Blut und Blutgerinnung

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1 Blut und Blutgerinnung

2 Univ.-Prof. Dr. Viktoria Weber Zentrum für Biomedizinische Technologie Department für Klinische Medizin und Biotechnologie Donau-Universität Krems Dr. Karl Dorrekstraße 30 A-3500 Krems Tel

3 Vorlesungsunterlagen Slides Originalarbeiten und Review-Artikel Bücher Internet 3

4 Bücher Physiologische Chemie Löffler, Petrides, Springer Verlag Physiologie des Menschen Schmidt, Thews (Hrsg), Springer Verlag Biochemie Stryer, Spektrum Verlag Biochemie des Menschen Florian Horn, Thieme Verlag Immunology - A Short Course Benjamini, Coico, Sunshine; Wiley-Liss 4

5 Prüfungsmodus mündlich Termine nach Vereinbarung Erarbeitung und Präsentation von Reviews 5

6 Termine Mi, :00-16:30 Mi, :45-19:00 Mi, :00-16:30 Mi, :00-16:30 Do, :00-15:30 6

7 INHALT (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 7

8 Darwin s thinking path, at Down House, Village of Downe, Kent, England. 8

9 I Bestandteile und Funktionen des Blutes 9

10 70 bis 80 ml Blut/kg Körpergewicht 5-6 Liter Blut 10

11 Begriffe Plasma: flüssige (nicht-zelluläre) Blutbestandteile Serum: Plasma ohne Gerinnungsfaktoren 11

12 Flüssigkeitsräume des Körpers 12

13 Funktionen des Blutes Transport - Atemgase - Nährstoffe - Metabolite - Wirkstoffe - Wärme Milieu - Homöostase Schutz -Blutverlust -Immunabwehr 13

14 ca. 44% Zellen Zusammensetzung rote Blutkörperchen weiße Blutkörperchen Plättchen Erythrozyten Leukozyten Thrombozyten ca. 56% Plasma Plasma weiße Blutzellen (buffy coat) rote Blutzellen 14

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 15

16 Blut Plasma ca. 300 Bestandteile I. Proteine (8%) Albumin (60%) Immunoglobuline (35%) Fibrinogen ( 5%) II. Wasser III Anorganische Salze IV. Mediatoren Hormone, Fette, Enzyme Zellen Erythrozyten 4-5 x /I Thrombozyten x 10 9 /l Leukozyten 6-8 x 10 9 /l 16

17 400g Blut 200g Plasma 16g Plasmaproteine Proteins Coagulationfactors Plasma Immunoglobulins water Red cells hematocrit Albumin 17

18 Plasma Dichte: 1,027 g/ml ph-wert: 7,37-7,43 Synthese der Plasmaproteine erfolgt vor allem in der Leber 18

19 Plasma klare, strohgelbe Flüssigkeit 90% Wasser Proteine 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 19

20 Plasmaproteine intravasal: ca. 3 l Plasma Proteingehalt: 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 20

21 Anteile der Plasmaproteine 21

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 22

23 Auftrennung der Plasmaproteine Elektrophorese Gelchromatographie 23

24 Gelchromatographie 24

25 Gelchromatographie 25

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 26

27 Negativ geladene Proteine bewegen sich zur Anode Anode Je stärker die negative Ladung, desto rascher wandert das Protein. Kathode 27

28 Serumglobuline: wandern in der Reihenfolge Alpha-Globuline Beta-Globuline Gamma-Globuline 28

29 Albumin (albus = weiß) relative Molekülmasse: ca 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) 29

30 Bindungsstellen von Albumin 30

31 Globuline 36 kda 1,3 MDa Einteilung in vier Gruppen nach elektrophoretischer Wanderung α-globuline α 1 -Globuline α 2 -Globuline saures α 1 -Glykoprotein α 1 -Antitrypsin α 1 -Chymotrypsin Transcortin Thyroxin-bindendes Protein α 1 -Fetoprotein α 1 -Lipoprotein (HDL) β-globuline γ-globuline Antikörper: IgG,IgM,IgA,IgD,IgE Lysozym Haptoglobin Caeruloplasmin α 2 -Makroglobulin Transferrin Fibrinogen (Gerinnungsfaktor I) Komplementproteine C-reaktives Protein 31

