Alterações comportamentais e a análise do estresse oxidativo na idade adulta de animais expostos a hipóxia pré-natal

A Hipóxia-Isquêmica (HI) pré-natal é caracterizada por uma redução no aporte de oxigênio e nutrientes para o feto durante o período gestacional, que pode acarretar, a longo prazo, em dificuldade de concentração e aprendizagem, hiperatividade e déficit de memória. Esses prejuízos podem persistir ou se agravar até a idade adulta, levando ainda ao aparecimento de doenças como epilepsia e paralisia cerebral (PC). A privação de oxigênio e nutrientes, assim como o estresse materno, anemia, eclâmpsia e uso de drogas durante a gestação, podem causar estresse oxidativo durante os períodos críticos do desenvolvimento, e pode ser a principal razão para as mudanças que levam a programação fetal. O objetivo deste estudo foi relacionar a geração de espécies reativas e a consequente formação de estresse oxidativo nos animais adultos, com as alterações da biodisponibilidade do óxido nítrico de forma sistêmica, além de mudanças nos comportamentos motor e de ansiedade, manutenção da memória e aprendizado. Para a hipóxia, foi utilizado o modelo de clampeamento das artérias uterinas das ratas no 18 dia gestacional por 45 min, analisando os filhotes após 90 dias de nascidos. Foram utilizados os testes Open Field e labirinto em cruz elevada para a análise comportamental, e análises das enzimas glutationa peroxidase (GPx), superóxido desmutase (SOD) e catalase, além de quantificação de nitritos, TBARs e carbonilação de proteínas para avaliação de mecanismos oxidantes e antioxidantes. Os resultados demonstraram que o insulto durante a gestação pode acarretar em redução na formação da enzima GPx, além de maior concentração de nitritos analisados nos soros dos animais hipoxiados quando comparados aos controles, contribuindo para o dano oxidativo. Também foi observada redução na memória de habituação e comportamento motor, além de elevado comportamento ansioso em animais hipoxiados, diferentemente de controles. Concluímos assim que a hipóxia isquêmica pré-natal pode alterar permanentemente o estado oxidativo dos animais, além de atuar na formação do comportamento motor, memória de habituação e ansiedade. As descobertas aqui apresentadas contribuem para ampliar o entendimento acerca do evento de hipóxia isquêmica pré-natal, além de prover ferramentas para o desenvolvimento de mecanismos protetores e preventivos aos possíveis danos por ela causados.

Avaliação do estrese oxidativo e da via L-arginina-óxido nítrico em plaquetas na gestação normal e na pré-eclâmpsia

A Pré-eclâmpsia (PE) é uma síndrome hipertensiva específica da gravidez, atualmente compreendida como uma doença sistêmica que cursa com inflamação, distúrbios da coagulação, desordens metabólicas, disfunção endotelial e desequilíbrio entre agentes vasoconstrictores e vasodilatadores. Contudo, a fisiopatologia da PE ainda não foi completamente elucidada. Este estudo investigou, em 51 gestantes, o estresse oxidativo, a via L-arginina-óxido nítrico e agregação plaquetária, na gestação normal (n=27) e na PE (n=24). Amostras de soro e plaquetas de gestantes normotensas e com PE, foram utilizadas para a medida de espécies reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBARS), a carbonilação de proteínas, a atividade das enzimas superóxido dismutase (SOD), catalase (CAT) e glutationa peroxidase (GPx), assim como a produção de óxido nítrico (NO) pela formação de nitrito. Nas plaquetas foram avaliados, também, o transporte de L-arginina, a atividade da óxido nítrico sintase (NOS) e a agregação plaquetária. Em amostras de plasma foram realizadas medidas da proteína C reativa ultra-sensível (PCRus) e do aminoácido L-arginina. Estes resultados demonstram que não há diferença nas medidas da proteína C reativa e da L-arginina entre gestantes normotensas e com PE. A formação de nitritos e a atividade das enzimas antioxidantes SOD, CAT e GPx se encontram reduzidas no soro de gestantes com PE, enquanto a medida de TBARS e a carbonilação de proteínas não foi diferente das gestantes normotensas. Em plaquetas, o transporte de L-arginina pelo sistema y+L está diminuído na PE, ao passo que, a atividade da NOS, a formação de nitrito e a agregação plaquetária não modificaram em relação a gestação normal. A carbonilação de proteínas está aumentada em plaquetas na PE e a atividade da CAT está reduzida. Concluiu-se, que a menor formação de nitrito no soro sugere uma menor produção de NO em pacientes com PE. Este dado correlaciona com uma redução da defesa antioxidante observada pela menor atividade das enzimas SOD, CAT, GPx que deve contribuir para uma maior inativação do NO. Apesar dos níveis plasmáticos normais de L-arginina na PE, o sistema de transporte via y+L está reduzido em plaquetas, o que pode estar associado em parte ao estresse oxidativo que contribui para alterações físicas e estruturais da membrana, podendo afetar o influxo do aminoácido. Apesar do transporte de L-arginina reduzido e do aumento do estresse oxidativo em plaquetas na PE, não houve alteração da atividade da NOS, da produção de NO e da agregação plaquetária, indicando que mecanismos compensatórios possam estar contribuindo para a manutenção da produção de NO e de sua função modulatória sobre a agregação

Papel do sistema renina-angiotensina e do desequilíbrio redox em modelo experimental de pré-eclâmpsia induzida por L-NAME

Pré-eclâmpsia (PE), uma síndrome sistêmica da gestação caracterizada por proteinúria e hipertensão, está associada a uma significativa mortalidade tanto materna quanto fetal. Eentretanto, sua fisiopatologia ainda não é totalmente compreendida. Apesar de um expressivo aumento da atividade do sistema renina-angiotensina (SRA) na gestação normal, a pressão arterial não aumenta. Além disso, a redução da pressão de perfusão intra-uterina promove um aumento na liberação de espécies reativas de oxigênio que podem contribuir para a hipertensão na gestação. Dessa forma, o objetivo deste trabalho foi estudar o papel do SRA vascular, assim como, do estresse oxidativo plasmático, cardiorenal e placentário para a regulação cardiovascular materna em ratas normotensas e em modelo de PE induzida por L-NAME. Foi observado um aumento da pessão arterial em animais que receberal L-NAME. As ratas grávidas + L-NAME apresentaram um menor ganho de massa corporal durante a gestação, menor múmero de filhotes vivos, maior número de abortos, menor massa placentária total e fetos com menor massa corporal. Foi observada uma redução na resposta vasodilatadora induzida por acetilcolina (ACh) e angiotensina (Ang) II, aumento na resposta vasodilatadora induzida por nitroglicerina (NG) e aumento na resposta vasoconstritora induzida por fenilefrina (Phe) e Ang II em LAM de ratas grávida e não grávidas que receberam L-NAME. Não foi observada diferença na expressão dos receptores AT1 e AT2 e das enzimas ECA, ECA2 e eNOS. Foi observado um aumento na concentração plasmática de renina e bradicinina (BK) em ratas grávidas + L-NAME e uma redução na concentração de Ang 1-7. As ratas grávidas e grávidas + L-NAME apresentaram um aumento nos níveis séricos de estradiol. Os níveis de malondialdeído e carbonilação de proteínas estava aumentados e a atividade das enzimas antioxidantes SOD e GPx estavam reduzidas em ratas grávidas e não grávidas que receberam L-NAME. A atividade da CAT não apresentou diferença entre os grupos. Em conclusão, uma redução na vasodilatação induzida pela Ang II associada a um aumento da vasoconstrição promovida por este peptídeo, sugerem uma contribuição do SRA no desenvolvimento das complicações características da PE observadas no modelo experimental de PE induzido por L-NAME. Do mesmo modo, a peroxidação lipídica e oxidação de proteínas aumentadas, assim como, as atividades enzimáticas antioxidantes reduzidas sugerem a contribuição de uma defesa antioxidante comprometida e um dano oxidativo aumentado para o desenvolvimento da hipertensão e disfunção endotelial, aumento da mortalidade fetal e retardo do crescimento intra-uterino observados no modelo de PE estudado.

Selénio e a importância para o organismo humano

O selénio (Se) é um micronutriente essencial para o crescimento, desenvolvimento e normal metabolismo dos animais, incluindo o ser humano. É parte integrante de um conjunto de proteínas, as selenoproteínas, com ação antioxidante (protegendo as membranas celulares contra danos dos radicais livres), envolvidas no metabolismo das hormonas da tiróide, na regulação do crescimento e viabilidade celular, nas funções do sistema imune e na reprodução. É introduzido na dieta alimentar (principalmente nas formas de selenometionina e selenocisteína) através das plantas, e de produtos que delas derivam, que assimilam os compostos de selénio presentes no solo. Uma vez que a quantidade de selénio existente nos solos é muito variável, o teor nos alimentos vai depender da sua origem geográfica e, por consequência, a ingestão de selénio varia entre regiões e países. Baixos níveis de selénio estão associados a um declínio na função imune e problemas cognitivos. A deficiência de Se pode também ocasionar problemas musculares e cardiomiopatia. Concentrações reduzidas foram observadas em indíviduos com crises epiléticas e também em casos de pré-eclampsia. A deficiência de selénio pode também desenvolver-se durante a nutrição parenteral. Atualmente, a Dose Diária Recomendada (DDR) é de 55 μg/dia para homens e mulheres adultos e saudáveis. No entanto, existem evidências clínicas de que a ingestão em doses superiores (200-300 μg/dia) pode ter um papel benéfico na prevenção de alguns tipos de cancro e doenças cardiovasculares, na melhoria da resposta imunológica, como neuroprotetor e na fertilidade. O Se desempenha um papel importante na fertilidade masculina, sendo necessário na biossíntese da testosterona e na formação e normal desenvolvimento dos espermatozóides. Em mulheres grávidas o Se, ajuda a prevenir complicações antes e durante o parto e promove o normal desenvolvimento do feto. Como antioxidante o selénio vai combater os danos provocados pelos radicais livres, impedindo que estes exerçam o seu papel prejudicial no organismo. Sendo o sistema imunológico muito suscetível aos danos provocados pelo stress oxidativo, o Se vai exercer efeitos benéficos combatendo os danos por ele causados. Relativamente à capacidade viral, não é possível saber com exatidão qual a quantidade de Se necessária ou concentração ideal no plasma para evitar a ocorrência e desenvolvimento de infeções virais. No entanto, sabe-se que tem um efeito benéfico em pacientes HIV positivos e em indivíduos infetados com o vírus da hepatite (B ou C) contra a progressão para o neoplasia de fígado. Em teoria, a nível cardiovascular, este elemento pode exercer um efeito protetor, embora alguns estudos epidemiológicos não tenham mostrado uma associação clara entre o risco cardiovascular e os níveis selénio. A nível cerebral o Se vai atuar como neuroprotetor, prevenindo o aparecimento de patologias como demência e doença de Alzheimer. Apesar destes indicadores, a maioria dos países europeus, incluindo Portugal, regista uma deficiente ingestão de selénio por parte da população. A suplementação poderá constituir uma opção para garantir os níveis nutricionais recomendados e/ou ser utilizada com o objetivo de prevenir algumas doenças e o envelhecimento. No entanto o selénio pode também ser tóxico se ingerido em excesso, estando a dose máxima admissível fixada em 400 μg/dia. A intoxicação por selénio é chamada selenose e os sintomas comuns incluem: hálito a alho, distúrbios gastrointestinais, perda de cabelo, descamação das unhas, danos neurológicos e fadiga. Assim, atualmente acredita-se que enquanto indivíduos com baixo nível de Se podem obter benefícios da suplementação, esta pode ser prejudicial aqueles com valores normais ou elevados.

Heightened maternal inflammation is linked to placental oxidative and nitrosative stress associated with fetal growth restriction in the rat

Deficient trophoblast invasion and spiral artery remodeling are associated with pregnancy complications such as pre-eclampsia (PE) and fetal growth restriction (FGR). Using a model in which pregnant Wistar rats are given daily, low-dose, injections of bacterial lipopolysaccharide (LPS; 10 – 40 µg/kg) on gestational days (GD) 13.5 – 16.5, our group has shown that abnormal maternal inflammation is causally linked to shallow trophoblast invasion, deficient spiral artery remodeling, and altered utero-placental hemodynamics leading to FGR/PE; these alterations were shown to be mediated by TNF-a. The present research evaluated certain consequences of decreased placental perfusion; this was accomplished by examining placental alterations indicative of decreased placental perfusion. Additionally, the role of glyceryl trinitrate (GTN) was determined as a potential therapeutic to prevent the consequences of decreased placental perfusion. Results indicated that dams experiencing heightened maternal inflammation showed significantly greater expression of hypoxia-inducible factor-1a (HIF-1a) and nitrotyrosine, both of which are markers of decreased perfusion and oxidative/nitrosative stress. Contrary to expectations, inflammation did not appear to affect nitric oxide (NO) bioavailability, as revealed by a lack of change in placental or plasma levels of cyclic guanosine monophosphate (cGMP). However, continuous transdermal administration of GTN (25 µg/hr) on GD 12.5 – 16.5 prevented the accumulation of HIF-1a and nitrotyrosine in placentas from LPS-treated rats. These results support the concept that maternal inflammation contributes to placental hypoxia and oxidative/nitrosative stress. Additionally, they indicate that GTN has potential applications in the treatment and/or prevention of pregnancy complications associated with abnormal maternal inflammation.

Analysis of parameters of haemostasis in pre-eclamptic, normotensive pregnant and non-pregnant women.

Pregnancy is characterized by a state of heightened coagulation, which is exacerbated in pathological conditions such as pre-eclampsia (PET). PET is further associated with abnormal maternal inflammation and increased circulating microparticles (MP); however, a mechanistic link between these pathological features has never been established. It is proposed in this thesis that abnormal maternal inflammation is causally linked to pro-coagulant trophoblast MP shedding via a mechanism mediated by the pro-inflammatory cytokine tumour necrosis factor alpha (TNF), thereby contributing to maternal coagulopathies associated with PET. Using thromboelastography (TEG) and standard laboratory tests, haemostatic function was evaluated in PET and normotensive subjects at delivery and post-partum. Furthermore, the effects of the menstrual cycle and oral contraceptive (OC) use on haemostatic function were assessed in non-pregnant subjects in order to understand their influence on post-partum haemostasis. Plasma TNF and pro-coagulant MP levels were evaluated in the pregnant subjects. Using chorionic villi explants from human term placentas, MPs were quantified after TNF administration. The pro-coagulant potential of placental MPs was evaluated by TEG by spiking whole-blood with medium containing MPs from chorionic villi. TEG identified increased whole-blood coagulability in PET subjects at delivery, demonstrating its increased sensitivity over standard laboratory tests at identifying haemostatic alterations associated with PET. Haemostatic alterations were normalized by six weeks post-partum. TEG also identified cyclic haemostatic variations associated with OC use. Chorionic villi treated with TNF (1 ng/ml) shed significantly more MPs than untreated placentas. MPs from chorionic villi increased the coagulability of whole-blood. Together, results provide evidence supporting the concept that abnormal maternal inflammation is causally linked to the development of maternal coagulopathies in pregnancy complications. Moreover, TEG may be superior to standard laboratory tests in evaluating haemostasis in pregnant and non-pregnant subjects.

Homocysteine is lower in the Third Trimester of Pregnancy in Women with Enhanced Folate status from continued Folic Acid Supplementation.

Background: In many countries current recommendations are that women take a daily 400ug folic acid supplement, from before conception until the end of the 12th week of gestation, for the prevention of neural tube defects. Low folate status is associated with an elevated concentration of plasma total homocysteine (tHcy), a risk factor that is associated with pregnancy complications such as pre-eclampsia. Methods: In a longitudinal study, tHcy and corresponding folate status were determined in 101 pregnant women at 12, 20 and 35 weeks of gestation, in 35 non-pregnant control subjects sampled conconcurrently, and in a subgroup (n=21 pregnant, 19 non-pregnant women) at 3 days post-partum. Results: Plasma tHcy concentrations were significantly lower throughout pregnancy compared with control subjects, with values lowest in the 2nd trimester before increasing toward non-pregnant values in the 3rd trimester. Importantly, tHcy concentrations were lower in pregnant women taking folic acid supplements compared to those not, an effect which reached significance in the 3rd trimester (5.25 umol/l v 6.89 umol/l, P <0.05). Furthermore, during the 3rd trimester, tHcy concentrations were significantly higher in pregnant women with a history of miscarriage compared to those with no previous history (7.32 umol/l v 5.62 u­mol/l, P <0.01). Conclusion: This is the first longitudinal study to show that homocysteine levels rise in late pregnancy towards non-pregnant levels; a rise which can be limited by enhancing folate status through continued folic acid supplementation. These results indicate a potential role for continued folic acid supplementation in reducing pregnancy complications associated with hyperhomocysteinaemia.

Cord blood erythropoietin, pH, PaO2 and haematocrit following caesarean section before labour

We have investigated the relationship between erythropoietin (Epo) and pH, PaO2 and haematocrit in 100 cord blood samples obtained at Caesarean section prior to labour. Of 82 term (> 37 weeks) infants, 64 were appropriately grown (10th-90th centiles), and their mean cord serum Epo and cord blood Epo was 23 +/- 8 mU/ml (mean +/- SD). Strong inverse correlations were found between cord serum Epo and cord blood pH (r = -0.74; p <0.0001), and between cord serum Epo and cord blood PaO2 (r = -0.55; p <0.0001), but not between cord serum Epo and cord haematocrit (r = 0.02; p <0.9). For the 18 preterm babies (gestation 32.4 +/- 4.1 weeks, birth weight 1,820 +/- 476 g), the Epo level was 36 +/- 8 mU/ml, which was not significantly greater than for the term babies. Strong inverse correlations were again found between Epo and pH (r = -0.87; p <0.0001) and Epo and PaO2 (r = -0.69; p <0.002). Babies from complicated pregnancies (intra-uterine growth retardation, pre-eclampsia, antepartum haemorrhage, diabetes mellitus and fetal distress) tended to have higher Epo levels. Thirteen babies had Epo levels > 40 mU/ml, and 11 (85%) of these required neonatal intensive care. Cord serum Epo correlates better with oxygen tension and pH at birth than with fetal growth and haematocrit, which are measures of chronic stress to the fetus.

Haptoglobin Phenotype, Preeclampsia and Response to Supplementation with Vitamins C and E in Pregnant Women with Type 1 Diabetes.

Objective The phenotype of the antioxidant and pro-angiogenicprotein haptoglobin (Hp) predicts cardiovascular disease risk andtreatment response to antioxidant vitamins in individuals withdiabetes. Our objective was to determine whether Hp phenotypeinfluences pre-eclampsia risk, or the efficacy of vitamins C and Ein preventing pre-eclampsia, in women with type-1 diabetes.
Design This is a secondary analysis of a randomised controlledtrial in which women with diabetes received daily vitamins C andE, or placebo, from 8 to 22 weeks of gestation until delivery.
Setting Twenty-five antenatal metabolic clinics across the UK (innorth-west England, Scotland, and Northern Ireland).
Population Pregnant women with type-1 diabetes.
Methods Hp phenotype was determined in white women whocompleted the study and had plasma samples available (n = 685).
Main outcome measure Pre-eclampsia.
Results Compared with Hp 2-1, Hp 1-1 (OR 0.59, 95% CI 0.30–1.16) and Hp 2-2 (OR 0.93, 95% CI 0.60–1.45) were notassociated with significantly decreased pre-eclampsia risk afteradjusting for treatment group and HbA1c at randomisation. Ourstudy was not powered to detect an interaction between Hpphenotype and treatment response; however, our preliminaryanalysis sugge sts that vitamins C and E did not prevent pre-eclampsia in women of any Hp phenotype (Hp 1-1, OR 0.77, 95%CI 0.22–2.71; Hp 2-1, OR 0.81, 95% CI 0.46–1.43; Hp 2-2, 0.67,95% CI 0.34–1.33), after adjusting for HbA1c at randomisation.
Conclusions The Hp phenotype did not significantly affect pre-eclampsia risk in women with type-1 diabetes.

Plasma Lipoproteins and Preeclampsia in Women with Type 1 Diabetes: A Prospective Study

Context: In nondiabetic pregnancy, cross-sectional studies have shown associations between maternal dyslipidemia and preeclampsia (PE). In type 1 diabetes mellitus (T1DM), the prevalence of PE is increased 4-fold, but prospective associations with plasma lipoproteins are unknown.

Objectives: The aim of this study was to define lipoprotein-related markers and potential mechanisms for PE in T1DM.

Design and Settings: We conducted a multicenter prospective study in T1DM pregnancy.

Patients: We studied 118 T1DM women (26 developed PE, 92 remained normotensive). Subjects were studied at three visits before PE onset [12.2 1.9, 21.6 1.5, and 31.5 1.7 wk gestation (means SD)] and at term (37.6 2.0 wk). Nondiabetic normotensive pregnant women (n 21) were included for reference.

Main Outcome Measures: Conventional lipid profiles, lipoprotein subclasses [defined by size (nuclear magnetic resonance) and by apolipoprotein content], serum apolipoproteins (ApoAI, ApoB, and ApoCIII), and lipolysis (ApoCIII ratio) were measured in T1DM women with and without subsequent PE.

Results: In women with vs. without subsequent PE, at the first and/or second study visits: lowdensity lipoprotein (LDL)-cholesterol, particle concentrations of total LDL and large (but not small) LDL, serum ApoB, and ApoB:ApoAI ratio were all increased (P 0.05); peripheral lipoprotein lipolysis was decreased (P0.01). These early differences remained significant in covariate analysis (glycated hemoglobin, actual prandial status, gravidity, body mass index, and diabetes duration) but were not present at the third study visit. High-density lipoprotein and very low-density lipoprotein subclasses did not differ between groups before PE onset.

Conclusions: Early in pregnancy, increased cholesterol-rich lipoproteins and an index suggesting decreased peripheral lipolysis were associated with subsequent PE in T1DM women. Background maternal lipoprotein characteristics, perhaps masked by effects of late pregnancy, may influence PE risk.

Serum carotenoids and fat-soluble vitamins in women with type 1 diabetes and preeclampsia:a longitudinal study

Increased oxidative stress and immune dysfunction are implicated in preeclampsia (PE) and may contribute to the two- to fourfold increase in PE prevalence among women with type 1 diabetes. Prospective measures of fat-soluble vitamins in diabetic pregnancy are therefore of interest.

Glycemic targets in the second and third trimester of pregnancy for women with type 1 diabetes

OBJECTIVE: To assess the relationship between second and third trimester glycemic control and adverse outcomes in pregnant women with type 1 diabetes, as uncertainty exists about optimum glycemic targets.

RESEARCH DESIGN AND METHODS: Pregnancy outcomes were assessed prospectively in 725 women with type 1 diabetes from the Diabetes and Pre-eclampsia Intervention Trial. HbA1c (A1C) values at 26 and 34 weeks' gestation were categorized into five groups, the lowest, <6.0% (42 mmol/mol), being the reference. Average pre- and postprandial results from an eight-point capillary glucose profile the previous day were categorized into five groups, the lowest (preprandial <5.0 mmol/L and postprandial <6.0 mmol/L) being the reference.

RESULTS: An A1C of 6.0-6.4% (42-47 mmol/mol) at 26 weeks' gestation was associated with a significantly increased risk of large for gestational age (LGA) (odds ratio 1.7 [95% CI 1.0-3.0]) and an A1C of 6.5-6.9% (48-52 mmol/mol) with a significantly increased risk of preterm delivery (odds ratio 2.5 [95% CI 1.3-4.8]), pre-eclampsia (4.3 [1.7-10.8]), need for a neonatal glucose infusion (2.9 [1.5-5.6]), and a composite adverse outcome (3.2 [1.3-8.0]). These risks increased progressively with increasing A1C. Results were similar at 34 weeks' gestation. Glucose data showed less consistent trends, although the risk of a composite adverse outcome increased with preprandial glucose levels between 6.0 and 6.9 mmol/L at 34 weeks (3.3 [1.3-8.0]).

CONCLUSIONS: LGA increased significantly with an A1C ≥6.0 (42 mmol/mol) at 26 and 34 weeks' gestation and with other adverse outcomes with an A1C ≥6.5% (48 mmol/mol). The data suggest that there is clinical utility in regular measurement of A1C during pregnancy.

Placental antioxidant enzyme status and lipid peroxidation in pregnant women with type 1 diabetes: The effect of vitamin C and E supplementation

AIM: In view of the increased rates of pre-eclampsia observed in diabetic pregnancy and the lack of ex vivo data on placental biomarkers of oxidative stress in T1 diabetic pregnancy, the aim of the current investigation was to examine placental antioxidant enzyme status and lipid peroxidation in pregnant women with type 1 diabetes. A further objective of the study was to investigate the putative impact of vitamin C and E supplementation on antioxidant enzyme activity and lipid peroxidation in type 1 diabetic placentae.

METHODS: The current study measured levels of antioxidant enzyme [glutathione peroxidase (Gpx), glutathione reductase (Gred), superoxide dismutase (SOD) and catalase] activity and degree of lipid peroxidation (aqueous phase hydroperoxides and 8-iso-prostaglandin F2α) in matched central and peripheral samples from placentae of DAPIT (n=57) participants. Levels of vitamin C and E were assessed in placentae and cord blood.

RESULTS: Peripheral placentae demonstrated significant increases in Gpx and Gred activities in pre-eclamptic in comparison to non-pre-eclamptic women. Vitamin C and E supplementation had no significant effect on cord blood or placental levels of these vitamins, nor on placental antioxidant enzyme activity or degree of lipid peroxidation in comparison to placebo-supplementation.

CONCLUSION: The finding that maternal supplementation with vitamin C/E does not augment cord or placental levels of these vitamins is likely to explain the lack of effect of such supplementation on placental indices including antioxidant enzymes or markers of lipid peroxidation.

Metabonomics of human amniotic fluid for prenatal diagnostics

O trabalho apresentado nesta tese teve como principais objectivos contribuir para o conhecimento da composição do líquido amniótico humano (LA), colhido no 2º trimestre de gravidez, assim como investigar possíveis alterações na sua composição devido à ocorrência de patologias pré-natais, recorrendo à metabonómica e procurando, assim, definir novos biomarcadores de doenças da grávida e do feto. Após uma introdução descrevendo o estado da arte relacionado com este trabalho (Capítulo 1) e os princípios das metodologias analíticas usadas (Capítulo 2), seguida de uma descrição dos aspectos experimentais associados a esta tese (Capítulo 3), apresentam-se os resultados da caracterização da composição química do LA (gravidez saudável) por espectroscopia de ressonância magnética nuclear (RMN), assim como da monitorização da sua estabilidade durante o armazenamento e após ciclos de congelamento-descongelamento (Capítulo 4). Amostras de LA armazenadas a -20°C registaram alterações significativas, tornando-se estas menos pronunciadas (mas ainda mensuráveis) a -70°C, temperatura recomendada para o armazenamento de LA. Foram também observadas alterações de composição após 1-2 ciclos de congelamento-descongelamento (a ter em conta aquando da reutilização de amostras), assim como à temperatura ambiente (indicando um período máximo de 4h para a manipulação e análise de LA). A aquisição de espectros de RMN de 1H de alta resolução e RMN acoplado (LC-NMR/MS) permitiu a detecção de 75 compostos no LA do 2º trimestre, 6 dos quais detectados pela primeira vez no LA. Experiências de difusão (DOSY) permitiram ainda a caracterização das velocidades de difusão e massas moleculares médias das proteínas mais abundantes. O Capítulo 5 descreve o estudo dos efeitos de malformações fetais (FM) e de cromossomopatias (CD) na composição do LA do 2º trimestre de gravidez. A extensão deste trabalho ao estudo dos efeitos de patologias no LA que ocorrem no 3º trimestre de gravidez é descrita no Capítulo 6, nomeadamente no que se refere ao parto pré-termo (PTD), pré-eclampsia (PE), restrição do crescimento intra-uterino (IUGR), ruptura prematura de membranas (PROM) e diabetes mellitus gestacional (GDM). Como complemento a estes estudos, realizou-se uma análise preliminar da urina materna do 2º trimestre para o estudo de FM e GDM, descrita no Capítulo 7. Para interpretação dos dados analíticos, obtidos por espectroscopia RMN de 1H, cromatografia líquida de ultra eficiência acoplada a espectrometria de massa (UPLC-MS) e espectroscopia do infravermelho médio (MIR), recorreu-se à análise discriminante pelos métodos dos mínimos quadrados parciais e o método dos mínimos quadrados parciais ortogonal (PLS-DA e OPLS-DA) e à correlação espectral. Após análise por validação cruzada de Monte-Carlo (MCCV), os modelos PLS-DA de LA permitiram distinguir as FM dos controlos (sensibilidades 69-85%, especificidades 80-95%, taxas de classificação 80-90%), revelando variações metabólicas ao nível do metabolismo energético, dos metabolismos dos aminoácidos e glícidos assim como possíveis alterações ao nível do funcionamento renal. Observou-se também um grande impacto das FM no perfil metabólico da urina materna (medido por UPLC-MS), tendo no entanto sido registados modelos PLS-DA com menor sensibilidade (40-60%), provavelmente devido ao baixo número de amostras e maior variabilidade da composição da urina (relativamente ao LA). Foram sugeridos possíveis marcadores relacionados com a ocorrência de FM, incluindo lactato, glucose, leucina, valina, glutamina, glutamato, glicoproteínas e conjugados de ácido glucurónico e/ou sulfato e compostos endógenos e/ou exógenos (<1 M) (os últimos visíveis apenas na urina). No LA foram também observadas variações metabólicas devido à ocorrência de vários tipos de cromossomopatias (CD), mas de menor magnitude. Os perfis metabólicos de LA associado a pré- PTD produziram modelos que, apesar do baixo poder de previsão, sugeriram alterações precoces no funcionamento da unidade fetoplacentária, hiperglicémia e stress oxidativo. Os modelos obtidos para os grupos pré- IUGR pré- PE, pré- PROM e pré-diagnóstico GDM (LA e urina materna) registaram baixo poder de previsão, indicando o pouco impacto destas condições na composição do LA e/ou urina do 2º trimestre. Os resultados obtidos demonstram as potencialidades da análise dos perfis metabólicos do LA (e, embora com base em menos estudos, da urina materna) do 2º trimestre para o desenvolvimento de novos e complementares métodos de diagnóstico, nomeadamente para FM e PTD.

Pregnancy and newborns disorders followed by urine metabolomics

Chapter 1 introduces the scope of the work by identifying the clinically relevant prenatal disorders and presently available diagnostic methods. The methodology followed in this work is presented, along with a brief account of the principles of the analytical and statistical tools employed. A thorough description of the state of the art of metabolomics in prenatal research concludes the chapter, highlighting the merit of this novel strategy to identify robust disease biomarkers. The scarce use of maternal and newborn urine in previous reports enlightens the relevance of this work. Chapter 2 presents a description of all the experimental details involved in the work performed, comprising sampling, sample collection and preparation issues, data acquisition protocols and data analysis procedures. The proton Nuclear Magnetic Resonance (NMR) characterization of maternal urine composition in healthy pregnancies is presented in Chapter 3. The urinary metabolic profile characteristic of each pregnancy trimester was defined and a 21-metabolite signature found descriptive of the metabolic adaptations occurring throughout pregnancy. 8 metabolites were found, for the first time to our knowledge, to vary in connection to pregnancy, while known metabolic effects were confirmed. This chapter includes a study of the effects of non-fasting (used in this work) as a possible confounder. Chapter 4 describes the metabolomic study of 2nd trimester maternal urine for the diagnosis of fetal disorders and prediction of later-developing complications. This was achieved by applying a novel variable selection method developed in the context of this work. It was found that fetal malformations (FM) (and, specifically those of the central nervous system, CNS) and chromosomal disorders (CD) (and, specifically, trisomy 21, T21) are accompanied by changes in energy, amino acids, lipids and nucleotides metabolic pathways, with CD causing a further deregulation in sugars metabolism, urea cycle and/or creatinine biosynthesis. Multivariate analysis models´ validation revealed classification rates (CR) of 84% for FM (87%, CNS) and 85% for CD (94%, T21). For later-diagnosed preterm delivery (PTD), preeclampsia (PE) and intrauterine growth restriction (IUGR), it is found that urinary NMR profiles have early predictive value, with CRs ranging from 84% for PTD (11-20 gestational weeks, g.w., prior to diagnosis), 94% for PE (18-24 g.w. pre-diagnosis) and 94% for IUGR (2-22 g.w. pre-diagnosis). This chapter includes results obtained for an ultraperformance liquid chromatography-mass spectrometry (UPLC-MS) study of pre-PTD samples and correlation with NMR data. One possible marker was detected, although its identification was not possible. Chapter 5 relates to the NMR metabolomic study of gestational diabetes mellitus (GDM), establishing a potentially predictive urinary metabolic profile for GDM, 2-21 g.w. prior to diagnosis (CR 83%). Furthermore, the NMR spectrum was shown to carry information on individual phenotypes, able to predict future insulin treatment requirement (CR 94%). Chapter 6 describes results that demonstrate the impact of delivery mode (CR 88%) and gender (CR 76%) on newborn urinary profile. It was also found that newborn prematurity, respiratory depression, large for gestational age growth and malformations induce relevant metabolic perturbations (CR 82-92%), as well as maternal conditions, namely GDM (CR 82%) and maternal psychiatric disorders (CR 91%). Finally, the main conclusions of this thesis are presented in Chapter 7, highlighting the value of maternal or newborn urine metabolomics for pregnancy monitoring and disease prediction, towards the development of new early and non-invasive diagnostic methods.