Анемии, связанные с нарушением структуры цепей глобина

Анемии, связанные с нарушением структуры цепей глобина, или гемоглобинопатии — это группа заболеваний, обусловленных заменой одной или нескольких аминокислот в цепи глобина, отсутствием участка цепи или ее удлинением.

Клиническая картина гемоглобинопатий зависит от локализации замещения. Гемоглобинопатия может проявляться анемией, не давать никаких изменений в крови или обусловливать повышение содержания гемоглобина и эритроцитов.

Первое описание гемоглобина с измененной структурой относится к 1949 г., когда было обнаружено, что при серповидно-клеточной анемии гемоглобин, движущийся при электрофорезе в щелочной среде со скоростью, меньшей, чем гемоглобин взрослого человека.

В 1956 г при использовании метода пептидных карт установлено, что гемоглобин, обнаруженный при серповидно-клеточной анемии и названный гемоглобин S, отличается от гемоглобина A здорового человека изменением лишь одной аминокислоты β-цепи. В норме в шестом положении β-цепи от N-конца располагается глутаминовая кислота, а при гемоглобинопатии S — аминокислота валин. Она отличается по заряду от глутаминовой кислоты, поэтому гемоглобин движется в электрическом поле с меньшей скоростью.

Большинство гемоглобинопатий не дают клинических проявлений ни в гетерозиготном, ни в гомозиготном состоянии. Это наблюдается в тех случаях, когда замены аминокислот не нарушают третичную или четвертичную структуру гемоглобина и основные функции гемоглобина сохраняются. Часть гемоглобинопатий дает клинические проявления в гомозиготном состоянии или в сочетании с талассемией. Иногда клинические признаки болезни обнаруживаются у гетерозиготных носителей патологического гена при наличии группы аномальных нестабильных гемоглобинов. При этих гемоглобинопатиях замена касается наиболее важных в функциональном отношении аминокислот. Эти аминокислоты принимают участие в фиксации гема к глобину, сцеплению цепей глобина между собой.

Серповидноклеточная анемия, гемоглобинопатии S, C широко распространены в различных странах Африки. К числу часто встречающихся форм гемоглобинопатий относятся также гемоглобинопатии E, D_penjab.Замена аминокислот в β-цепи встречается значительно чаще, чем в α-цепи.

Для идентификации аномального гемоглобина необходимо прежде всего установить его наличие у больного. Гемоглобин S и стабильные гемоглобины выявляются при электрофорезе на ацетатцеллюлозной пленке, бумаге. Однако электрофоретическое исследование дает возможность выявить лишь 1/3 часть аномальных гемоглобинов. При анемиях, связанных с нарушением структуры цепей глобина, диагноз гемоглобинопатии ставится лишь при обнаружении признаков нестабильности гемоглобина, часто при отсутствии изменений в электрофоретической подвижности.

После выявления признаков аномального гемоглобина возникает необходимость отделения его тем или иным путем (электрофорез, тепловая денатурация, хроматография) от нормального гемоглобина A, уточнения цепи, в которой имеет место замещение (методами гидролизации цепей, электрофоретического или хроматографического разделения их).

Следующим этапом является трипсиновый гидролиз аномальных цепей, получение пептидных карт для уточнения пептида, в котором имеется аномалия, изучение аминокислотного состава патологического пептида, при необходимости изучение порядка аминокислот в пептиде.

При обозначении гемоглобина кроме его названия приводится цепь, в которой имеет место замещение, указывается номер аминокислоты в цепи (начиная с азотного конца), название аминокислоты, которая находится на этом месте, а также название аминокислоты, которая должна была находиться в этом участке. Например, Hb Eα₂β₂^{26глу→вал} означает, что речь идет о гемоглобинопатии E, при которой имеет место замещение 26-й аминокислоты β-цепи — глутаминовой кислоты на валин.

Анемии, обусловленные носительством гемоглобина, изменяющего структуру в условиях гипоксии

Наиболее частой аномалией структуры гемоглобина является гемоглобинопатия Sα₂β₂^{6глу→вал}. В случае гомозиготного носительства говорят о серповидно-клеточной анемии, гетерозиготного — о серповидно-клеточной аномалии.

Серповидно-клеточная анемия распространена в странах Африки (Анголе, Мозамбике, Конго, Либерии, Алжире, Тунисе и др.). Часто встречается это заболевание в Индии, на острове Цейлон, в Турции, Иране, Ираке, на Кубе.

