Transport im kardiovaskulären System (Kreislauf, Blut, Lymphe)

Zusammensetzung und Eigenschaften des Blutes


 
© H. Hinghofer-Szalkay

Buffy coat: buff = gelbbraun, coat = Überzug, Schicht
eosinophil: εως = Morgenröte (Eosin), φίλος = Freund
Erythropoetin: ἐρυθρός = rot, ποιεῖν = machen
Hämatokrit: αιμα = Blut, κρινειν = urteilen
Hämatopoese: αἷμα = Blut, ποιεῖν
= erzeugen
Leukopenie:  λευκός = weiß, πενία = Mangel
Polyglobulie: πολύ = viel, globus = Kugel
Stokes-Gesetz: George G. Stokes
Zytokine: κύτος = Gefäß (Zelle), κίνἔω = antreiben, bewegen

Blut besteht aus zellulären (Blutkörperchen: ≈40%) und extrazellulären Bestandteilen (Plasma: ≈60%). Klinische Labortwerte gewinnt man hauptsächlich aus Plasma (bzw. Serum): Dieses enthält Substanzen, deren Konzentration etwas über Aktivität und Zustand von Zellen und Organen aussagt (Elektrolyte, Substrate, Enzyme, Hormone, Zytokine..).

Großmolekulare Stoffe gelangen aus dem Interstitium hauptsächlich über die Lymphe in das Blut.

Rote Blutkörperchen (Erythrozyten) transportieren mittels Hämoglobin Sauerstoff, weiße (Leukozyten) sind immunologisch, Blutplättchen (Thrombozyten) in der Blutstillung aktiv.

Erythrozyten (≈5 Millionen pro Mikroliter) machen den größten Teil des Volumenanteils der Blutkörperchen (Hämatokrit) aus. Sie werden unter dem Einfluss des Nierenhormons Erythropoetin im roten Knochenmark gebildet und bleiben für ≈120 Tage in der Blutbahn, bevor sie in ihre Bestandteile abgebaut werden - Häm wird als Gallenfarbstoff ausgeschieden, Eisen und Aminosäuren (aus Globin) werden wiederverwertet.

Die Zahl der Leukozyten ist gering (um die fünftausend pro µl), denn sie befinden sich zum Großteil im Gewebe und nützen den Kreislauf nur vorübergehend als Transportweg. Im Differentialblutbild werden sie unterschieden als Granulozyten, Lymphozyten, Monozyten: Diese haben jeweils immunologische Spezialfunktionen.

Thrombozyten - etwa 0,3 Millionen / µl Blut - entstehen aus Megakaryozyten im Knochenmark, sind für die Blutstillung unverzichtbar und kooperieren mit Leukozyten in der angeborenen Abwehr.


Übersicht Komponenten des Blutplasmas Blutbildung im Knochenmark Erythrozyten Oxidationsschutz (Glutathion)  Blutgruppen  Rotes Blutbild  Hämolyse Weißes Blutbild Blutplättchen
    
>Abbildung: Zusammensetzung des Blutes
Nach einer Vorlage bei nursekey.com

Buffy coat ist die Leukozytenschicht zwischen Plasma und Erythrozyten
Jede Minute bildet der Körper einer erwachsenen Person ≈150 Millionen Erythrozyten und ≈120 Millionen Granulozyten (s. weiter unten). Megakaryozyten liefern große Mengen an Blutplättchen nach. Die Leber bildet die meisten Plasmaproteine, das Immunsystem Immunglobuline. Aus Organen und Geweben stammen Stoffe, die fortlaufend in den Kreislauf abgegeben werden; andere Stoffe werden aus dem Kreislauf entfernt.

   Blut ist ein Transportorgan. Es befördert Zellen ("Blutkörperchen") und Blutplasma und damit

  Wasser, und darin Stoffe, teils frei gelöst (wie Sauerstoff, Kohlendioxid, Elektrolyte, Glukose, Harnstoff, Aminosäuren, Proteine), teils an Protein gebunden (wie Lipide, Schilddrüsenhormone, Steroidhormone) - sie dienen Funktionen wie Ernährung, Immunabwehr, Blutgerinnung etc. Diese Stoffe übertragen auch
 
  Information (Hormone, Zytokine , Wachstumsfaktoren, Mediatoren; genetische Information)
 
  Weiters befördert das Blut Energie, die als Wärme über Haut und Schleimhäute an die Außenwelt abgegeben wird.
 



