Email this article 
Collagens of placenta composition in obese puerperant women who gave birth to сhildren at St. Petersburg State Pediatric Medical University in 2018–2021
- Authors: Petrenko Y.V.1, Ivanov D.O.1, Polyakova V.O.2, Novikova V.P.1, Fedotova E.P.1, Demchenkova O.A.1, Levadneva M.I.1, Tarkhanova E.B.1
-
Affiliations:
- Saint Petersburg State Pediatric Medical University
- Saint Petersburg State Research Institute of Phthisiopulmonology
- Issue: Vol 15, No 1 (2024)
- Pages: 29-36
- Section: Original studies
- URL: https://journals.eco-vector.com/pediatr/article/view/634841
- DOI: https://doi.org/10.17816/PED15129-36
- ID: 634841
Cite item
Open Access
Access granted
Subscription or Fee Access
Abstract
BACKGROUND: The relevance of the problem of obesity is associated with the high frequency and steady growth of this pathology in the population. The epigenetic influence of maternal obesity on the course of pregnancy and childbirth, as well as on the condition of the fetus and newborn, is currently being studied. This article analyzes changes in the composition of the connective tissue of the placenta against the background of obesity in pregnant and puerperas.
AIM: The aim of this study is to identify the pathomorphological features of the placenta and the composition of placental collagens in women who were obese before pregnancy and at the time of delivery at the Perinatal Center of St. Petersburg State Medical University from 2018 to 2021 to assess potential fetal risks and to predict possible complications during pregnancy and in the postnatal period for the mother.
MATERIALS AND METHODS: A histological examination of the placentas of obese women (18 patients) and the ones with a normal body mass index (18 patients) who gave birth to mature newborns at the Perinatal Center of St. Petersburg State Medical University from 2018 to 2021 was performed followed by immunohistochemical examination. Staining of placenta specimens was carried out in accordance with the standard immunohistochemical protocol, using primary antibodies to type I–IV collagen.
RESULTS: Microscopic examination of chorionic villi revealed no significant differences in the presence of chronic inflammation and angiogenesis disorders between the groups. When studying collagen expression levels, the following differences have been found: in the group of pregnant obese patients, the optical luminescence density and distribution area for type I–III collagen in the placenta were significantly higher, while for type IV collagen they were significantly lower compared with the control group.
CONCLUSIONS: The following features of the formation of connective tissue in the placenta in obese mothers have been revealed: an increase in type I–III collagen production and a decrease in type IV collagen production. The obtained findings indicate an earlier functional and morphological change in the placenta than those detected by standard histological methods.
Keywords
Full Text
АКТУАЛЬНОСТЬ
Актуальность проблемы патологии беременности на фоне ожирения связана с ростом частоты ожирения в российской популяции [1, 3, 4]. Изучаются как генетические, так и эпигенетические предикторы ожирения [7], роль материнского ожирения в формировании заболевания у детей [11, 12]. В настоящее время установлено, что ожирение матерей является фактором риска патологического течения беременности, рождения маловесных новорожденных и новорожденных с массой тела более 4 кг, заболеваний детей в периоде новорожденности и в более старшем возрасте [11]. Неблагоприятные перинатальные исходы при ожирении матери связаны с изменением морфологической структуры и функционального состояния плаценты: уменьшением числа ворсин и их хроническим воспалением, нарушением ангиогенеза, плацентарной недостаточностью, нарушением экспрессии адипокинов, оперирующих в системе мать – плацента – плод [10, 12, 15, 16]. Изменения плаценты описаны при различных патологических состояниях беременности [8, 17]; выявлена роль нарушения формирования соединительной ткани в плаценте, в развитии плацентарной недостаточности [2, 18, 19].
