Наследственность и ее роль в патологии

НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ И ЕЕ РОЛЬ В ПАТОЛОГИИ

Медицинская генетика и ее задачи

Наследственность есть свойство живых существ и клеток организма передавать свои признаки (анатомо-физиологические особен­ности) потомкам. Она обеспечивает относительную стабильность вида. Основу для естественного и искусственного отбора, для эволюции ви­да дает изменчивость - свойство организма и его клеток, проявляющее­ся в возникновении новых признаков. Материальными носителями наследственной информации являются гены - участки молекулы ДНК.

Наука о наследственности и изменчивости носит название генети­ка. Отрасль генетики, занимающаяся изучением наследственности и из­менчивости человека под углом зрения патологии, называется медицин­ской генетикой.

Основные задачи медицинской генетики сводятся к следующему:

1. Изучение наследственных форм патологии. Это значит изучение их этиологии, патогенеза, совершенствование диагностики, разработ­ка методов профилактики и лечения. Фатальный характер наследст­венных заболеваний существует лишь до тех пор пока не познаны конкретные причины и механизмы их развития. Установление законо­мерностей развития ряда наследственных болезней позволило не только лечить, но и в определенной мере предупреждать достаточ­но тяжело протекающие формы наследственной патологии.

2. Изучение причин и механизмов наследственно детерминированной предрасположенности и резистентности к различным (в том числе и инфекционной природы) заболеваниям.

3. Изучение роли и значения генетического аппарата в развитии реак­ций адаптации, компенсации и явлениях декомпенсации (см. «Двой­ственная природа болезни»).

4. Подробное всестороннее изучение процессов мутагенеза и антимутагенеза, их роли в развитии болезней.

5. Изучение ряда общебиологических проблем: молекулярно-генетических механизмов канцерогенеза, роли генетического аппарата в явлениях тканевой несовместимости, аутоиммунных реакциях организма и др.

 

Хромосомные болезни

Особую группу заболеваний, связанных со структурными изменени­ями в генетическом материале» составляют хромосомные болезни, услов­но относящиеся к категории наследственных. Дело в том, что в подав­ляющем большинстве случаев хромосомные болезни не передаются потом­ству, поскольку их носители чаще всего бывают бесплодными.

Хромосомные болезни обусловлены геномнымиили хромосомными му­тациями, произошедшими в гамете одного из родителей, или в зиготе, сформированной гаметами с нормальным набором хромосом. В первом слу­чае все клетки будущего ребенка будут содержать аномальный хромосом­ный набор (полная форма хромосомной болезни), во втором - развива­ется мозаичный организм, лишь часть клеток которого с аномальным набором хромосом (мозаичная форма болезни). Степень выраженности патологических признаков при мозаичной форме болезни слабее, нежели при полной.

Фенотипическую основу хромосомных болезней составляют нарушения раннего эмбриогенеза, вследствие чего болезнь всегда характеризует­ся множественными пороками развития.

Частота хромосомных нарушений достаточно высока: из каждой 1000 живорожденных младенцев 3-4 имеют хромосомные болезни, у мерт­ворожденных детей они составляют 6%; дисбалансом хромосом обуслов­лено около 40% спонтанных абортов (Н.П.Бочков, 1984). Количество вариантов хромосомных болезней не столь велико, как можно было бы ожидать теоретически. Дисбаланс, затрагивающий все пары хромосом, вызывает настолько значительные нарушения в организме, что они, как правило, оказываются несовместимыми с жизнью уже на ранних или бо­лее поздних этапах эмбриогенеза. Так, моноплоидия не обнаружена ни у новорожденных, ни у абортусов. Описаны редкие случаи триплаидии и тетраплоидии у абортусов и у живорожденных, которые, однако, поги­бали в первые дни жизни. Чаще встречаются изменения числа или струк­туры отдельных хромосом. Недостаток генетического материала вызыва­ет более значительные дефекты, чем избыток. Полные моносомии, напри­мер, по аутосомам практически не обнаружены. По-видимому такой дис­баланс вызывает летальный исход уже в гаметогенезе или на стадии зиготы и ранней бластулы.

