Органы кровообращения начинают закладываться со 2-й, функционировать - с 4-й недели, формирование заканчивается на 3-м месяце внутриутробной жизни. Через 6-7 суток после оплодотворения зародышевый пузырь имплантируется в слизистую оболочку матки, затем происходит внедрение ворсинок трофобласта в соединительнотканный слой матки. Оно сопровождается разрушением кровеносных сосудов матки и образованием в ней лакун, содержащих материнскую кровь. Через несколько суток образуется хорион, его ворсинки вдаются в лакуны, по которым движется материнская кровь. Лакуны входят в состав межворсинчатых пространств. Этот процесс занимает около 2 недель. Кровеносная система у эмбриона еще отсутствует. В это время он использует питательные вещества, находящиеся в желточном мешке, и получает их из тканей матки (гистотрофный тип питания).
Сокращения сердца эмбриона возникают на 22-23-й день. Сначала они очень слабы и неритмичны, но с конца 5-й -начала 6-й недели сокращения сердца уже регистрируются с помощью эхокардиографии. Причем на этом этапе сосуды еще не образуют полную систему замкнутой циркуляции и сердечные сокращения обеспечивают движение крови в теле эмбриона и желточном мешке, которые связаны между собой сосудами пупочного канатика (три артерии и одна вена). Это период желточного кровообращения. Он продолжается до окончательного формирования плаценты (конец 2-го - начало 3-го месяца внутриутробной жизни), после чего плод полностью переходит на плацентарное кровообращение, прекращающееся в момент рождения. Образование в ворсинках хориона кровеносных капилляров и разрастание ворсинок хориона, погружающихся в межворсинчатые пространства оболочки матки, приводит к образованию детского места или плаценты. Через капилляры ворсинок протекает кровь плода. Кровь плода отделена от крови матери плацентарной мембраной, состоящей из эндотелия капилляров пупочных сосудов и двух слоев клеток, образующих стенки хориальных ворсинок. Толщина плацентарной мембраны 2-6 мкм. Смена желточного кровообращения плацентарным знаменует окончание эмбрионального и начало фетального периода развития.
Как только устанавливаются плацентарное кровообращение и газообмен, обеспечение плода питательными веществами и удаление продуктов обмена идет через плаценту. Очень сильное ветвление ворсинок хориона, погруженных в движущуюся материнскую кровь, обеспечивает большую поверхность, через которую осуществляется обмен веществами. К концу беременности эта площадь составляет около 7 м2, общая длина ворсинок- около 50 км, масса плаценты- 500-600 г.
Переход веществ через плацентарную мембрану происходит как путем диффузии, так и активно (с затратой энергии клетками плацентарной мембраны). По градиенту концентрации (пассивно) диффундируют, например, кислород, углекислый газ, глюкоза, аминокислоты.
Вместе с тем многие вещества не проходят через плацентарную мембрану или проходят через нее очень медленно. Для этих веществ плацентарная мембрана является так называемым плацентарным барьером между кровью матери и плода. Как правило, она непроницаема для веществ с молекулярной массой более 300. Через нее не проходят большинство белков, бактерии и вирусы. Однако из этого правила есть много исключений. Так, в конце беременности в кровь плода проникают высокомолекулярные материнские белки-глобулины, являющиеся антителами. Наоборот, некоторые низкомолекулярные вещества, например адреналин (молекулярная масса 183), не проходят через плацентарный барьер, избирательность которого зависит от состояния организма матери. При ряде заболеваний, под действием некоторых лекарственных веществ, при употреблении спиртных напитков проницаемость мембраны нарушается и токсические вещества, а также бактерии и вирусы могут проникнуть из крови матери в кровь плода и оказывать на него вредное воздействие, что может привести к изменениям сердца и сосудов плода, как анатомическим, так и функциональным. Характер и степень этих патологических изменений зависят от фазы внутриутробного развития. Объем материнской крови, протекающий через плаценту в конце беременности, составляет 700-800 мл/мин, что превышает объем крови плода, протекающий через ворсинки капилляров.
При воздействии неблагоприятных факторов в течение первых 3 месяцев беременности ребенок может родиться с пороками развития сердца или сосудов. После 3-го месяца жизни, когда формирование сердечно-сосудистой системы в целом завершено, вредные факторы оказывают влияние преимущественно на развитие и созревание различных элементов миокарда (например, могут отсутствовать типичные мышечные пучки, формирующие трабекулы).
