Der 4-Gefäß-Stichprobenansatz für integrative Studien der menschlichen Plazenta-Physiologie Published: August 2, 2017 doi: 10.3791/55847

DOI

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Ane M. Holme^1,2, Maia B. Holm^1,2, Marie C. P. Roland^1,3, Hildegunn Horne^1,2, Trond M. Michelsen^1,3, Guttorm Haugen^2,4, Tore Henriksen^1,2

¹Department of Obstetrics, Oslo University Hospital, ²Institute of Clinical Medicine, University of Oslo, ³Norwegian Advisory Unit on Women's Health, Oslo University Hospital, ⁴Department of Fetal Medicine, Oslo University Hospital

Summary

Wir präsentieren eine detaillierte Methode, um die menschliche Plazenta-Physiologie in vivo zu studieren. Die Methode kombiniert die Blutentnahme von den ankommenden und ausgehenden Gefäßen auf der mütterlichen und fötalen Seite der Plazenta mit Ultraschallmessungen von Volumen Blutfluss und Plazenta Gewebe Probenahme.

Abstract

Die menschliche Plazenta ist für die Forschung sehr unzugänglich, während sie sich noch in utero befindet . Das gegenwärtige Verständnis der menschlichen Plazenta-Physiologie in vivo beruht daher weitgehend auf Tierversuchen, trotz der hohen Vielfalt der Arten in der Plazenta-Anatomie, der Hämodynamik und der Dauer der Schwangerschaft. Die überwiegende Mehrheit der menschlichen Plazenta-Studien sind Ex-vivo- Perfusions-Studien oder in vitro- Trophoblasten-Studien. Obwohl in vitro Studien und Tiermodelle wesentlich sind, ist die Extrapolation der Ergebnisse aus solchen Studien auf die menschliche Plazenta in vivo ungewiss. Wir zielten darauf ab, die menschliche Plazenta-Physiologie in vivo zu behandeln und ein detailliertes Protokoll der Methode vorzustellen. Durch die Ausnutzung des intraabdominellen Zugangs zur Uterusvene kurz vor dem Uterusschnitt während des geplanten Kaiserschnittes sammeln wir Blutproben aus den ankommenden und ausgehenden Schiffen auf der mütterlichen und fötalen Seite der Plazenta. Bei der Kombination von conKonzentrationsmessungen von Blutproben mit Volumen Blutflussmessungen, sind wir in der Lage, Plazenta und fetale Aufnahme und Freisetzung einer Verbindung zu quantifizieren. Darüber hinaus können Plazenta-Gewebeproben aus denselben Mutter-Fötus-Paaren Messungen der Transporterdichte und -aktivität und anderer Aspekte von Plazenta-Funktionen in vivo liefern. Durch diese integrative Nutzung der 4-Gefäß-Probenahme-Methode sind wir in der Lage, einige der aktuellen Konzepte der Plazenta Nährstofftransfer und Metabolismus in vivo , sowohl in normalen und pathologischen Schwangerschaften zu testen. Darüber hinaus ermöglicht diese Methode die Identifizierung von Substanzen, die von der Plazenta auf die mütterliche Zirkulation abgesondert werden, was ein wichtiger Beitrag zur Suche nach Biomarkern der Plazenta-Dysfunktion sein könnte.

Introduction

Nach den National Institutes of Health, USA, ist die Plazenta das am wenigsten verstandene Organ im menschlichen Körper ^{1 , 2 , 3} . Es ist schwierig, die menschliche Plazenta in vivo zugänglich zu machen und zu studieren, ohne die fortdauernde Schwangerschaft unethisch zu riskieren. Studien der Plazenta-Funktion im Menschen sind daher weitgehend auf In-vitro- und Ex-vivo- Modellen basiert. Die Mehrheit der bisherigen in vivo Studien des Plazententransports und des Stoffwechsels wurden bei den Tieren ^{4 , 5 , 6 durchgeführt} . Da jedoch die Plazenta-Struktur und die Funktionen zwischen den Arten stark variieren, muss die Extrapolation der Ergebnisse von Tieren auf den Menschen mit Vorsicht erfolgen. Nur wenige kleinere menschliche in vivo Studien haben plazentale und fetale Aufnahme und Transport unter normalen physiologischen untersuchtAl-Bedingungen, und keiner hat die integrierte Übertragung mehrerer Verbindungen ^{7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 untersucht} . Diese grundlegenden Studien zeigen, dass in vivo Studien der menschlichen Plazenta machbar sind und dass sie mehrere Zwecke dienen können. Zuerst können aktuelle Konzepte von Plazenta-Funktionen, die hauptsächlich aus in vitro , ex vivo und Tierstudien abgeleitet sind, in einer menschlichen Umgebung getestet werden und so einen neuen und spezifischeren Einblick in die menschliche Plazenta liefern. Zweitens können die Eigenschaften der dysfunktionellen Plazenta, die mit einem abweichenden fetalen Wachstum, Präeklampsie, mütterlichem Diabetes, metabolischem Syndrom und anderen mütterlichen Stoffwechselstörungen assoziiert sind, besser charakterisiert werden. Drittens bieten menschliche In-vivo- Studien die Möglichkeit, Diagnosen zu entwickelnTic und prädiktive Werkzeuge der Plazenta-Funktion.

Vor diesem Hintergrund wollten wir eine umfassende Sammlung physiologischer Daten erstellen, um die menschliche Plazenta-Funktion in vivo zu untersuchen . Während eines geplanten Kaiserschnittes nutzen wir den intraabdominellen Zugang zur Uterusvene, um Blutproben aus den ankommenden und ausgehenden Gefäßen auf den mütterlichen und fötalen Seiten der Plazenta (die 4-Gefäß-Probenahme-Methode) zu sammeln. Diese Proben werden verwendet , um die paarige arteriovenöse Konzentrationsunterschiede von Nährstoffen zu berechnen und anderen Substanzen ^14. Darüber hinaus messen wir den Volumenblutfluss auf beiden Seiten der Plazenta durch Ultraschall. Folglich kann eine Plazenta- und fetale Aufnahme einer beliebigen Verbindung quantifiziert werden. Ferner ist es möglich, von der Plazenta freigesetzte Stoffe zu den mütterlichen und fetalen Zirkulationen ^{15 , 16 , 17} zu bestimmen. Beim KombinierenD mit klinischen Parametern von Mutter und Kind und Analysen von Plazenta und anderen relevanten Geweben hat diese Methode das spannende Potenzial, viele Aspekte von Plazenta-Funktionen in vivo in denselben Mutter-Fötus-Paaren zu integrieren.

