Sirkulasi Janin dan Organ Penting –

Putaran Baru untuk Kisah Lama

PENDAHULUAN

Pemeriksaan sistem kardiovaskular janin manusia merupakan kepentingan sentral terhadap

pemahaman perkembangan janin normal, serta terhadap evaluasi penyakit janin. Untuk waktu

yang lama, sirkulasi janin manusia dieksplorasi terutama pada sisi arteri dan diinterpretasikan

berdasarkan data percobaan hewan. Dengan perluasan yang lebih baru dari teknik pemeriksaan

ke dalam sistem vena dan penggabungan pengukuran volume aliran darah, beberapa konsep

tradisional mengenai fungsi paralel sirkulasi janin dapat ditentang. Meskipun sirkulasi janin

berfungsi sebagai saluran paralel untuk aliran darah dengan berbagai kandungan nutrisinya,

partisi dari fluks nutrien di antara empat organ kardinal (hati, jantung, otak dan plasenta) terjadi

berurutan. Dimensi serial dari sirkulasi janin ini paling dihargai ketika meninjau anatomi

fungsionalnya, dinamika shunt primer dan watershed areas, dan adaptasi yang telah

didokumentasikan dalam kesehatan dan penyakit janin.

Fungsi serial dari sirkulasi janin

Darah dengan konsentrasi oksigen dan substrat tertinggi memasuki janin melalui vena

umbilikalis dan mencapai hati sebagai organ mayor pertama. Duktus venosus adalah shunt

pertama yang menentukan distribusi nutrisi yang proporsional antara hati dan sirkulasi sentral.

Watershed area yang terkait dengan shunt duktus adalah vena porta kiri, di mana darah vena

umbilikalis yang mengalir ke hati berhubungan dengan darah porta yang terdeplesi yang

mengaliri sirkulasi splanchnic1.

Hati adalah organ utama berikutnya yang menerima aliran darah dengan berbagai

kandungan nutrisi dari berbagai sumber. Di antara aliran atrium kanan, duktus venosus dan vena

hepatika sinistra membawa darah yang lebih tinggi kandungan nutrisinya daripada aliran vena

lainnya (vena kava inferior dan superior, vena hepatika kanan dan media dan sinus koronarius).

Di sisi kiri, vena pulmonalis mengembalikan darah yang terdeplesi ke atrium kiri. Foramen ovale

adalah partisi shunt kedua aliran darah yang masuk. Karena arah dan kecepatan yang berbeda,

posisi dari crista dividen dan katup foramen ovale, darah jenuh dari duktus venosus mencapai

ventrikel kiri secara khusus, sementara darah yang relatif berkurang memasuki ventrikel kanan.

Aorta preduktal memberikan darah kaya nutrisi ke miokardium dan otak (melalui

sirkulasi brakiosefalika), sedangkan darah yang kurang jenuh dari ventrikel kanan mencapai

paru-paru dan duktus arteriosus. Duktus arteriosus berfungsi sebagai saluran yang menyatukan

kedua aliran darah melalui insersinya ke distal aorta ke arteri subklavia kiri. Isthmus aorta adalah

watershed area terkait di mana shunting di antara aliran darah yang berasal dari ventrikel kiri

dan kanan terjadi. Aliran hilir dari duktus arteriosus, aorta desenden membawa darah dengan

kandungan gizi yang dihasilkan dari campuran kedua aliran darah.

Arteri umbilikalis menyediakan shunt keempat di mana darah yang terdeplesi disalurkan

ke plasenta untuk pertukaran gas, nutrisi dan cairan (Gambar 1).

