Das unterschätzte Organ

Obwohl die Plazenta für die Gesundheit des Kindes von enormer Bedeutung ist, liegt über ihre Physiologie und Pathologie noch Vieles im Dunkeln. Ein Überblick über den Aufbau und die Funktion dieses bedeutenden Organs zeigt, warum jede Störung langfristige Auswirkungen haben kann.

Eine gut funktionierende Plazenta ist für das Ungeborene essenziell – und zwar nicht nur für sein intrauterines Wachstum. Eine suboptimale intrauterine Versorgung kann auch für das spätere Leben des Kindes negative Auswirkungen haben wie Diabetes, kardiovaskuläre Erkrankungen, Übergewicht und sogar reproduktive und neurologische Erkrankungen.

Zur Entwicklungsgeschichte

Die Plazenta stellt eine evolutionäre Weiterentwicklung bei den Wirbeltieren dar, die zur Fortpflanzung zunächst Eier legten. Beim Eierlegen müssen im Ei sämtliche Nährstoffe bereitgestellt werden, die für die Entwicklung der Nachkommen bis zum Schlüpfen notwendig sind. Auch braucht es einen »Mülleimer«, der alle Abfallstoffe im Ei aufnehmen kann. Dass dies auch Teil der Entwicklungsgeschichte des Menschen war, zeigen der Dottersack und die Allontis, die heute noch vorzufinden sind und dem Austausch von Nährstoffen und Abfallprodukten mit den Blutgefäßen der Mutter dienen (Martin, 2015).

Den Nachwuchs bis zur Lebensfähigkeit in der Gebärmutter zu belassen hat den Vorteil, dass die Ernährung kontinuierlich über die Mutter ermöglicht wird. Dies kam der komplexeren Entwicklung des Nachwuchses zugute, insbesondere der Gehirnentwicklung mit zunehmendem Nährstoffbedarf. Zur Vermittlung des Austausches zwischen der Mutter und den Eihäuten hat sich die Plazenta entwickelt. Beim Vergleich zwischen den verschiedenen Plazentatypen von Säugetieren zeigt sich, dass die Plazenta des Menschen am tiefsten in das Endometrium eindringt. Hier dringt der Trophoblast bis in die endometrialen Spiralarterien ein und steht damit in direktem Kontakt mit dem mütterlichen Blut (Khormani-Sarvestani et al., 2024).

Wechselspiel zwischen Gebärmutter und Keim

Der sich einnistende Keim dringt ganz in das Endometrium ein und wird von diesem umhüllt. Wie tief er bei der Implantation eindringt, wird durch die Dezidua bestimmt. Die Dezidualisierung des mütterlichen Endometriums geschieht in der letzten Phase des Menstruationszyklus, also noch vor dem Eindringen des Keims. Sie schützt die Gebärmutter vor zu tiefem Eindringen (was eine Placenta accreta verursachen kann) und unterstützt zugleich die Entwicklung der Plazenta. Eine zu flache Implantation kann zu einer Fehlgeburt führen (Khormani-Sarvestani et al., 2024).

Das tiefe Eindringen der Plazenta stellt das Immunsystem der Mutter vor eine große Herausforderung, da der Keim durch die Gene des Vaters viele fremde Proteine hat, die vom Immunsystem der Mutter toleriert werden müssen. Die Plazenta hilft dabei, indem sie das endometriale Immunsystem moduliert und Faktoren bildet, die die Immunzellen des Uterus umformen (Khormani-Sarvestani et al., 2024).

Große Nähe zwischen Mutter und Kind

Bei der Implantation löst der Keim die Wände der mütterlichen Blutgefäße auf (Martin, 2015). Dadurch entsteht der intervillöse Raum, der sich zunächst nur mit Plasma, später mit mütterlichem Blut füllt. In diesem Raum baden später die sich ausbildenden kindlichen Zotten. Die Zotten sind damit ständig in Kontakt mit allem, was das mütterliche Blut zur Versorgung bietet. Insbesondere auch dann, wenn sich die Gebärmutter am Ende bei den Geburtswehen kräftig zusammenziehen muss und sich die mütterlichen Uterusarterien und -venen komprimieren (Rockenschaub, 2001).

