Глава 36. Принципы диагностики и лечения наследственных нарушений обмена веществ

С. Цедербаум, Д. Доннелл

I. Общие сведения. Хотя отдельные наследственные нарушения обмена веществ встречаются редко, их общая распространенность превышает 1:500. Наследственные нарушения обмена веществ обусловлены мутациями — изменениями последовательности нуклеотидов ДНК. Мутации приводят к синтезу дефектных белков (в том числе — структурных белков, ферментов, гормонов, факторов роста, белков-рецепторов). В частности, если мутация затрагивает ген, кодирующий фермент, то последний частично или полностью утрачивает каталитическую активность. Подавляющее большинство наследственных нарушений метаболизма обусловлено генетическими дефектами ферментов, участвующих в обмене аминокислот, углеводов и липидов. Патогенез и клинические проявления определяются отсутствием промежуточных или конечных нормальных метаболитов и накоплением токсических метаболитов. Клиническая картина в значительной мере зависит от степени проявления (экспрессивности) мутантного гена, а также от других генетических факторов и условий окружающей среды. Самые частые и тяжелые последствия биохимических дефектов у большинства больных — умственная отсталость и неврологические расстройства.

А. Наследственные нарушения обмена веществ наследуются аутосомно-рецессивно, аутосомно-доминантно либо рецессивно, сцепленно с полом. Чаще всего встречаются аутосомно-рецессивные заболевания. У некоторых женщин — носительниц рецессивного мутантного гена, локализованного на X-хромосоме, может проявляться биохимический дефект. Это обусловлено инактивацией второй X-хромосомы, несущей нормальный доминантный ген.

Б. Можно выделить по крайней мере 7 категорий наследственных нарушений обмена веществ (см. табл. 36.1 ). Нарушения метаболизма водорастворимых веществ с небольшой молекулярной массой (аминокислот, органических кислот, моно- и дисахаридов) и нарушения энергетического обмена обычно проявляются сразу после рождения и протекают остро; другие нарушения обмена веществ нередко протекают скрыто, с медленным развитием поражений различных органов.

В. Стремительный прогресс молекулярной биологии открыл новые возможности диагностики и лечения наследственных нарушений обмена веществ. Одно из самых крупных достижений в этой области — разработка метода выявления генетических дефектов путем ПЦР и последующей гибридизации со специфическими олигонуклеотидными зондами. Этот метод в последнее время широко используется в пренатальной диагностике наследственных метаболических нарушений.

II. Диагностика

А. Общие правила. Некоторые болезни (фенилкетонурию, галактоземию, болезнь кленового сиропа и другие) выявляют при массовом обследовании новорожденных. Менее распространенные заболевания диагностируют у новорожденных или детей старшего возраста из групп высокого риска. Заподозрить наследственное нарушение метаболизма следует при наличии одного и, в особенности, нескольких анамнестических, клинических и биохимических признаков, перечисленных в табл. 36.2. Надо помнить, что разные наследственные болезни могут проявляться сходными биохимическими нарушениями. Кроме того, многие клинические проявления наследственных нарушений метаболизма у новорожденных сходны с клиническими проявлениями других заболеваний. При остром проявлении нарушений метаболизма у новорожденных или у детей старшего возраста, а также при рецидивирующем течении болезни безотлагательно начинают лечение и стараются как можно быстрее установить метаболический дефект, лежащий в основе заболевания. Детальное обследование проводят в следующих случаях:

1. Если на фоне лечения сохраняется один или несколько симптомов.

2. Если обнаружено необычное сочетание нескольких симптомов, не обусловленных сопутствующим заболеванием.

Б. Лабораторная диагностика

1. Наследственные нарушения метаболизма малых молекул и энергетического обмена. В табл. 36.3 перечислены пробы, необходимые для исчерпывающей оценки метаболического дефекта. Стандартные исследования выполнимы практически в любой клинике. Остальные пробы выполняются в специализированных лабораториях или центрах. Самое распространенное специальное исследование — это количественный и качественный анализ аминокислот в моче. Его проводят при умеренном риске наследственных нарушений метаболизма. При остром начале заболевания на первом этапе обследования рекомендуется провести количественный анализ аминокислот в плазме. При остром, хроническом или рецидивирующем метаболическом ацидозе требуется определение органических кислот в моче. Обычно для исследования достаточно одной капли крови или мочи.

