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Physiologie périnatale

Par Melissa M. Riley, MD, Children's Hospital of Pittsburgh and Magee Womens Hospital of UPMC;UPMC Newborn Medicine Program

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La transition de la vie in utero à la vie extra-utérine implique nombre de modifications physiologiques et fonctionnelles. Egalement Problèmes périnataux.

Métabolisme de la bilirubine

Les globules rouges fœtaux âgés ou endommagés sont éliminés de la circulation par les cellules réticulo-endothéliales, qui transforment ensuite l'hème en bilirubine (1 g d'Hb produit 35 mg de bilirubine). Cette bilirubine est transportée vers le foie, où elle est transférée dans les hépatocytes. La glucuronyl transférase conjugue alors la bilirubine avec l'acide diphosphoglucuronique (UDPGA), produisant du diglucuronide de bilirubine (bilirubine conjuguée) qui est ensuite excrété activement par les voies biliaires. La diglucuronide de bilirubine est alors excrétée dans le méconium dans le tube digestif, mais elle ne peut être éliminée de l'organisme, car le fœtus n'émet normalement pas de selles. L'enzyme β-glucuronidase, présente dans la bordure en brosse de la lumière de l'intestin grêle du fœtus, est libérée dans la lumière intestinale, où elle déconjugue la bilirubine conjuguée; la bilirubine libre (non conjuguée) est ensuite réabsorbée par l'intestin et retourne dans la circulation fœtale. La bilirubine fœtale est éliminée de la circulation par transfert placentaire vers le plasma maternel, selon un gradient de concentration. Le foie maternel conjugue puis excrète la bilirubine fœtale.

À la naissance, la connection avec le placenta se termine et bien que le foie du nouveau-né conjugue et excrète la bilirubine dans la bile afin qu’elle puisse être éliminée dans les selles, le nouveau-né manque de bactéries intestinales pour oxyder la biliburine en urobilinogène dans l’intestin; par conséquent, la bilirubine demeure inchangée dans les selles, ce qui confère une couleur jaune vif typique. De plus, le dystème digestif du nouveau-né (comme celui du fœtus) contient de la β-glucuronidase, qui déconjugue une certaine quantité de bilirubine. L'alimentation produit le réflexe gastrocolique et la bilirubine est excrétée dans les selles avant qu'une grande partie ne puisse être déconjuguée et réabsorbée. Cependant chez nombre de nouveau-nés, la bilirubine non conjuguée est réabsorbée et regagne la circulation par la lumière intestinale (circulation entérohépatique de la bilirubine), contribuant à l'hyperbilirubinémie physiologique et à l'ictère ( Hyperbilirubinémie néonatale).

Fonction cardiovasculaire

La circulation fœtale est marquée par un shunt droit-gauche du sang évitant les poumons grâce au canal artériel (reliant l'artère pulmonaire à l'aorte) et au foramen ovale (reliant les oreillettes droite et gauche). Le shunt est facilité par une résistance artériolaire pulmonaire élevée et une résistance relativement faible au flux sanguin dans la circulation systémique (y compris la circulation placentaire). Environ 90 à 95% du débit cardiaque droit shunte les poumons et se jette directement dans la circulation systémique. Le canal artériel fœtal est maintenu ouvert par une Pao2 systémique fœtale basse (près de 25 mmHg) associée à une production locale de prostaglandines. Le foramen ovale est maintenu ouvert par les différences de pressions auriculaires: la pression auriculaire gauche est relativement faible en raison du faible retour pulmonaire sanguin, mais la pression auriculaire droite est relativement élevée du fait du volume important de sang provenant du placenta.

Des modifications profondes de ce système se produisent après les premières inspirations, aboutissant à une augmentation du flux sanguin pulmonaire et à la fermeture fonctionnelle du foramen ovale. Les résistances artériolaires pulmonaires baissent rapidement, du fait de la vasodilatation liée à l'expansion pulmonaire, de l'augmentation de la Pao2, et de la diminution de la Paco2. Les forces élastiques des côtes et de la paroi thoracique réduisent la pression pulmonaire interstitielle, augmentant par la suite le flux sanguin dans les capillaires pulmonaires. L’augmentation du retour veineux pulmonaire élève la pression auriculaire gauche, réduisant ainsi la différence de pression entre les oreillettes gauche et droite; cette situation contribue à la fermeture fonctionnelle du foramen ovale.

