Blut

Das Blut (lat. sanguis, gr. haima) ist ein flüssiges Organ, das mit Unterstützung des Herz-Kreislauf-Systems die Funktionalität der restlichen Körpergewebe über vielfältige Transport- und Verknüpfungsfunktionen sicherstellt. Das Gefäßsystem des menschlichen Körpers enthält etwa 80 ml Blut pro kg Körpergewicht, dies entspricht ca. 5 bis 6 l Blut. Männer besitzen in der Regel etwa 1 l Blut mehr als Frauen, was auch auf Größen- und Gewichtsunterschiede zurückzuführen ist. Das Fachgebiet der Medizin, das sich mit dem Blut befasst, ist die Hämatologie. Die kulturgeschichtliche Bedeutung des Blutes behandelt der Artikel Blut (Kulturgeschichte).

Blut besteht aus speziellen Zellen sowie dem Blutplasma, in dem diese Zellen schwimmen. Es wird vornehmlich durch mechanische Tätigkeit des Herzmuskels in einem Kreislaufsystem durch die Blutgefäße des Körpers gepumpt. Dabei bezeichnet man die Gefäße die vom Herzen wegführen als Arterien und jene, die zurück zum Herzen führen als Venen.

Evolution

Jedes Lebewesen ist auf einen Stoffaustausch mit der Umwelt angewiesen und dieser vollzieht sich an jeder einzelnen Zelle. Da mit der Entwicklung komplexerer Vielzeller nicht mehr jede Zelle mit der Körperoberfläche in direktem Kontakt steht und die Diffusion ein sehr langsamer Vorgang ist, dessen Dauer sich proprotional zum Quadrat der Entfernung verhält, wird mit zunehmender Größe des Lebewesens ein Transportmedium für diese Austauschprozesse notwendig. Diese Flüssigkeit bringt die Stoffe also in die Nähe der Zielzellen, verkürzt also die Diffusionsstrecke.

Bei den Tieren mit offenem Blutkreislauf (z. B. Gliederfüßer, Mollusken) sind Blut- und interstitielle Flüssigkeit nicht voneinander getrennt. Die hier zirkulierende Flüssigkeit wird als Hämolymphe bezeichnet. Den Nachteil des relativ langsamen Blutflusses in einem offenen Kreislauf kompensieren Insekten dadurch, dass die Hämolymphe nicht dem Sauerstofftransport dient, sondern dieser über Tracheen gewährleistet wird.

Bei allen Tieren mit einem geschlossenen Blutkreislauf, unter anderem alle Wirbeltiere, nennt man die zirkulierende Flüssigkeit „Blut“.

Funktion

Das Blut mit seinen einzelnen Bestandteilen erfüllt viele wesentliche Aufgaben, um die Lebensvorgänge aufrecht zu erhalten. Hauptaufgabe ist der Transport von Sauerstoff und Nährstoffen zu den Zellen und der Abtransport von Stoffwechselendprodukten wie Kohlendioxid oder Harnstoff. Außerdem werden Hormone und andere Wirkstoffe zwischen den Zellen befördert.

Blut dient weiterhin der Homöostase, das heißt der Regulation und Aufrechterhaltung des Wasser- und Elektrolythaushaltes, des pH-Werts sowie der Körpertemperatur (Homoiothermie).

Als Teil des Immunsystems hat das Blut Aufgaben im Schutz vor und der Abwehr von Fremdkörpern (unspezifische Abwehr) und Antigenen (spezifische Abwehr) durch Phagozyten und Antikörper. Weiter ist das Blut ein wichtiger Bestandteil bei der Reaktion auf Verletzungen (Blutgerinnung und Fibrinolyse).

Weiterhin hat Blut eine Stützwirkung durch den von ihm ausgehenden Flüssigkeitsdruck.

Zusammensetzung

Blut besteht aus zellulären Bestandteilen (ca. 44%) und Plasma (ca. 55%), einer wässrigen Lösung (90% Wasser) aus Proteinen, Salzen und niedrig-molekularen Stoffen, wie z.B. Monosacchariden. Enthaltene Ionen sind Natrium-, Chlorid-, Kalium-, Magnesium-, Phosphat- und Kalziumionen.

