Ψυχοφυσιολογική μελέτη του φαινοτύπου και του ενδοφαινοτύπου παιδιών με νευροαναπτυξιακές διαταραχές

Abstract

Background: The occurrence of neurodevelopmental disorders (NDDs) is determined by complex and multiple causal factors. In other words, NDDs arise as a result of a combination of genetic, biological, psychosocial, and environmental risk factors. Prospective studies indicate that exposure to organochlorine pesticides (OCPs) during fetal life, infancy, and early childhood may be associated with features of NDDs in children. However, few studies have investigated the concentrations of serum OCPs in children with categorically diagnosed NDDs. Moreover, there is evidence that children with NDDs may exhibit atypical responses to stress and alterations in concentrations and diurnal secretion of stress hormones. Also, immune system perturbations have been reported in several NDDs. For example, high mobility group box 1 protein (HMGB1), which is a protein from the alarmin family, has been suggested to be involved in the immune dysfunction and inflammation reported in Autism Spectrum Disorder (ASD). Methods: In the current thesis three independent cross-sectional studies are presented. The aim of the first study was to assess the serum concentrations (SCs) and detection rates (DRs) of Dichlorodiphenyltrichloroethane (DDT) metabolites, Hexachlorocyclohexane (HCH) isomers, cyclodienes, and methoxychlor in children with ASD, Attention-Deficit Hyperactivity Disorder (ADHD), and Specific Learning Disorder (SLD), all of normal intelligence, compared to Typically Developing controls (TD). In total 114 schoolchildren, of both sexes, aged 6-13 years old, were distributed into four groups: ASD (n=39), ADHD (n=21), SLD (n=32) and TD (n=18). Each clinical group was compared to the TD group. SCs were determined by gas chromatography and are presented as nanograms/gram lipid. In the second study, we assessed diurnal profiles and stress responses of salivary cortisol and α-amylase (sAA) in children with ASD, ADHD, and SLD compared to TD children. A total of 157 children of both sexes, aged 6-12 years old, distributed into four groups: ADHD (N=34), ASD (N=56), SLD (N=43), TD (N=24). Salivary samples were collected at three time points during the day, as well as before and 5 min after an academic performance test and a moral cognition task. Finally, the third study aimed to assess HMGB1 SCs in high-functioning ASD children compared to TD controls and to explore their associations with the Autism Spectrum Quotient (AQ), the Empathy Quotient (EQ), and the Systemizing Quotient (SQ). The study involved 42 ASD children and 38 TD children, all-male, aged 6-13 years old. HMGB1 SCs were measured by enzyme-linked immunosorbent assay. Groups were comparable regarding age, general IQ, birth weight, and maternal age at birth.Results: Regarding the first study, SCs of β-HCH, the sum of HCH isomers, and o,p΄-DDD were significantly higher in ASD children. The DRs of p,p΄-DDT, at least one substance from DDTs detected, and heptachlor epoxide were significantly lower in the ASD group. No significant differences were observed between the ADHD or SLD groups and the TD group. As for the second study, ADHD children had a lower evening and diurnal sAA levels and ASD children showed lower diurnal sAA secretion, adjusted for age. The mean percentage change for salivary cortisol and sAA after both tests did not differ between the groups. Concerning the third study, ASD group showed significantly higher HMGB1 SCs vs. TD children. Also, Spearman’s rho revealed that HMGB1 SCs were positively correlated with the AQ attention to detail subscale and with the SQ total score in the ASD group.Conclusion: Firstly, we demonstrated higher SCs and DRs of selected OCPs in ASD than TD children. These results add to potential neurodevelopmental concerns surrounding OCPs and provide evidence of specificity in the relations between HCHs and ASD. Regarding the stress system functioning, the present study contributes to the existing data on the alterations observed in the stress system activity in children with NDDs. We demonstrated alterations in diurnal autonomic functioning in children with ADHD and ASD, while HPA axis functioning did not differ between the clinical and the comparison groups. Also, the responses of the stress system to the cognitive tests administered did not differ between the study groups. In general, our findings are placed in the wider literature that shows ANS dysfunction in both children with ADHD and children with ASD. Finally, the results of the study on HMGB1 serum levels in ASD children provide data on the possible role of inflammatory processes in the pathophysiology of ASD. In addition, the present study provides data on the association between inflammatory processes, particularly elevated serum HMGB1 levels, and AQ and SQ variables, suggesting that inflammatory processes mediated by HMGB1 may be associated with specific cognitive features characterizing ASD.

Εισαγωγή: H εμφάνιση των νευροαναπτυξιακών διαταραχών (ΝΑΔ) καθορίζεται από σύνθετους και πολλαπλούς αιτιολογικούς παράγοντες. Προκύπτουν δηλαδή ως αποτέλεσμα συνδυασμού γενετικών, βιολογικών, ψυχοκοινωνικών και περιβαλλοντικών παραγόντων κινδύνου. Προοπτικές μελέτες δείχνουν ότι η έκθεση σε οργανοχλωριωμένα παρασιτοκτόνα (ΟΧΠ) κατά τη διάρκεια της εμβρυϊκής ζωής, της βρεφικής ηλικίας και της πρώιμης παιδικής ηλικίας μπορεί να σχετίζεται με χαρακτηριστικά ΝΑΔ στα παιδιά. Ωστόσο, λίγες μελέτες έχουν διερευνήσει την σχέση των συγκεντρώσεις ΟΧΠ στον ορό παιδιών με την διάγνωση ΝΑΔ per se. Επιπλέον, υπάρχουν ενδείξεις ότι τα παιδιά με ΝΑΔ μπορεί να εμφανίζουν άτυπες αποκρίσεις στο στρες και μεταβολές στις συγκεντρώσεις και την ημερήσια έκκριση των ορμονών του στρες. Επίσης, διαταραχές του ανοσοποιητικού συστήματος έχουν αναφερθεί σε ορισμένες ΝΑΔ. Για παράδειγμα, η πρωτεΐνη υψηλής κινητικότητας της ομάδας Β1 (HMGB1), η οποία είναι μια πρωτεΐνη από την οικογένεια των αλαρμινών, έχει προταθεί ότι εμπλέκεται στη δυσλειτουργία του ανοσοποιητικού και στη φλεγμονή που εντοπίζεται στη Διαταραχή Αυτιστικού Φάσματος (ΔΑΦ).Μέθοδος: Στην παρούσα διδακτορική διατριβή παρουσιάζονται τρεις ανεξάρτητες μεταξύ τους, συγχρονικές μελέτες. Ο στόχος της πρώτης μελέτης ήταν να αξιολογήσει τις συγκεντρώσεις ορού και τις συχνότητες ανίχνευσης μεταβολιτών του διχλωροδιφαινυλοτριχλωροαιθανίου (DDT), ισομερών εξαχλωροκυκλοεξανίου (HCH), κυκλοδιενίων και μεθόξυχλωρ σε παιδιά με ΔΑΦ, Διαταραχή Ελλειμματικής Προσοχής και Υπερκινητικότητας (ΔΕΠΥ) και Ειδική Μαθησιακή Διαταραχή (ΕΜΔ), όλα φυσιολογικής νοημοσύνης, σε σύγκριση με παιδιά Τυπικής Ανάπτυξης (ΤΑ). Συνολικά 114 παιδιά και των δύο βιολογικών φύλων, ηλικίας 6-13 ετών, κατανεμήθηκαν σε τέσσερις ομάδες: ΔΑΦ (n=39), ΔΕΠΥ (n=21), ΕΜΔ (n=32) και ΤΑ (n=18). Κάθε κλινική ομάδα συγκρίθηκε με την ομάδα ΤΑ. Οι συγκεντρώσεις των ΟΧΠ στον ορό προσδιορίστηκαν με αέρια χρωματογραφία και παρουσιάζονται ως νανογραμμάρια/γραμμάριο λιπιδίων. Στη δεύτερη μελέτη, αξιολογήθηκαν τα ημερήσια προφίλ και οι αποκρίσεις στο στρες της κορτιζόλης και της α-αμυλάσης σιέλου σε παιδιά με ΔΑΦ, ΔΕΠΥ και ΕΜΔ σε σύγκριση με παιδιά ΤΑ. Συνολικά 157 παιδιά και των δύο βιολογικών φύλων, ηλικίας 6-12 ετών, κατανεμήθηκαν σε τέσσερις ομάδες: ΔΕΠΥ (N=34), ΔΑΦ (N=56), ΕΜΔ (N=43), ΤΑ (N =24). Δείγματα σιέλου συλλέχθηκαν σε τρία χρονικά σημεία κατά τη διάρκεια της ημέρας, καθώς και πριν και 5 λεπτά μετά από ένα τεστ ακαδημαϊκών δεξιοτήτων και μια δοκιμασία ηθικής κρίσης. Τέλος, η τρίτη μελέτη αξιολόγησε τις συγκεντρώσεις ορού της HMGB1 σε παιδιά με ΔΑΦ υψηλής λειτουργικότητας σε σύγκριση με παιδιά ΤΑ και διερεύνησε τις συσχετίσεις τους με το Πηλίκο Αυτιστικού Φάσματος (AQ), το Πηλίκο Ενσυναίσθησης (EQ) και το Πηλίκο Συστηματοποίησης (SQ). Στη μελέτη συμμετείχαν 42 παιδιά με ΔΑΦ και 38 παιδιά ΤΑ, όλα βιολογικά αγόρια, ηλικίας 6-13 ετών. Οι συγκεντρώσεις της HMGB1 στον ορό προσδιορίστηκαν με την ενζυµική ανοσοδοκιµασία ELISA. Οι ομάδες ήταν συγκρίσιμες όσον αφορά την ηλικία, το γενικό IQ, το βάρος γέννησης και την ηλικία της μητέρας κατά τη γέννηση.Αποτελέσματα: Στην πρώτη μελέτη, οι συγκεντρώσεις ορού του β-HCH, του συνόλου των ισομερών HCH και του o,p΄-DDD ήταν σημαντικά υψηλότερες στη ομάδα ΔΑΦ. Η συχνότητες ανίχνευσης του p,p΄-DDT, τουλάχιστον μίας ουσίας από την κατηγορία των DDTs και του εποξειδίου του επταχλωρίου ήταν σημαντικά χαμηλότερες στην ομάδα ΔΑΦ. Δεν βρέθηκαν σημαντικές διαφορές μεταξύ των ομάδων ΔΕΠΥ ή ΕΜΔ και της ομάδας ΤΑ. Στη δεύτερη μελέτη, τα παιδιά με ΔΕΠΥ είχαν χαμηλότερα βραδινά και συνολικά ημερήσια επίπεδα α-αμυλάσης σιέλου και τα παιδιά με ΔΑΦ παρουσίασαν χαμηλότερη ημερήσια έκκριση α-αμυλάσης σιέλου, προσαρμοσμένη για την ηλικία. Η μέση ποσοστιαία μεταβολή για την κορτιζόλη και την α-αμυλάση σιέλου μετά από καθεμία από τις δύο δοκιμασίες δεν διέφερε μεταξύ των ομάδων. Στην τρίτη μελέτη, τα παιδιά με ΔΑΦ είχαν σημαντικά υψηλότερες συγκεντρώσεις HMGB1 στον ορό έναντι των παιδιών ΤΑ. Επίσης, τα επίπεδα της HMGB1 συσχετίστηκαν θετικά με την υποκλίμακα του AQ προσοχή στη λεπτομέρεια και με τη συνολική βαθμολογία στο SQ στην ομάδα ΔΑΦ.Συμπεράσματα: Αρχικά, δείξαμε υψηλότερες συγκεντρώσεις στον ορό και χαμηλότερες συχνότητες ανίχνευσης ορισμένων ΟΧΠ σε παιδιά με ΔΑΦ έναντι των παιδιών ΤΑ. Αυτά τα αποτελέσματα συνεισφέρουν στη γνώση σχετικά με τις δυσμενείς νευροαναπτυξιακές επιδράσεις των ΟΧΠ και παρέχουν στοιχεία για τον πιθανώς ειδικό ρόλο των HCHs στη ΔΑΦ. Όσον αφορά τη λειτουργία του συστήματος του στρες, η παρούσα μελέτη συμβάλλει στα υπάρχοντα δεδομένα σχετικά με τις μεταβολές που παρατηρούνται στη δραστηριότητα του συστήματος του στρες σε παιδιά με ΝΑΔ. Βρέθηκαν διαφοροποιήσεις στην ημερήσια λειτουργία του αυτόνομου νευρικού συστήματος (ΑΝΣ) σε παιδιά με ΔΕΠΥ ή ΔΑΦ, ενώ η λειτουργία του άξονα υποθαλάμου-υπόφυσης-επινεφριδίων δεν διέφερε μεταξύ των κλινικών ομάδων και της ομάδας ελέγχου. Επίσης, οι αποκρίσεις του συστήματος του στρες στις γνωστικές δοκιμασίες που χορηγήθηκαν δεν διέφεραν μεταξύ των ομάδων. Γενικά, τα ευρήματά μας τοποθετούνται στην ευρύτερη βιβλιογραφία που δείχνει δυσλειτουργία του ΑΝΣ τόσο σε παιδιά με ΔΕΠΥ όσο και σε παιδιά με ΔΑΦ. Τέλος, τα αποτελέσματα της μελέτης για τα επίπεδα της HMGB1 ορού σε παιδιά με ΔΑΦ παρέχουν δεδομένα σχετικά με τον πιθανό ρόλο φλεγμονωδών διεργασιών στην παθοφυσιολογία της ΔΑΦ. Επιπλέον, η παρούσα μελέτη παρέχει δεδομένα συσχέτισης μεταξύ φλεγμονωδών διεργασιών, ειδικά των αυξημένων επιπέδων της HMGB1 στον ορό, και μεταβλητών του AQ και του SQ, υποδηλώνοντας ότι οι φλεγμονώδεις διεργασίες που διαμεσολαβούνται από την HMGB1 μπορεί να σχετίζονται με συγκεκριμένα γνωστικά χαρακτηριστικά της ΔΑΦ.