<Abbildung: Molare Konzentration von Plasmainhaltsstoffen (insgesamt ≈0,3 M/l)

Die molare Beteiligung der Plasmaproteine ist sehr gering (türkisfarbener Sektor), obwohl sie den Großteil der Masse gelöster Bestandteile ausmachen (großes Molekulargewicht!). Der kolloidosmotische Druck beträgt 0,03 atm, der osmotische ≈7,3 atm. Zum Vergleich: Verteilung der Plasmabestandteile nach Masse s. dort
Blutplasma (Mittelwerte, mM/l)
Natrium 142Aminosäuren 2,4
Kalium
4,4Protein ≈1
Calcium
2,5Triglyzeride 1,5
Magnesium
0,9Cholesterin 5
Chlorid
102Phospholipide 2,5
Bikarbonat 24Freie Fettsäuren 0,6
Phosphat 1
Laktat 1,5
Sulfat 0,5
Pyruvat 0,15
Glukose
5
Zitrat 0,15
Harnstoff 5
Ketonkörper 0,4
 
Blut besteht zu ≈40% (Hämatokritwert) aus den Blutkörperchen (zellulärer Anteil des Blutes), zu ≈60% aus Blutplasma (proteinreiche extrazelluläre Flüssigkeit).

Blutkörperchen bestehen zu 60-70% aus Wasser, Blutplasma zu 90%; die Feststoffe sind vorwiegend Eiweiße und Salze.

  Kommentierte Aufstellung der Massenkonzentrationswerte in Blut und Plasma (in g/ml, mit Referenzbereichen sowie altersabhängigen Unterschieden)
 
   Stoffaustausch: Blut tauscht mit dem Gewebe Flüssigkeit und darin gelöste Stoffe aus. Dazu ist eine entsprechende Austauschfläche erforderlich. Die Kapillarwände einer erwachsenen Person haben eine Gesamtoberfläche von ≈300 m2; alle roten Blutkörperchen zusammen ≈3000 m2.

(Würde man alle Erythrozyten eines Menschen aneinanderreihen, ergäbe sich eine Linie von ≈190.000 km Länge - fast das 5-fache des Erdumfangs oder die halbe Strecke zum Mond.)

Die feinsten Blutgefäße (Kapillaren, Venolen) lassen  Stoffe aus dem Blut ins Gewebe und aus dem Gewebe ins Blut übertreten. Die Durchlässigkeit (Permeabilität) der Kapillarwände bestimmt die Verteilung infundierter Stoffe; sie ist von Organ zu Organ sehr unterschiedlich, z.B. niedrig im Gehirn, hoch in der Leber. Große Moleküle bleiben länger in der Blutbahn, kleine (z.B. Kochsalz, Glukose) gelangen rasch ins Gewebe.

Zellen geben Signalstoffe, metabolische Endprodukte u.a. an das Interstitium ab. Von dort gelangen sie in Blutkapillaren oder werden mit dem Lymphsystem abtransportiert. Die Messung solcher Stoffe im Blut erlaubt eine diagnostische Aussage über Zustand und Funktion von Organen und Geweben. Bei Organschäden erhöht sich die Menge bestimmter Enzyme, die geschädigte Zellen verlieren. Entzündungen verändern das Plasmaeiweißmuster und beschleunigen die Blutsenkung.



 
 
>Abbildung: "Erbfolge" der Stammzellen im Knochenmark
Nach Terese Winslow (2008) bei: stemcells.nih.gov

Im roten Knochenmark teilen sich Stammzellen, die Tochterzellen bleiben teils im Stammzellpool, die anderen differenzieren sich zu Blutzellen (‘one for me, one for you')

Aus hämatopoetischen Stammzellen entstehen alle Blutzellen (Erythro-, Lympho-, Granulo-, Monozyten, Makrophagen, Thrombozyten). Mesenschymale Stammzellen entwickeln sich zu Knorpel-, Knochen-, Fettzellen und Stromazellen, welche die Blutbildung unterstützen


   Hämatopoese: Blutkörperchen werden im roten Knochenmark nachgebildet (Beckenschaufel, Wirbelkörper, Brustbein, Teile der Extremitätenknochen), Lymphozyten in lymphatischen Geweben. Ihre Vorstufen sind in Präparaten von Knochenmarkpunktat zu finden.

Wo befinden sich die Blutkörperchen? Etwa 90% der Leukozyten (vor allem Granulozyten) finden sich im Knochenmark, von wo sie durch Zytokine bzw. Komplementfaktoren mobilisiert werden können.

70% aller Lymphozyten sind in lymphatischen Organen geparkt, 10% im Knochenmark, 15% in übrigen Organen, nur ≈5% "auf Patrouille" im Blut.

Erythrozyten befinden sich in der Blutbahn. Da das gesamte Blutvolumen (≈5 l) durchschnittlich in 20-60 Sekunden einmal durch das kardiovaskuläre System gepumpt wird, ergibt sich (bei einer Lebensdauer von 100-120 Tagen), dass jedes rote Blutkörperchen etwa 300.000mal durch den Kreislauf wandert, bevor es aus dem Blut entfernt und abgebaut wird (Milz).

