Гемоглобинопатии у детей
Как и при большинстве дефектов белкового синтеза, аномалия может быть количественной, влияющей на темпы синтеза цепей глобина, как при талассемиях, или качественной вследствие нарушений структуры, как при гемоглобинопатиях. Аномалии структуры обусловлены одним, иногда двумя замещениями аминокислот в полипептидных цепях глобиновой части молекулы. Следует подчеркнуть, что большинство этих вариантов не вызывает клинических нарушений.
Наиболее известные гемоглобинопатии (гемоглобин S, С, D, Е) обусловлены замещениями в бета-цепях. Обычно при рождении они не выявляются, так как к этому времени синтез бета-цепей очень незначителен. Замещения в альфа-цепях можно обнаружить как при рождении, так и в дальнейшем, хотя они обычно бессимптомны. Замещения в гамма-цепях выявляются только в неонатальной периоде, а замещения в дельта-цепях не могут быть обнаружены до 5-6-месячного возраста, когда в норме впервые появляется гемоглобин А2. Гемоглобинопатии с изменением структуры не бета-цепей редки и представляют в основном теоретический интерес, так как они не вызывают анемии, желтухи и других клинических нарушений.
С тех пор как был открыт генетический код, было установлено, что все известные замещения аминокислот в гемоглобинах могут быть объяснены заменой лишь одного из трех оснований, кодирующих соответствующую позицию. Такие изменения единичных оснований являются следствием точечных мутаций.
Клинические последствия мутаций зависят от позиции, в которой происходит замещение в полипептидной цепи, и от изменений полярности или электростатического заряда в результате замещения. Например, замещение гидрофильной глутамиловой группы в позиции 6 бета-цепи гидрофобным валиком ведет к резким изменениям конформации молекулы и эритроциты становятся серповидными. Замещение гидрофильной, но основной лизиловой группы в той же позиции вызывает менее тяжелую болезнь НЬС с гемолизом, но без серповидных эритроцитов. Однако замещение глутамила лизилом в соседней позиции 7 НЬС Georgetown ведет к серповидно-клеточным нарушениям. Тирозин, заменивший гистидин, в позиции 63 образует связь с железом гема, вследствие чего исключается возможность обратимой оксигенации, тогда как наличие аргинина в той же позиции (гемоглобин Zurich) увеличивает чувствительность молекулы к окислительному денатурированию медикаментами.
Гены талассемии (альфа-талассемии и бета-талассемии) наследуются таким же образом, что приводит к гомозиготным или гетерозиготным состояниям по талассемии альфа- или бета-цепи. Однако имеются гены различной силы действия (например, альфа-талассемия 1 и альфа-талассемия 2) или же синтез альфа-цепей может контролироваться не двумя, а четырьмя генами. Гены бета-талассемии также аллеломорфны с генами бета-гемоглобинопатий. Поэтому возможны смешанные синдромы гемоглобинопатии и талассемии.
Между различными генами гемоглобинопатии и талассемии происходит взаимодействие, и у двойных гетерозигот клиническое состояние более тяжелое, если поражена одна и та же цепь, например бета. Однако состояние не ухудшается, если поражаются разные цепи. Нормальная цепь не может синтезироваться совсем, если изменены оба аллеломорфных гена этой цепи.
Распределение гена HbS в Старом свете весьма сходно с распределением злокачественной трехдневной малярии. Гетерозиготы с серповидно-клеточной болезнью относительно защищены от летальных осложнений церебральной малярии, что, вероятно, с избытком компенсирует смертность от гомозиготной серповидно-клеточной анемии и способствует сохранению гена. Этот феномен был назван сбалансированным полиморфизмом. У гетерозигот A/S клетки, содержащие паразита, более склонны к переходу в серповидную форму, чем не содержащие его, что может привести к быстрому выведению паразитов из циркулирующей крови. Есть также указания на то, что плодовитость гетерозигот по HbS повышена.
НЬС встречается главным образом в Западной Африке, HbD - в Западной Индии, НЬЕ - в Бирме, Таиланде.
Бета-талассемия (средиземноморская анемия, болезнь Кули) наиболее характерна для рас, живущих на побережье Средиземного моря (thalas по-гречески море). В Турции и Греции частота ее достигает 20%, в Сицилии и дельте реки По - 10%, в Южной Италии - 4%. Однако по существу эта болезнь более распространена, чем можно предполагать по ее названию "средиземноморская". Она часто встречается в Бирме и Таиланде, реже в Китае, Индии и Центральной Африке. Сбалансированный полиморфизм возможен и при этой болезни, так как предполагается, что гетерозиготы менее восприимчивы к малярии или обладают повышенной плодовитостью.
Альфа-талассемия имеет географическое распределение, обратное бета-талассемии. В основном она встречается на Дальнем Востоке и среди негров, тогда как среди жителей средиземноморских стран она очень редка.
Патогенез феномена серповидности и связанный с ним гемолиз. Мурьяма, проводивший исследования на молекулярном уровне, получил указания на то, что между двумя валиловыми радикалами в позициях 1 и 6 на поверхности бета-цепи образуется гидрофобная связь (радикалы являются замещенной аминокислотой, характеризующей HbS). Таким образом, возникает кольцо в бета-цепи одной молекулы, которую можно сравнить с "ключом", входящим в "замок", образуемый комплементарной частью альфа-цепи второй молекулы гемоглобина. В состоянии дезоксигенации две бета-цепи сближены на 0,7 нм, и предполагается, что только в этой молекулярной конфигурации "ключ" может войти в "замок". По-видимому, "гипотеза Мигауата" объясняет тактоидное образование дезоксигенированного HbS, так как молекулы накладываются друг на друга в виде линейного ряда. Эти данные Геллер обсуждает так же, как изменения, необходимые для того, чтобы объяснить переход эритроцитов в серповидную форму при НЬС Джоржтаун и образование кристаллов гемоглобина С; при обеих этих гемоглобинопатиях аминокислоты замещены в одном и том же участке молекулы. В HbS Мемфис дополнительная аномалия альфа-цепи изменяет степень перехода клеток в серповидную форму, так как препятствует упомянутому взаимодействию альфа- и бета-цепей. Гибридные молекулы, содержащие по одной бета-цепи HBA и HbS, которые имеются у гетерозигот S/A, должны также препятствовать наложению друг на друга молекул в дезоксигенированном HbS. Недавно "гипотеза Мигауата" была модифицирована, и высказано предположение о прямом взаимодействии между гидрофобной валиловой группой бета-цепи и альфа-цепью второй молекулы. Шесть молекул дезоксигенированного HbS образуют кольца, и когда эти кольца накладываются друг на друга, возникает трубчатая спиральная структура, гораздо более прочная, чем структура, которая может образовать дезоксигенированный HBA.
