Цель исследования. Создать технологию ранней диагностики гипоксического повреждения головного мозга у доношенных новорожденных. Материал и методы. На базе родовспомогательных учреждений г. Чита за 2017-2020 гг. проведен ретроспективный анализ историй родов и уровня цитокинов у 89 новорожденных. Было выделено две исследуемые группы: 1 группа включала 39 новорожденных с хронической гипоксией в анамнезе; 2 группа – 50 новорожденных, родившихся в состоянии асфиксии. В сыворотке пуповинной крови методом ИФА определяли уровни интерлейкинов (ИЛ-ф, ИЛ-4, ИЛ-6, ИЛ-8, ИЛ-10), ФНО-а и НСЕ. Статистическая обработка результатов исследования осуществлялась с помощью пакета программ «IBM SPSS Statistics Version 25.0» (International Business Machines Corporation, США).
Результаты. В структуру обучаемой нейронной сети были включены 6 входных нейронов, отражающие уровень значимых интерлейкинов (ИЛ-ф, ИЛ-4, ИЛ-6 и ИЛ-8) и оценку по шкале Апгар в конце первой и пятой минут. Процент неверных предсказаний полученной нейросети составил 17,4 %.
Заключение. Комплексный подход, основанный на интеграции в структуре нейронной сети результатов оценки по шкале Апгар в конце первой и пятой минут жизни и уровня цитокинов ИЛ-1р, ИЛ-4, ИЛ-6 и ИЛ-8 в пуповинной крови, позволяет с точностью до 82,6 % диагностировать развитие гипоксического повреждения головного мозга. Применение данной технологии в клинической практике позволит в перспективе своевременно диагностировать патологию центральной нервной системы и снизить частоту неблагоприятных неврологических исходов. Ключевые слова: технология, ранняя диагностика, гипоксическое повреждение, головной мозг, доношенный новорожденный.
Внутриутробная гипоксия и интранатальная асфиксия являются весомыми факторами риска для развития заболеваний со стороны центральной нервной системы (ЦНС). Гипоксические поражения головного мозга включены в классификацию перинатальных поражений нервной системы (Российская ассоциация специалистов перинатальной медицины, 2000 г). Неврологические последствия вышеуказанных состояний (например, детский церебральный паралич (ДЦП), гиперреактивность, нарушение моторного развития) существенно снижают качества жизни ребенка. Ряд исследований подтвердил, что последствия гипоксических поражений ЦНС не проявляли себя в раннем возрасте, могут манифестировать позже, в более старших возрастных группах.
Для диагностирования топики морфологических нарушений в головном мозге, их степени тяжести используются нейросонография (НСГ), компьютерная томография (КТ), магнитно-резонансная томография (МРТ) и электроэнцефалография (ЭЭГ). Скриниговым методом является НСГ, помогающая выявить внутричерепное кровоизлияние, гидроцефалию, перивентрикулярную лейкомаляцию и другие структурные изменения. При тяжелых поражениях обнаруживаются диффузное повышение эхогенности мозговой паренхимы и повышение индекса резистентности средней мозговой артерии (доплерография). Средняя церебральная ишемия (ЦИ) характеризуется локальными гиперэхогенными очагами, парасагиттальными инфарктами водораздела передней/средней мозговой и средней/задней артериями. Повреждение базальных ганглиев имеет более худший прогноз для жизни. При легкой степени ЦИ никаких структурных изменений не обнаруживается. Оценка активности коры методом ЭЭГ у новорожденных используется для мониторинга состояния ЦНС (его данные входят в классификацию тяжести гипоксически-ишемической энцефалопатии (ГИЭ) по Sarnat HB, Sarnat MS, 1976). Гипоксические поражение головного мозга сопровождаются угнетением электрической активности коры, судорожной активностью, его результаты прогнозируют течение заболевания. Не смотря на все плюсы ЭЭГ-мониторинг имеет ряд ограничений в виде наличия специального оборудования, сложности интерпретации врачами неонатологами и обеспечения круглосуточного присутствия нейрофизиолога, трудоемкостью методики. Альтернативой служит амплитудно-интегрированная электроэнцефалография (аЭЭГ), которую необходимо проводить всем детям со средним и тяжелым поражением головного мозга. Создаваемый данной аппаратурой график может быть легко интерпретирован практикующими докторами. Расшифровывая данные ЭЭГ, необходимо учитывать клинический анамнез, поскольку отек, повышенное внутричерепное давление, а также используемые лекарственные средства могут оказывать существенное влияние на характер полученных данных. Кроме того, шкала тяжести ГИЭ по Sarnat HB, Sarnat MS может быть ограничена седацией пациента, субъективизмом оценки, наличием сопутствующей патологии, невозможностью адекватно оценить ряд рефлексов (например, Моро и сосания) у новорожденных на искусственной вентиляции легких. Результаты ЭЭГ применяются совокупно с данными других дополнительных методов обследования и клинической симптоматикой.
Таким образом, инструментальные методы диагностики не всегда могут обнаружить уже начавшийся патологический процесс, а такие высокочувствительные методы как КТ и МРТ применяются только при выраженной клинической симптоматике, что не всегда бывает при гипоксических поражениях головного мозга (особенно легкой степени). Поэтому остается актуальным поиск ранних маркеров поражения ЦНС и упрощение их интерпретации практическими докторами.
Воздействие гипоксии приводит к включению множества патогенетических реакций, заканчивающихся гибелью нервных клеток головного мозга. Одним из звеньев патогенетической цепи, приводящей к повреждению клеток головного мозга вследствие действия гипоксии, является выработка микроглией цитокинов. Этот процесс был подтвержден рядом исследователей, которые показали повышение концентраций этих веществ у детей с ЦИ, ГИЭ, судорогами и другими подобными состояниями.
Интерлейкин (ИЛ)–6 относится к группе провоспалительных цитокинов, как фактор межклеточного взаимодействия Т- и В-лимфоцитов. Высокий уровень ИЛ-6 у младенцев с интранатальной асфиксией коррелирует с тяжестью поражения ЦНС. Ряд исследователей выявил связь между уровнем ИЛ-1β и ИЛ-6 и степенью гипоксически-ишемического поражения головного мозга. Другой провоспалительный цитокин фактор некроза опухолей-α (ФНО-α) стимулирует выработку ИЛ-1β, регулирующим апоптоз клеток ЦНС, а также способствующим дифференцировке, пролиферации и последующему развитию лейкоцитов. У детей как с ишемическим, так и с геморрагическим поражением головного мозга, в том числе на фоне асфиксии, обнаруживались его повышенные концентрации в плазме крови и ликворе, были связаны со структурными изменениями в головном мозге и различными неврологическими расстройствами на первом году жизни. ИЛ-1β синтезируется макрофагами, дендридными, эпителиальными, эндотелиальными клетками, широко известен как один из основных маркеров ранних и поздних стадий повреждения головного мозга, связанных с воспалением после гипоксических и ишемических повреждений. ИЛ-1β высвобождается как сразу после гипоксического повреждения, так и в отсроченных фазах нейроповреждения. Для олигодендроцитов он не опасен, однако он тормозит пролиферативные процессы и, соответственно, задерживает после повреждения развитие и восстановление белого вещества.
CXC-хемокин ИЛ-8, который вырабатывают при встрече с патогенами активированные лимфоциты, эндотелиальные клетки, фибробласты, нейтрофилы и др., также показал высокие цифры концентраций в пуповинной и периферической крови новорожденных. Это указывает на активацию факторов врожденного иммунитета и высокую вероятность реализации неврологической патологии.
Такие цитокины как ИЛ-4 и ИЛ-10 считаются противовоспалительными. ИЛ-4 – лиганд гамма-цепи рецепторного комплекса ИЛ-2. Он способствует эндогенной защите мозга новорожденного (M. Ziemka-Nalecz et al.). ИЛ-10 подавляет иммунный ответ. Экспрессия к нему рецепторов в клетках ЦНС путем блокирования апоптоза способствует выживанию нейронов и нейроглии, снижению уровня провоспалительных цитокинов. Его снижение в пуповинной крови у детей с асфиксией наблюдается наряду с повышением уровня провоспалительных цитокинов. Между тем, согласно литературным данным у детей с ГИЭ концентрация ИЛ-10 повышается.
Специфическим маркером в крови, указывающим на наличие нейроповреждение, является нейронспецифическая енолаза (НСЕ), которая повышается при ишемии и травме мозга, эпилепсии, внутричерепных кровоизлияниях, судорогах и других неврологических заболеваниях. Она достаточно специфичный маркер повреждения нервной ткани. Референсные значения в крови у детей отличаются друг от друга, зависят от возраста, а в периоде новорожденности от срока гестации и метода родоразрешения. Уровень НСЕ повышается при ишемии и травме мозга, эпилепсии, внутричерепных кровоизлияниях, неонатальных судорогах. Учитывая то, что структурные изменения клеточных мембран могут продолжаться ещё длительное время после гипоксических эпизодов, высокие концентрация НСЕ наблюдаются в разных возрастных группах.
Материал и методы
На базе ГБУЗ «Забайкальский краевой перинатальный центр» и перинатального центра ГУЗ «Краевая клиническая больница» г. Чита в 2017-2020гг. проведен проспективный анализ историй родов и уровня цитокинов у 89 новорожденных. Было выделено две исследуемые группы: 1 группа включала 39 новорожденных с хронической гипоксией в анамнезе; 2 группа – 50 новорожденных, родившихся в состоянии асфиксии. Диагноз хронической гипоксии плода был выставлен на основании комплекса инструментальных методов обследования, включающего кардиотокографию, ультразвуковую допплерографию и биофизический профиль плода. Диагноз асфиксии был выставлен на основании клинико-лабораторных показателей, низкой оценки по шкале Апгар. Сбор пуповинной крови осуществлялся непосредственно после рождения ребенка, открытым способом самотеком из артерий и вены материнского конца пуповины после ее пересечения между двумя зажимами и обработки стерильным раствором. Уровни интерлейкинов (ИЛ-1β, ИЛ-4, ИЛ-6, ИЛ-8, ИЛ-10), ФНО-α и НСЕ в сыворотке пуповинной крови определяли методом ИФА («сэндвич»-методом) с использованием готовых наборов реактивов фирмы «Вектор-Бест» на аппарате Expert 96.
Результаты и обсуждение
Число новорожденных мужского пола 1 группе составило 48,7 % (19/39), во 2 группе – 52,0 % (26/50), что, однако, не имело статистически значимых различий (χ2=0,09, p=0,76). Мекониальный характер околоплодных вод имел место в 23,1 % (9/39) случаев в 1 группе и 26,0 % (13/50) – 2 группы (χ2=0,1, p=0,75). Исследуемые группы были сопоставимы и по другим изучаемым параметрам, за исключением оценки по шкале Апгар, что позволяет судить о значимости последующих выводов. Несмотря на гипотетически функциональную связь между концентрацией всех исследуемых цитокинов и гипоксическим поражением головного мозга, статистически значимые различия были обнаружены только при сравнении уровня ИЛ-1β, ИЛ-4, ИЛ-6 и ИЛ-8 в исследуемых группах. По данным НСГ, структурные изменения головного мозга в 1 группе имели 23,1 % (9/39), во 2 группе – 52,0 % (26/50) новорожденных (χ2=2,86, p=0,09), что свидетельствует о значимости асфиксии в развитии структурных повреждений головного мозга. Между тем, при анализе структуры повреждений головного мозга статистически значимых различий не обнаружено, что не позволяет считать асфиксию основным предиктором конкретного вида повреждения.
О некотором преобладании структурных повреждений головного мозга у детей, рожденных в состоянии асфиксии, свидетельствовало преобладание во 2 группе снижения двигательной активности, угнетения ЦНС и очаговой симптоматики.
У детей, рожденных в состоянии асфиксии, в отличие от новорожденных 1 группы, в 14,0 % (7/50) случаев отмечались воспалительные изменения крови (χ2=5,93, p=0,02), в 10,0 % (5/50) случаев – электролитные нарушения в (χ2=4,13, p=0,04), в 18,0 % (9/50) случаев – ацидоз (χ2=7,81, p=0,005). Следует сказать, что согласно данным ЭЭГ, изменение биоэлектрической активности мозга и судорожные признаки наблюдались у 4,0 % (2/50) детей только 1 исследуемой группы (χ2=1,6, p=0,21), что не позволяет считать ЭЭГ методом выбора для диагностики гипоксического повреждения головного мозга у новорожденных. По истечению раннего неонатального периода диагноз церебральная ишемия (ЦИ) II степени был выставлен 18,0 % (9/50) детей только 2 исследуемой группы (χ2=7,81, p=0,005).