Der Anteil der Proteine beträgt etwa 60 bis 80 g/l, entsprechend 8% des Plasmavolumens. Sie werden nach ihrer Beweglichkeit bei der Elektrophorese in Albumine und Globuline unterschieden. Letztere werden wiederum in α₁-, α₂-, β- und γ-Globuline unterschieden. Die Plasmaproteine übernehmen Aufgaben im Stofftransport, der Immunabwehr, der Blutgerinnung und der Aufrechterhaltung des pH-Wertes und des osmotischen Druckes.

Blutplasma ohne Gerinnungsfaktoren wird als Blutserum bezeichnet. Man gewinnt Serum, indem man Blut in einem Röhrchen vollständig gerinnen lässt und anschließend zentrifugiert. Im unteren Teil des Röhrchens findet man dann den so genannten Blutkuchen, im oberen die als Serum bezeichnete, meist klare Flüssigkeit. Das Serum enthält auch Substanzen, die im Plasma nicht enthalten sind: insbesondere Wachstumsfaktoren wie PDGF, die während des Gerinnungsvorgangs freigesetzt werden. Serum besteht zu 91% aus Wasser und 7% Proteinen. Der Rest sind Elektrolyte, Nährstoffe und Hormone. Durch gelöstes Bilirubin ist es gelblich gefärbt.

Weitere Bestandteile des Blutes sind Hormone, gelöste Gase, Nährstoffe (Zucker, Lipide und Vitamine) die zu den Zellen und Stoffwechsel- und Abfallprodukte (z.B. Harnstoff und Harnsäure) die von den Zellen zu ihren Ausscheidungsorten transportiert werden.

Zelluläre Bestandteile

Zellen des Blutes (Mensch)
Bezeichnung	Anzahl je μl Blut
Erythrozyten	4,5 bis 5,5 Mio
Leukozyten	9000
Granulozyten
Neutrophile	5400
Eosinophile	275
Basophile	35
Lymphozyten	2750
Monozyten	540
Thrombozyten	300000

Blut hat bei Männern einen Zellanteil von 44 bis 46%, bei Frauen von 41 bis 43%. Dieses Verhältnis wird Hämatokrit genannt. Beim Neugeborenen beträgt der Hämatokrit ca. 60%, bei Kleinkindern nur noch 30%. Die im Blut enthaltenen Zellen werden unterschieden in Erythrozyten, die auch rote Blutkörperchen genannt werden, Leukozyten, die als weiße Blutkörperchen bezeichnet werden und Thrombozyten oder Blutplättchen.

Die Erythrozyten oder roten Blutkörperchen dienen dem Transport von Sauerstoff und Kohlendioxid. Sie enthalten Hämoglobin, ein Protein das für die Sauerstoffbindung und -transport im Blut verantwortlich ist und aus dem eigentlichen Eiweiß Globin und der Häm-Gruppe, die mit Eisen einen Komplex bildet, besteht. Dieses Eisen verleiht dem Blut von Wirbeltieren seine rote Farbe (siehe auch: Blutfarbstoff), bei anderen Tieren, wie den (Spinnen oder beim Oktopus), erfüllt eine Kupferverbindung diese Funktion. Etwa 0,5 bis 1 % der roten Blutkörperchen sind Retikulozyten, das heißt noch nicht vollständig ausgereifte Erythrozyten.

Die Leukozyten oder weißen Blutkörperchen werden noch einmal in Eosinophile, Basophile und Neutrophile Granulozyten, Monozyten und Lymphozyten unterteilt. Die Granulozyten werden nach dem Färbeverhalten ihres Protoplasmas benannt und dienen der unspezifischen Immunabwehr, während die Lymphozyten und die Monozyten an der spezifischen Immunabwehr teilnehmen.

Thrombozyten dienen der Blutstillung.

Eigenschaften

Blut ist eine Suspension von zellulären Bestandteilen in Wasser, die eine nicht-Newtonsche Flüssigkeit bilden. Dies begründet seine besonderen Fließeigenschaften. Blut hat aufgrund der enthaltenen Erythrozyten eine gegenüber Plasma erhöhte Viskosität. Je höher der Hämatokritwert und je geringer die Strömungsgeschwindigkeit umso mehr steigt die Viskosität. Aufgrund der Verformbarkeit der roten Blutkörperchen verhält sich Blut bei steigender Fließgeschwindigkeit nicht mehr wie eine Zellsuspension sondern wie eine Emulsion.

Der pH-Wert von Blut beträgt 7,4 und wird durch verschiedene Blutpuffer konstant gehalten. Fällt er unter einen bestimmten Grenzwert (ca. 7,37), so spricht man von einer Azidose (Übersäuerung), liegt er zu hoch, nennt man dies Alkalose.

