Фенотипические особенности эмбрионов и плодов человека с хромосомными аномалиями

Размещено на http://www.allbest.ru/

Фенотипические особенности эмбрионов и плодов человека с хромосомными аномалиями

Королева М.Е.

Анализ взаимоотношений генотип -- фенотип на уровне отдельных генов, генных ансамблей и целых генных сообществ, которыми, по сути, и являются хромосомы, остается центральной проблемой современной генетики развития. Сегодня эта проблема приобретает особую актуальность в связи с полной расшифровкой первичной структуры генома человека и началом планомерных исследований по функциональной генетике. Неоднократные попытки изучения роли отдельных хромосом в эмбриогенезе млекопитающих предпринимались и раньше. Благодаря достижениям в расшифровке генома человека, а также успехам нового научнопрактического направления медицинской генетики --пренатальной диагностики -- стал возможным углубленный комплексный анализ сложных взаимоотношений генотипа (кариотипа) и фенотипа и в развитии человека.

Исследование влияния аномального хромосомного набора на морфологические и функциональные особенности развивающегося организма -- традиционный подход в цитогенетике развития. Исторически первым направлением исследований в этой области можно считать клиническую цитогенетику, в задачи которой входит установление таких корреляций в постнатальном периоде жизни человека.

Родоначальниками этого направления являются Чарльз Форд, Патриция Джекобс и Джером Лежен, которые в 50-е годы ХХ века обнаружили численные аномалии кариотипа у пациентов с распространенными хромосомными болезнями (синдромы Дауна, Шерешевского-Тернера, Клайнфельтера).

По мере накопления сведений о множественных пороках развития у человека возникло и новое направление -- синдромология. Широкое использование в последние годы молекулярно-цитогенетических методов исследования, прежде всего, различных модификаций методов гибридизации, позволило установить хромосомную природу многих наследственных синдромов, обусловленных микроперестройками хромосом, не улавливаемых обычными стандартными цитогенетическими методами. В отдельную группу выделены моногенные нозологические формы, сопровождающиеся нестабильностью числа и структуры хромосом.

Хромосомные болезни или хромосомные синдромы - это комплексы множественных врожденных пороков развития, вызываемых числовыми или структурными изменениями хромосом, видимыми в световой микроскоп.

Нарушения в строении хромосом, изменения их количества, генные мутации могут возникать на разных этапах развития организма. Если они возникают в гаметах родителей, то аномалия будет наблюдаться во всех клетках организма (полный мутант).

Если они возникают в процессе эмбрионального развития, хромосомный набор в разных клетках тела будет разным. В процессе развития появляется несколько следующих друг за другом поколений клеток с различными хромосомными наборами. При незначительном количестве аномальных клеток болезни в последующем может и не быть.

Причинами хромосомных болезней являются все хромосомные мутации (отклонения в строении и функциях) и некоторые геномные мутации (изменения числа хромосом).

Частота встречаемости всех хромосомных болезней среди новорожденных, по данным Кэбека (М.М. Kaback), составляет 5,6:1000, при этом все виды анэуплоидий, включая мозаичные формы, составляют 3,7:1000, трисомии по аутосомам и структурные перестройки - 1,9:1000. Половину всех случаев структурных перестроек хромосом представляют семейные случаи, все трисомии являются спорадическими случаями, т.е. следствием вновь возникших мутаций. По данным Полани (P. Polani), около 7% всех беременностей осложнены хромосомными болезнями плода, которые в подавляющем большинстве случаев ведут к спонтанным абортам.

Хромосомные болезни у новорожденных встречаются с частотой до 1:100. Примерно 20% выкидышей обусловлено хромосомными аномалиями. Это одна из частых причин преждевременных родов и мертворождений. Нарушение в структуре хромосом может произойти на различных этапах развития организма. При нарушениях в одной из клеток в период деления или на более поздних стадиях, только часть клеток организма будет содержать аномальный кариотип. Некоторые из структурных аномалий передаются по наследству. Возможны структурные сбалансированные аномалии, которые не ведут к формированию болезни. Мертворождения являются результатом хромосомной патологии в 7,2% случаев, спонтанные выкидыши - в более чем 50%. Хромосомные мутации могут проявляться утратой части материала или его избытком. Оба вида перестроек вызывают нарушения развития организма, именно поэтому исследования по данной теме является актуальным.

Фенотипические проявления хромосомных аномалий в I триместре беременности.

Подавляющее большинство изолированных или множественных анатомических пороков (эмбриопатии), регистрируемых на поздних сроках внутриутробного развития или после рождения, возникает именно в период закладки зачатков органов и их формирования. Однако исследование эмбриона как т V^Vо (прижизненные наблюдения при УЗ-сканировании), так и т V^^^о (патоморфологический анализ) в ранние сроки беременности вследствие его малых размеров представляет значительные трудности.

Так, в 4-6 недель акушерского срока беременности при ультразвуковом исследовании в матке визуализируется лишь плодное яйцо диаметром 2-4 мм. Через 1-2 недели в плодном яйце диаметром 5-7 мм, окруженном эхогенным венчиком с нечеткими контурами (трофо- бластом), визуализируется эмбрион в виде высокоэхогенной линейной структуры длиной около 3 мм. В эти же сроки или несколькими днями позже по частоте сердечных сокращений определяется сердечная деятельность.

При дальнейшем развитии возможна детальная визуализация структур плода, анализ их размеров, топографии и формы.

Реально оценку основных структур головного мозга с помощью трансвагинальной эхографии можно проводить с 7 недель беременности (копчико-теменной размер эмбриона 9-14 мм). Идентификация интракардиальных структур и главных артерий возможна только с 11 недель беременности, при этом изображение 4-камерного сердца удается получить только в 12-13 недель, а сердечных артерий -- после 13 недель. С помощью цветного допплеровского картирования можно не только оценить размеры желудочков сердца и диаметр сосудов, но и провести анализ показателей кровотока через атриовентрикулярные клапаны и клапаны главных артерий. Желудок определяется в брюшной полости эмбриона с 8-9 недель, но отчетливое изображение в виде анэхогенного округлого образования достигается с 10 недель. Средние размеры желудка в поперечном сечении изменяются от 1,2 мм в 9 недель до 2,4 мм в 12 недель. Кишечник в виде образования повышенной эхогенности по сравнению с другими абдоминальными структурами визуализируется с 12 недель, после втягивания петель в брюшную

полость. Почки плода, которые визуализируются с 10-12 недель, по мере увеличения в размерах теряют изначально высокую эхогенность. Мочевой пузырь, наблюдаемый в эти же сроки, напротив, характеризуется анэхогенностью. Конечности идентифицируются с 8 недель беременности, тогда как кости конечностей -- после появления в них точек окостенения (бедренные и плечевые с 9 недель, голени и предплечья -- с 10, а кисти и стопы -- с 11 недель). Начиная с 11 недель можно оценить число пальцев.