На клеточном уровне имеются электронно-микроскопические указания на присутствие параллельных стержней в серповидных клетках. Эти стержни переплетаются и образуют ригидные волокна, которые вызывают резкие изменения формы эритроцитов и заметны в виде "линейных складок" на поверхности клетки. По мере перехода эритроцитов в серповидную форму волокна организуются в виде параллельных пучков по продольной оси тела или выростов серповидной клетки. Вследствие крайней деформации во время перехода эритроцита в серповидную форму сближаются участки внутренней поверхности клеточной мембраны, что сопровождается изменением клетки и последующей потерей фрагментов мембраны и клеточного содержимого. Таково происхождение "уродливых пойкилоцитов", характерных для этой болезни, т. е. клеток, необратимо перешедших в серповидную форму с уменьшенной площадью поверхности и укороченной продолжительностью жизни. Кроме того, эти клетки характеризуются резким снижением пластичности и способностью к деформациям. И опять-таки уменьшает продолжительность их жизни в циркулирующей крови.
Молекулярная полимеризация HbS весьма близка к менее выраженной агрегации молекул дезоксигенированного НЬС, которая ведет к образованию внутриэритроцитарных кристаллов вследствие снижения растворимости НЬС. Это опять-таки обусловлено изменением полярности на поверхности бета-цепей, по-видимому, вызывающим взаимодействие с альфа-цепями ближайшей молекулы, особенно в дезоксигенированном состоянии гемоглобина. Присутствие кристаллов преципитированного НЬС в эритроцитах ведет к тому, что они выводятся из циркуляции селезенкой. Утрата мембраны при удалении микрокристаллов в селезенке происходит, как и в тельцах Гейнца. Наблюдаются также повышенная вязкость и пониженная пластичность клеток. Мишеневидные клетки при болезни НЬС могут содержать расположенные в центре кристаллы гемоглобина.
Эти клеточные изменения in vivo ведут к гемолизу, застою в сосудах и тромботическим кризам при серповидно-клеточных гемоглобинопатиях и только к гемолизу при болезни НЬС. Мак Курди изучал продолжительность жизни эритроцитов при этих заболеваниях. Средняя продолжительность жизни эритроцитов составляла от 12 до 24 дней (в среднем 17,2 дня) у 9 больных S/S, 16 и 20 дней у больных S/C, 35 и 38 дней у больных С/С, 53 и 96 дней у больных S/бета-талассемией и более 90 дней (т. е. была нормальной) у гетерозигот A/S. В общем деструкция клеток происходила экспоненциально, т. е. имела случайный характер и не зависела от их возраста. Способность костного мозга компенсировать гемолиз была, по-видимому, несколько снижена из-за сопутствующих дефектов эритропоэза при этих болезнях или из-за сдвига кривой диссоциации кислорода, благодаря чему кислород становился более доступным для ткани, а следовательно, ослаблялся стимул к выделению эритропоэтина. Доказано, что клетки S/S, S/C, S/D и S/бета-талассемии имеют сниженную аффинность к кислороду. Изучение новой группы больных с НЬС подтвердило, что продолжительность жизни эритроцитов снижена у гетерозигот (А/С).
Соответственно причинам, провоцирующим переход эритроцитов в серповидную форму in vivo и закупорку сосудов, процент серповидных клеток в артериальной и венозной крови зависит от процента HbS в крови, типов других гемоглобинов и Ро2. Однако при инфекциях переход в серповидную форму выражен особенно сильно. Лихорадка и ацидоз также способствуют этому переходу. Ясно, что присутствие серповидных клеток увеличивает вязкость крови и замедляет кровоток, что предрасполагает к капиллярному застою. В сосудах с низким давлением, где в норме кровоток наиболее медленный, дальнейшее замедление и в конечном счете застой провоцируется процессом "запруживания". Эритроциты отдают больше кислорода, чтобы удовлетворить потребности ткани, переход в серповидную форму усиливается, и возникает порочный круг. Повышенная вязкость крови является причиной многих клинических проявлений, включая хронические кожные язвы у больного старшего возраста. При изучении изменений в легких при серповидно-клеточной анемии Диггс описал легочные артериальные эмболы, состоящие из переплетенных между собой серповидных эритроцитов и фрагментов внутрисосудистых тромбов, образовавшихся ранее в системных венах. Эмболы также содержали шарики жира, кусочки клеточного костного мозга и трабекулярную кость из зон ишемических костных инфарктов. В легочных артериях первичных тромбов не было обнаружено. Однако внутрисосудистое образование фибрина может способствовать закупорке капилляров и инфаркту в других тканях при серповидно-клеточных кризах. Таким образом, можно считать обоснованной пробную терапию антикоагулянтами или дефибринирование крови анкродом. Стюарт и Окси приводят данные, которые указывают на вероятное выделение аденозиндифосфата (АДФ) из эритроцитов или тромбоцитов во время серповидно-клеточных кризов с окклюзией сосудов. Выживающие тромбоциты становятся "стойкими" при одновременном снижении их адгезивности, что, вероятно, выгодно с биологической точки зрения.
Гематологическая диагностика. У больного наблюдается довольно тяжелая нормохромная нормоцитарная анемия, причем уровень гемоглобина иногда не превышает 6 г%. Гипохромии, которая встречается при талассемических синдромах, нет, но можно обнаружить мишеневидные клетки, полихромазию и иногда нормобласты. Особенно много мишеневидных клеток при НЬС. У гомозигот с серповидно-клеточной болезнью в мазке крови можно видеть небольшое количество серповидных клеток. Имеется умеренный ретикулоцитоз, за исключением периода апластического криза. Наблюдается также нейтрофилез с нормальным или большим числом тромбоцитов, опять-таки кроме периода апластических кризов. Кривая осмотической резистентности говорит о том, что резистентность эритроцитов повышена. В костном мозге наблюдается эритроидная гиперплазия и увеличено количество окрашиваемого железа в ретикулярных клетках и нормобластах. Мегалобластные изменения могут наступить при опустошении резервов фолиевой кислоты, а эритроидная гипоплазия может быть следствием инфекций.
