Diagnóstico de las enfermedades mitocondriales

Evaluación de la naturaleza de la herencia y manifestación de los signos clínicos de las enfermedades mitocondriales.

Dado que las enfermedades miotocondriales en algunos casos pueden ser causadas por daño al genoma nuclear, la transmisión de la enfermedad corresponderá a las leyes mendelianas de la herencia. En aquellos casos donde el desarrollo de la enfermedad es causado por mutaciones en el ADN mitocondrial, la herencia corresponderá al tipo mitocondrial, es decir, se transmitirá por línea materna. Finalmente, cuando la patología se desarrolla con daño simultáneo a los genes de los genomas nuclear y mitocondrial, la herencia será compleja y determinada por varios factores. En este sentido, en el análisis genealógico por una característica formal (la naturaleza de la herencia según el pedigrí), es posible indicar los más diferentes tipos de herencia: autosómica dominante, autosómica recesiva, ligada al cromosoma X, mitocondrial.

El desarrollo de enfermedades miotocondriales como el trastorno del metabolismo del ácido pirúvico o la betaoxidación de ácidos grasos (ciclo de Krebs) se asocia con mutaciones en genes del genoma nuclear. Estas patologías se caracterizan por una herencia autosómica recesiva, en la que los padres son portadores de mutaciones (heterocigotos) y el niño es portador de ambas mutaciones heredadas del padre y la madre (homocigoto). Los padres suelen ser aparentemente sanos, y debe buscarse una enfermedad similar o sus microsignos en los hermanos del niño enfermo (proband sibs) y en familiares tanto por línea materna como paterna (primos).

En el caso de un tipo de herencia recesiva ligada al cromosoma X (p. ej., aciduria glutárica neonatal tipo II o deficiencia de la subunidad E1 del complejo pirúvico, enfermedad de Menkes, etc.), los niños se ven afectados con mayor frecuencia, y las madres son portadoras de mutaciones y las transmiten a sus hijos. La herencia materna se diferencia de la herencia ligada al cromosoma X en que ambos sexos se ven afectados. En estos casos, al analizar el árbol genealógico, es necesario analizar la incidencia de la enfermedad en hombres, ya que no se manifiesta en mujeres. El árbol genealógico no muestra la transmisión de la enfermedad por línea paternofilial, ya que el padre solo puede transmitir el cromosoma Y a su hijo.

Cuando una enfermedad se desarrolla debido a un daño en el genoma mitocondrial (por ejemplo, diversas enfermedades de la cadena respiratoria, neuropatía óptica de Leber, síndromes MELAS, MERF y NARP, etc.), se rastrea la herencia materna, ya que el niño hereda las mitocondrias de la madre y esta puede transmitirlas tanto a niños como a niñas. Por lo tanto, ambos sexos se ven afectados por igual. En este sentido, la transmisión de la enfermedad por línea materna debe rastrearse en el árbol genealógico.

Al analizar un árbol genealógico y buscar síntomas de enfermedades mitocondriales en familiares, debe recordarse que la gravedad de la enfermedad (expresividad del síntoma) puede variar considerablemente, lo que puede deberse al diferente número de mitocondrias dañadas, la naturaleza de su daño, la distinta distribución de las mutaciones en las células, etc. Por lo tanto, no siempre es posible detectar signos evidentes de enfermedades. En algunos casos, se detectan síntomas individuales omitidos, o signos que pueden detectarse mediante una búsqueda específica.

El desarrollo de la patología mitocondrial puede estar asociado con daño a grandes áreas de mitocondrias, las llamadas microdeleciones (por ejemplo, síndrome de Kearns-Sayre, síndrome de Pearson, algunas formas de diabetes mellitus con sordera, oftalmoplejía externa progresiva, etc.). En estos casos, los síntomas característicos a menudo no se encuentran en familiares, ya que el desarrollo de enfermedades está asociado con la aparición de nuevas mutaciones que ocurrieron en el cigoto inmediatamente después de la fertilización del óvulo ( mutación de novo ). La enfermedad es esporádica. A menudo, junto con estas enfermedades, una serie de afecciones asociadas con múltiples mutaciones del ADN mitocondrial se heredan de manera autosómica dominante: por ejemplo, algunas formas de encefalomiopatía, miopatía con daño ocular, a pesar de la presencia de mutaciones del ADNmt (deleciones múltiples), tienen un tipo de herencia autosómica dominante.

Sin embargo, a diferencia de la herencia mendeliana, el tipo de herencia autosómica dominante en la patología mitocondrial se caracteriza por un gran número de individuos afectados en las generaciones posteriores.

Finalmente, algunas enfermedades mitocondriales, a menudo asociadas con el agotamiento de mitocondrias de ADNmt o su ausencia en las células, pueden heredarse de forma autosómica recesiva. Estas incluyen formas congénitas de miopatía, miocardiopatía, síndrome de distrés neurológico, acidosis láctica, daño hepático, etc.

El estudio de la naturaleza de la transmisión hereditaria de la enfermedad es importante para el pronóstico médico y genético y requiere un análisis profundo de los signos clínicos con el conocimiento de los mecanismos de formación de la patología mitocondrial y los tipos de su herencia.

La manifestación clínica varía considerablemente desde los primeros días de vida hasta la edad adulta. Al analizar este indicador, es necesario considerar las formas nosológicas, ya que cada una tiene una edad de inicio específica.

Los trastornos metabólicos observados en las enfermedades mitocondriales son progresivos en la gran mayoría de los casos. Los síntomas iniciales suelen ser leves, pero luego progresan y pueden provocar trastornos discapacitantes significativos. Algunas formas raras de patología, como la miopatía infantil benigna y algunas formas de neuropatía óptica de Leber, pueden ser benignas y estar sujetas a regresión.

Durante las pruebas de laboratorio, se presta atención a los signos característicos de las enfermedades mitocondriales:

• presencia de acidosis;
• niveles elevados de lactato y piruvato en sangre, un aumento del índice lactato/piruvato de más de 15, especialmente aumentando con la carga de glucosa o el ejercicio físico;
• hipercetonemia;
• hipoglucemia;
• hiperamonemia;
• aumento de las concentraciones de acetoacetato y 3-hidroxibutirato;
• aumento de la relación ácido 3-hidroxibutírico/ácido acetoacético en la sangre;
• aumento de los niveles de aminoácidos en la sangre y la orina (alanina, glutamina, ácido glutámico, valina, leucina, isoleucina);
• niveles elevados de ácidos grasos en la sangre;
• hiperexcreción de ácidos orgánicos en la orina;
• disminución de los niveles de carnitina en la sangre;
• aumento del contenido de mioglobina en los fluidos biológicos;
• Disminución de la actividad de las enzimas mitocondriales en miocitos y fibroblastos.

El valor diagnóstico de estos indicadores es mayor con una carga alimentaria que con el estómago vacío. En la práctica, una prueba diagnóstica ha demostrado su eficacia: la determinación del lactato en sangre en relación con una carga de glucosa, lo que permite una detección más precisa de la insuficiencia de la cadena respiratoria ante una carga adicional de glucosa.

Para el diagnóstico de laboratorio de la disfunción mitocondrial y sus formas nosológicas específicas, los métodos bioquímicos convencionales de investigación rutinaria no son suficientes; es necesario realizar pruebas especiales. Es especialmente conveniente analizar la actividad enzimática en biopsias de músculo esquelético que en otros tejidos. Es posible determinar la actividad de las enzimas de la cadena respiratoria, especialmente la citrato sintetasa, la succinato deshidrogenasa y la citocromo C oxidasa.

Datos de estudios genéticos morfológicos y moleculares

Los estudios morfológicos son de especial importancia en el diagnóstico de la patología mitocondrial. Debido a su gran valor informativo, a menudo se requieren biopsias de tejido muscular y análisis histoquímico de las biopsias obtenidas. Se puede obtener información importante examinando simultáneamente el material mediante microscopía óptica y electrónica.

Uno de los marcadores importantes de las enfermedades mitocondriales es el fenómeno de las fibras rojas rasgadas (RRF ), establecido en 1963. Se asocia con la formación de mitocondrias anormales genéticamente alteradas a lo largo del borde de la fibra muscular debido a la proliferación y acumulación focal. Este fenómeno se detecta mediante microscopía óptica con una tinción especial de Gomori, pero en los últimos años se han utilizado diversos marcadores mitocondriales y diversos métodos inmunológicos para este fin.

Otros signos morfológicos de patología mitocondrial incluyen:

• un aumento brusco del tamaño de las mitocondrias;
• acumulación de conglomerados de glucógeno, lípidos y calcio en el subsarcolema;
• disminución de la actividad de las enzimas mitocondriales;
• distribución alterada de los gránulos de actividad de las enzimas succinato deshidrogenasa (SDH), NADH oxidorreductasa, citocromo C oxidasa, etc.

En pacientes con enfermedades mitocondriales, la microscopía óptica del tejido muscular puede revelar signos morfológicos no específicos: necrosis local de fibras musculares, acumulación de masas sarcoplásmicas, presencia de lisis de áreas subsarcolemales del sarcoplasma, basofilia del sarcoplasma, aumento del número de núcleos musculares, activación de procesos de regeneración, etc.

El estudio del papel del fenómeno de las fibras rojas "rasgadas" demostró su importancia para el diagnóstico de afecciones como MELAS, MERRF, síndromes de Kearns-Sayre, oftalmoplejía progresiva crónica y otras asociadas con mutaciones del ADNmt. Este fenómeno puede desarrollarse en otras enfermedades: distrofia muscular de Duchenne, dermatomiositis, distrofia miotónica, consumo de medicamentos (clofibrato) y otras patologías. Por lo tanto, junto con las enfermedades mitocondriales primarias, el fenómeno de RRF puede acompañar a disfunciones mitocondriales secundarias.

Actualmente, el examen histoquímico y con microscopio electrónico del tejido muscular para detectar signos de insuficiencia mitocondrial se ha generalizado. En algunos casos, facilita el diagnóstico, especialmente con una imagen morfológica normal del tejido muscular según los datos de microscopio óptico.

Signos microscópicos electrónicos: detección de proliferación mitocondrial, alteración de su forma y tamaño, desorganización y agrandamiento de las crestas, acumulación de mitocondrias anormales debajo del sarcolema, acumulación de lípidos y inclusiones paracristalinas anormales (que consisten principalmente en proteínas) u osmofílicas localizadas entre las membranas internas y externas o dentro de las crestas, cúmulos esféricos, a menudo ubicados en la matriz (que consisten principalmente en triglicéridos), etc.

En algunos pacientes se pueden detectar anomalías citoquímicas en los leucocitos.

El complejo de estudios bioquímicos y morfológicos se complementa con métodos modernos de diagnóstico molecular (detección de mutaciones nucleares o mitocondriales), que se realizan en laboratorios especializados en diagnóstico de ADN. En las enfermedades mitocondriales, se detectan diversos tipos de mutaciones: mutaciones puntuales, deleciones, duplicaciones, anomalías cuantitativas del ADN, etc.

En ausencia de mutaciones en el ADNmt, si se sospecha patología mitocondrial, se realiza un estudio de ADN nuclear.

Criterios de diagnóstico

Existen dos grupos de criterios diagnósticos para las enfermedades mitocondriales. Criterios diagnósticos principales (primer grupo).

• Clínico:
  • diagnósticos establecidos: MERRF, MELAS, NARP, MNGIE, síndromes de Pearson, neuropatía de Leber, enfermedades de Leigh y Alpers;
  • la presencia de 2 o una combinación de los siguientes signos:
    • lesión multisistémica, patognomónica de enfermedades de la cadena respiratoria;
    • curso progresivo con episodios de exacerbación o presencia de mutaciones mitocondriales en la familia;
    • exclusión de enfermedades metabólicas y de otro tipo mediante la realización de pruebas apropiadas.
• Histológico - detección del fenómeno RRF en más del 2% del tejido muscular.
• Enzimático:
  • fibras negativas para el citocromo c oxidasa;
  • disminución de la actividad de las enzimas del complejo de la cadena respiratoria (<20% de lo normal en el tejido, <30% en células o varios tejidos).
• Funcional: una disminución en la síntesis de ATP en fibroblastos en más de 3 desviaciones estándar.
• Genética molecular: mutaciones patogénicamente significativas del ADN nuclear o mtADN.

Criterios diagnósticos adicionales (segundo grupo).

• Clínico: síntomas no específicos que se presentan en enfermedades de la cadena respiratoria (muerte fetal, disminución de la actividad motora del feto, muerte neonatal precoz, trastornos del movimiento, trastornos del desarrollo, alteración del tono muscular en el periodo neonatal).
• Histológico: pequeño porcentaje de fenómeno RRF, acumulación subsarcolemal de mitocondrias o sus anomalías.
• Enzimático: baja actividad de las enzimas del complejo respiratorio (20-30% de la norma en el tejido, 30-40% en células o líneas celulares).
• Funcional: una disminución en la síntesis de ATP en fibroblastos de 2 a 3 desviaciones estándar o la ausencia de crecimiento de fibroblastos en un medio con galactosa.
• Genética molecular: detección de mutaciones en el ADN nuclear o mt con un supuesto vínculo patogénico.
• Metabólico: detección de uno o más metabolitos que indican una alteración en la bioenergética celular.

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