В фетальный период масса плаценты и площадь хориальных сосудов увеличиваются, но гораздо медленнее, чем масса растущего плода. Снабжению плода кислородом и питательными веществами
в этих условиях способствует увеличение скорости и объема кровотока плода через плаценту, а также уменьшение толщины плацентарной мембраны по мере увеличения срока беременности. Для обменных процессов важно, что ток материнской крови в межворсинчатых пространствах плаценты замедляется, тогда как кровь плода в самих ворсинках циркулирует соответственно ритму его сердца. Эта особенность позволяет плоду получить наибольшее количество необходимых для него веществ из крови матери. Таким образом, благополучие плода зависит как от состава крови матери и состояния плаценты, так и от собственного кровообращения.
Схема движения крови у плода.
Кровообращение плода в фетальном периоде развития характеризуется тем, что богатая питательными веществами и кислородом кровь из сосудов плацентарных ворсинок собирается в пупочные вены и по ним переходит в организм плода. Насыщение гемоглобина этой крови кислородом составляет около 80 %, что значительно ниже, чем во внеутробной жизни. Перед воротами печени пупочная вена разделяется на две ветви. Одна из них, частично анастомозируя с плохо развитой воротной веной в виде нескольких веточек, проникает в печень и, пройдя через ее паренхиму, по системе возвратных печеночных вен впадет в нижнюю полую вену. По другой ветви пупочной вены (аранциев или венозный проток) большая часть плацентарной крови поступает в нижнюю полую вену, где смешивается с венозной кровью из нижней половины тела (от нижних конечностей, органов таза, кишечника, печени). Следовательно, печень по сравнению со всеми другими органами плода получает наиболее артериализированную (практически чисто плацентарную) кровь.
Смешанная кровь из нижней полой вены поступает в правое предсердие, куда впадает также верхняя полая вена, несущая чисто венозную кровь из верхней половины тела. В правом предсердии оба потока полностью не смешиваются, при этом большая часть крови из нижней полой вены благодаря особой складке на стенке правого предсердия направляется к овальному окну (оно находится между правым и левым предсердиями), через него в левое предсердие и далее в левый желудочек и аорту. В левое предсердие поступает также небольшое количество крови из легочных вен от нефункционирующих легких. Однако это смешение не оказывает существенного влияния на газовый состав крови левого желудочка. Чисто венозная (наименее оксигенированная) кровь, попавшая в правое предсердие из верхней полой вены, устремляется преимущественно в правый желудочек, а оттуда в легочную артерию.
Сосуды легких у плода сужены вследствие сокращения их относительно хорошо развитой гладкой мускулатуры в ответ на недостаток кислорода (гипоксию). В связи с этим сопротивление сосудов малого круга очень велико (в 5 раз выше, чем большого) и давление в правом желудочке в систоле повышается до 70-80 мм рт.ст., что на 10 мм больше, чем в левом желудочке и аорте. Однако и при этом условии через малый круг у плода протекает очень небольшое количество крови (около 10 %). Следовательно, малый круг кровообращения у плода практически не функционирует. Основная часть крови из правого желудочка через открытый артериальный (боталлов) проток направляется в нисходящую часть аорты, ниже места отхождения больших сосудов, питающих мозг, сердце и верхние конечности. Из нисходящей аорты кровь поступает в сосуды нижней половины тела.
Через ткани плода протекает не вся выброшенная сердцем кровь. Значительная ее часть через пупочные артерии попадает в плаценту, где обогащается кислородом, питательными веществами и вновь поступает через пупочную вену к плоду.
Тем не менее интенсивность кровотока через ткани плода значительно выше, чем у взрослого. На 1 кг массы тела кровоток у плода составляет 185 мл/мин, у взрослого - 70 мл/мин. При этом в наиболее выгодных условиях оказываются печень, сердце, головной мозг и верхние конечности, что способствует их более быстрому развитию.
Таким образом, для кровообращения плода характерны следующие особенности.
1. Связь между правой и левой половинами сердца и крупными сосудами (два праволевых шунта: овальное окно и артериальный проток). Правый и левый желудочки сердца нагнетают кровь в аорту, т.е. работают параллельно, а не последовательно, как после рождения.