Основа для развития хромосомных болезней, связанных с изменени­ем числа хромосом формируется в гаметогенезе, во время первого или второго мейотических делений или в период дробления оплодотворенной яйцеклетки, чаще всего в результате нерасхождения хромосом. При этом одна из гамет вместо одинарного набора хромосом содержит крайне ред­ко - диплоидный набор всех хромосом, или 2 хромосомы какой-либо из пар хромосом, вторая гамета не содержит ни одной такой хромосомы. При оплодотворении аномальной яйцеклетки сперматозоидом с нормальным набором хромосом или нормальной яйцеклетки аномальным сперматозои­дом, реже при сочетании двух гамет, содержащих измененное число хро­мосом, создают предпосылки для развития хромосомной болезни.

Вероятность такого рода нарушений, а следовательно и рождения детей с хромосомными болезнями, нарастает с возрастом родителей, особенно матери. Так, частота нерасхождения 21-ой пары хромосом в 1-м мейотическом делении составляет 80% всех его случаев, из них в 66,2% - у матери и в 13,8% - у отца; суммарный риск иметь ребенка с трисомией по 13-ой, 18-ой, 21-ой хромосоме для женщины в возрасте 45 лет и старше в 60 раз выше риска для женщины 19-24 лет (Н.П.Бочков и др. 1984).

Самой частой хромосомной болезнью является болезнь Дауна. Кариотип больных в 94% состоит из 47 хромосом за счет трисомии по 21 хромосоме. Примерно в 4% случаев отмечается транслокация лишней 21-ой хромосомы в 14-ю или 22-ю, общее число хромосом равно 46. Болезнь характеризуется резкой задержкой и нарушением физического и психи­ческого развития ребенка. Такие дети низкорослы, поздно начинают хо­дить, говорить. Бросаются в глаза внешний вид ребенка (характерная форма головы со скошенным затылком, широкая, глубоко запавшая пере­носица, монголоидный разрез глаз, открытый рот, неправильный рост зубов, макроглоссия, мышечная гипотония с разболтанностью суставов, брахидактилия, особенно мизинца, поперечная складка на ладони и др.) и выраженная умственная отсталость, иногда до полной идиотии. Нару­шения отмечаются во всех системах и органах. Особенно часты пороки развития нервной (в 67%), сердечно-сосудистой (64,7%) системы. Как правило, изменены реакции гуморального и клеточного иммунитета, страдает система репарации поврежденной ДНК. С этим связана повы­шенная восприимчивость к инфекции, более высокий процент развития злокачественных новообразований, в особенности лейкозов. В большин­стве случаев больные бесплодны. Однако, встречаются случаи рождения больной женщиной детей, часть из них страдают той же болезнью.

Второй по частоте (1:5000-7000 родов) патологией обусловленной изменением числа аутосом, является синдром Патау (трисомия 13). Син­дром характеризуется тяжелыми пороками головного мозга и лица (де­фекты строения костей мозгового и лицевого черепа, головного мозга, глаз; микроцефалия, расщелина верхней губы и неба), полидактилией (чаще - гексодактилия), дефектами перегородок сердца, незавешенным поворотом кишечника, поликистозом почек, пороками развития других органов. 90% детей родившихся с этой патологией, погибают в течение 1-го года жизни.

Третье место (1:7000 рождений) среди полисемии аутосом занима­ет трисомия 18 (синдром Эдвардса). Основные клинические проявления болезни: многочисленные пороки костной системы (патология строения лицевой части черепа: микрогнатия, эпикант, птоз, гипертелоризм) сердечно-сосудистой (дефекты межжелудочковой перегородки, пороки клапанов легочной артерии, аорты), гипоплазия ногтей, подковообраз­ная почка, крипторхизм у мальчиков. 90% больных погибает на первом году жизни.

Намного чаще встречаются хромосомные болезни, связанные с не­расхождением половых хромосом. Известные варианты гоносомных полисо-мий приведены в таблице.

Типы гоносомных полисомий, обнаруженных

у новорожденных (по Н.П.Бочкову, А.Ф. Захарову, В.И.Иванову, 1984)

Х-полисомия при отсутствии у-хромосомы	Х-полисомии в присутствии одной у-хромосомы	у-полисомия в присутствии одной Х-хромосомы	Полисомия по обеим хромосомам
47 XXX (1,3: 1000)	47 ХХУ (1,5: 1000)	47 ХУУ (1: 1000)	48 ХХУУ +
48 ХХХХ (30 известных случаев)	48 ХХХУ (редко)	48 ХУУУ (очень редко)	49 ХХХУУ (1:25000)
49 ХХХХХ (число случаев не указано)	49 ХХХХУ (около 100 известных случаев)	49 ХУУУУ (число случаев не указано)

 

Как следует из таблицы, подавляющее число полисимий по половым хромосомам приходится на трисомии XXX, XXV, XVV.

