Eine Reise durch die Physiologie - Wie der Körper des Menschen funktioniert
 

    
Sexualität, Reproduktion, Entwicklung und Wachstum

Veränderungen während der Schwangerschaft
© H. Hinghofer-Szalkay

Amnion: Wortherkunft ungeklärt - wahrscheinlich nach αμνιον, Schale zum Auffangen von Opferblut - oder "kleines Lamm"
Chadwick-Zeichen: James Chadwick
Chloasma: χλόασμα = Aufkeimendes, Aufgrünendes (
χλωρóς = blassgrün)
Chorion:
χόριον = (den Fetus einschließende) Membran
Eklampsie: ἐκλάμπειν = hervorleuchten (im Sinne von plötzlich auftreten)
Embryo: ἔμβρυον = Leibesfrucht: ἐν = in, βρύειν = hervorsprießen lassen
Fetus: fetus = fruchtbar, trächtig; Frucht, Geburt
linea fusca: fuscus = dunkelbraun
Plazenta: placenta = Kuchen ("Mutterkuchen")
Relaxin: relaxare = lockern
Zervix: cervix = Hals


Die vielfältigen somatischen Veränderungen während der Schwangerschaft sind zum Großteil hormonabhängig: Die Östrogen- und Progesteronspiegel steigen stetig an und bewirken die Zunahme von Atmung, Sauerstoff- und Energieverbrauch, Blut- und Herzminutenvolumen, Fettgewebe (erhöhter Leptinspiegel), täglichem Bedarf an Eiweiß, Vitaminen, Calcium, Eisen. Insbesondere

   -- nimmt die Masse des Uterus östrogenbedingt zu, vor allem im Fundusbereich

   -- bildet die Zervix einen den Brutraum abdichtenden Schwellkörper (Infektionsbarriere)

   -- verändert sich die Vagina und wird stark vaskularisiert (Schutzfaktor)

   -- wachsen die Brüste, bedingt durch Östrogen-, Progesteron-, hPL- und Prolaktinwirkung.

Die Umstellung der Flüssigkeitsvolumina beruht ebenfalls auf hormonellen Effekten, z.B. aldosteronbedingte Natrium- und damit Wasserretention; die Osmolalität wird um etwa 10 mOsm herunterreguliert (Sollwertverstellung).

Zu den zahlreichen weiteren physiologischen Veränderungen während der Schwangerschaft zählen auch deutliche Veränderungen im Gerinnungssystem, die sich ziemlich ausbalancieren - Blutstillung und Gerinnungsfähigkeit ändern sich insgesamt kaum.


Veränderungen des mütterlichen Organismus Feto-plazentare Einheit  Embryonale und fetale Entwicklung  Fetaler Kreislauf (prä- vs. postpartal)

Praktische Aspekte       Core messages
   
Die Schwangerschaft stabilisiert die Embryogenese und führt zu einer Fülle physiologischer und morphologischer Veränderungen des mütterlichen Organismus (erhöhte Leistungsfähigkeit der für Entwicklung und Wachstum des Feten notwendigen Funktionen durch z.T. tiefgreifende hormonelle Umstellungen - Kreislauf, Atmung, gastrointestinales System, Nierenfunktion u.a.). Der Fetus nimmt für seine Entwicklung notwendige Ressourcen in Anspruch, was zu Entspeicherungsvorgängen im Körper der Mutter führt (Calcium aus den Knochen, Eisen aus dem Kreislauf etc). Entsprechend braucht es nach der Geburt Zeit, bis diese somatischen Reserven wieder aufgebaut sind.
 
Graviditätsbedingte Veränderungen des mütterlichen Organismus


Uterus, Zervix, Vagina, Brüste, Relaxineffekt Herz und Kreislauf   Atmung Gastrointestinales System Nieren & Elektrolyte Hormone, Stoffwechsel Immunsystem Gerinnungssystem  Zentralnervensystem Weitere Veränderungen
 
Östrogene (Östradiolanstieg im Blutplasma bis Schwangenschaftsende von <0,3 auf ~10 ng/ml) und Progesteron (Anstieg bis Schwangenschaftsende von ~≤15 auf bis zu ~400 ng/ml) bewirken zum Großteil die graviditätsabhängigen Umstellungen des mütterlichen Organismus ( Abbildung).
 

Abbildung: Somatische und hormonelle Veränderungen während der normalen Schwangerschaft
Nach einer Vorlage in H. Hinghofer-Szalkay: Praktische Physiologie, 3. Aufl. Blackwell Berlin 1994
Oben: Nur etwa ein Drittel der gesamten Gewichtszunahme der schwangeren Frau entfällt auf den Feten
 
Mitte: Maximale HCG-Werte (rosa Feld) um 100 IE/ml (um die 10. SSW); HPL ~10 µg/ml (Schwangerschaftsende), Östradiol bis ~40 ng/ml (Schwangerschaftsende), Progesteron bis ~200 ng/ml (etwa 39. Woche). Die Konzentration von Östriol beginnt etwa ab der 23. SSW zu steigen und erreicht ihren Gipfel unmittelbar präpartal (~20 ng/ml, nicht gezeigt)
 
Unten: Der Ruhe-Sauerstoffverbrauch beträgt etwa 250-300 ml/min


Mit einigen Wochen Graviditätsdauer übernimmt weitgehend der Synzytiotrophopblast die Synthese von Progesteron und Östrogenen.
 

Die Plazenta übernimmt weitgehend die Synthese von Progesteron und Östrogenen
   
Am Ende der Schwangerschaft hat das Körpergewicht im Durchschnitt um 10-12 kg zugenommen. Als Faustregel kann gelten:

      Kind ~3.5 kg

      Plazenta ~0.5 kg

      Fruchtwasser ~1 kg

      Uterus ~1 kg

      Brüste 0.5-1 kg

      Blut ~1 kg

      Interstitium 3-4 kg.
 
 
Uterus Zervix Vagina Brust Relaxine

     Der Uterus nimmt unter der Wirkung der hohen Östrogenwerte an Gewicht und Größe enorm zu (von 60-80 auf 1000-1500 g), vor allem im Fundusbereich. Das Myometrium hypertrophiert, die Durchblutung steigt bis zum Ende der Schwangerschaft von ~1% auf bis zu 15% des Herzminutenvolumens (450-650 ml/min) an. Der Mechanismus ist vor allem zunehmende Vasodilatation.

Die Gestalt des Uterus wandelt sich von birnenförmig zu ovoid, die Wanddicke des Corpus steigt im ersten Trimenon, nimmt dann aber mit der allgemeinen Volumenzunahme ab und beträgt zum Termin nur noch ~1 cm, sodass der Fetus gut palpiert werden kann.
 
     Die Zervix (Gebärmutterhals; besteht zu 90% aus Bindegewebe) bildet einen Schwellkörper aus Gefäßen, der den Brutraum gegen die Vagina abschließt und beim Geburtsvorgang durch den tiefertretenden Kopf des Kindes ausgepresst wird ("Öffnung des Muttermundes"). Außerdem organisieren sich die Kollagenfasern in aufgelockerter Weise um (prostaglandinbedingte "Zervixreifung").

Gleich nach der Konzeption entstehen große Mengen muköses Sekret, das reich an Immunglobulinen und Zytokinen ist und den Zervikalkanal zur Vagina hin schützt.

Bei Graviden nimmt die Länge des Gebärmutterhalses (Distanz zwischen innerem und äußerem Muttermund) bis zur Geburt auf >25 mm zu. Bei geringerer Länge (Verkürzung des Gebärmutterhalses) droht eine Zervixinsuffizienz (Muttermundschwäche), was zu vorzeitiger Weitung (Öffnung der Zervix ohne Wehen) und zu einer Frühgeburt führen kann.
 
     Die Vagina wird weicher, samtartig, zeigt Bindegewebs- und Muskelwachstum, der zytologische Abstrich ändert seine Charakteristika, die Venen weiten sich, die stark vaskularisierte und durchblutete Scheide färbt sich bläulich (Chadwick-Zeichen ), es können Krampfadern entstehen. Das Sekret erscheint weißlich, Glykogenabbau durch Lactobacillus acidophilus stellt den pH-Wert des Scheidensekrets auf Werte zwischen 3,5 und 6,0 ein (Milchsäure).
 
     Die Brüste proliferieren deutlich ab dem 2. Schwangerschaftsmonat, bedingt durch die ansteigenden Blutspiegel an Östrogenen, Progesteron und hPL (plazentarem Laktogen) aus der Plazenta, sowie Prolaktin aus der Hypophyse. Dabei  nimmt das Drüsengewebe (das stark auf diese hormonellen Reize anspricht) stärker zu als das Binde- und Fettgewebe. Prolaktin und hPL bewirken in der 2. Schwangerschaftshälfte, dass sich laktogene Alveolarzellen zu präsekretorischem Epithel differenzieren; einige Wochen vor dem Termin bilden sie bereits etwas Kolostrum (Vormilch). Solange die Progesteronwerte noch hoch sind, wird aber die komplette Ausdifferenzierung hintangehalten; dies ändert sich erst, wenn der Progesteronspiegel unmittelbar präpartal zu sinken beginnt ( Abbildung oben). Jetzt ist die Brust bereit zum Stillen.
 
  Relaxine
 
Plazenta und Brustdrüse, mittzyklisch auch das corpus luteum (sowie beim Mann die Prostata) produzieren Relaxine . Diese Proteohormone kommen in drei Molekülvarianten vor (2 über Disulfidbrücken verbundene Peptidketten), die auf vier Rezeptortypen wirken.
 

Abbildung: Angriffspunkte der Relaxine an Beckengelenken
Nach einer Vorlage bei themedicalmassagelady.co.uk

Durch Aufweichung der Ileosakralgelenke und der Symphyse vergrößert sich der Spielraum für die Passage des Kindes durch den Geburtskanal. Der Symphysenspalt kann sich auf mehr als 1 cm weiten


Bei schwangeren Frauen erreicht der Relaxinspiegel am Ende des ersten Trimenons und dann um den Geburtstermin jeweils einen Höhepunkt. Relaxine weichen Ligamente und wahrscheinlich auch den Knorpel im Becken- (Sakroiliakalgelenk) und Symphysenbereich auf ( Abbildung) - die Zervix und der Bandapparat im Beckenring, insbesondere im Bereich der Symphyse, werden dehnbarer. Der Symphasenspalt weitet sich um ca. 1 cm - das erleichtert den Geburtsvorgang. Wahrscheinlich beteiligen sich Relaxine auch an der Dezidualisierung, d.h. der Umstellung der Uterusschleimhaut (Endometrium) auf die Implantation.

Relaxine beteiligen sich weiters an der Regulierung hämodynamischer Umstellungen, wie erhöhtes Herzminutenvolumen, gesteigerte arterielle Compliance und intensivierte Nierendurchblutung. Sie wirken auch auf die Osmoregulation (Senkung der osmotischen Konzentration: Hypotonizität).
 
     Der Relaxineffekt macht die Gelenke im Körper anfälliger für mechanische Überlastung - das Einwirken großer Kräfte auf die Gelenke (übermäßige Streckübungen) sollte während der Schwangerschaft vermieden werden. Auch postpartal halten die Relaxinwirkungen an - für mehrere Monate, bei längerer Stilldauer möglicherweise bis zu 2 Jahre.
 
Kardiovaskuläres System
 
Schon früh in der Schwangerschaft nimmt unter der Wirkung von Progesteron der Tonus der glatten Gefäßmuskulatur und damit der periphere Gefäßwiderstand um etwa 30% ab. Kompensatorisch steigt der sympathische Tonus zu Skelettmuskelgefäßen stark an (MSNA, s. Abbildung), was zur Stabilisierung des Blutdrucks beiträgt.

Systolischer (-5%) und diastolischer Blutdruck (-10%) sinken bis zum Ende des zweiten Trimenon um bis zu ~2 kPa (15 mmHg) ab ( Abbildung), bedingt durch hormonabhängige Vasodilatation, wahrscheinlich ist auch Stickstoffmonoxid beteiligt) und steigen dann bis zum Geburtstermin wieder auf etwa prägestationelle Werte an.
 

Abbildung: Systemische kardiovaskuläre Veränderungen in der Schwangerschaft
Nach Brislane A, Davenport MH, Steinback CD. The sympathetic nervous system in healthy and hypertensive pregnancies: physiology of pathology? Exp Physiol 2022

Im Laufe der Schwangerschaft steigt das Blutvolumen der Mutter um ~50% und das Herzzeitvolumen um ~30% an, während der periphere Gefäßwiderstand um mindestens 30% abnimmt. Die Ruhe-Herzfrequenz nimmt um 8-16 bpm zu. Der Blutdruck sinkt bis in das 2. Trimester ab, um dann bis zur Geburt etwa auf Ausganswerte zurückzukehren.
 
Bei diesen kardiovaskulären Umstellungen spielen vasoaktive Faktoren wie NO, Östrogene, und Relaxin eine Rolle.
 
Der sympathische Zufluss zu den Gefäßen der Muskulatur (muscle sympathetic nerve activity MSNA) kann über Mikroneurographie registriert werden (in der Abbildung eine angedeutete Ableitung der Entladungsfrequenz); er steigert den Gefäßtonus und -widerstand und hilft vermutlich, den Blutdruck zu stabilisieren


Herzleistung: Die Kontraktilität des Herzmuskels bleibt während der Schwangerschaft unbeeinflusst, es ändern sich aber die hämodynamischen Bedingungen: Im ersten Trimenon - etwa ab der 4. Gestationswoche - steigt
d
ie Ruhe-Herzfrequenz der Schwangeren um bis zu 25% oder ~15 Schläge/Minute (reflektorisch, weil der Blutdruck abnimmt),
das Ruhe-Schlagvolumen um bis zu 30% oder ~20 ml (erhöhtes Blutvolumen bewirkt stärkere diastolische Füllung),
das Ruhe-Herzzeitvolumen bis zum 3. Trimenon um 30-50% (Kombination der obigen zwei Faktoren). Wehen erhöhen das Herzminutenvolumen zusätzlich. Die utero-plazentare Durchblutung steigt gegen Schwangerschaftsende auf ~600 ml/min an.

Ursächlich beteiligt ist einerseits eine herabgesetzte Nachlast (Progesteron relaxiert die Gefäße), andererseits steigende Vorlast des Herzens (auch erhöhter Sympathikustonus und steigende Empfindlichkeit gegenüber Katecholaminen spielen vermutlich eine Rolle)
. Kardiale Hypertrophie während der Schwangerschaft ist eine physiologische Anpassung an den erhöhten Perfusionsbedarf (ähnlich wie bei Muskeltraining).

Das Blutvolumen der Mutter nimmt um die Hälfte zu (z.B. von 5 auf 7,5 l; Abbildung), beeinflusst durch zwei Komponenten:

 
Plasmavolumen: Östrogene stimulieren das Renin-Angiotensin-System, dadurch kommt es zu aldosteron- und osmoregulatorisch bedingter Wasserretention, und das Plasmavolumen steigt um 40-50% oder ~1,5 l an.