Наличие гемоглобина S у гомозигот и гетерозигот можно быстро подтвердить при помощи обычного теста на серповидность, т. е. одну каплю свежей крови смешивают на предметном стекле с тремя каплями свежеприготовленного 2% метабисульфита натрия и закрывают герметически покровным стеклом, причем края смазывают вазелином. Препарат рассматривают под микроскопом после инкубации при 37° в течение 1-2 ч. На присутствие гемоглобина С указывает образование резко деформированных нитевидных серповидных клеток. Желательно поставить контрольную пробу с нормальной кровью.
Однако этот тест не пригоден для быстрой проверки больших контингентов больных, поэтому разработаны новые методы, основанные на относительной нерастворимости дезоксигенированного гемоглобина S.
Клинические проявления серповидно-клеточных болезней. До 3 месяцев клинические симптомы наблюдаются редко, однако они имеются у половины гомозигот S/S к возрасту 1 года и у 3-4 -к 2 годам. Оски и Найман собрали всего только 7 случаев, в которых симптомы появились на 1-м месяце жизни. Эта сводная группа подобрана из 5 разных сообщений, где представлен довольно большой клинический опыт, накопленный на протяжении многих лет. У 6 детей были желтуха и гемолитическая анемия, причем в 2 случаях, по-видимому, они были спровоцированы инфекцией. У 3 детей были увеличены печень и селезенка. Диагноз затрудняется тем, что концентрация гемоглобина S в этом возрасте может быть настолько низкой, что тест на серповидные клетки будет отрицательным. Однако диагноз исключается, если тест отрицательный у матери.
Анемию можно обнаружить в возрасте 1 мес у детей S/S, но не у детей S/A. К 3 месяцам гемоглобин часто составляет от 8 до 9 г%, но в отдельных редких случаях может быть всего лишь 6 г%.
После того как заканчивается младенчество, клиническое течение характеризуется длительными периодами, когда все нормально и быть может лишь легкая анемия. Эти периоды перемежаются кризами, которые обычно провоцируются респираторными и другими инфекциями. По-видимому, больные особенно чувствительны к пневмококковым инфекциям и сальмонеллезам. Кризы обычно бывают "тромботическими", вызывающими инфаркты, а не анемию, или "апластическими". Тромботические кризы продолжительностью от нескольких дней до недели сопровождаются рвотой, анорексией, лихорадкой и болями чаще всего в спине или животе или в какой-либо кости или суставе. Инфаркт мозга может вызвать самые разнообразные неврологические проявления. Особенно характерно у детей до 2 лет внезапное появление болей и отека в области коротких костей кистей и стоп с рентгенологическими изменениями, подобными брюшнотифозному остеиту. Это явление получило название синдрома "кисть - стопа.
Острые легочные нарушения у этих больных часто диагностируются ошибочно как пневмония, хотя в действительности это легочные инфаркты. К отличительным признакам их относятся тенденция к рецидивам при серповидно-клеточных инфарктах и большая продолжительность лихорадки, чем это обычно при пневмониях.
Апластические кризы характеризуются внезапным сильным побледнением и анемией, а не болями. Анемия может быть достаточно тяжелой для того, чтобы спровоцировать застойную сердечную декомпенсацию. Обычно апластические кризы провоцируются совершенно банальными инфекциями, если они характеризуются ретикулоцитопенией, но иногда создается впечатление, что кризы вызваны дефицитом фолиевой кислоты вследствие ее повышенного использования при хронических гемолитических состояниях. Для юных больных, прежде чем наступает "аутоспленэктомия", характерны кризы секвестрации вследствие задержки клеток в печени и селезенке, требующие экстренных трансфузий. Манн и соавторы проанализировали 16 приступов внезапно развившейся анемии, требовавших переливания крови у 13 детей S/S. У 5 из 7 детей были признаки повышенного гемолиза, и у 10 из 15 ретикулоцитопения указывала на угнетение костного мозга. В 13 случаях обнаружены холодовые агглютинины, активные при комнатной температуре, причем в 11 случаях они обладали анти-I специфичностью. У этих больных для трансфузии была использована подогретая кровь без каких-либо осложнений. Часто казалось, что причиной анемии являются возбудители инфекции, возможно микоплазматические.
Существуют и проявления, общие с другими хроническими гемолитическими анемиями, включая образование желчных камней и хронические язвы голени у больных старшего возраста. У детей младшего возраста часто увеличена селезенка, но после повторных инфарктов в старшем детском возрасте селезенка обычно сжимается. К скелетным изменениям, вызываемым гемолизом, относятся: расширение диплоида черепа со смещением кнаружи и истончением наружной пластинки, что дает рентгенологическую картину вставших дыбом волос; остеопороз позвонков и их деформация вследствие компрессии (рыбьи позвонки). Недавно было установлено, что резко выраженные рентгенологические изменения теперь уже не встречаются, вероятно, вследствие улучшения питания и меньшей частоты паразитозов. Постепенно становится ясным, что эта болезнь не всегда имеет такой безнадежный прогноз, как предполагалось прежде.
Особый интерес представляют поражения, влияющие на почечную функцию и приводящие к гипостенурии. Вначале эти поражения обратимы при переливаниях нормальной крови, но позднее становятся необратимыми. Перлли и Эстайм предположили, что эритроциты становятся серповидными в гипоксическом мозговом веществе почек, что ограничивает кровоток и возможность создания гипертонической среды, необходимой для осмотической резорбции воды.
Прекрасное, более полное описание клинических проявлений серповидноклеточной анемии опубликовал Мауэер. Персон и Диамонд также описывают эти проявления и их лечение.
У гетерозигот с гемоглобином S/A эти симптомы и признаки отсутствуют, если не считать отдельных приступов доброкачественной гематурии и склонности к небольшим тромботическим кризам, если возникает аноксия под наркозом или в самолетах на большой высоте. При смешанных синдромах гемоглобина S с другими гемоглобинопатиями или талассемией степень инвалидизации промежуточная. У гомозигот с болезнью гемоглобина С имеется легкий хронический гемолиз, но нет тромбозов. У редких гомозигот с гемоглобинами Е и D наблюдается еще более легкий хронический гемолиз, но он более выражен у двойных гетерозигот, например гемоглобин Е и бета-талассемия.
