عمى الألوان الأحمر والأخضر الخلقي

تتميز الرؤية اللونية الطبيعية بأنها ثلاثية الألوان ، أي أنها تمتلك نظامًا بصريًا بثلاث فئات متميزة من المخاريط، وبالتالي نطاقًا لونيًا ثلاثي الأبعاد . أما الرؤية اللونية ثنائية الألوان، فتمتلك فئتين متميزتين فقط من المخاريط، وبالتالي نطاقًا لونيًا ثنائي الأبعاد. في حالة ثنائية اللون الأحمر والأخضر، يُفقد البُعد الذي يُمثل القناة المتضادة بين الأحمر والأخضر. أما الرؤية اللونية الثلاثية الشاذة، فهي أيضًا ثلاثية الألوان، ولكن تتغير الحساسية الطيفية لخلية مخروطية واحدة على الأقل، مما يؤدي إلى نطاق لوني مختلف في الحجم أو الشكل. في حالة عمى الألوان الأحمر والأخضر الخلقي، ينخفض ​​النطاق الديناميكي لبُعد الأحمر والأخضر مقارنةً بالرؤية اللونية الطبيعية.

يرتبط بُعد العيب بقوته/شدته، ولكن عادةً ما يكون من الأسهل سريريًا تحديد شدته تجريبيًا على أنها خفيفة أو متوسطة أو شديدة. يمكن أن تتفاوت شدة خلل رؤية الألوان الثلاثية من عدم القدرة على تمييزها عن رؤية الألوان الطبيعية (خفيفة) إلى عدم القدرة على تمييزها عن رؤية الألوان الثنائية (شديدة). لذلك، يصعب التفريق بين خلل رؤية الألوان الثلاثية ورؤية الألوان الثنائية. ^{[ 2 ]} مثال على التشخيص السريري هو عمى الألوان الأخضر-الأحمر الشديد ، والذي قد يتوافق إما مع شذوذ رؤية الألوان الخضراء-الأحمر أو عمى رؤية الألوان الخضراء-الأحمر.

النوعان الرئيسيان لعمى الألوان الأحمر والأخضر الخلقي، بناءً على المخروط المصاب، هما:

• بروتان : (2% من الذكور): يفتقرون إلى أو يمتلكون أوبسينات L الشاذة للخلايا المخروطية الحساسة للأطوال الموجية الطويلة.
• Deutan : (6% من الذكور): يفتقرون إلى أو يمتلكون بروتينات M-opsins الشاذة للخلايا المخروطية الحساسة للطول الموجي المتوسط.

على الرغم من تسميتها غالبًا بعمى اللون الأحمر وعمى اللون الأخضر على التوالي، فإنّ أنواع عمى اللون الأحمر (بروتان) وعمى اللون الأخضر (ديوتان) تتشابه في أعراضها (رؤية الألوان)، خاصةً عند مقارنتها بعمى اللون الثلاثي (تريتان). لا يُطلق على هذه الحالة اسم عمى اللون الأحمر والأخضر لأنّ الأحمر والأخضر لونان دالّان على الخلط، ولا لأنّ المخاريط "الحمراء" و"الخضراء" تتأثر، بل لأنّ قناة معالجة اللون الأحمر والأخضر المتضاد تتأثر. في حالة ثنائية اللون، تُعطّل هذه القناة بالتساوي بغض النظر عن المخروط المفقود (الحساس للضوء المنخفض أو الحساس للضوء المتوسط). في حالة ثلاثية الألوان الشاذة، تتأثر هذه القناة بالتساوي بغض النظر عن المخروط الذي يتحرك فعليًا نحو الآخر.

يُعدّ تأثير السكوتيريثروس أبرز الفروقات، حيث تبدو الألوان الحمراء باهتة لدى المصابين بالعمى الصيفي. ولهذا السبب، غالبًا ما يخلط المصابون بالعمى الصيفي بين اللون الأحمر والأسود، بينما لا يفعل المصابون بالعمى الصيفي ذلك. تكون دالة كفاءة الإضاءة لدى المصابين بالعمى الصيفي أضيق عند الأطوال الموجية الطويلة، مما يجعل الألوان الحمراء تبدو أغمق. ويعود ذلك إلى انزياح المخاريط الحمراء (التي تغطي عادةً الجانب الأحمر من الطيف) نحو أطوال موجية أقصر أو غيابها.