Феномен серповидности является следствием пониженной растворимости гемоглобина, отдавшего кислород, по сравнению с гемоглобином A. Гемоглобин A, лишенный кислорода, растворим в два раза меньше, чем гемоглобин A, насыщенный кислородом. Растворимость гемоглобина S при отдаче кислорода уменьшается в 100 раз. Это приводит к образованию геля. При микроскопии выявляются кристаллы величиной 1,5 мкм, напоминающие по форме серповидные эритроциты. Кристаллы, растущие в одном направлении, называются тактоидами. Они исчезают при присоединении к гемоглобину кислорода. Можно предположить, что замена глутаминовой кислоты в шестом положении на валин приводит к усилению связи одной молекулы гемоглобина с другой в тех случаях, когда к молекуле гемоглобина не присоединен кислород. Это и обеспечивает низкую растворимость молекулы. Присутствие в эритроцитах гемоглобинов C, D_penjab, O_arab увеличивает феномен серповидности, тогда как наличие гемоглобина Р в большом количестве уменьшает степень серповидности эритроцитов.

Гомозиготная форма гемоглобинопатии S (серповидно-клеточная анемия)

Клинически характеризуется умеренной нормохромной анемией, тромбозом сосудов, своеобразным видом больных. Первые проявления заболевания возникают лишь через несколько месяцев после рождения ребенка, так как фетальный гемоглобин, являющийся основным при рождении, не содержит патологической β-цепи и не нарушен. Кроме того, высокий уровень фетального гемоглобина у маленьких детей после появления патологической цепи уменьшает феномен серповидности за счет повышенного сродства к кислороду.

Наиболее характерным симптомом серповидно-клеточной анемии в раннем детском возрасте является поражение костей и суставов.

В связи с тромбозом легочных сосудов у детей нередко наблюдается инфаркт легких. Развитие этого процесса может сопровождаться повышением температуры тела до высоких цифр, нарастанием числа лейкоцитов. Возможно развитие инфаркта почки.

Иногда в период обострения процесса в суставах или в легких у детей развиваются тяжелые гемолитические кризы с явлениями внутрисосудистого гемолиза с черной мочой, с резким снижением уровня гемоглобина, высокой температурой тела. В более старшем возрасте к этим явлениям часто присоединяется резкая боль в животе, связанная с тромботическими осложнениями заболевания.

Кровоизлияния в стекловидное тело и отслойка сетчатки нередко являются причиной слепоты.

Поражение нервной системы также может быть обусловлено тромбозом сосудов, питающих различные участки мозга.

В раннем детском возрасте селезенка увеличена, в дальнейшем она уменьшается, и после 5 лет спленомегалия наблюдается редко. Это связано с характерным симптомом серповидно-клеточной анемии — аутоспленэктомией, обусловленной фиброзом селезенки в результате часто возникающих инфарктов. Печень чаще всего увеличена.

У взрослых людей, страдающих серповидно-клеточной анемией, иногда наблюдается приапизм, связанный, по всей вероятности, с застоем серповидных эритроцитов в пещеристых телах, что, в свою очередь, усиливает гипоксию и образование серповидных эритроцитов.

При исследовании крови обнаруживается нерезко выраженная нормохромная анемия: содержание гемоглобина 3,72—4,96 ммоль/л (60— 80 г/л). В окрашенном мазке иногда могут быть выявлены серповидные эритроциты, однако более характерно наличие базофильной пунктации эритроцитов, мишеневидности. Серповидность можно обнаружить с помощью пробы с метабисульфатом натрия или путем наложения жгута на основание пальца.

Содержание ретикулоцитов, количество эритрокариоцитов костного мозга и уровень непрямого билирубина повышены, СОЭ чаще всего в пределах нормы, так как серповидные эритроциты оседают медленнее, чем нормальные.

Возможно наличие секвестрационных кризов, при которых значительная часть эритроцитов исчезает во внутренних органах. Это может приводить к развитию коллапса, для выведения из которого необходима быстрая гемотрансфузия.

Описаны апластические кризы, при которых развиваются выраженная анемия, лейкопения, исчезают ретикулоциты. Чаще всего они наступают после тяжелых вирусных инфекций.

Большинство больных серповидно-клеточной анемией умирают в раннем детстве. Очень высока смертность у беременных женщин, страдающих серповидно-клеточной анемией. По некоторым данным, материнская смертность при серповидно-клеточной аплазии составляет 6 %.

