Introducción a la Fisiología Fetal

La fisiología fetal abarca el periodo de la gestación que se inicia después de la organogénesis. Su principal objetivo radica en estudiar los cambios fisiológicos y anatómicos que se generan en el feto durante la gestación y que lo van a preparar para la vida extrauterina.

Crecimiento y Metabolismo Fetal

Los nutrientes son utilizados por el feto para dos propósitos primarios: oxidación para obtener energía y para el crecimiento tisular. La oxidación de la glucosa es responsable solo de dos tercios de la producción fetal de CO₂. Por lo tanto, el metabolismo fetal depende de otros sustratos además de la glucosa. Una gran cantidad de los aminoácidos que ingresan por la circulación umbilical son utilizados por el feto para el metabolismo aeróbico en vez de para la síntesis proteica. Los sustratos combinados (glucosa, aminoácidos y lactato) proveen casi la totalidad de las 87 kcal/kg/día que requiere el feto en crecimiento.

Hormonas y Regulación del Crecimiento

Las hormonas fetales influencian el crecimiento fetal a través de efectos metabólicos y mitogénicos. A pesar de que la hormona del crecimiento (GH) y los receptores de esta están presentes temprano en el desarrollo fetal, y que la GH es esencial para el crecimiento postnatal, la hormona del crecimiento parece tener un rol muy escaso en la regulación del crecimiento fetal.

Rol de Factores de Crecimiento Tipo Insulínicos (IGFs) en el Crecimiento Fetal

Cambios en IGF o en receptores para IGF o proteínas de unión a IGF explican el aparente reducido rol de la hormona del crecimiento en el crecimiento fetal. El aumento en los niveles de IGF-I se correlaciona directamente con un aumento en el tamaño fetal, y una reducción en los niveles de IGF-I está asociado con restricción del crecimiento.

El rol de la insulina se manifiesta por el aumento observado en el peso corporal, el peso del corazón y el hígado en hijos de madres diabéticas. Un incremento en los niveles de insulina aumenta significativamente el consumo de glucosa en el feto. Los niveles plasmáticos de insulina necesarios para aumentar el crecimiento fetal también pueden generar efectos mitogénicos mediante la unión al receptor de IGF-II.

Corticoesteroides

Los corticoesteroides son esenciales para el crecimiento y la maduración de los órganos fetales. Los niveles de corticoesteroides fetales aumentan cerca del parto, lo que favorece la maduración de órganos como el pulmón, el hígado, los riñones y el timo, al mismo tiempo que disminuye el crecimiento fetal.

La administración exógena de esteroides a la madre durante la gestación tiene el potencial de disminuir el crecimiento fetal en humanos, posiblemente por supresión del eje IGF. De manera similar, la tiroides fetal no es importante para el crecimiento fetal general, pero es importante para el desarrollo óptimo del sistema nervioso.

Sistema Cardiovascular Fetal

La circulación de sangre en el feto es un ejemplo de la economía de la naturaleza, al mezclar sangre bien oxigenada desde la placenta al cerebro, dejando la sangre relativamente desaturada para las estructuras menos vitales.

Volumen Sanguíneo

El volumen sanguíneo del feto humano es de aproximadamente el 10% al 12% del peso corporal, comparado con el 7% al 8% en adultos. La razón para esta diferencia es la gran cantidad de sangre contenida en la placenta, volumen que se reduce a medida que progresa la gestación. El volumen estimado de 80 mL/kg dentro del cuerpo del feto es marginalmente mayor que en adultos.

Desarrollo y Estructura Cardiovascular

El corazón y el sistema cardiovascular se desarrollan del mesodermo durante la tercera semana después de la fertilización. Los dos tubos cardiacos primordiales se fusionan, formando un único tubo contráctil en la cuarta semana. El sistema cardiovascular es el primer sistema orgánico en volverse funcional.

