Болезни накопления гликогена

Болезни накопления гликогена представляют собой группу наследственных нарушений путей накопления углеводов в виде гликогена и путей его утилизации для поддержания уровня сахара в крови и обеспечения тканей энергией. При некоторых формах этой патологии содержание гликогена в тканях не увеличивается.

Гликоген — это сильно разветвленный полимер глюкозы, в котором большинство остатков имеют 1,4-связи, а 7—10% остатков—1,6-связи. Древовидная структура подвергается надстройке и отщеплению остатков на периферии молекулы. Молекулярная масса гликогена составляет несколько миллионов, его молекулы могут агрегировать с образованием структур, видимых при электронной микроскопии. В печени гликогена обычно содержится менее 70 мг/г, а в мышцах — менее 15 мг/г, но эти величины колеблются в зависимости от питания и гормональных влияний. Нарушения структуры гликогена могут быть связаны как с уменьшением, так и с увеличением ветвления молекулы.

В разных тканях эти пути различны; например, некоторые реакции активно протекают в печени, но слабо представлены или отсутствуют в мышцах, а некоторые ферменты в мышцах и печени кодируются разными генами. Глюкоза плазмы проникает в клетку и фосфорилируется глюкокиназой или гексокиназой. Первая содержится в печени, осуществляющей фосфорилирование основной массы глюкозы, тогда как многочисленные гексокиназы распределены по тканям более широко. Глюкозо-6-фосфат (Г-6-Ф) превращается в глюкозо-1-фосфат (Г-1-Ф) в обратимой реакции, катализируемой фосфоглюко-мутазой. Уридиндифосфатглюкоза (УФДГ) синтезируется из Г-1-Ф и УТФ под действием УДФГ-пирофосфорилазы. Генетическая недостаточность ни одного из этих печеночных ферментов не была зарегистрирована. Молекула гликогена затем удлиняется путем присоединения отдельных остатков глюкозы из УДФГ, в результате чего образуется полимер. Эта реакция катализируется гликогенсинтазой, которая существует в активной дефосфорилированной и неактивной фосфорилированной формах. Для синтеза нормально разветвленной молекулы гликогена требуется также участие ветвящего (бранчер) фермента (1,4-а-гликан: 1,4-а-гликан-6-гликозилтрансфераза), который переводит 1,4-связи олигосахарида в положение 1,6-связей.

Глюкоза мобилизуется из гликогена целым рядом ферментативных реакций. На гликоген непосредственно действует активная форма фосфорилазы — фосфорилаза а, отщепляя отдельные остатки глюкозы и образуя Г-1-Ф. В мышцах и печени фосфорилаза кодируется разными генными продуктами. В обеих тканях фермент может существовать в активной фосфорилированной и неактивной дефосфорилированной формах. Фосфорилаза представляет собой димер, состоящий из одинаковых субъединиц, причем обе формы фермента подвергаются сложной аллостерической регуляции. Неактивная фосфорилаза b превращается в активную форму под действием фосфорилазо-b-киназы, которая существует и в активной фосфорилированной и неактивной дефосфорилированной формах. Этот фермент состоит из четырех разных субъединиц (а, р, у, 84), причем 8-цепь идентична связывающему кальций белку — кальмодулину. Скорость мобилизации глюкозы этой системой регулируется каскадом киназных реакций, включающих цАМФ

Эти нарушения определяют предпочтительное название болезни.

К мышечно-энергетическим нарушениям относятся недостаточность мышечной фосфорилазы (тип V), фосфофруктокиназы (тип VII), фосфоглицеромутазы и М-субъединицы ЛДГ. В клинической картине при этой патологии доминируют боли в мышцах, миоглобинурия и повышение уровня мышечных ферментов в сыворотке при тяжелой физической нагрузке. Все эти состояния объединяют разрыв цепи реакций от гликогена до лактата с сопутствующей неспособностью окислять НАД-Н. Неувеличивающийся уровень лактата в крови в ответ на физическую нагрузку служит диагностическим признаком нарушения мышечно-энергетического типа. Недостаточность блокирующего ветвление фермента формирует смешанный синдром; в основном эта недостаточность проявляется как нарушение печеночио-гипогликемического типа, и количества глюкозы, высвобождаемой под действием фосфорилазы, по-видимому, достаточно для предотвращения миоглобинурии, но не миопатии и слабости скелетных мышц.

