Serotonin and cyclic sleep organization in healthy full-term newborns

Cover Page


Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

RELEVANCE: The growth of neuropsychiatric diseases caused by perinatal pathology indicates the need to study the biochemical markers of brain damage in the newborn for the timely prevention of adverse consequences. Serotonin in early ontogenesis provides intensive development of neuronal structures and cortical networks involved in the mechanisms of formation of cyclic sleep organization — a fine criterion of morphofunctional development of the brain.

AIM: The aim of the work is to study the content of serotonin in healthy full-term newborns in comparison with the quantitative and qualitative characteristics of the electropoligraphic sleep pattern.

MATERIAL AND METHODS: 84 healthy newborns were examined, which, depending on the gestational age, were divided into 3 groups: I — 37 weeks (20 people), II — 38 weeks (24 people), III — 39-40 weeks (40 people). The content of serotonin in platelet-rich plasma of blood from the umbilical cord vein and in platelet suspension prepared from venous blood taken from mothers and children on the first day of life and again on day 5 was determined by high-performance liquid chromatography with electrochemical detection. A quantitative and qualitative analysis of the sleep electropoligram was performed 7-12 hours after birth.

RESULTS: The content of serotonin in platelet-rich plasma in umbilical cord blood in children does not depend on the method of birth, is 2 times lower than in the venous blood of mothers (0.379 ± 0.116 microns/l, versus 0.756 ± 0.200 microns/l, but there is a high correlation between the indicators (r = 0.8, p < 0.05). At the gestational age of 39-40 weeks, the level of serotonin in platelet-rich plasma and in venous blood platelets is significantly higher than in those born at 37 weeks. In the latter, the increase in the content of serotonin in platelets continues after birth (at day 1, 0.539 ± 0.149 nM/109 Tr, and on day 5 — 0.846 ± 0.094 nM/109 Tr; p < 0.05), whereas the indicators for those born at 39-40 weeks of pregnancy. They do not change (0.797 ± 0.190 nM/109 Tr and 0.749 ± 0.142 nM/109 Tr, respectively). A significant increase in the content of serotonin in the platelet-rich plasma and in the platelets of the child in the period from 37 to 39 weeks, both during intrauterine development and in the first days of life, correlates with an increase in the representation of the orthodox phase in the sleep cycle.

CONCLUSION: The general pattern of changes in serotonin content and cyclic sleep organization in the early neonatal period in healthy newborns, depending on gestational age, indicates the possibility of using the obtained standard values of serotonin as a biochemical marker of functional brain development.

About the authors

Natalia A. Zvereva

The Research Institute of Obstetrics, Gynecology, and Reproductology named after D.O. Ott

Author for correspondence.
Email: tata-83@bk.ru
ORCID iD: 0000-0002-1220-1147
Russian Federation, Saint Petersburg

Yulia P. Milyutina

The Research Institute of Obstetrics, Gynecology, and Reproductology named after D.O. Ott

Email: milyutina1010@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1951-8312
SPIN-code: 6449-5635
Scopus Author ID: 24824836300

PhD, Chairman of the Council of Young Scientists

Russian Federation, Saint Petersburg

Inna I. Evsyukova

The Research Institute of Obstetrics, Gynecology, and Reproductology named after D.O. Ott

Email: eevs@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-4456-2198

MD, PhD, DSci (Medicine), Professor

Russian Federation, Saint Petersburg

References

  1. Huang L, Yu X, Keim S, et al. Maternal prepregnancy obesity and child neurodevelopment in the Collaborative Perinatal Project. Int J Epidemiol. 2014;43(3):783–792. doi: 10.1093/ije/dyu030
  2. Van Lieshout RJ, Voruganti LP. Diabetes mellitus during pregnancy and increased risk of schizophrenia in offspring: a review of the evidence and putative mechanisms. J Psychiatry Neurosci. 2008;33(5):395–404.
  3. Olfson M, Blanco C, Wang S, Laje G, Correll CU. National trends in the mental health care of children, adolescents, and adults by office-based physicians. JAMA Psychiatry. 2014;71(1):81–90. doi: 10.1001/jamapsychiatry.2013.3074
  4. Jenkins TA, Nguyen JC, Polglaze KE, Bertrand PP. Influence of tryptophan and serotonin on mood and cognition with a possible role of the Gut-Brain Axis. Nutrients. 2016;8(1):56. doi: 10.3390/nu8010056
  5. Edlow AG. Maternal obesity and neurodevelopmental and psychiatric disorders in offspring. Prenat Diagn. 2017;37(1):95–110. doi: 10.1002/pd.4932
  6. Kepser LJ, Homberg JR. The neurodevelopmental effects of serotonin: a behavioural perspective. Behav Brain Res. 2015;277:3–13. doi: 10.1016/j.bbr.2014.05.022
  7. Uzbekov MG, Murphy S, Rose SP. Ontogenesis of serotonin ‘receptors’ in different regions of rat brain. Brain Res. 1979;168(1):195–199. doi: 10.1016/0006-8993(79)90139-2
  8. Popova NK, Kulikov AV. Mnogoobrazie serotoninergicheskih receptorov kak osnova polifunkcional’nosti serotonina. Uspehi funkcional’noj nejrohimii: sbornik statej. Saint Petersburg; 2003. P. 56–73. (In Russ.)
  9. Evsyukova II. The cyclic organization of sleep in early ontogenesis in different conditions of intrauterine fetus development. Russian Journal of Physiology. 2013;9(2):166–174. (In Russ.)
  10. Oreland L, Hallman J. Blood platelets as a peripheral marker for the central serotonin system. Nordisk Psykiatrisk Tidsskrift. 1989;43(Suppl. 20):43–51. doi: 10.3109/08039488909100833
  11. Tu JB, Wong CY. Serotonin metabolism in normal and abnormal infants during the perinatal period. Biol Neonate. 1976;29(3–4):187–193. doi: 10.1159/000240863
  12. Berman JL, Justice P, Hsia DY. The metabolism of 5-hydroxy¬tryptamin (serotonin) in the newborn. J Pediatr. 1965;67(4):603–608. doi: 10.1016/s0022-3476(65)80431-0
  13. Hazra M, Benson S, Sandler M. Blood 5-hydroxytryptamine levels in the newborn. Arch Dis Child. 1965;40(213):513–515. doi: 10.1136/adc.40.213.513
  14. Anderson GM, Czarkowski K, Ravski N, Epperson CN. Platelet serotonin in newborns and infants: ontogeny, heritability, and effect of in utero exposure to selective serotonin reuptake inhibitors. Pediatr Res. 2004;56(3):418–422. doi: 10.1203/01.PDR.0000136278.23672.A0
  15. Flachaire E, Beney C, Berthier A, et al. Determination of reference values for serotonin concentration in platelets of healthy newborns, children, adults, and elderly subjects by HPLC with electrochemical detection. Clin Chem. 1990;36(12):2117–2120. doi: 10.1093/clinchem/36.12.2117
  16. Klimenko T, Kvaratsheliya T, Vodjanitskaya S. Changes in lungs and catecholamine status in the case of spinal intranatal trauma in newborns. Zdorovie rebenka. 2007;3(6):41–43. (In Russ.)
  17. Sheibak LN, Katkova EV. Serotonin and its derivatives in the umbilical cord blood serum of premature newborn infants. Rossijskij vestnik perinatologii i pediatrii. 2010;55(4):27–30. (In Russ.)
  18. De Villard R, Flachaire E, Laujin A, et al. Etude de la concentration en sérotonine plaquettaire chez les enfants de moins de 5 ans [Platelet serotonin concentration in children under 5 years of age]. Pediatrie. 1991;46(12):813–816.
  19. Mashige F, Matsushima Y, Kanazawa H, et al. Acidic catecholamine metabolites and 5-hydroxyindoleacetic acid in urine: the influence of diet. Ann Clin Biochem. 1996;33(Pt 1):43–49. doi: 10.1177/000456329603300106
  20. Field T, Diego M, Hernandez-Reif M, et al. Prenatal serotonin and neonatal outcome: brief report. Infant Behav Dev. 2008;31(2):316–320. doi: 10.1016/j.infbeh.2007.12.009
  21. Rosenfeld CS. Placental serotonin signaling, pregnancy outcomes, and regulation of fetal brain development. Biol Reprod. 2020;102(3):532–538. doi: 10.1093/biolre/ioz204
  22. Kliman HJ, Quaratella SB, Setaro AC, et al. Pathway of maternal serotonin to the human embryo and fetus. Endocrinology. 2018;159(4):1609–1629. doi: 10.1210/en.2017-03025
  23. Laurent L, Deroy K, St-Pierre J, Côté F, Sanderson JT, Vaillancourt C. Human placenta expresses both peripheral and neuronal isoform of tryptophan hydroxylase. Biochimie. 2017;140:159–165. doi: 10.1016/j.biochi.2017.07.008
  24. Ranzil S, Walker DW, Borg AJ, Wallace EM, Ebeling PR, Murthi P. The relationship between the placental serotonin pathway and fetal growth restriction. Biochimie. 2019;161:80–87. doi: 10.1016/j.biochi.2018.12.016
  25. Bonnin A, Goeden N, Chen K, et al. A transient placental source of serotonin for the fetal forebrain. Nature. 2011;472(7343):347–350. doi: 10.1038/nature09972
  26. Bonnin A, Levitt P. Fetal, maternal, and placental ¬sources of serotonin and new implications for developmental programming of the brain. Neuroscience. 2011;197:1–7. doi: 10.1016/j.neuroscience.2011.10.005
  27. Zhou FC, Sari Y, Zhang JK. Expression of serotonin transporter protein in developing rat brain. Brain Res Dev Brain Res. 2000;119(1):33–45. doi: 10.1016/s0165-3806(99)00152-2
  28. Nasyrova DI, Sapronova AY, Balbashev AV, et al. Development of central and peripheral serotonin-producing systems in rats in ontogenesis. J Evol Biochem Phys. 2009;45(1):78–85. doi: 10.1134/S0022093009010074
  29. Peirano P, Algarín C, Uauy R. Sleep-wake states and their ¬regulatory mechanisms throughout early human development. J Pediatr. 2003;143(4 Suppl.):S70-S79. doi: 10.1067/s0022-3476(03)00404-9
  30. Kovalson VM. Osnovi somnologii. Fiziologiya i neurochimiya zikla bodrstvovanie-son. Moscow; 2011. (In Russ.)
  31. Evsyukova II, Kondrat’eva MV. Characteristics of the cardiointervalogram in newborns during sleep. Human Physiology. 2005;31(2):199–203. (In Russ.)
  32. Poblano A, Haro R, Arteaga C. Neurophysiologic measurement of continuity in the sleep of fetuses during the last week of pregnancy and in newborns. Int J Biol Sci. 2007;4(1):23–28. doi: 10.7150/ijbs.4.23

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2021 Eсо-Vector



Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».