При трисомии по Х-хромосоме («сверхженщина») клинические приз­наки болезни нередко отсутствуют или минимальны. Болезнь диагносцируется по обнаружению вместо одного двух телец Барра и по кариотипу 47,XXX. В других случаях у больных отмечается гипоплазия яичников, матки, бесплодие, различные степени умственной неполноценности. Уве­личение в кариотипе числа Х-хромосом увеличивает проявление умствен­ной отсталости. Такие женщины чаще, чем в общей популяции страдают шизофренией.

Варианты полисомий с участием У-хромосом более многочислены и многообразны. Наиболее частый из них - синдром Клайнфельтера - обус­ловлен увеличением общего числа хромосом до 47 за счет Х-хромосомы. Больной мужчина (наличие У-хромосомы доминирует при любом количестве Х-хромосом) отличается высоким ростом, женским типом строения скелета, инертностью и умственной отсталостью. Генетичес­кий дисбаланс обычно начинает проявляться в период полового созре­вания, недоразвитием мужских половых признаков. Яички уменьшены в размерах, наблюдается аспермия или олигоспермия, часто гинекомастия. Надежным диагностическим признаком синдрома служит обнаружение в клетках мужского организма полового хроматина. Синдром сверхклайн-фельтера (ХХХУ, два тельца Барра), характеризуется большей выражен­ностью названных признаков, умственная несостоятельность достигает степени идиотии.

Обладатель кариотипа 47, ХУУ - «супер мужчина» отличается им­пульсивным поведением с выраженными элементами агрессивности. Боль­шое число таких индивидов выявляется среди заключенных.

Гоносомная моносомия встречается намного реже, чем полисомия, и ограничивается лишь моносомией Х (синдром Шерешевского-Тернера). Кариотип состоит из 45 хромосом, половой хроматин отсутствует. Боль­ные (женщины) отличаются низким ростом, короткой шеей, шейными боко­выми кожными складками. Характерны лимфатический отек стоп, слабое развитие половых признаков, отсутствие гонад, гипоплазия матки и фолопиевых труб, первичная аменорея. Такие женщины бесплодны. Умственная способность, как правило, не страдает.

Случаев моносомии У не выявлено. По-видимому отсутствие Х-хро-мосомы несовместимо с жизнью и особи типа «ОУ» гибнут на ранних этапах эмбриогенеза.

Хромосомные болезни, обусловленные структурными изменениями хромосом, встречаются реже и, как правило, приводят к более тяжелым последствиям: спонтанным абортам, недоношенности, мертворождению, ранней детской смертности.

Фенокопии

Фенокопиями называют формы патологии, формирующиеся в период эмбриогенеза под влиянием факторов внешней среды, не связанные с изменением в генетическом аппарате, но по основным проявлениям сход­ные с наследственными формами патологии.

Причинами фенокопий могут быть:

- кислородное голодание плода, длительное воздействие которого чре­вато поражением Ц.Н.С.;

- инфекционные заболевания беременной женщины, особенно в ранний период беременности. Крайне опасны такие инфекции как токеоплазмоз, краснуха, сифилис и др., вызывающие в значительном проценте случаев (до 60-70%) тяжелые уродства (микроцефалию, гидроцефалию, аномалию глаз, глухонемоту, расщелину мягкого неба и др.);

- эндокринные нарушения в организме беременной женщины, до 2-2,5 раз и более увеличивающие вероятность различного рода отклонений у будущего ребенка;

- психическая травма и эмоциональные перенапряжения женщины в пери­од беременности;

- лекарственные препараты, обладающие цитотоксическим или антимета­болическим действием. В свое время весь мир потрясли тяжелые пос­ледствия применения беременными широко разрекламированного снотворного -талидамида (десятки тысяч детей с тяжелыми формами уродств и пороков развития;

- недостаток в пище женщины микроэлементов (железа, кобальта, меди), витаминов (С, Е, В₁, РР и др.);

- алкоголизм родителей (для сравнения: нарушение интеллекта, пороки развития у детей непьющих родителей составляют около 2%, у умерен­но пьющих - до 9%, у сильно пьющих - порядка 74%);

- неграмотное использование контрацептинов, а также применение раз­личного рода средств для прерывания беременности.

