Динамика микроэлементного состава крови беременных Кара-Сууйского района: от третьего триместра до родов

Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice

УДК 618.29: 577.118                              

Микроэлементы, включая жизненно важные металлы, играют важную роль в поддержании здоровья матери и обеспечении нормального развития плода во время беременности. Эти элементы участвуют в основных физиологических процессах, таких как клеточный рост, антиоксидантная защита и органогенез [1].

Изменения концентраций данных микронутриентов в тканях связаны с патологическими состояниями и болезнями, что влияет на потребности организма матери и плода на протяжении всей беременности [2, 3].

Такие эссенциальные элементы, как Cu, Se, Mn и Zn, необходимы для роста плода и активно транспортируются через плаценту для обеспечения его развития [4].

Несмотря на то, что плацента выполняет барьерную функцию, она не препятствует проникновению токсичных металлов, таких как свинец (Pb), ртуть (Hg) и кадмий (Cd), которые могут проникать в кровоток плода и накапливаться в развивающихся тканях [5].

Проведённые ранее исследования показывают, что воздействие токсичных металлов во время беременности может приводить к неблагоприятным исходам, включая нарушения роста, снижение массы тела при рождении, преждевременные роды и другие осложнения. Несмотря на важность данной проблематики, данные по Кыргызстану ограничены. Целью настоящей работы было исследовать уровни микроэлементов в крови беременных женщин, проживающих на территории без значимого антропогенного воздействия, а также выявить изменения в их концентрациях в III триместре беременности и в послеродовой период.

Материалы и методы исследования

В данное проспективное исследование были включены 35 беременных женщин с одноплодной беременностью в течение одного года — с сентября 2020 по сентябрь 2021 года. Исследование проводилось среди жительниц Кара-Сууйского района Ошской области Кыргызской Республики на низкой высоте (892 м), в экологически нейтральной зоне. Все участницы были уроженками этого региона и проживали там более 15 лет. Образцы крови собирались в два временных периода: в третьем триместре беременности (28–38 недель) и в период родов (37–42 недели). Протокол исследования был одобрен Комитетом по биомедицинской этике Ошского государственного университета (№04–16.09.2020). Все процедуры, связанные с забором крови у человека, выполнялись в соответствии с принципами Хельсинкской декларации [6]. Всем участницам были подробно разъяснены цели и методы исследования, после чего было получено письменное информированное согласие.

В исследование включались женщины в возрасте от 18 до 42 лет с одноплодной физиологической беременностью, без осложнений в анамнезе и без острых или хронических заболеваний. Женщины исключались из исследования при наличии осложнённой беременности, экстрагенитальной патологии, многоплодной беременности, а также если они не являлись постоянными жительницами Кара-Сууйского района. Социальнодемографические характеристики собирались путем заполнения анкет. Образцы крови собирались обученным медицинским персоналом во время очередного пренатального визита в Центр семейной медицины города Кара-Суу, а также в течение 1 часа после родов в родильном отделении Кара-Сууской территориальной больницы. Образцы цельной крови (n = 35) отбирались из вен предплечья в пробирки с ЭДТА объемом 3 мл (фиолетовая крышка, BD Vacutainer® K2E) для анализа макро- и микроэлементов. Для определения концентраций элементов образцы сразу замораживались, хранились при –18°C и позднее транспортировались в Словению на сухом льду. Анализы проводились в лаборатории Департамента наук об окружающей среде Института имени Йозефа Стефана (Любляна, Словения).

Процедура определения элементов с использованием индуктивно связанной плазмы– масс-спектрометрии (ИСП–МС). Около 0,3 г каждого образца крови взвешивали в предварительно очищенные тефлоновые пробирки. Затем добавляли 0,5 мл 65% HNО, после чего образцы подвергали разложению в закрытой системе в микроволновом модуле (ULTRАWАVЕ, Singlе Rеаctiоn Chаmbеr Micrоwаvе Digеstiоn Systеm, MILЕSTОNЕ Srl, Соризоле, Италия) при максимальной мощности 1500 Вт, нагревании до 240 °C в течение 20 минут и выдержке при этой температуре 15 минут. Полученный прозрачный раствор количественно переносили в градуированные полиэтиленовые пробирки объёмом 10 мл и доводили до 5 мл водой Milli-Q. Аналогичные процедуры проводились для контрольных проб и стандартных образцов. Для определения суммарных концентраций элементов использовался масс-спектрометр Аgilеnt 8800 ICP–MS с тройным квадруполем (ICP–QQQ, Аgilеnt Tеchnоlоgiеs, Токио, Япония), оснащённый автосамплером АSX–510 (Cеtаc).

Прибор ежедневно калибровали. Пустые пробы, контрольные образцы и стандартные материалы анализировались в каждой аналитической серии. Точность измерений оценивалась по сертифицированным стандартам.

Статистическая обработка

Описательный, сравнительный и аналитический статистические анализы проводились с использованием программы STATA SE 12. Описательная статистика включала определение средних значений, стандартных отклонений (SD), минимальных и максимальных значений и процентного распределения характеристик выборки. Для концентраций элементов рассчитывались геометрические средние (GM) с 95% доверительными интервалами (CI), а также минимумы и максимумы. Однофакторный дисперсионный анализ (ANOVA) применялся для оценки различий концентраций элементов между группами третьего триместра и периода родов. Поскольку распределение переменных (концентраций металлов) отличалось от нормального, значения логарифмировали перед анализом. В некоторых образцах концентрации Co, Hg, Ba и U были ниже предела обнаружения (LOD, limit of detection), при этом доля таких значений составляла соответственно 100/34,29%, 74,29/74,29%, 2,86/0% и 68,6/40% для III триместра/родов.

В статистический анализ включались фактические измеренные значения, даже если они были ниже предела обнаружения, однако отрицательные значения заменялись минимальным измеренным значением каждого элемента.

Результаты

Социально-демографические характеристики матерей приведены в Таблице 1. Средний возраст беременных составил 28,0 лет (СО: 5,8; диапазон: 19–39). Большинство (60,0%) были многодетными (три и более ребенка), 91,4% участниц имели только общее среднее образование.

По этническому составу 54,3% составляли кыргызские женщины, а 45,7% — узбекские. Средний срок беременности на момент забора крови в третьем триместре составил 34,23 недели (СО: 2,17; диапазон: 30–38). Средний вес до беременности и ИМТ составляли 59,26 кг (СО: 7,95) и 23,59 кг/м² (СО: 3,28) соответственно; 28,6% женщин были классифицированы как имеющие избыточную массу тела (ИМТ ≥25 кг/м²), а 2,9% — как страдающие ожирением (ИМТ ≥30 кг/м²).

К моменту родов средний вес матерей увеличился до 71,57 кг (СО: 10,67), при этом у 51,43% женщин ИМТ был ≥25 кг/м², а у 31,43% — ≥30 кг/м². Средний рост составил 158,6 см (СО: 5,78; диапазон: 145–173).

Более подробные социально-демографические характеристики, данные о менструальной функции и акушерском анамнезе были описаны ранее [25].

Tаblе 1

СОЦИАЛЬНО-ДЕМОГРАФИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА БЕРЕМЕННЫХ ЖЕНЩИН

Параметры	М (Со)/N(%)	Min–Mаx
Возраст (лет) Количество родов* N(%)	28.0 (5.8)	19-39
1 ребенок	5 (14.3)
2 ребенка	9 (25.70)
3 и более ребенка Уровень образования N (%)	21 (60.0)
ООСШ	32 (91.4)
Колледж/ Университет Национальность N (%)	3 (8.6)
Кыргыз	19 (54.3)
Узбек	16 (45.7)
Гестационный возраст (III тр.**)	34.23 (2.17)	30-38
Вес до беременности (kg)	59.26 (7.95)	48-81
ИМТ до беременности (кг/м2)	23.59 (3.28)	19.2-35.5
< 18 N (%)	0
≥ 25 N (%)	10 (28.6)
≥ 30 N (%)	1 (2.9)
Рост (cм)	158.6(5.78)	(145-173)
Гестационная неделя (роды***)	39.43 (1.04)	37-41

*Роды живого или нежизнеспособного ребенка с 27-й недели беременности и позже; ** Срок беременности во время первого забора крови (III триместр); *** Срок беременности во время второго забора крови (ранний послеродовой период в течении 2 часов); ООСШ- общеобразовательная средняя школа; ИМТ – индекс массы тела

Геометрические средние значения и 95% доверительные интервалы (ДИ) для 12 жизненно важных металлов, включая макроэлементы (Na, Mg, P, S, K), микроэлементы (Mn, Fe, Co, Cu, Zn, Se, Mo), а также 9 несущественных микроэлементов (Hg, As, Pb, Cd, Rb, Sr, Ba, Cs, U) у 35 участниц, разделенных на группу третьего триместра и группу периода родов, представлены в Таблице 2.

Таблица 2 КОНЦЕНТРАЦИИ ЭССЕНЦИАЛЬНЫХ И ТОКСИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ

В КРОВИ БЕРЕМЕННЫХ В III ТРИМЕСТРЕ И ВО ВРЕМЯ РОДОВ

Эссенциальные элементы (нг/г)

	III триместр		Роды		P*
	GM (95%CI)	Min–Mаx	GM (95%CI)	Min–Mаx
K	2041 (1973-2113)	1651-2553	2242 (2174-2315)	1881-2660	0.0000 ↑
Nа	2021 (1969-2075)	1836-2668	1994 (1947-2043)	1791-2271	0.2648
S	1328 (1293-1365)	1153-1695	1494 (1463-1525)	1264-1695	0.0000 ↑
P	348 (337-360)	277-430	381 (370-392)	311-460	0.0000 ↑
Fе	357 (341-374)	240-435	381 (361-404)	242-519	0.0107 ↑
Mg	29.1 (28.5-29.9)	25-35.1	28.8 (28-29.5)	25.8-35.8	0.2315
Zn	5904 (5572-6256)	4027-7948	6036 (5679-6415)	4249-8885	0.3987
Cu	1489 (1395-1589)	718-2198	1384 (1289-1486)	614-2035	0.0000↓
Sе	103 (97-110)	66-140	108 (102-114)	63-148	0.0087 ↑
Mn	16.92 (15.08-18.97)	7.71-37.65	15.74 (13.96-17.72)	6.64-39.37	0.0916 ↓

Эссенциальные элементы (нг/г)
	III триместр		Роды
	GM (95%CI)	Min–Mаx	GM (95%CI)	Min–Mаx	P*
Mо	0.96 (0.83-1.09 )	0.38-1.74	0.85 (0.74-0.98)	0.4-2.7	0.1576
Cо	< LОD (100%)	0.23-0.86	< LОD (34.29%)	0.79-1.67	0.0000↑
	0.50 (0.45-0.56)		1.11 (1.02-1.20)
Токсические элементы (нг/г)
	III триместр		Роды
	GM (95%CI)	Min–Mаx	GM (95%CI)	Min–Mаx	P *
Rb	988 (934-1045)	746-1336	1029 (987-1075)	787-1296	0.0208 ↑
Sr	63.5 (58.0-69.4)	39-108.5	63 (57.3-69.3)	40.5-98.7	0.9047
Pb	12.9 (11.6-14.3)	6.3-23.5	13.05 (11.9-14.4)	6.6-24.7	0.8993
Bа	< LОD (2.86%) 1.60 (1.36-1.87)	0.5-4.9	1.42 (1.28-1.56)	0.77-2.33	0.0640↓
Аs	0.35 (0.30-0.41)	0.19-2.54	0.40 (0.34-0.46)	0.23-3.08	0.0730 ↑
Cs	0.424 (0.385-0.464)	0.29-0.71	0.543 (0.472-0.625)	0.3-1.85	0.0045 ↑
Hg	< LОD (74.29%)	0-0.51	< LОD (74.29%)	0.06-0.77	0.0147 ↑
	0.115(0.084-0.157)		0.159 (0.133-0.190)
Cd	0.309 (0.265-0.361)	0.14-1.07	0.315 (0.272-0.365)	0.15-1.25	0.8672
U	< LОD (71.43%)	0-0.022	< LОD (40%)	0.0002-0.072	0.1513
	0.0115 (0.009-0.014)		0.012(0.009-0.016)

K, Nа, S, P, Fе, Mg in мкг/г; *p значение на основе однофакторного дисперсионного анализа АNОVА. Значения с жирным обозначением означают p < 0.05; значаения с жирным курсивом означают p< 0.1

Среди жизненно важных элементов значительное увеличение с третьего триместра к моменту родов было отмечено для калия (K), серы (S), фосфора (P), железа (Fe) и селена (Se) (p < 0,05). Примечательно, что уровень меди (Cu) значительно снизился к моменту родов (p = 0,0000), тогда как уровень кобальта (Co) заметно увеличился (p < 0,0000). Уровни таких элементов, как натрий (Na), магний (Mg), цинк (Zn), марганец (Mn) и молибден (Mo), существенно не изменились. Что касается несущественных элементов, уровни рубидия (Rb), цезия (Cs) и ртути (Hg) были значительно выше в период родов по сравнению с третьим триместром (p < 0,05). Для мышьяка (As) и бария (Ba) наблюдались тенденции к увеличению и снижению соответственно, но без статистической значимости. Уровни стронция (Sr), свинца (Pb), кадмия (Cd) и урана (U) оставались относительно стабильными в оба периода, значимых различий не выявлено.

Обсуждение

Данное исследование представляет собой комплексный анализ концентраций жизненно важных и токсических элементов в цельной крови матери в третьем триместре беременности и в послеродовом периоде. Результаты показывают, что уровни различных элементов в крови матерей заметно различаются между поздним сроком беременности и моментом родов. Некоторые из этих изменений статистически значимы и могут быть обусловлены естественной адаптацией организма, процессом переноса питательных веществ через плаценту или воздействием факторов окружающей среды. Данные колебания могут влиять как на здоровье матери, так и на здоровье ребенка.

Установлено, что концентрации таких жизненно важных элементов, как калий (K), сера (S), фосфор (P), железо (Fe) и селен (Se), значительно увеличились от третьего триместра к моменту родов (p < 0,05). Примечательно, что уровень меди (Cu) существенно снизился (p =

0,0000), тогда как уровень кобальта (Co) заметно вырос (p < 0,05). Содержание натрия (Na), магния (Mg), цинка (Zn), марганца (Mn) и молибдена (Mo) значимо не изменилось.

Проведено сравнение полученных данных с результатами исследований беременных женщин на поздних сроках из других стран (Пуэрто-Рико, Австралия, Норвегия, Япония, Германия, Китай и Испания), включая регионы с разной степенью экологического воздействия [8].

Сравнение показало, что уровни металлов в нашем исследовании в целом соответствуют данным аналогичных международных исследований. По сравнению с контрольной популяцией статистически значимо более высокие уровни жизненно важных макроэлементов (Mg, P, S, Fe и Ca) и слабо статистически значимый уровень жизненно важного микроэлемента Se были выявлены в подвергшейся воздействию кыргызской популяции [9].

Результаты показали, что по сравнению с показателями третьего триместра концентрация железа в крови продолжает увеличиваться с ростом срока беременности. Основной причиной может быть увеличение массы эритроцитов, что приводит к росту общего содержания железа в организме, так как железо является критическим компонентом гемоглобина в эритроцитах [10].

К третьему триместру увеличивается способность организма усваивать железо, и организм мобилизует его из существующих запасов для поддержки увеличенной массы эритроцитов и удовлетворения повышенных потребностей плода [11].

В противоположность этому, исследования в Южной Корее, Индии и Иране показывали другие тенденции изменения сывороточного железа во время беременности [8, 12, 13].

Уровни меди снижаются с увеличением срока беременности. В поздней беременности плацента увеличивает транспорт меди к плоду для его роста и развития, что снижает уровень меди у матери [14].

Гемодилюция вследствие увеличения объема плазмы также может приводить к снижению концентрации меди, даже если общий запас меди в организме остается стабильным [15].

Повышенный оксидативный стресс перед родами может приводить к перераспределению меди для синтеза антиоксидантных ферментов, таких как Cu-Zn-супероксиддисмутаза, что снижает циркулирующие уровни [16].

В некоторых исследованиях уровень меди, наоборот, увеличивается с приближением к родам [13, 17].

Однако имеется ограниченное количество данных, подтверждающих, что уровни селена (Se) в крови матери увеличиваются к моменту родов, как показано в нашем исследовании. Рост уровня селена у матери с поздней беременности до родов может быть обусловлен увеличением переноса селена через плаценту и его накоплением в печени плода между 20-й и 40-й неделями беременности либо адаптацией организма матери к возросшей потребности в селене за счет усиления его усвоения и удержания [18].

По мере прогрессирования беременности оксидативный стресс увеличивается из-за роста метаболической активности и развития плода [19].