Таким образом, ограниченные возможности УЗИ эмбриональных структур в I триместре беременности определяются малыми размерами зародыша и его бурным развитием в период активного органогенеза. Основными параметрами, внесенными в стандартный протокол скринингового исследования в I триместре, являются копчико-темен- ной размер (КТР), диаметр желточного мешка и толщина воротнико-вого пространства. Однако оценка таких анатомических образований и органов плода как кости конечностей и свода черепа, сосудистые сплетения желудочков головного мозга (бабочка), позвоночник, желудок, передняя брюшная стенка и мочевой пузырь вполне реальна и реко-мендована в качестве обязательной при УЗИ в I триместре.

Постоянно меняющаяся в ранние сроки беременности эхографическая картина в большинстве случаев позволяет лишь заподозрить пороки развития отдельных органов, но не проводить их диагностику. Например, изменения структур и сосудов сердца наряду с показателями скоростей кровотока могут служить ранними маркерами пороков сердца, скопление жидкости в желудке -- указывать на воз-можные аномалии развития кишечного тракта (атрезию пищевода и двенадцатиперстной кишки). Атрезия двенадцатиперстной кишки диагностируется на основании выявления характерного признака «двойного пузыря» начиная с 14-й недели развития. Кишечная грыжа размером 5-10 мм, которая является нормальным вариантом развития в 7-10 недель, в более поздние сроки может реализоваться в омфалоцеле, содержащем некоторые или все внутренние органы плода (рис. 8.2), и сопровождаться не заращением передней брюшной стенки. Превышение продольного размера мочевого пузыря (> 8 мм по сравнению с 6 мм в 10-14 недель) является критерием при оценке мегацистика. Укорочение длины трубчатых костей может указывать на замедление

темпов развития плода и задержку процессов оссификации, а аномалии кистей и стоп -- служить признаком целого ряда синдромов или относиться к незначительным дефектам, легко корригируемым после рождения.

Таким образом, практически любые эхографические отклонения, выходящие за пределы нормальной вариабельности, по сути, являются ультразвуковыми маркерами патологии развития плода, в т. ч. и хромосомной этиологии, и служат для формирования групп, нуждающихся в дополнительном обследовании, включающем комплекс методов пренатальной диагностики.

Представляется целесообразным рассмотреть некоторые особенности развития плода в I триместре беременности, которые в настоящее время рассматриваются как УЗМ хромосомной патологии.

Одним из ведущих эхографических признаков патологии плода, характерных для I триместра, признана расширенная гипоэхогенная зона в области шеи плода, обозначаемая как воротниковое пространство. Толщина воротникового пространства -- область между внутренней поверхностью кожи плода и наружной поверхностью мягких тканей, покрывающих шейный отдел позвоночника. По мере развития в 10-14 недель размеры ТВП меняются незначительно и не выходят за пределы 2,5 мм. Увеличение ТВП, оцениваемое с использованием процентильных кривых, является критерием, позволяющим формировать группу риска по рождению детей с хромосомными болезнями и врожденными пороками развития.

Следует отметить, что частота плодов с увеличенным ТВП варьирует в широком диапазоне (0,41-6,4 %) от всех УЗ-исследований в I триместре, что объясняется, в основном, погрешностями в измерениях.

К настоящему времени установлено, что увеличение ТВП в сроки от 10-й до 14-й недели беременности является общим фенотипическим признаком различных типов трисомий, в частности, 13, 18 и 21, а также моносомии Х и триплоидии. Согласно обобщенным данным, около 30 % плодов с увеличенной ТВП имеют хромосомные аномалии. Этот признак наиболее часто отмечается при трисомии 21 (50 % всех случаев) и значительно реже встречается при трисомии 18 (23,9 %), моносомии Х (9,9 %) и трисомии 13 (4,9 %). В 10,8 % случаев регистрируются другие аномалии кариотипа.

В настоящее время не подвергается сомнению ассоциация ТВП с пороками сердца. Как известно, врожденные пороки сердца -- наиболее частый признак многих хромосомных болезней. Неслучайно поэтому в качестве косвенного критерия отбора в группу риска хромосомной патологии у плода при УЗИ используется частота сердечных сокращений. Весомым дополнительным ультразвуковым маркером пороков сердца в конце I триместра является аномальный кровоток в венозном протоке в фазе сокращения предсердий. Нормализация кровотока после 14-й недели беременности требует регламентации сроков проведения допплерометрии для диагностики пороков сердца. Следует подчеркнуть, что в отличие от стандартных УЗ-исследований, вопрос о безопасности для плода массовых допплерометрических исследований в I триместре пока окончательно не решен.

Не выяснены до настоящего времени и патогенетические механизмы увеличения ТВП, вызывающие чрезмерное накопление жидкости в воротниковой зоне и коррелирующие с аномалиями кровотока в венозном протоке и пороками сердца. Патологоанатомические исследования сердца у эмбрионов с трисомией 21 позволили предположить, что расширение восходящего участка дуги аорты и одновременное сужение ее перешейка могут привести к усилению кровотока в верхней половине туловища плода, а в случае нарушения венозного оттока крови при сердечной недостаточности у плода -- к увеличению ТВП. Дальнейшие исследования показали, что к увеличению ТВП может приводить уменьшение диаметра любого сегмента аорты. Особенно наглядно этот вывод иллюстрировали результаты морфологических исследований сердца при моносомии Х -- у всех 25 эмбрионов были обнаружены нарушения формирования восходящей части и/или дуги аорты. Наиболее специфичным для этого синдрома пороком оказалась гипоплазия дуги аорты на участке между левыми (сонной и подключичной) артериями, которая, как правило, сопровождалась значительным увеличением ТВП -- от кистозной гигромы шеи до генерализованного отека плода. На выраженную взаимосвязь между дефектами левых отделов сердца (гипоплазия и коарктация аорты) обращали внимание и другие исследователи.

