Введение
Дефицит аденозинмонофосфатдеаминазы типа 1 или AMPD1 – это метаболическое расстройство человека, при котором организм постоянно испытывает недостаток фермента AMP-деаминазы в достаточных количествах. Это может привести к непереносимости физических нагрузок, мышечной боли и мышечным спазмам. Ранее заболевание было известно как дефицит миоаденилатдеаминазы (MADD). Практически во всех случаях дефицит вызван SNP-мутацией, известной как rs17602729 или C34T. Хотя изначально расстройство считалось рецессивным (или чисто гомозиготным), некоторые исследователи сообщают о существовании аналогичных вредных эффектов от гетерозиготной формы SNP. В гомозиготной форме мутации одна генетическая база (нуклеотид) изменена от цитозина ("C") до тимина ("T") на обеих нитях хромосомы 1 – другими словами, "C;C" заменено на "T;T". Также выявлено более редкое, но аналогичное состояние, при котором две гуаниновые базы ("G;G") (в немутированной форме) изменены на аденин ("A;A"). Несмотря на отсутствие единого мнения о влиянии гетерозиготной формы – будь то "C;T" или "A;G" – имеются данные, свидетельствующие о том, что она также может вызывать дефицит AMPD1. Заболевание встречается значительно реже у представителей азиатских популяций. Восстановление после перенапряжения может занять часы, дни или даже месяцы. В случаях рабдомиолиза, который представляет собой быстрое разрушение мышечных волокон, время восстановления зависит от продолжительности и интенсивности исходной активности, а также от любой избыточной активности в период восстановления.
Muscle pain from MADD is not well understood, but is partially due to high levels of lactate. Increased levels of free adenosine temporarily decrease pain, allowing over exertion without awareness. The over exertion can cause mild to severe cases of rhabdomyolysis, which is painful. Adenosine mediates pain through adenosine receptors. MADD causes an increase of free adenosine during heavy activity which may cause exercise induced muscle pain. Over time, excess free adenosine down regulates primary A1 adenosine receptors, leading to increased muscle pain. Secondary receptors (A3) increase peripheral inflammation, which also increases pain. Muscle cramping
The cause of cramping is unknown, but may be related to elevated lactate, increased calcium signaling across the sarcoplasmic reticulum caused by membrane instability from reduced levels of ATP, or increased levels of free adenosine. Muscle weakness
Muscle weakness is not a major symptom, though the progressive effects of chronic muscle damage from rhabdomyolysis will eventually cause significant weakness. Similarly, the long term metabolic effects may result in nerve damage. Anesthesia has the potential to cause malignant hyperthermia, an uncontrolled increase in body temperature, and permanent muscle damage in patients with MADD. Individuals with MADD are advised to notify their anesthesiologist about their condition prior to surgery.
Мышечная боль
Muscle pain from MADD is not well understood, but is partially due to high levels of lactate. Increased levels of free adenosine temporarily decrease pain, allowing over exertion without awareness. The over exertion can cause mild to severe cases of rhabdomyolysis, which is painful. Adenosine mediates pain through adenosine receptors. MADD causes an increase of free adenosine during heavy activity which may cause exercise induced muscle pain. Over time, excess free adenosine down regulates primary A1 adenosine receptors, leading to increased muscle pain. Secondary receptors (A3) increase peripheral inflammation, which also increases pain. Muscle cramping
The cause of cramping is unknown, but may be related to elevated lactate, increased calcium signaling across the sarcoplasmic reticulum caused by membrane instability from reduced levels of ATP, or increased levels of free adenosine. Muscle weakness
Muscle weakness is not a major symptom, though the progressive effects of chronic muscle damage from rhabdomyolysis will eventually cause significant weakness. Similarly, the long term metabolic effects may result in nerve damage. Anesthesia has the potential to cause malignant hyperthermia, an uncontrolled increase in body temperature, and permanent muscle damage in patients with MADD. Individuals with MADD are advised to notify their anesthesiologist about their condition prior to surgery.
Причина мышечной боли при MADD недостаточно изучена, но частично обусловлена высоким уровнем лактата. Повышенный уровень свободного аденозина временно снижает болевые ощущения, позволяя переносить чрезмерные нагрузки, не осознавая этого. Перенапряжение может вызывать легкие или тяжелые случаи рабдомиолиза, который сопровождается болью. Аденозин опосредует боль через аденозиновые рецепторы. При MADD во время интенсивной физической активности увеличивается концентрация свободного аденозина, что может вызывать мышечную боль, спровоцированную физическими упражнениями. Со временем избыток свободного аденозина снижает чувствительность первичных А1-аденозиновых рецепторов, что приводит к усилению мышечной боли. Вторичные рецепторы (A3) усиливают периферическое воспаление, которое также способствует усилению боли.
