Изменения наследственных структур (мутации).

Большинст во исследователей полагают, что мутации являются одной из наиболее частых причин врожденных пороков. Имеются и более категоричные заключения, что почти все врожденные пороки у человека в конечном итоге - следствие мутации.

Мутации происходят на трех уровнях организации наследственных структур: генном, хромосомном и геномном. Исходя из этого различают генные, хромосомные и геномные мутации.

Генные мутации связаны с изменением внутренней структуры отдельных генов и обусловливают превращение одних аллелей в другие. Они могут возникать за счет замены отдельных нуклеотидов в цепн ДНК на другие, выпадения или вставки отдельных нуклеотидов, их групп илн генов. Врожденные пороки наследственного характера в подавляющем большинстве случаев обязаны своим происхождением именно генным мутациям. Нередко генные мутации называют точковыми, что не совсем верно. Понятие «точковые мутации» шире и объединяет как генные мутации, так и мелкие структурные изменения хромосом, не определяемые современными методами.

В группе «хромосомные мутации» объединены все виды изменений структуры хромосом, различимые при помощи светового микроскопа (транслокации, делении, дупликации и инверсии).

Транслокации - это обмен сегментами между хромосомами. Различают траислокации реципрокные (когда две хромосомы взаимно обмениваются сегментами), нереципрокные (сегменты одной хромосомы переносятся в другую) и робертсоновские (две акроцентрические хромосомы соединяются своими цент-ромерными районами).

Делеции - «поломки» хромосом с утратой части хромосомного материала. Частной формой делений являются кольцевые хромосомы которые образуются в результате лоломки в обоих плечах хромосомы с последующим замыканном оставшейся структуры в кольцо.

Дупликация (dup) - это удвоение участка хромосомы.

Инверсия (inv) - результат двух поломок в одной хромосоме с последующим поворотом участка между поломками на 180°. Известны комбинации в одной хромосоме двух структурных изменений - сочетание частичной моносомии по одному участку с частичной трисомией по другому, как это наблюдается в случаях изохромосом (iso).

Транслокацин и инверсии могут быть сбалансированными, когда ни увеличения, ни уменьшения генетического материала не происходит, и несбалансированными. Следствием дисбаланса являются частичная трнсомия (трисомия по части хромосомы) или частичная моносомия. Делеции н дупликации - всегда несбалансированы, причем следствием делеций являются частичные моносомии, следствием дупликаций - частичные трисомии.

При всем многообразии структурных перестроек хромосом клинически все хромосомные болезни, связанные с этими перестройками, сводятся к последствиям либо частичных трисомий, либо частичных моносомии.

Наличие у одного индивидуума нескольких вариантов хромосомного набора называется мозаицизмом.

Удельный вес хромосомных мутаций в происхождении врожденных пороков развития не определен. По-видимому, на долю нарушения структуры хромосом приходится около 7-8% всех хромосомных болезней. Эта цифра может несколько измениться, поскольку с введением специальных методов окраски Хромосом количество хромосомных болезней, обусловленных структурными мутациями, увеличивается. Определяя значение структурных перестроек в происхождении врожденных пороков' необходимо отметить, что в хромосомные болезни реализуются лишь несбалансированные аберрации хромосом - частичные моно- или трнсомии.

Геномные мутации - изменение количества хромосом (аиеуплоидия). Чаше всего наблюдаются трнсомии (увеличение количества хромосом на одну) или моносомии (отсутствие одной из хромосом). К сравнительно редким формам анеуплоидин относятся триплоидия и тетраплоидня - наличие одного или двух добавочных гаплоидных наборов хромосом. Геномные мутации обычно сопровождаются изменениями фенотипа и приводят к самопроизвольному аборту или хромосомной болезни.

Удельный вес хромосомных и геномных мутаций в патологии человека довольно велик. Так, по данным D. Warburton и соавт, числовые и (реже) структурные изменения хромосом обнаружены у 17,5% 5-7-иедельных абортусов, у 50% 8-15-недельных, у 3 0 % 16-19-недельных и у 10% 20-29-недельных абортусов. У плодов 28-40 нед частота изменений хромосом ниже - 5 , 7 %.

