Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Актуальные проблемы гипоксических нарушений в перинатальный период развития плода и новорожденного (обзор литературы) 11
1.1. Эпидемиология гипоксически-ишемического поражения головного мозга у новорожденных детей 12
1.2. Патофизиология гипоксически – ишемического поражения головного мозга новорождённых детей 14
1.3. Проблемы механизма регуляции ремоделирования внеклеточного матрикса при перинатальной гипоксии 18
1.4. Проблемы прогнозирования и ранней диагностики гипоксически – ишемического поражения центральной нервной системы у детей 23
ГЛАВА 2. Общая характеристика наблюденийи использованных методов исследования 30
2.1. Организация исследования 30
2.2. Дизайн исследования 30
2.3. Клиническая характеристика новорожденных 32
2.4. Клиническая характеристика матерей новорожденных 38
2.5. Методы, использованные при проведении исследования 42
2.6. Статистическая обработка результатов 49
ГЛАВА 3. Исследование системы матриксных металлопротеиназ в плазме пуповинной крови и венозной крови новорожденных с гипоксически - ишемическим поражением цнс на 3-4-й день жизни 51
3.1. Состояние системы матриксных металлопротеиназ в плазме пуповинной крови у новорожденных с гипоксически - ишемическим поражением ЦНС 52
3.2. Особенности состояния системы матриксных металлопротеиназ в плазме пуповинной крови новорожденных при гипоксически-ишемическом поражении ЦНС в зависимости от срока родоразрешения 57
3.3. Особенности состояния системы матриксных металлопротеиназ в пуповинной крови новорожденных при гипоксическ - ишемическом поражении ЦНС разной степени тяжести 60
3.4. Особенности состояния системы матриксных металлопротеиназ в плазме крови новорождённых при гипоксически - ишемическом поражении ЦНС на 3-4 сутки жизни 68
3.5. Особенности состояния системы матриксных металлопротеиназ у новорожденных на 3-4 сутки жизни при гипоксически - ишемическом поражении ЦНС разной степени тяжести 73
ГЛАВА 4. Клиническая информативность оценки параметров системы матриксных металлопротеиназ при гипоксически - ишемическом поражении ЦНС 78
4.1. Исследование диагностической значимости параметров системы матриксных металлопротеиназ, повреждения ЦНС и гипоксии в плазме пуповинной крови 79
4.2. Результаты клинико-функционального обследования детей в первый год жизни 87
4.3. Примеры использования оценки параметров системы матриксных металлопротеиназ для диагностики гипоксически - ишемического поражения ЦНС и прогноза в первый год жизни 97
ГЛАВА 5. Обсуждение полученных результатов 104
Выводы 124
Практические рекомендации 125
Список литературы 126
- Патофизиология гипоксически – ишемического поражения головного мозга новорождённых детей
- Клиническая характеристика матерей новорожденных
- Особенности состояния системы матриксных металлопротеиназ в плазме пуповинной крови новорожденных при гипоксически-ишемическом поражении ЦНС в зависимости от срока родоразрешения
- Результаты клинико-функционального обследования детей в первый год жизни
Патофизиология гипоксически – ишемического поражения головного мозга новорождённых детей
В течение гипоксически-ишемического воздействия некоторые клеточные механизмы включают повреждение клеток (Alvarez-Diaz, A. et al., 2007). Распространенность, характер и тяжесть поражения центральной нервной системы определяются тяжестью и продолжительностью асфиксии (Volpe J. J., 1998). У одних новорожденных развиваются пери/внутрижелудочковые кровоизлияния и перивентрикулярная лейкомаляция, у других — некроз нейронов, парасагиттальное и фокальное или мультифокальное поражение мозга (Скареднова Е.Ю., 2010).