Als Zytokine bezeichnete Signalstoffe (ihre Konzentrationen im Blutplasma liegen unter Normalbedingungen im pikomolaren Bereich, können bei Bedarf um bis zu 3 Zehnerpotenzen ansteigen) regulieren Differenzierung, Teilung und Reifung der Zellen zu Erythro- (Erythropoetin), Leuko- (colony stimulating factors) und Thrombozyten (Thrombopoetin).


Erythrozyten: Die Erythropoese wird durch Erythropoetin angeregt und dauert jeweils etwa eine Woche (Stammzelle → Präerythroblast → Erythroblast → Normoblast → Retikulozyt → Erythrozyt). Eisen, Vitamin B12 und Folsäure sind zur Blutbildung notwendig.
 
        Über Erythroblasten und Eisenhaushalt s. dort.
 
Rote Blutkörperchen müssen beim Weg durch die Blutgefäße beträchtliche Schubspannungen tolerieren ( s. Hämorheologie). Auch treten starke mechanische Belastungen durch äußeren Druck auf exponiertes Gewebe auf (z.B. in der Fußsohle beim Gehen → Hämolyse einiger Erythrozyten).

Eine erwachsene Person produziert pro Tag 40-50 ml Blut nach, das entspricht (bei einem Hämatokrit von 0,4) der täglichen Neubildung von etwa 7 Gramm Hämoglobin.
 
Hämoglobinsynthese ≈ 7 g/d
 
7 Gramm Hämoglobin enthalten knapp 100 Milligramm Eisen; dass der Mensch mit einer Eisenaufnahme von ≈1-2 mg/d das Auslangen findet, zeigt, dass das Eisen im Körper fast vollständig wiederverwertet wird.


>Abbildung: Erythrozytenmembran (Modell 2016)
Nach Lux SE IV, Anatomy of the red cell membrane skeleton: unanswered questions. Blood 2016; 127:187-99

Ein komplexes Netzwerk stabilisiert den Erythrozyten mechanisch bei seiner fortwährenden Belastung bei der Passage durch die Blutgefäße. Besonders auffallend ist ein Aktin-Spektrin-Faserwerk an der Innenseite der Membran der roten Blutkörperchen. Ankyrin ist ein Protein des Zellskeletts, über das Spectrin an die Membran bindet. Bande 3 ist ein Transporteiweiß und dient dem Chlorid-Bikarbonat-Austausch, Bande 4  stabilisiert die Verbindung zwisachen Aktin und Spektrin, und beeinflusst so mechanische Stabilität und Verformbarkeit des Erythrozyten. Glycophorin (GPB)  ist ein stark glykosyliertes Membranprotein, das durch Sialinsäure eine starke Polarität des Erythrozyten bewirkt (gegenseitige Abstoßung, Stabilisierung der Zellsuspension im Blut). Das Zellskelett-Protein Spectrin bildet dreidimensionale Maschenwerke und formt den Ery

Die funktionellen Implikationen sind erst zum Teil bekannt. Einige Proteine sind in niedriger Konzentration in den Molekülkomplexen vorhanden, wie
Kell, Kx, CD44, CD47, DARC/Duffy, LW, Phosphofruktokinase, Aldolase, p55, Peroxiredoxin 2 (Prx2), Adduzin, Dematin. Die Ankyrin- und Aktin-Komplexe verändern sich in Zusammensetzung und Beweglichkeit

CH, calponin homology
    CH1 / CH2, aktinbindende β-Spectrin-Domänen    EF, calciumbindende EF-Domäne des α-Spectrin    F-Aktin, fädiges Aktin    GEC, glykolytischer Enzymkomplex    Glut1, Glukosetransporter 1    GPA, Glycophorin A    GPB, Glycophorin B    GPC/D, Glycophorine C und D    LW, Landsteiner-Wiener    RhAG, Rhessus-assoziiertes Glykoprotein

Ein molekulares "Verstärkungsnetz" in der Wand der Erythrozyten (>Abbildung) unterstützt deren mechanische Belastbarkeit. Zu diesem System gehören fadenförmige (Aktin, Spektrin) sowie Verankerungsmoleküle (Bande 4-Proteine, Ankyrin).
 
Erythrozyten sind für ihren Energiestoffwechsel - wie Gehirn und Nierenmark - auf Glukose angewiesen. Diese gelangt mittels des Transporters GLUT1 durch die Ery-Membran. Erythrozyten haben keine Mitochondrien und können daher nicht auf Sauerstoff zurückgreifen (kein Zitratzyklus, keine Atmungskette); sie holen sich die Energie anaerob aus der Glykolyse. Das gewonnene ATP verwenden sie vor allem zum Betreiben des Ionentransportes durch die Ery-Membran. Das entstehende Laktat wird ins Blut abgegeben und kann von anderen Zellen (Leber, Muskel) in den oxidativen Stoffwechsel zurückgeschleust werden.
  Der Glukoseverbrauch der roten Blutkörperchen beträgt bei einer erwachsenen Person etwa 30 g/d.

Etwa 10% der Ery-Glukose läuft nicht in die Glykolyse, sondern den Pentosephosphatweg. Auf diese Weise können Erythrozyten das Redox-Enzymsystem NADPH/H+ herstellen, was für die Regeneration von Glutathion wichtig ist.
 
       Über Karboanhydrase und die Beteiligung der Erythrozyten am Säure-Basen-Haushalt s. dort.
 


Das von den Erythrozyten gebildete Reduktionsmittel Glutathion dient als Oxidationsschutz für Ery-Membran, Hämoglobin und Enzyme. Es sorgt insbesondere dafür, Wasserstoffperoxid und Sauerstoffradikale unschädlich zu machen, die im Erythrozyten entstehen (hoher pO2 im Erythrozyten, daher Entstehung vieler Sauerstoffradikale), z.B. bei der spontanen Oxidation des Hämoglobins (Fe++) zu Methämoglobin (Fe+++).

Glutathion ist ein atypisches Tripeptid, das extraribosomal (und daher auch vom Erythrozyten) unter Verbrauch von ATP synthetisiert wird. Über die Thiolgruppe (HS-) können Elektronen abgegeben werden, der entstehende Wasserstoff kann dann oxidierte Moleküle reduzieren.

Die Glutathion-Peroxidase (sie benötigt Selen) verwandelt Wasserstoffperoxid in Wasser und lässt dabei Glutathion-Disulfid (G-S-S-G) entstehen. Dieses wird anschließend wieder zu Glutathion (GSH) zurückverwandelt (regeneriert) - das macht die Glutathion-Reduktase, die dazu wiederum NADPH/H+ benötigt:

Erythrozyten enthalten außerdem Superoxiddismutase (SOD) - das sind Enzyme, die - sehr reaktionsfreudige - Superoxide (Hyperoxide) zu Wasserstoffperoxid (H2O2) umwandeln.



Blutgruppen: In der Membran der Blutkörperchen befinden sich verschiedenste Moleküle (Glykolipide, Proteine), die bei Übertragung auf einen Empfänger (Bluttransfusion) von dessen Immunsystem als fremd erkannt und attackiert werden können. Die antigenen Eigenschaften sind vor allem auf (Spender-) Erythrozyten bedeutsam, sie können zu klinisch relevanten Reaktionen (Transfusionszwischenfällen) führen: Aggregation und Verletzung der Erythrozyten - das Ergebnis ist Hämolyse (wie bei einer Typ-II-Reaktion).

AB0-System: A und B sind Membraneigenschaften (Epitope), die denen von Mikroorganismen im Körper ähnlich sind. Daher bildet der Körper bei Fehlen von A oder B, oder A und B auf den Blutkörperchen Antikörper, die eigentlich gegen antigene Eigenschaften auf Mikroorganismen gerichtet sind, aber auch Erythrozyten mit der entsprechenden Eigenschaft agglutinieren können (solche Antikörper nennt man Agglutinine). Also: Träger der Blutgruppe A bilden Anti-B, solche der Blutgruppe B bilden Anti-A; bei Blutgruppe AB werden weder Anti-A noch Anti-B gebildet, und bei Blutgruppe Null sind beide Agglutinine im Serum enthalten:


<Abbildung: Schema zum AB0-System: Gegen Antigene, die nicht auf den eigenen Erythrozyten vorhanden sind, liegen im Plasma Antikörper vor
Nach einer Abbildung in Buzzle.com


Im Rhesus-System spielen insgesamt etwa 50 (ähnlich aufgebaute) potentiell antigen wirkende Proteine eine Rolle, die wichtigsten haben die Abkürzung c, C, D, e und E erhalten (in alphabetischer Fortsetzung von A und B). Ist der Faktor D auf den Erythrozyten nachweisbar, nennt man die betreffende Person Rhesus-positiv, abgekürzt Rh(D)+, Rh+, Rh oder auch (entsprechend dem Genotyp) Dd (dD), oder DD. Fehlt der Faktor D, ist die Person Rhesus-negativ - abgekürzt Rh(D), Rh−, rh oder dd.

