344-FML-2004 t31 z1

Folia Medica Lodziensia
tom 31 zeszyt 1
2004
Piotr Sieroszewski
SCHEMAT WYKRYWANIA WAD PŁODU W I POŁOWIE
CIĄśY ZE SZCZEGÓLNYM UWZGLĘDNIENIEM
ABERRACJI CHROMOSOMOWYCH
PRACA HABILITACYJNA
Instytut Ginekologii i PołoŜnictwa,
Uniwersytet Medyczny w Łodzi
Dyrektor: Prof. dr hab. med. Jacek Suzin
2004
SPIS TREŚCI
I.
II.
III.
IV.
V.
VI.
VII.
VIII.
IX.
X.
XI.
XII.
XIII.
XIV.
Wstęp ................................................................................................................................... 3
I.1. Wrodzone wady rozwojowe - problematyka ogólna ...................................................... 3
I.1.A Wprowadzenie. ................................................................................................... 3
I.1.B Systematyka wrodzonych wad rozwojowych ..................................................... 4
I.2. Etiologia wrodzonych wad rozwojowych ............................................................. .5
I.2.A Uwarunkowania ogólne ...................................................................................... 5
I.2.B Czynniki promocyjne wad rozwojowych ............................................................ 5
I.2.C Mechanizmy specyficzne układowo w powstawaniu wad rozwojowych ........... 7
I.3. Aberracje chromosomowe jako przyczyna wad rozwojowych ............................. 8
I.3.A Uwarunkowania ogólne ..................................................................................... .8
I.3.B Trisomia 21 pary chromosomów ........................................................................ 9
I.3.C Inne aneuploidie chromosomowe .................................................................... 10
I.3.C.1 Trisomia 18 pary chromosomów ................................................................... 10
I.3.C.2 Trisomia 13 pary chromosomów ................................................................... 10
I.3.C.3 Triploidia ........................................................................................................ 10
I.4. Przegląd stosowanych przesiewowych metod diagnostycznych
w prenatalnym rozpoznawaniu wad rozwojowych płodu ......................................... 11
I.4.A Badania inwazyjne ........................................................................................... 11
I.4.B Oznaczenia biochemiczne markerów wad rozwojowych ................................ 13
I.4.B.1 Test potrójny .................................................................................................. 13
I.4.B.2 PAPP-A i b-HCG ........................................................................................... 15
I.4.C Badania ultrasonograficzne w diagnostyce prenatalnej wad rozwojowych .... 16
I.4.C.1 Zasady ogólne połoŜniczej diagnostyki ultrasonograficznej ........................ 16
I.4.C.2 Zastosowanie ultrasonografii do prenatalnego wykrywania wad
rozwojowych .............................................................................................................. 17
I.4.C.3 Fałd karkowy, przezierność karku płodu jako marker ultrasonograficzny
wad rozwojowych ...................................................................................................... 19
I.4.C.4 Inne markery aneuploidii w badaniu ultrasonograficznym w I trymestrze
ciąŜy .......................................................................................................................... 22
I.4.C.5 Kość nosowa jako marker ultrasonograficzny wad rozwojowych płodu ...... 24
Cel pracy ............................................................................................................................ 27
Materiał i metoda ............................................................................................................... 29
Metoda statystyczna .......................................................................................................... 37
Wyniki ................................................................................................................................. 41
Dyskusja ............................................................................................................................. 67
Podsumowanie wyników przeprowadzonych badań ......................................................... 91
Wnioski ............................................................................................................................... 93
Publikacje związane tematycznie z rozprawą habilitacyjną .............................................. 95
Piśmiennictwo ................................................................................................................... .97
Tabele .............................................................................................................................. 109
Aneks ............................................................................................................................... 123
Streszczenie ..................................................................................................................... 137
Abstract ............................................................................................................................. 151
Folia Medica Lodziensia, 2004, 31:3-161
SCHEMAT WYKRYWANIA WAD PŁODU W I POŁOWIE
CIĄśY ZE SZCZEGÓLNYM UWZGLĘDNIENIEM
ABERRACJI CHROMOSOMOWYCH
PIOTR SIEROSZEWSKI
STRESZCZENIE
WPROWADZENIE
Rozwój medycyny dokonujący się od kilku dziesięcioleci spowodował zmianę przyczyn
śmiertelności i zachorowalności okołoporodowej, noworodkowej
i dziecięcej. Dominujące uprzednio czynniki etiologiczne, takie jak urazy około-porodowe,
wrodzone infekcje, fetopatia cukrzycowa czy konflikt serologiczny zostały w znacznym stopniu
ograniczone. Częstość występowania wrodzonych wad rozwojowych oraz chorób genetycznych
utrzymuje się jednak nadal na jednakowym poziomie. Biorąc pod uwagę wady mnogie lub duŜe
wady izolowane odsetek ich szacowany jest on na około 3%. Występowanie wad rozwojowych jest
znacznie częstsze we wczesnym etapie rozwoju ciąŜy, ale ze względu na wiele ciąŜ kończących
się niepomyślnie, częstość urodzeniowa wad jest niŜsza.
W Polsce stworzono wysoce efektywny Polski Rejestr Wrodzonych Wad Rozwojowych
gromadzący i analizujący przypadki nieprawidłowości płodu, noworodka i dziecka do 2 r.Ŝ. w
naszym kraju [Latos-Bieleńska'98]. Udział wad uwarunkowanych genetycznie wśród ogółu
nieprawidłowości rozwojowych oceniany jest na około 30%. Mogą być one powodowane
aberracjami chromosomowymi, mutacjami jednogenowymi lub dziedziczeniem wielogenowym.
Wady strukturalne powstają na róŜnych etapach rozwoju osobniczego, a ich nasilenie i charakter
związany jest z okresem w którym dochodzi do zadziałania czynnika teratogennego oraz czasu
ekspozycji. W około 60% nie znana jest etiologia ich powstania, ale wiadomym jest jednocześnie,
Ŝe istnieją róŜnorodne czynniki środowiskowe o działaniu teratogennym. Mnogie wady mogą
sugerować występowanie zespołów których podłoŜem są mutacje pojedynczych genów lub
aberracje chromosomowe. Ryzyko wystąpienia aberracji chromosomowej wzrasta wraz z wiekiem
matki.
Najczęściej występującą aberracją chromosomową jest zespół Downa czyli trisomia w 21
parze chromosomów (1/600 - 1/700 Ŝywych urodzeń). Opis charakterystycznego fenotypu osób z
trisomią 21 opublikował w roku 1866 angielski lekarz Langdon Down. Dodatkowy autosom w 21
parze warunkuje charakterystyczne cechy twarzy, wady serca, niedorozwój umysłowy oraz
zaburzenia budowy i funkcji tkanki łącznej. U noworodków z trisomią 21 częściej stwierdza się
hipotrofię, wady serca, niedroŜność dwunastnicy. Trisomia 18 pary chromosomów czyli zespół
Edwardsa występuje 1/3000 Ŝywych urodzeń.
U noworodków z trisomią 18 stwierdza się skrajną hipotrofię oraz liczne wady strukturalne
szczególnie częste są cięŜkie wady serca. Tylko 10% dzieci doŜywa do 1 roku Ŝycia.
Trisomia 13 pary chromosomów to zespół Patau, którego częstość jest obliczona na 1/5000
Ŝywo urodzonych noworodków. CięŜka hipotrofia, liczne wady strukturalne i charakterys-tyczne
cechy fenotypowe, w tym powaŜne wady serca, małogłowie, małoocze, holoprozencephalia - to
cechy charakterystyczne tej trisomii. Triploidia jest wadą letalną i Ŝywe porody zdarzają się
niezmiernie rzadko. Noworodki z triploidią obarczone są licznymi wadami strukturalnymi.