Dinamika shunt janin

Duktus venosus

Dinamika shunt duktus venosus mempengaruhi sirkulasi janin dalam beberapa cara. Semakin

kecil diameter duktus venosus dalam kaitannya dengan vena umbilikalis dan bentuk terompetnya

mencapai percepatan aliran darah yang signifikan, sehingga pengiriman darah keluar melawan

gradien tekanan jantung dapat dicapai. Pembentukan aliran kecepatan tinggi ini sangat penting

untuk mencapai pemisahan intrakardiak dari aliran darah, dan demikian juga mempengaruhi

partisi aliran darah hilir pada tingkat foramen ovale. Perubahan diameter duktus venosus, dengan

mekanisme yang belum terdefinisi, mengatur partisi darah vena umbilikalis di antara hati dan

jantung: dilatasi menghasilkan pengalihan yang lebih besar ke jantung, sementara konstriksi

lebih banyak menyalurkan darah menuju hati. Pengiriman keseluruhan darah ke jantung

diimbangi oleh kemampuan jantung untuk mengakomodasi aliran balik vena. Ini pada gilirannya

tergantung pada compliance jantung, kontraktilitas dan afterload. Pada janin manusia, fraksi

shunting duktus venosus menurun seiring dengan kemajuan kehamilan. Pada kehamilan 18-20

minggu, hingga 32% dari darah vena umbilikalis melewati hati. Mendekati aterm, 18-25% dari

shunt aliran vena umbilikalis melalui duktus venosus untuk mencapai atrium kanan dalam aliran

kecepatan tinggi, sementara 55% mencapai lobus hepatika kiri dominan dan 20% lobus hepatika

kanan2,3. Pada saat yang sama, peningkatan efisiensi dari fungsi jantung tercermin dari penurunan

progresif dalam indeks Doppler vena dengan kemajuan kehamilan4. Karena kapasitasnya untuk

perubahan dinamika duktus venosus berperilaku secara fungsional seperti pembuluh darah arteri.

Foramen ovale

Shunting melalui foramen ovale sangat penting untuk pengiriman darah yang kaya ke

miokardium dan otak. Dinamika shunt dipengaruhi oleh aliran dari darah yang datang dari

duktus venosus dan resistensi aliran darah hilir dari ventrikel kanan dan kiri. Afterload ventrikel

kanan ditentukan terutama oleh arteri pulmonalis, duktus arteriosus, sirkulasi subdiafragmatika

dan plasenta, sementara afterload ventrikel kiri tergantung terutama pada impedansi

brakiosefalika dan koroner. In utero, ventrikel kanan menerima proporsi yang lebih besar dari

aliran balik vena, dan juga memberikan kontribusi kepada proporsi yang lebih besar dari

kombinasi cardiac output (biasanya 60%). Sebelas persen dari cardiac output didistribusikan ke

paru-paru dan 46% mencapai duktus arteriosus. Pada trimester kedua, foramen ovale

mentransmisikan sekitar 33% dari kombinasi cardiac output ke sisi kiri dan memberikan

kontribusi sebesar 76% pada pengisian ventrikel kiri5. Dengan kemajuan kehamilan, shunting

kanan-ke-kiri ini dalam foramen ovale menurun sebesar 45% karena peningkatan aliran darah

paru yang sesuai. Oleh karena itu, foramen ovale hanya memberikan kontribusi sebesar 50%

pada pengisian ventrikel kiri dengan usia kehamilan 30 minggu. Kemajuan kehamilan oleh

karena itu terkait dengan peningkatan pengalihan cardiac output ke paru-paru, dengan

peningkatan bersama dari aliran balik vena pulmonalis ke atrium kiri6.

Isthmus aorta

Meskipun duktus arteriosus secara tradisional digambarkan sebagai shunt antara output ventrikel

kanan dan kiri, aorta isthmus di mana shunting ini terjadi7. Karena terletak di antara arteri

subklavia kiri dan insersi aorta dari duktus arteriosus, arah aliran darah diastolik dalam isthmus

aorta ditentukan oleh hubungan antara impedansi vaskular dalam sirkulasi subdiafragmatika dan

brakiosefalika. Jika resistensi aliran darah dalam sirkulasi subdiafragmatika lebih rendah

dibandingkan dalam sirkulasi brakiosefalika, aliran darah maju di sepanjang siklus jantung. Jika

sebaliknya terjadi, aliran darah diastolik dalam aorta isthmus dapat berbalik. Dengan penurunan

fisiologis dalam resistensi aliran darah brakiosefalika dengan bertambahnya usia kehamilan,

pembalikan diastolik dini atau aliran isthmus aorta dapat diamati dari usia kehamilan 25 minggu

hingga selanjutnya. Sementara pola ini menjadi lebih bermakna mendekati aterm, aliran bersih