Blutgruppen

In der Zellmembran der roten Blutkörperchen sind Glycolipide verankert, die als Antigene wirken. Sie werden als Blutgruppen bezeichnet. Kommt es zu einer Vermischung von Blut verschiedener Blutgruppen, so tritt eine Verklumpung des Blutes ein. Deswegen muss vor Bluttransfusionen die Blutgruppe von Spender und Empfänger festgestellt werden, um potentiell tödliche Komplikationen zu vermeiden. Die medizinisch bedeutsamsten Blutgruppen des Menschen sind das AB0-System und der Rhesus-Faktor. Jedoch gibt es beim Menschen noch rund 20 weitere Blutgruppensysteme mit geringerer Bedeutung, die jedoch auch Komplikationen verursachen können.

Im AB0-System findet man die Blutgruppen A, B, AB und 0. Die Bezeichnung sagt aus, welche Antigene auf den Erythrozyten gefunden werden (bei A nur A-Antigene, bei B B-Antigene, bei AB A- und B-Antigene und bei 0 keine der beiden) und welche Antikörper (des Typs IgM) im Serum vorhanden sind (bei A B-Antikörper, bei B A-Antikörper, bei AB keine Antikörper und bei 0 A- und B-Antikörper).

Rhesusfaktoren können in den Untergruppen C, D und E auftreten. Medizinisch relevant ist besonders der Faktor D. Ist das D-Antigen vorhanden, so spricht man von Rhesus positiv, fehlt es, spricht man von Rhesus negativ. Beim Rhesussystem entstehen die Antikörper (der Gruppe IgG) im Blut erst, nachdem der Körper das erste Mal auf Blut mit Antigenen trifft. Da IgG-Antikörper die Plazenta durchqueren können, besteht die Möglichkeit von Komplikationen während der Schwangerschaft einer Rhesus-negativen Mutter mit einem Rhesus-positivem Kind.

Auf- und Abbau der Zellen des Blutes

Alle Zellen des Blutes werden in einem Hämatopoese genannten Vorgang im Knochenmark gebildet. Aus pluripotenten Stammzellen, aus denen jede Zelle reifen kann, werden multipotente Stammzellen, die auf verschiedene Zelllinien festgelegt sind. Aus diesen entwickeln sich dann die einzelnen zellulären Bestandteile des Blutes.

Die Erythropoese bezeichnet als Unterscheidung zur Hämatopoese nur die Differenzierung von Stammzellen zu Erythrozyten. Der Prozess der Reifung und Proliferation der Zellen wird durch das in Niere und Leber produzierte Hormon Erythropoietin gefördert. Eine wichtige Rolle bei der Erythropoese spielt Eisen, das zur Bildung von Hämoglobin benötigt wird. Außerdem spielen Vitamin B₁₂ (Cobalamin) und Folsäure eine Rolle. Kommt es zu einem Sauerstoffmangel im Körper, zum Beispiel auf Grund eines Höhenaufenthalts, so wird die Hormonausschüttung erhöht, was zu einer erhöhten Anzahl an roten Blutkörperchen im Blut führt. Diese können mehr Sauerstoff transportieren und wirken so dem Mangel entgegen. Dieser Gegenregulationsvorgang ist auch messbar: Man findet eine erhöhte Anzahl von Retikulozyten (unreifen roten Blutkörperchen).

Der Abbau der roten Blutkörperchen findet in der Milz und den Kupffer`schen Sternzellen der Leber statt. Erythrozyten haben eine Lebensdauer von 120 Tagen. Das Hämoglobin wird in einem Abbauprozess über mehrere Schritte zu Urobilin und Sterkobilin abgebaut. Während Urobilin den Urin gelb färbt, ist Sterkobilin für die typische Farbe des Kots verantwortlich.

Rolle des Blutes bei der Atmung

Eine der bedeutendsten Aufgaben des Blutes ist der Transport von Sauerstoff von der Lunge zu den Zellen und von Kohlendioxid, das Endprodukt verschiedener Stoffwechsel ist, zurück zur Lunge. Dies findet im Rahmen der Atmung statt.

98,5% des im Blut enthaltenen Sauerstoffs ist chemisch an Hämoglobin gebunden. Nur die restlichen 1,5% sind physikalisch im Plasma gelöst. Dies macht Hämoglobin zum vorrangigen Sauerstofftransporter der Wirbeltiere.

Unter normalen Bedingungen ist beim Menschen das die Lungen verlassende Hämoglobin zu etwa 96-97% mit Sauerstoff gesättigt. Deoxigeniertes Blut ist immer noch zu ca. 75% gesättigt. Die Sauerstoffsättigung bezeichnet das Verhältnis aus tatsächlich gebundenem Sauerstoff zu maximal möglichem gebundenem Sauerstoff. Dies ist auch abhängig von der Affinität des Hämoglobins für Sauerstoff. Dieser Wert wird durch eine Erhöhung des Blut-pH-Werts bzw. einer Senkung des Partialdrucks von Kohlendioxid, der Konzentration von 2,3-Bisphosphoglycerat und Temperatur erhöht.

Kohlendioxid wird im Blut auf verschiedene Art und Weise transport. Der kleinere Teil wird physikalisch gelöst, der Hauptteil jedoch wird in Form von Bicarbonat (HCO₃^-) und als an Hämoglobin gebundenes Carbamat transportiert. Die Umwandlung von Kohlendioxid zu Bicarbonat wird durch das Enzym Carboanhydrase ermöglicht.

Blutstillung und -gerinnung

Die Prozesse, die den Körper vor Blutungen schützen sollen, werden unter dem Oberbegriff Hämostase zusammengefasst. Dabei wird zwischen der primären und der sekundären Hämostase unterschieden.

An der primären Hämostase sind neben den Thrombozyten verschiedene im Plasma enthaltene und auf der Gefäßwand präsentierte Faktoren beteiligt. Das Zusammenspiel dieser Komponenten führt bereits nach zwei bis vier Minuten zur Abdichtung von Lecks in der Gefäßwand. Dieser Zeitwert wird auch als Blutungszeit bezeichnet. Zuerst verengt sich das Gefäß, dann verkleben die Thrombozyten das Leck, und schließlich bildet sich ein fester Propfen aus Fibrin, der sich nach abgeschlossener Gerinnung zusammenzieht. Die Fibrinolyse ist später für ein Wiederfreimachen des Gefäßes verantwortlich.

Die sekundäre Hämostase findet durch Zusammenwirkung verschiedener Gerinnungsfaktoren statt. Dies sind, bis auf Kalzium (Ca²⁺), in der Leber synthetisierte Proteine. Diese im Normalfall inaktiven Faktoren werden in einer Kaskade aktiviert. Sie können entweder endogen, das heißt durch Kontakt des Blutes mit anionischen Ladungen des subendothelialen (unter der Gefäßinnenoberfläche gelegenem) Kollagen oder exogen, das heißt durch Kontakt mit Gewebsthrombokinase, die durch größere Verletzungen aus dem Gewebe in die Blutbahn gelangt ist. Ziel der sekundären Blutgerinnung ist die Bildung von wasserunlöslichen Fibrinpolymeren, die das Blut zu „Klumpen“ gerinnen lassen.

Als Fibrinolyse wird der Prozess der Rückbildung der Fibrinklumpen bezeichnet. Dies findet durch die Aktion des Enzyms Plasmin statt.

Soll aufgrund verschiedener medizinischer Indikationen wie zum Beispiel Herzrhythmusstörungen die Gerinnungsfähigkeit des Blutes herabgesetzt werden, so setzt man Antikoagulantien oder Gerinnungshemmer ein. Diese wirken, indem sie entweder das zur Gerinnung notwendige Kalzium binden (jedoch nur im Reagenzglas, z. B. Citrat oder EDTA), in dem sie die Interaktion zwischen den Gerinnungsfaktoren hemmen (z. B. Heparin) oder indem sie die Bildung der Gerinnungsfaktoren selbst unterbinden (z. B. Cumarine).

Medizinische Aspekte

Erkrankungen

Viele Krankheiten lassen sich aus bestimmten Veränderungen der Blutbestandteile im Blutbild erkennen und in ihrem Schweregrad einordnen, weshalb das Blut die am häufigsten untersuchte Körperflüssigkeit in der Labormedizin ist. Eine weitere wichtige Untersuchung ist die Blutsenkungsreaktion (BSR), bei der anhand der Zeit, in der sich die festen Bestandteile in mit Gerinnungshemmern behandeltem Blut absetzen Rückschlüsse auf eventuell vorhandene Entzündungen gezogen werden können.

