Cystic fibrosis in the light of contemporary medical-genetic advances (a clinical case study)

Abstract

The development of cystic fibrosis is based on a hereditary pathology of the universal molecular structure of CFTR channels in the membranes of glandular epithelium. The variety of systemic manifestations of the disease requires a comprehensive diagnostic approach. The aim of the study is to improve the diagnosis of cystic fibrosis through a retrospective clinical and pathomorphological investigation of a fatal case of the disease and to highlight current scientific knowledge of the disease’s pathogenesis at the molecular level. Object and research methods. A literature review on the pathology was performed; a retrospective analysis of the autopsy protocol and microscopic preparations of internal organs, stained with hematoxylin and eosin, was conducted on a 10-year-old deceased child who suffered from cystic fibrosis with pancreatic insufficiency. Research results. It was established that pulmonary acidosis was the cause of death in this clinical case. Pulmonary acidosis resulted from impaired gas exchange at the alveolar level, caused by bacterial pneumonia. The development of pneumonia was potentiated by the congenital pathology of the CFTR chloride channels of the bronchial glands, leading to impaired bronchial drainage function and activation of microflora. Dysfunction of the epithelial ion channels in the pancreatic ducts manifested in the patient’s developmental delay, leading to somatogenic dwarfism. The cause was the delayed passage of digestive enzymes and, to some extent, their activation due to impaired secretion hydration and its buffering properties, caused by intracellular retention of Clions and bicarbonates in the ductal system of the gland. Fibrosis and cyst formation were the result of chronic tissue alteration. Secondary changes in the islet apparatus of the pancreas led to the development of diabetes mellitus. The defect of CFTR channels in the glands of the small intestine wall resulted in impaired digestive and regenerative function. Focal replacement of parenchyma with adipose tissue, arteriolar hyalinosis, and fibrosis of the arterial walls were observed. Conclusions. Multiorgan failure in cystic fibrosis is linked to the unity of the mechanism regulating the electrolyte and mineral composition of secretions in target organ glands, with a single gene-CFTR, located on chromosome 7, and its variant mutations being indirectly involved. CFTR channels in cell membranes, associated with the development of cystic fibrosis, are organ non-specific, localized in epithelial intra-acinar ducts, and are involved in the hydration of secretions and their buffering properties. В основі розвитку муковісцидозу лежить спадкова патологія універсальної молекулярної структури каналів CFTR у мембранах залізистого епітелію. Різноманітність системних проявів захворювання потребує комплексного діагностичного підходу. Мета дослідження – покращити діагностику муковісцидозу шляхом ретроспективного клініко-патоморфологічного дослідження летального випадку захворювання та висвітлити сучасні наукові знання про патогенез захворювання на молекулярному рівні. Об’єкт і методи дослідження. Проведено огляд літератури з патології, ретроспективний аналіз протоколу розтину та мікроскопічних препаратів внутрішніх органів, пофарбованих гематоксиліном та еозином, померлої 10-річної дитини, яка страждала на муковісцидоз з недостатністю підшлункової залози. Результати досілдження. Встановлено, що причиною смерті в даному клінічному випадку став легеневий ацидоз. Легеневий ацидоз виник унаслідок порушення газообміну на альвеолярному рівні, спричиненого бактеріальною пневмонією. Розвиток пневмонії посилювалося вродженою патологією хлоридних каналів CFTR бронхіальних залоз, що призводило до порушення дренажної функції бронхів та активації мікрофлори. Дисфункція епітеліальних іонних каналів проток підшлункової залози виявилася затримкою розвитку пацієнта, що призвела до соматогенної карликовості. Причиною було уповільнене проходження травних ферментів і, певною мірою, їх активація через порушення гідратації секрету та його буферних властивостей, спричинених внутрішньоклітинною затримкою іонів Cl- та бікарбонатів у протоковій системі залози. Фіброз та утворення кіст були результатом хронічної зміни тканин. Побічні зміни в острівцевому апараті підшлункової залози призвели до розвитку цукрового діабету. Дефект CFTR-каналів у залозах стінки тонкої кишки призвів до порушення травної та регенеративної функції. Спостерігалися осередкове заміщення паренхіми жировою тканиною, гіаліноз артеріол та фіброз стінок артерій. Висновки. Поліорганна недостатність при муковісцидозі пов’язана з єдністю механізму регуляції електролітного та мінерального складу секреції в залозах органів-мішеней з єдиним геном – CFTR, розташованим на хромосомі 7, і його варіантними мутаціями, які опосередковано залучені. Канали CFTR у клітинних мембра- нах, пов’язані з розвитком муковісцидозу, є органонеспецифічними, локалізуються в епітеліальних інтраацинарних протоках і беруть участь у гідратації секретів та їх буферних властивостях.