В ответ организм матери повышает синтез селенопротеинов, таких как глутатионпероксидаза (GPx) и селенопротеин P (SеP), которые играют ключевую роль в защите от окислительного повреждения, что способствует увеличению уровня селена к моменту родов [20].

Несколько исследований изучали уровень марганца (Mn) в крови матери во время беременности, особенно его изменения в разные триместры и к родам. В то время как некоторые исследования показывают рост уровня Mn по мере прогрессирования беременности, другие отмечают снижение или стабилизацию к сроку родов [21].

Концентрации ртути (Hg) в крови матери значительно увеличиваются к моменту родов, что согласуется с продольными данными, демонстрирующими, что общий уровень ртути в крови может постепенно накапливаться в течение всей беременности, даже в популяциях без известного воздействия ртути [22].

Средние концентрации мышьяка (Аs) и ртути увеличились с поздней беременности до родов, что аналогично данным других авторов; эти значения связаны с потреблением рыбы, которое было исключено у нашей популяции по социально-экономическим и культурным причинам. По сравнению с регионами Кыргызстана, подвергшимися воздействию Hg, средние концентрации (ГМ с 95% ДИ и медианы) несущественных металлов, связанных с горной добычей, были немного, но статистически значимо выше в группе, подвергшейся воздействию Hg, чем в районе Кара-Суу (Hg, Аs, U, Rb и Cs). Другие несущественные элементы, возможно, связанные с загрязнением воздуха и/или плохим питанием, чаще встречались у женщин в районе Кара-Суу (Sr, Bа) [9].

Уровень мышьяка также значительно увеличился к моменту родов, и многопараметрический регрессионный анализ показал положительную связь между уровнем As у матери и массой и длиной тела новорожденного. Исследования из Мексики и Китая показали, что уровень мышьяка у матери обычно растет в течение беременности, а повышенное воздействие мышьяка, особенно при высоких концентрациях, связано с неблагоприятными исходами родов, включая снижение массы тела при рождении [23].

Продольные и кросс-секционные исследования показывают, что концентрации рубидия (Rb) у матери колеблются в течение беременности: уровни обычно ниже в период беременности, чем до зачатия, с последующим ростом к моменту родов. Более высокие концентрации Rb в крови пуповины и значимые корреляции с уровнем у матери указывают на эффективный трансплацентарный перенос и потенциальное воздействие на плод, зависящее от статуса Rb у матери [24].

В исследовании В. Д. Турсуновой установлено, что уровни некоторых элементов, таких как S, P, Fe, Sr и Cs, были выше у беременных женщин с плодами мужского пола, в то время как Se и Rb проявили обратную тенденцию. Эти различия, вероятно, отражают различные биологические механизмы внутриутробного развития у мальчиков и девочек, включая реакции на стресс окружающей среды и метаболические пути [25].

Заключение

Данное исследование является первым в своем роде, в котором изучались изменения концентраций металлов у здоровых беременных женщин из Кыргызстана, проживающих в регионе без техногенного воздействия (Кара-Суу), с сопоставлением показателей III триместра беременности и периода родов с учетом социодемографических характеристик. Было выявлено значительное увеличение концентраций нескольких жизненно важных элементов с третьего триместра до родов, включая калий, серу, фосфор, железо и селен, в то время как уровень меди значительно снизился, а уровень кобальта заметно увеличился. Среди менее значимых элементов уровни рубидия, цезия и ртути были выше в период родов по сравнению с поздним сроком беременности. Эти данные свидетельствуют о динамических изменениях статуса металлов (металлоидов) у матери в поздней беременности и после родов. Необходимы дальнейшие исследования с более крупными когортами для подтверждения этих ассоциаций и более точного выяснения роли статуса металлов (металлоидов) в росте плода. Эти результаты могут быть полезны для будущего биомониторинга нутритивного статуса и состояния здоровья здоровых беременных женщин в Кыргызстане.

Финансирование: Данная работа была поддержана Международным центром теоретической физики (ICTP) и Международным агентством по атомной энергии (МАГАТЭ) в рамках стипендиальной программы Sаndwich Trаining Еducаtiоnаl Prоgrаm (STЕP), Институтом Йозефа Стефана (Словения), а также получила финансирование из внутреннего гранта Ошского государственного университета.