Научный журнал

Фундаментальные исследования

ISSN 1812-7339

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,674

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Шестопалов А.В. 1 Шульга А.С. 1 Александрова А.А. 2 Ставиский И.М. 1 Рымашевский А.Н. 1 Шкурат Т.П. 2

---

1 ГБОУ ВПО РостГМУ Минздравсоцразвития РФ, Ростов-на-Дону

2 НИИ Биологии ЮФУ, Ростов-на-Дону

Целью данного исследования стало изучение метаболизма коллагена I типа соединительной ткани в динамике физиологической беременности с нормосомией и макросомией плода, а также при осложнениях – истинной угрозе прерывания беременности и гестозе. Биохимические маркеры метаболизма коллагена I типа измерялись в материнской крови во втором (n = 20, 16–26 недель гестации) и третьем (n = 19, 38–40 недель гестации) триместрах физиологически протекающей беременности, в группах с макросомией плода (n = 10), гестозом (n = 14) в третьем триместре и истинной угрозой прерывания беременности (n = 18) во втором триместре. Группу сравнения составили здоровые небеременные женщины (n = 10). В качестве биохимического маркера синтеза коллагена был использован C-терминальный пропептид проколлагена I типа (CICP), а сывороточный карбокситерминальный телопептид коллагена I типа (Crosslaps) − в качестве маркера деградации коллагена. Уровни Crosslaps значительно возросли в третьем триместре физиологической беременности. В противоположность этому, значение CICP снижалось во втором и увеличивалось лишь в третьем триместре физиологической беременности. При макросомии плода отмечалась активация процессов синтеза коллагена, что выражалось в увеличении уровня CICP, при этом концентрация Crosslaps статистически значимо не изменялась. В организме женщин с истинной угрозой прерывания беременности, при отсутствии достоверных изменений СICP, определялась более низкая концентрация Crosslaps, что может свидетельствовать о снижении процессов катаболизма коллагена. Гестоз беременных сопровождался усилением метаболизма коллагена I типа соединительной ткани в целом с нарастанием концентраций и CICP, и Crosslaps.

Статья в формате PDF

310 KB

беременность

макросомия

гестоз

истинная угроза прерывания беременности

коллаген I типа

карбокситерминальный телопептид коллагена I типа (Crosslaps)

C-терминальный пропептид проколлагена I типа (CICP)

1. Уровень гормонов метаболического баланса в сыворотке крови беременных женщин / А.В. Шестопалов, Е.В. Бутенко, А.А. Александрова, Л.В. Гутникова, А.Е. Самсонов, О.В. Келлер, О.В. Трофименко, А.С. Шульга, А.Н. Рымашевский, Т.П. Шкурат // Журнал акушерства и женских болезней. – 2011. – T. LX. – № 2. – С. 68–72.

2. Bianco P., Robey P.G., Simmons P.J. Mesenchymal stem cells: revisiting history, concepts, and assays // Cell Stem Cell. – 2008. – Vol.10, №4. – P. 313–319.

3. Charatcharoenwitthaya N. Effect of blockade of TNF-ha and interleukin-1 action on bone resorption in early postmenopausal women / S. Khosla, E.J. Atkinson, L.K. McCready, B.L. Riggs // J Bone Miner Res. – 2007. – Vol. 22, №5. – P. 724–729.

4. Coss D. Effects of prolactin on osteoblast alkaline phosphatase and bone formation in the developing rat / L. Yang, C.B. Kuo, X. Xu, R.A. Luben, A.M. Walker // Am J Physiol Endocrinol Metab. – 2000. – Vol. 279, № 6. – P. 1216–1225.

5. Cudihy D., Lee R.V. The pathophysiology of pre-eclampsia: Current clinical concepts. // Journal of Obstetrics & Gynaecology. – 2009. – Vol. 29, № 7. – P. 576–582.

6. Hypocalciuria of pre-eclampsia is independent of parathyroid hormone level / Y. Frenkel, G. Barkai, S. Mashiach, E. Dolev, R. Zimlichman, M. Weiss // Obstet Gynecol. – 1991. – Vol. 77. – P. 689–691.

