В перинатальный период мозг претерпевает драматические процессы развития. Уже на 7 неделе беременности производство нейронов начинается с поразительной скоростью 250 000 в минуту. В конце второго триместра вырабатываются миллиарды нейронов, с последующим сравнительным спадом их производства. Еще одним поразительным достижением роста мозга плода является развитие нейронных связей. К 16-й неделе беременности нейронные связи становятся активными, поскольку синапсы быстро формируются.
Учитывая ранние изменения, происходящие до рождения, перинатальный период является как окном возможностей, так и периодом большой уязвимости к воздействию окружающей среды. Аномальное развитие мозга во время внутриутробной жизни способствует этиологии многих нейропсихологических расстройств. Более того, измененная связность мозга является ключевой особенностью нескольких нейропсихиатрических расстройств.
В раннем возрасте мозг сначала фокусируется на развитии независимых функционирующих систем (сегрегации) и только со временем начнет развиваться интеграция как целостная система мозга.
Перинатальное воздействие неблагоприятных факторов, таких как материнский стресс или тератогены, такие как свинец и алкоголь, могут привести к психопатологии в более позднем возрасте.
Хорошо известны долгосрочные последствия воздействия чрезмерного стресса, особенно в чувствительные периоды развития, на возникновение и прогрессирование многих сложных, распространенных физических и психических расстройств, которые создают основное глобальное бремя болезней. Период внутриутробной жизни представляет собой одно из наиболее чувствительных из этих окон, когда последствия стресса могут передаваться из поколения в поколение от матери к ее еще не родившемуся ребенку.
Как объясняется концепцией программирования здоровья и восприимчивости к болезням в процессе развития плода, все больше доказательств подтверждают идею о том, что восприимчивость к здоровью и болезням определяется динамическим взаимодействием между генетическим составом и окружающей средой, особенно во время внутриутробной и ранней послеродовой жизни. За исключением крайних случаев, неблагоприятное внутриутробное воздействие само по себе не может «вызывать» заболевание, но, вместо этого, может определять склонность к заболеваниям в дальнейшей жизни (путем формирования фенотипической чувствительности к эндогенным и экзогенным условиям риска, связанным с заболеванием).
Накопленные данные свидетельствуют о том, что психологический и социальный стресс матери во время беременности представляет собой одно из таких состояний, которое может отрицательно повлиять на развивающегося ребенка, что имеет важные последствия для широкого спектра последствий для физического и психического здоровья.
Роль стресса в программировании здоровья
Развитие – это пластичный процесс, развивающийся эмбрион/плод реагирует на условия во внутренней или внешней среде, подвергается их воздействию в чувствительные периоды клеточной пролиферации, дифференцировки и созревания, что приводит к структурным и функциональным изменениям в клетках, тканях и системах органов. Эти изменения, в свою очередь, могут либо самостоятельно, либо в результате взаимодействия с последующими процессами развития и окружающей средой иметь краткосрочные и / или долгосрочные последствия для здоровья и восприимчивости к болезням. Эти концепции по-разному называют фетальным или развивающим происхождением здоровья и болезней.
Обоснование для рассмотрения роли стресса и биологии стресса в программировании здоровья и риска заболеваний у плода частично вытекает из концепций эволюционной биологии и пластичности развития.
С момента зачатия мать и ее развивающийся плод играют обязательную активную роль во всех аспектах развития. При этом важны: доступность энергетического субстрата (питание) и проблемы, которые могут повлиять на структурную или функциональную целостность и выживание организма (стресс). Перинатальный стресс представляет собой важный аспект внутриутробной среды, который влияет на многие, если не на все, результаты развития.
На сегодняшний день большинство исследований на людях, посвященных программированию плода, были сосредоточены на энергетическом субстрате и питании (например, влияние на центральные и периферические системы органов недостаточного или избыточного питания, а также определенных макро- или микроэлементов, таких как избыточное потребление жира или белка).
Исследования стресса и биологии стресса во время беременности, а также, ранней послеродовой жизни могут быть актуальны даже в контексте питания и его программных эффектов. Все больше доказательств подтверждают концепцию двунаправленного взаимодействия между питанием и стрессом, так что влияние питания на здоровье может меняться в зависимости от стресса или воздействие стресса на здоровье может меняться в зависимости от состояния питания.
Воздействие перинатального стресса и развитие мозга
Мозг плода обладает высокой пластичностью и не только восприимчив к сигналам из окружающей среды, но и фактически нуждается в них для развития. Развитие мозга является результатом динамичного двунаправленного взаимодействия между генотипом человека, приобретенным при зачатии, и природой ранней среды.
Развития мозга – более продолжительный процесс, чем у других систем органов. Он распространяется от периода жизни плода до неонатального, младенческого, детского и подросткового возраста. Учитывая, что один из принципов программирования развития заключается в том, что органы, претерпевающие быстрые изменения в развитии, особенно уязвимы для организующих и дезорганизующих воздействий условий окружающей среды, мозг является самой заметной мишенью для таких воздействий.
Период внутриутробного развития особенно важен, потому что это стадия развития, когда происходит рост и дифференцировка основных структур мозга. Поскольку развитие мозга представляет собой каскад двунаправленных взаимодействий с окружающей средой, даже небольшие или незначительные изменения в структуре или функциях мозга в течение жизни плода могут постепенно и существенно усиливаться с течением времени, приводя к длительным или постоянным дефицитам.
Эпидемиологические исследования свидетельствуют о том, что чрезмерный стресс во внутриутробной жизни потенциально может отрицательно повлиять на краткосрочные и долгосрочные последствия для развития нервной системы. В то время как эндокринные и иммунные медиаторы стресса играют важную, обязательную роль в миграции нейронов и глиальных клеток, дифференцировке, синаптическом созревании и многих других важных аспектах развития мозга, несоответствующие уровни этих биологических медиаторов могут оказывать пагубное воздействие на развивающийся мозг.
Результаты исследований
Несколько исследований показали краткосрочное и долгосрочное воздействие на развитие мозга в контексте неблагоприятных исходов беременности, таких как преждевременные роды и низкий вес при рождении.
Преждевременные роды приводят к дефициту различных гормонов, которые обычно вырабатываются во время (поздней) беременности, таких как IGF-1, эстрогены, прогестерон и гормоны щитовидной железы. Кроме того, недоношенные дети могут недополучать важные питательные вещества, такие как холестерин, длинноцепочечные полиненасыщенные жирные кислоты и витамин К. Гормональная и питательная недостаточность может играть критическую и недооцененную роль в этиологии патологии белого вещества у недоношенных детей. В совокупности воздействие внешней среды матки и лишение ключевых внутриматочных сигналов на поздних сроках беременности, связанных с преждевременными родами, формируют мозг младенца иначе.
Продолжительность беременности положительно связана с развитием серого вещества и эффективностью работы мозговой сети в среднем детстве.
Неблагоприятные исходы родов (например, низкий вес при рождении, преждевременные роды) часто рассматриваются и используются в качестве индикаторов неоптимальных внутриутробных состояний (например, материнский стресс и другие).
В одном научном исследовании изучалась связь материнского стресса, оцененного во время беременности, с морфологией мозга и когнитивными функциями ее ребенка, и была обнаружена связь между эмоциональным состоянием матери во время беременности и изменениями в морфологии мозга потомства в возрасте 7 лет. (Психонейроэндокринология. Авторская рукопись доступна в PMC 1 декабря 2016 года. PMCID: PMC4674548, NIHMSID: NIHMS718723, PMID: 26372770).
Результаты. У детей, рожденных от матерей, которые испытывали высокий уровень тревожности во время беременности (во втором триместре беременности), наблюдалось специфическое для региона снижение объема серого вещества. В частности, уменьшение объема серого вещества в префронтальной коре, премоторной коре, медиальной височной доле, боковой височной коре, постцентральной извилине, а также мозжечке, распространяющемся на среднюю затылочную извилину и веретенообразную извилину (Buss et al.и др., 2010). Кроме того, тревога во время беременности была связана с нарушением исполнительной функции в большей подгруппе той же когорты детей (Buss et al., 2011).
Во втором исследовании изучались изменения коры головного мозга в среднем детстве в связи с симптомами депрессии у матери во время беременности и были обнаружены доказательства того, что симптомы депрессии у матерей во время беременности связаны с изменениями коры головного мозга у их детей в возрасте 7 лет. У детей наблюдалось значительное уменьшение толщины коры головного мозга, главным образом, в правых лобных долях, в связи с воздействием перинатальной материнской депрессии. Кроме того, была обнаружена значительная связь между перинатальной депрессией матери и экстернализирующим поведением ребенка (проблемы контроля эмоций, поведенческие проблемы), что было опосредовано уменьшением толщины коры в префронтальных областях правого полушария.
О роли кортизола
Кортизол является одним из основных биомаркеров физиологического стресса, поскольку его выработка, биодоступность и активность изменяются всеми неблагоприятными условиями, которые программируют развивающийся мозг. Изменения концентрации кортизола у матери (что может происходить в контексте стресса и депрессии) влияют на концентрацию кортизола у плода. Прямое воздействие на плод материнского кортизола регулируется плацентарным ферментом (11 бета-HSD2), который окисляет кортизол до его неактивной формы кортизона.