À mesure que le flux sanguin pulmonaire s'établit, le retour veineux pulmonaire augmente, élevant la pression auriculaire gauche. L'inspiration d'air augmente la Pao2, facteur qui déclenche la vasoconstriction des artères ombilicales. Le flux sanguin placentaire est diminué ou s'arrête et réduit le retour sanguin vers l'oreillette droite. Ainsi, la pression auriculaire droite diminue tandis qu'augmente la pression auriculaire gauche; en conséquence, les deux composantes fœtales du septum interauriculaire (septum primum et septum secundum) sont repoussées ensemble, arrêtant l'écoulement à travers le foramen ovale. Chez la plupart des sujets, les deux septa finissent pas fusionner et le foramen ovale disparaît.

Peu de temps après la naissance, les résistances systémiques s'élèvent au-delà des résistances pulmonaires, inversant l'hémodynamique fœtale. C'est pourquoi la direction du flux sanguin dans le canal artériel s'inverse, créant un shunt gauche-droit (appelé circulation transitoire). Cet état dure quelques instants après la naissance (lorsque le flux sanguin pulmonaire et la fermeture fonctionnelle du foramen ovale se produisent) jusqu'à 24 à 72 h, période où le canal artériel se contracte. Le sang entrant dans le canal et ses vasa vasorum à partir de l'aorte a une Po2, élevée, laquelle, en même temps que des modifications du métabolisme des prostaglandines, aboutit à la constriction et à la fermeture du canal artériel. Une fois le canal artériel fermé, la circulation de type adulte est en place. Les 2 ventricules fonctionnent maintenant en série et il n'y a pas de shunt majeur entre les circulations pulmonaire et systémique.

Au cours des jours suivant la naissance, un nouveau-né stressé peut revenir à une circulation de type fœtal. L'asphyxie avec hypoxie et hypercapnie entraîne la constriction des artérioles pulmonaires et la dilatation du canal artériel, inversant le processus décrit précédemment et créant un shunt droit-gauche par le canal artériel et/ou le foramen ovale à nouveau ouvert. Par conséquent, le nouveau-né devient sévèrement hypoxémique, un état appelé hypertension artérielle pulmonaire persistante ( Hypertension artérielle pulmonaire persistante du nouveau-né) ou persistance de la circulation fœtale (bien qu'il n'existe pas de circulation ombilicale). L'objectif du traitement est de bloquer les mécanismes qui ont induit la vasoconstriction pulmonaire.

Fonction endocrine

Le fœtus dépend complètement de l'apport maternel de glucose à travers le placenta et ne participe pas à la synthèse du glucose. Le fœtus commence à construire un stock hépatique de glycogène en début de grossesse, accumulant la plupart de ses réserves en glycogène pendant la 2e moitié du 3e trimestre. L’apport en glucose du nouveau-né se termine lorsque le cordon ombilical est coupé; simultanément, les taux d’adrénaline, de noradrénaline et de glucagon circulants connaissent un pic, alors que les taux d’insuline déclinent. Ces modifications stimulent la néoglucogenèse et la mobilisation des réserves hépatiques de glycogène. Chez le nouveau-né à terme et en bonne santé, la glycémie atteint sa valeur la plus basse 30 à 90 min après la naissance, après quoi le nouveau-né est généralement en mesure de maintenir une homéostasie glucidique normale. Les enfants à plus haut risque d'hypoglycémie néonatale regroupent ceux présentant des réserves en glycogène réduites (enfant petit pour l'âge gestationnel et prématuré), les nouveau-nés en phase critique avec augmentation du catabolisme glucidique et les nouveau-nés de mère diabétique (secondaire à une hyperinsulinémie fœtale temporaire).

