1

Blut und

Blutgerinnung

22. 5. 2013

2

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

3

Vorlesungsunterlagen

Slides

Originalarbeiten und Review-Artikel

Bücher

Internet

4

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

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Prüfungsmodus

• mündlich

• Termine nach Vereinbarung

• Erarbeitung und Präsentation von Reviews

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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7

(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

8

Darwin’s “thinking path”, at Down House, Village of Downe, Kent, England.

9

I

Bestandteile und Funktionen

des Blutes

10

70 bis 80 ml Blut/kg Körpergewicht

5 - 6 Liter Blut

11

Begriffe

Plasma: flüssige (nicht-zelluläre) Blutbestandteile

Serum: Plasma ohne Gerinnungsfaktoren

12Flüssigkeitsräume des Körpers

13

Funktionen des Blutes

• Transport

- Atemgase

- Nährstoffe

- Metabolite

- Wirkstoffe

- Wärme

• Milieu- Homöostase

• Schutz-Blutverlust-Immunabwehr

14

Zusammensetzung

ca. 44% Zellen

ca. 56% Plasma

rote Blutkörperchen Erythrozytenweiße Blutkörperchen LeukozytenPlättchen Thrombozyten

Plasma

weiße Blutzellen(buffy coat)

rote Blutzellen

15

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

16

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

18

Dichte: 1,027 g/ml

pH-Wert: 7,37 - 7,43

Synthese der Plasmaproteine erfolgt vor allem in der Leber

Plasma

19

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

20

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

21

Anteile der Plasmaproteine

22

Funktionen der Plasmaproteine

• Aufrechterhaltung eines konstanten Plasmavolumens

• Transport von niedermolekularen Substanzen

• Beitrag zur Blutgerinnung und zur Fibrinolyse

• Abwehr

• Beteiligung an der Pufferung des Blutes

23

Auftrennung der Plasmaproteine

Elektrophorese

Gelchromatographie

24

Gelchromatographie

25

Gelchromatographie

26

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

27

Negativ geladene Proteine bewegen sich zur Anode

Je stärker die negative Ladung, desto rascher wandert das Protein.

Anode

Kathode

28

Serumglobuline:

wandern in der Reihenfolge

• Alpha-Globuline

• Beta-Globuline

• Gamma-Globuline

29

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)

30

Bindungsstellen von Albumin

31

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

32

Abwehr

• Spezifische Abwehr: γ-Globuline (Antikörper)

• Unspezifische Abwehr: Lysozym, C-reaktives Protein, Komplementproteine

33

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

34

Immunglobuline

35

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

36

Struktur eines Antikörpers

37

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.

38

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.

39

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.

40

IgDNur geringe Mengen in der Blutflüssigkeit. Hauptsächlich auf der Oberfläche von Lymphozyten.

41

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

42

Funktionen der Plasmaproteine

• Aufrechterhaltung eines konstanten Plasmavolumens Transport von niedermolekularen Substanzen

• Beitrag zur Blutgerinnung und zur Fibrinolyse

• Abwehr

• Beteiligung an der Pufferung des Blutes

43

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

44

Puffersysteme des Blutes:

45

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.

46

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.

47

Acidose & Alkalose

• Acidosen und Alkalosen können jeweils durchLungenfunktionsstörungen (respiratorisch) oder durch Stoffwechselstörungen (metabolisch) verursacht werden.

48

• 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.

49

Plasma

Red cells

he

ma

toc

rit

400g Blut 200g Plasma 16g Plasmaproteine

water

Proteins

Albumin

Immuno-globulins

Coagulationfactors

50

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

51

Hämatokrit

Volumsanteil der Blutzellen am Blut

≈ Erythrozytenanteil des Blutes

Männer ca. 40 - 54 %

Frauen ca. 37 - 47 %

52

Zelluläre Blutbestandteile

53

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

54

Erythrozyt

Plättchen

EosinophilerGranulozyt

Neutrophiler Granulozyt

Lymphozyt

Blutausstrich

55

Blutausstrich

- ungefärbt: Parasitennachweis- gefärbt: Gestalt und Aussehen der Leukozyten

56

57

• Erythrozyten • Thrombozyten• Leukozyten

Monozyten – MakrophagenLymphozyten Granulozyten

neutrophile (PMN, polymorphonuclear leukocytes)

