Основы ветеринарной патогенетики

Лекция 10

Патогенетика – это наука, которая изучает генетические отличия животных и роль наследственности в этиологии и патогенезе разных болезней; наука о гигиене наследственности и генетической профилактике.

Генетическая гигиена (гигиена наследственности, генетическая профилактика) занимается предотвращением передачи патологических генов из поколения в поколение и распространением их в популяции, то есть препятствует образованию наследственных заболеваний у сельскохозяйственных животных.

Наследственная патология – это генетика, обращенная к ветеринарной практике и поэтому основанная на принципах общей генетики. Врач ветеринарной медицины должен уметь путем сочетания ветеринарных, генетических и генетико-статистических методов диагностировать наследственные аномалии и наследственное предрасположение животного, оценить их значение, наметить пути борьбы с ними, а также контролировать генетическое благополучие популяции, крупных стад, племенных линий и поголовья производителей.

В популяции устанавливаются средние частоты аномалий (пороков развития). Зитман (1964) зарегистрировал в двух стадах джерсейской породы удвоение шейки матки с частотой 36,8 и 26,1%, а Рикк (1971) упоминает о хозяйствах, где гибель жеребят из-за атрезии ануса достигает 12,5 и 55%. Частота аномалий у человека находится между 10% и 2,3% (Фрейе,1963).

Генетическая аномалия - это отклонение от нормы, связанное с нарушением генетического аппарата. Различают породные аномалии и наследственные патологии (генетически обусловленные болезни и генетическую недостаточность). Породные аномалии, или аномалии, обусловленные методами разведения, представляют собой отклонения от существующего породного типа (например, фактор красной окраски у черно-пестрого скота).

Понятия «здоровье» и «болезнь» охватывают различные формы существования организмов в окружающей их среде, в основе которых лежит различная способность этих организмов адаптироваться к определенным условиям. Организм считается здоровым до тех пор, пока присущая ему способность к адаптации обеспечивает нормальное его существование в изменяющихся условиях окружающей среды, пока его существование и развитие сохраняют типичные для него черты и пока патогенные воздействия компенсируются таким образом, что общие взаимоотношения организма со средой не нарушаются (Летер, 1967). Организм находится в состоянии болезни, когда патологический процесс и его влияние достигают такой степени, что в патологию вовлекается весь организм или его часть и типичная реактивная способность последнего по отношению к окружающей среде оказывается серьезно нарушенной.

Если в результате порока развития организм оказывается измененным в очень сильной степени, то говорят об уродствах. Уроды – это организмы со значительными отклонениями от нормы в строении и функции органов с грубыми морфологическими изменениями структур клеток и тканей, которые возникают в процессе эмбрионального развития организма.

Фенокопии – это ненаследственные уроды, которые могут быть похожи на наследственных.

Виды болезней

- наследственные – это заболевания, возникающие в результате мутаций одного или нескольких генов (рак, лейкозы, уродства);

- наследственно-средовые (эндогенно-экзогенные) – это заболевания, возникающие в результате степени генетической обусловленности адаптационной реактивности организма и силы воздействия факторов среды;

- средовые (экзогенные) – выявляются лишь при воздействии определенных условий внешней среды (ожоги, травмы, хирургические болезни).

Этиология и патогенез были выяснены лишь для экзогенных болезней и частично для наследственных болезней. Для наследственно-средовых болезней этиология известна в общих чертах, патогенез же вовсе не выяснен.

Разберем этиологию наследственных заболеваний.

Принято различать форму уродства – формальный генез и причину его возникновения – каузальный генез.

Формальный генез:

1. Уродства, связанные с избыточностью.

2. Уродства, связанные с недостаточностью.

3. Дистопия.

