Transport im kardiovaskulären System (Kreislauf, Blut, Lymphe)

Physiologische Einflüsse auf das Resultat von Blutuntersuchungen


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© H. Hinghofer-Szalkay 

Hämatokrit: αιμα = Blut, κρινειν = urteilen
nucleus suprachiasmaticus: nucleus = Kern, supra = über,
χίασμα = Kreuzung (Sehnerv)
orthostatisch:
ὀρθός = (auf)recht, richtig; stare = (aufrecht) stehen
(post)prandial: prandium = Frühstück
zirkadian: circa = um (herum), ungefähr; dies = Tag




Viele Laborwerte sind von physiologischen Faktoren beeinflusst, die Berücksichtigung finden müssen, wenn man Blutpoben für klinische Untersuchungen gewinnt; zum Beispiel
  -- ändern sich Blutvolumen und einige Messwerte (z.B. pH-Wert, Laktatspiegel) mit körperlicher Belastung;
  -- wandert bei aufrechter Körperlage Flüssigkeit aus den Kapillaren ins Gewebe. Das steigert den Hämatokrit und die Plasmaeiweißkonzentration sowie davon abhängige Messwerte (legt sich die Person hin, kehrt sich das Spiel um);
  -- beeinflusst die Aufnahme von Nahrungsstoffen viele Blutwerte, insbesondere gelangen Chylomikronen ins Blut. Die resultierende Trübung behindert die optische Vermessung von Serumproben;
  -- spielt die Uhrzeit eine wichtige Rolle in Bezug z.B. auf Hormone, deren Sekretion von der Tageszeit abhängt;
  -- ist es nicht einerlei, welchen Geschlechts oder Alters die untersuchte Person ist;
  -- gelten bei Schwangeren physiologischerweise z.T. stark veränderte Referenzereiche;
  -- konzentriert lokale Stauung proximal der Abnahmestelle (Staumanschette!) das Blut ähnlich wie bei Orthostase und beeinflusst die Blutgaswerte.

Solche physiologischen Einflüsse können dann - bei deren Unkenntnis - im Labor unphysiologische Ursachen vortäuschen und müssen bei der Probengewinnung entsprechend berücksichtigt werden; wenn Störeinflüsse nicht vermieden werden können, müssen sie ausreichend dokumentiert werden.


Zeitabhängigkeit Nüchtern vs. postprandial Geschlecht und Zyklus Muskelaktivität  Körperlage weitere Faktoren


>Abbildung: Zirkadiane Rhythmen
Nach: The brain, circadian rhythms, and clock genes (Clinical review), BMJ 1998; 317: 1704

Viele physiologische Vorgänge sind von einer "inneren Uhr" ("central clock") im nucleus suprachiasmaticus des hypothalamischen Systems (≈3 cm hinter dem Augapfel gelegen) beeinflusst ("master clock"). Diese steuert auch die Aktivität der Epiphyse (Zirbeldrüse) und ihre Freisetzung von Melatonin. Tagesrhythmen werden neural und endokrin vorgegeben

Rote Fläche
: Schlafphase (hier 23 bis 7 Uhr)


Die Zusammensetzung des Blutes  hängt von zahlreichen physiologischen Begleitumständen ab, die mit Zeit, Stoffwechselzustand, Körperlage, physischer Aktivität, Tageszeit, Alter und Geschlecht zusammenhängen:

Tageszeit:

Zahlreiche Hormon- und Substratkonzentrationen ändern sich mit der Tageszeit. Im 24-Stunden-Rhythmus wechselnde Zustandsgrößen, die auch bei Wegfall äußerer Hinweise auf die Tageszeit wegfallen, folgen einem Rhythmus, der etwa 24 Stunden Phasenlänge hat (circa-dian). Beispiele:


<Abbildung: Zirkadianer Rhythmus des Melatoninspiegels
Nach einer Vorlage bei ib.bioninja.com.au

  Melatoninspiegel - Maximum um 3 Uhr morgens (<Abbildung). Die Bildung des Tryptophanabkömmlings Melatonin in der Zirbeldrüse (Epiphyse) wird durch Lichteinfall auf die Netzhaut gehemmt (s. dort); in Dunkeln steigt die Ausschüttung und damit der Melatoninspiegel im Blut (bei jungen Menschen mehr als 10-fach, bei älteren etwa 3-fach).

