Оптимизация алгоритма пренатальной диагностики синдрома Дауна при использовании скрининговых маркеров I триместра беременности

В целях создания математического алгоритма расчета риска СД у плода в I триместре была создана база данных, полученная при обследовании женщин в сроке с 10 недели до 13 недель 6 дней включительно. В базу данных вошли такие показатели как возраст, вес женщины, срок беременности, данные УЗИ плода (КТР и величина ТВП). Были сформированы две группы наблюдений. В контрольную группу вошли данные обследования 1000 беременных женщин. В опытную группу вошли 8 женщин, у которых пренатально был выявлен СД у плода.

Поскольку концентрации СМ в первую очередь зависят от гестационного срока, их принято рассчитывать в безразмерных единицах МоМ, отражающих отношение полученной концентрации СМ к таковой при нормальной беременности.

Оценка распределения концентраций СМ проводилась методом регрессионного анализа, позволяющим сформировать функциональные зависимости, характеризующие изменение концентраций ПАПП-А и свободной субъединицы в-ХГЧ от сроков беременности [Спиридонов И.Н., 2000].

Результаты расчета функции регрессии, описывающей понедельные базовые уровни СМ и ТВП, приведены на рисунке 1 и рисунке 2.

Рис.1. Изменение концентрации ПАПП-А в зависимости от срока беременности

Рис.2. Изменение концентрации свободной субъединицы в-ХГЧ в зависимости от срока беременности

Уравнения, описывающие зависимость концентраций СМ от срока беременности, имели следующий вид:

ПАПП-А [мМЕ/л] = 3728,93 - 5320,57t + 1259,01t² - 107,85t³ + 3,27t⁴;

Свободная в-ХГЧ [нг/мл] = 197,1817 - 12,7325t + 0,0983t².

Понедельные базовые уровни ПАПП-А и свободной субъединицы в-ХГЧ, рассчитанные в нашей работе, представлены в таблице 1.

Таблица 1. Значения собственных понедельных базовых уровней СМ для тест-систем фирмы PerkinElmer

Аналогичным методом были получены результаты расчета функции регрессии, описывающей понедельные базовые уровни ТВП плода. Изменения ТВП плода в зависимости от срока беременности представлены на рисунке 3.

Рис.3. Изменение ТВП в зависимости от срока беременности

Зависимость ТВП от срока беременности описывается следующим уравнением:

ТВП [мм] = 0,582548 - 0,008323t + 0,007453t².

Понедельные базовые уровни ТВП плода в сроке с 10 по 13 недель 6 дней, рассчитанные в нашей работе, представлены в таблице 2.

Таблица 2. Значения понедельных базовых уровней для ТВП

Основу алгоритма оценки риска СД у плода составляет условные функции плотности вероятности совместного распределения значений ПАПП-А, свободной в-ХГЧ и ТВП в каждой из двух исследуемых групп беременных женщин (контрольной и с СД у плода).

Анализ уровней СМ у женщин в обеих исследованных группах показал, что их распределение не подчиняется нормальному закону распределения. Это доказано при использовании критерия согласия Колмогорова-Смирнова [Гланц, 1999].

Распределение указанных маркеров было нормализовано путем перехода к логарифмической шкале, то есть к величинам: log₁₀(ПАПП-А), log₁₀(в-ХГЧ), log₁₀(ТВП).

В таблице 3 приведены значения параметров гауссова распределения уровней СМ в логарифмической шкале: математическое ожидание, характеризующее среднее значение показателя; среднеквадратическое отклонение, характеризующее степень его разброса и коэффициент корреляции, характеризующий степень статистической взаимосвязи концентраций ПАПП-А, в-ХГЧ и ТВП.

Таблица 3. Параметры гауссова распределения логарифмов маркеров при нормальной беременности и СД у плода

Статистически значимой (на уровне р < 0,05) является взаимосвязь между значениями ПАПП-А и свободного в-ХГЧ (коэффициент корреляции R = 0,23) только в выборке женщин с нормальным исходом беременности. Статистически значимой связи между уровнями СМ и величиной ТВП не установлено ни в группе женщин с нормальным исходом беременности, ни в группе женщин с СД у плода.

При оценке риска СД у плода в I триместре беременности использовался математический алгоритм и правила формирования решения о зачислении женщины в группу “высокого” риска по СД, разработанные ранее в лаборатории пренатальной диагностики ГУ МГНЦ РАМН для компьютерной программы “Прогноз” (Маркова Ж.Г., 2006).

