Методы изучения и диагностики наследственных патологий

В настоящем разделе представлена краткая характеристика генетико-эпидемиологического подхода в изучении наследственных болезней (генетический, близнецовый и популяционно-статистические методы), методы клинической диагностики (клиническое обследование и пара­клинические исследования), лабораторные мето­ды диагностики (цитогенетические, биохимичес­кие, молекулярно-генетические) и методы моде­лирования наследственных болезней в экспери­менте на животных.

Генетико-эпидемиологический подход в изу­чении роли наследственности в этиологии и па­тогенезе болезней человека предполагает совме­стное применение генеалогического, близнецо­вого и популяционно-статистических методов.

Генеалогический метод - метод родословных, т.е. прослеживание болезни (или признака) в семье или роду с указанием типа родословных связей между членами родословной. Техничес­ки он складывается из двух этапов: составления родословной и генеалогического анализа. На первом этапе, используя специальные символы и правила, которые достаточно хорошо извест­ны, составляется родословная.

Второй этап (генеалогический анализ) позво­ляет решать несколько задач. Во-первых, уста­новить наследственный характер болезни или признака. Наследственную природу анализиру­емых болезней (признаков) предполагают, если они повторяются в родословной несколько раз (рис.32). Во-вторых, в случае доказательства наследственного характера болезни возможно установление типа наследования (аутосомно-до-минантный, аутосомно-рецессивный, Х-сцеплен-ный, Y-сцепленный, митохондриальный). Нако­нец, анализ родословных является обязательным условием успешного решения задач картирова­ния генов на хромосомах, расшифровки меха­низмов взаимодействия генов, изучения интен­сивности мутационного процесса. В клиничес-

Глава 4 / РОЛЬ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ, КОНСТИТУЦИИ

кой практике генеалогический анализ составля­ет основу осуществления медико-генетического консультирования.

Близнецовый метод. Возможности его ис­пользования при изучении наследственной па­тологии определяются представлениями о про­исхождении близнецов: партнеры однозиготной (монозиготной) пары близнецов являются гене­тически тождественными, поскольку образуют­ся из одной зиготы; партнеры двузиготной (ди-зиготной) пары близнецов образуются из двух разных зигот, а потому их фенотипическое сход­ство не больше, чем у братьев и сестер, родив­шихся в разное время; пары разнополых близ­нецов всегда являются двузиготными; внутри-парное различие, обнаруживаемое по какой-либо нормальной или патологической особенности

Рис. 32. Габсбургская губа, прослеженная на протя­жении столетий: а - император Максимилиан IV (1459-1519); б - император Карл V - внук (а) (1500-1558); в - эрцгерцог Карл Тешенский (1771-1847); г - эрцгерцог Альбрехт - сын (в) (1817-1895). Strohmayer, Nova Acta Leopoldina, 5, 1937 (из книги К. Штерна «Основы генетики человека». М.: Медгиз, 1965. СМ)

И ВОЗРАСТА В ПАТОЛОГИИ 129

'• fara: i.4«M!

Конкордантность (%) близнецовых пар для разных групп болезней

Таблица 18

однозиготных близнецов, должно быть отнесено за счет различий, обусловленных факторами сре­ды.

Близнецовый метод считается особенно эффек­тивным для доказательства наследственной пред­расположенности к конкретным заболеваниям (мультифакториальные болезни и комплексные признаки). В этом случае применяют два вари­анта сравнения: сравнение конкордантности (со­впадения фенотипов) моно- и дизиготных близ­нецов; сравнение конкордантности вместе и по­рознь выросших монозиготных близнецов. Обоб­щенные результаты использования близнецово­го метода для понимания природы разных забо­леваний представлены в табл.18.

Популяционно-статистические методы. В отношении моногенных (менделевских) болезней эти методы в сравнительных исследованиях раз­личных групп населения (популяций, этносов) позволяют выявить и оценить наиболее важные факторы популяционной динамики (отбор, дрейф генов, инбридинг, давление мутаций), опреде­ляющие пространственную изменчивость (терри­ториальную гетерогенность в распространеннос­ти) наследственных болезней. Например, пока­зано, что накопление некоторых рецессивных бо­лезней среди финноязычного населения Финлян­дии обусловлено длительной изоляцией субпо­пуляций и дрейфом генов. Накопление редких патологических мутаций среди евреев-ашкена-зи объясняется эффектом «родоначальника» и дрейфом генов. Для популяций Средней Азии, а также некоторых арабских популяций показа­но, что главным фактором, детерминирующим груз и структуру наследственных болезней, на­копление аутосомно-рецессивной патологии, яв­ляются неслучайные родственные браки (ассор-тативность браков).

Для других форм патологии - мультифакто-риальных заболеваний (болезней с наследствен­ным предрасположением) популяционно-стати­стические методы, наряду с использованием со-

временных молекулярно-генетических методов, позволяют на основе анализа ассоциаций и сцеп­ления генетических маркеров с конкретными признаками и болезнями в сравниваемых груп­пах «больные - здоровые» («случай - контроль») в популяции, «больные - здоровые» в ядерных семьях, принадлежащих данной популяции, осу­ществлять поиск «генов-кандидатов» исследуе­мой болезни.