Protocol

Die Studie wurde von den Datenschutzbeauftragten am Universitätsklinikum Oslo und dem Regionalkomitee für Medizinische und Gesundheitsforschung Ethik, Südnorwegen 2419/2011, genehmigt. Alle Teilnehmer unterschrieben eine schriftliche Einverständniserklärung.

1. Vorbereitungen

HINWEIS: Eine Zeitleiste für die Prozeduren ist in Abbildung 1 dargestellt .

Abbildung 1 : Flussdiagramm Beschreiben des Timings und des Personals, das in der 4-Gefäß-Stichprobenverfahren involviert ist.
Eine Farbe repräsentiert eine Person. Detaillierte Beschreibung der Methode ist im Protokoll angegeben. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

1. Personal
   ANMERKUNG: Im Falle einer fortgeschritteneren Sammlung von Plazenta-Gewebe ist eine zusätzliche Person erforderlich.
2. Ausrüstung
   1. Vorbereitung der Ausrüstung, 50 ml eiskalte 1 M phosphatgepufferte Kochsalzlösung (PBS), 25 ml kalte RNA-stabilisierende Lösung und 5 x 0,5 ml der optimalen Schneidtemperatur-Verbindung (OCT). Etikettieren Sie die Vacutainer und Röhren. Siehe vorläufige Liste der Ausrüstung.

2. Mütterliche Merkmale

1. Notieren Sie die mütterlichen klinischen und nicht-klinischen Merkmale bei der Aufnahme und wiederholen Sie relevante Fragen und michAsurements, einschließlich Gewicht, zum Zeitpunkt der Lieferung. Notieren Sie die Dauer der Fastenzeit vor dem Kaiserschnitt und alle blutdrucksenkenden Episoden, die während der Operation auftreten.
   Anmerkung: Fügen Sie den minimalen mütterlichen klinischen Datensatz in einer aktuellen Veröffentlichung von Global Pregnancy CoLaboratory (COLAB) gemeldet. Dieser Artikel enthält auch einige sehr wichtige Aspekte bei der Auswahl der Studienpopulationen und sollte bei der Planung der Studie ¹⁸ angesprochen werden.
2. Betrachten Sie die Aufzeichnung von väterlichen Merkmalen, einschließlich Ethnizität, Alter und Body Mass Index (BMI).

3. Ultraschall

1. Führen Sie die Doppler-Ultraschalluntersuchung am Tag der Auslieferung durch, mit den Frauen im Fastenzustand. Führen Sie die Untersuchung während einer Periode der fetalen Ruhe, mit der Frau in semi-Rückenlage Position, etwas seitlich gegenüber der Region von Interesse gekippt, um Kompression der Aorta und Hohlvene zu vermeiden. Überwachen Sie den Ausgang inTensität durch die mechanischen und thermischen Indizes auf dem Display.
2. Nabelschnur
   1. Manifestiere die Nabelvene in einer sagittalen oder schrägen Transektion des fötalen Abdomens. Messen Sie den inneren Gefäßdurchmesser im geraden Teil der intraabdominalen Nabelvene, bevor Sie sichtbare Zweige haben. Verwenden Sie den regulären B-Modus und visualisieren Sie das Gefäß in einem senkrechten Insonationswinkel für Durchmessermessungen und halten Sie mehrere optimale Rahmen für spätere Messungen, um die Wirkung von Änderungen des pulsierenden Durchmessers zu minimieren.
      1. Wiederholen Sie die Messungen fünf bis zehn mal ¹⁹ .
   2. Am selben Ort verwenden Sie Doppler-Ultraschall und stellen Sie die Sonde so ein, dass sie einen möglichst geringen Insonationswinkel (immer <30 °) erhält, um die zeitlich gemittelte maximale Geschwindigkeit (TAMX) zu messen. Erhalten Sie die Geschwindigkeit über einen Zeitraum von 3 - 5 s (nicht pulsierende Strömung).
3. Uterine Arterie
   1. Doppler benutzenUltraschall, um die Gebärmutterarterie zu visualisieren, während sie die äußere Iliakalarterie kreuzt, unmittelbar nachdem sie von der A. iliaca interna verzweigt. Stellen Sie die Sonde an dieser Stelle ein, um einen niedrigen Isolationswinkel (immer <30 °) zu erhalten und TAMX zu messen. Erhalten Sie die Geschwindigkeit als die mittlere Geschwindigkeit von drei Herzzyklen.
   2. Da es unwahrscheinlich ist, dass ein senkrechter Winkel an der gleichen Stelle wie TAMX gemessen wird, folgen Sie dem Gefäß distal, um einen korrekten Winkel für Durchmessermessungen zu erhalten, so nah wie möglich an den Stellen der Durchmessermessungen als erreichbar. Die Durchmessermessungen ausschließen, wenn sichtbare Gefäße vor dieser Stelle abzweigen, ausgewertet durch Farb-Doppler-Ultraschall.
      1. Verwenden Sie den regulären B-Modus und visualisieren Sie das Gefäß in einem senkrechten Insonationswinkel für Durchmessermessungen und halten Sie mehrere optimale Rahmen für spätere Messungen, um die Wirkung von Änderungen des pulsierenden Durchmessers zu minimieren.
      2. Wiederholen Sie die Messungen fünf bis zehn mal ¹⁹ .
      Li>
4. Beachten Sie die Position der Plazenta.

