Dreidimensionale Modellierung

Wie funktionieren Wärmeaustausch und Blutfluss in der Nabelschnur?

  • Der mütterliche Uterus biete eine temperaturstabile Umgebung für das ungeborene Kind, die ungefähr 0,3 bis 0,5 Grad Celsius über der mütterlichen Körpertemperatur liegt.

  • Das Ziel einer dreidimensionalen Modellierung der menschlichen Nabelschnur bestand darin, den Wärmeaustausch zwischen der Mutter und ihrem ungeborenen Kind zu berechnen. Anlass des Forschungsprojektes war, dass immer noch Forschungslücken in Bezug auf die Thermoregulation des ungeborenen Kindes, den Wärmeaustausch zwischen Mutter und Kind und zur Rolle der Nabelschnur dabei existieren. Aufgrund ethischer und technischer Einschränkungen wurde das aktuelle Wissen bislang aus Tierversuchen abgeleitet.

    Man weiß, dass der mütterliche Uterus eine temperaturstabile Umgebung für das ungeborene Kind bietet, die ungefähr 0,3 bis 0,5 Grad Celsius über der mütterlichen Körpertemperatur liegt. Gleichzeitig entsteht durch den kindlichen Stoffwechsel Wärme als Abbauprodukt, die über die Mutter abgegeben wird. Es existiert somit ein Temperaturgefälle zwischen dem Kind und der kühleren Umgebung der Mutter über die Nabelschnur.

    Der erste Schritt in diesem Forschungsprojekt war eine umfassende Literaturrecherche zur rechnergestützten dreidimensionalen Modellierung der Nabelschnur und ihren Potenzialen. Es wurden Ergebnisse aus insgesamt sechs Studien berücksichtigt. Anschließend wurde die menschliche Nabelschnur eines Kindes im Lebensalter zwischen 38 und 40 Schwangerschaftswochen modelliert. Unter Berücksichtigung einer normalen Länge der Nabelschnur von 30 bis 100 cm wurde eine Durchschnittslänge von 60 cm verwendet. Die Nabelschnurvene wurde geradlinig und die Arterien im Uhrzeigersinn umschlingend modelliert. Auf die Modellierung der Whartonschen Sulze wurde verzichtet, da diese nicht im Forschungsinteresse lag.

    Die Modellierung der Nabelvene und der beiden Nabelarterien zeigte, dass die gewundene (helikale) Geometrie der Nabelarterie im Vergleich zur hauptsächlich geraden Nabelvene die Blutflussparameter wie Geschwindigkeit, Druck, Temperatur und Dehnungsrate beeinflusst. Vor allem die Temperatur veränderte sich signifikant in Abhängigkeit zur spiralförmig gewickelten Kreisstruktur der Nabelschnurarterien. Sie betrug 37,5 Grad Celsius am kindlichen und 37,2 Grad Celsius am mütterlichen Ende der Nabelarterien. Sie blieb in der Nabelvene nahezu identisch.

    Die AutorInnen schlussfolgern aus ihren Ergebnissen, dass die helikale Struktur der Nabelarterien eine entscheidende Rolle beim Temperaturabfall des Blutes entlang der arteriellen Länge vom fetalen Ende zum plazentaren Ende zu spielen scheint. Somit kommt der kindlichen Nabelschnur eine entscheidende Rolle in der fetalen Temperaturregulation zu.

    Quelle: Kasiteropoulou D, Topalidou A, Downe S: A computational fluid dynamics modelling of maternal-fetal heat exchange and blood flow in the umbilical cord. PLoS One 2020. 15(7): e0231997. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0231997 ∙ DHZ

    Rubrik: Schwangerschaft

    Erscheinungsdatum: 21.09.2020