Hämatopoese: Blutbildung und Zusammensetzung des Blutes

Grundlagen der freien Zellpopulationen im Blut

Freie Zellpopulationen: Hierbei handelt es sich um Zellen, die keinem kohärenten, topografisch spezifischen oder fest umschriebenen Gewebeverband angehören. Unter diesem Begriff werden Blutzellen und immunkompetente Zellen zusammengefasst. Man spricht auch von diffusen Systemen, da sie in den Geweben des Organismus verteilt sind. Die gemeinsame Funktionalität dieser Zellen ist ihre Mobilität. Die meisten dieser Zellen befinden sich primär in der Lymphe und im Blut.

Gelegentlich treten diese Zellen als Einwanderer auf. Freie Zellpopulationen finden sich in:

• Zirkulierenden Geweben (Blut, Lymphe, Liquor)
• Blutbildenden Geweben (rotes Knochenmark, lymphatische Formationen)
• Anderen Geweben (Epithel-, Bindegewebe etc.)

Immunkompetente Zellen des Immunsystems sind an spezifischen Abwehrmechanismen beteiligt, die auf dem blutbildenden Knochenmark, dem Blut, der Lymphe und lymphatischen Formationen basieren.

Embryonale, fötale und postnatale Hämatopoese

Die Hämatopoese (Blutbildung) findet in blutbildenden Geweben und Organen statt. Im adulten Tier gibt es zwei Zentren der hämatopoetischen Aktivität: das myeloische Gewebe im Knochenmark und das lymphatische Gewebe in den lymphatischen Organen. Während der embryonalen und fötalen Entwicklung unterscheidet man drei Perioden:

1. Prähepatische oder mesenchymale Phase

Diese Phase findet zwischen der zweiten und zwölften Woche der menschlichen Entwicklung statt. Die Blutelemente differenzieren sich aus dem extraembryonalen Mesenchym entlang des Dottersacks, wo sich die Wolff-Pander-Inseln befinden.

2. Hepatolienale Phase

Diese beginnt im zweiten Monat der menschlichen Entwicklung in der Leber, der Milz, dem Thymus und den Lymphknoten. Hier werden Elemente aller Zellreihen erzeugt. Die Blutbildung wird schrittweise ersetzt und verlagert sich ab dem sechsten Monat in die Knochen der Wirbelsäule.

3. Medulläre Phase (Knochenmark-Phase)

Ab dem sechsten Monat findet die Blutbildung im Knochenmark statt. Die verschiedenen Blutvorläuferzellen vermischen sich im roten Knochenmark. Das myeloische Gewebe besteht aus:

• Retikulären Bindegewebszellen als Grundstruktur.
• Adipozyten in variabler Menge.
• Endothel-ausgekleideten Kapillaren und großen, gewundenen Sinusoiden, in welche die reifen Elemente freigesetzt werden.

Pluripotente hämatopoetische Stammzellen

Die zuständige Stammzelle ist eine determinierte mesenchymale Zelle, die an der Differenzierung der verschiedenen Zellreihen beteiligt ist: erythroid, thrombozytär, mono-granulopoetisch und lymphopoetisch. Die Nachkommen der pluripotenten Stammzelllinien müssen zwischen verschiedenen Differenzierungswegen wählen. Vor der Differenzierung weisen alle Zellen ein ähnliches Erscheinungsbild auf, was eine morphologische Identifizierung unmöglich macht.

Ein klassisches Experiment zum Nachweis pluripotenter Stammzellen im Knochenmark zeigt: Wenn Tiere mit Röntgenstrahlen bestrahlt werden und anschließend Knochenmark eines kompatiblen Spenders transfundiert bekommen, regeneriert sich das blutbildende Gewebe. Nach einigen Tagen entwickeln sich Zellkolonien. Mit genetischen Markern wurde festgestellt, dass Milzknoten Klone sind, die von einer einzigen Gründerzelle abstammen: der UFC (Colony Forming Unit). Diese Zellen fungieren als Mutterzellen.