Коллаген относится к фибриллярным белкам, молекула которого включает 3 пептидные спиралевидные цепи, состоящие из 1 тыс. аминокислотных остатков в каждой. Из них формируется плотная спираль второго порядка с параллельной ориентацией цепей, между которыми присутствуют водородные связи [6]. Коллаген синтезируется в фибробластах; он является компонентом экстрацеллюлярного матрикса [14]. Наиболее распространены интерстициальные (фибриллярные) коллагены I, II, III, V, XI типов. Эндотелиальные клетки базальной мембраны продуцируют коллаген IV типа, выполняющий специфическую структурную функцию [14] и играющий основную роль в сохранении целостности эпителия. Коллаген IV типа единственный имеет в своем составе аминокислоту лизин и не дезаминируется. Выработка лизина усиливается при гипоксии, урогенитальной инфекции, гормональных сдвигах [14]. За счет эластических свойств коллагена IV типа сосуды плаценты могут адаптивно деформироваться в широких пределах [13]. Коллаген IV типа — основной компонент разрушенных участков плаценты, что, вероятно, позволяет ей сохранять эластичность [9]. При патологии коллаген IV типа может замещать коллагены I и III типов, которые также выполняют структурную функцию. Это рассматривается как индикатор компенсации. Основным коллагеном, образующим каркас плаценты, является коллаген I типа, экспрессирующийся в якорных и базальных частях ворсин. Задержка роста плода сопровождается снижением содержания коллагена I в центральной зоне плаценты; в парацентральных зонах он экспрессирован в центральной части ворсин и не экспрессируется в периферических зонах котиледонов. В краевых зонах коллаген I экспрессируется в центральной части ворсин, однако меньше, чем в парацентральной зоне [9]. Недостаточная экспрессия коллагена I типа, обладающего наибольшей механической плотностью, в центральной части плаценты и избыточная в краевых зонах свидетельствует о нарушении развития плаценты [2].
Коллаген III типа распределен в плаценте крайне неравномерно (различается в 2–4 раза) и даже может полностью отсутствовать. Предполагается, что адаптивная изменчивость морфологической структуры плаценты может быть связана с дифференциальной зональностью экспрессии коллагена III типа [2].
Проводились иммуногистохимические исследования коллагенов в плаценте при различных перинатальных состояниях: гипоксии плода в родах, асфиксии при рождении, переношенной беременности, при неблагоприятном течении периода ранней неонатальной адаптации [2, 5, 17, 18]. В то же время, исследований состояний коллагеногенеза у женщин с ожирением не проводилось.
Цель исследования — выявить патоморфологические особенности и оценить состав коллагенов плаценты у женщин, имевших ожирение до беременности и на момент родов, получивших родоразрешение в Перинатальном центре Санкт-Петербургского государственного педиатрического медицинского университета (СПбГПМУ) с 2018 по 2021 г., для определения риска неблагоприятных исходов беременности и постнатальных осложнений.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Проведено гистологическое исследование 18 плацент женщин, имеющих ожирение (группа 1) и 18 плацент женщин с нормальным индексом массы тела (группа 2), родивших доношенных младенцев в перинатальном центре СПбГПМУ с 2018 по 2021 г. Биопсийный материал исследуемой части плацент объемом 1 см3 фиксировали в 10 % нейтральном забуференном формалине (рН 7,2), обезвоживали с помощью автоматической станции проводки материала LeicaTP1020 и заливали в парафин. Парафиновые срезы толщиной 4–6 мкм помещали на предметные стекла, покрытые пленкой из поли-L-лизина (Sigma, США) для последующего иммуногистохимического (ИГХ) исследования. Окрашивание препаратов плаценты проводили по стандартному ИГХ-протоколу, с использованием первичных антител к коллагену I типа (1 : 100, Abcam), коллагену II типа (1: 50, Abcam), коллагену III типа (1 : 100, Abcam), коллагену IV типа (1 : 100, Abcam). В качестве вторичных антител использовали антитела, конъюгированные с флуорохромами: Alexa Fluor 488 (1 : 1000, Abcam, США). Ядра клеток докрашивали Hoechst 33258 (Sigma, США). Далее проводили морфометрическое исследование микрофотографий с использованием системы компьютерного анализа микроскопических изображений, состоящей из микроскопа Zeiss Fluoview CM FV300-IX70, цифровой камеры Olympus и программного обеспечения с открытым исходным кодом ImageJ 1.53 (US National Institutes of Health). В каждом срезе в пяти полях зрения оценивали следующие показатели: оптическую плотность экспрессии, значение рассчитывалось автоматически в соответствии с законом Бугера – Ламберта – Бера; использование индикатора, так называемой оптической плотности выражения (у. е.), для анализа оптических параметров микрофотографий является приемлемым, поскольку измерения проводятся по аналогии со спектрофотометрическим анализом; область относительного выражения, рассчитывается как отношение площади иммунопозитивных клеток к общей площади препарата:
После чего вычисляли средние величины исследуемых показателей.
Статистическую обработку материала проводили с использованием стандартных методов математической статистики и программы Jamovi 2.3.21. Описание количественных данных представлено в виде средневыборочного значения, стандартного отклонения и 95 % доверительного интервала в виде М ± σ (95 % ДИ) и в виде медианы (Ме) и квартилей Q1 и Q3 в формате Ме [Q1; Q3]. Для проверки гипотезы о нормальности распределения применяли критерии Шапиро – Уилка и Колмогорова – Смирнова. Для сравнения независимых выборок применялся критерий Стьюдента (с поправкой Уэлча, если были различные дисперсии) или Манна – Уитни в зависимости от типа распределения.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Возраст женщин (34,4 ± 4,8 и 32,5 ± 4,7 года; р = 0,240), масса плаценты (611,3 ± 128,1 и 610,6 ± 141,8 г; р = 0,988), плодово-плацентраный индекс (0,168 ± 0,023 и 0,164 ± 0,022; р = 0,636) и морфологические показатели плаценты, характеризующие состояние ворсин, признаки хронического воспаления нарушения ангиогенеза и перинатальные риски, не имели значимых различий в изучаемых группах.
Таблица. Экспрессия коллагенов в плаценте женщин с ожирением
Table. Collagen expression in the placenta of obese women
Показатель / Indicators | Группа 1 / Group 1 (n = 18) | Группа 2 / Group 2 (n = 18) | p |
Коллаген I типа / Type I collagen | |||
Площадь экспрессии, % / Expression area, % (Me [Q1; Q3]) | 64,70 ± 2,88 (95 % ДИ/CI 63,27–66,13) | 58,29 ± 3,54 (95 % ДИ/CI 56,53–60,05) | <0,001 |
Оптическая яркость, у. е. / Optical brightness, c. u. (Me [Q1; Q3]) | 83,78 ± 4,88 (95 % ДИ/СI 81,36–86,21) | 76,78 ± 3,62 (95 % ДИ/CI 74,98–78,58) | <0,001 |
Коллаген II типа / Type II collagen | |||
Площадь экспрессии, % / Expression area, % (Me [Q1; Q3]) | 15,74 ± 6,92 (95 % ДИ/CI 12,30–19,19) | 8,33 ± 4,37 (95 % ДИ/CI 6,16–10,51) | <0,001 |
Оптическая яркость, у. е. / Optical brightness, c. u. (Me [Q1; Q3]) | 10,38 ± 5,22 (95 % ДИ/CI 7,78–12,97) | 5,74 ± 5,27 (95 % ДИ/CI 3,12–8,36) | 0,008 |
Коллаген III типа / Type III collagen | |||
Площадь экспрессии, % / Expression area, % (Me [Q1; Q3]) | 34,72 ± 3,01 (95 % ДИ/CI 33,22–36,21) | 24,92 ± 5,30 (95 % ДИ/CI 22,29–27,55) | <0,001 |
Оптическая яркость, у. е. / Optical brightness, c. u. (Me [Q1; Q3]) | 19,60 ± 3,97 (95 % ДИ/ CI 17,63–21,57) | 18,96 ± 6,35 (95 % ДИ/CI 15,80–22,12) | 0,521. |
Коллаген IV типа / Type IV collagen | |||
Площадь экспрессии, % / Expression area, % (Me [Q1; Q3]) | 9,64 ± 1,48 (95 % ДИ/CI 8,91–10,38) | 13,25 ± 3,14 (95 % ДИ/CI 11,68–14,81) | <0,001 |
Оптическая яркость, у. е. / Optical brightness, c. u. (Me [Q1; Q3]) | 6,17 ± 0,63 (95 % ДИ/CI 5,85–6,49) | 6,97 ± 0,96 (95 % ДИ/CI 6,50–7,45) | 0,005 |
Приложение. ДИ — доверительный интервал. Note. CI — confidence interval. | |||
При анализе состава соединительной ткани плаценты обнаружены различия в выраженности (оптическая яркость) и площади экспрессии коллагенов I–IV типов. Результаты представлены в таблице и на последующих диаграммах (рис. 1).