Частота различных форм патологии хромосом у новорожденных установлена достаточно полно. Этому способствовали безвыборочные цитогенетические исследования всех живорожденных в ряде лабораторий СССР, США, Канады, Даиин, Шотландии и Норвегии. Из 61 282 детей, изученных таким образом, хромосомные аномалии установлены у 400, однако в трети случаев это были сбалансированные перестройки, которые не индуцируют возникновение врожденных пороков. Обшее число новорожденных с хромосомным дисбалансом составило 0,45%. Разумеется, этот показатель несколь¬ко занижен по сравнению с истинной частотой патологии хромосом, поскольку исследовались только живорожденные дети. Вместе с тем известно, что значительная часть детей с хромосомными болезнями рождаются мертвыми; цитогенетические исследования мертворожденных позволяют считать, что суммарно среди новорожденных н детей, умерших в перинатальном периоде, хромосомные болезни встречаются с частотой 1 случай на 200.

Причины стойких мутаций, с которыми связано развитие врожденных пороков у человека, окончательно не установлены, в частности, недостаточно изучены причины и количественные характеристики мутаций в половых клетках и первых дроблениях зиготы, представляющие для тератологов наибольший интерес.

Мутации у человека, как и у всех других организмов, возникают постоянно как в процессе обычных физиологических функций организма (спонтанный или естественный мутагенез), так и в результате дополнительных воздействий на наследственные структуры физических, химических и биологических факторов (индуцированный мутагенез).

Спонтанные мутации обусловлены химическими веществами, возникающими в ходе метаболизма клеток, воздействием естественного радиоактивно о фона или ошибками репликации. Частота только генных мутаций у человека составляет 1-2 случая на 100 000 гамет и реже или до 20 новых мутаций на один диплоидный набор за поколение. Частота хромосомных и геномных мутаций много выше. По предположению Н. П. Бочкова и соавт, только частота нерасхождения хромосом превышает 20% в каждой клетке.

Индуцированные мутации могут быть получены воздействием ионизирующей радиации, многими химическими веществами и вирусами.

К ионизирующим агентам, обладающим мутагенной активностью, относятся электромагнитные излучения (гамма- и рентгеновы лучи), корпускулярные излучения (быстрые нейтроны, ачастицы). Интенсивность мутационного процесса под воздействием ионизирующей радиации во многом зависит от дозы, вида и времени воздействия мутагенного фактора, от чувствительности биологического вида, физиологического состояния его тканей и возраста. Так, радиационная чувствительность сперматогоиий и сперматоцитов обезьян в 2-2,5 раза выше, чем чувствительность аналогичных клеток мышей. Напротив, радиочувствительность примордиальных фолликулов обезьян много ниже, чем у мышей и крыс. Примордиальиые ооциты человека в культуре тканей оказались в десятки раз более устойчивы к облучению рентгеновыми лучами, чем ооци-ты мышей и крыс. Мутации в соматических клетках встречаются во много раз чаще, чем в зародышевых. При одной и той же дозе мутации хромосом вследствие облучения рентгеновыми лучами в культуре тканей человека наблюдаются в 2 раза чаще, чем под воздействием v-излучения, и в 10 раз чаше, чем под воздействием нейтронов. В общем количество мутаций увеличивается пропорционально дозе облучения, однако во многом зависит от мощности дозы. Например, суммарная доза в 12 Гр, полученная от источника малой мощности при хроническом облучении, вызывает у мышей в 4-8 раз меньше мутаций, чем при остром облучении в той же дозе.

Доза, удваивающая уровень спонтанных мутаций (как наиболее удобная единица измерения для характеристики отношений между дозой и числом мутаций у человека), по заключению Комитета ООН, составляет 0,46 гр для мужчин и 1,25 гр для женщин при остром облучении, а в условиях хронического облучения - 1,38 и 10 гр соответственно.