يصعب التمييز بين الحالتين باستخدام اختبارات رؤية الألوان ، ولكن يُمكن إجراؤها بدقة أكبر باستخدام جهاز قياس الشذوذ اللوني (Anomaloscope ). يقيس هذا الجهاز نسبة الضوء الأحمر والأخضر اللازم مزجهما لمطابقة اللون الأصفر المرجعي إدراكياً. يُضيف المصابون بعمى الألوان الأحمر (Protan) كمية أكبر من الضوء الأحمر مقارنةً بغير المصابين، بينما يُضيف المصابون بعمى الألوان الأخضر (Deutans) كمية أكبر من الضوء الأخضر.

ترتبط آلية عمى الألوان الأحمر والأخضر الخلقي بوظيفة الخلايا المخروطية ، وتحديدًا بتعبير الفوتوبسينات ، وهي الصبغات الضوئية التي "تلتقط" الفوتونات وتحول الضوء إلى إشارات كيميائية. يمتلك الإنسان الطبيعي ثلاثة أنواع مختلفة من الفوتوبسينات: S-، وM-، وL-، والتي تُعبَّر عنها بواسطة جينات مختلفة، هي OPN1SW ، و OPN1MW ، و OPN1LW على التوالي . يقع الجينان OPN1MW وOPN1LW في مجموعة جينية (إلى جانب جين منطقة التحكم الموضعي ) في الموضع Xq28، في نهاية الذراع q للكروموسوم X، في ترتيب متكرر . ^{[ 4 ]} أما الجين OPN1SW فهو غير مرتبط بهذه الحالة ويقع على كروموسوم مختلف. يلخص الجدول التالي الجينات الموجودة في هذه المجموعة:

تمايز هذان الأوبسينان عن حدث تضاعف جيني حدث قبل 30-40 مليون سنة، ^{[ 7 ]} وهما متماثلان للغاية (متشابهان جدًا)، إذ يحتويان على 19 موقعًا ثنائي الشكل فقط (أحماض أمينية مختلفة)، ^{[ 8 ]} وبالتالي فهما متشابهان بنسبة 96%. ^{[ 9 ]} في المقابل، فإن أيًا من هذين الجينين الأوبسينيين متماثل بنسبة 40% فقط مع OPN1SW (الذي يرمز إلى فوتوبسين SWS ويقع على الكروموسوم 7 ) أو "RHO" (الذي يرمز إلى رودوبسين ويقع على الكروموسوم 3 ). ^{[ 9 ]}

على الرغم من أن الجينين يشتركان في 19 موقعًا ثنائي الشكل (أحماض أمينية مختلفة)، إلا أن 7 منها فقط تؤدي إلى اختلاف وظيفي بينهما، أي أنها تُعدّل حساسية الأوبسين الطيفية . ^{[ 8 ]} تعمل هذه المواقع السبعة ثنائية الشكل وظيفيًا على ضبط الأوبسين على طول موجي أعلى ( انزياح نحو الأحمر ) أو أقل ( انزياح نحو الأزرق ). الأليل النموذجي (الأكثر شيوعًا) لجين OPN1MW مُنزاح نحو الأزرق في كل موقع من هذه المواقع ثنائية الشكل. وبالمثل، فإن الأليل النموذجي لجين OPN1LW مُنزاح نحو الأحمر في كل موقع من هذه المواقع ثنائية الشكل. بعبارة أخرى، فإن الأليلات الأكثر شيوعًا لكل جين، والتي تُساهم في الرؤية اللونية الطبيعية، تكون متباعدة قدر الإمكان في الطيف (حوالي 30  نانومتر) دون حدوث طفرات نقطية جديدة .

