Інформація призначена тільки для фахівців сфери охорони здоров'я, осіб,
які мають вищу або середню спеціальну медичну освіту.

Підтвердіть, що Ви є фахівцем у сфері охорони здоров'я.



СІМЕЙНІ ЛІКАРІ ТА ТЕРАПЕВТИ
день перший
день другий

АКУШЕРИ ГІНЕКОЛОГИ

КАРДІОЛОГИ, СІМЕЙНІ ЛІКАРІ, РЕВМАТОЛОГИ, НЕВРОЛОГИ, ЕНДОКРИНОЛОГИ

СТОМАТОЛОГИ

ІНФЕКЦІОНІСТИ, СІМЕЙНІ ЛІКАРІ, ПЕДІАТРИ, ГАСТРОЕНТЕРОЛОГИ, ГЕПАТОЛОГИ
день перший
день другий

ТРАВМАТОЛОГИ

ОНКОЛОГИ, (ОНКО-ГЕМАТОЛОГИ, ХІМІОТЕРАПЕВТИ, МАМОЛОГИ, ОНКО-ХІРУРГИ)

ЕНДОКРИНОЛОГИ, СІМЕЙНІ ЛІКАРІ, ПЕДІАТРИ, КАРДІОЛОГИ ТА ІНШІ СПЕЦІАЛІСТИ

ПЕДІАТРИ ТА СІМЕЙНІ ЛІКАРІ

АНЕСТЕЗІОЛОГИ, ХІРУРГИ

"Child`s Health" 6(9) 2007

Back to issue

Екогенетичні аспекти патології людини, спричиненої впливом шкідливих факторів зовнішнього середовища

Authors: О.З. Гнатейко, Н.С. Лук’яненко, Інститут спадкової патології АМН України, м. Львів

Categories: Pediatrics/Neonatology

Sections: Medicine. Doctors. Society

print version

I. Характеристика екологічної ситуації в Україні та вплив шкідливих факторів довкілля на стан здоров’я дітей

Головною пріоритетною проблемою сучасної медицини в Україні є охорона здоров’я матері й дитини [1]. Визначальну роль у зміні стану здоров’я населення відіграють фактори, що характеризують генотип популяції, спосіб життя і стан навколишнього середовища [1–3]. Проте оцінка ризику з боку тривало діючих факторів довкілля, впливу яких людина може зазнавати у звичайних умовах, на здоров’я населення в цілому або достатньо великих груп населення залишається новим та мало вивченим аспектом науки [4].

Зростання кількості випадків інтоксикації, пов’язаної з проживанням на техногенно забруднених територіях, що призводить до інвалідизації, відкриває перед медичною наукою новий пріоритетний напрямок — вивчення екологічно обумовлених захворювань.

Визначення потенційно шкідливого впливу деяких хімічних факторів, зокрема солей важких металів, стало особливо актуальним сьогодні також у зв’язку з вираженим зростанням частоти різноманітної мультифакторної патології в структурі захворюваності в Україні.

Питання екологічного стану зовнішнього середовища та стану здоров’я населення є загальнодержавними й знаходять своє відображення в національних програмах [5], а стан здоров’я дітей є інтегральним динамічним показником соціально-економічного й медико-соціального стану суспільства. Крім того, стан здоров’я дітей є критерієм ефективності проведених санітарно-гігієнічних та лікувально-профілактичних заходів [6].

Зростаюче антропогенне навантаження на об’єкти навколишнього середовища у вигляді мутагенно-активних сполук хімічної, фізичної й біологічної природи на сьогодні має достатньо серйозний характер. Спрямований вплив на один з об’єктів довкілля викликає зміну стану іншого. Це становить реальну загрозу для генофонду всього живого й може призвести до збільшення мутагенного тиску на людську популяцію. У свою чергу тотальне забруднення атмосферного повітря, грунту, питної води та продуктів харчування мутагенами може послужити причиною генетично обумовленої патології, що виражається вродженими вадами розвитку, цитогенетичними порушеннями в статевих і соматичних клітинах [7].

Несприятлива екологічна ситуація в Україні значною мірою відбивається на рівні захворюваності та смертності населення. У 3 рази нижчий, ніж у цілому по всім країнам СНД, приріст населення, у 2–2,5 раза вища, ніж у розвинутих країнах, дитяча смертність, зменшення на 5–7 років тривалості життя — все це свідчить про необхідність вживання найбільш негайних заходів [8, 9].