Повреждение мозга (Ровенская Ю.В., 2011) у новорожденных определяется комбинацией факторов риска, которые могут отличаться в зависимости от срока гестации. Теория ишемии фокусируется на роли гипоксии-ишемии, приводящей к нарушению церебрального метаболизма и повреждению (du Plessis A. J., Volpe J. J., 2002). Свидетельства, поддерживающие эту модель следующие: а) тяжесть и скорость нарастания дефицита кислорода в нервной ткани снижает синтез белка и вызывает гибель нейронов в течение нескольких минут (Berger R., Garnier Y., 2001); б) аноксия является фактором неконтролируемого высвобождения возбуждающих нейротрансмиттеров, способствующих повреждению мозга (Johnston M. V. et al., 2001); в) дефицит кислорода вызывает апоптоз или некроз нейронов (Droge W., 2002). Эти свидетельства основаны на результатах нескольких экспериментов на животных: дефицит глюкозы или доступности аденозинтрифосфата (АТФ) в нейронах приводит к повышению концентрации внутриклеточного кальция, активации литических энзимов, снижению продукции антиоксидантных и структурных белков (Jensen A. et al., 2003). Высвобождение возбуждающих медиаторов приводит к окрытию кальциевых каналов в постсинаптических клетках (Fern R., Moller T., 2000). Повреждение усиливается свободными радикалами и оксидом азота, атакующими структурные компоненты клеток. Апоптоз включается при выходе цитохрома C в цитозоль клеток из митохондрий (Kristian T., 2004).
Основным патогенетическим механизмом развития перинатальной нейропатологии является нарушение мозгового кровообращения, ацидемия со снижением pH в пуповинной артерии менее 7,0 (Perlman J. M., 1997; Зарубина И.В., 2011; Михеева И.Г. и соавт., 2012). На клеточном уровне, снижение церебрального кровотока и снижение доставки кислорода препятствует окислительному фосфорилированию и включает анаэробный метаболизм с дефицитом АТФ, накоплением лактата и нарушением базовых функций клеток. Нарушение функции ионных насосов обусловливает накопление ионов натрия, кальция и воды в клетке. Деполяризация мембраны обеспечивает высвобождение возбуждающих нейротрансмиттеров, включая глутамат, который стимулирует рецепторы и вход ионов кальция в постсинаптический нейрон, где индуцирует каскад событий, включая активацию каскада оксида азота (NO) через p38 MAPK, JNK и активных форм кислорода (АФК) (Ellis E. F. et al., 2007). Комбинация дефицита энергии, ацидоза, высвобождения глутамата и накопления ионов кальция, пероксидации липидов и гиперпродукции NO вызывает гибель нейронов (Volpe J. J., 1994).
После реанимационных мероприятий происходит восстановление оксигенации мозга и перфузии (Жидкова О.Б. и соавт. 2009; Петрова Н.А. и соавт. 2012). При этом восстанавливается содержание в клетках АТФ и pH. Однако, в период между 6 и 48 ч после рождения наблюдается вторая фаза повреждения со снижением отношения креатинфосфат/неорганический фосфат без изменения внутриклеточного pH, стабильной работой сердечно-сосудистой и дыхательной систем (Lorek A. et al., 1994). У новорожденных, тяжесть вторичного дефицита энергии коррелирует с неврологическим исходом в 1—4 годы жизни (Roth S. C. et al., 1997). Механизм вторичного дефицита энергии включает дисфункцию митохондрий вследствие входа ионов кальция, возбудительную токсичность, образование свободных радикалов и NO. Митохондрии определяют судьбу нейрона после гипоксии-ишемии. Так, транслокация цитохорома C в цитоплазму из митохондрий активирует каскад протеолитических цистеиновых протеаз каспаз, вызывающих фрагментацию ДНК и апоптоз (Grow J., Barks, J. D., 2002).
Глутамат является главной возбуждающей аминокислотой в мозгу. Действие глутамата медиируется NMDA-, AMPA- и каинатными рецепторы. В течение гипоксии-ишемии, глутамат накапливается в синаптической щели вследствие повышенного выброса и нарушения повторного захвата. Удаление глутамата из синаптической щели осуществляют транспортеры глутамата глии, где глутамат превращается в глутамин. Глутамин транспортируют в нейроны и превращается в глутамат (Magistretti P. J. et al., 1999).
Высокая плотность и активность рецепторов глутамата в перинатальный период создает потенциал для развития повреждающих эффектов при дефиците энергии. Гипоксия-ишемия вызывает массивный вход ионов натрия и воды в нейроны, повышение внутриклеточной концентрации ионов кальция, дисфункцию митохондрий, дефицит энергии, апоптоз и некроз. Из погибших нейронов высвобождаются литические энзимы (Choi D. W., 1988), нарушающие повторный захват глутамата глией. Гликолиз обеспечивает АТФ транспорт глутамата глией, а дефицит глюкозы при ишемии повышает концентрации глутамата в синапсах (Jabaudon D. et al., 2005).
