Physiologie périnatale

(Voir aussi Anémie périnatale.)

L'érythropoïèse fœtale a lieu dans le sac vitellin entre 2 et 10 semaines de gestation; dans le foie, qui est le principal site d'érythropoïèse, jusqu'à environ 18 semaines; et dans la moelle osseuse à partir de 18 semaines, devenant le site principal à 30 semaines. Une hématopoïèse cutanée extramédullaire, incluant l'érythropoïèse, peut être observée chez les nouveau-nés qui ont des pathologies provoquant une anémie sévère (p. ex., infection congénitale, anémie hémolytique) (1).

Dans 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. Les érythrocytes fœtaux contiennent environ 55 à 90% d'hémoglobine fœtale (hémoglobine F ou HbF), qui a une plus grande affinité pour l'oxygène que l'hémoglobine adulte. Par conséquent, une concentration d'oxygène élevée est maintenue à travers le placenta, entraînant un transfert d'oxygène abondant du sang maternel vers la circulation fœtale.

Après la naissance, cette affinité accrue pour l'oxygène devient moins utile; l'hémoglobine fœtale libère moins facilement l'oxygène aux tissus, ce qui peut être délétère chez les nouveau-nés présentant une pathologie pulmonaire ou cardiaque sévère avec hypoxémie. La transition de l'hémoglobine fœtale à l'hémoglobine 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 d'environ 25 à 30 mmHg chez le fœtus à 90 à 95 mmHg juste après la naissance entraîne une baisse de l'érythropoïétine sérique, et la production de globules rouges cesse entre la naissance et environ 6 à 8 semaines de vie, provoquant une anémie physiologique et contribuant à l'anémie du prématuré dans cette population particulière. Cette diminution physiologique des globules rouges circulants stimule la production de globules rouges dans la moelle, régulée désormais par l'érythropoïétine provenant du rein, et ainsi l'anémie physiologique ne nécessite habituellement aucun traitement.

Les globules rouges fœtaux âgés ou endommagés sont éliminés des circulations fœtale et maternelle par les cellules réticulo-endothéliales, principalement les macrophages. Ces cellules transforment l'hème en bilirubine (1 g d'hémoglobine produit 35 mg de bilirubine). Cette bilirubine se lie à l'albumine et est transportée vers le foie, où elle est transférée dans les hépatocytes. L'uridine 5'-diphospho-glucuronosyltransférase (UGT) conjugue alors la bilirubine avec l'acide uridine diphosphoglucuronique pour former la bilirubine conjuguée (diglucuronide de bilirubine), qui est ensuite excrétée activement dans les voies biliaires (1).

La bilirubine fœtale est principalement 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.

Le foie fœtal, cependant, a des niveaux d'UGT relativement bas (indétectables à 20 semaines de gestation, < 10% des niveaux adultes à la naissance) (2, 3). La bilirubine conjuguée chez le fœtus est excrétée dans le méconium au niveau du tube digestif, mais elle ne peut être éliminée de l'organisme in utero, car le fœtus n'émet normalement pas de selles. L'enzyme bêta-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.

À la naissance, la connexion placentaire est interrompue et le foie néonatal continue de capter, de conjuguer et d'excréter la bilirubine dans la bile afin qu'elle puisse être éliminée dans les selles. Cependant, comme les nouveau-nés ont de faibles niveaux d'UGT et manquent de bactéries intestinales adéquates pour oxyder la bilirubine en urobilinogène dans l'intestin, la bilirubine demeure inchangée dans les selles, ce qui leur confère une couleur jaune vif typique. De plus, le système digestif du nouveau-né (comme celui du fœtus) contient de la bêta-glucuronidase, qui déconjugue une certaine quantité de bilirubine.

L'alimentation induit le réflexe gastrocolique et la bilirubine est excrétée dans les selles avant qu'une grande partie puisse être déconjuguée et réabsorbée. Cependant, chez de nombreux nouveau-nés, la bilirubine non conjuguée est réabsorbée et retourne à la circulation depuis la lumière intestinale (circulation entérohépatique de la bilirubine), contribuant à l'hyperbilirubinémie physiologique et à l'ictère. L'augmentation de l'hématocrite et la durée de vie plus courte des globules rouges chez le nouveau-né entraînent une augmentation de la production de bilirubine et contribuent également à l'hyperbilirubinémie physiologique.

(Voir aussi Structure et fonction du foie et Hyperbilirubinémie néonatale.)

