Медицинская генетика

Промежуток жизни клетки от ее образования до деления на две дочерние называют клеточным циклом. У разных организмов и в разных тканях продолжительность клеточных циклов различна.

События, которые развертываются в течение жизненного цикла клетки, протекают с удивительной точностью. Митоз является универсальным способом деления клетки, обеспечивающим передачу наследственной информации (рис. 1.6).

Рис. 1.6. Схемы интерфазы и последовательных стадий митоза

Период между делениями клетки называется интерфазой. Хромосомы в стадии интерфазы находятся в ядре в деспирализованном состоянии. Они практически невидимы в световом микроскопе до начала митоза. Интерфаза и митоз составляют клеточный цикл. Клеточный цикл состоит из четырех периодов: пресинтетический - G₁; период синтеза ДНК - S; постсинтетический - G₂; митоз - М. Следует отметить, что непосредственно митоз в соматических клетках продолжается около одного часа. Длительность интерфазного периода колеблется очень сильно (от нескольких часов до десятков лет) в зависимости от ткани. Некоторые клетки пребывают в длительном интерфазном состоянии (лимфоциты). В таких случаях считается, что клетки находятся в фазе G₀, из которой они вступают в фазу G₁ после активирующего стимула для лимфоцитов.

Пресинтетический период G₁ наступает сразу после деления клетки. В это время в клетке интенсивно накапливаются различные вещества (ферменты, аминокислоты, нуклеотиды и т.д.). Этот период клетки самый длительный. Далее наступает фаза синтеза ДНК (S). В клетке удваивается количество ДНК и происходит синтез РНК и белков. Затем следует фаза постсинтетическая G₂, которая характеризуется продолжением синтеза РНК и других соединений; количество ДНК не меняется, и идет процесс накопления клеткой энергии для последующего деления. Готовая к делению клетка вступает в митоз. Митоз подразделяется на 4 стадии: профазу, метафазу, анафазу и телофазу.

В профазе происходят сложные явления в цитоплазме и ядре. Хромосомы спирализуются и становятся видимыми структурами в виде двух хроматид, соединенных центромерами. Хроматиды образовались в процессе редупликации хромосом. Редупликация происходит так, что в каждой хроматиде имеется одна «старая», и одна вновь синтезированная нить молекулы ДНК. В цитоплазме формируется специальный аппарат деления - ахроматиновое веретено, состоящее из белков, которые накопились в период интерфазы. Постепенно хромосомы укорачиваются и утолщаются путем спирализации. В конце профазы исчезает ядрышко, ядерная мембрана растворяется, и хромосомы оказываются в цитоплазме. Хромосомы движутся по направлению к экватору. Прометафаза завершается, как только центромеры всех хромосом оказываются в экваториальной плоскости.

В метафазе хромосомы располагаются строго в зоне экватора делящейся клетки, образуя так называемую метафазную пластинку. На стадии метафазы хромосомы имеют самую малую длину, поскольку в это время они сильно спирализованы и конденсированы. Толщина же хромосом достигает максимума. В этой стадии, если разрушить пластинку с помощью гипотонии, можно подсчитать число хромосом в клетке, описать их строение, определить размеры. У диплоидных организмов каждая хромосома представлена двумя гомологами, одна из которых унаследована от матери, другая - от отца.

Анафаза начинается с деления центромер, которые до этого времени удерживали обе хроматиды каждой хромосомы. Нити веретена оттягивают дочерние центромеры к противоположным полюсам. Центромеры тянут за собой отделившиеся друг от друга хроматиды, которые теперь называются хромосомами.

Наконец, хромосомы дочерних клеток собираются к полюсам, и наступает заключительная стадия митоза - телофаза. В это время на каждом из полюсов из скопившихся здесь хромосом образуются ядра дочерних клеток. Появляются ядрышки. В телофазе происходит и деление цитоплазмы, причем образуются две дочерние клетки, обладающие полным объемом наследственной информации каждая. Органоиды цитоплазмы редуплицируются и примерно равномерно распределяются между дочерними клетками.

У животных цитоплазма делится путем перетяжки, у растений, как правило, образуется клеточная стенка. Дочерние клетки могут быть разного размера в зависимости от места образования перетяжки или клеточной стенки, однако генетическая информация, содержащаяся в их ядрах, идентична, поскольку расходящиеся к противоположным полюсам хроматиды являются точными копиями друг друга.

Митоз составляет не более ¹/₇ - ¹/₁₀ части клеточного цикла. Продолжительность фаз митоза различна в клетках разных тканей. Как правило, профаза - самая длинная стадия митоза, метофаза - самая короткая.

В результате митоза во всех клетках многоклеточных организмов в ряду поколений поддерживается постоянный набор хромосом, специфический для данного вида. Митотическое деление клеток приводит к увеличению их числа, обеспечивает процессы роста и регенерации.

Следует отметить, что все процессы, происходящие в клетке, в том числе и митоз, находятся под генетическим контролем. Гены контролируют последовательные стадии редупликации ДНК, движение, цитокинез, спирализацию хромосом и т.д.

Образование половых клеток (гамет) происходит иначе, чем процесс размножения соматических клеток. Если бы образование гамет шло таким же путем, то после оплодотворения (слияния женской и мужской гамет) число хромосом каждый раз удваивалось бы. Однако этого не происходит. Каждому виду свойственно определенное число и свой специфический набор хромосом (кариотип). Поддержание этого правила возможно только тогда, когда при образовании гамет будет происходить уменьшение числа хромосом вдвое.

Мейоз - именно такая форма клеточного деления, которая сопровождается уменьшением числа хромосом с диплоидного до гаплоидного. При этом в стволовой зародышевой клетке происходит однократное удвоение числа хромосом, за которым следуют два деления. Из одной диплоидной клетки образуются четыре гаплоидных (рис. 1.7).

Рис. 1.7. Схема основных этапов мейоза (дупликация одной хромосомы и два последующие ядерные и клеточные деления)

Мейоз протекает в виде двух делений. Первое клеточное деление мейоза обозначается мейоз I, второе - мейоз II. В каждом делении мейоза по аналогии с митозом различают профазу, метафазу, анафазу и телофазу. Наиболее сложная стадия мейоза - профаза I. Она состоит из ряда стадий - лептотены, зиготены, пахитены, диплотены и диакинеза. Начавшийся в интерфазе синтез ДНК продолжается в профазе I, чего не обнаруживается в митозе.

Самая ранняя стадия профазы I - лептотена - не отличается от профазы митоза. На этой стадии появляются тонкие перекрученные нити хромосом. Нити хромосом в этот период в основном одиночные, но иногда на концах раздвоенные (сестринские хроматиды).

На стадии зиготены происходит конъюгация сначала отдельных участков гомологичных хромосом, а затем по всей длине. Конъюгировавшая пара хромосом называется бивалентом. В нем четыре хроматиды, но они еще не различимы микроскопически.

Стадия пахитены характеризуется гаплоидным числом бивалентов. Хроматиды каждой хромосомы - сестринские - уже хорошо видны. На стадии пахитены можно видеть ядрышки, прикрепленные к определенным участкам хромосом в области вторичных перетяжек.

В диплотене четко выявляются структуры бивалентов и их составляющие четыре хроматиды. Поэтому бивалент в это время называют тетрадой. Редуплицированные гомологи отталкиваются друг от друга. Несестринские хроматиды могут быть соединены (переплетены) между собой в некоторых точках, образуя фигуру в виде греческой буквы χ. Поэтому места перекреста назвали хиазмами. Хиазмы свидетельствуют об обмене в биваленте участками гомологичных хромосом (кроссинговер).

Далее хромосомы, образующие биваленты, начинают сокращаться путем спирализации - стадия диакинеза (движения). В диакинезе усиливается спирализация хромосом, уменьшается число хиазм за счет их передвижения к концам хромосом. Биваленты перемещаются в экваториальную плоскость. Исчезают оболочка ядра и ядрышки. Окончательное формирование веретена деления завершают профазу I.

В метафазе I биваленты выстраиваются в экваториальной плоскости клетки, образуя метафазную пластинку. Хромосомы при этом сильно спирализованы - утолщены и укорочены. Число бивалентов вдвое меньше, чем число хромосом в соматической клетке организма, то есть равно гаплоидному числу.

В анафазе I гомологичные хромосомы расходятся к противоположным полюсам. Принципиальное отличие анафазы мейоза от анафазы митоза заключается в том, что в редуцированный гаплоидный набор попадает по одной гомологичной хромосоме из каждого бивалента.

Телофаза I очень короткая. Она характеризуется формированием новых ядер и ядерной мембраны. Так заканчивается первое мейотическое деление - редукционное. Далее наступает стадия интеркинеза; она непродолжительна, и в ней не происходит синтеза ДНК и удвоения хромосом.

За интеркинезом наступает второе мейотическое деление - эквационное. Эквационное деление состоит из таких же фаз, как и митоз. В профазе II хромосомы спирализуются, исчезает ядерная оболочка и ядрышко; формируется веретено деления. В метафазе II хромосомы располагаются в экваториальной плоскости. На этой стадии мейоза хромосомы морфологически отличаются от митотических более четкой двойной структурой и спирализацией. Нити веретена прикреплены к центромере. В анафазе II после продольного деления центромеры одна хроматида идет к одному полюсу, а вторая - к другому. В телофазе II образуются четыре гаплоидных ядра. В клетке происходит цитокинез, в результате которого образуются четыре клетки.

Зародышевая ткань у высших животных и человека представлена по-разному в различных половых группах: семенниками - у мужского пола и яичниками - у женского. В семенниках исходные клетки, диплоидные сперматогонии, превращаются в сперматоциты I-го порядка, в которых происходит первое мейотическое деление (рис. 1.8). В результате этого деления образуются два гаплоидных сперматоцита I порядка. Они делятся эквационным делением и дают четыре сперматиды, которые уже без каких-либо делений преобразуются в зрелые сперматозоиды. Весь цикл от деления сперматогония до зрелого сперматозоида у человека составляет 2-3 месяца, т.е. за это время происходит как бы обновление сперматогониального эпителия.

В яичниках исходными клетками являются оогонии, которые дают начало овоцитам I порядка. В таком ооците происходит первое мейотическое деление, но при этом цитоплазма распределяется между дочерними клетками неравномерно (рис. 1.8). В результате образуется крупный ооцит II порядка и маленькое, бедное цитоплазмой первое полярное тельце, которое также может делиться на два. Далее ооцит II порядка делится эквационным делением, что опять приводит к неравномерному распределению цитоплазмы. В итоге образуется, с одной стороны - гаплоидная яйцеклетка, и, с другой - маленькое вторичное полярное тельце. Таким образом, овоцит I порядка дает полноценную яйцеклетку со всеми необходимыми цитоплазматическими запасами и три полярных тельца, которые дегенерируют.

Рис. 1.8. Схемы основных этапов сперматогенеза и оогенеза.

Итак, при образовании мужских и женских половых гамет каждая исходная диплоидная клетка (сперматогоний или овогоний) в результате двух мейотических делений дает по четыре гаплоидные клетки. Только у мужского организма это четыре способных функционировать сперматозоида, а у женского организма - одна способная функционировать яйцеклетка и три полярных тельца, не принимающих участие в оплодотворении и погибающих.

При размножении любых форм жизни происходит увеличение числа молекул ДНК. Из одной клетки, образовавшейся в результате слияния гамет, получаются тысячи, миллионы клеток тела. Каждая исходная молекула ДНК дает начало огромному числу новых молекул ДНК с сохранением в неизменном виде всех особенностей, присущих ДНК. Это происходит в процессе репликации, при которой информация, закодированная в последовательности оснований молекулы родительской ДНК, передается с максимальной точностью дочерней ДНК (рис. 2.6).

Репликация - единственно возможный способ увеличения числа молекул ДНК, на который указывает сама структура этих молекул. С помощью фермента ДНК-полимеразы разрываются слабые водородные связи между двумя цепями ДНК, образуются одноцепочечные нити (цепи родительской ДНК расплетаются, и каждая из них служит матрицей, определяющей последовательность оснований в новой, комплементарной цепи ДНК (дочерней)). Затем к каждой цепочке достраиваются по принципу комплементарности нуклеотиды (А-Т, Г-Ц), образуя две двухцепочечные молекулы ДНК. Синтез новых нитей ДНК протекает всегда в направлении от 5' атома углерода сахара к 3' атому. Репликация имеет полуконсервативный характер: в каждой вновь образуемой молекуле ДНК одна нить происходит от родительской молекулы, а вторая синтезируется заново.

Рис. 2.6. Репликация ДНК

Процесс репликации нуклеиновых кислот целиком зависит от работы ряда ферментов. Установлено, что в этом процессе участвует минимумчетырегруппыферментов: ДНК-полимеразы, РНК-полимеразы, эндонуклеазы и ДНК-лигазы.

Репликация ДНК начинается с разрыва в одной из двух цепей ДНК под действием эндонуклеазы. Затем к этому месту присоединяется ДНК-полимераза и начинается непрерывный синтез нового олигонуклеотида на одной из двух родительских цепей в направлении 5'-3'. Из второй цепи родительской ДНК идет синтез прерывистый, сопровождающийся образованием фрагментов ДНК, также в направлении 5'-3' с последующим объединением фрагментов ДНК при участии ДНК-лигаз в единую полинуклеотидную молекулу.

Инициация биосинтеза дочерних цепей ДНК требует предварительного синтеза на материнской ДНК затравочного олигонуклеотидного праймера, со свободной гидроксильной группой. Этот олигонуклеотид, содержащий около 50 нуклеотидных остатков, синтезируется комплементарно на матрице ДНК при участии РНК-полимеразы.

Таким образом, репликация ДНК обеспечивает высочайшую точность воспроизведения генетической информации в поколениях клеток и организмов в целом, т.е. реализует одну из основных функций нуклеиновых кислот (ДНК) - сохранение генетической информации.

Элементарной единицей наследственности является ген. Согласно современным представлениям, ген - это участок молекулы геномной ДНК, характеризуемый специфической для него последовательностью нуклеотидов, представляющий единицу функции, отличной от функций других генов, и способный изменяться путем мутирования.

Ген - это отрезок молекулы ДНК, он дискретен, так как состоит из набора нуклеотидов. Это наиболее точная его характеристика, позволяющая идентифицировать данный ген, в каком бы месте он ни находился. Изменение молекулярной структуры ДНК генов, т.е. изменения нуклеиновой кислоты, из которой они состоят, ведет к появлению новых форм генетической информации, новых молекулярных структур в материальной структуре наследственности. Такие изменения, как мутации (см. гл. 4), могут происходить в любых точках в пределах гена. Но в функциональном отношении ген представляет собой целостную единицу: изменение нуклеотидов в гене или потеря его части либо полностью его инактивирует, либо изменяет его генетическую функцию.

Экзонинтронная организация гена. Ген человека имеет кодирующую часть (экзон) общей длиной в несколько тысяч пар оснований. Однако общая длина гена значительно больше, поскольку кроме экзонов (кодирующей части) в состав гена входят интроны (некодирующая часть) и фланкирующие последовательности, расположенные до (с 5'-конца) и после (с З'-конца) кодирующей части (рис. 2.7).

Кодирующая часть большинства генов находится в пределах 1-3 тысяч пар оснований, что соответствует белковому продукту из 300-1000 аминокислотных остатков. У большинства генов кодирующая часть поделена на несколько экзонов, между которыми расположены некодирующие участки (интроны).

Рис. 2.7. Организация гена

Межгенные участки ДНК называются спейсерами. Спейсеры состоят из повторяющихся последовательностей ДНК различных типов и уникальных нетранскрибируемых последовательностей, не являющихся генами. Их функция неизвестна.

Молекула ДНК может содержать множество генов. По приблизительным оценкам человек имеет около 30 тыс. генов, каждый из которых выполняет специфическую функцию - кодирует определенный полипептид (например, ферменты или структурные белки клетки) или молекулу РНК.

Выше были рассмотрены: механизм, обеспечивающий сохранение генетической информации (репликация), и материальная единица наследственности (ген). Кроме того, должен существовать и другой механизм, ответственный за проявление записанной в нуклеиновой кислоте генетической информации в специфичной структуре синтезируемых в клетках белков, которые определяют все основные свойства организма и играют ключевую роль в его жизнедеятельности, т.е. ответственный за реализацию генетической информации.

Согласно молекулярной догме, генетическая информация реализуется через следующие этапы.

Транскрипция («переписывание») - перенос генетической информации от ДНК к РНК, который заключается в избирательном синтезе молекул мРНК, комплементарных определенным участкам ДНК, соответствующих одному или нескольким генам (рис. 2.8).

Рис. 2.8. Формирование молекулы мРНК на ДНК-матрице

Транскрипция заключается в том, что на одной из нитей ДНК происходит матричный синтез нити мРНК. Этот синтез осуществляется особым ферментом - РНК-полимеразой, который прикрепляется к началу участка ДНК, расплетает двойную спираль ДНК и, перемещаясь вдоль одной из нитей, последовательно строит рядом с ней комплементарную ей нить РНК. По мере передвижения РНК-полимеразы, растущая нить РНК отходит от матрицы ДНК и двойная спираль ДНК позади фермента восстанавливается, а когда РНК-полимераза достигает конца копируемого участка, РНК отделяется от ДНК. Синтезированная нить РНК содержит информацию, точно переписанную с соответствующего участка ДНК, так как последовательность нуклеотидов в ней полностью предопределена последовательностью нуклеотидов в ДНК: в строящуюся РНК напротив аденина ДНК включается урацил, напротив гуанина - цитозин, напротив цитозина - гуанин и напротив тимина - аденин.

В зависимости от того, какие гены транскрибируются, продуктами транскрипции могут быть те или другие виды РНК: рибосомальные РНК, транспортные РНК, матричные РНК.

Процессинг - образование молекул мРНК, представляющих собой непрерывную последовательность нуклеотидов, комплементарную только экзонам - кодирующим участкам гена. Далее молекулы мРНК выходят из ядра в цитоплазму и соединяются с рибосомами, где происходит процесс трансляции - синтез полипептидной цепи по молекуле мРНК.

Трансляция («перевод») - процесс декодирования мРНК, в результате которого информация с языка последовательности оснований мРНК переводится на язык аминокислотной последовательности белка (рис. 2.9).

Рис. 2.9. Схема репликации, транскрипции и трансляции генетического материала в клетке

Центральное место в трансляции принадлежит рибосомам - рибонуклеопротеиновым частицам диаметром 20-30 нм, в большом количестве присутствующим в цитоплазме клеток. Рибосома образована двумя субъединицами - большой и малой, состоящими из рРНК и белков. Аминокислоты, синтезированные клеткой, доставляются к месту сборки из них белка, т.е. в рибосомы, посредством тРНК.

В цитоплазме клетки находится 20 различных аминокислот и соответствующие им тРНК. С помощью ферментов аминокислоты «узнают» соответствующие тРНК, присоединяются к ним, и тРНК переносит их к месту синтеза белка в рибосому. Все тРНК имеют три функциональных участка в своей молекуле:

Акцепторный участок одинаков у всех тРНК, он имеет последовательность оснований Ц-Ц-А. Участки узнавания и антикодоны разные у различных тРНК.

мРНК содержат транскрибированную с соответствующих генов информацию о том, какие белки должны быть синтезированы в рибосомах и служат матрицами, определяющими, в какой последовательности аминокислоты, доставленные тРНК в рибосомы, включаются в растущую полипептидную цепь белка. Каждой аминокислоте в мРНК соответствует определенная тройка (триплет) нуклеотидов, называемая кодоном этой аминокислоты; кодон комплементарен триплету, образующему антикодон соответствующей тРНК. Соответственно, если в рибосоме на мРНК будет кодон АУГ, то к нему подойдет тРНК с комплементарным антикодоном УАЦ. В рибосоме, в большой ее субъединице между аминокислотами образуются пептидные связи. Затем тРНК вытесняется в цитоплазму, а рибосома передвигается на следующий кодон, т.е. происходит считывание информации. В мРНК существуют кодоны: инициирующие (АУГ) - определяющие начало синтеза белка; терминирующие (стоп-кодон) (УАГ, УАА, УГА), заканчивающие синтез белка. Сигналом к завершению трансляции служит один из трех стоп-кодонов. Таким образом, появление стоп-кодона на рибосоме прерывает процесс трансляции. На следующем этапе полипептидные цепи транспортируются к специфическим органеллам клетки и модифицируются с образованием зрелого, функционально активного белка.

Генетическая информация, содержащаяся в ДНК и мРНК, заключена в последовательности расположения нуклеотидов в молекулах. Перенос информации с языка нуклеотидов на язык аминокислот осуществляется с помощью генетического кода. Расшифровка генетического кода - одно из великих достижений науки. Носителем генетической информации является ДНК, но так как непосредственное участие в синтезе белка принимает мРНК - копия одной из нитей ДНК, то генетический код записан на «языке» РНК.

Генетический код обозначается четырьмя буквами (первыми буквами названий четырех нуклеотидов), отличающихся азотистыми основаниями: А, Т, Ц, Г. В белках встречается 20 различных аминокислот, длина «слова», определяющая аминокислоту, состоит из трех нуклеотидов. Число возможных триплетов нуклеотидов равно 64.

Это вытекает из того, что в молекуле нуклеиновой кислоты имеется только четыре разных вида нуклеотидов, различающихся своими азотистыми основаниями, а молекула белка содержит 20 разных аминокислот. Чтобы обеспечить кодирование всех аминокислот в кодоне, должно быть минимум три нуклеотида, так как в этом случае возможно 4³ = 64 разных трехнуклеотидных сочетаний. В 1965 году был расшифрован полностью весь генетический код. Из 64 кодонов три кодона - УАГ, УАА, УГА не кодируют аминокислот.

Такая форма взаимодействия аллельных генов, как доминантность и рецессивность представляет собой пример аллельных взаимодействий. Однако вскоре после вторичного открытия законов

Менделя были обнаружены факты, указывающие на существование других форм межгенных взаимоотношений в системе генотипа. Так, оказалось, что доминирование одних признаков над другими представляет собой широко распространенное, но не универсальное явление. В некоторых случаях имеет место неполное доминирование: гибрид F₁ характеризуется признаком промежуточным между родительскими. Таким примером является появление цветков львиного зева розовой окраски при скрещивании цветков красного и белого цвета. В данном случае различия окраски обусловлены парой аллельных генов, в которых отсутствует доминирование.

