Ontogenese des Herzens und angeborene Herzfehler

• Herzontogenese
• Fetaler Kreislauf
• Angeborene Herzfehler: Allgemeines

Herzontogenese

Die Herzontogenese stellt das erste große morphogenetische und funktionelle Ereignis der menschlichen Embryonalentwicklung dar. Das Herz beginnt sich etwa in der dritten Schwangerschaftswoche zu bilden, wenn mesodermale Zellen des primären kardiogenen Feldes unter dem Einfluss wichtiger Wachstumsfaktoren wie BMP, FGF und Wnt migrieren und differenzieren.

Diese Zellen formen zwei endokardiale Röhren, die sich unter seitlicher und kraniokaudaler Bewegung entlang der Mittellinie verschmelzen und den primären Herzschlauch bilden. Dieser differenziert sich in klar abgegrenzte Abschnitte, die die zukünftigen anatomischen Regionen des Herzens vorwegnehmen:

• Truncus arteriosus: wird zur Aorta und zum Truncus pulmonalis.
• Bulbus cordis: trägt zur Bildung des rechten Ventrikels und der Ausflusstrakte bei.
• Primärer Ventrikel: entwickelt sich zum linken Ventrikel.
• Primärer Vorhof: Vorläufer der rechten und linken Vorhöfe.
• Sinus venosus: beteiligt an der Bildung der Hohlvenen und des rechten Vorhofs.

In der vierten Woche erfolgt die Herzschleifenbildung (cardiac looping), ein essenzieller Prozess, der die typische Doppelkurvenstruktur des Herzens etabliert. Der Schlauch krümmt sich ventral und rotiert, was zur korrekten Positionierung der Herzkammern führt: der rechte Ventrikel wandert nach vorne und rechts, der linke Ventrikel nach hinten und links, während sich die Vorhöfe dorsal über die Ventrikel legen.

Anschließend beginnt die komplexe Septierung, die das primitive Herz in vier getrennte Kammern unterteilt und die systemischen sowie pulmonalen Kreisläufe etabliert:

• Das Vorhofseptum entsteht durch das Wachstum des Septum primum und des Septum secundum, wobei das Foramen ovale den Durchfluss des fetalen Blutes ermöglicht.
• Das Ventrikelseptum entwickelt sich vom unteren Rand des primitiven Ventrikels und schließt sich durch Fusion mit dem Endokardkissen.
• Das Conotruncalseptum, gebildet von neuralen Leisten-Zellen, trennt den Ausflusstrakt in Aorta und Pulmonalarterie.

Parallel dazu differenziert sich das Myokard, das sich von einer einfachen kontraktilen Schicht zu einer komplexen Struktur mit einem koordinierten Erregungsleitungssystem entwickelt. Der Sinusknoten, der AV-Knoten und das His-Bündel entstehen allmählich im primitiven Myokard.

Anomalien in diesen kritischen Phasen der Morphogenese können zu Defekten wie Ventrikelseptumdefekten, Conotruncalanomalien (z.B. Tetralogie von Fallot) und komplexeren Fehlbildungen wie einem gemeinsamen Arterienstamm oder einer großen Arterientransposition führen.

Die Reifung des Herzens setzt sich im zweiten und dritten Trimester fort, mit Verdickung der Myokardwände, Ausbildung der atrioventrikulären und semilunaren Klappen sowie der Entwicklung des Koronarsystems. Am Ende dieser Prozesse ist das Herz bereit, die extrauterine Zirkulation bei der Geburt zu unterstützen.

Fetaler Kreislauf

Während des intrauterinen Lebens adaptiert das fetale kardiovaskuläre System eine spezielle Struktur, um die Sauerstoff- und Nährstoffzufuhr über die Plazenta sicherzustellen, da die Lungen noch nicht funktionstüchtig sind. Der fetale Kreislauf basiert auf physiologischen Shunts, die die Durchblutung der Lungen und teilweise der Leber reduzieren und die Oxygenierung der sensibelsten Gewebe wie Gehirn und Herz optimieren.

Das sauerstoffreiche Blut aus der Plazenta gelangt über die Nabelvene in den Fötus. Ein kleiner Teil perfundiert das Lebergewebe, der größere Teil wird jedoch über den Ductus venosus Arantii direkt in die Vena cava inferior geleitet. Dieses teilweise gemischte Blut strömt in den rechten Vorhof, wo es durch eine ausgeklügelte Anordnung von Klappen und Septen über das Foramen ovale direkt in den linken Vorhof gelenkt wird. Von dort aus wird es über den linken Ventrikel in die aufsteigende Aorta ausgestoßen und vorwiegend an Gehirn und Herz verteilt.

Das weniger sauerstoffreiche Blut, hauptsächlich aus der oberen Hohlvene, wird in den rechten Ventrikel geleitet und in die Pulmonalarterie gepumpt. Aufgrund des hohen pulmonalen Gefäßwiderstands fließt der größte Teil dieses Blutes über den Ductus arteriosus Botalli direkt in die absteigende Aorta.

