Генетические заболевания : Заболевания сцепленные с Х хромосомой

    Английский химик Джон Дальтон опубликовал первую научную работу на эту тему в 1798 году, она называлась "Чрезвычайные факты, связанные с видением цветов", после того как обнаружил это заболевание у себя. Сегодня, после публикации работы Дальтона, эта болезнь известна нам как дальтонизм, хотя в настоящее время этот термин используется для указания одного типа дальтонизма, а именно дейтеранопии.

    Цветовая слепота, как правило, классифицируются как умеренная инвалидность, но иногда больные люди имеют преимущество перед теми, у кого восприятие цвета является нормальным. В нескольких исследованиях указывается, что дальтоники лучше различают закамуфлированные под цвет предметы, и было высказано предположение, что это может быть эволюционным объяснением для неожиданно высокой частоты врожденной красно-зеленой цветовой слепоты.

     Предпосылки

    Сетчатка глаза среднестатистического человека содержит два типа светочувствительных клеток: палочки (активные в условиях низкой освещенности) и колбочки (активные при обычном дневном свете). Как правило, есть три вида колбочек, каждый из которых содержит различные пигменты, которые активируются, когда эти пигменты поглощают свет. Спектральная чувствительность колбочек отличается. Одни максимально чувствительны к коротким волнам, вторые к средним волнам, а третьи к длинным электромагнитным волнам светового диапазона.

     Пик чувствительности этих колбочек находится, соответственно в голубом, желтовато-зеленом, и желтом регионах спектра. Спектры поглощения всех трех систем колбочек покрывают весь видимый спектр. Эти рецепторы часто называют S колбочки, M и L колбочки, соответственно для коротких, средних и длинных длин волн, но их также часто называют синими, зелеными, и красными колбочками, соответственно.

    Хотя рецепторы часто упоминаются как "синий, зеленый и красный" рецепторы, однако этот термин не очень точен, особенно если учесть, что "красный" рецептор в действительности имеет свой пик чувствительности в желтой области. Чувствительность нормального цветовосприятия, в действительности, зависит от частичного совпадения спектров поглощения трех систем: различные цвета воспринимаются тогда, когда стимулируются различные типы колбочек. Красный свет, например, стимулирует длинноволновые колбочки намного больше, чем любой другой, а также сокращает длину волны, вызывая все большое стимулирование других двух систем колбочек в связи с чем постепенно проходит изменение оттенка.

      Многие гены, участвующие в процессе восприятия цвета находятся на Х-хромосоме, что в свою очередь является причиной частого возникновения дальтонизма у мужчин, а не женщин, потому что только мужчины имеют одну Х-хромосому, в то время как женщины две. Поскольку это заболевание является Х-сцепленным, то около 1% женщин имеют 4-й тип колбочек (дефектные, вследствие мутации) и могут считаться тетрахроматами, хотя на сегодня не понятно дает ли это хотя бы какое-то преимущество им при различении цветов.
 

I. Согласно причин возникновения

Дефицит цветного восприятия может быть как приобретенным, так и унаследованным:

 - приобретенный
 - унаследованный: есть три типа наследственных или врожденных аномалий цветного восприятия - монохроматия, дихроматия и аномальная трихроматия.

    1.монохроматия, также известная как "общая цветовая слепота", при которой у больных отсутствует способность различать цвета. Она вызвана дефектом или отсутствием колбочек сетчатки. Монохроматия возникает тогда, когда два или все три пигменты колбочек отсутствуют, что приводит к потере способности различать цвета, а иногда и к общему ухудшению зрения, существует:
 
- Колбочковая монохроматия (ахроматопсия);

- Палочковая монохроматия.

    2. дихроматия - это нарушение способности различать цвета средней тяжести, при котором отсутствует или нарушен один из трех основных механизмов восприятия цвета. Это расстройство - наследственное, а в случае протанопии или дейтеранопии - сцепленный с полом и влияет преимущественно на мужчин. Дихроматия возникает тогда, когда отсутствует один тип колбочек, т.е. цвета различаются только двумя видами колбочек (в двух измерениях);
 
- протанопия;
- дейтеранопия;
- тританопия;

    3. аномальная трихроматия - это довольно распространенный тип наследственного нарушения восприятия цвета, при котором один из трех типов колбочек меняет спектральную чувствительность. Именно поэтому в итоге лишь некоторого нарушения, а не полной потери у человека при трихроматии присутствует нормальный, трехмерный цветное зрение.