أثناء الانقسام الاختزالي، قد يحدث إعادة تركيب متماثل بين كروموسومات من النوع نفسه، حيث تتبادل جزءًا من جيناتها. عادةً ما تكون الأجزاء المتبادلة متكافئة (تحمل الجينات نفسها)، وتُسمى هذه العملية إعادة التركيب المتماثل المتساوي . ^{[ 6 ]} أما إعادة التركيب المتماثل غير المتساوي فتحدث عندما لا تكون الأجزاء المتبادلة من الكروموسومات متساوية، أي أنها لا تنكسر في الموضع نفسه. يحدث هذا النوع من إعادة التركيب بكثرة في هذا الموضع لأن جيني OPN1LW وOPN1MW متجاوران ومتشابهان بنسبة 96%.

عندما يحدث إعادة تركيب غير متكافئ مع حدوث فواصل بين الجينات (موضحة بالخطوط الزرقاء)، يمكن حذف جين ما من أحد الكروموسومات. يؤدي حذف هذا الجين إلى عمى الألوان الأحمر والأخضر الخلقي (بروتانوبيا أو ديوتيرانوبيا).

عندما يحدث إعادة تركيب غير متساوٍ مع حدوث فواصل في منتصف الجين (على سبيل المثال بين الإكسونات )، يمكن إنشاء جينات هجينة تحتوي على أجزاء من كل من جينات OPN1LW/OPN1MW.

يحتوي الجين الهجين على إكسونات مُستمدة من الأليلات النموذجية لكل من جيني OPN1MW وOPN1LW. ونظرًا للتشابه بين هذين الجينين، فإن هذه الجينات الهجينة تكون وظيفية دائمًا، ولكنها تخضع لتعديل طيفي، أي تغيير في الحساسية الطيفية. تقع الحساسية الطيفية للجين الهجين في مكان ما بين قمم الأليلات النموذجية (530-560  نانومتر). يُشار إلى هذه الأليلات الهجينة بعلامة نجمة، إما M* أو L*. لا يعتمد وصف الجين الهجين بـ M* أو L* على قربه الطيفي من الأليل النموذجي M أو L، بل على عكس الجين الآخر المُعبَّر عنه. هذا يعني أن الجين الهجين نفسه قد يُصنَّف M* أو L* اعتمادًا على الجينات الأخرى الموجودة في مجموعة الجينات. فالفرد المصاب بداء بروتانومالي يمتلك أوبسينات M وL*، بينما يمتلك الفرد المصاب بداء ديوتيرانومالي أوبسينات L وM*.

يتضمن الجدول التالي المواقع ثنائية الشكل السبعة التي تساهم في الضبط الطيفي، بما في ذلك الإكسون الخاص بها والانزياح الطيفي بين الإكسونات النموذجية OPN1MW و OPN1LW (ككل): ^{[ 6 ]}

يُعدّ تضاعف الجينات أحد نتائج إعادة التركيب المتماثل غير المتكافئ. يمكن أن يتضاعف كلٌّ من OPN1LW و OPN1MW ، مع أن تضاعف OPN1MW هو الأكثر شيوعًا. 5% فقط من كروموسومات X تحتوي على جينات OPN1LW متعددة، بينما 55% منها تحتوي على جينات OPN1MW متعددة، وقد يصل عددها أحيانًا إلى 4. ^{[ 7 ]} يُشار أحيانًا إلى الجينات المتضاعفة بلاحقات رقمية، حيث يُسمى جين OPN1MW في الموضع الثاني OPN1MW2 . تكون الجينات المتضاعفة دائمًا متسلسلة، وقد تتكون من أليلات مختلفة للجين، ولكن يُعبَّر عن الجين الأول فقط من سلسلة التضاعف.

على الرغم من أن عمى الألوان الأزرق أحادي المخروط يُظهر أعراضًا أقوى بكثير من عمى الألوان الأحمر والأخضر الخلقي (بما في ذلك عمى الألوان الكلي)، إلا أنه يتبع آلية مشابهة جدًا. في معظم الحالات، يجب أولًا حدوث تركيب متماثل غير متكافئ لتوليد نمط جيني يحتوي على جين واحد من نوع L/M-opsin. بعد ذلك، يجب أن يتعرض هذا الجين لطفرة غير منطقية لتعطيله تمامًا.