Многие, может быть даже все, гены у разных организмов существуют более чем в двух аллельных формах, хотя один диплоидный организм не может быть носителем более двух аллелей. Впервые множественные аллели были открыты в локусе white у дрозофилы Т. Морганом и его сотрудниками. Особенность аллельных отношений заключается в том, что аллели можно расположить в ряд в порядке убывания степени доминирования. Так, ген красноглазости - дикого (наиболее распространенного в природе) типа - будет доминировать над всеми остальными аллелями. Всего их около 15-ти. Каждый последующий член серии аллелей будет доминировать над всеми остальными членами, кроме предыдущего. Существование множественных аллелей само по себе указывает на относительный характер доминирования, как и на то, что оно проявляется в конкретных условиях среды.

Имеются случаи, когда отношения доминантности и рецессивности отсутствуют и оба аллеля проявляются в фенотипе. Здесь речь идет о кодоминировании. Например, если один из родителей имеет группу крови А, а другой - В, то в крови их детей присутствуют антигены, характерные и для группы А, и для группы В. Такие гены носят название кодоминантных генов. Они представлены двумя и большим количеством аллелей.

Описано несколько типов взаимодействия неаллельных генов: комплементарность, эпистаз и полимерия.

К комплементарным или дополнительным генам относят гены, которые при совместном действии обусловливают развитие нового признака.

Комплементарное взаимодействие наиболее четко проявляется, когда скрещиваются две белые формы животных (кур) или растений, а в потомстве появляются окрашенные формы. В этом случае сущность взаимодействия генов состоит в том, что окраска появляется при взаимодействии двух доминантных неаллельных генов А и В.

Примером комплементарного взаимодействия генов у человека является образование в иммунокомпетентных клетках организма специфического белка интерферона, связанного с взаимодействием двух неаллельных генов, локализованных в разных хромосомах.

Эпистаз - подавление одного гена другим, неаллельным геном. Ген подавитель - супрессор, действует на подавляемый ген по принципу, близкому к доминантности, - рецессивности. Разница в том, что они не являются аллельными, т.е. занимают различные локусы в гомологичных и негомологичных Х-хромосомах.

Примером эпистаза у человека является так называемый «бомбейский фенотип». Известно, что наследование групп крови АВО у человека находится под контролем одного гена (I), у которого различают 3 аллеля - 1^а, I^b, I^o. Для реализации информации каждого аллеля необходимо присутствие доминантного аллеля Н другого генного локуса.

Если индивид является гомозиготой по Н-системе (т.е. hh), то аллель I^b системы АВО не может проявить свое действие. Человек с генетической конституцией ВВ и ВО должен иметь III группу крови. Если же он одновременно является гомозиготой hh, то в реакции агглютинации у него аллель В не проявится, и человек будет распознан как имеющий первую группу крови.

Полимерия. О полимерии говорят в случае наличия нескольких генов, одинаково влияющих на один признак. Их действие чаще всего бывает суммирующимся. Проявление такого действия будет зависеть от числа доминантных аллелей. Так, при аддитивном действии фенотип будет более выражен при генотипе ААВВ, чем при АаВв. Например, пигментация кожи у человека варьирует от белой до черной. От браков между неграми и белыми рождаются дети с промежуточным цветом кожи, так называемые мулаты. В случае браков между мулатами потомки могут обладать любой окраской кожи - от черной до белой. Предполагается, что разница в пигментации кожи белых и чернокожих людей обусловлена действием трех или четырех неаллельных генов, каждый из которых в количественном отношении на окраску кожи влияет примерно одинаково.

Под плейотропным действием гена понимают независимое или автономное действие гена в разных органах и тканях, другими словами - влияние одного гена на формирование нескольких признаков.

Наглядными примерами плейотропного действия генов являются наследственные заболевания моногенной природы, т.е. обусловленные мутацией одного гена, но проявляющиеся в различных органах или системах органов. Плейотропное действие генов имеет различные механизмы. Первичная плейотропия обусловлена биохимическими механизмами действия мутантного белка или фермента - первичных продуктов мутантных аллелей. Для иллюстрации этого положения приведем примеры.

Мутантные аллели различных генов, контролирующих синтез коллагена и фибриллина, приводят к нарушению свойств соединительной ткани. Поскольку соединительная ткань является основой всех органов и тканей, то понятно множественное влияние этих мутаций на клиническую картину (фенотип) при таких наследственных заболеваниях соединительной ткани, как, например, синдром Элерса-Данло и синдром Марфана, проявляющийся, в частности, характерными изменениями костной системы, пролапсом митрального клапана сердца, расширением дуги аорты, подвывихом хрусталика (вследствие слабости цинновой связки). Другим примером является множественное поражение организма при нейрофиброматозе, когда результатом первичного плейотропного действия мутантного гена будет поражение нервной и костной систем, кожи и органа зрения и другие симптомы. Еще одним примером первичного плейотропного действия гена можно считать характерные симптомы такого наследственного синдрома, как синдром Барде-Бидла, проявляющийся сочетанием ожирения, шестипалости кистей и/или стоп, недоразвитием половых органов, умственной отсталостью и характерным поражением органа зрения у больных индивидов.

Множественность поражения организма может быть обусловлена осложнениями первичных патологических процессов, между которыми можно проследить взаимосвязь. Это явление вторичной плейотропии. Так, например, при одном из моногенных, аутосомно-рецессивно наследуемых заболеваний - муковисцидозе - наблюдается ошибка в синтезе трансмембранного белка, обеспечивающего ионный транспорт в клетках экзокринных желез. Нарушение ионного транспорта Na и Cl ведет к формированию густой слизи в бронхах, экзокринной части поджелудочной железы и/или других экзокринных желез (половых и потовых), что влечет за собой вторичные воспалительные процессы, закупорку выводных протоков, нарушение переваривания пищи и развитие вторичных воспалительных процессов.

Понятие пенетрантности относится к заболеванию в целом и определяет частоту соответствия фенотипа определенному генотипу. Пенетрантность можно определить как частоту проявления гена у заведомых носителей данного гена. Пенетрантность может быть полной (или 100 %), если у всех носителей гена отмечаются его клинические (фенотипические) проявления. Если действие гена проявляется не у всех его носителей, говорят о неполной пенетрантности. В этом случае носитель «патологического» гена (даже доминантного) может быть клинически здоров. При неполной пенетрантности в родословной с аутосомно-доминанантным типом наследования патологии отмечается пропуск поколения т.е. ситуация, когда фенотипически поколения «проскальзывают», т.е. индивиды, имеющие пораженного предка, имеют и пораженных потомков.

Вместе с тем следует отметить, что детальное исследование фенотипа позволяет выявить симптомы наследственного заболевания, не имеющих важного клинического значения, но являющихся проявлениями конкретного аномального гена, например, ямочки на слизистой нижней губы при синдроме Ван дер Вуда. С другой стороны, совершенствование лабораторных и инструментальных методов исследования позволяет обнаружить у здоровых носителей других проявлений функционирования генов на клиническом, биохимическом и молекулярном уровнях.

В целом, исходя из современных представлений о функционировании генов, можно утверждать, что если в генотипе человека присутствует мутантный ген, то можно обнаружить и его фенотипические эффекты. Все это говорит об условности понятия пенетрантности. Тем не менее при анализе семейной ситуации явление пенетрантности может быть весьма полезным инструментом для заключения о наследственном характере патологии в семье.

Понятие экспрессивность относится к симптомам заболевания и отражает степень их выраженности. Так, например, при одном из аутосомно-доминантных синдромов - синдроме Холт-Орама (синдром «рука-сердце») - характерное поражение костной системы может варьировать от незначительно недоразвитой лучевой кости до ее отсутствия с формированием лучевой косорукости. Примером варьирующей экспрессивности заболевания являются также различия в тяжести течения такого частого наследственного аутосомно-доминантного заболевания, как нейрофиброматоз. Очень часто даже в одной семье имеются больные с легким течением (наличием пигментных пятен, небольшого количества нейрофибром, «веснушек» в складках кожи) и тяжелым течением заболевания (с опухолями ЦНС, озлокачествлением нейрофибром и другими грозными симптомами).

Генеалогический метод - это метод изучения родословных, с помощью которого прослеживается распределение болезни (признака) в семье или в роду с указанием типа родственных связей между членами родословной.

Эмпирические наблюдения над родословными, в которых отмечалась передача патологических признаков или болезней, известны уже давно. Применение семейного анализа для изучения патологии человека в XVIII-XIX вв. можно рассматривать, как предпосылки формирования генеалогического метода. Дальнейшее его усовершенствование шло как по линии составления родословных, так и особенно в отношении методов статистического анализа данных.

Генеалогический метод относится к наиболее универсальным методам в медицинской генетике. Этот метод часто называют клинико-генеалогическим, поскольку речь идет об изучении патологических признаков (болезней) в семье с привлечением приемов клинического обследования. Он широко применяется при решении теоретических и прикладных проблем:

Особое место генеалогический метод занимает при медико-генетическом консультировании, являясь подчас решающим или единственным методом:

При клинико-генеалогическом методе выделяют два последовательных этапа:

Составление родословной. Сбор сведений о семье начинается с пробанда - индивида, который является предметом интереса врача (исследователя) к данной конкретной родословной. Чаще всего это больной или носитель изучаемого признака. Однако за медико-генетической консультацией могут обращаться и здоровые индивиды по разным причинам, и в этом случае лучше употреблять термин консультирующийся. Дети одной родительской пары (братья и сестры) называются сибсами. Если сибсы имеют только одного общего родителя, они называются полусибсами. Различают единоутробных (общая мать) и единокровных (общий отец) сибсов.

Обычно родословная собирается по одному или нескольким признакам. Чаще всего больной или консультирующийся озабочен каким-то конкретным заболеванием или признаком.

Нужно стремиться к наиболее полному составлению родословных по восходящему, нисходящему и боковым направлениям. Эта задача не так проста, как может показаться на первый взгляд. Чем больше поколений вовлекается в родословную, тем она обширнее. Это может приводить к искажению получаемой информации, а затем - к неточности самой родословной и выводов, сделанных на основе ее анализа.

Необходимо собирать сведения, касающиеся не только конкретного заболевания или патологического признака в семье, но и информацию обо всех случаях заболеваний, встречающихся среди членов семьи. Важно получить информацию о спонтанных абортах, мертворождениях и ранней детской смертности. Они могут иметь прямое отношение к существу вопроса и сыграть важную роль при оценке прогноза. Всегда нужно получить хотя бы основные данные с обеих сторон (по отцовской и материнской линии), даже если речь идет об аутосомно-доминантном заболевании, унаследованном от одного из родителей.

Для анализа и наглядного представления собранной информации используют графическое изображение родословной. Для этого используют стандартные символы (рис. 3.3) и приемы. Однако в зависимости от задач, целей и особенностей родословной составитель может использовать собственные обозначения с обязательным их объяснением под рисунком. Для пояснения принципов обозначения и составления родословных приводятся два примера (рис. 3.4 и 3.5). Как видно из рис. 3.4 и 3.5, поколения обозначаются римскими цифрами сверху вниз. Обычно они ставятся слева от родословной. Последние поколения предков, по которым собрана информация, получает обозначение I поколения. Арабскими цифрами нумеруется потомство одного поколения (весь ряд) слева направо последовательно. Братья и сестры располагаются в родословной в порядке рождения (от старших к младшим). Таким образом, каждый член родословной имеет свой шифр, например, II - 3, III - 5. В тех случаях, когда супруг не исследован на наличие рассматриваемого признака и его родословная не приводится, желательно не изображать его вообще. Все индивиды одного поколения должны располагаться строго в один ряд, поэтому предпочтительно рисовать родословную на разлинованной бумаге. «Подвешивание» символов между рядами поколений является грубой ошибкой. Если родословная очень обширная, то разные поколения располагаются не горизонтальными рядами, а концентрическими.

Рис. 3.3. Символы, используемые при составлении родословной

Рис. 3.4. Родословная с аутосомно-рецессивным типом наследования болезни (болезнь Тей-Сакса - GМ₂ - ганглиозидоз)

Рис. 3.5. Пример родословной. Обозначения стандартные (см. рис. 3.3)
а - больные диабетом; б - больные нейрофиброматозом; в - обследованные лично

Графическое изображение родословной должно сопровождаться «легендой родословной», которая является обязательным элементом описания родословной и включает:

При применении генеалогического метода важно отмечать в родословной лично обследованных на наличие признака (к этому также можно приравнять получение сведений из объективного источника, например, истории болезни) и необследованных, сведения о которых получены из ответов пробанда или родственников, а также из анкет.

Нужно стремиться к получению наиболее полного и объективного первичного материала, который является основой статистического и генетического анализа и, соответственно, залогом правильности и точности полученных в результате выводов.

Генеалогический анализ родословной. Целью генеалогического анализа является установление генетических закономерностей.

Первая задача при анализе родословной - установление наследственного характера признака. Если в родословной встречается один и тот же признак (или болезнь) несколько раз, можно думать о его наследственной природе. Однако надо, прежде всего, исключить возможность фенокопии (заболевание сходно с наследственным заболеванием, в то время как причиной его развития является средовой фактор). Например, если патогенный фактор действовал на женщину во время всех ее беременностей, то у нее может родиться несколько детей с одинаковыми врожденными аномалиями. С другой стороны, действие одних и тех же внешних факторов (профессиональных, бытовых и т.д.) на нескольких членов родословной способно также вызывать у них сходные заболевания. Таким образом, если исключается действие сходных внешних факторов, а для представителей разных поколений оно исключается с большей вероятностью, то можно думать о наследственном характере заболевания.

После того как установлен наследственный характер заболевания (признака), необходимо установить тип наследования. Для этого используют принципы генетического анализа и различные статистические методы обработки данных, полученных из родословной.

Нетрудно понять, что в большинстве случаев расчеты соотношения числа больных и здоровых в одной конкретной семье могут дать неправильное представление о типе наследования. Это связано, главным образом, со случайным характером наследования различных аллелей. В каждой конкретной семье соотношение больных и здоровых детей может значительно отличаться от теоретически ожидаемых соотношений, характерных для определенного типа наследования. Однако характер родословной, особенности передачи заболевания (признака) в поколениях, соответствие их критериям наследования того или иного типа позволяют сделать определенный вывод о типе наследования патологии (признака) в конкретной семье.

Менделевским закономерностям наследования подчиняются только моногенные наследственные заболевания, т.е. заболевания этиологическим фактором которых является мутация одного гена. В зависимости от локализации и свойств гена, различают аутосомно-доминантный и аутосомно-рецессивный типы наследования, когда ген расположен в одной из 22 пар аутосом (неполовых хромосом), Х-сцепленные доминантный и рецессивный типы наследования, когда ген расположен в Х-хромосоме, У-сцепленное (голандрическое) наследование, когда ген расположен в У-хромосоме, а также митохондриальное (материнское или цитоплазматическое) наследование, когда мутация происходит в геноме митохондрий.

Аутосомно-доминантный тип наследования. Если заболевание обусловлено редким аутосомно-доминантным геном, то абсолютное большинство больных в популяции рождаются в браках между пораженным и здоровым супругом. В этом случае один из родителей гетерозиготен по аутосомно-доминантному гену (Аа), а другой гомозиготен по нормальному аллелю (аа). В таком браке возможны следующие варианты генотипов у потомства: Аа, аа.

Таким образом, каждый будущий ребенок вне зависимости от его пола имеет 50% вероятность получить от больного родителя как аллель А (и следовательно, быть пораженным), так и нормальный аллель а и быть здоровым. Таким образом, отношение числа здоровых детей в потомстве к числу пораженных равно 1:1 и не зависит от пола ребенка.

В целом основными критериями, позволяющими заподозрить аутосомно-доминантный тип наследования заболевания, являются следующие:

В родословных на рис. 3.6 и 3.7 можно видеть критерии аутосомно-доминантного типа наследования.

Рис. 3.6. Родословная с аутосомно-доминантным типом наследования заболевания (несовершенный остеогенез)

Рис. 3.7. Родословная с аутосомно-доминантным типом наследования (нейрофиброматоз 1)

Исключения из правила о проявлении аутосомно-доминантных заболеваний в каждом поколении составляют случаи новой мутации (спорадические случаи) или неполной пенетрантности (проявляемости) гена.

Спорадическим называется единственный случай наследственного заболевания в семье (рис. 3.8). Он может являться следствием мутации вновь возникшей в зародышевых клетках одного из здоровых родителей.

Рис. 3.8. Спорадический случай наследственного заболевания

В случае неполной пенетрантности в родословной с аутосомно-доминантным типом наследования появятся случаи пропуска или «проскока» поколения, т.е. индивид будет иметь пораженного предка и пораженного потомка, а сам при этом будет здоров (рис. 3.9).

Рис. 3.9. Родословная с аутосомно-доминантным типом наследования заболевания, с неполной пенетрантностью (синдром Марфана)

На сегодняшний день описано около 3000 аутосомно-доминантных признаков человека. Наиболее часто в клинической практике встречаются следующие моногенные заболевания с аутосомно-доминантным типом наследования: семейная гиперхолестеринемия, синдром Марфана, нейрофиброматоз 1 типа (болезнь Реклингхаузена), синдром Элерса-Данло, миотоническая дистрофия, ахондроплазия, несовершенный остеогенез и другие.

Аутосомно-рецессивный тип наследования. Заболевания с этим типом наследования проявляются только у гомозигот, которые получили по одному рецессивному гену от каждого из родителей. Оно встречается у сибсов пробанда, но иногда встречается и в боковых ветвях родословной. Характерным для аутосомно-рецессивных заболеваний является брак типа Аа х Аа (оба родителя здоровы, но являются носителями мутантного гена). Вероятность рождения больного ребенка в таком браке составляет 25%. Дети с рецессивными заболеваниями имеют, как правило, фенотипически здоровых родителей, и такие семьи можно определить только после рождения больного ребенка.

В популяции встреча двух носителей редкого аутосомно-рецессивного гена - нечастое событие, однако, вероятность его значительно возрастает в случае кровного родства супругов. Именно поэтому рецессивные заболевания часто проявляются в кровнородственных браках.

Для редких аутосомно-рецессивных заболеваний характерны следующие признаки:

Рис. 3.10. Родословная с аутосомно-рецессивным типом наследования заболевания (муковисцидоз)

Рис. 3.11. Родословная с аутосомно-рецессивным типом наследования заболевания (фенилкетонурия)

В браке пораженного индивида и гетерозиготного носителя того же мутантного аллеля риск для будущих детей составит 50% как при аутосомно-доминантном типе наследования, а не 25% как должно быть при типичном аутосомно-рецессивном наследовании, поэтому этот вариант аутосомно-рецессивного наследования носит название псевдодоминирование (рис. 3.12).

Рис. 3.12. Нетипичная родословная с аутосомно-рецессивным типом наследования заболевания - брак носительницы и больного индивида (псевдодоминирование)

Родословная, где в браке двух пораженных родителей все дети будут больны, приведена на рис. 3.13.

Рис. 3.13. Нетипичная родословная с аутосомно-рецессивным типом наследования заболевания (в браке двух пораженных индивидов все дети больны)

На сегодняшний день известно более 1600 аутосомно-рецессивных заболеваний. По аутосомно-рецессивному типу наследуется абсолютное большинство наследственных заболеваний обмена веществ (ферментопатий). Наиболее частыми и значимыми в клиническом отношении болезнями с аутосомно-рецессивным типом наследования являются: муковисцидоз (кистофиброз поджелудочной железы), фенилкетонурия, адреногенитальный синдром, многие формы нарушения слуха или зрения, мукополисаридозы, гликогенозы.

Наследование, сцепленное с Х-хромосомой. Гены, локализованные в половых хромосомах, по-разному распределяются у мужчин и женщин. В клинической генетике практическое значение имеют Х-сцепленные заболевания, т.е. такие, когда патологический ген расположен на Х-хромосоме.

Распределение Х-сцепленного признака зависит от распределения Х-хромосомы, несущей аномальный ген. Учитывая то, что у женщин имеется две Х-хромосомы, а у мужчин одна, женщина, унаследовав патологический аллель, будет гетерозиготой, а мужчина - гемизиготой. Этим определяются основные различия в частоте и тяжести поражения различных полов при Х- сцепленном наследовании, как доминантном, так и рецессивном.

Доминантный Х-сцепленный тип наследования. Заболевания с Х-сцепленным доминантным типом наследования встречаются в 2 раза чаще у женщин, чем у мужчин. Главная характеристика Х-сцепленного доминантного наследования заключается в том, что больные мужчины передают аномальный ген (или заболевание) всем своим дочерям и не передают его сыновьям. Больная женщина передает Х-сцепленный доминантный ген половине своих детей независимо от пола.

Основными признаками Х-сцепленного доминантного типа наследования являются следующие (рис. 3.14):

Рис. 3.14. Родословная с доминантным Х-сцепленным типом наследования заболевания (витамин Д-резистентный рахит)

Крайней степенью выраженности неравномерности поражения полов при этом типе наследования является существование заболеваний, которыми болеют только индивиды женского пола, в то время как индивиды мужского пола, унаследовавшие патологический аллель гибнут еще внутриутробно. Подобные редкие заболевания относят к Х-сцепленным доминантным заболеваниям с летальным эффектом у плодов мужского пола (например, синдром недержания пигмента, фокальная кожная гипоплазия) (рис. 3.15).

Рис. 3.15. Родословная с доминантным Х-сцепленным типом наследования заболевания, с летальным эффектом у плодов мужского пола (синдром Блоха-Сульцбергера)

К заболеваниям, характеризующимся Х-сцепленным доминантным наследованием, относятся витамин Д-резистентный рахит (рахит, не поддающийся лечению обычными дозами витамина Д), рото-лице-пальцевый синдром и другие болезни.

Рецессивный Х-сцепленный тип наследования. Х-сцепленное рецессивное заболевание (или признак) всегда проявляется у мужчин, имеющих соответствующий ген, а у женщин - только в случаях гомозиготного состояния (что наблюдается крайне редко).

Основными признаками Х-сцепленного рецессивного наследования являются следующие (рис. 3.16 и 3.17):

Выраженные клинические симптомы Х-сцепленных рецессивных заболеваний у женщин могут также наблюдаться в случае сочетания у них этого моногенного дефекта с хромосомной патологией, в частности с синдромом Шерешевского-Тернера, когда у женщины отсутствует одна из двух Х-хромосом, а также при случайной инактивации Х-хромосомы, несущей нормальный аллель в большинстве клеток организма.