Відомо, що серед причин, що визначають рівень захворюваності, стан довкілля займає приблизно 20 %, а якщо говорити в цілому про теперішню екологічну напруженість, маючи на увазі всю сукупність екологічних та професійно-виробничих факторів у поєднанні зі стресовими, нервово-психічними перевантаженнями, то, за даними ВООЗ, похідною від усього цього є більша частина хвороб — до 70–80 %. Соціальні фактори та фактори середовища діють не ізольовано, а в поєднанні з біологічними (у тому числі й спадковими), що зумовлює залежність захворюваності людини як від впливу середовища, у якому вона знаходиться, так і від генотипу та біологічних законів його розвитку [10]. З’ясування точного внеску того чи іншого фактора в етіологію захворювання нерідко є досить складним завданням, бо є понад 200 генів, що контролюють сприйнятливість людини до захворювань, пов’язаних із впливом факторів довкілля [11].

Серед багатьох факторів, що впливають на здоров’я людини та середовище її проживання, одну з основних позицій посідають хімічні забруднювачі. Промислові викиди їх в атмосферу України досягають щорічно біля 11 млн т, що складає 20–25 % сумарного викиду в цілому по країнах СНД. І це за умови, що Україна займає тільки 3 % території СНД, хоч і постачала в попередні роки майже чверть загального національного продукту СРСР, 17 % електроенергії, 58 % виробництва чавуну. З 68 міст СНД, що характеризуються найбільш значимими та стійкими рівнями хімічного забруднення, кожне п’яте — це місто України. На одного жителя нашої країни припадає сьогодні 300 кг шкідливих техногенних речовин. У цих випадках, як показують результати наших досліджень, певна етіологічна роль належить важким металам. Відомо, що в різних сферах народного господарства сьогодні широко застосовуються понад 70 металів періодичної системи, з яких 43 — важкі метали, тобто елементи з відносною щільністю понад 5,0 г/см3. Як відомо, вони характеризуються недобудовою зовнішніх електронних оболонок та здатністю утворювати високотоксичні металоорганічні сполуки [8]. Сучасна ситуація в Україні в основному характеризується негативним впливом важких металів та їхніх сполук як глобальних забруднювачів довкілля. Серед техногенних хімічних речовин, що забруднюють різні об’єкти зовнішнього середовища (атмосферне повітря, водойми, грунти, харчові продукти), важкі метали та їхні сполуки утворюють значну групу токсикантів, що визначає антропогенний вплив на екологічну структуру довкілля та на саму людину. Забрудненню ними довкілля сприяють також хімізація сільськогосподарського виробництва. Щорічно до грунтів України вноситься 1 700 000 центнерів пестицидів, 150 000 ц мінеральних добрив. З ними надходять до грунтів 1800 т свинцю, 400 т кадмію, 2200 т цинку, 200 т міді [12].

Отже, аналіз стану довкілля свідчить про те, що на сьогодні Україна є однією з найбільш екологічно неблагополучних країн Європи [13].

Стан здоров’я населення індустріально розвинутих країн здебільшого визначається так званими мультифакторними хворобами, розвиток яких є результатом впливу на індивіда факторів довкілля та його генетичної схильності [14–16]. Враховуючи генетичну складову здоров’я, усі хвороби поділяють на три групи: спадкові, мультифакторні та хвороби, що виникають унаслідок дії факторів середовища. Що стосується мультифакторних хвороб, які формуються внаслідок взаємодії спадкових факторів і впливу факторів довкілля, то вони є причиною інвалідності майже двох третин дітей-інвалідів. Мультифакторні хвороби є також превалюючою причиною смерті населення нашої держави, тобто саме вони формують здоров’я населення [1, 2, 17].

Тривалий вплив ксенобіотиків на організм у частини дітей призводить до формування хронічних захворювань, що найчастіше виникають на підставі спадкової схильності. При тривалому надходженні ксенобіотиків, що не піддалися метаболічним перетворенням в організмі, створюються умови для їх накопичення (у нирках, кістках, печінці), виникають хронічні синдроми та хвороби накопичення. Усі ці ураження (ЦНС, печінки, нирок, системи крові) можуть проявлятися синдромами ксеногенної інтоксикації [46]. Хронічна патологія в таких випадках може бути безпосередньо пов’язана з нейро-, гепато- та нефротоксичною дією конкретних ксенобіотиків та індивідуальною гіперчутливістю [18–20].

Системність ураження, що викликається екологічними факторами, зумовлена накопиченням ендогенних токсинів в організмі людини (у першу чергу дітей), який найбільш чутливий до екопатогенних факторів і стресових впливів, що призводить до обмінних порушень [21, 22].

Незважаючи на численні дослідження в галузі екопатології дітей, виявлення екологічно залежних відхилень у стані їхнього здоров’я залишається важкою задачею, що зумовлене як великою різноманітністю дії екологічних факторів на стан здоров’я дітей у популяції людини, так і складністю вирахування причинно-наслідкових зв’язків [23–25].

Потенційний екопатогенний ризик для здоров’я населення в цілому і для здоров’я дітей зокрема як за кордоном, так і в Україні стимулював розвиток нових напрямків у медицині — клінічної екопатології та екологічної педіатрії [26, 27].