 

9. Принципы профилактики наследственной патологии и фенокопий

Принципы профилактики наследственных форм патологии и феноко­пий коротко сводятся к следующим основным положениям:

1. Охрана окружающей среды от загрязнения ее мутагенами и создание условий, ограничивающих (лучше - предотвращающих) их попадание в организм человека.

2. Предотвращение негативных последствий действия на организм мутагенов.

3. Грамотное, хорошо налаженное генетическое консультирование людей, собирающихся вступить в брак или готовящиеся к деторождению с определением возможного риска рождения больного ребенка. Это осо­бенно важно в тех случаях, когда хотя бы один из родителей или их близких страдают (страдали) наследственными болезнями или имели уродства и другие аномалии развития.

4. Избегание близкородственных браков и разъяснение населению вред­ности брака между близкими родственниками.

5. Здоровый образ жизни.

6. Следование рекомендации - иметь детей в молодом возрасте.

7. Охрана здоровья беременной женщины.

8. Избегание криминальных абортов и применения средств для      прерыва­ния беременности.

На двух первых из названных положений остановимся подробнее.

Сегодня предлагается 3 пути борьбы с загрязнением окружающей среды, мутагенными агентами и ограничения степени вредного их воз­действия на организм:

а) технологический - перевод промышленного производства на замкну­тые циклы (безотходное производство) - наиболее радикальный, но крайне дорогостоящий, практически недостижимый путь (в условиях интенсивного транспорта) мутагенов и незастрахованности от возмож­ных аварий, последствия которых иногда оказываются катастрофичес­кими (пример - авария на ЧАЭС);

б) компонентный - предполагающий выявление мутагенов среды и их изъятие, - тоже весьма заманчивый, неимоверно дорогой и ограни­ченный для реализации путь уже хотя бы потому, что отказаться от использования многих мутагенов человечество сегодня не в состоя­нии (от использования рентгеновских лучей, радиоизотопов, цитостатиков, других лекарств и диагностических процедур с побочным мутагенным эффектом - в медицине; от применения пестицидов в сельском хозяйстве, некоторых химических соединений в металлур­гии, химическом и коксохимическом производстве и т.п.;

в) компенсационный - рассчитанный на снижение вероятности частоты мутаций за счет повышения устойчивости генетического аппарата к мутагенным воздействиям и устранение уже возникших мутаций, - наиболее перспективный, чаще всего используемый путь борьбы с последствиями загрязнения среды.

Процесс подавления спонтанных и индуцированных мутаций называ­ется антимутагенезом, а вещества, обладающие такими свойствами, - антимутагена-ми. К числу антимутагенов относятся соединения 1) нейтрализующие мутаген до его реакции с молекулой ДНК, 2) снимающие повреждение молекулы ДНК, вызванные мутагеном, или повышающие ее устой­чивость к ним, 3) препятствующие превращению в организме косвенных мутагенов в истинные. Сегодня известно около 200 природных и синтетических соединений, обладающих всеми или частью из перечисленных свойств. Это некоторые аминокислоты (аргинин, гистидин, метионин и др.), фер­менты (пероксидаза, НАДФ-оксидаза, каталазы, глутаминпероксидазы и др.), ряд лекарственных средств (сульфаниламиды, интерферон, антиоксиданты и др.). Высокой антимутагенной активностью обладают витамины Е, С, А, К. Первые два из них относятся к числу универсальных антимутагенов, блокирующие различные звенья мутагенеза: повышают активность фермен­тов, обезвреживающих мутагены, подавляют процесс превращения косвен­ных мутагенов в истинные, предохраняют ДНК от повреждающего действа мутагенов, подавляют активность свободных радикалов, активируют про­цесс репарации ДНК, т.е. повышают ее устойчивость к генотоксическим влияниям (Алекперов У.К., 1989). Выраженные антимутагенные свойства присущи многим овощам и фруктам. Особенно сильно они проявляются у капусты, яблок, мяты, зеленого перца, ананаса, баклажанов, виногра­да. Многократно (от 4 до 11 раз) снижается токсический эффект мутагенов в эксперименте. Вот почему правильное сбалансированное, богатое фруктами и овощами питание может быть одним из действенных средств индивидуальной профилактики генотоксического эффекта факторов окру­жающей среды.

НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ И ЕЕ РОЛЬ В ПАТОЛОГИИ