| |||
| |||
Διαφοροποίηση εις την λεπτήν υφή των μιτοχονδριακών μυοπαθειών
Ε. ΚΟΥΤΣΟΥΡΑΚΗ, Π. ΧΑΜΛΑΤΖΗΣ, Π. ΑΡΜΕΝΤΣΟΥΔΗΣ, Δ. ΞΑΦΕΝΕΙΑΣ, Κ. ΣΙΑΜΟΥΛΗΣ,
Α. ΚΑΡΛΟΒΑΣΙΤΟΥ, Π. ΠΑΠΙΣΤΑΣ, Α. ΖΑΦΕΙΡΟΠΟΥΛΟΣ, Β. ΚΩΣΤΑ, ΣΤ. ΜΠΑΛΟΓΙΑΝΝΗΣ
Α' Νευρολογική Κλινική, Α.Π.Θ., Διευθ.: Καθ. Στ. Μπαλογιάννης
Περίληψη
Περιγράψαμε τα κλινικά και τα υπό το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο ευρήματα πέντε
περιπτώσεων μιτοχονδριακών μυοπαθειών οι οποίες νοσηλεύθηκαν στην Α' Νευρολογική
Κλινική κατά την τελευταία δεκαετία και διαγνώσθηκαν σαν μιτοχονδριακές μυοπάθειες
κυρίως με τη μυϊκή βιοψία και κατά δεύτερο λόγο με την ανάλυση ενζυματικών παραμέτρων.
Κλινικώς πρυτάνευε το αίσθημα της μυϊκής αδυναμίας, κεντρομελικού τύπου, η νοητική
στάθμη συνήθως ήταν υψηλή, οι οφθαλμοκινητικές επιβαρύνσεις ήταν περιορισμένης
έντασης συνιστάμενες σε περιορισμό των συζυγών πλαγίων κινήσεων του βλέμματος
και ψευδοϋπερτροφία παρατηρήσαμε σε μία περίπτωση. Η λεπτή υφή των μιτοχονδριακών
μυοπαθειών αποκάλυψε τη μεγάλη ποικιλομορφία στο σχήμα και στο μέγεθος των μιτοχονδρίων,
την άτυπη διάταξη τους, καθ' ομάδας ανάμεσα των σαρκομερών και υπό το σαρκείλημα
και την αδρά διαταραχή της οργάνωσής τους. Η περαιτέρω μελέτη των μιτοχονδριακών
μυοπαθειών θα αποκαλύψει καινούρια στοιχεία χρήσιμα για την κατανόηση της αιτιοπαθογένειας
αυτών των παθήσεων αλλά και του σημαντικού ρόλου των μιτοχονδρίων.
Λέξεις κλειδιά: Mυοπάθειες, μιτοχόνδρια, ηλεκτρονικό μικροσκόπιο.
Εισαγωγή
Τα μιτοχόνδρια, τόσο στους μύς όσο και στο Κ.Ν.Σ., διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στη διατήρηση του ενεργειακού ισοζυγίου ως κύριοι φορείς των ενζύμων της οξειδωτικής φωσφορυλίωσης και εκ παραλλήλου συμβάλλουν τόσο στην ισορροπία του ενεργειακού ισοζυγίου όσο και στο ισοζύγιο της οξεοβασικής ισορροπίας ως κύριοι φορείς των ενζύμων της αναπνευστικής αλύσου.
Στο φυσιολογικό μυ τα μιτοχόνδρια συγκεντρώνονται κυρίως γύρω από τον πυρήνα κάτω από την σαρκειληματική μεμβράνη και σπανιότερα ανάμεσα των σαρκομερών. Τείνουν να καταλάβουν θέση παράλληλη προς τη φορά της σαρκειληματικής μεμβράνης ή προς τη διάταξη των σαρκομερών και περιβάλλονται κατά κανόνα από πολυάριθμα κοκκία γλυκογόνου και δεξαμενών του σαρκοπλασματικού δικτύου.