В аэробных клетках активные формы кислорода (супероксидного радикала, гидроксильного радикала и перекиси водорода) образуются в цитоплазме и митохондриях. При гипоксии, митохондрии продуцируют повышенные количества АФК. Дефицит антиоксидантов или избыточная продукция АФК вызывает пероксидацию липидных мембран, изменение мембранного потенциала, активацию проапоптозных медиаторов и прямое повреждение ДНК и белков.
Клиническая характеристика матерей новорожденных
Таким образом, при развивающемся гипоксически-ишемическом поражении ЦНС активация системы матриксных металлопротеиназ ассоциировалась с накоплением белка S100B и лактата в крови новорожденных, что позволяет предположить причинно-следственную связь между этими изменениями. По-видимому, перинатальная гипоксия вызывает системные метаболические изменения энергетического метаболизма, которые в свою очередь обусловили активацию продукции матриксных металлопротеиназ и повреждение нервной ткани. Клинически эти изменения у новорожденных в раннем неонатальном периоде проявлялись синдромом угнетения или возбуждения у новорождённых детей.
Мы проанализировали связь между параметрами системы матриксных металлопротеиназ (концентрации ММП-1, ММП-9, ТИМП-1, отношения концентраций ММП-1/ТИМП-1 и ММП-9/ТИМП-1), маркерами повреждения (концентрации белка S100B) и гипоксии (концентрации лактата) в пуповинной крови и состоянием новорожденных в первые минуты жизни (табл. 11).
Из представленной таблицы 11 следует, что степень активации системы матриксных металлопротеиназ, повреждения нервной ткани и тяжести гипоксии обратно коррелировали с баллами по шкале Апгар на первой и 5-й минутах. Однако отмечалась прямая корреляция тканевого ингибитора матриксных металлопротеиназ с баллами по шкале Апгар на первой и пятой минутах. То есть, чем более выраженной была гипоксия у новорожденных, тем сильнее было повреждение нервной ткани и тем сильнее активировалась система матриксных металлопротеиназ.
Поскольку в нашем исследовании принимали участие как доношенные, так и недоношенные новорожденные, то мы проанализировали связь между весом новорожденных и сроком родоразрешения с параметрами системы матриксных металлопротеиназ, концентрацией белка S100B и лактата в пуповинной крови (табл. 12).
Из представленной таблицы 12 очевидно, что низкий вес и малый гестационный возраст новорожденных ассоциировались с более выраженными изменениями в системе матриксных металлопротеиназ и маркеров повреждения и гипоксии в плазме пуповинной крови.
Исходя из представленной зависимости между сроком родоразрешения и весом новорожденных со степенью изменения состояния системы матриксных металлопротеиназ, мы предположили, что существует различие этих параметров у доношенных и недоношенных новорожденных с гипоксически - ишемическим поражением ЦНС.
Особенности состояния системы матриксных металлопротеиназ в плазме пуповинной крови новорожденных при гипоксически - ишемическом поражении ЦНС в зависимости от срока родоразрешения
Состояние недоношенных новорожденных с гипоксически - ишемическим поражением ЦНС при оценке по шкале Апгар заметно отличалось от такового у доношенных новорожденных (табл. 1). Так, у недоношенных новорожденных средний балл по шкале Апгар на первой минуте составил 5,68 ± 1,08, а у доношенных новорожденных с развивающимся ГИП ЦНС — 6,75 ± 0,62. Более того, на пятой минуте жизни, несмотря на улучшение состояния недоношенных новорожденных, результаты по этой общепринятой интегральной оценке хотя и улучшались, но не достигали уровней, наблюдаемых у доношенных новорожденных с ГИП ЦНС (6,9 ± 0,48 и 8,2 ±0,61, р=0,026).
Кроме того, у недоношенных новорожденных преобладающим неврологическим синдромом было угнетение ЦНС, в то время как у доношенных новорожденных выявить преобладающий неврологический синдром не представлялось возможным.
