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Blut und Blutzellen

Abstract

Das Blut verbindet alle Organe des Körpers miteinander und ermöglicht den Austausch von Nährstoffen und Hormonen. Die Funktionen des Blutes werden einerseits von den im Plasma gelösten Proteinen (Plasmaeiweiße), als auch von speziellen Blutzellen (Erythro-, Thrombo- und Leukozyten) vermittelt. Die Zellen des Blutes entstehen im Knochenmark im Rahmen der Blutbildung (Hämatopoese). Die Plasmaproteine werden größtenteils in der Leber synthetisiert und können anhand ihrer chemischen Eigenschaften in fünf Fraktionen gegliedert werden.

Aufgaben und Zusammensetzung des Blutes

Über das Blut sind alle Organe des Körpers miteinander im Austausch. Es besteht aus Wasser mit vielen darin gelösten Proteinen (= Plasma) sowie den Blutzellen, von denen es drei Hauptarten gibt. Das Blut macht 6–8% des Körpergewichts aus, so dass beispielsweise ein 70 kg schwerer Mensch ungefähr fünf Liter Blut hat.

Die Aufgaben des Blutes

Die Zusammensetzung des Blutes

Plasmavolumen: 55%

Das Plasma ist der flüssige, zellfreie Anteil des Bluts, den man nach seiner Zentrifugation erhält: Die Zellen sinken an den Boden des Blutröhrchens und der klar-gelbe Überstand entspricht dem Plasma.

Zellvolumen: 45%

Plasma erhält man durch Zentrifugation ungeronnenen Bluts, es enthält alle Proteine des Bluts! Serum erhält man nach Zentrifugation geronnenen Bluts, es enthält kein Fibrinogen und keine Gerinnungsfaktoren mehr! Plasma hat somit einen höheren Proteingehalt als Serum!

Das Volumen von Blutplasma und Blutzellen

Plasmavolumen Hämatokrit Gesamtblutvolumen
Definition Volumen der zellfreien Blutflüssigkeit Anteil des Volumens der Erythrozyten am gesamten Blutvolumen Summe aus Plasma- und Zellvolumen
Normwert Ca. 42 mL/kgKG

Ca. 0,45 = 45%

  • : 0,33–0,43
  • : 0,39–0,49
60–80 mL/kgKG
Klinische Bedeutung Bestimmung wichtig bei Plasmaersatzverfahren (z.B. Plasmapherese) Bestimmung wichtig bei Diagnose von Blutarmut (Anämie)
  • Wird in Routinediagnostik nur selten bestimmt
  • Funktionell bedeutsam für Kreislauffunktion (Herzzeit- und Schlagvolumen)
Bestimmungsmethode
  • Indikatormethode
    • Berechnung der Verteilung des Indikators mittels bekannter Werte für applizierte Menge und Konzentration des Indikators: Verteilungsvolumen (V) = Indikatormengeappliziert / IndikatorkonzentrationPlasma
Coulter-Prinzip in elektronischen Zählautomaten Berechnung mit Hilfe vom Plasmavolumen und Hämatokrit
Formel

Durch Anwendung der Indikatormethode sind gegeben:

  • Vi = Volumen der Indikatorlösung
  • ci = Konzentration des Indikators in der Indikatorlösung
  • cp = Konzentration des Indikators im Blutplasma

Gesucht ist: Vp = Plasmavolumen

  • Vi x ci = Vp x cp
  • Vp = (Vi x ci) / cp

Durch Analyse im elektronischen Zählgerät sind gegeben:

Gesucht ist: Hämatokrit (Hkt)

  • Hkt = MCV x Erythrozytenzahl [Zellen pro μL]

Gegeben sind:

Gesucht ist: Gesamtblutvolumen (VG)

  • VG = (Vp x 100) / (100 − Hkt [in %])

Blutreinigung
Unter Blutreinigung (= Plasmapherese) versteht man ein medizinisches Verfahren, bei dem der betroffenen Person über einen Venenkatheter über einen Zeitraum von bis zu vier Stunden mittels einer Pumpe fortlaufend Blut entnommen wird, das dann außerhalb des Körpers in das Plasma und die Zellbestandteile aufgetrennt wird. Aus dem Plasma können nun krankmachende Bestandteile (z.B. Auto-Antikörper) entfernt werden (therapeutische Apherese). Zeitgleich gelangt das bereits „gereinigte“ Plasma zusammen mit den Blutzellen sowie Albumin-und Infusionslösungen (zum Ausgleich der Volumenverluste) über einen zweiten Venenkatheter wieder zurück in den Blutkreislauf des Patienten.