basophileeosinophile

PBMC = PBMNCPeripheral blood mononuclear cellsLymphozyten, Monozyten

58

basophil neutrophil eosinophil

Granulozyten

Granula enthalten Enzyme u. antimikrobiell wirkende Proteine (Defensine)

http://de.wikipedia.org/wiki/Neutrophiler_Granulozyt

59

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

NETs

61

63

Neutrophil extracellular traps NETs

64

Lymphozyten

umfassen B-Zellen, T-Zellen, natürliche Killerzellen

65

Monozyten

Vorläufer der Makrophagen in den GewebenAufgaben: Zerstörung körperfremder Substanzen (Phagozytose),

Antigenpräsentation Speicher: Milz Typischer Oberflächenmarker : CD14

66

Blutbild:

Zählung der zellulären Blutbestandteile

67

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

68

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

69

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

71

72

73

Erythropoese

• im Knochenmark

• Stimulation durch Erythropoietin

• 7 d Bildungsdauer

• 100-120 d Zirkulation im Blut

• Störungen der Erythropoese: Anämie

74

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

76

Neubildung der Erythrozyten

1.6 x 108 pro min

stimuliert durch Absinken des O2-Partialdruckes im Gewebe

77

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“

78Gehalt an Sialinsäuren (N-Acetyl-Neuraminsäuren) beeinflusst Halbwertszeit

79

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

81

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

82

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

83

EPO und Doping

Nachweis an Hand des Glykosylierungsmusters

unterschiedlicher Acetylierungsgrad der terminalen N-Acetylneuraminsäuren

unterschiedlicher isoelektrischer Punkt

84

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 )

85

Funktion der Erythrozyten

86

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

88

Hämoglobin

89

Max Perutz

1914-2002Laboratory of Molecular Biology, Cambridge

1962 Nobelpreis Chemiemit John KendrewStrukturanalyse von Hämoglobin

90

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)

92

Oxigenation – Oxidation

• Hb + 4 O2 Hb(O2)4 Oxigenation

• Fe2+ Fe3+ Oxidation

Hämiglobin, Methämoglobin

93

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

94

Rolle des Proteinanteils im Hämoglobin?

95

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

96

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

97

distales Histidin

verhindert lineare

Anlagerung von CO

CO entsteht auch endogen

besetzt ca. 1% der Bindungsstellen

bei Rauchern: bis zu 10% !

98

Sauerstoff-Sättigung:

Oxygeniertes Blut: 96 - 97%

Desoxygeniertes Blut: 75%

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

105

Diagnose

wichtigstes Hilfsmittel:

Blutbild

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)

110

Price-Jones Kurve

Größe (µm)

Zah

l

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

115

Hämoglobinopathien

Sichelzellanämie

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

127

Aufgabe

Infektionsbekämpfung

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

129

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

130

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

131

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

133

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

1341845 Rudolf Virchow

135

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)

136

Thrombozyten(Blutplättchen)

Abschnürung von Megakaryozyten im Knochenmark (Thrombopoietin)

1.5-3 µm (kleinste Blut“zellen“)

linsenförmig, im aktivierten Zustand Pseudopodien

Lebensdauer 8 – 12 d

137

Thrombozyten

wichtige Rolle in der Blutgerinnung

während der Gerinnung:

Aktivierung durch ADP, Kollagen, Prothrombin

-> Ausstülpung von Pseudopodien

(Oberflächenvergrößerung)

-> Plättchenaggregation, Thrombusbildung

Funktionen von Plättchen jenseits der Gerinnung

139

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.

140

141

Plättchen im Blut Adhäsion &Aktivierung

Aggregation

Plättchen und Gerinnung

142

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.

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Zelluläre und plasmatische Gerinnung