32 Abwehr Spezifische Abwehr: γ-globuline (Antikörper) Unspezifische Abwehr: Lysozym, C-reaktives Protein, Komplementproteine 32

33 Bereich Einheit IgG 7-16 g/l IgA g/l IgA Speichel g/l IgM Männer g/l Frauen g/l IgD g/l IgE bis 220 U/ml 33

34 Immunglobuline 34

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 35

36 Struktur eines Antikörpers 36

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 von der Mutter auf das Kind übergehen. Dies passiert vor allem nach der 20. Schwangerschaftswoche und schützt das Kind in den ersten Lebenswochen. 37

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. 38

39 IgA Besondere 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. 39

40 IgD Nur geringe Mengen in der Blutflüssigkeit. Hauptsächlich auf der Oberfläche von Lymphozyten. 40

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 41

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 42

43 Säure-Basen-Haushalt Die durch den Stoffwechsel freigesetzte Menge H 3 O + -Ionen ist beachtlich: Im Ruhezustand 15 mol pro Tag, bei körperlicher Anstrengung deutlich mehr. Die Quelle der freigesetzten H 3 O + -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 H 3 O + -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 H 3 O + -Ionen, die beim Stoffwechsel entstehen 2. die Elimination von H 3 O + -Ionen zur Regeneration der Puffersysteme 43

44 Puffersysteme des Blutes: 44

45 Die Puffersysteme müssen rasch regeneriert werden können. Dies erfolgt über die Abgabe von CO 2 in der Lunge durch die Atmung und durch protonenverbrauchende Reaktionen in der Niere: Atmung: Entlastung des Körpers von flüchtigen Säuren (CO 2 ) Niere: Aktive Ausscheidung von Ammoniumhydrogencarbonat, dessen Bildung aus Glutamin 2 Protonen verbraucht. 45

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. 46

47 Acidose & Alkalose Acidosen und Alkalosen können jeweils durch Lungenfunktionsstörungen (respiratorisch) oder durch Stoffwechselstörungen (metabolisch) verursacht werden. 47

48 Im Fall einer Hyperventilation wird in kurzer Zeit sehr viel CO 2 über die Lunge abgeatmet. Die CO 2 -Konzentration im Blut nimmt ab, und durch Anstieg des ph-wertes kommt es zur respiratorischen Alkalose. Verliert ein Patient andererseits eine große Menge nichtflüchtiger Säuren, erhöht sich primär die HCO 3 - Konzentration und es kommt zur metabolischen Alkalose. 48

49 400g Blut 200g Plasma 16g Plasmaproteine Proteins Coagulationfactors Plasma Immunoglobulins water Red cells hematocrit Albumin 49

50 Elektrolyte des Blutes Ion Na + Konzentration 136 bis 146 mmol/l K + Ca 2+ Mg 2+ Cl HCO 3 PO 4 3-3,8 bis 5,2 mmol/l 2,3 bis 2,7 mmol/l 0,8 bis 1,2 mmol/l 96 bis 106 mmol/l 24 bis 28 mmol/l 1,0 bis 1,4 mmol/l 50

51 Hämatokrit Volumsanteil der Blutzellen am Blut Erythrozytenanteil des Blutes Männer ca % Frauen ca % 51

52 Zelluläre Blutbestandteile 52

53 Blutbildung = Hämatopoese Leukozyten Thrombozyten Erythrozyten alle Blutzellen entwickeln sich im Knochenmark aus pluripotenten Knochenmarksstammzellen durch die Wirkung von Zytokinen entscheidet sich, welchen Weg eine pluripotente Stammzelle einschlägt 53

