Post on 22-Dec-2018
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Univ.-Prof. Dr. Viktoria Weber
Zentrum für Biomedizinische TechnologieDepartment für Klinische Medizin undBiotechnologieDonau-Universität KremsDr. Karl Dorrekstraße 30 A-3500 Krems
Tel. 02732 893 2632
viktoria.weber@donau-uni.ac.at
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Bücher
• Physiologische ChemieLöffler, Petrides, Springer Verlag
• Physiologie des MenschenSchmidt, Thews (Hrsg), Springer Verlag
• BiochemieStryer, Spektrum Verlag
• Biochemie des Menschen Florian Horn, Thieme Verlag
• Immunology - A Short CourseBenjamini, Coico, Sunshine; Wiley-Liss
Termine
Mi, 22. 05. 2013 14:00 - 16:30
Mi, 29. 05. 2013 16:45 - 19:00
Mi, 05. 06. 2013 14:00 - 16:30
Mi, 12. 06. 2013 14:00 - 16:30
Do, 13. 06. 2013 13:00 - 15:30
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(I) Bestandteile und Funktionen des Blutes
(II) Blutgerinnung und Fibrinolyse
(III) Regulation der Blutgerinnung
(IV) Wechselwirkung von Gerinnung und Entzündung
(V) Antikoagulation und Methoden der Blutreinigung
INHALT
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Begriffe
Plasma: flüssige (nicht-zelluläre) Blutbestandteile
Serum: Plasma ohne Gerinnungsfaktoren
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Funktionen des Blutes
• Transport
- Atemgase
- Nährstoffe
- Metabolite
- Wirkstoffe
- Wärme
• Milieu- Homöostase
• Schutz-Blutverlust-Immunabwehr
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Zusammensetzung
ca. 44% Zellen
ca. 56% Plasma
rote Blutkörperchen Erythrozytenweiße Blutkörperchen LeukozytenPlättchen Thrombozyten
Plasma
weiße Blutzellen(buffy coat)
rote Blutzellen
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Auftrennung der Blutzellen: Gradientenzentrifugation
FicollPaque
buffy coat: entält PBMCs (peripheral blood mononuclear cells)= mononukleäre Zellen des peripheren Blutes (Lymphozyten, Monozyten)Zellen, die einen runden Zellkern besitzen
Ficoll: Copolymer aus Saccharose und Epichlorhydrin, 1,077 g/ml
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Blut
Zellen
Erythrozyten 4-5 x 1012/I
Thrombozyten 200-300 x 109/l
Leukozyten 6 - 8 x 109/l
Plasmaca. 300 Bestandteile
I. Proteine (8%) Albumin (60%)Immunoglobuline (35%)Fibrinogen ( 5%)
II. WasserIII Anorganische SalzeIV. MediatorenHormone, Fette, Enzyme
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Plasma
Red cells
he
ma
toc
rit
400g Blut 200g Plasma 16g Plasmaproteine
water
Proteins
Albumin
Immuno-globulins
Coagulationfactors
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Dichte: 1,027 g/ml
pH-Wert: 7,37 - 7,43
Synthese der Plasmaproteine erfolgt vor allem in der Leber
Plasma
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Plasma
• klare, strohgelbe Flüssigkeit
• 90% Wasser
• Proteine 60-80 g/l
Albumin, Enzyme, Gerinnungsfaktoren, Immunglobuline,...
• Lipide 4,5-8,5 g/l
• Glucose 4,5-5,5 mmol/l
• Elektrolyte
• Organische Säuren 4-6 mmol/l
Lactat, Pyruvat, Citrat
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Plasmaproteine
• intravasal: ca. 3 l Plasma
• Proteingehalt: 180 - 240 g (6 - 8 g / 100 ml)
• extravasal: ca. 150 g Plasmaprotein
• Plasmaprotein intra- und extravasal: ca. 400g, d.h. ca. 4% der Gesamtproteinmenge von 10000g
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Funktionen der Plasmaproteine
• Aufrechterhaltung eines konstanten Plasmavolumens
• Transport von niedermolekularen Substanzen
• Beitrag zur Blutgerinnung und zur Fibrinolyse
• Abwehr
• Beteiligung an der Pufferung des Blutes
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Elektrophorese
1. Serum wird auf geeigneten Trägeraufgetragen
2. Träger ist mit einer Pufferlösung (pH 8.6) imprägniert
3. Bei diesem pH sind alle Plasmaproteine negativ geladen
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Negativ geladene Proteine bewegen sich zur Anode
Je stärker die negative Ladung, desto rascher wandert das Protein.