Из многих химических мутагенов, известных в экспериментальной генетике, определенное значение в клинической тератологии могут иметь применяемые в сельском хозяйстве инсектициды, фунгициды и гербициды, некоторые вещества, применяемые в промышленности (формальдегид, акролеин, эпокснды, бензол, мышьяк и др.), пищевые добавки (цикломаты, ароматические углеводороды, тертразан и др.), противоопухолевые средства (милеран, уретан, сарколизин, эндоксан и др.). Химические мутагены, так же как и ионизирующая радиация, не имеют порога действия. Любое количество химического мутагена, введенного в организм, может оказать мутагенный эффект. Такой эффект, в частности, зависит от вида н индивидуальных особенностей животного (у млекопитающих чувствительность выше, чем у дрозофилы), от стадии развития клеток (например, сперматозоиды и сперматиды значительно менее устойчивы к мутагенному действию трнэтиленамина, чем сперматоциты), от химического строения вещества (алкилируюшие соединения обладают более выраженной мутагенной ак тивностьго, чем антиметаболиты) и от дозы. Удваивающая доза для человека не определена. Хорошо известно повреждение хромосомы соматических клеток человека вирусами эпидемического гепатита, гриппа, краснухи, кори, свинки, ветряной оспы и др. Вместе с тем прямыми доказательствами зависимости хромосомных болезней от перенесенных вирусных заболеваний современная наука не располагает.

 

Кроме перечисленных факторов, индуцирующих мутагенез, определенное значение имеет возраст родителей и семейное предрасположение. Этот факт можно объяснить данными экспериментальной цитогенстики, которыми доказано существование генетического контроля за мейозом. Следовательно, нарушение этого механизма будет способствовать семейному накоплению мутаций, связанных с патологией мейоза, в частности моно- и трисомий.

Эндокринные заболевания и метаболические дефекты.

Различные гормональные расстройства и дефекты метаболизма у беременных нередко приводят к самопроизвольным абортам или нарушениям морфологической и функциональной дифференциации органов плода, определяющим высокую антенатальную и раннюю детскую смертность. Тератогенный эффект в этой группе заболеваний женщин доказан для сахарного диабета, эндемического кретинизма, вирилизирующих опухолей, фе-нилкстонурии, галактозеиии и гистндинемии. Наибольшее значение в клинической практике имеют поражения плода при инсулинзависимом сахарном диабете и фенилкстонурии.

Диабетическая эмбриопатия и диабетическая фетопатия . Последняя проявляется большой массой тела ребенка при рождении, обусловленной главным образом отложением жира в подкожной клетчатке (особенно в области грудной клетки), гиперплазией эндокринной части поджелудочной железы, жировой дистрофией печени, уменьшением запасов гликогена в миокарде, печени и мышцах, микроангиопатняыи почек, сетчатки глаза и кожи]. Иногда наблюдаются множественные фолликулярные кнеты яичников. В дальнейшем такие дети нередко отстают в умственном развитии.

Диабетическая эмбриопатия проявляется комплексом врож¬денных пороков, из которых 37% приходится на пороки костно-мышечной системы, 24%-на пороки сердца и сосудов и 14%-на пороки ЦНС. Наиболее характерна каудальная днеплазия, проявляющаяся отсутствием или гипоплазией крестца и копчика, а иногда и поясничных позвонков и бедренных костей. Каудальная дисплазия у детей, рожденных женшинамн, страдающими са¬харным диабетом, наблюдается в 227 раз чаще, чем у новорожденных в безвыборочной популяции, для которых частота это-го порока составляет 1 случай на 125000. Высокие формы каудальной дисплазин с изменениями спнниого мозга сопровождаются различными деформациями нижних конечностей, гипоплазией мышц и нарушением подвижности в суставах. Среди пороков сердца преобладают дефекты перегородок, среди пороков ЦНС - микро- и гидроцефалия, микрофтальмия и колобомы.