Die Nähe der kindlichen Zotten zum mütterlichen Blut birgt jedoch auch die Gefahr der Übertragung schädigender Stoffe von der Mutter zum Kind. Dies macht eine Barriere notwendig, die verhindert, dass mütterliche Immunzellen und Mikroorganismen auf das Kind übertragen werden – die Plazentaschranke. Diese wird schon früh angelegt: Sobald der Keim Kontakt mit der Dezidua bekommt, differenzieren sich die in die Gebärmutter einwandernden Trophoblastzellen in Syncytiotrophoblasten (außen) und Zytotrophoblasten (innen). Die Syncytiotrophoblasten verlieren dabei ihre Zellmembran und verschmelzen zu einem mehrkernigen Zellverband (Synzytium) ohne Zellzwischenräume, durch die schädigende Stoffe eindringen könnten (Coad & Dunstall, 2007). Damit sinkt das Risiko einer vertikalen Infektion für das Kind. Die Synzytiotrophoblasten verlieren dabei allerdings ihre Fähigkeit zur Zellteilung. Die innen liegenden Zytotrophoblasten liefern den notwendigen Nachschub an Zellen, die wieder mit dem Syncytium verschmelzen. Das Syncytium liefert darüber hinaus humanes Choriongonadotropin (hCG), das dem Erhalt der Schwangerschaft dient, und humanes Plazentalaktogen (hPL), das unter anderem die mütterlichen Zellen unempfindlicher gegenüber Insulin macht. Dadurch steigt der mütterliche Blutzuckerspiegel. Diese Differenz zwischen dem Blutzuckerspiegel der Mutter und dem des Kindes erleichtert den Transport der Glucose zum Kind. Bei Diabetes mellitus ist das hPL erhöht, bei Präeklampsie, Hypertonie und intrauteriner Wachstumsretardierung findet man niedrigere Werte (Cervar-Zifcovic, 2013).

Während der Embryogenese in der 8.–12. Schwangerschaftswoche scheint es wichtig zu sein, dass der intervillöse Raum noch nicht mit mütterlichen Blutzellen gefüllt ist. Man vermutet, dass die sich entwickelnden Organe des Embryos dadurch vor freien Sauerstoffradikalen geschützt werden. Die Zytotrophoblasten lösen das Problem, indem sie von den Spitzen der Zotten in die mütterlichen Kapillaren und die Spiralarterien der Dezidua einwandern und die Gefäße blockieren. So kann zunächst nur Plasma in den intervillösen Raum einsickern (Coad & Dunstall, 2007).

Jede Abweichung der Sauerstoffsättigung im intervillösen Raum kann beim Ungeborenen epigenetische Veränderungen der Genexpression auslösen und damit möglicherweise zu metabolischen und kardiovaskulären Folgen beim Kind beitragen (Cervar-Zivkovic, 2013).

Intervillöser Raum auf mütterlicher Seite

Sobald die Organogenese beendet ist, strömt Blut in den intervillösen Raum und es ist für die weitere Entwicklung des Kindes wichtig, dass die Zotten nun immer reichlich mit mütterlichem Blut umspült werden. Auch dafür sorgen die Zytotrophoblasten, indem sie in die mütterlichen Spiralarterien einwandern und sie remodellieren. Das heißt, sie verdrängen das Endothel, lösen muskuläre und elastische Elemente auf und sorgen dafür, dass aus dicken, muskulären Spiralarterien sackartige Gefäße werden (siehe Abbildung 1).

Die Gefäße verlieren dabei ihre Fähigkeit, sich zu kontrahieren und können so dem Blutfluss kaum mehr Widerstand entgegensetzen. Dadurch verringert sich die Blutflussgeschwindigkeit drastisch, was die Abgabe von Sauerstoff an die Zotten erleichtert (Schneider et al., 2016). Zudem verhindert es, dass die empfindlichen Zotten verletzt werden. Die Remodellierung der Spiralarterien findet bis zur 20.–22. Woche statt (Acharya et al., 2016).

Eine unzureichenden Remodellierung der Spiralarterien kann eine der Ursachen für Präeklampsie sein. Ein Teil der Gefäße ist dann noch in der Lage, sich zu kontrahieren, wodurch sich die Durchblutung der mütterlichen Seite der Plazenta verringern und es zu einer Wachstumsretardierung des Kindes kommen kann (Coad & Dunstall, 2007).

Gelingt die Remodellierung der Spiralarterien vollständig, wird die Plazenta am Ende der Schwangerschaft von der mütterlichen Seite her mit 600–700 ml Blut pro Minute versorgt. Das ist zehnmal mehr Blut als außerhalb der Schwangerschaft (Engel & Schreiber, 2018).

Zotten auf kindlicher Seite

Sind die Tropholasten in das Endometrium eingedrungen, bildet sich in den Zotten das Mesenchym – das kindliche Bindegewebe. Daraus entwickeln sich dann auch die kindlichen Gefäße, die die aufgenommenen Nährstoffe zum Kind leiten und die Abfallstoffe an das Blut der Mutter abgeben (siehe Abbildung 2).

Die Zotten passen sich dem wachsenden Nährstoffbedarf des Kindes an, indem sie sich während der gesamten Schwangerschaft weiter verästeln (siehe Abbildung 3). Sie vergrößern damit die Austauschfläche von circa 5 m2 in der 28. Woche auf 11 m2 am Ende der Schwangerschaft (Acharya eta al., 2016).

Angeregt wird die Vaskularisierung der Zotten unter anderem durch Wachstumsfaktoren, die von der Plazenta selbst gebildet werden. Dies sind in erster Linie der Plazental Growth Factor (PlGF) und der Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) (Cervar-Zivkovic, 2013).

Auch eine Anämie der Mutter kann das Zottenwachstum anregen. So kompensiert die Plazenta das geringere Sauerstoffangebot.

Wenn die Entwicklung und Verästelung der Plazenta nicht fortschreitet, kann das zu einer intrauterinen Wachstumsretardierung führen (Coad & Dunstall, 2007). Die Plazenta bildet jedoch beträchtliche Reserven, vermutlich kann sie bis zu 30–40 % ihrer Zotten einbüßen, ohne dass das Kind einen Mangel erfahren muss. Als weitere Reaktion auf den steigenden Nährstoffbedarf baut die Plazenta die Zytotrophoblastschicht bis zur Schwangerschaftsmitte ab und verdünnt sie. So verkürzt sie die Strecke, die die Nährstoffe, Abfallstoffe und die Atemgase zurücklegen müssen (Rohen & Lütjen-Decroll, 2012).

Blutflüsse auf beiden Seiten

Obwohl eine gute Durchblutung der Plazenta so essenziell für das Kind ist, ist über die Mechanismen des Bluttransportes noch vieles unklar. Geforscht wird dazu an Mäusen oder Affen mit Hilfe von Magnetresonanztomografen (Herrera et al., 2023)

Für die Beurteilung des Blutflusses auf der mütterlichen Seite steht im Alltag der Ultraschall-Doppler zur Verfügung, der die Fließgeschwindigkeit der mütterlichen Arteria uterina bewertet. Auf der kindlichen Seite kann per Doppler die Fließgeschwindigkeit in der Nabelschnur­arterie bewertet werden. Wie die Durchblutung der Zotten oder die Durchblutung im intervillösen Raum ist, kann damit allerdings nicht beobachtet werden (Dellschaft et al., 2020). Wodurch der Blutfluss in den Zotten aufrechterhalten wird, ist ebenso noch nicht vollständig geklärt.

Durchblutung der fetalen Seite der Plazenta: die Zotten

Dass allein das kindliche Herz die Durchblutung der Zotten bewerkstelligt, kann bezweifelt werden. Denn selbst bei Erwachsenen ist der Kreislauf auf die Muskelpumpen der Beine angewiesen, um den Rücktransport des Blutes über die Venen zum Herzen zu bewältigen. Beim Ungeborenen muss nicht nur der eigene Körper durchblutet werden, sondern zusätzlich die Nabelschnur, die in etwa so lang ist wie das Kind selbst, sowie die vielfach verzweigten Zotten der Plazenta (Rockenschaub, 2001). Am Ende der Schwangerschaft fließt fast die Hälfte des fetalen Herzminutenvolumens außerhalb des Körpers des Kindes. Wie beim Erwachsenen spielen die Bewegungen des Kindes und insbesondere auch die Atembewegungen eine große Rolle (Coad & Dunstall, 2007). Hinzu kommen spezielle Mechanismen in der Nabelschnur und der Plazenta.

Vom Kind zur Plazenta gelangt das sauerstoffarme Blut über die beiden Nabelschnurarterien. In diesen muskulösen Gefäßen ist der Blutfluss pulsatil. Beim Rückfluss des Blutes zum Kind spielen vermutlich die Zottenbäume eine Rolle, da sie ihrer Länge nach glatte Muskelfasern aufweisen, die bei Kontraktion den Rückfluss begünstigen (Coad & Dunstall, 2007; Kato et al., 2017). In der Nabelvene ist keine Pulsation mehr festzustellen. Diese Vene ist dünnwandig und das Blut darin fließt kontinuierlich (Acharya et al., 2016).

Die Nabelschnur hat keine Nerven. Eine Ausnahme stellt die Nabelschnurvene dar und zwar an der Stelle, an der sie in den Bauch des Kindes eintritt. Diese Stelle ist nerval versorgt, wodurch sie vom Kind gesteuert werden kann. Möglicherweise könnte dies ein bedeutsamer Faktor in der Regulation des Blutflusses in der Nabelvene darstellen. Langzeitstudien konnten zeigen, dass Kinder den Durchmesser ihres Nabelschnurrings verändern können. Durch eine Verengung des Rings muss das Blut an dieser Stelle schneller fließen. In der Folge führt dies zu größeren Plazenten und längeren Nabelschnüren (Acharya et al., 2016).

Durchblutung der mütterlichen Seite der Plazenta: Offenes System intervillöser Raum

Die Besonderheit im Gefäßsystem der mütterlichen Plazentaseite ist das offene System. Die remodellierten mütterlichen Arterien werden immer weiter, je näher sie am intervillösen Raum liegen. Der Blutdruck sinkt dadurch enorm, ebenso wie die Blutflussgeschwindigkeit. Das Blut umfließt langsam die kindlichen Zotten und bereits geringe Druckverschiebungen sorgen dafür, die Blutströmung zu ändern und das Blut intensiv zu vermischen. Dadurch wird eine gleichmäßige Versorgung mit Nährstoffen ermöglicht (Rockenschaub, 2001). Auch die Abgabe von Sauerstoff wird durch das langsame Fließen begünstigt (Schneider et al., 2016). Ein weiterer Vorteil dieses offenen Systems ist, dass dem Kind die Versorgung nie vollständig entzogen wird, auch wenn der Blutfluss von Seiten der mütterlichen Arterien durch Kontraktionen des Uterus eingeschränkt wird (Coad & Dunstall, 2007).

Der Rückfluss aus dem intervillösen Raum in den Kreislauf der Mutter wird durch mehrere Faktoren bewerkstelligt. Eine bedeutende Rolle spielen die Braxton-Hicks-Kontraktionen (Schwangerschaftswehen), die bereits im ersten Schwangerschaftsdrittel auftreten (Coad & Dunstall, 2007).

Auch die Kontraktionen der Zottenstämme für den Rückfluss des kindlichen Blutes könnten hierbei von Bedeutung sein. Möglicherweise könnte es auch eine Art uteroplazentare Pumpe geben, die den Rückfluss aus dem intervillösen Raum in die Uterusvenen unterstützt. Dies legen neuere Untersuchungen von Schwangeren im MRT nahe. Hier konnten Kontraktionen beobachtet werden, die ausschließlich an der Plazenta und der darunter liegende Uteruswand stattfanden. Die Uteruswand wurde dabei dicker, während das Plazentavolumen kurzfristig um bis zu 40 % reduziert wurde. Solche Kontraktionen wurden einmal bis mehrmals in zehn Minuten beobachtet. Allerdings ist noch unbekannt, wie diese Kontraktionen gesteuert werden (Dellschaft et al., 2020).

Bedeutung für die Gesundheit des Kindes

Obwohl die Feinheiten der Plazentastruktur und ihrer Funktionen so wichtig sind, sind sie bislang im gesunden wie im pathologischen Zustand noch weitgehend unerforscht. Dabei hat eine Funktionsstörung der Plazenta nicht nur kurzfristige Konsequenzen für das Kind, sondern auch langfristige Auswirkungen (Herrera et al., 2023; Khormani-Sarvestani et al., 2013).

Epidemiologischen Studien zufolge ist ein niedriges Geburtsgewicht – zum Beispiel als Folge einer unzureichenden intrauterinen Ernährung – verbunden mit einem im Erwachsenenalter erhöhten Risiko für Herz-Kreislauferkrankungen und Stoffwechselerkrankungen wie Bluthochdruck, koronare Herzerkrankung, Adipositas, Typ 2 Diabetes sowie einer höheren Inzidenz von reproduktiven und neurologischen Erkrankungen (Khormani-Sarvestani et al., 2024).

Trotz intensiver Forschung im Rahmen des Human Placenta Projekts des National Institute of Child Health and Human Development (2014–2023) bleiben noch viele Fragen offen, auch zur Frage nach der effektivsten, nicht-invasiven Methode, um die Plazentafunktion zu bestimmen. Die Umsetzung der Ergebnisse von MRT und Ultraschall in klinische Empfehlungen ist derzeit noch erschwert durch die hohe Interobserverreliabilität und die unterschiedlichen Standards in den verschiedenen Einrichtungen. Ein interessantes Ergebnis im Rahmen des Human Placenta Projekts war, dass es je nach Geschlecht des Kindes Unterschiede in der Durchblutung der Uterusarterie gibt. So wurden die Werte bei pathologischen Schwangerschaften von Jungen früher auffällig als bei ebensolchen Schwangerschaften von Mädchen. Auch das dürfte eine Herausforderung werden für die Einschätzung, ob die Plazenta im individuellen Fall noch ausreichend gut arbeitet (Herrera et al., 2023).