Первичная цилиарная дискинезия (ПЦД) — это наследственное заболевание, характеризующееся нарушением функции ресничек, что приводит к различным клиническим проявлениям, включая хронические заболевания придаточных пазух носа и легких, стойкий выпот в среднем ухе, дефекты латерализации и бесплодие. По оценкам, частота ПЦД составляет от 1:12 000-1:20 000 живорождений, но ее распространенность среди детей с рецидивирующими респираторными инфекциями оценивается в 5%.
а) Нормальная ультраструктура и функция ресничек. В организме человека встречается три типа ресничек: подвижные реснички, первичные (сенсорные) реснички и нодальные реснички эмбриона. Дыхательный эпителий носоглотки, среднего уха, придаточных пазух носа и крупных ДП выстлан реснитчатым однорядным многослойным цилиндрическим эпителием, который осуществляет мукоцилиарный клиренс.
Клетка реснитчатого эпителия имеет на поверхности ~200 подвижных ресничек — волосовидных органелл, которые перемещают жидкости, слизь и вдыхаемые частицы из дистальных отделов ДП наружу (рис. 1). Подвижные реснички синхронно движутся в одном направлении. Каждая ресничка прикреплена базальным тельцем к апикальному концу клетки и направлена в просвет ДП. Ресничка представляет сложную структуру, состоящую из сотен белков.
Рисунок 1. Электронные микрофотографии: А — культура ткани эпителия дыхательных путей, в котором видны реснитчатые и нереснитчатые клетки; В — нормальные подвижные реснички
Ресничка содержит цилиндр из пар микротрубочек, расположенных вокруг центральной пары (рис. 2), что приводит к характерному рисунку «9+2» на поперечных срезах при электронной микроскопии. Тело реснички покрыто мембраной, которая является продолжением плазматической мембраны и покрывает центральную структуру или аксонему.
Рисунок 2. Схема, показывающая три основных класса нормальных ресничек (подвижные «9+2», подвижные «9+0» и неподвижные «9+0»), где видна сложная структура и расположение аксонемы ресничек
Аксонема ресничек и структурные элементы жгутиков простых водорослей и ресничек млекопитающих сходны. К биению ресничек приводит сокращение микротрубочек благодаря энергии, образующейся в результате расщепления АТФ аденозинтрифосфатазой, называемой динеиновыми ручками, прикрепленными к микротрубочкам. Каждая динеиновая ручка представляет собой мультимер с тяжелой, промежуточной и легкой цепями, причем каждый белок динеина кодируется отдельным геном. Внутренняя динеиновая ручка влияет на форму изгиба реснички, тогда как внешняя контролирует силу и частоту биений.
Внутренняя динеиновая ручка и радиальные спицы также составляют динеиновый регуляторный комплекс — ключевой регулятор двигательной активности.
Нексиновые мостики, соединяющие соседние внешние пары микротрубочек, ограничивают степень скольжения между микротрубочками. Все эти структуры обеспечивают синхронизированное движение ресничек, что приводит к взмахам и скоординированным биениям с постоянной частотой во всех ДП — 8-20 ударов в секунду. На функцию ресничек могут «-» влиять различные факторы, такие как анестетики и обезвоживание. Частота биений может увеличиваться под воздействием раздражителей или биоактивных молекул, включая β-адренергические ЛП, ацетилхолин и серотонин.
Частота биений ресничек может возрастать благодаря активности синтеза оксида азота, локализованных в цитоплазме на апикальном конце клеток. Скоординированные волнообразные движения ресничек выполняют важные функции перемещения жидкости и клеток, и любое нарушение точного, упорядоченного движения ресничек может привести к развитию болезни.
Первичные (сенсорные) реснички — это отдельные органеллы, которые присутствуют в большинстве типов клеток. У этих ресничек нет центральной пары микротрубочек и динеиновых ручек («9+0»), и они остаются неподвижными (см. рис. 2). Эти структуры когда-то считались нефункциональными рудиментарными остатками, но первичные реснички являются важными органеллами передачи сигналов, которые воспринимают параметры внеклеточной среды. Они представляют собой механорецепторы, хемосенсоры и осмосенсоры, а специализированные реснички способны воспринимать изменения света, температуры и силы тяжести.