(aliran maju sistolik / pembalikan diastolik) selalu antegrade dalam kondisi fisiologis. Oleh

karena itu, kemajuan kehamilan dikaitkan dengan peningkatan berturut-turut dalan shunt kanan-

ke-kiri pada tingkat ini.

Arteri umbilikalis

Arteri umbilikalis adalah satu-satunya sarana dimana darah yang terdeplesi yang berasal dari

janin dapat mencapai plasenta. Kontrol hubungan vaskular yang mendasar ini, jika ada, belum

menjadi fokus utama penelitian. Partisi aliran darah pada tingkat ini dapat diubah oleh perubahan

resistensi aliran darah di plasenta dan sirkulasi janin dalam pelvis dan ekstremitas bawah.

Biasanya, resistensi aliran darah yang rendah dalam arteri umbilikalis menyebabkan partisi aliran

darah menuju plasenta. Peningkatan resistensi aliran darah dalam arteri tungkai akan

meningkatkan pengalihan aliran darah ini ke plasenta, sedangkan peningkatan resistensi aliran

darah plasenta akan memiliki efek sebaliknya.

Penyesuaian sirkulasi janin dengan kemajuan kehamilan

Selama perkembangan janin normal, distribusi darah kaya nutrisi dari plasenta mengikuti

pola yang khas. Awalnya, proporsi darah yang lebih besar melewati hati. Hal ini terjadi pada saat

kecepatan pertumbuhan plasenta janin mendahului pertumbuhan eksponensial8. Ketika

pertumbuhan janin mengalami percepatan, pengalihan hepatika dari nutrisi meningkat dan telah

diusulkan bahwa peningkatan “dominasi hepatika” mungkin berperan dalam regulasi

pertumbuhan janin. Pada tingkat jantung kontribusi darah vena yang kaya nutrisi pada pengisian

ventrikel kiri melalui foramen ovale menurun dengan peningkatan aliran darah paru dan aliran

balik vena. Pada saat yang sama, shunting diastolik progresif terhadap sirkulasi brakiosefalika

diamati pada isthmus aorta. Pada tingkat arteri umbilikalis, penurunan progresif dalam resistensi

aliran darah plasenta mempertahankan perfusi menuju plasenta. Penilaian dinamika distribusi

menjadi paling relevan dalam kondisi di mana suplai nutrisi janin terbatas.

Redistribusi dalam sirkulasi janin

Redistribusi didefinisikan sebagai pergeseran kontribusi proporsional dari ventrikel saja menuju

cardiac output total 10. Ketika kontribusi relatif dari ventrikel kiri meningkat, proporsi yang lebih

tinggi dari darah kaya nutrisi disalurkan menuju miokardium dan tubuh bagian atas dan otak

melalui sirkulasi brakiosefalika. Konsep ini merupakan penyederhanaan yang berlebihan.

Pertama, distribusi fisiologis nutrisi dari plasenta menempatkan organ penting dalam urutan

serial (hati, miokardium, otak dan plasenta). Kedua, partisi nutrisi juga terjadi pada tingkat

beruntun dalam sirkulasi (duktus venosus, foramen ovale, isthmus aorta, arteri umbilikalis).

Akhirnya, organ penting individu memberikan peran yang berbeda pada janin manusia dan

penyesuaian otoregulasi perfusi organ telah dilaporkan untuk hati11, jantung12, dan otak13, dan

dipostulasikan untuk plasenta14. Efek organ-sparing ini juga terjadi secara berurutan dengan

bertambahnya gangguan janin. Oleh karena tampaknya layak untuk mempertimbangkan sirkulasi

janin sebagai unit serial yang membedakan antara redistribusi vena, redistribusi arteri dan

efek organ-sparing.