Гетерозиготная форма гемоглобинопатии S (серповидно-клеточная аномалия)

При этой форме гемоглобинопатии больные иногда не знают о своей болезни, содержание гемоглобина у них нормальное, состояние удовлетворительное. Единственным симптомом заболевания у некоторых больных является гематурия, связанная с мелкими инфарктами сосудов почек. Содержание аномального гемоглобина в эритроцитах больных гетерозиготной формой гемоглобинопатии невелико, клинические проявления заболевания наблюдаются лишь в период гипоксии, в случае тяжелой пневмонии, во время анестезии, при полете на разгерметизированном самолете.

Тромботические проявления могут возникать в любых органах, поражение которых наблюдается при серповидно-клеточной анемии. Феномен серповидности выявляется у больных при использовании метабисульфатной пробы. При электрофорезе гемоглобина обнаруживаются две большие фракции — гемоглобина A и гемоглобина S.

Сочетание гетерозиготной формы гемоглобинопатии S (серповидно-клеточной анемии) с β-талассемией.

Встречается часто, протекает значительно мягче, чем гомозиготная β-талассемия и гомозиготная гемоглобинопатия S.

Характеризуется значительным увеличением селезенки, выраженной гипохромией эритроцитов, большой степенью мишеневидности. Тромботические осложнения наблюдаются значительно реже, чем при серповидно-клеточной анемии. Возможно наличие приступов боли в суставах, животе. Наблюдается отставание в физическом развитии. Характерно значительное повышение уровня фетального гемоглобина. При электрофорезе отсутствует гемоглобин A, а гемоглобин S может быть почти единственным гемоглобином. При β-талассемии кроме Hb S, A₂ и фетального выявляется гемоглобин A.

При высоком содержании гемоглобина F феномен серповидности выражен нерезко.

Анемии, обусловленные носительством стабильных аномальных гемоглобинов

Наиболее распространенными формами такой анемии являются гемоглобинопатии C, D_penjab и E.

Все эти виды гемоглобинопатии в гетерозиготном состоянии и при комбинации их друг с другом или с талассемией не дают клинических проявлений. При гомозиготной гемоглобинопатии С обнаруживается нерезко выраженная гемолитическая анемия с увеличением селезенки и диспепсическими явлениями. В мазке выявляются мишеневидные эритроциты. При гемоглобинопатии D_penjab встречающейся в гомозиготном состоянии крайне редко, и при гемоглобинопатии E в гомозиготном состоянии обнаруживаются нерезко выраженная гемолитическая анемия, небольшое увеличение селезенки. Сочетание всех трех видов гемоглобинопатии с талассемией обусловливает значительно более тяжелую клиническую картину и выраженное увеличение селезенки.

Все три указанных вида гемоглобина характеризуются заменой в β-цепи. В гемоглобине C 6-е звено глутаминовой кислоты заменено на лизин, в гемоглобине E 26-е звено глутаминовой кислоты — на лизин, в гемоглобине D_penjab 121-е звено глутаминовой кислоты — на глутамин.

Подвижность гемоглобина D_penjab соответствует подвижности гемоглобина S, но в отличие от гемоглобинопатии S при гемоглобинопатии D_penjab оказываются нормальными пробы на растворимость и на серповидность. Подвижность гемоглобина E такая же, как и подвижность гемоглобина A₂, но количество гемоглобина A₂ никогда не бывает таким, как при гемоглобинопатии E.

Заболевание встречается в Западной Африке, Турции, Иране, Индии (штат Пенджаб).

Гемоглобинопатия E встречается в Индии, Камбодже, Бирме, Индонезии.

Анемии, обусловленные носительством нестабильных аномальных гемоглобинов

Под нестабильными гемоглобинами понимают такие аномальные гемоглобины, которые вследствие неустойчивости молекул выпадают в осадок в эритроцитах, что ведет к развитию гемолитической анемии у гетерозиготных носителей патологического гена.

Этиология и патогенез

В 1952 г. Cathie описал ребенка с врожденной гемолитической анемией, у которого после спленэктомии во всех эритроцитах обнаруживались тельца Гейнца. Лишь спустя 18 лет было установлено, что причиной появления этих телец явилась аномальная фракция гемоглобина. Вначале эту группу болезней называли врожденной гемолитической анемией с тельцами Гейнца.

Первым нестабильным гемоглобином с установленной структурой был Hb_zurich, обнаруженный в 1962 г. у двух больных, перенесших острый гемолитический криз после приема сульфаниламидных препаратов.