Дефекты ресничек (цилиопатии) связаны с широким спектром педиатрических заболеваний, таких как различные поликистозные заболевания почек, нефронофтиз, синдром Барде-Бидля (Bardet Georges, Louis Biedl Arthur), синдром Меккеля-Грубера (Meckel Johann Friedrich the Younger, Gruber Georg B), синдром Жубера (Joubert Marie), синдром Альстрема (Alstrom Carl-Henry), синдром Эллиса-ван Кревельда (Ellis Richard White Bernard, Simon van Creveld) и торакальная дистрофия Жена (Jeune Mathis).
Нодальные реснички существует только в течение короткого периода эмбрионального развития. Нодальные реснички характеризуются расположением микротрубочек «9+0», как у первичных ресничек, но способны к круговому вращательному движению (см. рис. 2), приводящему к направленному влево току внеклеточной жидкости, что обеспечивает формирование сторон тела. Дефекты нодальных ресничек приводят к аномалиям ориентации органов, таким как полное зеркальное расположение органов (situs inversus totalis), неопределенное положение внутренних органов (situs ambiguus) и гетеротаксии, связанные с ВПС, аспленией и полиспленией.
б) Генетические аспекты первичной цилиарной дискинезии. ПЦД обычно характеризуется АуР типом наследования, хотя описаны случаи наследования, сцепленного с Х-хромосомой. ПЦД — это генетически гетерогенное заболевание с участием множества генов; мутации в любом белке, который участвует в сборке, структуре или функции ресничек, теоретически могут вызывать это заболевание. Ранние исследования выявили значительную гетерогенность локусов, которая затрудняет корреляцию между дефектами ресничек и лежащими в их основе мутациями.
Мутации в 40 различных генах были связаны с ПЦД (рис. 3), включая мутации, которые кодируют белки, являющиеся неотъемлемой частью внешней динеиновой ветви: DNAH5, DNAH1, DNAI1, DNAL1, DNAI2, TXNDC3, CCDC114, CCDC151, ARMC4 и ТТС25; регуляторный динеиновый комплекс и компоненты нексина: CCDC39, CCDC40 и GAS8; и белки радиальной спицы и центрального аппарата: RSPH1, RSPH3, RSPH4A, RSPH9, HYDIN и DNAJB13. Также были идентифицированы мутации в генах, кодирующих несколько цитоплазматических белков, не являющихся частью аксонемы ресничек, которые, по-видимому, играют роль в сборке ресничек или транспорте белков, включая HEATR2, DNAAF1, DNAAF2, DNAAF3, CCDC103, LRRC6, DYX1C1, SPAG1, ZMYND10, и последовательность с открытой рамкой считывания C21orf59.
Рисунок 3. Классификация мутантных генов при первичной цилиарной дискинезии на основании результатов изучения ультраструктуры
Не у всех пациентов с ПЦД удается идентифицировать генетическую мутацию.
MCIDAS (multiciliate differentiation and DNA synthesis-associated cell cycle protein) — белок клеточного цикла, ассоциированного с многореснитчатой дифференцировкой и синтезом ДНК.
Генетические основы цилиопатий позволили лучше понять взаимосвязь генотипа и фенотипа при ПЦД. Мутации в белках регуляторного комплекса нексина-динеина создают разнообразные аномалии, характеризующиеся отсутствием внутренних динеиновых ручек во всех аксонемах, но со смещением радиальных спиц и дезорганизацией микротрубочек только в некоторых ресничках. Одномоментное поперечное исследование показало, что у детей с дезорганизацией микротрубочек, в первую очередь из-за биаллельных мутаций в CCDC39 или CCDC40, наблюдались более тяжелые заболевания легких. Напротив, пациенты с мутациями в RSPH1, по-видимому, имеют более легкий респираторный фенотип.
в) Клинические проявления первичной цилиарной дискинезии. См. табл. 1.
ПЦД имеет несколько характерных клинических признаков. У доношенных новорожденных часто наблюдается синдром дыхательных расстройств: нарушение дыхания, которое в тяжелых случаях сопровождается усилением работы дыхательных мышц, тахипноэ и ателектазами в проекции верхней и средней доли на РОГК. В настоящее время связь нарушения дыхания у доношенных новорожденных с ПЦД недооценивается. В периоде новорожденности часто диагностируют транзиторное тахипноэ или пневмонию. Как правило, в этих случаях дети требуют кислородную поддержку в течение нескольких дней или недель. При нарушении дыхания у младенцев с аномалиями расположения внутренних органов высока вероятность ПЦД.