Лечение серповидно-клеточных нарушений. Тромботические кризы лечатся постельным режимом, анальгетиками, обильным питьем или парентеральным введением жидкости, антибиотиками, если имеются инфекции. При наличии анемии трансфузия крови не только коррегирует криз, но и уменьшает концентрацию клеток, склонных к переходу в серповидную форму и при этом снижается патологическая вязкость крови. Надо попытаться также восполнить сниженный объем плазмы и устранить метаболический ацидоз, который наблюдается во время кризов. Применение низкомолекулярного декстрана не дает явного эффекта. Гипербарический кислород под давлением в 2 атм снижает процент циркулирующих серповидных клеток, но в общем не снимает симптомы болевых кризов. Однако Рейнольдс трижды наблюдал успешный результат у одного и того же больного.
Недавно появились восторженные сообщения об использовании внутривенно мочевины в сахарозе для купирования болевых серповидно-клеточных кризов, так как в высокой концентрации мочевина может разрушать гидрофобные связи и возвращать нормальную конфигурацию серповидным клеткам in vitro. К мочевине для внутривенного введения добавляют сахарозу, чтобы предупредить гемолиз, который вызвала бы одна мочевина. Наиболее серьезным побочным явлением при таком лечении является "ниагароподобный" диурез, что может фактически увеличить риск серповидности вследствие усиленного обезвоживания, которое уже нередко имеется у больного. Недавнее контрольное испытание (Группа по совместному испытанию мочевины) не выявило какого-либо эффекта по купированию криза при использовании мочевины высокой (15%) и низкой (10%) концентрации или щелочей по сравнению с контрольными больными, получавшими 10% сахарозу или солевой раствор N/4 в 5% декстрозе. Профилактический прием внутрь мочевины у 11 детей с серповидноклеточной анемией также не снизил частоты болевых кризов и числа госпитализаций в год. Недавно этот вопрос обсуждался в кратком сообщении в журнале "Lancet".
Высказано предположение, что положительный эффект лечения мочевиной может объясняться образованием следов иона цианата, так как при этом увеличивается продолжительность жизни in vivo серповидных клеток. Мэй и соавторы установили, что этот эффект цианата объясняется не прямым подавлением перехода в серповидную форму, а тем, что цианат увеличивает аффинность эритроцитов к кислороду и уменьшает относительное количество дезоксигенированного гемоглобина при данной величине Ро2. Клинические испытания у 31 больного серповидно-клеточной болезнью в возрасте от 7 до 49 лет позволяют предполагать, что прием цианата натрия (от 10 до 35 мг на 1 кг массы тела в сутки в течение 6-18 месяцев) снизил частоту "идиопатических кризов", но не повлиял на кризы, вызванные инфекцией. Безусловно необходимы дальнейшие испытания с контролем. Пока нельзя рекомендовать ни мочевину, ни цианат.
При лечении кризов гипербарический кислород и дефибринирующий антикоагулянт "анкрод" оказались неэффективными.
Вероятно, важнейшей мерой при длительном ведении больного является быстрое лечение любой инфекции и лихорадки, так как инфекция чаще всего является провоцирующим фактором, который "запускает" тромботический криз, а в принципе может вызвать и апластические кризы вследствие подавления функции костного мозга. Необходимо договориться о том, чтобы больного можно было срочно принять в больницу, если начинается инфекционное заболевание. Следует рекомендовать хорошее питание, включая систематический прием внутрь 5 мг в сутки фолиевой кислоты у всех гомозигот S/S, чтобы компенсировать повышенную потребность гиперактивного костного мозга в фолате. Трансфузии нужны редко, если не считать апластических или тромботических кризов или периода после приступа. Следует помнить, что для больного на протяжении всей его жизни опасны наркоз и авиаперелеты. Спленэктомия показана редко - только когда имеются явные признаки гиперспленизма. С возрастом обычно происходит "аутоспленэктомия" вследствие повторяющихся селезеночных инфарктов, ведущих к фиброзу, и спленомегалия становится все менее частой после 10 лет.
В общем врачебная тактика должна включать исследования других родственников, чтобы выявить носителей S/A или даже других гомозигот S/S среди рождающихся позднее детей. Необходимо предупредить больных о риске инфаркта селезенки или других кризов на большой высоте (более 7000 футов) или аноксии под наркозом. Гетерозиготам (S/A) опасны только перелеты в негерметических кабинах. Гомозиготы, по-видимому, могут без риска (возможно, благодаря аутоспленэктомии) летать в герметизированных самолетах. Напротив, больные S/C наиболее чувствительны к действию низкого давления, и им перелеты должны быть запрещены. В других отношениях болезни у двойных гетерозигот, например S/бета-талассемия, S/C и т. д., характеризуется средней тяжестью.
Следует попытаться выявить сопутствующий дефицит фермента Г-6-ФДГ, так как он может увеличить частоту серповидно-клеточных кризов у гомозигот S/S.
У гомозигот по гемоглобинам С, D или Е почти не требуется специфического лечении. У них наблюдается хронический легкий гемолиз, ни вероятная продолжительность жизни не уменьшен. Может потребоваться симптоматическое лечение по поводу рецидивирующих периартикулярных и абдоминальных болей при этих болезнях.
ВОЗ выпустила свои рекомендации по лечению гемоглобинопатий и родственных заболеваний. Кроме того, недавно опубликована прекрасная обзорная работа Хунтсмана и Леманна. Возможно, что в будущем для лечения гемоглобинопатий будет использована генетическая инженерия или трансплантация.
Женский журнал www.BlackPantera.ru: Митчел Уиллоуби
Наиболее известные гемоглобинопатии (гемоглобин S, С, D, Е) обусловлены замещениями в бета-цепях. Обычно при рождении они не выявляются, так как к этому времени синтез бета-цепей очень незначителен. Замещения в альфа-цепях можно обнаружить как при рождении, так и в дальнейшем, хотя они обычно бессимптомны. Замещения в гамма-цепях выявляются только в неонатальной периоде, а замещения в дельта-цепях не могут быть обнаружены до 5-6-месячного возраста, когда в норме впервые появляется гемоглобин А2. Гемоглобинопатии с изменением структуры не бета-цепей редки и представляют в основном теоретический интерес, так как они не вызывают анемии, желтухи и других клинических нарушений.
С тех пор как был открыт генетический код, было установлено, что все известные замещения аминокислот в гемоглобинах могут быть объяснены заменой лишь одного из трех оснований, кодирующих соответствующую позицию. Такие изменения единичных оснований являются следствием точечных мутаций.
Клинические последствия мутаций зависят от позиции, в которой происходит замещение в полипептидной цепи, и от изменений полярности или электростатического заряда в результате замещения. Например, замещение гидрофильной глутамиловой группы в позиции 6 бета-цепи гидрофобным валиком ведет к резким изменениям конформации молекулы и эритроциты становятся серповидными. Замещение гидрофильной, но основной лизиловой группы в той же позиции вызывает менее тяжелую болезнь НЬС с гемолизом, но без серповидных эритроцитов. Однако замещение глутамила лизилом в соседней позиции 7 НЬС Georgetown ведет к серповидно-клеточным нарушениям. Тирозин, заменивший гистидин, в позиции 63 образует связь с железом гема, вследствие чего исключается возможность обратимой оксигенации, тогда как наличие аргинина в той же позиции (гемоглобин Zurich) увеличивает чувствительность молекулы к окислительному денатурированию медикаментами.
Наследование
Структура альфа-, бета-, гамма- и дельта-цепей контролируется различными парами аллелей. Для гамма-цепей и альфа-цепей они могут быть множественными. Упомянутые выше точечные мутации в генетическом коде, по-видимому, наследуются на паре аллеломорфных соматических генов. Каждая гемоглобинопатия может быть гетерозиготной или гомозиготной. Так, например, при гомозиготной серповидно-клеточной болезни (S/S) гемоглобин S заменяет гемоглобин А полностью, а у гетерозигот (S/A) - лишь частично. Этот параллелизм между пропорциями молекул и генетическим статусом послужил основой для открытия "молекулярных болезней". У гетерозигот степень нарушения промежуточная между гомозиготой и нормальным человеком. Поскольку гены различных гемоглобинопатии для одной и той же цепи аллеломорфны, возможны смешанные гемоглобинопатии, например гемоглобин S/C.Гены талассемии (альфа-талассемии и бета-талассемии) наследуются таким же образом, что приводит к гомозиготным или гетерозиготным состояниям по талассемии альфа- или бета-цепи. Однако имеются гены различной силы действия (например, альфа-талассемия 1 и альфа-талассемия 2) или же синтез альфа-цепей может контролироваться не двумя, а четырьмя генами. Гены бета-талассемии также аллеломорфны с генами бета-гемоглобинопатий. Поэтому возможны смешанные синдромы гемоглобинопатии и талассемии.
Между различными генами гемоглобинопатии и талассемии происходит взаимодействие, и у двойных гетерозигот клиническое состояние более тяжелое, если поражена одна и та же цепь, например бета. Однако состояние не ухудшается, если поражаются разные цепи. Нормальная цепь не может синтезироваться совсем, если изменены оба аллеломорфных гена этой цепи.
Географическое распределение и частота
Главным резервуаром серповидно-клеточной болезни являются тропическая Африка и Мадагаскар. В некоторых областях число носителей HbS достигает 40%. Серповидноклеточная анемия распространена также в Турции, Греции и других средиземноморских странах, включая Северную Африку. Наличие ее среди веддоидных индийских племен, проживающих в горах, вызвало предположение, что древняя веддоидная раса в эпоху неолита из Аравии мигрировала в Африку и в Индию, и таким образом распространился ген HbS. Частота серповидноклеточной анемии, равная 8-9% среди чернокожих американцев, объясняется тем, что в XVII столетии негры были завезены в Америку из Западной Африки.Распределение гена HbS в Старом свете весьма сходно с распределением злокачественной трехдневной малярии. Гетерозиготы с серповидно-клеточной болезнью относительно защищены от летальных осложнений церебральной малярии, что, вероятно, с избытком компенсирует смертность от гомозиготной серповидно-клеточной анемии и способствует сохранению гена. Этот феномен был назван сбалансированным полиморфизмом. У гетерозигот A/S клетки, содержащие паразита, более склонны к переходу в серповидную форму, чем не содержащие его, что может привести к быстрому выведению паразитов из циркулирующей крови. Есть также указания на то, что плодовитость гетерозигот по HbS повышена.
НЬС встречается главным образом в Западной Африке, HbD - в Западной Индии, НЬЕ - в Бирме, Таиланде.
Бета-талассемия (средиземноморская анемия, болезнь Кули) наиболее характерна для рас, живущих на побережье Средиземного моря (thalas по-гречески море). В Турции и Греции частота ее достигает 20%, в Сицилии и дельте реки По - 10%, в Южной Италии - 4%. Однако по существу эта болезнь более распространена, чем можно предполагать по ее названию "средиземноморская". Она часто встречается в Бирме и Таиланде, реже в Китае, Индии и Центральной Африке. Сбалансированный полиморфизм возможен и при этой болезни, так как предполагается, что гетерозиготы менее восприимчивы к малярии или обладают повышенной плодовитостью.
Альфа-талассемия имеет географическое распределение, обратное бета-талассемии. В основном она встречается на Дальнем Востоке и среди негров, тогда как среди жителей средиземноморских стран она очень редка.