Екологічна педіатрія вивчає прояви тривалого впливу на організм, що росте, допорогових або малих доз хімічних агентів на основі методів екологічного та біологічного моніторингу, вишукує засоби захисту дитячого організму від таких впливів [28–30].

Кінцевий результат усіх досліджень передбачає пошук і розробку сучасних шляхів профілактики багатьох захворювань дитячого населення та заходів, що позитивно змінили б стан здоров’я дітей і сприяли б зниженню показників дитячої захворюваності та смертності.

Екологічний ризик, тобто загроза руйнівного впливу людини на природу, може бути пов’язаний із геохімічними особливостями регіонів — дефіцитом йоду, селену, фтору або підвищеним умістом у грунті мікроелементів. Екологічний ризик спричинив екопатогенний ризик для здоров’я населення [31]. Оцінка ролі негативного впливу на організм людини, що пов’язаний із забрудненням довкілля, являє собою найважливішу задачу медичної науки сьогодення [23, 32, 33].

Відомо, що важкі метали при надходженні до організму можуть викликати ряд метаболічних зрушень, переважно окисно-відновних процесів. Утворення біокомплексів металів з різноманітними компонентами клітини може призвести до руйнування мембран, а також пригнічення активності різноманітних ферментів [34–36].

Основним процесом, що призводить до деструкції мембран, є вільнорадикальне перекисне окислення ліпідів (ПОЛ). ПОЛ належить до неспецифічних реакцій чутливості організму до агресії, вираженість яких визначає прогноз та результат багатьох патологічних станів [37].

Встановлено, що важкі метали (свинець та кадмій) зв’язують сульфгідрильні групи глутатіону та білків, у результаті чого відбувається активація процесів перекисного окислення ліпідів клітинних мембран, що викликає порушення їхньої функції, а це, у свою чергу, призводить до утворення активних, токсичних форм кисню [38, 39].

Перекисне окислення ліпідів безпосередньо каталізується іонами металів із перехідною валентністю (миш’як, хром, залізо) [40]. Його приєднання може бути пов’язаним також зі зменшенням антиоксидантного захисту клітини. Остання включає в себе: клітинні ферменти (супероксиддисмутазу, глутатіонтрансферазу, каталазу), деякі компоненти плазми (трансферин, церулоплазмін, альбумін), що здатні зв’язувати метали з перехідною валентністю; малі водорозчинні антиоксидантні компоненти (сечова кислота, білірубін, вітамін С та жиророзчинні вітаміни — токоферол та бета-каротин) [41]. Кінцевим етапом є порушення морфофункціонального стану мембран та метаболічних процесів у ній, вихід із лізосом кислих гідролаз, загальне посилення гідролітичних процесів у тканинах, накопичення токсичних продуктів аутолізу, порушення синтезу ДНК, дезінтеграція мембран, руйнування їхньої структури й урешті-решт — смерть клітини [38, 42–44].

Цитотоксичність металів обумовлена трьома взаємопов’язаними механізмами: посиленням перекисного окислення ліпідів як за рахунок зниження антиоксидантного захисту клітини, так і за рахунок безпосередньо прооксидантної активності деяких металів; пригніченням мітохондріального дихання внаслідок змінення мембранного потенціалу мітохондрій та порушення активності ферментів дихального ланцюга та циклу Кребса; порушенням кальцієвого гомеостазу клітини за рахунок зміни внутрішньоклітинного потоку кальцію, заміни кальцію на специфічних рецепторах з подальшою активацією кальційзалежних ферментів.

Вивчення літературних джерел щодо хронічного отруєння малими дозами ксенобіотиків дає підставу зробити висновок, що в генезі їхньої токсичної дії лежить здатність цих сполук інгібувати тканинне дихання, що призводить до тканинної гіпоксії. Під впливом токсичної дії хімічних факторів та тканинної гіпоксії інтенсифікуються процеси перекисного окислення ліпідів [44]. Продукти ПОЛ мають ушкоджуючу дію на мембрани клітин, у першу чергу ниркового епітелію, що спричиняє порушення життєво важливих функцій клітин. Швидкість процесів ліпопероксидації в організмі має регулювати так звана антиоксидантна система організму, одним із показників активності якої є активність ферменту каталази. На сьогодні одним із важливих аспектів захворювань взагалі, а зокрема нирок, є вивчення стану біологічних мембран. Доведено, що при багатьох хворобах у першу чергу страждають саме біологічні мембрани, особливо їх ліпідний компонент, який у нормі забезпечує безперервність, спорідненість мембран, оптимальні умови для функціонування вмонтованих у мембрану ферментів та транспортних білків [37].

Отже, ефект ксенобіотиків визначається, у першу чергу, класом токсичності речовини, тривалістю її дії, віком та індивідуальною чутливістю до неї організму [45].