7. Decreased fractional urinary calcium excretion and serum 1,25-dihydroxyvitamin D and IGF-I levels in preeclampsia / A. Halhali, L. Díaz, E. Avila, A.C. Ariza, M. Garabédian, F. Larrea // The Journal of Steroid Biochemistry and Molecular Biology. –2007. – Vol. 103. – P. 803–806.

8. Recombinant human chorionic gonadotropin but not dihydrotestosterone alone stimulates osteoblastic collagen synthesis in older men with partial age-related androgen deficiency / C. Meier, P.Y. Liu, L.P. Ly, J. de Winter-Modzelewski, M. Jimenez, D.J. Handelsman, M.J. Seibel // The Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism. – 2004. – Vol. 89, №. 6. – P. 3033–3041.

9. Changes in bone mineral density and body composition during pregnancy and postpartum. A controlled cohort study / U.K. Møller, S. Streym við, L. Mosekilde, L. Rejnmark // Osteoporosis International. – 2011 DOI: 10.1007/s00198-011-1654-6.

10. Estrogens Modulate RANKL-RANK/Osteoprotegerin mediated interleukin-6 effect on thyrotoxicosis-related bone turnover in mice / J. Mysliwiec, R. Zbuck, A. Nikolajuk, P. Mysliwiec, K. Kaminski, Z. Bondyra, J. Dadan, M. Gorska, M.M. Winnicka // Horm Metab Res. – 2011. – Vol. 43. – P. 236–240.

11. The effect of pregnancy on bone density and bone turnover / K.E. Naylor, P. Iqbal, C. Fledelius, R.B. Fraser, R. Eastell // J Bone Miner Res. – 2000. – Vol. 15. – P. 129–137.

12. Olausson H., Laskey M.A., Goldberg G.R. Changes in bone mineral status and bone size during pregnancy and the influences of body weight and calcium intake // Am J Clin Nutr. – 2008. – Vol. 88. – P. 1032–1039.

13. Schett G. Effects of inflammatory and anti-inflammatory cytokines on the bone // European Journal of Clinical Investigation. – 2011. – Vol. 41, № 12. – P. 1361–1366.

14. Progesterone enhances differentiation of primary human osteoblasts in long-term cultures. The influence of concentration and cyclicity of progesterone on proliferation and differentiation of human osteoblasts in vitro / M. Schmidmayr, U. Magdolen, J. Tübel, M. Kiechle, R. Burgkart, Seifert-Klauss. // Geburtshilfe und Frauenheilkunde. – 2008. – Vol. 68, № 7. – c. 722–728.

15. Stevensone J.C. A woman›s journey through the reproductive, transitional and postmenopausal periods of life: Impact on cardiovascular and musculo-skeletal risk and the role of estrogen replacement // Maturitas. – 2011. – Vol. 70, №2. – P. 197–205.

16. Bone turnover during pregnancy / H. Styczyńska, G. Odrowąż-Sypniewska, K. Lis, I. Sobańska, A. Pater, J. Pollak, A. Mańkowska // Medical and Biological Sciences. – 2008. – Vol. 22, №4. – P. 43–47.

17. Changes in circulating level of IGF-I and IGF-binding protein-1 from the first to second trimester as predictors of preeclampsia / L.J. Vatten, T.I. Nilsen, A. Juul, S. Jeansson, P.A. Jenum, A. Eskild // Eur J Endocrinol. – 2008. – Vol. 158. – P. 101–105.

18. Weiler J., Tong S., Palmer K.R. Is fetal growth restriction associated with a more severe maternal phenotype in the setting of early onset pre-eclampsia? A retrospective study // PLoS One. – 2011. – Vol.10:e26937.

19. Ionized calcium levels in umbilical cord blood of women with preeclampsia and normotensive pregnancies / K. Yusuf, M. Kamaluddeen, S.U. Hasan, E. Al-Awad, R.A. Finch, A.R. Akierman // J Matern Fetal Neonatal Med. – 2012. – Vol. 25, № 2. – P. 203–205.

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

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

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

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.

Библиографическая ссылка