Врожденные заболевания костной и мышечной систем органов и тканей человека
Мышечная система является самой крупной системой органов в теле человека. Еще в древности люди подметили, что перекатывающиеся упругие мышцы похожи на шныряющих под кожей мышек, поэтому они назвали такие образования мускулами (от лат. musculus – мышка). Мышца похожа на сплетенный из волокон канат. Сверху она покрыта защитной оболочкой из соединительной ткани. Каждое волокно мышцы состоит из тончайших белковых нитей – миофибрилл (от греч. myos – мышь, мышца и лат. fibra – волокно).
Основой миофибрилл являются два белка – актин и миозин. Каждая миофибрилла состоит примерно из 2,5 тыс. белковых нитей актина и миозина. Во время сокращения мышцы они не укорачиваются, а лишь скользят друг по другу. В результате длина мышцы становится меньше, она сокращается. Представить, как происходит такой процесс, легко, если вставить пальцы одной руки между пальцами другой, держа ладони в одной плоскости.
Мышца сокращается только в том случае, если получает от нервной системы слабые сигналы – электрические импульсы. Роль нервов в сокращении мышц была впервые замечена еще древнеримским врачом Клавдием Галеном, который изучал анатомию в школах гладиаторов. Там-то он и подметил, что повреждение нервов часто приводит к потере мышечной подвижности.
Время подтвердило этот вывод. Теперь мы знаем, что для сокращения мышечное волокно оно должно получить нервный сигнал. В результате внутри волокна из специальных мембранных емкостей высвобождаются ионы кальция, которые стимулируют актин и миозин ко взаимному скольжению. Роль электрохимической изоляции мышечного волокна играет специальная оболочка – сарколемма. Запомните этот термин. Он нам еще пригодится!
У каждого человека ровно столько мышц, сколько и у Арнольда Шварценеггера, различается лишь их сила. Она зависит от числа мышечных волокон, входящих в состав мышцы, и от интенсивности приходящих к ним нервных сигналов. Такие сигналы поступают к мышцам всегда, даже во время сна. В результате каждая наша мышца постоянно находится в состоянии тонуса (от греч. tonos – напряжение), т.е. слегка напряжена. Тонус мышц исчезает только после кончины человека.
Школьные знания из области анатомии и физиологии мышц позволяют сделать следующий вывод. Врожденные дефекты мышечной системы могут возникать как в результате дефектов мышечных белков, так и вследствие нарушений иннервации разных групп мышц. Нервно-мышечные заболевания, следствием которых является их быстрая утомляемость, слабость, снижение мышечного тонуса и даже атрофия, называются миопатиями. Рассмотрим некоторые врожденные формы таких недугов.
Наиболее распространенным наследственным нервно-мышечным заболеванием человека является мышечная дистрофия Дюшенна. Ее частота среди новорожденных мальчиков составляет около 1/5000.
Причиной дистрофии этого типа являются мутации в одном единственном гене. Он хранит информацию о строении белка, весьма образно названного дистрофином. Этот белок входит в состав сарколеммы (оболочки) мышечных волокон, обеспечивая стабильность этой своеобразной изолирующей упаковки мышц. Дефектный белок не в состоянии выполнять эту функцию, следствием чего является нарушение целостности мембраны. Это приводит к дегенерации мышечных волокон.
Мембраны мышц становятся проницаемыми, словно дырявый полиэтиленовый пакет. Это приводит к оттоку ферментов из мышц в сыворотку крови. На начальной стадии заболевания дегенерация мышечных волокон еще компенсируется активной регенерацией мышечных фибрилл благодаря делению и слиянию вспомогательных клеток. Однако с возрастом компенсация становится все менее эффективной, мышечная слабость прогрессирует. Мышцы постепенно замещаются фиброзной и жировой тканью. Мальчики к 12 годам уже оказываются прикованы к креслу-каталке. Смерть при мышечной дистрофии Дюшенна обычно наступает в возрасте около 30 лет в результате нарушения работы сердца и диафрагмы.
Ген дистрофина является самым большим из известных генов человека и составляет почти 0,1% всей его ДНК. Он находится в Х-хромосоме. В результате наследование дистрофии Дюшенна сцеплено с полом. Страдают от этого недуга в основном мальчики. Ген дистрофина работает не только в клетках мышц, но и во многих тканях, в головном мозге, в сетчатке и в клетках потовых и слюнных желез. Однако в первую очередь дефект в его работе проявляется именно в мышцах.
Обычно у детей мышечная дистрофия Дюшенна начинается в 3–5 лет с атрофии мышц таза и бедер и одновременного утолщения (псевдогипертрофии) икроножных мышц голени, реже дельтовидных или ягодичных. Постепенно начинают атрофироваться мышцы плечевого пояса и рук. У детей вначале нарушается походка, она становится «утиной», возникают проблемы при подъеме по лестнице. У многих нарушается сердечный ритм за счет увеличения размеров сердца.
Поставить ребенку диагноз «мышечная дистрофия Дюшенна» можно задолго до проявления первых признаков заболевания по высокому уровню активности особого фермента – сывороточной креатинкиназы. Женщины-носительницы аномального гена дистрофина часто не обнаруживают описанных выше проявлений заболевания, хотя уровень креатинкиназы у них обычно повышен. По этому признаку можно обнаружить женщин-носительниц дефектного гена дистрофина.
Менее злокачественно развивается миодистрофия Беккера. Причина ее та же – дефект белка дистрофина. Однако при миодистрофии Беккера, в отличие от миодистрофии Дюшенна, этот белок все же продолжает работать, хотя и хуже, чем в норме.