Στην πρωτοπαθή διαταραχή της δομής και της λειτουργίας των μιτοχονδρίων οφείλονται οι μιτοχονδριακές μυοπάθειες οι οποίες παρά το γεγονός ότι χαρακτηρίζονται ως μυοπάθειες, κατ' ουσία εμπλέκουν όλους τους ιστούς και κυρίως το νευρικό ιστό, με αποτέλεσμα παράλληλα με τα μυοπαθητικά φαινόμενα να συνυπάρχουν διαταραχές της εγκεφαλικής λειτουργίας, διαταραχές της λειτουργικότητας των περιφερικών νεύρων, μεταβολικές διαταραχές καθώς και δυσλειτουργικά φαινόμενα από τα ζωτικά όργανα. Η αδρά διάκριση σε σύνδρομο MELAS, MERRF και Kearns-Sayre εκφράζει το βαθμό και την έκταση της συμμετοχής κι άλλων συστημάτων εκτός των μυών στην φαινομενολογία της μιτοχονδριακής διαταραχής.
Ο κύριος στόχος της παρούσας μελέτης είναι η περιγραφή των μορφολογικών ευρημάτων σε σειρά μιτοχονδριακών μυοπαθειών, τις οποίες μελετήσαμε στην Α' Νευρολογική Κλινική, από τότε που η δημιουργία της ηλεκτρονικής μικροσκόπησης επέτρεψε τη μελέτη της λεπτής υφής αυτών των παθήσεων. Είναι γνωστό ότι από της πρώτης περιγραφής των μιτοχονδριακών μυοπαθειών από τους Γονατά και συνεργ. έως τις πρόσφατες μελέτες της ομάδας των Di Mauro και συνεργ., πολλές αναφορές ήδη έγιναν επί της λεπτής υφής των μιτοχονδρίων στις μιτοχονδριακές μυοπάθειες. Ο πλούτος όμως των μορφολογικών ιδιαιτεροτήτων είναι ανεξάντλητος και κάθε διείσδηση στο χώρο της λεπτής υφής των εν λόγω παθήσεων αποκαλύπτει και νέα στοιχεία.
Υλικά και μέθοδοι
Περιγράψαμε τα υπό το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο ευρήματα πέντε περιπτώσεων μιτοχονδριακών μυοπαθειών οι οποίες νοσηλεύθηκαν στην Α' Νευρολογική Κλινική κατά την τελευταία δεκαετία και διαγνώσθηκαν ως μιτοχονδριακές μυοπάθειες κυρίως με τη μυϊκή βιοψία και κατά δεύτερο λόγο με την ανάλυση ενζυματικών παραμέτρων. Όλες οι αναφερθείσες περιπτώσεις προσήλθαν στην κλινική αιτιόμενοι δυσχέρεια στη βάδιση και εύκολη κόπωση. Εμφάνιζαν κεντρομελικού τύπου μυϊκή αδυναμία γαλακτική οξέωση και επιληπτική δραστηριότητα. Ένας από τους ασθενείς, ένα ιδιαίτερο ευφυές άτομο, εμφάνιζε επιληπτικές κρίσεις και γαλακτική οξέωση και παρουσίαζε ψευδοϋπερτροφία των γαστροκνημίων, σημείο που οδήγησε στην λανθασμένη διάγνωση της μυοπάθειας, τύπου Duchence. Δύο από τους ασθενείς, μητέρα-γιός, εμφάνιζαν γαλακτική οξέωση, φαινόμενα περιφερικής πολυνευροπάθειας, και παράλληλα είχαν σαφή κεντρομελική μυϊκή αδυναμία. Σε έναν από τους ασθενείς διαπιστώθηκε διαταραχή της οφθαλμοκίνησης του τύπου του περιορισμού των συζυγών κινήσεων των οφθαλμών. Οι μυϊκές μάζες δεν έδειχναν ιδιαίτερου βαθμού ατροφία και η ψηλάφηση αυτών δεν ήταν επώδυνη. Τα τενόντια αντανακλαστικά ήταν ελαττωμένα στους τρείς ασθενείς, η επίκρουση των μυϊκών μαζών δεν παρείχε δεσμιδικές συσπάσεις και ο ηλεκτρομυογραφικός έλεγχος κατέδειξε και στους πέντε ασθενείς σαφή μυογενή βλάβη. Τα ένζυμα CPK., SGOT, SGPT, και αλδολάση ήταν αυξημένα και στους πέντε ασθενείς. Τα ανωτέρω ευρήματα μας οδήγησαν στη διάγνωση της μυοπάθειας ακριβή φύση της οποίας κατέδειξε η μυϊκή βιοψία.