  Erythrozytenvolumen: Die Menge an roten Blutkörperchen steigt um ~25%, bedingt durch gesteigerte Produktion von Erythropoetin. Bei einem Ausgangs-Hämatokrit von z.B. 0,4 bedeutet das einen Blutvolumenzuwachs von ~0,5 l. (Die Leukozytenzahl steigt ebenfalls an - ab dem 2. Monat bis zur 30. Woche -, dies wirkt sich auf das Blutvolumen angesichts des niedrigen Betrags des Leukokrits kaum aus.)
 

Hämodynamische Veränderungen bei der Mutter während Schwangerschaft, Geburt und post partum

Nach Hebson C, Saraf A, Book WM: Risk assessment and management of the mother with cardiovascular disease. In: Chanani NK, Hamrick SEG (eds). Clinics in perinatology - cardiovascular disease. Elsevier 2016
Hämodynamische Zustandsvariable
Durchschnittliche Veränderung bei normaler Schwangerschaft
Veränderung während der Geburt
Veränderung postpartal
Blutvolumen
50%
Herzfrequenz
10-15 bpm
Herzzeitvolumen
50%
(3. Trimester)
Systolischer Blutdruck
10-20%
Schlagvolumen

(1./2. Trimester)
Gefäßwiderstand systemisch
O2-Verbrauch (basal)


 
Der Anstieg des Blutvolumens kann auch höhere Werte erreichen, insbesondere bei Mehrlingsschwangerschaften, wo eine Erhöhung um bis zu 100% festgestellt wurde.
Hämatokrit und Hämoglobinkonzentration im Blut sinken  aufgrund dieses Musters (das Plasmavolumen nimmt stärker zu - +1,5 l - als das Volumen an Blutkörperchen - +0,5 l) deutlich ab (Hämoglobin auf 12-13 g/dl, sonst ~15 g/dl), was einer paradoxen Anämie entspricht ('Schwangerschaftsanämie', unterer Hämoglobin-Grenzwert in der Schwangerschaft 11 g/l - keine wirkliche Blutarmut, denn das Blutvolumen steigt um ~40%).
 

Die Hämogobinkonzentration im mütterlichen Blut ist im 3. Trimenon niedriger als im Blut des Feten
 
Der Hämatokrit sinkt gegen Ende der Schwangerschaft
 
Durch den Anstieg des Flüssigkeitsvolumens im Blutplasma nimmt die Albuminkonzentration ab - damit auch der kolloidosmotische Druck und die (auf das Volumen bezogene) Proteinbindung z.B. von Pharmaka. Die Albuminkonzentration nimmt bis zur 20. Woche um ~10 g/l ab (minus 10-15%) und bleibt dann bis zur Geburt stabil erniedrigt. Der Fibrinogenspiegel nimmt andererseits zu - kontinuierlich ab dem 3. Monat auf einen um etwa 2 g/l erhöhten Wert (≥+50%).

Das erhöhte Blutvolumen geht mit einer Steigerung des Herzminutenvolumens Hand in Hand (hohe kardiale Plastizität: Ruhe-HMV von ca. 5 l/min prägestational auf >6 l/min in der 35. Woche bis ~9 l/min unmittelbar postpartal!) und dient mehreren Funktionen:

     Versorgung des Feten und des vergrößerten Uterus

     Milderung orthostatischer Effekte (Wechsel der Körperposition)

     Reservevolumen gegenüber Blutverlust bei der Geburt

Der Lagetyp des EKG verändert sich gegen Ende der Schwangerschaft: Durch den Zwerchfellhochstand stellt sich meist ein Linkstyp ein (Verlagerung der Herzachse zur Horizontalen durch Zwerchfellhochstand).

Bis Ende der Schwangerschaft werden etwa 8 Liter Flüssigkeit retiniert (Kreislauf von Mutter und Fetus, Amnionflüssigkeit u.a.). Es tritt Ödemneigung auf, die in moderatem Ausmaß als physiologisch anzusehen ist. Das extrazelluläre Flüssigkeitsvolumen steigt um bis zu 10 Liter an; das Fettgewebe der Graviden nimmt um 4-8 kg zu. Der Rückgang zu prägraviden Werten nimmt nach der Geburt etwa ein halbes Jahr in Anspruch.

        Über Blutgruppen und Rhesus-Inkompatibilität s. dort.
  

Abbildung: Kompression der unteren Hohlvene durch das Gewicht des Feten, der auf die Wirbelsäule drückt (Frau in Rückenlage)
Nach einer Vorlage bei kindledspirit.com.au

Ab der Mitte der Schwangerschaft (20. SSW) macht sich der Druck bemerkbar, mit dem der Fetus in Rückenlage der Mutter die v. cava komprimiert, den venösen Rückstrom zum Herzen behindert und so den Blutdruck senken kann. Auch die Aorta descendens kann betroffen sein (aortocavale Kompression).
 
Frauen vermeiden daher ab der Mitte der Gravidität möglichst die Rückenlage


Vena-cava-Kompressionssyndrom: In Rückenlage kann es durch das Gewicht von Kind und Uterus zur Kompression der unteren Hohlvene ( Abbildung) und damit Reduktion des cardiac preload des rechten Herzens kommen: Herzzeitvolumen und Blutdruck nehmen ab (Kollapsgefahr in liegender Position). Weiters nimmt die Durchblutung der Plazenta und damit auch der Gasaustausch ab (fetale Hypoxie).

Lageveränderung (Seitenlage) entlastet die cava inferior (allenfalls auch die Aorta) und gibt den Blutfluss
zum Herzen (und zur Plazenta) wieder frei.
  

Abbildung: Plazentarkreislauf
Nach Artal-Mittelmark E, Conception and prenatal development. msdmanuals.com 2022

Gestationswoche 12 (SSL Embryo etwa 4 cm). Die im intervillösen Raum frei flottierenden Zotten werden hier von mütterlichem Blut umspült. Sie sind von Synzytiotrophoblast bedeckt, dieser produziert trophe Hormone (Östrogene, Progesteron, HCG) und erlaubt den Stoffaustausch zwischen mütterlichem und embryonalem Blut.
 
Atemgase diffundieren frei über die Plazentarschranke, die meisten Nahrungsstoffe gelangen durch aktiven Transport vom mütterlichen in den embryonalen / fetalen Kreislauf. Antikörper werden auf die fetale Seite transportiert (IgG).
 
Praktisch alle Pharmaka werden zu einem gewissen Anteil ausgetauscht, dasselbe gilt für Toxine (Alkohol, Nikotin etc). Das kann nachteilige Wirkung haben (Kinder von Müttern, die während der Schwangerschaft rauchen, trinken, Medikamente oder Drogen konsumieren, kommen z.T. untergewichtig, minderentwickelt oder missgebildet zur Welt)


Durch den wachsenden Uterus können die Beckenvenen komprimiert sein, so dass der Venendruck in den Beinen ansteigen kann (im Liegen bis 25 mmHg) und eine Neigung zu Varizen (Krampfadern), Ödemen (Flüssigkeitsansammlungen im Gewebe) und Hämorrhoidalleiden auftritt. Bei Hochschwangeren ist die untere Hohlvene in Rückenlage komprimiert (Vena - cava - Kompressionssyndrom, Abbildung oben links), wodurch bei der Mutter schockartige Symptome und bei der fetoplazentaren Einheit Durchblutungsstörungen auftreten. Dazu passt die Beobachtung, dass das Herzzeitvolumen in Seitenlage höher ist als in Rückenlage.
 
Atmung
 

Spontane Atembewegungen des Feten treten erstmals in der 11.-13. Schwangerschaftswoche auf. Dabei wird Amnionflüssigkeit in die Lunge und wieder aus ihr hinaus befördert.

Die Atmung der Mutter nimmt mit zunehmender Schwangerschaftsdauer zu: Bei gleichbleibender bis leicht steigender Atemfrequenz (+15%) bis etwa zur 24. Gestationswoche steigen Atemzugvolumen und Gesamtventilation etwa linear bis zum Geburtstermin um 40-50%; FRC und Residualvolumen nehmen zu, besonders stark die alveoläre Ventilation (der pCO2 im Blut sinkt dadurch ab: Hypokapnie), bis auf ~170% der prägraviden Werte. Dies erklärt sich teils durch die stark gestiegenen respiratorischen Bedürfnisse (Atemgasaustausch), teils durch Veränderungen am Atemzentrum. Progesteronbedingte Bronchodilatation (Muskelrelaxation) führt zu einer Erhöhung des anatomischen Totraums.

Die Veränderungen der Atmung beruhen auf mehreren Faktoren:
 
      Druck des wachsenden Feten auf das Zwerchfell, das thoraxwärts gedrängt wird. Die FRC nimmt im Stehen um 20%, im Liegen um 30% ab;
 
      erhöhtes Stoffwechselaufkommen durch das feto-plazentare System. Der Sauerstoffbedarf nimmt bis zum Termin um 20-30% zu;
 
      progesteronbedingt steigt die CO2-Empfindlichkeit des Atemzentrums. Die alveoläre Ventilation nimmt zu, Hyperventilation führt zu milder respiratorischer Alkalose, die durch Reduktion der Bikarbonatkonzentration im Blutplasma (von 24 auf 20 mM) renal kompensiert wird (der Harn-pH nimmt leicht zu).
  

Abbildung: Durchschnittliche prozentuelle Änderung der Atmungskennwerte (als Funktion der Gestationswoche)
Nach einer Vorlage in AnaesthesiaUK, bei frca.co.uk

Die Atemfrequenz der graviden Frau steigt ungefähr bis zur 24. Woche (10-20%) und bleibt auf diesem Niveau bis zur Geburt. Das Atemzugvolumen nimmt ebenfalls zu, ab der ~24. Woche aber noch stärker (bis auf +40%), wodurch die alveoläre Ventilation auf ~70% über den prägraviden Wert klettert.
 
Das Herzminutenvolumen nimmt mit der Schwangerschaftsdauer stetig zu und ist zum Geburtstermin auf ~150% des Kontrollwertes erhöht


Sauerstoffverbrauch und CO2-Produktion steigen bis zum Ende der Schwangerschaft um 20-30% an, die Atmung vertieft sich um 40% (der Atemwegwiderstand sinkt hormonbedingt: progesteronbedingte Bronchodilatation). Die Folge ist eine leichte Zunahme des arteriellen pO2 und eine Abnahme des arteriellen pCO2 auf ~4 kPa (~32 mmHg), was den Gasaustausch mit dem Fetus begünstigt.

Gegen Ende der Schwangerschaft wird die Atmung vor allem durch den zunehmenden Zwerchfellhochstand erschwert, die Vitalkapazität bleibt aber im Wesentlichen unverändert (nur die funktionelle Residualkapazität nimmt wegen der Abnahme des Residualvolumens um 20% deutlich ab). Zum Termin hin kann auch die Vitalkapazität abnehmen; oft tritt Dyspnoe (Atemnot) auf.
 
Gastrointestinaltrakt, Leber, Ernährung
 

Im Laufe der Schwangerschaft nimmt eine Frau im Durchschnitt etwa 13 kg zu; davon rund 0,8 kg neu gebildetes Protein und etwa 4 kg Fettgewebe.

Leber: Während der Schwangerschaft findet sich ein leichter Anstieg der Serumwerte für die Lebermarker
alkalische Phosphatase (AP - diese wird auch von der Plazenta gebildet), gamma-Glutamyltransferase (γ-GT), Alanin-Aminotransferase (ALAT) und Lactat-Dehydrogenase (LDH), manchmal zusammen mit Symptomen, die sonst für chronisch-hepatische Probleme charakteristisch sind - wie gerötete Handflächen oder Spinnennävi (naevi stellati).
 
Da die hepatische Proteinsynthese nicht mit dem Anstieg des Plasmavolumens schritthalten kann, sinkt die Albuminkonzentration im Blutplasma von
~35 g/l auf ~25 g/l (dementsprechend nimmt der kolloidosmotische Druck ab, der Flüssigkeit in den Kapillaren hält). Auch der Cholinesterasespiegel nimmt ab (um ~25%).
 
Im Verdauungssystem zeigt sich durch Tonusverlust der Muskulatur eine Neigung zu Obstipation (Verstopfung)
. Die Speichelsekretion ist angeregt. Refluxproblematik tritt bei Schwangeren vermehrt auf, aus mehreren Gründen:
 
Der progesteronbedingt erniedrigte Tonus des unteren Ösophagussphinkters beeinträchtigt dessen Funktionsfähigkeit
  Der Uterus verdrängt Magen und Zwerchfell nach oben und reduziert den Knickwinkel des Oesophagus beim Eintritt in den Magen
  Im dritten Trimenon erhöht der nach oben drängende Uterus den Mageninnendruck und beeinträchtigt damit den ösophagealen Verschlussmechanismus
  Die Magenentleerung ist bei Wehenaktivität herabgesetzt
  Ab der 15. SSW produziert die Plazenta Gastrin, der pH-Wert des Mageninhalts nimmt ab (Übersäuerung).
 
Die Ernährung soll den Bedarf an essentiellen Nahrungsbestandteilen decken und eine Entwicklung des Körpergewichts im empfohlenen Bereich unterstützen
. Im ersten Trimester nimmt das Gewicht der Mutter um 0,5-2,0 kg zu (auf den Embryo entfallen in diesem Zeitraum lediglich ~6 Gramm). Die Verteilung der einzelnen Kompartimente auf die Zunahme des Körpergewichts zeigt die Abbildung ganz oben.

    Zum Abschluss der Schwangerschaft sind etwa 1000 Gramm Protein zusätzlich synthetisiert worden: Dabei entfallen ~500g auf Fetus und Plazenta, ~500 g wurden für den Aufbau von Uterus (Muskelfasern), Brüsten (Drüsengewebe) und Blut (Hämoglobin und Plasmaeiweiss) benötigt. Die Konzentration von Aminosäuren ist im fetalen System höher als im mütterlichen, dieser Gradient wird von der Plazenta eingestellt, die sich auch aktiv an der Synthese von Aminosäuren beteiligt.
  Der Eiweißbedarf (+30 g/d) und Vitaminbedarf ist erhöht, ebenfalls der Bedarf an Eisen (+700 mg - die Eisenspeicher der Mutter nehmen mit der Schwangerschaft meist deutlich ab). Der Bedarf an Folsäure verdoppelt sich in der Schwangerschaft. Folsäurereich sind Leber und Gemüse (Bohnen, Spinat). Folatsupplementierung von 0,4 mg/d während der Schwangerschaft ist empfohlen worden.
 
Folatmangel kann zu Neuralrohrdefekten des Feten (spina bifida) führen.
  

Abbildung: Physiologische Veränderungen im Blutplasma während und nach der Schwangerschaft
Nach Kovacs CS, Maternal Mineral and Bone Metabolism During Pregnancy, Lactation, and Post-Weaning Recovery. Physiol Rev 2016; 96: 449-547

Schwangerschaft links, postpartale Periode rechts.
 