Entre la quinta y octava semanas, el tubo de un solo lumen se convierte en el corazón definitivo de 4 cámaras mediante un proceso de plegamiento (*Cardiac looping*). Sin embargo, permanece una comunicación generada por una apertura en el *septum interatrial* llamada Foramen oval, el cual sirve como un importante *shunt* (cortocircuito) de derecha a izquierda durante la vida fetal.

Shunts Fetales Clave y Flujo Sanguíneo

La circulación fetal se caracteriza por la presencia de tres shunts principales que desvían la sangre de los pulmones y el hígado:

• Ductus Arteriosus: El sexto arco aórtico izquierdo forma una conexión entre la arteria pulmonar izquierda y la aorta, formando el *Ductus arteriosus*. Este también forma un *shunt* de derecha a izquierda, redistribuyendo el volumen del ventrículo derecho desde los pulmones a la aorta.
• Ductus Venoso: La vía venosa es reorganizada entre las semanas 4 y 8, y solo la vena umbilical es mantenida. La reorganización del plexo venoso sumado al desarrollo del hígado forma el *Ductus venoso*, un *shunt* venoso que permite que al menos la mitad del flujo sanguíneo umbilical (70 a 130 mL/min/kg peso fetal a las 30 semanas de gestación) se desvíe del hígado y entre en la vena cava inferior.
• Foramen Oval: El intercambio gaseoso placentario provee de sangre bien oxigenada que deja la placenta por medio de la vena umbilical. Esta corriente de sangre oxigenada del *Ductus venoso* es dirigida preferencialmente al Foramen oval, a través de la vena cava inferior. Aquí se genera un *shunt* a través del Foramen oval que tiene poca posibilidad de combinarse con sangre de la vena cava superior.

Como resultado, el llenado del atrio izquierdo ocurre por sangre proveniente de la vena umbilical/*Ductus venoso* con una pequeña contribución del flujo venoso pulmonar. Entonces, la sangre con el mayor contenido de oxígeno es entregada al atrio izquierdo y al ventrículo izquierdo, para finalmente proveer de sangre a la parte superior del cuerpo y las extremidades, a la circulación carótida y vertebral, y al cerebro.

El flujo de la vena cava inferior es mayor que el volumen que puede cruzar por el Foramen oval. El resto de la sangre oxigenada proveniente de la vena cava inferior es dirigida por medio de la válvula tricúspide al ventrículo derecho, acompañado del flujo de la vena cava superior. Sin embargo, la alta resistencia vascular en la circulación pulmonar mantiene la presión arterial pulmonar media 2 a 3 mmHg sobre la presión aórtica y dirige la mayor parte del gasto del ventrículo derecho a través del *Ductus arteriosus* a la aorta y a la circulación fetal y placentaria.

Gasto Cardiaco Fetal

El sistema cardiovascular adulto incluye un sistema de alta presión (95 mmHg) y un sistema pulmonar de baja presión (15 mmHg), generado por los ventrículos izquierdo y derecho trabajando en serie. En un adulto de 70 kg, el gasto cardiaco corresponde en promedio a 72 mL/min/kg.

En contraste con el corazón adulto, donde los ventrículos bombean sangre en un circuito en serie, los *shunts* fetales proveen una distribución desigual del retorno venoso a los atrios; por lo tanto, el *output* ventricular representa una mezcla de sangre oxigenada y desoxigenada.

• El volumen eyectado por el ventrículo derecho corresponde al 60% del volumen de ambos ventrículos combinados y es dirigido principalmente por el *Ductus arteriosus* a la aorta descendente.
• El flujo sanguíneo placentario, que representa el 50% del *output* ventricular combinado, refleja principalmente el volumen eyectado por el ventrículo derecho.
• Producto de la alta resistencia vascular pulmonar, la circulación pulmonar solo recibe un 5% a 10% del volumen ventricular combinado.
• Se ha estimado que el gasto cardiaco fetal de ambos ventrículos combinados sería aproximadamente 300 mL/min/kg.