Οι βιοψίες οι οποίες ελήφθησαν από τους ασθενείς υπέστησαν μονιμοποίηση σε διάλυμα 2,5% γλουταραλδεϋδης και 1% παραφολμαδεϋδης σε φωσφορικό διάλυμα Karnowski όπου παρέμειναν επί πέντε ώρες σε θερμοκρασία 3C. Στην συνέχεια υπέστησαν εκ νέου μονιμοποίηση με διάλυμα τετροξειδίου του οσμίου 1% (30 min) σε θερμοκρασία δωματίου. Στην συνέχεια τα παρασκευάσματα υπέστησαν ταχεία αφυδάτωση με διαδοχική εμβάπτισή τους σε ανιόντα διαλύματα αιθυλικής αλκοόλης 50%-60%75%-80%-90%-100%, και παραμονή τους επί 10 min. σε καθένα από αυτά ενώ η ολοκλήρωση της αφυδάτωσης συνετελέσθει με παραμονή των παρασκευασμάτων σε δύο διαδοχικά απόλυτα οξείδια του προπυλενίου επί 30 min, σε καθένα απ' αυτά. Μετά την αφυδάτωση έγινε εγκλεισμός κάθε παρασκευάσματος σε κύβους αραλδύτου οι οποίοι αρχικά υπέστησαν τμήση σε ημίλεπτες τομές οι οποίες χρωματίσθηκαν με διάλυμα 1% κυανού της τολουιδίνης. Στην συνέχεια υπέστησαν τμήση σε λεπτές τομές της τάξης των 14-15 nm οι οποίες ενεποτίσθησαν από οξεικό ουρανύλιο και κιτρικό μόλυβδο και μελετήθηκαν στο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο, κατασκευής Zeiss τύπου 9AS, υπό τάση 80 KV.
Παρατηρήσεις
Τα σαρκομερή σε όλες τις περιπτώσεις δεν εμφάνιζαν ουσιώδεις μορφολογικές αλλοιώσεις. Τόσο η γραμμή Ν παρουσίαζαν ομοιογενή διάταξη των μορίων της ακτίνης και μυοσίνης. Ελαφρά διεύρυνση των δεξαμενών του σαρκοπλασματικού δικτύου παρετηρήθει σε όλες τις περιπτώσεις. Στις επιμήκεις όσο και στις εγκάρσιες και λοξές τομές διεπιστώθει ότι οι δεξαμενές του σαρκοπλασματικού δικτύου διευρύνονταν σε ένα τρισδιάστατο επίπεδο και όχι σπάνια η διεύρυνση αυτή συνέπιπτα με ανάλογη διεύρυνση των σχηματισμών της τριάδας του Τσωληναριακού συστήματος των μυών. Κυρίως κοντά στον πυρήνα παρετηρείτο σφαιροειδής διάταση των δεξαμενών του λείου ενδοπλασματικού δικτύου οι οποίες όχι σπάνια προσλάμβαναν πολυκυστεοειδή μορφή. Το γλυκογόνο ήταν κατανεμημένο περιπυρηνικώς, όπως συμβαίνει και στις φυσιολογικές μυϊκές ίνες, ανάμεσα στα σαρκομερή, γύρω από την συσκευή του Golgi, από τα στοιχεία του Τ-σωληναριακού συστήματος και ιδίως γύρω από τα μιτοχόνδρια.