Наиболее частым признаком ПЦД может служить хронический круглогодичный продуктивный кашель, который начинается в младенческом возрасте. При посеве мокроты или трахеобронхиальных смывов часто обнаруживают нетипируемые Haemophilus influenzae, Staphylococcus aureus, Streptococcus pneumoniae и Pseudomonas aeruginosa. Персистирующая инфекция и воспаление в бронхах приводят к формированию бронхоэктазов у детей в раннем возрасте. Деформация пальцев по типу «барабанных палочек» — признак длительной болезни легких.
Стойкая заложенность носа и ринит — частые признаки, которые обычно появляются уже в раннем детском возрасте, иногда с небольшими сезонными колебаниями. Большинство пациентов жалуются на постоянное слизисто-гнойное отделяемое из носа. Нарушение мукоцилиарного клиренса приводит к хроническому синуситу и полипозу носа. Заболевание среднего уха развивается почти у всех детей с ПЦД. Хронический отит в ряде случаев требует установки тимпатотомической трубки, что часто осложняется рефрактерной отореей. Часто при хроническом отите развивается кондуктивная тугоухость. Изменения в среднем ухе м.б. наиболее информативными признаками, позволяющими отличить ПЦД от муковисцидоза или других причин хронического заболевания легких.
Дефекты латерализации левой и правой стороны тела (напр., situs inversus totalis) обнаруживаются у 50% всех детей с ПЦД. Из-за отсутствия функциональных нодальных ресничек в эмбриональном периоде ориентация органов в ГК и БП происходит случайным образом. У 25% пациентов с полным зеркальным расположением внутренних органов имеют ПЦД; поэтому сам по себе дефект латерализации не является патогномоничным признаком. Др. дефекты латерализации, такие как гетеротаксия, также связаны с ПЦД и могут сопровождаться ВПС, аспленией или полиспленией.
У большинства мужчин с ПЦД нарушена подвижность сперматозоидов, поскольку жгутики и реснички имеют сходную ультраструктуру. Мужское бесплодие типично для ПЦД, но не всегда встречается при этом заболевании. Описано также снижение фертильности у женщин, что м.б. связано с дисфункцией ресничек маточных труб.
В нескольких описаниях клинических случаев ПЦД сопровождалась гидроцефалией у новорожденных. Эпендима желудочков ГМ выстлана мерцательным (реснитчатым) эпителием и важна для направления тока СМЖ через желудочки и сильвиев водопровод. Обнаружение увеличенных желудочков ГМ на УЗИ в сочетании с дефектами латерализации было предложено в качестве пренатального диагностического маркера ПЦД. В семьях с мутациями гена RPGR диагностируют Х-сцепленный пигментный ретинит в сочетании с рецидивирующими инфекциями ДП. Генетическая мутация в/жгутиковых транспортных белков, необходимых для сборки фоторецепторов приводит к апоптозу пигментного эпителия сетчатки.
г) Диагностика первичной цилиарной дискинезии (ПЦД). Диагноз ПЦД следует заподозрить у детей с хроническими или рецидивирующими заболеваниями ВДП и НДП, которые начинаются в раннем младенческом возрасте. В настоящее время диагноз ПЦД основан на наличии характерного клинического фенотипа и ультраструктурных дефектов ресничек, хотя при этом подходе некоторые пациенты м.б. пропущены (табл. 2). Необходима высокая клиническая настороженность при постановке диагноза ПЦД, т.к. нередко заболевание выявляют поздно даже у детей с классическими клиническими признаками и дефектами латерализации.
ПЦД следует исключать у доношенных новорожденных с необъяснимыми нарушениями дыхания, также при постоянном продуктивном кашле, который начинается в младенчестве, персистирующем риносинусите и дефектах латерализации левой и правой стороны тела.
При визуализации обнаруживается обширное затенение придаточных пазух носа. На РОГК часто видна двусторонняя гиперинфляция легких, перибронхиальные инфильтраты и долевые ателектазы. На КТ ГК даже у маленьких детей часто выявляют бронхоэктазы в средней доле правого легкого или язычковых сегментах слева. При характерном сочетании дефектов латерализации с хроническим бронхолегочным процессом ПЦД встречается только в 59% случаев. ФВД ухудшается по мере прогрессирования заболевания. Появляются признаки ОДП, ↓ скорость выдоха и ↑ остаточный объем. Реакция на ингаляции бронходилататоров м.б. различной. У детей с ПЦД возможны большие различия в выраженности обструкции НДП.