Исследованиями было установлено, что часть гемоглобина у больных с тельцами Гейнца легко выпадает в осадок при небольшом нагревании. В 1969 г. было предложено новое название для этой группы заболеваний — гемолитические анемии, обусловленные носительством нестабильных гемоглобинов.

Анемии этого вида наследуются по доминантному типу. Нестабильность молекулы гемоглобина обнаруживается в тех случаях, когда замещения аминокислот касаются связи глобина с гемом, связи α- и β-цепей глобина между собой, а также когда имеет место замещение аминокислот, входящих в спираль гемоглобина, аминокислотой пролином, которая из-за своеобразной структуры не может входить в спираль.

Нестабильность молекулы гемоглобина выявляется также в тех случаях, когда в участке молекулы глобина, к которой примыкает гем, в так называемом гемовом кармане, неполярная аминокислота (глицин, валин, аланин и др.) заменяется полярной (глутаминовой, аспарагиновой и др.). В этом случае в гемовый карман проникает молекула воды, нарушающая стабильность молекулы гемоглобина.

Нестабильность гемоглобина может быть также обусловлена делецией одной или нескольких аминокислот или удлинением субъединиц. Это приводит к деформации молекулы гемоглобина и нарушению ее стабильности. В результате этого при некоторых формах гемоглобинопатии в эритроцитах появляются множественные тельца-включения, обусловленные выпадением в осадок нестабильного гемоглобина. В других случаях в эритроцитах обнаруживаются единичные тельца Гейнца, представляющие собой либо гемоглобин, лишенный гема, либо преципитат изолированных цепей глобина.

Клинические проявления

Клинические проявления анемии разнообразны и зависят от локализации аминокислотного замещения.

У некоторых больных содержание гемоглобина нормальное, у других оно снижается до 2,48—3,72 ммоль/л (40—60 г/л). В случае тяжелого течения заболевания или при средней выраженности гемолитической анемии клинические проявления наблюдаются уже в детском возрасте. Степень желтушности, так же как и степень анемии, зависит от характера аминокислотного замещения и бывает различной: у одних больных окраска кожи и склер нормальная, у других отмечается постоянная или периодическая выраженная желтушность. Селезенка у большинства больных увеличена, однако при некоторых формах гемоглобинопатий остается нормальной. Возможно увеличение печени. Данная анемия нередко осложняется желчнокаменной болезнью. Изменения скелета могут быть такими же, как и при микросфероцитозе, при легких формах анемии они отсутствуют.

Лабораторные показатели

При носительстве нестабильных гемоглобинов выявляется анемия различной степени выраженности, чаще всего нормохромная, иногда гипохромная, в связи с выпадением части гемоглобина в осадок, особенно в тех случаях, когда гем отщеплен от глобина или когда преципитат состоит из отдельных цепей. Обнаруживаются мишеневидность эритроцитов, анизоцитоз, полихромазия. Содержание ретикулоцитов всегда повышено. Отмечается раздражение красного ростка костного мозга.

Картина крови и клинические проявления гемоглобинопатий зависят только от характера аминокислотного замещения. Одна и та же гемоглобинопатия у больных, не являющихся родственниками — носителей аномального гемоглобина дает одинаковые клинические проявления. Так, при гемоглобинопатиях Biba, Savannah, Casper, Волга наблюдается клиника тяжелой гемолитической анемии, при гемоглобинопатиях Tacoma, Belfast, Casper, Москва имеются минимальны клинические проявления. При части гемоглобинопатий изменяется сродство к кислороду.

Большинство гемоглбинопатий с повышенным сродством гемоглобина к кислороду характеризуется аминокислотной заменой в контактах между α- и β-цепями (α₁β₂-контакты). Повышение сродства к кислороду может быть также связано с заменами в аминокислотах, имеющих отношение к связыванию 2,3-дифосфоглицерата — вещества, необходимого для нормальной отдачи гемоглобином кислорода тканям. При гемоглобинопатиях, связанных с повышенным сродством к кислороду, вследствие тканевой гипоксии может наблюдаться эритроцитоз, а не анемия. В тех случаях, когда сродство к кислороду понижено, может иметь место анемия, обусловленная не повышенным гемолизом, а гипероксией. В этих случаях она носит не гемолитический характер, а связана со снижением уровня эритропоэтина.