Ήταν εντυπωσιακό το φαινόμενο ότι σε όλες τις μιτοχονδριακές μυοπάθειες τις οποίες εξετάσαμε τα κοκκία του γλυκογόνου ήταν συναθροισμένα κατά ομάδες γύρω από τα μιτοχόνδρια ενώ φέρονταν μεμονωμένα χωρίς να συρρέουν γύρω από τις δεξαμενές του σαρκοπλασματικού δικτύου και των σχηματισμόν του Τ-σωληναριακού συστήματος. Ο πυρήνας ήταν κατά κανόνα διατεθημένος κοντά στην περιφέρεια χωρίς όμως να είναι σπάνια και η κεντρικότερη θέση αυτού σε ορισμένες μυϊκές ίνες.
Τα μιτοχόνδρια παρουσίαζαν μία ευρεία ποικιλομορφία. Άλλα από αυτά ήταν εξαιρετικά μικρά δίνοντας την εντύπωση ευμεγέθων κυστιδίων, και άλλοτε προσλάμβαναν γιγαντιαίες διαστάσεις εμφανίζοντας τριπλάσια επιμήκη διάμετρο σε σχέση με τα μιτοχόνδρια του φυσιολογικού μυός, καθώς και διπλάσια ή και μεγαλύτερη την εγκάρσια διάμετρο. Όχι σπάνια προσλάμβαναν κορυνοειδές σχήμα εμφανίζοντας ευμεγέθη εγκάρσια διάμετρο κατά το ένα ημιμόριό τους και βραχεία κατά το άλλο. Η διάταξή τους δεν ακολούθησε ένα τυπικό ή καθορισμένο σχήμα. Άλλοτε διατίθονταν κατά ιδιαιτέρως ευμεγέθεις ομάδας στην περιφέρεια των μυϊκών ινών κάτω από την σαρκειληματική μεμβράνη, άλλοτε κατά ευμεγέθεις ομάδες ανάμεσα των σαρκομερών και άλλοτε εμφάνιζαν αδρά περιπυρηνική συγκέντρωση. Παράλληλα σχημάτιζαν ευμεγέθεις μιτοχονδριακάς ομάδας υπό το σαρκείλημα και άλλοτε εμφανίζονταν με τη μορφή πολυαρίθμων επιμήκων αλύσων ανάμεσα των σαρκομερών με μορφή μικρών σφαιροειδών σχηματισμών στα σημεία του διχασμού του Τ-σωληναριακού συστήματος. Μιτοχόνδρια ακανονίστου σχήματος δίκην κλεψύδρας, τριγωνικών σχηματισμών, τραπεζοειδών μορφωμάτων, κρυσταλοειδών σωμάτων ρομβοειδούς σχήματος παρατηρούνταν σε ευρεία έκταση σε όλα τα μελετηθέντα παρασκευάσματα.
Από όλα τα μορφολογικά στοιχεία εκείνο που είναι άξιο ιδιαιτέρας περιγραφής είναι η εσωτερική δομή των μιτοχονδρίων. Πολλές φορές παρατηρήσαμε μιτοχόνδρια που είχαν πεπαχυμένες τις ακρολοφίες τους, πεπαχυμένη την εξωτερική τους μεμβράνη, έχοντα πολυάριθμα μικρά κυστίδια εντός των διαστημάτων μεταξύ των ακρολοφιών τους με αποτέλεσμα πολλές φορές να προσλαμβάνουν κυψελοειδή χαρακτήρα. Σε όλες τις περιπτώσεις ευμεγέθη μιτοχόνδρια παρουσίαζαν κυκλική διάταξη των ακρολοφιών με την μορφή ομοκέντρων κύκλων οι οποίες έμοιαζαν σαν πετάλια μυελίνης. Μεταξύ των ακρολοφιών παρεμβάλονταν μικρά κυστίδια στο κέντρο των οποίων υπήρχε μικροϊνιδώδες υλικό αναμεμυγμένο με μικρά κυστίδια της τάξεως των 10-15 nm.
