Молодежный инновационный вестник

2415-7805

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный медицинский университет имени Н.Н. Бурденко" Министерства здравоохранения Российской Федерации

10516

Conference Proceedings

Multisystem nature of mitochondrial damage and diagnostic criteria of diseases

Azarov

Boris

azarovborisjd9045@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0002-5111-3155Vorontsova

Zoya Afanasyevna

azarovborisjd9045@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3610-2549

25042025

14S1217220

27022025

02032025

2025

Today, mitochondria are the key organelles in the cells of a living organism responsible for energy production through the process of oxidative phosphorylation. They are a two-membrane intracellular organoid in eukaryotes, inside which there are numerous comb-like folds- crystals to accommodate the respiratory chain. These structures provide heat generation, metabolic functions, biomolecule synthesis, cell growth, division, and death. Even the slightest deviation in the structure of this organelle can lead to pathogenic processes. The article provides an overview of the structure of mitochondria, their special functions, regulatory mechanisms, and the role of mitochondrial DNA, based on Russian and foreign works. Special attention will be paid to mitochondrial diseases, a group of genetic disorders associated with mitochondrial dysfunction. The main pathogenetic mechanisms, clinical symptoms, frequency of manifestation among the current generation, and modern approaches to the diagnosis and treatment of these diseases will be considered. The information collected is aimed at in-depth understanding of the importance of these double-membrane organelles for cellular metabolism and their significance in pathology, which may contribute to the development of new therapeutic strategies to combat mitochondrial disorders.

mitochondriamyopathymitochondrial diseasesdiagnosis and principles of treatment of mitochondrial diseases

митохондриимиопатиямитохондриальные болезнидиагностика и принципы лечения митохондриальных заболеваний