Redistribusi Vena

Dinamika shunt pada duktus venosussistem vena porta kiri respon terhadap kandungan nutrisi

vena umbilikalis, penurunan volume aliran vena umbilikalis dan peningkatan yang bermakna

dalam resistensi aliran darah plasenta15-18. Pola makan ibu yang tidak seimbang pada wanita

dengan kandungan lemak tubuh yang rendah dikaitkan dengan penurunan diameter duktus

venosus dan peningkatan pengalihan vena umbilikalis ke hati. Di sisi lain, penurunan volume

aliran vena umbilikalis menghasilkan dilatasi duktus dan peningkatan pengalihan vena

umbilikalis, menjaga kontribusi keseluruhan duktus venosus ke jantung. Mekanisme yang tepat

yang mengatur penyesuaian dalam diameter duktus venosus masih diteliti19. Dengan

meningkatnya shunting duktus venosus ke jantung, pembalikan aliran yang bermakna dalam

vena porta kiri menuju duktus venosus dapat diamati. Hal ini menunjukkan bahwa duktus

venosus mungkin menerima campuran berbagai darah splanikus yang terdeplesi karena shunting

porta kiri.

Singkatnya, redistribusi vena berpotensi mempengaruhi suplai nutrisi semua organ hilir.

Jika pengalihan ke hati meningkat, kontribusi duktus venosus dari darah kaya nutrisi ke ventrikel

kiri menurun. Jika pengalihan menuju jantung meningkat, volume aliran dapat dipertahankan,

atau meningkat. Proporsi shunting porta terhadap duktus berpotensi mengubah kandungan nutrisi

aliran darah ini. Penilaian redistribusi vena oleh karena itu bisa membuktikan kepentingan dalam

penelitian pemrograman janin dan untuk memperbaiki penilaian redistribusi arteri kami.

Redistribusi Arteri

Redistribusi arteri terjadi pada tingkat foramen ovale dan isthmus aorta. Peningkatan resistensi

pembuluh darah paru, seperti yang dapat diamati dalam restriksi pertumbuhan janin20,

peningkatan shunting kanan-ke-kiri intrakardiak melalui foramen ovale ke ventrikel kiri. Oleh

karena itu, ada peningkatan kontribusi darah dengan kandungan nutrisi yang lebih tinggi dari

duktus venosus ke pengisian ventrikel kiri. Peningkatan resistensi aliran darah dalam

vascular bed subdiafragmatika dan plasenta atau penurunan dalam impedansi brakiosefalika

berdampak pada tingkat jantung dan isthmus aorta. Peningkatan relatif dalam afterload ventrikel

kanan mempromosikan shunting kanan ke kiri melalui foramen ovale. Pada isthmus aorta,

pembalikan aliran darah diastolik menunjukkan peningkatan pengalihan darah diastolik yang

berasal dari ventrikel kanan menuju sirkulasi brakiosefalika. Efek keseluruhan dari penyesuaian

sentral dalam shunting bersifat aditif. Peningkatan relatif output ventrikel kiri meningkatkan

perfusi miokardium dan brakiosefalika, sedangkan shunting isthmus aorta menambah pengalihan

sefalik dari darah selama kecepatan maju aliran bersih sistolik dan diastolik adalah ke depan21.