4. 4-Gefäß Blutentnahme

ANMERKUNG: Die Zeitleiste für die Prozeduren ist in Abbildung 1 dargestellt und ein Überblick über die Proben ist in Abbildung 2 dargestellt .

Abbildung 2 : Schematische Darstellung der Placental Vasculature und der Sampling Sites.
Bei der 4-Gefäß-Probenahme werden Blutproben aus der Uterusvene, der Radialarterie (als Proxy für die Uterusarterie) und den Nabelarterien und Vene gezogen. Blutfluss in der Uterusarterie und der Nabelvene wird durch Ultraschall gemessen. Gewebeproben aus der Plazenta werden gesammelt. Abbildung: Øystein H. Horgmo, Universität Oslo.5847fig2large.jpg "target =" _ blank "> Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

1. Sicherheitsmassnahmen
   1. Geben Sie alle Mitarbeiter im Operationssaal mit Handschuhen, chirurgischen Scrub-Anzügen, Masken und Kopfbedeckungen.
   2. Stellen Sie den Chirurgen und Forschungspersonal in Kontakt mit dem Operationsfeld mit chirurgischen Scrub-Anzügen, Masken, Kopfbedeckungen, Kleidern und Doppelhandschuhen. Gläser sind optional.
   3. Stellen Sie das Personal zur Handhabung der Blutproben mit Handschuhen bei.
   4. Stellen Sie das Personal zur Handhabung der Placenta-Proben mit Handschuhen und chirurgischen Masken zur Verfügung. Die Homogenisierung erfordert die Verwendung von Hauben.
2. Vorbereitung im Operationssaal
   1. Geben Sie ein Briefing und Hand die Ausrüstung für alle Mitarbeiter, die die Probenahme vor Beginn der Operation zu unterstützen.
   2. Ansprache der Anästhesisten und Anästhesiologie Krankenschwester, die mit dem notwendigen peripheren arteriellen und venösen Zugang zu unterstützen, und sicherzustellen, dassWährend der Probenahme werden keine Flüssigkeiten intravenös verabreicht.
   3. Geben Sie drei Spritzen (10 ml) ohne Nadeln an die Person, die mit der antecubitalen Aderprobe und zwei Spritzen (eine 20 ml und eine 10 ml) und eine Blutgasspritze (mit Heparin) an die Person unterstützt, die mit der radialen Arterie hilft.
   4. Bereiten Sie zwei sterile Spritzen (20 ml), fünf sterile Spritzen (10 ml), drei "Schmetterlingsnadeln" und zwei Blutgasspritzen für das Operationsfeld vor.
3. Zugang zu Blutgefäßen.
   1. Befolgen Sie das Standardverfahren vor dem Kaiserschnitt, um den peripheren intravenösen (iv) Zugang zu gewährleisten.
      HINWEIS: Die antecubitale Vene ist vorzuziehen, weil es einfacher ist, Proben von dieser Seite zu ziehen.
   2. Lokalisieren Sie die radiale Arterie am Handgelenk durch Ultraschall oder durch Palpation. Nach 0,5 mL subkutaner Lidocain-Analgesie, legen Sie eine arterielle Linie in die radiale Arterie. Verlassen Sie die Probenahme von dieser Seite im Falle von drei fehlgeschlagenen Einfügungen, oderWenn die Frau während der Insertion Schmerzen erlebt.
      HINWEIS: Führen Sie den chirurgischen Eingriff des Kaiserschnittes nach Standardverfahren durch. Im Folgenden werden nur die für das Stichprobenverfahren erforderlichen Anpassungen unterstrichen.
4. Mütterliche Blutproben
   HINWEIS: Erhält alle drei mütterlichen Blutproben (Uterusvene, Radialarterie und Antecubitalvene) gleichzeitig vor dem Uterusschnitt.
   1. Für die Uterusvene, nach dem Öffnen der Bauchhöhle, verwenden Sie einen Retraktor, um die Bauchwand zu heben und die Hauptäste der Uterusvenen auf den anterolateralen Seiten des Uterus freizulegen. Erhalten Sie Blut von Uterusvenen Zweige auf der gleichen Seite wie die Plazenta, wann immer möglich oder verwenden Sie die prominentesten Vene Plexus, wenn die Plazenta befindet sich in der uterinen Mittellinie.
      1. Legen Sie eine Schmetterlingsnadel auf eine Blutgas-Spritze in der Uterusvene in einem Winkel von etwa 30 Grad und sammeln Sie Blut durch sanfte Aspiration zu vermeidenHämolyse Bei sorgfältiger Sicherung der iv-Position der Schmetterlingsnadel die gefüllte Blutgasspritze durch eine 20 mL und eine 10 mL Spritze nacheinander ersetzen.
         HINWEIS: Der optimale Zugang ist am besten auf der kontralateralen Seite der gewählten Uterusvene gewährleistet.
   2. Für die radiale Arterie, aspirieren aus der intra-arteriellen Linie. Die ersten 5 ml verwerfen und dann 3 ml in der Heparinspritze für Blutgasanalysen aspirieren, gefolgt von 3 ml in zwei Spritzen (20 + 10 ml).
   3. Für die antecubitale Vene, saugt sanft aus dem intravenösen Katheter. Die ersten 5 ml verwerfen und dann 30 ml in drei Spritzen (10 ml) absaugen.
   4. Führen Sie eine endgültige Inspektion der Probenahmestelle auf der Uterusvene durch, bevor Sie beginnen, den Bauch zu schließen.
5. Fetale Blutproben
   1. Wenn das Kind geboren wird, sofort Aspiration von Blut aus der Nabelarterie, ohne die Nabelschnur zu klemmen oder die Plazenta zu liefern. Start WitzH die Spritze für die Blutgasanalyse, und folgen mit drei 10 ml Spritzen, wenn möglich.
   2. Wenn die Arterienproben gesichert sind, klemmen Sie die Schnur und geben Sie das Kind an die Hebamme vor der Probenahme aus der Nabelvene (Blutgas und 20 + 10 ml Spritzen).
      HINWEIS: Erhalten Sie alle Nabelproben innerhalb von Sekunden nach Lieferung und mit der Plazenta in situ, es sei denn, es hat sich spontan abgetrennt.
   3. Befolgen Sie die norwegischen Empfehlungen zum späten Schnurklemmen. Im Falle eines verzweifelten Kindes, klemme und schneide die Schnur sofort und die Hand das Kind an die Hebamme und Neonatologen.
6. Umgang mit Blutproben
   1. Setzen Sie die Blutgasspritzen auf Eis, während Sie den Rest der Blutproben vorbereiten und analysieren sie in einem Blutgasanalysator innerhalb von 5 min.
   2. Übertragen Sie die Blutproben sofort auf Vacutainer und legen Sie die Plasmaschläuche 1 - 2 min auf eine Wippe, bevor Sie sie auf Eis legen. Lassen Sie die Serumröhrchen auf die ArbeitStuhlbank für 30 Minuten zu begleichen.
      HINWEIS: Dies ist ein kritischer Schritt in der Prozedur, die zusätzliche Aufmerksamkeit benötigt, da Proben von allen fünf Standorten gleichzeitig vorbereitet werden müssen, um eine gute Qualität zu gewährleisten.
   3. Die Plasmaproben so schnell wie möglich zentrifugieren und innerhalb von 30 min bei 6 ° C, 2500 xg für 20 min.
   4. Nach 30 min zentrifugieren die Serumproben bei Raumtemperatur für 10 min bei 2.500 x g.
   5. Aliquot die Überstände sorgfältig auf 2 ml Kryoröhrchen, wobei 0,5 ml des Überstandes über dem Pellet zurückbleiben, um plättchenfreies Plasma zu gewährleisten.
   6. Die Proben bei -80 ° C aufbewahren.