Просвечивающая (трансмиссионная) электронная микроскопия является современным «золотым стандартом» для оценки структурных дефектов в ресничке. Эти ультраструктурные дефекты обнаруживают в ресничках ВДП и НДП, фаллопиевых трубах, а также в жгутиках сперматозоидов. Соответствующий образец для анализа можно получить с помощью выскабливания носового эпителия или эндобронхиальной браш-биопсии. Идентификации дефекта в любом участке структуры реснички и выявление соответствующих клинических признаков заболевания достаточно для постановки диагноза.
Характерные аномалии ресничек включают: дефекты внешней динеиновой ручки, комбинированные дефекты внутренней и внешней динеиновых ручек, дефекты центрального аппарата и дефекты внутренней динеиновой ручки с дезорганизацией микротрубочек. Изолированные дефекты внутренней динеиновой ручки встречаются редко.
Ультраструктурное исследование ресничек как диагностический тест для выявления ПЦД имеет определенные ограничения. Во-первых, отсутствие аксонемных дефектов не исключает ПЦД; 30% всех пациентов имеют нормальную ультраструктуру ресничек. У других пациентов с симптомами, соответствующими ПЦД, обнаруживается цилиарная аплазия или небольшое количество подвижных ресничек на поверхности эпителия (табл. 3).
Необходима внимательная интерпретация ультра-структурных данных, поскольку возможны неспецифические изменения вследствие воздействия загрязняющих факторов окружающей среды или инфекции, что приводит к приобретенным дефектам ресничек. Острая инфекция или воспаление ДП может привести к структурным изменениям (напр., к образованию конгломератов ресничек или пузырей). Цилиарная дезориентация считалась врожденной формой ПЦД, однако этот феномен является результатом повреждения ДП. Часто ПЦД диагностируют поздно или пропускают из-за неправильного сбора, обработки образцов или вследствие неправильной интерпретации результатов.
Некоторые исследователи выступают за культивирование эпителиальных клеток ДП, чтобы исключить вторичные изменения.
Разработаны качественные тесты для оценки функции ресничек с целью скрининга ПЦД. В качестве скрининга использовались измерения частоты биений ресничек с помощью обычных микроскопических методов, но при его применении можно пропустить некоторые случаи ПЦД. Осмотр ресничек при стандартной световой микроскопии недостаточен для подтверждения или исключения диагноза. Высокоскоростная цифровая визуализация движения ресничек в нескольких плоскостях с высоким разрешением позволяет провести подробный анализ биения ресничек — было показано, что определенные паттерны биения связаны со специфическими ультраструктурными дефектами.
Эта методика доступна только в ограниченном количестве клинических центров, в основном в Европе, и требует сложного программного обеспечения и опыта. Иммунофлуоресцентное окрашивание белков ресничек — новый многообещающий метод, который позволяет устранить некоторые ограничения просвечивающей электронной микроскопии. Этот подход в настоящее время используется в научных исследованиях и недоступен в повседневной практике.
Др. многообещающий тест основан на снижении концентрации оксида азота в выдыхаемом воздухе у пациентов с ПЦД. Способы измерения концентрации оксида азота в выдыхаемом воздухе относительно просты и неинвазивны. Этот метод является многообещающим скринингом и потенциально диагностическим тестом для ПЦД, при условии, что исключен муковисцидоз (см. главу 432). Опубликовано лишь несколько исследований с участием детей <5 лет, и точность определения оксида азота у младенцев не установлена.
Проявления ПЦД очень гетерогенны из-за большого количества белков, участвующих в сборке и функционировании ресничек. Недавние достижения в методах генного секвенирования привели к идентификации большего числа генов, связанных с ПЦД. Патологические биаллельные мутации были обнаружены более чем в 70% известных случаев.
У традиционных диагностических методов есть некоторые ограничения. Напр., мутации DNAH11, как было показано, вызывают типичные клинические фенотипы без ультраструктурных дефектов или снижения частоты биений ресничек. Дети с мутациями в гене циклина О и белка клеточного цикла, ассоциированного с многореснитчатой дифференцировкой и синтезом ДНК, имеют симптомы, соответствующие ПЦД, и единичные реснички на эпителиальной поверхности. Генетическое тестирование — важный инструмент диагностики ПЦД.
д) Лечение. Ни один из методов лечения не может скорректировать цилиарную дисфункцию при ПЦД. Многие варианты лечения, применяющиеся у пациентов с ПЦД, используются при др. хронических гнойных заболеваниях легких, характеризующихся нарушением мукоцилиарного клиренса ДП, таких как муковисцидоз. Однако ни один из применявшихся методов лечения не был должным образом изучен с точки зрения эффективности при ПЦД.
