Изменения митохондрий при врожденной миопатии "центрального стержня" у детей

Изменения митохондрий при врожденой миопатии «центрального стержня» у детей

В.С. Сухоруков, П.А. Шаталов, Д.А. Харламов, А.В. Брыдун

Mitochondrial changes in congenital central core myopathy in children

V.S. Sukhorukov, P.A. Shatalov, D.A. Kharlamov, A.V. Brydun

Московский НИИ педиатрии и детской хирургии

Проведена оценка патологического морфогенеза волокон скелетной мышечной ткани при наследственном нарушении рианоди-новых рецепторов (врожденная миопатия «центрального стержня»). Показано, что выраженность патогенетических процессов при этом заболевании существенно зависит от наличия или отсутствия у них в мышечных волокнах повышенного количества митохондрий (главным образом, под сарколеммой). Полученные данные позволили предположить, что в основе формирования типичного патоморфологического комплекса в скелетной мышечной ткани человека при наследственных нарушениях риано-диновых рецепторов может лежать неконтролируемое повышение внутриклеточного содержания ионов кальция и их неравномерная утилизация в центральных и периферических зонах мышечного волокна митохондриями.

Ключевые слова: врожденная миопатия «центрального стержня», световая и электронная микроскопия мышц, митохондрии.

The pathological morphogenesis of skeletal muscle fibers was evaluated in inherited impairment of ryanodine receptors (congenital central core myopathy). The magnitude of pathogenetic processes in this disease was shown to substantially depend on whether the higher number of mitochondria was present or absent in the muscle fibers (mainly beneath the sarcolemma). The findings could suggest that the uncontrolled increase in the intracellular level of calcium ions and their irregular utilization by mitochondria in the central and peripheral areas of muscle fibers might underlie the development of a typical pathomorphological complex in human skeletal muscle tissue in the presence of inherited impairments of ryanodine receptors.

Key words: congenital central core myopathy, light and electron microscopy of muscles, mitochondria.

В последние годы особую актуальность приобрело изучение патогенеза многих наследственных болезней человека. Это связано с расшифровкой его генома, появлением новых знаний о молекулярно-генетических механизмах развития данных заболеваний и активной разработкой новых подходов к лечению, основанных на точечных воздействиях на те или иные молекулы.

Ряд заболеваний связан с наследственными дефектами белков, участвующих в перераспределении заряженных ионов внутри клетки. Важные участники поддержания ионного гомеостаза в клетке — молекулы, образующие Са2+-каналы, представителями которых являются рианодиновые рецепторы.

© Коллектив авторов, 2011

Ros Vestn Perinatol Pediat 2011; 4:84-87

Адрес для корреспонденции: Сухоруков Владимир Сергеевич — д.м.н., проф., зав. научно-исследовательской лабораторией общей патологии МНИИ педиатрии и детской хирургии Шаталов Петр Алексеевич — н.с. той же лаборатории Брыдун Анатолий Васильевич — к.м.н., ст.н.с. той же лаборатории Харламов Дмитрий Алексеевич — к.м.н., в.н.с. отделения психоневрологии и эпилептологии, руководитель Детского научно-практического центра нервно-мышечной патологии того же института 125412 Москва, ул. Талдомская, д. 2

Среди большого количества наследственных заболеваний человека одной из наиболее распространенных групп являются нервно-мышечные болезни, среди которых особое место принадлежит врожденным «структурным миопатиям». Среди этих, в целом, редких заболеваний первое место по частоте занимает врожденная миопатия «центрального стержня», обусловленная мутацией гена рианодинового рецептора [1]. В основе патогенеза болезни лежат ультраструктурные изменения в центральных зонах ске-летно-мышечных волокон, а также отсутствие в них функциональной активности в первую очередь мито-хондриальных ферментов. Гистологические характеристики этих зон («стержней»), не схожие с таковыми в периферических участках волокна, являются основным диагностическим критерием заболевания.

По всей видимости, деструктивные процессы в мышечных волокнах опосредуются нарушением нормального распределения в них ионов кальция и последующей дизрегуляцией сокращения сарко-меров и активности митохондрий. В то же время неясно, как связаны процессы именно центральной деструкции мионов с главной этиологической причиной заболевания — мутацией в гене рианодинового

РОССИЙСКИЙ ВЕСТНИКПЕРИНАТОЛОГИИ И ПЕДИАТРИИ, 4, 2011

СухорукоеВ.С. и соает. Изменения митохондрий при врожденой миопатии «центрального стержня» у детей

рецептора. Кроме того, в научной литературе отсутствуют полноценные описания процессов патологического морфогенеза мышечных волокон при этом заболевании, отсутствует описание особенностей триад (ультраструктур, в которых располагаются ри-анодиновые рецепторы) и митохондрий в мышечных волокнах пациентов с болезнью «центрального стержня». Наконец, существующие гистологические описания не соответствуют полиморфизму заболевания.

На основании вышесказанного была сформулирована цель настоящего исследования: гистологическая оценка патологического морфогенеза волокон скелетной мышечной ткани при наследственных нарушениях рианодиновых рецепторов.

ГРУППА ОБСЛЕДОВАННЫХ И мЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследованы биоптаты скелетных (передних бедренных) мышц у 16 пациентов в возрасте от 1 года до 45 лет с диагнозом врожденной миопатии «центрального стержня». Морфологический анализ проведен с помощью следующих методов:

— световая микроскопия (окраска гематоксилином и эозином, гистохимическое выявление активности сукцинатдегидрогеназы по Нахласу и соавт., 1957);

— электронная микроскопия.

результаты и обсуждение

При окраске гематоксилином и эозином грубых нарушений в строении мышечной ткани не выявлено. В то же время наблюдалась значительная гетерогенность распределения активности сукцинатдеги-дрогеназы по центральным и периферическим зонам скелетных мышечных волокон (рис. 1). Центральные зоны демонстрировали полное отсутствие или значительное снижение активности фермента, тогда как в периферических зонах большинства волокон эта активность, хотя и индивидуально варьировала, но, в целом, сохранялась.

Электронно-микроскопический анализ выявил различные комплексы изменений (рис. 2), которые, как правило, носили локальный характер и могли иметь место в отдельных зонах мышечного волокна, соседствуя с неизмененными участками саркоплазмы или участками, характеризовавшимися другими вариантами повреждений. При этом было обнаружено, что центральные и периферические зоны мышечных волокон существенно различаются по своим ультраструктурным характеристикам. В центральных участках чаще отмечалась атрофия пучков миофи-брилл, стриминг Z-полосок, гипертрофия митохондрий, отложение липидных включений (особенно на границе между зоной стержня и периферической

Рис. 1. Скелетная мышечная ткань больного в возрасте 1 года с врожденной миопатией «центрального стержня». х100.

Гистохимическое выявление активности сукцинатдегидрогеназы по Нахласу и соавт. (1957) в криостатных срезах. Почти во всех поперечно срезанных мышечных волокнах определяется полное отсутствие активности фермента в центральных зонах (стрелки).

Рис. 2. Электронограммы скелетной мышечной ткани пациентов с врожденной миопатией «центрального стержня».

Представлены различные виды ультраструктурных повреждений мышечного волокна.

зоной), появление везикулярных структур неясного происхождения, а также пространств, свободных от органелл и заполненных мелкогранулированным материалом. В периферических зонах чаще встречались относительно сохранные пучки миофибрилл с типичными зонами саркомеров.

Нами было отмечено, что выраженность изменений в центральных зонах существенно связана с наличием или отсутствием повышенного количества митохондрий под сарколеммой. Для мышечной ткани с менее выраженными патологическими изменениями была обнаружена более частая встречаемость повышенных скоплений митохондрий в субсарко-леммальных зонах (рис. 3 и 4). В связи с этим группы обследованных больных были разделены по признаку

РОССИЙСКИЙ ВЕСТНИКПЕРИНАТОЛОГИИ И ПЕДИАТРИИ, 4, 2011

Kl

Рис. 3. Скелетная мышечная ткань пациента 16 лет с врожденной миопатией «центрального стержня». х200.

Гистохимическое выявление активности сукцинатдегидро-геназы по Нахласу и соавт. (1957) в криостатных срезах. Стрелкой показаны субсарколеммальные скопления метки, характерные для феномена RRF.

Рис. 4. Электронограмма скелетной мышечной ткани пациента 14 лет с врожденной миопатией «центрального стержня». х20 000.

Определяются аномальные субсарколеммальные скопления митохондрий в области RRF.

наличия (1-я группа, и=11) или отсутствия (2-я группа, n=5) таких скоплений (наличие или отсутствие RRF* на светооптическом уровне).

Выявлена существенная разница в динамике пато-морфоза мышечной ткани при болезни «центрального стержня» в зависимости от наличия или отсутствия повышенного числа митохондрий. В первую очередь это связано со значительно более поздним дебютом заболевания у больных 1-й группы с повышенным числом митохондрий [2]. У обследованных нами пациентов это выразилось в различии возраста на момент проведения биопсии у больных 1-й (18,6 года) и 2-й (5,2 года) групп.

В обеих выделенных группах определялась явная возрастная динамика распределения описанных нами комплексов морфологических изменений. И в той и в другой группах с возрастом нарастала выраженность патоморфоза. Различия были связаны со сдвигом начала изменений в виде увеличенных митохон-

* Ragged red fibers, «рваные» красные волокна.

дриальных скоплений и проявились в значительной отсрочке дебюта заболевания (и соответственно времени проведения биопсии мышечной ткани) у пациентов 1-й группы.

На основании вышеизложенного мы считаем, что с большой долей вероятности можно предположить наличие следующей схемы патогенеза врожденной миопатии «центрального стержня». Дебют и первые этапы заболевания предположительно могут быть связаны с максимально выраженной на электронограммах деструкцией центральных участков мышечных волокон. При этом можно наблюдать очаги дезориентации, атрофию и расщепление миофиламентов, гипертрофию и деструкцию митохондрий, появление липидных включений, умеренное повышение внелизосомального количества гликогена, также дезориентацию и уплотнение триад. Впоследствии, по-видимому, происходит внелизосомальный лизис дефектных органелл и включений в определенных участках, что связано с появлением обширных межфибриллярных пространств, заполненных мелкодисперсным детритом. Позднее, за счет спадения этих участков и трансформации комплекса III в комплекс IV может происходить общее уменьшение диаметра мышечных волокон (миогенная атрофия). При этом основным ультраструктурным проявлением поражения остается атрофия, деформация и дезориентация пучков миофиламентов.

Учитывая подтвержденную нами взаимосвязь выраженности патологических изменений и количества митохондрий, мы считаем, что объяснение причинно-следственных связей в патогенезе болезни «центрального стержня» может быть основано на следующей гипотезе: дефект рианодиновых рецепторов приводит к излишнему выходу Ca2+ из сар-коплазматических цистерн. С ростом организма, пропорционально приросту массы скелетно-мы-шечного волокна и соответствующему увеличению объема саркоплазматического ретикулума, неконтролируемый выход ионов Ca2+ достигает определенного порога, что приводит к критической диз-регуляции компонентов миона и к их деструкции. Однако митохондрии способны поглощать ионы Ca2+, тем самым регулируя его содержание в пределах мышечного волокна [3]. Так как на периферии мышечного волокна количество митохондрий больше, чем в центре [4], то эти участки более устойчивы к повышению концентрации Ca2+. В результате происходит атрофия органелл и потеря синтетической активности в центре волокна. Сама мышца в целом при этом сохраняет функциональную активность за счет относительной сохранности ультраструктур на периферических участках. Кроме того, повышенное более обычного число митохондрий в мышцах связано с отсроченным дебютом болезни и значи-

РОССИИСКИИ ВЕСТНИКПЕРИНАТОЛОГИИ И ПЕДИАТРИИ, 4, 2011

СухорукоеВ.С. и соавт. Изменения митохондрий при врожденой миопатии «центрального стержня» у детей

тельно более поздним развитием патоморфологи-ческих изменений. Выявление особой роли этих органелл в развитии миопатии определяет актуаль-

ность разработки методов ее энерготропной терапии с применением таких препаратов, как левокарни-тин, коэнзим Q и др.

ЛИТЕРАТУРА

1. Сухорукое В.С., Харламов Д.А. Врожденные миопатии. М: ООО Пресс-Арт 2010; 155.

2. Sukhorukov V.S. Quantitative Alterations in Mitochondria: Adaptation Contra Violation. In: Adaptation Biology and Medicine. Narosa Publishing House Pvt. Ltd., New Delhi, India 2011; 6: 77—89.

3. Perocchi F, Gohil V.M., Girgis H.S. et al. MICU1 encodes

a mitochondrial EF hand protein required for Ca2+ uptake. Nature 2010; 467: 291—296. 4. Engel A.G., Macdonald R.D. Ultrastructural reactions in muscle disease and their light microscopic correlates. Extracerpta Medica ICS 1970; 199: 71.

Поступила 23.05.11

РОССИЙСКИЙ ВЕСТНИКПЕРИНАТОЛОГИИ И ПЕДИАТРИИ, 4, 2011