Рис. 3.16. Родословная с рецессивным Х-сцепленным типом наследования заболевания гемофилия А)

Рис. 3.17. Родословная с рецессивным Х-сцепленным типом наследования заболевания (псевдогипертрофическая мышечная дистрофия Дюшенна)

Y-сцепленное или голандрическое наследование. Длительное время полагали, что Y-хромосома содержит только генетически неактивные участки. В настоящее время в Y-хромосоме выявлена локализация около 100 генов, в том числе гены, определяющие развитие семенников, отвечающие за сперматогенез, контролирующие интенсивность роста, определяющий оволосение ушной раковины, средних фаланг кистей и некоторые другие. Признак, гены которого локализованы в Y-хромосоме, передается от отца всем мальчикам и только мальчикам. Патологические мутации, обусловливающие нарушения формирования семенников или сперматогенеза, не наследуются в связи со стерильностью их носителей. Пример родословной с Y-сцепленным типом наследования (оволосение ушной раковины) представлен на рис. 3.18.

Рис. 3.18. Родословная с У-сцепленным (голандрическим) типом передачи нейтрального признака (оволосение наружного края ушной раковины у мужчин)

В практическом медико-генетическом консультировании нередко встречаются ситуации, когда случай моногенной патологии нельзя объяснить в рамках классических менделевских форм наследования. По современным оценкам не более половины всех случаев моногенной патологии соответствуют четким критериям законов Менделя. Феномены неменделевской наследственности основаны на явлениях эпигенетической изменчивости, которая в отличие от мутационной изменчивости, представляет собой наследуемые обратимые изменения генотипа, не сопровождающиеся изменениями генетического материала. Три основных феномена неменделевской наследственности имеют особое практическое значение в медико-генетическом консультировании: митохондриальная наследственность, болезни, связанные с экспансией тринуклеотидных повторов, и феномен геномного импринтинга.

Митохондриальная или цитоплазматическая наследственность. В настоящее время описано около 30 различных заболеваний, при которых обнаружены мутации митохондриальной ДНК. Гены митохондрий кодируют различные ферменты дыхательной цепи в клетках. Таким образом, они принимают участие в энергетических процессах, где выполняют довольно универсальные функции и экспрессируются во многих тканях, особенно в нервной и мышечной системах, чем и обусловливается многообразие клинических проявлений митохондриальных наследственных болезней: миопатия, судороги, офтальмоплегия, нарушение сердечного ритма, а также поражение печени и почек.

Митохондрии наследуются ребенком от матери с цитоплазмой ооцитов.

В каждой яйцеклетке содержится около 25 000 митохондрий, тогда как в зрелых спермиях присутствуют только 4 митохондрии в области жгутика, которые не проникают в яйцеклетку при оплодотворении. Исходя из этого, митохондриальный тип наследования формально будут характеризовать два основные признака (рис. 3.19):

Рис. 3.19. Родословная с митохондриальным типом наследования заболевания (атрофия зрительного нерва Лебера)

Однако анализ родословных семей с митохондриальной патологией показывает, что распределение больных и здоровых индивидов не в полной мере соответствует вышеизложенным критериям. Причины этого несоответствия кроются в некоторых особенностях структурно-функциональной организации самого митохондриального генома.

Во-первых, мт-ДНК не имеет защитных гистонов и эффективной ДНК-, репарационной системы, в мт-генах отсутствуют интроны - все это определяет в 10 раз более высокую скорость ее мутирования.

Во-вторых, в мт-геноме отсутствует комбинативная изменчивость, т.к. мт-ДНК принадлежит только одному из родителей и следовательно, рекомбинационные события, характерные для ядерной ДНК в мейозе, отсутствуют, а нуклеотидные последовательности меняются из поколения в поколение только за счет мутаций.

Наибольшее влияние на отклонение от критериев митохондриального наследования и клиническую вариабельность проявлений митохондриальных заболеваний оказывает третья особенность мт-генома - явление «гетероплазмии-гомоплазмии». Внутри одной клетки могут существовать одновременно нормальные и мутантные мт-ДНК. Это явление носит название гетероплазмии мт-ДНК. Присутствие в клетке только нормальных или только мутантных мт-ДНК называется гомоплазмией. При делении гетероплазматических клеток мт-ДНК случайным образом распределяется между дочерними клетками. В результате многих клеточных делений соотношение мутантных и нормальных мт-ДНК может меняться либо в сторону только мутантной, либо только нормальной. Этот процесс, известный как репликативная сегрегация, может происходить при репликации как соматических клеток, так при пролиферации оогоний, приводя к изменению пропорций мутантной мт-ДНК в тканях женщины или среди детей. Однако тот факт, что в большинстве случаев уровень гетероплазмии в ооцитах не отражает уровня гетероплазмии у потомков, а также предположение о преобладании случайного дрейфа генов в механизме ее передачи, определяет достаточно благоприятный прогноз для потомков гетероплазматической матери.

Явление «гетероплазмии-гомоплазмии» мт-ДНК оказывает существенное влияние на проявляемость, разнообразие и тяжесть симптоматики мт-болезней и их динамику. Для митохондриальных болезней характерна пороговая экспрессия фенотипа. По мере возрастания доли мутантной ДНК митохондриальная АТФ-образующая способность уменьшается, и в итоге производство энергии становится недостаточным для поддержания клеточной и тканевой функции (биоэнергетический порог) и развиваются симптомы заболевания. В аспекте анализа родословных это будет выражаться в том, что отнюдь не все дети пораженной матери будут больны в принципе и на момент обследования семьи в частности. Потомки могут быть здоровы, иметь риск заболеть в течение жизни и могут быть больны в разной степени тяжести. Известны случаи спонтанного улучшения состояния больных, вплоть до полного выздоровления. Характер и тяжесть клинических симптомов на прямую зависят от процентного соотношения мутантной и нормальной мт-ДНК в клетках организма.

Генные мутации в митохондриальной ДНК обнаружены при атрофии зрительного нерва Лебера, митохондриальных миопатиях, синдроме MELAS (митохондриальная энцефаломиопатия, лактат ацидоз, судороги), наружной офтальмоплегии Кернса-Сейра, дилатационной кардиопатии и других заболеваниях.

Болезни, связанные с экспансией тринуклеотидных повторов. В основе развития этого нового класса наследственных болезней лежит единый механизм - динамическая мутация, представляющая собой увеличение (экспансию) числа копий тринуклеотидных повторов в последовательных поколениях родословной, приводящая к возникновению заболевания при превышении порогового числа этих повторов. Пороговое число отличается для разных локусов.

Данный класс болезней характеризуют общие черты:

Первое заболевание, при исследовании которого в 1991 г. был открыт этот новый класс мутаций - экспансии тринуклеотидных повторов - синдром умственной отсталости, сцепленной с ломкой Х-хромосомой (FRAX-синдром), или синдром Мартина-Белл. Заболевание широко распространено в популяции (1:2000-1:5000 всех живорожденных) и является самой частой формой умственной отсталости после болезни Дауна.

На примере генетики данного заболевания можно видеть значительное отклонение от менделевских закономерностей наследования гена, локализованного в Х-хромосоме, которое долгое время ошибочно относили к Х-сцепленному рецессивному типу передачи. В 1 экзоне гена FMR-1 (fragile mental retardation), длиной 80 т.п.н. и состоящего из 17 экзонов, была обнаружена экспансия нестабильных тринуклеотидных повторов CGG. В норме у здоровых лиц число этих повторов составляет 6-50. Возрастание числа повторов от 50 до 200 считается премутацией и фенотипически не проявляется (мужчины-трансмиттеры). Увеличение (экспансия) С повторов свыше 200 (до 1000 и более) происходит в мейозе у женщин-дочерей мужчин-трансмиттеров, обусловливает переход гена в мутантное состояние и приводит к рождению больных детей как мужского, так и женского пола. Таким образом, можно видеть (нетипичное для Х-сцепленного рецессивного типа наследования) пораженных женщин, которые являются внучками мужчин-трансмиттеров или сестрами пораженных мужчин. Здоровые женщины, гетерозиготные носительницы мутации, являются дочерьми мужчин-трансмиттеров. Однако локализация гена в Х-хромосоме все же определяет различия в поражении полов: мальчики болеют тяжелее и в 2-3 раза чаще, чем девочки.

Сейчас выделена уже целая группа заболеваний, этиологией которых является экспансия тринуклеотидных повторов, как, например, миотоническая дистрофия, хорея Гентингтона, атаксия Фридрейха и другие.

Феномен геномного импринтинга. Под геномным импринтингом понимают эпигенетический механизм регуляции экспрессии гомологичных генов в процессе развития организма в зависимости от родительского происхождения гена, хромосомы или генома.

Обычно у организмов имеется биаллельная экспрессия генов, и лишь в импринтированных участках генома экспрессируется только один материнский или отцовский аллель. Основой геномного импринтинга являются специфические структурно-молекулярные изменения отдельных участков хромосом, а именно избирательное метилирование цитозиновых остатков ДНК, выключающее транскрипцию генов.

Сейчас в геноме человека известно не менее 30 генов, подверженных импринтингу. Однако предполагается, что их может быть от 100 до 200. Моногенные заболевания, вызванные мутациями в импринтированных локусах, отличаются от менделевских закономерностей по характеру наследования (например, при мутации центра импринтинга при синдромах Прадера-Вилли и синдроме Ангельмана), но особенно они отличаются по своим клиническим проявлениям, зависящим от пола родителя, передавшего мутацию. Так, пациенты с болезнью

Гиршпрунга, как правило, наследуют мутацию от матери, проявления доминантной мутации при нейрофиброматозе тип 2 и миотонической дистрофии более тяжелые при унаследовании заболевания от матери, а при хорее Гентингтона, наоборот, заболевание возникает раньше и протекает тяжелее при передаче мутантного гена от отца.

Особенности родословных при заболеваниях с наследственной предрасположенностью (мультифакториальные болезни). В структуре патологии человека, наряду с наследственными заболеваниями, строго детерминированными генетическими причинами (моногенные и хромосомные болезни) и заболеваниями, вызванными только внешне-средовыми факторами (травмы, ожоги), основную долю (более 90 %) составляют заболевания, развивающиеся при взаимодействии генетических и средовых факторов. Эта многочисленная группа широко распространенных в популяции заболеваний называется болезнями с наследственной предрасположенностью или мультифакториальными.

Болезни с наследственной предрасположенностью возникают у лиц с определенным генотипом (сочетание «предрасполагающих» аллелей) при провоцирующем действии факторов внешней среды. Наследственная предрасположенность к заболеванию может иметь моногенную или полигенную природу.

Генетической основой моногенных форм наследственной предрасположенности являются мутации единичных генов, которые, как правило, наследуются по аутосомно-рецессивному (например, недостаточность лактазы) или Х-сцепленному рецессивному типу (например, недостаточность глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы). Однако строго соответствующего законам Менделя распределения пораженных потомков в поколениях наблюдаться не будет. Это обусловлено тем, что для проявления данного патологического признака носитель мутации должен обязательно вступить в контакт со специфическим провоцирующим внешним фактором. В отсутствии подобного контакта мутантный ген остается «молчащим» и не проявляется в виде патологического признака.

Этиологической основой полигенных заболеваний с наследственной предрасположенностью является взаимодействие аллелей нескольких генов с комплексом внешнесредовых факторов. Соотношение влияния генетических и средовых факторов различно не только для данной болезни, но и для каждого конкретного больного.

Для родословных семей, отягощенных болезнями с полигенной наследственной предрасположенностью, характерны следующие черты:

Родословная семьи с сахарным диабетом и бронхиальной астмой приведена на рис. 3.20.

Рис. 3.20. Родословная семьи с сахарным диабетом и бронхиальной астмой: а - больные диабетом, б - больные бронхиальной астмой

Значение клинико-генеалогического метода в клинической практике. Использование клинико-генеалогического метода является обязательной частью медико-генетического консультирования. На основе этого метода осуществляется не только диагностика и дифференциальная диагностика наследственной и врожденной патологии, но также определяется прогноз здоровья, прогноз потомства больных лиц и их родственников, определяется тактика профилактики наследственной и врожденной патологии в данной семье (включая пренатальную диагностику), отбираются индивиды для диспансерного наблюдения.

Область применения генеалогического метода в клинической практике не ограничивается только наследственной патологией. При наличии в семье заболевания с наследственной предрасположенностью его применение позволяет определять прогноз для еще здоровых родственников, с последующим определением среди них наиболее подверженных и проведением эффективных мер профилактики этих заболеваний еще на доклинической стадии, что является одной из важнейших задач современной медицины.

При фенотипической изменчивости наследственный материал в изменения не вовлекается. Они касаются только признаков индивида и происходят под действием факторов внешней или внутренней среды организма. Подобные изменения не передаются по наследству следующим поколениям, даже если они обусловлены длительным и/или повторными воздействиями на протяжении исторически длительного времени. Например, у некоторых народов обряд инициации (посвящения) связан с нанесением специфических повреждений: прокалыванием носовой перегородки и губ, удалением клыков, обрезанием крайней плоти, уродованием ступней или костей черепа и т.д. Такие изменения, как известно, не наследуются. Они являются лишь реакцией на действие определенного фактора. Если по выраженности изменения в организме не выходят за пределы нормы реакции, подобные изменения фенотипа называют модификационными. Модификационная изменчивость имеет адаптивное (приспособительное) значение. Наиболее четко модификационная изменчивость выявляется при изучении реакций организма на изменения факторов среды: например, условий проживания в различных географических зонах, интенсивности солнечной радиации, характера питания и т.д. Ранее полагали, что изменения фенотипа, не связанные с генетическими изменениями, не имеют эволюционного значения. Однако такая точка зрения неверна, поскольку степень и направление допустимой изменчивости фенотипа строго контролируется генетической конституцией организма.

Одним из проявлений модификационной изменчивости является феномен фенокопирования. Термин «фенокопирование» был предложен для обозначения признаков, болезней или пороков развития, развивающихся под воздействием определенных условий среды, но фенотипически похожих на такие же состояния, обусловленные генетическими факторами (мутациями).

Таким образом, фенокопия - это признак, развивающийся под действием средовых факторов, но лишь копирующий наследственно обусловленный признак.

Так окраска кожных покровов африканцев характеризуется выраженной пигментацией, даже если человек не подвергается воздействию солнечных лучей. Кожа европейцев, как правило, пигментирована лишь в слабой степени, но становится смуглой под действием света. Таким образом, загорелые, но наследственно светлокожие индивиды представляют собой как бы «копии» генетически темнокожих людей. Можно привести большое число клинических примеров, иллюстрирующие ситуации, когда определенный фенотип может являться продуктом конкретного генотипа, а может быть фенокопией, т.е. развиваться под действием факторов среды. Например, слепота, обусловленная помутнением хрусталика глаза (катаракта), может быть вызвана механическими повреждениями, или действием ионизирующего излучения, или в результате внутриутробного поражения вирусом краснухи. Но развитие катаракты может вызвать специфический ген без какого-либо дополнительного внешнего воздействия на организм. Слабоумие может быть обусловлено специфическим генотипом (например, генной или геномной мутацией), но может развиться при отсутствии йода в рационе ребенка или развиться в результате повреждающего воздействия цитомегаловирусной инфекции на мозг плода во время внутриутробного развития.

Явление изменчивости обеспечивает в эволюции естественный отбор видов. Если бы все члены вида были идентичны по какому-либо признаку, то отбор отсутствовал, поскольку не было бы точки приложения его действия. Однако для эволюции требуется не просто изменчивость, а наследуемая изменчивость, для того чтобы имелась возможность распространить (или удалить) в популяции полезные (или вредные) для вида возникшие изменения. При этом для эволюционных преобразований генетической структуры вида самым важным является то, что различающиеся по генетической конституции особи оставляют различное число потомков. В этом и состоит суть эволюции.

Генотипическая (наследственная) изменчивость в зависимости от природы клеток подразделяется на генеративную (изменения в наследственном аппарате гамет) и соматическую (изменения в наследственном аппарате клеток тела). В рамках генеративной и соматической изменчивости выделяют мутационную и комбинативную изменчивость.

Мутационная изменчивость. Мутационная изменчивость обусловлена мутациями (лат. mutatio - изменение, перемена) - устойчивое изменение генетического материала и, как следствие, наследуемого признака. Переходных форм по сравнению с исходным состоянием не наблюдается. События, приводящие к возникновению мутаций, называют мутационным процессом. Различают спонтанный и индуцированный мутагенез. Разделение мутационного процесса на спонтанный и индуцированный в определенной степени условно. Спонтанные мутации возникают при обычных физиологических состояниях организма без видимого дополнительного воздействия на организм внешних факторов. Индуцированные мутации - это мутации, вызванные направленным воздействием факторов внешней или внутренней среды. Индуцированный мутационный процесс может быть контролируемым (например, в эксперименте с целью изучения механизмов и/или его последствий) и неконтролируемым (например, облучения в результате выброса радиоактивных элементов в среду обитания).

Причинами, вызывающими мутации (нарушения структуры генов, хромосом и/или их числа), могут быть различные факторы. Их обозначают как мутагены (лат. mutatio + genos - происхождение). По природе возникновения различают физические, химические и биологические мутагены.

К физическим мутагенам относятся:

Химические мутагены - самая многочисленная группа. К ним относятся:

К биологическим мутагенам относят некоторые вирусы (например, кори, гриппа, краснухи), продукты обмена веществ, некоторые микробы и паразиты.

По влиянию на организм можно выделить:

Типы мутаций. Мутации являются начальным звеном патогенеза наследственных болезней. В соответствии с уровнем организации наследственных структур различают генные, хромосомные и геномные мутации (рис. 4.2).

Рис. 4.2. Схема типов мутаций
См. в учебнике «Медицинская генетика» под редакцией Н.П. Бочкова, 2001, (рис. 4.2. С. 75)

Генные мутации представляют собой молекулярные, невидимые в световом микроскопе, изменения структуры ДНК.

Мутация может быть выражена в виде замены основания в кодоне (миссенс - мутация), в виде такого изменения кодонов, которое приведет к остановке считывания информации (нонсенс - мутации), в виде нарушения считывания информации (сдвиг рамки считывания). Есть и другие типы генных мутаций. Принципиальным является тот факт, что генная мутация приводит к изменению генетической информации. В результате способности ДНК к конвариантной редупликации мутации могут передаваться от поколения к поколению, если эффект ее не будет летальным.

Определенная часть генных мутаций может быть отнесена к нейтральным мутациям, поскольку они не приводят к каким-либо изменениям фенотипа, Например, за счет вырожденности генетического кода одну и ту же аминокислоту могут кодировать два триплета, различающиеся только по одному основанию. С другой стороны, один и тот же ген может изменяться (мутировать) в несколько различающихся состояний. Например, ген, контролирующий группу крови системы АВО, имеет три аллеля: О, А и В, сочетания которых определяют 4 группы крови. Группа крови системы АВО является классическим примером генетической изменчивости нормальных признаков человека. Причины поддержания нормальной генетической изменчивости будут рассмотрены в разделе «Генетический полиморфизм популяций».

Другая часть генных мутаций приводит к синтезу дефектного белка, не способного выполнять свойственную ему функцию.

Именно генные мутации обусловливают развитие большинства наследственных форм патологии. Болезни, обусловленные подобными мутациями, называют генными или моногенными болезнями, т.е. заболеваниями, развитие которых детерминируется мутацией одного гена. К моногенным заболеваниям относятся: муковисцидоз, фенилкетонурия, гемофилия, нейрофиброматоз, миопатия Дюшенна-Беккера и многие другие заболевания (см. гл. 5).

Геномные и хромосомные мутации являются причинами возникновения хромосомных болезней.

Геномные мутации - это изменение числа отдельных Х-хромосом (анеуплоидии) или плоидности (кратное гаплоидному числу) структурно неизмененных Х-хромосом. Например, при синдроме Дауна или трисомии 21 в клетках больного обнаруживается 47 хромосом за счет появления «лишней» хромосомы 21. Основными механизмами, лежащими в основе анеуплоидий, являются нерасхождение хромосом во время клеточного деления при образовании половых клеток и утрата хромосом в результате «анафазного отставания», когда во время движения к полюсу одна из гомологичных Х-хромосом может отстать от всех других негомологичных Х-хромосом. Термин «нерасхождение» означает отсутствие разделения хромосом или хроматид в мейозе или митозе. Утрата хромосом может приводить к мозаицизму, при котором имеется одна эуплоидная (нормальная) клеточная линия, а другая - моносомная.

Нерасхождение хромосом наиболее часто наблюдается во время мейоза. У человека по неизвестным пока причинам наиболее часто нерасхождение обнаруживается по акроцентрическим хромосомама. Хромосомы, которые в норме должны делиться во время мейоза, остаются соединенными вместе и в анафазе отходят к одному полюсу клетки. Таким образом, возникают две гаметы, одна из которых имеет добавочную хромосому, а другая - не имеет этой хромосомы. При оплодотворении гаметы с нормальным набором хромосом гаметой с «лишней» хромосомой возникает трисомия (т.е. в клетке присутствует три гомологичные хромосомы), при оплодотворении гаметой без одной хромосомы возникает зигота с моносомией. Если моносомная зигота образуется по какой-либо аутосомной (не половой) хромосоме, то развитие организма прекращается на самых ранних стадиях развития.

Хромосомные мутации - это структурные изменения отдельных Х-хромосом, как правило, видимые в световом микроскопе. В хромосомную мутацию вовлекается большое число (от десятков до нескольких сотен) генов, что приводит к изменению нормального диплоидного набора. Несмотря на то что хромосомные аберрации, как правило, не изменяют последовательность ДНК в специфических генах, изменение числа копий генов в геноме приводит к генетическому дисбалансу вследствие недостатка или избытка генетического материала. Различают несколько вариантов хромосомных мутаций, среди которых наиболее частыми являются: делеции - утрата части одной хромосомы; транслокации - перенос части хромосомы, как правило, на негомологичную хромосому; инверсии - переворот на 180^о какого-либо участка хромосомы; дупликации - удвоение (или умножение) части хромосомы. Как внутрихромосомные (делеции, инверсии и дупликации), так и межхромосомные (транслокации) аберрации связаны с физическими изменениями структуры хромосом, в том числе с механическими «разломами».

Если хромосомная, геномная или генная мутации возникают в половых клетках здоровых родителей, то она может быть унаследована (т.е. передаться) потомкам, что приведет к возникновению наследственной болезни. Иная ситуация возникает, когда мутация происходит в соматических клетках, т.е. клетках тела. В этом случае заболевание развивается у индивида, в клетках которого произошла мутация, но не передается потомкам больного.