Frecuencia Cardiaca Fetal

La frecuencia cardiaca fetal es en promedio el doble de la frecuencia cardiaca adulta en reposo. La frecuencia cardiaca promedio en un feto es de aproximadamente 142 latidos/min en las últimas 10 semanas de gestación. La variabilidad en la frecuencia media en un rango de 24 horas incluye un punto más bajo entre las 2 A.M. y las 6 A.M., y un pico entre las 8 A.M. y 10 A.M.

Control de la Circulación Fetal

El control de la circulación es extremadamente complejo y pobremente estudiado. Está configurado por múltiples procesos, los cuales maduran y se desarrollan con la edad gestacional. Las catecolaminas y otras hormonas circulantes y sustancias vasoactivas liberadas de manera local juegan un rol importante.

Las catecolaminas circulantes ejercen su efecto por medio de la activación de receptores α y β – adrenérgicos. Estos receptores maduran durante la gestación temprana de manera independiente del proceso de inervación autónoma, el cual ocurre mucho después y probablemente solo se complete en las etapas finales de la gestación. La circulación periférica fetal parece estar bajo influencia tónica adrenérgica (vasoconstricción), probablemente mediada por las catecolaminas circulantes y en particular por la epinefrina. Otros sistemas como la arginina vasopresina y el sistema renina-angiotensina también parecen tener un rol.

Cambios Circulatorios en el Nacimiento

Al nacer, los cambios más importantes en la distribución vascular ocurren con la primera respiración. La expansión alveolar y el aumento asociado en la presión capilar de oxígeno, induce una importante disminución en la resistencia microvascular pulmonar.

Esta disminución en la resistencia pulmonar tiene dos efectos:

1. Existe una disminución en la postcarga del atrio derecho y consecuentemente de la presión en el atrio derecho.
2. El aumento en el flujo pulmonar aumenta el retorno venoso al atrio izquierdo y, por lo tanto, en la presión del atrio izquierdo.

El efecto combinado de estos dos eventos es aumentar la presión del atrio izquierdo por sobre la presión del atrio derecho, lo que genera el cierre fisiológico del Foramen oval.

El retorno de sangre altamente oxigenada desde los pulmones al atrio izquierdo, ventrículo izquierdo y aorta, sumado a la disminución en la resistencia pulmonar y por lo tanto un aumento en la presión del tronco pulmonar, permite el retorno de la sangre oxigenada al *Ductus arteriosus*. Este aumento local en la presión de oxígeno en el *Ductus arteriosus* altera la respuesta del *Ductus* a las prostaglandinas causando una marcada vasoconstricción. Concurrentemente, la constricción espontánea o el clampeo del cordón umbilical frenan el flujo placentario, reduciendo el retorno venoso y disminuyendo aún más la presión del atrio derecho.

Hemoglobina Fetal (HgbF)

El feto mantiene un metabolismo aeróbico con presiones de O₂ en el rango de 20 a 35 mmHg. La adecuada oxigenación fetal ocurre por varios mecanismos:

• Alto gasto cardiaco fetal.
• Alta concentración de hemoglobina (comparada con el adulto).
• Aumento en la capacidad de transporte de la hemoglobina.

La base para la afinidad aumentada de la hemoglobina fetal (HgbF) al O₂ reside en la interacción con el fosfato inorgánico del 2,3-DPG. La diferencia entre la hemoglobina fetal (γ) con la adulta (HgbA) es de 39 de 146 residuos de aminoácidos. Entre las diferencias, está la sustitución de serina en la cadena γ de la HgbF por histidina en la posición β-143 de la HgbA. A diferencia de la histidina, que tiene carga negativa, la serina tiene carga neutra y no interactúa con la carga positiva del grupo Pi del 2,3-DPG y, por lo tanto, no disminuye la afinidad para el O₂. Por esto, la HgbF aumenta la saturación de O₂ a cualquier valor de PO₂.

La proporción de HgbF a HgbA cambia entre las 26 a 40 semanas de gestación. La HgbF disminuye de manera lineal de un 100% a un 70%, por lo que la hemoglobina fetal corresponde a solo un 30% al término de la gestación.