Der Serum- Calciumspiegel (gesamt) nimmt während der Gravidität leicht ab (Folge des abnehmenden Albuminspiegels und der fetalen Calciumaufnahme), [Ca++] (frei) bleibt unverändert (hormonelle Regulation). Beide Werte normalisieren sich postpartal.
 
Schwangerschaftsbedingte Änderungen des Magnesium- und Phosphatspiegels werden nicht beobachtet.
 
Der Parathormonspiegel sinkt bei normalem (Abbildung), nicht aber bei niedrigem Calciumangebot. Gegen den Geburtstermin zu steigten die PTH-Werte wieder leicht an.
 
Der Spiegel an Calcitriol (D3-Hormon, frei und gesamt) steigt an (Gesamt-D3 2-3fach), Calcidiolspiegel bleiben meist unverändert (abgesehen von saisonalen Schwankungen - Sonnenlicht, Nahrungsangebot).
 
Calcitonin steigt in der Schwangerschaft oft (nicht immer) an, auch über den Referenzbereich Nichtschwangerer, vermutlich bedingt durch hohe Östrogenspiegel (auch Brustdrüse und Plazenta produzieren in der Schwangerschaft Calcitonin).
 
PTHrP (Parathyroid hormone-related protein) - u.a. aus der Brustdrüse - fördert die Mobilisierung von Calcium in Knochen und Nieren und damit die Calciumverfügbarkeit für die Milchdrüsenepithelzellen. Der PTHrP-Spiegel nimmt mit der Schwangerschaftsdauer zu, Stillen regt die Freisetzung von PTHrP an.
 
Die Veränderungen des Östradiol- und Prolaktinspiegels sind ganz unten gezeigt. Pulsatile Ausschüttungen sind angedeutet (PTHrP, Prolaktin).
 
Blaue Flächen geben Normbereiche Nichtschwangerer an


  Der Vitamin D3-Spiegel der Schwangeren bestimmt die Knochendichte des Kindes bis zum ~9. Lebensjahr mit; Vitamin D-Mangel in der Schwangerschaft tritt bei jeder zweiten Schwangeren auf und führt zu verminderter Knochendichte beim Kind. Physiologischerweise nimmt der Vitamin-D3- und auch der Calcitoninspiegel bei Schwangeren über den (nichtschwangeren) Referenzbereich zu, der Parathormonspiegel hingegen - bei normalem Calciumangebot - ab ( Abbildung).

Die Serumkonzentration des u.a. in der Brustdrüse gebildeten PTHrP (Parathyroid hormone-related protein) nimmt laufend zu, PTHrP fördert die Mobilisierung von Calcium (Knochenresorption, Rückresorption in den Nieren), steigert damit das Calciumangebot an die Drüsenepithelzellen der Mamma. Beim Stillen kommt es zu reflexiver Freisetzung (PTHrP-Bursts, s. Abbildung).

Vermehrtes Einwirken von Sonnenlicht in der Spätschwangerschaft (Geburtstermin in den Sommermonaten!) und/oder Vit-D-Supplementation fördern die kindliche Knochengesundheit. Der Calcidiolspiegel steigt bei Schwangeren (im Gegensatz zu Calcitriol) nicht an, abgesehen von saisonalen Schwankungen, bedingt durch Änderungen im Nahrungsangebot sowie der UV-Exposition.
  Der Bedarf an Mineralien und Spurenelementen ändert sich. Zinkmangel kann Wachstumsstörungen beim Feten zur Folge haben, eine tägliche Zufuhr von 15 mg/d während der Schwangerschaft ist empfohlen. Die Zufuhr von Nahrungseisen sollte auf höchstens ~30 mg/d beschränkt bleiben, weil hohe Eisenzufuhr die Resorption von Zink im Darm hemmen kann.
 
     Zum erhöhten Calcium- und Eisenbedarf in der Schwangerschaft s. auch dort
 
Der Prolaktinspiegel beginnt mit der 8. SSW zu steigen und erreicht beim Geburtstermin ~250 ng/ml; solange die Mutter stillt, bleiben die Werte hoch (Saugen an der Brust stimuliert die Sekretion und steigert den Plasmaspiegel innerhalb von 30  Minuten um das 10-100fache), nehmen aber bei längerem Stillen ab. Beim bzw. nach dem Abstillen sinken die Prolaktinwerte wieder auf prägravides Niveau (bis ~20 ng/ml) und schwanken zyklussynchron.

Feten nehmen von der Mutter etwa 30 Gramm Calcium, ~20 Gramm Phosphor und 0,8 Gramm Magnesium auf - 80% davon während des dritten Trimesters. Das entspricht folgenden Aufnahmeraten gegen Schwangerschaftsende:
Calcium ≥0,3 g/d, Phosphor 0,2 g/d und Magnesium ≥5 mg/d. Anders ausgedrückt, konsumiert der Fetus 5-10% des im Blutplasma vorhandenen Calciums und Phosphors pro Stunde - ein Bedarf, der leicht zu mütterlicher Hypocalcämie und Hypophosphatämie führen könnte.

Die Resorptionsquote für Calcium beträgt meist nur um die 25%, und ein Netto-Verlust der mütterlichen Calciumspeicher wäre dann kaum zu vermeiden. Tatsächlich verdoppelt sich bei Schwangeren die Resorptionseffizienz für Calcium; während der Stillperiode allerdings kommt es zu vermehrter Mobilisierung aus dem Knochen.
 
Nierenfunktion
 
In den Nieren macht sich die Abnahme des Hämatokrit (bessere Fließfähigkeit) und der Konzentration der Plasmaproteine (niedrigerer kolloidosmotischer Effekt) kombiniert mit dem erhöhten Herzzeitvolumen durch vermehrte glomeruläre Filtration bemerkbar: diese nimmt bis zur Schwangerschaftsmitte um 50-60% zu, die Nierendurchblutung um ~75%. Die Filtrationsfraktion nimmt bis zur 20. Woche um ~10% ab, steigt dann wieder und liegt zum Geburtstermin etwas über den prägestationellen Werten.

Die
Harnmenge steigt, es resultiert vermehrter Harndrang und Pollakisurie (häufiges Wasserlassen in geringen Mengen). Die Ausscheidung harnpflichtiger Substanzen (Harnstoff, Kreatinin, Harnsäure) nimmt zu, auch etwas Zucker und Aminosäuren können im Harn auftauchen (Glukosurie, Aminoazidurie).
  

Abbildung: Osmotische Konzentration im Blut der Mutter als Funktion der Schwangertschaftsdauer
Nach einer Vorlage in Cunningham et al, in: Williams Obstetrics, 23rd ed., McGraw-Hill 2009

MP, Menstruationsperiode    LMP, Letzte Menstruationsperiode vor Gravidität

Die Natriumclearance steigt in der Schwangerschaft, was das Renin-Angiotensin-Aldosteron-System anregt (Renin wird auch von plazentären Zellen gebildet, der Aldosteronspiegel ist präpartal bis 5-fach gesteigert!), gegen Ende der Schwangerschaft zu Salz-Wasser-Retention führt und das Auftreten von Ödemen begünstigt. Bluthochdruck und Krampfneigung können auftreten und akute Komplikationen ergeben (Schwangerschaftsgestose). Nach der Geburt kommt es zu kräftiger Diurese.

In der Schwangerschaft werden vermehrt Glucose (0,1 g/24h oder mehr), Aminosäuren und Proteine (bis zu 2 g/24h) ausgeschieden. Die Anwesenheit dieser Stoffe im Urin erhöht die Infektionsgefahr in den Harnwegen (Zystitis), dazu kommt der Tonusverlust der Muskelzellen im Harnleiter (Gefahr der Nierenbeckenentzündung: Pyelitis gravidarum).

  In der Schwangerschaft kommt es durch Senkung der osmotischen Schwelle für Durst und Vasopressinsekretion im Hypothalamus zu Retention von Flüssigkeit. Zum Geburtstermin beträgt die Gesamtmenge der Flüssigkeitsvermehrung im Körper der Mutter etwa 6-7 Liter (Ödemneigung!). Die Höhe dieser Zunahme korreliert mit dem Geburtsgewicht.

Die Plasmaosmolalität nimmt etwa mit einem Monat Schwangerschaftsdauer um ~10 mOsm/kg ab ( Abbildung), wahrscheinlich über Wirkung des hCG und Relaxins auf die Sensibilität der Osmorezeptoren im Gehirn. Die osmotische Schwelle zur ADH-Aktivierung ist bei Schwangeren infolge hormoneller Effekte auf Osmorezeptoren unter 280 mOsm/kg gesenkt.

Der Harnsäurespiegel im Blut nimmt in der frühen Schwangerschaft ab, bedingt durch gesteigerte glomeruläre Filtration. Im dritten Trimester steigt er über den prägraviden Spiegel an, da Urat stärker tubulär rückresorbiert wird.

Die stark gesteigerte glomeruläre Filtration bewirkt Glucosurie, wenn die filtrierte Glucose nicht vollständig rückresorbiert werden kann.

Auch filtriertes Eiweiß kann u.U. nicht vollständig ttibulär wieder aufgenommen werden, es resultiert Proteinurie.
  Bei Graviden gilt als Obergrenze der Proteinausscheidung mit dem Harn 300 mg/24h (bei Nichtgraviden 150 mg/24h).
 
Hormone und Metabolismus
 
Die Leber der schwangeren Frau produziert unter dem Einfluss von Östrogenen vermehrt Plasmaproteine, darunter auch Transporteiweiße, wie TBG (thyroxinbindendes Globulin: gesteigerte Bindungskapazität für T4 / T3) und CBG (Transcortin: Anstieg des Gesamt-Cortisolspiegels im Blutplasma). Die Konzentrationswerte an freiem Hormon sowie der tropen Hormone ändern sich nur moderat (leichter ACTH-Anstieg, Schwankungen im TSH-Spiegel der Mutter).

Östrogeneinfluss unter der Schwangerschaft stimuliert auch die Synthese von Angiotensinogen in der Leber und von Renin in den Nieren; dadurch erhöht sich die Bildung von Angiotensin II und Aldosteron. Das führt zu Retention von Natrium (bis zu 1000 mmol) und entsprechender Flüssigkeitsvermehrung; die Osmolalität im Blut sinkt gleichzeitig leicht ab, da sich der Vasopressinspiegel - bei gesenkter Durstschwelle - erhöht.


Abbildung: Endokrine Kontrolle während Schwangerschaft und Geburt
Nach Kota SK et al. Endocrinology of parturition. Indian J Endocr Metab 2013; 17: 50-9

Um die Schwangerschaft funktionell zu sichern, muss einerseits das Myometrium von einem inaktiven Status mit unkoordinierten Kontraktionen in ein Organ mit synchronisierter Wehenaktivität umgewandelt werden - dazu dienen die Ausbildung zahlreicher gap junctions zwischen den Myometriumzellen sowie fetale Faktoren: Einfluss auf die plazentare Produktion von Steroidhormonen (Progesteron, Östrogene), mechanische Dehnung der Uteruswand (Motorik des Feten), Sekretion von Oxytozin, Anregung der Prostaglandinsynthese.
 
Zweitens muss das Zervixgewebe auf die Geburt vorbereitet werden: Dazu verschiebt sich das hormonelle Gleichgewicht von Progesteron zu Östrogenen; die Empfindlichkeit gegenüber Oxytozin (Hinaufregulierung myometrieller Oxytozinrezeptoren), Prostaglandinsynthese und Ausbildung von gap junctions nehmen zu, die NO-Aktivität sinkt; und Calciumionen fließen leichter in Myozyten ein, was die Wehen verstärkt. Ergänzt werden diese Faktoren durch relaxinbedingten Abbau von Kollagen im zervikalen Bindegewebe
 
+  = anregende, -  = hemmende Wirkung
 
    CRH: Corticotropin-Releasinghormon

 
  Östrogene (Östradiolanstieg im Blutplasma bis Schwangenschaftsende von <0,3 auf ~20 ng/ml) bewirken eine Fülle von Umstellungen des mütterlichen Organismus während der Schwangerschaft. Dazu zählt u.a. die gesteigerte Produktion hormontransportierender Plasmaeiweiße. Östrogene erhöhen die Empfindlichkeit des Myometriums gegenüber Oxytozin und steigern die Produktion von Prostaglandinen (wehenfördernde Wirkung im Rahmen des Geburtsvorgangs).
  
Das während der Schwangerschaft hauptsächlich synthetisierte Östrogen ist Östriol, seine wichtigste Rolle ist die Steigerung des uteroplazentaren Blutflusses. Die feto-plazentare Einheit bildet es aus der Vorstufe DHEA (s. unten); man kann also sagen, sie steuert die Perfusion des Feten.
  
Im Laufe der Schwangerschaft nimmt die Dominanz des Progesterons zugunsten der von Östrogenen ab ( Abbildung:).
 
  Progesteron (oft als "Schwangerschaftshormon" bezeichnet - Anstieg bis Schwangenschaftsende von ~≤15 auf bis zu ~200 ng/ml und darüber) wird in der Frühschwangerschaft vom Gelbkörper und dann (2. / 3. Trímester) von der Plazenta gebildet. In der 2. Zyklushälfte bereitet es das Endometrium für eine Implantation vor ( Abbildung:), während der Gravidität erfüllt es u.a. folgende Aufgaben:
  Relaxation des Uterus
  Bildung eines mukösen Verschlusses der Zervix (Infektionsschutz)
  Entwicklung der Brustdrüsen.


In der Gravidität existiert ein fein austariertes Gleichgewicht zwischen Faktoren, welche den Uterus ruhigstellen und solchen, welche die Wehentätigkeit anregen ( Abbildung).
 
Ähnliches gilt für Kräfte, die den Muttermund abdichten und solchen, die ihn aufweichen und erweitern.
 
Während der Schwangerschaft überwiegen Einflüsse, die den Uterus stillstellen und den Geburtskanal verengen (Progesteron).
 
Um die Geburt einzuleiten, bedarf es einer geburtsfördernden Veränderung dieses Gleichgewichts zugunsten der Östrogene; CRH, Prostaglandine, Oxytozin und Relaxine wirken mit (>nächstes Kapitel).
  

Abbildung: Antwort des Blutzucker- (oben) und Insulinspiegels (unten) auf Nahrungsaufnahme  bei Schwangeren und Nichtschwangeren
Nach einer Vorlage in Cunningham et al, in: Williams Obstetrics, 23rd ed., McGraw-Hill 2009

Blutabnahme stündlich, Nahrungsaufnahme um 8, 13 und 18 Uhr (jeweils N=8)

 
  Die Amplitude der täglichen Schwankungen des Blutzucker- und des Insulinspiegels sind während der Schwangerschaft wesentlich erhöht ( Abbildung). In der zweiten Schwangerschaftshälfte verändert sich der Metabolismus von anabol (Speicherung) auf katabol (Fettabbau); man spricht auch von "accelerated starvation".