Plasmaproteine

Bis heute wurden etwa 1.000 verschiedene Plasmaproteine analysiert, die anhand ihrer elektrophoretischen Auftrennung in fünf Fraktionen aufgeteilt werden und im Blut zahlreiche Aufgaben übernehmen. So puffern Plasmaproteine den pH-Wert, transportieren wasserunlösliche Stoffe und sind wesentlicher Bestandteil der Blutgerinnung sowie der Fibrinolyse. In diesem Abschnitt werden die verschiedenen Fraktionen von Plasmaproteinen mit ihren allgemeinen und spezifischen Funktionen vorgestellt.

Allgemeines zu den Plasmaproteinen

  • Definition: Gruppe wasserlöslicher Proteine, die im Plasma zirkulieren und im Blut besondere Funktionen wahrnehmen
  • Einteilung
    • Insgesamt etwa 1.000 verschiedene identifizierte Plasmaproteine
    • Eingeteilt in fünf Plasmaproteinfraktionen
  • Konzentration: 60–80 g/L Plasma
  • Biochemische Eigenschaften
    • Wasserlöslich/hydrophil
    • Ca. 40% haben eine globuläre Struktur
  • Synthese
  • Allgemeine Funktionen

Onkotischer Druck (= Kolloidosmotischer Druck = KOD)

Die fünf Plasmaproteinfraktionen

Um die Plasmaproteine näher unterscheiden und untersuchen zu können, werden sie mit Hilfe der Serumelektrophorese aufgetrennt . Dabei wird Blutplasma auf ein Trägermaterial (Agarose-Gel oder Celluloseacetat-Folie) aufgetragen und anschließend eine elektrische Spannung an das Gel angelegt. Die Plasmaproteine wandern nun je nach eigener Ladung und Größe durch das Trägermaterial und werden auf diese Weise in fünf charakteristische Gruppen aufgetrennt. In den folgenden Tabellen werden die wichtigsten Vertreter der Fraktionen vorgestellt. Für krankhafte Veränderungen der Plasmaproteinfraktionen siehe: Serumelektrophorese.

Fraktion Anteil und Plasma-Konzentration Vertreter Aufgaben

Albumin

  • 60% des Gesamtproteins
  • Plasma-Konzentration ca. 40 g/L

Albumin

α1-Globuline
  • 4% des Gesamtproteins
  • Plasma-Konzentration ca. 3 g/L

α1-Antitrypsin

α1-Lipoprotein (=HDL)

Thyroxin-bindendes Globulin (=TBG)

  • Transport von Thyroxin (=T4) und Trijodthyronin (=T3)

Prothrombin

Transcortin

α2-Globuline
  • 8% des Gesamtproteins
  • Plasma-Konzentration ca. 6 g/L
α2-Makroglobulin
  • Hemmung vieler Proteasen

Antithrombin
Cholinesterase
  • Abbau von Cholinestern

Coeruloplasmin
  • Transport von Cu2+-Ionen

Haptoglobin
Plasminogen
  • Vorstufe der Protease Plasmin
β-Globuline
  • 12% des Gesamtproteins
  • Plasma-Konzentration ca. 10 g/L
β-Lipoprotein (=LDL)

C3- und C4-Komplement

Fibrinogen

Hämopexin

  • Bindung/Transport von Häm-Molekülen

Transferrin

  • Transport von Fe3+-Ionen
γ-Globuline
  • 16% des Gesamtproteins
  • Plasma-Konzentration ca. 13 g/L

Immunglobuline

Albumin bildet als häufigstes Plasmaprotein mit ca. 60% Anteil an der Gesamtproteinkonzentration die größte Fraktion. Die Größe der anderen Fraktionen merkt man sich einfach mit Hilfe der sog. 4er-Regel. α1 startet mit 4%, der Anteil der darauf folgenden Fraktionen steigert sich in 4%-Schritten: 8% (α2), 12% (β) und 16% (γ).

Hungerödeme
In jenen Entwicklungsländern, in denen Teile der Bevölkerung unter Mangelernährung leiden, sieht man oft Kinder mit auffällig aufgeblähten Bäuchen (oder medizinischer: Abdomen). Dieses auf den ersten Blick paradox wirkende Phänomen bezeichnet man als „Hungerbauch“. Es entsteht, wenn die Kinder von der eiweißreichen Muttermilch entwöhnt werden und sich fortan nur noch eiweißarm ernähren können. Durch den Mangel an Aminosäuren in der Nahrung kommt es zu einer Abnahme der Albuminsynthese in der Leber. In der Folge sinkt der onkotische Druck des Plasmas und es kommt zu einem vermehrten Ausstrom von Plasma ins Gewebe und die Körperhöhlen – der beschriebene Hungerbauch entsteht.

Krankhafte Veränderungen der Proteinfraktionen

Die folgende Tabelle soll zeigen, welche charakteristischen Veränderungen der Plasmaproteinzusammensetzung bei bestimmten Krankheitsbildern entstehen.

Erkrankung Elektrophoretische Abweichungen Erklärungen
Erhöhte Fraktionen Erniedrigte Fraktionen
Akute Entzündung α1, α2 Albumin
α1-Antitrypsinmangel α1
  • α1-Antitrypsin ist ein Vertreter der α1-Fraktion, die daher vermindert ist
Leberzirrhose γ Albumin
  • Anstieg der γ-Fraktion aufgrund unspezifischer Aktivierung des reticuloendothelialen Systems bei Leberzirrhose
  • Albuminabfall aufgrund verminderter Syntheseleistung der Leber
Monoklonale Gammopathien γ
Nephrotisches Syndrom α2, β Albumin, γ
  • Abfall der Albumin- und γ-Fraktion durch pathologisch gesteigerte Filtration dieser Proteine in der Niere → Ausscheidung der Proteine im Harn
  • Anstieg der α2- und β-Fraktion durch kompensatorisch gesteigerte Synthese großer, nicht filtrierbarer Proteine

Niedermolekulare Stoffe und Elektrolyte

Im Plasma kommen neben den relativ großen Plasmaproteinen noch viele andere Moleküle vor, die eine geringere Molekülmasse haben. Zu diesen sog. niedermolekularen Stoffen gehören u.a. Glucose (Blutzucker), Stoffwechselprodukte wie Harnstoff und auch die Elektrolyte wie etwa Chlorid oder Natrium. Für nähere Informationen zur klinischen Relevanz der Elektrolyte siehe: Laboratoriumsmedizin.

Niedermolekulare Stoffe

Substanz Plasmakonzentration (Normbereich) in mmol/L
Glucose
  • Nüchtern
    • 3,9–6,1 mmol/L
    • 70–99 mg/dL
Lactat 0,6–2,4
Harnstoff 2,0–8,0
Kreatinin 0,08–0,1

Elektrolyte

Substanz Plasmakonzentration (Normbereich) in mmol/L
Anionen Chlorid 97–108
Bicarbonat 22–26
Anorganisches Phosphat 0,87–1,67
Kationen Natrium 135–145
Kalium 3,5–5,1

Calcium

  • Gesamtkonzentration : 2,2–2,6
  • Freies Calcium: 1,12–1,32
Magnesium

0,65–1,05

Anionenlücke

Die Anionenlücke ist ein aus den Elektrolytkonzentrationen berechneter Wert, der besonders bei der Diagnose einer Azidose hilfreich ist (→ Säure-Basen-Haushalt).

Osmolalität des Plasmas

  • Definition: Bezeichnet die Anzahl der osmotisch aktiven Teilchen pro Kilogramm Plasmawasser
  • Normwert: 290 mOsm/kg [H2O]
  • Bedeutung: Plasmaersatzmittel (z.B. Infusionen bei Volumenmangel) müssen der Osmolalität des Plasmas entsprechen
  • Formel: Plasmaosmolalität = 2 x Plasma-Na+ + Plasmaglucose + Plasmaharnstoff

Unter den Kationen hat Natrium (Na+) und unter den Anionen hat Chlorid (Cl) die höchste Konzentration im Plasma!

Blutzellen

Die Zellen des Blutes im Überblick

Zelltyp Relativer Anteil am Gesamtvolumen aller Blutzellen Normbereich in Zellen/Mikroliter (μL) Hauptfunktion
Erythrozyten ca. 99% : 4,0–5,5 Millionen : 4,6–6,0 Millionen O2-Transport (siehe: Erythrozyten)
Thrombozyten <1% 150.000–400.000 Hämostase
Leukozyten <1% 4.000–10.500 Immunabwehr (siehe: Unspezifisches Immunsystem, spezifisches Immunsystem)

Häufigkeit der Leukozytensubtypen

Zelltyp Relativer Anteil an Gesamtleukozyten Normbereich in Zellen/Mikroliter (μL) Hauptfunktion
Granulozyten Neutrophiler 40–60% 3.000–5.500 Abwehr bakterieller Infektionen, Phagozytose
Eosinophiler 1–3% 50–350 Abwehr parasitärer Infektionen
Basophiler 0–1% 15–50 Histamin- und Serotonin-Freisetzung
Lymphozyten 20–40% 1.500–3.000 Erworbenes (adaptives) Immunsystem
Monozyten 4–8% 300–500 Differenzieren im Gewebe zu Makrophagen

Eine Erhöhung der Leukozyten über 11.000/μL nennt man Leukozytose, ein Absinken der Leukozytenzahl unter 4.000/μL nennt man Leukopenie!

Merksatz zum Einprägen der Häufigkeitsrangfolge der Leukozyten: „Never Let Monkeys Eat Bananas“ (Neutrophile Granulozyten > Lymphozyten > Monozyten > Eosinophile Granulozyten > Basophile Granulozyten)! Um die Prozentwerte für die Häufigkeiten zu lernen, kann man sich eine einfache Zahlenfolge merken: 60 – 30 – 6 – 3 – 0,6!

Merkwort für die Sortierung nach Zelldurchmesser: „TELyGraM“ (Sortierung nach Größe, mit der kleinsten Zelle beginnend: Thrombozyt < Erythrozyt < Lymphozyt < Granulozyt < Monozyt)!

Differentialblutbild
Bei der Routineuntersuchung des Bluts wird in der Regel nur ein sog. „kleines Blutbild“ veranlasst. Dabei werden die Zellzahlen von Erythrozyten, Thrombozyten und Gesamtleukozyten sowie Hämoglobinwert, Hämatokrit und Erythrozytenindizes (MCH, MCHC, MCV) bestimmt. Sind die Leukozyten entweder besonders erhöht (Leukozytose) oder erniedrigt (Leukopenie), kann es sinnvoll sein, ein sog. Differentialblutbild im Labor zu bestellen. Bei dieser Blutuntersuchung wird nicht nur die Gesamtzahl der Leukozyten gemessen, sondern es wird bei der Zählung zwischen den einzelnen Zellarten der Leukozyten unterschieden bzw. differenziert – daher rührt die Bezeichnung „Differentialblutbild“. Wenn ein kleines Blutbild zusammen mit einem Differentialblutbild veranlasst wird, spricht man im klinischen Alltag auch vom „großen Blutbild“.

Eosinophilie
Ab einer Zellzahl der eosinophilen Granulozyten im Blut von mehr als 360 Zellen/μL spricht man von einer „Eosinophilie“. Unter den zwei häufigsten Auslösern für die Eosinophilie sind allergische Erkrankungen, wie z.B. Asthma bronchiale, oder parasitäre Erkrankungen, wie etwa Wurminfektionen oder Befall durch Hautmilben. Bei den Allergien führt u.a. eine vermehrte Ausschüttung des Hormons Histamin aus Mastzellen zur gesteigerten Reifung und Auswanderung eosinophiler Granulozyten aus dem Knochenmark ins Blut.

Blutgruppen

Auf der Oberfläche der erythrozytären Membran befinden sich Antigene, gegen die das Immunsystem Antikörper bilden kann. Besondere klinische Relevanz haben zwei Blutgruppensysteme: das AB0- und das Rhesus-System.

Überblick der zwei wichtigsten Blutgruppensysteme (AB0 und Rhesus)

AB0-System Rhesus-System
Blutgruppenantigene
  • A, B, H
  • C, c, D, E, e
Antigensubstanz
  • Glycolipide (Kohlenhydratanteil für Immunogenität verantwortlich)
    • Gemeinsame Basis: N-Acetylglucosamin + Galactose + Fucose
  • Lipoproteine (Proteinanteil für Immunogenität verantwortlich)
Erbgang
Antikörper (AK)
Antikörperklasse
Plazentagängigkeit der AK
  • Nein
  • Ja

Antigen = ANTIbody GENerating. Das Antigen ist auf der Erythrozytenoberfläche verankert und definiert die Blutgruppe, der Antikörper zirkuliert im Plasma.

Der Körper bildet im Regelfall keine Antikörper gegen körpereigene Antigene!

AB0-Blutgruppensystem

Häufigkeiten im AB0-System

Häufigkeit AB0-Antigen auf Erythrozyten Antikörper im Plasma EK-Kompatibilität
Deutschland Weltweit
Blutgruppe 0 ca. 40% ca. 45% Nicht vorhanden A- und B-Antikörper 0
Blutgruppe A ca. 45% ca. 40% A-Antigen B-Antikörper A, 0
Blutgruppe B ca. 10% B-Antigen A-Antikörper B, 0
Blutgruppe AB ca. 5% AB-Antigen Keine A- oder B-Antikörper AB, A, B, 0
Rhesus-negativ ca. 15% Rhesus-Antikörper bei vorheriger Sensibilisierung Rhesus-negativ (und Rhesus-positiv im Notfall)
Rhesus-positiv ca. 85% Keine Rhesus-Antikörper Rhesus-positiv und Rhesus-negativ
Universalspender“: Blutgruppe 0 negativ ↔ „Universalempfänger“: Blutgruppe AB positiv

Bei unbekannter Blutgruppe des Patienten sollte Erythrozytenkonzentrat der Blutgruppe 0 Rh-negativ transfundiert werden. Im selben Falle sollte, sofern notwendig, Fresh Frozen Plasma (FFP) der Blutgruppe AB transfundiert werden (Rh-positiv falls möglich; notfalls auch Rh-negativ; Vorsicht bei gebärfähigen Frauen aufgrund der Rhesus-Sensibilisierung).

Bedside-Test

Der Bedside-Test prüft, ob die Empfängerantigene des Patienten der deklarierten Blutgruppe entsprechen. Dies ist die letzte Möglichkeit, einen hämolytischen Transfusionszwischenfall aufgrund einer AB0-Unverträglichkeit zu verhindern.

  • Indikation: Unmittelbar vor Transfusion ist vom transfundierenden Arzt bzw. in seiner direkten Aufsicht der Bedside-Test durchzuführen und das Ergebnis schriftlich zu dokumentieren
  • Durchführung: Injektion von Patienten-Blut in die beiden Testfelder „Anti-A“ und „Anti-B“ (evtl. zusätzlich Konservenblut gesondert testen)
  • Ergebnis: Agglutination (Verklumpung) eines Testfelds → Nachweis des betreffenden Antigens
Blutgruppe Testfelder
Anti-A Anti-B
0 Negativ Negativ
A Positiv Negativ
B Negativ Positiv
AB Positiv Positiv

„What you see is what you get!“ (Verklumpung im Anti-A-Testfeld → Patient hat Blutgruppe A; Verklumpung im Anti-B-Testfeld → Blutgruppe B, etc.)

Die Blutgruppe „0 negativ“ ist Universalspender für Erythrozyten und Universalempfänger für Plasma! Die Blutgruppe „AB positiv“ ist Universalspender für Plasma und Universalempfänger für Erythrozyten!

Rhesus-Blutgruppensystem

Rhesusinkompatibilität bei der Schwangerschaft
Die Plazentagängigkeit der Rhesus-Antikörper spielt eine Rolle, wenn eine Rhesus-negative Frau mit einem Rhesus-positiven Kind schwanger ist. Als Reaktion auf den Rhesusfaktor der kindlichen Erythrozyten, die spätestens bei der Geburt in geringen Mengen übertragen werden, würde die Mutter Rhesus-Antikörper (=Anti-D) bilden. Bei einer erneuten Schwangerschaft mit einem Rh-positiven Kind könnten diese Antikörper die Plazentaschranke überqueren und zur Zerstörung (Hämolyse) der fetalen Erythrozyten führen (sog. Morbus haemolyticus neonatorum). Um die Bildung dieser Antikörper zu verhindern, verabreicht man den Müttern nach der Geburt des ersten Rhesus-positiven Kinds eine sog. Rhesusprophylaxe.

Rhesusprophylaxe
Jede Schwangere in Deutschland bekommt bei Feststellung der Schwangerschaft einen Mutterpass, in dem auch die Blutgruppe der Schwangeren vermerkt wird. Ist sie Rhesus-negativ, muss die Schwangere eine Rhesusprophylaxe erhalten. Diese besteht aus einer intramuskulären Injektion von Anti-D-Immunglobulin in der 28. Schwangerschaftswoche. Man will auf diese Weise verhindern, dass eventuell in die mütterliche Zirkulation gelangende kindliche Rhesus-positive Erythrozyten zu einer Sensibilisierung der Mutter mit nachfolgender Bildung des Rhesus-Antikörpers führen. Das verabreichte Anti-D ist in der Lage, den Rhesusfaktor zu binden und zum raschen Abbau der Zellen zu führen. Bei der Rhesusprophylaxe gelangen zwar auch Anti-D-Immunglobuline durch die Plazentaschranke (IgG-Antikörper), jedoch ist die verabreichte Dosis zu gering, um im Kreislauf des Ungeborenen zu nennenswerten Schäden der eventuell Rhesus-positiven Erythrozyten zu führen. Eine zweite Injektion des Anti-D-Immunglobulins wird einige Stunden nach der Geburt vorgenommen, wenn die Blutgruppe des Neugeborenen tatsächlich Rhesus-positiv sein sollte. Auch nach Schwangerschaftsabbruch oder vor Eingriffen zur Pränataldiagnostik (z.B. Chorionzottenbiopsie) darf die Rhesusprophylaxe bei Rhesus-negativen Schwangeren nicht vergessen werden!

Wiederholungsfragen zum Kapitel Blut und Blutzellen

Aufgaben und Zusammensetzung des Blutes

Wie unterscheiden sich Blutserum und Blutplasma in ihrer Zusammensetzung?

Erkläre, wie das Plasmavolumen mit der Indikatormethode bestimmt werden kann.

Welches Plasmaprotein leistet den größten Beitrag zur Aufrechterhaltung des kolloidosmotischen Drucks?

Welchen Plasmaproteinfraktionen der Serumelektrophorese gehören die Lipoproteine HDL und LDL jeweils an?

Welche sind das Kation und Anion mit der höchsten Konzentration im Plasma?

Blutzellen

Welches Antigen auf der Erythrozytenoberfläche definiert den Rhesus-Status eines Menschen? Welcher Genotyp liegt bei Rhesus-Negativen vor?

Ist es möglich, dass zwei Rhesus-positive Eltern ein Rhesus-negatives Kind bekommen?

Ist es möglich, dass zwei Rhesus-negative Eltern ein Rhesus-positives Kind bekommen?

Wie kann eine Rhesus-Inkompatibilität eine hämolytische Anämie des Neugeborenenen verursachen?

Wofür kodieren die Gene A, B und 0 des AB0-Blutgruppensystems?

Was ist die sog. H-Substanz?

Welche Allelkombination führt zur Ausprägung der Blutgruppe 0?

In welchem Fall kommt es zur Bildung von Anti-B- und Anti-A-Antikörpern im Blut?

Mischt man das Blutserum einer Person mit den Erythrozyten einer anderen Person, kann es zu einer Agglutination kommen. Wann ist dies der Fall?

Zu welcher Immunglobulinklasse gehören die Antikörper des AB0-Systems und des Rhesus-Systems?