Human Embryonic Development : Effects of Physical Activity and Sleep in Physiological Pregnancies

Abstract

Bakgrunn: Forskningsfeltet "Developmental Origin of Health and Disease" (DOHaD) har vist hvor betydningsfull fosterutviklingen er for individets fremtidige helse og sykdomsrisiko. I senere år har den tidligste perioden av svangerskapet fått økt oppmerksomhet. Viktigheten av sunn ernæring og fysisk aktivitet er anerkjent, mens søvnens rolle i tidlig svangerskap, og spesielt før svangerskapet, har vært lite i fokus. Dette til tross for søvnens velkjente fysiologisk betydning for fysisk aktivitet, ernæring og kroppssammensetning i sin alminnelighet. Dyrestudier har vist at plommesekken er essensiell for å overføre næringsstoffer og danne de første blod- og immunforsvarscellene til embryo i utvikling. Noen celler kan spores helt til voksen alder, for eksempel vevsspesifikke makrofager. Humane studier er imidlertid få og sammenlignbare konklusjoner usikre. Det er først i senere tid at plommesekkens kritiske funksjoner hos mennesket er blitt dokumentert med sikkerhet. Mål: Å fastslå den normale variasjonen i maternelle søvn- og fysisk aktivitetsmønstre før og under graviditet. Dernest, å undersøke hvordan disse to faktorene påvirker embryonal utvikling, det vil si størrelsen på plommesekken og embryolengde, målt fra isse til sete, på engelsk "crown-rump length" (CRL). Disse forholdene ble analysert i sammenheng med andre relevante maternelle faktorer som kroppssammensetning. Materiale og Metode: I denne prospektive studien ble 190 friske kvinner som planla en naturlig unnfangelse inkludert. Søvn- og aktivitetsmønstre ble registrert med aktigrafi før svangerskapet, og registreringene ble gjentatt for hvert trimester. Kroppssammensetning ble også målt før graviditet ved hjelp av bioelektrisk impedansanalyse. For å fastslå påvirkningen av disse faktorene på embryonal utvikling, ble størrelsen på plommesekken og CRL (isse-sete lengde) målt gjentatte ganger med transvaginal ultralyd i første trimester. Statistikk: Deskriptiv statistikk for kohorten og målingene ble utført. Sammenhengene mellom søvn, fysisk aktivitet og embryonale målinger ble analysert ved hjelp av lineær og kvantil regresjon, både med og uten stratifisering etter embryonalt kjønn og gestasjonsalder, og i subanalyser justert for mors alder, paritet og kroppssammensetning. Serielle målinger ble modellert med lineære blandet-effekt modeller (eng. linear mixed-effects models). Hovedfunn: Studien avdekket allerede før svangerskapet en betydelig variasjonsbredde blant deltakerne i søvn- (± 2SD: 307–523 minutter) og fysisk aktivitetsmengde (± 2SD: 120–608 minutter). I løpet av det første trimesteret økte gjennomsnittlig søvnmengde betydelig fra 415 til 458 minutter, mens den fysiske aktiviteten, inkludert subgruppene lett og moderat til kraftig aktivitet, gradvis minket gjennom hele svangerskapet (for eksempel ble gjennomsnittlig daglig fysisk aktivitet målt til 362 minutter før svangerskapet, 262 minutter ved 13 uker, 251 minutter ved 24 uker, og 215 minutter ved 36 uker i svangerskapet). Særlig før konsepsjon viste søvn og fysisk aktivitet en klar sammenheng med plommesekkens størrelse i den kritiske utviklingsperioden mellom den 6. og 11. svangerskapsuken, samt med dens vekstdynamikk og embryonets størrelse (CRL). Disse forbindelsene var spesifikke for korte tidsvinduer og avdekket også faktorspesifikke interaksjoner mellom svangerskapsalder og embryonalt kjønn. Fortolkning: Maternelle søvn- og aktivitetsmønstre viste tydelig individuell variasjon og endret seg betydelig fra før konsepsjon til slutten av første trimester. Endringer i søvn og aktivitet er knyttet til hormonelle, sirkulatoriske og metabolske reguleringsmekanismer, og kan dermed påvirke menstruasjonssyklusen og mulig tidlig embryonal ernæring som leveres av endometriet og dets kjertler. Derfor kan de observerte variasjonene i plommesekkens størrelse reflektere en fysiologisk tilpasning av membranens overflateareal for å optimalisere ernæring og vekst av embryoet. Implikasjoner: Tids- og kjønnsspesifikke variasjoner i plommesekken, påvirket av søvn og fysisk aktivitet, oppstår i en kritisk fase av utviklingen som er kjennetegnet ved hurtig organ-utvikling og skiftende funksjoner. Disse funnene stiller ikke bare nye krav til utforming av fremtidige studier, men kan også ha implikasjoner for omsorgen i tiden både før og under svangerskapet, samt for barnets langsiktige helse.

Background: The field of developmental origins of health and disease (DOHaD) has spurred research into prenatal health determinants. Although nutrition and physical activity are well recognized for their importance, maternal sleep in early pregnancy, especially before conception, has received less attention despite its crucial physiological role and significant interplay with physical activity, nutrition, and body composition. Animal studies have demonstrated the role of the yolk sac in transferring nutrients and providing early blood and immune cells during early pregnancy. The latter, for example, has been traced to adulthood as a tissue macrophage. However, analogous evidence in human development was scant until recent findings demonstrated the vital functions of the yolk sac in human pregnancy. Aim: This study aimed to determine the normal variation in sleep and physical activity before and during pregnancy and to examine their effects, in conjunction with maternal body composition, on embryonic development, specifically the size of the yolk sac and crown-rump length (CRL). Methods: A prospective study was conducted on 190 healthy women intending to conceive naturally. Sleep and physical activity patterns were assessed before pregnancy and in each trimester. Actigraphy recordings from the preconception and first trimester were analyzed along with serial transvaginal ultrasound measurements of the yolk sac and embryo throughout the first trimester. Statistics: Cohort and measurement summary statistics were calculated. Associations between sleep, physical activity, and embryonic measurements were analyzed—stratified and unstratified by embryonic sex and gestational age—using linear and quantile regression analyses, controlling for maternal age, parity, and body composition. Repeated measurements were modeled with linear mixed-effects regression. Main results: The study revealed large individual variation in maternal sleep and physical activity patterns starting from preconception (± 2SD range: 307–523 minutes and 120–608 minutes, respectively). Sleep duration increased notably in the first trimester from 415 minutes to 458 minutes, whereas physical activity levels, including light and moderate-to-vigorous activity, decreased progressively, reaching the lowest levels in the last trimester (for example, average daily physical activity duration that was 362 minutes before conception, 262 minutes at 13 weeks, 251 minutes at 24 weeks, and 215 minutes at 36 weeks of gestation). Specifically, preconception sleep duration and physical activity had distinct correlations with yolk sac size and growth dynamics, as well as CRL between six and 11 weeks of gestation—a critical period for embryonic development. These associations were independent of maternal body composition and specific to narrow time frames, with factor-specific interactions observed between gestational age and embryonic sex. Discussion: Maternal sleep and physical activity patterns demonstrate significant individual variations and undergo considerable changes from preconception to the first trimester. These changes, which are intricately linked to hormonal, circulatory, and metabolic regulation, can influence the menstrual cycle and potentially affect the early embryonic nutrition provided by the endometrium and its glands. The observed variations in yolk sac size could represent a physiological adaptation of the membrane surface area, optimizing embryonic nourishment and growth. Implications: Time- and sex-specific variations in the yolk sac due to sleep and physical activity occur during a critical developmental phase marked by significant organ development and shifts in organ function allocation. These observations not only necessitate new considerations for future research designs but might also have implications for pre-pregnancy care, pregnancy management, and lifelong health outcomes.