Обсуждая проблему пороков сердца при хромосомных болезнях, следует отметить специфичность их спектра для определенных типов трисомий.

Так, дефекты межжелудочковой перегородки (ДМЖП) и/или

атриовентрикулярная коммуникация (АВК) более характерны для трисомии

21, ДМЖП в сочетании с аномалиями клапанов -- для трисомии 18, а тетрада Фалло -- для трисомии 13. Структура пороков у эмбрионов I триместра соответствует таковой у новорожденных с тем же типом трисомии, что свидетельствует о селективной нейтральности определенных пороков сердца во внутриутробной гибели. Исключение составляет патология дуги аорты, которая у большинства новорожденных с пороками сердца, в том числе и при хромосомных болезнях, отсутствует. Возможно, что часть плодов с такой аномалией элиминируется. Предполагается также, что сужение отдельных сегментов аорты исчезает вследствие дифференциального роста магистральных сосудов. Определенную роль в компенсации нарушений гемодинамики, обусловленной стенозом аорты, может играть ДМЖП. Так, отмечено, что если патология дуги аорты коррелирует с увеличением ТВП (т. е. чем больше значение ТВП, тем чаще регистрируются изменения аорты), то частота ДМЖП находится в обратной зависимости от толщины ТВП. Предполагается, что общим патофизиологическим механизмом, ведущим к возникновению пороков сердца, аномальному формированию яремных лимфатических мешков и увеличению ТВП, является аномальное развитие эндотелия. Тяжелая степень этих нарушений представлена почти у всех эмбрионов и плодов с кариотипом 45,Х, а лимфатические отеки и дефекты левых отделов сердца, включая коарктацию аорты, регистрируются примерно у половины новорожденных с синдромом Шерешевского-Тернера. Возможно, что механизмы компенсации сосудистой патологии в этих случаях менее эффективны, чем при аутосомных трисомиях, что и является причиной массовой гибели зародышей с моносомией Х.

Характерная для синдрома Шерешевского-Тернера кистозная гигрома шеи относится к порокам развития лимфатической системы. УЗД этой аномалии основывается на выявлении двухсторонних с перегородками образований в шейной области. Достаточно часто (40-100 %) шейная гигрома сочетается с пороками сердца и водянкой плода. В отличие от других пороков, даже при изолированной гигроме обнаруживается высокая частота хромосомных аномалий.

Визуализация структур лица принципиально возможна с 11-12 недель беременности. Достаточно просто выявляемыми являются редкие аномалии, выраженные при голопрозэнцефалии (циклопия). Диагностика расщелин челюсти и неба удается значительно реже и, в основном, при сочетании этих дефектов лицевого черепа с деформацией носа.

В последние годы при УЗИ лицевых структур в I триместре особое внимание уделяется оценке состояния носовых костей и размерам

верхней челюсти. При рентгенологическом исследовании с синдромом Дауна показано, что агенезия или гипоплазия носовых костей обусловлены задержкой оссификации, которая проявляется в снижении содержания остеоцитов в костно-хрящевой ткани носа (в 2-3 раза по сравнению с нормой).

Отсутствие визуализации носовых костей или укорочение их длины относительно редко (0,5-0,6 %) встречаются у плодов с нормальным кариотипом, что позволило отнести этот эхографический признак к маркерам хромосомных болезней. Как показывают обобщенные данные, этот УЗМ особенно часто встречается у эмбрионов с трисомией 21, в меньшей степени -- с трисомиями 13 и 18, а также с моносомией Х и другими численными аномалиями половых хромосом. Однако агенезия носовых костей у плодов с хромосомной патологией имеет место лишь в небольшом проценте случаев. Поэтому предложены процентильные таблицы длины костей спинки носа для каждой недели беременности. Приносит ли количественная оценка этого показателя какие-либо дополнительные преимущества по сравнению с качественной оценкой (наличие или отсутствие) носовых костей, пока неясно.

Гипоплазия средней части лица, придающая характерный для трисомии 21 уплощенный профиль, сопровождается и уменьшением размеров верхней челюсти. Известно, что в норме длина верхней челюсти увеличивается линейно на 0,1 мм при увеличении копчико-теменного размера на 1 мм, тогда как этот параметр у каждого четвертого эмбриона с трисомией 21 оказывается ниже 5-го процентиля для соответствующего срока беременности. Укорочение верхнечелюстной кости чаще наблюдается при отсутствии или укорочении носовых костей. По-видимому, оба процесса обусловлены задержкой оссификации, однако, в настоящее время недоразвитие верхней челюсти рассматривается как независимый УЗМ синдрома Дауна у плода. Интересно отметить, что при других хромосомных

аномалиях, несмотря на наличие черепно-лицевых дисплазий, размеры верхней челюсти у эмбрионов в I триместре соответствуют средним нормальным значениям.

Не менее частым при хромосомной патологии является синдром задержки развития плода (ВЗРП), который регистрируется по несоответствию фетометрических параметров (копчико-теменной размер и размеры трубчатых костей) акушерскому сроку беременности. Однако оценка состояния опорно-двигательного аппарата в I триместре беременности вызывает трудности. С точки зрения диагностики скелетных дисплазий необходимо не только проводить измерение длины трубчатых костей верхних и нижних конечностей, но и оценивать эхогенность костей и их форму. Информативным УЗМ в эти сроки беременности может быть изменение числа пальцев, подсчет которых осуществляется легче в I триместре, чем во II, так как они еще не сжаты в кулак. К сожалению, большинство врачей УЗД не придают значения этому важному УЗМ. Между тем, полидактилия является одной из наиболее характерных фенотипических признаков трисомии 13, а мезо- брахифалангия V пальца кисти -- трисомии.