 - протаномалия;

 - дейтераномалия;

 - тританомалия.

II. Согласно клинической картины

     На основании клинической картины, дальтонизм можно охарактеризовать как полный или частичный. Полная цветовая слепота встречается гораздо реже, чем частичная. Есть два основных типа болезни:

    Любая рецессивная генетическая характеристика, которая сохраняется на уровне выше 5%, в общем, рассматривается как такая, что, возможно имеет определенные преимущества в долгосрочной перспективе. В свое время в армии США обнаружили, что дальтоники могут определять местонахождение людей одетых в "камуфляжную" одежду, которую трудно увидеть тем людям, которые имеют нормальное зрение. В соответствии с последними исследованиями среди людей цветовая слепота более распространена, чем среди макак.

    Другим возможным преимуществом может быть присутствие тетрахроматии у женщин. Благодаря инактивации X-хромосомы, женщины, которые являются гетерозиготными по аномальной трихроматией должны иметь по крайней мере четыре типа колбочек в их сетчатке. Вполне возможно, что это дает им дополнительное измерение восприятия цвета, по аналогии обезьян Нового Света, где гетерозиготные самки приобретают трихроматию по существу при дихромии.
 

      Генетика

     «Цветовая слепота» (дальтонизм) может быть унаследована. Чаще это расстройство возникает в результате мутаций Х-хромосомы, но картирование генома человека показало, что есть много других мутаций, которые могут вызвать дальтонизмом. Они происходят по крайней мере в 19 разных хромосомах и привлекают около 56 различных генов (согласно базы OMIM и базы данных Университета Джона Хопкинса).

    Однако есть и другие заболевания, действие которых вызывает появление дальтонизма:

- дистрофия колбочек;
- дистрофия колбочек-палочек;
- ахроматопсия;
- монохроматизм синих колбочек;
- врожденный амавроз Лебера;
- пигментный ретинит (сначала влияет на палочки, но позже нарушает деятельность колбочек, вследствие чего происходит нарушение цветового восприятия);

    Дальтонизм может быть врожденным, то есть может возникнуть при рождении, или же может возникнуть в детстве или в зрелом возрасте. В зависимости от того, какая мутация вызвала появление расстройства, он может быть стационарным, то есть, оставаться на одном уровне в течение всей жизни человека или быть прогрессивным. При прогрессивном фенотипе, происходит постепенное нарушение функциональности сетчатки и других частей глаза, некоторые формы дальтонизма могут приводить к полной слепоте больного.

   Дальтонизм всегда зависит от колбочковых фоторецепторов сетчатки, ведь именно колбочки отвечают за способность различать цвета.

    Около 8% мужчин и 0,5% женщин имеют дальтонизм в той или иной степени. Это может быть, нарушение восприятия только одного цвета, нескольких цветов или цветных комбинаций.

   Причиной того, что мужчины имеют более высокий риск развития расстройства (а соответственно и наследование Х-сцепленной мутации) является то, что мужчины имеют только одну Х-хромосому (ведь, нормальные мужчины имеют пару XY хромосом, причем Y-хромосома значительно короче, чем Х-хромосома), а женщины имеют две копии Х хромосомы (XX). Соответственно, если женщина наследует одну нормальную Х-хромосому и одну хромосому, которая несет мутацию, то у этой женщины никаких проявлений расстройства не будет. Мужчины не имеют второй Х-хромосомы, которая бы позволила «перекрыть» действие матировавшей хромосомы.

    Если 5% вариантов данного гена, являются дефектными, то вероятность наследования единой мутированой копии тоже составляет 5%, но вероятность того, что две унаследованные копии гена будут мутированые составляет - 0,05 × 0,05 = 0,0025, т.е. только 0,25 %.