Muscle pain from MADD is not well understood, but is partially due to high levels of lactate. Increased levels of free adenosine temporarily decrease pain, allowing over exertion without awareness. The over exertion can cause mild to severe cases of rhabdomyolysis, which is painful. Adenosine mediates pain through adenosine receptors. MADD causes an increase of free adenosine during heavy activity which may cause exercise induced muscle pain. Over time, excess free adenosine down regulates primary A1 adenosine receptors, leading to increased muscle pain. Secondary receptors (A3) increase peripheral inflammation, which also increases pain. Muscle cramping
The cause of cramping is unknown, but may be related to elevated lactate, increased calcium signaling across the sarcoplasmic reticulum caused by membrane instability from reduced levels of ATP, or increased levels of free adenosine. Muscle weakness
Muscle weakness is not a major symptom, though the progressive effects of chronic muscle damage from rhabdomyolysis will eventually cause significant weakness. Similarly, the long term metabolic effects may result in nerve damage. Anesthesia has the potential to cause malignant hyperthermia, an uncontrolled increase in body temperature, and permanent muscle damage in patients with MADD. Individuals with MADD are advised to notify their anesthesiologist about their condition prior to surgery.
Мышечные судороги
Muscle pain from MADD is not well understood, but is partially due to high levels of lactate. Increased levels of free adenosine temporarily decrease pain, allowing over exertion without awareness. The over exertion can cause mild to severe cases of rhabdomyolysis, which is painful. Adenosine mediates pain through adenosine receptors. MADD causes an increase of free adenosine during heavy activity which may cause exercise induced muscle pain. Over time, excess free adenosine down regulates primary A1 adenosine receptors, leading to increased muscle pain. Secondary receptors (A3) increase peripheral inflammation, which also increases pain. Muscle cramping
The cause of cramping is unknown, but may be related to elevated lactate, increased calcium signaling across the sarcoplasmic reticulum caused by membrane instability from reduced levels of ATP, or increased levels of free adenosine. Muscle weakness
Muscle weakness is not a major symptom, though the progressive effects of chronic muscle damage from rhabdomyolysis will eventually cause significant weakness. Similarly, the long term metabolic effects may result in nerve damage. Anesthesia has the potential to cause malignant hyperthermia, an uncontrolled increase in body temperature, and permanent muscle damage in patients with MADD. Individuals with MADD are advised to notify their anesthesiologist about their condition prior to surgery.
Причина судорог неизвестна, но может быть связана с повышенным уровнем лактата, усилением передачи кальция через саркоплазматический ретикулум из-за нестабильности мембраны, вызванной снижением уровня АТФ, или повышенным уровнем свободного аденозина.
Muscle pain from MADD is not well understood, but is partially due to high levels of lactate. Increased levels of free adenosine temporarily decrease pain, allowing over exertion without awareness. The over exertion can cause mild to severe cases of rhabdomyolysis, which is painful. Adenosine mediates pain through adenosine receptors. MADD causes an increase of free adenosine during heavy activity which may cause exercise induced muscle pain. Over time, excess free adenosine down regulates primary A1 adenosine receptors, leading to increased muscle pain. Secondary receptors (A3) increase peripheral inflammation, which also increases pain. Muscle cramping
The cause of cramping is unknown, but may be related to elevated lactate, increased calcium signaling across the sarcoplasmic reticulum caused by membrane instability from reduced levels of ATP, or increased levels of free adenosine. Muscle weakness
Muscle weakness is not a major symptom, though the progressive effects of chronic muscle damage from rhabdomyolysis will eventually cause significant weakness. Similarly, the long term metabolic effects may result in nerve damage. Anesthesia has the potential to cause malignant hyperthermia, an uncontrolled increase in body temperature, and permanent muscle damage in patients with MADD. Individuals with MADD are advised to notify their anesthesiologist about their condition prior to surgery.