Следует отметить, что частота хромосомной патологии у плодов с изолированными и множественными аномалиями существенно варьирует в разных исследованиях, что зависит не только от качества УЗИ, но и от объема выборки. Так, в наших скрининговых исследованиях в 10-14 недель беременности увеличение ТВП зарегистрировано у 40 из 1024 плодов, при этом 17 из них имели хромосомные аномалии. Отсутствие визуализации носовых костей в наших исследованиях было зарегистрировано в общей сложности у 4 из 852 плодов (2 случая трисомии 18 и 1 -- трисомии 21).

Результаты всех исследований свидетельствуют о том, что при одних и тех же аномалиях, в том числе весьма характерных для определенного хромосомного дисбаланса, могут быть выявлены и другие хромосомные аберрации или отвергнута хромосомная природа этих нарушений.

При определении риска хромосомной патологии у плода на основании УЗИ следует учитывать, что любая хромосомная патология имеет плейотропный эффект, то есть может проявиться в формировании пороков различных органов и систем, и обнаруживает различную пенетрантность, которая выражается в различной частоте встречаемости и степени поражений. Именно поэтому только по фенотипическим проявлениям невозможно установить этиологию аномалии развития, т. е. имеет она наследственный (хромосомный) характер или обусловлена другими причинами.

Патогенетической связи многих МВПР и особенно УЗМ не установлено. В частности, показано отсутствие какой-либо взаимосвязи между толщиной ТВП и длиной носовых костей в 10-14 недель беременности. Эти данные позволяют рассматривать эти УЗМ как независимые и использовать их в качестве аддитивных при оценке риска хромосомной патологии у плода. Сочетания и других аномалий развития, в том числе и с ТВП, в настоящее время определяются возможностями их одновременной визуализации в одни и те же сроки развития плода.

Таким образом, хромосомный дисбаланс, в том числе и совместимый с постнатальным развитием, не приводит к специфичным аномалиям у зародышей I триместра развития. Все известные на этой стадии нарушения носят неспецифический характер и, по-видимому, обусловлены общей задержкой развития и патологией сосудистой системы. Детализация многих пороков с помощью УЗД становится реальной только к концу I триместра, т.

е. в 14 недель беременности, а более полной -- во II триместре (18-24 недели).

Фенотипические проявления хромосомных аномалий во II триместре беременности.

Фенотипические проявления хромосомных аберраций во II триместре беременности значительно более многообразны . У некоторых плодов с хромосомным дисбалансом отмечаются изолированные, у большинства -- множественные пороки различных органов и систем, однако их частота и спектр варьируют в широком диапазоне. Согласно обобщенным мировым данным, частота хромосомных нарушений у плодов с изолированными пороками развития, такими как вентрикуломегалия, голопрозэнцефалия, расщелины лица, врожденные пороки сердца и многие другие возрастает в среднем в 5-10 раз при их сочетании с другими УЗМ.

Различная степень повторяемости отдельных пороков и УЗМ при различной хромосомной патологии послужила поводом для разработки балльной оценки риска хромосомной патологии в зависимости от типа УЗМ. Наибольшую диагностическую значимость (коэффициент 2) имеют

анатомические пороки и утолщение шейной складки. Другим УЗМ, таким как укорочение трубчатых костей, пиелоэктазия (> 3 мм), гиперэхогенный кишечник, эхогенный фокус в желудочках сердца (> 2 мм), кисты сосудистых сплетений присвоен коэффициент 1.

Как в нашем исследовании, так и в работах других авторов, у плодов с хромосомными болезнями наиболее часто встречаются аномалии лица и шейного отдела, сердца и магистральных сосудов. Реже они затрагивают форму черепа, структуры головного мозга, органы брюшной полости (кишечник и почки). У плодов с наиболее распространенными геномными мутациями наблюдаются различные сочетания отдельных пороков. Характерным маркером хромосомных болезней является объем околоплодных вод. Нередко маловодие может быть единственным маркером, поскольку отсутствие околоплодных вод препятствует исследованию органов и систем плода. Одним из частых дополнительных маркеров хромосомных болезней является аплазия или гипоплазия артерии пуповины. В отдельных случаях отмечаются нарушения плаценты.

Описание фенотипических проявлений хромосомных болезней в последнее время, как правило, ограничено ультразвуковым сканированием во втором, реже в третьем триместрах беременности. Лишь в отдельных случаях оно дополняется патоморфологическими исследованиями плода после искусственного прерывания беременности в поздние сроки, что обусловлено ограниченными профессиональными возможностями патологоанатомической службы для обследования плодов весом менее 500 г.

Учитывая актуальность проблемы фенотипирования плодов с хромосомным дисбалансом, а также отсутствие унифицированных подходов к сопоставлению ультразвуковых и патологоанатомических диагнозов, представляется целесообразным остановиться подробнее на фенотипических проявлениях наиболее частых хромосомных болезней, установленных нами во II триместре беременности. При этом в большинстве случаев наличие УЗМ, включая ВПР, служило показанием к проведению пренатального кариотипирования. Реже оно сочеталось с другими факторами риска (возраст, биохимические маркеры хромосомной патологии и пр.). Однако в ряде случаев первичное УЗИ 2-го уровня позволяло обнаружить маркеры хромосомных болезней уже после инвазивной диагностики, а повторное УЗИ после кариотипирования плода -- дополнить список выявленных аномалий развития. Благодаря такому подходу у большинства плодов с хромосомной патологией удалось зарегистрировать более одного УЗМ, за исключением моносомии Х, при которой, в основном, отмечалась кистозная гигрома шеи.

Трисомия 21

Прежде всего, следует отметить, что у плодов с трисомией 21 встречается достаточно широкий спектр УЗМ и пороков развития. Согласно обобщенным данным, полученным при анализе 461 плода с трисомией 21, рейтинговая шкала эхографических признаков синдрома Дауна включает избыточную шейную складку (38 %), умеренный гидронефроз (30 %), укорочения бедренной кости (28 %), пороки сердца (26 %), аномалии конечностей (25 %), вентрикуломегалию (16 %), брахицефалию (15 %). Среди других отклонений лидирует задержка развития (20 %). Одним из наиболее характерных эхографических признаков трисомии 21 считается сочетание умеренного гидронефроза (пиелоэктазия) с другими пороками развития. Так, если при изолированном гидронефрозе вероятность трисомии 21 у плода составляет всего 0,62 %, то при наличии хотя бы еще одного маркера она возрастает до 5 %, а при числе маркеров более двух -- превышает 15 %. Следует обратить внимание, что слабо выраженные пороки могут остаться невыявленными, а вопрос о диагностической ценности отдельных УЗМ для расчета риска синдрома Дауна у плода продолжает оставаться дискуссионным.