Die Insulinsekretion nimmt auf Grund einer ß-Zell-Hyperplasie zu (hyperinsulinärer Zustand), die periphere Insulinempfindlichkeit ab. Nach einer Nahrungsaufnahme wird die resorbierte Glucose von insulinempfindlichen Zellen weniger intensiv aufgenommen, es kommt zu starker Steigerung des Blutzuckerspiegels (postprandiale Hyperglykämie), hohen Insulinantworten und gesteigerter Glucagonsuppression.

Erklärbar ist dieses Reaktionsmuster mit der Tatsache, dass die Insulinempfindlichkeit der Gewebe um bis zu 70% herabgesetzt ist. Die Ursachen dafür sind unklar (Progesteron? Östrogene? HPL?). Der hohe Blutzuckerspiegel erleichtert die Glucose-Aufnahme des Feten (höheres Konzentrationsgefälle in der Plazenta).

Die erhöhte Insulinproduktion kann bei entsprechender diabetogener Stoffwechsellage zu Gestationsdiabetes führen.

Nach der postprandialen Hyperglykämie fällt der Glucosespiegel (und der einiger Aminosäuren) bei der Schwangeren rasch ab, Glucose wird gering verfügbar und gleichzeitig werden vermehrt Fettsäuren für den Energiestoffwechsel herangezogen - ein Phänomen, das als "beschleunigter Hungerzustand" (accelerated fasting) bezeichnet wird und bei längerer Nahrungskarenz rasch zu Ketose führen kann.

  Hypothalamische Sättigungszentren werden vermutlich durch Progesteron verstellt. Der erhöhte Progesteronspiegel steigert auch die alveoläre Ventilation. Fettgewebe wird von der Schwangeren während der Schwangerschaftsmitte vermehrt angelegt, zentral stärker als peripher. Diese Speicher werden vorwiegend im dritten Trimenon - das durch Hyperlipidämie gekennzeichnet ist (Triglyzeride, HDL, LDL, VLDL erhöht) - für den fetalen Bedarf benötigt.

Der Leptinspiegel erhöht sich zur Schwangerschaftsmitte hin auf 2-4 fache Werte und bleibt dann bis zur Geburt erhöht. Leptin wird (außer von Fettgewebe) auch von der Plazenta sezerniert. Es wird vermutet, dass Leptin die Verfügbarkeit von Energiespeichern (vor allem Fettgewebe) aus dem mütterlichen Organismus optimiert, dadurch das fetale Wachstum begünstigt und an der Steuerung des Fetalgewichts beteiligt ist.
 
Die Hypophyse nimmt während der Schwangerschaft an Volumen zu - bis mehr als das Doppelte der Ausgangsmasse, verursacht durch Hypertrophie / Hyperplasie laktotroper Zonen. Das kann zu Druck auf Nachbargewebe (chiasma opticum) und mangelnder Perfusion der Hypophyse führen.
  Dieser Befund, oder auch Kreislaufversagen bei Hypovolämie unter der Geburt, kann zu Unterdurchblutung und Atrophie der Hypophyse mit entsprechendem Ausfall troper Hormone führen (Sheehan-Syndrom).
 

Abbildung: Entwicklung der ACTH- und Cortisolwerte im Blut der Mutter als Funktion der Schwangerschaftsdauer
Nach einer Vorlage in Cunningham et al, in: Williams Obstetrics, 23rd ed., McGraw-Hill 2009

Der rote Pfeil deutet den anfänglichen Abfall des ACTH-Spiegels an


  Die Plazenta produziert CRH (identisch mit dem von der Hypophyse synthetisierten), vor allem in der Spätschwangerschaft. Zu dieser Zeit, und vor allem zum Geburtstermin, nimmt die Konzentration an CRH-bindendem Protein ab, und die Konzentration an freiem (biologisch wirksamem) CRH steigt an. Das stimuliert die ACTH-Freisetzung, auch in der fetalen Nebenniere. CRH regt die Wehentätigkeit an, indem es das Myometrium gegenüber Prostaglandinen und Oxytozin sensibilisiert.

Die Serumkonzentration von ACTH und Cortisol unterliegt starken Änderungen (
Abbildung):

      Die ACTH-Werte sinken zu Beginn der Schwangerschaft zunächst (vielleicht wegen der veränderten Cortisol-, vielleicht auch Progesteronwerte) und steigen dann leicht an, bis sie zum Ende der Schwangerschaft mehr als verdoppelt sind (~50 pg/ml). ACTH stimuliert nicht nur die Cortisolbildung, sondern auch die fetoplazentare Östrogensynthese; Östrogene steigern die Kontraktilität der Uterusmuskulatur (direkt und indirekt).

   
  Der Cortisolspiegel steigt durch reduzierte Clearance auf ~40 µg/dl (GesamtCortisol; der größte Teil wird an Transcortin gebunden). Cortisol bewirkt eine Ausreifung fetaler Systeme (Lunge, Gastrointestinaltrakt) und regt die CRH-Produktion in der Plazenta an, was eine positive Rückkopplung auf die CRH-ACTH-Cortisol-Achse bedeutet. Plazentare 11ß-Dehydrogenase (Typ 2) verwandelt Cortisol zu inaktivem Cortison, was Mutter und Fetus vor überhöhten Cortisolspiegeln bewahrt.
   
Da der mütterliche Glucocorticoidspiegel hoch ist, beschützt ein enzymatischer Mechanismus der Plazenta den Fetus durch Konversion (11β-Dehydrogenase Isozym 2, Abbildung ganz oben).
 

Abbildung: Schilddrüsenrelevante Hormone im Blut der Mutter (oben) und des Feten (unten) als Funktion der Schwangerschaftsdauer
Nach einer Vorlage in Cunningham et al, in: Williams Obstetrics, 23rd ed., McGraw-Hill 2009

Mutter:
 
Die Plasmakonzentration an thyroxinbindendem Gloulin (TBG, violette Kurve) nimmt im 1. Trimenon auf etwa das Doppelte des Ausgangswertes zu. Damit verdoppelt sich auch die Konzentration (gesamt) an Thyroxin (T4, gelbe Kurve); freies T4 (braune Kurve) nimmt nur geringgradig zu, um anschließend sogar leicht abzusinken (braune Kurve). TSH (Thyreotropin, blaue Kurve) verläuft spiegelbildlich dazu.
 
 Das Bild zeigt auch den hCG-Verlauf im Blutplasma der Mutter (rote Kurve)

Fetus:
 
Alle Konzentrationswerte steigen bis zum Geburtstermin in der gezeigten Weise an


  Choriongonadotropin (hCG) aus der Plazenta wirkt wie LH und unterstützt die luteale Sekretion von Östrogenen und Progesteron bis zur 12. Schwangerschaftswoche (SSW). Es ist das wichtigste plazentare Peptidhormon.

Plazentares Laktogen (hPL1 und hPL2), auch Chorionsomatomammotropin (hCS1 und hCS2) genannt, wirkt ähnlich wie das strikturell verwandte Somatotropin (hGH), das plazentare Wachstumshormon (pcGH)  und Prolaktin. Zusammen mit diesen regt es Wachstum und Milchproduktion der Brustdrüsen an und koordiniert die Energieversorgung der fetoplazentaren Einheit..

Die hohen Östrogenspiegel steigern intensiv die Sekretion von Prolaktin aus der Hypophyse, deren Größe in der Schwangerschaft auf das Doppelte zunimmt (zusätzliche lactotrope Zellen). Prolaktin fördert zusammen mit Östrogenen und Progesteron das Brustdrüsenwachstum und die Ausbildung der Milchgänge. Pränatale Milchsekretion wird durch hohe Östrogenspiegel gehemmt.
 
Die stark vergrößerte Hypophyse ist anfällig für mangelnde Perfusion (Ischämie); postpartaler Infarkt der Hypophysde kann im Rahmen einer geburtsbedingten Hypovolämie auftreten (Sheehan-Syndrom).

  Oxytozin wird reflektorisch freigesetzt, wenn der Geburtskanal (unterer Uterus, Zervix) durch den tiefertretenden Kopf des Babys gedehnt wird - das unterstützt die Wehentätigkeit (Ferguson-Reflex). Die Dehnung führt zu weiterer Steigerung der Oxytozinausschüttung (positive Rückkopplung, Selbstverstärkung der Wehentätigkeit).

In der Stillperiode bewirkt das Saugen des Babys an der Brust ebenfalls eine Oxytozinausschüttung - dies bewirkt das Einschießen der Milch (Stillreflex). Während der Schwangerschaft unterbleibt eine Reizung der Oxytozinachse.


  Der Serumspiegel der Schilddrüsenhormone folgt spezifischen Mustern ( Abbildung). Östriol regt in der Leber die Synthese zusätzlichen thyroxinbindenden Globulins (TBG) an, so kann mehr T3/T4 gebunden werden. Negative Rückkopplung erhöht darauf auch die Sekretion von Schilddrüsenhormon. So nehmen nehmen die TBG- und T4-Werte im Blut der Mutter im ersten Trimenon bis auf das Doppelte zu - bei gleichbleibender Konzentration an freiem (ungebundenem) Hormon - und bleiben erhöht, während alle einschlägigen Hormonwerte beim Feten im Verlauf der Schwangerschaft bis zum Termin fortlaufend ansteigen. hCG stimuliert die Produktion der Schilddrüsenhormone, und der Jodbedarf nimmt zu (über die Folgen eines Jodmangels s. dort).

  Calcium und Parathormon. Die Mutter verliert viel Calcium an den wachsenden Fetus und kann dies nicht vollständig durch gesteigerte Resorption aus der Nahrung kompensieren. Der sinkende Ca++-Spiegel führt zu verstärkter Sekretion von Parathormon. Dieses mobilisiert Calcium aus dem mütterlichen Skelettsystem (die Resorption von Knochensubstanz nimmt zu), in den Nieren steigt die Rückresorption von Ca++, und Vitamin D wird aktiviert.
   
  Prostaglandin F und Oxytozin steigern die Öffnungswahrscheinlichkeit von Typ-L-Calciumkanälen bei Depolarisation der Uterusmuskulatur und unterstützen so die Wehentätigkeit. Umgekehrt fördert Dehnung der Uteruswand die Prostaglandinbildung. Die Prostaglandine E2 und F2 (und andere Zytokine) erhöhen die uterine Motilität und verstärken die Wehentätigkeit.
  
Immunsystem
 

Die Leukozytenzahl im Blut ist in der Schwangerschaft erhöht (auf etwa 6000 bis 16.000 /µl ab der 12. SSW), bedingt durch steigende Neutophilen- und Monozytenwerte. Während der Geburt können die Zahlen bis auf 30.000/µl ansteigen.

Bei Graviden kommt es zur Suppression mehrerer zellulärer und humoraler Abwehrsysteme, u.a. durch Hemmung von Helfer- und zytotoxischen T-Lymphozyten. Dies senkt die Sekretion mehrerer Zytokine wie Interleukin-2, Interferon-γ oder TNF-β.

Autoimmunkrankheiten wie z.B. rheumatische Arthritis verlaufen bein Schwangeren oft milder, andererseits ist eine erhöhte Infektionsanfälligkeit möglich.


Manche Komponenten des Immunsystems sind hingegen angeregt (erhöhte Spiegel an IL-4, IL-6, IL-13).

  Zum Fetus als "immunprivilegiertes Gewebe" und das Phänomen der Immunverträglichkeit s. dort
 
Die Aktivität von Leukozyten ist bei Graviden reduziert, gegen Ende der Schwangerschaft bildet sich allerdings eine deutliche Leukozytose aus (bis 15.000, im Wochenbett 20.000 /µl und mehr). Der Mechanismus dieser Leukozytose ist nicht klar, vielleicht ist er ähnlich wie nach intensiver Muskelarbeit ("Verteilungsleukozytose", Verlagerung von Leukozyten aus der Mikro- in die Makrozirkulation?).

Die Blutwerte mehrerer Entzündungsmarker sind in der Schwangerschaft verändert, z.B. ist der CRP-Wert (C-reaktives Protein) physiologischerweise erhöht (bis auf mindestens das Doppelte des physiologischen Referenzbereichs bei Erwachsenen - dieser liegt zwischen 0,07 und 10 mg/l).
 
Gerinnungssystem
 
Einige Gerinnungskennzahlen bleiben unbeeinflusst (PTT, tPA, Antithrombin III), die Mehrzahl ist allerdings graviditätsbedingt verändert:

      Thrombinzeit ~19 ~22 s

      Fibrinogen ~ 2,6 4,7 g/l (+80%)

      Faktor VII ~ +80%

      Faktor X und XII ~ +50%

      Plasminogen ~ +40%

      Protein C ~ -20%

      Protein S -30% (verringerte antikoagulatorische Wirkung!)

Die Zahl der Thrombozyten im Blut sinkt während der gesamten Schwangerschaft, bis zum Geburtstermin eine Zahl von etwa 115.000 / µl erreicht ist (statt wie normal 200.000 - 350.000 / µl) - ein Resultat des erhöhten Blutvolumens einerseits, einer reduzierten Lebensdauer der Plättchen andererseits. Auch
erhöhte Aktivierung (Verbrauch) kann eine Rolle spielen..

Steigerung mehrerer Gerinnungsfaktoren (Verdopplung des Fibrinogenwertes, Erhöhung der Blutsenkung bis 30 / 60 mm) zusammen mit verminderter gerinnungshemmender / fibrinolytischer Aktivität und verlangsamter Mikrozirkulation (Stase) kann zu erhöhter Gerinnungsbereitschaft und gesteigertem Thromboserisiko während der Schwangerschaft führen.
  
Zentralnervensystem
 

Auch das Nervensystem zeigt schwangerschaftsbedingte Veränderungen. Der Druck im Epiduralraum steigt auf +1 cm H2O (verglichen mit -1 cm H2O im nichtgraviden Zustand), zurückzuführen auf Stau in den Epiduralvenen infolge Kompression der unteren Hohlvene durch den graviden Uterus. Mit Einsetzen der Geburtswehen kann hier der Druck auf +10 cm H2O, mit den Presswehen bis auf +60 cm H2O weiter ansteigen. Bei Einführen eines Epiduralkatheters kommt es so mit höherer Wahrscheinlichkeit zu versehentlicher Kanülierung venöser Gefäße.

Der intrakranielle Druck ist während der Schwangerschaft unverändert, am Höhepunkt der Geburt steigt er aber bis auf 70 cm H2O an.
 
Weitere Veränderungen
 
      Die Haut neigt bei 9 von 10 Schwangeren zu vermehrter Pigmenteinlagerung (chloasma uterinum ), deren Ursache vermutlich in einer Kombination erhöhter Spiegel an MSH, Östrogenen, Progesteron und ß-Endorphin besteht. Die Hyperpigmentierung manifestiert sich an den Brustwarzen, im Vulva- und Analbereich, der Mittellinie oberhalb und unterhalb des Nabels (linea fusca : dunkle Färbung der linea alba), sowie als braune schmetterlingsähnliche Färbung des Gesichts. Die Schweißsekretion nimmt zu, die Haut ist stark durchblutet (warme Hände).