На сьогодні добре вивчені загальні механізми дії ксенобіотиків:

— генотоксичність — порушення структури та процесів репарації ДНК, нестабільність хромосом, хромосомні аберації;

— ферментотоксична дія — зв’язування SH-груп ферментів або заміщення есенціальних металів із металоферментів, пригнічення мітохондріального дихання та порушення ферментів дихального ланцюга циклу Кребса;

— мембранопатологічна дія — посилення перекисного окислення ліпідів;

— порушення кальцієвого гомеостазу та окислювального метаболізму клітин — за рахунок змін внутрішньоклітинного потоку кальцію, заміни кальцію на специфічних рецепторах із наступною активацією кальційзалежних ферментів та гормонів [46–48].

В останнє десятиріччя із посиленням негативного впливу зовнішнього середовища на організм людини звернули увагу на підвищення частоти патології органів сечовидільної системи в популяції. У літературі є дані, що патологія нирок може служити індикатором шкідливих впливів аномальних концентрацій важких металів на організм [49, 50]. Підвищена чутливість до потенціальних нефротоксичних середників та хімічних агентів може бути пов’язана як з особливостями функції нирок у дітей, так і з факторами, що пов’язані із захворюваннями [51].

На сьогодні доведено, що при порушенні екології токсичний ефект з боку нирок проявляється у вигляді дисметаболічної нефропатії з явищами оксалатно-кальцієвої кристалурії в зв’язку з мембраноатакуючою дією різних хімічних токсичних речовин [52].

II. Біотрансформація ксенобіотиків в організмі та роль генів схильності до екопатології в формуванні екологічно детермінованого патологічного процесу

Вивчення патології, спричиненої генотоксичними факторами, базується на пошуку генетично детермінованих маркерів схильності до екопатології.

Аналіз сучасних тенденцій розвитку науки переконливо свідчить, що в новому ХХІ столітті прогрес у галузі клінічної педіатрії визначатиметься активним міждисциплінарним вивченням причин виникнення та клітинно-молекулярних механізмів перебігу захворювань, а також широким впровадженням у практику методів молекулярної, клітинної та біохімічної генетики, морфології, біохімії, фізіології та інших фундаментальних дисциплін. Соціально значущими є наукові програми, що вивчають стан здоров’я й захищають інтереси окремих груп (сироти, діти), які мешкають на екологічно забруднених територіях і здоров’я яких зазнає впливу екстремальних умов та факторів [26].

Під дією факторів оточуючого середовища в процесі еволюції з одного боку та постійно виникаючих нових факторів середовища з другого формується генетичний та фенотиповий поліморфізм популяцій та індивідів. Останній, у свою чергу, впливає на рівновагу генетичних процесів у популяції, а також на зміну експресивності генів, тобто виникнення екогенетичних захворювань [53, 54].

Відомо, що всі люди відрізняються один від одного не тільки зовнішньо, але й своїми внутрішніми біохімічними, фізіологічними, психічними характеристиками, що складають фенотип людини, який є, насправді, відображенням індивідуальних особливостей генотипу, що реалізується в певних умовах довкілля. А екопатогенні фактори, особливо в поєднанні з іншими причинними агентами, збільшують ризик розвитку хронічних захворювань [55].

Екологічно детерміновані захворювання проявляються далеко не у всіх членів популяції. Вони виникають тільки в тих, хто відрізняється підвищеною чутливістю до конкретних хімічних агентів у результаті тривалого впливу на організм допорогових доз. Найважливішою закономірністю тривалого впливу невеликих доз ксенобіотиків є те, що вони не стільки підвищують частоту пов’язаних з ними захворювань (уроджені вади, пухлини, алергічні захворювання та ін.), скільки підвищують ризик їхнього розвитку, особливо в поєднанні з іншими факторами ризику або причинно-значущими агентами [56].

Наука, що вивчає індивідуальну, популяційну та іншу різницю в реакції індивідуумів на хімічні та фізичні фактори зовнішнього середовища (важкі метали, інсектициди, промислові забруднення, різні види радіації), отримала назву «екогенетика» (G. Brewer, 1971).

Екогенетика людини якраз і вивчає варіації відповідей різних людей на фактори зовнішнього середовища.

Більшість патологічних станів, пов’язаних із впливом фармпрепаратів або негативних факторів зовнішнього середовища, характеризуються типовим спектром експресії генів в одній або декількох тканинах, так званим генетичним підписом (gene signature), унікальним для кожного захворювання або реакції на довкілля. Саме біохімічна унікальність визначає нашу стійкість або, навпаки, чутливість до різноманітних зовнішніх впливів, нашу схильність до тих чи інших мультифакторних захворювань. Діагностика захворювань або патологічних станів за функціональним дефектом багатьох білків і складає основу превентивної медицини як одного з напрямків молекулярної медицини ХХІ сторіччя.