Мышечная слабость
Muscle pain from MADD is not well understood, but is partially due to high levels of lactate. Increased levels of free adenosine temporarily decrease pain, allowing over exertion without awareness. The over exertion can cause mild to severe cases of rhabdomyolysis, which is painful. Adenosine mediates pain through adenosine receptors. MADD causes an increase of free adenosine during heavy activity which may cause exercise induced muscle pain. Over time, excess free adenosine down regulates primary A1 adenosine receptors, leading to increased muscle pain. Secondary receptors (A3) increase peripheral inflammation, which also increases pain. Muscle cramping
The cause of cramping is unknown, but may be related to elevated lactate, increased calcium signaling across the sarcoplasmic reticulum caused by membrane instability from reduced levels of ATP, or increased levels of free adenosine. Muscle weakness
Muscle weakness is not a major symptom, though the progressive effects of chronic muscle damage from rhabdomyolysis will eventually cause significant weakness. Similarly, the long term metabolic effects may result in nerve damage. Anesthesia has the potential to cause malignant hyperthermia, an uncontrolled increase in body temperature, and permanent muscle damage in patients with MADD. Individuals with MADD are advised to notify their anesthesiologist about their condition prior to surgery.
Мышечная слабость не является основным симптомом, однако прогрессирующие эффекты хронического повреждения мышц при рабдомиолизе в конечном итоге приведут к значительной слабости. Аналогичным образом, долгосрочные метаболические эффекты могут привести к повреждению нервов. Анестезия может спровоцировать злокачественную гипертермию – неконтролируемое повышение температуры тела и необратимое повреждение мышц у пациентов с MADD. Людям с MADD рекомендуется сообщить своему анестезиологу о своем состоянии перед операцией.
Muscle pain from MADD is not well understood, but is partially due to high levels of lactate. Increased levels of free adenosine temporarily decrease pain, allowing over exertion without awareness. The over exertion can cause mild to severe cases of rhabdomyolysis, which is painful. Adenosine mediates pain through adenosine receptors. MADD causes an increase of free adenosine during heavy activity which may cause exercise induced muscle pain. Over time, excess free adenosine down regulates primary A1 adenosine receptors, leading to increased muscle pain. Secondary receptors (A3) increase peripheral inflammation, which also increases pain. Muscle cramping
The cause of cramping is unknown, but may be related to elevated lactate, increased calcium signaling across the sarcoplasmic reticulum caused by membrane instability from reduced levels of ATP, or increased levels of free adenosine. Muscle weakness
Muscle weakness is not a major symptom, though the progressive effects of chronic muscle damage from rhabdomyolysis will eventually cause significant weakness. Similarly, the long term metabolic effects may result in nerve damage. Anesthesia has the potential to cause malignant hyperthermia, an uncontrolled increase in body temperature, and permanent muscle damage in patients with MADD. Individuals with MADD are advised to notify their anesthesiologist about their condition prior to surgery.
Причины
АМФ-деаминаза – это фермент, который превращает аденозинмонофосфат (АМФ) в инозинмонофосфат (ИМФ), высвобождая при этом молекулу аммиака. Он является частью метаболического процесса, преобразующего сахара, жиры и белки в клеточную энергию. Для использования энергии клетка преобразует одно из указанных топлив в аденозинтрифосфат (АТФ) в митохондриях. Клеточные процессы, особенно в мышцах, затем превращают АТФ в аденозиндифосфат (АДФ), высвобождая энергию для работы. Во время интенсивной или продолжительной умеренной активности другие ферменты превращают две молекулы АДФ в одну молекулу АТФ и одну молекулу АМФ, увеличивая доступность АТФ для обеспечения энергией. Обычно АМФ превращается в ИМФ при помощи миоаденилатдеаминазы, поэтому дефицит миоаденилатдеаминазы снижает количество энергии, доступной клетке через пуриновый нуклеотидный цикл. Вместо превращения в ИМФ, АМФ накапливается в клетках пораженных людей, попадает в кровь и в конечном итоге метаболизируется в печени. У людей с дефектным ферментом 5'-нуклеотидаза удаляет рибозу и фосфор из АМФ, что приводит к увеличению уровня аденозина, измеряемого в мышечных клетках примерно в 16–25 раз после физической нагрузки.