5. Sammlung von Placental Tissue

1. Legen Sie die Plazenta-Wohnung so schnell wie möglich auf ein Eis gekühltes Sektionsfach, nachdem es geliefert worden ist. Fotografieren und messen den längsten Durchmesser und den Durchmesser bei 90 Grad.
2. Wiegen Sie die Plazenta.
3. Notieren Sie das Gewicht, die beiden Durchmesser, jeder gRoss Pathologie, Anzahl der Gefäße in der Schnur und das Zeitintervall von der Anlieferung an, wenn die Plazenta auf Eis gelegt wurde.
   HINWEIS: Sende die Plazenta zur pathologischen Untersuchung, wenn klinisch angegeben.
4. Legen Sie die Plazenta mit der mütterlichen Oberfläche nach oben und identifizieren Sie 4 - 5 Probenahmestellen zufällig in jedem Quadranten der Plazenta, Vermeidung von Bereichen der offenen Pathologie. Entfernen Sie die Decidua mit einer Schere, um 3 - 5 mm von der mütterlichen Oberfläche wegzuschneiden. Sammeln Sie ein 1 - 2 cm ³ Stück Zottengewebe von jedem Standort.
5. Das gesammelte Gewebe vorsichtig in 50 ml kaltem 1M PBS waschen. Teilen Sie in mehrere Stücke von jeder Probenahmestelle und aliquot.
   Hinweis: Die Größe der Plazenta-Stücke hängt von den geplanten Analysen ab.
6. Fügen Sie Aliquots von 0,1 - 0,5 cm ³ Gewebeproben zu 5 Kryoröhren hinzu und schnappen Sie sich in flüssigem Stickstoff ein.
7. Füge kleine Stücke von 0,1 - 0,2 cm ³ zu dem Röhrchen mit 25 ml RNA-Stabilisierungslösung hinzu. Bei 4 lagern6, C für 24 h, verwerfen die RNA-Stabilisierungslösung und ersetzen sie. Einfrieren.
8. Füge Stücke von 0,5 cm ³ zu den 5 Kryoröhrchen mit 0,5 mL OCT hinzu, oben mit OCT auffüllen, mischen und einfrieren.
9. Die Proben bei -80 ° C bis zur Analyse aufbewahren.
   HINWEIS: Burton et al. Bietet einen hervorragenden Überblick über die praktischen Aspekte der Plazenta-Probenahme in Abhängigkeit von den geplanten Analysen. ²⁰ Man empfiehlt, das übrige Gewebe zur Isolierung der mikrovillösen und basalen Membranen vorzubereiten und deziduales Gewebe durch Vakuumsaugtechnik zu sammeln. ^{21 , 22}

6. Neonatale Eigenschaften

1. Notieren Sie die neonatalen Eigenschaften, einschließlich Apgar-Score (1, 5 und 10 min), Geschlecht, Gewicht, Länge, Gestationsalter und Zulassung zur Neugeborenen Intensivstation (Länge und Ergebnis des Aufenthalts).
2. Betrachten Sie die Messung der neonatalen Körperzusammensetzung durch anthropometrische Messungen, Luft-VerschiebenPlethysmographen oder Dual-Röntgen-Absorptiometrie. ^{23 , 24}

7. Berechnungen

1. Nehmen wir eine ähnliche Blutzusammensetzung in der Radial- und Uterusarterie an und berechnen die uteroplazentäre arteriovenöse Konzentrationsdifferenz.
   Uteroplazentale arteriovenöse Konzentrationsdifferenz = C _A - C _V
   Umbilische venöse - arterielle Konzentrationsdifferenz = C _v - C _a
   
   Wo C die Konzentration mit den Indizes ist: A, die radiale Arterie; V, die Uterusvene; V die Nabelvene und a, die Nabelarterie.
2. Berechnen Sie den Volumen Blutfluss, mL / min (Q):
   
   Wenn D der Gefäßdurchmesser (cm) ist, ist TAMX die zeitlich gemittelte maximale Geschwindigkeit und h ist der Koeffizient für das räumliche Blutgeschwindigkeitsprofil. Verwenden Sie 0,5 als Koeffizient für die Nabelvene und0,6 für die Uterusarterie ^{25 , 26} .
3. Berechnen Sie die Plazenta-Aufnahme und Freigabe nach Ficks Prinzip:
   
   Uteroplazentale Aufnahme = ( C _A - C _V ) x Qm
   Fetale Aufnahme = ( C _v - C _a ) X Q _f
   
   Subscripts: m, mütterlich und f, fetal.

Representative Results

Die 4-Gefäß-Probenahme-Methode ist in der klinischen Praxis anwendbar und wir haben erfolgreich Blutproben von 209 Mutter / Kleinkindern erhalten. In 128 von diesen haben wir auch erreicht, um Volumen Blutfluss zu messen. Komplette 4-Gefäß-Probenahme und gute Qualitäts-Durchflussmessungen von mütterlichen und fetalen Gefäßen wurden in 70 Mutter-Fötus-Paaren ( Abbildung 3 ) erhalten. Darüber hinaus haben wir bisher Blut und Plazenta Proben von 30 preeclamptic Patienten gesammelt. Wir haben bisher Artikel über die menschliche Plazenta-Übertragung von Nährstoffen sowie die Plazenta-Freisetzung von vasoaktiven Faktoren veröffentlicht, die zwei Anwendungen der Methode ^{14 , 15 , 16 zeigen} .

Beispiel dafür, wie die 4-Gefäß-Methode verwendet wird, um Plazenta-Transfer zu studieren
Es gibt signifikante arteriOfen-Glukose-Unterschiede auf beiden Seiten der Plazenta, die eine in vivo uteroplazentale und fetale Aufnahme von Glukose zeigen ( Tabelle 1 ). Die Plazenta-Übertragung von Glukose hängt vom mütterlich-fetalen Glukosegradienten und damit vom mütterlichen Glukosespiegel ab. Allerdings haben wir bisher gezeigt, dass dieser Gradient und damit der Glukosetransfer auch durch fetale Insulinspiegel und Glukoseverbrauch wesentlich beeinflusst wird. Dies ist ein Beispiel dafür, wie diese Methode ein wichtiges mütterlich-fetales Zusammenspiel darstellt. ¹⁴

Schiff	Glukose mmol / L	P-Wert *
Radiale Arterie	4,49 [4,22, 4,84]
Uterusvene	4,23 [3,94, 4,53]
Nabelschnur	3,78 [3,52, 4,06]
Umbilische Arterie	3,24 [2,95, 3,56]
Gepaarte Unterschiede
Radialarterie - Uterusvene	0,29 [0,13, 0,41]	<0,001
Nabelschnur - Nabelschnur	0,54 [0,29, 0,76]	<0,001
Radiale Arterie - Nabelschnur Arterie	1,25 [1,03, 1,51]	<0,001

Tabelle 1: Median [Q1, Q3] Konzentrationen und arteriovenöse Unterschiede von Glukose
* Wilcoxon Signed-Rank Test

Die fetale Glukoseaufnahme von (Plazenta Freisetzung an) der Nabelzirkulation ist vermutlich nicht nur oN der mütterlich-fetalen Gradienten, aber auf plazentalen Blutfluss ⁵ . Ebenso kann es relevant sein, die fetale Glukoseaufnahme als Funktion des Plazenta-Gewichts oder des Geburtsgewichts zu untersuchen. In n = 128 fanden wir eine mittlere [Q1, Q3] totale Nabelvirusströmung von 196,2 [158,3, 232,2] mL / min und berechneten eine mediale [Q1, Q3] fetale Glukoseaufnahme von (Plazentafreisetzung an) der Nabelzirkulation von 0,10 [0,05, 0,15] mmol / min. Für das Geburtsgewicht normalisiert, entspricht dies 0,03 [0,02, 0,04] ​​(mmol / min) / kg. Die Plazenta gibt 0,16 [0,10, 0,26] (mmol / min) pro kg Plazenta frei.

Beispiel, wie die 4-Gefäß-Methode verwendet wird, um die Plazenta-Aufnahme zu studieren
Tierstudien deuten darauf hin , dass Glutaminsäure ist sowohl in gegenseitige Umwandlung von Aminosäuren in der Plazenta und der fetalen Leber, und als oxidatives Kraftstoff in anderen Stoffwechselwegen ^27. Mit der Plazenta 4-Gefäß-Probenahme-Methode haben wir die uTeroplazentale und umbilische arteriovenöse Unterschiede von Glutaminsäure beim Menschen ( Tabelle 2 ). Wir fanden eine plazentale Aufnahme (also eine fetale Freisetzung) von Glutaminsäure aus der Nabelzirkulation. Weiterhin fanden wir eine plazentale Aufnahme von Glutaminsäure aus der mütterlichen Zirkulation. Diese plazentale Aufnahme von beiden Zirkulationen ist ein Beispiel dafür, wie die 4-Gefäß-Methode verwendet werden kann, um in vivo im Menschen zu zeigen, dass der Plazenta-Stoffwechsel von Nährstoffen ein Teil der Regulierung des transplaktischen Transfers ist.

Schiff	Glutaminsäure μmol / L	P-Wert *
Radiale Arterie	61,5 [51,0, 77,7]
Uterusvene	51,0 [36,3, 65,0]
Nabelschnur	39,3 [24,7, 52,8]
Umbilische Arterie	44,7 [33,1, 59,3]
Gepaarte Unterschiede
Radiale Arterien-Uterusvene	10,4 [1,6, 21,2]	<0,001
Nabelschnurvenal	-8,7 [-16,0, 0,2]	<0,001

Tabelle 2: Median [Q1, Q3] Konzentrationen und arteriovenöse Unterschiede von Glutaminsäure
* Wilcoxon Signed-Rank Test

Beispiel, wie die 4-Gefäß-Methode verwendet wird, um Plazenta-Freisetzung zu studieren
Es wird festgestellt, dass die Plazenta Progesteron sezerniert und um unsere 4-Gefäß-Methode auf der mütterlichen Seite der Plazenta zu validieren, haben wir die in vivo- Freisetzung von Progesteron bei te gemessenRm ²⁸ Wir fanden eine signifikante Plazenta Freisetzung von Progesteron in den mütterlichen Kreislauf ( Tabelle 3 ). Der beobachtete arteriovenöse Unterschied zeigt, wie das Plazenta-4-Gefäß-Probenahmeverfahren zur Erkennung von von der Plazenta freigesetzten Substanzen verwendet werden kann und bei der Untersuchung pathologischer Schwangerschaften sehr relevant ist.

Schiff	Progesteron nmol / L	P-Wert *
Radiale Arterie	678 [514, 971]
Uterusvene	1852 [1059, 2786]
Gepaarte Unterschiede
Radiale Arterien-Uterusvene	-1187 [-1855, -404]	P <0,001

Tabelle 3: Median [Q1, Q3] -Konzentrationen und uteroplazentaler arteriovenöser Unterschied von Progesteron
* Wilcoxon Signed-Rank Test

Abbildung 3 : Flowcharts und Illustration der eingeschlossenen und verlorenen Teilnehmer.
A. Zeigt die Einbeziehung der Teilnehmer an und zeigt, dass die Teilnehmer vor allem wegen des Beginns der Arbeit vor dem Kaiserschnitt oder dem Mangel an ausreichendem Personal zur Durchführung der Studie verloren gingen. B. Von den 179 Frauen mit normalen Schwangerschaften (blau) wurden 4-Gefäß-Blutproben in 162 (91%) erhalten (unvollständige fetale Blutproben: schwarze, unvollständige mütterliche Blutproben: grau). Einundfünfzig (28%) Teilnehmer wurden wegen der logistischen Einschränkungen nicht für Ultraschallmessungen eingeschlossen. Von den 128 Teilnehmer (72%), die Ultraschall unterworfen wurden, wurden bei allen Teilnehmern (hellgrün) Blutflussmessungen an der fötalen Seite der Plazenta erhalten, während in 77 (60%) vollständige Blutflussmessungen sowohl auf mütterlicher als auch auf fötaler Seite erhalten wurden, (dunkelgrün). Abbildung: Øystein H. Horgmo, Universität Oslo. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Discussion

Die Plazenta-4-Gefäß-Probenahme-Methode ist für drei Hauptzwecke relevant. Zuerst kann man daran denken, wie spezifische Substanzen von der Plazenta auf der mütterlichen Seite aufgenommen und möglicherweise auf die Nabelzirkulation und den Fötus übertragen werden, wie unsere Glukose- und Aminosäure-Studien zeigen. Zweitens ist die Methode sehr relevant für die Untersuchung von Stoffen, die von der Plazenta produziert und in die mütterlichen oder fetalen Zirkulationen freigesetzt werden, wie die Progesteron-Ergebnisse zeigen. Drittens kann es sinnvoll sein zu untersuchen, wie der Fötus in vivo Abfallprodukte während des schnellen Wachstums und der Gewebeumbau beseitigt.

Kritische Schritte und logistische Fragen der 4-Gefäß-Methode
Placenta 4-Gefäß-Probenahme wurde bisher verwendet, um die Plazenta-Übertragung von Makronährstoffen in vivo in normalen physiologischen Schwangerschaften ^{8 , 10 ,}Ss = "xref"> 12, aber mit einer begrenzten Anzahl von Studienfächern. Die begrenzte Nutzung der 4-Gefäß-Probenahme ist vermutlich auf die anspruchsvolle Logistik des Verfahrens zurückzuführen. Eine erfolgreiche Koordination zwischen dem Patienten, den Forschern und dem Personal an den Abteilungen Fetalmedizin, Geburtshilfe und Anästhesiologie ist für die Anwendung dieser Methode unerlässlich. Wir glauben, dass es ein großer Vorteil war, dass einige der Hauptforscher Geburtshelfer sind, die klinische Routinen und Schlüsselpersonen kennen. Dabei wurden die Studienprozeduren neben der täglichen klinischen Praxis umgesetzt. Durch die Koordination und Sicherung jedes Schrittes des Verfahrens haben wir Proben von über 200 Mutter- / Neugeborenen-Paaren erhalten. Darüber hinaus bestand unsere Strategie darin, das Stichprobenverfahren auf wenige Hände zu halten, denn es gibt technische Herausforderungen in dem Verfahren, die für das erfolgreiche Ergebnis der Probenahme entscheidend sind, und zu viele Sampler können unnötige Quellen der Variation der Daten einführen. KonsequenzWir empfehlen, dass alle sonographischen Untersuchungen vom selben Prüfer mit der gleichen Ultraschallmaschine durchgeführt werden sollten. Die Ausrüstung sollte sorgfältig gewählt werden, da die Auflösung der Gefäßwand entscheidend ist. Die Uterusarterien im dritten Trimester sind besonders technisch anspruchsvoll zu messen, weil die Uterusgröße und -inhalt es schwierig macht, sowohl den für die Durchmessermessungen verwendeten senkrechten Insonationswinkel als auch den niedrigen Inonationswinkel für Strömungsgeschwindigkeitsmessungen genau an der gleichen Stelle zu erhalten. Darüber hinaus verlangt die erfolgreiche Blutentnahme die Identifizierung der geeigneten Probenahmestelle der Uterusvene und der sanften Aspiration. Auf der Nabelschnur ist die Zerbrechlichkeit der fetalen Erythrozyten besonders auf die Aspirationskraft aufmerksam. Es ist unsere Erfahrung, dass verzögerte Lieferung oder geringfügige Belastung für das Kind mit einer frühen Verengung der Nabelarterie verbunden war, was zu einem reduzierten arteriellen Probenvolumen führte.

Die Methode "Plazenta 4-Gefäß-Probenahme" ist ein invasives und anspruchsvolles Verfahren. Einschluss- und Ausschlusskriterien sollten daher nach der Forschungsfrage gut definiert werden, um unnötige Stichprobenverfahren zu vermeiden. Die Patienten sollten erst nach der Entscheidung über den Liefermodus angegangen werden, um sicherzustellen, dass die Indikationen für die Kaiserschnitte nicht durch die Teilnahme am Forschungsprojekt beeinflusst werden. Obwohl das Verfahren wenig Zeit im Operationssaal erfordert, erfordert es die Anwesenheit von mehr Personal, das es zwingend erfordert, die Unannehmlichkeiten und Störungen, die durch die Probenahme verursacht werden, zu begrenzen. Wir haben die radiale Arterie als Proxy für die Uterusarterie verwendet, da die Insertion einer Arterienlinie weniger invasiv ist und eine gleichzeitige Probenahme aus der Arterie und der Vene gewährleistet. Einige Gruppen verwenden arterialisiertes Blut, das ein noch weniger invasives Verfahren ist ¹³ . Jedoch, apaRt von einer Inzidenz eines lokalen Hämatoms in Bezug auf die Arterienlinie, die zu einer vorübergehenden Parästhesie der Hand führt, haben wir keine unerwünschten Wirkungen bei der Probenahme von einer der 4 Stellen erfahren. Insbesondere haben wir keine Blutungen aus der durchbohrten Uterusvene beobachtet.

Methodische / analytische Fragen der 4-Gefäß-Methode
Es ist wichtig, mehrere methodische Fragen in der Interpretation der Ergebnisse aus einer Plazenta 4-Gefäß-Studie zu behandeln. Erstens, wenn es darum geht, die Masse einer von der Plazenta aufgenommenen oder freigesetzten Substanz zu berechnen, ist es wichtig, das Blutvolumen zu betrachten. Es sollte beachtet werden, dass die Uterusvene nicht nur die Plazenta abtropft, sondern auch den Uterusmuskel abtropft und dass die Gebärmuttervaskulatur in verschiedenen Graden mit dem Eierstock- und Vaginalgefäß anastomosiert. Als nächstes ist es wichtig zu bedenken, dass der Austausch von Wasser über die Plazenta kann die Concent beeinflussenRationen gemessen und damit die berechneten arteriovenösen Konzentrationsdifferenzen beeinflussen. Im Idealfall ist dies am besten durch die Anpassung der Konzentrationsunterschiede für das Wasser verloren oder gewonnen in jedem Mutter-Fötus-Paar. Dies kann durch Messung eines Stoffes erreicht werden, der nicht von der Plazenta oder dem Uterus aufgenommen oder freigesetzt wird. Die Hämoglobinkonzentrationen oder berechneten Prozentsätze von Erythrozyten (Hämatokrit) können als Korrekturfaktoren für den Wasseraustausch dienen. Weiterhin kann es bei der Interpretation der Aufnahme oder Freisetzung von Verbindungen auf der mütterseitigen Seite der Plazenta von Interesse sein, arteriovenöse Unterschiede in anderen Geweben zum Vergleich zu erhalten. Wir haben also eine Blutprobe aus der antecubitalen Vene aufgenommen, um spezifische Merkmale der Plazenta zu charakterisieren, indem man die arteriovenösen Unterschiede über die Plazenta mit denen des Kapillarbetts des Unterarms vergleicht. Wir fanden diesen Vergleich besonders interessant, als wir die Plazenta-Freisetzung von sFlt-1 und Plazenta-Wachstum untersuchtenWeil systemische Endothelzellen eine potentielle Quelle dieser Verbindungen darstellen könnten ¹⁴ . Abhängig von der Forschungsfrage könnte es von Bedeutung sein, die arteriovenösen Unterschiede mit dem Gewicht der Plazenta zu verknüpfen, um die Plazenta-Effizienz zu berechnen, dh in Form von (mmol / L) / kg oder (mmol / min) / kg Plazenta.

Einschränkungen und Stärken der 4-Gefäß-Methode
Obwohl die Plazenta-Physiologie weniger von Kaiserschnitt betroffen ist als durch den Stress der vaginalen Auslieferung, gibt es mehrere Einschränkungen für diese Methode. Die vaginale Verabreichung wird in den meisten Fällen von häufigen Schwangerschaftskomplikationen (wie Präeklampsie, Diabetes, Fettleibigkeit und moderate fetale Makrosomie) empfohlen, die die Rekrutierung einschränken und vorschreiben können. Auch bei der Optimierung jedes Schrittes der Methode ist es schwierig, komplette Messungen und Proben in jedem Patienten aufgrund der technischen Schwierigkeiten im Blut Probenahme Verfahren und Ultraschall VolDurchflussmessungen ( Abbildung 3 ). Darüber hinaus, obwohl die Ultraschall-Messungen so nah wie möglich an der Operation durchgeführt werden, sind sie inhärent vor der Wirbelsäulenanästhesie und der Blutentnahme durchgeführt. Daraus folgt, dass das mütterliche Herzzeitvolumen (CO) sich ändern und möglicherweise uteroplazentalen (und sogar feto-plazentalen) Blutfluss beeinflussen kann. Die mögliche Veränderung der CO durch Spinalanästhesie kann durch Phenylephrin, die in der aktuellen Studie verwendet wurde kompensiert werden. Vorläufige Daten aus einer Teilmenge unserer Teilnehmer (n = 23) zeigen keine signifikante Veränderung in CO vor der Wirbelsäulenanästhesie und zum Zeitpunkt der Probenahme (unveröffentlichte Daten). Mit der 4-Gefäß-Probenahme-Methode beim Menschen, im Gegensatz zu bei Tieren, begrenzt sowohl die Möglichkeit, eine Zeitvariable einzuführen und den Blutgehalt ^{5 , 29 , 30} zu manipulieren. Aus diesen Betrachtungen folgt daraus das 4-Gefäß Das Probenahmeverfahren ist Querschnitt und weitgehend beobachtungsbedürftig, und die erhaltenen Daten müssen entsprechend analysiert werden. Auf der anderen Seite bietet die 4-Gefäß-Probenahme-Methode eine einzigartige Möglichkeit, die menschliche Plazenta-Physiologie und Pathophysiologie in vivo zu untersuchen , wobei alle interaktiven Faktoren im Spiel eine Situation sind, die in vitro niemals reproduziert werden kann. Es bietet eine ausgezeichnete Gelegenheit, Hypothesen zu testen, die aus tierischen oder anderen experimentellen Studien hervorgegangen sind. Ebenso kann es neue Hypothesen generieren, die in vitro und in Tierversuchen mechanistisch getestet werden müssen.

Potenzielle Anwendungen der 4-Gefäß-Methode
Bei pathologischen Schwangerschaften wurden die mütterlichen und fetalen arteriovenösen Konzentrationsunterschiede bisher getrennt untersucht und erlaubten die Prüfung einiger der bestehenden Hypothesen in vivo ^{15 , 16 ,}Ass = "xref"> 31. Die 4-Gefäß-Probenahme-Methode bietet die ansprechende Gelegenheit, die mütterliche, plazentale und fetale Einheit zusammen zu studieren, anstatt als getrennte Einheiten in pathologischen Schwangerschaften und kann im Rahmen der mütterlich-fetalen Interaktion neues Licht auf alte und neue Fragen werfen. Die 4-Gefäß-Probenahme-Methode kann in einer Vielzahl von Forschungsfragen sowohl bei normalen als auch bei pathologischen Schwangerschaften in Abhängigkeit von den weiteren Analysen der Proben angewendet werden. Die Wahl der Vacutainer, das Blutvolumen, die Palette der Plazenta und andere Gewebeproben sollte nach der Forschungsfrage entschieden werden. Burton et al. Haben vor kurzem ein ausgezeichnetes Papier beschrieben, das Verfahren beschreibt, um qualitativ hochwertige Proben von Plazenta-Gewebe zu gewährleisten und um das Verschmelzen von verschiedenen Biobanken zu ermöglichen, um bestimmte Rätsel zu adressieren, die eine große Menge an Proben benötigen, die gelöst werden sollen ²⁰ . Die 4-Gefäßproben können analysiert werden, um die spezifische Freisetzung von Exosomen auf Matern zu untersuchenAl Zirkulation, die Übertragung von Medikamenten, Metaboliten und Toxinen. Große Maßstäbe (Metabolomik, Proteomik und Lipidomik) Analysen haben das Potenzial, Stoffe und Metaboliten im mütterlichen Plasma zu identifizieren, die von der Plazenta ausgeschieden werden. Dabei kann die Etablierung des 4-Gefäß-Probenahme-Verfahrens die Plazenta-abgeleiteten Faktoren in der mütterlichen Zirkulation identifizieren und die Biomarker der Plazenta-Funktion ausgraben. Kombiniert mit Techniken zur Trennung der mütterlichen, mikrovillösen und fötalbasierten Basalplasmamembranen des Syncytiotrophoblasten kann die Übertragung eines Stoffes zusammen mit der Aktivität und Lage der relevanten Transporterproteine ^{21 untersucht werden} . Ferner können Mechanismen, die den Nährstofftransfer in vivo regulieren, durch die Analyse der Nährstoffmengen und der Mikronährstoffe in den vier Gefäßen aufgeklärt werden und die Übertragung von Nährstoffen auf Messungen des Nährstoff- und Energieerfassungssystems in der Plazenta ³² beziehen 33 gezeigt ist . Glukose-Infusion vor der Auslieferung ist ein weiterer möglicher Ansatz. Plazenta-Transfer könnte mit mütterlichen metabolischen Variablen wie BMI, Glukose und Plasma-Lipid-Profile und fetalen Ergebnissen wie Geburtsgewicht und Körperzusammensetzung ^{18 verwandt werden} . Gemeinsam werden diese Ansätze möglicherweise die integrative Rolle der Plazenta erhellen, die sich im Zentrum des Zusammenspiels zwischen mütterlichen und fetalen Bedingungen und Bedürfnissen befindet.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Maternal body composition
Impedance scale	Tanita		or similar
Ultrasound measurements
Sequoia 512 ultrasound machine	Acuson		equipped with a curved transducer with colour and pulsewave Doppler (frequency bandwidth 2 - 6 MHz)
Blood samples
Arerial cannula	BD Medical	682245	or similar
20 cc Eccentric Luer Tip Syringe without Needle	Termo	SS-20ES	or similar. 3 needed.
10 cc Eccentric Luer Tip Syringe without Needle	Termo	SS-10ES	or similar. 9 needed.
5 cc 6% Luer Syringe without Needle	Termo	SS-05S1	or similar. 2 needed.
Arterial blood gas syringe	Radiometer Medical		or similar. 4 needed.
Sterile winged needle connected to flexible tubing, 21 gauge	Greiner Bio-One	450081	(intended for single use).3 needed.
Vacutainer tube 6 mL EDTA	Greiner Bio-One	456043	or similar. Label with sample site. 10 needed.
Vacutainer tube 5 mL LH Lithium Heparin Separator	Greiner Bio-One	456305	or similar. Label with sample site. 5 needed.
Vacutainer tube 6 mL Serum Clot Activator	Greiner Bio-One	456089	or similar. Label with sample site. 5 needed.
Vacutainer tube 3 mL  9NC Coagulation sodium citrate 3.2%	Greiner Bio-One	454334	or similar. Label with sample site. 5 needed.
Cryogenic vials, 2.0 mL	Corning	430488	or similar. Label with sample site, serum/type of plasma and ID. 90 needed.
Marked trays to transport the syringes			to transport the blood samples in the operation theatre
Rocker			for gentle mixing of the samples
Ice			in styrofoam box
Liquid nitrogen			in appropriate container
Placenta samples
Metal tray
Ice			in styrofoam box
Calibrated scale
Metal ruler
1 M Phosphate buffered saline	Sigma	D1408	or similar. Dilute 10 M to  1 M before use
RNA stabilization solution	Sigma	R0901-500ML	or similar
Optimal Cutting Temperature (O.C.T.) compound	vwr	361603E	or similar
Cryogenic vials, 2.0 mL	Corning	430488	or similar. Label with sample site. content and ID. 10 needed.
Centrifuge tubes, conical bottom 50 mL	Greiner Bio-One	227,285	or similar. Label with "RNA later", sample site and ID. 2 needed.
Liquid nitrogen			in appropriate container
Fetal body composition
Calibrated scale
Measuring tape