Анализ диагностической значимости биохимических маркеров I триместра беременности ПАПП-А, свободной в-ХГЧ и ультразвукового маркера ТВП для СД

С целью исследования информативности маркеров, использованных при скрининге, была проведена оценка их средних значений и доверительных интервалов для средних значений по каждой из двух исследуемых групп беременных женщин - контрольной и с СД у плода. Результаты расчета средних значений маркеров по каждой из исследуемых групп приведены на рисунках 4, 5 и 6 соответственно.

Рис.4. Средние значения концентрации ПАПП-А в двух исследуемых группах

Рис. 5. Средние значения концентрации в-ХГЧ в двух исследуемых группах

Рис. 6. Средние значения измерения ТВП в двух исследуемых группах

Мы получили статистически значимые (на уровне p < 0,05) различия между средними значениями ПАПП-А, свободной в-ХГЧ и ТВП в контрольной группе женщин от таковых в группе женщин с СД у плода. Признаком СД у плода могут служить пониженные уровни ПАПП-А, повышенные уровни в-ХГЧ и увеличенная ТВП плода. Представленные рисунки наглядно показывают, что среди всех использованных маркеров наибольшие отличия в норме от патологии имеет величина ТВП. Таким образом, этот маркер в нашем исследовании представляется наиболее значимым для диагностики СД. За ним по диагностической значимости следуют ПАПП-А и в-ХГЧ.

Оценка эффективности различных комбинаций маркеров I триместра беременности при автоматизированном подходе для диагностики СД и другой хромосомной патологии у плода.

Эффективность неинвазивного скрининга на СД у плода была оценена в нашей работе при использовании созданного математического алгоритма расчета риска СД в I триместре в программе “Прогноз”. При расчете комбинированного риска СД у плода на основании возраста женщины, биохимического и УЗ-скринингов, с использованием программы “Прогноз” 158 из 2257 обследованных женщин программа отнесла к группе “высокого” риска.

В группу риска были отнесены 11 из 13 случаев СД у плода и 14 наблюдений прочих хромосомных аберраций. Выявляемость СД в нашей работе составила 85%, а уровень ложноположительных результатов (ЛПР) при использовании программы “Прогноз” составил 5,9% (133 наблюдения). Таким образом, частота СД у плода в скрининг-негативной группе составила 0,1%, в скрининг-положительной группе - 7%.

Эффективность скрининга определяется его чувствительностью (уровнем выявления) и специфичностью (уровнем ложно-положительных результатов). В связи с тем, что от уровня ЛПР зависит количество необходимых инвазивных процедур, этот показатель не менее важен, чем выявляемость в оценке эффективности скрининга.

При различных комбинациях параметров при скрининге были рассчитаны уровни выявления, уровни ЛПР, а также проведена оценка достоверности правильного распознавания СД при заранее заданном уровне ЛПР, равном 5%. Полученные результаты приведены в таблице 4.

Таблица 4. Информативность различных сочетаний маркеров оценки риска СД у плода

При использовании в качестве параметров для расчета риска возраста и результатов биохимического скрининга в группу риска было отнесено 8 из 13 (61%) женщин с СД у плода и 216 (9,7%) женщин из 2226 обследованных женщин контрольной группы с нормальным плодом.

При расчете риска с учетом возраста женщины и данных УЗИ 10 из 13 случаев СД у плода, были отнесены программой к группе риска. Уровень выявления СД в этом случае составил 77%. Среди всех обследованных женщин в контрольной группе, на основании этих же критериев для расчета риска 245 (11%) женщин было отнесено программой к группе “высокого” риска. Таким образом, при достаточно высоком уровне выявления, и для ультразвукового скрининга, и для скрининга по сывороточным маркерам изолированно, отмечался и равно более высокий уровень ложно-положительных результатов (11% и 9,7% соответственно).

При расчете комбинированного риска с учетом возраста, уровней СМ и данных УЗИ плода уровень выявления СД у плода составил 85% при 5,9% уровне ЛПР. Преимущество комбинированного алгоритма скрининга в I триместре беременности перед использованием других комбинаций маркеров наглядно продемонстрировала и оценка достоверности правильного распознавания СД различных комбинаций при одинаковом, заранее заданном уровне ЛПР, равном 5%.

Благоприятным оказался тот факт, что при проведении скрининга I триместра по использованным маркерам подавляющее большинство не только плодов с СД, но и случаи другой хромосомной патологии попали в группу риска - 25 из 31 наблюдения плодов с хромосомной патологией. Таким образом, этот скрининг можно обозначить как скрининг на частую хромосомную патологию у плода.