La fonction immunitaire fœtale se développe tout au long de la gestation. La plupart des mécanismes immunitaires ne sont pas pleinement fonctionnels, même chez les nourrissons nés à terme. Ainsi, tous les nouveau-nés et nourrissons sont immunodéficients par rapport aux adultes et sont plus à risque d'infection foudroyante. Chez les nourrissons prématurés, un âge gestationnel inférieur est corrélé à une moins bonne fonction immunitaire. Le risque d'infection néonatale est augmenté par une pathologie maternelle, un stress néonatal et certains médicaments (p. ex., immunosuppresseurs, anti-épileptiques). La réponse immunitaire réduite des nouveau-nés peut également entraîner l'absence de fièvre ou de signes cliniques localisés (p. ex., méningisme) lors de certaines infections.

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 semaine 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 postnatale. Il se développe rapidement in utero et est facilement visible sur la radiographie thoracique chez le nouveau-né sain, atteignant sa taille maximale à 10 ans, puis il involue progressivement sur de nombreuses 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 semaine 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 antigène 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 semaine de gestation. Des traces d'IgM et d'IgG peuvent être détectées à la 20e semaine et des traces d'IgA peuvent être détectées à la 30e semaine. Le fœtus se trouvant normalement dans un environnement qui ne comporte pas d'antigène, seules de petites quantités d'immunoglobulines (principalement des 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. Ainsi, les taux d'IgG à la naissance chez les prématurés sont diminués par rapport à ceux des nourrissons nés à terme (1).

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, globules blancs, 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 tissu lymphoïde associé aux 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 de 1 an, le taux d'IgG atteint environ la moitié des valeurs moyennes 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 taux adultes vers l'âge de 5 à 10 ans environ (2).

Bien que la réponse anticorps aux doses initiales de vaccins puisse être plus faible chez les prématurés que chez les nourrissons à terme, les prématurés sont en mesure de monter une réponse protectrice à la plupart des vaccins et doivent être vaccinés selon le même calendrier que les nourrissons à terme. Cependant, pour les nourrissons qui pèsent < 2 kg à la naissance, un schéma vaccinal différent est recommandé pour l'hépatite B (voir Vaccin contre l'hépatite B (HepB) et infection néonatale par le virus de l'hépatite B [HBV]) (3, 4).

(Voir aussi Composantes cellulaires du système immunitaire et Composants moléculaires du système immunitaire.)

La circulation fœtale est caractérisée par un shunt droit-gauche du sang évitant les poumons non ventilés et minimalement perfusés grâce à la persistance du 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 et placentaire. Environ 11% du débit cardiaque fœtal combiné va aux poumons tout au long de la gestation, le reste atteignant directement la circulation systémique (1).

Le canal artériel fœtal est maintenu ouvert par une PaO2 systémique fœtale basse (environ 25 mmHg) associée à une production locale de prostaglandines. Le foramen ovale est maintenu ouvert par la différence entre les pressions auriculaires: la pression auriculaire gauche est relativement faible en raison du faible retour pulmonaire sanguin, et la pression auriculaire droite est relativement élevée du fait des volumes importants de sang provenant du placenta.

Circulation normale du sang chez le fœtus

Chez le fœtus, le sang qui pénètre dans le côté droit du cœur a été oxygéné par le placenta. Les poumons n'étant pas ventilés, seule une petite quantité de sang doit passer par l'artère pulmonaire. La majeure partie du sang provenant du cœur droit contourne les poumons à travers Foramen ovale Canal artériel Normalement, ces deux structures se ferment peu de temps après la naissance. Les flèches rouges représentent le sang fœtal le plus oxygéné (saturation en oxygène ≥ 65%). Les flèches bleues représentent le sang le moins oxygéné (saturation en oxygène ≤ 45%). Les flèches violettes représentent une saturation en oxygène intermédiaire (saturation en oxygène de 50 à 60%). Notez que la saturation en oxygène est, dans l'ensemble, nettement inférieure à celle de la vie postnatale.

Des modifications profondes de ce système se produisent après la naissance et les premières inspirations néonatales, 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, de la diminution de la PaCO2 et de la libération de vasodilatateurs, en particulier le monoxyde d'azote dérivé de l'endothélium. 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.

À mesure que le flux sanguin pulmonaire s'établit, le retour veineux pulmonaire continue d'augmenter, élevant davantage la pression auriculaire gauche. L'augmentation de la PaO2 provoque la constriction des artères ombilicales, et le flux sanguin placentaire est diminué ou s'arrête, réduisant ainsi le retour sanguin vers l'oreillette droite. Ainsi, la pression auriculaire droite diminue tandis qu'augmente la pression auriculaire gauche; en conséquence, le septum primum est poussé contre le septum secundum, entraînant la fermeture fonctionnelle du foramen ovale. Chez environ 75% des sujets, les deux septa finissent par fusionner et le foramen ovale disparaît; chez les 25% restants, il persiste un foramen ovale perméable (2).