Методы, клинической диагностики. Наслед­ственная патология имеет некоторые специфи­ческие характеристики. Для их выявления ис­пользуется весь арсенал методов клинической диагностики (анамнез, осмотр, физические ме­тоды и пр.), параклинические исследования (об­щеклиническая диагностика с использованием современной аппаратуры исследования отдель­ных органов и систем - R-логические, ультра­звуковые, томографические и т. д.). Главный смысл их применения (и выбор оптимальных клинических приемов) - обнаружить специфи­ческие черты болезни, указывающие на наслед­ственный характер поражения. К ним относят­ся: семейный характер заболевания; хроничес­кое, прогредиентное, рецидивирующее течение; врожденный характер заболевания; «резистент­ность» к наиболее распространенным методам те­рапии; наличие патогномоничных признаков (или их сочетаний), свойственных только дан­ной форме наследственной патологии. Именно последнее, обусловленное тем, что большинство мутантных генов, вызывающих наследственные болезни, обладает плейотропным эффектом и вовлечением в процесс многих органов и систем (неспецифичных ассоциаций), определяет необ­ходимость применения параклинических мето­дов исследования. Так, при таких наследствен­ных болезнях соединительной ткани, как синд­ром Элерса - Данлоса, Марфана, для которых характерно нарушение сосудистой стенки (осо­бенно аорты), подвывих хрусталика, пролапс митрального клапана, патология суставов, по-

Часть I. ОБЩАЯ НОЗОЛОГИЯ

надобятся R-логические, ультразвуковые, оф­тальмоскопические и некоторые другие паракли­нические методы исследования. Однако оконча­тельная диагностика и выявление более тонких генетических вариантов исследованной патоло­гии осуществляются с применением специаль­ных лабораторных методов диагностики.

Лабораторные методы диагностики. Ла­бораторная диагностика наследственных болез­ней (фено- или генотипирование индивидов) в основе своей может быть направлена на иденти­фикацию одной из трех «ступеней» болезни. Во-первых, это выявление этиологической причи­ны наследственной патологии, или характерис­тика генотипа, т.е. определение конкретной му­тации у индивида (генной, хромосомной, геном­ной). Эти цели достигаются с помощью цитоге-нетических или молекулярно-генетических ме­тодов. Во-вторых, лабораторные методы позво­ляют регистрировать первичный продукт гена (биохимические, иммунологические методы). В-третьих, возможна регистрация специфичес­ких метаболитов измененного обмена, возник­ших в процессе реализации патологического дей­ствия мутации (биохимические, иммунологичес­кие, цитологические методы регистрации на уровне жидкостей - кровь, моча, секрет или кле­ток).

Цитогенетические методы. Они предназна­чены для изучения структуры хромосомного на­бора или отдельных хромосом. Объектом цито-генетических наблюдений могут быть делящие­ся соматические, мейотические и интерфазные клетки. Чаще исследования выполняются на соматических клетках: наиболее удобный объект - культура лимфоцитов периферической крови, но также и культура клеток из кусочков кожи (фибробласты), костного мозга, эмбриональных тканей, хориона, клеток амниотической жидко­сти.

Специальным образом полученные препара­ты из культуры клеток затем окрашиваются. Все методы окраски препаратов можно разделить на три группы: простые, дифференциальные, флю­оресцентные.

Простая окраска (метод окраски по Гимзе или в русскоязычной литературе - «рутинная окрас­ка») используется для ориентировочного опре­деления числовых аномалий кариотипа. Струк- гурвые хромосомные аномалии (делеции, транс- юкации, инверсии), выявленные при простой ок-

раске, должны быть идентифицированы с помо­щью дифференциальной окраски. Под этим ме­тодом понимают способность хромосом к изби­рательному окрашиванию по длине с фиксаци­ей в виде чередования эу- и гетерохроматичес­ких районов (темные и светлые полосы).

Благодаря успехам в молекулярной генетике человека разработан принципиально новый ме­тод изучения хромосом - метод флюоресцентной гибридизации in situ (FISH). Он основан на ис­пользовании однонитевого специфического уча­стка ДНК («зонда»), специальным образом «по­меченного» и способного, после присоединения к участку анализируемой хромосомы, присоеди­нить флюоресцентные красители (красный, зе­леный и другие цвета). С помощью люминесцен­тного микроскопа окрашенные хромосомы ви­зуализируются на фоне неокрашенных. Метод позволяет расшифровать сложные хромосомные перестройки, а также локализовать ген.

Биохимические методы. Эти методы направ­лены на выявление биохимического фенотипа организма - от первичного продукта гена (поли­пептидной цепи) до конечных метаболитов в моче или поте. Поэтому существует огромное разно­образие методов. Но для целей диагностики на­следственных болезней оправданными являют­ся две биохимические стратегии, которые позво­ляют определить дальнейший ход обследования и выбор соответствующих биохимических мето­дов и тестов: массовые и селективные програм­мы первичной биохимической диагностики на­следственных болезней.

Массовые просеивающие программы приме­няются в диагностике фенилкетонурии, врож­денного гипотиреоза, адреногенитального синд­рома, врожденных аномалий нервной трубки и болезни Дауна. Селективные диагностические программы предусматривают проверку, уточне­ние биохимических аномалий обмена для паци­ентов, у которых подозреваются генные болез­ни, используя простые качественные реакции или более точные методы (тонкослойная хрома­тография мочи и крови, газовая хроматография, флюорометрические методики и др.).

Молекулярно-генетические методы. Это большая и разнообразная группа методов, пред­назначенных для выявления вариаций в струк­туре исследуемого участка ДНК (аллеля, гена, региона хромосомы) вплоть до расшифровки пер­вичной последовательности нуклеотидных осно-

" лава 4 / РОЛЬ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ, КОНСТИТУЦИИ И ВОЗРАСТА В ПАТОЛОГИИ

Таблица 19 Подходы к ДНК-диагностике наследственных болезней

ваний. Все разнообразие подходов для иденти­фикации генов или определенных фрагментов ДНК и их вариаций основывается на двух ос­новных методических разработках - технологии блот-гибридизации и амплификации отдельных участков ДНК.