     Другие причины

     Другие причины возникновения цветовой слепоты включают: повреждения головного мозга или сетчатки, вызванные синдромом детского сотрясения, несчастными случаями и другими травмами, которые вызывают отек затылочной части мозга и повреждение сетчатки через воздействие ультрафиолетового света. Большинство повреждений ультрафиолетовым светом случаются в детстве, и эта форма дегенерации сетчатки является главной причиной дальтонизма в мире. Обычно расстройство проявляется в последующие годы жизни.

      Цветовая слепота может, также, проявить себя как симптом дегенеративных заболеваний глаз, таких, как возрастная макулодистрофия или повреждение сетчатки, вызванное диабетом.
 

 

     Есть много видов дальтонизма. Наиболее распространенным является наследственное заболевание красно-зеленых фоторецепторов, но также возможно его возникновение как результат повреждения сетчатки, зрительного нерва, высших отделов мозга. Высшие мозговые центры, задействованные в обработке цвета (инфомации, относительно цвета) включают парвоцеллюлярный путь внешнего коленчатого тела таламуса, V4 визуальную область зрительной коры. Приобретенный дальтонизм, как правило, не похож на большинство типичных генетических нарушений. Например, можно приобрести цветовую слепоту только в части поля зрения, при этом поддерживая нормальное восприятие цвета в другом месте. Некоторые формы приобретенного дальтонизма являются обратимыми. Переходная цветовая слепота (очень редкое явление) может возникать в ауре некоторых людей, страдающих от мигрени.

     Различные виды унаследованной цветовой слепоты возникают от частичной или полной потере функции одной или нескольких различных систем колбочек. Когда одна система колбочек не функционирует, результатом является дихроматия. Наиболее частые формы человеческого дальтонизма возникают от проблем с системой средне или длинноволновых колбочек, и вызывают трудности при различении красного, желтого и зеленого цветов друг от друга. Это расстройство называется соответственно «цветовой слепотой, связанной с плохим восприятием красно-зеленого цвета», хотя этот термин очень упрощенный и в определенной степени вводит в заблуждение. Другие формы цветовой слепоты встречаются намного реже. Они включают в себя: проблемы различения голубого цвета от желтого, а также редкие формы всех цветов, полную цветовую слепоту или монохроматию, при которой человек не может отличить любой цвет от серого, как в черно-белом фильме или фотографии.

     Врожденные типы расстройства

    Врожденные нарушения цветового восприятия делятся в зависимости от количества первичных оттенков, которые различает человек, это количество соответствует определенному шаблону спектра видимого света.
 
     Монохроматия - это расстройство, при котором у людей есть только один канал, по которому информация о цвете передается в мозг. Это нарушение встречается в двух основных формах: монохроматия палочек (часто называемой ахроматопсиею и монохроматия колбочек.

 
    Дихроматия - протанопы, дейтранопы и тритранопы являются дихроматами, т.е. они могут определить любой цвет, однако они видят его с определенной смесью всего двух спектральных цветов (тогда как нормальные люди трихроматы нуждаются в триспектральном свете)

    Аномальная трихроматия - люди, больные протаномалией, дейтераномалией или тританомалией - трихроматы, но цвета они отличают несколько по иному, чем здоровые люди. Именно поэтому, их называют аномальными трихроматами. Для того чтобы различать желтый спектр света, протаномалам, необходимо больше красного света (в красно-зеленом спектре), чем здоровому человеку, в то время как дейтереномалам, нужно больше света зеленого диапазона. С практической точки зрения, многие протаномалы и дейретономалы имеют очень незначительные трудности при выполнении тех задач, требующих нормального восприятия цвета. Некоторые лица могут даже не знать, что их цветовое восприятие - нарушено.

     Красно-зеленая слепота (не восприятие красного и зеленого спектров цвета)- это генетическое сцепленное с полом расстройство, которое чаще возникает у мужчин, чем у женщин, ведь гены, кодирующие распознавания красного и зеленого цветов расположены на Х-хромосоме, которая у мужчин только одна, в то время как у женщин их две. Женщины (46, XX) страдают от красно-зеленой слепоты, только в том случае, если обе Х-хромосомы - имеют аналогичные дефекты, в то время как у мужчин этот тип дальтонизма возникает даже при наличии дефектных генов на одной Х-хромосоме.
 