2. Лизосомные болезни накопления характеризуются сравнительно небольшими сдвигами уровней метаболитов в биологических жидкостях и более существенными — в пораженных клетках. Характерные внешние признаки: грубые черты лица, множественный дизостоз, спланхномегалия. Стандартные лабораторные исследования перечислены в табл. 36.4. По наличию частично гидролизованных внутриклеточных компонентов в моче можно судить о дефектах некоторых лизосомных ферментов. Накопление аномальных метаболитов в клетках доказывают с помощью биопсии. Исследование биоптатов конъюнктивы дает больше информации, чем исследование биоптатов кожи, поскольку клеточный состав конъюнктивы более разнообразен. Исследование наличия и активности лизосомных ферментов в плазме не всегда надежно, поскольку методы определения лизосомных ферментов не стандартизованы. Тем не менее таким путем диагностируют муколипидоз типа II (болезнь Леруа) и те лизосомные ферментопатии, на определении которых специализируется данная лаборатория.

В. Неврологическое и офтальмологическое обследование во многих случаях играет решающую роль в диагностике наследственных нарушений обмена веществ. Специальные методы: анализ слуховых, зрительных и соматосенсорных вызванных потенциалов; определение скорости распространения возбуждения; ЭМГ. Часто применяются КТ и МРТ головы или ЭЭГ. но, по нашему мнению, эти исследования малоинформативны.

Г. Определение активности ферментов. Если известно, что нарушение метаболизма обусловлено дефектом только одного фермента, то выявление пониженной или отсутствующей активности этого фермента на фоне накопления его субстрата позволяет избежать долгих поисков и размышлений и сразу установить диагноз. К сожалению, в большей части случаев накопление одного и того же субстрата может быть обусловлено дефектом одного из нескольких ферментов, участвующих в последовательных превращениях субстрата. В таких ситуациях успешность лечения и надежность прогноза зависят от точности выяснения дефекта. Самые частые причины ошибочных диагнозов — это небрежный анализ накапливающихся субстратов и недостаточное знание нормального метаболизма. Таким образом, если врач предполагает, что наследственное нарушение метаболизма обусловлено определенным ферментным дефектом, он должен непременно подтвердить свое предположение.

Д. Молекулярно-биологические исследования. За последние десятилетия выяснены генетические дефекты, лежащие в основе многих наследственных нарушений обмена веществ. Получены олигонуклеотидные зонды, позволяющие точно и быстро установить генетический дефект. Метод ПЦР дает возможность использовать следовые количества ДНК больного. Анализ ДНК незаменим, если определение активности фермента затруднено или невозможно, особенно при пренатальной диагностике, когда нельзя измерить накопление субстрата.

III. Лечение

А. Общие правила

1. Нарушения метаболизма малых молекул и энергетического обмена. Цель лечения: снижение накопления субстратов или восполнение недостающих продуктов реакции. Возможные подходы: коррекция уровней субстратов или продуктов либо коррекция активности соответствующих ферментов (см. табл. 36.5 ).

а. Диета с исключением определенных веществ — самый распространенный способ лечения. Он был впервые использован для лечения галактоземии и фенилкетонурии. При галактоземии назначают диету со сниженным содержанием галактозы, а при фенилкетонурии и большинстве других нарушений используют полусинтетические смеси. В США такие смеси выпускают лаборатории Mead—Johnson (Эвансвилл, Индиана) и Ross (Колумбус, Огайо). Неправильное использование смесей может вызвать нарушение питания, поэтому лечение лучше проводить под наблюдением врача. Диету подбирают строго индивидуально. Лечение угрожающих жизни состояний описано ниже (см. гл. 36, п. III.Б ).

б. Метод восполнения продукта применяют для лечения гликогенозов (введение глюкозы) и недостаточности пируватдегидрогеназы (создание запаса липидов). При некоторых ферментопатиях, например при недостаточности пируватдегидрогеназы или пируваткарбоксилазы, требуется очень точный расчет количества восполняемого продукта. В противном случае лечение будет неэффективным.

в. Метод регуляции уровня субстрата или его предшественника заключается в применении лекарственных средств, направляющих обмен неметаболизируемых субстратов или их предшественников по обходному пути, что уменьшает нагрузку на дефектную ферментную систему. Например, для лечения гипераммониемии используют бензойную кислоту и фенилацетат натрия. Бензойная кислота экскретируется в виде бензоилглицина (гиппурата), а фенилацетат — в виде фенилацетилглутамина. При введении 1 моля бензойной кислоты из организма выводится 1 моль азота, а при введении 1 моля фенилацетата натрия — 2 моля азота. Синтез гиппурата и фенилацетилглутамина «отвлекает на себя» аммиак, который иначе включился бы в цикл мочевины. Таким же образом лечат нарушения метаболизма органических кислот — метилмалоновую ацидемию и гомоцистинурию. В первом случае применяют левокарнитин. во втором — бетаин.

