Сравнительный анализ элементного состава плаценты при доношенной и недоношенной беременности Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

УДК 618.36

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ЭЛЕМЕНТНОГО СОСТАВА ПЛАЦЕНТЫ ПРИ ДОНОШЕННОЙ И НЕДОНОШЕННОЙ БЕРЕМЕННОСТИ

© Деев Л.А.1, Соловьева Е.С.1, Доросевич А.Е.2, Моисеенкова С.Д.2, Лопашинов П.М.3, Нивеницын Э.Л.3, Новиков И.А.4, Пахомова Н.А.4

'Смоленский государственный медицинский университет, 214019, Смоленск, ул. Крупской, 28 2Смоленский областной институт патологии, 214011, Смоленск, ул. Фрунзе, 40 3Военная академия войсковой противовоздушной обороны Вооружённых Сил Российской Федерации им. Маршала Советского Союза А.М. Василевского, 214027, Смоленск, ул. Котовского, 2 4Научно-исследовательский институт глазных болезней, 119021, Москва, ул. Россолимо, 11

Резюме

Цель. Провести сравнительный анализ содержания химических элементов в плаценте у рожениц с доношенной и недоношенной беременностью.

Методика. В ходе исследования было определено содержание выборочных химических элементов: углерода (С), азота (N), кислорода (O2), кальция (Са), хлора (Cl), калия (К), натрия (Na), фосфора (P) в 280 биоптатах. Забор ткани плаценты у каждой испытуемой осуществлялся в пяти точках: хориальной и базальной пластинах, в паренхиме плаценты, пуповинной части плаценты и оболочках. В зависимости от сроков гестации плаценты родильниц были разделены на две группы. Основную группу составили плаценты женщин (n=42) со сроками гестации 24-35 нед. В группу контроля вошли плаценты женщин (n=14) со сроками гестации 39-40 нед. Исследование химического состава проводилось с помощью сканирующего электронного микроскопа СЭМ ЕУОЬ810 (Zeiss, Германия) с ЭДС Oxford-X-MAX-50 (Oxford, Великобритания) в режиме низкого вакуума (70 Па) при ускоряющем напряжении 20 кВ и токе на образце 470 пА. В качестве статистических критериев оценки использовался тест Манна-Уитни и критерий Крускала-Уоллиса.

Результаты. Установлено, что структура общего содержания выборочных химических элементов углерода, азота, кальция, хлора, калия, натрия, фосфора в плаценте в исследуемых группах одинакова. В плаценте основной группы общее содержание кислорода было значимо меньше, чем в группе контроля (p=0,006). Содержание химических элементов: кислорода, азота, кальция, калия, фосфора различалось в группах и зависело от точки забора материала. В первой группе отмечается дисбаланс содержания химических элементов в пуповинной части плаценты.

Заключение. Выявленные закономерности в накоплении выборочных химических элементов в плаценте при недоношенной беременности могут служить ориентиром для сравнения с плацентой матерей недоношенных детей с ретинопатией.

Ключевые слова: биоптат, плацента, химические элементы

COMPARATIVE ANALYSIS OF THE ELEMENTAL STRUCTURE OF THE PLACENTA AT TERM AND PRETERM PREGNANCY

Deev L.A.1, Solovyeva E.S.1, Dorosevich A.E.2, Moiseenkova S.D.2, Lopashinov P.M.1, Nevinitsyn E.L.3, Novikov I.A.4, Pakhomova N.A.4

'Smolensk State Medical University, 28, Krupskoy St., 214019, Smolensk, Russia 2 Smolensk Regional Institute of Pathology, 40, Frunze St., 214001, Smolensk, Russia

Military Academy of Air Defence Forces of Russia Federation named after A. M. Vasilevskii, 2, Kotovskogo St., 214027, Smolensk, Russia

4Scientific-research Institute of eye diseases, 11, Rossolimo St., 119021, Moscow, Russia

Abstract

Objective. To conduct a comparative analysis of the content of chemical elements in placenta in the case of term and preterm pregnancies.

Methods. The content of some chemical elements was established: carbon (C), nitrogen (N), oxygen (O2), calcium (Ca), chlorine (Cl), potassium (K), sodium (Na), phosphorus (P) in 280 biopsies.

Tissue extraction was carried out at five points of placenta: chorionic and basal plates in the parenchyma of the placenta, the navel-string part of the placenta and membranes of every tested woman. All mothers' placenta material was divided into two groups according to the gestational age.