Состояние системы матриксных металлопротеиназ в плазме пуповинной крови доношенных и недоношенных новорожденных с гипоксически-ишемическим поражением ЦНС
Признак Доношенные новорожденныес ГИП ЦНС Недоношенные новорожденныес ГИП ЦНС Контрольная группа
Примечания: 1. ММП-1 — матриксная металлопротеиназа-1; ММП-9 — матриксная металлопротеиназа-9; ГИП ЦНС — перинатальное гипоксическое поражение центральной нервной системы; ТИМП-1 — тканевой ингибитор матриксных металлопротеиназ-1. 2. Результаты представлены в виде среднее ± стандартное отклонение. 3. Результаты оценки при множественных парных сравнениях методом Холма-Сидака: p — достоверность различий показателя в группах; pк — достоверность различий по сравнению с контрольно группой; p1,2 — достоверность различий между группами доношенных и недоношенных новорожденных с ГИП ЦНС.
Сравнительный анализ уровней компонентов системы матриксных металлопротеиназ в плазме пуповинной крови не выявил достоверных различий между доношенными и недоношенными детьми основной группы (ММП-1 0,34 ± 0,07 и 0,33 ± 0,060, p1,2 = 0,910; ММП-9 128,2 ± 28,03 и 116,2 ± 47,91, p1,2 = 0,252; ТИМП-1 23,7 ± 7,61 и 23,1 ± 8,92) (табл. 13). Это свидетельствует об отсутствии существенного влияния сроков родоразрешения на эту ферментную систему в перинатальном периоде.
Мы также не выявили достоверно значимых различий концентраций маркера повреждения ЦНС — белка S100B (1,23 ± 0,583 и 1,11 ± 0,33, p = 0,232) и лактата (10,7 ± 1,94 и 9,8 ± 2,4, p1,2 = 0,165) у доношенных и недоношенных новорожденных (табл. 14).
Примечания: 1. ГИП ЦНС — гипоксически-ишемическое поражение центральной нервной системы. 2. Результаты представлены в виде среднее ± стандартное отклонение. 3. Результаты оценки при множественных парных сравнениях методом Холма-Сидака: p — достоверность различий показателя в группах; pк — достоверность различий по сравнению с контрольно группой; p1,2 — достоверность различий в между группами доношенных и недоношенных новорожденных с ГИП ЦНС.
Таким образом, характер активации системы матриксных металлопротеиназ и степень повреждения ЦНС при перинатальной гипоксии не зависят от срока родоразрешения, что может быть связано с разной степенью гипоксического воздействия и тяжестью развивающегося перинатального поражения ЦНС. Поэтому мы изучили объективные клинические признаки состояния новорожденных и состояние системы матриксных металлопротеиназ в плазме пуповинной крови в зависимости от тяжести гипоксически - ишемического поражения ЦНС.
Особенности состояния системы матриксных металлопротеиназ в плазме пуповинной крови новорожденных при гипоксически-ишемическом поражении ЦНС в зависимости от срока родоразрешения
Оценка чувствительности и специфичности исследованных нами показателей были существенно выше, чем при оценке этих показателей в пуповинной крови при соответствующих диагностических порогах.
Таким образом, по мере прогрессирования гипоксически - ишемического поражения ЦНС диагностический потенциал параметров системы матриксных металлопротеиназ для распознавания этого патологического состояния возрастал.
У части детей с перинатальным гипоксическим поражением ЦНС нам удалось проследить динамику неврологической симптоматики в течение первого года жизни. При этом дети находились под наблюдением невролога по месту жительства, а в возрасте одного месяца и одного года некоторым из этих детей проводилась нейросоноскопия.
Таблица 29 демонстрирует, что наиболее частыми неврологическими синдромами в возрасте одного месяца у доношенных и недоношенных детей с ГИП ЦНС был синдром диффузной мышечной гипотонии (62,5% 48,4% 35,3%, р=0,422). В то же время более чем у половины новорожденных, у которых при рождении не регистрировалось ни клинических, ни ультразвуковых признаков поражения ЦНС, значимо часто встречался синдром повышенной нервно-рефлекторной возбудимости (58,8% р 0,001), что, по-видимому, связано с поздним выявлением неврологических нарушений и/или латентным характером этих нарушений у части новорожденных контрольной группы. Однако гипертензионно-гидроцефальный синдром (25,0% 29,0% 5,9%, р=0,228) и синдром пирамидной недостаточности (12,5% 22,6% 0%, р=0,138) не имели достоверно значимых различий в группах.