Ευρείες άλυσοι γιγαντιαίων μιτοχονδρίων παρατηρούνταν πολλές φορές ανάμεσα των σαρκομερών. Τα ευμεγέθη αυτά μιτοχόνδρια παρουσίαζαν κατάτμηση των ακρολοφιών και συγκέντρωση πληθώρας μικροϊνιδίων και λεπτών κοκκίων, η διάμετρος των οποίων δεν ξεπερνούσε τα 3-4 nm. Μιτοχόνδρια παρεμβάλονταν επίσης μεμονωμένα ή κατά μικρές ομάδες, εμφανίζοντας πολυποειδή διάταξη των ακρολοφιών, παράλληλη γραμμική διάταξη, ομόκεντρη διάταξη ή αντιθέτως χιαστή διάταξη των ακρολοφιών αλληλοτεμνομένων σε σημείο ώστε να προσλαμβάνει το μιτοχόνδριο κρυσταλλοειδή μορφή. Σε ορισμένες περιπτώσεις το μιτοχόνδριο είχε μηνοειδή ή κυκλικό χαρακτήρα και περιέβαλλε δεξαμενές του λεπτού ενδοπλασματικού δικτύου, άλλοτε διησέδυε μέσα στα μόρια της ακτίνης και της μυοσίνης στο χώρο τος σαρκομερούς και οι ακρολοφίες παρεμβάλλονταν μεταξύ των μορίων σαν να είχαν συντακτεί με τη συσταλτή ουσία του μυός. Σε ορισμένες περιπτώσεις παρατηρήσαμε σύνθετη διαφόρφωση των μιτοχονδρίων, δηλαδή εντός ενός ευμεγέθους μιτοχονδρίου διαμορφώνονταν ένα ή περισσότερα μικρότερα, η περιφερική μεμβράνη των οποίων αναπτυσσόταν ανάμεσα των ακρολοφιών του ευμεγέθους μιτοχονδρίου.
Συζήτηση
Από την παρούσα μελέτη των μιτοχονδριακών μυοπαθειών τις οποίες κλινικώς και νευροπαθολογικώς ερευνήσαμε, προκύπτουν οι ακόλουθες διαπιστώσεις:
Τα ανωτέρω φαινόμενα συνηγορούν υπέρ της απόψεως ότι οι μιτοχονδριακές μυοπάθειες δεν έχουν πάντα την τραγική εικόνα του συνδρόμου Kearns-Sayre, MELAS ή MERRF. Πολλές, ηπιότερες μορφές, διαδράμουν μία αμβληχρά πορεία χωρίς να θίγουν την νοητική επιφάνεια του ατόμου και χωρίς να συνεπάγονται βαρειές διαταραχές της κινητικότητας του πάσχοντος.
Η μυϊκή βιοψία ως εκ τούτου, εξεταζόμενη υπό το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο, αποτελεί τη μόνη δυνατότητα επισήμανσης της αιτιοπαθογένειας της νόσου με την αποκάλυψη των παθογνομωνικών χαρακτηριστικών διαταραχών της μορφολογίας των μιτοχονδρίων. Η λεπτή υφή των μιτοχονδριακών μυοπαθειών αποκαλύπτει τα ακόλουθα στοιχεία:
α) τη μεγάλη ποικιλομορφία στο σχήμα και στο μέγεθος των μιτοχονδρίων.
β) την αδρά διαταραχή της οργάνωσης των μιτοχονδρίων, η οποία συνίσταται στην πολύμορφη και άτυπη διάταξη των μιτοχονδριακών ακρολοφιών και μερικές φορές στην πλήρη κατάργηση της συνήθους αρχιτεκτονικής διάταξης των ακρολοφιών των μιτοχονδρίων σε σημείο ώστε να προσλαμβάνουν άμορφη ομοιογενή όψη. Μερικές φορές, σύνολα από πολλά μιτοχόνδρια που περιβάλλονται από κοινή μιτοχονδριακή μεμβράνη συνθέτουν άτυπα μιτοχονδριακά περιγράμματα, μέσα στα οποία παρατηρούνται, κυστεοειδείς σχηματισμοί, κρυσταλοειδή σωμάτια ή συγκεντρώσεις οσμιόφιλου υλικού αδρά ή πεταλιώδη διάταξη .