Вивчення спадкової мінливості людини під впливом факторів науково-технічного прогресу стало важливою генетичною проблемою. У зв’язку з соціальним та науково-технічним прогресом має місце динамічна реакція спадковості на екологічне середовище, що постійно змінюється: одночасно змінюються сама спадковість (підвищення мутаційного процесу) та її прояви у вигляді патологічних реакцій на нові фактори довкілля [57–59].

Генетичні основи детермінації відповіді людини на дію факторів зовнішнього середовища не викликають сумніву [58]. Відомо, що існує генетичний поліморфізм популяції людей у їх реакції на дію біологічних та екологічних факторів довкілля [59]. Без сумніву, існує також генетичний контроль біотрансформації в організмі людини всіх хімічних сполук. Екогенетика людини вивчає варіації відповіді різних людей на фактори довкілля, які мають назву «екогенетичні реакції». Суть таких реакцій полягає в тому, що гени, які «мовчали» раніше, пробуджуються під впливом нових екологічних факторів та викликають патологічні стани.

Більшість ксенобіотиків, що надходять до організму, не мають прямого біологічного впливу, але насамперед підлягають різноманітним перетворенням, так званій біотрансформації [60].

У найбільш типовому варіанті система захисту від різноманітних ксенобіотиків представлена у вигляді трьохетапного процесу, що включає активацію, детоксикацію та виведення [61]. Екзогенні ксенобіотики, як правило, трансформуються в менш активні та більш інертні метаболіти.

Система захисту включає активацію (фаза I), детоксикацію (фаза II) та виведення (фаза III). Саме генетично запрограмована система біотрансформації, деградації та виведення ксенобіотиків робить унікальним кожного індивідуума щодо його адаптаційних властивостей, тобто стійкості або чутливості до ушкоджуючих зовнішніх факторів. Причиною генетичних та фенотипових відмінностей є поліморфізм відповідних генів, генів «зовнішнього середовища» .

Фаза І біотрансформації забезпечується переважно численним сімейством ферментів — цитохромів Р450, мікросомальною епоксидгідролазою, а також іншими ферментами, такими як алкогольдегідрогеназа, альдегіддегідрогеназа та інші. Основні функції цієї фази полягають в утворенні в молекулі субстрату (ксенобіотика) гідрофільних груп, завдяки чому відбувається детоксикація десятків тисяч речовин. Важливою особливістю системи ферментів фази І є їхня вибіркова локалізація та висока потужність на головних шляхах надходження ксенобіотиків в організм — харчовому (печінка, травний тракт), дихальному (легені, бронхи), та численність шляхів метаболізму: гідроксилювання, епоксидування, окислення за сіркою та азоту, кисню, десульфурація та ін. Проте ферменти цієї системи слабо представлені в інших органах та тканинах, тобто вони не можуть захистити організм за інших способів надходження. На жаль, вони нерідко призводять до появи токсичних метаболітів, тобто токсифікації ксенобіотиків, перетворюючи хлороформ на найсильнішу печінкову отруту — фосген, а нешкідливий парацетамол — на шкідливий метаболіт, що ушкоджує нирки та печінку [61].

Головними механізмами першої фази метаболізму ксенобіотиків є цитохром-НАДФ·Н-залежне окислення, реакції відновлення й гідролізу, що каталізуються ферментами монооксигеназної системи. Завданням першої фази є перетворення ліпофільних сполук на гідрофільні, реакційно здатні метаболіти шляхом включення в їх молекули карбоксильних, гідроксильних, сульфгідрильних чи аміногруп, що стають центрами кон’югації. Отже, молекули готують до другої, синтетичної фази. Одним із важливих ферментів, задіяних у фазі I, є алкогольдегідрогеназа [62].

Ферменти фази II біотрансформації, головним призначенням якої є нейтралізація (дезактивація, детоксикація) гідрофільних та часто токсичних продуктів фази І за допомогою різних гідролаз та трансфераз, наявні в усіх клітинах. Вони функціонують при будь-яких шляхах надходження ксенобіотиків, здійснюють або завершують детоксикацію, а інколи виправляють помилки першої фази. У цій фазі беруть участь глутатіонтрансферази, глюкуронілтрансферази, сульфотрансферази, ацетилтрансферази, метилтрансферази, що перетворюють токсичні проміжні продукти метаболізму фази І на полярні, водорозчинні, нетоксичні сполуки, що виводяться з організму [60].

Під час фази II відбуваються ферментативні реакції кон’югації гідрофільних метаболітів, що утворились у фазі I, а також екзогенних електрофільних сполук з утворенням нетоксичних продуктів, що легко виводяться з організму [11].

