Der fetale Blutkreislauf

Der Blutkreislauf des menschlichen Fötus unterscheidet sich grundlegend von dem eines Neugeborenen und Erwachsenen. Dies liegt vor allem daran, dass die Lungen während der Schwangerschaft nicht zur Sauerstoffversorgung genutzt werden. Der fetale Blutkreislauf besteht aus der Plazenta, den Nabelschnurgefäßen, dem Herzen und den systemischen Blutgefäßen.

Die Rolle der Plazenta und Nabelschnur

Die Plazenta fungiert als Austauschort für Nährstoffe und Abfallprodukte zwischen der mütterlichen und der fetalen Zirkulation. Wasser, Glukose, Aminosäuren, Vitamine und anorganische Salze diffundieren zusammen mit Sauerstoff frei über die Plazenta.

Zwei Nabelarterien (Arteriae umbilicales) transportieren systemisches arterielles Blut vom Fötus zur Plazenta, wo es gegen Sauerstoff und Nährstoffe ausgetauscht wird. Die Nabelvene (Vena umbilicalis) führt sauerstoffreiches und nährstoffreiches Blut von der Plazenta zum Fötus. Sie liegt gemeinsam mit den beiden Nabelarterien in der Nabelschnur.

Besonderheiten des fetalen Herzens und der Shunts

Das fetale Herz besitzt zwei obere Vorhöfe (Atrien) und zwei untere Kammern (Ventrikel). Zusätzlich gibt es zwei wichtige Strukturen, die als Shunts (Kurzschlüsse) dienen, um sauerstoffreiches Blut und Nährstoffe von der Plazenta zum fetalen Gewebe zu leiten und die Lungen zu umgehen: das Foramen ovale und das Ductus arteriosus Botalli.

Während der fetalen Phase sind die Lungen mit Flüssigkeit gefüllt und kollabiert, da der Fötus im Fruchtwasser liegt und die Plazenta die notwendige Sauerstoffversorgung gewährleistet. Der hohe pulmonalvaskuläre Widerstand verhindert einen signifikanten Blutfluss in die Lungen.

Der Weg des sauerstoffreichen Blutes

Sauerstoffreiches Blut erreicht den rechten Vorhof. Die Eustachische Klappe (Valvula venae cavae inferioris) leitet dieses Blut zum Foramen ovale, einer Öffnung zwischen dem rechten und linken Vorhof. Über das Foramen ovale gelangt das Blut direkt in den linken Vorhof, dann durch die Mitralklappe in die linke Herzkammer und wird schließlich über die Aorta in den Körperkreislauf gepumpt. Dieser Shunt versorgt die oberen Extremitäten und das Gehirn mit sauerstoffreichem Blut.

Der Weg des sauerstoffarmen Blutes und der Ductus arteriosus

Ein Teil des Blutes, das den rechten Vorhof erreicht, fließt nicht direkt durch das Foramen ovale, sondern gelangt in die rechte Herzkammer. Dieses Blut setzt sich aus sauerstoffreichem Blut von der Plazenta und sauerstoffarmem Blut aus dem Körperkreislauf zusammen. Von der rechten Herzkammer wird dieses Blut in die Pulmonalarterie gepumpt. Aufgrund des hohen pulmonalvaskulären Widerstands fließt nur ein kleiner Teil des Blutes in die Lunge.

Der Ductus arteriosus Botalli ist eine gefäßartige Verbindung zwischen der Pulmonalarterie und der Aorta. Da der Druck in der Aorta niedriger ist als in der Pulmonalarterie, fließt der Großteil des Blutes über den Ductus arteriosus weg von den Lungen, direkt in die absteigende Aorta. Dort vermischt es sich mit dem Blut aus der Aorta und wird im Körperkreislauf verteilt.

Die Rolle des fetalen Hämoglobins

Das Hämoglobin ist ein Protein in den roten Blutkörperchen, das für den Sauerstofftransport zuständig ist. Das fetale Hämoglobin (HbF) hat eine höhere Affinität zu Sauerstoff als das adulte Hämoglobin (HbA1). Es besteht aus zwei Alpha- und zwei Gamma-Ketten (2α2γ).

Die Sauerstoff-Hämoglobin-Dissoziationskurve von HbF ist nach links verschoben, was bedeutet, dass es Sauerstoff auch bei niedrigeren Konzentrationen aufnehmen kann. Dies ermöglicht es dem fetalen Hämoglobin, Sauerstoff aus dem mütterlichen Hämoglobin in der Plazenta zu ziehen, wo der Sauerstoffpartialdruck niedriger ist.

Rund 6 Monate nach der Geburt werden die Gamma-Ketten allmählich durch Beta-Ketten ersetzt, was zur Bildung von adultem Hämoglobin führt.

Die Umstellung auf den postnatalen Kreislauf

Mit der Geburt und den ersten Atemzügen ändern sich die Bedingungen für den Blutkreislauf grundlegend. Die Sauerstoffquelle wechselt von der Plazenta zu den Lungen.