Серповидно-клеточные состояния
Серповидные формы эритроцитов наблюдаются не только у гомозиготных носителей HbS, но и у двойных гетерозигот по HbS плюс какая-либо другая аномалия, а также у носителей некоторых вариантов НЬС. Эти последние встречаются не только среди чернокожих популяций.Патогенез феномена серповидности и связанный с ним гемолиз. Мурьяма, проводивший исследования на молекулярном уровне, получил указания на то, что между двумя валиловыми радикалами в позициях 1 и 6 на поверхности бета-цепи образуется гидрофобная связь (радикалы являются замещенной аминокислотой, характеризующей HbS). Таким образом, возникает кольцо в бета-цепи одной молекулы, которую можно сравнить с "ключом", входящим в "замок", образуемый комплементарной частью альфа-цепи второй молекулы гемоглобина. В состоянии дезоксигенации две бета-цепи сближены на 0,7 нм, и предполагается, что только в этой молекулярной конфигурации "ключ" может войти в "замок". По-видимому, "гипотеза Мигауата" объясняет тактоидное образование дезоксигенированного HbS, так как молекулы накладываются друг на друга в виде линейного ряда. Эти данные Геллер обсуждает так же, как изменения, необходимые для того, чтобы объяснить переход эритроцитов в серповидную форму при НЬС Джоржтаун и образование кристаллов гемоглобина С; при обеих этих гемоглобинопатиях аминокислоты замещены в одном и том же участке молекулы. В HbS Мемфис дополнительная аномалия альфа-цепи изменяет степень перехода клеток в серповидную форму, так как препятствует упомянутому взаимодействию альфа- и бета-цепей. Гибридные молекулы, содержащие по одной бета-цепи HBA и HbS, которые имеются у гетерозигот S/A, должны также препятствовать наложению друг на друга молекул в дезоксигенированном HbS. Недавно "гипотеза Мигауата" была модифицирована, и высказано предположение о прямом взаимодействии между гидрофобной валиловой группой бета-цепи и альфа-цепью второй молекулы. Шесть молекул дезоксигенированного HbS образуют кольца, и когда эти кольца накладываются друг на друга, возникает трубчатая спиральная структура, гораздо более прочная, чем структура, которая может образовать дезоксигенированный HBA.
На клеточном уровне имеются электронно-микроскопические указания на присутствие параллельных стержней в серповидных клетках. Эти стержни переплетаются и образуют ригидные волокна, которые вызывают резкие изменения формы эритроцитов и заметны в виде "линейных складок" на поверхности клетки. По мере перехода эритроцитов в серповидную форму волокна организуются в виде параллельных пучков по продольной оси тела или выростов серповидной клетки. Вследствие крайней деформации во время перехода эритроцита в серповидную форму сближаются участки внутренней поверхности клеточной мембраны, что сопровождается изменением клетки и последующей потерей фрагментов мембраны и клеточного содержимого. Таково происхождение "уродливых пойкилоцитов", характерных для этой болезни, т. е. клеток, необратимо перешедших в серповидную форму с уменьшенной площадью поверхности и укороченной продолжительностью жизни. Кроме того, эти клетки характеризуются резким снижением пластичности и способностью к деформациям. И опять-таки уменьшает продолжительность их жизни в циркулирующей крови.
Молекулярная полимеризация HbS весьма близка к менее выраженной агрегации молекул дезоксигенированного НЬС, которая ведет к образованию внутриэритроцитарных кристаллов вследствие снижения растворимости НЬС. Это опять-таки обусловлено изменением полярности на поверхности бета-цепей, по-видимому, вызывающим взаимодействие с альфа-цепями ближайшей молекулы, особенно в дезоксигенированном состоянии гемоглобина. Присутствие кристаллов преципитированного НЬС в эритроцитах ведет к тому, что они выводятся из циркуляции селезенкой. Утрата мембраны при удалении микрокристаллов в селезенке происходит, как и в тельцах Гейнца. Наблюдаются также повышенная вязкость и пониженная пластичность клеток. Мишеневидные клетки при болезни НЬС могут содержать расположенные в центре кристаллы гемоглобина.
Эти клеточные изменения in vivo ведут к гемолизу, застою в сосудах и тромботическим кризам при серповидно-клеточных гемоглобинопатиях и только к гемолизу при болезни НЬС. Мак Курди изучал продолжительность жизни эритроцитов при этих заболеваниях. Средняя продолжительность жизни эритроцитов составляла от 12 до 24 дней (в среднем 17,2 дня) у 9 больных S/S, 16 и 20 дней у больных S/C, 35 и 38 дней у больных С/С, 53 и 96 дней у больных S/бета-талассемией и более 90 дней (т. е. была нормальной) у гетерозигот A/S. В общем деструкция клеток происходила экспоненциально, т. е. имела случайный характер и не зависела от их возраста. Способность костного мозга компенсировать гемолиз была, по-видимому, несколько снижена из-за сопутствующих дефектов эритропоэза при этих болезнях или из-за сдвига кривой диссоциации кислорода, благодаря чему кислород становился более доступным для ткани, а следовательно, ослаблялся стимул к выделению эритропоэтина. Доказано, что клетки S/S, S/C, S/D и S/бета-талассемии имеют сниженную аффинность к кислороду. Изучение новой группы больных с НЬС подтвердило, что продолжительность жизни эритроцитов снижена у гетерозигот (А/С).
Соответственно причинам, провоцирующим переход эритроцитов в серповидную форму in vivo и закупорку сосудов, процент серповидных клеток в артериальной и венозной крови зависит от процента HbS в крови, типов других гемоглобинов и Ро2. Однако при инфекциях переход в серповидную форму выражен особенно сильно. Лихорадка и ацидоз также способствуют этому переходу. Ясно, что присутствие серповидных клеток увеличивает вязкость крови и замедляет кровоток, что предрасполагает к капиллярному застою. В сосудах с низким давлением, где в норме кровоток наиболее медленный, дальнейшее замедление и в конечном счете застой провоцируется процессом "запруживания". Эритроциты отдают больше кислорода, чтобы удовлетворить потребности ткани, переход в серповидную форму усиливается, и возникает порочный круг. Повышенная вязкость крови является причиной многих клинических проявлений, включая хронические кожные язвы у больного старшего возраста. При изучении изменений в легких при серповидно-клеточной анемии Диггс описал легочные артериальные эмболы, состоящие из переплетенных между собой серповидных эритроцитов и фрагментов внутрисосудистых тромбов, образовавшихся ранее в системных венах. Эмболы также содержали шарики жира, кусочки клеточного костного мозга и трабекулярную кость из зон ишемических костных инфарктов. В легочных артериях первичных тромбов не было обнаружено. Однако внутрисосудистое образование фибрина может способствовать закупорке капилляров и инфаркту в других тканях при серповидно-клеточных кризах. Таким образом, можно считать обоснованной пробную терапию антикоагулянтами или дефибринирование крови анкродом. Стюарт и Окси приводят данные, которые указывают на вероятное выделение аденозиндифосфата (АДФ) из эритроцитов или тромбоцитов во время серповидно-клеточных кризов с окклюзией сосудов. Выживающие тромбоциты становятся "стойкими" при одновременном снижении их адгезивности, что, вероятно, выгодно с биологической точки зрения.