Общая схема блот-гибридизации по Саузерну представлена на рис. 33 (метод назван по имени

Детекция флуоресцентной метки Рис. 33. Блот-гибридизация по Саузерну

доктора из Эдинбурга Эдмунда Саузерна, а анг­лийское blot означает промокать).

В основу методики амплификации положена полимеразная цепная реакция (ПЦР), которая позволяет в течение нескольких часов выделить и размножить определенный фрагмент ДНК в количестве, превышающем исходное в 10^е раз. Такая высокая степень направленного обогаще­ния значительно упрощает работу с минималь­ными количествами ДНК-образцов. Реакция высоко специфична и чувствительна, позволяет исследовать единичную копию гена в исходном материале.

В табл.19 приводятся другие методы геноти-пирования, основанные главным образом на этих же двух технологиях, а также обозначены под­ходы к ДНК-диагностике болезней (прямая и косвенная диагностика).

Методы моделирования. Как и в других раз­делах биологии и медицины, в генетике челове­ка и медицинской генетике широко применяют­ся методы моделирования. Они разделяются на две группы: биологические и математические.

Для изучения многих моногенных болезней человека используются животные, несущие му­тации в гомологичных генах. Они являются удоб­ными моделями для исследования молекуляр­ных основ патогенеза и отработки оптимальных вариантов лечения. С этой целью во многих пи­томниках мира созданы и поддерживаются кол­лекции генетических линий животных (мышей, крыс, кроликов, собак и др.). Мировая коллек­ция мышей насчитывает несколько сотен линий с моногенно наследуемыми дефектами.

Часть I. ОБЩАЯ НОЗОЛОГИЯ

Для анализа экспрессии мутантных генов in: в оценки биологических свойств первично-• «иного продукта удобными оказались транс-юшые животные. Трансгенных животных по­лучают искусственным введением (трансгеноз).гческого материала (фрагмент гена или иная последовательность ДНК) в оплодотворен-г- у. яйцеклетку или в ранние зародыши млеко-глтающих. Дальнейшее развитие технологий —. -нсгеноза позволило подойти к конструиро­ванию модельных генетических линий живот­ных - направленному получению генетических в-лелей наследственных болезней путем введе­на сайт-специфических модификаций в геном ржиекопитающих, или «выбиванию» (вырезанию) переделенного гена, идентичного гену человека. Такие мыши, у которых экспериментально «вы­резан» определенный ген из генома, называют­ся нокаутяыми (от англ. knock out). На таких животных можно приближенно понять патоге­нез наследственной болезни и апробировать ме-тоды лечения.

Математическое моделирование применяют в тех случаях, когда сформулированные задачи не могут быть решены только путем анализа экспе­риментального материала или их решение мате­матически оказывается более быстрым и точным, чем экспериментально. В области генетики по­пуляций математическое моделирование позво­ляет, например, оценить удельный вес много­численных факторов популяционной динамики |©гбор, мутации, дрейф генов, инбридинг, миг­рации) в формировании «груза» наследственной патологии. Изучение таких сложных процессов, как взаимодействие наследственных факторов и факторов среды в развитии признака, законо­мерностей функционирования генома человека как интегративной системы, взаимодействие ге­нов («генные сети») при формировании физио­логических свойств организма, становится пред­метом исследования биоинформатики (компью­терной геномики).

4.2. РОЛЬ КОНСТИТУЦИИ В ПАТОЛОГИИ

Среди факторов, играющих роль в этиологии болезней, определенное значение имеет консти­туция человека (лат. constitutio - строение), под которой подразумевается совокупность относи-

тельно устойчивых структурных и функцио­нальных особенностей, оказывающих влияние на реактивность организма и его сопротивля­емость к действию болезнетворных факторов.

Учение о конституции имеет многовековую историю. Поводом для его возникновения яви­лось стремление врачей выделить среди огром­ного количества людей, наделенных чрезвычай­но разнообразными индивидуальными свойства­ми, какие-либо типовые структурные и функци­ональные особенности организма и установить их связь с развитием тех или иных заболева­ний.

Основоположником учения о конституции и ее связи с развитием болезней явился Гиппок­рат, который различал людей с сухим и влаж­ным; сильным и слабым; вялым и упругим ти­пами конституции. Кроме того, он подразделял людей по темпераменту на сангвиников, холе­риков, флегматиков и меланхоликов. В 1-Й сто­летиях нашей эры учение о конституции орга­низма получило дальнейшее развитие в трудах Галена, который ввел понятие о habitus, подра­зумевая под этим особенности телосложения, влияющие тем или иным образом на развитие болезней.

Основное развитие учение о конституции по­лучило в XX столетии.

4.2.1. Классификация типов конституции

Сложным явилось создание классификации типов конституции. Единой классификации не существует. Предложено более 40 ее разновид­ностей, причем за основу классификации в боль­шинстве случаев принимались особенности те­лосложения, такие как соотношение между рос­том и весом, длиной туловища и конечностей, а также размеры и форма грудной клетки, степень развития мускулатуры и др. Значительно реже классификация типов конституции основывалась на функциональных особенностях нервной сис­темы.

К. Сиго [Sigaud С, 1914] предложил выде­лять 4 типа конституции - дыхательный, пище­варительный, церебральный и мышечный, в за­висимости от преимущественного развития той или иной системы организма (рис. 34). Дыха­тельный (респираторный) тип характеризует­ся длинной грудной клеткой с острым эпигаст-

Глава 4 / РОЛЬ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ, КОНСТИТУЦИИ И ВОЗРАСТА В ПАТОЛОГИИ 133

ральным углом и умеренным развитием брюш­ных внутренностей; у пищеварительного (ди-гестивного) типа грудная клетка короткая, эпи-гастральный угол тупой, вместе с тем увеличе­ны размеры живота, усиленно развит жеватель­ный аппарат, имеется склонность к ожирению; для людей церебрального типа характерен боль­шой череп с хорошо развитой лобной частью в сочетании с нежным тонким телосложением и короткими конечностями; мышечному (мускуль­ному) типу конституции присуще усиленное развитие мускулатуры, пропорциональное телос­ложение, широкая грудная клетка. Согласно представлениям Сиго, формирование типа кон­ституции происходит главным образом в детс­ком возрасте и зависит от тренировки органов и систем организма.

Немецкий психиатр Э. Кречмер [Kretchmer Е., 1921] выделил три типа конституции - пик­нический (пикник), лептосомный (астеник) и атлетический (атлет). Пикник характеризуется большой массой тела за счет избыточного отло­жения жира, короткой грудной клеткой, боль­шим выступающим животом, длинным тулови­щем и сравнительно короткими конечностями. Астеник - высокий и тонкий, с длинными ко­нечностями и относительно коротким тулови­щем, узкой грудной клеткой. Атлет - человек с хорошо развитой мускулатурой, с широкими грудной клеткой и плечами, узким тазом.

В. Шелдон [Sheldon W., 1940] взял за основу классификации степень развития дериватов за­родышевых листков - эктодермы, эндодермы и мезодермы, и выделил соответственно 3 консти­туциональных типа: эндоморфный, эктоморфный

а б в г

Рис. 34. Типы конституции по Сиго: а ■ дыхательный, б - пищеварительный, в - мышеч­ный, г - церебральный

и мезоморфный. Характеристика этих типов имеет сходство с конституциональными типами, выделенными Э. Кречмером: эндоморфный тип сходен с пикником, эктоморфный - с астени­ком, а мезоморфный - с атлетом. Эта классифи­кация пользуется признанием на Западе.

В нашей стране наиболее популярна класси­фикация М.В. Черноруцкого (1928), который выделил на основании особенностей телосложе­ния два крайних типа - астеник и гиперстеник, и один промежуточный - нормостеник.

Астенический тип конституции характери­зуется относительно коротким туловищем и длинными конечностями, узкой, плоской и срав­нительно длинной грудной клеткой с острым эпигастральным углом, узкими плечами, тонкой длинной шеей, небольшим объемом живота; в целом продольные размеры значительно прева­лируют над поперечными. У людей с гиперсте-ническим типом конституции имеется обратное соотношение размеров тела по сравнению с асте­никами: относительно длинное туловище и ко­роткие конечности, короткая шея, широкая ко­роткая грудная клетка с увеличенным передне-задним размером, большой, часто выступающий вперед живот; в целом имеется нарастание по­перечных размеров тела. Нормостеники харак­теризуются пропорциональным телосложением, широким плечевым поясом и выпуклой грудной клеткой, хорошим развитием мускулатуры. Зас­лугой М.В. Черноруцкого является то, что со­вместно со своими сотрудниками он изучил осо­бенности обмена веществ и состояние некоторых внутренних органов у выделенных им конститу­циональных типов.

При сопоставлении различных классифика­ций можно отметить присутствие в большинстве их двух крайних вариантов: с одной стороны, тип с увеличенными продольными размерами тела, а с другой - люди с увеличенными попе­речными размерами. Недостатком большинства классификаций является то, что в них не вклю­чены промежуточные (смешанные) типы консти­туции, к которым относится большинство лю­дей.

Все перечисленные классификации типов кон­ституции строились с учетом особенностей те­лосложения. Значительно реже в качестве осно­вополагающих признаков использовались функ­циональные особенности организма. Н. Eppinger, L. Hess (1910) предложили классифицировать

Часть I. ОБЩАЯ НОЗОЛОГИЯ

— МЛ Чет-

конституциональные типы в зависимости от осо­бенностей функционирования вегетативной не­рвной системы. Исходя из этого, они предложи­ли подразделять всех людей на симпатикотони-ков и ваготоников. Эта классификация подвер­глась критике на том основании, что антагонизм между симпатической и парасимпатической си­стемами проявляется не во всех отношениях.

И.П. Павлов (1925) выделил людей с различ­ными типами высшей нервной деятельности на основе учета силы, подвижности и уравновешен­ности основных нервных процессов - возбужде­ния и торможения. Для их обозначения И.П. Павловым была использована предложенная Гип­пократом классификация видов темперамента -сангвиник, холерик, флегматик и меланхолик. Сангвиник характеризуется сильным уравнове­шенным подвижным типом высшей нервной де­ятельности; холерик - сильным неуравновешен­ным подвижным; флегматик - сильным уравно­вешенным инертным и меланхолик - слабым ти­пом высшей нервной деятельности (рис. 35).

4.2.2. Типы конституции и болезни

В настоящее время не вызывает сомнений, что люди определенного телосложения более склон­ны к некоторым заболеваниям [Харрисон Дж., 1968]. Это заключение основывается на много­численных наблюдениях, сделанных М.В. Чер-норуцким и рядом других авторов. Связь между типами конституции и соматическими заболе­ваниями отражена в табл. 20.