Механизм
Этот дефект дезаминирования молекул АМФ имеет три основных последствия. Во-первых, значительное количество АМФ теряется из клетки и организма. Во-вторых, аммиак не высвобождается при работе клетки. В-третьих, уровень ИМФ в клетке не поддерживается на должном уровне. Первый эффект – потеря АМФ – наиболее значим, поскольку АМФ содержит рибозу, молекулу сахара, которая также используется для синтеза ДНК, РНК и некоторых ферментов. Хотя организм способен производить некоторое количество рибозы и получать ее из источников, богатых РНК, таких как бобы и красное мясо, эта потеря рибозы при МADD иногда достаточна для создания дефицита в организме, что приводит к симптомам сильной усталости и мышечной боли. Это особенно вероятно, если человек регулярно подвергает себя интенсивным физическим нагрузкам или выполняет тяжелую физическую работу в течение нескольких недель или месяцев. Второй эффект, отсутствие аммиака, недостаточно изучен. Он может привести к снижению количества фумарата, доступного для цикла Кребса, и к снижению уровня оксида азота (вазодилататора) в организме, что уменьшает кровоток и потребление кислорода во время интенсивных упражнений, хотя это может быть компенсировано повышенным уровнем аденозина, другого вазодилататора. Третий эффект, снижение уровня ИМФ, также недостаточно изучен. Он может каким-то образом приводить к уменьшению количества молочной кислоты, вырабатываемой мышцами, хотя уровень лактата в сыворотке крови обычно незначительно повышен при MADD. Ниже представлена сильно упрощенная модель того, что может происходить внутри мышечной клетки при дефиците AMPD. Существуют два основных полустабильных состояния: одно с доступным внутриклеточным гликогеном и одно с истощенным гликогеном. Оба состояния модифицируются степенью подавления цикла Кребса по умолчанию. Начнем с состояния, когда гликоген доступен, а цикл Кребса сильно подавлен. Как только клетка получает значительную нагрузку и исчерпала запас фосфокреатина, небольшое количество АТФ преобразуется в АМФ. АМФ мгновенно активирует миофосфорилазу, которая начинает высвобождать глюкозу из гликогена и делает ее доступной для гликолитического пути, производя пируват и восстанавливая АМФ до АТФ. Благодаря большей доступности пирувата в качестве субстрата, а также его вкладу в цикл Кребса в виде α-кетоглутарата при потреблении глутамата, цикл Кребса также ускоряется. Комбинация гликолиза и цикла Кребса теперь уравновешивает производство АТФ с его потреблением, и пул АМФ больше не растет. Поскольку не весь пируват окисляется в цикле Кребса – следствие регулирования скорости его окисления концентрацией пирувата в данный момент – избыток превращается в лактат и поступает в кровь в виде молочной кислоты. В мышечных клетках с нормальной активностью AMPD пуриновый нуклеотидный цикл постепенно начинает добавлять фумарат в пул промежуточных продуктов цикла Кребса. Это снижает избыточную скорость производства пирувата за счет увеличения его потребления, увеличивает скорость восстановления АМФ до АТФ циклом Кребса и, следовательно, уменьшает высвобождение глюкозы из гликогена, пока увеличение поступления топлива с кровью не позволит полностью остановить гликогенолиз. В мышечных клетках с дефицитом AMPD скорость производства АТФ циклом Кребса не будет синхронизирована с потребностью в АТФ. Было показано, что мышечные клетки, лишенные AMPD1, накапливают и потребляют значительно больше глутамата и производят больше аланина в этом состоянии по сравнению со здоровыми контрольными группами, что указывает на более высокую концентрацию пирувата в клетке во время упражнений. Пул АМФ также увеличивается по сравнению с контрольными группами, что приводит к более высокой скорости высвобождения глюкозы из гликогена. Это состояние может сохраняться до тех пор, пока есть гликоген, и может быть продлено постоянным употреблением продуктов, богатых углеводами. Если нагрузка на мышцы превышает способность организма перерабатывать лактат обратно в глюкозу, в крови начнет накапливаться лактат. Как только лактат достигает почечного порога реабсорбции (5–6 ммоль/л в общей популяции), он теряется с мочой, что приводит к потере большого количества калорий (и образованию ярких матовых желтых частиц на поверхностях, где высыхает моча). Примерно в то же время почки также начинают корректировать кислотность крови, подкисляя мочу. Чрезмерно кислая моча вызывает раздражение, которое ощущается как частое мочеиспускание (с небольшим объемом) и "горячая" моча. Для выведения лактата почкам также необходимо выводить магний в качестве обязательного катиона, что может привести к острой и хронической недостаточности магния. Дополнительный магний в форме лактата или цитрата может также быстро теряться тем же путем. Поскольку магний необходим для аэробного метаболизма, со временем потеря магния может привести к