Диагностика гемоглобинопатий

Диагностика гемоглобинопатий, обусловленных носительством нестабильных аномальных глобинов, основана на том, что при воздействии на эритроциты различных окисляющих агентов, например яркого крезилового синего, некоторые формы нестабильного гемоглобина подвергаются денатурации и выпадают в осадок в виде мелких множественных включений.

Такие же включения обнаруживаются при гемоглобинопатии H, Такоша, Москва. Эта окраска обычно используется для определения содержания ретикулоцитов. Для четкого выявления включений необходима инкубация более 2 ч.

У ряда больных при окраске как окисляющими, так и неокисляющими красителями (например, кристаллическим фиолетовым) в эритроцитах выявляются одиночные крупные тельца Гейнца, расположенные эксцентрично. Чаще всего они наблюдаются у больных, перенесших спленэктомию.

Метод исследования термолабильности гемоглобина заключается он в том, что в условиях нагревания до 55 °С при pH 7,4 в 0,15 М фосфатном буфере в норме через 1 ч выпадает в осадок в среднем около 13 % гемоглобина, при наличии нестабильного гемоглобина — более 25 %.

Экспресс-метод выявления нестабильного гемоглобина, заключается в следующем. Гемолизат крови помещается в 17 % раствор изопропилового спирта в трис-буфере и инкубируется при температуре 37 °С. При наличии нестабильного гемоглобина осадок выпадает через 5—15 мин, тогда как в норме он появляется лишь через 30—40 мин.

Реактивы: 17% раствор изопро- пилового спирта в 0,1 М буферном растворе, трис-соляная кислота (pH 7,4). Раствор может длительно храниться в герметической посуде.

Методика. Гемолизат, содержащий приблизительно 6,21 ммоль/л (100 г/л) гемоглобина, готовится из трижды промытых изотоническим раствором хлорида натрия эритроцитов с добавлением 1—1,5 объема дистиллированной воды. Эритроциты гемолизируются встряхиванием, липиды экстрагируются половинным объемом четыреххлористого углерода при встряхивании в течение 2 мин. После центрифугирования в течение 10 мин при 3000 об/мин отделяется верхний слой для исследования.

Раствор изопропилового спирта разливается по 2 мл в 2 пробирки, закрытые пробками. Пробирки подогреваются при температуре 37 °С на водяной бане. В одну из пробирок наливают 0,2 мл гемолизата, полученного из эритроцитов больного, в другую — 0,2 мл гемолизата, полученного из эритроцитов донора. При наличии нестабильного гемоглобина осадок выпадает через 5—15 мин. Возможны и ошибочные результаты. При неточной, более высокой концентрации спирта, более высокой температуре при нагревании пробирок, более кислой pH нормальный гемоглобин может выпасть в осадок ранее 30 мин. При высокой концентрации метгемоглобина осадок может появиться за счет меньшей стойкости метгемоглобина по сравнению с оксигемоглобином.

Для исследования стабильности гемоглобина этим методом необходимо использовать лишь свежий гемолизат. При этом нужно учитывать, что концентрация гемоглобина должна быть близкой к 100 г/л.

В настоящее время для выявления нестабильного гемоглобина используется обработка β-меркурибензоатом или β-хлормеркурибензоатом с последующим электрофорезом в крахмальном геле.

В 1981 г. в качестве экспресс-метода предложена новая методика определения нестабильного гемоглобина, основанная на том, что в присутствии солей цинка низкой концентрации нестабильный гемоглобин выпадает в осадок при температуре 37 °С через 15 мин в отличие от нормального гемоглобина. При этом гемолизат в количестве 0,2 мл (6,21 ммоль/л, или 100 г/л гемоглобина) добавляют к раствору, содержащему 0,35 мл 0,003 М раствора ацетата цинка и 1,45 мл 0,1 М трис-буфера с pH 7,4. После перемешивания пробирки помещают в термостат на 30 мин при температуре 37 °С. При наличии нестабильного гемоглобина сразу появляется осадок, который оседает через 30 мин.

При некоторых гемоглобинопатиях после предварительной инкубации крови в течение 1—2 суток, а иногда и в свежей крови содержание метгемоглобина повышено.

По электрофоретической подвижности (при исследовании на бумаге или ацетатцеллюлозе) от гемоглобина A отличается лишь одна треть известных нестабильных гемоглобинов. В части случаев удается выявить изменение электрофоретической подвижности на крахмальном или полакриламидном геле. Исследование первичной структуры нестабильного гемоглобина позволяет точно установить его тип.