The main group consisted of women (n=42) with 24-35 weeks gestational age. The women (n=14) with 39-40 weeks of the gestational age entered the control group. The study of pecularities of the accumulation of the content of certain chemical elements in the placenta biopsy was carried out with the help of a scanning electron microscope SEM EVOLS10 (Zeiss, Germany) with EDS Oxford-X-Max-50 (Oxford, UK) in a low vacuum mode with an accelerating voltage of 20 kV and a current on the sample of 470 pA. The test of Mann-Whitney and the Kruskal-Wallis criterion were used for statistic analysis.

Results. It was stated that the structure of general content of some chemical elements: carbon, nitrogen, calcium, chlorine, potassium, sodium, phosphorus in the placenta at term and preterm pregnancies is the same. It was noted that general content of oxygen in the main group was considerably smaller than that in the control group (p=0,006). The content of the studied chemical elements was different in the groups of study and depended on the point of material intake. At preterm pregnancy the content of chemical elements in the navel-string part of placenta statistically differed from other points of material intake.

Conclusion. The stated regularities in accumulation of some chemical elements in the placenta at a preterm pregnancy can serve as an orientation for the comparison with the mothers' placenta of preterm babies with retinopathy of prematurity.

Keywords: biopsy, placenta, some of the chemical elements

Введение

Актуальность изучения элементного состава плацентарных биоптатов обусловлена неуклонным ростом количества преждевременных родов, результатами которых в ряде случаев является осложнённое течение перинатального периода. К 2020 г. прогнозируется увеличение выживаемости детей с очень низкой и экстремально низкой массой тела в акушерском стационаре до 82,5% [9]. Особый интерес вызывают матери недоношенных детей со сроками гестации от 22 до 35 нед. Дети, рождённые на данных сроках гестации, составляют группу риска развития ретинопатии недоношенных [4]. Изучение причин недонашивания беременности в клинике и эксперименте лежит в основе профилактики ретинопатии недоношенных [6]. Определение изменений происходящих в системе мать-плацента-плод по средствам элементного состава плаценты представляется высокоинформативным и неинвазивным.

К настоящему времени в литературе накоплен большой материал по изучению плаценты в норме и при патологии. Известны данные о накоплении макро- и микроэлементов в плаценте цинка, меди селена на сроке гестации 28-36 нед. и их влияние на раннюю адаптацию маловесного новорожденного [10]. Однако в ряде случаев изучение содержание химических элементов на разных сроках гестации проводится по общему содержанию их в плаценте или в одной локализации, без уточнения количественного соотношения в зависимости от точки забора.

Методика

Материалом для исследования послужили плаценты 42 женщин со сроками гестации 24-35 нед. Группу контроля составили плаценты 14 женщин со сроками гестации 39-40 нед. Последы для исследования забирали непосредственно после родов в пяти участках плаценты: хориальной и базальной пластине, в паренхиме плаценты, пуповинной части плаценты и оболочках. Всего исследовано 280 плацентарных биоптатов. Изучали особенности накопления содержания выборочных химических элементов: углерода ,азота, кислорода, кальция, хлора, калия, натрия, фосфора в тканях плаценты. Исследование проводили с помощью сканирующего электронного микроскопа СЭМ ЕVOLS10 (Zeiss, Германия) с ЭДС Oxford-X-MAX-50 (Oxford, Великобритания) в режиме низкого вакуума (70 Па) при ускоряющем напряжении 20 кВ и токе на образце 470 пА. С этой целью брали биоптаты, предварительно замороженные при температуре -70°С. Избегая полного размораживания, на охлажденной поверхности термоконденсатора из ткани выкраивались уплощенные квадратные блоки со стороной 3 мм и толщиной 0,7 мм. По результатам качественного химического микрокартирования, при выявлении значительных неоднородностей в структуре распределения одного из химических элементов в пределах оцениваемого участка биопробы, проба исключалась из дальнейшей обработки. Данные о содержании химических

элементов условно нормировались и были приведены к 100% весу по каждому образцу, что позволило исключить влияние весовых различий биоптата в пробах.

Для визуального выявления выбросов использовались диаграммы размахов. Значения, вышедшие за пределы 1,5 интерквартильного размаха, подвергались проверке критерием Граббса. После анализа выбросов из дальнейшего рассмотрения были исключены пробы одной пациентки со сроками гестации 24-36 нед. Окончательно в проведении статистического анализа использовались 275 плацентных биоптата без учета 4 значений по углероду, 2 значений по азоту, 5 значений по кислороду, 3 значений по хлору, 5 значений по натрию, 1 значения по фосфору. Статистическая обработка результатов исследования осуществлялась с помощью свободно распространяемого пакета статистического анализа и визуализации данных с открытым кодом R версия 3.3.2 от 31.10.2016 доступного в рамках открытого лицензионного соглашения.

