胎儿在妈妈体内是如何呼吸的?

2020年5月28日讯/生物谷BIOON /--胎儿依赖母亲提供所有的必需品。胎盘是关键；这个器官在子宫内发育，就像一个通道，让妈妈把所有支持它发育的东西传给宝宝。
母亲进食后，她的身体将食物分解成葡萄糖、氨基酸、脂肪酸和胆固醇，这些物质通过胎盘中的通道或转运体进入胎儿体内。它们为成长中的胎儿提供能量和构建模块，胎儿在发育器官、组织和骨骼时使用这些能量和模块。
重要的电解质，如钠、氯、钙和铁，会通过胎盘中它们自己的特殊通道，或者只是从母体一侧扩散到胎儿一侧。
胎儿的成长也需要氧气。因为他们的肺没有暴露在空气中，他们不能自己呼吸。相反，它们依靠母亲通过一个非凡的生化过程来提供所需的氧气。
图片来源：Image generated from PBD ID 1C7B by Julie Pollock
作为一名生物化学家，正是这个过程让Julie Pollock在学生时代爱上了这门学科。这是她今天给她的学生们讲的最喜欢的话题，也有助于解释为什么怀孕的女性会如此容易气喘吁吁。
氧气流过你的血管
一些巧妙的生物化学是氧气在人体中传播的根源。
一种叫做血红蛋白的蛋白质负责吸收肺部的氧气，并通过血液将氧气输送到所有组织。血红蛋白含有铁，它导致了血液的红色。它由四个亚基组成，每个亚基有两种不同的类型。
每个亚基包含一个铁原子，铁原子与一种称为亚铁血红素的特殊化合物结合，亚铁血红素可以与一个氧分子相互作用。这是一种孤注一掷的情况；对于同一区域的血红蛋白来说，它们要么都抓住氧气要么都释放了氧气。它取决于血红蛋白所处环境中的氧气浓度。
当你深呼吸时，肺部的氧气浓度会很高。该区域的血红蛋白会自动吸收氧气。然后它通过你的血液到达氧气浓度较低的组织，在那里它释放氧气。
一种叫做2，3-双磷酸甘油酸或称BPG的分子，促进氧气的释放。它与血红蛋白的四个亚基之间的中心空腔结合，帮助氧分子释放。
为胎儿提供氧气
胎儿是不暴露在空气中的，他们的肺在出生后才会发育完全，所以氧气是他们必须从母亲胎盘中得到的一系列物质。
血红蛋白太大，不能穿过胎盘。母体血红蛋白必须释放氧分子，这样氧气才能穿到另一侧，被胎儿血红蛋白吸收。问题是，既然这些都是在如此近的距离内发生的，而血红蛋白要么全部抓住氧气要么全部释放氧气，那么氧气如何被胎儿吸收呢？
胎儿血红蛋白在结构上不同于母体血红蛋白。胎儿血红蛋白的蛋白质序列中只有几个氨基酸发生了变化，它不能很好地与BPG结合，BPG是一种帮助氧气从成人血红蛋白中释放的分子。胎儿血红蛋白对氧的亲和力也比成人血红蛋白强。
图片来源：CC BY-ND
所以在胎盘界面，有很多BPG，母体血红蛋白释放氧气胎儿血红蛋白紧紧抓住它。这个过程使氧气从母体有效地转移到胎儿体内。
在婴儿出生前不久，他们开始制造一些成年血红蛋白，这样当他们自己呼吸时，就可以在他们小小的身体里进行适当的氧气转移。通常情况下，当婴儿六个月大时，胎儿的血红蛋白水平非常低，几乎完全被成人的血红蛋白所取代。
在学术上，Pollock知道这个了不起的生化过程。但直到她怀上了她的儿子，她才真正理解了这一点。她在动感单车课上跑的英里数减少了，每天走路都落在丈夫和狗的后面，气喘吁吁地爬上三层楼梯回到办公室。儿子的血红蛋白吸收了她的氧气，所以她不得不吸入更多的氧气来完成日常工作。
一旦她的孩子在外面呼吸，他的成熟的血红蛋白正常工作，Pollock比以往任何时候都更惊讶于科学的完美。（生物谷Bioon.com）
参考资料：
【1】How does a baby 'breathe' while inside its mom？
【2】Postnatal Prediction of Gestational Age Using Newborn Fetal Hemoglobin Levels
【3】Fetal and Postnatal Development of the Lung
【4】Placental structure， function and drug transfer
【5】Maternal-Fetal Nutrient Transport in Pregnancy Pathologies： The Role of the Placenta
【6】ChemMatters（润宝医疗网）