Два других нарушения следует обсуждать каждое в отдельности. Недостаточность лизосомной а-глюкозидазы — это лизосомная патология, не оказывающая сильного влияния ни на углеводный обмен, ни на механизмы поддержания уровня сахара в крови. Основной патологический процесс при недостаточности ветвящего фермента — это выраженный цирроз печени, вероятно, вследствие повреждающего эффекта накопления гликогена с нарушенной структурой. Количество гликогена обычно не изменено. Не нарушается и способность поддерживать нормальный уровень сахара в крови.

Печеночногипогликемические аномалии

Недостаточность глюкозо-6-фосфатазы, тип 1а. Клинические проявления. Недостаточность глюкозо-б-фосфатазы, или болезнь фон Гирке, представляет собой аутосомное рецессивное генетическое нарушение, встречающееся с частотой 1:100000—1:400000. Обычно оно проявляется в первые 12 мес жизни гипогликемией или гепатомегалией. Иногда гипогликемия определяется сразу же после рождения, и только в редких случаях она может не выявляться в течение всей жизни больного. К характерным признакам этого состояния относятся толстощекое округлое лицо, выпячивание живота из-за выраженной гепатомегалии и истонченные руки и ноги. Гиперлипидемия может служить причиной эруптивного ксантоматоза и липемии сетчатки. Спленомегалия обычно выражена слабо или отсутствует, хотя резкое увеличение левой доли печени иногда можно ошибочно принять за увеличенную селезенку. В течение нескольких первых месяцев жизни рост ребенка обычно не нарушен, но затем наступает его задержка и запаздывает созревание. Психическое развитие, как правило, не страдает, если не считать последствий гипогликемии.

Резко выраженные симптомы гипогликемии могут быть обусловлены резким снижением уровня сахара в крови (ниже 150 мг/л). Уровень печеночных ферментов, если и повышен, то незначительно. Для диагностики этого состояния важно определить уровень лактата в крови, хотя у накормленного ребенка он может быть в пределах нормы. Однако кетоз развивается сравнительно редко. Часто определяется гиперлипидемия на фоне повышения уровня как холестерина, так и триглицеридов. Гипертриглицеридемия может быть крайне выражена (уровень триглицеридов достигает иногда 50— 60 г/л). Нередко присоединяется гиперурикемия в результате снижения почечной экскреции и повышения продукции мочевой кислоты. После полового созревания гиперурикемия часто становится более выраженной. Уровень глюкозы в плазме после введения адреналина или глюкагона повышается незначительно, как и уровень глюкозы в крови после приема галактозы. При рентгенологическом и ультразвуковом исследованиях выявляют увеличение размеров почек. Может несколько снижаться дисфункция почечных канальцев (синдром Фанкони). Умеренная анемия обычно обусловливается рецидивирующими носовыми кровотечениями и хроническим ацидозом, и по мере удлинения периода ацидоза она может усилиться. Геморрагический диатез связан с нарушением функции тромбоцитов.

Если на основании клинических проявлений предполагают тип 1а заболевания, то диагноз подтвердить можно с помощью биопсии печени. В пользу этого диагноза свидетельствуют также лактацидоз, нарушение теста толерантности к галактозе или увеличение размеров почек. Для того чтобы 1а тип гликогеноза отличить от 1б типа, следует правильно обращаться с биопсийным материалом. Достаточное для определения ферментов количество ткани можно получить с помощью игольной биопсии; при необходимости получить большую массу ткани производят открытую биопсию печени. Микроскопическое исследование позволяет обнаружить увеличение количества гликогена в цитоплазме и ядрах печеночных клеток, в них отчетливо видны вакуоли. Фиброз обычно отсутствует.

Гипогликемия и лактацидоз могут создавать угрозу для жизни больного. К другим серьезным проявлениям относятся малый рост, задержка полового развития и гиперурикемия. В зрелые годы у больного могут возникать мочекислая нефропатия и аденоматоз печени. Узлы зачастую достигают больших размеров и либо пальпируются, либо выявляются при радиоизотопном сканировании. Существует большой риск их злокачественного перерождения, обычно в возрасте 20— 30 лет. У долго живущих больных повышается риск атеросклероза.