К уродствам, связанным с избыточностью, относятся те, которые обусловлены усилением процесса образования отдельных частей тела или всего тела в целом, например случаи закладки лишних частей тела. Связанные симметричные удвоения (Duplicitas completa) могут быть полными и неполными. Для полных симметричных удвоений характерно наличие двух отдельных осей тела (позвоночников), которые оказываются сросшимися в области черепа (цефалопагус), груди (торакопагус), или в эпигастральной области (омфалопагус). Известно уродство, при котором развиваются два лицевых зачатка, обращенных в разные стороны, так называемая голова Януса. Описаны, кроме того, следующие формы: ксифопагус (сращение в области мечевидного отростка), илиопагус (омфалопагус с сообщающимися брюшными полостями) и пигопагус (сращение в области крестцовой кости). К неполным симметричным удвоениям относятся: удвоение лица (дипрозопус), головы (дицефалюс) и другиз, расположенных каудальнее областей тела. Крайним случаем является ишиопагус, у которого сращение касается лишь области таза (дипигус). Фотографии этих уродств подробно представлены в книге Визнера Э., Виллера З.(1979).

Встречаются свободные ассиметричные удвоения, крайним выражением которых может быть наличие наряду с правильно сформированной особью резко измененного близнецового партнера. В качестве причин возникновения такого уродства считают кислородную недостаточность. Герцог и Рикк (1969) обнаружили в таких случаях хромосомные аномалии (большая А₁ и очень маленькая Е₃₀, непарная акроцентрическая хромосома, 2п=56+А₁+Е₃₀+XY).

Уродства, связанные с недостаточностью, обусловлены закладкой меньшего числа соответствующих частей тела или остановкой процесса развития (Фрей, 1955). Карликовость (наносомия) относится к уродствам, связанным с недостаточностью процесса развития, касающейся всего тела в целом. Они возникают часто в результате неполного закрытия эмбриональных щелей (уродства, связанные с задержкой развития). В развитии центральной нервной системы и костных элементов, образующих ее защитный покров, различают такие дефекты, как ацефалия и микроцефалия – отсутствие или необычно малые размеры черепа; краниошиз – несмыкание краев мозговой борозды; анэецефалия – уродство, связанное с частичным или полным отсутствием мозга; ариненцефалия – отсутствие обонятельного мозга и недоразвитие носа; циклопия (синофтальмия) – частичное или полное слияние глазных зачатков; анофтальмия – полное отсутствие зачатка глазного яблока. К дефектам развития головы относят апрозопию (отсутствие лица), хейлошиз (заячья губа), палатошиз (волчья пасть). Уродства конечностей проявляются в виде амелий, полного отсутствия конечностей, абрахии – отсутствия передних или аподии – задних конечностей. Укорочение конечностей получило название микромелии. При фокомелии отсутствуют средние части конечностей, поэтому фаланги отходят непосредственно от плеча или бедрп. При адактилии или перодактилии отмечается недоразвитый фаланг. Слияние задних конечностей называется симподией, слияние фаланг – синдактилией (увеличение числа пальцев – полидактилия). Встречаются недоразвитие яйцеводов, различные формы отсутствия желез (анадении) и отсутствие мошонки.

Дистопиями называют смещенную закладку органов; особый случай представляет смещение внутренних органов наружу (эктопии, например эктопия сердца). Дистопии подробно описаны в руководствах по частной патологической анатомии.

Каузальный генез это причины возникновения врожденных дефектов (мутация, рекомбинация: межхромосомная или менделевская, и внутрихромосомная или сцепление, кросинговер). Под рекомбинацией понимают возникновение новой комбинации генетических факторов (спаривание особей с различными генотипами). Межхромосомные рекомбинации возникают в результате перераспределени несцепленных аллелей благодаря половому процессу. Внутрихромосомные рекомбинации основаны на перераспределении сцепленных аллелей в результате кроссинговера. Изменение генетической информации происходит также в результате мутации (изменения признаков передающихся по наследству).

Для каузального генеза наследственных дефектов, летальных факторов и генетической недостаточности наряду с изменением вещества наследственности имеют значение несовместимость генов, как еще один эндогенный фактор, и влияния окружающей среды (экзогения). Последние влекут за собой патологические изменения гамет (гаметопатия), плода (кайматопатия) или плодных оболочек (плацентопатия), которые носят негенетический характер (Розенбауэр, 1969).

