Molecular and morphological peculiarities of chronic placental insufficiency formation caused by different types of diabetes mellitus

Рathogenesis of the chronic placental insufficiency is largely determined by the type of diabetes mellitus and the degree of its compensation. Trophic function failure of placenta changes its hormonal activity, formation of respiratory disorders and development of oxidative stress. The histological structure of placentas among patients with type 1 diabetes mellitus (T1D) is represented by reduced chorionic villi dimensions of all levels. Stromal edema and increased number of mesenchymal stromal cells are found in the stem and intermediate villi, and hypervascularisation and thickening of syncytiocapillary membranes are detected in terminal villi. In type 2 diabetes mellitus (T2D), the histological structure of the placenta may be represented as a premature maturation and abnormal immaturity of the villous tree with focal fibrosis of villi stroma, hypervascularisation of villi, abundance of syncytial nodules and infarction in the subchorial space. The peculiarity of the placenta structure in gestational diabetes mellitus is predominantly an intermediate immature type of development with angiogenesis abnormality. Angiogenesis processes failure and endothelial dysfunction in chorionic villi associated with hyperglycaemia change the permeability of cell membranes, transferring cells to anaerobic respiration. Metabolic imbalance in the placenta causes the development of diabetic micro-angiopathy in the fetal-placental complex, antenatal hypoxia and negative perinatal outcomes.

1. Santa LM, Teshima LY, Forero JV, Giraldo AO. AngiomiRs: potential biomarkers of pregnancy’s vascular pathologies. J Pregnancy. 2015;2015:320386. doi: https://doi.org/10.1155/2015/320386

2. Формирование и патология плаценты / Под ред. В.И. Краснопольского. — М.: Медицина, 2007. — 112 с. [Formirovanie i patologiya platsenty. Ed by V.I. Krasnopol’skiy. Moskow: Meditsina; 2008. 112 р. (In Russ.)]

3. Gauster M, Desoye G, Tötsch M, Hiden U. The placenta and gestational diabetes mellitus. Curr Diab Rep. 2012;12(1):16−23. doi: https://doi.org/10.1007/s11892-011-0244-5

4. John R, Hemberger M. A placenta for life. Reprod Biomed Online. 2012;25(1):5−11.

5. Cvitic S, Longtine MS, Hackl H, et al. The Human placental sexome differs between trophoblast epithelium and villous vessel endothelium. PLoS One. 2013;8(10):e79233. doi: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0079233

6. Leiva A, Pardo F, Ramírez MA, et al. Fetoplacental vascular endothelial dysfunction as an early phenomenon in the programming of human adult diseases in subjects born from gestational diabetes mellitus or obesity in pregnancy. Exp Diabetes Res. 2011;2011:349286. doi: https://doi.org/10.1155/2011/349286

7. Baschat AА. Venous Doppler evaluation of the growth-restricted fetus. Clin Perinatol. 2011;38(1):103−112, vi. doi: https://doi.org/10.1016/j.clp.2010.12.001

8. Стрижаков А.Н., Игнатко И.В., Тимохина Е.В., Белоцерковцева Л.Д. Синдром задержки роста плода: патогенез, диагностика, лечение, акушерская [Электронный ресурс]. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2014. — 120 с. [Strizhakov AN, Ignatko IV, Timokhina EV, Belotserkovtseva LD. Sindrom zaderzhki rosta ploda: patogenez, diagnostika, lecheniye, akusherskaya. Moscow: GEOTAR-Media; 2014. 120 р. (In Russ.)]. Доступно по: https://www.rosmedlib.ru/book/ISBN9785970431566.html. Ссылка активна на 17.01.2020.

9. Макаров О.В., Козлов П.В., Насырова Д.В. Синдром задержки развития плода: современные подходы к фармакотерапии // Российский вестник акушера-гинеколога. — 2003. — Т. 3. — №6. — С. 18−22. [Makarov OV, Kozlov PV, Nasyrova DV. Sindrom zaderzhki razvitiya ploda: sovremennye podkhody k farmakoterapii. Rossiiskii vestnik akushera-ginekologa. 2003;3(6):18−22. (In Russ.)]

10. Евсюкова И.И., Арутюнян А.В., Додхоев Д.С., Ковальчук-Ковалевская О.В. Механизмы задержки внутриутробного развития ЦНС ребенка при хронической плацентарной недостаточности // Журнал акушерства и женских болезней. — 2010. — Т. 59. — №4. — С. 39−44. [Evsyukova II, Arutyunyan AV, Dodkhoev DS, Koval’chuk-Kovalevskaya OV. Mekhanizmy zaderzhki vnutriutrobnogo razvitiya TsNS rebenka pri khronicheskoi platsentarnoi nedostatochnosti. Journal of obstetrics and women’s diseases. 2010;59(4):39−44. (In Russ.)]

11. Herrera EA, Krause B, Ebensperger G, et al. The placental pursuit for an adequate oxidant balance between the mother and the fetus. Front Pharmacol. 2014;5:149. doi: https://doi.org/10.3389/fphar.2014.00149

12. Lichtenberg D, Pinchuk I. Oxidative stress, the term and the concept. Biochem Biophys Res Commun. 2015;461(3):441−444. doi: https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2015.04.062

13. Кузьмин В.Н. Фетоплацентарная недостаточность: проблема современного акушерства // Лечащий врач. — 2011. — №3. — С. 50−54. [Kuz’min VN. Fetoplatsentarnaya nedostatochnost’: problema sovremennogo akusherstva. Lechashchii vrach.2011;(3):50−54. (In Russ.)]

14. Huynh J, Dawson D, Roberts D, Bentley-Lewis R. A systematic review of placental pathology in maternal diabetes mellitus. Placenta. 2015;36(2):101−114. doi: https://doi.org/10.1016/j.placenta.2014.11.021

15. Leach L, Taylor A, Sciota F. Vascular dysfunction in the diabetic placenta: causes and consequences. J Anat. 2009;215(1):69–76. doi: https://doi.org/10.1111/j.1469-7580.2009.01098.x

16. Тиселько А.В. Факторы риска развития патологической вариабельности глюкозы у беременных с сахарным диабетом 1-го типа // Журнал акушерства и женских болезней. — 2019. — Т. 68. — №3. — С. 41−50. [Tiselko AV. Risk factors of pathological glycemic variability in pregnant women with type 1 diabetes mellitus. Journal of obstetrics and women’s diseases. 2019;68(3):41−50. (In Russ.)] doi: https://doi.org/ 10.17816/JOWD68341-50

17. Некрасова К.Р., Ван А.В., Галкина А.С., и др. Гестационный сахарный диабет — болезнь популяции. Медикаментозная терапия угрозы прерывания беременности и медикаментозная терапия (обзор литературы) // Акушерство, гинекология, репродукция. — 2013. — Т. 7. — №1. — С. 31−35. [Nekrasova KR, Van AV, Galkina AS, et al. Gestational diabetus mellitus at a population level. medicinal therapy of threatening miscarriage and carbohydrate metabolism (literature survey). Akusherstvo, ginekologiia, reproduktsiia. 2013;7(1):31−35. (In Russ.)]

18. Михалев Е.В., Шанина О.М., Саприна Т.В. Гормональные, электролитные нарушения и особенности гемостаза у доношенных новорожденных детей от матерей с гестационным сахарным диабетом // Сахарный диабет. — 2015. — Т. 18. — №1. — С. 78−86. [Mikhalev EV, Shanina OM, Saprina TV. Hemostasis regulation and metabolic (hormonal, electrolyte) disturbances in term newborns from women with gestational diabetes. Diabetes mellitus. 2015;18(1):78−86. (In Russ.)] doi: https://doi.org/10.14341/DM2015178-86

19. Starikov R, Inman K, Chen K, et al. Comparison of placental findings in type 1 and type 2 diabetic pregnancies. Placenta. 2014;35(12):1001−1006. doi: https://doi.org/10.1016/j.placenta.2014.10.008

20. Foidart IM, Seak-San S, Emonts P, et al. [Vascular placentarpathology in high-risk groups:definition and synopsis. (In French)]. Ann Med Interne. 2003;154(5-6):332−339.

21. Cvitic S, Desoye G, Hiden U. Glucose, insulin, and oxygen interplay in placental hypervascularisation in diabetes mellitus. Biomed Res Int. 2014;2014:145846. doi: https://doi.org/10.1155/2014/145846

22. Nelson SM, Freeman DJ, Sattar N, et al. Erythrocytosis in offspring of mothers with Type 1 diabetes — are factors other than insulin critical determinants? Diabet Med. 2009;26(9):887−892. doi: https://doi.org/10.1111/j.1464-5491.2009.02797.x

23. Brocato J, Chervona Y, Costa M. Molecular responses to hypoxia-inducible factor 1α and beyond. Mol Pharmacol. 2014;85(5):651−657. doi: https://doi.org/10.1124/mol.113.089623

24. Gabbay-Benziv R, Baschat AA. Gestational diabetes as one of the «great obstetrical syndromes» — the maternal, placental, and fetal dialog. Best Pract Res Clin Obstet Gynaecol. 2015;29(2):150−155. doi: https://doi.org/10.1016/j.bpobgyn.2014.04.025

25. Barta E, Drugan A. A clinical study which relates to a theoretical simulation of the glucose transport in thehuman placenta under various diabetic conditions. J Perinat Med. 2016;44(4):405−410. doi: https://doi.org/10.1515/jpm-2015-0091

26. Pietryga M, Biczysko W, Wender-Ozegowska E, et al. [Ultrastuctural examination of the placenta in pregnancycomplic by diabetes mellitus. (In Polish)]. Gyn Pol. 2004;75(2):111−118.

27. Lichtenberg D, Pinchuk I. Oxidative stress, the term and the concept. Biochem Biophys Res Commun. 2015 Jun 5;461(3):441-4. doi: 10.1016/j.bbrc.2015.04.062.

28. Потин В.В., Боровик Н.В., Тиселько А.В. Инсулинотерапия больных сахарным диабетом 1 типа во время беременности // Сахарный диабет. — 2009. — №1. — С. 39−41. [Potin VV, Borovik NV, Tisel’ko AV. Insulin therapy during pregnancy in women with type 1 diabetes. Diabetes mellitus. 2009;(1):39−41. (In Russ.)]

29. Дисфункция эндотелия. Причины, механизмы, фармакологическая коррекция. Сборник / Под ред. Н.Н. Петрищева. — СПб.: Изд-во СПбГМУ, 2003. — 181 с. [Disfunktsiya endoteliya. Prichiny, mekhanizmy, farmakologicheskaya korrektsiya. Sbornik. Ed by N.N. Petrishchev. Saint Petersburg: I.P. Pavlov first Saint Petersburg state medical University; 2003. 181 р. (In Russ.)]

30. Jirkovská M, Kučera T, Dvořáková V, et al. Impact of maternal diabetes type 1 on proliferative potential, differentiation and apoptotic activity in villous capillaries of term placenta. Placenta. 2016;40:1−7. doi: https://doi.org/10.1016/j.placenta.2016.02.003

31. Marcinkevage JA, Narayan KM. Gestational diabetes mellitus: taking it to heart. Prim Care Diabetes. 2011;5(2):81−88. doi: https://doi.org/10.1016/j.pcd.2010.10.002

32. Guilherme A, Henriques F, Bedard AH, et al. Molecular pathways linking adipose innervation to insulin action in obesity and diabetes mellitus. Nat Rev Endocrinol. 2019;15(4):207−225. doi: https://doi.org/10.1038/s41574-019-0165-y

33. Бурумкулова Ф.Ф. Гестационный сахарный диабет (эндокринологичeские, акушерские и перинатальные аспекты) // Международный эндокринологический журнал. — 2011. — №3. — С. 78−90. [Burumkulova FF. Gestatsionnyi sakharnyi diabet (endokrinologicheskie, akusherskie i perinatal’nye aspekty). International journal of endocrinology. 2011;(3):78−90. (In Russ.)]

34. Jarmuzek P, Wielgos M, Bomba-Opon D. Placental pathologic changes in gestational diabetes mellitus. Neuro Endocrinol Lett. 2015;36(2):101−105.

35. Castori M. Diabetic embryopathy: a developmental perspective from fertilization to adulthood. Mol Syndromol. 2013;4(1-2):74−86. doi: https://doi.org/10.1159/000345205

36. Saad MI, Abdelkhalek TM, Saleh MM, et al. Maternal diabetes impairs oxidative and inflammatory response in murine placenta. Springerplus. 2016;5:532. doi: https://doi.org/10.1186/s40064-016-2180-y

37. Saad MI, Abdelkhalek TM, Saleh MM, et al. Insights into the molecular mechanisms of diabetes-induced endothelial dysfunction: focus on oxidative stress and endothelial progenitor cells. Endocrine. 2015;50(3):537−567. doi: https://doi.org/10.1007/s12020-015-0709-4

38. Sobrevia L, Salsoso R, Fuenzalida B, et al. Insulin is a key modulator of fetoplacental endothelium metabolic disturbances in gestational diabetes mellitus. Front Physiol. 2016;7:119. doi: https://doi.org/10.3389/fphys.2016.00119

39. Desoye G, van Poppel M. The feto-placental dialogue and diabesity. Вest Pract Res Clin Obstet Gynaecol. 2015;29(1):15−23. doi: https://doi.org/10.1016/j.bpobgyn.2014.05.012

40. Sobrevia L, Salsoso R, Sáez T, et al. Insulin therapy and fetoplacental vascular function in gestational diabetes mellitus. Exp Physiol. 2015;100(3):231−238. doi: https://doi.org/10.1113/expphysiol.2014.082743

41. Westermeier F, Sáez T, Arroyo P, et al. Insulin receptor isoforms: an integrated view focused on gestational diabetes mellitus. Diab Metab Res Rev. 2016;32(4):350−365. doi: https://doi.org/10.1002/dmrr.2729

42. Daskalakis G, Marinopoulos S, Krielesi V, et al. Placental pathology in women with gestational diabetes. Acta Obstet Gynecol Scand. 2008;87(4):403−407. doi: https://doi.org/10.1080/00016340801908783

43. Краснопольский В.И., Петрухин В.А., Чечнева М.А., Лысенко С.Н. Антенатальная ультразвуковая диагностика диабетической фетопатии и макросомии // Архив акушерства и гинекологии им. В.Ф. Снегирева. — 2014. — №1. — С. 51−53. [Krasnopol’skii VI, Petrukhin VA, Chechneva MA, Lysenko SN. Antenatal’naya ul’trazvukovaya diagnostika diabeticheskoi fetopatii i makrosomii. Arkhiv akusherstva i ginekologii im. V. F. Snegireva. 2014;(1):51−53. (In Russ.)]

44. Jirkovská M, Kubínová L, Janácek J, et al. Topological properties and spatial organization of villous capillaries in normal and diabetic placentas. J Vasc Res. 2002;39(3):268−278. doi: https://doi.org/10.1159/000063692

45. Calkins K, Devaskar SU. Fetal origins of adult disease. Curr Probl Pediatr Adolesc Health Care. 2011;41(6):158−176. doi: https://doi.org/10.1016/j.cppeds.2011.01.001

46. Тиселько А.В. Сравнительный анализ эффективности различных режимов инсулинотерапии сахарного диабета 1 типа во время беременности // Журнал акушерства и женских болезней. — 2012. — Т. 61. — №1. — С. 90−95. [Tisel’ko A.V. Comparative analysis of eficiency for diferent insulin therapy re gimes in patients with type 1 diabetes melitus durin g pre gnancy. Journal of obstetrics and women’s diseases. 2012;61(1):90−95. (In Russ.)]

47. Морозова Т.Е., Андрущишина Т.Б. Артериальная гипертензия у больных сахарным диабетом – индивидуализированный выбор антигипертензивных лекарственных средств // Российский кардиологический журнал. — 2011. — Т. 16. — №2. — С. 72−77. [Morozova TE, Andrushhishina TB. Arterial hypertension in patients with diabetes mellitus: an individualized choice of antihypertensive medications. Russian journal of cardiology. 2011;16(2):72−77. (In Russ.)]

48. Никонова Л.В., Тишковский С.В., Гадомская В.И., и др. Сахарный диабет и беременность. Часть II. Течение, тактика ведения пациентов // Журнал Гродненского государственного медицинского университета. — 2017. — Т. 15. — №4. — С. 368−374. [Nikonova LV, Tishkovskiy SV, Hadomskaya VI, et al. Diabetes mellitus and pregnancy. Part II. Peculiar properties, management of patients. Zhurnal Grodnenskogo gosudarstvennogo meditsinskogo universiteta. 2017;15(4):368−374. (In Russ.)] doi: https://doi.org/10.25298/2221-8785-2017-15-4-368-374

49. Петрухин В.А., Бурумкулова Ф.Ф. Гестационный сахарный диабет // Архив акушерства и гинекологии им. В.Ф. Снегирева. — 2014. — №1. — С. 48−51. [Petruhin VA, Burumkulova FF. Gestatsionnyy sakharnyy diabet. Arkhiv akusherstva i ginekologii im. V. F. Snegireva. 2014;(1):48−51. (In Russ.)]