Фаза III біотрансформації — евакуація; виведення з організму продуктів детоксикації здійснюється через легені, нирки, кишечник. Важлива роль у цих процесах належить білку плазми крові — альбуміну, що зв’язує та транспортує метаболіти екзогенних та ендогенних субстратів, у тому числі продукти фази І та фази II детоксикації. Більшість гідрофільних ксенобіотиків після біотрансформації та деградації через каскад детоксикації надходять із клітин у кров, звідки вони виводяться з сечею. Ксенобіотики великої молекулярної маси (> 300 кДа) та підвищеної гідрофобності виводяться з жовчю [102]. Завданням фази ІІІ є захист від дії вільних радикалів та перекисних сполук, що утворюються при метаболізмі ксенобіотиків [11].

На сьогодні відома велика кількість генів схильності та генних сімейств, що контролюють синтез білків, які відповідають за детоксикацію ксенобіотиків — будь-яких чужорідних факторів, що надходять до організму.

Гени детоксикації ксенобіотиків отримали назву «генів зовнішнього середовища» [61]. Друга група генів схильності умовно названа генами-тригерами. Вона представлена генами, білкові продукти яких відіграють ключову роль у механізмах активації та деградації природних метаболітів (наприклад, амінокислот). Якщо внаслідок мутації функція цих генів порушується, вони можуть стати причиною схильності організму до важких мультифакторних захворювань (остеопороз, атеросклероз, інфаркт міокарда та інші).

Самостійною групою генів схильності виступають гени рецепторів, що кодують структуру та функції мембранних білків, які визначають внутрішньоклітинне надходження ксенобіотиків та інфекційних агентів.

Функціонально неповноцінні варіанти генів схильності створюють схильність до різних захворювань. Тестування генів схильності дозволяє встановити асоціацію між функціонально неповноцінними алелями та реакцією організму на вплив ксенобіотиків. Численні епідеміологічні дослідження вказують на те, що практично всі широко відомі захворювання, включаючи майже 90 % онкозахворювань, тією чи іншою мірою пов’язані з негативними зовнішніми факторами. Залежно від особливостей геному різні індивідууми можуть зберігати стійкість або, навпаки, виявляти підвищену чутливість до пошкоджуючих агентів [61].

Дослідження міжіндивідуальних особливостей алельних варіантів «генів зовнішнього середовища», продукти яких відповідають за біотрансформацію та детоксикацію ксенобіотиків, як і біомеханізмів адаптації організму до факторів довкілля, належать до найважливіших в екогенетиці. Поширеність методів екогенетики створила реальні передумови для розвитку предиктивної (профілактичної, превентивної) медицини.

Поліморфізм деяких генів тісно пов’язаний із метаболізмом токсичних металів в організмі. Прикладом таких генів є ген, що кодує дегідратазу амінолевулінової кислоти (ALAD). Поліморфізм гена ALAD асоціюють із накопиченням та поширенням свинцю в крові, кістках та внутрішніх органах людей та тварин. Найважливішим механізмом токсичної дії свинцю є його вплив на ферменти, що беруть участь у біосинтезі гему, зокрема пригнічення ALAD та ферохелатази. Понад 99 % свинцю, що потрапляє в кров, накопичується в еритроцитах, причому 80 % із них пов’язані з ALAD [62]. Пригнічення активності еритроцитарної ALAD є високочутливим індикатором свинцевої інтоксикації й використовується для діагностики. Рівень амінолевулінової кислоти в сечі також застосовують як біомаркер ранніх біологічних ефектів свинцю.

Ген, що кодує ALAD, знаходиться в 9-й хромосомі (9q34) і представлений двома кодомінантними алелями — ALAD1 та ALAD2. Вперше поліморфізм цього гена встановили в 1981 році Petrucci та співавт. Алель ALAD2 зустрічається рідко — у 20 % кавказької популяції; у популяціях Азії та Африки — ще рідше. Експресія цих алелів призводить до утворення трьох варіантів ізоферментів ALAD1–1, ALAD1–2 та ALAD2–2, що можна виділити за допомогою електрофорезу. Різниця між поліпептидами ALAD1 та ALAD2 полягає в заміні аспарагіну на лізин у позиції 59 унаслідок однонуклеотидної перестановки в 177-й позиції кодуючого регіону. Такі перебудови змінюють електричний заряд молекули, завдяки чому ALAD2 отримує більшу афінність до зв’язування свинцю, ніж ALAD1. Отже, наявність алеля ALAD2 сприяє зростанню рівня свинцю в крові в уражених індивідуумів. Механізм впливу поліморфізму гена ALAD на акумуляцію свинцю в органах-мішенях вивчений недостатньо. Існують 2 можливих сценарії. Згідно з 1-м, посилене зв’язування свинцю ALAD2 призводить до збільшеного надходження його в інші органи — нирки, мозок. Згідно з іншим поглядом, ALAD2 може виконувати роль високоафінного субстрату, що не тільки зв’язує свинець, а й утримує його в крові та запобігає пошкодженню інших органів. У цьому випадку носії алеля ALAD2 повинні відрізнятись від гомозиготних носіїв ALAD1 меншими клінічними проявами з боку нирок та центральної нервової системи та нижчим накопиченням свинцю в кістках при збільшеному рівні його в крові [61].