Badania inwazyjne: Pierwsze badania diagnostyczne zostały oparte na spostrzeŜeniu
dotyczącym znacznie częstszego występowania zespołu Downa u starszych matek powyŜej 40-go
roku Ŝycia (1909). Wprowadzenie ciągłej kontroli ultrasonograficznej podczas amniopunkcji
radykalnie obniŜyło odsetek powikłań po zabiegu. Obecnie odsetek powaŜnych powikłań po
zabiegu amniopunkcji w ośrodkach dysponujących doświadczeniem ocenia się na 0,5% (1/200).
Uzyskane amniocyty poddawane są hodowli w celu oznaczenia kariotypu płodu, a ocena
biochemiczna płynu owodniowego ma celu wykrywanie takich wad, jak otwarte wady ośrodkowego
układu nerwowego oraz powłok jamy brzusznej płodu. Ryzyko populacyjne występowania trisomii
21 u kobiet cięŜarnych od 37 roku Ŝycia zaczyna przekraczać ryzyko wynikające z diagnostyki
inwazyjnej. W krajach rozwiniętych, w tym w Polsce, ta grupa podwyŜszonego ryzyka obejmuje ok.
10% populacji cięŜarnych, co stanowi około 30% wszystkich ciąŜ z zespołem Downa.
Oznaczenia biochemiczne: Jako pierwsze oznaczenie przesiewowe wprowadzono AFP
(α-fetoproteinę), której stęŜenie we krwi cięŜarnej w przypadku otwartych wad OUN lub wad
powłok jamy brzusznej jest znacznie podwyŜszone (pomiędzy 16 a 20 tygodniem ciąŜy). W 1988
roku Wald skorelował opisywane oznaczenia hormonalne w surowicy cięŜarnej z wiekiem matki
ustanawiając nową metodę badań przesiewowych nazywaną powszechnie testem potrójnym (triple
screen
test).
Obliczono
Ŝe
wykonywanie
opisywanego
testu
potrójnego
jako
badania
przesiewowego pozwala na wykrycie w całej populacji około 60% ciąŜ z zespołem Downa przy
poziomie 5% wyników fałszywie dodatnich.
W ostatnich latach w niektórych krajach Europy Zachodniej wprowadzono test diagnostyczny
oparty na oznaczeniu białka PAPP-A i wolnej podjednostki
β-HCG w I trymestrze ciąŜy. Na podstawie analizy kilku badań stwierdzono, Ŝe test PAPP-A+βHCG przeprowadzany w I trymestrze ciąŜy odznacza się około 60% czułością przy 5% odsetku
wyników fałszywie dodatnich. Jest to wartość analogiczna jak dla testu potrójnego wykonywanego
na początku II trymestru ciąŜy. Zaletą oznaczenia PAPP-A + wolna β-HCG jest wcześniejsze
uzyskanie wyniku w niŜ w przypadku AFP + HCG + uE3, ale wykrywa on jedynie aneuploidie
chromosomowe (trisomia 21 i 18). Kolejnym minusem jest jak na razie wyŜszy koszt oznaczeń
PAPP-A + b-HCG od masowo stosowanego testu potrójnego. Aktualnie systemy ochrony zdrowia
np. USA i Wielkiej Brytanii uwzględniają jako metodę przesiewową test potrójny (takŜe dla
otwartych wad OUN oraz powłok brzucha płodu).
Badania ultrasonograficzne: Diagnostyka opisywanych wad rozwojowych poczyniła w ciągu
ostatnich 30 lat olbrzymie postępy ze względu na zrozumienie patogenezy określonych zespołów
oraz dokonanemu w ostatnich latach dynamicznemu postępowi w diagnostyce ultrasonograficznej.
Podstawowymi zaletami ultrasonografii w aspekcie badań prowadzonych ze wskazań połoŜniczych
jest na pierwszym miejscu jej bezpieczeństwo i nieinwazyjność. Cechy takie jak łatwość
zastosowania, powtarzalność, natychmiastowe uzyskanie wyniku badania i stosunkowo niewielki
jego koszt jednostkowy odgrywają takŜe waŜną rolę. Do 14 tygodnia ciąŜy jest zalecane aby
badanie było prowadzone przy uŜyciu głowicy endovaginalnej znacznie podnoszącej dokładność
obrazowania [Spaczyński'93].
Nieprawidłowości chromosomowe zazwyczaj wiąŜą się z występowaniem mnogich wad
rozwojowych. Stworzone zostały róŜne protokoły badania mającego na celu wyłonienie grupy
cięŜarnych o wysokim ryzyku wystąpienia wady genetycznej lub strukturalnej [Benaceraff,
Vintzileos]. Nicolaides podzielił uwidaczniane w trakcie badania USG wady strukturalne na duŜe
z reguły nasuwające dalsze złe rokowanie dla płodu oraz małe. Małe wady, spotykane jako
izolowane, nie powodują obciąŜenia co do dalszego rokowania, ale niejedno-krotnie mogą być
dyskretnym objawem trisomii lub teŜ mogą mieć podłoŜe nie związane z aneuploidiami.
Fałd
karkowy,
przezierność
karku
płodu:
Koniecznym
stało
się
znalezienie
cech
ultrasonograficznych jednoznacznie nasuwających podejrzenie aberracji chromosomowej płodu.
Szczególnie istotny wydało się stwierdzanie w obrazie ultrasonograficznym poszerzenie fałdu
skórnego w okolicy karku [Benaceraff'85], które ma w 1/3 przypadków jako podłoŜe
nieprawidłowości chromosomowej, z czego 75% to trisomie 21 i 18 [Nicolaides'92]. W latach
90-tych ukazała się seria publikacji omawiających moŜliwą współzaleŜność poszerzonej
przezierności karkowej (NT) w I trymestrze ciąŜy z nieprawidłowościami chromosomowymi płodu
[Nicolaides'92, Johnson'93, Pandya'95]. Wyniki przeprowadzonych w Wielkiej Brytanii badań
populacji ogólnej wykazały 77% czułość wykrywania zespołu Downa dla 5% odsetka wyników
fałszywie dodatnich [Snijders, Nicolaides]. Przyczyny poszerzenia przezierności karku zarówno
w przypadku płodów o nieprawidłowym jak i prawidłowym kariotypie są róŜne. Wśród nich
wymienia się wady serca, zwęŜenie cieśni aorty, nieprawidłowy rozwój naczyń limfatycznych,
przeciąŜenie Ŝył głowy i szyi płodu, zmiany w składzie matrix zewnątrzkomórkowym tkanki łącznej
[von Kaisenberg'98].
Inne markery aneuploidii w badaniu ultrasonograficznym w I trymestrze ciąŜy: Podejmowano
próby
znalezienia
innych
markerów
aneuploidii
poprawiających
charakterystykę
testu
wykrywczego. Znane są doniesienia mówiące o zmianie częstości podstawowej akcji serca płodu,
zaleŜności
oporu
przepływu
w
naczyniach
pępowinowych.
JednakŜe
wnioski
płynące
z opublikowanych obserwacji są sprzeczne [Hyett'96, Schats'90]. Znane są obserwacje łączące
nieprawidłowy przepływ w przewodzie Ŝylnym z istnieniem aneuploidii, wykrywanych za pomocą
tej metody w 90% przypadków [Matias'98]. Trudność techniczna związana z prawidłowym
uwidocznieniem tego przepływu powoduje, Ŝe badanie powinno być zarezerwowane dla ośrodków
specjalistycznych do których kierowane są cięŜarne z nieprawidłowym wynikiem screeningu celem
dalszej weryfikacji.
Kość nosowa: SpostrzeŜenia Langdona Downa opisującego u osobników z trisomią 21 „płaską
twarz z małym nosem” skojarzono z radiologicznymi obserwacjami opóźnionego rozwoju kostnego
w przypadku płodów z trisomią 21 [Keeling'97, Stempfle'99]. Przyczyną opóźnionego kostnienia
jest prawdopodobnie wspomniana zmiana składu funkcjonalnego matrix zewnątrzkomórkowego
w obrębie tkanki łącznej, co ma wpływ na szybkość procesu kostnienia [Moss'62]. W ostatnich
latach ukazały się doniesienia pilotaŜowe mówiące o ewentualnej moŜliwości zastosowania
stwierdzenia obecności punktu kostnienia kości nosowej jako markera trisomii [Cicero'01,
Sonek'02, Bromley'02]. Autorzy zwracają jednocześnie uwagę na potrzebę unifikacji techniki
pomiaru ze względu na róŜnice wyników pomiędzy danymi pochodzącymi z róŜnych ośrodków
[Orlandi'2003].
Wnioski
płynące
z opublikowanych
do
chwili
obecnej
prac
są
jednak
niejednokrotnie sprzeczne.
CEL PRACY
WaŜnym wydaje się być zbadanie wartości pomiaru kości nosowej dla badań przesiewowych
prowadzonych w populacji ogólnej. ZałoŜenie, Ŝe kość nosowa moŜe stać się oprócz pomiaru
przezierności karku jednym z głównych
markerów aneuploidii wydaje się być w świetle
przytoczonego rozumowania obiecująca perspektywą. Istotne jest takŜe opracowanie dla
parametrów mających wejść w skład proponowanego schematu nieinwazyjnych badań
przesiewowych własnych norm wynikających z median uzyskanych na podstawie pomiarów
dokonanych w duŜej grupie cięŜarnych (ze względu na zmienność etniczną). W planowanym
opracowaniu schematu screeningu naleŜy uwzględnić takŜe zgłaszalność cięŜarnych na pierwsze
badanie ultrasonograficzne w ciąŜy. W wielu przypadkach odbywa się ono na początku drugiego
trymestru,
co
powodowałoby
nieskuteczność
systemu
opartego
głównie
na
badaniach
w pierwszym trymestrze ciąŜy [Bromley'2002]. Jest to niezwykle aktualne w Polsce, gdzie nie ma
obowiązku wykonywania pierwszego badania ultrasonograficznego w pierwszym trymestrze ciąŜy.
Ponadto badanie wykonywane na początku drugiego trymestru niewątpliwie poprawia dokładność
rozpoznania poprzez moŜliwość szczegółowej oceny budowy strukturalnej płodu według protokołu
„sonogramu genetycznego”. Pod tym pojęciem rozumiane jest dokładne uwidocznienie morfologii
płodu z oceną ewentualnego występowania szeregu mniejszych markerów wad rozwojowych.
Proponowany schemat postępowania moŜe znacznie poprawić czułość i swoistość wykrywania
wad rozwojowych płodu i uściślić stawianie wskazań do diagnostyki inwazyjnej.
Celem pracy jest opracowanie schematu wykrywania wad rozwojowych płodu w I połowie ciąŜy
poprzez:
1. wyznaczenie norm (wielokrotności median) dla szerokości przezierności karkowej/fałdu
karkowego (NT) oraz długości kości nosowej (NB) pomiędzy 12 a 20 tygodniem ciąŜy w populacji
polskiej (korelacja z parametrami biometrycznymi CRL i BPD dla zwiększenia dokładności
oznaczeń).
2. ustalenie wartości powyŜszych parametrów jako markerów występowania wad rozwojo-wych
płodu.
3. ocena stworzonego algorytmu wykrywania wad rozwojowych płodu opartego na:
a. teście ultrasonograficznym polegającym na pomiarach przezierności karku/fałdu karkowego
kości nosowej skorelowanych z ryzykiem wynikającym z wieku matki,
b. oznaczeniach biochemicznych testu potrójnego - α-fetoproteiny (AFP), gonadotropiny
kosmówkowej (HCG), wolnego estriolu (E3),
c. uzupełniającego protokołu sonogramu genetycznego wykonywanego równolegle z pobra-niem
krwi na oznaczenia testu potrójnego,
d. kwalifikowaniu do diagnostyki inwazyjnej i przeprowadzaniu amniopunkcji z następowym
oznaczeniem kariotypu i oznaczeń biochemicznych z płynu owodniowego w przypadku dodatniego
wyniku powyŜszego schematu.
MATERIAŁ I METODA
Badania zostały wykonane w latach 1999-2003 w Instytucie Ginekologii i PołoŜnictwa
Uniwersytetu Medycznego w Łodzi. Badanie przesiewowe populacji cięŜarnych objęły grupę 1490
kobiet znajdujących się pod opieką ambulatoryjną lekarzy Instytutu lub hospitalizowanych w trakcie
ciąŜy ze wskazań połoŜniczych. W populacji objętej badaniami nie dokonywano wstępnej
preselekcji za wyjątkiem potwierdzenia ukończenia 11-go tygodnia ciąŜy według wyliczenia
metrykalnego. Badania ultrasonograficzne wykonywano aparatem ultrasonograficznym Hitachi
EUB 525 LI o cyfrowym przetwarzaniu obrazu, wyposaŜonym w funkcję 10x powiększenia (zoom)
umoŜliwiającego prowadzenie pomiarów z dokładnością 0,1 mm. UŜywano głowicy endovaginalnej
o częstotliwości 6,5 MHz lub abdominalnej o częstotliwości 3,5 MHz. Badania prowadzono wg
schematu projektu:
1. Dokonywano pomiaru długości ciemieniowo-siedzeniowej płodu (CRL) jako parametru
biometrycznego stanowiącego kryterium włączenia do populacji badanej powyŜej wartości 38 mm.
Pomiarów NT dokonywano według standardów opracowanych przez Nicolaidesa, a pomiar jądra
kostnienia kości nosowej (NB) przeprowadzano umiejscawiając znaczniki na zewnętrznych
biegunach kości (wg Cicero).
2. Analogiczne badanie wykonywano po 4 tygodniach (15-19 tydzień ciąŜy) lub jako pierwsze
u cięŜarnych później zgłaszających się na I badanie USG (u których CRL > 84 mm). Jako
podstawowy parametr biometryczny uznano wymiar dwuciemieniowy BPD jako parametr
odniesienia. Badanie ultrasonograficzne ukierunkowane na stwierdzenie lub wykluczenie
obecności markerów powaŜnych wad strukturalnych płodu prowadzono według szczegółowego
protokołu (wg Vintzileos).
3. Równolegle z powyŜej opisywanym badaniem ultrasonograficznym wykonywano oznaczenia
testu
potrójnego,
polegającego
na
ocenie
stęŜeń
α-fetoproteiny
(AFP),
gonadotropiny
kosmówkowej (HCG) i estriolu (E3) w surowicy krwi kobiet cięŜarnych. Kryterium wieku ciąŜowego
zastąpiono jak w przypadku badań ultrasonograficznych pomiarem biometrycznym wymiaru
dwuciemieniowego (BPD). Ilościowe oznaczenia markerów wchodzących w skład testu potrójnego
wykonano immunoenzymatyczną metodą ELISA/Sandwich na spektrofotometrze Cecil CE 2501
firmy BioQuest.
W pierwszym etapie badania wyznaczono normy dla populacji badanej. Dla oceny ryzyka
występowania
wad
rozwojowych
stworzono
autorski
program
komputerowy
będący
zmodernizowanym programem PRISCA zakupionym w ramach prowadzonego przez autora
projektu
badawczego
finansowanego
przez
Komitet
Badań
Naukowych
(nr
umowy
0687/P05/99/17). W przypadku nieprawidłowego wyniku uzyskanego powyŜej opisaną metodą
cięŜarna była kwalifikowana do diagnostyki inwazyjnej.
4. Amniopunkcja z pobraniem płynu owodniowego do oceny kariotypu i badania biochemicznego
płynu owodniowego. Komórki płynu owodniowego słuŜyły do hodowli a następnie oznaczenia
kariotypu płodu. W płynie owodniowym oznaczano poziom a1-fetoproteiny (AFP) metodą
immunoelektroforezy,
poziom
acetylocholinesterazy
(AChE)
metodą
Ellmana
oraz
przeprowadzano identyfikację prąŜka specyficznej AChE metodą elektroforezy. PowyŜsze badania
prze-prowadzono w Zakładzie Genetyki Medycznej Akademii Medycznej w Łodzi, kierownik
Zakładu: prof. dr hab. med. Bogdan KałuŜewski.
Grupa cięŜarnych nie poddanych prenatalnej diagnostyce inwazyjnej była monitorowana do
porodu. Po urodzeniu dzieci poddawane były specjalistycznemu badaniu neonatologicznemu z
ukierunkowaniem na rozpoznawanie wad rozwojowych.
Projekt badań przedstawiony został Komisji Etyki Badań Naukowych i uzyskał jej aprobatę,
przed kaŜdym z etapów badania cięŜarne były dokładnie poinformowane i wyraŜały zgodę. Wyniki
badań były archiwizowane w postaci plików zachowywanych w pamięci komputerowej. Uzyskane
wyniki zostały poddane analizie statystycznej.
WYNIKI
Badanie przesiewowe populacji cięŜarnych objęły grupę 1490 kobiet znajdujących się pod
opieką lekarzy Instytutu. Z populacji badanej wyłączono ciąŜe mnogie, utracone z dalszej
obserwacji, u których nie dokonano pomiarów przezierności karku lub fałdu karkowego, u których
nie udało się uwidocznić i przeprowadzić pomiaru kości nosowej. Ostatecznie do analizy
statystycznej pozostała grupa 1375 cięŜarnych, które zostały podzielone na dwie grupy:
- 1312 kobiet cięŜarnych o prawidłowym przebiegu ciąŜy
- 63 cięŜarne u których wykryto wady płodu uwarunkowane genetycznie lub wady strukturalne,
w tym: ciąŜe z aneuploidiami chromosomowymi - 34 kobiety, wady strukturalne - 29 cięŜarnych.
Wśród wad uwarunkowanych genetycznie stwierdzono: 16 płodów z trisomią 21, 6 płodów
z trisomią 18, 5 płodów z trisomią 13, 2 płody z triploidią, 2 płody z inwersją w 9 parze
chromosomów oraz 1 płód z delecją w 16 parze chromosomów. Zespół Downa w 2 przypadkach
stwierdzono pourodzeniowo (przypadki fałszywie ujemne w trakcie prowadzonych badań).
W badanej populacji oceniano charakterystyki poszczególnych metod badawczych dla ryzyka
1:200 ze względu na analogiczne ryzyko utraty ciąŜy jako powikłanie przesiewowego wykonywania
amniopunkcji. Wiek kobiet zakwalifikowanych do badań wahał się od 16 do 47 roku Ŝycia.
Zaobserwowano istotne róŜnice pomiędzy wiekiem kobiet w grupie kontrolnej a cięŜarnymi
w grupach badanych powyŜej 35 roku Ŝycia. W grupie ciąŜ prawidłowych odsetek ten wynosi 11%
w obu trymestrach, podczas gdy w grupie aberracji chromosomowych jest to aŜ 37%. Odsetek
kobiet cięŜarnych z zespołem Downa w ogólnej populacji polskiej znacznie odbiega od populacji
badanej. W Polsce wynosi on 0,15%, natomiast w grupie kobiet cięŜarnych poddanych badaniom
jest to 1,4% grupy badanej.
Wyniki otrzymane w grupie cięŜarnych o prawidłowym przebiegu ciąŜy stanowiły podstawę do
wyliczenia
norm
dla
badanych
parametrów.
Opracowano
normy
dla
markerów
ultrasonograficznych - długości kości nosowej NB, szerokości przezierności karkowej/fałdu
karkowego NT oraz biochemicznych - oznaczeń stęŜeń w surowicy cięŜarnych (test potrójny):
AFP, HCG, E3. Pomiary długości kości nosowej NB oraz przezierności karku/fałdu karkowego NT
wykazały liniowy wzrost wartości wraz z rozwojem ciąŜy. W przypadku kości nosowej, jej długość
rośnie ze znacznie większą dynamiką w stosunku do szerokości przezierności karku/fałdu
karkowego. Wartości uzyskane w oznaczeniach stęŜeń poszczególnych składowych testu
potrójnego wykazały tendencję rosnącą dla AFP i estriolu, natomiast dla β-HCG zaobserwowano
spadek wartości wraz ze wzrostem ciąŜy.
1. Wartość średnia pomiarów szerokości przezierności karku dla długości ciemieniowosiedzeniowej zawierającej się pomiędzy 35 a 85 mm wykazuje tendencję wzrostową od wartości
1,29 mm do 1,86 mm. Podobnie zachowuje się przebieg średnich dla długości kości nosowej, który
wzrasta od wartości 1,88 mm dla długości ciemieniowo-siedzeniowej równej 35 mm do 3,69 mm
dla CRL 85 mm. Wyliczono takŜe górny i dolny przedział ufności dla badanych parametrów,
wartości w nich zawarte interpretowane są jako wartości prawidłowe dla omawianych parametrów.
Uwzględniając patofizjologiczne podstawy zachowania badanych markerów wad płodu, jako
zakres normy stosowanej w praktyce wyliczone zostały linie odcięcia dla badanych parametrów w
przyjętym przedziale długości ciemieniowo-siedzeniowej płodu (CRL) i wymiaru dwuciemieniowego
(BPD) (przedział predykcji - granica 95% wyników prawidłowych). Jako charakterystykę testu
przyjęto wartości predykcyjne pomiarów dla wykrywania aberracji chromosomowych u płodu.
W odniesieniu do CRL ostatecznie stwierdzono 11 płodów z aneuploidiami, w 10 przypadkach
przeprowadzono badanie kości nosowej, a u wszystkich 11 płodów pomiar fałdu karkowego.
NB: Dla pomiarów długości kości nosowej czułość wykrywania wad utrzymuje się na poziomie
60%, podobnie swoistość która wynosi 98%. Wartość predykcyjna dodatnia (PPV(+)) równa jest
43% (przeciętnie niemal co drugi dodatni wynik testu oznacza istnienie wady). Wartość
predykcyjna ujemna (PPV(-)) wynosi 98.9% - fałszywie ujemny wynik 1/100 badań. JeŜeli
przyjmiemy,
Ŝe
załoŜeniem
testu
jest
obecność
lub
brak
kości
nosowej
w
obrazie
ultrasonograficznym w pierwszym trymestrze ciąŜy, to stwierdzamy 40% czułość ale 100%
swoistość testu.
NT: W przypadku pomiarów szerokości przezierności karkowej czułość badania to 63,6% (wykryto
7 na 11 wad chromosomowych) a swoistość 98,2%. W 38,9% przypadków nieprawidłowy wynik
badania oznacza rzeczywiście wadę chromosomową płodu (PPV(+)), a w 11 przypadkach na 600
jest fałszywie dodatni (PPV(-) równa 98,2%).
NT+NB: Charakterystykę podobną do powyŜszych badań posiada test ultrasonograficzny złoŜony
z pomiaru szerokości przezierności karku i długości kości nosowej w pierwszym trymestrze ciąŜy.
Wykryto 5 na 9 wad uwarunkowanych genetycznie (czułość 55,6%), przy czym swoistość testu
wynosiła 98,6%. Średnio co drugi wynik dodatni pokrywał się z faktycznie istniejącą wadą (PPV(+)
50%), a tylko u 1 cięŜarnej na 100 wynik jest fałszywie dodatni (PPV(-) 98,9%).
2. Wyniki prawidłowe dla pomiarów szerokości fałdu karkowego zawierają się pomiędzy średnimi
wartościami NT 1,62 mm dla wymiaru dwuciemieniowego BPD wynoszącego 20 mm do szerokości
NT 2,87 mm dla BPD równego 55 mm. Norma dla długości kości nosowej wzrasta od wartości 2,52
mm dla BPD równego 20 mm do NB 7,29 mm dla wymiaru dwuciemieniowego wynoszącego 55
mm. Obserwowany jest wzrost liniowy wartości obu badanych markerów ultrasonograficznych
w analizowanym okresie ciąŜy zarówno w stosunku do długości ciemieniowo-siedzeniowej, jak
i wymiaru dwuciemieniowego główki płodu - o znacznie większej dynamice w przypadku kości
nosowej, co widoczne jest wyraźnie w odniesieniu do parametrów biometrycznych.
NB: Dokonując pomiaru długości kości nosowej w odniesieniu do BPD zaobserwowano czułość
rzędu 68,4%, wykrywając tą metodą 13 z 19 przypadków aneuploidii chromosomowych płodu.
Swoistość wyniosła 97,4%. PPV(+) o wartości 56,5%, oznacza Ŝe w ponad 1/2 wyników dodatnich
obserwowane płody rzeczywiście miały wadę chromosomową. Natomiast w 371/381 badań
uzyskany wynik ujemny oznacza prawdziwe wykluczenie istnienia aberracji chromosomów (PPV(-)
98,4%).
NT: Dla pomiaru szerokości fałdu karkowego czułość jest jeszcze wyŜsza i wynosi 73,9% (wykryto
17 z 23 przypadków patologii chromosomowych), takŜe swoistość jest na wysokim poziomie
97,9%. PPV (+) i (-) pomiaru szerokości NT kształtują się na podobnym poziomie jak w przypadku
pomiaru NB - odpowiednio 54,8% i 99,2%.
NT+NB: Wysokie wartości wszystkich parametrów charakteryzujących badanie wykazuje test
scalony łączący w jednym obie metody diagnostyki ultrasonograficznej. Charakterystyki testu
wyliczone zostały dla pomiaru NT oraz NB w odniesieniu do pomiarów biometrycznych, ze
względu na moŜliwość dokładnego porównania wartości mierzonego markera wad do wartości
naleŜnej.
W przypadku odnoszenia pomiaru markera do wieku ciąŜowego wspomniana dokładność jest
gorsza co szczególnie wyraźnie jest widoczne w przypadku długości kości nosowej. Jej wymiar
zwiększa się szybko w trakcie ciąŜy i porównywanie wyników pochodzących z początku i końca
tego samego tygodnia mogłoby dawać wyŜszą ilość fałszywych wyników testu.
Test scalony składający się z pomiaru szerokości fałdu karkowego NT i długości kości nosowej
NB charakteryzuje się następującymi wartościami predykcyjnymi: czułość wynosi 94,7% (wykryto
18 na 19 aneuploidii), swoistość jest na poziomie 98,9% czyli wynik ujemny tylko u co setnej
cięŜarnej jest nieprawdziwy, PPV(+) równa jest 90% (dodatniego wyniku testu 9/10 płodów
oznacza rzeczywistą wadę chromosomową), PPV(-) to 99,7%, a więc tylko w przypadku 3/1000
zbadanych kobiet cięŜarnych wynik testu jest fałszywie ujemny.
TT: Wyznaczono normy dla składowych oznaczeń biochemicznych testu potrójnego
w odniesieniu do wymiaru dwuciemieniowego BPD główki płodu wyznaczanego w trakcie
poprzedzającego pobranie krwi badania ultrasonograficznego. Pobranie krwi w celu wykonania
testu potrójnego (AFP, HCG, Estriol) przeprowadzono w przypadkach gdy wymiar BPD był równy
lub większy niŜ 30 mm (co odpowiada 15 i więcej tygodni ciąŜy), ze względu na wymogi
metodyczne dotyczące testu.
Wyliczone średnie wartości prawidłowe wynoszą: α-fetoproteina (AFP) wzrost stęŜenia
w surowicy krwi matki od 35,3 IU/ml dla BPD 30 mm do 110 IU/ml dla BPD 55 mm, gonadotropina
kosmówkowa (HCG) spadek stęŜenia w surowicy krwi matczynej od 30 295 mIU/ml dla BPD 30
mm do 11 365 mIU/ml dla BPD 55 mm, wolny estriol (free E3) wzrost koncentracji w surowicy krwi
matki od 1,97 ng/ml dla BPD 30 mm do 7,69 ng/ml dla BPD 55 mm.
Normy uzyskano poprzez wyliczenie wartości oczekiwanych dla poszczególnych wartości
pomiarów biometrycznych oraz określono górną i dolną granicę 95% przedziału ufności.
W przypadku wad chromosomowych płodu znamienny jest spadek stęŜenia alfafetoproteiny
i wolnego estriolu oraz analogiczny wzrost koncentracji choriongonadotropiny kosmówkowej.
Dlatego w celu zastosowania testu do wykrywania aneuploidii chromosomowych wyznaczone
zostały odpowiednie linie odcięcia, przy czym obszar predykcji dla AFP i E3 zawiera się poniŜej
linii odcięcia, natomiast dla HCG wspomniany obszar predykcji zawiera się powyŜej linii odcięcia
prowadzonej poprzez wartości predykcyjne dla BPD. Do zastosowania oznaczeń stęŜenia AFP do
diagnostyki otwartych wad OUN i powłok brzucha płodu wyznaczono obszar predykcji znajdujący
się powyŜej linii odcięcia (odwrotnie niŜ w przypadku wykrywania aberracji chromosomowych)
uzyskano czułość 94,4%, swoistość 95%.
Dokonano oceny testu zintegrowanego - korelacji scalonego testu ultrasonograficznego
(NT+NB) z biochemicznym testem potrójnym: czułość wykrywcza aneuploidii wyniosła 94,7%
(rozpoznano 18 na 19 wad). Swoistość wyniosła 99,2 % czyli uzyskano 375/ 378 przypadków
prawidłowego przebiegu ciąŜy. PPV(+) wyniosła 85,7% (5/6 wyników dodatnich było rzeczywistym
wykryciem wady). PPV(-) na poziomie 99,7% oznacza, Ŝe wyników fałszywie ujemnych
stwierdzono tylko 0,3%.
Dokonano takŜe oceny charakterystyki badania ultrasonograficznego wykonywanego według
szczegółowego protokołu oceny markerów wad. Stwierdzono czułość o wartości 80% dla badań
ultrasonograficznych ukierunkowanych na wykrywanie wad strukturalnych w odniesieniu do CRL
oraz 100% swoistość powyŜszej metody. PPV (+) badania wyniosła 100%, a negatywna 99,7%.
W odniesieniu do BPD uzyskano wartość absolutną wynoszącą 100% dla wszystkich cech
charakteryzujących powyŜsze badanie ultrasonograficzne.
Na podstawie uzyskanych wyników oraz analizy danych epidemio-logicznych dla ogółu kobiet
cięŜarnych w Polsce dokonano statystycznej ekstrapolacji wartości prognostycznej analizowanego
testu. Jako załoŜenie przyjęto zastosowanie go w ogólnej populacji polskiej. Dla wykrywania
aneuploidii poprzez wdroŜenie testu scalonego opartego na pomiarach fałdu karkowego NT
i długości kości nosowej NB (w odniesieniu do wymiaru dwuciemieniowego BPD) PPV(+) wyniesie
21,2% a negatywna wartość predykcyjna 99,99%. Dla testu zintegrowanego, gdzie dodatkowo
przeprowadzane
byłyby równolegle
oznaczenia
biochemiczne
testu
potrójnego
wartości
predykcyjne kształtowałyby się na poziomie analogicznym. Wyniki prognostyczne proponowanego
schematu diagnostycznego oznaczają Ŝe co piąta amniopunkcja będzie rzeczywiście potwierdzała
aneuploidię.
Dla porównania policzono charakterystykę prognostyczną inwazyjnego badania przesiewowego (amniopunkcji) wykonywanego na podstawie ryzyka wystąpienia aneuploidii określanego na
podstawie wieku cięŜarnych. W tym przypadku dla punktu odcięcia 1/200 kobiety cięŜarne 37
letnie i starsze PPV(+) wynosi 0,9%, czyli 1/100 amniopunkcji przyniesie wynik pozytywny.
Na podstawie połoŜniczych danych populacyjnych dla Polski w 2002 roku przyjęto, Ŝe powyŜej
37 roku Ŝycia jest około 20 000 kobiet cięŜarnych/rocznie. Przyjmując predykcję przesiewowego
badania inwazyjnego amniopunkcji, w przypadku zastosowania jej w popu-lacji polskich cięŜarnych
37-letnich i starszych - oznaczałoby to wykrycie około 200 przypadków aneuploidii (1/100) przy
jednoczesnej utracie około 100 prawidłowych ciąŜ (0,5% powikłań). Natomiast dla proponowanego
schematu badań w omawianej grupie cięŜarnych dla wykrycia 200 aneuploidii wystąpi konieczność
wykonania w przybliŜeniu 1000 amniopunkcji z utratą 5 przypadków ciąŜ prawidłowych (0,5%).
Program badań ultrasonograficznych (test scalony obejmujący ocenę szerokości NT i długości
NT) ze względu na swoją nieinwazyjność, wysoką wartość predykcyjną i niski koszt mógłby objąć
całą populacją cięŜarnych w Polsce. Przyjmując powyŜsze załoŜenie w 2002 roku zostałby
zastosowany u 349 000 cięŜarnych. PoniewaŜ ogólną częstość urodzeniową aneuploidii szacuje
się w naszym kraju na 0,3%, to wynika z tego arytmetyczne obliczenie około 1050 przypadków.
Biorąc pod uwagę charakterystykę proponowanego schematu, wykryciu w trakcie badań uległoby
około 1000 z 1050 przypadków aberracji chromosomowych (czułość 94,7%), a konieczne dla
potwierdzenia ostatecznego aneuploidii byłoby wykonanie około 5000 amniopunkcji (pozytywna
wartość predykcyjna wyliczona dla populacji w Polsce 21,2%).
Przeanalizowano teŜ wartość prognostyczną badania ultrasonograficznego prowadzonego
według protokołu wykrywania wad strukturalnych. Porównano dane epidemiologiczne populacji
badanej i ogólnopolskiej - wyliczono Ŝe statystycznie powinno być w badanej populacji 19 wad
strukturalnych. Zaobserwowano wyŜszą częstość (29 przypadków), jednak zarówno czułość
jak i swoistość w odniesieniu do BPD wyniosła 100% więc PPV (+) i (-) w populacji Polski teŜ
wyniesie 100%.
Reasumując:
1. Skorygowano przebieg normy dla pomiarów ultrasonograficznych szerokości przezierności
karkowej/fałdu karkowego (NT) w odniesieniu do długości ciemieniowo-siedzeniowej CRL
oraz wymiaru dwuciemieniowego płodu BPD.
2. Wyznaczono przebieg normy dla pomiarów ultrasonograficznych długości kości nosowej
płodu (NB) w odniesieniu do długości ciemieniowo-siedzeniowej CRL oraz wymiaru
dwuciemieniowego płodu BPD.
3. Skorygowano przebieg norm dla oznaczeń biochemicznych w surowicy krwi cięŜarnych αfetoproteiny, choriongonadotropiny kosmówkowej, wolnego estriolu w odniesieniu do
wymiaru dwuciemieniowego płodu BPD.
4. Dokonano analizy wartości predykcyjnych badań ultrasonograficznych i biochemicznych
w korelacji z wiekiem matki jako markerów występowania wad rozwojowych u płodu.
Stwierdzono wyŜsze wartości predykcyjne dla badań korelowanych z wymiarem
dwuciemieniowym główki płodu.
5. Oznaczono wartości predykcyjne proponowanego schematu badań prenatalnych dla
wykrywania wad rozwojowych płodu w ogólnej populacji kobiet cięŜarnych w Polsce.
WNIOSKI:
Na podstawie przedstawionych wyników wyciągnięto następujące wnioski:
1. Opracowano nowy parametr biometryczny długość kości nosowej (NB) oraz skorygowany
szerokość przezierności karkowej/fałdu karkowego (NT). Stanowią one uŜyteczne markery
wad rozwojowych płodu , w szczególności aberracji chromosomowych.
2. Wysokie wartości predykcyjne schematu badań zarówno dla wykrywania aneuploidii jak
i wad strukturalnych rekomendują stosowanie go w odniesieniu do wymiaru dwuciemieniowego dla wykrywania wad płodu.
3. Proponowany schemat badań prenatalnych stanowi skuteczny algorytm diagnostyczny
o wysokich wartościach predykcyjnych wykrywania wad płodu w I połowie ciąŜy.
4. Wprowadzenie proponowanego algorytmu diagnostycznego mogłoby istotnie zmniejszyć
ilość badań inwazyjnych w grupie cięŜarnych o podwyŜszonym ryzyku wystąpienia wady
rozwojowej, obniŜając ilość potencjalnych utrat ciąŜy w wyniku zabiegów diagnostyki
inwazyjnej.
5. Proponowany schemat badań ultrasonograficznych charakteryzujący się wysoką predykcją
dla
wykrywania
wad
rozwojowych,
niskim
kosztem
wykonania
i
absolutnym
bezpieczeństwem dla płodu mógłby zostać zastosowany w ogólnej populacji cięŜarnych
w Polsce.
DIAGNOSTIC SCHEMA FOR FETAL MALFORMATIONS IN THE FIRST
HALF OF PREGNANCY WITH SPECIAL REMARK ON THE
CHROMOSOMAL ABNORMALITIES
PIOTR SIEROSZEWSKI
ABSTRACT
Introduction
The rapid development of the medicine science has changed the reasons of the perinatal and
neonatal mortality and morbidity. Previously dominant factors like labour complications, congenital
infections, diabetes or Rh immunization are now largely limited. But the frequency of the fetal
malformations and genetic syndromes is still at the same level of 3%. In Poland was created
a highly effective Polish Register for the congenital malformations in which are recorded and
analysed all cases of the fetal and neonatal defects in our country (until 2 year of age) [LatosBieleńska'98]. About 30% of all malformations are of genetic origin. Here are chromosomal
aberrations, single mutations or multifactor inheritance of importance. The structural malformations
come into existence on various stages of fetal development. Therefore the character and degree of
the abnormality are dependent on the moment of the harmful, teratogenic exposition. The risk of
the chromosomal aberration increase together with the age of the pregnant woman. The most
common chromosomal aberration is trisomy 21 called Down syndrome (1/600-1/700 of live births).
The consequences of the additional autosom in the 21 chromosome pair are characteristic features
of the face, heart defects, mental handicap. The other chromosomal abnormalities like Edwards
syndrome (trisomy 18), Patau syndrome (trisomy 13) and triploidy are connected with a high rate of
intrauterine and postnatal mortality, severe growth restriction and multiple structural defects.
Invasive diagnostic. The first diagnostic policy was to perform invasive procedures for
karyotyping by mothers over 36 years of age seen as high risk group. Introduction of ultrasound
guided amniocentesis provided a rapid decrease in the complications rate of the method (now
about 0,5%). The biochemical examination of the amniotic liquid can detect open neural and
abdominal wall defects. The high risk group makes in Poland ca. 10 % of the pregnant women and
this group comprise about 30% of the Down syndrome cases.
Biochemical tests. The serological examinations were introduced as screening method for
diagnostic of chromosomal aberrations. Here are concentrations of following substances
examined: AFP alfafetoprotein which is important not only as aneuploidy marker but also as open
neural and abdominal wall defects detector, then choriongonadotropine HCG and free estriol E3 .
All of these components with correlation to the mother's age are well known as triple screen test
which has about 60% sensitivity for the Down syndrome detection with 5% false positive results.
Next serological investigation which is also useful for the diagnostic of the trisomy 21 and 18 is
PAPP-A and β-HCG test. The sensitivity and false positive results rate is similar to the triple screen
test but PAPP-A and β-HCG could be performed earlier in pregnancy. The negative aspects of the
PAPP-A and β-HCG in comparison with triple screen test are usefulness only for detection of the
trisomies 21 and 18 and higher cost of the laboratory kits.
Ultrasound diagnostic. Ultrasound diagnostic of the fetal abnormalities made a dramatic
progress during the last 30 years. The most important advantages of the diagnostic are safety,
non-invasive character, repeatability, real time result and relative low cost of the method. Until 14
weeks of pregnancy there is recommended to perform the obstetrical scan using an endovaginal
probe [Spaczynski'93]. Chromosomal abnormalities are mostly connected with multiple
morphological defects of the fetus. There are proposed and used many protocols of the genetic
sonograms [Benaceraff, Vintzileos]. Nicolaides differentiate the defects as major and small. The
major ones are bounded with bad prognostic for the further fetal development. The small ones are
often isolated and produce no complications in the intrauterine growth. Furthermore the small
defects are not connected with chromosomal aberrations.
Nuchal translucency there was a need to find ultrasound features with a strong prognostic
value for chromosomal aberrations. The first observation about specific thickening of the nuchal
fold in case of trisomy 21 reported Benaceraff (1985). Numerous studies in the next years
confirmed this observation and gave the proofs to bring over the main point of nuchal translucency
diagnostic to the first trimester [Szabo'90, Nicolaides'92]. The multicentre studies in the low-risk
populations gave the evidence of the about 77% sensitivity by 5% false positive rate of this
ultrasound test for the chromosome abnormalities detection [Snijders, Nicolaides'98, Pajkrt'98].
The reasons of the nuchal thickening are heart defects, narrowing of the aortic isthmus, abnormal
development of the lymphatic vessels and jugular vein and the changes in the composition of the
matrix of the connective tissue. The last fact is very specific for the trisomy 21 because the
expression genes of the collagen production are situated on this chromosome pair [von
Kaisenberg'98].
The other aneuploidy markers there were many studies published about possible connection
between various ultrasound markers and chromosomal abnormalities. The examples are fetal,
basic heart rate or increased blood flow resistance in the umbilical artery in the case of
chromosomal aberration but the results stay still very controversial. The opposite significance
possess the assessment of the blood flow in the ductus venosus which is helpful in the detection of
aneuploidy but there is a technical difficulty to carry out such investigation. Therefore this method
is preserved for the perinatal centres and not suitable for the screening.
Nasal bone the flat face with a small nose (Langdon Downs observation) were associated with
morphological observations of the delayed skeletal development in the trisomic fetuses
[Keeling'97, Stempfle'99]. The reason is already described change in the composition of the
extracellular matrix what has an influence on the ossification process [Moss'62]. In the last years
were published first publications about possible application of the nasal bone measurement for
trisomy detection [Cicero'2001, Sonek'2002, Bromley'2002]. The authors emphasize the need for
the unification of the ultrasound measurement method because of the different results obtained in
the various centres [Orlandi'2003]. Therefore the conclusions drawn from the studies vary.
The assessment of the prognostic value of nasal bone measurement as one of the main
aneuploidy markers seems to be a significant aim. Moreover, very important is to estimate normal
ranges in polish population for the studied parameters of the prenatal diagnostic (nasal bone,
nuchal translucency and triple screen test in correlation to biometric data CRL and BPD). Then the
next main target is to work out a diagnostic schema for fetal abnormalities with taking into
consideration the average gestational age in Poland in which the pregnant women come for the
first ultrasound scan. The recommendation of the national consultant for gynaecology & obstetrics
says about the first scan at the start of the second trimester (16-20 weeks). This pregnancy period
makes possible to get the best ultrasound window for precise ultrasound assessment of the fetal
morphology. For this reason is the special ”genetic sonogram” protocol proofed already in many
studies in common clinical use.
The proposed non-invasive algorithm of the prenatal diagnostic could improve the sensitivity of
the method and precise the indications for invasive procedures (amniocentesis).
The aim
The main aim of the study is to work out a diagnostic schema for prenatal diagnostic in the first half
of the pregnancy with special remark on the chromosomal aberrations. This will proceed in the
following phases:
1. Normal values estimation for the nuchal translucency (NT) and nasal bone (NB) measurement in
a gestational age between 12 and 20 weeks (correlation with biometric parameters CRL and BPD
for the improvement of the assessment precision).
2. Prognostic value analysis of the parameters as markers of fetal abnormalities.
3. The evaluation of the created diagnostic schema for the fetal malformations detection. The
schema contains the following components:
-
ultrasound test comprising the measurements of the nuchal translucency and nasal bone
length correlated with mother's-age risk,
-
biochemical triple screen test - a-fetoprotein (AFP), choriongonadotropin (HCG), free estriol
(E3),
-
complementary “genetic sonogram” protocol carried-out parallel to the triple screen test,
-
invasive diagnostic (amniocentesis) in a case of positive result of the schema.
Material and method
The study was done in years 1999-2003 in the Institute of Gynecology and Obstetrics
Medical University of Łódź. Under examination was put the population of 1490 pregnant women
who were under the ambulant care or hospitalised in the Institute during the pregnancy. In the
studied population no preselection was done only the ultrasound confirmation that the calculated
gestational age was over 11 weeks. Ultrasound scans were performed by Hitachi EUB 525 LI
digital scanner possessing 10x zoom function what makes possible the measurements with
0.1 mm precision. The research was carried out following the schema:
1. Crown-rump length of the fetus was measured as an inclusion criterion for the study collective
(over 38 mm). The measurements of the nuchal translucency was performed following the
standards of Nicolaides and nasal bone following the method published by Cicero.
2. Then the next scan was performed after 4 weeks or as the first examination in the group of
pregnant women who came for the start visit over 14 weeks (CRL over
84 mm). The basic biometric parameter as reference for the pregnancy age was taken BPD
(biparietal diameter). Ultrasound scan designed to check out the fetal morphology according to
“genetic markers” examination protocol was made at the same time.
3. Parallel to the ultrasound examination was performed the triple screen test including estimation
of a-fetoprotein (AFP), choriongonadotropin (HCG) and free estriol (E3) serum levels. The
reference criterion to establish the correlation was taken also BPD. Quantitative biochemical
estimation was performed using immunoenzymatic method ELISA/Sandwich by means of
spectrophotometer Cecil CE 2501 (BioQuest company).
At the first phase of the research were estimated the normal values for polish population. For the
fetal abnormalities risk assessment was made own computer programme on the basis of PRISCA
software. In case of an abnormal result of the examination the pregnant woman underwent the
invasive diagnostic (amniocentesis).
4. Amniocentesis was carried out under the ultrasound real-time visualisation. Amniotic fluid cells
was used for the culture and then karyotyping, this procedure was done in the Department of
Medical Genetic Medical University of Łódź.
The studied population was observed until delivery, then the babies underwent an detailed
examination in the Neonatology Department of the Institute. The research project was proofed and
approved by the Scientific Research Ethics Committee. All pregnant women were thoroughly
informed and written consent was obtained. The examination results were recorded and saved as
PC computer memory files. The all results were put into the statistical analysis.
The results
The study population comprised 1490 pregnant women but from the analysed group were
excluded multiple pregnancies, lost in follow, the cases without NT or NB measure. Finally for the
statistical analysis were put the collective of 1375 pregnant women divided into 2 groups:
-
1312 women with normal course of pregnancy.
-
63 women with diagnosed fetal abnormalities of chromosomal or structural origin. There
were 34 cases of chromosomal abnormalities and 29 cases of structural malformations.
Following aneuploidies were found out: 16 cases with trisomy 21, 6 with trisomy 18, 5 with
trisomy 13, 2 with triploidy, 2 with unbalanced inversion 9 and 1 with deletion in the 16 pair.
In 2 cases Down syndrome remained unexplored until delivery (false negative outcomes). The
characteristics of the investigated methods were calculated for the risk cut-off point of 1:200
because of the same risk level for the invasive diagnostic. The age of the women in the studied
population were between 16 and 47 years. There were observed significant differences between
women's age in controls and studied groups over 35 years of age. In the normal collective there is
11% but in the chromosomal aberrations there is 37% of the older mothers group. The percentage
of the Down syndrome group in the normal polish population of pregnant women is 0.15% and in
the studied population this is 1.4%.
The results obtained in the collective of normal pregnancies established a base for the normal
values calculation. There were calculated normal values for ultra-sound markers nasal bone length
(NB), nuchal translucency (NT) and biochemical estimations of the triple screen test AFP, HCG, E3
serum levels. The measurements of NB and NT showed linear value increase with the pregnancy
course.
1. For the nuchal translucency measurement correlated with CRL (38-85 mm) the values increased
from 1.29 mm to 1.86 mm. Similar were the tendency for the nasal bone length which grows from
1.88 mm to 3.69 mm. There were also calculated confidence intervals for the measured
parameters (normal values). Taking into consideration the pathology of the fetal abnormalities
were calculated cut-off points for the markers (prediction partition including 95% of the normal
values). For the fetal abnormalities caused by chromosomal aberrations the measurements of
markers were done. Following test characteristics (correlation to CRL) were noted:
-
nasal bone NB sensitivity 60%, specificity 98%, positive predictive value (PPV+) 43%,
negative predictive value (NPV-) 98,9%. For the assumption that the test outcome means
presence or absence of the nasal bone in the ultrasound scan sensitivity was 40% but
specificity 100%.
-
nuchal translucency NT sensitivity 63,6%, specificity 98,2%, PPV+ 38,9%, PPV- 98,2%.
-
NT + NB
presents similar characteristic to the NB or NT alone - sensitivity 55,6%,
specificity 98,6%, PPV+ 50%, NPV- 98,9%.
2. The normal values of the markers in correlation with biparietal diameter BPD (20-55 mm) were
observed as follows: nuchal translucency NT from 1.62 mm increases to 2.87 mm, nasal bone
length NB from 2.52 mm to 7.29 mm. The linear increase of the nasal bone length has markedly
greater dynamic than nuchal translucency thickness. Following test characteristics for
chromosomal aberrations markers (correlation to BPD) were noted:
-
nasal bone NB - sensitivity 68,4%, specificity 97,4%, PPV+ 56,5%, NPV- 98,4%.
-
nuchal translucency NT - sensitivity 73,9%, specificity 97,9%, PPV+ 54,8%, NPV- 99,2%.
-
NT + NB - sensitivity 94,7%, specificity 98,9%, PPV+ 90%, NPV- 99,7%.
In the test characteristics calculations was used correlation to the biometric parameters because of
the better precision when compared with gestational age in weeks. This is especially good visible if
nasal bone length was analysed. The bone growth progress is fast and the values from the start
and the end of the same week differ substantially. It could be lead to greater number of false
results of the test.
-
triple screen test TT - there were estimated normal values correlated with BPD (starting
from BPD over 30 mm). Mean normal values in BPD partition between 30 and 55 mm:
-
AFP - 35.3 - 110 IU/ml, HCG - 30 295 - 11 365 mIU/ml, free E3 - 1.97 - 7.69 ng/ml.
For chromosomal aberrations significant is decrease of the concentration of AFP and free E3
with parallel increase of the HCG concentration. Therefore were calculated cut-off points for the
components of the triple test - for AFP and E3 detection compartments are under and for HCG
over the 95% confidence intervals. For the detection of the open neural and abdominal defects the
cut-off points were indicated over the 95% confidence interval. For the structural defects were
observed the sensitivity of 94.4% and specificity of 95%.
Then were calculated integrated test characteristics (NT+NB+TT) for the chromosomal
aberrations detection sensitivity 94.7%, specificity 99.2%, PPV+ 85,7%, NPV- 99.7%.
There were also analysed characteristic of the “genetic sonogram” protocol for the structural
defects detection: the sensitivity was 80%, specificity 100%, PPV+ 100%, NPV- 99.7%.
On the basis of the obtained results and evaluation of the epidemiological data was done a
statistical extrapolation on general population of pregnant women in Poland. For the detection of
chromosomal aberrations the characteristics of the integrated test (correlated to BPD) was
calculated as follows: PPV+ 21.2% and NPV- 99.99%. The prognostic values means that each fifth
amniocentesis could really confirm an aneuploidy. If the screening method remains amniocentesis
by each woman over 36 years of age then PPV+ is 0.9% - means that 1 in 100 amniocenteses
could detect a chromosomal aberration.
Basing on the obstetrical data for polish population in 2002 was found out that there is
approximately 20 000 pregnant women over 36 years of age in a year. Taking into consideration
the predictive values of the invasive diagnostic this policy could detect about 200 aneuploidies in a
year but complicated by the 100 miscarriages as a side effect of the invasive procedure (0.5%).
For the proposed diagnostic schema to detect 200 aneuploidies may be needed to perform about
1 000 amniocenteses what could be associated with only 5 miscarriages.
The ultrasound examinations algorithm (integrated test containing NT and NB) characterised
as non-invasive, highly predictive and inexpensive could be introduced in the whole population of
pregnant women in Poland. Taking the assumption in 2002 the test would concern about 349 000
women. The chromosomal aberrations frequency is estimated for 0.3% that makes about 1050
aneuploidies in a year. The integrated test application could result in a detection of about 1000 of
the cases (sensitivity 94.7%) and for an definite confirmation of the abnormalities would be needed
about 5000 amniocenteses (PPV+ for the population in Poland 21.2%).
Recapitulation of the study results:
1. The estimation of the normal values for nasal bone length NB and correction for nuchal
translucency NT correlated to biometric parameters CRL and BPD.
2. The correction of the normal values for biochemical triple screen test (AFP, HCG, E3)
correlated to BPD (30-55 mm).
3. The evaluation of the predictive values of the ultrasound and biochemical tests as markers
of chromosomal abnormalities of the fetus. Higher prediction were observed for the
correlation with biparietal parameter.
4. The assessment of the predictive values of proposed prenatal diagnostic schema for
detection of fetal abnormalities in general obstetrical population in Poland.
Conclusions:
On the base of the presented results were drawn following conclusions:
1. The new biometric parameter nasal bone length (NB) and corrected nuchal translucency
thickness (NT) are useful markers of fetal abnormalities, especially of chromosomal
aberrations.
2. High predictive values of the diagnostic schema for the detection of aneuploidies and
structural defects recommend its use in correlation with biparietal diameter (BPD).
3. The proposed schema is an effective algorithm for prenatal diagnostic characterised by
high prognostic values.
4. The possible introduction of the schema could have an influence on the decrease of the
invasive procedures rate what could minimise the miscarriage number as side effect of the
amniocenteses.
5. The proposed ultrasound test characterised by a high prediction in the fetal abnormalities
detection, low cost of the performance and absolute safeness for the fetus could be
introduced to general obstetrical population in Poland. It could help on the one hand in the
protection of pregnant women from stress connected with uncertainty about the fetal
development. On the other hand it could prevent the family shock in the cases of the
abnormalities detection.