Введение. В конце XX века началось исследование митохондриальных заболеваний. В предыдущие периоды исследователи считали, что ранние мутации митохондриальной ДНК являлись редко встречающимся заболеванием. В дальнейшем изучение данных теоретических исследований способствовало выявлению патогенных мутаций у одного из 200 новорожденных. Сопоставляя причины и вероятность появления митохондриальных болезней, можно сделать вывод, что это является актуальной проблематикой в нейропедиатрии. [3] Заболевания нейропсихологического этого типа обуславливают влияние на множество жизненно важных органов: головной мозг, скелетную мускулатуру и сердце. Митохондрии играют ключевую роль как в здоровье, так и в болезни. Их функция не ограничивается выработкой энергии, а обслуживает множество механизмов, варьирующихся от гомеостаза железа и кальция до выработки гормонов и нейротрансмиттеров, таких как мелатонин [5]. Они обеспечивают и влияют на коммуникацию на всех физических уровнях посредством взаимодействия с другими органеллами, ядром и внешней средой.Эти исследования положили начало понимания необходимости глубокого изучения данной патологии. Цель работы. Определить ведущее значений митохондрий, сформулировать механизм развития митохондриальных заболеваний, проведя обзор литературы, на основе выявления основных принципов диагностики и лечения. Материалы и методы исследования. Для поиска и анализа данных в рамках исследования применялись цифровые ресурсы: Elibrary.Ru, CyberLeninka, Pubmed. Результаты исследования. Митохондрии представляют собой мельчайшие органеллы, которые встречаются во всех клетках, за исключением эритроцитов. Они отвечают за выработку химической энергии в виде аденозинтрифосфата (АТФ). Эти структуры имеют собственную ДНК, и согласно современным научным теориям, они произошли от бактерий. Изначально это были свободноживущие микроорганизмы, которые со временем переселились в клетки человеческого организма и начали оказывать на него положительное влияние, производя энергию. Как и ДНК бактерий, митохондриальная ДНК имеет кольцевую структуру, что отличается от линейной формы генетического материала, содержащегося в клеточном ядре. Митохондрии играют значительную роль в регуляции ДНК ядра. Учитывая их бактериальное происхождение и уникальную ДНК, их можно рассматривать как часть микрофлоры человеческого организма. Самым первым митохондрии описал ученый Рихардом Альтманом, а термин митохондрии предложил немецкий врач Карл Бенд в 1897 году. В 1949 году исследователи Юджин Кеннеди и Альберт Ленинджер предоставили полное понимание роли митохондрий в виде энергетических станций клеток. Эти органеллы способны преобразовывать углеводы в энергию, необходимую для поддержания большинства клеточных функций. Энергия, которая вырабатывается в процессе реакции, называется окислительным метаболизмом, сжигая кислород. [1] В отличие от процесса горения, митохондриальное дыхание отличается тем, что в первом случае энергия аккумулируется в виде уникальной молекулы аденозинтрифосфата (АТФ), а во втором выделяется в результате неконтролируемой реакции. Молекула АТФ, насыщенная энергией, может быть транспортирована в любую часть клетки и высвобождать энергию при взаимодействии с определенными ферментами. В некоторых, скелетных мышц, клетках мозга, почек, сердца и печени может находиться до тысячи митохондрий. Важным побочным продуктом работы митохондрий является выделение активных форм кислорода, которые называются свободные радикалы. Они участвуют в регулировании апоптоза процесса, направленного на уничтожение клеток. Апоптоз является критически важной и необходимой функцией клетки. Этот процесс позволяет организму эффективно избавляться от спонтанно возникающих раковых клеток. Однако у него есть и свои негативные аспекты. В то время как активация разрушительных генов клетки часто является положительным моментом, сбой в работе митохондрий может привести к самоубийству здоровых клеток. Это является основным механизмом, способствующим разрушению нейронов при нейродегенеративных заболеваниях, например, Альцгеймер, болезнь Паркинсона, рассеянный склероз и боковой амиотрофический склероз. Апоптоз идет в организме каждого человека на протяжении всей жизни и способствует общему снижению когнитивных функций мозга с возрастом. Интересно отметить, что клетки без ядра все равно могут проходить через процесс апоптоза. Таким образом, митохондрии играют решающую роль в определении судьбы клетки: должна ли она продолжать существовать или погибнуть. Таким образом, митохондрии представляют собой нечто большее, чем простые органеллы, преобразующие углеводы в энергию. Изучение митохондриальных заболеваний позволяет выявить их как особую группу наследственных патологий, деятельность которых обусловлено изменением функционированием митохондрий - клеточных структур, отвечающих за выработку энергии в форме АТФ через процесс окислительного фосфорилирования. Патологические процессы в работе митохондрий вызваны мутациями в их ДНК (мтДНК), а также в ядерной ДНК. Дефекты ДНК кодируют белки, используемые при метаболизме митохондрий. Результатом пораженных органов и тканей являются энергозависимые ткани, такие как нервные и мышечные. Клинические наблюдения демонстрируют, что данные болезни являются одними из самых распространенных наследственных неврологических расстройств. По