Гематологическая диагностика. У больного наблюдается довольно тяжелая нормохромная нормоцитарная анемия, причем уровень гемоглобина иногда не превышает 6 г%. Гипохромии, которая встречается при талассемических синдромах, нет, но можно обнаружить мишеневидные клетки, полихромазию и иногда нормобласты. Особенно много мишеневидных клеток при НЬС. У гомозигот с серповидно-клеточной болезнью в мазке крови можно видеть небольшое количество серповидных клеток. Имеется умеренный ретикулоцитоз, за исключением периода апластического криза. Наблюдается также нейтрофилез с нормальным или большим числом тромбоцитов, опять-таки кроме периода апластических кризов. Кривая осмотической резистентности говорит о том, что резистентность эритроцитов повышена. В костном мозге наблюдается эритроидная гиперплазия и увеличено количество окрашиваемого железа в ретикулярных клетках и нормобластах. Мегалобластные изменения могут наступить при опустошении резервов фолиевой кислоты, а эритроидная гипоплазия может быть следствием инфекций.
Наличие гемоглобина S у гомозигот и гетерозигот можно быстро подтвердить при помощи обычного теста на серповидность, т. е. одну каплю свежей крови смешивают на предметном стекле с тремя каплями свежеприготовленного 2% метабисульфита натрия и закрывают герметически покровным стеклом, причем края смазывают вазелином. Препарат рассматривают под микроскопом после инкубации при 37° в течение 1-2 ч. На присутствие гемоглобина С указывает образование резко деформированных нитевидных серповидных клеток. Желательно поставить контрольную пробу с нормальной кровью.
Однако этот тест не пригоден для быстрой проверки больших контингентов больных, поэтому разработаны новые методы, основанные на относительной нерастворимости дезоксигенированного гемоглобина S.
Клинические проявления серповидно-клеточных болезней. До 3 месяцев клинические симптомы наблюдаются редко, однако они имеются у половины гомозигот S/S к возрасту 1 года и у 3-4 -к 2 годам. Оски и Найман собрали всего только 7 случаев, в которых симптомы появились на 1-м месяце жизни. Эта сводная группа подобрана из 5 разных сообщений, где представлен довольно большой клинический опыт, накопленный на протяжении многих лет. У 6 детей были желтуха и гемолитическая анемия, причем в 2 случаях, по-видимому, они были спровоцированы инфекцией. У 3 детей были увеличены печень и селезенка. Диагноз затрудняется тем, что концентрация гемоглобина S в этом возрасте может быть настолько низкой, что тест на серповидные клетки будет отрицательным. Однако диагноз исключается, если тест отрицательный у матери.
Анемию можно обнаружить в возрасте 1 мес у детей S/S, но не у детей S/A. К 3 месяцам гемоглобин часто составляет от 8 до 9 г%, но в отдельных редких случаях может быть всего лишь 6 г%.
После того как заканчивается младенчество, клиническое течение характеризуется длительными периодами, когда все нормально и быть может лишь легкая анемия. Эти периоды перемежаются кризами, которые обычно провоцируются респираторными и другими инфекциями. По-видимому, больные особенно чувствительны к пневмококковым инфекциям и сальмонеллезам. Кризы обычно бывают "тромботическими", вызывающими инфаркты, а не анемию, или "апластическими". Тромботические кризы продолжительностью от нескольких дней до недели сопровождаются рвотой, анорексией, лихорадкой и болями чаще всего в спине или животе или в какой-либо кости или суставе. Инфаркт мозга может вызвать самые разнообразные неврологические проявления. Особенно характерно у детей до 2 лет внезапное появление болей и отека в области коротких костей кистей и стоп с рентгенологическими изменениями, подобными брюшнотифозному остеиту. Это явление получило название синдрома "кисть - стопа.
Острые легочные нарушения у этих больных часто диагностируются ошибочно как пневмония, хотя в действительности это легочные инфаркты. К отличительным признакам их относятся тенденция к рецидивам при серповидно-клеточных инфарктах и большая продолжительность лихорадки, чем это обычно при пневмониях.
Апластические кризы характеризуются внезапным сильным побледнением и анемией, а не болями. Анемия может быть достаточно тяжелой для того, чтобы спровоцировать застойную сердечную декомпенсацию. Обычно апластические кризы провоцируются совершенно банальными инфекциями, если они характеризуются ретикулоцитопенией, но иногда создается впечатление, что кризы вызваны дефицитом фолиевой кислоты вследствие ее повышенного использования при хронических гемолитических состояниях. Для юных больных, прежде чем наступает "аутоспленэктомия", характерны кризы секвестрации вследствие задержки клеток в печени и селезенке, требующие экстренных трансфузий. Манн и соавторы проанализировали 16 приступов внезапно развившейся анемии, требовавших переливания крови у 13 детей S/S. У 5 из 7 детей были признаки повышенного гемолиза, и у 10 из 15 ретикулоцитопения указывала на угнетение костного мозга. В 13 случаях обнаружены холодовые агглютинины, активные при комнатной температуре, причем в 11 случаях они обладали анти-I специфичностью. У этих больных для трансфузии была использована подогретая кровь без каких-либо осложнений. Часто казалось, что причиной анемии являются возбудители инфекции, возможно микоплазматические.
Существуют и проявления, общие с другими хроническими гемолитическими анемиями, включая образование желчных камней и хронические язвы голени у больных старшего возраста. У детей младшего возраста часто увеличена селезенка, но после повторных инфарктов в старшем детском возрасте селезенка обычно сжимается. К скелетным изменениям, вызываемым гемолизом, относятся: расширение диплоида черепа со смещением кнаружи и истончением наружной пластинки, что дает рентгенологическую картину вставших дыбом волос; остеопороз позвонков и их деформация вследствие компрессии (рыбьи позвонки). Недавно было установлено, что резко выраженные рентгенологические изменения теперь уже не встречаются, вероятно, вследствие улучшения питания и меньшей частоты паразитозов. Постепенно становится ясным, что эта болезнь не всегда имеет такой безнадежный прогноз, как предполагалось прежде.
Особый интерес представляют поражения, влияющие на почечную функцию и приводящие к гипостенурии. Вначале эти поражения обратимы при переливаниях нормальной крови, но позднее становятся необратимыми. Перлли и Эстайм предположили, что эритроциты становятся серповидными в гипоксическом мозговом веществе почек, что ограничивает кровоток и возможность создания гипертонической среды, необходимой для осмотической резорбции воды.