Технология ранней диагностики гипоксического повреждения головного мозга у доношенных новорожденных реализована на базе многослойного персептрона, процент неверных предсказаний в процессе обучения которого составил 17,4 %. В структуру обучаемой нейронной сети были включены 6 входных нейронов, отражающие уровень значимых интерлейкинов (ИЛ-1β, ИЛ-4, ИЛ-6 и ИЛ-8) и оценку по шкале Апгар в конце первой и пятой минут. Нейронная сеть содержала один скрытый слой, состоящий из трех функциональных единиц, и 2 выходных нейрона. Нейрон «Структурныеизменения=0» отвечал за случаи рождения детей без структурных изменений головного мозга, «Структурныеизменения=1» – за структурные изменения головного мозга. В качестве функции активации в скрытом слое выступал гиперболический тангенс, в выходном слое – Soft max, в качестве функции ошибки – перекрестная энтропия. Исходя из значений предсказанной псевдовероятности, полученная нейросеть позволяет достаточно эффективно дифференцировать вероятность развития структурных изменений головного мозга у доношенных новорожденных, перенесших в анте- и/или интранатальном периодах гипоксию.
В процессе тестирования нейронной сети на выборке, состоящей из 20 новорожденных, процент неверных предсказаний составил 10,0 % (2/20). Увеличение информативности модели (AUC=0,903, Sp=0,819, Se=0,814, p<0,001), вероятно, связано с низкой численностью тестируемой выборки. Отсутствие функциональной зависимости между результатом прогноза и объективной действительностью может быть связано не только с погрешностями забора и проведения лабораторных анализов, но и объясняться сложностью патофизиологических процессов.
Заключение
Комплексный подход, основанный не только наоценке состояния новорожденного по шкале Апгар, данных клинической картины, но и включающий определение непосредственно после рождения уровня значимых интерлейкинов (ИЛ-1β, ИЛ-4, ИЛ-6, ИЛ-8) в сыворотке пуповинной крови, позволяет с точностью до 82,6 % диагностировать развитие гипоксического повреждения головного мозга. Данный метод позволит своевременно провести высокоточные методы нейровизуализации для подтверждения диагноза и своевременно начать необходимую терапию для снижения частоты развития неблагоприятных неврологических исходов.
Литература
- Руководство по перинатологии. Под ред. Иванова ДО. М.: Информ-Навигатор; 2019. 2528 с.
- Неотложные состояния у новорожденных детей: руководство для врачей. Под ред. Барышева АЮ. М.: ГЭОТАР-Медиа; 2020. 416 с.
- Placha K, Luptakova D, Baciak L, Ujhazy E, Ju-ranek I. Neonatalbrain injury as a consequence of insufficient cerebral oxygenation. Neuro Endocrinology Letters. 2016;37(2):79-96.
- Петренкова НС, Сергеева ВА, Пахомов ДА. Гемодинамические паттерны у новорожденных с ги-поксически-ишемической энцефалопатией при проведении терапевтической гипотермии. Забайкальский медицинский вестник. 2017;(2):72-77.
- Massaro AN, Wu YW, Bammler TK, Comstock B, Mathur A, McKinstry RC, Chang T, Mayock DE, Mulkey SB, Van Meurs K, Juul S. Plasma biomarkers of brain injury in neonatal hypoxic-ischemic encephalopathy. The Journal of Pediatrics. 2018;(194):67-75. DOI: 1016/j. jpeds.2017.10.060
- Джефри Перлман. Неврология. Проблемы и противоречия в неонатологии. М.: Логосфера. 2015. 392 с.
- Блинов ДВ. Диагностическое значение ЭЭГ и биохимических маркеров повреждения мозга при гипоксически-ишемической энцефалопатии. Эпилепсия и пароксизмальные состояния. 2016;8(4):91-98. DOI: 17749/20778333.2016.8.4.091-098
- Задворнов АА, Голомидов АВ, Григорьев ЕВ. Амплитудно-интегрированная электроэнцефалография у доношенных новорожденных с гипоксиче-ски-ишемической энцефалопатией. Неонатология. 2018;6(2):52-63.
- Методическое письмо № 15-4/И/2-2570 от 04 марта 2020г. «Реанимация и стабилизация состояния новорожденных детей в родильном зале». Ссылка активна на 06.2021. https://mz19.ru/upload/iblock/d0e/Metod-icheskoe-pismo-Reanimatsiya-i-stabilizatsiya-sostoyani-ya-novorozhdennykh-detey-v-rodilnom-zale.pdf
- Шабалов НП. Неонатология. М.: ГЭОТАР-Ме-диа; 2016. 704 с.
