Кистозный фиброз поджелудочной железы встречается среди населения

Муковисцидоз (кистозный фиброз): общие сведения

Муковисцидоз (кистозный фиброз поджелудочной железы; панкреато-бронхопульмональный кистозный фиброз, cystic fibrosis; MIM 219700 ).

Муковисцидоз — наследственное заболевание желез внутренней секреции, а также поджелудочной железы и печени, характеризующееся, в первую очередь, поражением ЖКТ и органов дыхания. В патогенезе муковисцидоза лежит наследственное поражение экзокринных желез, железистых клеток организма, секретирующих клеток бронхов, поджелудочной железы, кишечника, печени (желчевыделительная функция), потовых желез. Общим в патологии всех желез внешней секреции является нарушение процесса транспорта хлоридов через мембраны эпителиальных клеток. Данный процесс сопровождается избыточным выделением хлоридов, следствием чего является гиперсекреция густой слизи в клетках эндокринной части поджелудочной железы, эпителии бронхов, слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта, что сопровождается нарушением их секреции. Нарушение ведет к застойно-обтурационным изменениям в соответствующих органах с последующими воспалительными и склеротическими изменениями. В выделительных секретах организма при муковисцидозе наблюдается изменение соотношения фракций белково-углеводных компонентов; идет снижение реабсорбции электролитов в выводных протоках потовых желез; поджелудочная железа не выделяет нужного количества ферментов ( Talamo R.C.,1983). Таким образом, муковисцидоз обусловлен нарушением транспорта ионов хлора и натрия через мембраны эпителиальных клеток вследствие отсутствия синтеза первичного продукта гена муковисцидоза — трансмембранного регуляторного белка. Что сопровождается избыточным выделением хлоридов, приводящим к гиперсекреции густой слизи в клетках эндокринной части поджелудочной железы, эпителии бронхов, слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта. Выводные протоки поджелудочной железы закупориваются, слизь не выводится, образуются кисты. Гиперпродукция слизи в бронхиальном дереве сопровождается закупоркой мелких бронхов, что способствует присоединению инфекции. Аналогичные процессы происходят в придаточных пазухах и канальцах семенников. В потовой жидкости отмечается повышенная концентрация ионов хлора и натрия.

Причиной муковисцидоза являются мутации в гене CFTR (cystic fibrosis transmembrane conductance regulator, кистозного трансмембранного регулятора, КФТР), часть которого образует хлоридный канал. В результате мутации легочный эпителий дефектен по этому регулятору. Это приводит к хроническим инфекциям, воспалениям и постепенному разрушению (derangement) дыхательного аппарата. Одни мутации в гене КФТР ведут к снижению синтеза белка КФТР из-за незавершенности процессинга РНК, другие — к качественным изменениям мембранных хлорных каналов . Одна первичная биохимическая аномалия (нарушение транспорта хлоридов) обусловливает возникновение мультиорганного патологического процесса (прогрессирующее поражение дыхательных путей, хронические синуситы, недостаточность экзокринной секреторной функции поджелудочной железы, стерильность у мужчин).

Муковисцидоз встречается в среднем у 1 из 2000-3000 новорожденных, а среди черного африканского и японского населения его частота составляет 1 : 100 000.

Муковисцидоз — это системное наследственное заболевание , обычно проявляющееся в детстве, хотя в 4% случаев диагноз ставят в зрелом возрасте. Наследуется аутосомно-рецессивно.

Распространенность заболевания сильно отличается в разных этнических группах. Среди белого населения Северной Америки и Северной Европы муковисцидоз встречается у 1 из 3000 живых новорожденных, в то время как у американских негров — у 1 из 17000, а у полинезийцев, населяющих Гавайи, — лишь у 1 из 90000.

С тех пор как для лечения муковисцидоза стали применять антибиотики и ферментные препараты, продолжительность жизни больных возросла. Теперь почти 34% из них достигают зрелого возраста и приблизительно 10% больных живут более 30 лет. Средняя продолжительность жизни составляет 28 лет.

Итак, муковисцидоз больше нельзя считать детским заболеванием. Его должен уметь распознавать и лечить каждый терапевт. Муковисцидоз проявляется хроническими легочными инфекциями , которые в конечном счете приводят к бронхоэктазам , недостаточностью экзокринной функции поджелудочной железы , нарушением функции потовых желез , почек и ЖКТ , а также к бесплодием .

Клиницисты различают четыре формы муковисцидоза: мекониальный илеус новорожденных, бронхолегочная форма, легочно-кишечная или смешанная форма, кишечная форма.

Помогите с задачей по био Кистозный фиброз поджелудочной железы встречается среди населения с частотой 1 на 2 000. Вычислите частоту носителей этого рецессивного гена.

25.1.4. Уравнение Харди-Вайнберга

Это уравнение дает простую математическую модель, которая объясняет, каким образом в генофонде сохраняется генетическое равновесие; но главное применение его в популяционной генетике — вычисление частот аллелей и генотипов.

Если имеется два организма, один гомозиготный по доминантному аллелю А, а другой — по рецессивному аллелю а, то все их потомки будут гетерозиготными (Аа):

Если наличие доминантного аллеля А обозначить символом р, а рецессивного аллеля а — символом q, то картину скрещивания между особями F1, возникающие при этом генотипы и их частоты можно представить следующим образом:

Поскольку аллель А доминантный, отношение доминантных генотипов к рецессивным составляет 3:1 — это менделевское отношение при моногибридном скрещивании. Используя символы р и q, результаты приведенного выше скрещивания можно представить следующим образом:

Такое распределение возможных генотипов носит статистический характер и основано на вероятностях. Три возможных генотипа, образующихся при таком скрещивании, представлены со следующими частотами:

Сумма частот трех генотипов, представленных в рассматриваемой популяции, равна единице; пользуясь символами р и q, можно сказать, что вероятности генотипов следующие:

На математическом языке р + q = 1 представляет собой уравнение вероятности, тогда как р 2 + 2pq + + q 2 = 1 является квадратом этого уравнения [т. е. (р + q) 2 ].

p — частота доминантного аллеля;

q — частота рецессивного аллеля;

p 2 — гомозиготный доминантный генотип;

2pq — гетерозиготный генотип;

q 2 — гомозиготный рецессивный генотип,

можно вычислить частоты всех аллелей и генотипов, пользуясь выражениями

для частот аллелей: р + q = 1;

для частот генотипов: р 2 + 2pq + q 2 = 1.

Однако для большинства популяций частоту обоих аллелей можно вычислить только по доле особей, гомозиготных по рецессивному аллелю, так как это единственный генотип, который можно распознать непосредственно по его фенотипическому выражению.

Например, один человек из 10 000 альбинос, т.е. частота альбинотического генотипа составляет 1 на 10 000. Поскольку аллель альбинизма рецессивен, альбинос должен быть гомозиготным по рецессивному гену, т.е. на языке теории вероятности

Зная, что q 2 = 0,0001, можно определить частоты аллеля альбинизма (q), доминантного аллеля нормальной пигментации (p), гомозиготного доминантного генотипа (р 2 ) и гетерозиготного генотипа (2pq). Так как

т.е. частота аллеля альбинизма в популяции равна 0,01 или 1%. Поскольку

частота доминантного аллеля в популяции равна 0,99, или 99%. А если

т.е. частота гетерозиготного генотипа составляет 0,0198; иными словами, примерно 2% индивидуумов в данной популяции несут аллель альбинизма либо в гетерозиготном, либо в гомозиготном состоянии.

Как показывают эти вычисления, частота рецессивного аллеля в популяции неожиданно велика при малом числе индивидуумов с гомозиготным рецессивным генотипом.

Гетерозиготных индивидуумов, нормальных по фенотипу, но обладающих рецессивным геном, который в гомозиготном состоянии может вызвать нарушение метаболизма, называют носителями. Как показывают вычисления с использованием уравнения Харди-Вайнберга, частота носителей в популяции всегда выше, чем можно было бы ожидать на основании оценок частоты фенотипического проявления данного дефекта. Это ясно видно из табл. 25.1.

Таблица 25.1. Некоторые наследственные метаболические дефекты и частоты рецессивных гомозиготных и гетерозиготных генотипов

25.1. Кистозный фиброз поджелудочной железы встречается среди населения с частотой 1 на 2000. Вычислите частоту носителей.

Кистозный фиброз является наследственным, опасным для жизни расстройством. Он повреждает легкие и вызывает проблемы с пищеварением.

В прошлом люди с этим заболеванием долго не жили. Сегодня оно диагностируется ранее и лечится более эффективно. В результате люди живут полной жизнью 30, 40 и более лет.

Болезнь поражает клетки, которые продуцируют слизь, пот, слюну и пищеварительные соки. При фиброзе эти выделения становятся густыми и липкими. В результате они перестают сглаживать поверхности, для которых предназначены, особенно тяжело это сказывается на легких и поджелудочной железе. Наиболее опасным осложнением кистозного фиброза является респираторная недостаточность.

Симптомы кистозного фиброза

Болезнь связана с более 1000 мутаций гена. Она поражает почти все железы, которые выделяют жидкости, а также многие органы.

Характерные симптомы кистозного фиброза:

• Слизь блокирует дыхательные пути легких, которые воспаляются и иногда заражаются.
• Частые инфекции синуса, потому что синусы заполняются загустевшей слизью.
• Набухают лимфатические узлы.
• Густые выделения блокируют желчные протоки в печени. Это приводит к отеку и болезненности (воспалению) печени, возможному рубцеванию (циррозу). Цирроз оказывает давление на вены печени, в результате чего кровеносные сосуды на нижнем конце пищевода становятся большими и хрупкими. Эти сосуды могут разрываться и кровоточить.
• Блокируется желчный пузырь.
• Густые выделения блокируют поджелудочную железу, полностью препятствуя проникновению пищеварительных ферментов в кишечник, которые нужны, чтобы расщепить и поглотить пищу. Это приводит к дефициту питания, поскольку жиры, белки и витамины плохо усваиваются. Дети с кистозным фиброзом растут медленнее, чем другие.

При заболевании у 15—20% новорожденных блокируется тонкая кишка. Это требует хирургического вмешательства. Также они более склонны к скручиванию кишечника и его неполноценному развитию.

Другие возможные симптомы:

• Хороший аппетит, который не приводит к увеличению веса.
• Запоздалое половое созревание.
• Чрезмерное потоотделение в жаркую погоду и во время лихорадки (повышенный риск обезвоживания).
• Частые респираторные и инфекции легких.
• Жирный стул.
• Ухудшение физической выносливости.
• Постоянный кашель, который иногда вызывает мокроту.
• Кожа на вкус очень соленая или с кристаллами соли.
• Хрипение или одышка.

Одним из первых признаков кистозного фиброза у ребенка — медленный набор веса в течение нескольких недель после рождения. Из-за отсутствия ферментов поджелудочной железы для правильного пищеварения ребенок получает недостаточно питания. У него также растянутый желудок и маленькие мышцы.

Почти половина случаев кистозного фиброза диагностируется, когда детей приводят к врачу из-за частого кашля, свистящих и респираторных инфекций. Кашель может сопровождаться рвотой и нарушением сна.

Со временем грудная клетка принимает бочкообразную форму. Отсутствие кислорода приводит к тому, что становятся больше кончики пальцев. Область под ногтями выглядит синеватой.

Из-за проблем с пищеварением развиваются различные осложнения. К ним относятся ночная слепота, рахит, анемия (недостаток железа в крови) и расстройство кровотечения. У 15% взрослых пациентов также развивается диабет, требующий лечения инсулином.

Это состояние также влияет на репродуктивную систему. Более 95% мужчин с муковисцидозом являются стерильными. Хотя многие женщины с фиброзом способны зачать детей, воздействие болезни на их легкие и здоровье в целом приводит к тому, что выносить ребенка довольно сложно.

Причины и факторы риска

Кистозный фиброз вызывается дефектным геном. Ген контролирует продуцирование белка, отвечающий за то, как через мембраны, которые отделяют клетки переносится соль. Человек может быть носителем одной копии гена и не показывать никаких симптомов. Однако у тех, кто получает копии дефектного гена от обоих родителей, развивается кистозный фиброз.

Диагностика

Кистозный фиброз — это состояние, с которым человек рождается. Более 80% случаев болезни диагностируются у пациентов в возрасте трех лет. Некоторые мягкие формы не обнаруживаются, пока человек не достигнет 40—50 лет.

Для диагностики кистозного фиброза проводится тест на пот. Он простой и безболезненный. Сначала вводится препарат, который вызывает потливость. Для сбора пота с кожи используется фильтровальная бумага или трубка. Диагноз подтверждает избыток соли в поту.

У новорожденных анализ крови делается для проверки количества пищеварительного фермента (трипсина). Высокий уровень показывает наличие фиброза.

Генетическое тестирование делается в случае, если у человека, который один или несколько типичных симптомов и родственник с рассматриваемым в статье заболеванием. Тем не менее, генетическое тестирование подтверждает лишь небольшой процент из более чем 1000 различных типов генетических мутаций, которые могут привести к муковисцидозу. Генетическое тестирование может быть проведено пренатально с использованием выборки хорионических ворсинок или амниоцентеза.

Поскольку болезнь поражает многие органы, актуальны и другие тесты, в том числе следующие:

• Анализ образца стула, для определения, низкие ли уровни ферментов поджелудочной железы, особенно трипсина и химотрипсина, или высок ли уровень жиров.
• Тест на глюкозу в крови, потому что, если в организм из поджелудочной железы попадает недостаточно инсулина, уровень сахара будет высоким.
• Тесты функции легких показывают, нормально ли дыхание.
• Рентгенография грудной клетки и КТ позволяет выявить наличие инфекции или повреждения легкого.

Лечение кистозного фиброза

Лечения кистозного фиброза нет. Терапия направлена на предотвращение осложнений, таких как инфекции легких и проблемы с пищеварением. Лечение зависит от стадии заболевания и пораженных органов. В ряде случаев требуется ежедневная очистка легких от слизи. Для этого делается следующее:

• Физическая терапия грудной клетки.
• Назначается разжижающий слизь препарат, такой как пульмозим, для улучшения работы легких и предотвращения инфекции органа.
• Применяется аэрозольный антибиотик, тобрамицин, для предотвращения легочных инфекций. Азитромицин — антибиотик, эффективный при лечении хронических инфекций бактериями Pseudomonas aeruginos.
• Из-за влияния болезни на пищеварительную систему человека, при каждом приеме пищи требуется средство заменяющее поджелудочную железу. Пациентам также нужно удвоить рекомендуемое суточное количество жирорастворимых витаминов (A, D, E и K) в форме, которая легче усваивается.
• Дети с кистозным фиброзом нуждаются в психологической и социальной поддержке, потому что не могут осуществлять нормальную деятельность и чувствуют себя изолированными. Грудничкам и детям младшего возраста требуется иммунизация против пневмонии, как часть регулярного ухода.

По мере взросления у человека с кистозным фиброзом развиваются дополнительные проблемы со здоровьем, такие как диабет и остеопороз.

В какой-то момент для лечения тяжелых инфекций, кровотечения в пищеводе, болезни желчного пузыря или кишечных блокировок может потребоваться операция. В некоторых случаях делается трансплантация печени или легкого.

25.1.4. Уравнение Харди-Вайнберга

Это уравнение дает простую математическую модель, которая объясняет, каким образом в генофонде сохраняется генетическое равновесие; но главное применение его в популяционной генетике — вычисление частот аллелей и генотипов.

Если имеется два организма, один гомозиготный по доминантному аллелю А, а другой — по рецессивному аллелю а, то все их потомки будут гетерозиготными (Аа):

Если наличие доминантного аллеля А обозначить символом р, а рецессивного аллеля а — символом q, то картину скрещивания между особями F1, возникающие при этом генотипы и их частоты можно представить следующим образом:

Поскольку аллель А доминантный, отношение доминантных генотипов к рецессивным составляет 3:1 — это менделевское отношение при моногибридном скрещивании. Используя символы р и q, результаты приведенного выше скрещивания можно представить следующим образом:

Такое распределение возможных генотипов носит статистический характер и основано на вероятностях. Три возможных генотипа, образующихся при таком скрещивании, представлены со следующими частотами:

Сумма частот трех генотипов, представленных в рассматриваемой популяции, равна единице; пользуясь символами р и q, можно сказать, что вероятности генотипов следующие:

На математическом языке р + q = 1 представляет собой уравнение вероятности, тогда как р 2 + 2pq + + q 2 = 1 является квадратом этого уравнения [т. е. (р + q) 2 ].

p — частота доминантного аллеля;

q — частота рецессивного аллеля;

p 2 — гомозиготный доминантный генотип;

2pq — гетерозиготный генотип;

q 2 — гомозиготный рецессивный генотип,

можно вычислить частоты всех аллелей и генотипов, пользуясь выражениями

для частот аллелей: р + q = 1;

для частот генотипов: р 2 + 2pq + q 2 = 1.

Однако для большинства популяций частоту обоих аллелей можно вычислить только по доле особей, гомозиготных по рецессивному аллелю, так как это единственный генотип, который можно распознать непосредственно по его фенотипическому выражению.

Например, один человек из 10 000 альбинос, т.е. частота альбинотического генотипа составляет 1 на 10 000. Поскольку аллель альбинизма рецессивен, альбинос должен быть гомозиготным по рецессивному гену, т.е. на языке теории вероятности

Зная, что q 2 = 0,0001, можно определить частоты аллеля альбинизма (q), доминантного аллеля нормальной пигментации (p), гомозиготного доминантного генотипа (р 2 ) и гетерозиготного генотипа (2pq). Так как

т.е. частота аллеля альбинизма в популяции равна 0,01 или 1%. Поскольку

частота доминантного аллеля в популяции равна 0,99, или 99%. А если

т.е. частота гетерозиготного генотипа составляет 0,0198; иными словами, примерно 2% индивидуумов в данной популяции несут аллель альбинизма либо в гетерозиготном, либо в гомозиготном состоянии.

Как показывают эти вычисления, частота рецессивного аллеля в популяции неожиданно велика при малом числе индивидуумов с гомозиготным рецессивным генотипом.

Гетерозиготных индивидуумов, нормальных по фенотипу, но обладающих рецессивным геном, который в гомозиготном состоянии может вызвать нарушение метаболизма, называют носителями. Как показывают вычисления с использованием уравнения Харди-Вайнберга, частота носителей в популяции всегда выше, чем можно было бы ожидать на основании оценок частоты фенотипического проявления данного дефекта. Это ясно видно из табл. 25.1.

Таблица 25.1. Некоторые наследственные метаболические дефекты и частоты рецессивных гомозиготных и гетерозиготных генотипов

25.1. Кистозный фиброз поджелудочной железы встречается среди населения с частотой 1 на 2000. Вычислите частоту носителей.

Муковисцидоз (кистозный фиброз): общие сведения

Муковисцидоз (кистозный фиброз поджелудочной железы; панкреато-бронхопульмональный кистозный фиброз, cystic fibrosis; MIM 219700 ).

Муковисцидоз — наследственное заболевание желез внутренней секреции, а также поджелудочной железы и печени, характеризующееся, в первую очередь, поражением ЖКТ и органов дыхания. В патогенезе муковисцидоза лежит наследственное поражение экзокринных желез, железистых клеток организма, секретирующих клеток бронхов, поджелудочной железы, кишечника, печени (желчевыделительная функция), потовых желез. Общим в патологии всех желез внешней секреции является нарушение процесса транспорта хлоридов через мембраны эпителиальных клеток. Данный процесс сопровождается избыточным выделением хлоридов, следствием чего является гиперсекреция густой слизи в клетках эндокринной части поджелудочной железы, эпителии бронхов, слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта, что сопровождается нарушением их секреции. Нарушение ведет к застойно-обтурационным изменениям в соответствующих органах с последующими воспалительными и склеротическими изменениями. В выделительных секретах организма при муковисцидозе наблюдается изменение соотношения фракций белково-углеводных компонентов; идет снижение реабсорбции электролитов в выводных протоках потовых желез; поджелудочная железа не выделяет нужного количества ферментов ( Talamo R.C.,1983). Таким образом, муковисцидоз обусловлен нарушением транспорта ионов хлора и натрия через мембраны эпителиальных клеток вследствие отсутствия синтеза первичного продукта гена муковисцидоза — трансмембранного регуляторного белка. Что сопровождается избыточным выделением хлоридов, приводящим к гиперсекреции густой слизи в клетках эндокринной части поджелудочной железы, эпителии бронхов, слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта. Выводные протоки поджелудочной железы закупориваются, слизь не выводится, образуются кисты. Гиперпродукция слизи в бронхиальном дереве сопровождается закупоркой мелких бронхов, что способствует присоединению инфекции. Аналогичные процессы происходят в придаточных пазухах и канальцах семенников. В потовой жидкости отмечается повышенная концентрация ионов хлора и натрия.

Причиной муковисцидоза являются мутации в гене CFTR (cystic fibrosis transmembrane conductance regulator, кистозного трансмембранного регулятора, КФТР), часть которого образует хлоридный канал. В результате мутации легочный эпителий дефектен по этому регулятору. Это приводит к хроническим инфекциям, воспалениям и постепенному разрушению (derangement) дыхательного аппарата. Одни мутации в гене КФТР ведут к снижению синтеза белка КФТР из-за незавершенности процессинга РНК, другие — к качественным изменениям мембранных хлорных каналов . Одна первичная биохимическая аномалия (нарушение транспорта хлоридов) обусловливает возникновение мультиорганного патологического процесса (прогрессирующее поражение дыхательных путей, хронические синуситы, недостаточность экзокринной секреторной функции поджелудочной железы, стерильность у мужчин).

Муковисцидоз встречается в среднем у 1 из 2000-3000 новорожденных, а среди черного африканского и японского населения его частота составляет 1 : 100 000.

Муковисцидоз — это системное наследственное заболевание , обычно проявляющееся в детстве, хотя в 4% случаев диагноз ставят в зрелом возрасте. Наследуется аутосомно-рецессивно.

Распространенность заболевания сильно отличается в разных этнических группах. Среди белого населения Северной Америки и Северной Европы муковисцидоз встречается у 1 из 3000 живых новорожденных, в то время как у американских негров — у 1 из 17000, а у полинезийцев, населяющих Гавайи, — лишь у 1 из 90000.

С тех пор как для лечения муковисцидоза стали применять антибиотики и ферментные препараты, продолжительность жизни больных возросла. Теперь почти 34% из них достигают зрелого возраста и приблизительно 10% больных живут более 30 лет. Средняя продолжительность жизни составляет 28 лет.

Итак, муковисцидоз больше нельзя считать детским заболеванием. Его должен уметь распознавать и лечить каждый терапевт. Муковисцидоз проявляется хроническими легочными инфекциями , которые в конечном счете приводят к бронхоэктазам , недостаточностью экзокринной функции поджелудочной железы , нарушением функции потовых желез , почек и ЖКТ , а также к бесплодием .

Клиницисты различают четыре формы муковисцидоза: мекониальный илеус новорожденных, бронхолегочная форма, легочно-кишечная или смешанная форма, кишечная форма.