Имеются данные о связи между типом кон­ституции и психическими заболеваниями. Впер­вые на существование такой связи указал пси­хиатр Э. Кречмер. Согласно его наблюдениям, среди больных шизофренией превалируют асте­ники, а среди больных маниакально-депрессив­ным психозом-пикники; кроме того, он и его соавторы утверждают, что развитие эпилепсии чаще имеет место у атлетов, чем у людей с дру­гим типом конституции. В дальнейшем эти на­блюдения получили некоторое подтверждение в исследованиях других авторов. В. Шелдон отме­тил, что истерия и депрессия чаще возникают у людей с мезоморфным или эндоморфным типом конституции, а тревожные состояния более ха­рактерны для лиц с эктоморфным типом телос­ложения.

Имеются также указания на более частое раз­витие неврозов у людей с сильным неуравнове­шенным и слабым типами высшей нервной де­ятельности.

Приведенные наблюдения указывают на то важность учета типа конституции для профи­лактики многих заболеваний. Своевременное проведение профилактических мероприятий мо­жет предупредить развитие болезни.

4.2.3. Факторы, влияющие на формирование типа конституции

В прошлом по этому вопросу высказывались противоположные суждения. Сторонники одно­го из них (Ю. Тандлер, Р. Миллер, О. Негели, П. Матес и др.) считали, что тип конституции всецело зависит от генотипических особеннос­тей данного человека, т.е. является наследствен­но обусловленным и в течение всей жизни оста­ется неизменным. Согласно мнению К. Сиго, тип конституции формируется в процессе жизни и зависит от вида деятельности, тренировки той или иной системы организма. А.А. Богомолец также рассматривал конституцию как совокуп­ность фенотипических особенностей организма и считал, что в формировании типа конститу­ции основную роль играют факторы внешней среды, условия жизни.

В настоящее время большинство ученых (П.Д. Горизонтов, А.Д. Адо, Н.Н. Зайко и др.) счита­ют, что в формировании типа конституции глав­ную роль играют наследственные особенности, но могут оказать влияние и факторы внешней

среды (инфекции и интоксикации, избыточное питание или голодание, гиповитаминозы, физи­ческая нагрузка, занятие спортом и др.).

4.3. ЗНАЧЕНИЕ ВОЗРАСТА В ВОЗНИКНОВЕНИИ И РАЗВИТИИ БОЛЕЗНИ

В разные возрастные периоды люди по-раз­ному реагируют на одни и те же воздействия. Каждому возрасту свойственны свои особеннос­ти и склонность к развитию определенных забо­леваний. В онтогенезе человека (как, впрочем, и других млекопитающих) выделяют два перио­да: пренатальный и постнатальный. Последний, в свою очередь, делится на три периода: 1) пе­риод роста, когда формируются характерные для представителей данного вида морфологические и функциональные системы; 2) период зрелос­ти, характеризуется завершившимся формиро­ванием морфологических и функциональных систем; 3) период старости, при котором проис­ходит постепенное ослабление всех физиологи­ческих функций и затухание жизненного про­цесса.

4.3.1. Возраст и болезни

Ранний детский возраст характеризуется по­ниженной реактивностью и резистентностью (см. разд. 5.1), что обусловлено незаконченным раз­витием нервной, эндокринной и иммунной сис­тем, незрелостью ферментных систем, несовер­шенством внешних и внутренних барьеров.

У новорожденного ребенка развитие корко­вых центров еще не закончено, возбудимость клеток коры низкая; регуляция метаболизма и функций организма осуществляется в основном подкорковыми центрами. Имеется слабость про­цессов внутреннего торможения и недостаточная способность к дифференцировке поступающих в ЦНС сигналов. Поэтому на воздействие различ­ных безусловных раздражителей ребенок отве­чает генерализованной реакцией. Болевая чув­ствительность у детей первого года жизни выра­жена слабо, что может затруднить своевремен­ную постановку правильного диагноза при забо­леваниях внутренних органов.

Дети первого года жизни, особенно новорож­денные, характеризуются недостаточным прояв­лением защитно-приспособительных и компен-

Часть I. ОБЩАЯ НОЗОЛОГИЯ

саторных реакций. Из-за незаконченного фор­мирования механизмов теплорегуляции у детей раннего возраста легко возникают состояния перегревания и переохлаждения. Недостаточ­ность аппарата регуляции водно-солевого обме­на является причиной частого развития состоя­ний гипергидратации или обезвоживания (экси-коза) при нарушениях пищеварения, при гипер­вентиляционном синдроме и других заболевани­ях.

Новорожденные тяжелее, чем взрослые, пе­реносят кровопотерю. Вместе с тем дети первого года жизни проявляют большую устойчивость к гипоксии и не реагируют на нее учащением ды­хания и пульса. Полностью эти реакции форми­руются к 6-7-му годам жизни.

Особенностью течения инфекционных заболе­ваний у детей является их недостаточная спо­собность реагировать специфическими измене­ниями на действие возбудителя и, как следствие этого, имеют место стертость и искажение неко­торых характерных симптомов, что может со­здать трудности для диагностики. Характерна также склонность к генерализованным реакци­ям и развитию осложнений, что связано с недо­статочным проявлением защитных механизмов (незавершенность фагоцитоза, пониженное обез­вреживание микробных токсинов, слабое разви­тие тканевых барьеров). Регионарные лимфати­ческие узлы у ребенка начинают функциониро­вать как барьер только после третьего месяца жизни. До этого срока микробы свободно прони­кают во внутреннюю среду организма. Вместе с тем в этом периоде жизни понижена чувстви­тельность к возбудителям ряда инфекций (скар­латина, дифтерия, корь, краснуха, брюшной тиф) в связи с наличием пассивного иммунитета, обус­ловленного поступлением антител из организма матери через плаценту и с молоком при грудном вскармливании. Большую опасность для детей раннего возраста представляет гнойная инфек­ция, в особенности стафилококковая, а также вирусные инфекции, которые являются одной из частых причин заболевания пневмонией у детей [Носов С.Д., 1966].