Quelques minutes après la naissance, la résistance vasculaire systémique est plus élevée que la résistance vasculaire pulmonaire, et la pression artérielle pulmonaire diminue par rapport à la pression artérielle systémique. 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 jusqu'à 24 à 72 heures, période où le canal artériel se contracte et se ferme. Le mécanisme de la fermeture du canal artériel est complexe et commence bien avant l'accouchement; après la naissance, il dépend en partie de la PO2 élevée du sang pénétrant dans le canal et ses vasa vasorum à partir de l'aorte ainsi que des altérations du métabolisme des prostaglandines. 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 normalement pas de shunt majeur entre les circulations pulmonaire et systémique.

Le stress prénatal, le stress postnatal et les différences anatomiques qui entraînent la persistance d'une résistance vasculaire pulmonaire élevée après la naissance peuvent entraîner une hypertension pulmonaire persistante du nouveau-né. L'hypoxémie et l'acidose entraînent la constriction (ou empêchent la relaxation) des artérioles pulmonaires, tandis que le canal artériel reste ouvert ou se dilate même, empêchant les processus décrits précédemment et entraînant une réduction du débit sanguin pulmonaire avec persistance d'un shunt droit-gauche par le canal artériel, le foramen ovale, ou les deux.

(Voir aussi Anomalies cardiovasculaires congénitales.)

Le développement des poumons du fœtus passe par 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 semaine 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. Ce processus de clairance est principalement obtenu par l'absorption de liquide dans les cellules du poumon par l'activation du canal sodique épithélial. La compression du thorax fœtal lors de l'accouchement vaginal contribue peu à l'élimination du liquide pulmonaire (1). La tachypnée transitoire du nouveau-né est probablement due à un retard dans ce processus d'élimination (2).

Lors de l'accouchement, lorsque le recul élastique des côtes et les efforts inspiratoires puissants entraînent l'air dans l'arbre pulmonaire, des interfaces 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, un mélange de phospholipides (phosphatidylcholine, phosphatidylglycérol, phosphatidylinositol), de lipides neutres et de 4 protéines tensioactives, tous stockés dans les inclusions lamellaires des pneumocytes de type II, réduit une tension de surface élevée afin de permettre l'expansion alvéolaire et le maintien de la capacité résiduelle fonctionnelle. 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. La production et la fonction du surfactant peuvent être diminuées en cas de prématurité, de diabète maternel, d'aspiration néonatale de méconium, et de sepsis néonatal. La production de surfactant néonatal chez le nourrisson prématuré peut être augmentée en administrant des corticostéroïdes à la mère de 24 à 48 heures avant l'accouchement. Un surfactant intratrachéal peut également être administré au nouveau-né après l'accouchement.

(Voir aussi Problèmes respiratoires chez les nouveau-nés.)

Le rein fœtal commence à produire de l'urine à environ 10 semaines de gestation. La néphrogenèse se poursuit jusqu'à environ 34 à 36 semaines. Chez les nourrissons nés avant 34 semaines, de nouveaux néphrons continuent d'être produits, mais seulement pendant 40 jours après la naissance. Les conséquences du nombre réduit de néphrons peuvent être observées à l'âge adulte, et certaines études ont montré une association avec l'obésité, l'hypertension et d'autres maladies (1).

Le débit de filtration glomérulaire augmente progressivement pendant la grossesse, en particulier pendant le 3e trimestre. À la naissance, cependant, la fonction rénale est généralement réduite par rapport à la fonction rénale normale chez l'enfant et l'adulte, surtout chez les prématurés. Le débit de filtration glomérulaire augmente rapidement au cours des premiers mois de vie; cependant, le débit de filtration glomérulaire, la clairance de l'urée et les clairances tubulaires maximales n'atteignent les taux adultes qu'à l'âge de 1 à 2 ans.

L'évaluation de la fonction rénale peut être difficile chez les nouveau-nés, en particulier chez ceux qui sont nés prématurément ou pour lesquels on craint une lésion rénale hypoxique-ischémique périnatale, car de nombreux facteurs affectent les taux de créatinine néonatale. En raison du transfert transplacentaire de créatinine pendant la grossesse, le taux de créatinine d'un nouveau-né reflète la fonction rénale maternelle. Les nourrissons prématurés ont une réabsorption tubulaire de créatinine plus élevée que les nourrissons à terme. La créatinine est produite dans les muscles, et les nouveau-nés ont une masse musculaire relativement plus faible et donc une production de créatinine plus faible par rapport aux adultes, de sorte que même en cas de lésion rénale périnatale, les taux de créatinine peuvent ne pas augmenter (2).

(Voir aussi Revue générale du système endocrinien.)