К факторам среды имеет прямое отношение проблема различной экспрессивности (силы проявления) и пенетрантности (частоты проявления). Пенетрантность и экспрессивность – это свойства популяций, которые при гомозиготности по рассматриваемому гену не обязательно гомозиготны и по другим генам. Пенетрантность – это выраженная в процентах доля особей популяции из числа носителей данного гена, у которых он фенотипически проявился. Экспрессивность – это доля самого сильного фенотипического класса от общего числа носителей признака. В настоящее время генетический анализ проводится на основе дисперсионного анализа Фишера (1962). Определяют коэффициент наследуемости (h²).

Исходя из того, что наследственные заболевания это результат действия мутантных генов, то их делят на:

- летальные (частота проявления – пенетрантность – 90-100%);

- полулетальные (сублетальные) – пенетрантность 50-90%;

- субвитальные (пенетрантность 10-50%) – обуславливают снижение жизнеспособности.

Виды мутантных генов

1. Доминантные – проявляют свое действие в гомозиготном (АА) и гетерозиготном (Аа) состояниях;

2. Рецессивные – проявляют свое действие только в гомозиготном состоянии (аа);

3. Полудоминантные – вызывают летальность в гомозиготном состоянии (А₁А₁, А₂А₂), а в гетерозиготном (А₁А₂) – не вызывают;

4. Аутосомные;

5. Сцепленные с полом;

6. Гаметные – ведущие к гибели гамет;

7. Эмбриональные;

8. Послеродовые;

9. Безусловные;

10. Условные (зависимые) – действуют в определенных условиях среды.

К группе аутосомных доминантных летальных факторов (генов) причисляют фактор, обуславливающий у крупного рогатого скота полное двухстороннее сращение ноздрей (А₂₂). Проявлением действия этих же факторов объясняются порфирия (С₁₁) и гемолитическая желтуха свиней (С₁₄), мозговая грыжа уток (G₁), врожденная водянка у овец (D₁₄) и атрезия яйцевода кур (Е₃₁).

Типичным доминантным летальным фактором с летальным действием в рецессивном состоянии является фактор, обуславливающий ахондроплазию у крупного рогатого скота, фактор коротконогости кур (Cp), порфирия, гемофилия у свиней.

К группе аутосомных с рецессивным действием летальных факторов относят те факторы, носители которых в гетерозиготном состоянии фенотипически не отличаются от нормальных. Гибель носителя происходит лишь в случаях гомозиготности.

Примером проявления рецессивных аномалий у крупного рогатого скота являются бесшерстность телят, отсутствие конечностей, укорочение позвоночника (мертворождение), общая водянка, смещение зубов, врожденные судороги, удлинение срока стельности на 20-100 дней (мертворождение). У свиней – мозговая грыжа, отсутствие ануса, недоразвитие ушных раковин, уродство и параличи конечностей, водянка мозга, выпадение прямой кишки. У овей - недоразвитость ушной раковины, паралич задних конечностей, грыжи, отсутствие фаланг, деформация скелета, летальная, серая окраска шерсти у каракульских овец, карликовость, мышечная дистрофия, отсутствие нижней челюсти и непроходимость пищевода. У лошадей рецессивные аномалии выражаются в виде непроходимости ободочной кишки; дефектов эпителия кожи, искривления грудных конечностей, отсутствия глазного яблока, грудных конечностей; пупочной грыжи, искривления шеи. У кур – неспособность к вылуплению, укорочение верхней челюсти и клюва, дефект маховых перьев, уродства позвоночника и таза, укорочение и утолщение конечностей, многопалость, бескрылость и отсутствие легких, почек и воздухоносных мешков; запрокидывание головы и дрожание, гипоплазия конечностей.

