Дифференцировка адипоцитов, фибробластов и остеобластов проходит через стадию единой клетки-предшественницы - мезенхимальной стволовой клетки [2]. Установлено, что гормональная активность адипоцитов при беременности возрастает, что выражается в изменении концентраций адипокинов в материнской крови [1]. Наряду с тем, можно предположить, что при беременности определенным образом изменяется функция и двух других ростков мезенхимальной стволовой клетки - фибробластов и остеобластов, продуцирующих колаген. Относительно мало исследовательских данных опубликовано о метаболизме коллагена, основого белка межклеточного матрикса, как при физиологическом, так и при осложненных вариантах беременности. Коллаген I типа является фибриллярным белком, широко представленным во всех соединительнотканных структурах, но наиболее богата им костная ткань, где коллаген I типа составляет более 90 % органического матрикса. Большинство других образующих фибриллы коллагенов имеют более ограниченное распространение.
Известно, что минерализация скелета плода и продолжение процессов роста ребенка после рождения требуют соответствующих адаптационных механизмов в кальциевом обмене организма матери во время беременности. Так, за весь срок беременности к развивающемуся организму плода переносится через плацентарный барьер около 30 г кальция [12]. Кальциевый гомеостаз в материнском организме в этих условиях поддерживается путем увеличения поступления данного микроэлемента с пищей, нарастания его абсорбции в кишечнике и снижения экскреции с мочой, а также в результате усиливающейся костной резорбии и потери костной массы в материнском организме, что и сопровождается деградацией коллагена I типа. Отдельные исследования указывают на снижение минеральной плотности костной ткани (BMD) у женщин на 5 % к моменту родоразрешения [9]. Это может свидетельствовать о том, что на протяжении беременности кальций мобилизуется из материнского скелета. Разработанные информативные биохимические маркеры делают возможной оценку метаболизма коллагена в организме беременной. Это карбокситерминальный пропептид проколлагена I типа (CICP), отражающий процессы синтеза, и карбокситерминальный телопептид коллагена I типа (Crosslaps®), являющийся показателем катаболизма коллагена I типа.
Целью исследования послужило определение содержания в материнской крови показателей метаболизма коллагена I типа (CICP, Crosslaps) в динамике физиологической беременности с нормосомией и макросомией плода, а также при гестозе и истинной угрозе прерывания беременности.
Материалы и методы исследования
В группу с гестозом вошли 14 женщин со сроком 38-40 недель гестации Диагностировали гестоз на основании протеинурии и повышения артериального давления после 20 нед. гестации более 140/90 мм рт. ст. Была сформирована группа беременных третьего триместра (38-40 нед. гестации) с макросомией плода (n = 10). Критериями макросомии плода считалась масса плода при рождении более 4000 г. Также была отобрана группа из 18 женщин, у которых был верифицирован диагноз истинной угрозы прерывания беременности в сроке 16-26 недель гестации и проведена хирургическая коррекция истмико-цервикальной недостаточности (ИЦН). Контрольные группы включали: 10 здоровых небеременных женщин, забор крови от которых производился в лютеиновую фазу цикла, беременных с физиологическим течением второго (n = 20, 16-26 недель гестации) и третьего (n = 19, 38-40 недель гестации) триместров.
Женщины всех исследуемых групп были сопоставимы по росту и возрасту.
Пациентки информированы о деталях проводимого исследования и подписали согласие на участие в научной работе.
Уровни всех исследуемых продуктов метаболизма коллагена I типа определяли в крови беременных с помощью иммуноферментного анализа (ELISA). Статистическая обработка результатов исследования осуществлялась с применением пакета программ Statistica 6,1 и Excel 2007. Значимость различий с учетом нормальности распределения в выборках определялась с помощью t-критерия Стьюдента (р < 0,05).
Результаты исследования и их обсуждение
Уровень телопептида коллагена типа, показателя деградации коллагена, во втором триместре не отличался от значений для небеременных (табл. 1). К концу третьего триместра определялось нарастание Crosslaps на 33,93 % (р = 0,006) по сравнению с показателями второго триместра.