При проведении нейросонографии в возрасте одного месяца не обнаружено существенных различий у доношенных и недоношенных детей с ГИП ЦНС (табл. 30). Следует отметить, что поскольку контрольную группу составляли практически здоровые дети, то углубленному нейросонографическому исследованию подвергались только некоторые из них (табл.30). Повышение эхогенности в перивентрикулярной области чаще встречалось у детей основной группы без достоверных различий с контрольной (33,3% 30,4% 0%, р=0,415), вентрикуломегалия диагностирована только у доношенных детей основной группы (11,1% 0% 0%, р=0,214), у недоношенных детей и детей контрольной группы диагностирована субэпендимальные кисты (0% 26,1% 25,0%, р=0,235). Кальцинаты выявлены были у недоношенных детей основной и контрольной группы (0% 13% 25%, р=0,369), а также выявлялось без достоверной значимости расширение межполушарной щели (33,3% 30,3% 50,0%, р=0,746).
ПВО —перивентрикулярная область; ГИП ЦНС —гипоксически - ишемическое поражение центральной нервной системы. 2. Результаты представлены в виде n (%). 3. Результаты оценки при парных сравнениях по критерию : p — достоверность различий показателя в группах.
Через год наблюдения у детей контрольной группы сохранялся синдром диффузной мышечной гипотонии (57,1% 29,4% 63,0%, р=0,090), выявленный в первый месяц жизни (табл. 29). По остальным неврологическим синдромам дети в группах не различались, хотя у детей контрольной группы диагностирован синдром повышенной нервно-рефлекторной возбудимости (0% 0% 3,7%, р=0,636). Без достоверной значимости выявлялись и другие синдромы - аффективно-респираторные судороги (0% 11,8% 0%, р=0,125), гипертензионно-гидроцефальный синдром (42,9% 17,6% 18,5%, р=0,336), пирамидная недостаточность (0% 11,8% 7,4%, р=0,617), задержка психомоторного и речевого развития (0% 17,6% 7,4%, р=0,123). Спастическая диплегия была диагностирована у недоношенных детей основной группы 11,8%, по поводу чего дети имели инвалидность (р=0,125).
Мы также не выявили существенных различий у новорожденных разных групп при проведении нейросонографии в возрасте одного года (табл. 31), хотя у недоношенных детей изменения по данным ультразвукового исследования сохранялись более длительное время. Без достоверной значимости выявлялись: повышение эхогенности в ПВО (0% 8,3% 0%, р=0,619), асимметрия боковых желудочков (40,0% 0% 0%, р=0,019), вентрикуломегалия (0% 25,0% 0%, р=0,206), субэпендимальная киста (0% 8,3% 16,7%, р=0,619). Наиболее часто по данным ультразвукового исследования выявлялось расширение межполушарной щели (60,0% 58,3% 83,3%, р=0,555), однако достоверно значимых различий выявлено не было.
Результаты клинико-функционального обследования детей в первый год жизни
Более выраженная активация системы матриксных металлопротеиназ у доношенных новорожденных с гипоксически-ишемическим поражением центральной нервной системы сопровождалась существенным повышением концентраций белка S100B (2,191 ± 0,827 1,564 ± 0,688 1,002 ± 0,188, р 0,001) в плазме крови. Это указывает на быстро развивающееся повреждение центральной нервной системы у этих новорожденных. Тогда как концентрация лактата в плазме венозной крови у доношенных (2,793 ± 0,559) и недоношенных (2,771 ± 0,552) новорожденных быстро снижались (р1,2=0,900, р 0,001), но не достигали уровней, регистрируемых у здоровых (2,141 ± 0,460) доношенных новорожденных. Это свидетельствует о быстрой ликвидации гипоксии у этих новорожденных сразу после родов.
Таким образом, при анализе клинических признаков гипоксии оценка по шкале Апгар показала закономерно достоверную зависимость между более тяжелым состоянием новорожденных в первые минуты жизни и тяжестью развивающегося гипоксически - ишемического поражения центральной нервной системы. С позиций патогенеза этого состояния, можно полагать, что даже небольшие, но статистически значимые признаки активации системы матриксных металлопротеиназ при рождении указывают на связь этой внеклеточной протеолитической системы с гипоксическим воздействием перед родами и/или в родах. Последующее нарастание различий в этой системе указывает на развитие повреждения центральной нервной системы, которое проявляется в форме перивентрикулярной ишемии, субэпендимального кровоизлияния, отека вещества головного мозга, вентрикуломегалии, патологии сосудистого сплетения, расширения межполушарной щели и субарахноидального пространства, а также высокой резистентности кровотока.