Стратегии улучшения мукоцилиарного клиренса являются основой терапии ПЦД. Ежедневно должны применяться стандартные методы с использованием постурального дренажа, перкуссионных жилетов, устройств, обеспечивающих «+» давление на выдохе, или аналогичные способы. Поскольку функция ресничек нарушена, кашель становится основным механизмом для удаления слизи, и его не следует подавлять. Следует поощрять ФН, которые могут улучшать дренаж ДП у пациентов с ПЦД. Ингаляционные муколитики часто используют при лечении муковисцидоза, но опубликовано лишь несколько сообщений об улучшении функции легких у пациентов с ПЦД после такого лечения.
Противомикробная терапия на основании результатов посева мокроты и определения чувствительности АБ необходима при прогрессировании бронхолегочного процесса. Стратегии ранней эрадикации бактерий из легких при ПЦД не изучались. Поддерживающую терапию ингаляционными или пероральными АБ можно с осторожностью применять у пациентов с ПЦД с бронхоэктазами или при частых обострениях. Однако в современной литературе отсутствуют данные, поддерживающие длительную АБТ. Очень важна вакцинация против коклюша, гриппа и пневмококковой инфекции. Дополнительные профилактические меры включают исключение воздействия сигаретного дыма и др. раздражителей ДП.
Агонисты β-адренорецепторов увеличивают частоту биений ресничек в нормальных эпителиальных клетках, однако данных, свидетельствующих, что эти ЛП могут улучшать функцию ресничек при дискинезии, нет. Более того, β-адреномиметики не всегда вызывают бронходилатацию у пациентов с ПЦД и обструктивным заболеванием ДП.
Хирургическая резекция легкого при бронхоэктазах проводится пациентам с ПЦД, как правило, в случаях локализованного заболевания с тяжелым кровохарканьем или при трудноизлечимых инфекциях. Остается неясным, обеспечивают ли хирургические вмешательства уменьшение симптомов или улучшение выживаемости.
Есть описание фатально прогрессирующих случаев бронхолегочной патологии у пациентов с ПЦД. Взрослые пациенты успешно переносили трансплантацию донорского комплекса сердце-легкие, обоих легких или доли легкого. Дефект латерализации усложняет эту процедуру из-за анатомических особенностей. В остальном выживаемость аналогична выживаемости у других реципиентов трансплантата легких.
Лечение хронического среднего отита и выпота в среднем ухе у пациентов с ПЦД является спорным вопросом. Детям часто устанавливают тимпатотомические трубки, но эта процедура не лишена осложнений, потому что может привести к хронической оторее, тимпаносклерозу и стойкой перфорации барабанной перепонки. Тимпатотомические трубки существенно не улучшают остроту слуха. Со временем слух улучшается, но пациентов следует регулярно обследовать и при необходимости использовать слуховые аппараты.
Хронический ринит и синусит - частые клинические проявления ПЦД. Эффективных методов их лечения нет, хотя пациентов нередко лечат с помощью промывания носа, придаточных пазух носа и назначения системных АБ при появлении клинических симптомов. В то же время любое чрезмерное использование противомикробных средств вызывает беспокойство в связи с появлением резистентных микроорганизмов. Когда назальные симптомы тяжелые или не поддаются лечению, можно использовать методы эндоскопической хирургии придаточных пазух носа для улучшения дренажа или местной доставки ЛС. Необходимо отметить, что эффект часто оказывается кратковременным.
е) Прогноз. На ранних стадиях ПЦД преобладают признаки и симптомы, связанные с поражением ВДП, но с возрастом клинические проявления заболеваний НДП прогрессируют и становятся ведущей причиной осложнений и смертности. Ранняя диагностика и своевременно начатое лечение могут замедлить распространение и прогрессирование заболевания. В связи с этим стандартные методы наблюдения, рекомендуемые при лечении детей с ПЦД, включают: (1) регулярную спирометрию для контроля легочной функции, (2) РОГК и КТ ГК и (3) посев мокроты или мазка ротоглотки для оценки микрофлоры в ДП.
У пациентов с ПЦД легочные функции снижаются гораздо медленнее, чем у пациентов с муковисцидозом. Продолжительность жизни у большинства пациентов нормальная или почти нормальная, однако ряд пациентов молодого возраста имеют прогрессирующее течение заболевания, формирование бронхоэктазов и ухудшение функции дыхания.