Миодистрофия Беккера развивается медленно, особенно у низкорослых детей. Многие годы они сохраняют удовлетворительное физическое состояние, и только сопутствующие заболевания и травмы приковывают их к инвалидной коляске. Дистрофия Беккера менее распространена, чем миодистрофия Дюшенна.
Помимо миодистрофий Дюшенна и Беккера существует еще несколько форм врожденных миопатий. Например, юношеская форма миопатии Эрба–Рота возникает в возрасте
10–20 лет, когда начинается атрофия мышц плечевого пояса и рук, а затем — тазового пояса и ног. Во время ходьбы больной переваливается с выпяченным вперед животом и отодвинутой назад грудной клеткой. Чтобы встать из положения лежа, ему надо повернуться на бок и, опираясь руками на бедра, постепенно поднять свое туловище. Болезнь со временем медленно прогрессирует.
Существует плече-лопаточно-лицевая форма миодистрофии (Ландузи-Дежерина), которая может начаться в возрасте от 6 до 52 лет (чаще в 10–15 лет). Для нее характерны поражение мышц лица и постепенная атрофия мышц плечевого пояса, туловища и конечностей. На ранних стадиях болезни веки плохо смыкаются, не закрываются полностью. Губы также не смыкаются, что создает проблемы с дикцией и невозможность надуть щеки. Заболевание протекает медленно. Долгое время больной может передвигаться и сохранять трудоспособность, а затем через 15–25 лет постепенно начинают атрофироваться мышцы тазового пояса и ног, что затрудняет передвижение.
При невральной амиотрофии Шарко–Мари происходит постепенная атрофия мелких мышц стоп, затем атрофируются мышцы голеней и нижней части бедер. Мышцы средней и верхней частей бедер при этом не изменяются, и бедро приобретает форму бутылки, опрокинутой горлышком вниз. Затем постепенно атрофируются мышцы кистей рук и предплечий. Мышцы туловища, плечевого пояса и лица не поражаются. Заболевание возникает в возрасте 18–25 лет, медленно прогрессирует и стабилизируется. В его основе лежит нарушение иннервации соответствующих групп мышц.
Снижение тонуса мышц называют амиотонией. При врожденной амиотонии Оппенгейма мышцы новорожденного недоразвиты, их дистрофия является вторичной. У новорожденных болезнь не прогрессирует, но респираторные инфекции могут вызвать в этом случае серьезное воспаление, которое нередко приводит к смерти на первом году жизни. С возрастом двигательная функция мышц при амиотонии Оппенгейма улучшается.
Лечение мышечных дистрофий направлено на замедление дистрофических процессов в мышцах, а при возможности – на их полное прекращение. К сожалению, радикального метода лечения миодистрофий пока нет. Некоторые надежды вселяет генная терапия, которая начинает медленно внедряться в медицинскую практику. Для лечения миодистрофий применяют витамин В1, внутримышечные инъекции аденозинтрифосфата (АТФ), делают переливание крови. Из народных средств применяют проросшие зерна пшеницы, ржи, пчелиное маточное молочко, траву спорыша, хвоща полевого, льнянку обыкновенную, женьшень, корневища топинамбура.
Известно, что врожденные мышечные дистрофии бывают не только у людей. Например, собаки породы золотистый ретривер часто являются носителями дефектного гена белка дистрофина. При этом у них развиваются типичные клинические проявления дистрофии Дюшенна. Таких собак экспериментаторы давно используют в качестве модельных объектов для изучения особенностей течения данного заболевания и поисков способов его лечения. Аналогичная ситуация с дефектным геном дистрофина возникает и у некоторых кошек. Нередко эти несчастные животные погибают в результате нарушений работы мышц диафрагмы. Генетики вывели даже особую линию лабораторных мышей с точечной мутацией в гене дистрофина. Оказывается, таким мышам можно помочь, вводя в их мышцы здоровые эмбриональные мышечные клетки.
Аналогичные эксперименты проводят и на больных людях. Суть метода заключается в получении мышечных клеток от здорового донора. Затем их подращивают вне организма (in vitro) и вводят в мышцы больного. Стоимость такой операции составляет около 150 тыс. долларов США. Такие опыты были проведены в шести независимых исследовательских лабораториях, а результаты доложены в Париже в 1999 г. К сожалению, ведущие авторитеты в области биологии мышц и миодистрофий на данном этапе считают этот метод абсолютно неэффективным.
Как известно, иммунная система человека отторгает чужеродные (аллогенные) клетки и ткани. С этой проблемой и сталкиваются исследователи, пытаясь помочь больным миодистрофией. Возможно, прогресс в этой области будет достигнут, когда в дело пойдут эмбриональные клетки, еще не имеют специфических белковых меток, по которым иммунная система распознает «чужаков».
Другой возможный путь – пересадка собственных стволовых клеток, полученных из костного мозга или скелетных мышц больного. При этом часть инъецированных клеток мигрирует и в скелетные мышцы, где сливается с миофибриллами, восстанавливая синтез дистрофина. Генотерапия же в данном случае пока почти бессильна. Несмотря на то что ученые умеют выделять ген дистрофина, им пока не удается доставить его по назначению, т.е. ввести в мышечные клетки, где работает его дефектная копия.
Однако ученые не опускают руки. В нашей стране исследования по генной терапии миодистрофии Дюшенна ведутся в Институте акушерства и гинекологии им. Д.О. Отта (Санкт-Петербург) в тесном контакте с ведущими лабораториями по данной проблеме в Великобритании и Италии, а также в комплексе с другими научно-исследовательскими институтами России, в частности Институтом молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта, Институтом цитологии в Санкт-Петербурге, Научным центром медицинской генетики и Институтом экспериментальной медицины в Санкт-Петербурге. Остается только надеяться, что в обозримом будущем эти исследования увенчаются практическим успехом.