Таблица 1
Динамика показателей метаболизма коллагена I типа в динамике физиологической беременности
|
Небеременные (M ± m) |
Беременность 16-26 нед. (M ± m) |
p* |
Беременность 38-40 нед. (M ± m) |
p** |
p*** |
|
|
Рост матери, см |
166,34 ± 1,05 |
167,32 ± 0,87 |
0,495 |
164,03 ± 1,02 |
0,151 |
0,623 |
|
CrossLaps, нг/мл |
0,36 ± 0,05 |
0,37 ± 0,02 |
0,965 |
0,56 ± 0,06 |
0,049 |
0,004 |
|
CICP, нг/мл |
93,04 ± 10,1 |
59,97 ± 3,91 |
< 0,001 |
117,45 ± 5,36 |
0,027 |
< 0,001 |
Примечания:
р* - статистическая значимость различий исследуемых показателей в крови небеременных и женщин во втором триместре;
р** - статистическая значимость различий исследуемых показателей в крови небеременных и женщин в третьем триместре;
р*** - статистическая значимость различий исследуемых показателей в крови женщин второго и третьего триместров.
На этом фоне отмечалось снижение во втором триместре маркера синтеза коллагена, карбокситерминального пропептида проколлагена I типа, на 35,54 % (р < 0,001) по сравнению со значениями, характерными для небеременных. В третьем триместре уровень CICP оказался повышенным в 2 раза (р < 0,001) по сравнению с показателями второго триместра.
При беременности крупным плодом уровень пропептида проколлагена I типа (CICP) в материнской крови возрастал на 29,75 % (р < 0,001) (табл. 2). На этом фоне концентрация Сrosslaps статистически значимо не изменялась. Масса новорожденных при макросомии плода на 21,08 % (р < 0,001) превышала массу детей из группы сравнения, не имея при этом корреляции ни с одним из маркеров метаболизма коллагена ни в группе с макросомией, ни в контрольной группе.
Таблица 2
Показатели метаболизма коллагена I типа в материнской крови в третьем триместре физиологической беременности с нормосомией и макросомией плода
|
Нормосомия (M ± m) |
Макросомия (M ± m) |
p |
|
|
Рост матери, см |
164,41 ± 0,77 |
165,89 ± 2,65 |
0,51 |
|
CrossLaps, нг/мл |
0,56 ± 0,06 |
0,66 ± 0,13 |
0,31 |
|
CICP, нг/мл |
117,45 ± 5,36 |
167,19 ± 8,55 |
< 0,001 |
|
Масса новорожденного, г |
3330,61 ± 52,55 |
4220 ± 46,07 |
< 0,001 |
В крови женщин, страдающих гестозом, достоверно повышался CICP на 28,69 % (р = 0,005) (табл. 3). Уровень Crosslaps также статистически значимо увеличивался на 13,15 % (р = 0,046) в группе с гестозом.
Масса детей, рожденных от матерей с гестозом, была достоверно ниже на 10,93 % (р = 0,01), чем от здоровых беременных. При этом мы не нашли никакой корреляционной связи между массой новорожденных и маркерами метаболизма коллагена матери ни при физиологической беременности, ни при гестозе.
При истинной угрозе прерывания беременности во втором триместре статистически значимо снижался уровень Crosslaps на 27,03 % (р = 0,01) (табл. 4). Показатель синтеза коллагена, CICP, на этом фоне достоверно не различался.