Комбинативная изменчивость. Комбинативная изменчивость возникает вследствие случайной перекомбинации аллелей в генотипах потомков в сравнении с родительскими генотипами. Сами гены при этом не изменяются, но генотипы родителей и потомков различны. Комбинативная изменчивость может возникать как следствие: 1) независимого расхождения хромосом в процессе мейоза, 2) рекомбинации генов при кроссинговере и 3) случайной встречи гамет при оплодотворении.

Комбинативная изменчивость является главным источником наблюдаемого генетического разнообразия. Известно, что в геноме человека содержится примерно 25-30 тыс. генов. Около трети всех генов имеют более чем один аллель, т.е. являются полиморфными. Однако даже при наличии лишь небольшого числа локусов, содержащих по несколько аллелей, только при рекомбинации (вследствие перемешивания генных комплексов) возникает колоссальное множество уникальных генотипов. Так, только при 10 генах, содержащих по 4 аллеля каждый, теоретическое число уникальных диплоидных генотипов составляет 10 миллиардов! Поскольку около 20-30 тыс. генов в геноме человека являются полиморфными, то только за счет рекомбинации создается неисчерпаемое генетическое разнообразие человека. В свою очередь неповторимость генетической конституции во многом определяет особенности возникновения, развития, течения и исходов заболевания у каждого конкретного человека.

Рассмотрим случай, когда аутосомный локус имеет только два аллеля (А и а), и все три генотипа АА, Аа и аа формируют три различающихся фенотипа. Обозначим число особей каждого из трех генотипов (АА, Аа и аа) соответственно n₁, n₂ и n₃. Естественно, что сумма n₁, n₂ и n₃ представляет собой общее число особей в популяции N. Тогда доля генотипа АА среди всех генотипов составляет n₁ /N = x (частота генотипа АА); доля генотипов АА равняется n₂ /N = y (частота генотипа Аа); и доля генотипов аа равняется n₃ /N = z (частота генотипа аа). Сумма x + y + z = 1 или 100%, а относительные доли и есть частоты генотипов.

Рассмотрим популяцию диплоидных организмов, которая состоит из какого-либо числа индивидов, обозначив это число как N. Очевидно, что каждый индивид развился в результате оплодотворения одной яйцеклетки (женская гамета) одним сперматозоидом (мужская гамета). Стало быть, популяция размером N индивидов возникла из 2N гамет, образованных предшествующим поколением. Некоторые из этих половых клеток (гамет) содержали аллель А, а остальные аллель а. Очевидно, что в сумме все гаметы содержат все аллели, т.е. 100% и если, аллель А, например, составляет 60%, то аллель а составляет 40%. Особи с генотипом АА образовались в результате объединения 2n₁ гамет, каждая из которых содержит по одному аллелю А. Гетерозиготы (Аа) образовались из 2n₂ гамет, из которых n₂ содержит аллель А и n₂ содержит аллель а. Таким образом, общее число гамет, содержащих аллель А, при образовании следующего поколения равно 2n₁ + n₂ . Относительное число гамет, содержащих аллель А (обозначим как р) среди всех гамет популяции, равно

Соответственно относительное число гамет с аллелем а среди всех гамет в популяции обозначим как q, которое равно

Эти пропорции называются частотами генов или аллелей.

Поскольку мы рассмотрели один локус с двумя аллелями, т. е. учли все аллели - p + q = 100%. Для расчетов соотношение аллелей удобнее представлять в виде долей от единицы, поскольку

Отсюда p = 1 - q.

Метод определения частот генов можно проиллюстрировать на примере анализа распределения групп крови системы MN в различных выборках населения Москвы, Санкт-Петербурга и Сергиева Посада. Известно, что группы крови системы MN находятся под контролем одного гена (L), имеющего два аллеля (L^M и L^N) Все три группы крови данной системы «MM», «MN» и «NN» соответствуют трем генотипам и четко различаются при постановке реакции агглютинации. Частоты L^M и L^N в каждой из представленных выборок можно рассчитать на основании данных о числе людей с конкретными группами крови (табл. 5.1).

Таблица 5.1. Распределение индивидов в различных выборках по группам крови системы «MN» и частоты аллелей

Частоты генов могут быть представлены в виде процентов от общего числа исследованных генов либо долей единицы. Например, в г. Сергиевом Посаде обследовано 489 человек, среди которых выявлено 195 человек с группой крови «MM», 215 человек с группой крови «MN» и 79 человек с группой крови «NN». Так как каждый обследованный имеет по 2 аллеля (один в одной хромосоме, другой аллель - в гомологичной сестринской хромосоме), то общее число исследованных генов составит 2 х 489 или 978 генов. У 195 человек с группой крови «MM» в каждой гомологичной хромосоме находится аллель M. Следовательно, число аллелей M у 195 человек составит 195 х 2 = 390. У каждого из 215 человек с группой крови «MN» в одной хромосоме находится аллель M, а в другой - аллель N. Таким образом, общее число аллелей M составит 390 + 215 = 605. Теперь остается ответить на вопрос: какой процент от всех обследованных генов составляет общее число всех выявленных генов «M» (605). Составим пропорцию

Подобным же образом находим процент аллелей «N» среди всех исследованных, который равен 38,14%.

В предыдущем разделе приведены частоты аллелей в одном поколении популяции. Будет ли изменяться частота генотипов и генов в последовательном ряду поколений? Очевидно, что генотипы каждого последующего поколения образуются из гамет предыдущего. Если предположить, что на популяцию не действуют никакие факторы, способные изменить частоты генов, тогда частоту в поколении потомков можно определить, зная типы скрещивания и частоту каждого типа, а также ожидаемые соотношения генотипов в потомстве от каждого типа скрещивания.

Возможен и другой путь определения генотипического состава популяции потомков, исходя из предположения о случайном объединении всех гамет. Если допустить, что все особи мужского пола вносят одинаковый вклад в репродукцию (условно в некий общий фонд спермы), и особи женского пола - также одинаковый вклад в (общий фонд яйцеклеток), то частоты генотипов можно определить путем перемножения частоты разных типов гамет из фонда гамет отцов (р_сп + q_сп) и фонда гамет матерей (р_яц + q_яц). Частоты зигот АА, Аа и аа будут соответственно равны p², 2pq, q². Поскольку частоты генотипов потомков равны квадрату частот генов среди гамет родителей при условии, что (р = р) и (q = q),

Полученная формула является математическим выражением закона Харди Вайнберга, которая в приведенном виде отражает относительные частоты генотипов в популяции, распределенные как (АА) p² + (Аа) 2pq + (аа) q² = 1

Действительно, состав возникающих зигот или что-то же самое, генетический состав следующего поколения легко понять при рассмотрении данных следующей таблицы.

Таблица 5.2. Частота (вероятность) генотипов потомков при панмиксии

Так как встречи половых клеток случайны или независимы, то согласно теории вероятности частота каждого сочетания (АА, Аа и аа) в среднем равна произведению соответствующих частот. Каждая клетка таблицы показывает генотипы и их вероятности в следующем поколении при условии свободного скрещивания или панмиксии. Это означает, что если количество индивидуумов в популяции равно N, то индивидов с генотипом АА в среднем будет р² N, индивидов с генотипом Аа будет 2р (1 - и индивидов с генотипом аа соответственно - (1 - р) ² N. Эти численные отношения в популяции устанавливаются за одно поколение и в дальнейшем они не изменяются. Эти утверждения и составляют сущность закона Харди-Вайнберга.

Закон Харди-Вайнберга имеет большое значение при организации и планировании видов и объема специализированной медицинской и медико-генетической помощи населению.

На его основе можно определить: 1) частоту генов в популяции; 2) количество гетерозиготных и гомозиготных индивидов; 3) генетическую структуру популяции. Закон Харди-Вайнберга широко используют в научных исследованиях для проверки различных генетических гипотез, в том числе для оценки популяционно-генетических и демографических процессов, приводящих к его нарушению.

Для примера рассмотрим ситуацию, когда нужно определить количество гетерозиготных носителей в населении. В случае аутосомно-рецессивной патологии, при которой выявления гетерозиготных носителей невозможно, либо оно представляет сложную диагностическую проблему, расчет возможен на основании закона Харди-Вайнберга.

На основании законов Г. Менделя выпишем генотипы соответствующие клиническим проявлениям:

АА - здоровые индивиды, гомозиготные по «нормальному» доминантному аллелю;

Аа - здоровые индивиды, гетерозиготные носители;

аа - больные аутосомно-рецессивным заболеванием.

Тогда p² АА + 2pq Аа + q² аа = 1.

Поскольку АА и Аа фенотипически (клинически) неразличимы, то оценить частоту гена заболевания или частоту гетерозигот можно только на основании закона Харди-Вайнберга. Если известна частота заболевания, то можно полагать, что все больные представляют собой часть распределения генотипов, оцененная как q². Например, заболевание встречается с частотой - 1 больной ребенок на 10 000 новорожденных, то есть:

Величина q и есть частота рецессивного аллеля, которая в данном случае составляет 0,01, а частота доминантного аллеля равна р = 1 - q = 0,99.

Чтобы рассчитать число гетерозигот (Аа) в популяции, нужно рассчитать относительную частоту генотипа Аа, которая равна 2pq = 2 х 0,99 х 0,01 = 0,0198 и полученную величину умножить на количество индивидов в обследованной выборке. Если, например, в обследованном районе проживает 25 тысяч человек, то количество гетерозиготных носителей составит 25 000 х 0,0198 = 495 человек.

Главной концепцией отбора является так называемая дарвиновская приспособленность, определяемая как вероятность дожития и оставления потомства носителем конкретного генотипа по сравнению со средней приспособленностью всех членов популяции. Наследственные болезни, как правило, снижают репродуктивные способности человека. Например, большинство больных с геномными и хромосомными мутациями (т.е. больные хромосомными болезнями) полностью элиминируются из популяции естественным отбором. Больные люди, как гомозиготы, так и гетерозиготы по мутантному гену, в среднем оставляют меньшее число потомков, чем индивиды, которые свободны от действия «мутантного» гена болезни. Это связано с тем, что подобные индивиды часто умирают, не достигнув репродуктивного возраста, или оказываются бесплодными в результате действия мутантного гена. Другие больные, несмотря на потенциально нормальную плодовитость, в силу медико-социальных причин, также остаются бездетными либо оставляют меньшее число потомков в сравнении с индивидами без мутантного аллеля. Очевидно, что вклад больных индивидов в генофонд следующего поколения будет меньше вклада индивидов без мутантного гена, что соответственно приведет к снижению его частоты. Таким образом, отбор, контролирующий селективную неравноценность различных генотипов, приводит к изменению генных частот в последующих поколениях^[1].

Выше мы определили мутационный процесс как события, приводящие к возникновению мутаций. Частота мутаций обычно измеряется вероятностью изменения (мутирования) одного аллеля в течение одного поколения. Например, если за одно поколение мутирует только один аллель из 100 тыс. подобных аллелей, то частота мутирования составляет 1/100 000 (или 10^-5). В естественных условиях частота мутирования обычно составляет 10^-5 - 10^-6. Несмотря на редкость мутаций, они постоянно происходят в популяции и непрерывно поставляют в генофонд новые мутантные аллели, даже если они вредны и вызывают заболевания или приводят к гибели. Таким образом, мутационный процесс приводит к изменению частот генов. Некоторые генетические варианты не имеют заметных фенотипических (клинических) проявлений, т.е. существуют скрытно. Например, вновь возникшие рецессивные мутантные аллели в популяции редки и почти всегда находятся в гетерозиготном состоянии. Это потенциальная (скрытая) генетическая изменчивость может проявиться тогда, когда частота аллеля достигнет величины, обеспечивающей большую вероятность встречи двух идентичных аллелей с образованием гомозиготного генотипа.

Следующим фактором, приводящим к изменению генных частот в популяции, являются миграции населения. Между существующими популяциями человека постоянно происходят миграционные процессы. Они изменяют генетическую изменчивость популяции и могут приводить к изменению частот генов и генотипов. Очевидно, что направленные миграции вызывают либо привнесение в популяцию «новых» аллелей с индивидами выходцами из других популяций, либо оттока конкретных аллелей из популяции с мигрантами. Обычно поток генов, осуществляемый мигрантами, более интенсивный из ближайших популяций. В ситуациях, когда мигрантами являются выходцы из удаленных популяций, в донорскую популяцию могут привноситься гены заболеваний, ранее нехарактерные для нее. Последнее обстоятельство поднимает важную медицинскую проблему, связанную с диагностикой и лечением «новых» для популяции заболеваний.

Под дрейфом генов понимают случайные колебания генных частот, обусловленных ограничением выборки гамет, участвующих в оплодотворении из теоретически неограниченного пула половых клеток родительского поколения. Дрейф генов особенно сильно проявляется в малых изолированных популяциях, обусловливая высокую частоту аутосомно-рецессивной патологии, самопроизвольных прерываний беременности, мертворождений и раннюю детскую смертность. Одним из крайних проявлений дрейфа генов является так называемый «эффект родоначальника». Сущность этого популяционного феномена состоит в том, что, когда основателями новых популяций являются небольшое число индивидов, то подобные популяции будут иметь различные и весьма истощенные генофонды. Естественно, что незначительное число индивидов является носителями только малой части генофонда предковой популяции. В силу этого, с одной стороны, вновь образованная популяция будет обладать меньшим запасом генетической изменчивости, и с другой - с большей частотой будут встречаться гомозиготные индивиды, в том числе по «патологическим» генам. Дрейф генов рассматривают как основной механизм накопления в целом редких аутосомно-рецессивных заболеваний в некоторых этнических группах.

Из бесчисленного множества теоретически возможных генотипов в следующем поколении присутствуют лишь сравнительно немногие из них. Очевидно, что, чем меньше популяция, тем с большей вероятностью частоты аллелей будут изменяться в следующем поколении только в силу случайности выборки гамет. Кроме того, ограниченность численности популяции приводит к неслучайному заключению браков. Чем ближе находятся потенциальные брачные партнеры, тем с большей вероятностью они становятся брачной парой. Крайней степенью неслучайности заключения браков у человека являются браки между родственниками - так называемые родственные браки. В большинстве человеческих сообществ законы или обычаи препятствуют или прямо запрещают родственные браки.

Так как близкие родственники с большей вероятностью имеют одинаковые аллели, чем неродственные индивиды, то дети от браков между ними чаще оказываются гомозиготными по многим аллелям, в том числе обусловливающих патологию. Действительно, в популяции случайная встреча двух носителей аутосомно-рецессивного гена не является частым событием в силу относительной редкости гетерозиготных состояний (табл. 5.3). Однако вероятность ее значительно возрастает в случае родства супругов.

Таблица 5.3. Частота некоторых аутосомно-рецессивных заболеваний среди новорожденных и распространенность гетерозиготного носительства

Поэтому дети, рожденные в родственных браках чаще, чем ожидается, имеют специфические медицинские проблемы такие как, например, врожденные аномалии, наследственные заболевания или умственную отсталость (табл. 5.4). С другой стороны, родители детей с известными редкими рецессивными заболеваниями, или с необъяснимыми пороками, умственной отсталостью часто являются кровными родственниками. Из табл. 5.5. видно: чем реже встречается заболевание, тем чаще больные дети рождаются в родственных браках.

Таблица 5.4. Частота редких аутосомно-рецессивных болезней среди потомства родственных и неродственных браков

Таблица 5.5. Степени родства и пропорция общих генов

Некоторые частые типы близкого родства и процент общих генов представлены в табл. 5.5.

Браки между родственниками первой степени родства (см. табл.) - это так называемые, инцестные браки. В настоящее время они практически во всех государствах запрещены законом. Во многих государствах Западной Европы разрешены родственные браки за исключением браков между братьями и сестрами и родителей с детьми. В некоторых популяциях, чаще всего по экономическим причинам, поощряются браки между двоюродными сибсами.

Среди всех браков в популяции встречаются различные типы кровнородственных браков: чаще всего между двоюродными и троюродными сибсами, между дядей и племянницей и между теткой и племянником. Для того чтобы оценить риск рождения ребенка с наследственным заболеванием в семье кровных родственников важно установить какая степень родства между брачующимися и какая часть генов у них общая? Для этих целей определяют так называемый коэффициент инбридинга. Коэффициент инбридинга - это вероятность того, что два аллеля одного гена идентичны по происхождению. Чем выше степень родства супругов, тем больше коэффициент инбридинга их потомков и, следовательно, больше вероятность того, что оба аллеля одного локуса идентичны. Если конкретные рецессивные аллели «аномальны», то гомозиготность по ним и является причиной наследственного заболевания.

Таким образом, родственные браки также нарушают ожидаемые в соответствии с законом Харди-Вайнберга распределения частот генов в следующем поколении и, что очень важно, имеют серьезные медицинские последствия.

Таким образом, в популяциях человека постоянно действуют все перечисленные факторы, которые могут изменять частоты генов и генотипов и, следовательно, нарушать выполнение закона Харди-Вайнберга. Но следует подчеркнуть, что только естественный отбор является единственным систематическим фактором, способным направленно изменять частоты генов; все другие процессы относятся к случайным, т.е. ненаправленно воздействуют на генетическую структуру популяций.

Синдром Марфана. Это одна из наследственных форм врожденной генерализованной патологии соединительной ткани. Этиологическим фактором синдрома Марфана (СМ) является мутация в гене фибриллина (локализация в хромосоме 15q).

Больные СМ имеют характерный внешний вид: они отличаются высоким ростом, астеническим телосложением, количество подкожно-жировой клетчатки у них снижено (рис. 6.1,а), конечности удлинены преимущественно за счет дистальных отделов, размах рук превышает длину тела (в норме эти показатели совпадают). Отмечаются длинные тонкие пальцы (арахнодактилия, рис. 6.1,б). Часто наблюдается «симптом большого пальца», при котором длинный 1-й палец кисти в поперечном положении достигает ульнарного края узкой ладони (рис. 6.1,в). При охватывании 1 и 5-м пальцами запястья другой руки они обязательно перекрываются (симптом запястья, рис. 6.1,в). Более чем у половины больных отмечается деформация грудной клетки (воронкообразная, килевидная), искривление позвоночника (кифоз, сколиоз), гиперподвижность суставов, клинодактилия мизинцев, сандалевидная щель. Со стороны сердечно-сосудистой системы наиболее патогномоничными являются расширение восходящей части дуги аорты с развитием аневризмы, пролапс сердечных клапанов. Со стороны органов зрения наиболее характерны подвывихи и вывихи хрусталиков, отслойка сетчатки, миопия, гетерохромия радужки. У половины больных отмечаются паховые, диафрагмальные, пупочные и бедренные грыжи. Изредка может наблюдаться поликистоз почек, нефроптоз, понижение слуха, глухота. Психическое и умственное развитие больных не отличается от нормы.

Прогноз жизни и здоровья определяется прежде всего состоянием сердечно-сосудистой системы. Средняя продолжительность жизни при выраженной форме СМ около 27 лет, хотя часть больных доживает до глубокой старости.

При ведении беременных с СМ необходимо помнить о возможности расслоения аневризмы аорты и последующего ее разрыва. Эти осложнения возникают обычно на поздних стадиях беременности.

Нейрофиброматоз (Болезнь Реклингхаузена). Известно семь нозологических форм нейрофиброматоза (НФ), среди которых НФ-1 (периферический нейрофиброматоз) занимает ведущее место.

Это одно из наиболее часто встречающихся моногенных заболеваний. В настоящее время подробно изучена его генетика и клиническая картина. Ген НФ-1 полностью расшифрован, в нем обнаружено более 100 мутаций (транслокации, делеции, вставки, точковые замены), расположен он на 17-й хромосоме. Более половины случаев заболевания являются результатом новых мутаций.

Рис. 6.1. а. Синдром Марфана. Высокий рост, астеническое телосложение.
б. Арахнодактилия (длинные пальцы).
в. Симптом «большого пальца». Симптом «запястья»

Это заболевание проявляется с рождения или в первом десятилетии жизни образованием на коже пигментных пятен типа «кофе с молоком», число и размер которых постепенно нарастает. Форма пятен, как правило, овальная, располагаются обычно они на закрытых участках кожи - на груди, спине, животе (пять и более пятен диаметром от 0,5 см у ребенка и шесть и более пятен диаметром от 1,5 см у взрослого позволяют думать о диагнозе НФ-1 (рис. 6.2 а). С возрастом у больных на коже появляются мелкие опухоли (нейрофибромы) - от единичных до нескольких сотен (рис. 6.2 б). Они могут локализоваться повсюду, в том числе и на слизистых оболочках ротовой полости и языка. Описаны пациенты с числом нейрофибром до 10 000 и более. Нейрофибромы представляют собой мягкие узелки, при надавливании как бы проваливающиеся в кожу, - симптом «кнопки звонка». Подкожные узелки располагаются по ходу нервных стволов (округлые бусинки диаметром 1-2 см, подвижные, не прикрепленные к коже). Помимо этого, у некоторых больных развиваются массивные диффузные опухолевидные образования. Почти у всех больных наблюдаются изменения костной системы - кифоз, сколиоз, псевдоартрозы, локальный гигантизм, неспецифические черепно-лицевые аномалии. Веснушки в подмышечных и паховых складках, пятнистая гиперпигментация кожи верхней части груди и промежности относятся также к частым симптомам этого заболевания (рис. 6.2 в). В ряде случаев, редко в детском возрасте, возможно озлокачествление опухолей.

Рис. 6.2. а. Нейрофиброматоз тип 1. Множественные пятна «кофе с молоком».
б. Нейрофиброматоз тип 1. Множественные нейрофибромы.
в. Нейрофиброматоз тип 1. Веснушки в подмышечной области

Затруднения в обучении наблюдаются у 30% больных. Умственная отсталость неглубокая и не прогрессирующая.

Синдром Холт-Орама (синдром рука-сердце). Синдром Холт-Орама представляет собой моногенный синдром множественных врожденных пороков развития.

Клиническая картина характеризуется аномалиями верхних конечностей и врожденными пороками сердца. Пороки развития руки варьируют от гипоили аплазии 1-го пальца кисти, трехфалангового 1 пальца кисти (рис. 6.3) до гипо- и аплазии лучевой кости (лучевая косорукость). Левая рука поражается чаще.