Характерными фенотипическими признаками в наших исследованиях оказались утолщение шейной складки, гидроторакс, атрезия двенадцатиперстной кишки, пороки сердца и многоводие. Аномалии головного мозга, дизморфия ушных раковин, укорочение трубчатых костей, аномалии дистальных отделов конечностей (клинодактилия и гипоплазия средней фаланги V пальца) и другие УЗМ зарегистрированы у меньшего числа плодов (табл. 8.4). У 18 из 28 плодов отмечены сочетания двух и более УЗ-маркеров. Эти данные хорошо согласуются с наблюдениями других авторов.

Вместе с тем, нередко при трисомии 21 нарушения развития не визуализируются даже при повторном УЗИ. Или, как, например, в нашей практике, примерно в 30 % случаев регистрируется лишь по одному УЗМ.

При патоморфологическом исследовании 6 плодов с трисомией 21 данные ультразвукового исследования полностью подтвердились. Кроме того, у всех плодов были обнаружены характерные для синдрома Дауна признаки: плоское лицо, широкая переносица, гипертелоризм, косой разрез глаз, эпикант, макроглоссия, низко расположенные диспластичные уши, короткая широкая шея со складкой, поперечная ладонная складка и продольная на стопе, аномальное расположение пальцев рук и у одного плода 15 недель беременности -- порок сердца (АВК), не зарегистрированный при УЗИ. Исследование лицевых структур внесено в протокол скринингового УЗИ во II триместре беременности, однако, как показывает практика, особенностям профиля уделяется недостаточно внимания. Между тем, наиболее выраженные при синдроме Дауна фенотипические признаки доступны для регистрации во II триместре.

У двух плодов с трисомией 21 при УЗИ отмечено расширение межворсинковых пространств в плаценте. При гистологическом исследовании плацент выявлены незрелые ворсинки с раскрытыми стромальными каналами и дистрофическими изменениями с характерными отложениями фибриноида.

Для верификации цитогенетического диагноза у плодов II и III триместров беременности были использованы образцы ДНК, выделенные из тканей и органов плодов (мышцы, кожа, почка, легкие, сердце), а также пуповины, амниона и плаценты. В трех из 6 случаев у плода с трисомией 21 в 26 недель беременности методом ПЦР было установлено материнское происхождение дополнительной хромосомы 21. Остальные случаи оказались неинформативными.

В отличие от I триместра, где полная форма трисомии 21, установленная в цитотрофобласте хориона, была верифицирована в других тканях во всех исследованных 15 случаях, препятствием к применению цитогенетических и П8Н методов явилась выраженная мацерация тканей.

Таким образом, наши данные в целом хорошо согласуются с обобщенными мировыми данными и свидетельствуют о том, что для плодов с трисомией 21 характерны множественные аномалии, в сочетании с избыточной шейной складкой и пиелоэктазией. Вместе с тем, они убеждают в целесообразности оценки профиля плода и дистальных отделов конечностей при УЗИ. Специалисты УЗД рассматривают аномалии лица (глазниц и носа, микрогнатию, макроглоссию, размеры и положение ушных раковин) как сопутствующие другим нарушениям развития. Однако мы убеждены, что их визуализация заслуживает внимания в качестве самостоятельных УЗМ хромосомной патологии даже при отсутствии других аномалий развития.

Трисомия 18

Трисомия 18, как правило, сопровождается выраженной задержкой развития плода (74 %) и МВПР, в которые могут быть вовлечены любые органы, наиболее часто -- омфалоцеле (в 10-20 раз чаще, чем у плодов с нормальным кариотипом).

Согласно обобщенным данным, из 137 плодов с синдромом

Эдвардса почти половина имели кисты сосудистых сплетений мозга, характерную клубникообразную форму головы, микрогнатию и пороки сердца. Типичными для таких плодов были также аномалии конечностей (72 %).

В наших наблюдениях синдрому Эдвардса сопутствовали, в основном, кисты сосудистых сплетений и пороки развития конечностей (аномальная установка кистей и пальцев, стопа-качалка). В 83 % случаев наблюдалось сочетание двух и более УЗМ и/или пороков.

При патоморфологическом исследовании четырех плодов с трисомией 18 получено подтверждение анатомических пороков, выявленных с помощью УЗИ. У плода с кистой в брюшной полости диагностированы пороки мочевыводящих путей (поликистоз почек, односторонний гидроуретр, мегацистик). У этого же плода при УЗИ и при патоморфологическом исследовании обнаружено трехкамерное сердце с общим артериальным стволом и дефектом межжелудочковой перегородки. Кисты сосудистых сплетений, обнаруженные при УЗИ в обоих полушариях головного мозга у этого плода, при вскрытии имели вид желеобразных включений янтарного цвета. хромосомная аномалия беременность

Следует отметить, что нарушения головного мозга, которые отмечаются при

УЗИ практически во всех случаях, на вскрытии диагностируются лишь в 18 %, что обусловлено аутолизом мозговой ткани. Следовательно, в случае аномалий головного мозга УЗИ может оказаться более информативным, чем патоморфологический анализ. То же справедливо и для некоторых аномалий почек (кисты, гидро- и мегауретр).

При гистологическом исследовании хориона (1 случай) и плаценты (2 случая) у плодов с трисомией 18 выявлено аномальное строение ворсин (крупные, недостаточно разветвленные ворсины, пальцеобразные выросты, строма с фибриноидными включениями, двухслойный трофобласт, синцитий в виде «щетки»).

Верификация диагноза в одном из 10 случаев при наличии полной Тс18 в цитотрофобласте показала наличие мозаичного кариотипа 47,ХУ,+18/ 45,ХУ,-18/46,ХУ в тканях плода. В остальных 9 случаях верифицирована полная форма трисомии 18.