До генів детоксикації належать суперсімейство глутатіонтрансфераз — GSTM [63].

Детоксикація за допомогою глутатіону відіграє ключову роль у забезпеченні резистентності клітин до перекисного окислення ліпідів, вільних радикалів, алкілуванні білків та в попередженні «поломок» ДHК. Крім того, GSTM належить важлива роль внутрішньоклітинних переносників білірубінів, гормонів, а також у біосинтезі деяких фізіологічно активних речовин-простагландинів. GST присутні в найрізноманітніших тканинах і виявляють виражену міжтканинну різницю щодо різноманітних класів GST. Особливо висока їх концентрація в печінці, плаценті, легенях, головному мозку, нирках, кишечнику [64].

Гідним подиву та малозрозумілим є факт надзвичайного поширення в людській популяції власне нульового алеля GSTM1-GSTM1 0/0, частота якого може сягати 35–50 % [65].

Крім GSTM, існують два типи ферментів NAT1 та NAT2. Обидва гени, що відповідають за їх синтез, ідентифіковані, клоновані та картовані в ділянці 8р21-р23. Обидва ферменти забезпечують фазу ІІ детоксикації шляхом ацетилування багатьох ксенобіотиків, особливо ліків, що містять ароматичні амінні або гідразинові групи, наприклад сульфаніламіди, ізоніазид, клонозепам, кофеїн. До субстратів, що детоксикуються NAT1 та NAT2, належать також токсичні нітрозаміни в цигарковому димі, оксидантах та пестицидах.

Активність NAT спостерігається в печінці, легенях, товстому кишечнику, нирках та сечовому міхурі. Численні біохімічні дослідження великих сімей та популяційних вибірок уже понад 40 років тому дозволили встановити наявність «швидких» та «повільних» ацетиляторів. Подальші роботи засвідчили, що близько 50 % європеоїдів належать до «повільних» ацетиляторів. Молекулярна основа «швидких» та «повільних» ацетиляторів була розшифрована порівняно недавно. Як передбачалося, її причиною є поліморфізм, обумовлений мутаціями гена NAT2. У теперішній час на основі зіставлення генетичних та біохімічних даних розрізняють 3 основні «повільні» алелі та 1 «дикий» (не мутантний варіант) тип «швидкого» алеля. Характерними для європеоїдів є «повільні» алелі S1 (NAT2*5) та S2 (NAT2*6), у той час як серед представників жовтої раси особливо поширений алель S3 (NAT2*7). «Дикий» тип «швидкого» алеля (NAT2*4) спостерігається в усіх популяціях та етнічних групах. Подальші дослідження виявили, що «швидкі ацетилятори» мають, принаймні, один «швидкий» алель, отже, даний фенотип є характерним як для гомозигот (F1/F2), так і для гетерозигот (F1/S1, S2, S3). Відповідно, «повільні» ацетилятори — це завжди гомозиготи за різноманітними комбінаціями «повільних» алелів (S1/S1; S1/S2; S1/S3 і т.п.). Активність ферментів ацетилювання в усіх «повільних» ацетиляторів знижена порівняно з нормою («швидкими» ацетиляторами) у середньому на 20 %. Для ідентифікації різноманітних алелів NAT2 застосовується полімеразна ланцюгова реакція (ПЛР) з наступною рестрикцією продукту ампліфікації специфічними рестрикційними ендонуклеазами (Kpn1, Taq1, BamH1). Істотним є те, що завдяки різноманітним модифікаціям детекція швидких та повільних алелів NAT2 за схемою «ПЛР — рестрикція — електрофорез — візуалізація» [108] можлива навіть із плям крові, що нанесені на фільтрувальний папір [66]. Остання обставина робить реальним скринінг «швидких» та «повільних ацетиляторів» у популяції.

Численними дослідженнями чітко встановлена асоціація поліморфізмів NAT2 з різноманітними захворюваннями та з різноманітною чутливістю до лікарських препаратів [67].

У висновку необхідно відзначити, що в організмі біохімічні функції системи NAT2 чітко скоординовані з функціями інших ферментів детоксикації, у тому числі з системою метаболізму ліків у клітині, яку іноді розглядають у складі комплексу ферментів евакуації ксенобіотиків з організму — фази III детоксикації [68].

Як згадано вище, гени «схильності» поділяються на «гени зовнішнього середовища», що відповідають за метаболізм, деградацію та детоксикацію ксенобіотиків, гени-тригери, що забезпечують ключові біохімічні реакції, та гени рецепторів, що визначають надходження середників у клітину.