Anode
Kathode
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Albumin (albus = weiß)
• relative Molekülmasse: ca. 66.4 kDa
• elliptisch
• wichtigstes Transportprotein im Blut
• transportiert z. B. freie Fettsäuren, Bilirubin, Vitamine, Kationen, Pharmaka, toxische Produkte
• wasserunlösliche Substanzen binden an Albumin und können in dieser Form transportiert werden
• hohes Wasserbindungsvermögen (Aufrechterhaltung des kolloidosmotischen Druckes)
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Globuline36 kDa – 1,3 MDaEinteilung in vier Gruppen nach elektrophoretischer Wanderung
α-Globuline– α1-Globuline
– α2-Globuline
β-Globulineγ-Globuline
saures α1-Glykoproteinα1-Antitrypsinα1-ChymotrypsinTranscortinThyroxin-bindendes Protein α1-Fetoproteinα1-Lipoprotein (HDL)
Haptoglobin Caeruloplasminα2-Makroglobulin
TransferrinFibrinogen (Gerinnungsfaktor I) KomplementproteineC-reaktives Protein
Antikörper:IgG,IgM,IgA,IgD,IgELysozym
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Abwehr
• Spezifische Abwehr: γ-Globuline (Antikörper)
• Unspezifische Abwehr: Lysozym, C-reaktives Protein, Komplementproteine
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Bereich Einheit
IgG 7 - 16 g/l
IgA 0.7 - 4.0 g/l
IgA Speichel 0.08 - 0.2 g/l
IgM Männer 0.4 - 2.3 g/l
Frauen 0.4 - 2.8 g/l
IgD 0.003 - 0.14 g/l
IgE bis 220 U/ml
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Erworbene Immunität
• Menschen, die eine schwere Infektionskrankheit überstanden haben, werden nicht ein zweites Mal befallen (vgl. Pockenepidemie)
• Immunität: lat. immunis: Personen, die keine Steuern und Abgaben bezahlen mussten
• vgl. auch angeborene Immunität
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IgG
• Dominierende Immunglobulinklasse im Blut.
• Erstinfektion: zuerst IgM Antikörper gegen den Erreger
• erst später auch IgG.
Dafür bleiben IgG dann meist lange nachweisbar,während die IgM Antikörper verschwinden.
So kann man oft frische von alten Infektionen unterscheiden.
IgG sind die einzigen Antikörper, die über den Mutterkuchen vonder Mutter auf das Kind übergehen.Dies passiert vor allem nach der 20. Schwangerschaftswocheund schützt das Kind in den ersten Lebenswochen.
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IgG-Subklassen
Man kann die Gruppe der IgG-Antikörper noch in vier weitere Gruppen unterteilen, die IgG-Subklassen 1 bis 4.
Die größte Subklasse ist IgG1, sie macht etwa zwei Drittel der gesamten IgG-Antikörper aus.
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IgABesondere Bedeutung hat IgA in den Körpersekreten (Speichel, Tränenflüssigkeit, Magensaft, andere Verdauungssäfte, Nasenschleim, Lungensekret, Muttermilch).
Dort sind IgA die wichtigsten Antikörper. Der hohe Anteil von IgA in der Muttermilch ist ein wichtiger Schutzfaktor gegen Brech- bzw. Durchfallserkrankungen des Säuglings.
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IgE
• geringe Mengen im Blut, daher spät entdeckt
• zusammen mit den Mastzellen verantwortlich für viele allergische Erkrankungen (Heuschnupfen, Asthma, Neurodermitis)
• weitere Funktion: Abwehr von Parasiten
Quelle: Wikipedia
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Funktionen der Plasmaproteine
• Aufrechterhaltung eines konstanten Plasmavolumens Transport von niedermolekularen Substanzen
• Beitrag zur Blutgerinnung und zur Fibrinolyse
• Abwehr
• Beteiligung an der Pufferung des Blutes
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Säure-Basen-Haushalt
• Die durch den Stoffwechsel freigesetzte Menge H3O+-Ionen ist beachtlich: Im Ruhezustand 15 mol pro Tag, bei körperlicher Anstrengung deutlich mehr.
• Die Quelle der freigesetzten H3O+-Ionen ist in erster Linie das Kohlendioxid, das in wässriger Lösung zu Kohlensäure reagiert. Die Stoffmenge von 15 mol freigesetztem Kohlendioxid entspricht einer Masse von 450 Gramm umgesetztem Traubenzucker (Glucose).
• Eine weitere H3O+-Quelle sind auch organische Säuren und Schwefelsäure, die als nicht-flüchtige Säuren zusammengefasst werden. Schwefelsäure entsteht beim Abbau von Aminosäuren mit Thiolgruppen (Methionin, Cystein).
Im Blut ermöglichen zwei Vorgänge, dass der pH im gesunden Organismus konstant bleibt:
• 1. die Abpufferung der H3O+-Ionen, die beim Stoffwechsel entstehen• 2. die Elimination von H3O+-Ionen zur Regeneration der Puffersysteme
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Die Puffersysteme müssen rasch regeneriertwerden können. Dies erfolgt über die Abgabe von CO2 in der Lungedurch die Atmung und durch protonenverbrauchende Reaktionen in der Niere:
Atmung:Entlastung des Körpers von flüchtigen Säuren (CO2)
Niere:Aktive Ausscheidung von Ammoniumhydrogencarbonat,dessen Bildung aus Glutamin 2 Protonen verbraucht.
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Störungen des Säure-Basen Haushalts
• Unter pathologischen Bedingungen kann es sein, dass die Regelsysteme des Körpers nicht mehr in der Lage sind, den pH-Wert des Blutes konstant zu halten. Es kommt zu einer Anhäufung von Säuren oder Basen im Blut.
• Der pH-Normalbereich des arteriellen Blutes beträgt 7,4 ± 0,03.
• Fällt der pH-Wert unter 7,37, spricht man von einer Acidose,während ein Anstieg über 7,43 als Alkalose bezeichnet wird.
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Acidose & Alkalose
• Acidosen und Alkalosen können jeweils durchLungenfunktionsstörungen (respiratorisch) oder durch Stoffwechselstörungen (metabolisch) verursacht werden.
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• Im Fall einer Hyperventilation wird in kurzer Zeit sehr viel CO2 über die Lunge abgeatmet. Die CO2-Konzentration im Blut nimmt ab, und durch Anstieg des pH-Wertes kommt es zur respiratorischen Alkalose.
• Verliert ein Patient andererseits eine große Menge nicht-flüchtiger Säuren, erhöht sich primär die HCO3–-Konzentration und es kommt zur metabolischen Alkalose.
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Plasma
Red cells
he
ma
toc
rit
400g Blut 200g Plasma 16g Plasmaproteine
water
Proteins
Albumin
Immuno-globulins
Coagulationfactors
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Elektrolyte des Blutes
Ion Konzentration
Na+ 136 bis 146 mmol/l
K+ 3,8 bis 5,2 mmol/l
Ca2+ 2,3 bis 2,7 mmol/l
Mg2+ 0,8 bis 1,2 mmol/l
Cl− 96 bis 106 mmol/l
HCO3− 24 bis 28 mmol/l
PO43- 1,0 bis 1,4 mmol/l
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Hämatokrit
Volumsanteil der Blutzellen am Blut
≈ Erythrozytenanteil des Blutes
Männer ca. 40 - 54 %
Frauen ca. 37 - 47 %
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Leukozyten Thrombozyten Erythrozyten
Blutbildung = Hämatopoese
• alle Blutzellen entwickeln sich im Knochenmark aus pluripotentenKnochenmarksstammzellen
• durch die Wirkung von Zytokinen entscheidet sich, welchen Weg eine pluripotente Stammzelle einschlägt
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• Erythrozyten • Thrombozyten• Leukozyten
Monozyten – MakrophagenLymphozyten Granulozyten
neutrophile (PMN, polymorphonuclear leukocytes)
basophileeosinophile
PBMC = PBMNCPeripheral blood mononuclear cellsLymphozyten, Monozyten
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basophil neutrophil eosinophil
Granulozyten
Granula enthalten Enzyme u. antimikrobiell wirkende Proteine (Defensine)
http://de.wikipedia.org/wiki/Neutrophiler_Granulozyt
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Neutrophile Granulozyten
• Können nach Aktivierung ins Gewebe auswandern
drei Mechanismen:
• Phagozytose und Lyse von Pathogenen
• Freisetzung von Proteasen und Sauerstoffradikalen (Zerstörung von Pathogenen, aber auch Gewebsschädigung –„friendly fire“ )
• NETs: neutrophil extracellular traps
• http://www.youtube.com/watch?v=CmbWE3jLUgM&feature=related
• http://www.youtube.com/watch?v=JnlULOjUhSQ&feature=related
NETs
• Netzwerke extrazellulärer Fasern, die von Neutrophilen gebildet werden
• diese Fasern binden und vernichten Pathogene
• Fasern bestehen aus DNA und Proteinen (zB Histone)
• Bildung von NETs wird über Plättchen gesteuert: erkennen mit dem TLR-4 (Toll-like Rezeptor 4) Infektionen und aktivieren Neutrophile
60
65
Monozyten
Vorläufer der Makrophagen in den GewebenAufgaben: Zerstörung körperfremder Substanzen (Phagozytose),
Antigenpräsentation Speicher: Milz Typischer Oberflächenmarker : CD14
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Zellen des menschlichen Blutes
Bezeichnung Anzahl je µl Blut
Erythrozyten 4,5 bis 5,5 Mio.
Leukozyten 4.000–11.000
Granulozyten
Neutrophile 2.500–7.500
Eosinophile 40–400
Basophile 10–100
Lymphozyten 1.500–3.500
Monozyten 200–800
Thrombozyten 300.000
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Kleines Blutbild
Abkürzung Parameter Frauen Männer
Leukos Leukozyten 4.000-10.000 /µl
Hb Hämoglobinkonzentration 12-16 g/dl 14-18 g/dl
Hk Hämatokrit 37-47% 40-54%
Ery Erythrozyten 4,3-5,2 Mio/µl 4,8-5,9 Mio/µl
MCH mittleres corpuskuläres Hämoglobin 28-34 pg
MCV mittleres corpuskuläres Volumen 78-94 fl
MCHCmittlere corpuskuläre Hb-Konzentration
30-36 g/dl
Thrombos Thrombozyten 150.000-400.000 /µl
MPV mittleres Thrombozyten-Volumen 7-12 fl
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relativ in [%]der Leukozytenzahl
absolut in [1/µl]
Neutrophile Granulozyten, stabkernig
3-5 150-400
Neutrophile Granulozyten,segmentkernig
50-70 3000-5800
Eosinophile Granulozyten
1-4 50-250
Basophile Granulozyten
0-1 15-50
Monozyten 3-7 285-500
Lymphozyten 25-45 1500-3000
Großes Blutbild
70
Erythrozyten
scheibenförmigverformbar
2µm dick (Mitte 1 µm)7.5 µm Durchmesser
kein Zellkern, daher keine Zellen im eigentlichen SinnGesamtoberfläche ca. 4000 m²
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Erythropoese
• im Knochenmark
• Stimulation durch Erythropoietin
• 7 d Bildungsdauer
• 100-120 d Zirkulation im Blut
• Störungen der Erythropoese: Anämie
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normal: 5-10 Retikulozyten pro 1000 Erythrozyten
weniger: Schädigung des Knochenmarksmehr: Hinweis auf Doping
75
Abbau der Erythrozyten
• pro Tag ca. 1 % Abbau und Neubildung
• Hämolyse in Milz und Leber
• Hämoglobin abgebaut zu Globin und Häm
• Häm -> Bilirubin unkonjugiertes Bilirubin (+Albumin) wird in Leber durch kovalente Bindung von 2 Glucuronsäureresten wasserlöslich gemacht
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Neubildung der Erythrozyten
1.6 x 108 pro min
stimuliert durch Absinken des O2-Partialdruckes im Gewebe
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Regulation der Erythropoese
Erythropoietin (EPO)
• Hormon, stimuliert die Erythropoese
• Glykoprotein, ca. 40% Glykananteil
• Synthese: 85-90% Nieren, 10-15% Leber
ἐἐἐἐρυθρός erythros „rot“ und ποιεῖῖῖῖν „machen“
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Erythropoetin als Therapeutikum
• Renale Anämie (chronische Niereninsuffizienz: EPO-Bildung gestört)
• Chemotherapie (Schädigung der Blutzellen)
80
EPO-Präparate
rekombinant hergestelltes Erythropoetin
• Amgen 1989 Epogen, Epoetin a
• Expression in CHO- bzw BHK-Zellen
unterschiedliches Glykosylierungsmuster
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Weiterentwicklungen
• Amgen 2001 Aranesp (Darbepoietin)•gentechnisch verändertes Erythropoetin •höher glykosyliert•längere Serumhalbwertszeit
• Hoffmann-La Roche CERA Continuous Erythropoiesis Receptor Activator
•EPO-Molekül verknüpft mit Polyethylenglykol•weitere Erhöhung der HWZ
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EPO und Doping
• Steigerung der Leistungsfähigkeit
• den Zellen steht mehr Sauerstoff zur Verfügung
• Schätzungen: ca. 500.000 Fälle pro Jahr
• jährlich produzierte Menge übersteigt den therapeutischen Bedarf um das 5-6fache
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EPO und Doping
Nachweis an Hand des Glykosylierungsmusters
unterschiedlicher Acetylierungsgrad der terminalen N-Acetylneuraminsäuren
unterschiedlicher isoelektrischer Punkt
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EPO und Doping
• rekombinantes EPO wird innerhalb weniger Tage abgebaut, Wirkung dauert aber länger
• Nachweisverfahren mittels Verlaufskontrolle verschiedener Blutparameter(Hämatokrit, Retikulozytenzahl: mehr unreife rote Blutzellen )
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aerob lässt sich aus Glukose 18mal mehr Energie gewinnen als anaerob
aerob: Glucose – Pyruvat – CO2 + H2O (Atmung) 36 ATP
anaerob: Pyruvat – Lactat oder Ethanol (Gärung) 2 ATP
Vertebraten: • Kreislauf
• Sauerstoff-transportierende Moleküle
HämoglobinMyoglobin
87
Hämoglobin
αἶµα = Blut und lat. globus = Kugel
• 90% des Trockengewichtes der Erythrozyten
• ca. 800 g im Durchschnittserwachsenen
• 4 Untereinheiten, 4 Hämgruppen mit je 1 Fe2+
• jede Hämgruppe bindet 1 O2
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Max Perutz
1914-2002Laboratory of Molecular Biology, Cambridge
1962 Nobelpreis Chemiemit John KendrewStrukturanalyse von Hämoglobin
91
Häm prosthetische Gruppe
Mr Hämoglobin 64500
Protoporphyrin IX
Fe2+
koordinativ an 4 Stickstoff-Atome(Häm-Ebene)zusätzlich Bindung an einen Histidinrest und an O2
(„proximales Histidin“normal auf Häm-Ebene)
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Oxigenation – Oxidation
• Hb + 4 O2 Hb(O2)4 Oxigenation
• Fe2+ Fe3+ Oxidation
Hämiglobin, Methämoglobin
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Sauerstoff-Bindung
1 mol Hb 4 mol O2
64500 g Hb 4 x 22.4 Liter O2
1 g Hb 1.39 mL O2
1.34 mL O2 (gemessen)Hüfner-Zahl
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Methämoglobin
• Fe2+ wird durch O2 zu Fe3+ oxidiert• Ferrohäm (II) zu Ferrihäm (III)• Ferrihämoglobin = Methämoglobin• bindet O2, kann ihn aber nicht mehr abgeben• Vergiftungen durch Nitrite, Anilin, Nitrobenzen• Glutathion im Erythrozyten schützt vor Oxidation
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CO-Bindung
• CO bindet Ferrohämoglobin
• hemmt Sauerstofftransport
• isoliertes Häm bindet CO
25.000mal stärker als O2
• Häm in Hämoglobin bindet CO
200 mal stärker als O2
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distales Histidin
verhindert lineare
Anlagerung von CO
CO entsteht auch endogen
besetzt ca. 1% der Bindungsstellen
bei Rauchern: bis zu 10% !
99
Bohr-Effekt
saures Milieu und höhere CO2-Konzentration
begünstigen die Sauerstoff-Abgabe von Hämoglobin
Gewebe mit intensivem Stoffwechsel (kontrahierender Muskel)
100
Rolle von Hämoglobin beim CO2-Transport
CO2 20mal besser wasserlöslich als O2
dies reicht für Abtransport von CO2 jedoch nicht aus
CO2 + H2O H2CO3 HCO3-+ H+
Hämoglobin nimmt bei der Sauerstoffabgabe die beim CO2-Transportentstehenden Protonen im Gewebe auf und gibt sie in der Lunge wieder ab
Hydratisierung durch Carboanhydratase
101
• durch die Wirkung der Carboanhydratase steigt [HCO3-]
in den Erythrozyten
• es entsteht ein Konzentrationsgefälle ins Plasma
• HCO3- strömt aus, Cl- dafür ein (Chloridverschiebung),
dadurch erfolgt Ladungsausgleich
102
Hämabbau
in Milz und Leber Hauptprodukt des Häm-Abbaus: Bilirubin
unkonjugiertes Bilirubinwasserunlöslich, aber gut fettlöslich Transportmolekül Albumin
konjugiertes Bilirubin UDP-Glucuronyltransferasewasserlöslich, Ausscheidung über Galle und Darm
Eisen gespeichert (Ferritin)
103
Anämie griech. anaimos, „blutlos“
Verminderte Sauerstoff-Transportkapazität– Verminderung von Hämoglobin– Verminderung des Hämatokrits– Verminderung der Erythrozyten
Gründe: Störung der Erythrozytenbildung oderverstärkter Abbau
104
Symptome
allgemein:
•Leistungsabfall, schnelle Ermüdbarkeit
•Blässe
•Kopfschmerzen, Schlaflosigkeit,
•beschleunigte Atmung, erhöhte Herzfrequenz
106
BezeichnungAnzahl je µl Blut
Frauen Männer
Erythrozyten 4,3 bis 5,2 Mio. 4,8 bis 5,9 Mio.
MCHmean corpuscular hemoglobin
28–34 pg
MCHCmean corpuscular hemoglobin
concentration30–36 g/dl
MCVmean corpuscular volume
78–94 fl
Retikulozyten 1 % der Erythrozyten
Hämatokrit 37–47 % 40–54 %
Ferritin 22–112 µg/l 34–310 µg/l
Transferrin 212–360 mg/dl
Vitamin B12 >300 ng/l
Folsäure >2,5 ng/ml
107
Einteilung
• Anämien durch Bildungsstörungen
hyporegenerative Anämien
• Anämien durch erhöhten Abbau
regenerative Anämien
108
Hyporegenerative Anämien (I)(gestörte Bildung)
• normochrom, normozytär
– Zellen morphologisch normal
renale Anämie (Erythropoietinsynthese vermindert)
aplastische Anämie (selten, Verlust der Stammzellen)
109
• hyperchrom, makrozytär
– Megaloblastäre Anämien
Vitamin B12- oder Folsäuremangel; erforderlich für die DNA-Synthese, bei Mangel vergrößerte Zellen auf Grund fehlender Zellteilung
Hyporegenerative Anämien (II)
111
• hypochrom, mikrozytär
Eisenmangel oder schlechte Eisennutzung
Chronischer Blutverlust
bei weitem häufigste Form der Anämie (80%)
Hyporegenerative Anämien (III)
112
Regenerative Anämien (I)(erhöhter Abbau)
• durch akute oder chronische Blutungen
– Blutungsanämien
• durch hohe Zerstörung der Erythrozyten
– Hämolytische Anämien
113
Regenerative Anämien (II)
Blutungsanämien
3 Phasen
i) hämodynamische Kompensation
Mobilisation von Erythrozyten aus der Milz
ii) plasmatische Kompensation
Einstrom von Gewebsflüssigkeit
Verdünnung des Blutes
iii) zelluläre Kompensation
Ausschüttung von Erythropoietin
Bildung neuer Erythrozyten
114
Regenerative Anämien (III)
Hämolytische Anämien
Ursache innerhalb oder außerhalb des Erythrozyten
Innerhalb: Defekt der Zellmembran, Defekte in der Hämoglobinsynthese (Hämoglobinopathien)
Außerhalb: mechanische Zerstörung der Zellen (Herzklappen); Plasmodien (Malaria), Schlangen- und Spinnengifte
Sichelzellanämie
• Hämoglobin mit Punktmutation in ß-Kette (Glu-Val) ist in desoxygenierter Form schlecht löslich und bildet Präzipitat
• Dadurch Verformung der Erythrozyten
• lebensbedrohliche Durchblutungsstörungen
116
Sichelzellanämie
• Bei homozygoten Trägern ist das gesamte Hämoglobin von der Mutation betroffen
• Bei diesen Trägern verformen sich Erythrozyten bereits bei Sauerstoffabgabe in den Kapillaren
• Erythrozyten sind weniger elastisch, verhaken sich untereinander
• Verschluss von Kapillaren
117
Sichelzellanämie
• Bei heterozygoten Trägern werden beide Formen von Hämoglobin hergestellt
• Unter Normalbedingungen zeigen die Erythrozyten keine Veränderungen
• Bei starkem Sauerstoffmangel (z.B. Höhe) treten die Symptome auf
118
Sichelzellanämie und Malaria
• Heterozygote Träger sind gegen Malaria geschützt.
• Gesunde Überträger (Aa) haben Selektionsvorteil gegenüber Personen ohne Sichelzellenallel (AA)
Warum?
• Mehrere Theorien
• Sickle hemoglobin confers tolerance to Plasmodium infection.
• Ferreira A, Marguti I, Bechmann I, Jeney V, Chora A, Palha NR, Rebelo S, Henri A, Beuzard Y, Soares MP.
• Source
• Instituto Gulbenkian de Ciência, Oeiras, Portugal.
• Abstract
• Sickle human hemoglobin (Hb) confers a survival advantage to
119
Sichelzellanämie und Malaria
• Sickle hemoglobin confers tolerance to Plasmodium infection.
Ferreira et al., Cell 2011
Sickle human hemoglobin (Hb) confers a survival advantage to individualsliving in endemic areas of malaria, the disease caused by Plasmodiuminfection.
As demonstrated hereby, mice expressing sickle Hb do not succumb toexperimental cerebral malaria (ECM). This protective effect is exertedirrespectively of parasite load, revealing that sickle Hb confers host tolerance toPlasmodium infection.
120
Sichelzellanämie und Malaria
Sickle Hb induces the expression of heme oxygenase-1 (HO-1) inhematopoietic cells, via a mechanism involving the transcription factor NF-E2-related factor 2 (Nrf2).
Carbon monoxide (CO), a byproduct of heme catabolism by HO-1, preventsfurther accumulation of circulating free heme after Plasmodium infection,suppressing the pathogenesis of ECM.
Our findings provide insight into molecular mechanisms via which sickle Hbconfers host tolerance to severe forms of malaria.
121
Sichelzellanämie und Malaria
d.h.
• Bei Vermehrung des Erregers in den Erythrozyten werden neue Errgerfreigesetzt, aber auch Abbauprodukte der Erythrozyten
• Häm aus Hämoglobin wirkt entzündungsfördernd und löst Fieberschübe aus
• Das mutierte Sichelzellhämoglobin bewirkt die Produktion von Hämoxidase
• Diese baut Häm ab, wobei auch CO entsteht
• CO verhindert die Freisetzung von Häm aus Hämoglobin und verhindertsomit Fieberschübe.
122
123
ThalassämieMittelmeeranämie
• Biosynthese der Hämoglobinketten verlangsamt
α- und β-Thalassämie
• Erniedrigte Hb-Konzentration im Blut
• lebenslange Transfusionspflicht
• Knochenwachstum (Schädel-,
Wangenknochen)
• Ikterus
• Hämosiderose (Eisenüberladung auf Grund von Bluttransfusionen)
124
Leukozyten
7 µm (Lymphozyten) – 20 µm (Monozyten)Zellkern
Lebensdauer: wenige Tage bis Monateamöboid beweglich
können aus Blut in Gewebe einwandern
125
Zellen des menschlichen Blutes
Bezeichnung Anzahl je µl Blut
Erythrozyten 4,5 bis 5,5 Mio.
Leukozyten 4.000–11.000
Granulozyten
Neutrophile 2.500–7.500
Eosinophile 40–400
Basophile 10–100
Lymphozyten 1.500–3.500
Monozyten 200–800
Thrombozyten 300.000
126
Begriffe
Leukozytose >10000/µl
Leukopenie <4000/µl
Leukozytose: bei entzündlichen Erkrankungen, Leukämie
128
• Granulozyten– Neutrophile (Phagozytose von Bakterien, Viren, Pilzen)– Eosinophile ( Parasitenabwehr)– Basophile (beteiligt an allergischen Reaktionen)
• Lymphozyten– T- und B-Lymphozyten (Plasmazellen produzieren Antikörper)– NK-Zellen (natural killer cells)
• Monozyten – wandern ins Gewebe und werden zu Makrophagen (große Fresser)
Fresszellen für Bakterien und alte Körperzellen
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NETs
• contain decondensed chromatin and antimicrobial proteins
• but extracellular histones released ���� endothelial dysfunction
(Xu et al., 2009)
• Normally short-lived neutrophils have a prolonged half-life in septic
patients and accumulate in organs leading to damage
first paper: Brinkmann et al., 2004 Science
more papers: look for Brinkmann and Zychlinsky
http://www.jove.com/index/details.stp?id=1724
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B-Lymphozyten Vorläufer der Plasmazellen im Blut
Plasmazellen Spezialisierung auf Antikörperproduktion
B-Gedächtniszellenlanglebige B-Zellen mit einem Gedächtnis
für spezielle Antigene
T-Helferzellenaktivieren Plasmazellen und Killerzellen
erkennen Antigene auf den Antigen präsentierenden Zellen
T-Regulatorzellenbremsen die Immunantwort, hemmen die
Funktion der B-Zellen und anderen T-Zellen
T-Gedächtniszellenlanglebige T-Zellen mit einem Gedächtnis
für spezielle Antigene
T-Killerzellen (zytotoxische T-Zellen)
erkennen und zerstören von Viren befallene Körperzellen und Tumorzellen indem sie auf bestimmte Antigene der befallenen Zellen reagieren
natürliche Killerzellen (NK)greifen unspezifisch Zellen an, die von
Viren oder Tumoren befallen sind
Einteilung der Lymphozyten
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Monozyten
• Zirkulation im Blut 1-3 d
wandern bei Infektionen ins Gewebe ein
differenzieren sich zu Makrophagen
aktivierte Monozyten besitzen Rezeptoren:
CD14, CD86, CD16;TLR-2, TLR-4
• Vermittlung von Entzündungsreaktionen
132
Monozyten
über Rezeptoren:
Erkennung von bakteriellen Zellwandkomponenten, Lipoprotein, Lipopolysaccharid
„Pathogen-associated molecular patterns“ (PAMPS)
-> Signalweiterleitung
-> Sekretion von Zytokinen, Phagozytose
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Leukämiegriech. Λευχηαιµια, „weißes Blut“
„Blutkrebs“, „Leukose“
Stark vermehrte Bildung von Leukozyten(vorstufen)
breiten sich im Knochenmark aus
treten auch stark vermehrt im peripheren Blut auf
Infiltration von Leber, Milz, Lymphknoten
Mangel an Erythrozyten, Thrombozyten & funktionsfähigen Leukozyten
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Leukämie
akute und chronische Form
myeloische Leukämien: AML, CMLausgehend von Vorläuferzellen der Granulozyten, Erythrozyten, Thrombozyten
lymphatische Leukämien: ALL, CLLausgehend von Vorläuferzellen der Lymphozyten
typische Altersverteilung (ALL bei Kindern am häufigsten)
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Thrombozyten(Blutplättchen)
Abschnürung von Megakaryozyten im Knochenmark (Thrombopoietin)
1.5-3 µm (kleinste Blut“zellen“)
linsenförmig, im aktivierten Zustand Pseudopodien
Lebensdauer 8 – 12 d
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Thrombozyten
wichtige Rolle in der Blutgerinnung
während der Gerinnung:
Aktivierung durch ADP, Kollagen, Prothrombin
-> Ausstülpung von Pseudopodien
(Oberflächenvergrößerung)
-> Plättchenaggregation, Thrombusbildung
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The figure shows the subcellular organization of a resting platelet viewed by
thin-section electron microscopy. The marginal microtubule band encircles the cytoplasm of the platelet, maintaining its discoid shape. The α-granules constitute
the majority of the storage granules, interspersed with dense granules,
mitochondria, peroxisomes and lysosomes. The open caninicular system is formed by
invaginations of the plasma membrane and is a complex network of interwinding membrane tubes that permeate the
platelet's cytoplasm.
• Platelet Toll-like receptor (TLR) expression enables activated platelets to bind and capture bacteria. Subsequently, the platelets may directly kill the bacteria by producing thrombocidins or by aggregating around the bacteria and 'trapping' them for elimination by professional phagocytes. b | It is now clear that platelets can also heterotypically interact with a wide variety of cells, including leukocytes. Activated platelets promote neutrophil tethering and activation through the expression of selectins, CD154 (also known as CD40L) and inflammatory cytokines and chemokines. c | Similarly, activated platelets can also promote the activation of monocytes and dendritic cells (DCs), particularly through CD40–CD154 interactions. This leads to increased antigen presentation to T cells and enhances adaptive immune responses. TCR, T cell receptor.
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The platelet's primary physiological role is thought to be in haemostasis. Inthe first step of this process, a vascular injury exposes collagen andbasement membrane proteins that allow the platelets to adhere to thesubstratum. The adherent platelets then aggregate and release plateletactivation mediators, such as ADP and thromboxane A2. Followingactivation, the platelets produce thrombin, which catalyses the initiation ofthe coagulation cascade that eventually generates a mesh-like fibrindeposition. This structure contracts to form a tightly packed haemostatic plugthat arrests blood leakage. ECM, extracellular matrix.
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Activated platelets express and secrete CD154 (also known as CD40L), which canactivate the endothelium and modulate a variety of cellular processes. This culminatesin a pro-inflammatory response that increases thrombus formation but reduces thestability of the thrombus, leading to rupture and the production of emboli. Onemechanism by which platelet-derived CD154 can promote atherogenesis is byinhibiting the migration of regulatory T (TReg) cells to the site of the thrombus. Thisprevents the establishment of an anti-inflammatory milieu that would normally stabilizethe thrombus. TGFβ, transforming growth factor-β.