порочному кругу, когда цикл Кребса еще больше подавляется, производство лактата увеличивается, а потеря магния снова возрастает. Хотя, вероятно, не связан с дефицитом AMPD, если у человека в крови высокое содержание D-лактата (в основном из пищи и брожения в толстой кишке), преципитация, потеря лактата и потеря магния могут произойти даже до того, как L-лактат (в основном из мышц) достигнет почечного порога реабсорбции. Это происходит потому, что L-лактат и D-лактат конкурируют друг с другом за почечную реабсорбцию, и потому, что D-лактат имеет значительно более низкий почечный порог реабсорбции, <1 ммоль/л. Для поддержания выводимых метаболитов в растворе почкам также необходимо выводить воду. Это контрастирует с полным окислением молочной кислоты, которое фактически дало бы метаболическую воду для организма. Это может привести к возникновению острой жажды через несколько десятков минут после начала упражнений в этом состоянии, если водный баланс в организме был изначально нейтральным. Если мышечная нагрузка невелика, лактат в основном перерабатывается обратно в глюкозу или сжигается другими клетками организма. Однако вновь образованная глюкоза становится доступной для всех клеток организма, а не только для мышечных клеток. Способность организма усваивать лактат также может быть снижена, если работающие мышечные клетки не могут поглощать глюкозу из крови из-за поддержания миофосфорилазой более высокой концентрации глюкозы внутри нагруженных клеток, и если печень уже заполнила свои запасы гликогена до предела. Таким образом, в конечном итоге, в этом состоянии работающие мышечные клетки обречены потерять весь гликоген. Распад АМФ до аденозина в этом состоянии незначителен, поскольку пул АМФ поддерживается небольшим благодаря активному регуляторному действию миофосфорилазы. Максимальная непрерывная нагрузка ограничена началом ощущения жжения от накопления лактата в мышцах. В конечном итоге весь гликоген истощается, и мышечная клетка переходит в другое полустабильное состояние. Во время этого перехода активация цикла Кребса из-за избытка пирувата обращается вспять, и значительная часть пула АТФ неизбежно преобразуется в АМФ, что позволяет ускорить цикл Кребса каким-то другим механизмом (возможно, аллостерическим механизмом, реагирующим на более низкую концентрацию АТФ, или усилением остаточной активности AMPD раздутым пулом АМФ), пока производство АТФ не будет сбалансировано с потреблением АТФ. Преобразование АМФ в аденозин, выведение в кровь (в виде АМФ и его различных метаболитов), дальнейшее преобразование в мочевую кислоту и выведение с мочой становятся значительными в течение некоторого времени, пока весь АМФ не будет удален из мышечной клетки. Движения мышц становятся заметно менее точными. Дыхание замедляется и с этого момента слабо реагирует на нагрузку и вообще не реагирует на воспринимаемое усилие. Становится трудно быстро увеличить нагрузку на мышцу, как при болезни Мак-Ардля, и такое быстрое увеличение нагрузки приведет к выбросу еще большего количества пуринов в кровь и мочу (выглядящих как прозрачные или ржаво-красные острые блестящие кристаллы и вызывающие сильное раздражение). Та же ситуация возникнет, если кровоток к мышечным клеткам станет недостаточным (за исключением того, что АМФ выливается несколько меньше, и несколько больше его метаболизируется…
Диагноз
Диагноз MADD следует рассматривать у пациентов, у которых после физических упражнений возникают миалгии, судороги и иногда слабость. Также может наблюдаться умеренное повышение уровня креатинкиназы. Необходимо исключить другие заболевания мышц, такие как болезнь МакАрдла и нарушения цикла карнитина. MADD можно заподозрить при отсутствии повышения уровня аммиака после теста с упражнениями на предплечье. Диагноз может быть подтвержден генетическим тестированием.
Лечение
Для пациентов с MADD важно поддерживать силу и физическую форму, избегая при этом чрезмерных физических нагрузок или работы до изнеможения. Освоение этого баланса может быть сложнее, чем обычно, поскольку мышечная боль и усталость могут ощущаться иначе, чем у здоровых людей. Симптоматическое облегчение при MADD иногда можно достичь путем перорального приема рибозы в дозе примерно 10 граммов на 100 фунтов (0,2 г/кг) массы тела в день, а также путем соответствующей коррекции физической активности. При приеме рибозы каждый час она обеспечивает прямой, но ограниченный источник энергии для клеток. Пациенты с дефицитом миоаденоилатодеаминазы не удерживают рибозу при интенсивных физических нагрузках, поэтому может потребоваться дополнительный прием для восстановления уровня АТФ. Моногидрат креатина также может быть полезен пациентам с AMPD, поскольку он предоставляет альтернативный источник энергии для анаэробных мышечных тканей и оказался эффективным при лечении других, не связанных с этим, мышечных миопатий.