Studies on Prostanoid Production in the Umbilicoplacental Circulation

Abstract: Popular Abstract in Swedish Prostaglandiner och tromboxaner är hormonliknande ämnen som består av cykliska fleromättade fettsyror. Karakteristiskt för alla prostaglandiner är att de har en mycket kort halveringstid, de verkar lokalt, kan ej lagras i vävnader och att produktionen hämmas av aspirin (acetylsalicylsyra). Prostacyklin och tromboxan är två prostaglandiner med i stort sett motsatta effekter. Prostacyklin hämmar sammanklumpning av trombocyter (blodplättar) och vidgar blodkärlen, medan tromboxan stimulerar till kärlsammandragning och sammanklumpning av trombocyter. Vid kärlskada bidrager tromboxan till att stoppa blödning. Prostacyklin produceras i ”kroppens största hormonproducerande organ”, nämligen i endotelet som tapetserar kärlväggarnas insida, medan tromboxan till största delen produceras i trombocyterna. Vid många sjukdomstillstånd föreligger rubbningar i produktionen av tromboxan och prostacyklin. Exempel på gynekologiska och obstetriska tillstånd av detta slag är endometrios, missfallsbenägenhet, tillväxthämning hos fostret, preeklampsi (havandeskapsförgiftning) och diabetes under graviditet. BAKGRUND:En adekvat cirkulation i navelsträngen är nödvändig för fostrets tillväxt. Blodkärlen i navelsträng och moderkaka saknar nervförsörjning och cirkulationen styrs därför av andra faktorer, däribland lokalt bildade prostaglandiner. Bland prostaglandinerna är det f.f.a. prostacyklin och tromboxan som anses vara viktiga. Produktionen av dessa prostaglandiner studerades i navelsträngen och moderkakan vid dels graviditeter komplicerade av misstänkt tillväxthämning hos fostret, dels graviditeter komplicerade av diabetes eller nedsatt sockertolerans. Diabetes och preeklampsi/tillväxthämning är båda förknippade med förändringar i kärlendotelet och därmed med en ökad risk för rubbningar i prostacyklin/tromboxan systemet. Det är dock oklart hur detta inverkar på blodflödet i navelsträngen. Teoretiskt borde en rubbad balans, med övervikt för tromboxanproduktionen, kunna medföra ett ökat blodflödesmotstånd i navelsträngsartären och försämrat återflöde från moderkakan i navelsträngsvenen. Vid preeklampsi och intrauterin tillväxthämning kan det föreligga en rubbad balans mellan tromboxan och prostacyklin i fostercirkulationen. Samtidigt är det väl känt att ökat flödesmotstånd i navelsträngsartärerna ofta förekommer hos tillväxthämmade foster. Vid tidpunkten för planering av studierna fanns det endast en tidigare publicerad undersökning om förhållandet mellan produktionen av prostaglandiner och blodflödesmotståndet hos tillväxthämmade foster. Blodflödesmotståndet mättes med Doppler ultraljudsteknik och undersökningen visade ett samband mellan ökat flödesmotstånd och ökad tromboxan/prostacyklin-kvot i navelsträngsartären. Detta fynd talade således för att en ökad produktion av tromboxan, och därmed kärlsammandragning, kunde ha betydelse för cirkulationen i moderkakan. STUDIER:I det första arbetet undersöktes graviditeter komplicerade av tillväxthämmning hos fostret. Före förlossningen mättes blodflödet i navelsträngen med Doppler ultraljudsteknik och efter förlossningen dissekerades navelsträngskärlen fram. Tromboxan- och prostacyklinproduk-tionen bestämdes i kärlbitarna. Ändamålet var att utröna om ett ökat blodflödesmotstånd var förknippat med en rubbad produktion av tromboxan och/eller prostacyklin i navelsträngskärlen. I nio av 17 fall med tillväxthämning uppmättes ett ökat blodflödesmotstånd i navelsträngsartären. I kontrollgruppen, som bestod av 21 normala graviditeter, var navelsträngscirkulationen normal hos alla. Statistiskt kunde något samband ej påvisas mellan ökat flödesmotstånd i navelsträngsartären och rubbningar i produktionen av tromboxan eller