Гени, які кодують ферменти, що беруть участь у фазах I та II детоксикації, належать до «генів зовнішнього середовища» (алкогольдегідрогеназа) та генів-тригерів (GSTM1, NAT2, ALAD). Прикладом гена рецепторів є ген рецептора вітаміну D (VDR). Ген VDR задіяний у регулюванні рівня кальцитріолу в сироватці крові, який у нормі контролює абсорбцію кальцію та впливає на рівень свинцю. Відомі варіанти поліморфізму гена рецептора вітаміну D обумовлені довжиною рестрикційного фрагменту, отриманого в результаті розрізання ланцюга ДНК 3 різними рестриктазами — Taq I, Fok I та найбільш вивченою — Bsm I. Такий поліморфізм корелює з мінеральною щільністю кісткової тканини та рівнем циркулюючого остеокальцину. Поліморфізм, обумовлений рестриктазою Bsm I, представлений 3 генотипами, що позначають відповідно bb — коли рестрикційний сайт присутній, ВВ — коли він відсутній та Bb — коли наявні обидва алелі. Генотип ВВ асоціюють зі зниженою мінеральною щільністю кісткової тканини, що може сприяти остеопорозу, особливо в жінок. Різниця в щільності кісток сягає 10 % порівняно з жінками-носіями алеля bb. Для чоловіків ця різниця складає 7 %. Встановлено також, що вміст свинцю у кістковій тканині є найвищим серед носіїв ВВ-генотипу, середнім для гетерозиготних носіїв та найнижчим для носіїв генотипу bb [61].

Ще одним прикладом генів рецепторів є гени, що визначають надходження негативних середників у клітину. У літературі наявні дані про встановлення підвищеної чутливості організму до солей важких металів за допомогою реакції лейкоцитолізу. Реакція лейкоцитолізу, або клітинної цитотоксичності, є імунною відповіддю при впливі на організм екологічно негативних факторів унаслідок генетичного поліморфізму генів рецепторів, що визначають надходження негативних середників у клітину. Контроль за станом лейкоцитів може бути застосований і як критерій патологічної дії ксенобіотиків. Реакція специфічного лізису лейкоцитів базується на обліку кількості сенсибілізованих клітин при дії ксенобіотику, що призводить до ушкодження клітинної мембрани та лізису клітини. За відсутності сенсибілізації робоча доза специфічного фактора не повинна викликати лізис інтактних клітин у кількості більшій, ніж у контролі, і в середньому показник реакції не повинен перевищувати 9,9 %. Цей метод дозволяє виявити індивідуальну гіперчутливість до ксенобіотиків, що особливо важливе при обстеженні хворих дітей з екологічно несприятливих регіонів та дає можливість диференціювати заходи з профілактики та лікування патологічних станів у дітей, які проживають на територіях, забруднених генотоксичними факторами [28, 69–71].

Отже, виявлення екопатології саме на ранніх, доклінічних етапах формування патології різних органів, а також визначення індивідуальної чутливості та схильності організму дітей до дії ксенобіотиків є важливим медико-соціальним завданням. Знання маркерів схильності та індивідуальної чутливості організму до впливу ксенобіотиків дозволяють провести своєчасну корекцію порушень, що виникають при формуванні екологічно детермінованої патології та загальмувати її подальший розвиток.

Підсумовуючи результати вивчення літератури, можна сказати, що знання патогенетичних механізмів цитотоксичної дії ксенобіотиків та індивідуальної чутливості організму до них обумовлює ранню діагностику екологічно детермінованої патології й тяжкість перебігу екопатології, а визначення генів схильності до неї дозволяє встановити спадково обумовлену схильність кожної конкретної дитини до легшого або тяжчого перебігу захворювання та виділити групи ризику дітей, які підлягають обов’язковому проведенню медикаментозної корекції та профілактичних заходів.

Наявність експериментальних даних про вираженість змін із боку генетичного апарату людини, репродуктивної функції жінок, внутрішніх органів потребують спеціальних екогенетичних досліджень, які на сьогодні в Україні проводяться дуже обмежено, а дослідження генів схильності при екопатології є поодинокими.

Пошук та апробація методів профілактики екопатології на підставі генетичного тестування та виявлення схильності до екологічно детермінованих захворювань у різних за типом забруднення регіонах України є вкрай актуальною проблемою. Оскільки екозалежною патологією охоплюється дедалі більше дітей, а причини її виникнення та характер перебігу ще до кінця незрозумілі, доцільність проведення науково-дослідних робіт, що спрямовані на визначення індивідуальної чутливості організму до дії ксенобіотиків та функціонального стану трьох фаз процесу біотрансформації, у тому числі стану нирок як основного екскретуючого ксенобіотики органу, стає очевидною.



Back to issue