2. Витаминные добавки эффективны лишь при сохраненной чувствительности дефектной ферментной системы к витаминам. Назначают только тот витамин (кофактор), который в норме участвует в нарушенной биохимической реакции. Такой подход возможен в двух случаях.

а. Если нарушение метаболизма обусловлено дефектом фермента, участвующего в синтезе активной формы кофактора. Пример — чувствительная к витамину B12 метилмалоновая ацидемия (недостаточность кобаламинредуктазы). В норме витамин B12 подвергается многоэтапному процессингу, после чего становится кофактором в реакции превращения метилмалонил- КоА в сукцинил- КоА. При чувствительной к витамину B12 метилмалоновой ацидемии процессинг витамина B12 нарушен. Чтобы «обойти» дефектные этапы процессинга, вводят очень высокие дозы гидроксикобаламина (в 1000 раз больше суточной потребности) 2 раза в неделю.

б. Если каталитическая активность дефектного фермента частично сохранена и усиливается в присутствии избытка кофактора. Пример — чувствительная к витамину B6 гомоцистинурия (недостаточность цистатионинсинтетазы); применяют большие дозы пиридоксина.

3. Заместительная терапия наследственных ферментопатий

а. Ферментные препараты применяют для лечения недостаточности аденозиндезаминазы (тяжелого комбинированного иммунодефицита) и недостаточности глюкозилцерамидазы (болезни Гоше). Таким образом можно лечить и другие заболевания, обусловленные дефектом одного известного фермента. Надо отметить, что стоимость такого лечения очень высока.

б. Трансплантацию костного мозга и почек используют при некоторых лизосомных болезнях накопления. Трансплантацию печени применяют при тирозинемии типа I, болезни Вильсона и нарушениях цикла мочевины.

4. Генотерапия. Этот метод лечения основан на введении нормального гена в клетки больного. В настоящее время генотерапию применяют для лечения недостаточности аденозиндезаминазы и недостаточности глюкозилцерамидазы.

5. Разработаны экспериментальные модели и методы выявления многих наследственных ферментопатий: недостаточности гипоксантинфосфорибозилтрансферазы (синдром Леша—Найхана), фенилаланингидроксилазы (фенилкетонурия), орнитинкарбамоилтрансферазы, некоторых лизосомных болезней накопления. По-видимому, в ближайшее время будут разработаны новые методы лечения этих болезней.

Б. Лечение острых нарушений обмена веществ

1. Диагноз не установлен. Острые, угрожающие жизни проявления наследственных нарушений метаболизма требуют немедленных и решительных лечебных мероприятий, даже если диагноз неясен. Лечение корректируют после установления диагноза.

а. Клиническая картина наследственных нарушений метаболизма у новорожденных обусловлена полиорганной недостаточностью и сходна с клинической картиной при других неотложных состояниях (например, при сепсисе). Отмечаются заторможенность, сонливость, раздражительность, частое поверхностное дыхание, повышенная возбудимость или судороги, нарушение терморегуляции, метаболический ацидоз, гипогликемия и гипокальциемия. У детей старшего возраста и у взрослых даже при легких инфекциях и других стрессах усиливаются неврологическая симптоматика, сонливость, ацидоз; в некоторых случаях возникает гипогликемия. Нередко больным с наследственными нарушениями метаболизма ошибочно устанавливают диагноз синдрома Рейе. Поэтому всех больных с характерной для этого синдрома клинической картиной (сонливость или кома, гепатомегалия, жировая дистрофия печени, гипераммониемия, гипогликемия, повышение активности АлАТ и АсАТ в плазме) необходимо обследовать на предмет наследственных нарушений метаболизма.

б. Для установления или подтверждения диагноза берут кровь, мочу или проводят биопсию пораженных тканей. Стараются взять материал до начала лечения. Если больного спасти не удалось, кровь и образцы пораженных тканей быстро замораживают и хранят при –70°C для будущих исследований.

в. Принципы лечения больных всех возрастных групп одинаковы, но конкретные рекомендации зависят от возраста и состояния больного.

