Врожденная красно-зеленая цветовая слепота | |
---|---|
Другие имена | Дальтонизм; нарушение восприятия красного и зеленого цветов |
Пример теста Ишихары , который можно использовать для выявления дальтонизма на красный и зеленый цвета. Люди с нормальным цветовым зрением должны видеть зеленую цифру «74» на оранжевом фоне. Люди с дальтонизмом на красный и зеленый цвета могут видеть цифру «21» или вообще не видеть никакой цифры, при этом оттенки зеленого и красного кажутся гораздо более похожими, если не неразличимыми. | |
Специальность | Офтальмология |
Симптомы | Уменьшение цветового различия по оси красный-зеленый |
Обычное начало | Врожденный |
Продолжительность | Пожизненный |
Причины | Генетический ( наследственный , обычно сцепленный с Х-хромосомой ) [1] |
Метод диагностики | Тесты на цветовое зрение [1] |
Дифференциальная диагностика | Приобретенная красно-зеленая цветовая слепота |
Уход | Никто |
Медикамент | Никто |
Частота | 2-9% мужчин; <1% женщин |
Врожденная красно-зеленая цветовая слепота — это наследственное заболевание, которое является основной причиной большинства случаев дальтонизма . Оно не имеет существенных симптомов, за исключением незначительного или умеренного влияния на цветовое зрение . [1] Оно вызвано изменением функциональности красных и/или зеленых белков опсина , которые являются светочувствительным пигментом в колбочках сетчатки, которые опосредуют цветовое зрение. [1] Мужчины чаще наследуют красно-зеленую цветовую слепоту, чем женщины, поскольку гены соответствующих опсинов находятся на Х-хромосоме . [1] Скрининг на врожденную красно-зеленую цветовую слепоту обычно проводится с помощью теста Ишихары или аналогичного теста на цветовое зрение . [1] Это пожизненное заболевание, и для него нет известного лечения. [1]
Эту форму цветовой слепоты иногда исторически называют дальтонизмом в честь Джона Дальтона , у которого была врожденная красно-зеленая цветовая слепота, и который был первым, кто ее научно изучил. В других языках дальтонизм по-прежнему используется для описания красно-зеленой цветовой слепоты, но может также в разговорной речи относиться к цветовой слепоте в целом.
Единственным существенным симптомом врожденной красно-зеленой цветовой слепоты является недостаточное цветовое зрение (цветовая слепота или дискроматосия). У субъекта с красно-зеленой цветовой слепотой будет снижено (или не будет) различение цветов по оси красно-зеленого. Обычно это включает следующие цвета путаницы: [ необходима цитата ]
Размерность | |||
Дихроматия | Аномальная трихромазия | ||
Конус | L-конус | протанопия | Протаномалия |
М-конус | Дейтеранопия | Дейтераномалия |
Врожденная красно-зеленая цветовая слепота подразделяется на 1 из 4 групп: [ необходима ссылка ]
Каждая из этих групп состоит из префикса и суффикса. Префикс указывает на колбочку ( фотопсин ), которая затронута, с лексемами из греческого языка «первый» ( прот- ) или «второй» ( дейтер- ), относящимися к L- и M-опсинам соответственно. Суффикс указывает на размерность цветового зрения :
Размерность нормального цветового зрения является трихроматической . Это относится к зрительной системе с тремя различными классами колбочек и, следовательно, трехмерной гаммой . Дихроматическое цветовое зрение имеет только два различных класса колбочек и, следовательно, двухмерную гамму. При красно-зеленой дихроматии теряется измерение, представляющее красно-зеленый оппонирующий канал. Аномальная трихроматия также является трихроматической, но спектральная чувствительность по крайней мере одной из колбочек изменяется, что приводит к гамме, которая имеет другой размер или форму. В случае врожденной красно-зеленой цветовой слепоты динамический диапазон красно-зеленого измерения уменьшается по сравнению с нормальным цветовым зрением. [ необходима цитата ]