Изучался характер распределения химических элементов в плаценте как в целом, так и в зависимости от точки забора материала. Для всех исследуемых элементов вычислялись описательные статистики: МВ - выборочное среднее; Ме - медиана; Хтт - минимальное значение; Хтах - максимальное значение; Бв - дисперсия; 5в - среднее квадратичное отклонение; ±Л -предельная ошибка среднего; у - доверительная вероятность (табл. 1, 2).

В качестве критериев оценки статистически значимых различий для уровня значимости р<0,05 при сравнении двух групп использовался тест Манна-Уитни, а при сравнении трех групп и более критерий Крускала-Уоллиса [5].

Результаты и их обсуждение

Использование энергодисперсионного (ЭДС) рентгеновского микроанализа на базе сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) позволяет проводить качественную оценку пространственного распределения и содержания химических элементов в биологических образцах с порогом обнаружения от 0,0п процентной доли по весу [3].

Полученные результаты содержания выборочных химических элементов в плаценте при доношенной и недоношенной беременности как при общем содержании, так и в зависимости от точки забора материала показали наличие особенностей их накопления на разных сроках гестации.

Таблица 1. Значения описательных статистик химических элементов при сроках гестации 39-40 недель

Элемент Мв, % Ме, % Хтш, % Хтах, % Вв 8в, % ±Л, % У

С 59,86 60,36 53,65 64,73 7,39 2,77 0,65

N 12,57 12,66 9,85 14,83 0,9 0,95 0,23

02 23,27 22,54 18,4 31,27 8,36 2,89 0,69

Са 0,21 0,16 0,06 0,74 0,02 0,14 0,03

С1 0,98 0,98 0,14 2,81 0,4 0,63 0,15

К 0,63 0,64 0,17 1,25 0,07 0,27 0,07

№ 0,86 0,79 0,25 2,31 0,22 0,47 0,11

Р 0,67 0,64 0,24 1,44 0,06 0,24 0,06

Ряд исследователей подтверждают тот факт, что плацента не является непреодолимым барьером для более 600 химических веществ, которые способны влиять на растущий и развивающийся плод [1, 8]. В литературе описаны данные уменьшения содержания в плаценте кислорода и возрастания количества натрия и калия при патологической беременности у женщин с гипертиреозом. У женщин с патологией щитовидной железы отмечаются признаки хронической гипоксии и нарушения микроциркуляции в фетоплацентарном комплексе [8]. Проведенное исследование показало достоверно более низкое общее содержание кислорода в плаценте при недоношенной беременности по критерию Манна-Уитни (р=0,006) (табл.1, 2).

В отношении выборочных элементов: углерода (р=0,13), азота (р=0,12), кальция (р=0,98), хлора (р=0,2), калия (р=0,26), натрия (р=0,26), фосфора (р=0,11), серы (р=0,7) значимых различий в общих весовых содержаниях в группах с доношенной и недоношенной беременностью не было выявлено.

Таблица 2. Значения описательных статистик химических элементов при сроках гестации 24-35 недель_

Элемент Мв, % Ме, % Хшш, % Хшах, % Вв 8в, % ±Д, % У

С 60,5 60,89 54,77 65,02 4,66 2,16 0,11

N 12,77 12,89 10,23 15,56 1,07 1,03 0,05

02 21,97 21,72 18,72 26,14 2,29 1,51 0,07

Са 0,18 0,17 0,06 0,38 0,005 0,007 0,003

С1 1,07 1 0,22 2,68 0,34 0,58 0,03

К 0,71 0,67 0,18 1,71 0,14 0,37 0,02

№ 0,95 0,8 0,25 2,72 0,33 0,58 0,03

Р 0,71 0,7 0,18 1,25 0,04 0,21 0,01

В дальнейшем была выдвинута гипотеза о том, что при преждевременной беременности содержание химических элементов: углерода, азота, кислорода, кальция, хлора, калия, натрия, фосфора может быть не однородным и зависеть от точки забора материала. Раннее проведенное исследование, в отношении качественной оценки пространственного перераспределения химических элементов в биоптатах плаценты при доношенной беременности показало стабильное соотношение химических элементов в парах кислород-углерод, хлор-калий, калий-натрий и хлор-натрий. Данная закономерность прослеживалась для всех пяти исследуемых участков плаценты: хориальной пластинки, базальной пластинки, паренхиме плаценты, пуповине и оболочках [2, 3]. Надо также отметить тот факт, что в доступной нам литературе не встретилось данных о пространственном соотношении химических элементов при недоношенной беременности во взаимосвязи с ранее обозначенными пятью локализациями плаценты. В ходе статистического анализа частично подтвердилась гипотеза о значимо неоднородном распределении химических элементов в зависимости от локализации в плаценте.