بما أن جينات الأوبسين المتأثرة ( OPN1LW و OPN1MW ) تقع على الكروموسوم X  ، فهي مرتبطة بالجنس ، وبالتالي تؤثر على الذكور والإناث بشكل غير متناسب. ولأن أليلات عمى الألوان متنحية، فإن عمى الألوان يتبع وراثة متنحية مرتبطة بالكروموسوم X. يمتلك الذكور  كروموسوم X واحدًا فقط ( النمط النووي XY )، بينما تمتلك الإناث اثنين (النمط النووي XX). ولأن الذكر يمتلك أليلًا واحدًا فقط من كل جين، فإذا كان مفقودًا أو خيمريًا، فسيكون الذكر مصابًا بعمى الألوان. ولأن الأنثى تمتلك أليلين من كل جين (واحد على كل كروموسوم)، فإذا كان أحد الأليلين فقط متحورًا، فإن الأليلات الطبيعية السائدة ستتغلب على الأليل المتحور المتنحي، وستتمتع الأنثى برؤية ألوان طبيعية. ومع ذلك، إذا كان لدى الأنثى أليلان متحوران، فستظل مصابة بعمى الألوان. ولهذا السبب هناك انتشار غير متناسب لعمى الألوان، حيث يعاني حوالي 8% من الذكور من عمى الألوان وحوالي 0.5% من الإناث (0.08² = 0.0064 = 0.64%).

تتضمن بعض الاستنتاجات المستخلصة من الجدول ما يلي:

• لا يمكن للذكر أن يرث عمى الألوان من والده.
• يجب أن يكون لدى الأنثى المصابة بعمى الألوان أب مصاب بعمى الألوان.
• يجب أن ترث الأنثى أليلات عمى الألوان من كلا الوالدين لتكون مصابة بعمى الألوان.
• لا تستطيع الإناث المصابات بعمى الألوان إنتاج سوى ذكور مصابة بعمى الألوان.
• لأن الإناث الحاملات لجين عمى الألوان غالباً ما يكون لديهن أب مصاب به، فإن الذكور المصابين بعمى الألوان غالباً ما يكون لديهم جد (أو جد جد) مصاب به أيضاً. وبهذه الطريقة، يُقال غالباً إن عمى الألوان "يتخطى جيلاً".

يفترض مربع بونيت وهذا القسم أن كل كروموسوم يحتوي على جين واحد مصاب فقط. كما يفترض أن الإناث اللاتي لديهن كروموسومان مصابان مصابات بنفس الطريقة.

يُبيّن الجدول على اليمين التوليفات المحتملة للأليلات/الكروموسومات وكيفية ظهور تفاعلاتها في الفرد. يعتمد النمط الظاهري الدقيق لبعض هذه التوليفات على ما إذا كان الجين المتأثر يُمثّل أليلًا شاذًا أو غائبًا. على سبيل المثال، قد يُعاني الذكر ذو النمط الكروموسومي X _M*L* Y من عمى الألوان الأزرق إذا كان كلا الجينين غائبين/غير وظيفيين، أو من رؤية ألوان شبه طبيعية إذا كان كلا الجينين شاذين.

• Y  : كروموسوم خاص بالذكور فقط (لا يؤثر على عمى الألوان)
• X  : سيحتوي الكروموسوم X  على رقمين سفليين يشيران إلى الأليلات الموجودة:
  • M  : أليل الأوبسين M الطبيعي
  • L  : أليل الأوبسين L الطبيعي
  • M*: أليل أوبسين M هجين (أو مفقود)
  • L*: أليل الأوبسين L الهجين (أو المفقود)

قد تكون الإناث الحاملات لجين خلل رؤية الألوان الثلاثية (أي غير المتماثلة الزيجوت ) رباعيات الألوان . ^{[ 6 ]} تمتلك هؤلاء الإناث أليلين لجين OPN1MW أو OPN1LW ، وبالتالي تُعبّر عن كلٍ من الأوبسين الطبيعي وغير الطبيعي. ولأن أحد كروموسومات X يُعطّل عشوائيًا في كل خلية مستقبلة للضوء أثناء نمو الأنثى، فإن الأوبسين الطبيعي وغير الطبيعي سينفصلان إلى خلايا مخروطية خاصة بهما، ولأن هذه الخلايا لها حساسية طيفية مختلفة ، فإنها تعمل وظيفيًا كفئات مخروطية مختلفة. وبالتالي، فإن هذه الأنثى النظرية ستمتلك مخاريط ذات حساسية قصوى عند 420  نانومتر (مخروط S)، و530  نانومتر (مخروط M)، و560  نانومتر (مخروط L)، والمخروط الرابع (غير الطبيعي) بين 530  نانومتر و560  نانومتر (إما مخروط M* أو L*). ^{[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]}