Рис. 6.3. Синдром Холт-Орама. Гипоплазия 1-ых пальцев

Часто наблюдаются и другие скелетные изменения: гипоплазия лопаток и ключиц, сколиоз, воронкообразная деформация грудины, клинодактилия, синдактилия, гипоплазия костей кисти, запястья.

Врожденные пороки сердца неспецифичны и проявляются в виде дефектов межпредсердной и межжелудочковой перегородок, открытого аортального протока, коарктации аорты, тетрады Фалло, стеноза легочной артерии, пролапса митрального клапана и др.

Родственники больных должны быть тщательно осмотрены и обследованы (рентгенография кисти и эхокардиография) в связи с варьирующей экспрессивностью синдрома и вероятностью выявления минимальных проявлений патологического гена. Диагноз ставится на основании клинико-генеалогических данных и параклинического обследования.

Прогноз жизни зависит от тяжести поражения сердца.

Муковисцидоз (кистофиброз поджелудочной железы). Это заболевание обусловлено генерализованным поражением экзокринных желез. Частота муковисцидоза (МВ) среди новорожденных в европейской популяции составляет 1:2500. В то же время МВ редко встречается в восточных популяциях и у черного африканского населения (1:100 000). Ген МВ локализован на 7-й хромосоме. В нем обнаружено около 1500 мутаций, примерно 300 из которых вызывают клинические проявления. Этот ген детерминирует синтез белка, называемого муковисцидозным трансмембранным регулятором проводимости.

Патогенез болезни обусловлен тем, что при отсутствии синтеза первичного продукта гена (трансмембранного регулятора) нарушается транспорт хлоридов в эпителиальных клетках. Это приводит к избыточному выведению хлоридов, следствием чего является гиперсекреция густой слизи в клетках экзокринной части поджелудочной железы, эпителии бронхов, слизистой оболочке желудочно-кишечного тракта. Выводные протоки поджелудочной железы закупориваются, слизь не выводится, образуются кисты. Ферменты поджелудочной железы не поступают в просвет кишечника. Гиперпродукция слизи в бронхиальном дереве ведет к закупорке мелких бронхов и последующему присоединению инфекции. Подобные процессы развиваются в придаточных пазухах носа и в канальцах семенников. В потовой жидкости повышена концентрация ионов натрия и хлора, что и является основным диагностическим лабораторным тестом.

Различают следующие клинические формы МВ: смешанная (легочно-кишечная - 65-75% от всех больных); преимущественно легочная (15-20%); преимущественно кишечная (5-10%); мекониальный илеус (не более 1%); стертые и абортивные формы (незначительная доля).

На практике наиболее часто приходится сталкиваться со смешанными формами. Первые симптомы заболевания появляются на первом году жизни, как правило, на фоне перенесенной острой респираторной вирусной инфекции и характеризуются навязчивым приступообразным кашлем, явлениями обструкции и воспаления в легких. Рецидивирующий хронический инфекционно-воспалительный процесс осложняется гнойно-обструктивным бронхитом, пневмониями, возникающими несколько раз в год. К вторичным изменениям относятся бронхоэктазы, эмфизема, пневмосклероз, легочное сердце. Параллельно у больных отмечается симптоматика со стороны желудочно-кишечного тракта. Нарушения пищеварения проявляются нарушением прибавки массы тела, вздутием живота, обильным зловонным стулом с примесью жира. Аппетит у детей сохраняется. В дальнейшем в патологический процесс вовлекается печень (жировая инфильтрация, холестатический гепатит, цирроз).

Мекониальный илеус - это врожденная форма заболевания, проявляющаяся в первые сутки после рождения отсутствием отхождения мекония и клиникой полной кишечной непроходимости.

Интеллектуальное развитие у детей не страдает. Прогноз жизни при всех формах, кроме атипичных, неблагоприятный. В настоящее время пациенты со смешанными формами редко живут более 20 лет.

Фенилкетонурия (фенилпировиноградная олигофрения). Фенилкетонурия (ФКУ) - это одна из самых частых форм наследственных дефектов обмена аминокислот. Частота в европейских странах составляет 1:10000 новорожденных. Однако имеются значительные различия в частотах между популяциями. Так, например, в Турции она составляет 1:2600, в Ирландии - 1:4500, в Швеции - 1:30 000, в Японии - 1:119 000. В основе ФКУ лежит дефицит фенилаланина - 4-гидроксилазы, фермента, контролирующего превращение фенилаланина в тирозин. Ген, кодирующий данный фермент, картирован на 12-й хромосоме. Описаны формы фенилкетонурии с дефицитом других ферментов. В результате энзимного блока концентрация фенилаланина увеличивается в организме в десятки раз. Часть его выводится с мочой, а остальное количество превращается в фенилпировиноградную, фенилуксусную, фенилмолочные кислоты и другие фенил-кетоновые производные, которые в норме присутствуют в организме, но в очень небольших концентрациях. Повышение концентрации этих токсических веществ ведет к нарушению формирования миелиновой оболочки вокруг аксонов в центральной нервной системе.

Ребенок рождается без каких-либо симптомов заболевания, но с началом кормления в организм начинает поступать фенилаланин с молоком матери или с искусственным детским питанием, и возникают первые симптомы заболевания. В первые месяцы жизни ребенок может быть беспокойным или, наоборот, вялым, сонливым. Отмечается гипопигментация кожи, волос, радужной оболочки (результат снижения уровня тирозина). От больного ребенка исходит своеобразный «мышиный запах». Неврологические симптомы неспецифичны, наблюдаются не у всех больных и включают мышечную гипотонию или, наоборот, гипертонию, повышение рефлексов. У части детей отмечается микроцефалия. К 6-ти месяцам выявляется задержка психомоторного развития. В это же время манифестируют экзематозные изменения на коже и судорожные приступы. У детей после 3-х лет клиническая картина характеризуется умственной отсталостью (в 95% случаев это имбецильность или идиотия), нарушением поведения (чаще возбуждение, расторможенность, психотические расстройства), судорожным синдромом.

Фенилкетонурия - яркий пример наследственного заболевания с хорошим эффектом раннего профилактического лечения, когда ранняя диагностика заболевания и специфическая диетотерапия (резкое ограничение употребления в пищу фенилаланина) с первого месяца жизни ребенка предотвращает развитие умственной отсталости, нарушение поведения и другие проявления болезни. Диетотерапия проводится постоянно до пубертатного возраста под контролем уровня фенилаланина крови. Недостаток белка в пище компенсируется назначением белковых гидролизатов. В результате лечения эти дети развиваются нормально, учатся в общеобразовательной школе, получают специальность.

Однако у женщин, больных ФКУ, после отмены диетотерапии вновь увеличивается содержание фенилаланина в крови, что при беременности приводит к поражению плода (фенилаланиновая эмбриопатия). Впоследствии у таких детей наблюдаются: микроцефалия, умственная отсталость, врожденные пороки сердца, низкая масса тела при рождении (менее 2500 г). Если же женщина вновь начинает строго соблюдать диету за несколько месяцев до планируемого зачатия и строго придерживается ее в течение всей беременности, то удается избежать рождения детей с различными отклонениями в развитии.

Адреногенитальный синдром (врожденная гиперплазия коры надпочечников). Адреногенитальный синдром (АГС) относится к группе наследственных нарушений биосинтеза стероидных гормонов.

Как известно, процесс образования стероидов многоэтапен. Каждый этап катализируется соответствующим ферментом. В настоящее время известно по крайней мере пять разновидностей наследственных дефицитов ферментов, обеспечивающих синтез стероидов. Все варианты этих нарушений наследуются по аутосомно-рецессивному типу. Распространенность всех форм АГС равна 1:12 000 новорожденных.

Мы рассмотрим наиболее часто (90% случаев) встречающуюся форму - дефицит 21-гидроксилазы. Известны два классических клинических варианта этого заболевания - сольтеряющая форма и простая вирильная форма. Два других (неклассических) называются поздней и латентной (бессимптомной) формами.

Сольтеряющая форма обусловлена полным дефицитом фермента 21-гидроксилазы и проявляется нарушением солевого обмена. В клинике практически с момента рождения наблюдается обильное срыгивание, рвота, сонливость, нарушение периферического кровообращения, потеря массы тела. Биохимическое исследование выявляет гиперкалиемию, гипонатриемию, ацидоз.

Простая вирильная форма характеризуется прогрессирующей вирилизацией, ускоренным соматическим развитием в первые годы жизни, повышенной экскрецией гормонов надпочечников. Диагноз в периоде новорожденности и в раннем детстве можно заподозрить только у девочек, в связи с неправильным строением наружных половых органов (рис. 6.4 а, б). Симптомы вирилизации наружных гениталий колеблются от незначительной гиперплазии клитора до правильно сформированного пениса, с открытием мочеиспускательного канала на головке, с наличием мошонки, но с отсутствием в ней тестикул. Внутренние половые органы сформированы правильно и соответствуют биологическому полу (кариотип 46, ХХ). Они представлены маткой и яичниками. Правильное определение

Рис. 6.4. а. Адреногенитальный синдром. Вирилизация наружных половых органов разной степени у лиц женского пола

Продолжение рис. 6.4. б. Адрено-генитальный синдром. Сестры 7 и 3 лет с адреногенитальным синдромом. Вирилизация наружных гениталий пола ребенка в первые дни жизни позволяет в дальнейшем избежать тягостных формальностей, связанных со сменой пола.

У мальчиков этот диагноз можно предположить лишь в трех-шестилетнем возрасте, когда начинается преждевременное половое развитие - гиперпигментируется мошонка, появляется половое оволосение, грубеет голос (рис. 6.4 в). На первом десятилетии жизни дети, больные АГС, значительно обгоняют своих сверстников в росте, затем темпы роста снижаются. Рост взрослых людей с этим заболеванием составляет около 140 см без соответствующего лечения.

Продолжение рис. 6.4. в. Мальчики 6-и лет. Опережение полового и физического развития у ребенка с адреногенитальным синдромом (справа). Слева - здоровый ребенок

Поздняя форма проявляется в пубертатном периоде. У девочек возникает незначительная гиперплазия клитора, гирсутизм, ускорение костного возраста, различные нарушения менструального цикла. Симптомами заболевания у мальчиков могут быть лишь преждевременное оволосение наружных гениталий и снижение темпов роста за счет раннего закрытия зон роста.

Латентная форма практически не имеет клинических проявлений, но в сыворотке крови отмечается умеренное повышение предшественников кортизола.

Галактоземия. Это заболевание относится к группе наследственных болезней обмена углеводов. Тип наследования аутосомно-рецессивный. В настоящее время выделяют три генетических варианта, которые обусловлены недостаточностью основных ферментов, участвующих в превращении галактозы в клетках печени в глюкозу - галактоземия I типа (недостаточность галактозо-1-фосфат уридил трансферазы), галактоземия II типа (недостаточность галактокиназы), галактоземия III типа (недостаточность галактозо-4-эпимеразы).

Наиболее часто встречается галактоземия I типа (частота 1:15 000 новорожденных). Ген заболевания картирован на хромосоме 9р13. Это наиболее тяжелый тип заболевания, требующий неотложной коррекции.

В основе патогенеза заболевания лежит токсическое действие на мозг, печень, кишечник и почки галактозы и галактозо-1-фосфата, накапливающихся в организме в результате метаболического блока. Токсическое действие заключается в ингибировании бактерицидной активности лейкоцитов.

Галактоземия тип I, манифестирует на 1-2 неделе жизни. У ребенка отмечаются частые срыгивания, плохая прибавка массы тела, нарушения стула. Затем присоединяются симптомы поражения печени - гепатомегалия или гепатоспленомегалия, гипербилирубинемия, повышение уровня печеночных ферментов, гипоальбуминемия, нарушение свертываемости крови, асцит. Нередко отмечаются гипогликемические состояния. У 70% детей, не получающих соответствующего лечения, формируется катаракта в первый месяц жизни. Без соответствующего лечения дети погибают в течение первого полугодия жизни от острой печеночной недостаточности.

Описаны также доброкачественные варианты заболевания, протекающие без выраженных изменений со стороны печени, что вероятно, обусловлено генетической гетерогенностью галактоземии I типа и влиянием средовых факторов.

Основным методом лечения является диетотерапия. Назначение безлактозной смеси приводит к быстрому купированию основных клинических симптомов и восстановлению функции печени. Однако у большинства пациентов, находящихся на строгой диете в дальнейшем возникают неврологические и эндокринологические расстройства.

Диагностику галактоземии сегодня проводят на доклинической стадии путем биохимического скрининга новорожденных. В старшем возрасте основными методами диагностики галактоземии являются биохимические тесты, основанные на определении концентрации галактозы, галактозо-1-фосфата в крови и/или на измерении уровня активности фермента галактозо-1-фосфат уридилтрансферазы (Г1ФУТ) в эритроцитах.

Возможна пренатальная диагностика данного заболевания, для этого исследуют активность фермента Г1ФУТ в культуре клеток плода и определяют наличие галактиола в амниотической жидкости. Возможна и прямая диагностика - выявление мутации в гене этого фермента при ДНК-анализе.

Ппсевдогипертрофическая мышечная дистония Дюшенна. Это одна из самых частых форм рецессивных наследственных нервно-мышечных заболеваний. Мышечные дистрофии характеризуются дегенеративными изменениями в поперечно-полосатой мускулатуре без первичной патологии периферического мотонейрона. Частота ее составляет 1:3000 - 1:5000 мальчиков.

Заболевание обусловлено нарушением синтеза белка дистрофина. Ген дистрофина локализован в коротком плече Х-хромосомы, клонирован и секвенирован. Это самый длинный ген из всех изученных.

Основная симптоматика заболевания заключается в прогрессирующем нарастании мышечных дистрофических изменений с постепенным обездвиживанием больного. У детей до трехлетнего возраста диагностировать заболевание достаточно сложно. Известно, что эти дети несколько отстают в моторном развитии на первом году жизни, они позже начинают сидеть, ходить. Никогда не бегают и не прыгают. Классическая картина заболевания проявляется у детей трех-пяти лет. Одним из первых признаков является уплотнение икроножных мышц и постепенное увеличение их объема за счет разрастания соединительной и жировой ткани. Уже в ранней стадии болезни у детей возникают затруднения при вставании с пола, с «корточек». Из наклоненного вперед положения ребенок поднимается «по себе» (рис. 6.5 а, б). Атрофии мышц бедра и тазового пояса нередко маскируются хорошо развитой подкожно-жировой клетчаткой. Постепенно процесс принимает восходящее направление и распространяется на плечевой пояс, мышцы спины, а затем и на проксимальные отделы рук.

В терминальной стадии слабость мышц может распространяться на мышцы лица, шеи, глотки.

Рис. 6.5. а, б. Мышечная дистрофия Дюшенна. Псевдогипертрофия икроножных мышц. Ряд последовательных движений при принятии вертикального положения (симптом «лестницы») в. Выраженный поясничный лордоз

В развитой стадии болезни имеются такие характерные симптомы, как «утиная» походка, подчеркнутый поясничный лордоз (рис. 6.5в), крыловидные лопатки. Типичны ранние мышечные контрактуры. Псевдогипертрофии могут развиваться также в ягодичных и дельтовидных мышцах, мышцах языка и живота. Очень часто страдает сердечная мышца. Выявляются нарушения сердечного ритма, расширение границ сердца, изменения ЭКГ. Острая сердечная недостаточность - наиболее частая причина смерти. Примерно у 50% детей отмечается снижение интеллекта - от пограничных состояний до выраженной дебильности. Погибают больные, как правило, на третьем десятилетии жизни, а к 14-15 годам они, обычно, обездвижены.

Синдром умственной отсталости с ломкой Х-хромосомой (синдром Мартина-Белл). Синдром Мартина-Белл (СМБ) является одной из наиболее часто встречающихся форм Х-сцепленной умственной отсталости. Популяционная частота СМБ составляет 1:2000-5000 живорожденных, больных мальчиков в 2-3 раза больше, чем девочек.

Этиология этого заболевания была выяснена с помощью методов молекулярно-генетического анализа. Обнаружена экспансия нестабильных тринуклеотидных повторов (CGG)в 5-нетранслируемой области гена FMR-I (fragile mental retardation). В норме в этом гене число повторов варьирует от 6 до 42. Клиническая картина развивается, когда хромосома имеет более 200 повторов.

Внешние особенности больных неспецифичны, но определенное диагностическое значение имеют следующие признаки: высокий рост; крупные кисти и стопы; высокий выступающий лоб; удлиненное лицо, с уплощенной срединной частью; прогнатия; толстые губы (нижняя часто вывернута); клювовидный нос; высокое арковидное небо; «оттопыренные», увеличенные в размерах уши; гиперэластичность кожных покровов; переразгибаемость суставов, плоскостопие (рис. 6.6 а, б). Одним из наиболее типичных проявлений СМБ является макроорхидизм. При рождении тестикулы обычных размеров, но с наступлением пубертатного периода, их размер существенно увеличивается. Увеличение размеров тестикул происходит за счет избыточного роста соединительной ткани и накопления в них жидкости.

Рис. 6.6. Синдром умственной отсталости с ломкой Х-хромосомой.
а. Удлиненное лицо. Массивный подбородок. Толстые губы.
б. Высокий рост. Крупные кисти и стопы. Макроорхидизм

Умственная отсталость, типичная для этого синдрома, оценивается как умеренная или выраженная, хотя у 10-15% обнаруживается глубокая олигофрения и у такого же процента больных - «мягкая» умственная отсталость. У детей отмечается двигательная расторможенность, аутизм. Большинство пациентов социально адаптированы, в состоянии выполнять несложную работу.

Неврологические симптомы включают в себя мышечную гипотонию, судороги (в редких случаях).

Синдром Дауна (болезнь Дауна). Синдром Дауна, как самостоятельная нозологическая форма был описан в 1866 году английским педиатром Л. Дауном, но только в 1959 году французским генетиком и врачом Дж. Леженом с соавторами было доказано, что это заболевание хромосомной природы, а именно - трисомия по хромосоме 21.

Частота этого синдрома составляет 1:700-800 новорожденных. Одинаково часто наблюдается у обоих полов.

В подавляющем большинстве случаев (до 94%) у больных обнаруживается простая трисомия 21 (кариотип - 47,ХХ(ХУ)+21). Около 4% случаев обусловлены транслокационной формой трисомии, с вовлечением других акроцентрических хромосом и в 2% случаев - выявляется мозаицизм.

Дети с синдромом Дауна рождаются с умеренно выраженной пренатальной гипоплазией, средняя масса тела при рождении составляет 3167 г (в норме 3409 г). Течение беременности часто сопровождается токсикозом, угрозой выкидыша. Продолжительность беременности обычно не отличается от нормы.

Диагноз этого заболевания обычно не сложен и основывается на характерных сочетаниях морфологических и функциональных особенностей.

Для больных характерны следующие признаки: округлой формы голова с уплощенным затылком, лоб скошенный и узкий, лицо плоское, типичен эпикант, плоская спинка носа, монголоидный разрез глаз, постоянно открытый рот, толстые губы, большой складчатый язык. Ушные раковины уменьшены и деформированы. Со стороны костно-мышечной системы характерны низкий рост, короткая шея, килевидная или воронкообразная деформация грудины, мышечная гипотония (особенно выраженная у маленьких детей), широкие кисти и стопы с короткими пальцами, поперечная ладонная складка, двухфаланговый мизинец (рис. 6.7 а, б, в). Примерно в 50% случаев у детей отмечаются различные пороки сердца - дефекты межжелудочковой и межпредсердной перегородок, в том числе предсердно-желудочковая коммуникация, аномалии крупных сосудов. Пищеварительный тракт - поражается у 15% больных. Наиболее характерны атрезия или стеноз двенадцатиперстной кишки, несколько реже встречаются атрезии прямой кишки и ануса, а также пищевода. Пороки мочевой системы, хотя и обнаруживаются у 20% умерших, не имеют какой-либо специфичности (гипоплазия и аплазия почек, кисты, гидронефроз). Для всех больных этим синдромом характерна умственная отсталость. Среди детей без врожденных пороков развития дебильность отмечается у 75% детей, имбицильность - у 20% детей, идиотия - у 5% детей.

Рис. 6.7. а. Синдром Дауна. А. Дети разного возраста с характерными чертами синдрома Дауна.
б. Рука ребенка с синдромом Дауна - брахидактилия, четырехпальцевая складка

Продолжение рис. 6.7. в. Резкая гипотония у пациента с синдромом Дауна.
г. Зависимость частоты рождения детей с синдромом Дауна от возраста матери

Средняя продолжительность жизни больных ниже, чем в популяции. В последние десятилетия имеется постоянная тенденция к увеличению продолжительности жизни больных с синдромом Дауна. В настоящее время есть описания больных старше 70 лет.

Прогноз жизни определяется, в основном, наличием пороков развития сердечно-сосудистой и пищеварительной систем. Хотя на первом году жизни дети с этим синдромом часто погибают от пневмоний и острого лейкоза, что связано с несостоятельностью их иммунной системы.

Клинические проявления трисомной и транслокационной форм болезни Дауна совершенно идентичны.

В отношении мозаичной формы существует общее мнение, что у этих пациентов наблюдается большой клинический полиморфизм, варьирующий от почти нормального фенотипа до полной клинической картины синдрома. Эти отличия частично объясняются процентом трисомных клеток, однако прямой зависимости между процентом клеток с добавочной хромосомой 21 и степенью умственного развития нет.

Хорошо известно, что дети с этим синдромом (трисомная форма) чаще рождаются у матерей старше 35 лет (рис. 6.7 г). Причины такой зависимости на сегодня до конца не ясны. В целом около 80% всех случаев синдрома Дауна обусловлено аномальными яйцеклетками и лишь 20% аномальными сперматозоидами.

Зависимость частоты рождения детей с синдромом Дауна от возраста матери показана на графике.

Транслокационные формы, наоборот, чаще встречаются у молодых родителей. Мозаичные формы встречаются с одинаковой частотой во всех возрастных группах.

Синдром Патау. Генетическая природа этого синдрома (т.е. трисомия 13) была расшифрована в 1960 г. американским генетиком К. Патау, по имени которого в дальнейшем он и был назван.

Частота данного заболевания составляет 1:6000 рождений, занимая второе место по частоте встречаемости (после синдрома Дауна) среди полных аутосомных трисомий. Мальчики и девочки страдают этим заболеванием с одинаковой частотой.

Простая полная трисомия 13, как следствие нерасхождения этой пары хромосом в мейозе у одного из родителей (главным образом у матери), встречается в 80-85% случаев. Остальные случаи обусловлены, в основном, передачей дополнительной хромосомы (точнее ее длинного плеча) в какой-либо транслокации. Случаи мозаицизма и другие хромосомные варианты (изохромосома, инверсия) очень редки.

Дети с синдромом Патау рождаются с истинной пренатальной гипоплазией. Средняя их масса при рождении составляет 2500 г, что почти на 900 г меньше средней массы детей при рождении. Продолжительность беременности практически не изменена, осложнением ее почти в половине случаев является многоводие.

Фенотипические признаки синдрома настолько характерны, что позволяют практически сразу заподозрить это заболевание.

Особенно обращают на себя внимание аномалии черепа и лица - микроцефалия, в ряде случаев отмечается выраженная тригоноцефалия, скошенный лоб, узкие глазные щели, гипотелоризм, запавшее переносье, низкорасположенные и деформированные ушные раковины. На коже головы имеются дефекты скальпа овальной или округлой формы, до 1 см в диаметре, дно таких дефектов представлено апоневротическим шлемом.

Наиболее характерными пороками развития являются расщелина губы и неба (рис. 6.8 а) и полидактилия (рис. 6.8 б).

Рис. 6.8. а. Синдром Патау. Новорожденный ребенок. Расщелина губы и неба. Фото прилагается.
б. Синдром Патау. Полидактилия. Фото прилагается

Врожденные пороки сердца отмечаются у 80% детей (комплексы Фалло, Эйзенменгера, недифференцированные сложные пороки). Пороки пищеварительного тракта отмечаются у половины больных. Наиболее часто встречаются незавершенный поворот кишечника, Меккелев дивертикул, нарушение лобуляции печени, гетеротопия в поджелудочную железу ткани селезенки. Пороки развития почек наблюдаются в 60% случаев - наиболее характерным является поликистоз. Половые органы поражаются более чем в 50% случаев - у девочек удвоение матки и влагалища, у мальчиков - гипоплазия полового члена и крипторхизм. Пороки развития органов зрения - анофтальмия, микрофтальмия, дисплазии сетчатки, колобома радужки, помутнение хрусталика встречаются более чем у 70% больных. Центральная нервная система поражается в 100% случаев. Наиболее постоянны пороки переднего мозга.

Продолжительность жизни у детей с синдромом Патау резко снижена. На первом году жизни умирает 95% больных, причем 60-65% в перинатальном периоде. В возрасте старше 3-х лет остаются в живых единицы. Все дети с синдромом Патау имеют тяжелую умственную отсталость (глубокая идиотия).

Синдром Эдвардса. Этот синдром был описан в 1960 г. Д. Эдвардсом и впоследствии получил его имя. Его генетическая природа - трисомия 18.

Частота синдрома Эдвардса среди новорожденных составляет 1:7000. Девочки поражаются примерно в 3 раза чаще. Причины преобладания девочек пока неясны. Трисомия 18 практически во всех случаях является следствием нерасхождения 18-й пары хромосом, как правило, на стадии мейоза, иногда на стадии зиготы (мозаицизм), транслокационные формы очень редки.

Дети с этим синдромом рождаются с низкой массой тела, в среднем - 2180 г (в норме - 3409 г). Срок беременности иногда удлинен, часто диагностируется многоводие. В половине случаев отмечается маленькая плацента, слабая активность плода, единственная пупочная артерия.

Фенотипические проявления при синдроме Эдвардса довольно характерны: череп долихоцефалической формы, нижняя челюсть и отверстие рта маленькие, глазные щели узкие и короткие, ушные раковины маленькие, низкорасположенные, наружный слуховой проход сужен, иногда отсутствует (рис. 6.9 а). Грудина - короткая, грудная клетка - широкая. Характерно флексорное положение кистей (рис. 6.9 б), иногда встречается аплазия большого пальца кисти и лучевых костей, почти в 80% отмечается «стопа-качалка». Из внешних признаков следует упомянуть спинномозговые грыжи, встречающиеся, примерно, в 5% случаев и расщелины губы (обычно односторонние), обнаруживаемые с той же частотой. Из пороков внутренних органов наиболее постоянны пороки сердца и крупных сосудов (90%) - нарушения межжелудочковой перегородки, клапанные пороки, обычно, входящие в состав сложных и комбинированных пороков. Со стороны центральной системы наиболее часто отмечается гипоплазия и аплазия мозолистого тела, гипоплазия мозжечка. Пороки развития желудочно-кишечного тракта включают в себя дивертикул Меккеля, незавершенный поворот кишечника, атрезию пищевода, атрезию желчного пузыря и желчных ходов. Пороки развития мочевой системы отмечаются более чем у половины больных: подковообразная, галетообразная или L-образная почки, удвоения мочеточников, клубочковые и канальцевые кисты.

Со стороны половых органов у мальчиков отмечается крипторхизм в 40% случаев и гипоспадия, а у девочек при гистологическом исследовании яичников - их гипоплазия и задержка созревания примордиальных фолликулов.

Рис. 6.9. а. Синдром Эдвардса. Ушные раковины низко расположены, ротированы назад. Глазные щели узкие и короткие. Нижняя челюсть и отверстие рта маленькие.
б. Флексорное положение кистей

Продолжительность жизни у детей с синдромом Эдвардса резко снижена - 60% больных умирает в возрасте до 3 месяцев. До года доживает 1 ребенок из 10. При мозаичной форме продолжительность жизни значительно выше. Есть описание больной 19 лет. Но все выжившие дети имеют глубокую идиотию.

Это большая группа хромосомных болезней, представленная различными комбинациями дополнительных Х- или У-хромосом, а в случаях мозаицизма - комбинациями различных клонов. Общая частота полисомий по Х- и У-хромосомам составляет 1,5-2,0:1000 новорожденных. В основном это полисомии - 47 ХХХ, 47 ХХУ, 47 ХУУ. Реже встречаются следующие полисомии 48 ХХХХ, 49 ХХХХХ, 48 ХХХУ, 49ХХХХУ, 48 ХУУУ, 49 ХУУУУ, 48 ХХУУ, 49 ХХХУУ.

Синдром трисомии Х. Впервые цитогенетика этого синдрома была описана в 1959 г. Р. Джекобсом. Частота этого синдрома составляет 1:1000-1:2000 новорожденных девочек.

Как правило, физическое и психическое развитие у женщин с этим синдромом не имеет отклонений от нормы. Это объясняется тем, что у них инактивируются две Х-хромосомы, а одна продолжает функционировать, как у нормальных женщин. Изменения в кариотипе, как правило, обнаруживаются случайно при обследовании.

Умственное развитие также обычно нормально, иногда на нижних границах нормы. Лишь у некоторых женщин отмечаются нарушения со стороны репродуктивной функции (различные нарушения цикла, вторичная аменорея, ранняя менопауза).

При тетрасомиях Х (рис. 6.10 а, б) встречается высокий рост, телосложение по мужскому типу, эпикант, гипертелоризм, уплощенное переносье, высокое небо, аномальный рост зубов, деформированные и аномально расположенные ушные раковины, клинодактилия мизинцев, поперечная ладонная складка. У этих женщин описаны различные нарушения менструального цикла, бесплодие, преждевременный климакс.

Снижение интеллекта - от пограничной умственной отсталости до различных степеней олигофрении, описано у двух третей больных. Среди женщин с полисомией Х увеличена частота психических заболеваний (шизофрения, маниакально-депрессивный психоз, эпилепсия).

Рис. 6.10. а. Синдром тетрасомии Х. Страбизм. Широкое переносье. Аномально расположенные ушные раковины. Умственная отсталость.
б. Синдром тетрасомии Х. Высокий рост. Умственная отсталость

При пентасомиях Х увеличивается число патологических симптомов у больных, нарастает степень умственной отсталости.

Синдром Клайнфельтера. Впервые этот синдром был описан в 1942 г. Г.Ф. Клайнфельтером, а в 1959 г. Р. Джекобс и Дж. Стронг подтвердили хромосомную этиологию данного заболевания (47ХХУ).

Синдром Клайнфельтера наблюдается у 1 из 500-700 новорожденных мальчиков; у 1-2,5% мужчин, страдающих олигофренией (чаще при неглубоком интеллектуальном снижении); у 10% мужчин, страдающих бесплодием.

Рис. 6.11. Синдром Клайнфельтера. Евнухоидное телосложение, гинекомастия

В периоде новорожденности заподозрить этот диагноз невозможно. Основные клинические проявления манифестируют в пубертатном периоде. Классическими проявлениями этого заболевания считаются высокий рост, евнухоидное телосложение, гинекомастия (рис. 6.11), но все эти симптомы одновременно встречаются, лишь в половине случаев.

В среднем рост больных с этим синдромом не отличается от здоровых мужчин, гинекомастия обнаруживается у 25% пациентов. Наружные половые органы сформированы по мужскому типу, размеры полового члена нормальные, яички резко уменьшены в размерах (их диаметр не более 1,5 см). Именно микроорхидизм является главным клиническим признаком этого синдрома. Объем эякулята снижен, постоянна азооспермия. Мужчины с этим синдромом бесплодны.

У больных отмечается скудность или отсутствие оволосения на лице, в подмышечных впадинах, на груди. На лобке оволосение располагается по женскому типу. У этих пациентов достаточно часто отмечают уплощенный затылок, гипертелоризм, эпикант, выступающие надбровные дуги, высокое небо, аномальный рост зубов, клинодактилия мизинцев. Умственная отсталость отмечается в 25-50% случаев. Степень умственной отсталости колеблется от пограничных состояний до дебильности различной тяжести. Больным свойственны неустойчивость внимания, повышенная утомляемость и отвлекаемость, снижение работоспособности, повышенная внушаемость, снижение инициативности, неспособность к длительному волевому действию, незрелость суждений.

Дальнейшее увеличение числа Х-хромосом (48ХХХУ, 49ХХХХУ) в кариотипе ведет к большей степени интеллектуального дефекта и более широкому спектру симптомов у пациентов.

Синдром дисомии по У-хромосоме. Этот синдром впервые описали A.A. Сандберг c соавторами в 1961 г., определив его цитогенетику - 47 ХУУ.

Частота этого синдрома среди новорожденных мальчиков составляет 1:840 и возрастает до 10% у высокорослых мужчин (выше 200 см).

У большинства больных отмечается ускорение роста в детском возрасте. Средний рост у взрослых мужчин составляет 186 см. Они в большинстве случаев не отличаются от нормальных индивидов по физическому и умственному развитию. Заметных отклонений в половой, эндокринной сферах и в плодовитости нет. У части больных отмечаются евнухоидные черты телосложения и диспластические признаки, грубые черты лица, выступающие надбровные дуги и переносье, увеличенная нижняя челюсть, высокое небо, аномальный рост зубов с дефектами зубной эмали, большие ушные раковины, патология коленных и локтевых суставов (вальгусная девиация). Наличие добавочной У-хромосомы приводит к отставанию умственного развития и эмоционально-волевым нарушениям. Для больных характерны дефицит воли, патологическое стремление к самоутверждению, импульсивность и др.

Продолжительность жизни у таких больных не отличается от популяционной.

Синдром Шерешевского-Тернера. Впервые этот синдром был описан в 1925 г. русским врачом Н.А. Шерешевским. В 1938 г. также клинически, но более полно этот синдром был описан Ц. Тернером. Этиология этого заболевания (моносомия по Х-хромосоме) была раскрыта Ч. Фордом в 1959 г.

Частота этого заболевания составляет 1:2000-5000 новорожденных девочек.

Наиболее часто при цитогенетическом исследовании обнаруживается кариотип 45ХО (в 45% случаев), однако также встречаются другие формы хромосомных аномалий по Х-хромосоме. Это делеции короткого или длинного плеча Х-хромосомы, изохромосомы, кольцевые хромосомы, а также различные варианты мозаицизма (30-40%).

Рождение девочек с этим синдромом не связано с возрастом родителей. Беременность протекает, как правило, без осложнений, нормальной продолжительности, но дети рождаются с умеренной пренатальной гипоплазией.

В периоде новорожденности у больных с кариотипом 45Х0 наиболее убедительными признаками этого заболевания являются короткая с кожными складками шея (шейный птеригиум) (рис. 6.12 а) и лимфатический отек кистей и стоп (50% случаев, рис. 6.12 б). При отсутствии этих симптомов диагноз в раннем возрасте затруднителен. В дальнейшем обращает на себя внимание отставание в росте.

Рис. 6.12. а. Синдром Шерешевского-Тернера. Новорожденная девочка. Шейный птеригиум.
б. Синдром Шерешевского-Тернера. Лимфатический отек голеней и стоп у новорожденной.
в. Синдром Шерешевского-Тернера. Шейный птеригиум. Широкая грудная клетка. Гипертелоризм сосков

В пубертатном периоде именно низкорослость заставляет родителей обратиться к врачу.

Обращает на себя внимание наличие множественных малых аномалий развития - антимонголоидный разрез глаз, птоз, эпикант, ретрогения, низкорасположенные ушные раковины, короткая шея (иногда птеригиум), низкий рост волос на шее, широкая грудная клетка, гипертелоризм сосков (рис. 6.12 в), вальгусное положение локтей, клинодактилия мизинцев.

В пубертатном периоде наблюдается отсутствие формирования вторичных половых признаков (почти нет железистой ткани молочных желез, соски недоразвиты, ареолы узкие, отсутствует оволосение на лобке и в подмышечных впадинах), первичная аменорея.

Гонады больных представлены соединительнотканными тяжами, в которых находят либо совершенно недифференцированные рудименты, половая принадлежность которых не устанавливается, либо рудименты женских гонад без овариальных элементов. Крайне редко обнаруживаются примордиальные фолликулы. Деторождение у таких больных невозможно.

Из внутренних органов наиболее часто поражается сердце (в 25%) случаев - чаще это коарктация аорты, реже - персистирование артериального протока и другие пороки. Другим часто поражаемым органом являются почки. Наиболее частый порок - подковообразная почка, реже - гипоплазия, пиелоэктазия, гидронефроз.

Интеллект больных с синдромом Шерешевского-Тернера сохранен, однако для них характерен своеобразный житейский практицизм, подчиняемость, узость интересов, малая продуктивность мышления.

При мозаичных формах отмечается стертая клиническая картина. У части больных нормально развиты вторичные половые признаки, имеются менструации. У некоторых больных возможно деторождение.

Выше были описаны синдромы, обусловленные избыточным числом хромосом (трисомии, полисомии), или отсутствием хромосом (моносомии), т.е. геномными мутациями.

Хромосомные болезни, обусловленные хромосомными мутациями, очень многочисленны. Клинически и цитогенетически идентифицировано более 100 синдромов. Один из них синдром «Кошачьего крика».

Синдром «Кошачьего крика». Синдром был описан в 1963 г. Дж. Леженом. Частота его среди новорожденных составляет 1:45 000. Соотношение полов составляет 1:1,3. Причиной данного заболевания является делеция от трети до половины длины короткого плеча одной из 5-й пары хромосом (5р-). Показано, что лишь небольшой участок короткого плеча хромосомы 5 ответственен за развитие полного клинического синдрома. Изредка отмечается мозаицизм по делеции или образование кольцевой хромосомы 5.

Наиболее характерным симптомом этого заболевания является специфический плач, похожий на кошачий крик. Возникновение специфического плача связано с изменениями гортани - сужением, мягкостью хрящей, отечностью или необычной складчатостью слизистой, уменьшением надгортанника. Также у этих детей часто диагностируются микроцефалия, низкорасположенные и деформированные ушные раковины, микрогения, лунообразное лицо, гипертелоризм, эпикант, монголоидный разрез глаз, страбизм и мышечная гипотония (рис. 6.13). Дети резко отстают в физическом и умственном развитии.

Такие диагностические признаки, как «кошачий крик», лунообразное лицо и гипотония мышц с возрастом исчезают полностью,

Рис. 6.13. Синдром «кошачьего крика» Микроцефалия. Лунообразное лицо. Страбизм. Низкорасположенные ушные раковины а микроцефалия, наоборот, становится более очевидной, прогрессирует и умственная отсталость.

Врожденные пороки развития внутренних органов встречаются редко, наиболее часто поражается сердце (дефекты межжелудочковой и межпредсердной перегородок).

Все больные имеют тяжелую степень умственной недостаточности. Продолжительность жизни у больных с синдромом 5р- значительно выше, чем у пациентов с аутосомными трисомиями.

Исходным фактором, определяющим развитие любого признака, является генотип. Особенности генотипа организма формируются в момент оплодотворения, однако степень последующего развития некоторых признаков в значительной мере зависит от внешних факторов, воздействующих на организм во время его развития. Так, например, использованный Г. Менделем сорт гороха с длинным стеблем достигал высоты 180 см. Для этого ему были необходимы соответствующие условия: достаточное освещение солнцем, удобренная почва и обильное орошение водой. В отсутствии этих условий растения хотя и вырастали более высокими по сравнению с карликовым сортом, однако оказывались ниже растений, развивающихся в благоприятных условиях, так как ген «высокого» стебля не мог в полной мере проявить свое действие.

Ярким свидетельством влияния условий внешней среды на проявление генотипа у человека являются результаты исследования близнецов. Например, если развитие одного из близнецов монозиготной близнецовой пары (т.е. близнецов с идентичной генетической конституцией) проходило в неблагоприятных социально-экономических условиях по сравнению с другим близнецом, то его физическое и интеллектуальное развитие будет существенно ниже показателей близнеца, воспитанного в благоприятных условиях. Отсюда следует закономерный вывод о том, что на проявление гена в большей или меньшей степени могут оказывать влияние и условия среды.

У человека наследование большинства нормальных и патологических признаков (в том числе заболеваний и врожденных пороков развития) не соответствуют четким менделевским закономерностям.

Давно известно, что для некоторых нормальных признаков отмечена тенденция к семейному накоплению. Можно привести родословные известных деятелей науки, культуры, общественных деятелей, в которых отмечается накопление талантливых или выдающихся личностей. С другой стороны, в медицине давно известен факт, что определенные заболевания, такие как сахарный диабет, гипертоническая болезнь, шизофрения, изолированные врожденные аномалии (например, врожденный вывих бедра) и многие другие много чаще наблюдаются у родственников больных, чем в популяции. Наиболее подходящее объяснение наблюдаемых закономерностей заключается в предположении, что для развития подобных признаков или заболеваний необходимы не только определенные условия внешней среды, но и наличие вполне определенной генетической конституции организма. Важно отметить, что для развития такого заболевания обязательны и средовой и наследственный компоненты.

При рассмотрении законов Г. Менделя не учитывалось влияние среды, поскольку полагали, что в случаях моногенного наследования быть или не быть признаку зависело только от того, наследует или не наследует организм соответствующую генетическую конституцию. Тем не менее даже для некоторых заболеваний, развитие которых контролируется одним конкретным геном, удается изменить характер патологического процесса, изменяя условия среды. Например, при наследственном моногенном заболевании - галактоземии - организм ребенка не в состоянии нормально использовать галактозу. В обычных для ребенка условиях внешней среды, т.е. при кормлении материнским или коровьим молоком, ребенок получает галактозу в составе молочного сахара. Именно поэтому обычное вскармливание ребенка с галактоземией приводит к развитию слабоумия, поражению печени и глаз. Если же галактозу исключить из питания, то дети, несмотря на аномальную генетическую конституцию (гомозиготы по мутантному аллелю), могут нормально развиваться. В случае галактоземии, как и в случаях других моногенных заболеваний (например, фенилкетонурии см. гл. 6), аномальная генетическая конституция в строгом смысле только предрасполагает организм к заболеванию.

Другим показательным примером является дефицит α₁-антитрипсина (α₁АТ). α₁АТ - это гликопротеин, являющейся ингибитором ряда протеолитических ферментов, в том числе находящихся в лейкоцитах. Синтез данного фермента происходит в печени. Дефицит α₁AT обнаруживается у гомозигот по редкому рецессивному аллелю (ZZ). При воспалительных процессах в случаях недостаточности данного фермента протеолитическая активность лейкоцитов значительно повышена, что приводит к поражению тканей легкого (аутолиз). Постепенно стенки альвеол разрушаются, и развивается эмфизема легких. Курение особенно опасно для этих индивидов, поскольку никотин резко снижает активность α₁АТ. У гомозиготных индивидов, которые воздерживаются от курения и избегают воздействия различных внешнесредовых факторов, раздражающих бронхи, заболевание может и не развиться или проявится значительно позднее.

Приведенные примеры свидетельствует, что организм с генетической конституцией, способной реализоваться в болезнь, но не испытывающий влияния соответствующих (разрешающих) факторов среды, не заболевает.

Рассмотренные в предыдущих разделах генные и хромосомные болезни полностью определяются патологической наследственностью, т.е. мутациями. Вместе с тем известен широкий круг заболеваний, таких как, например, гипертоническая болезнь, некоторые формы сахарного диабета, бронхиальная астма, язвенная болезнь желудка, атеросклероз, шизофрения, врожденные пороки развития и многие другие, возникновение которых во многом зависит от факторов внешней среды.

Возникновение широко распространенных заболеваний, которые вносят наибольший вклад в заболеваемость, инвалидизацию и смертность населения, определяется взаимодействием наследственных факторов и разнообразных факторов внешней среды. Эту многообразную группу патологий называют болезнями с наследственным предрасположением или мультифакториальной патологией. В основе наследственной предрасположенности к болезням лежит большое генетическое разнообразие (генетический полиморфизм) популяций человека по ферментам, структурным, транспортным белкам и антигенным системам.

Данные о роли наследственности в возникновении подобных заболеваний были получены в различных исследованиях.

В отличие от моногенных заболеваний анализ родословных не позволяет диагностировать болезни с наследственным предрасположением. Как было показано ранее (см. гл. 3), моногенные признаки дискретны, поскольку мутантные аллели обусловливают различающиеся фенотипы. Анализ родословных при подобных заболеваниях позволяет понять их наследственную природу. При болезнях с наследственным предрасположением соотношение здоровых и больных, как правило, не соответствует менделевскому расщеплению. Это и понятно, поскольку для возникновения мультифакториальных болезней необходимо действие факторов внешней среды. Очевидно, что разные индивиды даже в рамках одной родословной подвержены воздействию различных факторов среды. Например, члены одной семьи могут работать в различных сферах народного хозяйства, контактировать с различными физическими или химическими веществами или биологическими объектами и даже проживать в различных климатических условиях и т.д. Вместе с тем известно, что для мультифакториальных заболеваний вероятность (или риск) развития заболевания у родственников больного гораздо выше, чем в популяции.

Наследственная предрасположенность к различным заболеваниям может иметь различную генетическую основу. В некоторых случаях наследственная предрасположенность определяется одним единственным мутантным геном, в других - формируется при совместном действии нескольких генов. В первых случаях говорят о моногенной предрасположенности; во вторых случаях - о полигенной основе заболевания.

Моногенные болезни с наследственной предрасположенностью характеризуются тем, что предрасположенность к развитию заболевания определяется только одним мутантным геном. Для патологического проявления мутантного гена требуется обязательное действие, как правило, специфического внешнесредового фактора. Такие воздействия могут быть связаны с физическими, химическими, в том числе лекарственными препаратами, и биологическими факторами. Без воздействия специфического (разрешающего) фактора даже при наличии в генотипе мутантного гена заболевание не развивается. Если индивид не обладает подобной мутацией, но подвержен влиянию специфического фактора среды, заболевание также не развивается. Приведенная схема (рис. 6.14) иллюстрирует возможные варианты при моногенной предрасположенности.

Рис. 6.14.

К настоящему времени известно более 40 генов, мутации которых могут вызывать болезни при действии «проявляющих» факторов среды, специфичных для каждого гена.

Полигенные болезни с наследственным предрасположением определяются сочетанием аллелей нескольких генов. Любой из генов, входящих в «комплекс предрасположенности», как правило, оказывает малое, но суммирующееся влияние на формирование предрасположенности. Генетики называют подобное влияние аддитивным (анг. additive - добавка). На практике возникают значительные трудности в дифференцировке ситуаций, когда заболевание обусловлено только полимерным характером взаимодействия генов или сочетанием взаимодействия нескольких генов и факторов среды (мультифакториальные заболевания).

Мультифакториальные признаки могут быть прерывными или непрерывными, однако любая подобная болезнь (или признак) всегда определяется взаимодействием гена (или многих генов) и факторов внешней среды.

По многим признакам в населении отмечается непрерывный ряд переходов от минимальных значений признака до максимальных его величин (рис. 6.15). Большинство людей относятся к средней части распределения и только очень незначительное число попадают в крайние части (как слева, так и справа от средней части). Признаки, для которых характерен подобный тип распределения, обусловлены совместным действием многих генов и многих факторов среды.

Рис. 6.15. «Колоколообразное» распределение индивидов в популяции по росту. Оригинальный рисунок

Большинство нормальных и патологических характеристик человека являются непрерывными мультифакториальными признаками. Подобные признаки имеют непрерывное распределение в популяции. Так, например, в норме по росту в популяции существует непрерывная изменчивость: от низкого роста до очень высокого со средним значение близким к 170 см. (рис. 6.15). Распределение по росту соответствует так называемому нормальному распределению («колоколообразная» кривая), при котором большинство индивидов находятся вблизи среднего значения. Такое распределение значений любого свойства организма (в данном случае роста) является характеристикой непрерывного мультифакториально обусловленного признака. Описанное распределение характерно для таких признаков как рост, масса тела, интеллект, размер эритроцитов, количество лейкоцитов, содержание сахара в крови, кровяное давление, окраска кожных покровов и т.д.

В медицине известен целый ряд аномалий и различных заболеваний, в отношении которых допускают, что они возникают у лиц с мультифакториальным предрасположением, превышающим некоторый порог. Для подобных патологических состояний отмечается более высокая частота у близких родственников по сравнению с общей популяцией, зависимость величины риска развития заболевания от степени родства с заболевшим и тяжестью заболевания пробанда. Как правило, в родословных пробандов не наблюдается характерного для моногенных заболеваний распределения больных и здоровых.

Особенности наследования прерывистых мультифакториальных заболеваний хорошо демонстрируются на примере врожденного порока развития - расщелины губы и неба. Родители ребенка с данным врожденным пороком, как правило, здоровы. Однако рождение больного ребенка свидетельствует, что каждый из них является носителем многих аддитивных, условно аномальных генов, количество которых все же недостаточно для формирования дефекта. Если ребенок случайным образом унаследует критическое число «аномальных» генов, т.е. превысит порог, у него возникает порок развития - расщелина губы. Предрасположенность (определяемая генетическими факторами) в данном случае может соответствовать кривой нормального распределения (рис. 6.16). Часть популяции, располагающаяся справа от порогового уровня, соответствует частоте заболевания в популяции, равной для данного порока 0,1%. Для родителей больного ребенка кривая предрасположенности сдвигается вправо. Это означает, что для родственников первой степени родства частота (или риск) заболевания составляет уже 4%. Близость к порогу конкретных индивидов в популяции отражается накоплением у них микропризнаков или микроформ, обнаруживаемых в зоне развития порока (таких, например, как расщепление язычка, аномалии зубов и прикуса, асимметрия прикрепления крыльев носа и др.).

Рис. 6.16. Распределение предрасположенности в популяции среди родствен-

Для любого подобного признака или заболевания можно утверждать, что индивиды, расположенные левее от линии порога, распределены по отдельным генетическим классам (в зависимости от генетической конституции). Если в классах, расположенных в левой части кривой, болеет очень небольшая доля лиц, то по мере сдвига вправо частота больных увеличивается вплоть до подавляющего большинства в крайней правой части кривой. В медико-биологическом смысле это означает, что при низкой генетической предрасположенности для развития заболевания необходимо очень неблагоприятное сочетание многих средовых факторов. При высокой генетической предрасположенности заболевание способно развиться как бы без видимых предрасполагающих воздействий среды.

Для решения многих теоретических проблем и практических медицинских задач, связанных с мультифакториальными заболеваниями, требуется определить меру участия наследственности и среды в возникновении патологии. Особое значение в изучении сложнонаследуемых признаков и заболеваний имеют результаты генетических исследований близнецовых пар.

Известны два типа близнецов: первый тип представлен монозиготными близнецами (часто называемыми идентичными близнецами); второй тип - дизиготные близнецы. Как предполагает название, монозиготные близнецы происходят из единой оплодотворенной яйцеклетки (зиготы), разделившейся на ранних стадиях развития на два изолированных эмбриона. Поскольку монозиготные близнецы происходят из одной оплодотворенной яйцеклетки, их иногда называют однояйцовыми близнецами. Дизиготные близнецы возникают в случаях двойной овуляции (одновременного созревания двух яйцеклеток), когда каждая яйцеклетка оплодотворяется отдельным сперматозоидом. Именно поэтому дизиготных близнецов иногда называют двуяйцовыми близнецами. Дизиготные близнецы генетически сходны, как два брата, или как две сестры, или как брат и сестра, т.е. они сходны между собой не более чем братья и сестры, рожденные порознь. Монозиготные близнецы, поскольку они происходят из одной яйцеклетки, оплодотворенной одним сперматозоидом, всегда генетически идентичны. Эта характеристика монозиготных близнецов является важным условием не только для доказательства значения наследственных факторов в возникновении заболеваний, но и для оценки влияния наследственности и среды на формирование признака или возникновения заболевания. В то время как различия между дизиготными близнецами по любому признаку могут возникать как в результате внешнесредовых воздействий, так и как следствие их генетических различий или комбинации - различия между монозиготными близнецами возникают только в результате внешних факторов, поскольку они генетически идентичны. Если возникновение признака (или его отсутствие) в значительной степени зависит от генетической конституции, тогда у монозиготных (идентичных) близнецов совпадение (наличие или отсутствие признака) будет наблюдаться гораздо чаще, чем у дизиготных близнецов. И наоборот, если участие генетических факторов в возникновении (отсутствии) признака мало или несущественно, тогда частота похожести монозиготных близнецов не будет отличаться от частоты похожести дизиготных близнецов. Внутрипарное сходство близнецов (т.е. похожесть друг на друга) в отношении какого-либо признака носит название конкордантности. Конкордантность определяется как процент случаев, когда оба близнеца одной пары имеют (или не имеет) признак. Если один близнец из пары имеет признак (болен), а другой не имеет рассматриваемого признака (здоров), такие пары близнецов называются дискордантными. Например, при обследовании 100 пар идентичных близнецов в 75 парах оба близнеца страдали конкретным заболеванием, в то время как в остальных 25 парах был болен только один близнец из пары. Таким образом, конкордантность в этом случае составила 75%. (75 из 100).

Значение показателя конкордантности в значительной мере зависит от степени генетической детерминации признака (болезни) и типа наследования. Если признак (заболевание) полностью определяется наследственными факторами, то конкордантность монозиготных близнецов будет 100%. Конкордантность дизиготных близнецов в данном случае зависит от типа наследования. Например, конкордантность дизиготных близнецов в случае аутосомно-доминантного типа наследования признака или болезни (при полной пенетрантности) составит 50. В таблице 6.1 приведен перечень некоторых заболеваний, для которых с помощью близнецового метода выявлена генетическая основа.

Таблица 6.1. Выборки близнецов с мультифакториальными и инфекционными заболеваниями

Для всех перечисленных заболеваний конкордантность монозиготных близнецов выше конкордантности дизиготных близнецов, что свидетельствует о мультифакториальной природе, то есть об участии генетических факторов в их возникновении. Вместе с тем следует подчеркнуть, что сама по себе высокая конкордантность еще не свидетельствует об участии генетических факторов в подверженности. Для подобного вывода необходима значимая разность между показателями конкордантности монозиготных и дизиготных близнецовых пар. Например, конкордантность моно- и дизиготных близнецов по заболеванию корью весьма высоки, однако отношение конкордантностей почти равно единице, что указывает на отсутствие генетической компоненты в предрасположенности к данному заболеванию в отличие от подверженности к другому инфекционному заболеванию - туберкулезу.

Понимание мультифакториальной природы конкретных заболеваний и знание факторов риска для них позволяет разрабатывать и применять эффективные мероприятия по их предупреждению. Для некоторых заболеваний именно профилактика, основанная на устранении внешних влияний, является решающей в снижении риска их развития. Например, в семьях с повторными случаями рака легкого отказ от курения многократно снижает риск возникновения заболевания. Другим примером эффективности профилактических мероприятий может служить ишемическая болезнь сердца или гипертоническая болезнь. Соблюдение соответствующей диеты с низким содержанием жиров и углеводов, правильная организация режима труда и отдыха способны надолго задержать развитие болезни или предотвратить тяжелые ее проявления.

Результаты изучения генетических основ болезней с наследственным предрасположением способствовало идентификации (выявлению) главных генов предрасположенности к конкретным заболеваниям и позволили оценить патогенетическую значимость продуктов подобных генов, например, генов, контролирующих структуру рецепторов различных нейромедиаторов, холестерина, иммуноглобулина Е, фактора VIII свертывания крови и другие. Это может оказаться решающим в разработке и внедрении принципиально новых методов профилактики и лечения таких распространенных заболеваний, как онкологическая патология, бронхиальная астма, сахарный диабет, гипертоническая болезнь и многие другие широко распространенные заболевания.

В настоящее время симптоматическое лечение для большинства наследственных форм является единственно возможным. Классическим примером такого вида лечения является терапия муковисцидоза (кистофиброза поджелудочной железы). При наличии симптоматики со стороны поджелудочной железы назначаются ферментные препараты (панзинорм, фестал, мезим-форте и др.), при изменении функции печени - эссенциале, метионин, холин и др. Нарушения дыхательной функции наиболее сложно поддаются коррекции - для этого применяются бронхоспазмолитические и муколитические препараты. Для борьбы с инфекционными осложнениями используется широкий спектр противовоспалительной терапии. При лечении муковисцидоза очень широко используются физиотерапевтические процедуры, массаж, ингаляции, лечебная гимнастика.

Необходимо подчеркнуть, что симптоматическая терапия используется и будет в дальнейшем использоваться наряду с самыми современными методами патогенетического и этиологического лечения.

Благодаря знаниям молекулярной и биохимической генетики появляются новые возможности изучения патогенеза каждого заболевания, а соответственно и разработки новых методов патогенетической терапии.

При патогенетических подходах к лечению наследственной патологии исходят из того, что у больных либо образуется аномальный белок (фермент), либо нормального белка вырабатывается недостаточно. За этим следует изменение цепи превращения субстрата или его продукта. Для одной и той же болезни можно использовать вмешательства на различных этапах развития патологического процесса. В целом патогенетические подходы к лечению наследственной патологии можно представить следующим образом: если ген не работает, то необходимо возместить его продукт; если ген производит не то, что нужно, и образуются токсические продукты, то необходимо удаление таких продуктов и возмещение основной функции; если ген производит много продукта, то избыток последнего удаляют.

Сложности этиологического лечения наследственных болезней очевидны, хотя уже имеются определенные возможности для их решения.

Принципиально вопросы генной терапии у человека уже решены, т.е. на сегодняшний день определенные гены можно изолировать, а изолированные гены реально встроить в чужеродные клетки. Осуществление генной терапии возможно двумя путями. Либо через трансгеноз (перенос генетического материала) изолированных из организма соматических клеток in vitro либо через прямой трансге-ноз клеток в организме.

Этот вид лечения занимает существенное место в помощи больным с наследственной патологией. Зачастую необходимость в хирургической коррекции возникает непосредственно сразу после рождения ребенка (стенозы и атрезии пищевода, атрезии ануса и др.)

Трансплантация органов и тканей, как метод лечения наследственных болезней, в настоящее время находит широкое применение в медицинской практике.

Пластическая хирургия очень широко применяется при лечении различных аномалий развития у детей и взрослых.

Изучение строения и функции хромосом привело к выделению самостоятельного раздела области науки - цитогенетики. Началом развития цитогенетики человека можно считать 50-60 годы, когда впервые появились публикации работ, в которых удалось получить убедительные картины морфологии всех Х-хромосом человека и правильно определить их диплоидное число.

Суть цитогенетических методов, при всем разнообразии отдельных этапов, заключается в микроскопическом анализе хромосом, позволяющем выявить числовые и структурные изменения хромосомного набора (кариотипа), так называемые хромосомные и геномные мутации. В 50-х гг. нашего столетия использование цитогенетических методов послужило толчком к открытию этиологии нового класса заболеваний у человека - хромосомных болезней. В 1959 г. впервые появились сообщения о специфических изменениях числа хромосом при синдроме Дауна (добавочная 21-я хромосома), аномалиях в системе половых Х-хромосом. Далее, в течение достаточно короткого периода времени описаны и другие хромосомные болезни. Цитогенетические методы стали широко входить в медицину. Было выявлено, что множественные пороки развития у новорожденных часто обусловлены нарушением хромосом. Значительная часть хромосомных и геномных мутаций выявлена у мертворожденных и спонтанно абортированных эмбрионов. Стала развиваться и цитогенетика злокачественных опухолей человека. Таким образом, в настоящее время цитогенетика прочно вошла в клиническую медицину.

Методы цитогенетического исследования можно условно подразделить на прямые и непрямые. Прямые методы - это методы получения препаратов делящихся клеток без культивирования. Непрямые методы - это получение препаратов хромосом из клеток, культивированных в искусственных питательных средах. При обоих методах объектом цитогенетического исследования являются хромосомы в стадии метафазы митоза, поскольку, как уже говорилось выше, именно на этой стадии возможна точная идентификация хромосом и выявление их нарушений. Исследование хромосом в мейозе также возможно, однако у человека это связано с методическими трудностями в получении биоптатов из половых желез.

Прямые методы позволяют проводить хромосомный анализ клеток опухолей, но в основном используются для изучения костного мозга. Костный мозг получают при стернальной пункции, помещают его в питательную среду, добавляют колхицин (он останавливает деление клеток на стадии метафазы митоза), инкубируют клетки около 2-3 часов при 37 °С, а затем готовят препараты хромосом.

Непрямые методы связаны с культивированием клеток. Наиболее простым и доступным методом в клинической цитогенетике является анализ хромосом лимфоцитов периферической крови человека на стадии метафазы. Для этого используется цельная периферическая кровь, полученная при соблюдении стерильных условий, в количестве 1,0 мл. Кровь помещают в питательную среду с добавлением митогена ФГА (фитогемагглютинина), стимулирующего митотическое деление лимфоцитов. Далее культура помещается в термостат и при 37 °С культивируется 48-72 часа. За 2 часа до окончания культивирования вводится колхицин. Приготовление препаратов хромосом проводится по общепринятым методам, описанным в соответствующих лабораторных справочниках.

Препараты хромосом можно получать и из других клеток и тканей, используя различные модификации описанного метода культивирования лимфоцитов. Так, в пренатальной диагностике наиболее часто используют получение хромосом из клеток ворсин хориона, плаценты, пуповинной крови и амниотической жидкости, эмбриональных органов. Разработаны различные варианты приготовления препаратов хромосом путем «прямых» методов, краткосрочной культивации, культивирования в течение 2-3 суток и, наконец, длительного культивирования в течение нескольких недель.

Очень важным моментом для анализа хромосом является их окрашивание. Сплошное или равномерное окрашивание хромосом получило название рутинной окраски. Для рутинной окраски используют простые красители: азурэозин или краситель Гимза. Пример метафазной пластинки, окрашенной красителем Гимза, представлен на рисунке (рис. 7.1).

Рис. 7.1. Метафазная пластинка; окрашивание хромосом красителем Гимза

Использование такого метода окрашивания позволяет провести подсчет хромосом и их групповую принадлежность, проанализировать повреждения хромосом, называемые хромосомными аберрациями (рис. 7.2). Однако этот метод имеет ограничения при кариотипировании, поскольку не дает возможности индивидуальной идентификации хромосом. Методы окраски хромосом, дающие достаточно полное представление о кариотипе, появились в 70-х гг. нашего столетия - это методы дифференциального окрашивания хромосом. Большое практическое значение этих методов состоит в том, что дифференциальная окраска позволяет идентифицировать все хромосомы человека, благодаря специфическому линейному рисунку - продольной окрашиваемости для каждой хромосомы в соответствии с типом окраски. На практике наибольшее применение получили методы дифференциальной окраски красителем

Рис. 7.2. Метафазная пластинка с хромосомными абберациями (указаны стрелочками)

Гимза (G-окраска) и флюоресцирующим красителем акрихином или акрихин-пиритом (Q-окраска) (рис. 7.3).

Рис. 7.3. Метафазная пластинка с дифференциальной окраской хромосом (46,XY) акрихин-ипритом

Для каждого из видов окраски разработаны многочисленные модификации технического выполнения этапов, в этих случаях применяется трехбуквенная система обозначения вида окраски. Например, G-метод с применением трипсина (GTG); Q-метод с использованием акрихина и его производных (QFQ) и т.д.

Методы дифференциального окрашивания пригодны для анализа хромосом, полученных из культур клеток любых тканей.

Цитогенетические методы сразу же нашли практическое применение в диагностике хромосомных болезней. Клиническая картина при хромосомных синдромах достаточно специфична, но есть и стертые формы, трудные для клинической диагностики. Их невозможно клинически дифференцировать. В этих ситуациях определяющей является цитогенетическая диагностика. Так, например, на консультацию по поводу бесплодия обратились супруги (23-24 лет), живущие в браке 3 года. Жена в течение 3 лет наблюдалась в женской консультации по поводу бесплодия и получала все это время достаточно интенсивную терапию. При этом муж не был обследован. При осмотре мужа врачом-генетиком был заподозрен синдром Клайнфельтера (высокий рост, скудное оволосение по женскому типу, избыточное развитие молочных желез, недоразвитие одного яичка). При цитогенетическом исследовании кариотипа подтвержден диагноз синдрома Клайфельтера. Его хромосомный набор - 47,XXY. Эта хромосомная патология и явилась причиной бесплодия.

В середине 70-х гг. исследования цитогенетиков показали, что большинство крупных и малых сегментов метафазных хромосом образуются путем слияния субсегментов, которые более четко видны на ранних стадиях митоза - профазы и прометафазы. На этих стадиях хромосомы менее конденсированы, недоспирализованы и поэтому имеют большую линейную подразделенность. Далее были разработаны различные методы получения делящихся клеток на стадии прометафазы. Таким образом, метод анализа хромосом на стадиях профазы и прометафазы дал возможность более точно устанавливать точки разрывов в перестроенных хромосомах, если в перестройку вовлечены небольшие участки хромосом. Такие аномалии называют микроперестройками. Использование этого методического подхода позволило получить хромосомы с разной степенью сегментации - от 550 до 2500 сегментов на гаплоидный набор (для сравнения в метафазных хромосомах средней конденсации число сегментов на гаплоидный набор составляет 350-400).

С точки зрения практического использования анализа прометафазных хромосом, этот метод целесообразно применять для диагностики болезней с микроперестройками в структуре одной или нескольких хромосом (транслокации, делеции, инверсии) для уточнения локализации точек разрывов хромосом.

Иногда аномальные хромосомы, претерпевшие транслокацию, появляются в результате разрывов двух различных хромосом и их последующего аберрантного объединения. Транслокация может происходить de novo в половых клетках одного из родителей, но может и представлять собой наследование мутации, произошедшее у одного из предков. Носители транслокаций клинически здоровы. Эти и другие структурные перестройки хромосом часто являются причиной спонтанных абортов, мертворождений, неонатальной смертности и бесплодия.

Например, в консультацию обратилась супружеская пара по поводу привычного невынашивания беременности. Из анамнеза: пять самопроизвольных выкидышей на сроке до 8 недель, клиническое обследование супругов не выявило особенностей. При цитогенетическом обследовании выявлено, что кариотип мужа нормальный (46, XY), а у жены - 45,XX,t(13;14), т.е. выявлена транслокация. При такой транслокации нет изменений у носительницы, но в мейозе у нее образуются аномальные гаметы.

Некоторые микроструктурные перестройки хромосом выявляют при множественных врожденных пороках развития, при различных злокачественных новообразованиях до развития клинических проявлений. Так, показано, что в ряде случаев в клетках ретинобластомы, остеосаркомы, феохромоцитомы, имеются хромосомные перестройки (делеции хромосом).

Однако при некоторых нозологических формах даже использование таких высокоразрешающих методов хромосомного анализа не приводит к обнаружению хромосомных повреждений. Это может свидетельствовать о генетической гетерогенности самих заболеваний, а также, возможно, и о пределе разрешающих возможностей описанного метода.

Относительно недавно в арсенале лабораторной цитогенетики появились высокоразрешающие методы - молекулярно-цитогенетический метод гибридизации in situ, в частности флуоресцентная гибридизация in situ, или FISH-метод.

Метод гибридизации in situ основан на обработке препаратов хромосом специфическим ДНК-зондом, который присоединяется к исследуемой хромосоме, и после обработки специальными соединениями и флуоресцентными красителями препарат исследуют с помощью флуоресцентного микроскопа. Для сравнения разрешающих способностей метода приведем следующие сведения. При рутинной окраске хромосом самый маленький нарушенный участок хромосомы в виде делеции или дупликации, который можно различить под обычным световым микроскопом, содержит 30 х 10⁶ нуклеотидов. Применение дифференциальных методов окраски увеличивает такую возможность до (7-10) х 10⁶ нуклеотидов. При анализе хромосом на стадии ранней метафазы или профазы различимы микроперестройки размером (1-3) х 10⁶ нуклеотидов. А вот следующий уровень разрешения уже обеспечивается только молекулярно-цитогенетическим методом. Такая высокая разрешающая способность метода позволяет применять непосредственно FISH-метод или его варианты в достаточно широких пределах: от определения локализации гена до расшифровки сложных перестроек хромосом. Как пример практических возможностей метода можно привести следующее.

У ребенка с множественными врожденными аномалиями при использовании метода дифференциального окрашивания обнаружены сложные перестройки в шести хромосомах (1, 4, 7, 8, 9, 12) с десятью разрывами. Полная идентификация разрывов стала возможной только с помощью FISH-метода. Этот же метод можно применять для диагностики анеуплоидий в интерфазных ядрах. Например, специфический для 21-й хромосомы зонд ДНК гибридизируется с денатурированной ДНК в клетках из амниотической жидкости на предметном стекле. Если у плода две 21-Х-хромосомы (норма), то везде будут видны 2 флюоресцирующие соответствующим цветом точки. При наличии у плода трисомии-21 в ядре визуализируются три светящиеся точки.

Как и для других цитогенетических методов, в зависимости от цели исследования, используются различные варианты FISH-метода. Так, в онкоцитогенетике достаточно сложно получить хромосомы хорошего качества, поэтому используется метод сравнительной геномной гибридизации, основанный на гибридизации ДНК пациента с контрольными препаратами хромосом. При таком подходе можно выявить участки ДНК с делециями (потерями) и дупликациями (удвоениями). Метод применяют и для составления карт генов, вовлеченных в опухолевый процесс.

Таким образом, цитогенетические методы стали практически незаменимыми процедурами в разных областях науки и клинической практики. Кроме диагностики заболеваний, цитогенетические методы широко используются в профилактической медицине. Уже давно показано повышение уровня хромосомных повреждений (аберраций) у курильщиков, у лиц, подвергшихся действию ионизирующей радиации, при воздействии на организм человека вредных химических факторов производства и окружающей среды, употреблении ряда лекарственных препаратов. В определенной степени типы хромосомных аберраций специфичны для разных групп мутагенных факторов. Так, при воздействии химических мутагенов чаще возникают аберрации хроматидного типа (повреждена одна хроматида; рис. 7.4), а при воздействии ионизирующего излучения - хромосомного типа (рис. 7.5).

Рис 7.4. Метафазная пластинка. Стрелкой указан одиночный фрагмент (абберация хроматидного типа)

Рис. 7.5. Метафазная пластинка. Стрелками указаны парный фрагмент и дицентрическая хромосома

Изучены количественные закономерности спонтанного и индуцированного мутагенеза. На этой основе разработаны системы цитогенетического мониторинга (контроля), реально работающие во многих странах, в том числе и у нас. Они позволяют следить за уровнем мутагенных воздействий факторов окружающей среды на наследственность человека. Для целей клиники анализ хромосомных аберраций помогает оценить отрицательные эффекты применяемой терапии и корректировать длительность применения того или иного лекарственного средства.

Для описания нормального кариотипа человека, а также для обозначения структурных и количественных перестроек хромосом используется определенная универсальная схема и специальные символы. Описание кариотипа начинают с указания общего числа хромосом в клетке, затем ставится запятая и обозначается набор половых хромосом, который указывает пол обследуемого, в случае патологии далее ставится запятая, а затем обозначается хромосомная аномалия. Например, запись 46,XX характеризует нормальный кариотип женщины, 46,XY - нормальный кариотип мужчины, 47,XX,+21 кариотип больного с синдромом Дауна. Иногда при обследовании обнаруживают так называемый нормальный полиморфизм хромосом - индивидуальные особенности их строения. Как правило, полиморфизм отражает вариабельность размеров гетерохроматиновых сегментов, наличие спутников и спутничных нитей в области коротких плеч акроцентрических хромосом и их величину. В большинстве случаев наличие полиморфизма строения хромосом не приводит к возникновению патологических симптомов у их обладателя. Однако следует отметить, что иногда при наличии нормального полиморфизма хромосом может увеличиваться риск рождения ребенка с хромосомными аномалиями. Выявление полиморфизма хромосом обозначается при записи кариотипа. Например, запись 46,XX9gh+ означает увеличение размера гетерохроматинового участка в длинном плече хромосомы 9 женщины.

Изучение нормального полиморфизма хромосом может иметь значение для определения родительского происхождения хромосомной перестройки. Если установлено, от кого из родителей унаследован полиморфизм хромосом, то это обязательно указывается при записи кариотипа. Например, 46XY15ps+pat означает, что мужчиной унаследованы от отца увеличенные спутники на хромосоме 15.

Методы цитогенетической диагностики, применяемые в клинической генетике, часто используются в комплексе с другими методиками лабораторной диагностики, дополняя друг друга. Это позволяет более точно диагностировать сложные проявления наследственных и врожденных заболеваний человека. В нашей стране, как и во всем мире, цитогенетические методы прочно вошли в арсенал необходимых диагностических процедур для решения сложных дифференциально-диагностических задач практически во всех областях медицины. Особое же значение эти методы имеют при оказании помощи больным педиатрического, акушерско-гинекологического и эндокринологического профилей. Все вопросы назначения того или иного цитогенетического исследования осуществляются при медико-генетическом консультировании. В целом же все практические проблемы, решаемые лабораторными цитогенетическими методами, можно свести к следующим:

Участие цитогенетиков в анализе трудных с диагностической точки зрения случаев часто приводит к более точной диагностике и, соответственно, к своевременному лечению и предупреждению рождения больного ребенка.

Биохимические показатели отражают сущность наследственной болезни точнее, чем клиническая симптоматика. При биохимической диагностике оценивается фенотип организма на молекулярном уровне, а наследственная болезнь в конечном счете и есть фенотип. Поэтому биохимическим методам принадлежит ведущая роль в диагностике многих моногенных болезней. Однако сложность диагностики заключается в том, что сотни наследственных болезней по некоторым биохимическим показателям мочи или крови могут быть сходными (например, ацидоз, протеинурия и т.д.). Определять для каждого больного многие метаболиты очень трудоемко и дорого. Знание общих характеристик изменений обмена веществ при разных наследственных болезнях позволило по-новому построить исходную схему обследования, исходя из клинической картины болезни, генеалогических сведений и плана биохимического анализа. Такой подход позволяет проводить обследование на основе поэтапного исключения определенных классов болезней (просеивающие методы).

В биохимической диагностике наследственных болезней используются как классические биохимические методы (электрофорез, хроматография, спектроскопия), так и современные высокоточные технологии, такие как жидкостная хроматография, масс-спектрометрия, магнитно-резонансная спектрометрия, бомбардировка быстрыми нейтронами. Биохимическое обследование пациента позволяет идентифицировать любые метаболиты, специфические для той наследственной болезни, с подозрением на которую он был направлен. Каждое обследование должно начинаться с составления плана, в основе которого лежит клинико-генетическая информация о пациенте и его семье. «Объектами» биохимической диагностики являются биологические жидкости: моча, пот, плазма и сыворотка крови, эритроциты, лейкоциты, культуры фибробластов, лимфоцитов.

Практически во всех случаях биохимическая диагностика начинается с просеивающего подхода, в котором выделяют два уровня: первичный и уточняющий. Каждый из этих уровней может быть более или менее полным в зависимости от оснащенности лаборатории.

Основная цель первичного уровня диагностики заключается в том, чтобы исключить здоровых индивидов из дальнейшего обследования. Различают два вида программ первичной биохимической диагностики: массовые и селективные. На первом этапе в таких программах используются моча и кровь.

Существуют массовые просеивающие программы диагностики среди новорожденных фенилкетонурии, врожденного гипотиреоза, врожденной гиперплазии надпочечников, муковисцидоза, галактоземии. Биологическим материалом для диагностики является кровь. Высушенные капли капиллярной крови новорожденных на хроматографической или фильтровальной бумаге пересылают из родильных домов в лабораторию (можно по почте). Материал должен поступить в лабораторию в течение двух-трех дней после взятия пробы.

Для диагностики фенилкетонурии кровь новорожденных берут в родильном доме на 3-5 день после рождения. Если кровь будет взята раньше, то возможны ложноположительные результаты. В лаборатории в пятнах крови определяют количество фенилаланина с помощью любого из следующих методов: микробиологический тест Гатри, флюорометрия, распределительная хроматография на бумаге, тонкослойная хроматография. Между методами нет принципиальной разницы, поэтому каждая лаборатория выбирает более подходящий для ее условий метод. Опыт показал, что пропущенные случаи фенилкетонурии являются не ошибками лабораторных исследований, а следствием недобросовестности или небрежности в работе медицинских сестер при взятии крови в родильных домах. В случае положительного результата на фенилкетонурию проводится уточняющая биохимическая диагностика путем количественного определения фенилаланина в крови.

Врожденный гипотиреоз (снижение функции щитовидной железы) может быть обусловлен разными причинами: агенезия щитовидной железы; эктопия щитовидной железы; наследственные формы дисгормоногенеза; аутоиммунные процессы. Клинически врожденный гипотиреоз проявляется задержкой умственного развития, резким отставанием в росте, отечностью кожных покровов, развитием зоба. Программа массовой диагностики врожденного гипотиреоза одинакова для всех форм. Суть ее сводится к тому, чтобы в крови ребенка после 3-го дня жизни проверить, нет ли снижения тироксина (гормона щитовидной железы) в плазме крови и увеличено ли содержание тиреоидстимулирующего гормона - тиреотропного гормона гипофиза. В практике применяется два метода просеивающей диагностики: радиоиммунный или иммуноферментный (иммунофлюоресцентный). Чувствительность и специфичность их примерно одинакова. По техническим причинам (не требуется условий для работы с радиоактивными веществами) иммуноферментный метод предпочтительнее, хотя он и дороже. Тироксин и тиреоидстимулирующий гормон определяют в образцах крови новорожденных, предварительно высушенных на специальной фильтровальной бумаге. При положительном ответе просеивающего метода диагноз гипотиреоза обязательно должен быть подтвержден в клинических условиях эндокринологом и лабораторным анализом гормонов щитовидной железы в сыворотке крови.

Просеивающие программы массовой диагностики наследственных болезней применяются не только среди новорожденных. Они могут быть организованы для выявления тех болезней, которые распространены в каких-либо группах населения или популяциях. Например, среди евреев-ашкенази отмечается высокая частота тяжелого заболевания Тея-Сакса. В США организована просеивающая биохимическая программа по выявлению гетерозиготности по этому заболеванию с последующим медико-генетическим консультированием таких семей. На Кипре и в Италии (Сицилия) с высокой частотой встречается тяжелое заболевание крови - талассемия (гемоглобинопатия). Органы здравоохранения этих стран организовали биохимическое просеивание населения для выявления скрытых носителей талассемии (гетерозигот), для которых было обеспечено в последующем медико-генетическое консультирование и пренатальная диагностика.

Селективные диагностические программы предусматривают проверку биохимических аномалий обмена (моча, кровь) у пациентов, у которых подозреваются генные наследственные болезни. Фактически такие программы должны «функционировать» в каждой большой больнице. Показания для их применения достаточно широкие, стоимость каждого анализа невысокая.

В селективных программах могут использоваться простые качественные реакции (например, тест с хлоридом железа для выявления фенилкетонурии или с динитрофенилгидрозином для выявления кетокислот) или более точные методы, позволяющие обнаруживать большие группы отклонений. Например, с помощью тонкослойной хроматографии мочи и крови можно диагностировать наследственные нарушения обмена аминокислот, олигосахаридов и гликозами-ногликанов (мукополисахаридов). Газовая хроматография применяется для выявления наследственных болезней обмена органических кислот. С помощью электрофореза гемоглобинов диагностируется вся группа гемоглобинопатий.

Нередко приходится углублять биохимический анализ - от количественного определения метаболита до определения активности фермента (использование нативных тканей или культивированных клеток), например, с помощью флюорометрических методик.

В современных условиях очень многие этапы биохимической диагностики осуществляются автоматическими приборами (с аминоанализаторами).

Реальным примером программы селективного скрининга на наследственные болезни обмена веществ с острым течением и ранним летальным исходом является программа, приводимая ниже.

Первый этап программы включает качественный и количественный анализ мочи и крови (14 тестов): на белок, на кетокислоты, на цистин и гомоцистин, креатинин ионы аммония и др.

Второй этап основан на методах тонкослойной хроматографии мочи и крови для выявления аминокислот, фенольных кислот, моно- и дисахаридов и других соединений. С помощью электрофореза мочи выявляют гликозаминогликаны. Эта программа позволяет выявлять 140 наследственных болезней обмена веществ у детей из следующих основных классов:

Важность такой программы в детских больницах трудно переоценить.

Показаниями для применения биохимических методов диагностики у новорожденных являются такие симптомы, как судороги, кома, рвота, гипотония, желтуха, специфический запах мочи и пота, ацидоз, нарушенное кислотно-основное равновесие, остановка роста. У детей биохимические методы используются во всех случаях подозрения на наследственные болезни обмена веществ (задержка физического и умственного развития, потеря приобретенных функций, специфическая для какой-либо наследственной болезни клиническая картина).

Успехи, достигнутые в последние годы в молекулярной биологии, биофизике, биохимии, медицинской генетике и смежных областях, привели к созданию и внедрению в практическую медицину молекулярно-генетических методов исследования генома человека, в частности для диагностики целого ряда наследственных и широко распространенных заболеваний. Методы ДНК диагностики позволяют осуществлять точную и, что очень важно, доклиническую (до развития симптомов заболевания) диагностику многих заболеваний, проводить пренатальную (дородовую) диагностику наследственных болезней. Молекулярно-генетическая диагностика может быть проведена на самых ранних этапах развития эмбриона и плода независимо от биохимических или клинических проявлений болезни. Это подчас является решающим для решения вопроса о судьбе конкретной беременности.

Молекулярно-генетические методы предназначены для выявления особенностей в структуре дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). В основе анализа ДНК лежат две ее характеристики как носителя генетической информации:

Исходным материалом для проведения ДНК-диагностики заболеваний, обусловленных мутациями ядерных генов, могут служить любые клетки организма, содержащие ядро. Обычно для этих целей используются лейкоциты, выделяемые из 5-20 мл периферической крови. В некоторых случаях (например, при митохондриальных энцефаломиопатиях, обусловленных мутациями митохондриальной ДНК с преимущественной экспрессией мутации в мышечной и нервной ткани) более адекватным источником ДНК являются биоптаты мышц. Генодиагностика может также проводиться на основе исследования ДНК, выделяемой из клеток эпителия полости рта, кожных фибробластов и т.д. При проведении пренатальной ДНК-диагностики у плода (обычно на 10-21 неделе беременности) источником ДНК служат биоптаты хориона, плаценты, клетки амниотической жидкости (получаемые при амниоцентезе) или лимфоциты пуповинной крови (кордоцентез).

Все разнообразие процедур, применяемых при проведении ДНК-диагностики, можно разделить на 2 большие группы - прямые и косвенные методы.

Медико-генетическое консультирование представляет собой специализированную медицинскую помощь населению и является в настоящее время основным видом профилактики врожденной и наследственной патологии. Генетическое консультирование - это врачебная деятельность, направленная на предупреждение появления больных с врожденной и наследственной патологией.

В медико-генетическую консультацию, как правило, обращаются:

У родителей и медицинских работников должна быть настороженность в отношении наследственной патологии, когда у ребенка обнаруживаются следующие признаки:

Кроме перечисленных выше признаков, заподозрить наследственную патологию и направить семью на медико-генетическую консультацию необходимо: при аналогичных случаях заболевания у родственников; при наличии самопроизвольных абортов, мертворождений, детей с пороками развития; в случаях внезапной смерти; родителей в возрасте (женщин старше 35, мужчин старше 45 лет); при первичном бесплодии.

При наличии любого из перечисленных состояний крайне важно обратиться к врачу-генетику, который поможет исключить или подтвердить наследственное заболевание и определит нужные рекомендации.

При консультировании возникают не только генетические, диагностические, но и этические вопросы: вмешательство в тайну семьи при составлении родословной; обнаружение носителя патологического гена; несовпадение паспортного и биологического отцовства; необходимость стерилизации и искусственного оплодотворения при высоком генетическом риске.

Медицинские работники, особенно средний медицинский персонал, проводящий много времени с больным и членами его семьи, должны быть осторожны в интерпретации любых данных.

Пренатальная диагностика - это дородовое определение врожденной или наследственной патологии у плода. С организационной точки зрения все беременные (без специальных показаний) должны обследоваться для исключения наследственной патологии просеивающими методами (ультразвуковое обследование, биохимические исследования сыворотки беременных).

Особое внимание должно быть уделено проведению специальных методов дородовой диагностики по строгим показаниям для исключения конкретных наследственных заболеваний, уже имеющихся в данной семье.

Показаниями для проведения пренатальной диагностики являются:

В пренатальной диагностике используют неинвазивные и инвазивные методы.

Неинвазивные методы пренатальной диагностики. Ультразвуковое исследование плода становится обязательным компонентом обследования беременных женщин. С развитием и совершенствованием оборудования и методики УЗИ становится возможным диагностика хромосомных болезней и врожденных пороков развития во втором триместре беременности. С помощью УЗИ диагностируются пороки развития конечностей, дефекты невральной трубки, дефекты передней брюшной стенки, гидро- и микроцефалия, пороки сердца, аномалии почек.

Для диагностики врожденной и наследственной патологии УЗИ необходимо проводить в динамике на ранних и более поздних сроках беременности. Сроки проведения УЗИ в России определены приказом Министерства здравоохранения. Это 10-13, 20-22 и 30-32 недели беременности.

Биохимические методы включают определение уровня альфа-фетопротеина, хорионического гонадотропина, несвязанного эстрадиола, ассоциированного с беременностью плазменного белка-А, сывороточного активина-А в сыворотке крови беременных. Эти методы являются просеивающими, как предварительные для выявления врожденных пороков развития (дефекты невральной трубки, дефекты передней брюшной стенки), многоплодной беременности, внутриутробной гибели плода, маловодия, угрозы прерывания, хромосомных заболеваний плода и других патологических состояний. Оптимальные сроки исследования - 17-20 недель беременности.

Инвазивные методы. К инвазивным методам относятся: хорио- и плацентобиопсия, амниоцентез, кордоцентез и фетоскопия.

Хорио- и плацентобиопсия проводятся в период с 7-й по 16-ю неделю беременности с целью получения клеток для пренатальной диагностики. Клетки ворсин хориона и плаценты несут такую же генетическую информацию, как и клетки плода. Анализ этих клеток цитогенетическими, биохимическими или молекулярно-генетическими методами используется для дородовой диагностики многих наследственных болезней.

Амниоцентез - процедура получения амниотической жидкости (15-20 мл) путем пункции амниотического мешка через переднюю брюшную стенку или через влагалище на 16-20 неделе беременности. После 20-й недели количество «жизнеспособных» клеток значительно уменьшается. Клетки плода, содержащиеся в плодной жидкости, выращиваются на специальных средах для последующей диагностики всех Х-хромосомных болезней. Диагностика генных болезней молекулярно-генетическими методами возможна и без культивирования клеток. Молекулярно-цитогенетические методы (флуоресцентная гибридизация in situ - FISH) используют для диагностики хромосомных болезней. При проведении амниоцентеза возможны осложнения (гибель плода, инфицирование полости матки). Однако этот риск не превышает 0,5-1%.

Кордоцентез - взятие крови из пупочной вены плода проводится на 15-22 неделях беременности, некоторые специалисты проводят эту процедуру на более ранних сроках. Культивирование лейкоцитов дает возможность провести цитогенетический анализ. Кроме того, по образцам крови возможна биохимическая и молекулярно-генетическая диагностика наследственных болезней без культивирования.

Фетоскопия используется при проведении биопсии кожи или печени, либо при переливании крови плоду. С ее помощью может осуществляться прямое наблюдение плода, диагностика заболеваний кожи, нарушения развития половых органов, дефектов лица, конечностей и пальцев. Однако в настоящее время фетоскопия как метод дородовой диагностики применяется редко.

Преимплантационная диагностика - диагностика наследственных болезней на ранних стадиях развития зародыша (5 -7 день после оплодотворения). С ее помощью проводится первичная профилактика в семьях с высоким риском наследственной патологии, а также в случаях преодоления бесплодия при экстракорпоральном оплодотворении.

Получение преимплантационных эмбрионов возможно двумя путями: нехирургическим маточным лаважем и оплодотворением в пробирке. От зародыша отделяют 1-2 клетки и проводят анализ клеток с использованием ПЦР, FISH и других методов. Это позволяет диагностировать целый ряд наследственных болезней на ранних стадиях развития.

Наиболее успешно программы ранней (доклинической) диагностики наследственных болезней были использованы в отношении наследственных болезней обмена веществ у новорожденных. Их осуществление базируется на массовом характере обследования, безотборном подходе к обследованию, двухэтапном подходе к диагностике.

Массовому просеиванию подлежат наследственные заболевания обмена:

Массовый скрининг проводится для доклинического выявления фенилкетонурии, гипотиреоза, врожденной гиперплазии надпочечников, галактоземии и муковисцидоза согласно приказу (№ 185 от 22 марта 2006 г.) Минздравсоцразвития РФ.

Данный приказ регулирует вопросы организации проведения в государственных и муниципальных учреждениях здравоохранения массового обследования новорожденных детей на наследственные заболевания в целях их раннего выявления, своевременного лечения, профилактики инвалидности и развития тяжелых клинических последствий.

Ниже приводятся рекомендации по забору образцов крови при проведении массового обследования новорожденных на наследственные заболевания.

Периконцепционная профилактика - это комплекс мероприятий для обеспечения оптимальных условий для созревания зародышевых клеток, образования зиготы, имплантации зародыша и его раннего развития.

Показаниями для периконцепционной профилактики являются: