Das Blut: Bestandteile, Transport und Erneuerung

Auf einen Blick

Blut besteht aus Plasma und geformten Bestandteilen. Zu Letzteren gehören Erythrozyten, Leukozyten und Thrombozyten. Diese Namen beschreiben drei Aufgabenfelder: Gastransport, Abwehr und Blutstillung. Im fließenden Blut sind alle Bestandteile miteinander vermischt. Ihre Verteilung lässt sich im Labor durch geeignete Probenaufbereitung sichtbar machen. [1][2]

Für das Verständnis helfen drei Ebenen: die Zusammensetzung des Blutes, seine Bewegung durch die Gefäße und der Austausch mit dem Gewebe. Das Herz erzeugt den Antrieb, das Gefäßsystem verteilt den Strom und das Blut bringt die transportierten Stoffe an die Austauschflächen. Knochenmark, Nieren, Leber und Milz sorgen gleichzeitig für Nachschub, Regulation und Wiederverwertung. [1][2]

Die geformten Bestandteile im Überblick

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Plasma und Zellen im selben Gefäß

Wird eine gerinnungsgehemmte Blutprobe zentrifugiert, setzen sich die dicht gepackten Erythrozyten unten ab. Darüber liegt eine sehr schmale hellere Schicht aus Leukozyten und Thrombozyten, der sogenannte Buffy Coat. Den oberen Anteil bildet das Plasma. Die roten Zellen nehmen dabei wesentlich mehr Raum ein als die übrigen geformten Bestandteile zusammen. [2][3]

Der Hämatokrit gibt an, welchen Volumenanteil die Erythrozyten am gesamten Blut haben. Ein Wert von 45 Prozent bedeutet beispielsweise, dass die roten Zellen etwa 45 Milliliter eines Blutvolumens von 100 Millilitern ausmachen. Dieses Verhältnis beschreibt das Volumen der Zellsäule. Zur Zahl, Größe und Hämoglobinausstattung der einzelnen Zellen gehören weitere Messgrößen. [2][3]

Das Plasma bleibt auch im Körper die Umgebung der Blutzellen. Es enthält vor allem Wasser sowie gelöste Elektrolyte, Proteine, Nährstoffe und Stoffwechselprodukte. In diesem gemeinsamen Raum bewegen sich kleine Moleküle, gebundene Transportstoffe und große Zellen mit sehr unterschiedlichen Eigenschaften. [2][3]

Was im Plasma transportiert wird

Glukose und Aminosäuren gelangen nach ihrer Aufnahme und Verarbeitung über das Blut zu den Geweben. Hormone werden von ihren Bildungsorten zu entfernten Zielzellen getragen. Stoffwechselprodukte erreichen mit dem Blut die Organe, die sie weiterverarbeiten oder ausscheiden. Dazu gehören die Nieren, die Leber und für Kohlendioxid die Lungen. [3][1]

Elektrolyte wie Natrium, Kalium, Kalzium und Chlorid sind an der Verteilung von Wasser, an elektrischen Vorgängen und an zahlreichen chemischen Reaktionen beteiligt. Ihre Konzentrationen werden durch das Zusammenspiel verschiedener Organe reguliert. Das Plasma bildet damit eine fortlaufend erneuerte Verbindung zwischen Aufnahme, Speicherung, Verbrauch und Ausscheidung. [3][1]

Ein Stoff kann frei gelöst oder an ein Transportprotein gebunden vorliegen. Die Bindung beeinflusst seine Verteilung und Verfügbarkeit. Wasserlösliche und fettlösliche Stoffe nutzen deshalb teilweise unterschiedliche Transportformen. Die genaue Untersuchung eines Blutwerts beginnt mit der Frage, welcher Stoff in welcher Form und in welchem Probenmaterial bestimmt wurde. [3][1]

Plasmaproteine: Transport, Flüssigkeitsverteilung und Abwehr

Albumin ist das mengenmäßig wichtigste Plasmaprotein. Es wird in der Leber gebildet und bindet unter anderem Fettsäuren sowie verschiedene andere Moleküle. Albumin trägt wesentlich zum kolloidosmotischen Druck des Plasmas bei. Dieser Einfluss auf die Wasserverteilung wirkt zusammen mit dem Druck im Gefäß, den Eigenschaften der Gefäßwand und dem lymphatischen Abtransport. [3][11]