Несмотря на то что частота диабета у рожениц 1 случай иа 580-650, доля диабетических эмбриопатий в общем количестве врожденных пороков невелика. Врожденные пороки при диабете обычно развиваются в случаях манифестирующих форм заболевания, однако чаще у тех женщин, у которых первые признаки заболевания развились в препубертатный период и протекали с сосудистыми поражениями. Пороки развития у детей при сахарном диабете матери наблюдаются не более чем в 6% случаев [James М., 1982] и обычно сочетаются с диабетической микросомней и гипотрофией плода.

Причины развития врожденных пороков при диабете не установлены. Большинство исследователей считают, что решающую роль в патогенезе пороков при диабете играют гипогликемия и гипоинсулинемия, в качестве дополнительных факторов имеют значение гипоксия, сосудистые расстройства, нарушения обмена жиров и аминокислот.

Фенилаланиновая эмбриофетопатия развивается у плодов женщин, страдающих фенилкетонурией или (много реже) у гетерозиготных носителей по гену ФКУ- Поражение плода происходит при содержании фенилаланина в крови матери выше 30 мг/л. Высокая концентрация фенилаланина в крови больных ФКУ происходит после прекращения специального диетического лечения и у некоторых гетерозигот по гену ФКУ. Следовательно, женщины с леченной в детстве ФКУ представляют такую же опасность для потомства, как и нелеченые гомозиготы. Наиболее частые проявления фенидаланиновой эмбриофетопатии и зависимость их частоты от концентрации фенилаланина в крови матерей представлены в табл. 1, из которой видно, что, если концентрация фенилаланина в крови достигает 200 мг/л и повышена экскреция с мочой патологических метаболитов фенола (моча дает положительную реакцию с треххлористым железом), мозг потомков поражается.

«Перезревание» половых клеток как одну из причин врожденных пороков у человека признают многие тератологи.

Под этим термином понимают комплекс изменений в яйцеклетках и сперматозоидах, произошедших от момента их полного созревания до момента образования зиготы.

Феномен «перезревания», полученный на икре лягушек еще в 1922 г, был многократно подтвержден и у млекопитающих. В частности, опытами на разных животных (кролики, крысы, мыши, собаки, свиньи, корова) показано, что увеличение времени от момента овуляции до слияния спермин с яйцом приводит к снижению способности яйцеклетки к оплодотворению, увеличению количества абортов и плодов с врожденными пороками. Так, у крыс оплодотворение через 9-12 ч после овуляции уменьшает количество оплодотворенных яйцеклеток до 71% н увеличивает количество аномально развивающихся зародышей до 43%. На основе анализа исключительно большого клинического материала (30 000 индуцированных и 1498 самопроизвольных абортусов) Н. Nischimura (1975) и J. Boue отмечают, что задержка овуляции или оплодотворения у женщины также приводит к нарушениям развития зародыша.

В основе «перезревания» лежат процессы, ведущие к десин-хронизацнн процессов овуляции и оплодотворения, следовательно, «перезревание» может касаться как яйцеклеток, так и сперматозоидов- «Перезревание» сперматозоидов происходит в половых путях женщин в тех случаях, когда увеличивается время от эякуляции до слияния гамет. Такая ситуация, в частности, возможна в случаях полового сношения за 1-2 дня до овуляции в связи с недостаточной подвижностью сперматозоидов (например, при изменении рН среды в половых путях женщины), нарушенной проходимости труб и т. д. «Перезревание» яйцеклеток может быть интра- и экстрафолликулярным. Интрафолликулярное «перезревание» в основном связано с гормональными расстройствами, например с недостаточностью гипофизарных гонадотропинов, что особенно часто наблюдается у женщин в преклимактерическом возрасте. Интра-фолликулярному «перезреванию» способствуют замедленные темпы дегенеративных изменений фолликулярного эпителия, малое количество фолликулярной жидкости и недостаточное-истончение белочной оболочки якчника, затрудняющие разрыв фолликула. Экстрафолликулярное «перезревание» главным образом обусловлено теми же факторами, которые приводят к «перезреванию» сперматозоидов.