Выявлены аномалии сцепленные с полом. Это летаргия у кур (фактор Е ₃₇), отсутствие оперения у курочек и их внезапная гибель до 123 дней, летальная черная окраска, «трясучка» кур, поражающая молодняк 2-5 месячного возраста; волокнистый пух кур, приводящий к гибели в возрасте 14 дней, альбинизм у индеек (F₁), маскулинический летальный фактор у крс (А₂₁) и лошадей (В₃), также фактор «полосчатого» облысения с нехваткой бычков (А ₂₈ – проявляется в нехватке 25% мужских особей в потомстве). К этой группе можно отнести недоразвитие передней доли гипофиза у бычков, отсутствие у низ зубов и волосяного покрова.

В случае ранних эмбриональных летальных факторов никаких особых уродств, кроме сосудистых аномалий, не наблюдается

Летальные факторы можно подразделить также по типу их наследования, по степени и фазам действия. По типу наследования и степени воздействия различают полигенные (условные) и олигогенные (безусловные) летальные факторы, которые, в свою очередь подразделяются на аутосомные доминантные, рецессивные, доминантные с рецессивным летальным действием и сцепленные с полом при различной степени пенетрантности. Эти факторы были описаны нами выше.

Особую группу эндогенных факторов, которые, в конечном счете, связаны с взаимодействием нормальных генов, представляют факторы, обусловливающие серологическую несовместимость между матерью и плодом (составляющая каузального генеза). Впервые описана и лучше всего изучена несовместимость по резус-фактору (Rh-фактор) у человека. Она вызывает эритробластоз плода и клинически проявляется в том случае, если ребенок наследует от резус-положительного отца Rh–антиген, мать же резус-отрицательная; в результате диффузии Rh-антигена через плаценту в организме матери образуются антитела против собственного плода. Специфические материнские антитела тоже проникают через плаценту и вызывают гемолиз у плода или новорожденного. При обратной ситуации, когда плод резус-отрицательный, а мать резус-положительная, иммунизация не происходит, так как механизм образования антител начинает функционировать не ранее 6-го месяца жизни. С каждой последующей беременностью образование антител усиливается и, начиная с третьей беременности, наблюдается резко выраженный гемолиз эритроцитов (Isoerythrolisys neonatorum). Несовместимость, представляет собой часть генетического груза, обусловленного аллелем А_i (Кру и Мортон, 1960).

У сельскохозяйственных животных несовместимость описана у мулят, у жеребят чистокровной верховой породы. По Дару и Кнюппелю (1947), к эритробластозу плода у сельскохозяйственных животных можно отнести:

- тяжелую семейную желтуху (Isoerythrolisys neonatorum gravis familiaris);

- анемию новорожденных (Anaemia neonatorum);

- врожденную общую водянку (Hydrops universalis congenitus);

- привычный выкидыш и рождение мертвого плода.

У сельскохозяйственных животных Rh-антиген не встречается. Описанные у них явления эритробластоза можно отнести на счет реакции антиген-антитело в других системах групп крови. Первые иммунологические исследования (антиглобулиновый тест) этого заболевания у лошадей провели Кумбс и др. (1948). В сыворотке крови кобылы были обнаружены гемолизины и гемагглютинины, специфичные в отношении эритроцитов жеребца и плода. У жеребят наблюдали тяжелую желтуху с резко выраженной гемолитической болезнью. Клинические проявления можно было отнести за счет сенсибилизации (иммунизации) кобыл. Материнские антитела возникали либо в результате трансплацентарной изоиммунизации матери эритроцитарными антигенами плода, перенесенного переливания крови, либо после вакцинации прививочным материалом, содержащим эритроцитарные антигены. В качестве причины эритробластоза плода рассматривались также естественные антитела. Из прививочных препаратов особое значение придавали вакцине против вирусного аборта лошадей, приготовленной из гомогенизированной легочной ткани абортированных плодов, которая, по-видимому, содержит эритроцитарный антиген.

