона – 25 мг/сут, менадиона – 20-75 мг/сут. Продолжительность курса окончательно не установлена. Препараты следует назначать с осторожностью, в связи с риском развития гемолитической анемии, гипербилирубинемии, повышения свертываемости крови.

Кофакторы энзимных реакций энергетического обмена.

Никотинамид – витамин, входящий в структуру никотинамидадениндинкулеотида (НАД), являющегося простетической группой большого числа дегидргеназ, которые играют важную роль в окислительно-восстановительных процессах, в том числе в цепи транспорта электронов. Эффект препарата заключается в стабилизации состояния детей, предупреждении развития инсультоподобных эпизодов, улучшении переносимости физической нагрузки. В крови больных на фоне терапии обнаружено повышением уровня НАД и снижение лактат-ацидоза. Для повышения активности комплекса I никотинамид назначают в высоких дозах, в среднем до 500 мг/сутки при курсе – несколько месяцев.

Рибофлавин имеет важное значение для метаболизма как активный структурный элемент простетической части респираторных флавопротеидов, содержащих в качестве коэнзима флавинмононуклеотид или флавинадениндинуклеотид. Применение рибофлавина в высоких дозах (20-150 мг/сут) в течение нескольких месяцев способствует повышению мышечного тонуса, улучшению переносимости физической нагрузки, снижению уровня молочной и пировиноградной кислот в крови.

Тиамин и липоевая кислота – являются составной частью коферментов пируватдегидрогеназного и альфа-кетоглутаратдегидрогеназного комплексов, которые участвуют в обмене углеводов, аминокислот и функционировании цикла Кребса. Эти мультиферментные комплексы катализируют окислительное декарбоксилирование пировиноградной и альфа-кетокислот. В результате лечения улучшается общее состояние детей, увеличивается эффективность энергетического метаболизма в мышечной ткани, снижаются проявления лактат-ацидоза. Доза тиамина – 50-200 мг / сутки, липоевая кислота – 100-500 мг / сутки.

Биотин – кофермент ряда кокарбоксилаз, в том числе пируваткарбоксилазы, принимающей участие в метаболизм пировинограднйо кислоты. На фоне лечения улучшается состояние и психомоторное развитие больных детей, нормализация кислотно-основного равновесия, снижение содержания молочной кислоты в крови. Препарат применяется в течение нескольких месяцев в дозе – 10 мг/сутки.

Карнитин – витаминоподобное вещество, занимает важное место в энергетическом и липидном обмене. Обеспечивает перенос длинноцепочечных жирных кислот в виде сложных эфиров (ацилкарнитинов) через митохондриальную мембрану для последующего бета-окисления. Карнитин влияет на интенсивность энергетического метаболизма, регулируя отношение ацил-коэнзим А/свободный коэнзим А внутри митохондрий. Применение L -карнитина приводит к уменьшению мышечной слабости, утомляемости больных детей, улучшению психомоторного развития, исчезновению проявлений кардиомиопатии. По нашим данным хороший эффект оказывает комбинированное применение L -карнитина (Элькар , 50-100 мг/кг в сутки) и коэнзима Q 10 (30 мг в сутки) с учетом хронобиологических ритмов. Длительность курса - не менее 1 месяца, возможно непрерывное применение препаратов шесть и более месяцев.

Средства, уменьшающие лактат-ацидоз.

Дихлорацетат обладает способностью стимулировать активность пируватдегидрогеназного комплекса, что обуславливает уменьшение образование молочной кислоты и снижение ее содержания в тканях и биологических жидкостях. При использовании в лечении данного препарата уменьшаются головные боли, боли в животе, тремор, предупреждается развитие инсультоподобных приступов.

Препарат назначается в дозе 35-50 мг/кг в сутки. Продолжительность курса не уточнена, в некоторых случаях – лечение возможно в течение года. Однако при длительном применении возможны побочные эффекты – появление атаксии и периферической нейропатии.

Димефосфон – фосфоноорганическое соединение, обладающее способностью усиливать тканевое дыхание и стабилизировать состояние клеточных мембран. В педиатрической практике показано нормализующее действие димефосфона на равновесие кислот и оснований, уровень молочной и пировиноградной кислот в крови, процессы перекисного окисления липидов. Основные эффекты препарата, по-видимому, обусловлены влиянием на пируваткарбоксилазу, супероксиддисмутазу, каталазу и глютатионпероксидазу. В результате активизирующего действияна пируваткарбоксилазу равновесие между лактатом и пируватом смещается в сторону последнего, повышается утилизация пирувата в цикле Кребса. Вследствие повышения активности антиоксидантных ферментов предотвращается образование избытка свободных радикалов.

На фоне приема препарата наблюдается купирование или урежение судорожных приступов, уменьшение их частоты и длительности, повышение толерантности к физической нагрузке, улучшение мелкой моторики и координации движений. При биохимическом исследовании в крови больных отмечается снижение уровня молочной и пировиноградной кислот, уменьшается содержание малонового диальдегида, увеличивается фракция АТФ.

Суточная доза препарата – 30 мг/кг. Продолжительность – 1 месяц. Повторный курс терапии рекомендуется через 1-4 месяца.

Антиоксиданты.

Многие из описанных препаратов (напр., убихинон, янтарная кислота, димефосфон), наряду с влиянием на разные этапы энергетического обмена, оказывают антиоксидантное действие.

Витамин С обладает способность принимать и переносить электроны на уровне комплексов III и IV дыхательной цепи, назначается в дозе до 1-2 г в сутки. Витамин Е (токоферол) используется в высокой дозе – до 300 мг в сутки. Продолжительность курса не отработана. Однако остается не до конца изученным вопрос о целесообразности применения высоких доз антиоксидантных препаратов, так как показано, например, что одним из негативных проявлений при таком подходе может быть угнетение фагоцитоза.

Требует специального анализа и представления проблема метаболической коррекции заболеваний и патологических состояний, сопровождающихся вторичной митохондриальной недостаточностью, своевременная диагностика и рациональная терапия которой может позволить существенно улучшить состояние больных детей, ускорить процессы редукции патологических симптомов и в итоге - повысить качество жизни.