Verschluss der fetalen Shunts

Die Umstellung beinhaltet den Verschluss der fetalen Shunts:

• Verschluss des Ductus venosus: Der Ductus venosus wird durch den reduzierten Blutfluss aus der Nabelvene nach der Geburt verschlossen. Die untere Hohlvene (Vena cava inferior, VCI) transportiert dann nur noch sauerstoffarmes Blut aus den Organen und unteren Extremitäten des Säuglings.
• Ausdehnung der Lungen und sinkender Pulmonalwiderstand: Mit den ersten Atemzügen füllen sich die Lungen mit Luft, die Alveolen weiten sich, und der pulmonalvaskuläre Widerstand sinkt. Dies wird durch die erhöhte Sauerstoffkonzentration und die Freisetzung von Stickstoffmonoxid gefördert.
• Veränderte Druckverhältnisse im Herzen: Die gesteigerte Lungendurchblutung führt zu einem erhöhten Blutfluss in die Lungenvenen und den linken Vorhof. Der Druck im linken Vorhof steigt, übersteigt schließlich den Druck im rechten Vorhof, und das Foramen ovale schließt sich funktionell. Anatomisch verschließen sich die Septen (Vorhofscheidewände) im Laufe der Zeit.
• Strömungsumkehr und Verschluss des Ductus arteriosus Botalli: Der sinkende pulmonalvaskuläre Widerstand führt zu einer Strömungsumkehr im Ductus arteriosus, da der Druck in der Aorta nun höher ist als in der Pulmonalarterie. Sauerstoffreiches Blut aus der Aorta fließt in die Pulmonalarterie. Der hohe Sauerstoffgehalt im Blut bewirkt eine Verengung (Konstriktion) des Ductus arteriosus, was zu seinem Verschluss führt. Prostaglandine können den Ductus arteriosus offenhalten, was bei bestimmten Herzerkrankungen wie dem hypoplastischen Linksherzsyndrom relevant ist.
• Verschluss der Nabelarterien: Die Nabelarterien ziehen sich bei der Geburt zusammen, um Blutverlust zu verhindern, und obliterieren (verschließen sich) innerhalb der ersten drei Monate. Ein Teil der Nabelarterie bleibt jedoch als Arteria vesicalis superior erhalten.
• Verschluss der Nabelvene: Die Nabelvene kann nach der Geburt zunächst offen bleiben und für medizinische Eingriffe genutzt werden, bevor sie sich ebenfalls verschließt.

Persistierende fetale Zirkulation und Komplikationen

In einigen Fällen kann die Umstellung vom fetalen auf den postnatalen Kreislauf gestört sein. Dies kann zu einer persistierenden fetalen Zirkulation (PFC) führen, bei der fetale Shunts offen bleiben und die Lungen nicht ausreichend durchblutet werden.

Ursachen und Folgen

• Persistierende pulmonale Hypertonie des Neugeborenen (PPHN): Dies ist ein Zustand, bei dem der pulmonalvaskuläre Widerstand nach der Geburt hoch bleibt. Ursachen können eine unzureichende Lungenreifung, eine Inhalation von Mekonium (Kindspech) während der Geburt (Mekoniumaspirationssyndrom) oder eine unterentwickelte Lunge sein.
• Infantiles Atemnot-Syndrom (IRDS): Frühgeborene haben oft unreife Lungen, denen es an Surfactant mangelt. Surfactant ist eine Substanz, die verhindert, dass die Lungenbläschen kollabieren. Ein Mangel an Surfactant erschwert die Lungenentfaltung und führt zu einem anhaltend hohen pulmonalvaskulären Widerstand.
• Offenes Foramen ovale: Wenn das Foramen ovale nach der Geburt offen bleibt (persistierendes Foramen ovale, PFO), kann es zu einer paradoxen Embolie kommen, bei der Blutgerinnsel aus dem venösen System in den arteriellen Kreislauf gelangen und Schlaganfälle verursachen können.
• Offener Ductus arteriosus Botalli: Ein persistierender Ductus arteriosus (PDA) führt zu einem Links-Rechts-Shunt, bei dem Blut aus der Aorta zurück in die Lungenarterien fließt. Dies belastet den Lungenkreislauf und die linke Herzkammer.

Bei diesen Komplikationen bleiben die fetalen Shunts offen, bis entsprechende medizinische Maßnahmen ergriffen werden, um die Atmung des Säuglings zu unterstützen und den Kreislauf anzupassen.

Das Foramen ovale im Detail

Das Foramen ovale ist eine klappenartige Öffnung zwischen dem rechten und linken Vorhof des Herzens. Im fetalen Kreislauf ermöglicht es den Übertritt von Blut vom rechten in den linken Vorhof und umgeht somit die Lunge. Nach der Geburt wird der Druck im linken Vorhof durch die zunehmende Lungendurchblutung erhöht, was das Foramen ovale funktionell verschließt. Normalerweise verwachsen die Vorhofscheidewände innerhalb der ersten Lebenstage oder -wochen, und anstelle des Lochs bildet sich die Fossa ovalis.

Ein persistierendes Foramen ovale (PFO) tritt auf, wenn der Verschluss nicht vollständig erfolgt. Schätzungen zufolge leben bis zu 25 % der Menschen postnatal mit einem offenen Foramen ovale. Viele dieser PFOs bleiben unentdeckt und asymptomatisch. In klinischen Studien wird die Häufigkeit oft unterschätzt, da die Diagnose häufig erst bei Autopsien gestellt wird. Die Größe von PFOs variiert und nimmt tendenziell mit dem Alter ab.

Obwohl die meisten PFOs keine Behandlung erfordern, bergen sie ein erhöhtes Risiko für paradoxe Embolien. Insbesondere bei Gerätetauchern können sich durch Druckänderungen Mikroblasen im arteriellen System ansammeln, was durch ein PFO begünstigt wird. Zudem gibt es Hinweise auf einen Zusammenhang zwischen PFOs und Migräne.

Die Bewertung des Risikos einer paradoxen Embolie erfolgt über den RoPE-Score, der Faktoren wie Bluthochdruck, Diabetes, Rauchen, frühere Schlaganfälle und das Alter berücksichtigt.

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