Комбинированный риск по программе “Прогноз” считался только для СД. Тем не менее, в результате нашей работы и для других ХА у плода при использовании этого скрининга достигнута высокая выявляемость: 89% для СЭ и 78% для всех, кроме СД, ХА при 5.9% уровне ЛПР. Следует отметить, что при этих хромосомных аберрациях у плода наблюдалось более значимое снижение уровня ПАПП-А (0.37МоМ против 0,48 МоМ при СД) и в 62,5% случаев расширение ТВП у плодов достигало более 3 мм. При использовании комбинированного алгоритма (возраст, СМ, УЗИ) в нашей работе группу риска по СД кроме 11 случаев СД, были отнесены 14 случаев других хромосомных анеуплоидий, в том числе 8 случаев СЭ, 4 случая синдрома Тернера (СТ) и по одному случаю синдрома Патау и трисомии по 7 хромосоме.

Сравнение различных алгоритмов расчета риска по программе “Прогноз” и программе “LifeCycle”

Для сравнения эффективности этих двух программ мы провели расчет риска в них на одной и той же выборке пациенток (2257 наблюдений). Данные сравнения программы “Прогноз” и программы “LifeCycle” приведены в таблице 5.

Таблица 5. Уровни выявления патологии и ложноположительных результатов, рассчитанные по двум программам

Обе программы отнесли в группу скрининг-положительных результатов 11 из 13 случаев СД, 2 плода с СД были обеими программами отнесены в группу скрининг-отрицательных результатов. Таким образом, чувствительность обеих программ для выявления СД была одинаковой и составила - 85%. Для других ХА, кроме СД, выявляемость была несколько выше у программы “Прогноз” - 78%, а для программы “LifeCycle” она составила 72%. Специфичность результатов скрининга по программе “LifeCycle” оказалась намного хуже, чем для программы “Прогноз”. Уровень ЛПР для программы “LifeCycle” составил 10%, для программы “Прогноз” - 5,9%. Соответственно, процент патологии в группе риска для программы “Прогноз” составил 15,9%, а для программы “LifeCycle” - 9,6%.

Использование наших собственных базовых уровней в программе “LifeCycle” позволило уменьшить первоначальную группу риска в этой программе с 250 до 187 пациенток. При этом большинство пациенток попали в группу риска независимо от того, какой программой был рассчитан риск. Однако часть пациенток попала в группу риска только по одной программе, а часть только по другой. Результаты анализа представлены на рисунке 7.

Рис. 7. Группы риска, сформированные при применении одинаковых базовых уровней в обеих программах

Эти результаты показывают, что при применении различных программ расчета индивидуального риска СД у плода возможно получение взаимоисключающих результатов для конкретной пациентки.

Различия между программами могут быть сглажены только очень значительной выборкой случаев СД. Но коррекция базовых уровней СМ, заложенных в программе, является обязательной.

Исследование влияния ЭКО на уровни маркеров, используемых при скрининге на СД у плода в I триместре беременности

Высокая частота акушерских осложнений и применение гормонотерапии при ЭКО могут оказать значимое влияние на уровни СМ у беременных этой группы. СМ, не являясь строго специфичными для хромосомной патологии у плода, могут изменять свой уровень при различной акушерской патологии [Горин В.С., 1998; Pledge D.R.,1984; Winter E.,2002].

В анализ были включены 38 наблюдений женщин, одноплодная беременность которых наступила в результате ЭКО. Для сравнения результатов обследования из контрольной выборки женщин были отобраны 1263 наблюдений хорошо сопоставимых с исследуемой группой по возрасту, весу и сроку гестации.

Применив t-критерий Стьюдента для оценки различий средних значений всех исследуемых маркеров в группе ЭКО и группе спонтанных беременностей, мы получили результаты, представленные в таблице 6.

Таблица 6. Значимость различий средних значений маркеров при применении критерия Стьюдента

При сравнении всех маркеров в группе контроля с таковыми в группе женщин после ЭКО достоверными оказались различия в уровнях свободной в-ХГЧ и ТВП, различий в значениях ПАПП-А не выявлено (при p < 0,05). В этих выборках мы рассчитали доверительные интервалы для средних значений соответствующих маркеров. Значения всех маркеров представлялись в безразмерных единицах МоМ. Значения средних значений и их стандартной ошибки приведены в таблице 7.

Таблица 7. Значения средних значений маркеров и их стандартной ошибки для МоМ маркеров при беременностях после ЭКО и спонтанных беременностях

Так как уровни в-ХГЧ и ТВП в сравниваемых группах значимо различались, мы смогли вычислить поправочные коэффициенты для расчета значений этих маркеров в МоМ для женщин, беременность которых наступила после ЭКО. Вычисленные поправочные коэффициенты для в-ХГЧ и ТВП при беременностях после ЭКО представлены в таблице 8.