Außer Krankheiten, die sich durch Veränderungen im Blutbild äußern, gibt es auch Krankheiten die das Blut bzw. Bestandteile dessen selbst befallen. Zu den wichtigsten zählen die Anämie oder Blutarmut, die Hämophilie oder Bluterkrankheit und die Leukämie als Blutkrebs. Bei einer Anämie herrscht ein Mangel an Hämoglobin, der zu einer Unterversorgung des Körpers mit Sauerstoff (Hypoxie) führt. Bei Hämophilien ist die Blutgerinnung gestört, was in schlecht oder nicht stillbaren Blutungen resultiert. Bei einer Leukämie werden übermäßig viele weiße Blutkörperchen gebildet und bereits in unfertigen Formen ausgestoßen. Dies führt zu einer Verdrängung der anderen zellulären Bestandteile des Blutes in Knochenmark und Blut selbst.

Eine übermäßige Bildung von Blutzellen nennt man Zytose oder Philie, die je nach Zellart in Erythrozytose und Leukozytose (Unterformen sind Granulozytose: Eosinophilie, Basophilie, Neutrophilie; Monozytose; Lymphozytose; Thrombozytose) unterteilt wird. Einen Mangel an roten Blutzellen nennt man Erythropenie (Anämie), an weißen Leukopenie (je nach Zellart Eosinopenie, Basopenie, Neutropenie, Monopenie, Lymphopenie, Thrombozytopenie). Solche Verschiebungen der Proportionen der Zellzahlen werden im Differentialblutbild untersucht und geben zum Teil Hinweise auf die Art und das Stadium einer Krankheit.

Bluttransfusionen

Bei großen Blutverlusten, verschiedenen Krankheiten wie dem myelodysplastischen Syndrom und als unerwünschtes Resultat bei allen Chemotherapien werden meist Bluttransfusionen durchgeführt, um das Blutvolumen aufzufüllen oder bestimmte Blutbestandteile, an denen ein Mangel vorliegt, gezielt zu ergänzen. Hierbei ist zu beachten, dass das Blut von Spender und Empfänger hinsichtlich der Blutgruppen und des Rhesusfaktors übereinstimmen muss, da es sonst zu schweren Transfusionszwischenfällen kommen kann. Um Transfusionen zu ermöglichen, sind jedoch Blutspenden nötig.

Es wird zwischen Vollblutspenden, Eigenblutspenden und Spenden nur einzelner spezifischer Blutbestandteile (z.B. Blutplasma oder Thrombozyten) unterschieden. Bei einer Vollblutspende werden dem Spender ca. 500 ml venöses Blut entnommen, konserviert, untersucht und bei entsprechender Eignung in verschiedene Blutprodukte aufgetrennt. Diese werden in einer Blutbank eingelagert. Eigenblutspenden dienen der Bereitstellung von Blut vor einer Operation, das bei eventuell auftretendem Blutverlust ohne Komplikationen dem Patienten wieder verabreicht werden kann.

Alternativen zur Blutspende sind künstliches Blut, das aus lang haltbaren gefriergetrockneten roten Blutkörperchen in einer isotonischen Lösung besteht und Blutersatz, das starken Blutverlust ausgleichen soll, wenn keine Blutkonserven verfügbar sind.

Blutgifte

Blutgifte wie Kohlenmonoxid (CO) sind Stoffe, die Bluteigenschaften solcherart verändern, dass die Transport- und Stoffwechselfunktion eingeschränkt oder verhindert wird. Dies kann eine Schädigung des Blutkreislaufs bis hin zum Kreislaufkollaps zur Folge haben.

Literatur

Robert F. Schmidt, Florian Lang, Gerhard Thews: Physiologie des Menschen. Springer, Berlin 2004, ISBN 3540218823
Stefan Silbernagl, Agamemnon Despopoulos: Taschenatlas der Physiologie. Thieme, Stuttgart 2003, ISBN 3135677060

Weblinks

Bio-Repetitorium: Blut - mit Fragen und Antworten
http://www.medizinfo.de/wundmanagement/blut.htm
Red Gold - The epic story of blood - exzellente Seite rund ums Blut (engl.)
Maximum Allowable Blood Loss Calculator - berechnet die maximale Menge an Blut, die ein Patient verlieren darf (engl.), allerdings nur für Testzwecke
Quarks&Co PDF-Skript: Blut - Der ganz besondere Saft

Wikiquote: Blut – Zitate

Wiktionary: Blut – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen