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Blut

Transporter, Regulator,­ Lebensretter

12.12.2016
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Von Clara Wildenrath / Fünf bis sechs Liter Blut fließen durch den Körper eines erwachsenen Menschen. In der Mythologie galt es als Urstoff des Lebens und Sitz der Seele. Von diesen blumigen Beschreibungen ist man heute weit entfernt. Aus naturwissen­schaftlicher Sicht ist das »flüssige Gewebe« von besonderer Bedeutung für den Organismus.

Nur etwa eine Minute braucht das Herz eines gesunden Menschen, um die gesamte Blutmenge einmal durch den ganzen Körper zu pumpen. Innerhalb eines Tages bewegt es so bis zu 9000 Liter. Dieser Kreislauf ist entscheidend dafür, dass das Blut seine vielfältigen Aufgaben im Organismus wahrnehmen kann. Auf seinem Weg durch insgesamt rund 100 000 Kilometer Arterien, Venen und Kapillaren transportiert es Sauerstoff, Nähr- und Botenstoffe zu den Zellen. Auf dem Rückweg zum Herzen nimmt es Abbau- und Abfallprodukte aus dem Stoffwechsel mit und bringt sie zur Entsorgung.

Knapp die Hälfte unseres Blutes besteht aus Zellen. Den Löwenanteil davon wiederum machen mit 99 Prozent die Erythrozyten aus. Den Volumen­anteil dieser roten Blutkörperchen am Blutvolumen bezeichnet der Mediziner als Hämatokrit. Sie geben dem Blut die rote Farbe: Sie enthalten Hämoglobin, ein Protein, dessen sogenannte Häm-Gruppe durch eine Komplexbildung mit Eisen den Blutfarbstoff bildet.

Die restlichen zellulären Bestand­teile stellen die Blutplättchen, also die Thrombozyten, und die weißen Blutkörperchen, die Leukozyten, dar. Die verschiedenen Arten hoch speziali­sierter Zellen erfüllen ganz unterschiedliche Aufgaben im Organismus. Das Blutplasma, der flüssige Anteil des Bluts, besteht zu über 90 Prozent aus Wasser. Die restlichen knapp 10 Prozent bilden darin gelöste Substanzen: Eiweiße – wie Gerinnungsfaktoren, Antikörper und Transportpro­teine –, Nähr- und Botenstoffe sowie Stoffwechselprodukte. Als Blutserum bezeichnet man Plasma ohne Gerinnungsfaktoren.

Ohne O2 kein Leben

Die Aufgabe der Erythrozyten ist der Gasaustausch: Sie transportieren den Sauerstoff aus der Lunge zu den Or­ganen. Dort nehmen sie das Abbauprodukt, das Kohlendioxid, aus den Zellen wieder auf und schaffen es zurück zur Lunge, wo es mit der Atemluft aus dem Körper hinausbefördert wird. Die rechte Herzhälfte übernimmt dabei die Aufgabe, das Blut mit geringem Druck durch den Lungenkreislauf zu pumpen, damit es sich in den fein verzweigten Kapillaren mit Sauerstoff anreichert. Die linke Herzhälfte schickt das sauerstoffreiche Blut dann auf den Weg durch den Körper.

Hauptbestandteil der roten Blutkörperchen ist das Hämoglobin, das über seinen Häm-Eisen-Komplex Sauerstoffmoleküle bindet. Dabei ändert sich ­seine Farbe von dunkel- zu hellrot. Normaler­weise enthalten 100 Milliliter menschliches Blut 12 bis 17,5 Gramm Hämoglobin. Liegt der Wert deutlich darunter, spricht der Mediziner von ­einer Anämie, also einer Blutarmut. Sie führt zu einer Unterversorgung mit Sauerstoff, die sich zum Beispiel in leichter Ermüdbarkeit, Blässe und Schwächegefühl äußern kann.

Eine besondere Form ist die Sichelzellenanämie, bei der das Hämoglobin aufgrund eines erblichen Defekts in ­einer veränderten Form vorliegt. Bei den Betroffenen verformen sich die Erythrozyten unter Sauerstoffmangel sichelförmig und verklumpen leicht. Liegt die Mutation nur auf einem von zwei Genen vor, führt das in der Regel kaum zu Krankheitserscheinungen. Quasi als Nebeneffekt sind diese Menschen jedoch vor einer schweren Malaria besser geschützt. Das bedeutet in den Malariagebieten Afrikas und Asiens einen Selektionsvorteil, weshalb dort etwa ein Drittel der Bevölkerungen einen heterozygoten Gen­defekt trägt.

