Normalement, à la 22e semaine de grossesse, le trophoblaste a envahi les artères spiralées qui alimentent l'espace intervilleux. Le diamètre des artères spiralées est 4 à 6 fois supérieur à celui des femmes non enceintes, l'endothélium est remplacé par le trophoblaste, et la lame élastique interne est remplacée par le trophoblaste et une matrice amorphe contenant de la fibrine. Ces modifications vasculaires s'étendent de l'espace intervillaire au tiers interne du myomètre. Le sang circule librement dans l'espace intervillaire et sur l'arbre villositaire qui contient les vaisseaux fœtaux. L'échange d'oxygène, de nutriments et de déchets métaboliques est facilité.
Dans le cas d'une grossesse pré-éclamptique, l'implantation trophoblastique est souvent anormale. Les changements observés dans les artères spiralées lors d'une grossesse normale ne se produisent pas ou sont limités à la partie déciduale des vaisseaux. Les segments myométriaux conservent leurs enveloppes musculaires lisses qui sont sensibles aux agents pressants circulants, en particulier l'angiotensine II. Le volume de trophoblaste au niveau des artérioles spiralées est réduit à 40 % de celui de la grossesse normale. La perfusion est faible et associée à un dysfonctionnement des cellules endothéliales. Un déséquilibre du système prostacycline-thromboxane se développe avec une surproduction relative de thromboxane qui favorise le vasospasme des artérioles spiralées et l'agrégation plaquettaire locale.
Le revêtement musculaire et l'intima des artères spiralées sont endommagés et deviennent athérotiques - un processus comparable à une artériosclérose accélérée dans laquelle les vaisseaux sont occlus par du matériel fibrinoïde et des macrophages spumeux s'accumulent dans leur paroi nécrosée. Leur rétrécissement se traduit par une nouvelle augmentation de la pression artérielle. La perfusion de l'espace intervilleux est encore réduite et un retard de croissance intra-utérin s'ensuit fréquemment.
Des changements similaires sont observés en cas de rejet d'allogreffe, ce qui suggère que la pré-éclampsie a une base immunologique.
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