Blut#
Fig. 54 © Crystal (Crystl) from Bloomington, USA (http://www.flickr.com/people/crystalflickr/) ℓ CC-BY#
Allgemeines#
Blut ist einer der drei Kernbestandteile des Kreislaufs. Die zellulären Bestandteile — trotz der unterschiedlichen Aufgaben — entstammen im Erwachsenenalter alle dem Knochenmark. (fetal blutbildende Organe auch Milz, Leber)
Blut ist das wichtigste Medium unseres Körpers. Es dient als Transportsystem für Atemgase (O₂, CO₂), für Nährstoffe und Vitamine die über den Verdauungstrakt aufgenommen werden, für Stoffwechselzwischen- und Endprodukte, für Hormone die aus den verschiedensten Drüsen des Körpers kommen und für Wärme.
Ein Erwachsener hat zwischen 4 und 6 Liter Blut.
Das Blut besteht aus folgenden Untereinheiten:
Plasma: Das Plasma des menschlichen Körpers enthält pro Liter 900-910g Wasser, 65-80 g Eiweiß (Albumin, α₁-, α₂-, ß-, γ-Globuline) und 20 kleinmolekulare Substanzen. Außerdem findet man Fette, Kohlenhydrate und Aminosäuren.
Erythrozyten (rote Blutkörperchen): dienen dem Atemgastransport
Leukozyten (weiße Blutkörperchen): dienen der spezifischen und unspezifischen Immunabwehr. Von der Leukozyten im menschlichen Blut sind 63 % Granulozyten (60 % Neutrophile, 3 % Eosinophile, 1 % Basophile), 7 % Monozyten bzw. Makrophagen und 30 % Lymphozyten (23 % T-Zellen, 5 % B-Zellen, 2 % Null-Zellen).
Thrombozyten (Blutplättchen): dienen der Blutstillung
Man kann jedoch, basierend auf den Bildungsort der Blutzellen, drei Phasen während der Entwicklung feststellen:
Megaloblastische Periode: 2 Wochen nach der Befruchtung, Bildung der Blutzellen im exraembryonalen Mesoderm, der Dottersackwand und dem embryonalen Bauchstiel.
Hepatolienale Periode: ab der 6. bis 7. Embryonalwoche, Bildung der Blutzellen in Leber, Milz und Lymphknoten.
Medulläre Periode: ab dem 5. Fetalmonat, Bildung der Blutzellen im Knochenmark.
Zwei Begriffe müssen zum besseren Verständnis von Antigen-Antikörper-Reaktionen zunächst noch erläutert werden:
Antigen: Definitionsgemäß sind Antigene Stoffe, die in einem fremden Organismus eine Immunreaktion auslösen können. Sie führen unter anderem zur Bildung von Antikörpern, die spezifisch gegen Strukturen dieser Moleküle gerichtet sind und mit diesen reagieren können.
Antikörper: Antikörper (Immunglobuline, Ig) sind Proteine, die von Plasmazellen produziert und sezerniert werden. Sie sind gegen Bestandteile eines Antigens gerichtet und besitzen die Fähigkeit an dieses zu binden.
Zusammensetzung#
Die gesamte Blutmenge des menschlichen Körpers wird mit 7 - 8 % des gesamten Körpergewichts beziffert. Damit beträgt das gesamte Blutvolumen eines Durchschnitts-Menschen mit 70 kg ungefähr 5-6 l. Ungefähr 80 % befinden sich davon im Körperkreislauf, 20 % im Lungenkreislauf. Das Blut kann man in zelluläre und flüssige Bestandteile unterteilen.
Das Blut hat vielfältige Aufgaben:
Gastransport: Das Blut transportiert Sauerstoff zu den Zellen und Kohlendioxid von den Zellen weg (Sauerstofftransport).
Stofftransport: Weiters transportiert das Blut die über den Darm aufgenommenen oder im Körper gespeicherten Nährstoffe zu den entsprechenden Verbrauchern (Zellen) oder Weiterverarbeitungsstellen und sorgt für den Abtransport von Abfallprodukten aus den Zellen zu Leber und Niere. Außerdem werden über das Blut Signal- bzw. Botenstoffe (Hormone) transportiert.
Immunsystem: Das Blut spielt eine wichtige Rolle im Rahmen des Immun(abwehr)systems: Weiße Blutkörperchen und bestimmte, im Blut gelöste, Stoffe sind ein wichtiger Bestandteil des Immunsystems (Immunsystem). Durch das Blut gelangen die weißen Blutkörperchen und die gelösten Stoffe an den Ort von Infektionen.
Regulation der Körpertemperatur gemeinsam mit den Blutgefäßen: Bei Kälte werden die Blutgefäße in den Extremitäten enger gestellt — weniger Wärme geht nach außen verloren, das Blut und dementsprechend die Wärme wird “zentralisiert”. Andersrum funktioniert es bei großer Hitze: Über eine Weitstellung der Gefäße versucht der Körper soviel Hitze wie möglich loszuwerden.
Säure-Basen-Haushalt: Mittels eines Puffersystems (bikarbonatpuffer) hilft das Blut bei der Aufrechterhaltung eines ausgeglichenen pH-Werts im Körper.
Blutgerinnung (Blutplättchen, Gerinnungsfaktoren des Blutplasma)
Zelluläre Bestandteile#
Die Blutbildung wird durch Erythropoetin (aus der Niere) gesteuert. Junge Erythrozyten (Retikulozyten) beispielsweise betragen ca. 1 % der Gesamtzahl an Erythrozyten.
Es gibt folgende Blutzellen:
Erythrozyten (rote Blutkörperchen): besitzen keinen Zellkern, Lebensdauer ca. 120 Tage (160 Mio/min gebildet), Abbau in Milz und Leber (Abbauprodukt = Bilirubin = Gallenfarbstoff), Hämoglobin ist der Hauptbestandteil (Mann 160 g/l, Frau 140 g/l), bindet Sauerstoff reversibel, Mann 5,3 Mio / µl, Frau 4,6 Mio / µl. Sie tragen die Blutgruppenmerkmale (z. B. A, B bzw. 0) und die Rhesusfaktoren.
Leukozyten (weiße Blutkörperchen): 4000—8000 / µl, Wirken außerhalb des Blutgefäßsystems, Blut nur als Transportmedium.
Granulozyten: unspezifische Immunabwehr
neutrophile Granulozyten: ersten am Entzündungsort, beinhalten lysosomatische Enzyme, 60—70 %
eosinophile Granulozyten: bei allergischen Reaktionen, beinhalten v.a. Histamine, 2—3 %
basophile Granulozyten: hauptsächlich bei Parasiten, beinhalten Histamine und Heparin, 0,5—1 %
Lymphozyten: spezifische Immunabwehr, 20—30 %
T-Lymphozyten
B-Lymphozyten
T-Helferzellen
Monozyten und Makrophagen: unspezifische und spezifische Immunabwehr, 4-5 %
Thrombozyten (Blutplättchen): Lebensdauer ca. 5 bis 10 Tage
Fig. 55 Erythrozyt (rot), Thrombozyt (gelb) und Leukozyt (blau) im Rasterelektronenmikroskop (eingefärbt)#
© US National Cancer Institute ℓ PD
Der Hämatokrit spiegelt den prozentualen Anteil der Blutzellen am Gesamtblutvolumen wider (ca. 45 %, Mann 47 %, Frau 43 %).
Flüssige Bestandteile: Blutplasma#
Die flüssigen Bestandteile des Blutes, das Plasma besteht zum größten Teil (ca. 90 %) aus Wasser. Der restliche Anteil (ca. 10 %) besteht aus gelösten Stoffen wie z. B. Proteine, Enzyme, Hormone, Elektrolyte, Glukose und Fette, konkret:
Proteine 70 %:
Albumine: Zuständig für den Transport von Ca⁺⁺-Ionen, Fettsäuren, Bilirubin, Gallensäuren, Hormonen und Vitaminen. Die Höhe der Albumine bestimmt maßgeblich den kolloidosmotischen Druck im Blut.
a1-, a2-, b-Globuline: Transport von freiem Hämoglobin, Eisen, Vitamin B₁₂, Nebennierenrinden-Hormonen, Chylomikronen, Chylomikronenreste (VLDL, LDL, HDL)
g-Globuline: Immunglobuline = Antikörper des Immunsystems, gebildet von Plasmazellen.
Immunglobulin A (IgA): Abwehrvorgänge an Schleimhäuten
Immunglobulin D (IgD): Oberflächenrezeptor für B-Lymphozyten
Immunglobulin E (IgE): v.a. allergische Reaktionen, parasitäre Infektionen
Immunglobulin → (IgG): wichtigsten Antikörper, 75 % der Immunglobuline
Immunglobulin M (IgM): bei Antigenkontakt
niedermolekulare Stoffe (z.B. Nahrungsstoffe, Stoffwechselprodukte, Vitamine, Spurenelemente, Hormone, Zellstoffwechselprodukte, Ausscheidungsprodukte, Enzyme, Fette) 20 %
Elektrolyte 10 %: Gesamt-Osmotischer Druck im Plasma ca. 290 mosmol / L
Die Osmolarität bezeichnet Konzentration aller osmotisch wirksamen Teilchen pro Volumseinheit (vgl. Osmose und Diffusion). Normalerweise sollte die Osmolarität intrazellulär gleich sein wie extrazellulär (isoton). Infusionslösungen sollten ebenfals isoton sein, d. h. die gleiche Osmolarität besitzen wie das Plasma. Wenn man hypertone Lösungen einsetzt (höherer osmotischer Druck), wird Wasser den Zellen entzogen, es kommt zu einer Zellschrumpfung. Wenn man hypotone Lösungen einsetzt (niedriger Osmotischer Druck), wird Wasser in die Zellen aufgenommen, es kommt zum Platzen von Zellen.
Die wesentliche Aufgabe des Plasmas ist der Transport von Nährstoffen an ihren Zielort im Körper. Es enthält weiters die Bestandteile für die plasmatische Blutgerinnung und das Immunsystem (Antikörper, Immunglobuline). Durch die Elektrolyte ist es am Wasserhaushalt beteiligt und sorgt mit Puffersubstanzen für einen ausgeglichenen pH-Wert im menschlichen Körper. Schlußendlich sorgt es auch für die Wärmeverteilung im Körper.
Blutstillung, Blutgerinnung#
Siehe Gerinnung-Physiologie
Sauerstofftransport#
Durch das Kreislaufsystem wird sauerstoff- und nährstoffreiches Blut gepumpt. Es nimmt Sauerstoff in der Lunge auf, bringt ihn zu den Zellen und nimmt auf dem Rückweg das abzuatmende Kohlendioxid auf, welches zur Lunge transportiert wird. Ausschlaggebend für die Sauerstoffversorgung ist der Sauerstoffgehalt des Blutes. Dieser wird wesentlich durch den Gasaustausch, aber auch durch die Aufnahmekapazität des Blutes bestimmt.
Fig. 56 Strukturformel von Hämoglobin#
Sauerstoff wird im Blut überwiegend im gebundenen Zustand transportiert, nur ein sehr geringer Teil ist physikalisch gelöst. Gebunden wird der Sauerstoff dabei an den eisenhaltigen Blutfarbstoff Hämoglobin in den Erythrozyten. Je nach Bindungszustand mit Sauerstoff unterscheidet man sauerstoffreiches und hellrotes Oxyhämoglobin und sauerstoffarmes, dunkelrotes, Desoxyhämoglobin. Hämoglobin besteht aus einem (zweiwertigen) eisenhaltigen Ring (Fe²⁺), dem sauerstoffbindenden Häm und dem Globin als Proteinanteil. Dyshämoglobine sind veränderte Hämoglobine, bei denen die Bindungsstelle für Sauerstoff am zentralen Eisenatom blockiert ist und die damit nicht oxygenierbar sind. Beim Methämoglobin (MetHb) ist beispielsweise das Eisenion zu dreiwertigem Eisen oxidiert, entsteht das Methämoglobin. Geht das Hämoglobin eine Bindung mit Kohlenmonoxid anstatt von Sauerstoff ein (Kohlenmonoxid hat eine höhere Bindungsaffinität als Sauerstoff zum Hämoglobin), kommt es zur Bildung von Carboxyhämoglobin, welches klassischerweise zu einer hellroten Färbung führt.
Neben den Dyshämoglobinen können auch strukturelle oder quantitative Veränderungen des Hämoglobin Krankheitswert haben:
Thalassämien: Quantitative Störung der Hämoglobinketten-Synthese (verminderte oder fehlende Produktion).
Strukturveränderungen des Hämoglobins (Hämoglobinopathien im engeren Sinn): Qualitative Störung durch Punktmutationen → veränderte Hämoglobinstruktur, Z. B. Sichelzellanämie
Wieviel Sauerstoff das Blut aufnehmen kann, hängt vor allem von der Anzahl der roten Blutkörperchen (Erythrozyten) bzw. der Konzentration des Hämoglobins ab. Im arteriellen Blut sind pro Liter ca 0,2 L Sauerstoff enthalten. Im Normalfall werden davon nur ca. 25 % vom Körper aufgenommen, der Rest gelangt ungenutzt in das venöse System zurück.
Advanced
Die Sauerstoffbindungskapazität wird bestimmt durch die Hämoglobinkonzentration und der Affinität des Sauerstoffs mit dem Hämoglobin eine Bindung einzugehen.
Unter optimalen Bedingungen von 1 g Hämoglobin 1,34 mL Sauerstoff gebunden werden. Dieser Faktor von 1,34 wird auch als Hüfner-Zahl bezeichnet. Es ist jedoch wichtig zu wissen dass u. a. der pH-Wert die Sauerstoffbindungsaffinität maßgeblich verändert: Bei einer Azidose nimmt die Affinität ab (Sauerstoff wird schlechter aufgenommen, aber im Gewebe leichter abgegeben), bei einer Alkalose nimmt die Affinität zu (Sauerstoff wird leichter aufgenommen, aber im Gewebe schlechter abgegeben). Man kann diese Dynamik auf in einer Grafik auf einer Kurve, der Sauerstoffbindungskurve, darstellen.
Das gesamte Sauerstoffangebot wird weiters neben der Bindekapazität auch von der Sauerstoffsättigung, vom Herzauswurf (Cardiac Output, CO) und der Herzfrequenz bestimmt.
Blutgruppenmerkmale#
Die Erythrozyten weisen eine große Anzahl an Membranbestandteilen auf (Blutgruppenantigene). Beim Menschen sind mehr als 100 solcher Antigene bekannt, jedoch hat vor allem das AB0- und das Rhesussystem klinische Bedeutung.
Innerhalb des AB0-System werden 4 Gruppen unterschieden:
Erythrozyten mit dem Antigen A (Blutgruppe A): 44 %
Erythrozyten mit dem Antigen B (Blutgruppe B): 10 %
Erythrozyten mit dem Antigen A und dem Antigen B (Blutgruppe AB): 4 %
Erythrozyten mit keinem der beiden Antigene (Blutgruppe 0): 42 %
Lebensbedrohliche Reaktion bei Bluttransfusion von falscher Blutgruppe (hämolytische Reaktion).
Beim Rhesussystem bestehen nur zwei Gruppen - positiv oder negativ. In Mitteleuropa sind 85 % Rhesus positiv und 15 % Rhesus-negativ.
Lebensbedrohliche Reaktion bei Bluttransfusion von Rh-positivem-Blut an einen Rh-negativen-Patienten (Hämagglutination) bzw. ab der zweiten Schwangerschaft einer Rh-negativen Mutter mit einem Rh-positivem Kind (Hämolyse).
Blutprodukte#
Zu medizinischen Zwecken können Blutbestandteile durch Blutprodukte ersetzt werden. Die wichtigsten Produkte sind:
Erythrozytenkonzentrate (“Ery-Konzentrate”, “Blutkonserven”) sind Blutprodukte, welche (fast) ausschließlich Erythrozyten enthalten und werden bei schwerwiegenden Anämien, z. B. bei starken Blutungen, eingesetzt.
Thrombozytenkonzentrate sind Blutprodukte, welche fast ausschließlich Thrombozyten beinhalten.
Manche Menschen bilden Antikörper gegen bestimmte Fremdblutbestandteile, sodass sie spezielle, taugliche, Blutprodukte benötigen. Die Organisation von derartigen Produkten kann aufwendig und zeitkritisch sein, da u.U. die benötigten Einheiten nur in speziellen Zentren im geringen Umfang vorrätig sind.
Immunsystem#
Das Immunsystem (Abwehrsystem) schützt den Körper vor Infektionskrankheiten und ist eine Vitalfunktion 2. Ordnung. Eine besonders bedeutende Rolle spielen die Leukozyten (Weiße Blutkörperchen, Zelluläre Bestandteile). Sie ermöglichen das Abtötung und den Abbau von Krankheitserregern im Körper. Bestimmte Arten von Leukozyten können Antikörper (Immunglobuline) produzieren, das sind Proteine, welche an die Oberfläche von anderen Stoffen (z. B. Bakterien) binden können und damit die Erkennung und Abwehr eben dieser Stoffe unterstützen. Antikörper kommen außerdem bei Schutzimpfungen zum Einsatz. Weitere, im Blut gelöste Stoffe[1], ergänzen die Funktion der Antikörper. Fieber kann die Immunabwehr unterstützen.
Das Blut stellt ein Transportvehikel für das Immunsystem dar, jedoch können speziell Immunzellen vom Blut in das Gewebe wechseln und dort aktiv werden. Der Schauplatz einer Immunreaktion befindet sich somit zumeist außerhalb des Blutes.
Das Immunsystem besteht aus den Abwehrzellen (Leukozyten), löslichen Proteinen (Antikörper usw.) und lymphatischen Organen. Man kann eine spezifische und eine unspezifische Immunabwehr unterscheiden.
unspezifische Immunabwehr: angeboren, erste Abwehrmaßnahmen
zelluläre Bestandteile: neutrophile Granulozyten, Monozyten, Makrophagen, natürliche Killer-Zellen (NK-Zellen, unspezifische Zellzerstörung)
humorale Bestandteile: Zytokine, Komplementsystem, Lysozym
typische Entzündungszeichen: Rötung, Schwellung, Erwärmung, Schmerz, Funktionseinschränkung
Eiter: Zelltrümmer, tote Bakterien, abgestorbene Granulozyten
NK-Zellen: unspezifische Abwehr von Krankheitserregern und Tumorzellen
Komplementsystem: dient der Zerstörung von Bakterien.
spezifische Immunabwehr: erworben, Antikörper
zelluläre Bestandteile: T-Helferzellen, T-Suppressorzellen, zytotoxische T-Zellen (spezifische Zellzerstörung), B-Lymphozyten, Gedächtniszellen
humorale Bestandteile (Antikörper):
IgA: v.a. in Schleimhäuten.
IgD: in der B-Zelloberfläche verankert, in geringen Mengen frei in Blut und Lymphe.
IgE: in der Zellmembran von Mastzellen verankert, Allergie!
IgG: im Blut, plazentagängig, zuständig für die Sekundärantwort.
IgM: in der B-Zelloberfläche verankert, zuständig für die Primäranwort.
MHC-Klasse I: Rezeptor auf allen Körperzellen
MHC-Klasse II: Rezeptor nur auf spezifischen antigenpräsentierenden Zellen
T-Supressorzellen beenden die Immunantwort
Lymphatische Organe#
Bei den lymphatischen Organen kann man zwei Gruppen unterscheiden:
primäre lymphatische Organe: dienen der Bildung, Entwicklung und Reifung von Immunzellen - Thymus (T-Lymphozyten), Knochenmark (B-Lymphozyten)
sekundäre lymphatische Organe: Immunzellen wandern ein - Milz, Lymphknoten, lymphatisches Gewebe der Schleimhäute (z.B. Peyer-Plaques des Ileum, Tonsillen)
Die Lymphozyten befinden sich zu 98 % in den lymphatischen Organen und im Bindegewebe. nur zu 2 % sind sie im Blut zu finden.
Der Thymus ist hauptsächlich zuständig für die T-Lymphozyten-Prägung während der Embryonalzeit zuständig. Hier lernen die Lymphozyten zwischen körpereigen und körperfremd zu unterscheiden. Thymopoetin fördert die differenzierung der verschiedenen T-Lymphozyten, die zur Prägung, Reifung und Differenzierung dann in sekundär lymphatische Organe auswandern. Die Reifung der B-Lymphozyten findet im Knochenmark statt.
Die Milz#
Die Milz (Lien, Splen) ist ca. 12 cm groß, oval geformt und und liegt im linken Oberbauch, verdeckt von den Rippen. Sie ist nicht an der Verdauung beteiligt.
Sie ist verantwortlich für den Abbau von zu alten Erythrozyten (sog. Blutmauser), weiters erfüllt sie zahlreiche Aufgaben im Rahmen der Infektabwehr. Bis zum sechsten Lebensjahr ist sie außerdem an der Blutbildung beteiligt.
Sie ist ca. faustgroß, 150 bis 200 g schwer und hat die Form einer Kaffeebohne. Sie liegt unter dem Zwerchfell und Rippenbogen im linken Oberbauch. In ihrem Querschnitt kann man eine rote (80 %) von einer weißen Pulpa unterscheiden. Ihre Vene mündet in die Pfortader. Damit sie ihre Aufgaben erfüllen kann, ist sie sehr gut durchblutet! Das Milzparenchym ist von einer festen Bindegewebskapsel umhüllt und durch Septen unterteilt.