Environmental and nutritional determinants of adverse pregnancy outcomes

Abstract

<div lang="en" class="abs"><p class="abs_header">Abstract</p><p>There is substantial empirical evidence concerning the role of environmental exposures and nutrition in foetal development. However, only a few studies of the effects of prenatal air pollution exposures have been carried out in a cold climate. Moreover, little is known about the effects of vitamin D on pregnancy outcomes in the predominantly sunny countries of Africa. This project summarised the existing evidence on the relations between ambient air pollution and the risk of stillbirth, applying a systematic review and meta-analysis. It also assessed the independent and joint effects of prenatal exposure to specific air pollutants on the risk of low birthweight (LBW) in a cold climate. Finally, this study investigated whether dietary vitamin D intake and sunlight exposure during pregnancy was associated with the risk of adverse birth outcomes in a healthy Ghanaian population.</p><p>PubMed, Scopus, and Web of Science databases were searched for studies investigating air pollution and stillbirth. For the second study, we utilised the 2,568 children of the Espoo Cohort Study, born between 1984 and 1990 and living in the City of Espoo. We applied Poisson regression to estimate risk ratios (RRs) fitting several air pollutants and other potential confounders in the models. The third study, conducted in 2016, was a population-based cross-sectional study that included 703 mother-infant pairs accessing postnatal services at the five main health facilities in Cape Coast in Ghana. Information about sunlight exposure practices and the consumption of vitamin D-rich foods during pregnancy was collected.</p><p>The results from the systematic review and meta-analysis indicated that prenatal exposure to ambient air pollution increased the risk of stillbirth. In the analysis of the Espoo Cohort Study, the risk of LBW was related to prenatal exposure to CO (adjusted RR 1.11, 95% CI: 0.86–1.41, and adjusted for PM₁₀ RR 1.44, 95% CI: 1.04–2.00) and exposure to O₃ in the spring-summer season (adjusted RR 1.80, 95% CI: 1.10–2.94). There was also evidence of synergistic effects between CO and O₃ (relative excess risk due to interaction, RERI), (all-year 1.08, 95% CI: 0.27–4.94, spring-summer 3.97, 95% CI: 2.17–25.85), and PM_2.5 and O₃ (all-year 0.72, 95% CI: -0.07–3.60, spring-summer 2.80, 95% CI: 1.36–19.88). We present new evidence of both independent and joint effects of prenatal exposure in a cold climate on the risk of LBW at low levels of air pollution. A 1 µg increase in vitamin D intake resulted in a statistically significant 0.00505 week increase in gestational age (95% confidence interval [CI]: 0.00005, 0.01004). Mothers classified in the first quartile of vitamin D intake had a 37% (prevalence ratio 1.37, 95% CI: 1.10–1.69) increased risk of preterm birth (PTB) compared to their counterparts classified in the fourth quartile. Decreased vitamin D intake was also associated with a low to moderate Apgar score. This study revealed that a low intake of vitamin D-rich food could increase the risk of PTB and a low Apgar score among new-borns.</p><p>Both environmental exposure and nutrition play an important role in foetal development. Mothers should be educated about the importance of vitamin D, as well as exposure to air pollution. There is urgent need to improve global ambient air quality and secure sufficient vitamin D intake during pregnancy.</p></div>

