Är tvillingar tillväxtbegränsade?

Underskotten i tillväxtbanan mellan normala singel- och tvillinggraviditeter.

För att fastställa om tvillingar verkligen är tillväxtbegränsade i förhållande till singelfoster är det viktigt att undersöka vad som redan är känt om deras tillväxt- och utvecklingsbana in utero och att jämföra den med den för normala och IUGR singelfoster.

Hur är tillväxten och utvecklingsförloppet hos tvillingar jämfört med tillväxtbegränsade singletons?

IUGR hos singletongraviditeter upptäcks oftast under den andra halvan av dräktigheten. Många experimentella paradigm har efterliknat detta genom att försämra placentafunktionen och därmed näringstillförseln till fostret i slutet av dräktigheten, vilket resulterar i en fenotyp som liknar den som ses vid IUGR hos människor, med tillväxtrestriktion, polycytemi, hypoglykemi och hypoxemi (2). Som exempel kan nämnas värmestress hos modern, undernäring hos modern, ligering av livmoderartärerna, experiment med utstötning av placentaspecifika gener, experimentell begränsning av placentaväxlingen och placentaembolisering hos en rad olika arter (15,16). I de flesta av dessa experimentella paradigm tillämpas kränkningen i mitten eller slutet av dräktigheten, så att tillväxtbanan hos dessa foster avviker från normalt växande singletoner först i slutet av dräktigheten. Detta stöds också av data från placentaspecifik igf2-knockout hos möss, där placentas tillväxtpotential begränsas före befruktningen (17). I denna modell kan placentans överföringskapacitet tillgodose fostrets näringsbehov fram till den tredje trimestern av graviditeten, varefter tillväxten avtar jämfört med normalväxta singeltoner (17). I igf2 P0-knockout hos musen sker faktiskt en uppreglering av den placentala näringsöverföringen, vilket till en början upprätthåller fostertillväxten innan tillväxtsvårigheter uppstår (18).

Tvillingars fetala tillväxtbana avviker från singeltons mycket tidigare i dräktigheten än vad man tidigare trott (cirka 8 veckor hos människor) (19-21), och en långsammare fostertillväxt kvarstår i slutet av dräktigheten hos både människor (20) och får (21,22). Det föreslogs ursprungligen att denna minskade intrauterina tillväxt berodde på begränsningar på grund av livmoderns storlek och placentans begränsade förmåga att tillgodose näringsbehovet för båda fostren i slutet av dräktigheten (23). Sedan dess har det dock visats att livmoderväggens höga följsamhet innebär att det är osannolikt att fysiska begränsningar bidrar till att begränsa fostertillväxten i någon större utsträckning (24). På samma sätt verkar begränsningar i placentaförsörjningen inte förklara denna tidiga avvikelse i tillväxten, eftersom tillväxtbanorna för enkelfödda och tvillingar divergerar mycket tidigare än den tidpunkt då näringstillförseln skulle kunna vara en begränsande faktor.

Dessa fynd har lett till det framväxande paradigmet att händelser i den tidiga dräktigheten, kanske så tidigt som vid tidpunkten för befruktningen, spelar en kritisk roll när det gäller att bestämma intrauterina tillväxtbanor och storleken vid födseln hos tvillinggraviditeter. Orsaken till den minskade tillväxten hos tvillingar kan således ha ett ursprung som skiljer sig från det hos tillväxtbegränsade singelbarn, och detta kan ha betydelse för de långsiktiga effekterna. En invändning mot detta är de senaste bevisen som visar att en observerad fosterstorlek under den första trimestern som är mindre än förväntat i singelgraviditeter är förknippad med en ökad risk för SGA och för tidig födsel (25), och även medvetenheten om att många placentavaskulopatier, inklusive preeklampsi, har sitt ursprung i den tidiga graviditeten.

Evidens för betydelsen av den tidiga gestationsmiljön för den intrauterina tillväxten i tvillinggraviditeter:

De tidigaste bevisen för att tillväxtbanorna för tvilling- och singelgraviditeter etablerades i tidig dräktighet kom från de unilaterala fetectomistudier som utfördes av Vatnick et al. (26). Dessa studier visade att både placentavikten och fostrets kroppsvikt i slutet av dräktigheten hos tvillingar som reducerats till singletoner vid 50 d av dräktigheten (term = ∼150 d av dräktigheten) låg mellan de för naturligt födda singleton- och tvillingdräktiga tackor (26). Dessutom har våra egna studier visat att efter fosterreduktion ännu tidigare i en fårdräktighet är måtten på linjär tillväxt och dräktighetslängd efter fosterreduktion reducerade jämfört med dem för singletons (Hancock och Bloomfield, opublicerade data).

Dessa resultat överensstämmer med observationsresultaten av selektiva fosterreduktionsoperationer och spontan fosterreduktion (i.dvs. abort av ett eller flera foster i avsaknad av kirurgiskt ingrepp) hos människor, som båda tyder på att när en tvillinggraviditet reduceras till en singelgraviditet i tidig dräktighet är GA vid förlossningen och födelsevikten hos de reducerade singelgraviditeterna fortfarande betydligt lägre än hos normalt uppväxta singelgraviditeter (27-31). Det är uppenbart att kirurgisk fosterreduktion hos människor inte är en slumpmässig process, och om fosterpositionen tillåter det sker ett urval av det minsta fostret för fostermord, vilket skulle ha en tendens att gynna ökad storlek hos det återstående fostret, och själva ingreppet kan påverka tillväxten hos den återstående tvillingen. På samma sätt är det mer sannolikt att spontan fosterreduktion inträffar i graviditeter där det finns någon underliggande patologi eller komplikation, vilket kan påverka tillväxten hos det eller de återstående fostren. Dessa kliniska observationer liknar dock resultaten från djurstudier, som inkluderade lämpliga sham-kontroller, och det faktum att fosterreduktion i tidig dräktighet inte helt återställer fostertillväxten vare sig hos försöksdjur eller hos människor ger belägg för att tillväxten hos enkel- och tvillingfoster inte helt och hållet beror på minskad tillgång till näring i sen dräktighet, utan också påverkas av faktorer som finns i miljön inom livmodern under de första veckorna av dräktigheten, och långt innan tillgången på näring skulle förväntas bli begränsande för fostertillväxten (32).

Hur är utvecklingsförloppet hos tvillingar jämfört med tillväxtbegränsade enkelfödda barn?

Inom enkelfödda barn har IUGR förknippats med en förändrad utveckling av flera viktiga regleringssystem, inklusive hypotalamus-hypofysen-binjureaxeln (HPA) och glukos-insulinaxeln, och dessa förändringar spelar en central roll när det gäller att bestämma den ökade risken för metabola och kardiovaskulära sjukdomar hos dessa spädbarn senare i livet (2). Tvillingkonception leder också till en förändrad tidpunkt för utvecklingen av dessa axlar jämfört med singelgraviditeter, även om det inte nödvändigtvis sker på samma sätt som vid IUGR hos singelbarn.

IUGR-singelbarn har rapporterats ha förhöjda kortisolkoncentrationer i jämförelse med sina normalt uppväxta motsvarigheter, både hos människor och i stora djurmodeller. Kortisolkoncentrationerna är förhöjda hos tillväxtbegränsade fosterfår jämfört med normalväxta kontroller (33,34), och studier av cordocentesis har också rapporterat högre plasmakortisolkoncentrationer hos IUGR-foster hos människor i veckorna 18-38 av dräktigheten (35). Karaktären av HPA-axelns anpassningar hos tvillingar tycks vara helt annorlunda än den som ses hos tillväxtbegränsade enäggstvillingar. Hos tvillingfoster är basala kortisol- och ACTH-koncentrationer lägre än hos singlar (36,37) och dessa skillnader kvarstår som svar på akut stress (38). Dessutom framkallar en exogen ACTH-utmaning ett avtrubbat fetalt kortisolsvar hos tvillingar jämfört med singlar (37), medan binjurarnas respons på en ACTH-utmaning hos singlar med IUGR är ökad jämfört med normalt växande singlar (34).

Differenser ses också i utvecklingen av glukos-insulin-axeln hos tvillingfoster jämfört med singlar med IUGR. Hos tvillingar är bukspottkörtelns utveckling i slutet av dräktigheten framskjuten jämfört med singletons, vilket framgår av deras ökade respons på en glukosutmaning i livmodern (37), och det finns inga skillnader i glukostolerans mellan postpubertala tvilling- och singletonlamm (39). IUGR hos singletons är dock förknippat med minskad β-cellmassa och brister i glukosstimulerad insulinutsöndring både före och efter födseln (40). IUGR-lamm uppvisar ökad insulinkänslighet i glukosmetabolismens helkropp och en återhämtningstillväxt i det tidiga postnatala livet jämfört med normalt växande singletons (41), och förekomsten av insulinreceptorer i skelettmuskulaturen ökar både före och efter födseln (42). Denna tidiga fas av ökad insulinkänslighet föregår utvecklingen av nedsatt insulindisponering i både basala och utmanade tillstånd hos vuxna män med IUGR (43).

Perikonceptionellt ursprung av fetal tillväxtbegränsning hos singletons och tvillingar: Finns det bevis för att detta leder till förändrad tillväxt och utvecklingsresultat?

De data som presenteras ovan tyder på att fysiologin i slutet av dräktigheten hos normalt växande tvillingar skiljer sig från fysiologin hos IUGR-foster med enkelspåriga foster. Detta är kanske inte förvånande om man betänker att tillväxtbegränsning hos tvillingar tycks vara fastställd tidigt i dräktigheten, snarare än att vara en följd av miljöstressorer som uppstår mycket senare i dräktigheten och stör den befintliga tillväxtbanan. Det finns också bevis från djurstudier för att en tillväxt- och utvecklingsbana som fastställs under den perikonceptionella perioden kan förändra efterföljande tillväxt- och utvecklingsresultat. Den fetala binjuren verkar vara särskilt känslig för störningar under den perikonceptionella perioden. MacLaughlin et al. (44) visade att perikonceptionell undernäring hos dräktiga tackor resulterar i förändrade förhållanden mellan binjuretillväxten och uttrycket av steroidogena enzymer vid 55-56 d dräktighet. Det verkar därför som om näringsmässiga/endokrina signaler till embryot under utveckling kan ha bestående effekter på utvecklingen av viktiga fysiologiska system. Effekten av miljöinsatser på utvecklingen av HPA är sannolikt av särskild betydelse mot bakgrund av långvariga observationer om att binjuren är mycket aktiv under tidig dräktighet, varefter den genomgår en period av vila fram till aktiveringen före födseln, som tros vara viktig för att bestämma tidpunkten för födseln (45,46).

Denna förmåga hos den miljö som embryot upplever runt tiden för befruktningen att påverka utvecklingsbanorna väcker frågan om det finns specifika signaler, eller kombinationer av signaler, som känner av miljön hos det tidiga embryot och bestämmer fostrets utvecklingsbana. Sådana signaler verkar fungera efter perikonceptionell undernäring och resultera i förändrad tillväxt och utveckling som kan påvisas flera månader efter det att perioden med näringsbegränsning har upphört (36). Liknande signaler kan finnas i tvillinggraviditeter, men inte i singelgraviditeter, vid tidpunkten för befruktningen, vilket gör att tvillingfostret får en annan tillväxt- och utvecklingsbana. Som stöd för detta har tvillingar och enäggsfoster visat sig uppvisa olika reaktioner på moderns undernäring under den perikonceptionella perioden (47). Det är ännu inte fastställt vilken typ av signaler det rör sig om, och detta är en viktig väg för framtida forskning.

En möjlighet är epigenetisk modifiering av det embryonala/fetala genomet (48). Perikonceptionell undernäring har i ett antal studier visat sig resultera i förändrad metylering av igf2/h19-promotorregionen i den fetala binjuren (49), levern (50) och hypotalamus (51), vilket tyder på att den tidiga embryonala miljön påverkar det senare epigenetiska tillståndet i en rad olika fetala vävnader. Den potentiella betydelsen av epigenetiska förändringar i tvillinggraviditeter för att förklara de olika intrauterina tillväxt- och utvecklingsprofilerna hos tvilling- och singelfoster har belysts i en nyligen genomförd studie (Stevens, Challis, Bloomfield och White, opublicerade uppgifter) som visar förändrad metylering och histonacetylering i hypotalamusens bågformiga kärna hos tvillingfoster jämfört med singelfoster. Detta tyder på att liknande epigenetiska förändringar också kan förekomma i vävnader som spelar en viktig roll för fostertillväxten. Epigenetiska modifieringar i igf2/h19-promotorn är förknippade med förändrad fostertillväxt (52), men om förändrad metylering eller histonacetylering inom detta, eller andra, loci bidrar till den förändrade tillväxtprofilen hos tvillingfoster är fortfarande okänt och utgör en viktig fråga för framtida forskning.