Weitere Proteine haben eng umrissene Transportaufgaben. Transferrin bindet Eisen und macht es für den Transport zu den Verbrauchs- und Speicherorten verfügbar. Immunglobuline sind Antikörper. Sie werden von Plasmazellen gebildet und erkennen bestimmte molekulare Strukturen. Fibrinogen gehört zur Gerinnung: Daraus entsteht das Fibrinnetz eines stabilisierten Blutverschlusses. [3][11]

Nach der Gerinnung bleibt eine Flüssigkeit zurück, die Serum heißt. Während der Gerinnung werden unter anderem Fibrinogen und weitere beteiligte Bestandteile umgesetzt oder verändert. Vollblut, Plasma und Serum sind daher verschiedene Probenmaterialien. Welche Probe verwendet wird, richtet sich nach der Messmethode und der zu beantwortenden Frage. [3][11]

Erythrozyten: bewegliche Sauerstoffträger

Rote Blutzellen besitzen eine flache, beidseitig eingesenkte Form. Der Fachbegriff lautet bikonkav. Eine solche Zelle hat einen kräftigeren Rand und eine dünnere Mitte. Ihr Durchmesser liegt gewöhnlich bei etwa sieben bis acht Mikrometern. Die Form schafft eine große Oberfläche im Verhältnis zum Volumen und unterstützt den Gasaustausch. [12][4]

Unter der Zellmembran liegt ein elastisches Proteinnetz. Es hilft dem Erythrozyten, sich in engen Gefäßen zu verformen und anschließend wieder eine günstige Form anzunehmen. Reife menschliche Erythrozyten besitzen weder Zellkern noch Mitochondrien. Ihr Innenraum enthält sehr viel Hämoglobin; ihren laufenden Energiebedarf decken sie über Stoffwechselwege im Zytosol. [12][4]

Diese Kombination aus beweglicher Hülle, kurzen Diffusionswegen und hoher Hämoglobinausstattung macht die roten Zellen zu geeigneten Gastransportern. Eine Vertiefung ihres Aufbaus führt von der Zellmembran über das Zytoskelett bis zur chemischen Bindung des Sauerstoffs. [12][4]

Wie Sauerstoff aufgenommen und wieder abgegeben wird

Hämoglobin besteht aus vier Untereinheiten mit jeweils einer eisenhaltigen Hämgruppe. An jede Hämgruppe kann ein Sauerstoffmolekül reversibel binden. In den Lungen begünstigt ein hoher Sauerstoffpartialdruck die Beladung. Im Gewebe diffundiert Sauerstoff entlang seines Partialdruckgefälles aus dem Blut und kann anschließend von den Zellen genutzt werden. [5]

Die Bindungsbereitschaft des Hämoglobins verändert sich mit der Umgebung. Mehr Kohlendioxid, ein niedrigerer pH-Wert und eine höhere Temperatur fördern unter passenden Bedingungen die Sauerstoffabgabe. Dadurch lässt sich der Transport mit den örtlichen Stoffwechselbedingungen verbinden. Aufnahme in den Lungen, Transport im Kreislauf und Abgabe im Gewebe bilden einen zusammenhängenden Weg. [5]

Kohlendioxid nutzt mehrere Transportformen. Ein großer Anteil wird als Bikarbonat im Plasma weiterbefördert; seine Umwandlung erfolgt wesentlich in den Erythrozyten. Ein weiterer Teil bindet an Proteine wie Hämoglobin, ein kleinerer Anteil bleibt physikalisch gelöst. In den Lungen ermöglichen die umgekehrten Reaktions- und Diffusionsbedingungen die Abgabe an die Atemluft. [5]

Leukozyten verbinden Blutbahn und Gewebeabwehr

Weiße Blutzellen enthalten einen Zellkern und gehören unterschiedlichen Gruppen an. Neutrophile Granulozyten können Mikroorganismen und Zellreste aufnehmen und beseitigen. Eosinophile Granulozyten beteiligen sich unter anderem an der Abwehr bestimmter Parasiten und an allergischen Reaktionen. Basophile Granulozyten setzen Botenstoffe frei, die Entzündungsreaktionen beeinflussen. [6]

Monozyten zirkulieren im Blut und können nach ihrem Übertritt ins Gewebe zu bestimmten Makrophagenpopulationen beitragen. Lymphozyten umfassen B-Zellen, T-Zellen und natürliche Killerzellen. B-Zellen können sich zu antikörperproduzierenden Plasmazellen entwickeln. T-Zellen übernehmen unter anderem regulatorische Aufgaben und erkennen veränderte oder infizierte Zielzellen. [6]

Für viele dieser Zellen ist die Blutbahn ein Reiseweg. Über Kontakte mit der Gefäßinnenwand und chemische Orientierungssignale gelangen sie zu passenden Einsatzorten. Ihre Gestalt, ihre Zahl im Blut und ihre Funktion im Gewebe beschreiben deshalb unterschiedliche Ausschnitte derselben Abwehrreaktion. [6]

Thrombozyten und Fibrin verschließen Gefäßverletzungen

Thrombozyten sind kleine kernlose Zellfragmente, die aus Megakaryozyten hervorgehen. Bei einer Gefäßverletzung treffen sie auf freigelegte Strukturen. Sie haften an, werden aktiviert und verbinden sich miteinander. Dabei verändern sie ihre Form und setzen Botenstoffe frei, die weitere Plättchen an den Vorgang beteiligen. [7][6]

Parallel werden Gerinnungsreaktionen auf geeigneten Zelloberflächen verstärkt. Eine zentrale Rolle spielt Thrombin: Es fördert die Plättchenaktivierung und wandelt Fibrinogen in Fibrin um. Die entstehenden Fibrinfäden bilden ein Netz, das den Verschluss festigt. Die enge Verbindung von Plättchen, Oberflächen und Gerinnungsproteinen erklärt die örtlich organisierte Blutstillung. [7][6]

Gerinnungshemmende Mechanismen begrenzen die Reaktionen im gesunden Gefäßsystem. Im weiteren Verlauf wird Fibrin durch das fibrinolytische System wieder abgebaut. Das abgestimmte Verhältnis von Aufbau, Stabilisierung und Auflösung gehört zur Reparatur. Die Zahl der Blutplättchen, ihre Funktion und die Aktivität der Gerinnungsproteine lassen sich mit unterschiedlichen Untersuchungen erfassen. [7][6]

Das Knochenmark erneuert die geformten Bestandteile

Im roten Knochenmark entstehen aus hämatopoetischen Stamm- und Vorläuferzellen neue Blutzellen. Während der Reifung verändern sich Größe, Kernstruktur und Ausstattung. Bei der roten Reihe nimmt der Hämoglobingehalt zu; der verdichtete Zellkern wird schließlich ausgestoßen. Retikulozyten sind die anschließenden jungen kernlosen roten Zellen auf dem Weg zur vollständigen Reife. [9][10]

Die Nieren verbinden diese Nachproduktion mit ihrer Sauerstoffversorgung. Sie bilden den Botenstoff Erythropoetin, kurz EPO, der die Entwicklung erythroider Vorläufer unterstützt. Gleichzeitig benötigt das Mark verfügbare Baustoffe und geeignete lokale Bedingungen. Der Nachschub an roten Zellen entsteht somit aus der Zusammenarbeit von Signalgebung, Zellreifung und Materialversorgung. [9][10]

Eine Blutprobe enthält das Ergebnis dieser Produktion zusammen mit Zellen unterschiedlichen Alters. Verlust, Abbau und Verteilung wirken ebenfalls auf die gemessenen Mengen ein. Der Blick auf die Blutbildung ergänzt deshalb die Bestandsaufnahme im Kreislauf um die Frage, wie der laufende Ersatz organisiert wird. [9][10]

Blutgruppen: erkennbare Merkmale auf der Zelloberfläche

Die AB0-Blutgruppe beschreibt, welche A- und B-Merkmale auf Erythrozyten vorhanden sind. Bei Blutgruppe A tragen die Zellen A-Merkmale, bei B die B-Merkmale und bei AB beide. Bei Blutgruppe 0 fehlen diese beiden Merkmale. Im Plasma befinden sich typischerweise Antikörper gegen das jeweils fremde A- oder B-Merkmal. [8]

Zum Rhesussystem gehört das D-Antigen. Seine Anwesenheit wird im Alltag mit rhesuspositiv, seine Abwesenheit mit rhesusnegativ bezeichnet. Das Rhesussystem umfasst weitere Merkmale. Für die medizinische Verträglichkeitsprüfung werden Blutgruppenbestimmung und gezielte Antikörperuntersuchungen mit der vorgesehenen Blutkomponente verbunden. [8]

Die Oberfläche eines Erythrozyten trägt damit zugleich mechanische, transportbezogene und immunologisch erkennbare Strukturen. Blutgruppen verbinden die Zellbiologie mit dem Immunsystem. Sie erklären, weshalb die Eigenschaften einzelner Zellen für die Verträglichkeit eines gesamten Blutprodukts bedeutsam sind. [8]

Ein Blutbild nach seinen Messgrößen lesen

Die Erythrozytenzahl zählt rote Blutzellen in einem bestimmten Blutvolumen. Der Hämoglobinwert beschreibt die Konzentration des roten Blutfarbstoffs. Der Hämatokrit gibt den Volumenanteil der roten Zellen an. Zusammen machen diese Größen erkennbar, wie viele Sauerstoffträger in einer Probe vorliegen und wie viel Raum sie einnehmen. [1][10][11]

Die Erythrozytenindizes ergänzen die Betrachtung. Das mittlere Zellvolumen heißt MCV, der mittlere Hämoglobingehalt pro Zelle MCH. Diese Größen helfen, Veränderungen der roten Zellreihe geordnet zu beschreiben. Die Retikulozytenzahl liefert zusätzliche Informationen zur aktuellen Neubildung. Für die Einordnung werden außerdem Verlauf, Begleitumstände und weitere Laborbefunde berücksichtigt. [1][10][11]

Die Gesamtzahl der Leukozyten wird durch das Differenzialblutbild aufgeschlüsselt. Dadurch wird sichtbar, welche Zellgruppen an einer Veränderung beteiligt sind. Die Thrombozytenzahl ergänzt die Mengenangaben um die Blutplättchen. Plättchenfunktion und Gerinnungsreaktionen werden bei entsprechender Fragestellung durch zusätzliche Untersuchungen betrachtet. [1][10][11]

Beim Eisenstoffwechsel unterscheiden sich Transport, Speicherung und Einbau in neue Zellen. Ferritin wird zur Beurteilung der Eisenspeicher genutzt, Transferrin trägt Eisen im Blut. Entzündung kann den Ferritinwert beeinflussen. Solche Zusammenhänge machen verständlich, weshalb mehrere aufeinander bezogene Messungen ein genaueres Bild ergeben als eine einzelne Zahl. [1][10][11]

Konzentrationen verändern sich auch mit dem Flüssigkeitsraum

Eine Zellzahl pro Mikroliter und eine Hämoglobinkonzentration beziehen sich stets auf das untersuchte Blutvolumen. Verändert sich der Plasmaanteil, verändert sich dieses Verhältnis. Die Betrachtung der Konzentration gehört deshalb mit der Betrachtung des Flüssigkeitshaushalts zusammen. Ein Laborverlauf erhält seinen Sinn durch die gemeinsame Einordnung von Zellen und ihrer Umgebung. [3][2]

Gleichzeitig beeinflussen die geformten Bestandteile und Plasmaproteine die Fließeigenschaften. Der Kreislauf transportiert eine Zellsuspension, deren Verhalten sich mit Gefäßweite und Zusammensetzung verändert. Für die Gewebeversorgung greifen damit mehrere Eigenschaften ineinander: das mitgeführte Hämoglobin, die Beweglichkeit der Zellen und die tatsächlich ankommende Durchblutung. [3][2]