Размерность дефекта связана с силой/тяжестью, но обычно гораздо проще клинически определить тяжесть эмпирически как легкую, умеренную и сильную (или сильную). Аномальная трихроматия может варьироваться по степени тяжести от неотличимой от нормального цветового зрения (легкая) до неотличимой от дихроматии (сильная). Поэтому дифференциальная диагностика между аномальной трихроматией и дихроматией затруднена. [2] Примером клинического диагноза может быть сильная дейтана , которая может соответствовать как дейтераномалии, так и дейтеранопии. [ требуется ссылка ]
В зависимости от пораженной колбочки различают два типа врожденной красно-зеленой цветовой слепоты: [ необходима ссылка ]
Несмотря на то, что их часто называют красно- и зелено-слепыми соответственно, протановые и дейтановые разновидности имеют очень похожие фенотипы (цветовое зрение), особенно по сравнению с тритановой цветовой слепотой. Состояние называется красно-зеленой цветовой слепотой не потому, что красный и зеленый являются показательными цветами путаницы, и не потому, что затронуты «красные» и «зеленые» колбочки, а потому, что затронут канал процесса оппонента красно-зеленого . При дихроматии этот канал одинаково деактивируется независимо от того, какая колбочка (LWS или MWS) отсутствует. При аномальной трихроматии этот канал одинаково поражается независимо от того, какая колбочка эффективно движется к другой. [ необходима цитата ]
Самое яркое отличие — эффект скототеритроуса, при котором красные цвета кажутся протанам более тусклыми. Вот почему протаны часто путают красный цвет с черным, а дейтаны — нет. Функция световой эффективности протана уже на длинных волнах, что делает красные цвета темнее. Это происходит из-за того, что красные колбочки (которые обычно покрывают красную сторону спектра) либо смещаются в сторону более коротких длин волн, либо отсутствуют. [ требуется цитата ]
Эти два цвета трудно различить с помощью тестов на цветовое зрение , но наиболее надежно это делается с помощью аномалоскопа . Это устройство измеряет долю красного и зеленого света, которые должны быть смешаны, чтобы перцептивно соответствовать желтому эталону. Протаны добавляют больше красного, чем цветовые нормали, а дейтаны добавляют больше зеленого. [ необходима цитата ]
Механизм врожденной красно-зеленой цветовой слепоты связан с функциональностью колбочек , в частности с экспрессией фотопсинов , фотопигментов, которые «ловят» фотоны и тем самым преобразуют свет в химические сигналы. У типичного человека есть три различных фотопсина: S-, M- и L-опсины, экспрессируемые различными генами, соответственно OPN1SW , OPN1MW или OPN1LW . OPN1MW и OPN1LW расположены в кластере генов (вместе с геном области контроля локуса ) в позиции Xq28, в конце плеча q Х-хромосомы в тандемном массиве . [4] OPN1SW не связан с этим состоянием и расположен на другой хромосоме. Гены в кластере обобщены в следующей таблице:
Тип | ОМИМ | Ген | Локус | Цель |
Регион контроля локуса | 300824 | ЛКР [5] | Xq28 | Действует как промоутер экспрессии двух генов опсина впоследствии [5] и гарантирует, что только один из двух опсинов (LWS или MWS) экспрессируется исключительно в каждой колбочке. [6] |
LWS опсин | 300822 | ОПН1ЛВ | Xq28 | Кодирует белок фотопсина LWS (красный) . |
MWS опсин | 300821 | ОПН1МВ | Xq28 | Кодирует белок фотопсина MWS (зеленый) . |
Отличаясь от события дупликации 30-40 млн лет назад, [7] два опсина являются высоко гомологичными (очень похожими), имея только 19 диморфных участков (различающихся аминокислот) [8] и, следовательно, на 96% похожи. [9] Для сравнения, любой из этих генов опсина только на 40% гомологичен OPN1SW (кодирующему фотопсин SWS и расположенному на хромосоме 7 ) или «RHO» (кодирующему родопсин и расположенному на хромосоме 3 ). [9]
Хотя два гена разделяют 19 диморфных участков (различающиеся аминокислоты), только 7 из них приводят к функциональному различию между генами, то есть настраивают спектральную чувствительность опсина . [8] Эти 7 функционально диморфных участков настраивают опсин на более высокую ( красное смещение ) или более низкую ( синее смещение ) длину волны. Типичный (наиболее распространенный) аллель для гена OPN1MW смещен в синюю сторону на каждом из этих диморфных участков. Аналогично, типичный аллель для гена OPN1LW смещен в красную сторону на каждом из этих диморфных участков. Другими словами, наиболее распространенные аллели каждого гена, которые способствуют нормальному цветовому зрению, находятся так далеко друг от друга в спектре, как только могут (около 30 нм) без новых точечных мутаций . [ необходима цитата ]
Во время мейоза может происходить гомологичная рекомбинация между хромосомами одного типа, когда они обмениваются частью своих генов. Обмениваемые части обычно эквивалентны (имеют одинаковые гены), и этот процесс называется равной гомологичной рекомбинацией. [6] Неравная гомологичная рекомбинация происходит, когда обмениваемые части хромосом не равны, т. е. они не ломаются в одном и том же месте. Эта рекомбинация часто происходит в этом локусе, потому что гены OPN1LW и OPN1MW являются смежными и на 96% похожи. [ необходима цитата ]
Когда происходит неравная рекомбинация с разрывами между генами (изображено синими линиями), ген может быть по существу удален из одной из хромосом. Эта делеция гена приводит к протанопии или дейтеранопии (врожденной красно-зеленой дихромазии). [ необходима цитата ]
Когда происходит неравная рекомбинация с разрывами в середине гена (например, между экзонами ), могут быть созданы химерные гены, содержащие части каждого из генов OPN1LW/OPN1MW. [ необходима цитата ]
Химерный ген содержит экзоны, полученные из типичных аллелей каждого из генов OPN1MW и OPN1LW. Из-за сходства между генами эти химеры всегда функциональны, но испытывают спектральную настройку, т. е. изменение спектральной чувствительности. Спектральная чувствительность химеры будет находиться где-то между типичными пиками аллелей (530~560 нм). Эти химерные аллели обозначены звездочкой, M* или L*. То, описывается ли химерный ген как M* или L*, основано не на том, ближе ли он по спектру к типичному аллелю M или L, а скорее на противоположности другого экспрессируемого гена. Это означает, что один и тот же химерный ген может быть обозначен как M* или L* в зависимости от того, какие еще гены находятся в кластере генов. У человека с протаномалией будут опсины M и L*, а у человека с дейтераномалией будут опсины L и M*.
В следующей таблице приведены 7 диморфных участков, которые способствуют спектральной настройке, включая их экзон и спектральный сдвиг между типичными экзонами OPN1MW и OPN1LW (в целом): [6]
Позиция аминокислоты | Аминокислота в типичном М-опсине | Аминокислота в типичном L-опсине | Экзон | Спектральный сдвиг |
---|---|---|---|---|
309 | Фенилаланин | Тирозин | 5 | ±21 нм |
285 | Аланин | Треонин | ||
277 | Фенилаланин | Тирозин | ||
233 | Серин | Аланин | 4 | ±4 нм |
230 | Треонин | Изолейцин | ||
180 | Аланин | Серин | 3 | ±3 нм |
116 | Тирозин | Серин | 2 | ±2 нм |
Дупликации генов являются одним из результатов неравной гомологичной рекомбинации. Могут дуплицироваться либо OPN1LW , либо OPN1MW , хотя последний встречается гораздо чаще. Только 5% Х-хромосом содержат несколько генов OPN1LW, но 55% содержат несколько генов OPN1MW, иногда до 4. [7] Иногда дублирующиеся гены обозначаются числовыми суффиксами, где ген OPN1MW во второй позиции называется OPN1MW2 . Дублированные гены всегда находятся в последовательности и могут состоять из разных аллелей гена, но только первый ген из дублирующей серии когда-либо экспрессируется. [ необходима цитата ]
Хотя монохромазия с синими колбочками проявляет гораздо более сильные симптомы, чем врожденная красно-зеленая цветовая слепота (включая полную цветовую слепоту), она следует очень похожему механизму. В большинстве случаев сначала должна произойти неравная гомологичная комбинация, чтобы создать генотип с одним геном L/M-опсина. Затем этот ген должен претерпеть бессмысленную мутацию, чтобы полностью деактивировать его.
Врожденный означает, что состояние присутствует с рождения, но обычно используется для обозначения генетической, унаследованной основы состояния. Это отличается от приобретенной цветовой слепоты , которая отсутствует при рождении и может быть вызвана старением, несчастными случаями, приемом лекарств и т. д. [10]
Поскольку затронутые гены опсина ( OPN1LW и OPN1MW ) находятся на Х-хромосоме, они сцеплены с полом и, следовательно, непропорционально сильно влияют на мужчин и женщин. Поскольку аллели дальтонизма рецессивны, дальтонизм наследуется по рецессивному типу, сцепленному с Х-хромосомой . У мужчин только одна Х-хромосома ( кариотип XY ), а у женщин — две (кариотип XX); Поскольку у мужчины есть только один аллель каждого гена, если он отсутствует или химерный, мужчина будет дальтоником. Поскольку у женщины есть два аллеля каждого гена (по одному на каждой хромосоме), если мутирует только один аллель, доминантные нормальные аллели «перекроют» мутировавший рецессивный аллель, и у женщины будет нормальное цветовое зрение. Однако, если у женщины два мутировавших аллеля, она все равно будет дальтоником. Вот почему наблюдается непропорционально высокая распространенность дальтонизма: ~8% мужчин и ~0,5% женщин страдают дальтонизмом (0,08² = 0,0064 = 0,64%).
Некоторые выводы из таблицы включают: [ необходима ссылка ]
Квадрат Паннета и этот раздел предполагают, что каждая хромосома имеет только один пораженный ген. Он также предполагает, что самки с двумя пораженными хромосомами поражены таким же образом. [ необходима цитата ]
Генотип | Результат |
---|---|
X МЛ Y | Незараженный самец |
X М*Л Y | Дейтанский мужчина |
X МЛ* Y | Протан мужской |
X М*Л* Г | Мужчина с возможным BCM |
X МЛ X МЛ | Незараженная самка |
X МЛ X МЛ* X МЛ X М*Л | Носитель женского пола ( возможный тетрахромат ) |
X МЛ X М*Л* X М*Л X МЛ* | Носитель женского пола ( возможный пентахромат ) |
X МЛ* X МЛ* X М*Л X М*Л | Протан/Дейтан Женский |
Таблица справа показывает возможные комбинации аллелей/хромосом и то, как их взаимодействие проявится у индивидуума. Точный фенотип некоторых комбинаций зависит от того, представляет ли затронутый ген аномальный аллель или отсутствует. Например, у самца X M*L* Y может быть монохромазия с синими колбочками , если оба гена отсутствуют/нефункциональны, или почти нормальное цветовое зрение, если оба гена аномальные.
Самки, гетерозиготные по аномальной трихроматии (т.е. носители ), могут быть тетрахроматами . [6] У этих самок есть два аллеля для гена OPN1MW или OPN1LW , и поэтому они экспрессируют как нормальные, так и аномальные опсины. Поскольку одна Х-хромосома инактивируется случайным образом в каждой фоторецепторной клетке во время развития самки, эти нормальные и аномальные опсины будут разделены на свои собственные колбочки, и поскольку эти клетки имеют разную спектральную чувствительность , они могут функционально функционировать как разные классы колбочек. Следовательно, у этой теоретической самки будут колбочки с пиковой чувствительностью при 420 нм (колбочка S), 530 нм (колбочка M), 560 нм (колбочка L) и четвертая (аномальная) колбочка между 530 нм и 560 нм (колбочка M* или L*). [11] [12] [13]
Если женщина гетерозиготна и по протаномалии, и по дейтераномалии, она может быть пентахроматкой . Степень, в которой женщины, являющиеся носителями либо протаномалии, либо дейтераномалии, являются явно тетрахроматичными и требуют смеси четырех спектральных источников света для соответствия произвольному источнику света, очень изменчива. Джеймсон и др. [14] показали, что с помощью соответствующего и достаточно чувствительного оборудования можно продемонстрировать, что любая женщина-носитель красно-зеленой цветовой слепоты (т. е. гетерозиготной протаномалии или гетерозиготной дейтераномалии) является тетрахроматом в большей или меньшей степени.
