16 жовтня, 2017
Діагностика та корекція порушень метаболізму гамма-аміномасляної кислоти у дітей із розладами аутистичного спектра
Сьогодні розлади аутистичного спектра (РАС) є однією з найбільш актуальних медико-соціальних проблем сучасної нейропедіатрії через зростання їх поширеності в усьому світі та значний негативний вплив на якість життя як пацієнтів, так і їх родин.
Згідно з сучасними уявленнями, РАС – це гетерогенна група порушень нейророзвитку, що мають різну етіологію, але характеризуються спільними симптомами, пов’язаними з порушеннями соціальної взаємодії, комунікативних функцій та наявністю обмеженості та стереотипності поведінки та інтересів [1]. Це визначення підкреслює спектральний характер розладу, який поєднує пацієнтів із захворюванням різної етіології, з різним ступенем тяжкості клінічних проявів та різними супутніми захворюваннями, а також акцентує на його біологічній природі. Зараз загальновизнаним є уявлення про РАС як результат порушення розвитку мозку внаслідок взаємодії факторів – генетичних і зовнішнього середовища [2, 3].
Поширеність РАС у популяції щорічно зростає як в Україні, так і в усьому світі. Нині вона становить приблизно 1 випадок на 50 дітей шкільного віку [4]. Згідно з даними офіційної статистики Міністерства охорони здоров’я (МОЗ) України, за п’ять років – з 2009 по 2013 р. – захворюваність на РАС зросла на 194%: з 0,55 до 1,61 на 100 тис. дитячого населення [5].
Діти з РАС часто мають такі супутні розлади, як епілептичні напади, порушення сну, шлунково-кишкові та метаболічні порушення. Типові метаболічні захворювання (наприклад, фенілкетонурія, мітохондріальні захворювання, дефіцит біотинідази) та метаболічні порушення (наприклад, мітохондріальні дисфункції) можуть призводити до обтяження симптомів РАС та часто супроводжуються фармакорезистентними епілептичними нападами [6]. Епілептичні напади, у свою чергу, значно знижують якість життя дитини та спричиняють прогресування когнітивних та поведінкових порушень [7]. Численні дослідження показують, що поширеність епілепсії при РАС становить близько 30%, при цьому частота епілептиформних змін, виявлених за даними електроенцефалографії, є значно вищою та сягає 82% [8, 9].
Про роль порушення метаболізму нейромедіаторів, зокрема гамма-аміномасляної кислоти (ГАМК), у патогенезі епілептичних нападів відомо давно, однак системних досліджень у дітей з РАС поки що немає. Діагностика таких порушень у конкретного пацієнта з РАС може мати вирішальне значення для вибору тактики лікування. Деякі порушення обміну ГАМК потребують специфічного лікування, яке дозволить у багатьох випадках не лише полегшити симптоми РАС, а й знизити частоту епілептичних нападів (за їх наявності).
Мета даного дослідження – визначити поширеність і характер порушень метаболізму нейромедіатора ГАМК у дітей з РАС шляхом вимірювання її концентрації у плазмі крові.
Матеріали і методи дослідження
Протягом 2013-2016 рр. проводилося визначення концентрації ГАМК у плазмі крові у дітей з РАС, які перебували на обстеженні у відділенні психоневрології для дітей з перинатальною патологією та орфанними захворюваннями ДУ «Інститут педіатрії, акушерства і гінекології НАМН України». Загалом обстежено 80 дітей віком 1-7 років (середній вік – 3,22±1,21 року) з різних регіонів України. Серед них – 65 дітей із проявами РАС та 15 дітей контрольної групи. Усі діти мали встановлений діагноз РАС відповідно до критеріїв DSM-V, а також ознаки аутизму згідно з опитувальником M-CHAT.
Дітям, котрі брали участь у дослідженні, було виконано ЕЕГ-моніторинг (електроенцефалографія) та вимірювання концентрації ГАМК у плазмі крові, яке проводили на базі лабораторії імунології ДУ «Інститут нейрохірургії НАМН» спектрофотометричним методом.
Результати дослідження
Для проведення дослідження сформовано чотири групи дітей: 1-ша група (n=33) – діти з РАС, котрі мали супутні епілептичні напади; 2-га група – діти без клінічних епілептичних нападів, але з наявністю епілептиформної активності на енцефалограмі (ЕЕГ) (n=14); 3-тя група (n=18) – діти з РАС без епілептичних нападів та епілептиформних патернів на ЕЕГ; 4-та група (контрольна, n=15) – здорові діти.
Середній показник концентрації ГАМК у плазмі крові у дітей 1-ї групи становив 17,8±2,3 мкг/мл (рис. 1); 2-ї групи – 18,3±1,9 мкг/мл (рис. 2); 3-ї групи – 25,14±7,05 мкг/мл (рис. 3); контрольної групи – 24,65±0,85 мкг/мл (рис. 4). Середні показники концентрації ГАМК у плазмі крові у дітей із досліджуваних груп наведено в таблиці.
За результатами дослідження виявлено, що концентрація ГАМК у плазмі крові у дітей 1-ї та 2-ї груп, тобто у дітей з РАС, які мали клінічні епілептичні напади або епілептиформну активність на ЕЕГ, була нижчою, ніж у дітей з РАС без епілептичних нападів та у дітей контрольної групи (різниця між групами – статистично достовірна, р<0,001). Найнижчі значення концентрації ГАМК зафіксовані у плазмі крові у дитини з вродженою вадою розвитку головного мозку в поєднанні з вираженою затримкою психомоторного розвитку та аутистикоподібною поведінкою (12,3 мкг/мл) та у дитини з епілептичною енцефалопатією з поліморфними нападами, пік-хвильовою активністю у фазі повільного сну з вираженими порушеннями інтелектуального розвитку і поведінки (12,8 мкг/мл).
Середня концентрація ГАМК у плазмі крові у дітей з РАС без епілептичних нападів та епілептиформної активності (3-тя група), навпаки, була дещо вищою, ніж у дітей контрольної групи (середнє значення ГАМК – 24,65±0,85 мкг/мл, різниця між групами – статистично недостовірна, p>0,001).
Таким чином, результати дослідження свідчать про статистично достовірне зниження концентрації ГАМК у плазмі крові винятково у тих дітей з РАС, які мають супутні епілептичні напади або епілептиформні зміни на ЕЕГ. Ураховуючи те, що ГАМК утворюється у мозку шляхом декарбоксилювання глутамінової кислоти, низьку концентрацію ГАМК у плазмі крові у хворих можна пояснити, зокрема, тим, що при епілептичних нападах знижується активність ферменту, який бере участь у синтезі ГАМК, – глутаматдекарбоксилази, що призводить до порушення балансу між збуджуючою та гальмівною системами нейромедіаторів мозку та може зумовлювати підвищення ризику повторних епілептичних нападів.
Обговорення
У науковій літературі описано феномен формування когнітивних та поведінкових змін, що виникають після дебюту епілептичних нападів. Особливо це характерно для епілептичних енцефалопатій, при яких тяжкі судомні напади у поєднанні із руйнівною епілептиформною активністю на ЕЕГ призводять до когнітивних та поведінкових порушень. До них, зокрема, належать епілептичні синдроми неонатального та дитячого віку (Отахара, Веста, Ленокса-Гасто, Драве та ін.). У деяких випадках розвиток дитини з перших місяців життя має аутистичний (первазивний) характер, а епілептичні напади приєднуються згодом [10].
У значної кількості дітей з РАС після певного періоду нормального розвитку розпочиналися регрес мови та раніше набутих навичок, заміна цілеспрямованої поведінки стереотипною та невпорядкованою, вони поступово втрачали контакт з оточуючими, але при цьому епілептичних нападів у них не було. До відомих сьогодні станів, що характеризуються наявністю персистуючої епілептиформної активності за відсутності нападів, належать синдром Ландау-Клефнера, епілепсія з продовженою пік-хвильовою активністю під час фази повільного сну (ESES-синдром), когнітивна епілептиформна дезінтеграція та дитячий аутистичний епілептиформний регрес. Останній, зокрема, характеризується розвитком у дітей раннього віку тяжких комунікативних порушень у результаті постійної епілептиформної активності на ЕЕГ, з переважанням доброякісних епілептиформних патернів дитинства [11, 12].
Останнім часом дослідники звертають увагу на поєднання у дітей розладів аутистичного спектра з маніфестними клінічними або субклінічними електроенцефалографічними епілептиформними змінами біоелектричної активності головного мозку. Тому у науковий обіг було введено термін «когнітивна епілептиформна дезінтеграція» – симптомокомплекс набутих порушень вищої нервової діяльності у дітей, що асоціюється з вираженою епілептиформною активністю на ЕЕГ за відсутності у них епілептичних нападів (при цьому допускається наявність одиничних епілептичних нападів в анамнезі) [13].
Зв’язок РАС та епілепсії вказує на наявність органічної мозкової дисфункції та підтверджує біологічну причину аутизму. Враховуючи численні дані, які свідчать про поєднання аутистичних розладів з епілептичними нападами, виникає питання про існування загальних базових патофізіологічних механізмів, які допомогли б пояснити взаємозв’язок цих станів. Зроблено припущення, що в основі патогенезу як РАС, так і епілепсії – порушення синаптичної пластичності, спричинене дисбалансом збудження і гальмування у мозку, який розвивається. Відомо, що зміни у гальмівній трансмісії впливають на процес навчання, порушуючи його нормальний перебіг [14, 15].
Нейротрансмітери відіграють ключову роль у передачі нервових імпульсів. При переході збудження до нервового закінчення везикули з нейротрансмітером, який знаходиться у синаптичній бляшці, розриваються, виділяючи в синаптичну щілину певну його кількість. Потрапляючи на постсинаптичну мембрану, нейротрансмітер вступає у взаємодію з рецепторами синапсу, змінюючи його конфігурацію і відкриваючи канали для переміщення іонів. Деякі трансмітери є збуджуючими, інші – гальмівними [11-13]. Для нормального функціонування мозку важливе значення має баланс між збуджуючими та гальмівними нейромедіаторами. Порушення співвідношення між гальмівним нейротрансмітером – ГАМК і збуджуючими – глутаматом і аспартатом – є одним із механізмів епілептогенезу в мозку. Виникнення вогнища епілептогенезу можливе при порушенні метаболічних процесів або структурної цілісності в нейронально-синаптичній системі мозкової тканини, яка бере участь в обробленні та передачі біоелектричних сигналів [16-17]. Пригнічення ГАМК-ергічних синапсів призводить до порушення контролю ГАМК над іонно-електролітною рівновагою з подальшим формуванням стійкого синаптичного потенціалу деполяризації. Формування стійкої деполяризації посилює збудження нейронів [18-19].
ГАМК – найпоширеніший гальмівний нейромедіатор. Його виявили у центральній нервовій системі (ЦНС) у 1950 р., але до 1960-х рр. його роль залишалася не з’ясованою [20].
ГАМК-ергічна інгібуюча система є принципово важливою для функціонування мозку. Встановлено важливе значення ГАМК для нормального функціонування мозку при деяких патологічних станах, спричинених порушенням або її метаболізму, або функціонування ГАМК-рецепторів. За наявності епілептичних нападів ГАМК-ергічна регуляція порога судомної готовності перебуває у тісній взаємодії з іншими медіаторними системами і здійснюється на пресинаптичному рівні. При цьому змінюється функція ГАМК-ергічних пресинаптичних рецепторів, які регулюють синтез і вивільнення ГАМК. Незбалансованість процесів збудження та гальмування упродовж тривалого часу супроводжується надмірними енерговитратами, що потребують компенсаторного використання різних альтернативних ланок енергетичного метаболізму для забезпечення функціонування нейронів, у тому числі «епілептогенної» спрямованості. Відомо, що епілептичне вогнище формується при порушенні функціональної взаємодії значної кількості нейронів і характеризується дисбалансом активності медіаторних систем мозку, надмірною збудливістю та дефектністю гальмівних механізмів. Фармакологічний аналіз змін біоелектричної активності мозку і судомної готовності експериментальних тварин, ультрацитохімічні та біохімічні дослідження активності холінестерази та вмісту моноамінів у тканинах мозку виявили посилення активності холінергічної системи у зонах кіркового епілептичного вогнища та прогресуюче зменшення вмісту дофаміну у тканинах хвостатого ядра та гіпоталамуса. Крім того, встановлено, що зв’язування ГАМК синаптосомами тканин кіркового епілептичного вогнища підвищується, а це свідчить про дефіцит медіаторного пулу ГАМК за умови збереження ГАМК-чутливих рецепторів. Такий тип дисбалансу у ГАМК-дофамін-холінергічних кірково-стріарних системах є характерним для епілептогенезу та формування моторних порушень епілептогенного типу. У свою чергу, ці порушення активності медіаторних систем потребують своєчасної корекції з підтриманням балансу між збуджуючими і гальмівними регуляторами [21]. Переконливі дані щодо концентрації ГАМК у крові у дітей з РАС майже відсутні у зарубіжних публікаціях, і їх зовсім немає у вітчизняній літературі.
Вивчаючи дану проблему, деякі дослідники встановили низький рівень ГАМК у тромбоцитах у дітей з аутизмом [22]. Інші дослідження, навпаки, показали підвищений рівень ГАМК у плазмі крові та сечі дітей з РАС [23]. Borgatti та співавт. повідомили про відсутність істотних відмінностей рівня ГАМК у плазмі крові у дітей з РАС віком 4-14 років та у здорових дітей (контрольна група) [24]. І навпаки, інші дослідження показали підвищений рівень ГАМК у плазмі крові у дітей з РАС [25].
Одним з негативних ефектів епілептогенезу на мозок є порушення роботи нейротрансмітерних систем. Зокрема, під впливом епілептичних нападів відбувається зміна дії ГАМК на СА1 нейрони гіпокампа деполяризуючої (інгібуючої) на гіперполяризуючу (збуджуючу). Деполяризуюча дія ГАМК є критично важливою для багатьох нормальних процесів розвитку, включаючи проліферацію нейронів, міграцію, таргетинг та синаптогенез [26].
Порушення балансу між системами збудження та гальмування, зокрема, у вигляді зменшення концентрації ГАМК, призводить до розвитку серйозних патологічних змін у ЦНС. Такі порушення є одним із ключових факторів розвитку епілептичних нападів, а також можуть проявлятися в патогенезі РАС. Ґрунтуючись на цих фактах, можемо зробити висновок, що у багатьох випадках розвиток РАС є наслідком епілептичної енцефалопатії, яка розвивається у мозку внаслідок нейрометаболічних порушень [6, 27].
Також у дітей з РАС можуть спостерігатися специфічні метаболічні порушення, наприклад, дефіцит сукцинат-напівальдегіддегідрогенази порушує обмін ГАМК, а мітохондріальні порушення впливають на обмін ГАМК та ацетилхоліну [6, 27, 28].
У 1981 р. вперше описано дефіцит сукцинат-напівальдегіддегідрогенази – рідкісний розлад метаболізму ГАМК, що виникає внаслідок мутації гена ALDH5A1. Цей ензим відповідальний за деградацію ГАМК, при порушенні його синтезу спостерігається підвищений рівень ГАМК. Надлишок ГАМК утилізується іншим шляхом, в результаті чого продукується γ-гідроксимасляна кислота, підвищений рівень якої часто виявляється у дітей з РАС. Дослідження за допомогою позитронної емісійної томографії виявили, що підвищений рівень ГАМК знижує активність рецепторів GABAА [29].
Окрім цього, у таких дітей можна виявити субмікроскопічні генетичні аномалії, відомі як «варіації числа копій генів», у локусах 15q11–q13, які кодують субодиниці рецептора GABAA. Також можливе пошкодження цих локусів епігенетичними факторами. Можливі мутації генів GABRB3, GABRA5 та GABRG3, які кодують субодиниці β3, α5 і γ3 рецепторів GABAA [30].
Клінічними проявами порушень обміну ГАМК є загальна затримка розвитку, гіпотонія, гіпорефлексія, РАС, судоми, атаксія, хореоатетоз, дистонія, міоклонус, страбізм, ністагм, ретинінт, блідість дисків зорових нервів, окорухова апраксія. МРТ показує підвищення Т2 сигналу у базальних гангліях, субкортикальній білій речовині, стовбурі мозку та мозочку. У сечі, сироватці крові та лікворі відмічається підвищення рівня 4-гідроксимасляної кислоти. Секвенування гена ALDH5A1 може підтвердити діагноз [31-33].
Зниження рівня ГАМК у мозку, а також зменшення ГАМК-ергічних синапсів виявлено при дослідженні тваринних моделей синдрому Х-ламкої хромосоми – генетичного захворювання, що зазвичай супроводжується ознаками РАС [34]. При синдромі Ретта виявлено зниження кількості рецепторів GABAA у мозку, а також порушення ГАМК-ергічної трансмісії у таламусі та стовбурі мозку [35, 36].
Спроби застосовувати препарати, що впливають на обмін ГАМК, у дітей з РАС показали суперечливі результати. Зокрема, такі препарати, як арбаклофен, буметанід, які мають здатність покращувати нейротрансмісію ГАМК, перебувають на заключних етапах клінічних досліджень та показали обнадійливі результати у відкритих дослідженнях. Перспективним засобом є L-карнозин, який має ГАМК-модулюючі та антиоксидантні властивості та був ефективним у покращенні мови та зменшенні аутистичних проявів у подвійному сліпому плацебо-контрольованому дослідженні [37, 38]. Мемантин – антагоніст N-метил-d-аспартат рецепторів – показав свою ефективність у покращенні мови, соціальних функцій та поведінки [39]. Подібну дію також мають амантадин та N-ацетил-L-цистеїн [40, 41]. Зважаючи на часті негативні побічні ефекти психотропних засобів, у практиці ми надаємо перевагу ноотропним засобам, зокрема похідним ГАМК. Ми вважаємо одним із кардинальних напрямів лікування РАС за наявності епілептичних нападів або епілептиформної активності застосування ГАМК-ергічних препаратів, що, зокрема, сприяють відновленню балансу в системі «збудження-гальмування» в ЦНС та нормалізаціїї концентрації ГАМК. До таких належать препарати, що містять або ГАМК, або ті речовини, які опосередковано впливають на її метаболізм, наприклад, піридоксин (вітамін В6) та його активна форма піридоксаль‑5-фосфат, що є кофактором декарбоксилази глутамінової кислоти – ензиму, який перетворює глутамінову кислоту на ГАМК.
Висновки
За результатами проведеного дослідження встановлено зниження концентрації ГАМК у крові у дітей з РАС, які мають епілептичні напади або епілептиформні зміни на ЕЕГ. Найнижчою концентрація ГАМК була у дітей з епілептичними нападами (р<0,01). Натомість істотних відмінностей показників між групою дітей з РАС без епілептичних нападів та контрольною групою не виявлено. Незважаючи на обмеженість даного дослідження (малий об’єм досліджуваної вибірки, відсутність розподілу пацієнтів за віковими групами, рівнем інтелекту і соціального функціонування, медикаментозною терапією), отримані результати демонструють роль порушення балансу в системі збуджуючих та гальмівних нейротрансмітерів у патогенезі епілептичних нападів при РАС, а також перспективність подальших досліджень у цьому напрямі.
У даній роботі ми також навели наявні в сучасній літературі докази того, що РАС характеризується порушенням функціонування ГАМК. Більшість досліджень вказує на дефіцит ГАМК у дітей з РАС, а також при генетичних розладах, які зазвичай супроводжуються симптомами РАС (синдроми Х-ламкої хромосоми та Ретта). Інтерес до ролі метаболічних порушень у патогенезі РАС дедалі зростає. Незважаючи на те що дослідження, присвячені вивченню порушень метаболізму ГАМК при РАС, є потенційно важливими не тільки з теоретичної точки зору, а й для подальшого вивчення шляхів медикаментозної корекції виявлених порушень, їх кількість є порівняно незначною. Одним із таких шляхів є призначення дітям із РАС, які мають епілептиформні зміни на ЕЕГ, антиконвульсантів, що сприяють відновленню балансу в системі «збудження-гальмування» у ЦНС.
Література
1. American Psychiatric Association. Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders, 4th Edition, Text Revision (DSM-IV-TR). Washington, DC: American Psychiatric Publishing; 2000
2. Grabrucker A. Environmental Factors in Autism. Frontiers in Psychiatry. 2013; 3.
3. Matsuzaki, Iwata, Manabe T, Norio Mori. Triggers for Autism: Genetic and Environmental Factors. Journal of Central Nervous System Disease. 2012: 27.
Повний список літератури, що включає 41 джерело, знаходиться в редакціїї.
Тематичний номер «Педіатрія» №3 (42), вересень 2017 р.