статистике частота возникновения мутаций в европейской популяции может встречаться у 1 человека из 400, однако его фенотипическое проявление возникает лишь в 1 случае из 8000 человек. В медицинской литературе описаны случаи первичных и вторичных митохондриальных заболеваний, которые вызваны нарушением окислительного фосфорилирования (ОФ). Первичные митохондриальные болезни вызваны мутацией генов в мтДНК и ядерной ДНК (яДНК), выполняющие роль кодирования субъединиц дыхательных комплексов и АТФ-синтетазы. Вторичные, в то же время, обусловлены мутациями в ядерных генах, которые кодируют белки, участвующие в ОФ. Примером этого может являться возникновение, которые создают изменение в ядерных генах, отвечающих за синтез белков, образующихся благодаря рибосомам, но не способных повреждать эти органеллы напрямую. Дисфункция митохондрий связана с метаболическим синдромом, нейронными заболеваниями, раком, сердечно-сосудистыми и инфекционными заболеваниями, а также воспалительными расстройствами. В этой связи обсуждаются такие заболевания, как рак, болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона, боковой амиотрофический склероз (БАС), синдром хронической усталости (СХУ) и хроническая боль [6]. Митохондриальные миопатии. Митохондриальная миопатия может приводить к дисфункции окислительного фосфорилирования (ОФ). Выделают несколько основных симптомов у этих больных: 1) Быстрая утомляемость вместе с тяжелой выносливостью к физическим нагрузкам 2) Проявление мультисистемного поражения 3) Если заболевание передалось от матери, то может проявляться семейный анамнез Благодаря световой микроскопии можно обнаружить волнистые красные волокна (ВКВ), находящиеся в мышцах, которые связаны с ОФ. Их можно обнаружить благодаря окраске трихромом по Гомори. Благодаря этому методу можно обнаружить, что аномальные волокна будут приобретать красный цвет. Митохондриальная неврогастроинтестинальная энцефаломиопатия. Митохондриальная неврогастроинтестинальная энцефаломиопатия может встречаться как в молодом, так и в пожилом возрасте. Это заболевание можно установить за счет нарушения моторики желудка и кишечника, а также диареии, рвоты. Другим фактором может являться заражение наружных мышц глаз. Хотя эти симптомы являются ключевыми, также может наблюдаться низкий рост у человека, кардиомиопатия и повышение уровня молочной кислоты в крови. Митохондриальная неврогастроинтестинальная энцефаломиопатия является гетерогенным аутосомно-рецессивным заболевание и приводит к множественным делециям в гене тимидин фосфорилазы. Для лечения этого заболевания врачи часто используют гемодиализ не реже одного раза в год. Прогрессирующая наружная офтальмоплегия с прогрессирующим птозом (ПНО). ПНO является одним из наиболее распространенных проявлений митохондриальных миопатий. Заболевание обычно развивается незаметно в подростковом и молодом возрасте. В большинстве случаев наблюдается симметричный медленно нарастающий птоз и ограничение подвижности глазных яблок во всех направлениях, особенно вверх. Прогрессирование заболевания происходит медленно. У всех 10 описанных пациентов с "чистой" ПНО было выявлено отсутствие цитохром-C-оксидазы. Гистохимическое исследование биоптата мышц показало наличие волнистых волокон. При окраске на цитохром C-оксидазу наблюдалось мозаичное распределение неокрашенных волокон, включая волнистые красные волокна, которые не имели активности этого фермента. <ul> <li>Миогенный птоз: миопатии, затрагивающие бульбарные мышцы; орбитальный миозит, миозит мышцы, поднимающей верхнее веко, полимиозит; нарушения обмена калия; миастения; ботулизм.</li> <li>Неврогенный птоз: заболевания, поражающие глазодвигательный нерв.</li> </ul> Заболевание имеет генетическую гетерогенность. У более чем половины пациентов с ПНО обнаруживаются одиночные обширные делеции или дупликации (или то и другое) в митохондриальной ДНК. У других пациентов ПНО, передаваемая по материнской линии, была связана с точечными мутациями, чаще всего в гене митохондриальной тРНК. Лечение семи пациентов с ПНО и синдромом Кернса-Сейра в течение одного года с использованием коэнзима Q10 в дозировке 120 мг в день привело к улучшению неврологических функций и снижению уровня молочной и пировиноградной кислот в сыворотке крови после стандартной физической нагрузки. [2] Заключение. Таким образом, митохондрии играют ключевую роль в клеточной биологии и энергетическом обмене. Эти органеллы не только отвечают за выработку АТФ, но и участвуют в регуляции метаболизма, апоптоза и поддержании клеточного гомеостаза. Их уникальная структура и собственная ДНК подчеркивают эволюционную значимость митохондрий как симбиотических организмов. Как и другие структуры митохондрии способны к патологическим изменениям в структуре. Митохондриальные заболевания представляют собой сложную группу генетических расстройств, связанных с нарушением функций митохондрий, что приводит к недостаточной выработке энергии в клетках. Эти заболевания могут проявляться в различных формах и затрагивать множество систем организма, особенно те, которые требуют большого количества энергии, такие как нервная и мышечная системы. При данных патологиях характерна генетическая и клиническая гетерогенность. Для установки диагноза системных митохондриальных заболеваний существует определённые диагностические критерии для постановки диагноза.