54 Blutausstrich Neutrophiler Granulozyt Lymphozyt Plättchen Erythrozyt Eosinophiler Granulozyt 54

55 Blutausstrich - ungefärbt: Parasitennachweis - gefärbt: Gestalt und Aussehen der Leukozyten 55

56 56

57 Erythrozyten Thrombozyten Leukozyten Monozyten Makrophagen Lymphozyten Granulozyten neutrophile (PMN, polymorphonuclear leukocytes) basophile eosinophile PBMC = PBMNC Peripheral blood mononuclear cells Lymphozyten, Monozyten 57

58 Granulozyten basophil neutrophil eosinophil Granula enthalten Enzyme u. antimikrobiell wirkende Proteine (Defensine) 58

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

60 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

61 NETs 61

62

63 Neutrophil extracellular traps NETs 63

64 Lymphozyten umfassen B-Zellen, T-Zellen, natürliche Killerzellen 64

65 Monozyten Vorläufer der Makrophagen in den Geweben Aufgaben: Zerstörung körperfremder Substanzen (Phagozytose), Antigenpräsentation Speicher: Milz Typischer Oberflächenmarker : CD14 65

66 Blutbild: Zählung der zellulären Blutbestandteile 66

67 Zellen des menschlichen Blutes Bezeichnung Anzahl je µl Blut Erythrozyten 4,5 bis 5,5 Mio. Leukozyten Granulozyten Neutrophile Eosinophile Basophile Lymphozyten Monozyten Thrombozyten

68 Kleines Blutbild Abkürzung Parameter Frauen Männer Leukos Leukozyten /µl Hb Hämoglobinkonzentration g/dl 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 pg MCV mittleres corpuskuläres Volumen fl MCHC mittlere corpuskuläre Hb- Konzentration g/dl Thrombos Thrombozyten /µl MPV mittleres Thrombozyten-Volumen 7-12 fl 68

69 Großes Blutbild relativ in [%] der Leukozytenzahl absolut in [1/µl] Neutrophile Granulozyten, stabkernig Neutrophile Granulozyten, segmentkernig Eosinophile Granulozyten Basophile Granulozyten Monozyten Lymphozyten

70 Erythrozyten scheibenförmig verformbar 2µm dick (Mitte 1 µm) 7.5 µm Durchmesser kein Zellkern, daher keine Zellen im eigentlichen Sinn Gesamtoberfläche ca m² 70

71 71

72 72

73 Erythropoese im Knochenmark Stimulation durch Erythropoietin 7 d Bildungsdauer d Zirkulation im Blut Störungen der Erythropoese: Anämie 73

74 normal: 5-10 Retikulozyten pro 1000 Erythrozyten weniger: mehr: Schädigung des Knochenmarks Hinweis auf Doping 74

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 75

76 Neubildung der Erythrozyten 1.6 x 10 8 pro min stimuliert durch Absinken des O 2 -Partialdruckes im Gewebe 76

77 Regulation der Erythropoese Erythropoietin (EPO) ἐρυθρός erythros rot und ποιεῖν machen Hormon, stimuliert die Erythropoese Glykoprotein, ca. 40% Glykananteil Synthese: 85-90% Nieren, 10-15% Leber 77

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

79 Erythropoetin als Therapeutikum Renale Anämie (chronische Niereninsuffizienz: EPO- Bildung gestört) Chemotherapie (Schädigung der Blutzellen) 79

80 EPO-Präparate rekombinant hergestelltes Erythropoetin Amgen 1989 Epogen, Epoetin a Expression in CHO- bzw BHK-Zellen unterschiedliches Glykosylierungsmuster 80

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 81

82 EPO und Doping Steigerung der Leistungsfähigkeit den Zellen steht mehr Sauerstoff zur Verfügung Schätzungen: ca Fälle pro Jahr jährlich produzierte Menge übersteigt den therapeutischen Bedarf um das 5-6fache 82

83 EPO und Doping Nachweis an Hand des Glykosylierungsmusters unterschiedlicher Acetylierungsgrad der terminalen N- Acetylneuraminsäuren unterschiedlicher isoelektrischer Punkt 83

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 ) 84

85 Funktion der Erythrozyten 85

86 aerob lässt sich aus Glukose 18mal mehr Energie gewinnen als anaerob aerob: Glucose Pyruvat CO 2 + H 2 O (Atmung) 36 ATP anaerob: Pyruvat Lactat oder Ethanol (Gärung) 2 ATP Vertebraten: Kreislauf Sauerstoff-transportierende Moleküle Hämoglobin Myoglobin 86

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 Fe 2+ jede Hämgruppe bindet 1 O 2 87

88 Hämoglobin 88

89 Max Perutz Laboratory of Molecular Biology, Cambridge 1962 Nobelpreis Chemie mit John Kendrew Strukturanalyse von Hämoglobin 89

90 90

91 Häm prosthetische Gruppe Protoporphyrin IX Fe 2+ koordinativ an 4 Stickstoff-Atome (Häm-Ebene) zusätzlich Bindung an einen Histidinrest und an O 2 ( proximales Histidin normal auf Häm-Ebene) M r Hämoglobin

92 Oxigenation Oxidation Hb + 4 O 2 Hb(O 2 ) 4 Oxigenation Fe 2+ Fe 3+ Oxidation Hämiglobin, Methämoglobin 92

93 Sauerstoff-Bindung 1 mol Hb 4 mol O g Hb 4 x 22.4 Liter O 2 1 g Hb 1.39 ml O ml O 2 (gemessen) Hüfner-Zahl 93

94 Rolle des Proteinanteils im Hämoglobin? 94

95 Methämoglobin Fe 2+ wird durch O 2 zu Fe 3+ oxidiert Ferrohäm (II) zu Ferrihäm (III) Ferrihämoglobin = Methämoglobin bindet O 2, kann ihn aber nicht mehr abgeben Vergiftungen durch Nitrite, Anilin, Nitrobenzen Glutathion im Erythrozyten schützt vor Oxidation 95

96 CO-Bindung CO bindet Ferrohämoglobin hemmt Sauerstofftransport isoliertes Häm bindet CO mal stärker als O 2 Häm in Hämoglobin bindet CO 200 mal stärker als O 2 96

97 distales Histidin verhindert lineare Anlagerung von CO CO entsteht auch endogen besetzt ca. 1% der Bindungsstellen bei Rauchern: bis zu 10%! 97

98 Sauerstoff-Sättigung: Oxygeniertes Blut: 96-97% Desoxygeniertes Blut: 75% 98

99 Bohr-Effekt saures Milieu und höhere CO 2 -Konzentration begünstigen die Sauerstoff-Abgabe von Hämoglobin Gewebe mit intensivem Stoffwechsel (kontrahierender Muskel) 99

100 Rolle von Hämoglobin beim CO 2 -Transport CO 2 20mal besser wasserlöslich als O 2 dies reicht für Abtransport von CO 2 jedoch nicht aus CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 HCO 3- + H + Hydratisierung durch Carboanhydratase Hämoglobin nimmt bei der Sauerstoffabgabe die beim CO 2 -Transport entstehenden Protonen im Gewebe auf und gibt sie in der Lunge wieder ab 100

101 durch die Wirkung der Carboanhydratase steigt [HCO 3- ] in den Erythrozyten es entsteht ein Konzentrationsgefälle ins Plasma HCO 3- strömt aus, Cl - dafür ein (Chloridverschiebung), dadurch erfolgt Ladungsausgleich 101

102 Hämabbau in Milz und Leber Hauptprodukt des Häm-Abbaus: Bilirubin unkonjugiertes Bilirubin wasserunlöslich, aber gut fettlöslich Transportmolekül Albumin konjugiertes Bilirubin UDP-Glucuronyltransferase wasserlöslich, Ausscheidung über Galle und Darm Eisen gespeichert (Ferritin) 102