Таким образом, для плодов с трисомией 18 в большей мере, чем для трисомии 21 характерны множественные пороки развития, а наиболее частым УЗМ являются кисты сосудистых сплетений. К сожалению, наличие кист сосудистых сплетений почти у 3 % плодов с нормальным кариотипом, а также транзиторный характер этой патологии существенно снижают их диагностическую ценность. Вместе с тем, сочетание данной аномалии с другими нарушениями эмбриогенеза, такими как задержка развития, аномалии формы черепа и скелета, омфалоцеле существенно увеличивают вероятность выявления этой хромосомной патологии.

Трисомия 13

Спектр аномалий развития у плодов с трисомией 13 во II триместре достаточно обширен (табл. 8.2). Наиболее частыми аномалиями, диагностированными с помощью УЗИ у 34 плодов с трисомией 13 оказались задержка развития (61%), аномалии трубчатых костей (52 %), пороки сердца (52 %), голопрозэнцефалия (39 %) умеренный гидронефроз (37 %), микроцефалия (24 %), шейный отек (22 %), лицевые расщелины (22 %) и кисты задней черепной ямки (15 %). Согласно нашим данным, наиболее частыми нарушениями у плодов с синдромом Патау являются пороки развития головного мозга и лицевого черепа, сердца и конечностей. У трех из пяти плодов отмечено наличие более двух аномалий развития.

При патоморфологическом исследовании двух плодов с трисомией 13

дополнительных анатомических пороков выявить не удалось, за исключением расщелины верхней губы и неба, которые не были диагностированы при УЗИ у одного плода.

Таким образом, типичные для трисомии 13 скелетные аномалии (расщелины лица, полидактилия) в сочетании с задержкой развития плода и пороками внутренних органов, в т. ч. пороками сердца, доступны для регистрации при УЗИ.

Моносомия Х

В отличие от полиморфных и нередко транзиторных УЗМ при ауто- сомных трисомиях, которые совместимы с живорождением, типичным для зародышей с моносомией Х является наличие кистозной гигромы шеи (88 %), которая не столь типична для других хромосомных аберраций. У большинства плодов с моносомией Х регистрируются водянка плода и задержка развития с укорочением трубчатых костей. Эти же УЗМ были типичными для плодов 45,Х и в наших исследованиях.

Лимфоотек рассматривается как проявление персистирования эмбриональных лимфатических мешков и нарушения оттока лимфы в венозную систему. Считается, что все перечисленные пороки характерны для летальных форм синдрома Шерешевского-Тернера. Однако в некоторых случаях они совместимы с внутриутробным развитием, а следствием нарушений лимфооттока у новорожденных являются наиболее убедительные признаки синдрома Шерешевского-Тернера -- короткая складчатая шея («шея сфинкса»), отеки кистей и стоп.

При верификации пренатального диагноза с помощью цитогене-тического и П8Н методов полная форма 45,Х подтверждена у всех плодов. Ни в одной из тканей не установлено присутствие клеточных линий с иным набором хромосом.

Кариотипы 47,ХХУ и 47,ХХХ

Эти типы трисомий вполне совместимы с постнатальным развитием и обычно не сопровождаются врожденными пороками. Интересно в этой связи отметить, что в наших исследованиях у таких плодов были выявлены пороки развития: в одном случае (кариотип 47,ХХУ) это была копчиковая тератома, в другом -- порок сердца. В случае 47,ХХХ было обнаружено омфалоцеле. Эти признаки не являются характерными для данных синдромов, и такие находки можно отнести к разряду случайных.

У плода с кариотипом 47,ХХХ при отсутствии УЗМ патоморфологическое исследование показало, что яичники представлены соединительнотканными тяжами.

Исследование аутопсийного материала цитогенетическими и И8Н-методами в наших исследованиях не выявило хромосомного мозаицизма.

Триплоидия

Согласно данным литературы, наличие дополнительного гаплоидного набора хромосом, обычно отцовского происхождения (результат диспермного оплодотворения), совместимо с внутриутробным развитием. Однако во II триместре беременности триплоидия ассоциируется с выраженной задержкой развития (100 %), укорочениями (60 %) и аномалиями конечностей (76 %), аномалиями лицевого черепа (микрогнатия -- 44 %), пороками сердца (16%).

Ведущими УЗМ при триплоидии в наших исследованиях оказались задержка внутриутробного развития, маловодие, пороки развития головного мозга (синдром Денди-Уокера), конечностей (сандалевидная стопа) и внутренних органов, а также лицевые расщелины. В подавляющем большинстве случаев наблюдалось более двух аномалий развития. При гистологическом исследовании обнаружены патологические изменения формы и структуры ворсин хориона и плаценты, характерные для частичного пузырного заноса.

Стратегия исследований корреляций кариотип -- фенотип в эмбриогенезе человека.

Возможность детального прижизненного исследования плодов человека с уже установленным кариотипом открывает новые, недоступные ранее, перспективы для изучения фенотипических особенностей проявления хромосомных аберраций на разных стадиях эмбриогенеза человека. Именно такой комплексный подход нам представляется важным и особенно перспективным для решения задач цитогенетики развития человека.

Так, исследования с помощью методов УЗД позволяют установить целый ряд аномалий головного мозга, которые в результате аутолиза и механических повреждений оказываются малопригодными для макроскопического и микроскопического анализа. Аналогичная ситуация отмечается в отношении аномалий почек, в частности, пиелоэктазии (гидронефроза). С другой стороны, в ряде случаев у плодов при вскрытии регистрируются пороки, которые в силу различных причин не были отмечены при УЗИ. Сопоставление результатов УЗИ и патологоанатомического диагноза показывает, что доля ложноположительных и ложноотрицательных заключений может варьировать от 3 до 26 %.