Лечение. Краеугольным камнем в лечении служит частое кормление. Детей обычно часто кормят в дневное время и через носовой зонд — в ночное (см. гл. 74). Диета должна включать примерно 60 % углеводов, причем продукты не должны содержать галактозу или фруктозу, которые не могут эффективно утилизироваться для поддержания уровня сахара в крови. Не в каждой семье может быть обеспечено выполнение этой программы лечения, но в некоторых случаях удавалось существенно уменьшить метаболические изменения, и рост усиливался. Удобным, дешевым и вкусным источником медленно всасывающегося полимера глюкозы служит сырой кукурузный крахмал, который может быть основным компонентом диетотерапии. Оптимальное лечение требует бригадного подхода к диетическим и психологическим проблемам больного и членов его семьи. Для снижения уровня урата в плазме может потребоваться аллопуринол. Он обеспечивает достаточно оптимистический краткосрочный прогноз, но уменьшается ли при этом риск злокачественных опухолей печени или атеросклероза — неизвестно. При некоторых формах гликогеноза ранее накладывали портокавальный анастомоз, но в настоящее время интерес к этому методу лечения исчез. Пренатальный диагноз в настоящее время невозможен.

Недостаточность микросомальной Г-6-Ф-транслоказы, тип 1б. Недостаточность микросомальной Г-6-Ф-транслоказы, известная ранее под названием псевдотипа I, встречается, вероятно, в 10 раз реже, чем тип 1а. Термин «микросомальная транслоказа» подразумевает способность переносить Г-6-Ф в эндоплазматическую сеть. Клинические проявления сходны с таковыми при типе 1а, но имеются и своеобразные признаки: нейтропения, нарушение миграции нейтрофилов и рецидивирующие гнойные инфекции. В целом тип I6 протекает тяжелее, чем тип 1а. Лабораторные данные, реакции на толерантные тесты и лечение при том и другом типе гликогеноза одинаковы.

Заболевание типа I6 отличается от типа 1а нормальной активностью глюкозо-6-фосфатазы в тканевом биоптате в присутствии детергента. Однако если гомогенизировать свежую ткань и проводить определение фермента без детергента, то активность глюкозо-6-фосфатазы при типе I6 будет низкой. Эти результаты свидетельствовали о генетической недостаточности микросомальной системы транспорта глюкозо-6-фосфата как основном дефекте при гликогенозе типа I6. Причина нейтропении и нарушения миграции нейтрофилов остается неясной, хотя можно думать о роли транспорта Г-6-Ф в этих клетках.

Недостаточность дебранчера, тип III. Клинические проявления. Недостаточность расщепляющего фермента, известная также под названием болезни Кори, представляет собой аутосомное рецессивное заболевание и одну из наиболее частых форм гликогенозов, особенно распространенную среди евреев Северной Африки. У новорожденных, как правило, болезнь не проявляется; симптомы гипогликемии и гепатомегалии появляются обычно на первом году жизни. Данные врачебного осмотра сходны с таковыми при болезни типа !а, разве что более выражена спленомегалия, но клиническое течение обычно менее тяжелое. Миопатия у ребенка, как правило, слабо выражена, но у взрослых может прогрессировать и приводить к инвалидности. В некоторых случаях диагноз устанавливают, лишь когда больной достигнет зрелого возраста, так как в детстве симптоматика была очень скудной и не привлекала к себе внимания.

Примерно у 80 % больных уровень глюкозы в крови натощак снижается, ее реакция на глюкагон или адреналин нарушена, но вскоре после еды она может нормализоваться, так как мобилизуются остатки глюкозы из молекул гликогена. Тест толерантности к галактозе обычно не изменяется. Выражен кетоз, но уровень лактата в крови не меняется. Уровень трансаминаз в сыворотке повышен и при малейшем недомогании может повыситься еще более. Примерно у 2/3 больных увеличивается количество холестерина и триглицеридов в крови. Гиперурикемия выявляется редко.