Основным механизмом тератогенного эффекта «перезревания» яйцеклеток, по-видимому, является нерасхождеине хромосом, что в дальнейшем проявляется анеуплоидией. Не исключаются и другие механизмы, в частности нарушение нидации и. плацентации, обусловленные гормональными расстройствами,-которые индуцировали и интрафолликулярное «перезревание» яйцеклеток, а также полиспермное оплодотворение (как одна из причин триплоидии), наблюдаемое при задержке сперматозоидов в половых путях.

Возраст родителей.

Зависимость состояния здоровья потомства от возраста родителей известна. Поскольку репродуктивной функции организма присущи общебиологические законы (развитие, зрелость, увядание), естественно ожидать более частого рождения неполноценного потомства как в периоде становления, так особенно в периоде увядания репродуктивной' функции родителей. Это положение убедительно доказано многочисленными статистическими исследованиями врожденных пороков у человека. Известно, например, что врожденные пороки опорно-двигательной и дыхательной систем несколько чаще наблюдаются у детей юных матерей, чем у детей, родившихся от матерей в возрасте 22-35 лет. У матерей в возрасте старше 35 лет увеличивается число детей с множественными пороками и пороками развития ЦНС, особенно анэнцефалии у первородящих женщин. Наиболее четкая зависимость от возраста матери прослежена в случаях анеуплоидий. Так, частота рождения детей с трисомиями 13, 18 или 21 у женщин в возрасте 30-34 лет оставляет 1 случай на 510, в возрасте 35-39 лет 1 случай на 185, в возрасте 40-44 лет 1 случай на 63, а у женщин старше 45 лет даже 1 случай на 24. Некоторая зависимость частоты трисомий от возраста показана н для отцов. Врожденные пороки, обусловленные структурными аберрациями хромосом (за исклчением делепии 18р), а также некоторые одиночные пороки (например, косолапость, экстрофня мочевого пузыря) с возрастом родителей не коррелируют.

Установлена зависимость от возраста отца частоты расщелин губы и неба, ахоидроплазии и практически для всех аутосомнодомииантно наследуемых синдромов. Причем степень повышения среднего возраста отцов примерно одна и та же при разных доминантных мутациях. По нашим данным, средний возраст отцов при рождении ребенка с синдромом, обуслов ленным спорадической доминантной мутацией, составляет 32 7 ± 7 , 4 года, что почти на 5 лет выше, чем в контроле.

Таким образом, значение возрастного фактора в происхождении врожденных пороков достаточно велико, и хотя удельный вес женщин, рожающих в возрасте старше 35 лет, составляет не более 5,5%, этот фактор всегда должен учитываться при определении прогноза.

Учащение рождений детей с врожденными пороками у немолодых родителей обусловлено рядом эндогенных и экзогенных факторов. По-видимому, ведущее значение имеет старение половых клеток - предшественников яйцеклеток и сперматозоидов и «перезревание» гамет, хотя и известна довольно высокая устойчивость к повреждающим факторам яйцеклеток человека от момента закладки гамет до начала их созревания. Старение половых клеток в основном сводится к увеличению частоты мутаций.

 

Увеличе те частоты мутаций с возрастом родителей является хорошо доказанным фактом. Естественно, чем старше родители, тем больше вероятность иметь дополнительные мутации. Значительные же темпы увеличения числа детей с врожденными пороками, вызванными мутациями, к концу репродуктивного периода можно объяснить тем, что именно в этом возрасте снижается активность различных ферментов , увеличивается повреждаемость яйцеклеток, снижается резистентность хромосом к химическим мутагенам. Не исключено также, что снижение активности ферментов и интенсивности обмена веществ создают худшие условия для репарации мутационных повреждений в половых клетках. Гормональные расстройства, наблюдаемые чаще у женщин в возрасте старше 35-40 лет, также способствуют «перезреванию» и нарушению плацентации. Кроме того, в таком возрасте увеличивается частота декомпененрованиых форм сахарного диабета, тератогенное значение которого не вызывает сомнений.