2. Значительное превышение вследствие наличия праволевых шунтов минутного объема большого круга кровообращения над минутным объемом малого круга (нефункционирующие легкие).
3. Поступление к жизненно важным органам (мозг, сердце, печень, верхние конечности) более богатой кислородом крови, чем к другим органам.
4. Низкое кровяное давление в аорте и в легочной артерии, с некоторым преобладанием последнего.
Эти особенности кровообращения обусловливают как функциональные особенности сердца и сосудов, так и гемодинамические показатели у плода.
Сердце плода как орган формируется в период эмбрионального развития. Оно закладывается высоко и, постепенно опускаясь, занимает у плода верхнюю половину переднего средостения. Непропорционально большая печень плода как бы оттесняет диафрагму кверху и мешает опусканию сердца.
До момента рождения в сердце плода прослеживаются характерные особенности. Между хорошо развитыми предсердиями сохраняется отверстие овальной формы, желудочки недоразвиты, сосочковые мышцы слабо выражены. Происходит бурное размножение клеточных структур сердечной стенки, особенно мышечных. Именно за счет мышечных клеток возрастают величина и масса сердца. При массе эмбриона 1 г масса сердца составляет 10 мг, т.е. 1/100 массы тела. При рождении сердце достигает 20 г, увеличиваясь за время внутриутробного развития плода в 2000 раз. Если учесть, что у взрослого сердце достигает массы 500 г, в среднем увеличиваясь за это время в 15 раз, станут ясны необычайные темпы роста этого органа у эмбриона и плода.
В течение всего периода антенатального онтогенеза продолжается развитие проводящей системы сердца. Функционирование ee начинается еще на этапе желточного кровообращения, на 22-23-й день внутриутробного развития, т.е. раньше, чем сосуды замкнутую систему циркуляции. Сначала появляется автоматия атриовентрикулярного узла, а по мере формирования синесного узла начинается и его автоматическая деятельность. Определенное время в сердце эмбриона могут существовать два источника автоматии. Затем атриовентрикулярный автоматизм подавляется синусовым.
Частота сердечных сокращений в эмбриональном периоде развития сравнительно низка (15- 35 уд/мин). К 6-недельному возрасту она повышается до 110 уд/мин. К середине внутриутробного периода частота сердечных сокращений достигает 140 уд/мин и к концу внутриутробной жизни колеблется от 130 до 150 ударов в минуту. Ритм сердечных сокращений плода отличается непостоянством. Кратковременные (на 3-4 с) замедления сокращений (до 70-100 в минуту) наблюдаются во время движения плода.
Методы исследования деятельности сердца. С помощью эхокардиографии был определен систолический объем крови у плода: в 6,5 месяцев он равен 1 мл, в 8 месяцев- 3 мл, минутный объем - 150 и 450 мл соответственно. Сердце плода обеспечивает ткани в 2-3 раза большим
количеством крови, чем у взрослого человека.
Аускультацию тонов сердца с помощью стетоскопа или фонендоскопа осуществляют с передней поверхности живота матери. Тоны бывают слышны с 18-20-й недели, причем сначала прослушивается один тон. Более постоянно и отчетливо оба тона прослушиваются после 6-го месяца внутриутробного периода развития. Мелодическая картина сердечных тонов напоминает удары метронома, т.е. отмечается равенство I и II тонов наряду с равенством интервалов между ними. Такое звучание сохраняется после рождения до 2 месяцев жизни.
На фонокардиограмме (ФКГ) плода представлены обычно I и II, реже - III тон. Продолжительность I тона плода на 20-30 % меньше, чем у взрослого, а II тона - почти такая же, как у взрослого.
Электрокардиограмму (ЭКГ) плода регистрируют с 3-4-го месяца при расположении отводящих электродов на животе матери. Обычно одновременно с ЭКГ плода записывают и ЭКГ матери с большой амплитудой зубцов и более редким их ритмом. Амплитуда зубцов ЭКГ плода очень мала (35 - 36 мкВ). Как правило, виден только желудочковый комплекс (зубцы QRS), изредка определяются зубцы Р и Т. Если имеется многоплодие, то с середины беременности на ЭКГ видны желудочковые комплексы, возникающие с определенной частотой у каждого плода. Наиболее типична правограмма, которую обычно связывают с горизонтальным положением сердца и гипертрофией правого желудочка, сохраняющейся у ребенка до 7 -месячного возраста.