Melatonin beteiligt sich an der Auslösung der Tiefschlafphase und regt die Ausschüttung von GH (Somatropin, s. unten) an. Störungen im Melatoninhaushalt (Achtung: Jet-Lag-Pille) können sich negativ auf den Schlafrhythmus auswirken.
Im Winter kann der Melatoninspiegel auch tagsüber erhöht bleiben, was Schlafstörungen und "Winterdepression" zur Folge haben kann. Lichttherapie hilft: Weißes Licht, das dem Spektrum des Sonnenlichts entspricht, morgens (unmittelbar nach dem Aufwachen) angewandt, hemmt die Melatoninsekretion und hellt die Stimmungslage auf.

  ACTH- und Kortisolspiegel am höchsten morgens, tiefste Werte nachts; die Werte unterscheiden sich um das Mehrfache

  GHRH- und GH-Werte am höchsten (höchste pulsatile Frequenz) in der Nacht (und bei starker körperlicher Belastung)

 
>Abbildung: Zirkadianer Verlauf des TSH-Spiegels im Blut einer Gruppe 33 gesunder Personen

Nach Russell W, Harrison RF, Smith N, Darzy K, Shalet S, Weetman AP, Ross RJ. Free triiodothyronine has a distinct circadian rhythm that is delayed but parallels thyrotropin levels. J Clin Endocrinol Metab 2008; 93: 2300-6

  Pulsatile Freisetzung von TRH / TSH abends ansteigend, am höchsten in den frühen Morgenstunden (>Abbildung).
  
Nahrungsaufnahme:

Werte wie der Blutzuckerspiegel und gekoppelte Hormonausschüttung (Insulin etc) sind nach Nahrungsaufnahme verändert ( s. dort). Nüchtern liegt der normale Blutzuckerwert bei 70–100 mg/dl (3,9–5,5 mM), nach einer kohlenhydratreichen Mahlzeit (postprandial ) kann er sich physiologischerweise fast verdoppeln (bis ≈160 mg/dl oder ≈9 mM), um dann über mehrere Stunden wieder in den Nüchtern-Referenzbereich zurückzukehren.

Viele Bestimmungen im Serum erfolgen optisch, Chylomikronen trüben das Serum und stören die Photometrie. Daher ist meist Nüchtern-Serum für Laborbestimmungen erforderlich.

Geschlecht:

Viele Referenzbereiche sind geschlechtsabhängig: Rotes Blutbild, Geschlechtshormonwerte (diese folgen bestimmten Profilen, die auch vom Alter - juvenil, adult, prä-, postmenopausal - abhängen), Körperzusammensetzung etc.

Menstruationszyklus: Zyklusabhängige Größen müssen mit Rücksicht auf die jeweilige Zyklusphase bewertet werden ( s. dort).


<Abbildung: Zeitverlauf der Laktatkonzentration im Blutplasma nach maximaler körperlicher Belastung (Beispiel)
Nach: Goodwin ML et al, Blood lactate measurement and analysis during exercise: a guide for clinicians. J Diabetes Sci Technol 2007; 1: 558-69

Maximale Muskelanstrengung (roter Balken) für etwa eine Minute. Laktat im Blut (Ruhe-Referenzwert ≤2,2 mM/l) steigt mehrere Minuten an, bis es innerhalb von 10 Minuten das ≈10-fache des Normwertes erreicht; danach sinkt es kontinuierlich, nach ≈2 Stunden körperlicher Ruhe sind normale Ruhewerte wieder erreicht

Muskelaktivität: Körperliche Belastung führt u.a. zu

      Veränderungen von Blutgaswerten, insbesondere bei Überschreiten der "Laktatschwelle" (anaeroben Schwelle): Anstieg des Laktatspiegels (<Abbildung) - Ruhewert 0,5-2,2 mM/l

     Hämokonzentration (erhöhte Plasmaeiweiß- und Hämatokritwerte)

     Hyperthermie

     Veränderungen im Zytokinmuster

     Mobilisierung von Leukozyten, die nur lose an die Endothelien in der Mikrozirkulation (Kapillaren) angeheftet sind (Verteilungsleukozytose, Pseudoneutrophilie).

Am Beispiel des Laktatspiegels sieht man, dass diese Änderungen einen spezifischen Zeitverlauf aufweisen. Wird eine Blutprobe nach körperlicher Anstrengung (z.B. Stiegen steigen) gewonnen, sind veränderte Laborwerte zu erwarten - u.U. über mehrere Stunden nach der Belastung.


>Abbildung: Zeitverlauf und Ausmaß der Änderung von Blutwerten nach passivem Aufrichten des Körpers (head up tilt)
Nach: Hinghofer-Szalkay H, Tilt table and related studies. In: ESA SP-180, pp. 81-102 (1982)

Strichliert: Verlauf bei kreislauflabilen Probanden (F = fainter: to faint = ohnmächtig werden)

Körperlage: Die orthostatische Regulation (Barorezeptor-Reflexe) beim Aufrichten des Körpers führt nicht nur zu hämodynamischen Veränderungen (Steigerung der Herzfrequenz, Erniedrigung des Herzminutenvolumens), sondern auch zu Veränderungen zahlreicher Blut-Laborwerte:

Im Sitzen oder Stehen wird Flüssigkeit aus der Mikrozirkulation der kaudalen Körperpartien ins Gewebe verlagert (kapilläre Filtration), das Blutvolumen sinkt (Hämokonzentration), der Hämatokrit und die Plasmaeiweißkonzentration nehmen insgesamt zu, und damit alle abhängigen Messwerte, wie z.B. Hämoglobinkonzentration und kolloidosmotischer Druck. Hormonwerte steigen als Ausdruck von Regulationsvorgängen (Stabilisierung des Blutdrucks) an (>Abbildung).
Auch hier zeigt sich, wie alltägliche Einflüsse Laborwerte im Blut physiologischerweise verändern können.

Bei lokaler Stauung (Staubinde für Blutabnahme!) z.B. am Arm kommt es im betroffenen Gebiet zu kapillärer Filtration und lokaler Hämokonzentration, die Werte für Plasmaproteinkonzentration (und damit verbundenen Werten gebundener Stoffe wie z.B. Lipoproteinen) und Hämatokrit / Hämoglobinkonzentration steigen an (um bis zu 10-20%, je nach Ausmaß und Dauer der Stauung). Nimmt man Blut aus einer betroffenen Vene ab, sind die Laborwerte entsprechend verfälscht.

Alter der untersuchten Person:  s. dort.

  Davon abgesehen sind sämtliche relevanten Bedingungen bei Abnahme zu berücksichtigen bzw. zu dokumentieren, wie

  Art des Blutes

  arteriell? Arterielles Blut ist sauerstoffgesättigt, die Punktion technisch schwieriger

  venös? Venöses Blut je nach Drainagegebiet unterschiedlich zusammengesetzt

  Kapillarblut? Arterielles Blut, das durch Einstich in Ohrläppchen, Fingerbeere oder Ferse gewonnen und in Kapillarröhrchen eingebracht wird (Nachteil: geringe Probenmenge)
 
     Über Unterschiede zwischen arteriellen und venösen Blutproben s. auch dort


<Abbildung: Entnahme einer Kapillarblutprobe aus der Fingerbeere

Das Blut rinnt aufgrund der Kapillarwirkung in das Entnahmeröhrchen. Zuvor wurde der Finger mit einer Stechhilfe (Lanzette, Softclix® o.ä.) angestochen

  Lagerung - Fehlerquellen sind z.B.

   *  Blutsenkung: In ruhenden Probengefäßen kommt es infolge der Schwerkraft zu einer Entmischung des Blutes, Erythrozyten sedimentieren nach unten, Blutplasma sammelt sich oben an - dieser Vorgang ist z.T. irreversibel

   *  Hämolyse: Bei grober Behandlung des Blutes können Erythrozyten aufgelöst werden, Hämoglobin tritt in das Blutplasma über - dadurch werden die meisten photometrischen Messverfahren (Serumproben) verfälscht

  Transport und Aufbewahrung einer Probe (Temperatur? Antikoagulation? Enzymhemmung?)

Schließlich können bei der Messung selbst (also im Labor) Fehler auftreten, es kann auch zu Verwechslung von Bioproben kommen. Außerdem ist jede Messung mit einer gewissen Unsicherheit behaftet (Reliabilität: Frage der Absolutgenauigkeit und Präzision). Die Angebrachtheit einer Methode für einen bestimmten Zweck kann ebenfalls fraglich sein (Validität).
 
  Klinisch relevante Laborwerte



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.