Рис. 1. Диаграммы экспресии коллагенов в плаценте женщин с ожирением
Fig. 1. Diagrams of collagen expression in the placenta of obese women
Клинические примеры иммуногистохимических исследований представлены на рис. 2.
Рис. 2. Клинические примеры исследований экспрессии коллагенов в плаценте: a — экспрессия коллагена I типа в плаценте пациентки К. Н., 34 года, ИМТ 32; b — экспрессия коллагена I типа в плаценте пациентки А. П., 20 лет, ИМТ 21; c — экспрессия коллагена II типа в плаценте пациентки О. В., 31 год, ИМТ 34; d — экспрессия коллагена II типа в плаценте пациентки А. С., 32 года, ИМТ 23; e — экспрессия коллагена III типа в плаценте пациентки И. В., 30 лет, ИМТ 29; f — экспрессия коллагена III типа в плаценте пациентки В. П., 28 лет, ИМТ 24; g — экспрессия коллагена IV типа в плаценте пациентки О. В., 31 год, ИМТ 34; h — экспрессия коллагена IV типа в плаценте пациентки А. С., 32 года, ИМТ 23. Докрашивание ядер DAPI, увеличение ×20
Fig. 2. Clinical examples of the studies on collagen expression in the placenta: a — expression of type I collagen in placenta of patient K. N., 34 y. o., BMI 32; b — expression of type I collagen in the placenta of A. P., 20 y. o., BMI 21; c — expression of type II collagen in the placenta of patient O. V., 31 y. o., BMI 34; d — expression of type II collagen in the placenta of patient A. S., 32 y. o., BMI 23; e — expression of type III collagen in the placenta of patient I. V., 30 y. o., BMI 29; f — expression of type III collagen in the placenta of patient V. P., 28 y. o., BMI 24; g — expression of type IV collagen in the placenta of patient O. V., 31 y. o., BMI 34; h — expression of type IV collagen in placenta of patient A. S., 32 y. o., BMI 23. Additional nuclear staining with DAPI, magnification ×20
ВЫВОДЫ
При патоморфологическом исследовании плацент в группе беременных с ожирением и в группе беременных с нормальным индексом массы тела достоверных различий обнаружено не было. Однако были выявлены следующие особенности состава соединительной ткани в плаценте у матерей с сопутствующим ожирением: увеличение продукции коллагенов I–III типов и уменьшение продукции коллагена IV типа. Выявляемые ИГХ-методом изменения соотношения коллагенов характеризовали более ранние функционально-морфологические изменения плаценты, чем те, что выявляются стандартными гистологическими методиками, в связи с чем могут быть использованы в качестве предикторов неблагоприятных исходов беременности и осложнений в постнатальном периоде.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ
Вклад авторов. Все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией.
Источник финансирования. Авторы заявляют об отсутствии внешнего финансирования при проведении исследования и подготовке публикации.
Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с проведенным исследованием и публикацией настоящей статьи.
ADDITIONAL INFORMATION
Authors’ contribution. All authors made a substantial contribution to the conception of the study, acquisition, analysis, interpretation of data for the work, drafting and revising the article, final approval of the version to be published and agree to be accountable for all aspects of the study.
Funding source. This study was not supported by any external sources of funding.
Competing interests. The authors declare that they have no competing interests.
About the authors
Yuriy V. Petrenko
Saint Petersburg State Pediatric Medical University
Email: alez1964@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-8623-4574
SPIN-code: 1644-1394
MD, PhD, Associate Professor, Department of Neonatology with Сourses in Neurology and Obstetrics-Gynecology, Faculty of the Postgraduate and Additional Professional Education
Russian Federation, 2 Litovskaya st., Saint Petersburg, 194100Dmitry O. Ivanov
Saint Petersburg State Pediatric Medical University
Email: doivanov@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-0060-4168
SPIN-code: 4437-9626
MD, PhD, Dr. Sci. (Medicine), Professor, Chief Freelance Neonatologist of the Ministry of Health of Russia, Rector, Head of the Department of Neonatology with courses of Neurology and Obstetrics and Gynecology of the Postgraduate and Additional Professional Education
Russian Federation, 2 Litovskaya st., Saint Petersburg, 194100Victoria O. Polyakova
Saint Petersburg State Research Institute of Phthisiopulmonology
Email: vopol@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-8682-9909
SPIN-code: 5581-5413
PhD, Professor, Professor of the Russian Academy of Sciences, Deputy Director for Science
Russian Federation, Saint PetersburgValeria P. Novikova
Saint Petersburg State Pediatric Medical University
Author for correspondence.
Email: novikova-vp@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-0992-1709
SPIN-code: 1875-8137
MD, PhD, Dr. Sci. (Medicine), Head of the Department, Department of Propaedeutics of Childhood Diseases with a course of general child care
Russian Federation, 2 Litovskaya st., Saint Petersburg, 194100Elena P. Fedotova
Saint Petersburg State Pediatric Medical University
Email: Kris6060@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-2975-1014
MD, PhD, Associate Professor, Department of Pathological Anatomy with a Course of Forensic Medicine named after D.D. Lokhov
Russian Federation, 2 Litovskaya st., Saint Petersburg, 194100Olga A. Demchenkova
Saint Petersburg State Pediatric Medical University
Email: dnwhelga@list.ru
ORCID iD: 0000-0003-2686-5785
SPIN-code: 5092-4778
Laboratory Assistant, Department of Propaedeutics of Childhood Diseases with a course of general child care
Russian Federation, 2 Litovskaya st., Saint Petersburg, 194100Marina I. Levadneva
Saint Petersburg State Pediatric Medical University
Email: m-lev11@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-6716-7567
SPIN-code: 2780-6674
Head, Department of Neonatal Physiology, Perinatal Center, Pediatric University Clinic
Russian Federation, 2 Litovskaya st., Saint Petersburg, 194100Elena B. Tarkhanova
Saint Petersburg State Pediatric Medical University
Email: kasablanka85@list.ru
ORCID iD: 0000-0002-6338-2558
Neonatologist, Department of Neonatal Physiology, Perinatal Center, Pediatric University Clinic
Russian Federation, 2 Litovskaya st., Saint Petersburg, 194100References
- Abdulkhabirova FM, Abrosimov AYu, Aleksandrova GF, et al. Endocrinology: Russian clinical recommendations. Moscow: GEOTAR-Media, 2016. 592 p. EDN: YPFEXX (In Russ.)