prostacyklin, eller i prostacyklin/tromboxankvoten. Generellt hade fallen med tillväxthämning lägre prostaglandinnivåer, men balansen mellan tromboxan och prostacyklin var ej rubbad. Således kunde den tidigare gjorda observationen, att ett ökat flödesmotstånd i navelsträngsartären är förknippat med en rubbning av prostaglandin-produktionen till förmån för tromboxan, ej verifieras. I ett andra arbete studerades diabetesgraviditeter. Ändamålet var att undersöka om diabetes har något samband med rubbning av prostaglandinproduktionen i navelsträngen, och om det finns något samband mellan en förändrad prostacyklin/tromboxanbalans och ökat blodflödesmotstånd i navelsträngsartären. Dessutom undersöktes om ett eventuellt samband var relaterat till blodsockervärden hos modern och insulinnivåer hos fostret. 21 gravida med diabetes eller nedsatt glukostolerans och 10 friska gravida studerades. Blodflödesmätningar gjordes med Doppler ultraljudsteknik och prostaglandinproduktionen bestämdes efter inkubation av kärlbitar. Vid graviditetsdiabetes påvisades en rubbad prostacyklin/tromboxanbalans i navelsträngs-kärlen, till förmån för tromboxanproduktionen. Den rubbade balansen var emellertid ej relaterad till moderns blodsockervärden eller till fostrets insulinproduktion. Ett ökat flödesmotstånd i navelsträngsartären kunde relateras till dels en ökad koncentration av tromboxan i navelsträngsblodet, dels till en ändrad balans mellan prostacyklin- och tromboxanproduktionen i navelsträngskärlen, med övervikt för prostacyklin. Detta var oväntat, eftersom prostacyklin har en kärlvidgande effekt. Studien visade således vad som tycktes vara en paradox, nämligen att det kärlvidgande prostacyklinet producerades i ökad mängd i förhållande till tromboxan då det förelåg ett ökat flödesmotstånd i navelsträngsartären. Utifrån observationer rapporterade i den medicinska litteraturen kunde emellertid en hypotes formuleras: vid aktivering av trombocyterna produceras och frisättes tromboxan, som svämmar ut i blodet och orsakar en sammandragning av den glatta muskulaturen i kärlväggen. På så sätt uppstår ett ökat flödesmotstånd. Detta kallas ”peroxide vascular tone”, eftersom aktiveringen av trombocyterna kan orsakas av peroxiderade (härsknade) lipider (fettämnen). Samtidigt med tromboxan frisättes även s.k. endoperoxider från trombocyterna, och via blodet kommer endoperoxiderna i kontakt med kärlendotelet. Endoperoxider utgör ”råvaror” i prostaglandinproduktionen och tages upp i endotelcellerna, där de omvandlas till prostacyklin. På så sätt bildas prostacyklin i ökad mängd genom ett s.k. ”endoperoxidskifte”. Lipidperoxidation, eller härskning av blodfettämnen, förekommer normalt i kroppen men kan under vissa omständigheter skada kärlendotelet. Fettämnen inlagras då i kärlväggen och orsakar så småningom åderförkalkning. Det allra tidigaste stadiet av denna process kan liknas vid en inflammation orsakad av lipidperoxidation, och anses vara den minsta gemensamma nämnaren vid preeklampsi, kärlförändringar hos diabetiker, samt åderförkalkning. Härskning av blodfettämnen kan uppkomma i kroppen genom inverkan av oxidativ stress, med bildning av skadliga kemiska ämnen som kallas fria syreradikaler. Dessa fria radikaler kan förstöra cellväggarna och ge skador på blodkärlen. Diabetes är ofta förenat med både en ökad oxidativ stress och en brist på antioxidanter. Antioxidanter är cellskyddande ämnen och en brist medför en försämrad ”renhållning”, d.v.s. en försämrad förmåga att omhänderta fria radikaler. Förklaringen till de funna sambanden mellan ökat flödesmotstånd i navelsträngsartären, ökad tromboxankoncentration i navelsträngsblod, samt ökad prostacyklin/tromboxankvot i navelsträngskärlen skulle således kunna vara förekomst av lipidperoxidation, med tromboxan från