Εκτός από τις μιτοχονδριακές διαταραχές, παρατηρήσαμε, σε όλες σχεδόν τις περιπτώσεις που περιγράψαμε, διεύρυνση του σαρκοπλασματικού δικτύου, του σχηματισμού των τριάδων και ικανή συγκέντρωση κοκκίων γλυκογόνου γύρω από τα μιτοχόνδρια. Σε παλαιότερες περιγραφές της λεπτής υφής των μιτοχονδριακών μυοπαθειών, αυτές διακρίθηκαν στις μεγα-μιτοχονδριακές και μικρο-μιτοχονδριακές (megaconial, microconial). Επίσης από τον αριθμό των μιτοχονδρίων διαιρέθηκαν σε πλειομιτοχονδριακές και ολιγομιτοχονδριακές (pleoconial, oligoconial). Η διάκριση αυτή δεν αντικατοπτρίζει τη δυναμικότητα της μορφολογικής εναλλαγής η οποία χαρακτηρίζει το σύστημα των μυϊκών μιτοχονδρίων. Έτσι τα μιτοχόνδρια μεταβάλουν συνεχώς σχήμα και μέγεθος παρέχοντα μία ασταθή και μεταβαλλόμενη μορφολογική έκφραση με αποτέλεσμα τα κύρια κριτήρια της μιτοχονδριακής μυοπάθειας σε μορφολογικό επίπεδο να συνίστανται στην κατά ομάδες και άτυπη διάταξη των μιτοχονδρίων μέσα στην μυϊκή ίνα και κατά δεύτερο λόγο στη διαταραχή της εσωτερικής διάταξής τους και στην κατάργηση έτσι της αρμονικής ανάπτυξης των μιτοχονδριακών ακρολοφιών. Η τελευταία αυτή μορφολογική αλλοίωση συνεπάγεται κατά κανόνα ελάττωση της λειτουργικής επιφάνειας των μιτοχονδρίων με αποτέλεσμα την πλημμελή έκφραση του όλου έργου της οξειδωτικής φωσφορυλίωσης και την πλημμελή διακίνηση των ενζύμων της αναπνευστικής αλύσου. Αποτέλεσμα του τελευταίου φαινομένου είναι η διαταραχή του μεταβολισμού του ασβεστίου στο μυ η οποία εκφράζεται με τη διάταση των δεξαμενών του λείου ενδοπλασματικού δικτύου, της μείζονος επιβάρυνσης του Τ-σωληναριακού συστήματος και της διεύρυνσης των σχηματισμών της τριάδος.
Η μελέτη των μιτοχονδριακών μυοπαθειών, η οποία τα τελευταία χρόνια γίνεται κυρίως με τη βοήθεια της γενετικής, επισήμανσης και της μορφολογικής ανάλυσης με το ηλεκτρικό μικροσκόπιο, αποκαλύπτει συνεχώς όλο και νέα στοιχεία τα οποία είναι ιδιαιτέρως χρήσιμα όχι μόνο στην κατανόηση της παθογένειας των παθήσεων αυτών αλλά και στην εμβάνθυση των σχέσεων των μιτοχονδρίων με τον υπόλοιπο κυτταρικό πληθυσμό.
ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ
Di Mauro S, Bonilla E, Zeviani M, Nakagawa M, De Vivo D: Mitochondrial myopathies. Ann. Neurol. 1985, 17: 521-538.
Fukuhara N, Tokiguchi S, Shirawa S, Tsubaki T: Myoclonus epilepsy associated with red ragged fibers mitochondrial abnormalities: disease entity or syndrome? Light and electrtoscopic studies on two cases and rewiew of the literature. J. Neurol. Sci. 1980 47: 117-133.
Pavlakis SG, Phillips PC, Di Mauro S, De Vivo DC, Rowland LP: Mitochondrial myopathy, encephalopathy lactic acidosis and stroke like episodes MELAS: a distinative clinical syndrome. Ann. Neurol. 1984, 16: 481-488.
Shy GM, Gonatas NK: Human myopathy with giant abnormal mitochondria. Science 1964, 145: 493-496.