In einem Mikroliter Blut schwimmen rund fünf Millionen rote Blut­körperchen. Im Gegensatz zu anderen Zellen besitzen sie keinen Zellkern und können sich deshalb nicht mehr teilen. Nach etwa 120 Tagen gehen sie zugrunde. In jeder Sekunde entstehen zwei Millionen neue Erythrozyten aus Stammzellen im Knochenmark. Diesen Prozess bezeichnen Fachleute als Erythropoiese. Die Entwicklung eines roten Blutkörperchens dauert etwa eine Woche. Der letzte Reifungsschritt – also von der »Jugendform«, dem Retikulozyten, zum »erwachsenen« Ery­throzyten – erfolgt bereits im Blut und dauert noch etwa einen Tag. Gesteuert wird die Bildung der roten Blutkörperchen durch das Hormon Erythropoietin, besser bekannt unter seiner Abkürzung EPO. Ist der Sauerstoffgehalt des Blutes zu gering – zum Beispiel bei einem Höhenaufenthalt –, bilden die Nieren mehr EPO. Das kurbelt die Erythrozytenproduktion an.

Abwehr im Fluss

Die Leukozyten bilden die patrouillierende Abwehrflotte des Körpers gegen unerwünschte Eindringlinge. Sie be­stehen aus drei Zelltypen, die unterschiedliche Aufgaben im Immun­system übernehmen: Lymphozyten, Granulozyten und Monozyten. Die Lymphozyten, zu denen die B- und ­T-Zellen gehören, sind für die sogenannte adaptive Immunantwort zuständig. Sie erkennen Fremdstoffe wie Bakterien und Viren. B-Zellen produ­zieren daraufhin spezifische Antikörper gegen sie. Außerdem setzen Lymphozyten Botenstoffe frei, die andere ­Immunzellen aktivieren und dazu bringen, ebenfalls die Krankheitserreger zu attackieren. Nach dem Kontakt mit ­einem Angreifer bilden sie Gedächtniszellen, die ein Leben lang erhalten bleiben können. Spezialisierte ­T-Killerzellen sind in der Lage, von Viren befallene Körperzellen und Krebszellen zu zerstören.

Granulozyten und Monozyten stellen dagegen wichtige Stützpfeiler der unspezifischen, angeborenen Immunabwehr dar. Sie sind beispielsweise an der Abwehr von Parasiten und an Entzündungsprozessen beteiligt, aber auch an allergischen Reaktionen. Nach ihrem Färbeverhalten lassen sich Granulozyten noch einmal unterteilen in Neutrophile, die die größte Gruppe bilden, sowie Eosinophile und Basophile. Monozyten können im Falle einer ­Infektion in das betroffene Gewebe einwandern. Dort differenzieren sie sich zu sogenannten Makrophagen, also Fresszellen, die Mikroorganismen in sich aufnehmen und verdauen können. Diese Art der Fremdkörperbesei­tigung nennen Fachleute Phagozytose. Auch neutrophile Granulozyten sind dazu in der Lage. Alle Immunzellen ­arbeiten eng und koordiniert zusammen, um jede potenzielle Gefahr effektiv zu bekämpfen.

Wie die roten entstehen auch die weißen Blutkörperchen aus den blutbildenden Stammzellen im Mark der platten Knochen im Becken und Brustbein. Bei Kindern befindet sich blutbildendes rotes Knochenmark zusätzlich in den langen Röhrenknochen der Arme und Beine. Bevor sie ihre Funktion als Abwehrspezialisten erfüllen können, müssen die Lymphozyten aber in den lymphatischen Organen, allen voran in der Thymusdrüse, geprägt werden. Dort lernen sie, körpereigene von fremden Zellen zu unterscheiden.

Ist die Zahl der weißen Blutkörperchen im Blut vermindert, spricht der Arzt von einer Leukopenie, bei einer Erhöhung von einer Leukozytose. Der Begriff Leukämie bezeichnet die unkontrollierte Vermehrung von unreifen, nicht funktionstüchtigen Vorläuferzellen der Leukozyten im Knochenmark. Am häufigsten befällt der Blutkrebs die Lymphozyten.

Schutz vor Blutverlust

Die kleinsten Blutzellen, die linsen­förmigen Blutplättchen, sind für die Blutstillung, die Hämostase verantwortlich. Wird ein Blutgefäß verletzt, lagern sich die Thrombozyten sofort an das Leck an und bedecken es mit einer dünnen Schicht. Gleichzeitig zieht sich das Gefäß zusammen, sodass das Blut langsamer fließt. Durch Botenstoffe werden immer mehr Blutplättchen angelockt und aktiviert: Sie bilden kleine Tentakel, mit denen sie sich unter­einander einhaken und verklumpen können. Dieser zunächst noch lose Pfropfen sorgt für den ­ersten Wundverschluss. Mediziner nennen diese Phase die primäre oder zelluläre Hämostase.

Verstärkt wird der Thrombus in der darauffolgenden plasmatischen Hämostase durch ein Netz aus festen ­Fibrinfasern. Die lösliche Vorstufe von Fibrin, das Fibrinogen, ist im Blutplasma enthalten. Bevor es sich zu stabilen Strängen zusammenlagern kann, muss eine ganze Kaskade von ineinandergreifenden Gerinnungsfaktoren in Gang gesetzt werden. Dabei wandelt in einer Art Kettenreaktion ein Gerinnungsfaktor den nächsten von seiner inaktiven in seine aktive Form um. ­Neben zahlreichen verschiedenen Eiweißstoffen, die in der Leber produziert werden, spielt dabei auch Calcium eine wichtige Rolle. Am Ende der Ge­rinnungskaskade steht die Umwandlung von Fibrinogen in Fibrin durch das Enzym Thrombin und die Bildung eines stabilen Wundverschlusses.

Damit die Blutgerinnung nicht über ihr Ziel hinausschießt und wichtige ­Gefäße verstopft, enthält das Blutplasma auch eine ganze Reihe hemmender Substanzen, allen voran das Anti­thrombin und sein Wirkungsverstärker Heparin. Ein Mangel an gerinnungshemmenden Faktoren erhöht die Gefahr, dass Blutgefäße durch eine Thrombose verstopfen. Wird ein Blutgerinnsel vom Ort der Bildung weg­geschwemmt und behindert an anderer Stelle den Blutfluss, kommt es zur Embolie. Sind davon Organe wie die Lunge, das Gehirn oder das Herz betroffen, kann das lebensgefährlich sein. Patienten mit einer erhöhten Thromboseneigung (Thrombophilie) erhalten daher oft medikamentöse Gerinnungshemmer, etwa Phenprocoumon­, Acetylsalicylsäure oder die neuen oralen Antikoagulanzien Dabigatran, Riva­roxaban, Edoxaban oder Apixaban.

Fehlt dagegen aufgrund eines gene­tischen Defekts einer der Gerinnungsfaktoren, führt das zu einer erhöhten Blutungsneigung. Diese kann sich unter anderem durch Blutergüsse und häufiges Nasen- oder Zahnfleischbluten äußern. Bekanntestes Beispiel ist die Bluterkrankheit, auch Hämophilie genannt.

Auch wenn dem Blut Calcium ent­zogen wird, kann es nicht mehr gerinnen. Diesen Effekt macht man sich bei der Gewinnung von Blutproben zunutze. Sie werden mit Citrat oder EDTA (Ethylendiamintetraessigsäure) versetzt, die mit Calcium einen Komplex bilden.

Blut als Verteiler

Nicht nur der zelluläre Anteil, auch das Blutplasma erfüllt wichtige Aufgaben im Organismus. Beispielsweise versorgt es die Körperzellen mit energieliefernden Nährstoffen, die es über die Darmschleimhaut aufnimmt. Nicht wasserlösliche Stoffe wie Fette, Mineralstoffe und manche Vitamine binden sich dafür an spezielle Transportpro­teine. Wasserlösliche Vitamine, Eiweiße und Zucker – als Grundbaustein der Kohlenhydrate – legen dagegen ihren Weg im Blutplasma ohne Hilfsmittel zurück. Auch Hormone und andere Botenstoffe bringt das Blut von ihrem Entstehungs- zum Zielort. Abfall­produkte des Stoffwechsels werden zu den verschiedenen Ausscheidungsorganen wie Leber und Nieren befördert.

Neben den unterschiedlichsten Substanzen transportiert das Blut auch Wärme. Durch seine ständige Zirku­lation erhält es eine konstante Körpertemperatur von etwa 37 Grad Celsius aufrecht. Wenn die Muskeln bei intensiver Betätigung viel Wärme produ­zieren, wird diese durch eine vermehrte Durchblutung der Haut abgeleitet. Bei kalten Temperaturen ziehen sich da­gegen die Blutgefäße an der Körperoberfläche zusammen, um nicht zu viel Wärme zu verlieren. Gesteuert wird diese Thermoregulation durch den Hypothalamus.

Blutgruppen-Puzzle

Verliert ein Mensch größere Mengen an Blut, etwa während einer größeren Operation oder infolge eines Unfalls, kann das schnell gefährlich werden. Oft ist dann eine Bluttransfusion die einzige Möglichkeit, sein Leben zu ­retten. Bis jetzt gibt es noch keinen künstlichen Ersatz für Blut mit all ­seinen Bestandteilen. Allerdings funktioniert eine Blutübertragung nur, wenn die Blutgruppen von Spender und Empfänger zusammenpassen. Denn: Auf der Zelloberfläche der Ery­throzyten sitzen zahlreiche verschiedene Eiweißmoleküle, sogenannte Blutgruppen-Antigene. Gegen alle Antigene, die er selbst nicht besitzt, produziert der Organismus Antikörper. Diese sorgen dafür, dass das Blut zweier unverträglicher Blutgruppen verklumpt, wenn es sich vermischt.

Das wichtigste und bekannteste Blutgruppenmerkmal ist das ABo-System. Je nachdem, ob seine Erythrozyten das Antigen A, das Antigen B, beide zusammen oder keines davon enthalten, hat der Mensch die Blutgruppe A, B, AB oder 0. Idealerweise verwenden Ärzte heute Blutkonserven mit den gleichen Blutgruppenmerkmalen, die auch der Empfänger besitzt. In Not­fällen können sie aber Ausnahmen ­machen: Menschen mit der Blutgruppe AB gelten im AB0-System als Universalempfänger, da sie weder gegen die Blutgruppe A noch gegen B Antikörper bilden. Keine Antigene enthalten dagegen die Blutkörperchen der Blutgruppe 0; man bezeichnet sie daher auch als Universalspender-Gruppe.

Von Bedeutung sind neben dem AB0- auch das Rhesus- und das Kell-System. Mit Hilfe dieser drei Blut­gruppenmerkmale charakterisieren Labormediziner in Deutschland heute routinemäßig alle Blutkonserven. ­Darüber hinaus gibt es aber Dutzende ­weiterer unterschiedlicher Blutgruppen – beispielsweise das MN- oder Duffy-­System. Das Blut von zwei ­Menschen ist also praktisch nie ganz identisch. Anders als beim AB0-System pro­duziert der Or­ganismus gegen diese ­Erythrozyten-Antigene aber nicht schon im ersten Lebensjahr Antikörper, sondern erst nach dem Kontakt mit ­einer fremden Blutgruppe. Gefährliche Unverträglichkeitsreaktionen sind ­daher bei einer Ersttransfusion selten.

Blutbild als Indikator

Weil das Blut eines Menschen so indi­viduell und komplex zusammengesetzt ist, liefert es dem Arzt auch viele wertvolle Informationen über den Gesundheitszustand seines Patienten. Einen ersten Hinweis auf einen entzündlichen Prozess im Körper bietet eine erhöhte Blutsenkungsgeschwindigkeit: Sie gibt an, wie schnell die Blutkörperchen in einem speziellen Röhrchen zu Boden sinken. Beim kleinen Blutbild ­bestimmt das Labor aus EDTA-Blut die Anzahl der Erythrozyten, Leukozyten und Thrombozyten pro Volumen­einheit. Die Verteilung der Blutzellen lässt Rückschlüsse auf eine mögliche Infek­tion durch Bakterien oder Viren sowie Blutbildungs- oder Gerinnungsstörungen zu. Der Hämatokrit sagt aus, ob das Blut zu dick- oder zu dünnflüssig ist. Ein erniedrigter Hämoglobinwert spricht für eine Anämie, die beispielsweise durch einen Eisenmangel verursacht sein kann.