Die drei Hauptshunts des fetalen Kreislaufs sind:

• Ductus venosus Arantii, der das Blut vom Leberkreislauf zur unteren Hohlvene umleitet.
• Foramen ovale, das einen direkten Durchfluss vom rechten in den linken Vorhof ermöglicht.
• Ductus arteriosus Botalli, der die Pulmonalarterie mit der absteigenden Aorta verbindet und die Lungen umgeht.

Diese Architektur stellt sicher, dass das am besten oxygenierte Blut bevorzugt die am meisten stoffwechselaktiven Organe erreicht, während die pulmonale Zirkulation minimiert wird.

Mit dem ersten Atemzug sinkt der pulmonale Gefäßwiderstand drastisch, wodurch das Blut in die Lungen fließt und oxygeniert wird. Der Druckanstieg im linken Vorhof schließt funktionell das Foramen ovale, während die Einstellung des Nabelflusses die Kontraktion des Ductus arteriosus und des Ductus venosus stimuliert.

In den folgenden Tagen und Wochen obliterieren diese Shunts anatomisch: das Foramen ovale wird zur Fossa ovalis, der Ductus arteriosus verwandelt sich in das Ligamentum arteriosum und der Ductus venosus wird zum Ligamentum venosum. Ein unvollständiger Verschluss kann zu klinisch relevanten Zuständen wie persistierendem Ductus arteriosus oder persistierendem Foramen ovale führen, die entsprechende diagnostische und therapeutische Maßnahmen erfordern.

Angeborene Herzfehler: Allgemeines

Angeborene Herzfehler stellen die häufigste Gruppe angeborener Fehlbildungen dar, mit einer geschätzten weltweiten Prävalenz von 6 bis 12 Fällen pro 1000 Lebendgeburten. Es handelt sich um strukturelle Anomalien des Herzens und der großen Gefäße, die sich während der Embryonalentwicklung infolge von Störungen in den komplexen Prozessen der Morphogenese und Septierung des Herzens entwickeln.

Die Ätiologie angeborener Herzfehler ist multifaktoriell und umfasst sowohl genetische als auch Umweltursachen. Punktmutationen, chromosomale Aberrationen und genetische Syndrome (wie Down-Syndrom, DiGeorge-Syndrom und Trisomie 18) können die Entwicklung des Herzens beeinträchtigen. Umweltfaktoren wie mütterliche Infektionen (Röteln, Cytomegalievirus), Exposition gegenüber teratogenen Medikamenten oder unkontrollierter mütterlicher Diabetes sind ebenfalls an der Entstehung der Fehlbildungen beteiligt.

Embryologisch lassen sich angeborene Herzfehler je nach Art der Störung klassifizieren:

• Fehlbildungsdefekte, bei denen sich eine Struktur nicht richtig entwickelt, wie z.B. beim Ventrikelseptumdefekt.
• Teilungsdefekte, die durch eine fehlerhafte Trennung der Kammern oder Ausflussbahnen entstehen, wie beim persistierenden Truncus arteriosus.
• Resorptionsdefekte, infolge unvollständiger Rekanalisierung oder Apoptose, wie bei der Pulmonalstenose.
• Positionsdefekte, wie die Transposition der großen Arterien oder die Heterotaxie, bei denen die Herzstrukturen abnormal verlagert sind.

Die klinischen Manifestationen angeborener Herzfehler sind äußerst variabel. Einige Defekte, wie das persistierende Foramen ovale, können lebenslang asymptomatisch bleiben, während andere, wie Pulmonalatresie oder persistierender Truncus arteriosus, bereits in den ersten Lebenstagen schwere Symptome verursachen. Die Hauptsymptome umfassen persistierende Zyanose, Zeichen einer kongestiven Herzinsuffizienz, Wachstumsverzögerung und pathologische Herzgeräusche.

Die Diagnose basiert auf einem integrierten Ansatz, der mit der körperlichen Untersuchung beginnt und durch folgende bildgebende Verfahren ergänzt wird:

• Transthorakale Echokardiographie, die erste Wahl zur anatomischen und funktionellen Beurteilung.
• Transösophageale Echokardiographie, nützlich bei komplexen Fällen oder eingeschränktem akustischen Fenster.
• Kardiale Magnetresonanztomographie und Herz-CT, zur detaillierten anatomischen Charakterisierung.
• Herzkatheteruntersuchung, reserviert für Fälle, die eine hämodynamische Analyse oder interventionelle Planung erfordern.

In den letzten Jahren hat die fetale Echokardiographie die Diagnose vieler Herzfehler bereits pränatal ermöglicht, wodurch die perinatale Betreuung und die therapeutischen Aussichten erheblich verbessert wurden.

Die Prognose variiert stark je nach Art der Fehlbildung, dem Vorhandensein assoziierter Anomalien und der Schnelligkeit der Behandlung. Fortschritte in der pädiatrischen Herzchirurgie, interventionellen Techniken und neonatologischen Intensivpflege haben die Langzeitüberlebensraten von Kindern mit angeborenen Herzfehlern erheblich verbessert. Heute erreichen viele dieser Patienten das Erwachsenenalter mit einer zufriedenstellenden Lebensqualität, benötigen jedoch oft eine kontinuierliche kardiologische Betreuung und gelegentlich weitere chirurgische oder interventionelle Eingriffe.

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