Blutbildung (Hämatopoese)

Zelluläre Bestandteile 

Zu den zellulären Bestandteilen des Blutes zählen Erythrozyten (rote Blutkörperchen), Thrombozyten (Blutplättchen) und Leukozyten.

Leukozyten ist ein Oberbegriff für kernhaltige Zellen, von denen es drei Populationen gibt: Lymphozyten, Monozyten und Granulozyten. 

Diese besitzen jeweils eine zum Teil erhebliche Anzahl an Unterarten. In unregelmäßigen Abständen werden im Rahmen der Grundlagenforschung neue Subtypen entdeckt. 

Die Gesamtzahl der Leukozyten beträgt etwa 4000 bis 10000 pro Mikroliter (μl) Blut. Davon entfallen etwa 50 bis 60% auf Granulozyten, etwa 20 bis 40% auf Lymphozyten und rund 3 bis 5% auf Monozyten.

Die Ermittlung der Menge vor allem nur der drei Obergruppen wird klinisch als "kleines Blutbild" bezeichnet, die genaue Aufschlüsselung der einzelnen Leukozytenpopulationen (Subpopulationen von Granulozyten und Lymphozyten) als Differentialblutbild. 

Erythrozyten und Thrombozyten unter zellulären Bestandteilen zu listen ist dabei nur bedingt richtig, da beide Elemente keinen Zellkern besitzen (s.u.). 

Blutplasma

Das Blutplasma besteht zu etwa 90% aus Wasser, beinhaltet rund 7 bis 8% Proteine und etwa 2 bis 3% niedermolekulare Substanzen. 

Bei etwa 60% der Proteine handelt es sich um Albumin, welches unter anderem als Bindungspartner für den Transport zahlreicher Stoffe im Blut dient, der verbleibende Anteil wird durch Globuline gestellt. Zu diesen gehören Komplementfaktoren (angeborene Immunabwehr), Enzyme, Enzyminhibitoren und die große Gruppe der Antikörper.

Zu den niedermolekularen Substanzen gehören die Elektrolyte (Natrium-, Kalium-, Calcium-, Magnesium- und Hydrogencarbonationen). Obwohl ihr Volumenanteil sehr gering ausfällt, ist ihre Konzentration bestimmend für die normale Funktion aller Zellen. Als sehr kritisch kann dabei die Konzentration von Kalium gesehen werden, da sowohl ein Überangebot (Hyperkaliämie) als auch ein Mangel (Hypokaliämie) zu lebensbedrohlichen Herzrhythmusstörungen führen kann.

Zellen der lymphatischen Vorläuferzelle 

Aus der frühen gemeinsamen lymphatischen Vorläuferzelle bilden sich zwei unterschiedliche weiter differenzierte Vorläuferzellen: lymphatische Vorläuferzellen und frühe Vorläuferzellen der T-Zell-Linie.

Aus der lymphatischen Vorläuferzelle entstehen drei weitere Zelltypen: Plasmazytoide dendritische Zellen, Prä-NK-Zellen und Pro-B-Zellen. Aus den Prä-NK-Zellen bilden sich über eine Zwischenstufe die natürlichen Killerzellen (NK-Zellen), aus Pro-B-Zellen entstehen über weitere Zwischenstufen die B-Zellen, die sich dann zu Plasmazellen (Gedächtniszellen) entwickeln können.

Frühe Vorläuferzellen der T-Zell-Linie wandern aus dem Knochenmark über das periphere Blut in den Thymus. Dort differenzieren sie zu immunkompetenten Zellen, den zytotoxischen T-Zellen sowie den T-Helferzellen.

Natürliche Killerzellen sind allem voran an der angeborenen Abwehr beteiligt, nehmen aber auch andere Aufgaben war. Da sie auch Wachstumsfaktoren ausschütten, spielen sie z.B. eine Rolle in der embryonalen Entwicklung.

Zytotoxische T-Zellen töten virusinfizierte Zellen sowie maligne entartete Zellen. 

B-Lymphozyten sind an der Antigenerkennung beteiligt und differenzieren zu Plasmazellen, die Immunglobuline (Antikörper) produzieren, während T-Helferzellen für deren Aktivierung notwendig sind.