     Das Bindegewebe neigt zu Einrissen an Brust, Bauchdecken, Gesäß und Oberschenkeln: Striae gravidarum - vor der Geburt blau, dann weißlich (regelmäßige Massage als Prophylaxe!).
 
     Das Fettgewebe nimmt bei der graviden Frau meist um 4-8 kg zu; die Rückkehr zur normalen Fettmasse nach der Geburt benötigt etwa 6 Monate.

      Dosierung von Pharmaka: Während der Schwangerschaft können Medikamente außer von der Leber der Mutter auch von der Plazenta und (beginnend mit 6-8 Wochen) von der fetalen Leber metabolisiert werden. Das kann zu einer erhöhten Clearance von Arzneimitteln führen und Dosiserhöhungen notwendig machen.

 
Die feto-plazentare Einheit
 
Zur Erhaltung der Schwangerschaft sind die typisch stark erhöhten Geschlechtshormonspiegel im Blut der Mutter notwendig (Progesteron, Östrogene). Die Blutwerte gehen weit über die im Laufe des Zyklus erreichten Spitzenwerte ("peaks") hinaus.
 

Abbildung: Synthese von Geschlechtshormonen durch die feto-plazentare Einheit
Nach einer Vorlage in Boron / Boulpaep: Concise Medical Physiology, Elsevier 2021

Dargestellt sind die Synthesewege des Progesterons und der Östrogene in der feto-plazentaren Einheit.
 
Rechtecke symbolisieren die einzelnen Enzyme, der Farbcode (oben) gibt an, ob das Enzym nur von der Plazenta, nur vom Fetus oder von beiden exprimiert wird


Das ist wichtig, z.B. stellt die hohe Progesteronkonzentration das Uterusmyometrium während der Schwangerschaft still. Der vorübergehende hCG-Peak regt zwar das corpus luteum zur Steroidproduktion an, reicht aber nicht aus, um die Gravidität zu stabilisieren. Die Plazenta muss von sich aus die Produktion dieser Hormone übernehmen.

Die Plazenta ist zwar die Hauptquelle von Östrogenen und Progesteron während der Schwangerschaft, sie kann aber diese Hormone nicht vollständig selbst bilden, sondern braucht dafür die Hilfe sowohl des Feten als auch des mütterlichen  Organismus.

Die Plazenta ist also ein "endokrin imperfektes" Organ, anders als das corpus luteum, das in der Frühschwangerschaft selbständig Östradiol, Östron und Progesteron synthetisiert.

Das fängt schon mit dem Nachschub von Cholesterin an, der Ausgangssubstanz sämtlicher Steroidhormone. Dieses kann bei geeigneter Enzymausstattung (über welche die Plazenta nicht verfügt) aus Acetat hergestellt werden, muss aber vom mütterlichen Organismus in Form von LDL-Partikeln beigestellt werden. Zweitens geht de Plazenta der enzymatische Apparat zur Herstellung von Östron, Östradiol und Östriol ab. Die Nebenniere und Leber des Feten springen mit den benötigten Enzymen ein.

Die Plazenta stellt ein Glied in einer Gesamtkette dar, die Enzymsysteme in Mutter, Fetus und Plazenta umfasst. Darüber hinaus liefern cholesterinproduzierende Zellen die für die Synthese der Steroidhormone nötige Ausgangssubstanz. Leberzellen der Mutter verfügen über den dazu notwendigen Enzymapparat; der Transport zur feto-plazentaren Einheit erfolgt hauptsächlich über LDL-Partikel.
 
Aufgaben der Plazenta
 
Man kann die Funktionen der Plazenta in drei Gruppen zusammenfassen: Austausch von Nahrungsstoffen, endokrine und immunologische Funktionen.

Austausch von Nahrungsstoffen: Die beiden Kreisläufe (mütterlich und fetal) sind durch das fötale Endothel sowie zwei Chorionlagen (Synzytio- und Zytotrophoblast) voneinander separiert. Über diese Trennwand werden Atemgase, Nahrungsstoffe etc ausgetauscht. Zum Geburtstermin hat sich die Durchblutung des Uterus etwa verzehnfacht (auf ~750 ml/min), ~85% davon dienen der plazentaren Perfusion.

Endokrine Funktionen: Die Zellen des Synzytiotrophoblasten produzieren insbesondere hCG, HPL, Östrogene und Progesteron.

Immunologische Funktionen: Obwohl der Fetus als Fremdgewebe einzustufen ist, kommt es nur selten zu Immunreaktionen der Mutter. Diese Immuntoleranz ist eine Aufgabe der Plazenta. Gleichzeitig muss der Fetus vor Pathogenen geschützt werden. Mehrere Komponenten spielen eine Rolle:
Trophoblastenzellen umgeben sich mit einer Mucoproteinhülle, und sie verlieren nach der Implantation viele ihrer MHC-Eigenschaften. Auf diese Weise verlieren sie an Immunogenität.
Durch die Chorion-Trennschicht können mütterliche Lymphozyten und Antikörper nur schwer in den fetalen Kreislauf gelangen.
Der Dottersack bildet im Rahmen der Implantation immunsuppressive Stoffe (α-Fetoprotein, Progesteron), die vor allem die zelluläre Immunität supprimieren.
Das Chorion fungiert als Barriere, die den Übertritt von Mikroorganismen auf den Fetus verhindern kann. Allerdings können insbesondere Viren diese Barriere überwinden und müssen dann via IgG der Mutter bekämpft werden (für diese Immunglobulinklasse ist die Plazentarschranke durchlässig).
 

Abbildung: Zusammenwirken von Plazenta, mütterlichem und fetalem Organismus bei der Synthese von Geschlechtshormonen
Nach einer Vorlage in Boron / Boulpaep: Concise Medical Physiology, Elsevier 2021

Details zu den enzymatischen Schritten s. vorige Abbildung.

DHEAS, sulfatiertes Dehydroepiandrosteron    HSD, Hydroxysteroid- Dehydrogenase 
  SCCE, seitenkettenspaltendes Enzym

Blutversorgung und Stoffaustausch: Arterielles Blut der Mutter fließt über Spiralarterien der Uteruswand in intervillöse Räume ( Abbildung unten) und dann durch Orifizien in der Basalplatte in venöse Abflüsse. Das fetale Blut strömt (desoxygeniert) über die Nabelarterien durch die Chorionplatte zu Chorionzotten, durch kapilläre Netzwerke und über die Nabelvene (oxygeniert) zum Feten.

Die Amnionflüssigkeit   (am Ende der Schwangerscgaft ca. 1 Liter) erfüllt mehrere Aufgaben: Sie bietet dem Feten mechanischen Schutz vor äußeren Kräften, erlaubt ihm gleichzeitig freie Beweglichkeit, dient der Ausscheidung von metabolischen Endprodukten (vor allem Harnstoff), nimmt Hautschuppen und Haare des Feten auf und enthält auch etwas Kohlenhydrate und Proteine. Sie wird von Feten "geatmet" und geschluckt.


  
Endokrine Aktivität    Plazenta: Transport- und Schrankenfunktion Plazentarer Stoffaustausch
 
Endokrine Aktivität
 
      Chorion-Gonadotropin (hCG, human Chorion-Gonadotropin) ist ein Glykoprotein, bestehend aus einem α-Glykoprotein (α-glykoprotein subunit, α-GSU) und einer hormonspezifischen ß-Untereinheit (ß-hCG), die durch Nachweisantikörper erkannt wird (Schwangerschaftstests). Das Hormon bindet mit hoher Affinität an LH-Rezeptoren. hCG aus der frühen Plazenta verhindert aufgrund seiner LH-Wirkung die Abstoßung der eingenisteten Blastenzellen. hCG wird vor allem während des ersten Trimenons gebildet ( Abbildung oben) und steigert die Progesteronsynthese im corpus luteum.
 
hCG (Choriongonadotropin aus der feto-plazentaren Einheit) fördert die Progesteronsynthese

        Zur Wirkung der Gonadotropine s. dort
 
Weitere Wirkungen des Choriongonadotropins: hCG gelangt zu 1-10% in den fetalen Kreislauf; dort regt es Leydig-Zellen zur Produktion von Testosteron an, bevor die GnRH-Achse des Feten voll funktionsfähig ist. Weiters kann es im 1. Trimenon die fetale Nebennierenrinde anregen. hCG bindet auch an den TSH-Rezeptor und kann so die Schilddrüse stimulieren - eine vorübergehende Schwangerschafts-Hyperthyreose kann daraus resultieren.

  Choriongonadotropin (hCG)
 
24 Stunden nach Beginn der Implantation im Blut nachweisbar
In den nachfolgenden 6 Wochen verdoppelt sich der Blutwert alle 2 Tage
In der 10. Woche nach der Befruchtung Maximum um die 200.000 IU/L, nachher Abnahme
Gegen Ende der Schwangerschaft leichter Anstieg auf 5.000 - 60.000 IU/L
 
Biologische Halbwertszeit (wegen der starken Glykosylierung) ~30 Stunden

hCG wird für die häufig auftretende morgendliche Übelkeit während der Frühschwangerschaft verantwortlich gemacht.

        Zur Entwicklung des hCG-Spiegels im Verlauf der Schwangerschaft s. weiter oben

 

Abbildung: Feto-plazentare Einheit
Nach Bronstein MD, Paraiba DB, Jallad RS. Management of pituitary tumors in pregnancy. Nat Rev Endocrinol 2011; 7: 301-10

ACTH-Spiegel und ACTH-Ansprechbarkeit der Nebennierenrinde sind gesteigert. Die DHEAS-Produktion hängt vom fetalen ACTH ab.
 
Erhöhte Östrogenspiegel steigern die Produktion von corticosteroid-binding globulin (CBG) in der Leber. Dadurch wird mehr Cortisol gebildet, denn es nimmt die Transportkapazität und das Total-Cortisol im Blutplasma zu. Dennoch entsteht kein HyperCortisolismus, denn der hohe Progesteronspiegel wirkt anti-glucocorticoid.
 
Der Fetus hat niedrige Glucocorticoidspiegel - Grund ist eine hohe Aktivität des plazentaren 11β-Dehydrogenase Isozyms 2 (11β-HSD2), dieses katalysiert die Verwandlung von Glucocorticoiden und beschützt den Fetus vor dem hohen Glucocorticoidspiegel der Mutter.

     16α-OH-A4, 16α-Hydroxyandrostenedion    CRH, Corticoliberin    DHEA, Dehydroepiandrosteron    DHEAS, Dehydroepiandrosteronsulfat


Hat sich das plazentare Gewebe ausreichend entwickelt, bilden Mutter, Embryo / Fetus und Plazenta eine funktionelle Gesamtheit, die feto-plazentare Einheit ( Abbildung). Diese ist zum Teil komplementär organisiert, ihre Komponenten können sich bei metabolischen Aufgaben ergänzen.

Das Plazentargewebe wächst vorwiegend durch Hypertrophie: Die Zellen werden größer, RNS- und Proteingehalt nehmen mit dem Dauer der Schwangerschaft annähernd linear zu. Auch die Zellzahl steigt bis zum Ende des 2. Trimenons etwas an, dann bleibt sie konstant.

Beispielsweise fehlen der Plazenta die enzymatische Ausstattung zur Bildung von Dehydroepiandrosteronsulfat (DHEAS), sie kann DHEAS nicht selbst synthetisieren und bezieht sie von Fetus und Mutter. Andererseits fehlt dem Fetus die enzymatische Ausstattung, um daraus Androstendion und Östrogene zu bilden.

Die Plazenta bildet zahlreiche Hormone, was für den Erhalt der Gravidität wichtig ist.

Dazu gehören Peptidhormone wie hCG, glandotrope Hormone, Endorphine, Oxytozin, und (auch vom corpus luteum synthetisierte) Relaxine, die - über Wirkung an Relaxinrezeptoren (beim Menschen 4 bekannt) - bei der Geburt den Uterushals durch Nachgeben des Bandapparates entspannen und so den Geburtskanal erweitern. Relaxine erhöhen auch das Herzminutenvolumen, die Nierendurchblutung und die arterielle Compliance.

      Plazentares Laktogen (hPL) - auch human chorionic somatomammotropin (HCS) genannt - wirkt ähnlich wie Wachstumshormon und Prolactin, und fördert Differenzierung und beginnende Milchbildung in der Brustdrüse. Die hPL-Bildung beginnt erst, wenn die Schwangerschaft gesichert ist.

     Cortisol spielt eine führende Rolle für die Synthese von Surfactant in der fetalen Lunge - zusammen mit Wachstumsfaktoren wie EGF, Schilddrüsenhormonen, Prolactin. Produktion und Blutspiegel fetalen Cortisols nehmen ab dem ersten Trimenon bis vor der Gebirt stetig zu; es stellt etwa 2/3 des Cortisols im fetalen Blut, 1/3 kommt von der Mutter. Etwa ab der 32. SSW stimuliert dieses Cortisol in den Pneumozyten mehrere Enzyme zur Produktion des Surfactant, was die Lunge dehnungsfähiger macht und für die postpartale Entfaltung der Lunge entscheidend ist.

Weiters bilden plazentare Zellen Geschlechtshormone, Monoamine (Katecholamine, Serotonin u.a.) sowie zahlreiche Neuropeptide (Tabelle).
 

Von der Plazenta produzierte Neuropeptide und Hormone

Modifiziert nach Wilkinson / Brown, An Introduction to Neuroendocrinology, 2nd ed. 2015. Cambridge University Press
Neuropeptide
Peptidhormone
Steroide
Monoamine
CRH
TRH
GnRH
Melatonin
Cholecystokinin
Metenkephalin
Dynorphin
Neurotensin
VIP
Galanin
Somatostatin
CGRP
Neuropeptid Y
Substanz P
Endothelin
ANP
Angiotensin
Urocortin
hCG
ACTH
TSH
SH
hPL
Inhibin
LH
FSH
ß-Endorphin
Prolaktin
Oxytozin
Leptin
Activin
Follistatin
Relaxin
Progesteron
Östradiol
Östron
Ostriol
Pregnenolon
u.a.
Adrenalin
Noradrenalin
Dopamin
Serotonin
Adrenomedullin
    
  
Im späteren Verlauf der Schwangerschaft übernimmt die Plazenta die Bildung der immer weiter steigenden Mengen an Östrogenen und Progesteron:

      Progesteron: Der Synzytiotrophoblast exprimiert CYP11A1 und eine plazentaspezifische Dehydrogenase (3ß-HSD1), Enzyme, die zur Progesteronbildung benötigt werden. Auch verfügen diese Zellen über LDL-Rezeptoren, was für die Aufnahme von Cholesterin aus dem Blut der Mutter gebraucht wird. Das hier synthetisierte Progesteron gelangt in den Kreislauf der Mutter und stellt das Myometrium ruhig (wichtig für einen ungestörten Schwangerschaftsverlauf). Auch wirkt es auf die Brust (Wachstum, Differenzierung) und regt später die fetale Cortisolbildung an.
 