Для диагностики используют два подхода: определение гликогена и определение активности дебранчера в тканевых биоптатах. Почти у всех больных уровень гликогена в эритроцитах и печени повышен, но в мышцах он повышается редко. Более надежным показателем служит нарушение структуры гликогена, устанавливаемое с помощью спектрофотометрии. Диагностика путем определения активности фермента более сложна. Трудности связаны на только с методом, но и с тем, что принято называть генетической гетерогенностью. Обе активности дебранчера — гликантрансфераз-ная и глюкозидазная — заключены, по-видимому, в одном и том же полипептиде, но существует целых шесть подтипов заболевания. Несмотря на то что диагноз иногда можно установить, используя эритроциты, лейкоциты или фибробласты, однако надежнее убедиться в нарушении структуры гликогена и недостаточности фермента непосредственно в биоптатах печени или мышцы. Гистология печени сходна с таковой при гликогенозе 1а типа, за исключением меньшего скопления липидов и более выраженного фиброза перегородок.

Что касается отставания в росте и выпячивающегося живота, то после достижения половой зрелости эти признаки постепенно исчезают, так что взрослый больной внешне может выглядеть здоровым, а гипогликемия у него определяется реже. Опухоли печени не встречались. В отношении отдаленных последствий гиперлипидемии сведения отсутствуют. Доля взрослых больных, у которых развивается тяжелая миопатия, по-видимому, невелика. Больные могут иметь детей.

Лечение. Частые кормления в детстве при гликогенозе III типа — столь же важная сторона лечения. Глюконеогенез не нарушен, и, как уже отмечалось, для поддержания нормального уровня сахара в крови больной может получать галактозу, фруктозу или белок. Таким образом, диета может включать больший процент калорий в виде белка, но доля углеводов не должна быть меньше 40—50 %. Для предупреждения ночной гипогликемии зачастую больному достаточно поужинать, хотя при тяжелой форме может требоваться ночное кормление через зонд или использование кукурузного крахмала. Целесообразно попытаться снизить уровень липидов в крови диетическими средствами. Возможна пренатальная диагностика.

Недостаточность печеночной фосфорилазы, тип VI. Раньше диагноз недостаточности печеночной фосфорилазы, или болезни Эра, ставили больным неоднородной группы, у которых снижен уровень печеночной фосфорилазы вследствие разных причин, но в настоящее время этот диагноз ставят только в том случае, если недостаточность фермента представляет собой первичный дефект. Эта трудность обусловлена тем, что фосфорилаза существует как в активной, так и в неактивной форме и многие факторы вторично ингибируют ее активацию. Следовательно, чтобы поставить диагноз, нужно убедиться в отсутствии фосфорилазы и нормальной активности фосфорилазо-Ь-киназы, ответственной за активацию фосфорилазы. Болезнь обусловлена, вероятно, аутосомной рецессивной мутацией.

Проявления в большинстве случаев сходны с таковыми при гликогенозе III типа, но выражены слабее. Диагноз предполагают при выявлении гепатомегалии или гипогликемии и реакции больного на те же диетические мероприятия, что и при болезни III типа.

Недостаточность фосфорилазо-Ь-киназы. Недостаточность этого фермента, известную в настоящее время как отдельное заболевание, ранее относили к гликогенозам VI типа. Разные авторы обозначают это заболевание как тип VIa, тип VIII или тип IX, но предпочтительнее называть его недостаточностью фосфорилазо-Ь-киназы. Наиболее подробно охарактеризованная форма заболевания — его вариант, сцепленный с Х-хромосомой, но существует возможность генетической гетерогенности, так как фермент состоит из четырех неидентичных субъединиц. Болезнь протекает относительно доброкачественно и проявляется у мужчин гепатомегалией, иногда развитием гипогликемии натощак и некоторым отставанием в росте, причем все это к периоду полового созревания может спонтанно исчезать. У женщин-гетерозигот гепатомегалия может быть не столь выраженной. Диагноз устанавливают путем определения фермента в лейкоцитах, культивируемых кожных фибробластах или биоптатах печени. Считают, что мышечная фосфорилазо-Ь-киназа не изменяется. Для коррекции гипогликемии или задержки роста больному можно назначить ту же диету, что и при гликогенозе III типа. Не исключено, что это состояние широко распространено, но часто остается недиагностированным. При обследовании членов семьи больного среди них часто выявляют здоровых взрослых лиц, которые указывают, что в детстве у них был выступающий живот.