У крупного рогатого скота болезнь проявлялась в форме острой гемолитической анемии. Коровы в этих случаях подвергались вакцинации препаратами, содержащими эритроцитарный антиген (Белл, 1970).

У свиней эритробластоз плода был первоначально описан как летальный фактор (С14), наследуемый по простому аутосомно-доминантному типу (Мейер, 1969). Затем выявилось причиной эритробластоза переливание крови (Белл, 1967). До сих пор не решено, можно ли отнести к этой этиологической группе описанную у крупного рогатого скота (А12) и у свиней (С12) врожденную общую водянку. Во всяком случае, сюда относятся простая аутосомно-доминантная форма эритробластоза у овец (Хэннок,1950), норки (В.Иоганнсен, 1969) и кроликов (Клейн, 1948). Янгу (1952) удалось вызвать это заболевание у собак, Брилзу (1948) – у домашней птицы.

В целом же у сельскохозяйственных животных и человека имеются здесь существенные отличия.

Так, при дифференцированной плаценте существует возможность проникновения антигена через плаценту, но антитела поступают в организм плода не в таком большом количестве, как у человека. Только кролики, морские свинки, мыши и крысы по типу плаценты (гемохориальная) сходны с человеком. Исключение составляют также собака, кошка и норка с гемоэндотелиохориальной плацентой. В остальных случаях новорожденные заболевают лишь после приема молозива, переливания крови или вакцинации (постнатальные патологии).

Генетический аспект проблемы гистосовместимости будет рассмотрен в курсе «Иммуногенетика».

Выделяют патологии пренатальные (внутриутробные) и постнатальные (после рождения).

Пренатальные патологии классифицируют в зависимости от фаз развития.

Различают следующие фазы развития:

- прогенез (образование зиготы);

- бластогенез (предимплантационный период);

- эмбриогенез, органогенез;

- плодный (фетальный) период.

Значение бластогенеза в возникновении уродств невелико. Бластопатии чаще всего приводят к смерти плода с последующей его резорбцией.

При воздействии тератогенного фактора (фактора, вызывающего генетические аномалии) в первой половине органогенеза можно ожидать образования дорсальных и вентральных щелей (Шнеттер, 1968). Дорсальные связаны с нарушениями нервной закладки и проявляются в выраженных изменениях головы (анэнцефалия, акрания, гемиэнцефалия и гемикрания, мозговые грыжи, ариэнцефалия, анофтальмия, микрофтальмия). Вентральные щели ведут к торакошизу и гастрошизу с эктопией сердца и внутренних органов.

При воздействии тератогенного фактора во второй половине органогенеза страдает закладка хрящевого скелета. Возникают уродства конечностей (фокомелия, поли-, брахи- и синдактилии) и позвоночника (слияние позвонков, кифоз, лордоз, изогнутый хвост).

При воздействии тератогенного фактора в фетальном периоде повреждения сказываются преимущественно функциональными нарушениями, которые приводят к отмиранию плода, спонтанному аборту или мумификации. Эти нарушения могут проявляться в постнатальном периоде в виде пониженной продуктивности, нарушении обмена веществ, а иногда в форме усиленного предрасположения к развитию опухолей.

Разберем этиологию экзогенных заболеваний.

Из изменений в формировании признака, вызываемых экзогенными факторами, особую роль играют те, которые по своему фенотипу соответствуют известным мутациям; эти изменения Гольдшмидт (1935) назвал фенокопиями. Нахтсгейм (1959) различает еще и генокопии. Генокопии - это определенные мутации, копирующие действие единичных генов либо взаимодействие генов. Хенке (1941) делит группу фенокопий на истинные и ложные. При истинных фенокопиях тип проявления во всех деталях соответствует локус-специфическому типу действия известного гена. Кроме того, экзогенный фактор начинает действоать непосредственно на месте действия гена, т.е. генетический фактор и влияние среды затрагивают один и тот же этап процесса развития. При ложных фенокопиях существуют лишь идентичные фены. Отличить истинные фенокопии от ложных часто невозможно.

Экзогенные факторы, обуславливающие аномалии развития описаны в разделе «Мутационная изменчивость». Мы внесем дополнения.

Механические воздействия в возникновении уродств играют небольшую роль. Это травмы, отшнуровывания, размозжения, которые могут быть вызваны внешними причинами или особенностями строения матки и оболочек яйца. После травмы плод абортируется. Возникают также разного рода дефекты кожи.

Описаны случаи появления уродств, при лечении антибиотиками, воздействуя тетрациклином, Филиппи и Мела (1957) вызывали у крыс расщепление неба, синдактилию и микромелию. Тератогенный эффект давал у кур пенницилин (Соури, 1962), а у мышей – стрептомицин (Эриксон-Страндвик, 1963).

Значителен тератогенный эффект алкалоидов у растений. Скармливание овцам чемерицы приводило к повышению эмбриональной смертности и частоты случаев циклопии. Главными алкалоидами этого растения являются вератрозин, алкалоид Х и циклопамин. При скармливании люпина, астрагала крупному рогатому скоту наблюдали фенокопии искривленного хвоста.

Важной причиной возникновения аномалий развития являются также различные гиповитаминозы и нарушения обмена веществ. Нарушения углеводного обмена приводило к падению содержания белка в крови, а также уровня альбуминовой и гамма-глобулиновой фракций, на фоне этого возникали такие аномалии, как гидроцефалия, гастрошиз, бесхвостость.

Имеются многочисленные данные о влиянии дефицита и избытка витаминов, макро- и микроэлементов (Э.Визнер, З.Виллер, 1979).

Диагностика генетических нарушений

- выявление патологических признаков, т.е. фенотипических отклонений у отдельных особей (бонитировка, клинические методы – лабораторная диагностика, методы рентгенографии, ультразвукового исследования, гистологии, патоанатомии и патофизиологии);

- доказательство наследуемости обнаруженных отклонений.

К специальным методам, имеющим важное значение, относятся, в первую очередь цитогенетические и иммуногенетические методы. Чаще всего применяют культуры фибробластов кожи или клеток крови, так как эти культуры легко получить и сравнительно легко поддерживать. Трудности, связанные с идентификацией хромосом у дастся разрешить путем введения метки с использованием радиоавтографии или метода флюоресценции (Глуховский, 1971).

Иммуногенетические методы применяются для изучения групп крови, белков сыворотки крови и молока, белков семенной жидкости, типов гемоглобина и др. Эти белковые локусы используются:

- для установления генотипа отдельных животных (происхождение и идентичность);

- при исследовании некоторых специфических дефектов (патопротеинемия, иммунопаразы);

- для изучения сцепления (гены-маркеры);

- для анализа генной несовместимости;

- для выявления мозаицизма и химеризма (анализ фертильности близнецов).

Спектр иммуногенетических методов охватывает серологические методы (реакции преципитации, агглютинации, реакция связывания комплемента), разные виды электрофореза (на бумаге, крахмале, агаровом и акриламидном геле), иммуноэлектрофорез (комбинация двух перечисленных выше методов), а также специальные методы окрашивания и химические реакции.

Для изучения наследственных нарушений свертывания крови применяют электрофоретическое исследование фибриногена и специфические реакции для выявления факторов свертывания. Тест на инбридинг, например, требует очень больших затрат (Струве, 1969). Анализ генетически обусловленных аномалий можно провести лишь объединенными усилиями специалистов из различных областей науки.

Пробанд – это животное, у которого выявили генетическую аномалию и составляют родословную, то есть расшифровывают кто его родственники по материнской и отцовской линии. При этом проводят генетико-статистический анализ как в пределах генеалогии рода с учетом коэффициента инбридинга, инбредной депрессии, доказательства генетической обусловленности и определением типа наследования, так и в пределах популяции с учетом частот врожденных аномалий относительно производителей, используемых для искусственного осеменения.