Прекрасное, более полное описание клинических проявлений серповидноклеточной анемии опубликовал Мауэер. Персон и Диамонд также описывают эти проявления и их лечение.
У гетерозигот с гемоглобином S/A эти симптомы и признаки отсутствуют, если не считать отдельных приступов доброкачественной гематурии и склонности к небольшим тромботическим кризам, если возникает аноксия под наркозом или в самолетах на большой высоте. При смешанных синдромах гемоглобина S с другими гемоглобинопатиями или талассемией степень инвалидизации промежуточная. У гомозигот с болезнью гемоглобина С имеется легкий хронический гемолиз, но нет тромбозов. У редких гомозигот с гемоглобинами Е и D наблюдается еще более легкий хронический гемолиз, но он более выражен у двойных гетерозигот, например гемоглобин Е и бета-талассемия.
Лечение серповидно-клеточных нарушений. Тромботические кризы лечатся постельным режимом, анальгетиками, обильным питьем или парентеральным введением жидкости, антибиотиками, если имеются инфекции. При наличии анемии трансфузия крови не только коррегирует криз, но и уменьшает концентрацию клеток, склонных к переходу в серповидную форму и при этом снижается патологическая вязкость крови. Надо попытаться также восполнить сниженный объем плазмы и устранить метаболический ацидоз, который наблюдается во время кризов. Применение низкомолекулярного декстрана не дает явного эффекта. Гипербарический кислород под давлением в 2 атм снижает процент циркулирующих серповидных клеток, но в общем не снимает симптомы болевых кризов. Однако Рейнольдс трижды наблюдал успешный результат у одного и того же больного.
Недавно появились восторженные сообщения об использовании внутривенно мочевины в сахарозе для купирования болевых серповидно-клеточных кризов, так как в высокой концентрации мочевина может разрушать гидрофобные связи и возвращать нормальную конфигурацию серповидным клеткам in vitro. К мочевине для внутривенного введения добавляют сахарозу, чтобы предупредить гемолиз, который вызвала бы одна мочевина. Наиболее серьезным побочным явлением при таком лечении является "ниагароподобный" диурез, что может фактически увеличить риск серповидности вследствие усиленного обезвоживания, которое уже нередко имеется у больного. Недавнее контрольное испытание (Группа по совместному испытанию мочевины) не выявило какого-либо эффекта по купированию криза при использовании мочевины высокой (15%) и низкой (10%) концентрации или щелочей по сравнению с контрольными больными, получавшими 10% сахарозу или солевой раствор N/4 в 5% декстрозе. Профилактический прием внутрь мочевины у 11 детей с серповидноклеточной анемией также не снизил частоты болевых кризов и числа госпитализаций в год. Недавно этот вопрос обсуждался в кратком сообщении в журнале "Lancet".
Высказано предположение, что положительный эффект лечения мочевиной может объясняться образованием следов иона цианата, так как при этом увеличивается продолжительность жизни in vivo серповидных клеток. Мэй и соавторы установили, что этот эффект цианата объясняется не прямым подавлением перехода в серповидную форму, а тем, что цианат увеличивает аффинность эритроцитов к кислороду и уменьшает относительное количество дезоксигенированного гемоглобина при данной величине Ро2. Клинические испытания у 31 больного серповидно-клеточной болезнью в возрасте от 7 до 49 лет позволяют предполагать, что прием цианата натрия (от 10 до 35 мг на 1 кг массы тела в сутки в течение 6-18 месяцев) снизил частоту "идиопатических кризов", но не повлиял на кризы, вызванные инфекцией. Безусловно необходимы дальнейшие испытания с контролем. Пока нельзя рекомендовать ни мочевину, ни цианат.
При лечении кризов гипербарический кислород и дефибринирующий антикоагулянт "анкрод" оказались неэффективными.
Вероятно, важнейшей мерой при длительном ведении больного является быстрое лечение любой инфекции и лихорадки, так как инфекция чаще всего является провоцирующим фактором, который "запускает" тромботический криз, а в принципе может вызвать и апластические кризы вследствие подавления функции костного мозга. Необходимо договориться о том, чтобы больного можно было срочно принять в больницу, если начинается инфекционное заболевание. Следует рекомендовать хорошее питание, включая систематический прием внутрь 5 мг в сутки фолиевой кислоты у всех гомозигот S/S, чтобы компенсировать повышенную потребность гиперактивного костного мозга в фолате. Трансфузии нужны редко, если не считать апластических или тромботических кризов или периода после приступа. Следует помнить, что для больного на протяжении всей его жизни опасны наркоз и авиаперелеты. Спленэктомия показана редко - только когда имеются явные признаки гиперспленизма. С возрастом обычно происходит "аутоспленэктомия" вследствие повторяющихся селезеночных инфарктов, ведущих к фиброзу, и спленомегалия становится все менее частой после 10 лет.
В общем врачебная тактика должна включать исследования других родственников, чтобы выявить носителей S/A или даже других гомозигот S/S среди рождающихся позднее детей. Необходимо предупредить больных о риске инфаркта селезенки или других кризов на большой высоте (более 7000 футов) или аноксии под наркозом. Гетерозиготам (S/A) опасны только перелеты в негерметических кабинах. Гомозиготы, по-видимому, могут без риска (возможно, благодаря аутоспленэктомии) летать в герметизированных самолетах. Напротив, больные S/C наиболее чувствительны к действию низкого давления, и им перелеты должны быть запрещены. В других отношениях болезни у двойных гетерозигот, например S/бета-талассемия, S/C и т. д., характеризуется средней тяжестью.
Следует попытаться выявить сопутствующий дефицит фермента Г-6-ФДГ, так как он может увеличить частоту серповидно-клеточных кризов у гомозигот S/S.
У гомозигот по гемоглобинам С, D или Е почти не требуется специфического лечении. У них наблюдается хронический легкий гемолиз, ни вероятная продолжительность жизни не уменьшен. Может потребоваться симптоматическое лечение по поводу рецидивирующих периартикулярных и абдоминальных болей при этих болезнях.
ВОЗ выпустила свои рекомендации по лечению гемоглобинопатий и родственных заболеваний. Кроме того, недавно опубликована прекрасная обзорная работа Хунтсмана и Леманна. Возможно, что в будущем для лечения гемоглобинопатий будет использована генетическая инженерия или трансплантация.
Женский журнал www.BlackPantera.ru: Митчел Уиллоуби