1) В большинстве случаев необходимо исключить белок из рациона. Чтобы свести к минимуму потери эндогенного белка и затормозить глюконеогенез, назначают парентеральное или зондовое питание. Больной должен получать достаточное количество калорий в виде углеводов и жиров. Если возникает гипергликемия, назначают инсулин.

2) При метаболическом ацидозе определяют уровень лактата в плазме, поскольку лактацидоз может усиливаться при избыточном введении глюкозы. В таких случаях глюкозу назначают в количестве, обеспечивающем нормогликемию, и увеличивают содержание жира в рационе.

3) Бикарбонат вводят в дозах, достаточных для поддержания его концентрации в плазме на уровне 10 мэкв/л или выше. При угрозе смерти мозга или его необратимого повреждения проводят перитонеальный диализ или обменное переливание крови. При диализе проводят не меньше одного замещения ОЦК в час, используя диализат с осмоляльностью вдвое выше нормальной. Обменное переливание крови неэффективно в случаях, когда накапливающиеся токсические метаболиты не связываются с белками плазмы. Если состояние продолжает ухудшаться, вводят большие дозы всех водорастворимых витаминов (в 1000 раз больше суточной потребности). При лактацидозе витаминная смесь должна содержать биотин. Гемодиализ небезопасен из-за непредсказуемого перераспределения жидкости в организме. После установления окончательного или предположительного диагноза начинают целенаправленное лечение.

2. Диагноз установлен. Безбелковое питание, которое назначают при острых нарушениях метаболизма, опасно тем, что распад эндогенного белка приводит к накоплению тех аминокислот, катаболизм которых нарушен. После установления диагноза для коррекции уровней аминокислот в плазме применяют аминокислотные смеси, составленные с учетом уже известного нарушения. Эти смеси вводят в/в или через назогастральный зонд.

а. При болезни кленового сиропа применяют смесь аминокислот с разветвленным радикалом (лейцина, изолейцина и валина). Эти аминокислоты получают из натуральных продуктов. Периодически определяют концентрацию аминокислот в плазме и корректируют содержание лейцина, изолейцина и валина в питательной смеси. У грудных детей потребление аминокислот в пересчете на азот должно быть не менее 1,5 г/кг/сут, а в старшем возрасте — 1 г/кг/сут. Напомним, что 1 г азота содержится в 6,25 г белка.

б. При нарушениях цикла мочевины используют смеси незаменимых аминокислот. Их назначают в небольших количествах, чтобы не допустить гипераммониемии. Смеси незаменимых аминокислот для в/в введения не выпускаются, поэтому их назначают внутрь. Нужное количество аминокислот можно растворить в очень небольшом объеме. Иногда для длительной инфузионной терапии требуются самодельные аминокислотные смеси, которые готовят из имеющихся в продаже нетоксичных кристаллических аминокислот. Эти смеси можно получить также в некоторых центрах, специализирующиеся на лечении наследственных нарушений метаболизма.

в. Гипераммониемия. не связанная с первичным нарушением метаболизма аминокислот, требует особого подхода. При уровне аммиака 500 мкг%, угрожающем поражением ЦНС. проводят перитонеальный диализ. Постоянно контролируют ВЧД. У новорожденных применяют неинвазивные методы мониторинга или наблюдают за родничком. У детей старшего возраста иногда требуется измерение ВЧД с помощью субдуральной или субарахноидальной канюли-болта. Лечение: осмотические средства (маннитол ); снижение объема внеклеточной жидкости (диализ); барбитуратная кома (эффективность не доказана); ИВЛ в режиме гипервентиляции. Предполагают, что ИВЛ в режиме гипервентиляции способствует переходу аммиака в клетки. Поэтому такой метод лечения надо применять с осторожностью. Назначают в/в инфузию бензойной кислоты (в виде бензоата натрия) в дозе 500 мг/кг/сут (можно вводить нагрузочную дозу 500 мг/кг в течение 1 ч) и фенилацетата натрия в дозе 250—500 мг/кг/сут. После снижения уровня аммиака дозу бензойной кислоты уменьшают до 250 мг/кг/сут, а фенилацетат отменяют (чтобы персонал не страдал от неприятного запаха препарата).