Plasmazytoide dendritische Zellen zirkulieren im peripheren Blut und werden durch Moleküle pathogener Erreger aktiviert. Sie schütten daraufhin Interferone aus, die vor allem antivirale Wirkung haben.

Zellen der myeloischen Vorläuferzelle 

Aus der myeloischen Vorläuferzelle gehen drei Zellen hervor: Proerythrozyten, aus denen über weitere Differenzierungsstufen Erythrozyten entstehen, Megakaryoblasten, die über weitere Stufen Thrombozyten bilden sowie Myeloblasten.

Myeloblasten bilden – jeweils über verschiedene, z.T. noch ungeklärte Differenzierungsstufen – basophile, eosinophile und neutrophile Granulozyten sowie Mastzellen, Makrophagen und dendritische Zellen. Monozyten sind eine Vorstufe der Makrophagen.

Erythrozyten

Erythrozyten sind vor allem für den Transport von Sauerstoff verantwortlich. Sie enthalten Hämoglobin, welches Sauerstoff nicht-kovalent durch Anlagerung bindet (Oxygenierung) und wieder abgeben kann (Desoxygenierung). Die Bindungsaffinität ist maßgeblich abhängig vom Sauerstoffpartialdruck (Anteil des Sauerstoffs am Gesamtdruck des Blutes), dem Kohlendioxidpartialdruck, der Temperatur, dem pH-Wert und der Konzentration von 2,3-Diphosphoglycerat, einem Abbauprodukt der Glykolyse in Erythrozyten. 

In der Lunge bindet Sauerstoff an das in Erythrozyten befindliche Hämoglobin. Rund 99,7% des Sauerstoffs werden auf diese Weise transportiert, die verbleibenden rund 0,3% befinden sich gelöst im Blutplasma. 

Das in den Geweben produzierte Kohlendioxid wird zu etwa 30% an Hämoglobin gebunden und zu rund 70% (nach entsprechender chemischer Reaktion) in Form von Hydrogencarbonat transportiert.

Erythrozyten haben eine bikonkave Form und besitzen weder einen Zellkern, noch Zellorganellen. Rund 90% der Trockenmasse eines Erythrozyten besteht aus Hämoglobin. Sie sind stark verformbar, was es ihnen ermöglicht, ihre Form anzupassen, wenn sie sich durch feinste Kapillaren bewegen.

In der Zellmembran der Erythrozyten befinden sich etliche hundert Blutgruppenmerkmale. Die International Society of Blood Transfusion definiert 35 Blutgruppensysteme, von denen AB0 und Rhesus die beiden wichtigsten sind.

Die Lebensdauer eines Erythrozyten beträgt etwa 90 bis 120 Tage. Ihre normale Konzentration liegt, geschlechtsabhängig, bei etwa 4 bis 5 pro Pentoliter (pL) Blut.

Thrombozyten

Bei den Thrombozyten handelt es sich ebenfalls um kernlose Zellen. Sie sind reich an Granula, welche während der Blutgerinnung bestimmte Stoffe freisetzen können. 

Solange Gefäße unbeschädigt sind, können Thrombozyten nicht daran haften. Entsteht jedoch eine Lücke im Endothel (z.B. durch ein Verletzung von außen), haften sie an den freigelegten subendothelialen Fasern und werden dadurch aktiviert. Die Granula werden entleert, die Thrombozyten verändern ihre Form und es bildet sich eine einfache Thrombozytenabdichtung – ein Thrombus. Diese Vorgänge, die als primäre Homöostase bezeichnet werden, laufen unter Verwendung zahlreicher Mediatoren ab.

Thrombozyten besitzen eine Lebensdauer von etwa 10 Tagen. Die normale Konzentration liegt bei etwa 150 bis 400 pro Nanoliter (nL) Blut. 

Erythrozyten und Thrombozyten, die nicht mehr funktionsfähig sind, werden in der Milz abgebaut. Ihre Funktionsunfähigkeit wird im Milzgewebe erkannt und sie werden ausgesondert. Das im Hämoglobin enthaltene Eisen wird wieder verwendet. 