إذا كانت الأنثى تحمل جينات متغايرة لكل من عمى الألوان الأحمر والأخضر (بروتانومالي وديوتيرانومالي)، فقد تكون خماسية الألوان . وتختلف درجة كون النساء الحاملات لأي من هذين الجينين رباعيات الألوان، ويتطلب الأمر مزيجًا من أربعة أطياف ضوئية لمطابقة ضوء معين، اختلافًا كبيرًا. وقد أظهر جيمسون وآخرون ^{[ 14 ]} أنه باستخدام أجهزة مناسبة وحساسة بما يكفي، يمكن إثبات أن أي أنثى حاملة لعمى الألوان الأحمر والأخضر (أي حاملة لجين بروتانومالي أو ديوتيرانومالي متغايرة الجينات) رباعية الألوان بدرجة أو بأخرى.

بما أن نسبة الإصابة بالعمى اللوني الثلاثي الشاذ لدى الذكور تبلغ حوالي 6%، وهي نسبة تساوي نسبة الإصابة بأليلات الأوبسين M أو الأوبسين L الشاذة، فإنه يترتب على ذلك أن نسبة الإناث غير المصابات الحاملات لجين عمى الألوان (وبالتالي نسبة المصابات المحتملات بالعمى اللوني الرباعي) تبلغ 11.3% (أي 94% × 6% × 2)، وذلك استنادًا إلى مبدأ هاردي-واينبرغ . ^{[ 15 ]} وقد وردت تقارير عديدة عن إحدى هؤلاء النساء باعتبارها مصابة بالعمى اللوني الرباعي الحقيقي أو الوظيفي، حيث تستطيع تمييز ألوان لا يستطيع معظم الناس تمييزها. ^{[ 12 ] [ 13 ]}

يُستدل عادةً على تشخيص عمى الألوان الأحمر والأخضر الخلقي من خلال الاختبارات النفسية الفيزيائية . تكشف هذه الاختبارات عن النمط الظاهري لرؤية الألوان، وليس النمط الجيني للفرد، لذا فهي غير قادرة على التمييز بين عمى الألوان الأحمر والأخضر المكتسب والخلقي. ومع ذلك، ثمة ارتباط وثيق بين رؤية الألوان والنمط الجيني، خاصةً عند استبعاد عمى الألوان المكتسب. ^{[ 16 ]} يُعد اختبار إيشيهارا للألوان الاختبار الأكثر استخدامًا للكشف عن قصور رؤية اللونين الأحمر والأخضر، وهو الأكثر شيوعًا بين عامة الناس. ^{[ 17 ]}

عندما لا يُفضّل إجراء الاختبارات النفسية الفيزيائية، يُمكن استخدام تخطيط كهربية الشبكية (ERG) بدلاً منها. يقيس تخطيط كهربية الشبكية الاستجابة الكهربائية للشبكية كدالة لطول موجة الضوء. ونظرًا لشكل الحساسية الطيفية للخلايا المخروطية ، يُمكن استنتاج أطوال موجات ذروة حساسية المخاريط من تخطيط كهربية الشبكية. وترتبط أطوال موجات الذروة ارتباطًا وثيقًا بالنمط الجيني. ^{[ 16 ]}

يمكن تقييم النمط الجيني مباشرةً عن طريق تسلسل جيني OPN1MW و OPN1LW . إن العلاقة بين النمط الجيني والنمط الظاهري (رؤية الألوان) معروفة جيدًا، لذا يمكن أن يكون الاختبار الجيني مكملاً مفيدًا لاختبارات رؤية الألوان النفسية الفيزيائية التي قد لا توفر معلومات كاملة. ^{[ 18 ]}