г. Аргинин — один из продуктов цикла мочевины. Аргинин в норме не относится к незаменимым аминокислотам, но почти при всех нарушениях цикла мочевины он образуется в недостаточном количестве. При подозрении на нарушение цикла мочевины всегда назначают аргинин в дозе 1 ммоль/кг/сут. При цитруллинемии и, особенно, аргининянтарной ацидемии аргинин в дозах до 6 ммоль/кг/сут устраняет гипераммониемию. Для в/в введения можно использовать аргинина гидрохлорид. который обычно применяют при исследовании секреции СТГ (1 ммоль аргинина соответствует 0,21 г аргинина гидрохлорида). Надо помнить, что в/в введение аргинина может вызвать гиперхлоремический ацидоз.

В. Длительное лечение. Общие правила такие же, как при лечении острых нарушений метаболизма. Ограничивают прием субстратов и вводят продукты нарушенных биохимических реакций; ограничивают прием белка или других метаболитов; поддерживают максимальную активность фермента; стараются избежать усиления катаболизма. Лечение назначает и контролирует специалист по наследственным нарушениям обмена веществ.

1. Гиперфенилаланинемии. Гиперфенилаланинемии — очень хорошо изученная группа заболеваний. Все они обусловлены нарушениями обмена фенилаланина. На примере этих болезней удобнее всего объяснять принципы диагностики и лечения наследственных нарушений обмена веществ.

а. Схема метаболизма фенилаланина представлена на рис. 36.1. У большинства больных с гиперфенилаланинемией имеется частичная или полная недостаточность апофермента фенилаланингидроксилазы. Примерно у 1% больных нарушен синтез или восстановление дигидробиоптерина — кофактора фенилаланингидроксилазы. Восстановленная форма кофактора, тетрагидробиоптерин, участвует также в гидроксилировании тирозина и триптофана с образованием L- ДОФА и серотонина. Недостаточность фермента приводит к дефициту этих медиаторов, который проявляется другим заболеванием, труднее поддающимся лечению. Поэтому у всех больных с гиперфенилаланинемией необходимо определять не только активность фермента, но и уровень кофактора.

б. Полная недостаточность фенилаланингидроксилазы обычно сопровождается значительным повышением концентрации фенилаланина в плазме (> 1200 ммоль/л) и требует пожизненного ограничения приема фенилаланина с пищей, чтобы его уровень не превышал 600 ммоль/л. Это классическая фенилкетонурия. При частичной недостаточности фенилаланингидроксилазы накапливается меньше фенилаланина. Цель лечения: снизить уровень фенилаланина до 600 ммоль/л (по возможности еще ниже).

в. Лечение. Ограничивают прием фенилаланина с пищей; назначают вегетарианскую диету с добавлением белковых или аминокислотных смесей, не содержащих фенилаланин либо содержащих его в небольших количествах. Белковые или аминокислотные смеси должны включать достаточно незаменимых аминокислот.

г. Ранее было принято прекращать диетотерапию начиная с 6 лет (поскольку головной мозг наиболее чувствителен к токсическому действию фенилаланина именно до этого возраста). В последнее время установлено, что головной мозг страдает от избытка фенилаланина на протяжении всей жизни, поэтому диету не отменяют. Правильное лечение позволяет предупредить умственную отсталость и сохранить работоспособность. Прогнозировать отдаленные последствия заболевания (через 20—30 лет) трудно.

д. Разработка и широкое внедрение методов лечения фенилкетонурии привели к тому, что многие больные женщины достигли детородного возраста. У детей таких женщин нередко наблюдаются микроцефалия и врожденные пороки сердца; повышен риск умственной отсталости. Поскольку дети женщин с фенилкетонурией являются носителями только одного рецессивного мутантного гена фенилаланингидроксилазы, нарушения развития у них объясняются повышенным уровнем фенилаланина в крови беременной (материнская фенилкетонурия). Уровень фенилаланина, безопасный для беременной и не препятствующий нормальному постнатальному развитию, может быть опасным для плода. Поэтому концентрация фенилаланина в плазме беременной не должна превышать 350 ммоль/л. Беременным с фенилкетонурией назначают диету с ограничением фенилаланина.

Литература

1. Fernandes J, Saudubray J-M, Tada K (eds), Inborn Metabolic Diseases: Diagnosis and Treatment. Heidelberg: Springer, 1990.

2. McKusick VA. Mendelian Inheritance in Man (10th ed). Baltimore: Johns Hopkins Press, 1992.

3. Scriver CR, et al (eds). The Metabolic Basis of Inherited Disease (6th ed). New York: McGraw-Hill, 1989.