Уровень иммуноглобулинов в крови новорож­денного ребенка соответствует таковому у мате­ри. Спустя '/_а - 1 год после рождения восприим­чивость к инфекционным заболеваниям повы­шается вследствие исчезновения из крови ребен­ка материнских антител. В то же время появля­ется способность к образованию собственных

антител и к развитию аллергических реакций, которые в период новорожденности не выраже­ны. Но в целом объем антителообразования в течение первого года жизни недостаточный.

Одним из частых заболеваний у детей ранне­го возраста является пневмония. Ее развитию способствует недостаточное расправление легких при вдохе вследствие слабой экскурсии грудной клетки, ригидности стромы легких, частого об­разования ателектазов (т.е. спадения альвеол). Пневмония в большинстве случаев является ин-терстициальной и имеет генерализованный ха­рактер. Развитие пневмонии у новорожденных не сопровождается появлением выраженной одышки, что объясняется слабой возбудимостью дыхательного центра. Слабо выражен кашлевой рефлекс. К концу первого года жизни основные функции ребенка еще не устойчивы. Отсутству­ют способность к ограничению патологического процесса, например воспаления, в пределах пер­вично пораженного участка ткани, сохраняется склонность к диффузным реакциям и развитию сепсиса. Центральная нервная система ребенка легко истощаема.

В возрасте от 1 до 6-7 лет у детей постепенно совершенствуются все функции организма, ос­лабляется склонность к генерализованным ре­акциям при действии патогенных факторов, уча­щается заболеваемость детскими инфекциями, усиливаются проявления аллергии.

В период полового созревания (пубертантный период) может наблюдаться чрезмерная неустой­чивость вегетативной нервной системы, психи­ки и поведения. Возможны нарушения функции сердечно-сосудистой (ювенильная гипертония, акроцианоз) системы. В этом возрасте отмечает­ся также повышенная частота развития тубер­кулеза и сахарного диабета. Может отклоняться от нормы процесс полового развития - он может быть ускорен или, напротив, замедлен.

По мере роста организма происходит разви­тие и совершенствование тканевых барьеров и иммунной системы, совершенствуется нервно-эндокринная регуляция. Поэтому у людей зре­лого возраста реактивность и резистентность наиболее выражены. Отчетливо проявляются характерные особенности того или другого забо­левания и различных патологических процессов. То же можно сказать в отношении развития защитно-приспособительных и компенсаторных реакций, что способствует благоприятному ис­ходу болезни.

Глава 4 / РОЛЬ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ, КОНСТИТУЦИИ И ВОЗРАСТА В ПАТОЛОГИИ

При продвижении от зрелого к пожилому и старческому возрасту снова происходит сниже­ние реактивности и резистентности организма. У стариков уменьшается способность адаптиро­ваться к воздействию изменяющихся физиоло­гических и патогенных факторов внешней сре­ды вследствие снижения метаболизма и функ­циональных резервов различных органов. Про­исходит угнетение физиологической, иммуноло­гической и аллергической видов реактивности. Снижается противоинфекционный иммунитет. Особенно часто наблюдается развитие заболева­ний, вызываемых вирусами, гноеродными мик­роорганизмами, что связано не только с недо­статочным образованием антител, но и с ослаб­лением активности фагоцитов и повышением проницаемости тканевых барьеров. Снижается противоопухолевая резистентность. Частому раз­витию злокачественных опухолей в пожилом и старческом возрасте способствуют не только ос­лабление иммунного надзора, но и накопление с возрастом соматических мутаций, с которыми связывают опухолевую трансформацию клеток. Возрастает частота сердечно-сосудистой патоло­гии вследствие развития атеросклероза и разба-лансированности в системе регуляции сосудис­того тонуса. Повышается заболеваемость сахар­ным диабетом (диабет пожилых), деменцией; учащаются переломы костей в связи с развити­ем остеопороза.

Многие заболевания в этом возрасте имеют хроническое течение и нередко характеризуют­ся недостаточно четкими проявлениями вслед­ствие пониженной реактивности.

Таким образом, возрастная реактивность име­ет существенное значение и должна обязательно учитываться при проведении профилактики, постановке диагноза и лечении пациентов любо­го возраста.

4.3.2. Старение

Старение является неотвратимой стадией раз­вития всех живых существ, которым удалось прожить достаточно долго.

Процесс старения характеризуется развити­ем структурных и функциональных изменений, которые ограничивают способность организма поддерживать состояние гомеостаза при действии разнообразных стрессоров, вызывают снижение резистентности и обусловливают повышенную

заболеваемость людей пожилого и старческого возраста, что приводит в конце концов к полной утрате жизнеспособности.

Изменения в органах и тканях имеют генера­лизованный характер (табл.21), хотя и могут развиваться неодновременно.

Внешними проявлениями старения являют­ся дистрофические изменения кожи и ее при­датков: она истончается, становится морщинис­той, уменьшается количество потовых и саль­ных желез, седеют и выпадают волосы. Разру­шаются зубы. Происходит уменьшение массы тела за счет снижения объема мышечной и кос­тной ткани и уменьшения количества внутри­клеточной жидкости. Снижается плотность кос­тной ткани, она разрыхляется (остеопороз). В связи с этим возрастает частота переломов. Не­редко возникает кифоз вследствие сплющивания тел позвонков. Снижается мышечная сила. Про­блемы, с которыми сталкиваются старые люди, - это ходьба и подъем по лестнице, самообслу­живание, понижение ясности зрения и остроты слуха, недержание мочи, нарушение интеллек­туальных функций. В основе указанных изме­нений лежат атрофические процессы в различ­ных тканях, замещение клеток, выполняющих специфические функции, соединительной и жи­ровой тканями, в мозге - глией. Этому способ­ствуют генетические изменения в клетках и ухудшение кровоснабжения из-за прогрессиру­ющего склероза сосудов и снижения функции сердца.