Die Progesteronbildung verläuft endokrin unreguliert, sie hängt lediglich von den verfügbaren Enzymen (CYP11A1 / 3ß-HSD) ab. Sie ist auch unabhängig vom Fetus, der Progesteronspiegel sagt nichts über den Gesundheitszustand des Feten aus.

      Östrogene: Der Synzytiotrophoblast verfügt nicht über das Enzym CYP17 und benötigt daher für die Östrogensynthese metabolische Zwischenschritte (über DHEAS, Abbildung oben) im Feten (androgenproduzierende Zellen in den Nebennierenrinde). Aus diesem Grund spricht man von einer feto-plazentaren Einheit. Die DHEAS-Produktion der fetalen Nebenniere ist gegen Ende des ersten Trimenons völlig von fetalem ACTH abhängig.
 
DHEAS (Dehydroepiandrosteronsulfat) kann nach seiner Synthese zwei Wege gehen: Entweder direkt zum Synzytiotrophoblasten, wo es zu Östradiol und Östron desulfatiert wird; oder zur fetalen Leber, wo es zu 16-OH-DHEAS hydroxyliert und dieses dann durch den Synzytiotrophoblasten zu Östriol (dem außerhalb der Schwangerschaft unbedeutenden, während der Schwangerschaft aber führenden Östrogen) verwandelt wird.
 
Östrogene verstärken die Durchblutung von Uterus und Plazenta und induzieren die Expression von LDL-Rezeptoren im Synzytiotrophoblasten. Sie sind für eine normale Schwangerschaft nicht unbedingt notwendig, wohl aber für Wehenauslösung, Geburt und Stillperiode: Sie sorgen für die Synthese von Oxytozinrezeptoren und Prostaglandinen, und unterstützen die Entwicklung der Brustdrüsen.

Plazenta: Transport- und Schrankenfunktion
 
Die Plazenta   hat bei der Geburt eine Austauschoberfläche von ~11 m2. Stoffe passieren die Chorionzotten über Diffusion (Atemgase, Wasser, Elektrolyte), Transporter (Glucose, Aminosäuren etc) und Pinozytose (Proteine).

Das
Chorion ist die am weitesten außen liegende Membran, die den Feten umhüllt und den fetalen vom mütterlichen Gewebe separiert. Zusammen mit dem Amnion (das zusammen mit der Amnionflüssigkeit den Embryo schützt) bildet es den Amnionsack, in dem sich der Fetus relativ frei bewegen kann ( vgl. dort).

Die Konzentration an Aminosäuren im Blutplasma der Mutter ist bis zu 20% erniedrigt, was mit der intensiven Aufnahme über die Plazenta korreliert (Wachstum der fetoplazentaren Einheit). Der wichtigste Energieträger für den fetalen Metabolismus ist Glucose, die über GLUT1 und GLUT3 über die Plazentarschranke gelangt (Bedarf 4-8 mg/kg/min, etwa doppelt so viel wie bei erwachsenen Personen). Glucose ist ein bevorzugter Energieträger (vor Laktat und Aminosäuren), denn das Sauerstoffangebot im fetalen Kreislauf ist eher niedrig und würde für die vollständige Oxygenierung von Fettsäuren nicht ausreichen.



Abbildung: Plazenta
Nach einer Vorlage bei macmillanhighered.com

Die Plazenta hat fetale (Chorion) und mütterliche Gewebeanteile. Nabelarterien (blau dargestellt) bringen sauerstoffarmes Blut zu den Chorionzotten, wo der Stoffaustausch stattfindet. Die Nabelschnurvene (rot dargestellt) bringt sauerstoffreicheres Blut zum Feten


In der entwickelten Plazenta tauchen Chorionzotten (Villi) in einen offenen mütterlichen Blutsee. Die Oberfläche dieser Zotten ist von einer dünnen Synzytiotrophoblasten-Schichte bedeckt - bestehend aus multinukleären Zellen, welche die Uteruswand aktiv durchdrungen und mütterliche Kapillaren aufgebrochen haben, um schließlich den (von mütterlichem Blut durchströmten) intervillösen Raum zu bilden und den Stoffaustausch zwischen mütterlichem und embryonalem / fetalem Kreislauf zu ermöglichen ( Abbildung).

Unter der "Haut" aus Synzytiotrophoblasten liegen Zytotrophoblasten, Mesenchymzellen und fetale Blutgefäße. Die in den intervillösen Raum eintauchenden Chorionzotten bilden die "Chorionplatte". Der Synzytiotrophoblast der voll entwickelten Chorionzotten (Tertiärzotten) bildet zahlreiche Mikrovilli zum Zweck der Oberflächenvergrößerung (Stoffaustausch).

Das mütterliche Blut strömt aus ca. 120 Spiralarterien pulsatil in den intervillösen Raum. Der Blutstrom durch die engen Spalten dieses Raumes ist so organisiert (Lage der Gefäße, Druckgradient), dass arterio-venöse Kurzschlüsse weitgehend vermieden werden.
Auf der mütterlichen Seite des Plazentarkreislaufs gibt es keine Kapillaren; der intervillöse Raum übernimmt hier sozusagen die Rolle der Mikrozirkulation.
 
Die O2-Sättigung des fetalen Blutes ist in der Umbilikalvene am höchsten
 
Die "Plazentarschranke" stellt keine absolute Barriere gegenüber Wirkstoffen physiologischer, pharmakologischer oder toxischer Natur dar; der Fetus ist z.B. gegenüber Medikamenten, die der Mutter verabreicht wurden, mehr oder weniger exponiert. Das Blut des Feten ist saurer (pH 7,0-7,2) als das der Mutter, sodass basische Pharmaka auf der fetalen Seite angereichert werden (Ionenfalle, ion trapping).

 
Plazentarer Stoffaustausch
 
Die reife Plazenta ist vom "hämochorialen" Typ und besteht aus drei hauptsächlichen Strukturen (
Abbildung oben):
Den verzweigten Chorionzotten mit umbilikalen Blutgefäßen und einer Hülle aus Synzytiotrophoblasten, die an den feinsten Aufzweigungen eine flache einzellige Schichte bilden, durch die Stoffe zwischen dem Blut der Mutter und dem des Embry bzw. Feten ausgetauscht werden (plazentare, "vaskulo-synzytiale" Membran)
Dem intervillösen Raum, in den mütterliches Blut durch Spiralarterien einströmt und aus dem es durch endometrielle Venen abfließt
Der Dezidua basalis. Diese zytotrophoblastische "Schale" sitzt dem Myometrium auf und bildet die Basis für plazentare Septen, welche die intervillösen Räume (in diese "tauchen" die Chorionzotten ein) begrenzen. Die decidua basalis bildet die Matrix für die mütterlichen Gefäße: durch sie winden sich Spiralarterien (Zufluss) einerseits, endometriale Venen (Abfluss) andererseits.
 
Im ersten Trimenon versperren extravillöse Zytotrophoblasten die Durchblutung der Spiralarterien (sie ersetzen deren glatte Muskulatur und Endothelien), sodass die Ernährung des Keims in der Embryonal- und frühen Fetalperiode in einer hypoxischen Umgebung im Wesentlichen durch histiotrophe Ernährung (Phagozytose) erfolgt. Erst dann werden die Arterien "befreit", die Durchblutung nimmt Fahrt auf und der Metabolismus stellt sich auf vorwiegend hänatotrophe Ernährung des Feten um.

Das Blut der Mutter und des Feten kommen in der Plazenta nicht unmittelbar in Berührung, zwischen ihnen liegt die mehrschichtige Barriere aus Endothelzellen, Synzytio- und Zytotrophoblasten sowie Mesenchymzellen (Plazentarschranke). Durch sie hindurch erfolgt der Austausch von Atemgasen, Wasser, Aminosäuren, Kohlenhydraten, Lipiden, Nukleinsäuren, Elektrolyten, Vitaminen, Spurenelementen, Immunglobulinen, Hormonen, Stoffwechselendprodukten, Medikamenten u.a. (eventuell auch Toxinen, wie Alkohol usw).
 
Die Hämoglobinkonzentration ist bei der Mutter im letzten Schwangerschaftsdrittel niedriger als beim Feten
 
  Welche Faktoren beeinflussen die Sauerstoffversorgung des Feten? Es sind dies die O2-Verfügbarkeit auf der mütterlichen Seite, der Transfer über die Plazentarschranke und die fetale Transportkapazität:
 
  O2-Verfügbarkeit auf der mütterlichen Seite: Diese hängt einerseits von der maternalen Durchblutung der Plazenta, andererseits von der O2-Transportkapazität ab (und damit vom arteriellen pO2 und der Hämoglobinkonzentration im Blut).
 
  Transfer über die Plazentarschranke: Neben der Austauschfläche an sich bestimmen diesen mehrere Fâktoren:
 
       Sauerstoffgradient. Das intervillöse Blut hat einen pO2 von ~6,7 kPa, das fetale Nabelschnurblut von ~2,7 kPa - der Gradient beträgt daher etwa 4 kPa (30 mmHg).
 
       Bindungsaffinität. Fetales Hämoglobin bindet Sauerstoff wesentlich stärker als adultes (maternales) und nimmt den Sauerstoff bei Partialdrucken auf, bei denen HbA diesen bereits abdissoziiert. Die Plazenta produziert außerdem 2,3-DPG, das die Bindungskurve von HbA (nicht aber HbF) nach rechts verschiebt (Abbildungen).
 
      Doppelter Bohr-Effekt.
 
   Fetus: Mit sinkendem pCO2 verschiebt sich die HbF-Bindungskurve nach links - Sauerstoff wird noch stärker gebunden.
 
   Mutter: Mit steigendem pCO2 verschiebt sich die HbA-Bindungskurve nach rechts - Sauerstoff wird noch besser an den Feten abgegeben.
 
  Fetale O2-Transportkapazität: Diese ist größer als bei der Mutter, weil die Hämoglobinkonzentration des fetalen Blutes erhöht ist (~18 g/dl, bei der Mutter zum Geburtszeitpunkt 12-13 g/dl, s. oben). Dazu kommt
 
      der doppelte Haldane.Effekt:
 
   Mutter: Wird HbA desoxygeniert, steigt seine CO2-Bindungskapazität, mütterliches Blut kann kann mehr CO2 aufnehmen
 
   Fetus: Wird HbF oxygeniert, sinkt seine CO2-Bindungskapazität, fetales Blut kann mehr CO2 abgeben
 
Zum Bohr- und Haldane-Effekt s. dort
 

Abbildung: Sauerstoffbindungskurve HbA und HbF
Modifiziert nach Storz JF, Gene Duplication and Evolutionary Innovations in Hemoglobin-Oxygen Transport. Physiology 2016; 31: 223-32

Großes Bild: Daten für pH 7,2 (intra-erythrozytärer physiologischer Wert), 20°C, ohne 2,3-DPG (Kurven links: sauerstoffaffinere R-Form) und mit äquimolarer Menge an 2,3-PDG (Kurven rechts: weniger sauerstoffaffin, O2-Abgabe bei höherem pO2).
 
A = HbA (adult, blau), F = HbF (fetal, rot)
 
Inset: Kurven für mütterliches und fetales Blut (37°C)

Durch die unterschiedliche Lage der Bindungskurven tritt bei gegebenen pO2-Werten Sauerstoff vom mütterlichen auf das fetale Hämoglobin über (höhere O2-Sättigung); außerdem ist der Hämoglobingehalt des fetalen Blutes höher (Hämatokrit ≥50%), was eine gesteigerte Sauerstoffmenge pro Volumeneinheit Blut ergibt (hohe O2-Transportkapazität des fetalen Blutes)

Für den Transport von Sauerstoff (und CO2) spielen die Bindungseigenschaften des mütterlichen / fetalen Hämoglobins eine entscheidende Rolle: Das HbA der Mutter hat geringere Bindungsbereitschaft zu Sauerstoff als das HbF des Feten ( Abbildung oben), d.h. bei ein und demselben Partialdruck wandert Sauerstoff vom mütterlichen in das fetale Blut und steht dem Fetus (der an relativ hypoxische Bedingungen angepasst ist) zur Verfügung. So ist das mütterliche Blut bei einem pO2 von 30 mmHg (mit diesem Partialdruck verlässt das Blut den intervillösen Raum) nur zu 57% sauerstoffgesättigt, während das Blut des Feten bei diesem pO2 noch zu 85% gesättigt ist (Tabelle) und mit dieser "Ausbeute" via Nabelvene in den fetalen Kreislauf einmündet. Dazu kommt noch ein Anstieg der fetalen Hämoglobinkonzentration, die pränatal um ~50% über dem Normwert von Erwachsenen liegt.
 
Der Sauerstoffpartialdruck ist im fetalem Blut niedriger als im Blut der Mutter
 
Um die Sauerstofftransportkapazität seines Blutes - angesichts ziemlich hypoxischer Bedingungen - zu erhöhen, hat der Fetus einen hohen Hämatokrit (um die 50% oder darüber) - Erythrozytenzahl und Hämoglobinkonzentration sind dementsprechend hoch; die Erythrozyten sind größer, aber kurzlebiger als bei erwachsenen Personen.

 
Hämatokrit, Ery-Zahl und Hb-Konzentration sind bei Feten höher als bei Erwachsenen
 
Fetales Hämoglobin (HbF) enthält zwei α- und zwei γ-Globinketten (nicht wie adultes HbA aus zwei α- und zwei β-Ketten). γ-Untereinheiten haben eine geringe Affinität gegenüber 2,3-DPG; dies führt zu einer Stabilisierung der R-Form mit hoher Sauerstoffaffinität, O2 wird von HbF in der Plazenta noch bei Partialdruckwerten gut gebunden, bei denen das HbA der Mutter Sauerstoff bereits abgibt ( Abbildung).
 
2,3-DPG beeinflusst die Sauerstoffbindung am fetalen Hämoglobin nur geringgradig
 
Diese erhöhte Sauerstoffaffinität des HbF entspricht einer Linksverschiebung der Bindungskurve um 4 mmHg und begünstigt die O2-Aufnahme durch den Fetus (allerdings gibt das HbF den Sauerstoff erst bei niedrigeren Partialdrucken an das fetale Gewebe ab, der Stoffwechsel des Feten ist auf einen niedrigeren pO2 - also relativ hypoxische Bedingungen - eingestellt).
  



pO2
(mmHg)
Hämoglobin-
Sättigung
(%)
pCO2
(mmHg)
Mütterliche Seite
Uterine Arterien ~100
97-98
32
Intervillöser Raum 30-35
57-67

Uterine Venen
~30
~57
43
Fetale Seite
Nabelarterien
~20
~25
48
Nabelvene
~30
~85
43
  
  Die involvierten Mechanismen des plazentaren Austauschs gleichen den in der Mikrozirkulation sonst auch üblichen:

      Diffusion (Gase, Harnstoff, Steroide, Kreatinin, Lipide)
 
      Erleichterte Diffusion mittels Transportproteinen (z.B. Glucose: Insulin-unabhängig über  GLUT1, GLUT3)
 
      Aktiver Transport mittels Transportproteinen (z.B. Elektrolyte)
 
      Sekundär aktiver Transport mittels Transportproteinen (z.B. Aminosäuren)
 
      Pinozytose (rezeptor-mediierte Endozytose, z.B. IgG, Insulin, Transferrin, LDL) / Transzytose. So verleiht die Mutter über ihre Antikörper vom Typ IgG dem fetalen Organismus einen adaptiven Immunschutz (der die aktuellen mikrobiellen Herausforderungen widerspiegelt) - dieser Schutz hält dann noch einige Monate nach der Geburt an, bis das Baby seine eigene spezifische Immunprotektion aufgebaut hat. So können unter Umständen (Rhesus-Inkompatibilität) auch Isoagglutinine des Typs Anti-D über die Plazentarschranke gelangen - solche der AB-Blutgruppen (Typ IgM) nicht.
 