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Granulozyten

Neutrophile Granulozyten sind Teil der angeborenen Immunabwehr. Sie phagozytieren ("fressen") Fremdkörper und Mikroorganismen mit Hilfe verschiedener Enzyme. Dafür können sie das Blutgefäßsystem verlassen (emigrieren). Die Steuerung der Bewegung geschieht mit Hilfe verschiedener Botenstoffe, die in der Gesamtheit als Chemotaxine bezeichnet werden. Sie werden von anderen Zellen freigesetzt, z.T. fallen auch Bestandteile von Krankheitserregern selbst in diese Kategorie.

Etwa die Hälfte der neutrophilen Granulozyten haftet an den Blutgefäßwänden von Lunge und Milz, sodass diese sehr schnell in den Blutstrom freigesetzt werden können. Mit Hilfe von Mediatoren können neutrophile Granulozyten selbst Entzündungsreaktionen steuern. Rund 95% der gesamten Granulozytenpopulation sind Neutrophile.

Eosinophile Granulozyten sind ebenfalls zur Phagozytose befähigte Zellen, deren Granula basische Proteine enthalten. Eines der stärksten Chemotaxine für sie ist Histamin, das von Mastzellen freigesetzt wird.

Sie sind vor allem in Geweben vorrätig, machen aber nur einen kleinen Teil der Granulozytenpopulation aus (rund 1 bis 4%). 
Im Rahmen parasitärer Erkrankungen und bei asthmatischen Leiden erhöht sich ihre Zahl stark. Zudem sind sie wahrscheinlich an der Pathophysiologie viraler Erkrankungen beteiligt.

Basophile Granulozyten enthalten Granula mit saurem Inhalt. Sie befinden sich im Normalfall nur in sehr geringem Umfang im menschlichen Blut und machen unter 1% der Granulozytenpopulation aus. Häufig sind sie überhaupt nicht nachweisbar.

Es gibt einen funktionellen Zusammenhang zwischen basophilen und eosinophilen Granulozyten, denn die einen geben saure Stoffe ab und die anderen basische. Was der eine Zelltyp also nicht zerstören kann, übernimmt der andere.

Basophile Granulozyten besitzen IgE-Rezeptoren. IgE spielt eine Rolle in der Pathophysiologie allergischer Reaktionen. Sind die basophilen Granulozyten aktiviert, schütten sie Histamin aus, was wiederum die eosinophilen Granulozyten aktiviert. 

Die Begriffe neutrophil, eosinophil und basophil beziehen sich auf ihre Anfärbbarkeit in der histologischen Aufarbeitung.

Myeloblasten

Monozyten sind Vorstufen der Makrophagen, die zur Phagozytose befähigt sind und Antigene der verzehrten Erreger auf ihrer Oberfläche präsentieren können. Diese Präsentation führt zur Aktivierung von naiven T-Zellen, die daraufhin proliferieren. Dieser Mechanismus ist Bestandteil des erworbenen Immunsystems.

Monozyten verlassen das Knochenmark, zirkulieren für einige Tage im Blut und siedeln sich dann in Geweben und Organen ab, wo sie zu Makrophagen reifen. Gewebe- bzw. organständige Makrophagen werden Histiozyten genannt und bilden gemeinsam mit den Monozyten das mononukleäre Phagozytensystem (auch als retikuloendotheliales System bezeichnet).

Unreife dendritische Zellen gelangen vom Knochenmark über das Blut in verschiedene Gewebe und werden dort ansässig. Innerhalb des Gewebes sind diese Zellen ständig in Bewegung. Die unreifen Zellen nehmen pathogene Antigene auf und bilden sich dadurch zu reifen dendritischen Zellen heran. Sie folgen nun einem Gradienten von Chemotaxinen in die lymphatischen Organe und treten dort in Interaktion mit T-Zellen, aber auch mit B-Zellen und natürlichen Killerzellen, an deren Reifung sie vermutlich beteiligt sind.

Dendritische Zellen sind eine ganze Gruppe recht heterogener Zelltypen, nicht ein einzelner Typ. Unter bestimmten Milieubedingungen können unreife dendritische Zellen zu Makrophagen heranreifen, zudem können sich Monozyten zu dendritischen Zellen umwandeln.

Dendritische Zellen sind nicht mit den plasmazytoiden dendritischen Zellen zu verwechseln, die der lymphatischen Linie entstammen. Die Hämatopoese ist eng an die Struktur des Knochenmarks geknüpft. Mehr dazu findest du hier: