[论文解读] Fetal heart rate variability responsiveness to maternal stress, non-invasively detected from maternal transabdominal ECG

Silvia M. Lobmaier, Alexander Mueller+11 more|arXiv (Cornell University)|Nov 28, 2019

Maternal Mental Health During Pregnancy and Postpartum参考文献 50被引用 8

一句话总结

本研究通过经腹壁 ECG 非侵入性检测母体压力对胎儿心率变异性（fHR）反应的影响。采用双变量相位整流信号平均法（BPRSA）量化母体与胎儿心率之间的耦合关系，结果显示，压力母亲的胎儿应激指数（FSI）显著升高（中位数 FSI 0.43），而对照组为 0.00，表明妊娠晚期母体压力对胎儿产生持久影响。

ABSTRACT

Objective: We hypothesized that prenatal stress (PS) exerts lasting impact on fetal heart rate (fHR). We sought to validate the presence of such PS signature in fHR by measuring coupling between maternal HR (mHR) and fHR. Study design: Prospective observational cohort study in stressed group (SG) mothers with controls matched for gestational age during screening at third trimester using Cohen Perceived Stress Scale (PSS) questionnaire with PSS-10 equal or above 19 classified as SG. Women with PSS-10 less than 19 served as control group (CG). Setting: Klinikum rechts der Isar of the Technical University of Munich. Population: Singleton 3rd trimester pregnant women. Methods: Transabdominal fetal electrocardiograms (fECG) were recorded. We deployed a signal processing algorithm termed bivariate phase-rectified signal averaging (BPRSA) to quantify coupling between mHR and fHR resulting in a fetal stress index (FSI). Maternal hair cortisol was measured at birth. Differences were assumed to be significant for p value less than 0.05. Main Outcome Measures: Differences for FSI between both groups. Results: We screened 1500 women enrolling 538 of which 16.5 % showed a PSS-10 score equal or above 19 at 34+0 weeks. Fifty five women eventually comprised the SG and n=55 served as CG. Median PSS was 22.0 (IQR 21.0-24.0) in the SG and 9.0 (6.0-12.0) in the CG, respectively. Maternal hair cortisol was higher in SG than CG at 86.6 (48.0-169.2) versus 53.0 (34.4-105.9) pg/mg. At 36+5 weeks, FSI was significantly higher in fetuses of stressed mothers when compared to controls [0.43 (0.18-0.85) versus 0.00 (-0.49-0.18)]. Conclusion: Our findings show a persistent effect of PS affecting fetuses in the last trimester.

研究动机与目标

• 调查产前压力（PS）是否在胎儿心率（fHR）变异性中留下可测量的生理标志。
• 通过量化母体心率（mHR）与 fHR 之间的耦合关系，验证 fHR 中产前压力标志的存在。
• 利用非侵入性胎儿 ECG 监测评估母体感知压力与胎儿神经发育反应性之间的关联。
• 将研究结果与出生时母体发质皮质醇水平相关联，作为 HPA 轴长期激活的生物标志物。

提出的方法

• 在慕尼黑工业大学右岸医院开展前瞻性观察性队列研究，对象为单胎妊娠晚期孕妇。
• 根据 Cohen 的感知压力量表（PSS-10 ≥19 为压力组，<19 为对照组）将母亲分为压力组（SG）和对照组（CG）。
• 记录经腹壁胎儿心电图（fECG），以提取胎儿和母体心率信号。
• 应用双变量相位整流信号平均法（BPRSA）量化 mHR 与 fHR 之间的动态耦合关系，得出胎儿应激指数（FSI）。
• 测量出生时母体发质皮质醇水平，作为 HPA 轴长期激活的生物标志物。
• 使用非参数检验比较两组间 FSI 和皮质醇水平的差异，显著性水平设定为 p < 0.05。

实验结果

研究问题

• RQ1 妊娠晚期母体感知压力是否与胎儿心率变异性可测量的变化相关？
• RQ2 能否通过经腹壁 ECG 和基于 BPRSA 的耦合分析非侵入性检测胎儿应激反应性？
• RQ3 压力母亲与非压力母亲的胎儿应激指数（FSI）是否存在显著差异？
• RQ4 出生时母体发质皮质醇水平升高是否与压力母亲胎儿的更高 FSI 相关？

主要发现

• 压力组（SG）的中位 PSS-10 评分显著高于对照组（CG）（SG：22.0，IQR 21.0–24.0；CG：9.0，IQR 6.0–12.0）。
• SG 的母体发质皮质醇水平显著高于 CG（SG：86.6 pg/mg，IQR 48.0–169.2；CG：53.0 pg/mg，IQR 34.4–105.9）。
• 在 36+5 周时，SG 的胎儿应激指数（FSI）显著高于 CG（SG：0.43，IQR 0.18–0.85；CG：0.00，IQR -0.49–0.18）。
• 两组间 FSI 差异具有统计学显著性（p < 0.05），表明胎儿对母体压力存在可测量的反应性。
• 本研究证实产前压力在妊娠末期对胎儿心率变异性具有持续影响。
• 非侵入性 BPRSA 方法成功检测到与母体心理和生物应激标志物相关的应激相关 fHR 变异性变化。