Ketika aliran bersih dalam isthmus aorta menjadi retrograd, pergeseran sentral cardiac output

menuju ventrikel kiri tidak lagi diamati. Telah disarankan bahwa kandungan nutrisi dan oksigen

ventrikel kiri turun dalam situasi seperti ini, ini didukung oleh peningkatan risiko untuk

perkembangan saraf anak yang merugikan pada janin yang menunjukkan pembalikan aliran

darah bersih isthmus aorta22. Distal dari pertemuan dari duktus arteriosus dan aorta, perfusi yang

berkelanjutan dari plasenta sangat penting untuk mempertahankan pertukaran nutrisi yang

memadai. Peningkatan bermakna dalam resistensi aliran darah di pelvis dan ekstremitas bawah

menyebabkan pengalihan aliran darah menuju pembuluh darah umbilikalis. Mekanisme ini

mungkin berperan dalam mempertahankan perfusi plasenta pada insufisiensi plasenta berat.

Redistribusi vena dan arteri hanya dapat efektif selama fungsi pompa jantung yang

memadai dapat dipertahankan. Dalam insufisiensi plasenta berat dengan peningkatan bermakna

dalam afterload plasenta dan / atau disfungsi miokard, tekanan vena sentral menjadi meningkat

karena fungsi pemompaan jantung menurun24. Transmisi retrograd yang difasilitasi dari atrial

pressure pulse melalui dilatasi duktus venosus, dengan penurunan berikutnya dalam gelombang

a, diamati dalam situasi seperti ini. Kontribusi duktus venosus pada pengisian ventrikel kiri dapat

menurunkan kondisi ini. Pada sisi sirkulasi arteri, fungsi pompa jantung mungkin menjadi tidak

cukup untuk mempertahankan aliran bersih antegrad pada isthmus aorta. Dalam keadaan ini,

shunting kanan-ke-kiri intrakardial menjadi tidak efisien dan redistribusi arteri tidak terjadi. Efek

organ-sparing individu oleh karena itu akan terjadi setiap saat ketika perfusi organ tidak cukup.

Efek organ-sparing

Penyesuaian otoregulasi vaskular lokal yang mengendalikan perfusi organ yaitu tiga jenis utama.

Jenis pertama bertindak sinergis dengan redistribusi vena dan arteri untuk meningkatkan aliran

darah organ. Tipe kedua melawan “organ-steal effect” yang mungkin terjadi sebagai akibat dari

redistribusi. Jenis ketiga adalah redistribusi yang relatif independen, karena vascular bed yang

memasok organ distal terhadao duktus arteriosus dan oleh karena itu sedikit terpengaruh oleh

redistribusi. Dari efek organ-sparing lokal, sparing otak yang paling lama diakui dalam janin

manusia, sementara sparing jantung, hati dan adrenal lebih dijelaskan baru-baru ini.

Sparing jantung dan otak bertindak sinergis dengan redistribusi vena dan arteri

Jantung adalah kekuatan pendorong dari sirkulasi janin dan juga memiliki peran metabolisme

yang unik, karena miokardium dapat memetabolisme laktat dan dapat menghilangkan hingga

80% sirkulasi laktat dalam kondisi tertentu. Otak memiliki kapasitas metabolisme yang sama,

karena dapat mengalihkan sumber bahan bakar utama dari glukosa menjadi badan keton, yang

menguntungkan selama kelaparan janin. Kedua organ ini mendapatkan suplai darah mereka dari

ventrikel kiri. Redistribusi vena ke jantung dan redistribusi arteri melalui foramen ovale dan

isthmus aorta menyebabkan peningkatan pengalihan darah menuju organ-organ ini. Vasodilatasi

pada tingkat organ bertindak secara sinergis untuk meningkatkan aliran darah organ.

Sparing jantung mungkin akut, kronis, atau acute-on-chronic. Vasodilatasi koroner akut

dalam merespon iskemia miokard dapat merekrut cadangan aliran miokard sekitar empat kali

dari aliran basal. Sparing jantung kronis terutama disebabkan oleh redistribusi. Sparing jantung

acute-on-chronic terjadi dengan kerusakan kardiovaskular lanjut. Karena hipoksia kronis

menginduksi angiogenesis koroner, augmentasi besar-besaran dari aliran darah koroner (hingga

12 kali lipat lebih besar dari laju aliran basal) dapat dipicu jika hipoksia miokard akut terjadi.