Рис. 2. Представлена матрица категоризованных графиков доли химических элементов: для углерода, кислорода, хлора, калия, натрия, фосфора в зависимости от точки забора: 1 -хориальная пластина, 2 - базальная пластина, 3 - паренхима плаценты, 4 - пуповинная часть плаценты, 5 - оболочки плаценты

После проведенной категоризации в отношении пространственного распределения выборочных химических элементов: углерода, кислорода, хлора, калия, натрия, фосфора по пяти зонам плаценты был выявлен ярко выраженный дисбаланс их накопления относительно пуповинной части плаценты (на рис. 2 это четвертая точка забора). Литературные данные указывают, что накопление в плаценте, а также в тканях плода таких элементов, как фосфор, калий и хлор, участвующих в водно-электролитном обмене клетки, способствует не только повреждению плаценты, но и поражению легких плода невоспалительной природы (первичные ателектазы, болезнь гиалиновых мембран) и как следствие утяжелять течение перинатального периода [7].

Заключение

Таким образом, сравнительный анализ результатов качественного и количественного содержания выборочных химических элементов в плаценте при доношенной и недоношенной беременности выявил ряд особенностей. Структура общего содержания выборочных химических элементов углерода, азота, кислорода, кальция, хлора, калия, натрия, фосфора в плаценте на сроках гестации 24-35 нед. и 39-40 нед. одинакова. При недоношенной беременности обращает внимание значимо меньшее общее весовое содержание кислорода в биоптатах плаценты, чем при доношенной беременности. Пространственное перераспределение химических элементов: кислорода, азота, кальция, калия, фосфора плаценты различается на сроках гестации 24-35 нед. и 39-40 нед. Полученные результаты в сочетании с наличием большого количества выбросов в четвертой точке (пуповинная часть плаценты) (19 из 27 выбросов) на этапе предварительной обработки материала могут быть обозначены, как закономерности характерные для плаценты при недоношенной беременности.

На последующих этапах нашего исследования планируется соотнести выявленные изменения в накоплении химических элементов в тканях плаценты с характером течения перинатального периода у недоношенного ребенка и прогностически оценить их влияние на развитие ретинопатии недоношенных.

Литература (references)

1. Веккер И.Р., Сетко Н.П., Антоненко Б.Н. Роль факторов окружающей среды в перинатальной патологии // Гигиена и санитария. - 2001. - №3. - С. 29-31. [Vekker I.R., Setko N.P., Antonenko B.N. Gigiena i sanitariya. Hygiene and sanitation. - 2001. - N3. - P. 29-31. (in Russian)]

2. Деев Л.А., Лопашинов П.М., Доросевич А.Е. и др. Содержание некоторых химических элементов в биопробах плаценты родильниц на 39-40 неделе гестации // Вестник образования и развития науки Российской академии естественных наук. - 2017. - №2. - С. 98-105. [Deev L.A., Lopashinov P.M., Dorosevich A.Ye. i dr. Vestnik obrazovaniya i razvitiya nauki Rossijskoj akademii estestvennyh nauk. Herald of Education and Science Development of the Russian Academy of Natural Sciences. - 2017. - N2. - P. 98-105. (in Russian)]

3. Деев Л.А., Лопашинов П.М., Нивеницын Э.Л. и др. Элементный состав плаценты по данным энергодисперсионного рентгеновского микроанализа на базе СЭМ // Аналитика. - 2017. - №3. - С. 2-8. [Deev L.A., Lopashinov P.M., Nivenitcyn E.L. i dr. Analitika. Analytics. - 2017. - N3. - P. 2-8. (in Russian)]

4. Клинические рекомендации. Ретинопатия недоношенных, активная фаза. - 2017. URL:http://www.avo-portal.ru/doc/fkr/item/255-retinopatiya-nedonoshennyh. [Klinicheskie rekomendacii. Retinopatiya nedonoshennyh, aktivnaya faza. Clinical guidelines. Retinopathy of prematurity, active phase. - 2017. URL: http://www.avo-portal.ru/doc/fkr/item/255-retinopatiya-nedonoshennyh. (In Russian)]

5. Медик В.А., Токмачев М.С., Фишман Б.Б. Статистика в медицине и биологии: Руководство в 2-х томах / Под ред. Ю.М. Комарова. - М.: Медицина, 2000. [Medik V.A., Tokmachev M.S., Fishman B.B. Statistika v medicine i biologii: Rukovodstvo v 2-h tomah /Pod red. YU.M. Komarova. Statistics in medicine and biology: Manual in 2 volumes. - Moscow: Medicine, 2010. (in Russian)]

