Exploring the impact of maternal nutritional status on the compositional profile of mid-trimester biofluids

Abstract

According to the theory of “fetal origins of adult disease”, maternal nutritional status influences the intrauterine milieu predisposing, through the respective fetal programming mechanisms, to an increased vulnerability even to chronic diseases in adult life. However, the mechanisms contributing to the in-utero development have not been elucidated. Towards this direction, scientific data indicate that amniotic fluid (AF) could serve as a model-system for evaluating the impact of maternal nutrition on pregnancy evolution. Indeed, animal experiments have shown that dietary interventions during pregnancy alter the metabolic profile of AF. However, published data exploring the effect of maternal nutrition on human AF are scarce. The objective of this thesis was to explore the relationship between maternal nutritional status and human AF composition. The sample included women that underwent 2nd-trimester amniocentesis for prenatal diagnosis. On the day of amniocentesis, women completed a questionnaire about socio-demographic/anthropometric/lifestyle characteristics. Nutritional assessment was carried out using an interview-administered Mediterranean-oriented semi-quantitative Food-Frequency-Questionnaire. Data regarding health-status/obstetrical-background/neonatal-characteristics were obtained from medical records. AF analysis was conducted using conventional analytical methods and 1H Nuclear Magnetic Resonance (NMR)-based metabolomics. The thesis is divided into 3 studies. In the 1st study, the relations between AF glucose, uric acid, phosphate, potassium, and sodium concentrations and a. gestational age, b. maternal characteristics, and c. birth-weight-centiles were explored. The major finding was that phosphate levels reflect gestational age, underlying the phosphate’s role in fetal development. Additionally, maternal pre-pregnancy body-mass-index was significantly correlated with uric acid. Furthermore, the results indicated that 2nd-trimester AF phosphate and uric acid may serve as biomarkers of birth-weight-centiles. The 2nd study describes a case of a woman, whose AF at 222/7 gestational week had elevated uric acid and potassium concentrations, as well as cysteine/methionine ratio. At that time, conventional clinical signs of preeclampsia were absent. However, at 280/7 gestational week, the woman developed severe-preeclampsia. The most interesting finding, indicating a metabolic perturbation of the methionine-cycle, was the extremely elevated cysteine/methionine ratio. To highlight the possible importance of maternal nutritional status in the evolution of preeclampsia, it should be mentioned that this woman had inadequate dietary intakes of substances that act as regulators of the methionine-cycle (e.g. folate). The 3rd study aspired to bridge maternal habitual diet and AF metabolic profile. Hierarchical-cluster-analysis identified 2 distinct dietary-patterns that differed statistically significant in the percentages of energy contributed by 10 out of the 20 food-groups under study. The dietary preferences were, also, reflected in macro- and micro-nutrient intakes, and dietary indices. Metabolomics analysis allowed the identification of metabolites associated with the dietary-patterns. Specifically, the metabolic modifications induced by different maternal dietary-patterns were linked to amino acid metabolism, glucose metabolism, and citric acid cycle. This study provides the first evidence to suggest that human AF can be modified by maternal habitual diet. The findings of the thesis expand the current knowledge on the importance of maternal nutritional status during pregnancy and may be proved valuable for further research towards the elucidation of the mechanisms by which maternal factors, especially maternal nutritional management, can influence intrauterine environment.

Μελέτες υποδεικνύουν ότι ακόμη και ήπιες αποκλίσεις από ένα θρεπτικά-ισορροπημένο ενδομήτριο περιβάλλον, οι οποίες οφείλονται στη διατροφική κατάσταση και το μεταβολισμό της μητέρας, μπορεί να προκαλούν σοβαρές επιπτώσεις στην υγεία του απογόνου κατά την ενήλικη ζωή. Ο προσδιορισμός/ταυτοποίηση μεταβολιτών στο αμνιακό υγρό (ΑΥ) θα συνέβαλε στη διαλεύκανση των μηχανισμών, μέσω των οποίων η μητρική διατροφή επηρεάζει το ενδομήτριο περιβάλλον. Πράγματι, μελέτες σε ζώα έχουν δείξει ότι παρεμβάσεις στη μητρική διατροφή μεταβάλουν τη σύσταση του ΑΥ. Ωστόσο, τα δεδομένα που αφορούν στη συσχέτιση της διατροφής έγκυων γυναικών με τη συγκέντρωση μεταβολιτών στο ΑΥ είναι περιορισμένα. Σκοπός της διατριβής ήταν η διερεύνηση της επίδρασης της μητρικής διατροφικής κατάστασης στη σύσταση του ΑΥ έγκυων γυναικών. Το δείγμα αποτέλεσαν έγκυες που υποβλήθηκαν σε αμνιοπαρακέντηση για προγεννητικό έλεγχο. Η συλλογή δημογραφικών/ανθρωπομετρικών χαρακτηριστικών πραγματοποιήθηκε με χρήση ερωτηματολογίων, η καταγραφή της μητρικής διατροφικής πρόσληψης με ημιποσοτικό-ερωτηματολόγιο-συχνότητας-κατανάλωσης-τροφίμων, ενώ δεδομένα για την εξέλιξη/έκβαση της κύησης ελήφθησαν από ιατρικά αρχεία. Για την ανάλυση του ΑΥ χρησιμοποιήθηκαν συμβατικά αναλυτικά εργαλεία και πυρηνικός μαγνητικός συντονισμός (Nuclear Magnetic Resonance, NMR). Η διατριβή αποτελείται από 3 μελέτες. Στην 1η μελέτη διερευνήθηκε η συσχέτιση των συγκεντρώσεων γλυκόζης, ουρικού οξέος, και ιόντων φωσφόρου, καλίου και νατρίου στο ΑΥ με α. την ηλικία κύησης, β. δημογραφικά/ανθρωπομετρικά χαρακτηριστικά των εγκύων και γ. παραμέτρους νεογνικής ανάπτυξης. Από τα σημαντικότερα ευρήματα ήταν η συσχέτιση μεταξύ εβδομάδας κύησης και ιόντων φωσφόρου, η οποία αναδεικνύει το ρόλο του φωσφόρου στην εμβρυική ανάπτυξη/ωρίμανση. Επίσης, ο δείκτης-σωματικής-μάζας των εγκύων πριν την εγκυμοσύνη παρουσίασε στατιστικά σημαντική συσχέτιση με τη συγκέντρωση του ουρικού οξέος, ενώ η εκατοστιαία-θέση-βάρους των νεογνών με τη συγκέντρωση του ουρικού οξέος και των ιόντων φωσφόρου. Η 2η μελέτη περιγράφει την περίπτωση εγκύου της οποίας το ΑΥ κατά την 222/7 εβδομάδα κύησης παρουσίασε υπερβολικά υψηλή συγκέντρωση ουρικού οξέoς και καλίου, και υψηλή αναλογία κυστεΐνης/μεθειονίνη, σε σχέση με τις μέσες τιμές που αναφέρονται στη βιβλιογραφία για τη συγκεκριμένη εβδομάδα κύησης. Τη χρονική στιγμή της αμνιοπαρακέντησης, η έγκυος ήταν κλινικά υγιής. Ωστόσο, την 280/7 εβδομάδα, διαγνώστηκε προεκλαμψία. Το σημαντικότερο εύρημα αφορά στον υψηλό λόγο κυστεΐνης/μεθειονίνη που πιθανότατα απορρέει από τη μη κάλυψη των συστάσεων σε συγκεκριμένα μη-ενεργοφόρα θρεπτικά συστατικά που δρουν ως ρυθμιστές του μεταβολισμού στον κύκλο της μεθειονίνης (π.χ. φυλλικό οξύ). Στην 3η μελέτη διερευνήθηκε η υπόθεση ότι οι διατροφικές συνήθειες της μητέρας αντικατοπτρίζονται στο μεταβολομικό αποτύπωμα του ΑΥ. Μελετήθηκαν 2 διατροφικά-πρότυπα εγκύων, τα οποία διέφεραν στατιστικά σημαντικά ως προς το %ποσοστό της συνολικής ημερήσιας ενεργειακής πρόσληψης 10 ομάδων τροφίμων. Οι διατροφικές προτιμήσεις αποτυπώθηκαν και στην πρόσληψη ενεργοφόρων και μη-ενεργοφόρων θρεπτικών συστατικών. Με την εφαρμογή της μεταβολομικής (NMR) φάνηκε ότι οι διατροφικές συνήθειες της μητέρας αντικατοπτρίζονται στο ΑΥ, καθώς τα δύο διατροφικά πρότυπα διέφεραν στις συγκεντρώσεις γλυκόζης, αμινοξέων, ενδιάμεσων μεταβολιτών του κύκλου του κιτρικού οξέος, και μυρμηκικού οξέος. Η μελέτη ανέδειξε τη δυνατότητα εφαρμογής της μεταβολομικής-ανάλυσης σε συνδυασμό με τα διατροφικά-πρότυπα με στόχο τη διερεύνηση της επίδρασης της μητρικής διατροφής στην εξέλιξη της κύησης. Τα αποτελέσματα της διατριβής θα μπορούσαν να συμβάλουν στην αποσαφήνιση των μηχανισμών μέσω των οποίων η μητρική διατροφική κατάσταση επηρεάζει την έκβαση της κύησης, καθώς και στη διαμόρφωση διατροφικών συστάσεων.