<div lang="fi" class="abs"><p class="abs_header">Tiivistelmä</p><p>Ympäristöaltisteiden ja ravinnon merkityksestä sikiön kehitykseen on huomattava määrä empiiriseen tutkimukseen perustuvaa tietoa. Kuitenkin raskaudenaikaisen ilmansaastealtistuksen vaikutuksista kylmässä ilmastossa on vain muutamia tutkimuksia. D-vitamiinin vaikutuksista sikiön kehityshäiriöihin Afrikassa tiedetään vain vähän. Tässä väitöskirjassa tarkasteltiin ilmansaasteiden ja kohtukuolemariskin välistä yhteyttä systemaattisen kirjallisuuskatsauksen ja meta-analyysin perusteella. Väitöskirjassa arvioitiin eri raskauden aikaisen ilmansaastekomponenttien riippumattomia vaikutuksia ja näiden yhteisvaikutuksia pienipainoisuusriskiin kylmässä ilmastossa. Lopuksi väitöskirjassa tutkittiin, onko ravintoperäisen D-vitamiinin ja auringonvalon määrä yhteydessä kehityshäiriöihin ghanalaisessa väestössä.</p><p>Ensimmäisen tutkimuksen systemaattinen kirjallisuuskatsaus ilmansaasteiden ja kohtukuoleman välisestä yhteydestä perustui PubMed-, Scopus- ja Web of Science-tietokannoista tehtyihin hakuihin. Toisessa tutkimuksessa hyödynnettiin tietoja Espoon kohorttitutkimuksen 2568 espoolaisesta jäsenestä, jotka syntyivät 1984–1990. Analysoimme ositusanalyysissä erikseen lämpimänä ja kylmänä vuodenaikana syntyneet. Ilmansaasteiden vaikutusta arvioitiin riskisuhteena (RR) Poisson-regressio malleissa, joissa otettiin huomioon useiden ilmansaastekomponenttien ja mahdollisten sekoittavien tekijöiden vaikutukset. Kolmas vuonna 2016 toteutettu tutkimus oli väestöpohjainen 703 äiti-lapsi-paria käsittävä poikittaistutkimus viidessä Ghanan Cape Coastissa sijaitsevassa neuvolapalveluita tarjoavassa terveydenhuollon yksikössä. Tutkimuksessa kerättiin tietoja auringonvalolle altistumisesta ja D-vitamiinipitoisesta ruokavaliosta.</p><p>Systemaattisen kirjallisuuskatsauksen ja meta-analyysin tulosten mukaan raskaudenaikainen altistuminen ilmansaasteille lisää kohtukuolemariskiä. Espoon kohorttitutkimuksen analyyseissä pienipainoisuusriski oli yhteydessä raskaudenaikaiseen hiilimonoksidialtistukseen (CO) (vakioitu RR 1.11, 95 %:n luottamusväli, CI: 0.86–1.41 ja yhdessä PM10:n kanssa RR 1.44, 95 % CI: 1.04–2.00) ja otsonialtistukseen (O3) kevät-kesäkaudella (vakioitu RR 1.80, 95 % CI: 1.10–2.94). Tutkimuksessa saatiin tietoa ilmansaasteiden mahdollisesta yhteisvaikutuksesta perustuen yhteisvaikutuksesta aiheutuvan suhteellisen ylimääräisen riskin estimaattiin (RERI). CO:n ja O3:n vaikutuksien RERI oli tilastollisesti merkitsevä koko vuoden aineistossa 1.08 (95 % CI: 0.27–4.94) ja kevät-kesä-kaudella 3.97 (95 % CI: 2.17–25.85). PM2.5:n ja O3:n vaikutuksien RERI oli koko vuodelle 0.72 (95 % CI: -0.07–3.60) ja kevät-kesälle tilastollisesti merkitsevä 2.80 (95 % CI: 1.36–19.88). Väitöskirjassa esitetään uutta näyttöä ilmansaastekomponenttien riippumattomista ja yhteisvaikutuksista kylmässä ilmastossa.</p><p>Yksi mikrogramma (µg) D-vitamiinia ravinnossa lisäsi raskauden pituutta tilastollisesti merkitsevästi, 0.00505 viikolla (95 % CI: 0.00005–0.01004). D-vitamiiniannoksen perusteella alimpaan neljännekseen kuuluvien äitien vastasyntyneiden riski ennenaikaisuuteen lisääntyi 37 %:lla (prevalenssisuhde 1.37, 95 % CI: 1.10–1.69) verrattuna ylimpään neljännekseen kuuluvien äitien lapsiin. Alhainen D-vitamiiniannos oli myös yhteydessä alhaisiin Apgar-pisteisiin. Tämän tutkimuksen perusteella D-vitamiinisisällöltään vähäinen ravinto saattaa lisätä ennenaikaisen synnytyksen riskiä sekä olla yhteydessä alhaisiin Apgar-pisteisiin.</p><p>Sekä ympäristöaltisteilla että ravinnolla on tärkeä merkitys sikiön kehityksessä. Äitien tulisi saada tietoa D-vitamiinin ja ilmansaastealtistuksen raskauden aikaisista vaikutuksista. Yhdyskuntailman laatua tulisi parantaa maailmalaajuisesti ja riittävä D-vitamiinin saanti raskauden aikana tulisi turvata.</p></div>

<div lang="en" class="abs"><p class="abs_header">Original papers</p><p>Original papers are not included in the electronic version of the dissertation.</p><ol type="I"><li><p>Siddika, N., Balogun, H. A., Amegah, A. K., & Jaakkola, J. J. K. (2016). Prenatal ambient air pollution exposure and the risk of stillbirth: Systematic review and meta-analysis of the empirical evidence. Occupational and Environmental Medicine, 73(9), 573–581. <a href="https://doi.org/10.1136/oemed-2015-103086">https://doi.org/10.1136/oemed-2015-103086</a></p></li><li><p>Balogun, H. A., Rantala, A. K., Antikainen, H., Siddika, N., Amegah, A. K., Ryti, N. R. I., Kukkonen, J., Sofiev, M., Jaakkola, M. S., & Jaakkola, J. J. K. (2020). Effects of air pollution on the risk of low birth weight in a cold climate. Applied Sciences, 10(18), 6399. <a href="https://doi.org/10.3390/app10186399">https://doi.org/10.3390/app10186399</a></p><p><a href="https://urn.fi/urn:nbn:fi-fe2020111690422">Self-archived version</a></p></li><li><p>Balogun, H., Jaakkola, J. J. K., & Amegah, A. K. (2019). Association of sunlight exposure and consumption of vitamin D-rich foods during pregnancy with adverse birth outcomes in an African population. Journal of Tropical Pediatrics, 65(6), 526–536. <a href="https://doi.org/10.1093/tropej/fmz001">https://doi.org/10.1093/tropej/fmz001</a></p></li></ol></div>

<div lang="fi" class="abs"><p class="abs_header">Osajulkaisut</p><p>Osajulkaisut eivät sisälly väitöskirjan elektroniseen versioon.</p><ol type="I"><li><p>Siddika, N., Balogun, H. A., Amegah, A. K., & Jaakkola, J. J. K. (2016). Prenatal ambient air pollution exposure and the risk of stillbirth: Systematic review and meta-analysis of the empirical evidence. Occupational and Environmental Medicine, 73(9), 573–581. <a href="https://doi.org/10.1136/oemed-2015-103086">https://doi.org/10.1136/oemed-2015-103086</a></p></li><li><p>Balogun, H. A., Rantala, A. K., Antikainen, H., Siddika, N., Amegah, A. K., Ryti, N. R. I., Kukkonen, J., Sofiev, M., Jaakkola, M. S., & Jaakkola, J. J. K. (2020). Effects of air pollution on the risk of low birth weight in a cold climate. Applied Sciences, 10(18), 6399. <a href="https://doi.org/10.3390/app10186399">https://doi.org/10.3390/app10186399</a></p><p><a href="https://urn.fi/urn:nbn:fi-fe2020111690422">Rinnakkaistallennettu versio</a></p></li><li><p>Balogun, H., Jaakkola, J. J. K., & Amegah, A. K. (2019). Association of sunlight exposure and consumption of vitamin D-rich foods during pregnancy with adverse birth outcomes in an African population. Journal of Tropical Pediatrics, 65(6), 526–536. <a href="https://doi.org/10.1093/tropej/fmz001">https://doi.org/10.1093/tropej/fmz001</a></p></li></ol></div>