Преобладающим синдромом при гипоксически - ишемическом поражении центральной нервной системы средней и тяжелой степени у новорожденных был синдром угнетения центральной нервной системы (70,4% и 83,3%). В то время как у новорожденных с легким поражением центральной нервной системы с одинаковой частотой встречались синдром угнетения и диффузной мышечной гипотонии (40,0% и 40%).
Группы новорожденных различались не только тяжестью поражения центральной нервной системы, но и частотой и качественным характеристиками респираторных нарушений. Так, при гипоксически-ишемическом поражении центральной нервной системы лёгкой степени тяжести у 70% новорожденных респираторные нарушения не развивались. В то же время при гипоксически-ишемическом поражении центральной нервной системы средней степени тяжести частота дыхательной недостаточности III степени достигала 40,7 %, II степени - 22,2%, I - 7,4%. При тяжелом гипоксически-ишемическом поражении центральной нервной системы дыхательная недостаточность регистрировалась в 100% случаев, в 66,7% случаев отмечалась дыхательная недостаточность III степени. В зависимости от тяжести респираторных нарушений детям проводилась респираторная поддержка в 20% случаев с лёгким поражением центральной нервной системы, в 70,4% со средней степенью и в 100% случаев при тяжёлом поражении. Это свидетельствует о связи между тяжестью развивающегося гипоксически-ишемического поражения центральной нервной системы и тяжестью респираторных нарушений. Сравнивая концентрацию ММП-1 в плазме пуповинной крови у детей с гипоксически - ишемическим поражением центральной нервной системы различной степени тяжести различия выявлялись только при тяжелом гипоксически-ишемическом поражении центральной нервной системы (0,387 ± 0,050, p1,3 = 0,036, p2,3 = 0,060, рк = 0,002) и гипоксически-ишемическом поражении центральной нервной системы средней тяжести (0,330 ± 0,0645, p1,2 = 0,526, рк = 0,024), причем только с контрольной группой, а у новорожденных с гипоксически - ишемическим поражением центральной нервной системы легкой степени тяжести (0,314 ± 0,0562, рк = 0,386) мы не обнаружили различий, в том числе и с контрольной группой. Отмечается достоверно значимое увеличение концентрации ММП-9 в плазме пуповинной крови у детей с гипоксически-ишемическим поражением центральной нервной системы различной степени тяжести в сравнении с контрольной группой (р 0,001), так концентрация ММП-9 у детей с лёгким поражением центральной нервной системы (127,9 ± 27,45, р1,3 0,001, рк 0,001) была достоверно выше, чем у детей со средней степенью гипоксически-ишемического поражения центральной нервной системы (101,1 ± 27,57, р1,2= 0,003) и контрольной группы (80,0 ± 15,58, р 0,001). Достоверно значимо максимальная концентрация ММП-9 наблюдалась у детей с гипоксически — ишемическим поражением центральной нервной системы тяжёлой степени (188,3 ± 52,85, р 0,001). Однако у детей, имевших поражение центральной нервной системы средней степени тяжести, концентрация ММП-9 была ниже, чем у детей с лёгким и тяжёлым поражением центральной нервной системы, что, по-видимому, обусловлено наличием респираторных нарушений у новорождённых детей. Также себя вела и концентрация тканевого ингибитора (ТИМП-1), отмечается незначительное повышение концентрации ТИМП-1 у детей с лёгким поражением ЦНС (28,7 ± 6,43, р = 0,398). У детей с поражением центральной нервной системы средней степени тяжести отмечается достоверно низкая концентрации ММП-9 (19,4 ± 4,73, р 0,001) в сравнении с детьми, имеющими тяжёлую степень поражения центральной нервной системы и детьми контрольной группы. Достоверно высокая концентрация ММП-9 наблюдалась у детей с тяжёлым поражением центральной нервной системы (31,8 ± 13,66, р1,2=0,406, р 0, 001).