Determinierte hämatopoetische Stammzellen

Eine determinierte Stammzelle ist darauf festgelegt, einer irreversiblen Differenzierungslinie zu folgen (unipotentiell). Auf diese Festlegung folgt eine Reihe von Zellteilungen, die den Pool der determinierten Stammzellen verstärken. Diese Teilungen unterliegen Kontrollen, welche die Produktion jeder Serie regulieren. Determinierte Stammzellen befinden sich im Knochenmark sowie in lymphatischen Organen und Formationen.

Regulation der Hämatopoese

1. Erythropoetin (EPO): Ein Hormon, das in den Nieren produziert wird und die Erythropoese stimuliert.
2. Andere Hormone und Faktoren: Spezifische Glykoproteine steuern die Vorläuferzellen je nach Bedarf an weißen Blutkörperchen oder Blutplättchen.
3. GM-CSF (Granulozyten-Makrophagen-Kolonie-stimulierender Faktor): Neutrophile Granulozyten und Makrophagen stammen von derselben Vorstufe ab, deren Überleben von GM-CSF abhängt. Die Konzentration steigt bei Infektionen sprunghaft an.
4. Sonstige Faktoren: Hormone des Hypothalamus, der Hypophyse, der Nebennieren sowie Eisen, Kobalt, Vitamin B12 und Folsäure.
5. Feedback-Mechanismen: Die Anzahl der reifen Blutelemente im peripheren Blut steuert über Rückkopplung die Differenzierung der Vorläuferzellen.

Zusammensetzung des Blutes

• Plasma (55-60%)
• Geformte Elemente (40-45%):
  • Rote Blutkörperchen (Erythrozyten): 4,5–5 Mio./mm³ (Frauen), 4,5–5,5 Mio./mm³ (Männer).
  • Thrombozyten (Blutplättchen): 150.000–300.000/mm³.
  • Weiße Blutkörperchen (Leukozyten): 5.000–7.000/mm³.

Differenzierung der Leukozyten

• Granulozyten: Neutrophile (Stabkernige 1-3%, Segmentkernige 60-70%), Eosinophile (1-3%), Basophile (0,5-1%).
• Agranulozyten: Lymphozyten (20-40%), Monozyten (2-6%).

Funktionen des Blutes

Das Blut erfüllt lebenswichtige Aufgaben:

• Transport von Nährstoffen aus dem Darm zu den Geweben und zur Leber.
• Austausch von Atemgasen (O₂ und CO₂) zwischen Lunge und Gewebe.
• Transport von Stoffwechselabfällen zu Nieren, Haut, Darm und Leber.
• Verteilung von Hormonen und Regulationsstoffen.
• Schutz gegen Mikroorganismen.
• Aufrechterhaltung des Säure-Basen-Haushalts und des Wasser-Mineral-Gleichgewichts.
• Thermoregulation und Blutgerinnung.

Lebenszyklus und Struktur der Erythrozyten

Erythrozyten (Rote Blutkörperchen): Ihre Hauptaufgabe ist der Transport und die Freisetzung von O₂ und CO₂ (Hämatose). Die bikonkave Scheibenform begünstigt den Gasaustausch durch ein optimales Oberflächen-Volumen-Verhältnis. Die Elastizität wird durch Zytoskelett-Proteine wie Spektrin, Aktin und Tropomyosin gewährleistet. Der Durchmesser beträgt 7–8 µm.

Die Struktur ist einfach: Eine Zellhülle umschließt den eosinophilen Inhalt, der hauptsächlich aus Hämoglobin besteht. Reife Erythrozyten besitzen keinen Zellkern. Im Blut finden sich ca. 1% Retikulozyten (unreife Erythrozyten mit Ribosomenresten).

Lebensdauer und Abbau

Die Halbwertszeit beträgt etwa 120 Tage. Der Abbau (Erythrozytolyse/Eritrocateresis) erfolgt primär in der Milz, sowie in Leber und Knochenmark durch Makrophagen. Dabei werden Eisen und Aminosäuren aus dem Hämoglobin recycelt.

Erythropoese (Bildungsprozess)

Der Prozess verläuft über folgende Stadien: Pronormoblast → basophiler Erythroblast → polychromatischer Erythroblast → Normoblast → Retikulozyt → Erythrozyt. Während der Reifung sinkt das Zellvolumen, das Kernchromatin kondensiert bis zur Ausstoßung des Kerns, die Hämoglobinsynthese steigt und Organellen gehen verloren.