    Сине-желтая цветовая слепота -тем, лицам, имеющим тританопию и тританомалию, трудно отличать оттенки желто-голубого (синего) спектра. Дальтонизм, который возникает вследствие потери коротковолновых колбочек (отвечающих за восприятие голубовато-фиолетовых оттенков) называется тританопия или сине-желтая цветовая слепота. Тританопия нейтральной точки возникает вблизи желтой световой волны (570 нм), зеленый цвет воспринимается на более короткой длине волн, а красный - на длинной. Если деятельность коротковолновых колбочек нарушается вследствие действия мутаций, то такое расстройство называется тританомалией.

    Диагностика

     Для диагностики восприятия красного и зеленого цветов чаще всего используется цветной тест Ишихара (Ishihara color test), который состоит из серии фотографий, изображающих цветные пятна, которые размещены так, что создают определенный рисунок. Фигуры (как правило - арабские цифры) изображены, как определенная последовательность пятен, которые изображены цветом, который несколько отличается от общего фона. Это число может быть легко названное человеком с нормальным зрением, но не тем человеком, который имеет определенные дефекты цветового восприятия. Полный набор тестов состоит из различных фигур, которые содержат разнообразное сочетание цветов, что позволяет диагностировать, какой именно визуальный дефект присутствовал. Как уже было сказано выше, для диагностирования аномальной трихроматии используется аномалоскоп.

    Поскольку цветной тест Ишихара (Ishihara color test) содержит только цифры, то он не может использоваться для установления диагноза маленьким детям, которые еще не знают цифр. Для выявления зрительных проблем на раннем этапе используют альтернативные тесты с изображением определенных символов (квадрат, круг, автомобиль).

    Кроме выше указанного теста, при приеме в вооруженные силы США (в частности на флот и в армию) проводят так называемый FALANT тест. Когда участникам предлагают на расстоянии определить, какой свет излучает маяк. Одновременно загорается два цвета из возможных трех - красного, зеленого и белого. Однако свет пропускают через специальные «фильтры», за счет чего цвет «приглушается». Это делается для того, чтобы дальтоники не могли определить свет согласно его яркости. Этот тест могут пройти 30% лиц, имеющих несущественные нарушения восприятия цветов.

    Большинство клинических испытаний, предназначены для быстрого, простого и эффективного выявления широких категорий дальтонизма. В академических исследованиях цветовой слепоты, существует повышенный интерес к разработке гибких тестов, которые бы позволили собрать подробные данные, которые бы позволили определить соответствующие точки, и обнаружить едва заметные отклонения.

    Лечение

    Для полного лечения расстройств восприятия цвета на сегодня нет никаких эффективных лекарств. Однако использование некоторых видов тонированных фильтров и контактных линз могут помочь человеку лучше различать цвета. Врач оптометрист может рекомендовать использование контактных линз с особым, красным оттенком. Это позволит их владельцам пройти несколько диагностических тестов, но для практического применения они не очень полезны. Эффект от одевания таких устройств является подобным одевания красно/синих 3Д очков и часто требует некоторого времени для привыкания, поскольку определенная длина волны может «выпрыгивать» и / или быть чрезмерно представленной. Кроме того, для помощи больным людям было разработано программное обеспечение и специальные кибернетические устройства, такие как ай-борг (eyeborg) и "кибернетические глаза", которые позволяют дальтоникам слышать конкретные звуки, которые соответствуют определенному цвету.

   
   Рабочая среда GNOME предоставляет дальтоникам возможность использования программного обеспечении GNOME-Mag и «libcolorblind». Используя GNOME апплет, пользователь может переключать цветовой фильтр, выбирая из множества возможных цветовых схем, которые будут менять цвета для их лучшего распознавания. Это программное обеспечение позволяет, например, человеку с нарушением цветного восприятия видеть номера в тесте Ишихара.

     В сентябре 2009 года журнал Nature опубликовал исследование ученых Вашингтонского университета и Университета Флориды, которые с помощью генной терапии сделали обезьяну саймири - трихроматом, ведь обычно, они видят лишь два спектра цветов.

             Дополнительную информацию о дальтонизм Вы можете найти в статье "Дальтонизм (часть вторая)"