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, УЗ-метод 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 патоморфологических 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 УЗ-сканировании 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) пуповины 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 4-балльной 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. хромосомный фенотипический кариотип артерия
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,XXY, 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 много слойном 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 по-прежнему остаются малопонятными. Опыты in vitro на 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 in vitro. 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 плацентации. Развитию каждого эмбрионального зачатка предшествует свой критический период, воздействие во время которого приводит к нарушениям процессов морфогенеза, результатом 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 доимплантационных 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.
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 in vivo (прижизненные наблюдения при УЗ-сканировании), так и in vitro (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 (трофобластом), 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-теменной размер (КТР), диаметр желточного мешка и толщина воротникового 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 рекомендована 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 возможные аномалии развития кишечного тракта (атрезию пищевода и двенадцатиперстной кишки). Атрезия двенадцатиперстной кишки диагностируется на основании выявления характерного признака «двойного пузыря» («double bubble») 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, и сопровождаться незаращением 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 эхо графических 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 по этому 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.