Таблица 3
Показатели метаболизма коллагена I типа в материнской сыворотке в третьем триместре при физиологической и осложненной гестозом беременности
|
Физиологическая беременность (M ± m) |
Гестоз (M ± m) |
p |
|
|
Рост матери, см |
164,41 ± 0,77 |
164,11 ± 1,52 |
0,86 |
|
CrossLaps, нг/мл |
0,56 ± 0,06 |
0,66 ± 0,08 |
0,046 |
|
CICP, нг/мл |
117,45 ± 5,36 |
156,51 ± 16,26 |
0,006 |
|
Масса новорожденного, г |
3330,61 ± 52,55 |
2966,67 ± 158,99 |
0,01 |
Таблица 4
Показатели метаболизма коллагена I типа в материнской сыворотке во втором триместре при беременности физиологической и осложненной истинной угрозой
прерывания беременности
|
Беременность физиологическая (M ± m) |
Истинная угроза прерывания беременности 16-26 нед. (M ± m) |
p |
|
|
Рост матери, см |
167,32 ± 0,87 |
165,25 ± 1,19 |
0,65 |
|
CrossLaps, нг/мл |
0,37 ± 0,02 |
0,27 ± 0,03 |
0,01 |
|
CICP, нг/мл |
59,97 ± 3,91 |
58,19 ± 2,65 |
0,72 |
Результаты нашего исследования показывают, что во втором триместре физиологической беременности существует диссоциация процессов синтеза и деградации коллагена с доминированием последних. Вероятно, что в этот период в костной ткани матери, которая более других тканей богата коллагеном I типа, имеет место превалирующая активация остеокластов, в отсутствии при этом на соответствующем уровне стимуляции остеобластов. Это значительное разобщение процессов резорбции и формации костной ткани, по всей видимости, требуется для адекватного снабжения кальцием плода, а также поддержания материнского кальциевого гомеостаза. Очевидно, что абсорбция кальция, поступающего в организм беременной с пищей, не может в полной мере компенсировать потребности плода в данном микроэлементе [9]. В этой ситуации более доступным путем поддержания необходимого уровня кальция в крови является деминерализация материнского скелета.
Возможно предположить, что наблюдаемые нами изменения метаболизма коллагена являются следствием гормональных перестроек, имеющих место в организме женщины при физиологической беременности. Так, установлено, что пролактин оказывает прямой ингибирующий эффект на функционирование остеобластов [4], продуцирующих коллаген I типа. В противоположность этому, хорионический гонадотропин стимулирует синтез коллагена остеобластами, пропорционально возрастающим концентрациям эстрадиола, но не изменяет в крови уровни маркеров катаболизма коллагена [8].
Активное влияние на фибриллогенез и процессы формации костной ткани оказывают и женские половые гормоны. Эстрадиол регулирует метаболизм костной ткани посредством двух механизмов - усиления абсорбции кальция в кишечнике и путем ингибирования остеокластогенеза [10]. Следуя клиническим наблюдениям, женщины в период менопаузы и аменореи, в сравнении с фертильным возрастом, имеют более низкие концентрации эстрадиола и костной минеральной плотности [15]. Наряду с этим, снижение продукции эстрогенов яичниками приводит к увеличению уровней цитокинов, активизирующих костную резорбцию и катаболизм коллагена I типа - интерлейкина-1, фактора некроза опухоли-α и простагландинов Е класса [3]. В свою очередь, действие прогестерона приводит к увеличению числа остеобластов, способствуя их дифференцировке и созреванию [14].
Следуя вышеприведенным данным, можно считать, что гормональные изменения в организме женщины при беременности оказывают значительное влияние на метаболизм коллагена. Из рассмотренных «гормонов беременности» только пролактин приводит к супрессии остеобластов, остальные - ХГЧ, прогестерон и эстрогены - различными путями способствуют синтезу коллагена и остеогенезу. Остается тогда неясным вопрос о механизмах снижения продукции коллагена и образования костной ткани во втором триместре, наблюдаемом в нашем исследовании, на фоне превалирующего действия гормонов-стимуляторов синтеза коллагена.
Нельзя исключить влияние на концентрацию маркеров метаболизма коллагена в материнской крови при беременности эффектов гемодилюции, роста скорости гломерулярной фильтрации и почечного клиренса, вклада продуктов метаболизма соединительной ткани плода и обмена коллагена в плаценте при беременности [11].
Данные, полученные в нашей работе, согласуются с результатами других исследователей, показавшими двухфазный характер процессов остеогенеза, сопровождающийся снижением уровней маркеров остеосинтеза во втором триместре и увеличением этих показателей в третьем триместре физиологической беременности [16].
В третьем триместре физиологической беременности нами регистрируется значительное усиление процессов деградации коллагена. Известно, что примерно 80 % от общего количества кальция за весь срок беременности поступает в фетальные ткани именно в третьем триместре, когда скелет плода активно минерализуется [12]. Такое возрастание потребности костной системы плода в минеральных компонентах и приводит к активации процессов резорбции костной системы матери в этот срок беременности.
