علوم القطيف مقالات علمية في شتى المجالات العلمية
Pregnancy is an engineering challenge − diagnosing and treating preterm birth requires understanding its mechanics
مؤلفو الدراسة: ميليسا سكالا (Melissa Skala) برفسور الهندسة الطبية الحيوية، جامعة ويسكونسن ماديسون وكريستين مايرز (Kristine Myers) برفسور الهندسة الميكانيكية، جامعة كولومبيا و ميشيل أوين (Michelle Oyen) أستاذ مشارك في الهندسة الطبية الحيوية والفنون والعلوم في جامعة واشنطن في سانت لويس.
أطباء التوليد جيدون جدًا في إدارة الولادة. ولكن عندما يتعلق الأمر بالتنبؤ بما إذا سيولد الطفل في أوانه، فإن الأبحاث العلمية لا زالت متأخرة في هذا الصدد(1).
الأبحاث التي تتعلق بأسباب الولادة المبكرة (أو المبسترة) [أي التي تحدث قبل الأسبوع الـ 37 من الحمل، بحسب التعريف] لا زالت متخلفة عن دراسات جرت فى أمراض أخرى، مثل السرطان. وهذا يعني أن الممرضات والأطباء والقابلات والدولات(2) (doulas) لا يملكون الأدوات والموارد التي يحتاجونها للقيام بأفضل ما يمكنهم من عمل عندما يولد الطفل قبل الأسبوع الـ 37 من الحمل.
أحد العوامل القليلة المحتملة “المعروفة” للولادة المبكرة هو ما إذا كانت المرأة الحامل قد أنجبت طفلاً خديجًا في السابق. وعوامل الخطر الأخرى تشمل الحمل بتوأم أو ثلاثة توائم أو أكثر، كما تشمل بعض الحالات الطبية مثل التهابات المسالك البولية أو ارتفاع ضغط الدم أو مرض السكري. ومع ذلك، فإن معرفة عوامل الخطر هذه لا تحدد دائمًا سبب الولادة المبكرة.
التقدم في الأبحاث بخصوص الولادة المبكرة لا زالت بطيئة جزئيًا لأن الكثير منها حتى الآن لم تتناول الحمل من منظور بيولوجيا الإنجاب(3). ويشمل ذلك التغيرات الفسيولوجية الهائلة في الجهاز الإنجابي والقلب والأوعية الدموية والغدد الصماء للمرأة الحامل، وتأثير الهرمونات والوراثة [الوراثيات (genetics) ويطلق عليها أيضًا (heredity)] في كل من الوالدين والجنين.
إلّاَ أن الحمل يمثل أيضًا تحديات هندسية(4) لأنه ينطوي على قوى فيزيائية (مادية). إذ يتعامل الأطباء مع جنين يبلغ متوسط وزنه 3.2 كغم (7 أرطال)(5) في حوالي لتر واحد من السائل الأمنيوسي(6) مثبت في مكانه بغشاء سمكه أقل من 1 ملم – كل ذلك داخل الرحم الذي يبدأ بحجم يبلغ قبضة يد. كل ذلك ينطوي على قوى وضغوط وأحمال ميكانيكية [المقاومة الميكانيكية الخارجية(7)] التي يمكن أن تساهم جميعها في حالات الأم الحامل والجنين والمشيمة التي يمكن أن تتسبب في الولادة المبكرة.
في دراسة نُشرت منذ أكثر من 150 عامًا(4)، أقر أحد الأطباء أن الولادة تعتبر حدثًا ميكانيكيًا. لكنه كان يستخدم تكنولوجيا القرن التاسع عشر لقياس الضغط على كل وحدة مساحة على الأغشية الداعمة للحمل. أصبح لدى الباحثين الآن فقط الخبرة الهندسية الميكانيكية والكهربائية والحوسبية الكافية للتعامل مع تحديات الولادة المبكرة.
لكن الدراسات في الولادة المبكرة لا تزال متأخرة جدًا، لذا يجب على الباحثين أولاً ايجاد الأدوات اللازمة لدراسة الحالة قبل أن يتمكنوا من تشخيصها وعلاجها. وهذا ما يقوم به فريقنا.
عدة مضاعفات يمكن أن تتسبب في الولادة المبكرة
من الصعب التعرف على الحوامل اللاتي يمكن أن يتعرضن لاحتمال الولادة المبكرة بشكل دقيق، لأن أسباب هذه الحالة لا تقتصر على سبب واحد. إذ يمكن أن تحدث الولادة المبكرة بسبب عوامل متعددة تشمل الحامل أو جنينها أو المشيمة أو أغشية الجنين المتصلة بالمشيمة التي تصل الجنين بأمه.
على الصعيد العالمي، هناك خديج واحد لكل 10 ولادات(8). من بين هذه الولادات المبكرة، هناك حوالي 30% إلى 40% منها تحدث بسبب تمزق الأغشية الجنينية (الغشاء الأمينوسي) المبكر(10 ، 9)، و 1% إلى 9% أخرى من هذه الولادات المبكرة يعود إلى توسع عنق الرحم قبل الأوان(11).
حتى مع توفر التكنولوجيا الحديثة، نادرًا ما يمكن منع الولادة المبكرة. أدوات الفحص الحالية لقياس احتمال الولادة المبكرة بدائية إلى حد ما(12). يستخدم الأطباء الموجات فوق الصوتية لمراقبة حجم الطفل ووضعيته، ويتحسسون مباشرةً عنق الرحم لمعرفة ما إذا أصبح رقيقًا (soft) ومنفتحًا، وهي عملية طبيعية قبل المخاض ولكنها تمثل مشكلة لو حدثت في وقت مبكر جدًا.
لو توقف الجنين عن النمو، ربما بسبب عدم كفاية كمية الدم الواصلة إلى المشيمة، يقوم الأطباء بإجراء عملية قيصرية مبكرة (قبل أوان الولادة الطبيعية)(13) لإنقاذ حياة الجنين وتجنب موته داخل الرحم. تُستخدم أيضًا العمليات القيصرية الوقائية(14) في بعض الأحيان لمنع أو علاج تسمم الحمل(15)، أو ارتفاع ضغط الدم بشكل خطير أثناء فترة الحمل.
في كلتا الحالتين، يوازن كل من الحوامل والأطباء بين فوائد الولادة القيصرية المبكرة لكل من الجنين ووالديه مقابل المخاطر المرتبطة بالولادة المبكرة، بما فيها مشكلات التنفس أو البصر أو القلب والأوعية الدموية أو غيرها من المشكلات الصحية للطفل التي من قد يعاني منها طوال حياته.
مجموعة واسعة من العوامل التي تلعب دورًا في الولادة المبكرة تجعل التشخيص المبكر صعبًا. لكن كلما كانت معرفة القوى الميكانيكية الحيوية الأساسية الفاعلة أثناء الحمل أفضل كلما تمكن الباحثون من الدخول في مجالات دراسية جديدة للبحث عن قرائن تشخيصية.
معالجة التحدي الهندسي من زوايا متعددة
الحمل هو في الأساس عملية فيزيائية(16)، بدءً من تمدد الرحم لاستضافة الطفل وحتى اتساع عنق الرحم(17) عندما تبدأ انقباضات (تقلصات) المخاض وتدفع الأم الحامل بالجنين خارج الرحم. ويحدث خطأ ميكانيكي في الأثناء، قد يؤدي ذلك إلى نتائج مأساوية.
على سبيل المثال، عوامل خطر الولادة المبكرة للحامل تشمل تمزق الرحم(17) أو تسمم الحمل. ويمكن أيضًا أن تنفصل المشيمة عن جدار الرحم، مما يتسبب في نزيف الحامل حتى الموت. الحمل بتوأم يأتي مع زيادة في كمية السائل الأمنيوسي والدم مما يضيف ثقلًا آخر على المشيمة، مما قد يتسبب في مخاض مبكر.
يعمل فريقنا المتكون من مهندسي ميكانيكا حيوية وطب حيوي على فهم الأسباب الكامنة وراء الولادة المبكرة من زوايا مختلفة، وكل ذلك بهدف التشخيص والتدخل.
شاهد مقطع فيديو عن عملية الحمل:
الحمل يغير جسم الحامل فيزيائيًا
تدرس كريستين مايرز وهي واحدة من ضمن الفريق، بيولوجيا إعادة تشكيل الأنسجة(18) للتعرف على ميكانيكا الحمل البيولوجية. يقوم مختبرها بتصميم نماذج حوسبية(19) لقياس طريقة عمل الرحم وعنق الرحم وأغشية الجنين لتحمل الأحمال الميكانيكية الناجمة من الحمل. تستخدم هي وفريقها الموجات فوق الصوتية لدراسة مدى نمو الرحم وتمدده ومقدار الحِمْل الميكانيكي على عنق الرحم، والتنبؤ بما إذا كان سيخفق في وقت مبكر جدًا. استخدام الرحم كمقياس لضغط البيئة الميكانيكية للحَمْل يمكن أن يساعد في التعرف على المضاعفات قبل حدوثها.
تدرس زميلتنا الأخرى، ميشيل أوين (Michelle Oyen) الفيزياء وعلوم المواد الخاصة بالأنسجة الرقيقة(20) مع التركيز على الخواص الميكانيكية لأغشية الجنين ونقل العناصر التغذوية إلى المشيمة. يقوم مختبرها، بالتعاون مع فريق مايرز، بتطبيق البيانات الضخمة والتعلم الآلي على السجلات الطبية المعمى مصادرها لإنشاء توائم رقمية [المترجم: التوأم الرقمي هو نمودج افتراضي يمثل توأم بشري ويحاكي صفاته ويأخذ بياناته منه ليحاكي حالاته بشكل تزامني(21)] – أو نماذج حوسبية للبيانات الصحية لإحدى الحوامل – والتي يمكن أن تساعد في التنبؤ بكيفية تطور الحمل. قد يساعد هذا الأطباء على علاج مضاعفات الحمل أو تجنبها.
أخيرًا، استخدمت ميليسا سكالا تقنية غير باضعة تسمى التصوير المقطعي بالتماس البصري(22، 23). ينتج عن هذا النوع من التصوير صورًا ثلاثية الأبعاد للأنسجة التي لا يمكن تصويرها بالموجات فوق الصوتية أو التصوير بالرنين المغناطيسي، مثل أغشية الجنين الرقيقة (soft) جدًا. استخدم مختبرها هذه التقنية لدراسة كيف تتمزق أغشية الجنين تحت قوى ضغط مختلفة، مما يوفر خط أساس (baseline) من المعلومات التي يمكن استخدامها لبناء نماذج رقمية أفضل للضغط الذي يتعرض له غشاء الجنين. يمكن أن يكون التصوير المحسّن لأغشية الجنين وعنق الرحم بمثابة منبه للأطباء عندما تكون هذه البنويات معرضة لاحتمال الفشل.
كلما كان التصوير أفضل كلما كانت النماذج أفضل
الكأس المقدسة (السر) لتجنب الولادة المبكرة هي التشخيص المبكر. قائمة مرجعية (checklist) للإنذار المبكر بشأن احتمالات الولادة المبكرة من شأنها أن تساعد في وقاية صحة كل من الطفل وأمه.
قد تبدو القائمة المرجعية هذه كما لو أن هناك طبيب يطلب فحصًا تصويريًا بمجرد معرفة أن المرأة حامل ليعرف حجم الرحم وعنق الرحم. ثم قد يأخذ مسحة من السائل المهبلي لتحليل التغيرات البيولوجية في عنق الرحم.
كلما كانت تقنيات النمذجة أفضل كلما كانت قادرة على تقييم مرحلة تتالي الحمل عند الحامل، ويمكن لأدوات التصوير الأكثر دقة قياس التغييرات بمرور الزمن (تتالي حالة الحمل). كلما كان التنبؤ بموعد بدء المخاض أفضل، كلما استطاع الأطباء والحوامل اتخاذ قرار أكثر استنارة بشأن ما إذا كانت العملية القيصرية ضرورية أم لا.
لا يزال أمامنا سنوات عديدة لإعداد قائمة مرجعية دقيقة للإنذار المبكر للولادة المبكرة. لكن الباحثين في بيولوجيا الإنجاب وعلم الأوبئة والمعلوماتية البيولوجية (bioinformatics) والهندسة يبذلون قصارى جهدهم لفهم المزيد من التفصيل عن طريقة ولادة الأطفال والمضاعفات العديدة التي قد تظهر أثناء الحمل، بما فيها الولادة المبكرة.
نحن نؤمن بأن الهندسة – وهي الحل الإبداعي للمشكلات باستخدام التكنولوجيا – تعتبر إضافة مهمة لمقاربة متعددة التخصصات اللازمة للتعامل مع مضاعفات الولادة المبكرة.
مصادر من داخل وخارج النص:
1- https://www.cureus.com/articles/120986-preterm-birth-an-overview#!/
2- ” الـ دولا (doula) ، المعروفة أيضًا باسم رفيقة الولادة أو مدربة الولادة الطبيعية أو مدربة ما بعد الولادة، سيدة لا تمتهن مهنة الطب، ولكنها تقوم بمساعدة السيدات قبل الولادة أو أثنائها أو بعدها. كما نقوم بتقديم الدعم العاطفي والمساعدة المادية إذا لزم الأمر. وقد تُقدم كذلك الدعم للزوج والأسرة. وبعكس القابلة، لا تعد الدولا من العاملين بمهنة الطب، وبالتالي لا يمكنهما وصف دواء..” ، مقتبس ببعض التصرف من نص ورد على هذا العنوان: https://en.wikipedia.org/wiki/Doula
3- https://opentextbc.ca/biology/chapter/24-5-human-pregnancy-and-birth/
4- https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adg6048
5- https://www.healthline.com/health/parenting/average-baby-weight
6- https://www.mayoclinic.org/ar/healthy-lifestyle/pregnancy-week-by-week/expert-answers/low-amniotic-fluid/faq-20057964
7- https://en.wikipedia.org/wiki/Mechanical_load
8- https://www.thelancet.com/journals/lancet/article/PIIS0140-6736(23)00878-4/fulltext
9- https://altibbi.com/%D9%85%D8%B5%D8%B7%
10- https://www.nature.com/articles/s41598-017-13296-1
11- https://emedicine.medscape.com/article/1979914-differential?form=fpf
12- https://www.sfnmjournal.com/article/S1744-165X(17)30138-5/abstract
13- https://www.marchofdimes.org/find-support/topics/birth/medical-reasons-c-section
14- https://www.heart.org/en/news/2023/04/10/scheduling-birth-before-a-mothers-due-date-may-prevent-preeclampsia
15- https://www.mayoclinic.org/ar/diseases-conditions/preeclampsia/symptoms-causes/syc-20355745
16- https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-030-29669-8_5
17- https://www.elconsolto.com/parenting/parenting-news/details/2021/7/16/2057350/%D8%AA%D9%
18- https://en.wikipedia.org/wiki/Tissue_remodeling
19- https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0146000517300952?via%3Dihub
20- https://iopscience.iop.org/article/10.1088/2515-7639/ac90ee
21- https://theconversation.com/what-are-digital-twins-a-pair-of-computer-modeling-experts-explain-181829
22- https://opg.optica.org/boe/fulltext.cfm?uri=boe-14-6-2969&id=530971
23- https://www.webteb.com/eye-health/tests/%