Поскольку плацентарный 11beta-HSD2 служит лишь частичным барьером, некоторая доля активного материнского кортизола проходит через плаценту в отдел плода. Интересно, что многие неблагоприятные внутриутробные состояния, которые были связаны с нарушением развития мозга плода, также были связаны с понижающей регуляцией активности плацентарного 11beta-HSD2, включая высокую тревожность матери, тяжелую инфекцию, высокий уровень про-воспалительных цитокинов и воздействие алкоголя.
В третьем исследовании изучалась связь между концентрацией кортизола у матери во время беременности и объемом миндалины и гиппокампа у ребенка, а также аффективными проблемами. Анализ медиации показывает, что связь между высокой концентрацией кортизола у матери и более высокой распространенностью аффективных проблем у детей была частично опосредована большими объемами миндалины.
Влияние провоспалительной среды и ожирения
Хорошо известно, что плод, развивающийся в провоспалительной среде, значительно более восприимчив к последующему развитию различных нарушений развития нервной системы. Предполагается, что эта повышенная восприимчивость является следствием специфических изменений в анатомии и связях мозга, которые возникают в результате чрезмерного воздействия на мозг плода провоспалительных цитокинов.
Следующее исследование показало, что хориоамнионит – воспаление плодных оболочек из-за бактериальной инфекции, связан с широко распространенными изменениями коры и подкорки у детей, родившихся преждевременно. Одним из особенно серьезных состояний, вызывающих повышенную воспалительную среду во время беременности, является ожирение матери, которое было связано с нарушениями развития нервной системы в детстве и взрослом возрасте, включая синдром дефицита внимания / гиперактивности (ADHD).
В следующем исследовании был рассмотрен вопрос о том, какие нейрокогнитивные изменения лежат в основе связи между ожирением матери и повышенным риском развития СДВГ у ребенка. Для этих анализов, в дополнение к контролю ключевых потенциальных смешивающих переменных, дети, у матери и / или отца которых был диагноз СДВГ, были исключены из анализа, чтобы ограничить вероятность того, что результаты представляют собой генетическую передачу риска СДВГ. Результаты показали, что повышенный ИМТ матери до беременности, но не увеличение веса во время беременности, было связано с последующими симптомами СДВГ у ребенка в возрасте около 7 лет. Нарушение исполнительной функции ребенка опосредовано с материнским ожирением до беременности. Это говорит о том, что ожирение матери связано с измененной траекторией развития мозга ребенка, что может быть опосредовано более высокой воспалительной средой у матерей с ожирением.
В совокупности полученные данные подтверждают мнение о том, что предконцепционные и пренатальные состояния могут влиять на развитие мозга ребенка, с конкретными эмпирическими данными о результатах, связанных с когнитивными и аффективными функциями и размером лимбических и лобных структур мозга. Эти изменения в развитии нервной системы, в свою очередь, могут иметь последствия для последующего риска нервно-психических расстройств. Полученные данные свидетельствуют о том, что наиболее значительные изменения мозга у потомства связаны с изменением условий окружающей среды на ранней или средней стадии беременности. Это может быть связано с онтогенезом различных областей мозга, предполагая, что в периоды наиболее быстрых изменений в развитии восприимчивость к организующим и дезорганизующим воздействиям окружающей среды является наибольшей.
Заключение
Воздействие перинатального стресса представляет собой неблагоприятные условия окружающей среды, которые могут способствовать изменению как фенотипа при рождении, так и физиологии развивающегося организма. Внутриутробное воздействие перинатального психосоциального стресса может приводить к увеличению долгосрочного риска ряда негативных последствий для здоровья детей на протяжении их дальнейшей жизни.
Список литературы:
- Андерсен С.Л. Траектории развития мозга: точка уязвимости или окно возможностей? Neurosci Biobehav Rev. 2003.
- Бок Дж. и др. Стресс внутриутробно: перинатальное программирование пластичности и познания мозга. Биологическая психиатрия. 2015.
- Entringer S и др. Пренатальный стресс, развитие, риск для здоровья и заболеваний: психобиологическая перспектива—2015 Курт Рихтер наградной документ. Психонейроэндокринология. 2015.
- Мэтьюз М., Фэйр Д. А. Обзор исследований: Функциональная связь мозга и детская психопатология – обзор и методологические соображения для исследователей, начинающих в этой области. J Детская психиатрия. 2015.