103 Anämie griech. anaimos, blutlos Verminderte Sauerstoff-Transportkapazität Verminderung von Hämoglobin Verminderung des Hämatokrits Verminderung der Erythrozyten Gründe: Störung der Erythrozytenbildung oder verstärkter Abbau 103

104 Symptome allgemein: Leistungsabfall, schnelle Ermüdbarkeit Blässe Kopfschmerzen, Schlaflosigkeit, beschleunigte Atmung, erhöhte Herzfrequenz 104

105 Diagnose wichtigstes Hilfsmittel: Blutbild 105

106 Bezeichnung Frauen Anzahl je µl Blut Männer Erythrozyten 4,3 bis 5,2 Mio. 4,8 bis 5,9 Mio. MCH mean corpuscular hemoglobin MCHC mean corpuscular hemoglobin concentration MCV mean corpuscular volume Retikulozyten pg g/dl fl 1 % der Erythrozyten Hämatokrit % % Ferritin µg/l µg/l Transferrin Vitamin B12 Folsäure mg/dl >300 ng/l >2,5 ng/ml 106

107 Einteilung Anämien durch Bildungsstörungen hyporegenerative Anämien Anämien durch erhöhten Abbau regenerative Anämien 107

108 Hyporegenerative Anämien (I) (gestörte Bildung) normochrom, normozytär Zellen morphologisch normal renale Anämie (Erythropoietinsynthese vermindert) aplastische Anämie (selten, Verlust der Stammzellen) 108

109 Hyporegenerative Anämien (II) hyperchrom, makrozytär Megaloblastäre Anämien Vitamin B12- oder Folsäuremangel; erforderlich für die DNA-Synthese, bei Mangel vergrößerte Zellen auf Grund fehlender Zellteilung 109

110 Price-Jones Kurve Zahl Größe (µm) 110

111 Hyporegenerative Anämien (III) hypochrom, mikrozytär Eisenmangel oder schlechte Eisennutzung Chronischer Blutverlust bei weitem häufigste Form der Anämie (80%) 111

112 Regenerative Anämien (I) (erhöhter Abbau) durch akute oder chronische Blutungen Blutungsanämien durch hohe Zerstörung der Erythrozyten Hämolytische Anämien 112

113 Regenerative Anämien (II) Blutungsanämien 3 Phasen i) hämodynamische Kompensation ii) iii) Mobilisation von Erythrozyten aus der Milz plasmatische Kompensation Einstrom von Gewebsflüssigkeit Verdünnung des Blutes zelluläre Kompensation Ausschüttung von Erythropoietin Bildung neuer Erythrozyten 113

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 114

115 Sichelzellanämie Hämoglobinopathien 115

116 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

117 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

118 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

119 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

120 Sichelzellanämie und Malaria Sickle hemoglobin confers tolerance to Plasmodium infection. Ferreira et al., Cell 2011 Sickle human hemoglobin (Hb) confers a survival advantage to individuals living in endemic areas of malaria, the disease caused by Plasmodium infection. As demonstrated hereby, mice expressing sickle Hb do not succumb to experimental cerebral malaria (ECM). This protective effect is exerted irrespectively of parasite load, revealing that sickle Hb confers host tolerance to Plasmodium infection. 120

121 Sichelzellanämie und Malaria Sickle Hb induces the expression of heme oxygenase-1 (HO-1) in hematopoietic 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, prevents further accumulation of circulating free heme after Plasmodium infection, suppressing the pathogenesis of ECM. Our findings provide insight into molecular mechanisms via which sickle Hb confers host tolerance to severe forms of malaria. 121

122 Sichelzellanämie und Malaria d.h. Bei Vermehrung des Erregers in den Erythrozyten werden neue Errger freigesetzt, 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 verhindert somit Fieberschübe. 122

123 Thalassämie Mittelmeeranämie 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) 123

124 Leukozyten 7 µm (Lymphozyten) 20 µm (Monozyten) Zellkern Lebensdauer: wenige Tage bis Monate amöboid beweglich können aus Blut in Gewebe einwandern 124

125 Zellen des menschlichen Blutes Bezeichnung Anzahl je µl Blut Erythrozyten 4,5 bis 5,5 Mio. Leukozyten Granulozyten Neutrophile Eosinophile Basophile Lymphozyten Monozyten Thrombozyten

126 Begriffe Leukozytose >10000/µl Leukopenie <4000/µl Leukozytose: bei entzündlichen Erkrankungen, Leukämie 126

127 Aufgabe Infektionsbekämpfung 127

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 128

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 129

130 Einteilung der Lymphozyten B-Lymphozyten Plasmazellen B-Gedächtniszellen T-Helferzellen T-Regulatorzellen T-Gedächtniszellen T-Killerzellen (zytotoxische T-Zellen) natürliche Killerzellen (NK) Vorläufer der Plasmazellen im Blut Spezialisierung auf Antikörperproduktion langlebige B-Zellen mit einem Gedächtnis für spezielle Antigene aktivieren Plasmazellen und Killerzellen erkennen Antigene auf den Antigen präsentierenden Zellen bremsen die Immunantwort, hemmen die Funktion der B-Zellen und anderen T- Zellen langlebige T-Zellen mit einem Gedächtnis für spezielle Antigene erkennen und zerstören von Viren befallene Körperzellen und Tumorzellen indem sie auf bestimmte Antigene der befallenen Zellen reagieren greifen unspezifisch Zellen an, die von Viren oder Tumoren befallen sind 130

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 131

132 Monozyten über Rezeptoren: Erkennung von bakteriellen Zellwandkomponenten, Lipoprotein, Lipopolysaccharid Pathogen-associated molecular patterns (PAMPS) -> Signalweiterleitung -> Sekretion von Zytokinen, Phagozytose 132

133 Leukämie griech. 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 133

134 1845 Rudolf Virchow 134

135 Leukämie akute und chronische Form myeloische Leukämien: AML, CML ausgehend von Vorläuferzellen der Granulozyten, Erythrozyten, Thrombozyten lymphatische Leukämien: ALL, CLL ausgehend von Vorläuferzellen der Lymphozyten typische Altersverteilung (ALL bei Kindern am häufigsten) 135

136 Thrombozyten (Blutplättchen) Abschnürung von Megakaryozyten im Knochenmark (Thrombopoietin) µm (kleinste Blut zellen ) linsenförmig, im aktivierten Zustand Pseudopodien Lebensdauer 8 12 d 136

137 Thrombozyten wichtige Rolle in der Blutgerinnung während der Gerinnung: Aktivierung durch ADP, Kollagen, Prothrombin -> Ausstülpung von Pseudopodien (Oberflächenvergrößerung) -> Plättchenaggregation, Thrombusbildung 137

138 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. 139

140 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 und Gerinnung Plättchen im Blut Adhäsion & Aktivierung Aggregation 141

142 The platelet's primary physiological role is thought to be in haemostasis. In the first step of this process, a vascular injury exposes collagen and basement membrane proteins that allow the platelets to adhere to the substratum. The adherent platelets then aggregate and release platelet activation mediators, such as ADP and thromboxane A2. Following activation, the platelets produce thrombin, which catalyses the initiation of the coagulation cascade that eventually generates a mesh-like fibrin deposition. This structure contracts to form a tightly packed haemostatic plug that arrests blood leakage. ECM, extracellular matrix. 142

143 Activated platelets express and secrete CD154 (also known as CD40L), which can activate the endothelium and modulate a variety of cellular processes. This culminates in a pro-inflammatory response that increases thrombus formation but reduces the stability of the thrombus, leading to rupture and the production of emboli. One mechanism by which platelet-derived CD154 can promote atherogenesis is by inhibiting the migration of regulatory T (T Reg ) cells to the site of the thrombus. This prevents the establishment of an anti-inflammatory milieu that would normally stabilize the thrombus. TGFβ, transforming growth factor-β. 143

144 Zelluläre und plasmatische Gerinnung 144