Таблица 8. Поправочные коэффициенты для маркеров беременности после ЭКО

Таким образом, участие беременных после ЭКО в неинвазивном скрининге на СД у плода возможно при коррекции полученных результатов с учетом поправочных коэффициентов. Результативность такого скрининга можно будет оценить по мере увеличения группы наблюдений беременностей после ЭКО с выявленными случаями патологии.

Анализ совместного использования результатов скрининговых тестов в I и во II триместрах беременности

На выборке из 204 пациенток (197 - норма и 7 - с СД у плода) мы проанализировали эффективность последовательного обследования одних и тех же женщин и в I, и во II триместрах беременности. При этом были использованы два протокола обследования. По первому протоколу были рассчитаны риски в I и во II триместрах беременности для одних и тех же женщин, т.е. проводился “независимый последовательный скрининг”. Инвазивная диагностика рекомендовалась в ходе этого протокола женщинам, отнесенным в группу риска в I триместре, а также женщинам, отнесенным в группу риска во II триместре, но не имевшим высокого риска в I триместре. По второму протоколу был рассчитан так называемый “интегрированный” риск СД у плода, когда результаты обследования, полученные в I триместре, использовались при расчете окончательного риска во II триместре. Значение риска I триместра в этом случае использовалось в качестве априорного риска. Результаты использованных протоколов представлены в таблице 9.

Таблица 9. Результаты обследования женщин в I и II триместрах беременности с СД у плода

Как видно из результатов, представленных в таблице, по результатам скрининга I триместра 5 из 7 случаев СД попали в группу риска. И одна женщина из скрининг-отрицательной группы I триместра имела высокий риск во II триместре.

В результате “независимого последовательного скрининга” было выявлено 6 случаев СД из 7. При расчете же “интегрированного” риска все 7 наблюдений были отнесены в группу высокого риска.

В таблице 10 представлены уровень выявления и уровень ЛПР, полученные при независимом последовательном и интегрированном скринингах.

Таблица 10. Эффективность последовательного скрининга СД у плода в различных подходах

Совместное использование маркеров I и II триместров в обоих протоколах исследования повысило выявляемость плодов с СД, но при этом увеличило уровень ЛПР. Это не позволяет признать комбинирование результатов I и II триместров ни в одном из этих подходов оптимальным.

С увеличением количества скрининговых тестов алгоритмы подсчета риска становятся повышенно сложными. Для создания компьютерных программ, позволяющих рассчитать риск, применяя любую комбинацию маркеров или тестов I и II триместров, необходимо проанализировать обширные базы данных массового пренатального скрининга.

Наиболее целесообразным из всех примененных подходов нам представляется комбинированный скрининг I триместра беременности с автоматизированной оценкой индивидуального риска СД у плода.

Таким образом, оптимальной схемой обследования беременных на СД является алгоритм, представленный на рисунке 8.

Успехи в области пренатальной диагностики СД в настоящее время во многом связаны с развитием неинвазивных лабораторных и инструментальных методов исследования плода. Лабораторные тесты и ультразвуковое обследование, являющиеся двумя взаимодополняющими подходами, позволяют все более увеличивать эффективность диагностики СД у плода. В результате проведенных исследований, посвященных оптимизации неинвазивной пренатальной профилактики СД с использованием маркеров I триместра беременности, показана высокая эффективность использованных скрининговых маркеров. Анализ эффективности применения программы “Прогноз” в I триместре беременности продемонстрировал высокую чувствительность созданного математического алгоритма не только для выявления СД, но и другой хромосомной патологии. Успешное внедрение в клиническую практику профилактических обследований беременных женщин с использованием маркеров I триместра требует соблюдения ряда обязательных условий, отраженных в разработанном оптимальном алгоритме обследования беременных на СД у плода в I триместре беременности.

беременность материнский синдром даун

Рис. 8. Схема обследования беременных в I триместре

Выводы

1. В сформированных выборках беременных женщин со здоровым плодом и с плодом с синдромом Дауна определены базовые уровни скрининговых маркеров I триместра беременности. Установлено, что использованные маркеры (ассоциированный с беременностью плазменный протеин-А, свободная в-субъединица хорионического гонадотропина человека и толщина воротникового пространства у плода) являются значимыми для диагностики синдрома Дауна у плода.

2. Создан и апробирован математический алгоритм расчета комбинированного риска синдрома Дауна у плода с учетом возраста пациентки, уровней сывороточных маркеров и величины толщины воротникового пространства плода. Созданный алгоритм включен в программу “Прогноз”.