- Perrone S, Weiss MD, Proietti F, Rossignol C, Cor-nacchione S, Bazzini F, Calderisi M, Buonocore G, Longini M. Identification of a panel of cytokines in neonates with hypoxic ischemic encephalopathy treated with hypothermia. Cytokine. 2018;(111):119-124. DOI: 10.1016/j. cyto.2018.08.011
- Murray KN, Parry-Jones AR, Allan SM. Interleu-kin-1 and acute brain injury. Frontiers in Cellular Neuroscience. 2015;(9):18. DOI: 3389/fncel.2015.00018
- Chaparro-Huerta V, Flores-Soto ME, Merin Sigala ME, Barrera de León JC, Lemus-Varela ML, Torres-Mendoza BM, Beas-Zarate C. Proinflammatory cytokines, eno-lase and S-100 as early biochemical indicators of hypox-ic-ischemic encephalopathy following perinatal asphyxia in newborns. Pediatrics and Neonatology. 2017;58(1):70-76. DOI:1016/j.pedneo.2016.05.001
- Doll DN, Barr TL, Simpkins JW. Cytokines: their role in stroke and potential use as biomarkers and therapeutic targets. Aging and Disease. 2014;5(5):294-306. DOI: 14336/AD.2014.0500294
- Якорнова ГВ, Ремизова ИИ, Чистякова ГН, Устъянцева ЛС. Динамика провоспалительных цито-кинов у детей, родившихся у женщин с осложненной беременностью, в зависимости от течения раннего периода адаптации. Российский вестник перинатологии и педиатрии. 2015;60(4):50-56.
- Симбирцев АС. Цитокины в патогенезе и лечении заболеваний человека. СПб.: Фолиант; 2018. 512 с.
- Чистякова ГН, Ремизова ЛЛ, Газиева ЛА, Бычкова СВ, Занина ЕВ, Чарипова БТ. Про- и противовоспалительные медиаторы у новорожденных с перинатальной патологией. Российский вестник перинатологии и педиатрии. 2014;59(2):66-70.
- Ziemka-Nalecz M, Jaworska J, Zalewska T. Insights into the neuroinflammatory responsions after neonatal hypoxia-ischemia. Journal of Neuropathology and Experimental Neurology. 2017;76(8):644-654. DOI: 1093/jnen/ nlx046
- Ведунова МВ, Терентьева КА, Щелчкова НА, Косарева МА, Мищенко ТА, Халецкая ОВ, Мухина ИВ. Диагностическое значение определения концентрации нейротрофических факторов и ней-ронспецифической енолазы в крови новорожденных с нарушениями ЦНС. Современные технологии в медицине. 2015;7(2):25-32.
- Моргун АВ, Овчаренко НВ, Таранушенко ТЕ, Устинова СИ, Окунева ОС, Антонова СК, Гилязова ДФ, Успенская ОА, Сатина АБ. Маркеры апоптоза и нейроспецифические белки в диагностике перинатальных поражений центральной нервной системы у новорожденных детей. Сибирское медицинское обозрение. 2013;(3):3-11/
- Mazarico E, Llurba E, Cabero L, Sánchez O, Valls A, Martin-Ancel A, Cardenas D , Gómez R. Associations between neural injury markers of intrauterine growth-restricted infants and neurodevelopment at 2 years of age. The Journal of Maternal-fetal and Neonatal Medicine. 2019;32(19):3197-3203. D01:10.1080/14767058.2018.146 0347
- Uniform requirements for manuscripts submitted to biomedical journals. International Committee of Medical Journal Editors. Annals of Internal Medicine. 1997;126(1):36-47. DOI: 10.7326/0003-4819-126-1199701010-00006
- Lang TA, Altman DG. Statistical analyses and methods in the published literature: The SAMPL guidelines. Medical Writing. 2016;25(3):31-36. DOI: 10.18243/ eon/2016.9.7.4
По материалам: Панова М.С., Панченко А.С, Мудров В.А., Зиганшин А. М. Возможности ранней диагностики гипоксического повреждения головного мозга у доношенных новорожденных // Сибирское медицинское обозрение. 2022. №1 (133). С. 51-58.
Источник: https://smr.krasgmu.ru/index.php?page[self]=journal&cat=content&journal=smr&journal_id=83
