Искусственный интеллект выявляет риск преждевременных родов у беременных женщин

Недостаток сна и снижение физической активности во время беременности связаны с риском преждевременных родов, говорится в новом исследовании, проведенном под руководством Стэнфордской школы медицины.

В ходе исследования, результаты которого будут опубликованы 28 сентября в журнале npj Digital Medicine, ученые собрали данные с устройств, которые носили более 1000 женщин на протяжении всей беременности. Используя алгоритм машинного обучения, ученые просеяли информацию об активности участниц, чтобы выявить тонкие изменения в режиме сна и физической активности.

Мы показали, что алгоритм искусственного интеллекта может построить «часы» физической активности и сна во время беременности и определить, на каком сроке беременности находится пациентка», — говорит старший автор исследования Нима Агаепур, кандидат медицинских наук, доцент кафедры анестезиологии, периоперационной и обезболивающей медицины и педиатрии Стэнфордского медицинского института. По его словам, нормальная беременность характеризуется постепенным изменением сна и физической активности по мере развития беременности.

Но некоторые пациентки не следуют этому графику. Когда уровень сна и активности пациенток не изменяется по типичной траектории, как показало исследование, это является тревожным сигналом для преждевременных родов, добавил он.

Ведущий автор исследования — Нил Равиндра, доктор философии, бывший постдокторант Стэнфордского медицинского института.

По мере развития беременности сон, как правило, нарушался все больше, а женщины становились менее физически активными, показало исследование. Однако у некоторых женщин сон и активность изменялись в ускоренном темпе в зависимости от срока беременности. Эти женщины чаще рожали раньше срока, как показало исследование.

Люди, которые для алгоритма искусственного интеллекта выглядят «очень беременными», но таковыми не являются, в итоге подвергаются значительному риску преждевременных родов», — сказал Агаепур.

Борьба за предотвращение преждевременных родов

Преждевременные роды, когда ребенок рождается на 3 и более недель раньше срока, составляют 10,5% родов в США; в некоторых других странах мира этот показатель выше. У недоношенных новорожденных может возникнуть множество медицинских осложнений, включая заболевания глаз, легких, мозга и пищеварительной системы. Недоношенность является основной причиной смерти детей в возрасте до 5 лет во всем мире.

Исследования выявили целый ряд факторов риска преждевременных родов, включая повышенный уровень воспаления в организме беременной, специфические изменения в иммунной системе, афроамериканскую расу, повышенный уровень стресса, историю преждевременных родов и определенные типы бактерий в микробиоме матери.

Однако врачи до сих пор не могут достоверно определить, какая беременность относится к группе риска по преждевременным родам. Даже если они знают, что мать находится в группе риска — например, потому что у нее уже были преждевременные роды, — у них все равно нет эффективных методов лечения, позволяющих продлить беременность до срока. Разработка лекарств, которые могли бы это сделать, будет сложной задачей, в том числе из-за этических соображений, связанных с тестированием препаратов, которые могут нанести вред плоду.

По словам Агаепура, если исследователям удастся выявить модели сна и активности, снижающие риск недоношенности, они смогут разработать мероприятия, помогающие будущим матерям лучше спать и заниматься физическими упражнениями, что, возможно, позволит сократить число преждевременных родов с низким риском.

Сосредоточение внимания на матерях из группы риска

Группа специалистов Стэнфордского университета сотрудничала с учеными Вашингтонского университета в Сент-Луисе, которые собрали данные о сне и физической активности 1083 беременных женщин, проходивших там лечение. Более половины этой когорты (706 участниц) составляли чернокожие. В США частота преждевременных родов у чернокожих женщин примерно на 50% выше, чем у белых.

Наша популяция пациентов сталкивается со многими трудностями, и показатели преждевременных родов у нас гораздо выше, чем в Стэнфорде», — говорит соавтор исследования Сара Ингленд (Sarah England), доктор философии, профессор акушерства и гинекологии Медицинской школы Вашингтонского университета в Сент-Луисе.

Среди участниц исследования были женщины, испытывающие различные стрессовые факторы, связанные с более высокой частотой преждевременных родов, такие как расизм, низкий социально-экономический статус и проживание в районах с более высоким уровнем преступности, отметила Англия, добавив, что для исследований преждевременных родов важно включать в них наиболее нуждающиеся группы населения.

Как правило, темнокожие и цветные женщины не включаются во многие крупные когортные исследования, — сказала она.

Участницы исследования носили устройства для актиграфии, похожие на смарт-часы, для ежеминутного измерения физической активности и освещенности, начиная с первого триместра беременности и до рождения ребенка. Исследователи также располагали данными из электронных медицинских карт участниц о сроке беременности, таких как повышенное артериальное давление, диабет, сердечно-сосудистые заболевания и депрессия; осложнениях беременности, таких как преэклампсия и инфекции; а также информацией о родах, включая срок беременности, вес ребенка при рождении и медицинские осложнения у новорожденных.

На основе данных о движении и освещенности группа исследователей разработала модель машинного обучения активности и сна во время беременности. Модель показывает, что паттерны сна и физической активности меняются в течение беременности, что в целом связано с более частыми нарушениями сна и меньшей физической активностью по мере развития беременности.

Анекдотично многие женщины говорят: «Конечно!», — говорит соавтор исследования Эрик Херцог, доктор философии, профессор биологии Вашингтонского университета в Сент-Луисе, добавляя, что, например, женщины испытывают больше нарушений сна по мере того, как ребенок становится крупнее и активнее. „Но, что удивительно, в литературе нет единого мнения о том, что именно происходит со сном во время беременности“, — сказал он. Использование неточных методов измерения привычек сна, таких как анкетирование, не дало адекватных ответов».

Исследователи были удивлены тем, насколько сильно отклонения от нормального режима сна и физической активности могут предсказывать преждевременные роды. Если модель машинного обучения классифицировала женщину как спящую лучше и более физически активную, чем обычно для ее стадии беременности, это приводило к снижению риска преждевременных родов на 48%. И наоборот, если модель классифицировала женщину как хуже спящую и менее физически активную, чем обычно для ее стадии беременности, то риск преждевременных родов у нее был на 44% выше, чем у беременных женщин с обычным режимом сна и активности.

Сильные подсказки для предотвращения недоношенности

«Это очень интересные предварительные данные», — сказал Агаепур. Полученные результаты позволяют ученым провести исследования, чтобы проверить, может ли отслеживание и изменение режима сна или физической активности беременных женщин снизить риск недоношенности, — сказал он, добавив: — Это подсказывает нам, куда двигаться в будущем».

По словам ученых, циркадные часы регулируют и другие биологические пути, связанные с преждевременными родами, например, пути, регулирующие воспаление и иммунный ответ. Они планируют проверить, может ли улучшение сна и физической активности во время беременности изменить другие ключевые пути, например, пути, контролирующие воспаление.

Нам кажется, что если мы обратим внимание на этот всеобъемлющий регулятор, то сможем контролировать отдельные системы, приводящие к преждевременным родам, — говорит Ингленд.

Хотя результаты исследования находятся на ранней стадии, и необходима дополнительная работа, чтобы понять их значение для профилактики недоношенности, она добавила, что уже сейчас не стоит рекомендовать беременным женщинам придерживаться правильного режима сна. Например, женщинам следует стараться соблюдать постоянное время отхода ко сну и пробуждения, высыпаться и получать естественное освещение в течение дня, чтобы помочь регулировать часы работы организма.

Я говорю всем беременным: «Надеюсь, вы будете регулярно спать», — говорит Ингленд.

«Если мы сможем использовать сон и физическую активность для модуляции биологии в нужном направлении, это может стать отличным вмешательством для снижения частоты преждевременных родов», — заключает Агаепур.

28.09.2023