Среди механизмов регуляции функции сердца у плода, как и у взрослого, можно выделить две основные группы - внутрисердечные и внесердечные. Среди внутрисердечных механизмов различают гомео- и гетерометрические.
Сердце плода может реагировать на изменения венозного притока в соответствии с «законом сердца» Франка - Старлинга. Однако миокард плода относительно слабо растягивается притекающей к нему кровью. Растяжение миокарда ограничивается также малой длительностью диастолы. Таким образом, гетерометрическая регуляция сердца существует, но значение ее, видимо,невелико.
Гомеометрическая регуляция проявляется, в частности, зависимостью систолического объема от частоты сердечных сокращений. Такая зависимость четко выражена. Увеличение частоты сердечных сокращений плода, как правило, сопровождается увеличением систолического объема. Но и гомеотрическая саморегуляция в этот период имеет ограниченные функциональные возможности.
Среди внесердечных механизмов регуляции, как и у взрослых, имеются нервные и гуморальные механизмы, причем в ходе онтогенеза реакция сердца на гуморальные факторы возникает значительно раньше, чем на нервные.
Нервные пути регуляции сердца формируются еще в эмбриональном периоде развития. Особенно четко выражены нервные структуры в области узлов проводящей системы сердца. Уже на 16-й день внутриутробного развития выявляются нервные волокна, подходящие к синусовому узлу. В первой половине внутриутробной жизни в стенках сердца хорошо выражены нервные сплетения. В сердце рано формируются холинергические и адренергические рецептивные субстанции, активность холинэстеразы высока. Однако дифференцировка нервных клеток внутрисердечных узлов, развитие рецепторов в миокарде, эндокарде предсердий происходит вплоть до самого рождения и продолжается в ранний постнатальный период.
Гуморальная регуляция деятельности сердца во внутриутробном периоде, особенно в первую его половину, является ведущей. Еще до установления отчетливых нервных влияний на сердце можно выявить реакцию сердца зародыша на ряд гуморальных, в том не медиаторных, факторов, правда, лишь при относительно высоких их концентрациях в крови. Так, чувствительность сердца к ацетилхолину проявляется у эмбрионов еще до развития парасимпатической иннервации. Уже у 5-6-недельных эмбрионов ацетилхолин вызывает уменьшение частоты сердечных сокращений. Следовательно, холинрецепторы в сердце развиваются рано. Чувствительность к норадреналину очень низка. Адреналин либо вовсе не оказывает влияния, либо влияет парадоксально, уменьшая частоту сердечных сокращений.
Одной из особенностей сердца плода является его низкая чувствительность к изменениям внеклеточной концентрации ионов кальция, что сочетается с высокой сократимостью волокон миокарда. Это объясняют хорошо развитыми внутриклеточными механизмами транспорта Са2+ к миофибриллам и его удаления.
Иннервационный аппарат сосудов формируется в эмбриональном периоде развития. У 4-месячного плода хорошо выражены периадвентициальные нервные сплетения, образованные пучками мякотных и безмякотных волокон.
Сосуды плода, подобно сердцу, начинают реагировать на гуморальные агенты в более ранние сроки, чем на нервные импульсы.
Тонус гладких мышц сосудов в период внутриутробного развития слаб. Он обусловлен в основном периферическими механизмами: автоматизмом гладкомышечных волокон и их реакцией на растяжение сосудов давлением крови. На тонус гладких мышц сосудов оказывают влияние и гуморальные факторы, в частности рН и напряжение кислорода в крови. При снижении рН и напряжения кислорода тонус гладких мышц большинства сосудов еще более ослабевает.
Выраженные изменения кровообращения возникают только в тех условиях, когда плоду грозит опасность. Так, при умеренной гипоксии (снижение напряжения кислорода) увеличивается частота сердцебиений, повышается артериальное давление и возрастает кровоток по пупочным сосудам через плаценту. Сильная гипоксия сопровождается брадикардией, сужением сосудов скелетных мышц и кожи. В этих условиях большее количество крови направляется в мозг и коронарные сосуды.
Иннервация артериальных рефлексогенных зон (синокаротидных и аортальной) обнаруживается рано. Однако рефлекторная регуляция сердца и сосудов с этих рефлексогенных зон у плода практически не выявляется.