Кроме повышения эффективности пренатальной диагностики, такой комплексный подход позволяет решать и ряд фундаментальных задач. Так, во всех случаях моносомии Х и триплоидии плоды имели несовместимые с жизнью пороки развития, выявленные при УЗИ. Полученные результаты и данные литературы свидетельствуют о том, что такие частые во второй половине беременности пороки как кистоз почек (характерный для трисомий 13 и 18) или атрезия двенадцатиперстной кишки (при трисомии 21), аномалии лимфатической системы (при моносомии Х) и многие другие, могут быть выявлены уже на 8-10 неделях развития. Следовательно, УЗметод пренатальной диагностики позволяет анализировать специфику пороков на протяжении всего периода органогенеза, а сведения, полученные при патоморфологических исследованиях аутопсийного материала после прерывания беременности в I триместре беременности, помогают воссоздать полную картину генеза отдельных пороков, и, следовательно, приблизиться к пониманию патогенеза сочетанных аномалий развития. Очевидно, что такой подход ранее был недоступен при исследовании не только спонтанных абортусов разных сроков развития, но и абортов, индуцированных во II триместре беременности. Кропотливый труд и ювелирная техника белорусских морфологов, возглавляемых профессором Г. И. Лазюком, по исследованию эмбрионов 7-12 недель развития с хромосомным дисбалансом, абортированных после пренатальной диагностики, позволили установить интересные факты формирования пороков. Так, показано, что первичным при кистозе почек у плодов с Тс13 является их чрезмерная дольчатость, возникающая вследствие гипоплазии нефрогенной зоны. Это принципиально отличает данный порок от кистозных изменений почек при других хромосомных синдромах. Удалось установить, что отличительной особенностью нарушений сердечно-сосудистой системы у плодов с кариотипом 45,Х является гипоплазия дуги аорты на участке между левой сонной и левой подключичной артериями, по диаметру сопоставимая с сонной артерией. Эти результаты наглядно демонстрируют не только возможности патоморфологи-ческих исследований эмбрионов I триместра, но и представляют собой принципиально новый подход к выяснению патогенеза изолированных и сочетанных пороков, к изучению иерархии нарушений морфогенеза, к пониманию компенсаторных механизмов в процессе дальнейшего внутриутробного развития.

Не менее интересным в этом плане является изучение аномалий развития экстраэмбриональных органов. При УЗИ в I триместре беременности основное внимание уделяется оценке состояния желточного мешка, который осуществляет важные функции по обеспечению нормального развития эмбриона. Персистентция или преждевременное исчезновение желточного мешка являются прогностическими признаками неблагополучного развития беременности, часто завершающейся спонтанными абортами. При УЗсканировании в ранние сроки беременности визуализируется также амниотическая оболочка, которая сливается с хорионом к концу I триместра.

Исследования амниотической (целомической) и хориальной (экзоцеломической) полостей представляют собой специализированный вид исследований и не используются в широкой практике, тем более, в рамках УЗ-скрининга.

В плане УЗМ хромосомной патологии интерес представляют также длина, толщина и индекс извитости пуповины. Визуализация пуповины возможна в I триместре беременности, точнее с 9-й недели, когда пуповина приобретает спиралевидный ход, а ее длина примерно соответствует копчико-теменному размеру. Число витков (13-15) пу-повины окончательно формируется к концу I триместра. Индекс спирализации (число петель на длину пуповины) и угол между продольной осью и артериями пуповины максимальны в конце I -- начале

II триместра и снижаются по мере прогрессирования беременности. Диаметр сосудов (две артерии и одна вена) и длина пуповины, которая во II триместре имеет структуру канатика, линейно растут до 32-35 недель, а затем за счет естественного уменьшения вартонова студня -- прогрессивно уменьшаются. Оказалось, что при некоторых анеуплоидиях (трисомии 18 и 21, моносомия Х) толщина пуповины в 14-23 недели может превышать нормальную. Кроме того, при синдроме Дауна пуповина характеризуется уменьшением числа петель, т. е. снижением индекса спирализации. Однако в настоящее время лишь гипоплазия артерии пуповины во II триместре беременности завоевала признание в качестве УЗМ хромосомной патологии.

При оценке структуры хориона и плаценты основное внимание обращается на их толщину в области пуповины. Утолщение плаценты наблюдается при водянке плода, гемолитической болезни, сахарном диабете и инфекциях, истончение -- при плацентарной недостаточности. Во II триместре по 4балльной шкале оценивается также степень зрелости плаценты. Сроки выявления межворсинковых пространств, сопровождающихся нарушением маточно-плацентарного кровотока, колеблются от 15 до 40 недель, и их оценка представляет определенные трудности вследствие незначительных размеров. Увеличение межворсинковых пространств обычно не рассматривается как серьезное нарушение развития, хотя и влечет за собой углубленное динамичное обследование плода.

Основные сведения о морфологических особенностях хориона и плаценты при хромосомных нарушениях получены при исследовании этих тканей у спонтанных и медицинских абортусов. Отмечена тенденция к увеличению веса плаценты при трисомии 21 и ее уменьшение по сравнению с нормой при трисомиях 13 и 18. Характерным для всех анеуплоидий является уменьшение ветвления ворсин хориона, их слабая васкуляризация, отечность и гипоплазия трофобласта. У 72,9 % зародышей с трисомией аутосом отмечается незрелость ворсин, а в 62,5 % случаях -- нарушения их созревания. Изменения ворсин при кариотипе 69,ХХХ и 69,ХХУ, как правило, соответствуют частичному пузырному заносу, что отмечается практически у всех медицинских и спонтанных абортусов с триплоидией.

Одной из любопытных находок в наших исследованиях оказалось устойчивое изменение структуры синцития, проявляющееся в многослойном расположении ядер округлой формы в виде «щетки», зарегистрированное у плодов с трисомией 18 разных сроков развития (14, 22 и 24 недели беременности).

Эта аномалия свидетельствует, по-видимому, о нарушениях дифференцировки цитотрофобласта. Однако специфичность этого признака для трисомии 18 требует подтверждения. В целом, как следует из обобщенных данных литературы и результатов собственных исследований, патоморфологические изменения плаценты при геномных мутациях неспецифичны и, скорее, отражают нарушения функций плаценты. Пока наблюдения за развитием гетероплоидных зародышей и их провизорных органов на разных сроках развития носят ориентировочный характер. Однако они наглядно демонстрируют высокую информативность комплексного цитогенетического и морфофункционального подхода к проблеме раннего онтогенеза человека.