Diese Verbindung lässt sich an einem einzelnen Erythrozyten verfolgen: Er entsteht im Mark, passiert Herz und Lungen, gibt in den Gewebekapillaren Sauerstoff ab und kehrt mit dem Blutstrom zurück. Während er viele solcher Wege durchläuft, werden anderswo neue Zellen gebildet und ältere Bestandteile abgebaut. Die Erneuerung erhält die Transportleistung über viele Zellgenerationen hinweg. [3][2]

Wärmeverteilung und Pufferung verbinden die Organe

Bei der Arbeit der Organe entsteht Wärme. Das zirkulierende Blut verteilt sie im Körper. Veränderungen der Hautdurchblutung beeinflussen den Wärmeaustausch mit der Umgebung: Mehr Blut an der Körperoberfläche kann unter geeigneten Umgebungsbedingungen mehr Wärme abgeben. Die Temperaturregulation verbindet deshalb lokale Gefäßreaktionen mit dem Transport durch den gesamten Kreislauf. [3][5]

Auch die chemischen Bedingungen werden gemeinsam reguliert. Bikarbonat und verschiedene Proteine wirken als Puffersysteme. Sie können Wasserstoffionen aufnehmen beziehungsweise abgeben und dadurch Änderungen des pH-Werts abmildern. Die Atmung beeinflusst den Kohlendioxidgehalt, die Nieren entfernen überschüssige Säurebestandteile. Das Blut verbindet diese Vorgänge als beweglicher Reaktions- und Transportraum. [3][5] [13]

Transport und Regulation sind damit eng verknüpft. Wärme, Atemgase und gelöste Stoffe werden zu den Organen bewegt, die ihren Austausch mit der Umgebung ermöglichen. Innerhalb dieses Verbunds schafft die Zirkulation die Verbindung zwischen örtlicher Entstehung und räumlich entfernten Regulationsorten. [3][5]

Wohin alte Erythrozyten und ihre Bestandteile gelangen

Ein reifer Erythrozyt durchläuft während seiner durchschnittlich ungefähr 120 Tage viele Kreislaufpassagen. Veränderungen der Hülle und des Zellinneren beeinflussen mit der Zeit seine Funktion. Makrophagen in Milz und Leber nehmen alte oder geschädigte Zellen auf und zerlegen ihre Bestandteile. Dieser Abbau ergänzt den fortlaufenden Nachschub aus dem Knochenmark. [4][11]

Eisen wird dabei zurückgewonnen. Es kann als Speicherbestandteil erhalten bleiben oder über Transferrin wieder zu den Vorläufern roter Zellen gelangen. Die Proteinketten des Hämoglobins liefern Aminosäuren. Der eisenfreie Anteil des Häms wird über mehrere Schritte zu Bilirubin umgebaut, das zur weiteren Verarbeitung die Leber erreicht. Bluttransport, Aufnahme durch Makrophagen und Stoffwechsel der Leber schließen so aneinander an. [4][11]

Häufige Fragen

Warum ist Blut rot? Hämoglobin prägt die Farbe der Erythrozyten und damit des gesamten Blutes. Der Beladungszustand verändert den Farbton: Sauerstoffreiches Blut wirkt heller rot, sauerstoffärmeres dunkler rot. [1][5][10]

Wie hängen Sauerstoffsättigung und Hämoglobin zusammen? Die Sättigung bezeichnet den Anteil besetzter Sauerstoffbindungsstellen. Die Hämoglobinkonzentration beschreibt, wie viele Trägermoleküle pro Blutvolumen verfügbar sind. Für die transportierte Sauerstoffmenge werden beide Größen zusammen betrachtet. [1][5][10]

Was verbindet Nieren und Blutbildung? EPO aus den Nieren unterstützt die Nachproduktion roter Blutzellen im Knochenmark. Eisenverfügbarkeit, Zellreifung und die Lebensdauer der gebildeten Zellen wirken an derselben Versorgungskette mit. [1][5][10]

Wo geht es weiter? Die Blutbildung und Blutstillung verbindet den Nachschub an geformten Bestandteilen mit der Reparatur verletzter Gefäße. Der Aufbau der Blutgefäße erklärt die Transportwege und Austauschflächen. [1][5][10]