6. Нероев В.В., Катаргина Л.А., Коголева Л.В. Профилактика слепоты и слабовидения у детей с ретинопатией недоношенных // Вопросы современной педиатрии. - 2015. - №2. - С. 265-270. [Neroev V.V., Katargina L.A., Kogoleva L.V. Voprosy sovremennoy pediatrii. Current pediatrics. - 2015. - V.14, N2. -P. 265-270. (in Russian)]

7. Орынбасаров С.О., Надеев А.П. Структура перинатальной летальности и патоморфологическая характеристика заболеваний легких у новорожденных в регионе Приаралья // Медицина и образование в Сибири: сетевое научное издание НГМУ. - 30.12.2014. URL: http://www.ngmu.ru/cozo/mos/ article/text_full.php?id=1599 [Orynbasarov S.O., Nadeev A.P. Medicina i obrazovanie v Sibiri: setevoe nauchnoe izdanie NGMU. Medicine and Education in Siberia: network scientific edition of NSMU. 30.12.2014. URL: http://www.ngmu.ru/cozo/mos/article/text_full.php?id=1599. (in Russian)]

8. Орынбасаров С.О., Надеев А.П. Химический состав легких у плодов, новорожденных и плаценты при перинатальной патологии в Приаралье // Вестник Новосибирского государственного университета. Серия: Биология, клиническая медицина. - 2015. - Т.13, №1. - С. 18-24. [Orynbasarov S.O., Nadeev A.P. Vestnik Novosibirskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Biologiya, klinicheskaya medicina. Vestnik of Novosibirsk state university. Series: Biology and clinical medicine. - 2015. - V.13, N1. - P. 18-24. (in Russian)]

9. Постановление Правительства Российской Федерации от 15 апреля 2014 г. №294. Об утверждении государственной программы Российской Федерации «Развитие здравоохранения». URL: http://static.government.ru/media/files/NiyPj24TXpc.pdf. [Postanovlenie Pravitel'stva Rossijskoj Federacii ot 15 aprelya 2014 g. №294. Ob utverzhdenii gosudarstvennoj programmy Rossijskoj Federacii «Razvitie zdravoohraneniya». Resolution of the Government of the Russian Federation of 15 April 2014 No. 294. On approval of the state program of the Russian Federation "Development of health". URL: http://static.government.ru/media/files/NfyPj24TXpc.pdf.]

10. Сенькевич О.А., Комарова З.А., Ковальский Ю.Г. и др. Содержание в плаценте меди, цинка, селена как предиктор неблагоприятного исхода беременности // Дальневосточный медицинский журнал. - 2011. -№1. - С. 47-50. [Senkevich O.A., Komarova Z.A., Kowalski J.G. i dr. Dal'nevostochnyj medicinskij zhurnal. Far East Medical Journal. - 2011. - N1 - P. 47-50. (in Russian)]

Информация об авторах

Деев Леонид Алексеевич - доктор медицинских наук, профессор, заведующий кафедрой глазных болезней ФГБОУ ВО «Смоленский государственный медицинский университет» Минздрава России. E-mail: [email protected]

Соловьева Елена Сергеевна - аспирант кафедры глазных болезней ФГБОУ ВО «Смоленский государственный медицинский университет» Минздрава России. E-mail: [email protected]

Доросевич Александр Евдокимович - доктор медицинских наук, профессор, директор ОГБУЗ «Смоленский областной институт патологии». E-mail: [email protected]

Моисеенкова Светлана Дмитриевна - заведующая отделением клинической патологии детского возраста ОГБУЗ «Смоленский областной институт патологии». E-mail: [email protected]

Лопашинов Петр Михайлович - доктор технических наук, профессор кафедры Автоматизированных систем боевого управления ФГБОУ ВО «Военная академия войсковой противовоздушной обороны Вооружённых Сил Российской Федерации им. Маршала Советского Союза А.М. Василевского» E-mail: [email protected]

Нивеницын Эдуард Леонидович - кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры Автоматизированных систем боевого управления ФГБОУ ВО «Военная академия войсковой противовоздушной обороны Вооружённых Сил Российской Федерации им. Маршала Советского Союза А.М. Василевского». E-mail: [email protected]

Новиков Иван Александрович - старший научный сотрудник, руководитель группы электронной микроскопии ФГБНУ «Научно-исследовательский институт глазных болезней». E-mail: [email protected]

Пахомова Наталья Андреевна - аспирант ФГБНУ «Научно-исследовательский институт глазных болезней». E-mail: [email protected]