Проявления старения на уровне клеток. Как в стареющих фибробластах в культуре (in vitro), так и в клетках многих тканей при старении снижается скорость процессов транскрипции и трансляции на уровне генома, нарастает коли­чество хромосомных мутаций; происходит уве­личение количества лизосом, тогда как число митохондрий уменьшается. Понижается чувстви­тельность клеток к различным ростовым факто­рам и гормонам, что связано с уменьшением числа рецепторов и нарушениями в пострецеп-торной передаче сигналов. Замедляется дегра­дация белков, что связано со снижением актив­ности внутриклеточных протеаз. Увеличивает­ся количество структурно измененных белков. В клетках накапливается липофусцин.

В связи с пониженной доставкой кислорода, уменьшением в клетках количества митохонд­рий и нарушением синтеза дыхательных фер-

Часть I. ОБЩАЯ НОЗОЛОГИЯ

Изменения в различных системах организма в процессе старения

Таблица 21

ментов угнетаются процессы тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования. В резуль­тате снижается синтез макроэргических соеди­нений, что ограничивает функциональные резер­вы клеток и возможность синтеза различных веществ. Ослабляется работа энергозависимых мембранных насосов. В связи с этим в клетках повышается содержание Na⁺, Са²⁺ и СТ, а содер­жание калия, магния и фосфора снижается.

Обнаруживается рассогласованность в актив­ности ферментов - у одних она понижена, у дру­гих повышена; к числу последних относятся моноаминооксидаза, сукцинатдегидрогеназа, альдолаза и др.

Следует иметь в виду, что при старении из­меняются некоторые показатели, характеризу­ющие метаболические процессы. В частности, возрастает средняя концентрация глюкозы в крови (до 6, 7 ммоль/л) и мочевины (до 8, 9 ммоль/ л), существенно снижается содержание альбуми­нов в плазме крови.

Биологическая наука, занимающаяся изу­чением изменений в организме при старении,

называется геронтологией. Одной из задач, ко­торую она пытается разрешить, является выяс­нение причин и механизмов старения.

4.3.3. Механизмы старения

По поводу механизмов старения существова­ли многочисленные гипотезы, но большинство из них имеет в настоящее время только истори­ческий интерес. Так, И.И. Мечников высказал предположение, что старение является следстви­ем эндогенной интоксикации организма веще­ствами, образующимися в кишечнике при гни­лостном брожении. Чтобы затормозить процесс старения, он предложил употреблять в пищу как можно больше молочнокислых продуктов и вес­ти правильный образ жизни. Некоторым подтвер­ждением этой гипотезы является высокое содер­жание молочнокислых продуктов в диете кав­казских долгожителей.

Существующие в настоящее время теории и гипотезы относительно механизмов старения можно подразделить на две группы. Теории, от­носящиеся к одной из этих групп, рассматрива-

Глава 4 / РОЛЬ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ, КОНСТИТУЦИИ И ВОЗРАСТА В ПАТОЛОГИИ

ют старение как генетически запрограммирован­ный процесс, который развивается в «плановом» порядке, подобно другим стадиям онтогенеза. Другие считают, что старение является резуль­татом накапливающихся в течение жизни по­вреждений в геноме и других клеточных струк­турах.

Теории о связи старения с генетически зап­рограммированными процессами возникли на основе данных о запрограммированной смерти клеток на ранних стадиях онтогенеза. С нею свя­заны, например, рассасывание хвоста головас­тиков, исчезновение клеток между пальцами у развивающихся млекопитающих и птиц.

В пользу теории запрограммированного ста­рения свидетельствует ряд наблюдений. Л. Хай-флик около 40 лет тому назад обнаружил, что фибробласты человеческого эмбриона, находясь в условиях клеточной культуры, могут совершить около 60 клеточных циклов, после чего прекра­щают деление. В дальнейшем они еще сохраня­ют жизнеспособность в течение ряда месяцев, но затем погибают. Пролиферативный потенци­ал клеток мог быть изменен только в слабой сте­пени путем добавления в питательную среду глю-кокортикоидов и факторов роста. Фибробласты пациентов с ускоренным старением имели су­щественно укороченный срок жизни в культу­ре. Ограниченный срок жизни клеток в культу­ре был установлен не только для фибробластов, но и для других клеток от многих видов живот­ных.

Одна из теорий программированного старения объясняет ограниченную способность клеток к делению существованием специфического гена, который экспрессируется после того, как клет­ка совершит соответствующее количество деле­ний. Предполагается, что этот ген кодирует бе­лок, который тормозит вступление клетки в фазу S митотического цикла, вследствие чего не про­исходит репликации ДНК. Так, установлено, что ингибитором пролиферации эндотелиальных клеток является интерлейкин-la (ИЛ-1а), при его инактивации способность этих клеток к де­лению резко возрастает. Но не доказано, что ИЛ-1а может тормозить пролиферацию фиброблас-тов или каких-либо других клеток.