- Burkitova AM, Polyakov VO, Bolotskikh VM, Kvetnoy IM. Features of the placenta structure in post-term pregnancy. Journal of Obstetrics and Womans Diseases. 2019;68(6):73–86. EDN: TAGSLQ doi: 10.17816/JOWD68673-86
- Voloshchuk IN. Morphologic bases and pathogenesis of placental insufficiency. [dissertation abstract]. Moscow; 2002. 48 p. (In Russ.) EDN: NHGWNN
- Gritsinskaya VL, Novikova VP, Khavkin AI. On the epidemiology of underweight in children and adolescents (systematic review and meta-analysis of scientific publications). Clinical Practice in Pediatrics. 2022; 17(2):126–135. EDN: BTFVGE doi: 10.20953/1817-7646-2022-2-126-135
- Krasnopolsky VI, Novikova SV, Saveliev SV, Barinova IV. Determination of the role of collagen in the formation of placental insufficiency. Russian Messenger of Obstetrician-Gynecologist. 2007;7(5):17–23. EDN: ICEIST
- Mazurov VI. Biochemistry of collagen proteins. Moscow: Medicine; 1974. 248 p. EDN: ZFXVSR (In Russ.)
- Novikova VP, Gurova MM. Multidisciplinary problems of obesity in children. Saint Petersburg; 2018. 582 p. EDN: YWKXOX
- Novikova SV, Savelyev SV. To the question of structural bases determining functional manifestations of placental insufficiency. Russian Journal of Woman and Child Health. 2014;22(14):1030. EDN: SKBOAV
- Novikova SV. Modern problems of delivery of women with fetoplacental insufficiency. [dissertation abstract]. Moscow 2005. 47 p. (In Russ.) EDN: NQCBMF
- Petrenko YuV, Prokopyeva NE, Kovaleva VV, Kovaleva VV. Features of adiponectin at the mother–placenta–fetus system. University Therapeutic Journal. 2023;5(3):41–49. EDN: MOHAVQ doi: 10.56871/UTJ.2023.42.20.004
- Petrenko YuV, Novikova VP, Polunina AV. Maternal obesity and child health at different ages. Pediatrician (St. Petersburg). 2018;9(3):24–27. EDN: RVJCIH doi: 10.17816/PED9324-27
- Petrenko YuV, Prokopeva NE, Ivanov DO, et al. Toward fetal programming of obesity in children. Forcipe. 2022;5(S2):399–400. EDN: EQKSVB (In Russ.)
- Petrova VD. Urinary incontinence in women (etiopathogenesis, clinic, diagnosis, treatment): [dissertation abstract]. Moscow; 2005. 48 p. (In Russ.) EDN: NQCJOZ
- Savelyev SV, Buyanova SN, Babunashvili EL, Mgeliashvili MV. Determination of the role of collagen type IV in the pathogenesis of uterine myoma. Russian Herald of Obstetrics and Gynecology. 2005;5(4):7–10. (In Russ.)
- Smirnova NN, Kuprienko NB, Novikova VP, Khavkin AI. Placenta as a target organ for maternal obesity. Gynecology, Obstetrics and Perinatology. 2021;20(5):93–99. EDN: WSJGRO doi: 10.20953/1726-1678-2021-5-93-99
- Smirnova NN, Kuprienko NB, Petrenko YuV, Novikova VP. Maternal obesity and the mother–placenta–fetus system: evidence-based mechanisms of influence. Children’s Medicine of the North-West. 2021;9(3):31–39. EDN: ZZIDYA
- Edu A, Teodorescu C, Dobjanschi CG, et al. Placenta changes in pregnancy with gestational diabetes. Rom J Morphol Embryol. 2016;57(2):507–512.
- Ortega MA, Asúnsolo Á, Álvarez-Rocha MJ, et al. Remodelling of collagen fibres in the placentas of women with venous insufficiency during pregnancy. Histol Histopathol. 2018;33(6):567–576. doi: 10.14670/HH-11-948
- Shi JW, Lai ZZ, Yang HL, et al. Collagen at the maternal-fetal interface in human pregnancy. Int J Biol Sci. 2020;16(12):2220–2234. doi: 10.7150/ijbs.45586
Supplementary files