Мышечноэнергетические аномалии

Для распознавания гликогенозов, при которых в процесс вовлекаются мышцы, в качестве начального необходим тест «ишемической работы». Манжетку тонометра заполняют воздухом так, чтобы его давление было выше артериального, и предлагают больному производить ишемизированной рукой максимальную работу. Затем воздух из манжетки выпускают и через 2, 5, 10, 20 и 30 мин из вены другой руки берут пробы крови для определения в ней лактата и пирувата, мышечных ферментов и миоглобина.

Недостаточность миофосфорилазы, тип V. Недостаточность миофосфорилазы, или болезнь Мак-Ардла, встречается редко. В возрасте старше 20—30 лет у больного при физической нагрузке обычно появляются ее симптомы: боль и судороги. В большинстве случаев в анамнезе есть указания на миоглобинурию, а иногда она сопровождается почечной недостаточностью. В других отношениях человек с этим дефектом здоров; признаки повреждения печени, сердца или метаболических нарушений отсутствуют. Тест с «ишемической работой» обычно вызывает болезненную судорогу, что способствует установлению диагноза. Кроме того, после интенсивной физической нагрузки уровень лактата в крови не повышается, а креатинфосфокиназы в сыворотке повышается.

Диагноз устанавливают на основании повышенного содержания гликогена и сниженной активности фосфорилазы в биоптате мышечной ткани. Гликоген откладывается обычно в субсарколемм-ных участках мышцы. Ген миофосфорилазы человека клонирован; он расположен на 11-й хромосоме, что согласуется с аутосомным рецессивным наследованием дефекта. Чаще заболевают мужчины, что может объясняться большей их обращаемостью за медицинской помощью, генетической гетерогенностью или др. Известны случаи смертельной инфантильной формы гипотензии, связанной с недостаточностью миофосфорилазы.

Лечение при недостаточности миофосфорилазы заключается в исключении интенсивной физической нагрузки. Прием глюкозы или фруктозы перед работой может способствовать уменьшению симптоматики.

Недостаточность мышечной фосфофруктокиназы, тип VII. Различают две генетические формы фосфофруктокиназы. В мышцах эта активность принадлежит определенному мышечному изоферменту, а в эритроцитах — как эритроцитарному, так и мышечному. Выявлено небольшое число семей, у членов которых была установлена недостаточность мышечного изофермента. Ее симптомы сходны с таковыми при недостаточности миофосфорилазы и заключаются в боли и судорогах, миоглобинурии и повышении уровня мышечных ферментов в сыворотке после интенсивной физической нагрузки. Продукция лактата нарушена, и определяется некоторая несфероцитарная гемолитическая анемия. У ряда больных обнаруживается анемия без мышечной симптоматики. Это может объясняться качественно измененным нестабильным ферментом, который быстро исчезает из лишенных ядра эритроцитов, но быстро пополняется в мышечных клетках, что и определяет отсутствие мышечных симптомов.

Прочие мышечно-энергетические заболевания. При проведении дифференциальной диагностики у больных с миоглобинурией и повышением уровня мышечных ферментов в сыворотке после физической нагрузки необходимо учитывать еще более редкую группу семейных метаболических нарушений. К ней относятся недостаточности фосфоглицеромутазы, М-субъединицы ЛДГ и карнитин-пальмитилтрансферазы. (Известные ранее данные о недостаточности фосфоглюкомутазы и фосфо-гексозоизомеразы с современных позиций представляются неубедительными.) При недостаточности миофосфорилазы, фосфофруктокиназы или фосфоглицеромутазы физическая нагрузка не вызывает повышения уровней лактата и пирувата, тогда как при недостаточности М-субъединицы ЛДГ повышенный уровень пирувата сохраняется, а лактат не продуцируется. Недостаточность карнитинпаль-митилтрансферазы — это болезнь липидного обмена. Для подтверждения диагноза расстройств требуется определение уровня ферментов в мышечной ткани. У некоторых больных с той же клинической симптоматикой не удается обнаружить недостаточности ни одного из упомянутых ферментов, поэтому не исключено, что со временем будут идентифицированы и другие нарушения мышечного метаболизма.

Болезни с индивидуальной патофизиологией

Недостаточность ос-глюкозидазы, тип 2. Этот тип недостаточности, или болезнь Помпе, представляет собой лизосомную болезнь накопления. Частота ее неизвестна, но может превышать 1:100000. Она не сопровождается гипогликемией, кетозом или другими нарушениями межуточного обмена.