trombocyter som orsakar kärlsammandragning, och ett endoperoxidskifte som befrämjar prostacyklinproduktionen i kärlendotelet. I ett tredje arbete med diabetesmaterialet studerades prostaglandinproduktionen i olika kärlavsnitt från navelsträngen och ut perifert i moderkakans blodkärl. Tromboxan-produktionen ökade proportionellt och prostacyklinproduktionen minskade proportionellt ju längre ut i moderkakans arteriella kärlträd som kärlbitarna togs. Prostacyklin/tromboxan-kvoten var mer än 200 ggr högre i navelsträngsartären jämfört med artärer som penetrerar på djupet i moderkakan. Dessutom sågs i perifera blodkärl samma tendens till rubbad balans mellan prostacyklin och tromboxan som i navelsträngskärlen hos diabetespatienterna, med en förskjutning av balansen till förmån för tromboxan. Betydelsen av dessa fynd är oklart, men med tanke på att flödesmotståndet normalt minskar ju längre perifert i moderkakans kärlträd man mäter, borde den ändrade balansen mellan prostacyklin och tromboxan ha betydelse för bibehållandet av en lagom grad av kärlsammandragning och bibehållet blodflöde i små kärl. Vid diabetesgraviditet förekommer ofta sjukliga mikroskopiska förändringar i moderkakan. I det fjärde arbetet undersöktes om det fanns något samband mellan funktionella (prostaglandinproduktionen), cirkulatoriska (navelsträngsblodlödet) och strukturella (mikro-skopiskt synliga) förändringar i moderkakan hos gravida kvinnor med diabetes. Vävnadsprover som tagits från moderkakan, navelsträngen och fosterhinnorna granskades i ljusmikroskop. Mikroskopiska förändringar i moderkakan hittades oftare hos kvinnor med diabetes än hos friska kvinnor. Förändringarna i moderkakan var ofta av endotelial art, d.v.s. förändringar i kärlens innersta lager av celler. Med ett enda undantag var dessa förändringar generellt förknippade med en minskad prostacyklin/tromboxankvot, men ej med någon påverkan på blodflödesmotståndet i navelsträngsartären. I fall med ischemisk villit (ischemi är syrebrist till följd av nedsatt blodflöde i vävnaden; villit betecknar en inflammation i de mest perifera delarna av cirkulationen i moderkakan, i de fingerliknande förgreningar som kallas villus) var däremot flödesmotståndet i navelsträngsartären förhöjt. Ischemisk villit var också förenat med en övervikt för prostacyklinproduktionen i navelsträngsartären hos diabetikerna. Vi tolkar dessa resultat som att det vid diabetesgraviditet föreligger en generell rubbning av endotelfunktionen i kärlen i navelsträng och moderkaka, med förändring av prostaglandin-produktionen till förmån för tromboxan. Dessa funktionella förändringar kan möjligen ha uppkommit redan vid anläggandet och den tidiga utvecklingen av moderkakan. De strukturella, mikroskopiska förändringarna i moderkakan är fenomen som troligen uppkommit senare och de kan vara en följd av de funktionella endotelskadorna. Ischemiska förändringar i moderkakan är inte något typiskt fenomen vid diabetesgraviditet, och ischemisk villit kan därför vara betingat av andra mekanismer, t.ex. förändringar i de många kärl som från livmodern försörjer moderkakan med blod. Påverkan på blodflödet i navelsträngen upptäcks sedan inte förrän även synliga skador kan påvisas i mikroskop. Kanske är det så, att det är endast vid ischemiska skador som mekanismen med kärlsammandragning och endoperoxid-skifte förekommer. I det femte arbetet belystes de spekulationer kring lipidperoxidation och aktivering av trombocyterna som göres i diskussionerna kring de andra arbetena. Vi analyserade navelsträngsblod för att hitta tecken på dessa fenomen. Vid lipidperoxidation bildas en biprodukt som kallas malondialdehyd. Malondialdehydkoncentrationen i blod anses vara ett mått på graden av lipidperoxidation. Som mått på aktivering av trombocyterna användes tromboxankoncentrationen