Fonction hématopoïétique

In utero, la production des globules rouges est contrôlée exclusivement par l’érythropoïétine fœtale produite dans le foie; l'érythropoïétine maternelle ne traverse pas le placenta. Environ 55 à 90% des globules rouges fœtaux contiennent de l'Hb fœtale, qui a une affinité élevée pour l'O2. En conséquence, une concentration d'O2 élevée est maintenue à travers le placenta, entraînant un transfert d'O2 abondant du sang maternel vers la circulation fœtale. Cette augmentation de l'affinité pour l'O2 est moins utile après la naissance, car l'Hb fœtale délivre l'O2 moins facilement aux tissus et ceci peut être délétère s'il existe une pathologie pulmonaire ou cardiaque sévère avec hypoxémie. La transition de l’Hb fœtale à l’Hb adulte commence avant la naissance; lors de l'accouchement, le site de production de l'érythropoïétine passe du foie aux cellules péritubulaires (qui sont plus sensibles) du rein par un mécanisme inconnu. L'augmentation brutale de la Pao2 de près de 25 à 30 mmHg chez le fœtus, de 90 à 95 mmHg chez le nouveau-né normal juste après la naissance, entraîne une baisse de l'érythropoïétine sérique et la production de globules rouges diminue de la naissance à la 6e et 8e sem, provoquant une anémie physiologique et contribuant à l'anémie du prématuré ( Anémie périnatale : Anémie physiologique).

Fonction immunologique

À terme, la plupart des mécanismes immuns ne sont pas complètement fonctionnels et c'est encore plus le cas chez l'enfant prématuré. Ainsi, tous les nouveau-nés et nourrissons sont immunodéficients par rapport aux adultes et sont plus à risque d'infection foudroyante. Ce risque est augmenté par la prématurité, une pathologie maternelle, un stress néonatal et certains médicaments (p. ex., immunosuppresseurs et anti-épileptiques). La réponse immunitaire réduite du nouveau-né peut expliquer l'absence de signes cliniques localisés (p. ex., méningisme) dans le contexte d'une infection.

Chez le fœtus, les cellules phagocytaires, qui apparaissent au stade de la cavité vitelline, sont essentielles à la réponse inflammatoire afin de combattre l'infection bactérienne et fongique. Les granulocytes et les monocytes peuvent être identifiés respectivement au 2e et 4e mois de grossesse. En règle générale, leur capacité fonctionnelle augmente avec l'âge gestationnel, mais reste faible même au terme de la grossesse.

À la naissance, l'ultrastructure des neutrophiles est normale, mais chez la plupart des nouveau-nés le chimiotactisme des neutrophiles et des monocytes est diminué du fait d'une anomalie intrinsèque de la mobilité cellulaire et de l'adhérence aux parois. Ces déficits fonctionnels sont plus intenses chez les prématurés.

Aux alentours de la 14e sem de grossesse, le thymus est fonctionnel et les lymphocytes produits par les cellules souches hématopoïétiques s'accumulent dans le thymus pour se développer. Dès 14 semaines, les lymphocytes T existent également dans le foie et la rate fœtaux, ce qui indique que des lymphocytes T matures sont présents dès cet âge dans les organes lymphoïdes périphériques secondaires. Le thymus est particulièrement actif au cours du développement fœtal et au début de la vie post-natale. Il se développe rapidement in utero et est visible facilement sur la rx thorax chez le nouveau-né sain, atteignant sa taille max à 10 ans, puis il involue progressivement sur nombre d'années.

Le nombre de lymphocytes T dans la circulation fœtale augmente progressivement pendant le 2e trimestre et atteint des niveaux presque normaux de la 30e à la 32e sem de grossesse. À la naissance, le nouveau-né a une lymphocytose T relative par rapport aux adultes. Cependant, les lymphocytes T du nouveau-né ne fonctionnent pas aussi efficacement que les lymphocytes T de l'adulte. Par exemple, il se peut que les lymphocytes T du nouveau-né ne répondent pas à la stimulation antigénique Ag et ne produisent pas de cytokines.

Les lymphocytes B sont présents dans la moelle osseuse, le sang, le foie et la rate fœtale à la 12e sem de gestation. Le début d’une synthèse d’IgM et d’IgG peut être détecté vers la 20e semaine et des traces d’IgA vers la 30e semaine; dans la mesure où le fœtus est dans un environnement dépourvu d’Ag, seules de petites quantités d’immunoglobulines (principalement IgM) sont produites in utero. Des taux élevés d'IgM dans le sang du cordon indiquent une agression antigénique in utero, habituellement une infection congénitale. La quasi-totalité des IgG provient de la mère par l'intermédiaire du placenta. Après 22 semaines de grossesse, le passage transplacentaire des IgG augmente pour atteindre les valeurs maternelles ou des valeurs plus importantes au terme de la grossesse. Les taux d'IgG à la naissance chez le prématuré sont diminués en rapport avec son âge gestationnel.

Le transfert passif de l'immunité maternelle avec les IgG transplacentaires et les IgA sécrétoires et des facteurs antimicrobiens dans le lait maternel (p. ex., IgG, IgA sécrétoires, GB, protéines du complément, lysozyme, lactoferrine) compense l'immaturité du système immunitaire du nouveau-né et lui confère une immunité contre nombre de virus et de bactéries. Les facteurs immuns protecteurs dans le lait maternel tapissent le tube digestif et les voies respiratoires supérieures via le système lymphoïde des muqueuses et diminuent la probabilité d'envahissement des muqueuses par des agents pathogènes respiratoires et entériques.

Avec le temps, l'immunité passive commence à décroître, atteignant son niveau le plus bas lorsque le nourrisson est âgé de 3 à 6 mois. Les nourrissons prématurés en particulier peuvent être atteints d'hypogammaglobulinémie profonde pendant les 6 premiers mois. Vers l’âge d’1 an, le taux d’IgG atteint jusqu’à 60% environ des valeurs normales de l’adulte. Les IgA, les IgM, les IgD et les IgE, qui ne traversent pas le placenta et qui ne sont donc détectables qu'à l'état de trace à la naissance, augmentent lentement pendant l'enfance. Les IgG, les IgM et les IgA atteignent les niveaux adultes vers l'âge de 10 ans.

Fonction pulmonaire

Le développement des poumons du fœtus passe pas toutes les phases de l'organogenèse et de la différenciation. Des alvéoles et des pneumocytes de type II producteurs de surfactant assez bien développés sont présents autour de la 25e sem et continuent de maturer tout au long de la gestation. Les poumons produisent continuellement du liquide, un transsudat provenant des capillaires pulmonaires et du surfactant sécrété par les pneumocytes de type II. Pour que des échanges gazeux normaux aient lieu à la naissance, les liquides pulmonaires alvéolaires et interstitiels doivent être éliminés rapidement par la compression du thorax du fœtus pendant l'accouchement et par leur absorption par les cellules pulmonaires via l'activation du canal sodique épithélial. La tachypnée transitoire du nouveau-né ( Tachypnée transitoire du nouveau-né) est probablement liée à un retard de ce processus de clairance.

Lors de l'accouchement, lorsque la pression élastique des côtes et les efforts inspiratoires puissants entraînent l'air dans l'arbre pulmonaire, les surfaces d'échanges air-liquide se forment dans les alvéoles. Lors de la première inspiration, le surfactant est libéré dans les surfaces d'échanges air-liquide. Le surfactant est un mélange de phospholipides (phosphatidylcholine, phosphatidyl glycérol, phosphatidylinositol), de lipides neutres et de 4 protéines de surface tensioactives tous stockés dans les inclusions lamellaires des pneumocytes de type II. Le surfactant réduit la tension de surface élevée, qui en son absence provoquerait une atélectasie et augmenterait le travail respiratoire. Le surfactant fonctionne plus efficacement dans les alvéoles de petite taille que dans les grandes alvéoles, s'opposant ainsi à la tendance normale des petites alvéoles de s'effondrer dans les grandes alvéoles (par la loi de Laplace, qui stipule que dans une cavité élastique, la pression diminue alors que le volume augmente).

Chez certains nouveau-nés, le surfactant peut être produit en quantité insuffisante pour éviter une atélectasie diffuse, et un syndrome de détresse respiratoire apparaît ( Syndrome de détresse respiratoire). La production de surfactant néonatale chez le nourrisson prématuré peut être augmentée en administrant des corticostéroïdes à la mère avant l'accouchement. La production et la fonction du surfactant peuvent être diminuées en cas de diabète maternelle, une inhalation néonatale de méconium, et une septicémie néonatale.

Fonction rénale

À la naissance, la fonction rénale est généralement immature, surtout chez les prématurés. Le taux de filtration glomérulaire augmente progressivement pendant la grossesse, en particulier pendant le 3e trimestre. Le taux de filtration glomérulaire augmente rapidement au cours des premiers mois de vie; cependant, les maximums du taux de filtration glomérulaire, de la clairance de l’urée, et des clairances tubulaires n’atteignent pas les niveaux adultes avant l'âge de 1 à 2 ans.