Инфантильная форма болезни проявляется в первые 6 мес жизни, а иногда сразу после рождения. Клиника заключается в гипотензии и слабости скелетных мышц, значительном увеличении размеров сердца, увеличении размеров языка и разной степени гепатомегалии. Уровень мышечных ферментов, например креатинфосфокиназы и альдолазы в сыворотке, обычно повышен, а на ЭКГ можно видеть увеличенные комплексы QRS с укорочением интервала Р—R. Иногда появляются двигательные нарушения и задержка развития. В большинстве случаев больной умирает в возрасте 2—3 лет от сердечной недостаточности.

Ювенильная форма болезни характеризуется признаками прогрессирующей мышечной дистрофии. В этом случае нарушается походка, но сердечные проявления отсутствуют. Уровень креатинфосфокиназы и альдолазы в плазме повышен. Продолжительность жизни варьирует. Еще более легкая взрослая форма проявляется слабостью скелетной мускулатуры в возрасте 20—50 лет. Изменения со стороны сердца опять-таки отсутствуют, уровень мышечных ферментов в сыворотке повышен. У некоторых больных развивается дыхательная недостаточность из-за вовлечения в процесс дыхательной мускулатуры, поэтому им часто ошибочно ставят диагноз одной из форм мышечной дистрофии.

В биоптатах мышц обнаруживают вакуолизацию клеток и увеличение количества гликогена. При электронной микроскопии можно видеть связанные с мембраной вакуоли, содержащие гликоген, что служит диагностическим признаком. Избыток гликогена находят и в других тканях, в том числе в печени и центральной нервной системе, особенно в клетках передних рогов спинного мозга. Окончательный диагноз устанавливают с помощью определения ферментов в биоптатах мышц, печени или в культуре фибробластов. Как правило, у больных со взрослой формой болезни сохраняется некоторая остаточная активность фермента, но ее точная величина не имеет прогностического значения. Возможна пренатальная диагностика, позволяющая выявить инфантильную форму болезни. Предпринимались попытки использования разных видов ферментной инфузионной терапии, но все они не увенчались успехом.

Недостаточность ветвящего фермента, тип IV. Этот тип недостаточности, или болезнь Андерсена, представляет собой редкое заболевание с аутосомным рецессивным наследованием. Ее признаки у новорожденных заключаются в гепатомегалии, замедлении развития и гипотензии в первые месяцы жизни с последующим прогрессирующим циррозом печени. У других больных ведущими признаками служат изменения сердца и/или резчайшая гипотензия, сходная с таковой при спинальной мышечной атрофии и дегенерации клеток передних рогов. Смерть наступает в первые 2—3 года жизни.

Полагают, что симптоматика связана в первую очередь с нарушением структуры гликогена вследствие генерализованной недостаточности ветвящего фермента. Длинные наружные цепи в молекулах гликогена обусловили название болезни «амилопектиноз». Данные лабораторных исследований обычно типичны для выраженного повреждения печени, за тем исключением, что гипогликемия, как правило, не развивается. Отсутствие гипогликемии и нормальное количество гликогена в печени затрудняют диагностику. Болезнь предполагают при выявлении нарушенной структуры гликогена в биоптатах, и диагноз подтверждают путем непосредственного определения фермента в печени, лейкоцитах или культуре фибробластов кожи. Эффективного лечения не разработано. Диагноз можно установить пренатально, используя клетки амниотической жидкости.

Другие возможные нарушения метаболизма гликогена. Сообщалось о случаях недоста­точности гликогенсинтазы у некоторых больных. Обычно у них определяют гипогликемию натощак, судороги и некоторые нарушения психики. Сохранение какого-то количества гликогена в печени, повышение уровня глюкозы в плазме в ответ на введение глюкагона или галактозы и известная лабильность системы активации гликогенсинтазы породили скептическое отношение по поводу существования этой аномалии. Этот синдром можно спутать с кетозной гипогликемией у детей.

Сообщается также о нескольких ферментных дефектах у одного и того же больного и разных ферментных дефектах у сиблингов. Многие из этих сообщений могут быть результатом методических трудностей определения ферментов в измененных тканях человека. В настоящее время какие-либо специфические синдромы множественной первичной недостаточности ферментов не доказаны.