Regulation der Plazentardurchblutung
: Die wesentlichen Faktoren, welche die Perfusion des intervillösen Raums beeinflussen, sind der Blutdruck der Mutter, der intrauterine Druck sowie das Muster allfälliger Uteruskontraktionen. Wehen (sowohl während der Schwangerschaft als auch bei der Geburt) fördern den arteriellen Einstrom, drosseln aber den venösen Ausstrom, was das plazentare Blutvolumen vorübergehend erhöht. Blutstrom und Stoffaustausch
sind für die Dauer der Wehe reduziert, sistieren aber nicht vollständig.

  Zum Fetus als "immunprivilegiertes Gewebe" und das Phänomen der Immunverträglichkeit s. dort
  
Embryonale und fetale Entwicklung
 
Im Mittel dauert die Schwangerschaft etwa 266 Tage (ab der Ovulation: biologische Rechnung) bzw. 280 Tage oder 40 Wochen (ab dem Beginn der letzten Mensesblutung: klinische Rechnung). Das Embryonalalter gibt das Alter des Embryos an und beträgt um ca. 2 Wochen weniger als die "Schwangerschaftsdauer" (unter Anführungszeichen, da die eigentliche Schwangerschaft erst mit der Befruchtung bzw. Implantation beginnt).

Die Schwangerschaftsdauer (Tragzeit) wird klinisch vom Zeitpunkt des Auftretens der letzten Mensenblutung gerechnet. Sie wird in Wochen (Schwangerschaftswoche SSW, Gestationswoche), Monaten oder Drei-Monats-Perioden angegeben (1.-3. Trimenon).


  Abbildung: Fetales Körpergewicht als Funktion des Gestationsalters
Nach Merz E, Sonographische Diagnostik in Gynäkologie und Geburtshilfe. Stuttgart: Georg Thieme Verlag 2002

Die Zunahme des Körpergewichts erfolgt in etwa bis zum 7. Monat leicht exponentiell, dann etwa linear. Im Schnitt erreichen Feten in der 28. Schwangerschaftswoche ein Gewicht von 1 kg. In der 31. Woche sind es zwischen 1,1 und 2, in der 33-34 Woche zwischen 1,8 und 2,8 kg. Das Geburtsgewicht (40. Woche) liegt meist zwischen 3 und 4 kg

Die Entwicklung des Embryos (so bezeichnet bis zur 9.-10. SSW; zu diesem Zeitpunkt sind alle Organsysteme angelegt) bzw. Feten lässt eine Reihe von Wegmarken erkennen.

Das embryonale Herz beginnt mit der 3.-4. SSW zu schlagen.

Ab der 5. SSW treten reaktive Bewegungen auf Berührungsreize im Gesichtsbereich auf, d.h. der Tastsinn ist bereits entwickelt.

Mit der 8. SSW bildet der Fetus Leukozyten (Thymus, Milz - das rote Knochenmark wird erst später zur Hauptbildungsttätte der weißen Blutkörperchen). Mit der 12. SSW beginnt der Fetus mit der Produktion von Insulin.

Ab der 15. SSW beginnt der Fetus, an seinem Daumen zu saugen (schon vorher berührt er Gesicht und Kopf und übt dadurch die Haptik), was als Training für die später lebensnotwendige Motorik der Nahrungsaufnahme (Stillen!) von großer Bedeutung ist. Zu diesem Zeitpunkt arbeitet das taktile System bereits, alle anderen Sinnessysteme funktionieren noch nicht.

Die - in der 13.-16. SSW entstehende - Lanugobehaarung trägt sensible Rezeptoren, sodass der Fetus durch Bewegungen des Fruchtwassers ständig neuronal stimuliert wird - und damit die Entwicklung des Nervensystems.

Ab Woche 18 öffnet und schließt der Fetus seinen Mund und verschluckt Fruchtwasser, der Geschmackssinn beginnt zu funktionieren, das Verdauungssystem entwickelt sich weiter.

Die neokortikalen Neuronen entwickeln sich vor allem zwischen der 5. und 20. SSW (vgl. dort). Die Großhirnrinde kann ab der 20. SSW Erfahrungen (unterbewusst) abspeichern.
 

Abbildung: Körpergröße des Feten (Scheitel-Steiss-Länge, crown-rump length) als Funktion des Alters (Schwangerschaftswoche)
Nach Ohuma EO, Papageorghiou AT, Villar J, Altman DG. Estimation of gestational age in early pregnancy from crown-rump length when gestational age range is truncated: the case study of the INTERGROWTH-21st Project. BMC Med Res Methodol 2013; 13: 151

Entwicklung bis Gestationswoche 17. Referenzbereich grün gezeigt


Die Lungenstruktur zeigt ab der 24. SSW Alveolen, diese bilden ab der ~30. SSW Surfactant - wenn auch noch nicht ausreichend, um bei Frühgeburt ohne Probleme atmen zu können ( s. dort).

Ab der ~25. Woche ist das Gehörorgan so weit ausgebildet, dass der Fetus Herzschlag und Atemgeräusche der Mutter wahrnehmen kann, und der Fetus kann Töne bis zu einer Frequenz von 300 Hz wahrnehmen. Ab dem 7. Monat erkennt er die Stimme der Mutter.

In der 26. SSW ist das periphere Gehörsystem bereits voll ausgebildet,

Mit SSW 34 ist der Fetus komplett entwickelt, bis zur Geburt wächst er weiter und nimmt an Gewicht zu. Das Körpergewicht steigt bis zur 37. SSW leicht exponentiell an und dann bis zum Termin etwas geringer ( Abbildung). Knaben sind etwas schwerer als Mädchen. Mit Erreichen der 40. SSW ist das Geburtsgewicht von durchschnittlich 3,5 kg erreicht; die 90%-Perzentile liegt in unseren Breiten bei 4 kg oder etwas darüber, die 10%-Perzentile bei etwa 3 kg. Das bedeutet, dass die meisten Neugeborenen zwischen 3 und 4 kg wiegen.

Das fetale Wachstum hängt - außer von genetischen Anlagen - von zahlreichen Außenfaktoren ab: Ernährung, Alter (optimal 16-35 Jahre), Zustand und Gesundheit der Mutter - z.B. können die Neugeborenen (schlecht behandelter) diabetischer Mütter ein höheres Geburtsgewicht aufweisen als diejenigen gesunder Mütter ("Riesenkinder" wiegen über 4,5 kg); Stressfaktoren; Medikamente, Toxine (Alkohol Nikotin etc). Letztere Faktoren können nicht nur das Geburtsgewicht senken, sondern auch zu Störungen der Entwicklung (insbesondere mental) führen.
 
Die  ist in der folgenden Tabelle zusammengefasst (m):

Entwicklung des fetalen Hormonsystems

Modifiziert nach Endocrine and Reproductive Physiology, 5th ed., Mosby 2019
Hormondrüse
Zeitfenster
Bemerkungen
Hypothalamus / Hypophyse
Alle mit 12 Wochen
Pfortadersystem mit 18 Wochen funktional
Schilddrüse
T4 mit 10-12 Wochen
Frühe Gehirnentwicklung abhängig von T3 der Mutter
Fetales T3 steigt mit 30 Wochen (Typ I-Dejodinase)
Fetus vor mütterlichem Hyperthyreoidismus durch plazentare Dejodinase
geschützt
Nebenschilddrüsen
Drüsen mit 8-10 Wochen ausgebildet, Parathormonbildung inhibiert durch relativ hypercalcämischen Status
Deziduales Vit-D3-Hormon fördert Calciumresorption im Darm der Mutter
PTHrP regt plazentaren Ca++-Transfer zum Fetus an
Langerhans-Inseln
Mit 15 Wochen werden Insulin und Glukagon synthetisiert
Plazentares Glucoseangebot bestimmt fetalen Blutzuckerspiegel stärker als pankreatische Hormone
Nebennieren
DHEAS in fetaler Nebenniere mit 7 Wochen
Cortisol in 2. Hälfte der Schwangerschaft
Aldosteron kurz vor der Geburt
Cortisol steuert Surfactant-Synthese

  
 Fetaler Kreislauf
 
Fetaler Kreislauf und Sauerstofftransport: Das Herz des Feten beginnt mit der 4. SSW zu schlagen. Da das Blut nicht nur durch den Feten selbst, sondern auch durch die Plazenta gepumpt wird, und weil das rechte und linke Herz beim Feten vor allem parallel statt in Serie geschaltet sind und sich ihre Schlagvolumina mischen, wird die Summe der rechts- und der linksventrikulären Transportleistung als kombiniertes Herzzeitvolumen (combined cardiac output) definiert.

Das Myokard des Feten enthält einen hohen Anteil nichtkontraktilen Proteins und ist in diesem Sinne nicht ausgereift. Eine Erhöhung der Wandspannung kann es daher nicht mit Steigerung der Schlagkraft beantworten. Anders als beim Herzen erwachsener Personen bleibt das Schlagvolumen unverändert, und das Herzminutenvolumen kann nur über die Herzfrequenz verändert bzw. angepasst werden. (Die Schlagfrequenz beträgt beim Neugeborenen 110-160 bpm.)

Die fetale Herzfrequenz wird autonom-nervös beeinflusst: Der Parasympathikus lässt sie schwanken (Herzfrequenz- Variabilität im Ruhezustand), der Sympathikus erhöht sie bei fetaler Aktivität.
 

Abbildung: Fetaler Kreislauf: Aufteilung der Perfusion
Nach einer Vorlage in Boron / Boulpaep, Medical Physiology, 3rd ed., Elsevier 2016

Anteile der Perfusion in % des kombinierten Herzzeitvolumens (=Förderleistung des rechten und linken Ventrikels zusammengenommen).
 
Der linke Ventrikel befördert Blut vor allem in die obere (Gehirn!), der rechte hingegen vorwiegend in
die untere Körperhälfte des Feten

Während das rechte Herz nach der Geburt Blut zur Oxygenierung durch die Lunge befördert, gelangt präpartal ein beträchtlicher Teil seiner Pumpleistung zur Plazenta. Dazu dienen "Kurzschlüsse" zwischen dem, was nach der Geburt als Hochdruck- und Niederdrucksystem bezeichnet wird ("Rechts-Links-Shunts").

Fetales Blut weist relativ niedrige Sauerstoffpartialdruckwerte auf (was durch die intensivere Sauerstoffbindung des fetalen Hämoglobins kompensiert wird). Das Gehirn wird mit relativ sauerstoffreichem Blut versorgt.

Der fetale Kreislauf
unterscheidet sich vom postpartalen vor allem in folgenden Aspekten:

      Vorhandensein der Plazenta. Diese übernimmt Funktionen der Lunge (Gasaustausch), des Gastrointestinaltrakts (Ernährung), der Leber (Entgiftung / Ausscheidung / Ernährung), und der Nieren (Salz-Wasser-Homöostase, Ausscheidung).

Da die Plazenta in utero die Funktionen von Lunge und Leber übernimmt, benötigen diese Organe viel weniger sauerstoffreiches Blut, und sie werden im Kreislauf durch shunts ("Kurzschlüsse") weitgehend umgangen.

Die Plazenta stellt selbst einen shunt im fetalen Kreislauf dar, der (so wie die anderen) nach der Geburt geschlossen wird.

Etwa die Hälfte des kombinierten Herzzeitvolumens ( Abbildung) gelangt über die Aa. umbilicales (Nabelarterien) zur Plazenta (der Gastrointestinaltrakt, die Leber und die Nieren benötigen nur relativ geringe Perfusion - die Plazenta übernimmt die Aufgaben, die sie postpartal erfüllen müssen).

Die Plazetna erhält Blut mit ~23 mmHg pO2 über die Nabelarterien vom fetalen Kreislauf. Die Umbilicalvene bringt dann Blut mit einem Sauerstoffpartialdruck von 30-35 mmHg (etwa 4-5 kPa) in den Fetus (die Sauerstoffsättigung des fetalen Hämoglobins beträgt dabei 80-90 %);
 
  Der Partialdruckunterschied von ca. 10 mmHg reicht für eine ausreichende Oxygenierung bereits aus, da in diesem Partialdruckfeld der steile Bereich der Bindungskurve des fetalen Hämoglobins (s. unten) vorliegt.
 
Blut in der Nabelvene hat die höchste Sauerstoffsättigung im fetalen Kreislauf
 
      Weitere Shunts: Das aus der Plazenta stammende Blut gelangt zu ~40% in die Leber des Feten, 60% strömen hingegen an der Leber vorbei (via ductus venosus Arantii) zur unteren Hohlvene (~60% des kombinierten Herzzeitvolumens). In der Aorta des Feten beträgt die Sauerstoffsättigung nur ~60%.
 
Der ductus venous Arantii bringt sauerstoffreiches Blut aus der Plazenta in die untere Hohlvene
 
Der ductus venosus schließt sich nach der Geburt nur langsam, über einen Zeitraum von mehreren Tagen. Das bedeutet, dass unmittelbar postpartal noch ein erheblicher Anteil venösen Blutes vom Darm an der Leber vorbei direkt der Leber zufließt. Erst im Laufe von Tagen kontrahiert der ductus venosus, der Gefäßwiderstand steigt, und die Leber empfängt immer mehr Blut aus der Pfortader, deren Innendruck entsprechend ansteigt.


Abbildung: Fetaler Kreislauf und Sauerstoffsättigung des Blutes
Nach einer Vorlage in Boron / Boulpaep, Medical Physiology, 3rd ed., Elsevier 2016

In dieser Abbildung sind in den grün unterlegten Feldern die Sauerstoffsättigung des (fetalen) Hämoglobins, in den weiß unterlegten die dazugehörigen pO2-Werte angegeben


Über das offene foramen ovale im Herzen gelangen fast 30% des in das rechte Herz eingeströmten Blutes weiter - an der kaum durchbluteten Lunge vorbei - vom rechten in den linken Vorhof (Rechts-links-Shunt) und von dort in den linken Ventrikel. Dieser pumpt rund 34% des kombinierten Herzzeitvolumens in die Aorta, und zwar zu 65% sauerstoffgesättigtes Blut (pO2 ~25mmHg, Abbildung).

Dieses relativ sauerstoffreiche Blut versorgt vor allem das stoffwechselintensive rasch wachsende Gehirn.

Der rechte Vorhof empfängt sauerstoffarmes Blut aus der oberen Hohlvene (21% des kombinierten Herzzeitvolumens; die Ventilwirkung der Umrandung des foramen ovale verhindert den Übertitt dieses Blutes in den linken Vorhof) und dem Koronarkreislauf, zusätzlich zum eben erwähnten Blut aus der unteren Hohlvene.

Der Großteil seines Bluteinstroms geht in den rechten Ventrikel, dessen Pumpleistung mit 66% des kombinierten Herzzeitvolumens doppelt so groß ist wie die des linken Ventrikels. Seine Auswurfleistung gelangt über der ductus arteriosus (Botalli) in die aorta descendens und versorgt so die untere Körperhälfte (Gastrointestinaltrakt, Leber, Nieren, Beine) sowie die Plazenta.
 
Der Blutdruck ist beim Fetus im rechten Vorhof höher als im linken

Das Herz des Feten kann ohne wesentliche Pumpleistung des linken Ventrikels auskommen
 
Bei den gezeigten Sättigungs- und Sauerstoffpartialdruckwerten sind die Bindungskurven des fetalen Hämoglobins (HbF) zu berücksichtigen - dieses hat eine höhere Bindungsintensität als das Hämoglobin des Erwachsenen (HbA). Das bedeutet z.B., dass bei einem gegebenen pO2 Sauerstoff vom Blut der Mutter zum Blut des Feten wandert (fetales Hämoglobin erreicht eine höhere O2-Sättigung als adultes).
 

Abbildung: Fetalkreislauf
Modifiziert nach Chakkarapani AA, Roehr CC, Hopper SB, TePas AB, Gupta S, Transitional circulation and hemodynamic monitoring in newborn infants. Pediatr Res 2023

Die Sauerstoffsättigung im Blut der diversen Gefäße ist farblich angedeutet. Das Gehirn erhält besonders gut arterialisiertes Blut mit hohem Sauerstoffpartialdruck


Unmittelbar nach der Geburt startet die Atmung und expandiert die Lunge, was den pulmonalen Strömungswiderstand senkt, und zwar auf ein Fünftel; durch die Lungen strömen postpartal 100% des Herzzeitvolumens (präpartal nur 10%). Präpartal hält der niedrige pulmonale pO2 einen hohen Tonus der Pulmonalgefäße aufrecht (hypoxische Vasokonstriktion, Euler-Liljestrand-Mechanismus); mit der postpartalen Füllung der Alveolen mit Luft (und damit Sauerstoff) wird dieser Perfusionsblock aufgehoben.

Das Wegfallen der Plazenta
erhöht  den systemischen peripheren Widerstand auf etwa den doppelten Betrag; der Druck im linken Ventrikel und in der Aorta nimmt deutlch zu. Beides trägt wesentlich zur Umstellung im Kreislauf des Neugeborenen bei. Der venöse Rückstrom zum rechten Herzen nimmt ab, damit auch der Druck im rechten Vorhof; gleichzeitig nimmt dieser im linken Vorhof zu. Dadurch schließt das foramen ovale (druckpassiv).

Warum ist der ductus arteriosus beim Feten offen (relaxiert) und schließt sich (kontrahiert) nach der Geburt? Die Ursache liegt in der pränatalen aktiven Relaxation der glatten Muskulatur dieses Gefäßes - bedingt wahrscheinlich durch Kinine (die außerdem nach der Geburt die Nabelgefäße kontrahieren und die Pulmonalarterie erweitern) und  Prostaglandine. Der PGE2-Spiegel ist beim Feten 5-fach höher als bei erwachsenen Personen.
 
   Prostaglandin-Synthesehemmer (wie Indometacin) werden eingesetzt, um nach der Geburt die Kontraktion der Wandmuskulatur eines persistierenden ductus arteriosus (PDA) anzuregen und ihn so zu verschließen.

Normalerweise verschließt sich der ductus arteriosus Botalli innerhalb weniger Tage postpartal. Eine Verzögerung findet sich ziemlich häufig (noch erhöhter Prostaglandinspiegel).
 
Hämodynamische Werte: Gegen Ende der Schwangerschaft beträgt der mittlere arterielle Blutdruck beim Feten nur etwa 60-70 mmHg, die Herzfrequenz 130-160 bpm (was bei erwachsenen Personen einer ausgeprägten Tachykardie entspräche).
 
Die Herzfrequenz des Feten beträgt präpartal deutlich über 100/min
 

Die endgültige Trennung des plazentaren vom Kreislauf des Neugeborenen (Abnabelung) erfolgt meist einige Minuten postpartal; die Umbilikalarterien kontrahieren aber sofort, womit die Oxygenierung des Blutes bereits zu diesem Zeitpunkt über die neonatale Respiration erfolgen muss. Es ist also notwendig, dass das Baby unverzüglich zu atmen beginnt. Die Umbilikalvenen kontrahieren hingegen nicht, und Blut kann weiterhin aus der Plazenta (bis zu derer Entleerung) in den Kreislauf des Neugeborenen fließen - vorausgesetzt, die Plazenta ist über dem Niveau des Babys positioniert (hydrostatisches Druckgefälle), vergleichbar dem Setting mit einer Infusion: So ergibt z.B. 20 cm Höhenunterschied (Plazenta 0,2 m über Bauchebene des Babys) bei einem angenommenen venösen Gegendruck von 15 cm H2O einen treibenden Druck von 5 cm H2O (0,5 kPa). Diese Autotransfusion kann bis zu 100 ml Blut erbringen, ein wesentlicher Anteil des Blutvolumens des Neugeborenen (etwa 300 ml, oder 90 ml/kg).
 

  

Abbildung: Schutz von Mutter, Fetus und Keimzellen
Nach einer Vorlage in learn.genetics.utah.edu

Belastungen während der Schwangerschaft durch Faktoren wie Rauchen, falsche Ernährung, Medikamente etc. schädigen (mindestens) drei Generationen gleichzeitig


   Pharmaka, Toxine: Die erhöhte Nierendurchblutung und glomeruläre Filtration bedingt eine verstärkte renale Ausscheidung von Medikamenten. Es gibt Medikamente, deren Applikation / Einnahme wegen Nebenwirkungen während der Schwangerschaft verboten ist. So können ACE-Hemmer Wachstum und Entwicklung des Fetus gravierend stören.

     Von Alkoholgenuss und Rauchen während der Schwangerschaft ist strikt abzusehen, da es zu Schädigungen des Kindes - und in der Keimbahn - kommen kann.


Von einer Präeklampsie spricht man, wenn nach der 20. Schwangerschaftswoche zuvor normale Bludruck- und Harneiweißwerte ansteigen (Hypertonie + Proteinurie). Die Pathophysiologie ist nicht endgültig geklärt, endotheliale blutdruckwirksame Faktoren scheinen beteiligt zu sein. Kommen neurologische Symptome dazu, droht eine Eklampsie (zusätzliches Auftreten von Krämpfen; betrifft meist Erstgebärende). Die Therapie richtet sich nach Krankheitsverlauf und Schwere der Symptome.

    Chorionzottenbiopsie (Plazentapunktion): Im Rahmen der Pränataldiagnostik können Chorionzellen entnommen werden, um z.B. auf Stoffwechselerkrankungen oder chromosomale Aberrationen des Feten zu testen. Diese Untersuchung gibt schon früher Resultate als die Amniozentese (15.-18. SSW), einer Entnahme von Fruchtwasser aufgrund analoger Fragestellungen, auch zwecks Diagnose von Blutgruppen-Unverträglichkeiten (SSW 30).
 

 
      Östrogene und Progesteron werden nach einigen Wochen weitgehend von der Plazenta (Synzytiotrophopblast) hergestellt und dominieren die graviditätsabhängigen Umstellungen des mütterlichen Organismus. Die Progesteronbildung der Plazenta verläuft endokrin unreguliert, die Synthese von DHEAS in der fetalen Nebenniere ist von fetalem ACTH gesteuert
 
      Gewicht und Durchblutung des Uterus steigen östrogenbedingt um das ~15-fache an. Die Zervix streckt sich und bildet immunglobulinreiches muköses Sekret, ihre Gefäße bilden einen Schwellkörper. Die Vagina verändert sich ebenfalls, ihr Sekret ist reich an Milchsäure (pH 3,5-6,0). Östrogene, Progesteron, hPL und Prolaktin bewirken Zunahme und Differenzierung des Brustdrüsengewebes. Relaxine aus Plazenta und Brustdrüse weichen Ligamente und Gewebe auf (sakroiliakal, Symphyse, Zervix, gesteigerte arterielle Compliance)
 
      Progesteron senkt den peripheren Widerstand, Herzzeitvolumen und Herzfrequenz (bis >100 bpm) steigen an. Die Menge an Erythrozyten nimmt um ~25% (Erythropoetin), das Blutvolumen um ~50% zu (Reserve gegenüber Blutverlust bei der Geburt), noch stärker das Plasmavolumen (mit sinkender Proteinkonzentration: 10-15%, aber steigendem Fibrinogenspiegel: +50%), der Hämatokrit ist reduziert. Bei Hochschwangeren kann die untere Hohlvene in Rückenlage durch das Baby komprimiert sein (Vena-cava- Kompressionssyndrom)
 
      Atmung und Atemgasaustausch nehmen zu: Atemfrequenz bis +15%, Atemtiefe bis +50% (Geburtstermin); FRC, Residualvolumen und alveoläre Ventilation steigen ebenfalls (Hypokapnie), bedingt durch gestiegenen respiratorischen Bedarf und erhöhte CO2-Empfindlichkeit des Atemzentrums (Progesteron). Der arterielle pO2 steigt, der pCO2 sinkt (auf ~4 kPa), was den Gasaustausch mit dem Fetus begünstigt. Das HbF des Feten bindet Sauerstoff stärker als das HbA der Mutter. Hämatokrit, Ery-Zahl und Hb-Konzentration sind beim Feten erhöht (O2-Transportkapazität)
 
      Im Verdauungssystem tritt Tonusverlust, vermehrter Reflux und Obstipationsneigung auf (Progesteron). Während der Schwangerschaft wird zusätzlich ca. 1 kg Protein synthetisiert (~500g Fetus und Plazenta, ~500 g Uterus, Brüste und Blut). Der Bedarf an Nahrungseiweiß (+30 g/d), Vitaminen (Folsäure, D3..), Spurenelementen (Eisen, Zink) ist erhöht. Der Fetus braucht ~30 g Calcium, ~20 g Phosphor, ~0,8 Magnesium (80% davon während des dritten Trimesters), entsprechend einer stündlichen Extraktion von 5-10% der im Blut der Mutter vorhandenen Menge
 
      Die Nieren steigern Durchblutung (bis ~75%) und Filtration, die Harnmenge steigt mit der Ausscheidung von Harnstoff, Kreatinin, Harnsäure. Steigende Natriumclearance regt das Renin-Angiotensin-Aldosteron-System an, der Aldosteronspiegel steigt präpartal bis 5-fach an, Salz-Wasser-Retention begünstigt das Auftreten von Ödemen. Glucose, Aminosäuren und Proteine werden ausgeschieden (erhöhte Infektionsgefahr in den Harnwegen). Die osmotische Schwelle für Durst und Vasopressinsekretion sinkt, die Plasmaosmolalität um ~10 mOsm/kg, die Menge an Flüssigkeit im Körper steigt
 
      Das extrazelluläre Flüssigkeitsvolumen steigt um bis zu 10 Liter (Aldosteron), die Blut-Osmolalität nimmt ab (gesenkte Durstschwelle steigert Vasopressinproduktion), Natrium wird retiniert: Östrogene steigern die Synthese von Angiotensinogen (Leber) und Renin (Nieren), es entsteht mehr Angiotensin und Aldosteron. Progesteron relaxiert den Uterus; Östrogene, CRH, Prostaglandine, Oxytozin und Relaxine mobilisieren ihn. Blutzucker- und Insulinspiegel schwanken stark (postprandiale Hyperglykämie); hohe Blutzuckerspiegel erleichtern die Glucoseaufnahme des Feten. Das Fettgewebe nimmt um 4-8 kg zu, der Leptinspiegel ist erhöht (Leptin wird auch von der Plazenta gebildet). In der zweiten Schwangerschaftshälfte schaltet der Metabolismus von anabol (Speicherung) auf katabol (Fettabbau). Längere Nahrungskarenz der Mutter kann rasch zu Ketose führen

      Die Hypophyse nimmt an Volumen zu. CRH regt die Wehentätigkeit an, indem es das Myometrium gegenüber Prostaglandinen und Oxytozin sensibilisiert. ACTH ist zum Ende der Schwangerschaft mehr als verdoppelt, es stimuliert Cortisolbildung und fetoplazentare Östrogensynthese. Cortisol steigt an (reduzierte Clearance) und fördert die Ausreifung von Lunge und Gastrointestinaltrakt beim Feten. hCG stimuliert die luteale Sekretion von Östrogenen und Progesteron bis SSW 12. hPL regt wie GH und Prolaktin Wachstum und Milchproduktion an. Oxytozin wird bei Dehnung des Geburtskanals reflektorisch freigesetzt (Ferguson-Reflex). Prostaglandin F2α und Oxytozin öffnen Typ-L-Calciumkanäle depolarisierter Uterusmuskulatur und unterstützen die Wehentätigkeit
 
     Im ersten Trimenon ernährt sich der Keim histiotroph (Phagozytose). Die reife Plazenta ist vom hämochorialen Typ und besteht aus Chorionzotten (umbilikale Blutgefäße, Synzytiotrophoblasten), intervillösem Raum (mütterliches Blut) und Dezidua basalis (Zytotrophoblasten, Matrix für Spiralarterien und endometriale Venen). Der Stoffaustausch erfolgt durch Diffusion (Gase, Harnstoff, Steroide, Kreatinin, Lipide), erleichterte Diffusion (z.B. Glucose), aktiven Transport (z.B. Elektrolyte) und sekundär aktiven Transport (z.B. Aminosäuren). Rezeptor-mediierte Endozytose ermöglicht den Transfer komplexer Moleküle (IgG, Insulin, Transferrin, LDL..) und überträgt z.B. adaptiven Immunschutz (Antikörper), der noch einige Monate nach der Geburt anhält
 
      Die fetalen pO2- und pH-Werte sind niedrig, das Blut der Nabelvene hat die höchste Sauerstoffsättigung im fetalen Kreislauf. Durch die steilere HbF-Sauerstoffbindungskurve ist das fetale Hämoglobin auch bei niedrigem pO2 relativ gut gesättigt. Der ductus venous Arantii bringt Blut aus der Plazenta in die untere Hohlvene. Dieses gelangt durch den ductus venosus (Arantii) an der Leber vorbei direkt in die untere Hohlvene (~50% des kombinierten Herzzeitvolumens). Der Blutdruck ist beim Fetus im rechten Vorhof höher als im linken. In der Aorta des Feten beträgt die Sauerstoffsättigung nur ~60%
 

 





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