Причины нарушения морфогенеза в условиях хромосомного дисбаланса попрежнему остаются малопонятными. Опыты т V^{^она культурах анеуплоидных клеток убедительно показали их низкую жизнеспособность, изменения параметров клеточного цикла, нарушения подвижности и состава межклеточного матрикса. На основании этих данных К. Н. Гринбергом и его учениками были сформулированы представления о специфическом фенотипе клеток с гетероплоидным кариотипом и высказано предположение о наличии клеточного «канализированного механизма» реализации хромосомного дисбаланса. Авторы этих исследований отмечают однотипный характер цитологических изменений, так называемый «клеточный синдром», многие проявления которого фактически не зависят от специфики хромосом, вовлеченных в трисомию. Признавая безусловную ценность этих исследований, уместно обратить внимание на то, что они проведены на материале спонтанных абортов в условиях опытов т V^1^о.

До сих пор в литературе отсутствует обобщающая, фундаментальная теория патогенеза хромосомных болезней человека. В этой связи уместно отметить, что хромосомные нарушения, возникающие в гаметогенезе или на ранних стадиях эмбриогенеза человека вполне могут быть сравнимы с повреждающими экзогенными факторами, действующими на разных стадиях эмбриогенеза. Согласно теории критических периодов развития П. Г. Светлова, у зародышей млекопитающих и человека выделяют два критических периода развития -- период бластуляции, совпадающий со временем имплантации, и период активного органогенеза, соответствующий периоду плацентаци. Развитию каждого эмбрионального зачатка предшествует свой критический период, воздействие во время которого приводит к нарушениям процессов морфогенеза, результа-том чего собственно и являются пороки развития (аномалии).

Анализ особенностей фенотипического проявления хромосомных аберраций в эмбриогенезе человека хорошо укладывается в теорию критических периодов развития П. Г. Светлова. Так, анализ доимп- лантационных зародышей человека указывает на массовую гибель зародышей с хромосомными аберрациями (бластопатии), в том числе с мозаицизмом хромосом, при переходе от стадии морулы к стадии бластоцисты. Элиминация гетероплоидных зародышей во время имплантации и плацентации (эмбриопатии), скорее всего, обусловлена «клеточным синдромом» хромосомных аберраций (см. выше), затрагивающим и провизорные органы формирующегося зародыша. Наконец, многочисленные аномалии (ВПР и МВПР) и эмбриональная гибель гетероплоидных зародышей, регистрируемые на более поздних стадиях, являются результатом структурных повреждений отдельных эмбриональных зачатков и систем, которые влекут за собой и функциональные расстройства. При этом спектры морфологических и функциональных повреждений при дисбалансе разных хромосом могут не совпадать. В постнатальном периоде они реализуются в те или иные синдромы хромосомных болезней. При отсутствии или ослаблении соответствующих компенсаторных механизмов, такие нарушения могут быть причиной гибели зародышей с хромосомными аберрациями во II триместре беременности (фетопатии). Таким образом, фенотипические проявления хромосомных нарушений в эмбриогенезе человека можно рассматривать как еще одно подтверждение теории критических периодов развития, которая объясняет механизмы реализации не только повреждающего действия экзогенных факторов, но и геномного дисбаланса.

Можно надеяться, что по мере дальнейшего совершенствования ультразвуковой техники и заинтересованности врачей УЗД и патоморфологов, особенности эмбрионального развития гетероплоидных зародышей будут детально изучены. Возможно, только в настоящее время на основе принципов функциональной геномики будет сформулирована общая теория взаимоотношения фенотипа и кариотипа при хромосомном дисбалансе. Некоторые аспекты этой интересной проблемы будут рассмотрены в главах 10 и 11.

Заключение

В последние годы, благодаря успехам пренатальной диагностики, разработке эффективных методов прижизненного исследования плодов человека с хромосомными аберрациями, появились принципиально новые возможности и для решения проблем цитогенетики развития, в частности, для понимания роли отдельных хромосом и их сегментов в нормальном и патологическом эмбриогенезе человека. Обобщенный мировой опыт и результаты собственных исследований свидетельствуют о том, что на уровне развивающегося зародыша, как и в постнатальном периоде онтогенеза, ведущими в проявлении хромосомного дисбаланса являются неспецифические морфологические нарушения, такие как общая задержка развития, укорочение трубчатых костей, расширение воротникового пространства, аномалии сердца, лицевого черепа, омфалоцеле и ряд других. Все эти аномалии могут быть обнаружены при любой хромосомной патологии, хотя их соотношение и частота могут существенно варьировать. К сравнительно редким специфическим типам аномалий можно отнести кистозную гигрому шеи при моносомии Х, омфалоцеле при трисомии 18 и лицевые расщелины при трисомии 13. Все эти данные уже сегодня позволяют существенно повысить эффективность пренатальной диагностики, то есть они имеют большую практическую значимость. Вместе с тем, УЗИ любого уровня сложности и даже вычленение определенных УЗ-синдромов хромосомных болезней не позволяют с полной достоверностью судить о наличии хромосомных нарушений у плода и, тем более, ставить диагноз того или иного наследственного синдрома. Точный диагноз хромосомной болезни может быть установлен только путем цитогенетического анализа. Несмотря на важные методические достижения в цитогенетике эмбрионального развития человека, уже имеющиеся данные убедительно доказывают, что на организменном, органном и даже тканевом уровнях загадка патологического эффекта хромосомного дисбаланса вряд ли будет решена. Необходимы более совершенные, более тонкие исследования на молекулярном и субмолекулярном уровнях, чтобы понять механизмы повреждающих эффектов хромосомных аномалий.

Список использованной литературы

1. Айала Ф., Кайгер Д. Современная генетика. М.: Просвещение, 1989.

2. Баранов В.С., Кузнецова Т. В. Цитогенетика эмбрионального развития человека: Научно-практические аспекты. СПб: Издательство Н-Л,2006.

3. Козлова С.И., Демикова Н.С. Наследственные синдромы. М.: Практика, 1996.

4. ФогельА., Мотульски Ф. Генетика человека. М.: Мир, 1989-1992. С.

Размещено на Allbest.ru