Плод крупных размеров вероятно имеет более выраженные потребности в кальции для минерализации скелета, что логично предположить, должно сопровождаться увеличением резорбции костной ткани беременной с высвобождением при этом необходимых количеств кальция. Однако, согласно нашим результатам, в крови женщин при макросомии плода не отмечается статистически значимых изменений показателя резорбции, Crosslaps. При этом интересно отметить увеличение CICP, что может свидетельствовать об усилении процессов остеогенеза в материнском организме. Возможно, это объясняется тем соображением, что забор крови беременных и анализ исследуемых показателей производился в конце третьего триместра, к моменту, когда активная фаза минерализации костной системы плода уже завершена. Поэтому выявленное нарастание CICP свидетельствует о репаративном ресинтезе костной ткани матери. Причем, как видно, в случае с беременностью крупным плодом восстановительные процессы более выражены, чем при нормосомии, в связи с большей интенсивностью снабжения скелета плода кальцием в течение беременности. С другой стороны, нельзя исключить и фетальное происхождение метаболитов проколлагена в материнской крови, что может свидетельствовать об интенсивном формировании соединительной ткани в организме плода в процессе внутриутробного роста и созревания.
При исследовании беременных с гестозом мы отталкивались от следующих позиций. Учитывая результаты исследований, показавших, что при гестозе определяются низкий сывороточный уровень ионизованного кальция [19], гипокальциурия [7] и сниженные концентрации паратгормона [6], нами была выдвинута гипотеза о том, что при гестозе наблюдается снижение интенсивности метаболизма коллагена в костной ткани матери. К тому же вероятно, что потребности организма плода в кальции при данном осложнении менее выражены, чем при физиологическом течении. Объясняется это часто выявляемой внутриутробной задержкой роста плода при гестозе [18]. Однако мы установили при гестозе активацию метаболизма коллагена I типа по сравнению с физиологической беременностью, о чем свидетельствует нарастание концентрации и Crosslaps, и CICP. Вполне возможно, что усиление деградации коллагена в соединительных тканях женщины на фоне рассматриваемого осложнения беременности возникает вследствие вторичной активации остеокластов циркулирующими факторами, образующимися при развитии гестоза. Действительно, преэклампсия связана с генерализованной эндотелиальной дисфункцией [5], увеличением показателей оксидативного стресса, повышенным уровнем провоспалительных цитокинов и связывающего инсулиноподобный фактор роста - 1 белка (ИФРСП-1) [17].
Активные формы кислорода, интерлейкин-6 и фактор некроза опухоли-α стимулируют активность остеокластов, приводя к резорбции костной ткани и деградации коллагена [13].
Рассмотренные факторы, действуя в отдельности или вместе, могут быть ответственны за наблюдаемые изменения. Однако необходимы дальнейшие исследования, чтобы изучить роль этих факторов в изменении метаболизма костной ткани при гестозе.
При истинной угрозе прерывания беременности, согласно данным исследования, в материнской крови определяется снижение показателя катаболизма коллагена, Crosslaps. Это может указывать на наличие определенных мутаций в системе деградации коллагена, что, вероятно, способствует патологической реорганизации фибрилл в волокнах и нарушению функционирования преимущественно фиброзных, по своему составу, органов, в частности шейки матки, с развитием ее несостоятельности при беременности.
Исследования выполнены в рамках госконтракта № 02.740.11.05.01. ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 гг» и тематического плана НИИ биологии ЮФУ на 2010-2011 годы.
Заключение
Таким образом, физиологическая беременность сопровождается усилением метаболизма коллагена с предшествованием резорбции костной ткани процессам остеогенеза. Изменения, происходящие в организме женщины во втором триместре свидетельствуют о разобщении синтеза и деградации коллагена в материнском скелете. При этом третий триместр характеризуется, по всей видимости, достижением баланса в метаболизме костной ткани, а при гестозе в этот срок отмечается усиление как процессов резорбции, так и синтеза костной ткани в сравнении с физиологической беременностью.
Рецензенты:
Корниенко И.В., д.б.н., зав. отд. 16 Государственного центра судебно-медицинских и криминалистических экспертиз СКВО, г. Ростов-на-Дону,
Друкер Н.А., д.б.н., старший научный сотрудник ФГБУ «Ростовский НИИ акушерства и педиатрии» Минздравсоцразвития, г. Ростов-на-Дону.
Работа поступила в редакцию 20.01.2012.