Таким образом, существует определенное расхождение между готовностью периферических нервных структур и их использованием центральными механизмами регуляции. Так, в опытах на животных было показано, что лишь в последней трети внутриутробного развития раздражение периферических отрезков блуждающих нервов начинает вызывать незначительное уменьшение частоты сердечных сокращений (ЧСС). Симпатические ускоряющие влияния на сердце возникают в онтогенезе раньше парасимпатических.
В целом во время внутриутробного развития нервная регуляция деятельности сердца и сосудов не имеет большого значения. Тем не менее закладываются основы дальнейшего развития рефлекторной регуляции сердца.
С рождением ребенка значительно изменяются условия жизни, а вместе с тем и функции различных органов, приспосабливающих организм к новым условиям. Особенно резко изменяется функциональное состояние органов кровообращения.
При рождении ребенка перестройка системы кровообращения происходит исключительно быстро, что объясняется резким прекращением плацентарного кровообращения. Вследствие выключения кровотока через плаценту общее периферическое сопротивление почти удваивается. Это в свою очередь ведет к повышению системного артериального давления, а также давления в левом желудочке и предсердии. С началом легочного дыхания повышается напряжение кислорода в крови, что вызывает расслабление гладкой мускулатуры сосудов легких. Следствием этого является мощное (примерно в 5 раз) снижение гидродинамического сопротивления сосудов малого круга кровообращения. Особенностью гладкой мускулатуры сосудов малого круга кровообращения является их реакция на недостаток кислорода- наступает сокращение мускулатуры. Кроме того, снижению гидродинамического сопротивления сосудов малого круга способствует возникшая вентиляция легких, которая сопровождается периодическими изменениями давления в грудной полости и объема легких. Следствием снижения сопротивления сосудов малого круга является увеличение объема протекающей через них крови, а также снижение систолического давления в легочной артерии, правом желудочке и предсердии.
Прекращение циркуляции крови плода через плаценту и начало функционирования легких при рождении ведет к тому, что прекращается функционирование трех шунтов, отводящих кровь от печени и легких (овального отверстия, артериального и венозного протоков).
Напомним, что аэрация легких ведет к резкому падению резистентности легочных сосудов и резкому увеличению тока крови через легкие, а также прогрессивному истончению стенок легочных артерий (за счет растягивания их при увеличении размеров легких с первыми дыханиями). Возрастают приток крови в левое предсердие и уровень давления в нем, что способствует механическому закрытию овального окна клапанной заслонкой (функциональное закрытие). Заращение же овального окна (анатомическое закрытие) обычно происходит лишь к 5-7-му месяцам жизни. Небольшое отверстие между предсердиями у 50 % детей сохраняется до 5, изредка до 20 лет, а у 20 % людей - в течение всей жизни, не проявляя себя клинически.
Просвет артериального (боталлова) протока резко уменьшается в связи с повышением тонуса гладкой мускулатуры под влиянием
возросшего парциального давления кислорода.при рождении артериальный проток спадается и сжимается, но часто сохраняется небольшое шунтирование (прохождение) крови из аорты в левую легочную артерию. Через 1 - 8 суток после рождения движение крови через проток прекращается (функциональное закрытие). Спастическое состояние гладкой мускулатуры артериального протока приводит к ишемии (недостатку кровоснабжения) его стенки, ее фиброзному перерождению и зарастанию протока. Заращение протока (анатомическое закрытие) у большинства детей происходит в период от 2-го до 5-го месяца жизни, у 1 % - к концу первого года жизни (как правило у недоношенных детей и у детей с гипоксией). Закрытию артериального протока способствует брадикинин, который высвобождается легкими во время их расправления. Проходимость артериального протока до рождения контролируется локально продуцируемыми простагландинами, которые действуют на мышечные клетки в стенке артериального протока, вызывая их расслабление. Гипоксия и другие вредные влияния вызывают локальную продукцию простагландина Е1, который способствует удержанию протока открытым. Ингибирование синтеза простагландинов, например, индометацином приводит к сжатию открытого артериального протока у преждевременно родившихся детей.
В течение 5 минут после рождения венозный проток закрывается в результате сокращения гладкой мускулатуры его стенки (функциональное закрытие). Он зарастает (анатомическое закрытие) к двум месяцам после рождения. Таким образом, в первые часы жизни происходит полное функциональное разделение малого и большого кругов кровообращения.