Sparing otak akibat vasodilatasi serebral menghasilkan penurunan indeks Doppler.

Namun, perubahan Doppler yang sama diamati dengan perkembangan hipertensi janin.

Pemeriksaan bersamaan dari isthmus aorta dapat membantu untuk memperbaiki penilaian

perubahan Doppler arteri serebri.

Sparing hati dipicu oleh “hepatic steal” karena redistribusi vena yang berlebihan

Hati adalah unik karena mendapatkan suplai darah dari sumber vena dan arteri. Sumber ini

termasuk vena umbilikalis, sistem porta splanknikus dan arteri hepatika. Dalam redistribusi vena

yang berkepanjangan, pengalihan darah vena umbilikalis dari hati menyebabkan keadaan

insufisiensi hati kronis. Ketika insufisiensi plasenta memburuk lebih lanjut dan pasokan dasar

arteri tidak mencukupi, vasodilatasi arteri hepatika terjadi untuk merekrut cadangan aliran darah

hepar tambahan dari sirkulasi arteri. Keadaan vaskular ini biasanya terkait dengan disfungsi hati

pada janin dan gangguan bermakna dalam kesimbangan asam-basa. Sparing hati oleh karena itu

unik, karena, tidak seperti sparing otak dan jantung, tidak bertindak secara sinergis dengan

redistribusi vena dan arteri.

Sparing adrenal kurang bergantung pada redistribusi

Karena suplai darah ke kelenjar adrenal terjadi setelah pertemuan duktus arteriosus dan aorta,

redistribusi harus memiliki dampak yang kecil pada keseluruhan perfusi adrenal. Oleh karena itu

lebih mungkin bahwa augmentasi aliran darah pada organ ini disebabkan terutama oleh

autoregulasi lokal.

Pengalaman dari model domba

Sebelum pengamatan dilakukan dalam model hewan semakin digantikan oleh data manusia.

Namun, karena kemampuan kita untuk penilaian secara simultan dari beberapa vascular bed

janin terbatas, kita masih harus mengandalkan data percobaan hewan. Pengalaman dari model

domba memverifikasi bahwa penurunan pengiriman oksigen melalui vena umbilikalis

menyebabkan peningkatan pengalihan output jantung ke otak, jantung dan kelenjar adrenal

dengan mengorbankan carcass, kulit dan kulit kepala. Hal ini dicapai melalui redistribusi vena

dan arteri seperti yang dijelaskan di atas, dan mekanisme otoregulasi yang paling mungkin belum

dievaluasi secara bersamaan. Dalam kondisi ini, aliran darah arteri adrenal bertambah hampir

300%, sementara peningkatan aliran darah miokard dan otak sebesar masing-masing 120% dan

80%.

Kesimpulan

Antara hati janin dan insersi duktus ke dalam aorta, sirkulasi janin terdiri dari serangkaian shunt

yang mencapai partisi yang beruntun dari aliran darah dengan kandungan nutrisi yang berbeda.

Partisi aktif dari darah kaya nutrisi vena umbilikalis oleh duktus venosus mempengaruhi

distribusi nutrisi hilir global. Shunting pasif melalui foramen ovale dan isthmus aorta secara

dominan mempengaruhi partisi nutrisi di antara jantung, otak dan paru-paru. Berbeda dengan

sisi vena dari sirkulasi, distribusi arteri terutama berlebihan karena efek yang berbeda dari

afterload pada shunting foramen ovale dan isthmus aorta. Penyimpangan dari status fisiologis

dapat menyebabkan redistribusi vena dan arteri. Sparing jantung dan otak bertindak sinergis

dengan redistribusi untuk meningkatkan aliran organ. Sebaliknya, sparing hati terjadi saat

redistribusi vena yang berlebihan membahayakan pasokan hati. Di luar duktus arteriosus,

penyesuaian aliran organ mungkin tidak terlalu tergantung pada redistribusi, bergantung pada

otoregulasi organ untuk merekrut cadangan aliran darah.