3. Различия в значениях риска синдрома Дауна у плода, рассчитанные программами “LifeCycle” и “Прогноз” обусловлены в основном различными базовыми уровнями сывороточных маркеров, заложенными в программах. Для эффективной работы коммерческих программ необходимо использование собственных базовых уровней.

4. Определены поправочные коэффициенты к уровням свободной в-субъединицы хорионического гонадотропина человека и толщины воротникового пространства у плода женщин, беременность которых наступила вследствие применения экстракорпорального оплодотворения. Для расчета риска СД у плода для беременных после экстракорпорального оплодотворения необходимо использование поправочных коэффициентов.

5. При анализе последовательного скрининга беременных в I и во II триместрах беременности показано, что совместное использование маркеров I и II триместров беременности увеличивает чувствительность скрининга на синдром Дауна у плода при значительном увеличении уровня ложноположительных результатов.

6. При оценке различных комбинаций маркеров в расчете индивидуального риска определен наиболее оптимальный алгоритм обследования беременных на СД у плода в I триместре беременности.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Золотухина Т.В., Шилова Н.В., Евдокименков В.Н., Маркова Ж.Г., Мельникова Л.Л., Мирошникова И.В., Белковская М.Э. Современные подходы к неинвазивной пренатальной диагностике синдрома Дауна. МЗРФ, ГУ Медико-генетический научный центр РАМН (информационное пособие для врачей). Москва. 2002.- 20с.

2. Золотухина Т.В., Маркова Ж.Г., Мирошникова И.В. Современные методы пренатальной профилактики социально значимых врожденных и наследственных заболеваний. Методическое пособие под ред. В.Н. Чернышова, И.О. Крыжановской, С.И. Куцева. Ростов-на-Дону. 2003.- 37с.

3. Золотухина Т.В., Шилова Н.В., Мирошникова И.В., Маркова Ж.Г. Современные подходы к пренатальной диагностике частых наследственных болезней. Материалы второго Всеросссийского конгресса Современные технологии в педиатрии и детской хирургии. Москва. 2003.- 150с.

4. Мирошникова И.В., Маркова Ж.Г., Золотухина Т.В. - Ранняяя диагностика хромосомной патологии плода. Материалы второго Всероссийского конгресса Современные технологии в педиатрии и детской хирургии. Москва. 2003.-150с.

5. Золотухина Т.В., Мирошникова И.В., Маркова Ж.Г., Шилова Н.В., Мельникова Л.Л. Современные достижения и тенденции в пренатальной профилактике врожденных пороков развития и наследственных заболеваний. Методическое пособие под редакцией Чернышова В.Н., Крыжановской И.О., Куцева С.И. Ростов-на-Дону 2004. -43с.

6. Zolotukhina T., Miroshnikova I. The preminary results of combined screening for trisomy 21 in first trimester.// Medizinische genetic.- 2004.-Vol 6, № 1.- P 98-99.

7. Мирошникова И.В., Маркова Ж.Г., Шилова Н.В., Мельникова Л.Л., Золотухина Т.В. Оценка эффективности комбинированного скрининга в I триместре беременности // Медицинская генетика. - 2005.- №5- c 229.

8. Маркова Ж.Г., Мирошникова И.В., Шилова Н.В., Мельникова Л.Л., Золотухина Т.В. Итоги проведения материнского сывороточного скрининга на синдром Дауна с использованием программы «Прогноз»// Медицинская генетика. - 2005. - №5.-c 226.

9. Гагарина Е.В., Евдокименков В.Н., Спиридонов И.Н., Мирошникова И.В. Автоматизированная пренатальная диагностика синдрома Дауна у плода в первом триместре беременности // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. -2005. №9.- с 27.

10. Zolotukhina T., Miroshnikova I. First Trimester Screening for Down's syndrome in Moscow region. Brochure of International Down's Syndrome Screening Group. Seventh International Congress. 5-6 May. Amsterdam. 2006.- P.38.

11. Markova Zh., Zolotukhina T., Miroshnikova I. The results of using “Prognosis” software for Down's syndrome screening. Brochure of International Down's Syndrome Screening Group. Seventh International Congress. 5-6 May. Amsterdam.2006.-P.26.

12. Гагарина Е.В., Евдокименков В.Н., Маркова Ж.Г., Мирошникова И.В., Спиридонов И.Н. Автоматизированная система пренатальной профилактики синдрома Дауна. Научно-техническая конференция. Медицинские технологии на страже здоровья. Сборник докладов. - М: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. - с. 58-60.

Размещено на Allbest.ru