Zum großen Blutbild gehört da­rüber hinaus noch eine genauere ­Untersuchung der verschiedenen Untergruppen der Leukozyten, das so­genannte Differentialblutbild. Ver­anlassen kann es der Arzt vor allem dann, wenn sich beim kleinen Blutbild Auffälligkeiten zeigen, wie etwa eine verringerte oder erhöhte Zahl weißer Blutkörperchen. Je nachdem, welcher Zelltyp außerhalb des ­Referenzbereichs liegt, ergeben sich daraus Hinweise auf die zugrundeliegende Erkrankung. So deutet beispielsweise eine zu geringe Zahl neutrophiler Granulozyten (Neutropenie) mög­licherweise auf eine ­Virusinfektion oder einen Tumor hin. Eine Verringerung der eosinophilen Granulozyten kann dagegen ein Zeichen für eine Blutvergiftung sein.

Blut: einzigartig und unverzichtbar

Bislang ist es noch nicht gelungen, Blut durch eine andere Flüssigkeit oder einen anderen Stoff zu er­setzen. Blut ist einzigartig und durch seine vielfältigen Funktionen lebensnotwendig.

Transportmittel: Die Hauptaufgabe des Blutes besteht im Stofftransport. Nährstoffe, Mineralien oder Hormone sowie zahlreiche Arzneistoffe und ihre Umwandlungsprodukte werden an die Zellen herangebracht und deren Stoffwechselprodukte wieder entfernt. Damit sorgt das Blut für die Verteilung wichtiger Informationen im Körper.

Gasaustauscher: Allen Geweben des Körpers muss der in der Lunge auf­genommene Sauerstoff durch die Erythrozyten zugeführt werden. Umgekehrt wird Kohlendioxid aus den Geweben zur Lunge trans­portiert.

Abwehrflotte: Spezialisierte Zellen im Blut sorgen für die Abwehr eingedrungener Fremdstoffe oder Krankheitserreger.

pH-Regulator: Das Blut ist von entscheidender Bedeutung für die Aufrecht­erhaltung des pH-Wertes im Organismus. Dazu stehen ihm verschiedene ­Pfuffersysteme wie Eiweiß-, Phosphat- und Hydrogencarbonat-Puffer zur ­­­­­­Verfügung.

Wärmeregler: Wärme wird über das Blut gleichmäßig im Körper verteilt; im Organismus gebildete Wärmeenergie wird an die Körperoberfläche heran­geführt.

Bremser: Spezielle Zellen und Ei­weiße im Blut sorgen für die Blut­stillung bei Wunden.

Aus dem Blutserum bestimmt das Labor außerdem bei Bedarf verschiedene Stoffwechselparameter, zum Beispiel den Cholesterin-, Blutzucker- oder Harnsäurespiegel. Andere Werte, wie Leberenzyme oder Schilddrüsenhormone, geben Auskunft über ­eventuelle Funktionsstörungen eines Organs. Bei einigen Krebserkrankungen finden sich vermehrt bestimmte ­Tumormarker im Blut, wie etwa das Prostata-spezifische Antigen (PSA). Allerdings bedeuten erhöhte Spiegel nicht zwangsläufig, dass ein Tumor vorliegt. So kann ein auf­fälliger PSA-Wert beispielsweise auch die Folge einer Prostataentzündung oder einer mechanischen Reizung sein.

Darüber hinaus haben Wissenschaftler in den vergangenen Jahren zahlreiche weitere Biomarker im Blutplasma entdeckt, die eine frühzeitige Diagnose erleichtern oder auf ein ­erhöhtes ­Erkrankungsrisiko hinweisen können. Einige sind bereits in den klinischen Alltag eingezogen, wie etwa der Troponin-Test in der Herzinfarkt­diagnostik. Andere, etwa Bluttests zur Früherkennung einer Alzheimer-­Erkrankung, müssen ihre Aussagekraft erst noch in medizinischen Studien beweisen. /