Установлено, что при искусственном слиянии молодых и стареющих клеток образованные та­ким образом гибриды не размножаются, т.е. фе­нотип стареющих клеток является доминирую-

щим. Это объясняют присутствием в старых клет­ках ингибитора, блокирующего митотический цикл. Природа этого ингибитора не установле­на. Предполагается, что это продукт антионко­гена, т.е. не исключено, что механизмы, участву­ющие в ограничении опухолевого роста, могут быть ответственными и за старение.

Высказывается также предположение, что старение является результатом уменьшения пе­редачи информации некоторых необходимых для жизни генов.

Среди теорий, рассматривающих старение как результат накопления в клетках различных по­вреждений в процессе их жизни, заслуживают особого внимания теория ошибок [Orgel L., 1963] и свободнорадикальная теория старения, пред­ложенная Д. Харманом (1956) и Н.М. Эмануэ­лем (1958).

Согласно теории ошибок в результате анома­лий в структуре генов или погрешностей в про­цессе транскрипции и трансляции генной инфор­мации может произойти синтез аномальных бел­ков, которые утрачивают способность выполнять соответствующие функции. Это может иметь катастрофические последствия, если такие бел­ки играют роль ферментов, участвующих в бел­ковом синтезе, например РНК-полимераза, ами-ноацил-1-РНК-синтетаза, рибосомальные белки. В результате погрешности в синтезе белков бу­дут продолжать накапливаться. В пользу этой теории свидетельствует нарастание количества аномальных белков в стареющих клетках, но полного подтверждения она не получила, так как попытки вызвать преждевременное старение клеток посредством искусственного усиления продукции аномальных белков пока не увенча­лись успехом.

Согласно свободнорадикальной теории, по­вреждение генома и других клеточных струк­тур в процессе старения происходит в основном под действием свободных радикалов кислорода, которые образуются при тканевом дыхании в ка­честве его побочного продукта. Большая их часть подвергается в клетках обезвреживанию с помо­щью системы антиоксидантов, но некоторые со­храняют активность и взаимодействуют с раз­личными внутриклеточными структурами, вы­зывают мутации, стимулируют перекисное окис­ление липидов, нарушают структуру и функцию клеточных мембран. Полагают, что под действи­ем кислородных радикалов в первую очередь

Часть I. ОБЩАЯ НОЗОЛОГИЯ

повреждается ДНК митохондрий, так как она является менее защищенной, чем ядерная, из-за отсутствия в митохондриях гистонов и фер­ментов, осуществляющих репарацию поврежден­ных участков ДНК. Кроме того, именно в мито­хондриях образуется наибольшее количество радикалов кислорода в связи с утечкой электро­нов из дыхательной цепи. Во многих тканях ста­рых индивидуумов были обнаружены различные виды мутаций митохондриальной ДНК (точко-вые мутации, делеции, дупликации).

Повреждения митохондриальной ДНК сопро­вождаются нарушением синтеза дыхательных ферментов. В результате снижается образование макроэргов, необходимых для работы мембран­ных насосов, выполнения специфических функ­ций и поддержания внутриклеточного гомеоста-за, что завершается гибелью клетки. Справед­ливость этой гипотезы подтверждается наблю­дениями, свидетельствующими о снижении фун­кции митохондрий в процессе старения. Уста­новлено, что с возрастом в клетках снижается мощность системы антиоксидантов и нарушает­ся равновесие между про- и антиоксидантами. На основе всего этого сложилось мнение, что оксидантный стресс играет важную роль в про­цессах старения.

Предполагается также, что возрастные нару­шения функции клеток в какой-то степени свя­заны с прогрессирующим накоплением в их ци­топлазме и ядре пигмента липофусцина, кото­рый образуется путем неферментного гликози-лирования долгоживущих белков и нуклеино­вых кислот. Присоединившиеся к макромолеку­лам сахара могут окисляться и образовывать мас­сивные перекрестные связи между белками, ли-пидами и нуклеиновыми кислотами, что сопро­вождается нарушением их функции.

Можно предположить, что максимальный срок жизни, присущий тому или другому виду

живых существ, запрограммирован в геноме клеток, но под действием оксидативного стресса и других повреждений он может в той или дру­гой степени укорачиваться.

На уровне целого организма возрастные из­менения в различных тканях и органах не яв­ляются равнозначными в смысле их влияния на продолжительность жизни. Главную роль игра­ют возрастные изменения функции регулятор-ных систем (в особенности гипоталамуса), сер­дечно-сосудистой системы и других жизненно важных органов. Наиболее частыми причинами, укорачивающими срок жизни, являются разви­тие злокачественных опухолей и заболевания сердца и сосудов.

На продолжительность жизни оказывают вли­яние генетические факторы, степень сохранения интеллектуальной деятельности, выраженность инстинкта самосохранения, способность организ­ма перестраиваться в зависимости от условий жизни, склонность к развитию атеросклероза в жизненно важных органах [Franke H., 1973].

Наблюдения, проведенные на животных (глав­ным образом, на грызунах), свидетельствуют о том, что положительное влияние на продолжи­тельность жизни оказывает качественно полно­ценное, но количественно ограниченное питание, в особенности в первую половину жизни.

На продолжительность жизни, по-видимому, оказывает влияние функция эпифиза. Удаление его у крыс приводит к уменьшению продолжи­тельности жизни, а введение животным пептид­ного экстракта эпифиза сопровождается проти­воположным эффектом.

Существует особый раздел медицины - гери­атрия, которая ставит своей целью оказание медицинской помощи пожилым и старым лю­дям, основываясь на знании особенностей физи­ологических и патологических процессов в позд­нем периоде жизни.

Глава 4 / РОЛЬ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ, КОНСТИТУЦИ

И ВОЗРАСТА В ПАТОЛОГИИ 1