Поскольку частота аномальной трихроматии у мужчин составляет ~6%, что должно равняться частоте аномальных аллелей M-опсина или L-опсина, то из этого следует, что распространенность незатронутых женщин-носителей дальтонизма (и, следовательно, потенциальных тетрахроматов) составляет 11,3% (т. е. 94% × 6% × 2) на основе принципа Харди-Вайнберга . [15] Одна такая женщина, как широко сообщалось, является истинным или функциональным тетрахроматом, поскольку она может различать цвета, которые большинство других людей не могут. [12] [13]
Диагноз врожденной красно-зеленой цветовой слепоты обычно выводится с помощью психофизического тестирования . Эти тесты на цветовое зрение определяют фенотип цветового зрения, а не генотип субъекта, поэтому не способны отличить приобретенную от врожденной красно-зеленой цветовой слепоты. Однако цветовое зрение и генотип тесно связаны, особенно когда исключена приобретенная цветовая слепота. [16] Цветовой тест Ишихары является тестом, наиболее часто используемым для выявления дефицита красно-зеленого цвета и наиболее часто признаваемым общественностью. [17]
Если психофизическое тестирование нежелательно, вместо него можно использовать электроретинограмму (ЭРГ). ЭРГ измеряет электрический ответ сетчатки как функцию длины волны света. Из-за формы спектральной чувствительности колбочек пиковые длины волн чувствительности колбочек можно предположить из ЭРГ. Пиковые длины волн тесно связаны с генотипом. [ 16]
Генотип можно оценить напрямую, секвенировав гены OPN1MW и OPN1LW. Корреляция между генотипом и фенотипом (цветовое зрение) хорошо известна, поэтому генетическое тестирование может быть полезным дополнением к психофизическим тестам на цветовое зрение , которые могут предоставлять неполную информацию. [18]
Несмотря на недавние улучшения в генной терапии дальтонизма , в настоящее время не существует одобренного FDA лечения врожденного дальтонизма на красный и зеленый цвета, и других лекарств не существует. Управление состоянием посредством использования очков для дальтонизма для облегчения симптомов или приложений для смартфонов для помощи в повседневных задачах возможно. [ необходима цитата ]
Дихроматия | 2.1% |
---|---|
Дейтеранопия | 1.1% |
протанопия | 1.0% |
Аномальная трихромазия | 5.8% |
Протаномалия | 1,2% |
Дейтераномалия | 4,6% |
Врожденная красно-зеленая цветовая слепота поражает большое количество людей, особенно людей европейского происхождения, где 8% мужчин и 0,4% женщин демонстрируют врожденную красно-зеленую цветовую недостаточность. [19] Более низкая распространенность среди женщин связана с Х-сцепленным наследованием врожденной красно-зеленой цветовой слепоты, как объяснялось выше. Интересно, что даже самая первая статья Дальтона уже пришла к этому числу в 8%: [20]
...примечательно, что из 25 моих учеников, которым я когда-то объяснял этот предмет, двое согласились со мной...
— Джон Дальтон, Необычайные факты, касающиеся цветовосприятия: с наблюдениями (1798)
Другие этнические группы, как правило, имеют более низкую распространенность врожденной красно-зеленой цветовой слепоты. В следующей таблице обобщены результаты ряда исследований, проведенных в разных регионах.
Население | Число изученных | % |
---|---|---|
Арабы ( друзы ) | 337 | 10.0 |
Австралийские аборигены | 4,455 | 1.9 |
бельгийцы | 9,540 | 7.4 |
боснийцы | 4,836 | 6.2 |
Британцы | 16,180 | 6.6 |
китайский | 1,164 | 6.9 |
ДР Конголезский | 929 | 1.7 |
Голландский | 3,168 | 8.0 |
Фиджийцы | 608 | 0,8 |
Французский | 1,243 | 8.6 |
немцы | 7,861 | 7.7 |
хуту | 1000 | 2.9 |
Индийцы ( Андхра-Прадеш ) | 292 | 7.5 |
инуиты | 297 | 2.5 |
иранцы | 16,180 | 6.6 |
японский | 259,000 | 4.0 |
мексиканцы | 571 | 2.3 |
Навахо | 571 | 2.3 |
Норвежцы | 9,047 | 9.0 |
русские | 1,343 | 9.2 |
шотландцы | 463 | 7.8 |
швейцарский | 2000 | 8.0 |
тибетцы | 241 | 5.0 |
Тсвана | 407 | 2.0 |
Тутси | 1000 | 2.5 |
сербы | 4,750 | 7.4 |
{{cite book}}
: CS1 maint: местоположение ( ссылка )