i navelsträngsblodet. Blodkoncentrationen av dessa ämnen jämfördes sedan med prostaglandinproduktionen i kärlen och med de mikroskopiska förändringarna i moderkakan. Teorin var, att vid höga koncentrationer av tromboxan och malondialdehyd i navelsträngsblod borde det oftare upptäckas funktionella och strukturella störningar i moderkakan. Studien visade att tromboxannivåerna i navelsträngsplasma var högre i diabetesgruppen jämfört med kontrollgruppen, tydande på en ökad trombocytaktivering bland diabetesfallen. Malondialdehydnivåerna uppvisade dock inga skillnader mellan de två studerade grupperna, vilket kan tala för att graden av lipidperoxidering ej var förhöjd i diabetesgruppen jämfört med kontrollgruppen. För att studera prostanoidsynteskapaciteten i kärlbitarna tillsattes kalciumjonofor och kärlsegementen inkuberades i ytterligare 30 minuter. Den stimulerade tromboxansyntesen var lägre i alla kärlsegment bland diabetesfallen och den rubbade synteskapaciteten var mest påtaglig i navelsträngsvenen. Här sågs både den basala och stimulerade prostacyklin- produktionen vara lägre, och den stimulerade tromboxanproduktionen vara lägre hos diabetikerna jämfört med kontrollerna. De diabetiska kärlsegmenten uppvisade således tecken på utmattning och hade ej någon kapacitet att svara med ökad prostanoidsyntes efter stimulering. SLUTSATSER: Vid tillväxthämning hos fostret kunde inte något samband påvisas mellan blodflödesmotstånd och prostaglandinproduktion i navelsträngen. Det förelåg emellertid en allmänt sämre förmåga att producera prostaglandiner i kärl från tillväxthämmade foster. Nedsatt glukostolerans hos modern, såsom vid diabetes, var förenat med strukturella, cirkulatoriska och funktionella förändringar i moderkakan. Det förelåg generellt en rubbad balans mellan prostacyklin- och tromboxanproduktionen i kärlen i navelsträng och moderkaka, med förskjutning till förmån för tromboxan. Flertalet av de mikroskopiska förändringar som sågs i moderkakan vid diabetes var också förknippade med en ökad tromboxanproduktion. Rubbningarna av prostaglandinproduktionen var emellertid ej relaterade till moderns blodsockervärden. Även om moderns blodsocker var välreglerat sågs förändringar i prostaglandinproduktionen. Betydelse Diabetes under graviditet innebär potentiella problem för både moder och foster. Även vid ganska milda former av diabetes finns det en ökad risk för fostermissbildningar, en ökad risk för preeklampsi, en ökad risk för ”stort barn”, risk för fosterdöd, och för andningsproblem under nyföddhetsperioden p.g.a. omogna lungor. Många av dessa risker kan minskas genom att blodsockret både före och under graviditet regleras till normala nivåer, men det är oklart om detta är tillräckligt för att även endotelfunktionen ska kunna bibehållas intakt. En liknande fråga gäller graviditeter komplicerade av tillväxthämning hos fostret. I dessa fall fanns en generellt försämrad prostaglandinproduktion i navelsträngskärlen. En rubbad endotelfunktion i kärlen i navelsträngen och moderkakan borde rimligen även innebära en risk för rubbad endotelfunktion hos fostret. Det finns goda vetenskapliga bevis för att en sådan rubbning vid tillväxthämning, med en defekt programmering av cellfunktionen redan under fosterstadiet, kan ha betydelse för utveckling av hjärt-kärlsjukdomar i vuxen ålder. En lika intressant och viktig fråga är om även barn till mödrar med diabetes löper ökad risk att under fosterstadiet utveckla störningar, som kan orsaka sjukdom senare i livet. Om så är fallet, skulle preventiva åtgärder för att förhindra eller mildra sjukdomsutveckling vara värdefulla. Exempel på sådana åtgärder är behandling med antioxidanter, aspirin, eller tromboxanhämmare, eller manipulation av prostaglandinproduktionen via kosten med tillägg av fiskolja.