Ein Sonderfall sind mögliche Reaktionen während einer Schwangerschaft in Bezug auf Erythrozyten des Kindes in utero (Rhesus-Inkompatibilität). Anti-D-Antikörper gehören zur IgG-Familie und überqueren die Plazentarschranke. Kritisch kann die Konstellation Rh-positives Kind / rh-negative Mutter werden: Spätestens bei der Entbindung gelangen D+-Erythrozyten in den mütterlichen Kreislauf und bewirken (falls keine rechtzeitige Prophylaxe erfolgt) Sensibilisierung und Bildung von Anti-D-Antikörpern. Diese können später (bei einer nächsten Rhesus-inkompatiblen Schwangerschaft) das fetale Blut hämolysieren, was dem Fetus schaden oder sogar sein Absterben bewirken kann.

Neben AB0 und Rhesus existieren zahlreiche weitere Blutgruppensysteme, Inkompatibilitäten in ihrem Rahmen können in Einzelfällen klinisch bedeutsame Situationen bedingen. Man kennt über 30 solcher Systeme; sie betreffen jeweils eigene Antigene (1 bis etwa 50 je System).



1901 entdeckte der Österreicher (ab 1929 US-Bürger) Karl Landsteiner ein System, das die Agglutination von Spendererythrozyten in Empfängerplasma erklärt (Publikation: "Über die Agglutinationserscheinungen normalen menschlichen Blutes"). Das System wurde nach den ersten Buchstaben im Alphabet als A-B-Null-System bezeichnet. 1930 erhielt er "für die Entdeckung der Blutgruppen des Menschen" den Nobelpreis. 1937 entdeckte er zusammen mit dem Amerikaner Alexander S. Wiener den Rhesus-Faktor.
 
  Leukozyten: Die Neubildungsrate von weißen entspricht etwa der von roten Blutkörperchen; dennoch ist die Leukozytenzahl im Blut um drei Zehnerpotenzen geringer als die Erythrozytenzahl. Das liegt daran, dass sich die meisten Leukozyten nicht im Blut, sondern im Gewebe befinden. Dazu kopmmt ihre Lebensdauer (Granulozyten: einige Tage; Lymphozyten: Tage bis Jahre).




Blutbild

Zum "Kleinen Blutbild" zählen: Zahl der Erythrozyten, Leukozyten und Thrombozyten pro Liter bzw. µl Blut; Hämoglobinkonzentration, Hämatokrit, MCV (Ery-Volumen in µl), MCH (Ery-Hämoglobinmenge in pg) und MCHC (Hämoglobinkonzentration in den Eryrthrozyten in g/l).

     Verringerte Erythrozyten- bzw. Hämoglobinmasse im Blut (Anämie) reduziert die Sauerstofftransportkapazität

     Verringerte Leukozytenzahl reduziert die immunologische Kapazität des Blutes

     Verringerte Thrombozytenzahl reduziert die Hämostasekapazität bzw. das Gerinnungsvermögen



Rotes Blutbild  Weisses Blutbild Blutplättchen

>Abbildung: Blutsenkung

Schwarzer Pfeil: Befüllung auf Nullmarke; roter Pfeil: Serum-Ery-Grenze nach z.B. einer Stunde (Position gibt Senkungswert an)




<Abbildung: Erythrozyten werden entsprechend ihrer Strömungsumgebung deformiert

Blauer Pfeil: Stärkste Strömung im Gefäß (üblicherqweise zentral)

 
Vgl. Hämorheologie

   Zum roten Blutbild (Untersuchung der roten Blutkörperchen) gehören u.a. Erythrozytenzahl, Hämatokrit, Hämoglobinkonzentration:

  Erythrozyten im Vollblut
≈5 Millionen / µl Kapillarblut
Frauen 4,1-5,1 - Männer 4,5-5,9
Erniedrigt:
Nach starken Blutungen (Plasmavolumen erholt sich schneller - Flüssigkeitsnachstrom aus dem Interstitium -, das senkt den Erythrozytenanteil am Blutvolumen)
Beim intensivem Krafttraining (längerfristig - Plasmavolumen wächst rascher als Eryvolumen)
Schwangerschaft (Plasmavolumen wächst rascher als Eryvolumen)


  Hämatokrit ( Anteil der Erythrozyten am Volumen der Blutprobe)
≈0,44 (44%)
Frauen 0,38-0,48 - Männer 0,40-0,53
Erniedrigt:
  Nach starken Blutungen (Plasmavolumen erholt sich schneller)
  Beim intensivem Krafttraining (Plasmavolumen wächst rascher als Eryvolumen)
  Schwangerschaft (Plasmavolumen wächst rascher als Eryvolumen)
 

>Abbildung: Erythrozytenmembran (Innenseite)
Nach: Boron / Boulpaep, Medical Physiology, 1st ed. Saunders 2003

Vereinfachtes Modell (Wissensstand um 2000). Vgl. Abbildung oben

  Hämoglobin im Vollblut
≈150 g/l Blut
Frauen 123-153, Männer 140-175
Erniedrigt:
  Nach starken Blutungen (Plasmavolumen erholt sich schneller)
  Beim intensivem Krafttraining (Plasmavolumen wächst rascher als Eryvolumen)
  Schwangerschaft (Plasmavolumen wächst rascher als Eryvolumen)

  Altersabhängigkeit s. dort

  Mittleres Erythrozytenvolumen (MCV = mean corpuscular volume)
≈90 fl (=Femtoliter =10-15 l)
Referenzbereich 80-96

  Mittlere Hämoglobinmenge pro Erythrozyt (MCH = mean corpuscular hemoglobin):
30 pg (10-12 g) / Erythrozyt
Referenzbereich 28-33

  Mittlere Hämoglobinkonzentration in der Erythrozytenfraktion (MCHC = mean corpuscular hemoglobin concentration)
≈340 g / l Erythrozyten
Referenzbereich 330-360


  Anteil an Retikulozyten (jungen Erythrozyten)
0,5-2% der Erys (25-75 Tausend/µl)



<Abbildung: Zunehmende Rotfärbung von Blutplasma mit steigendem Hämolysegrad
Nach Brunel V, Larson T, Peschanski N, Cauliez B. Evaluation of haemolysis in emergency department samples requesting high sensitivity troponin T measurement. Ann Clin Biochem 2012; 49: 509-10


Hämolyse: Wird Blut unsanft abgenommen (starker Unterdruck durch ungeduldiges Ziehen am Spritzenstempel), kommt es zur Zerstörung einiger Erythrozyten (mechanische Hämolyse), es tritt Hämoglobin aus und gelangt ins Plasma (freies Hämoglobin). (Das geschieht auch bei starker Krafteinwirkung auf Gewebe, z.B. in der Fußsohle bei Fußmärschen - der Anteil an Hämoglobin im Plasma steigt dadurch messbar an.)

Bei intensiver Hämolyse färbt sich das Blutplasma rötlich - bei geringem Hämolysegrad ist dies nicht mit freiem Auge sichtbar (nur spektrophotometrisch), bei intensiverer Beschädigung ist der Effekt deutlich zu erkennen (<Abbildung).

    Osmotische Resistenz der Erythrozyten: Widerstandsfähigkeit gegen osmotische Zerstörung (Hämolyse) in hypotonen (verdünnten) Salzlösungen: Bis 180 mMol (isotone Flüssigkeit hat ≈290 mMol)

    Blutsenkungsreaktion (Erythrocyte sedimentation rate ESR, <Abbildung oben):

Rote Blutkörperchen haben aufgrund ihrer Dichte (≈1090 g/l bei Körpertemperatur), die höher ist als die von Blutserum (≈1020 g/l), die Tendenz, zu sedimentieren. Normalwerte: Nach einer Stunde etwa bis 10 mm, nach zwei Stunden bis 20 mm. Anwesenheit von Stoffen, die bei Entzündungsvorgängen vermehrt im Blut auftreten (z.B. Fibrinogen), die Aneinanderlagerung der Erythrozyten beschleunigen und die Teilchengröße erhöhen (Stokes-Gesetz ), beschleunigt Sedimentation und die Senkungswerte.


>Abbildung: Herstellung eines Blutausstrichs (blood smear)


Der Blutstropfen wird am Objektträger ausgestrichen (Bild) und gefärbt, die Leukozyten können so befundet werden. Im  klinischen Labor erfolgt die Differenzierung / Zählung meist automatisch - s. dort



  Das weiße Blutbild umfasst Leukozytenzahl und Differentialblutbild:

  Leukozyten im Vollblut
4 bis 11 Tausend/µl


<Abbildung: Leukozyten treten aus dem Blutstrom aus und wandern durch das Gewebe

     Näheres s. dort

     Differentialblutbild: Darunter versteht man die relative Häufigkeit (alle Leukos im Blutausstrich = 100%) von

      Granulozyten: ≈65% (35-85%)

Granulozyten werden nach der Färbbarkeit ihrer zytoplasmatischen Körnchen (Granula) in

     Neutrophile: 30-80% der Leukozyten (>1000/µl Blut). Neutrophile Granulozyten phagozytieren Mikroorganismen, sie sind effektiv wirksam gegen bakterielle und Pilzinfektionen. Nach der Phagozytose von Bakterien, bei der sie ihre Lysosomen einsetzen, gehen sie zugrunde (Eiterbildung). Neutrophile dominieren frühe Entzündungsstadien; ihre Lebensdauer im Kreislauf beträgt 5-6 Tage.

     Eosinophile: 1-5% der Leukozyten im Blut. Eosinophile Granulozyten spielen eine besondere Rolle bei der Abwehr von Parasiten und können allergische Reaktionen auslösen. Die Effektorfunktionen inkludieren Degranulierung mit Freisetzung von kationischen Proteinen, Sauerstoffradikalen (Reactive oxygen species ROS) wie Superoxide, Peroxide und Hypobromit; ferner Eikosanoiden, Elastase und anderen Enzymen, Wachstumsfaktoren und Zytokinen.

     Basophile: Sie stellen bis 2% der Leukozyten im Blut. Basophile Granulozyten interagieren mit anderen Leukozyten, können durch Degranulation Heparin und Histamin freisetzen.

Das können auch Mastzellen, die sich meist in der Nähe von Nerven und Gefäßen an Stellen finden, wo sich Umwelt und Körper treffen (Haut und Schleimhäute, Respirations- und Verdauungssystem, Bindehaut). Ursprünglich der Phagozytose "verdächtigt" (daher der Name), finden sich Mastzellen in der Nähe von Nerven und Gefäßen, Schleimhäuten (Atemwege, Darm), im Corium des Auges u.a. Sie speichern Granula, aus denen sie bei Bedarf Stoffe wie Histamin und Heparin freisetzen (Degranulation). Sie beteiligen sich an allergischen (Typ I) und anderen Reaktionen, die akute Symptome (u.a. Schmerz) auslösen können.


Mastzellen und Basophile haben einen gemeinsamen Vorläufer im Knochenmark (CD34-positiv), das Mastzellen noch unreif verlassen; sie differenzieren sich erst im Gewebe, während Basophile "fertig" aus dem Knochenmark kommen.

  Über die Rolle von Leukozyten bei immunologischen Hypersensitivitätsreaktionen s. dort
 
Nach der Form des Chromatins im Zellkern unterscheidet man

  stabkernige Granulozyten (bis 5% aller Leukozyten, bei Säuglingen und Kindern bis 10%); Stabkernige sind junge neutrophile Granulozyten mit einem stab- bis hufeisenförmigen Zellkern. Erhöhte Werte finden sich z.B. bei Entzündungsprozessen und Infektionskrankheiten ("Linksverschiebung")

  segmentkernige Granulozyten; diese machen den Großteil der Neutrophilen aus. Sie haben ein gelapptes Chromatin und sind voll entwickelt. Bei reduzierter Neubildung von Granulozyten erhöht sich der Anteil der Segmentkernigen im Blut ("Rechtsverschiebung")
  Die Bedeutung der Granulozyten ist enorm: Agranulozytose (< 500 Neutrophile / µl Blut) bedingt stark erhöhtes Infektionsrisiko und kann Sepsis bedingen (Chemotherapie: Tumortherapie-Komplikation).
 
     Lymphozyten: ≈30% (15-55%) der Leukozyten (1500-4000 /µl Kapillarblut). Lymphozyten stehen im Zentrum zellulärer wie humoraler immunologischer Abwehrmechanismen.
 
     Monozyten: 3-8 % der Leukozyten im Blutkreislauf. Monozyten präsentieren Antikörper, können phagozytieren (zahlreiche zytoplasmatische Vesikel) und produzieren Zytokine. Auch beteiligen sie sich an antikörperabhängiger zellulärer Zytotoxizität (ADCC). Nach einigen Tagen in der Blutbahn  wandern sie ins Gewebe aus und werden zu dendritischen Zellen oder Makrophagen.
  
Über den Austritt weißer Blutkörperchen aus Kapillaren in das Gewebe (roll - sniff - stop - exit) s. dort.
 
Die Zahl der Blutkörperchen ist ein Resultat eines Fließgleichgewichts zwischen Abbau und Neubildung. Da sich Leukozyten hauptsächlich außerhalb der Blutbahn aufhalten (Granulozyten zu 95%, Lymphozyten zu 98%), kann eine Umverteilung zwischen intra- und extravasalen bzw. kapillär fixierten Leukozyten ebenfalls Änderungen der Leukozytenzahlen im strömenden Blut bedingen (Verteilungsleukozytose z.B. nach körperlicher Anstrengung).




  Die Untersuchung der Blutplättchen (Thrombozyten) umfasst

  ihre Zählung (Referenzbereich: 150-400 Tausend pro µl) sowie

  Aggregationstests zur Prüfung der Plättchenfunktion.
 
  Thrombozyten im Vollblut
Männer:
16-30 Jahre ≈0,21-0,37 x 106/µl; 31-45 Jahre 0,20-0,36 x 106/µl; 46-60 Jahre 0,19-0,37 x 106/µl; >60 Jahre 0,18-0,36 x 106/µl

Frauen:
16-30 Jahre ≈0,22-0,41 x 106/µl; 31-45 Jahre 0,21-0,38 x 106/µl; 46-60 Jahre 0,20-0,38 x 106/µl; >60 Jahre 0,19-0,37 x 106/µl


Wo befinden sich die weißen Blutkörperchen? Im Gegensatz zu Erythrozyten und Thrombozyten, die sich so gut wie vollzählig in der Blutbahn befinden, halten sich nur 5% der Granulozyten und 2% der Lymphozyten im Blut auf - der Großteil des “Leukozytenpools” befindet sich im Gewebe. Auch unterscheiden sich die Blutkörperchen in ihrer Lebensdauer: Erythrozyten 3 bis 4 Monate; Thrombozyten und Granulozyten 1-2 Wochen; kurzlebige Lymphozyten 5-10 Tage, langlebige vermutlich mehrere Jahre.

Daraus folgt, dass Leukozyten und Thrombozyten viel schneller nachgebildet werden als Erythrozyten. Daher findet man im roten Knochenmark auch vor allem Myelozyten (Vorstufen weißer Blutkörperchen) und wenig Erythroblasten (Vorstufen roter Blutkörperchen).




Zu den funktionellen Auswirkungen herabgesetzter Blutkörperchenzahlen gehören:

  Verringerter Sauerstofftransport bei Anämie

  Abwehrschwäche bei Leukopenie

  Verlangsamte Blutstillung bei Thrombopenie

Abweichungen der Blutkörperchenzahl vom Normbereich:

Zu-, Abnahme der Erythrozytenzahl = Polyglobulie (abnehmende Fließfähigkeit des Blutes), Anämie (verringerte Sauerstofftransportkapazität)

Zu-, Abnahme der Leukozytenzahl = Leukozytose (meist Entzündungszeichen), Leukopenie (Gefahr einer Abwehrschwäche)

Zu-, Abnahme der Thrombozytenzahl = Thrombozytose, Thrombopenie (Gleichgewicht der Blutstillung beeinträchtigt)
 
Blutserum: Wird eine Blutprobe nicht weiter behandelt, kommt es innerhalb von Minuten zur Gerinnung (s. dort). Dabei werden die Gerinnungsfaktoren weitgehend aufgebraucht (Fibrinnetz), und nach Zentrifugation der Probe entsteht (ungerinnbares) Blutserum, das zwar der Zusammensetzung des Blutplasmas in weiten Bereichen gleicht (z.B. Elektrolytkonzentrationen, Hormonwerte...), aber einen etwas geringeren Eiweißgehalt aufweist (wegen der Abscheidung des Gerinnsels, das ja aus Proteinen besteht).

Der labordiagnostische Vorteil von Serumproben besteht darin, dass Messvorgänge nicht durch allfällige Gerinnung der Probe beeinträchtigt werden.

Blutproben können durch
Zusatz von Gerinnungshemmern (Antikoagulantien) ungerinnbar gemacht werden:

   Natriumzitrat bildet mit Kalziumionen Komplexsalze und stoppt so die Gerinnung. Es wird Blutkonserven beigesetzt, ferner findet es in der Gerinnungsdiagnostik Verwendung (sein Effekt wird durch Kalziumzusatz aufgehoben) und ist Standardzusatz bei der Bestimmung der Blutsenkungsgeschwindigkeit

   EDTA (Äthylen-Diamin-Tetra-Azetat) bindet ebenfalls Ca++-Ionen. Man braucht es in der Hämatologie und für die Lipidanalytik (da es auch einen membranstabilisierenden Effekt hat)

   Heparin inaktiviert Thrombin und Faktor X (s. dort) und eignet sich für den Einsatz in der Blutgasanalyse und zur Hämatokritmessung (heparinisierte Abnahmekapillaren). Es wird auch in vivo verwendet, um die Blutgerinnung zu reduzieren (z.B. Hämodialyse).
 
Gewinnung von Blutplasma erfordert den Zusatz von Gerinnungshemmern. Aus einer geronnenen Blutprobe kann man durch Zentrifugieren Blutserum gewinnen, das kein Fibronogen (und kaum andere Gerinnungsfaktoren) mehr enthält.


Eine Reise durch die Physiologie


  Die Informationen in dieser Website basieren auf verschiedenen Quellen: Lehrbüchern, Reviews, Originalarbeiten u.a. Sie sollen zur Auseinandersetzung mit physiologischen Fragen, Problemen und Erkenntnissen anregen. Soferne Referenzbereiche angegeben sind, dienen diese zur Orientierung; die Grenzen sind aus biologischen, messmethodischen und statistischen Gründen nicht absolut. Wissenschaft fragt, vermutet und interpretiert; sie ist offen, dynamisch und evolutiv. Sie strebt nach Erkenntnis, erhebt aber nicht den Anspruch, im Besitz der "Wahrheit" zu sein.