Blut und Blutgerinnung

Transkript

1 Blut und Blutgerinnung 1

2 DI 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 Papers (Review-Artikel) Bücher Internet 3

4 Information im Internet (Red gold the epic story of blood) 4

5 Literatur Physiologische Chemie Löffler, Petrides, Springer Verlag Physiologie des Menschen Schmidt, Thews (Hrsg), Springer Verlag Biochemie Stryer, Spektrum Verlag Immunology A Short Course Benjamini, Coico, Sunshine; Wiley-Liss Das Gerinnungskompendium (recht klinisch ) Barthels, Depka, Thieme Verlag Hemostasis and Thrombosis (für Ehrgeizige) Colman et al. (Hrsg) Lippincot, Williams&Wilkins 5

6 Prüfung mündlich Termine nach Vereinbarung Vorstellung von Reviews (alternativ) 6

7 Bitte Evaluierungsbögen ausfüllen!!! 7

8 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 8

9 I Bestandteile und Funktionen des Blutes 9

10 70-80 ml Blut/kg Körpergewicht 5-6 L 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 Metaboliten Wirkstoffe Wärme Milieu -Homöostase Schutz -Blutverlust -Immunabwehr 13

14 ca.44% Zellen Zusammensetzung rote Blutkörperchen weiße Blutkörperchen Plättchen Erythrocyten Leukocyten Thrombocyten ca.56% Plasma 14

15 Hämatokrit Erythrozytenanteil des Blutes Männer % Frauen % 15

16 Zelluläre Blutbestandteile 16

17 Blutbild Zählung der zellulären Blutbestandteile 17

18 Blutausstrich Neutrophiler Granulozyt Lymphozyt Plättchen Erythrozyt Eosinophiler Granulozyt 18

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

20 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 20

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

22 Erythrozyten scheibenförmig verformbar 2µm dick (Mitte 1 µm) 7.5 µm Durchmesser kein Zellkern keine Zellen im eigentlichen Sinn Gesamtoberfläche ca m² 22

23 23

24 Erythropoese im Knochenmark Stimulation durch Erythropoetin 7 d Bildungsdauer d Zirkulation im Blut Phagozytose im Knochenmark Störungen -> Anämie 24

25 Erythropoese mesenchymale Stammzelle (pluripotent) erythropoetin responsive cell (unipotent) Proerythroblast Erythroblast Normoblast (noch Zellkern) Reticulozyt (kein Zellkern mehr, noch Reste von Organellen) Erythrozyt 25

26 Neubildung 1.6 x 10 8 pro min 2.3 x pro Tag 26

27 Regulation: Erythropoetin (EPO) Hormon, stimuliert die Erythropoese Glykoprotein (40% Glykananteil) Synthese: 85-90% Nieren, 10-15% Leber 27

28 Gehalt an Sialinsäuren (N-Acetyl- Neuraminsäuren) beeinflusst HWZ 28

29 EPO und Erythropoese 29

30 EPO als Therapeutikum Renale Anämie Tumoranämie Chemotherapie 30

31 EPO-Präparate rekombinant hergestelltes Erythropoetin Amgen 1989 Epogen, Epoetin α Expression in CHO- bzw BHK-Zellen unterschiedliches Glykosylierungsmuster 31

32 Weiterentwicklungen Amgen 2001 Aranesp (Darbepoetin) Gentechnisch verändertes Erythropoetin höher glykosyliert Längere Serumhalbwertszeit Hoffmann-La Roche CERA EPO-Molekül verknüpft mit Polyethylenglykol Weitere Erhöhung der HWZ 32

33 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 33

34 EPO und Doping Nachweis an Hand des Glykosylierungsmusters unterschiedlicher Acetylierungsgrad der terminalen N- Acetylneuraminsäuren unterschiedlicher isoelektrischer Punkt 34

35 EPO und Doping Problem: rekombinantes EPO wird innerhalb weniger Tage abgebaut, Wirkung dauert aber länger Nachweisverfahren mittels Verlaufskontrolle verschiedener Blutparameter (Hämatokrit, Reticulozyten, Makrophagen) 35

36 Stoffwechsel der Erythrozyten Energiegewinnung aus Glukose Glukose-6-P ca. 5-10% Pentosephosphatweg (NADPH) ca % Glykolyse (ATP) Nebenweg zur Bildung von 2,3-Biphospoglycerat 2,3-BPG dient als Signalmetabolit und beeinflusst die Sauerstoff-Affinität 36

37 ATP Aktiver Ionentransport (Na-Elimination, K-Akkumulation) Biosynthese von Glutathion (dient der Entgiftung von Peroxiden) 37

38 Funktion der Erythrozyten? 38

39 Aerob lässt sich aus Glukose 18mal mehr Energie gewinnen als anaerob Vertebraten: Kreislauf Sauerstoff-transportierende Moleküle Hämoglobin Myoglobin 39

40 Hämoglobin 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 40

41 Hämoglobin 41

42 Max Perutz Laboratory of Molecular Biology, Cambridge 1962 Nobelpreis Chemie mit John Kendrew Strukturanalyse von Hämoglobin 42

43 43

44 Hämoglobin Prototyp eines regulierten Proteins 44

45 Häm prosthetische Gruppe Protoporphyrin IX Fe 2+ koordinativ an 4 Stickstoff-Atome (Häm-Ebene) zusätzlich Bindung an einen Histidinrest und an 0 2 ( proximales Histidin normal auf Häm-Ebene) M r Hämoglobin

46 Proteinanteil 4 Polypeptidketten α 2 β 2 Hämoglobin A (adult) α 2 δ 2 Hämoglobin A2 ζ 2 ε 2 fetales Hämoglobin α 2 γ 2 46

47 Oxigenation Oxidation Hb + 4 O 2 Hb(O 2 ) 4 Oxigenation Fe 2+ Fe 3+ Oxidation Hämiglobin, Methämoglobin 47

48 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 (gemesssen) Hüfner-Zahl 48

49 Rolle des Proteinanteils im Hämoglobin? 49

50 Picket Fence Photo und Scan Literatur James Collman 50

51 Fe 2+ wird durch O 2 rasch zu Fe 3+ oxidiert Ferrohäm zu Ferrihäm Ferrihäm kann keinen Sauerstoff transportieren Ferrihämoglobin (Methämoglobin) Zwischenschritt: Sandwich mit O 2 zwischen 2 Hämgruppen Bildung der Zwischenstufe durch picket fence verhindert 51

52 Methämoglobin bindet O 2, kann ihn aber nicht mehr abgeben Vergiftungen durch Nitrite, Anilin, Nitrobenzen Glutathion im Erythrozyten schützt vor Oxidation 52

53 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 53

54 distales Histidin verhindert lineare Anlagerung von CO CO entsteht auch endogen ca. 1% der Bindungsstellen bei Rauchern: bis zu 20%!!! 54

55 Allosterie α und β-untereinheiten gleicher Bauplan wie Myoglobin durch Tetramer-Bildung neue Eigenschaften Hämoglobin transportiert O 2, H + und CO 2 55

56 Bindung von O 2 begünstigt Bindung von weiterem O 2: Kooperativität Affinität von Hämoglobin zu O 2 ist phabhängig Affinität des Hämoglobins zu O 2 wird auch von CO 2 und 2,3-Diphosphoglycerat reguliert 56

57 O 2 -Bindungskurve po2 in den Muskeln 57 po2 in der Lunge

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59 98.5% des Sauerstoffes im Blut sind an Hämoglobin gebunden Sauerstoff-Sättigung: Oxygeniertes Blut: 96-97% Desoxygeniertes Blut: 75% 59

60 Sauerstoff-Affinität hängt ab von Temperatur ph-wert CO 2 2,3 BPG 60

61 Bohr-Effekt saures Milieu und höhere CO 2 -Konzentration begünstigen die Sauerstoff-Abgabe von Hämoglobin Gewebe mit intensivem Stoffwechsel (kontrahierender Muskel) 61

62 2,3-Biphosphoglycerat entsteht über Nebenweg der Glykolyse senkt die Sauerstoff-Affinität von Desoxyhämoglobin und fördert Sauerstoff-Freisetzung damit kann O 2 in den Kapillaren abgegeben werden 62

63 Fetales Hämoglobin α2β2 α2γ2 Hämoglobin A fetales Hämoglobin fetales Hämoglobin bindet O 2 stärker als Hämoglobin A Grund: geringere Affinität für 2,3-BPG 63

64 Rolle von Hämoglobin beim CO 2 -Transport CO 2 20x besser löslich als O 2 dies reicht für diffusiven 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 Sauerstoffabgabe die beim CO 2 -Transport entstehenden Protonen im Gewebe auf und gibt sie in der Lunge wieder ab 64

65 durch Wirkung der Carboanhydratase steigt [HCO 3- ] in den Erythrozyten es entsteht ein Konzentrationsgefälle ins Plasma HCO 3- strömt aus, Cl- dafür ein Chloridverschiebung 65

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67 Hämoglobinabbau 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 67

68 Anämie griech. αναιµοσ, blutlos Verminderte Sauerstoff-Transportkapazität Verminderung von Hämoglobin Verminderung des Hämatokrits Verminderung der Erythrozyten Gründe: Störung der Erythrozytenbildung oder verstärkter Abbau 68

69 Symptome allgemein: Leistungsabfall, schnelle Ermüdbarkeit Blässe Kopfschmerzen, Schlaflosigkeit, beschleunigte Atmung, erhöhte Herzfrequenz Anämie ist ein Symptom einer Grunderkrankung oder Fehlernährung! 69

70 Diagnose wichtigstes Hilfsmittel: Blutbild 70

71 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 71

72 Einteilung Anämien durch Bildungsstörungen hyporegenerative Anämien Anämien durch erhöhten Abbau regenerative Anämien 72

73 Hyporegenerative Anämien (I) normochrom, normozytär Zellen morphologisch normal renale Anämie (Erythropoietinsynthese vermindert) aplastische Anämie (sehr selten, Verlust der Stammzellen) 73

74 Hyporegenerative Anämien (II) hyperchrom, makrozytär Megaloblastäre Anämien Vitamin B12- oder Folsäuremangel; erforderlich für die DNA- Synthese, bei Mangel vergrößerte Zellen auf Grund fehlender Zellteilung 74

75 Price-Jones Kurve Zahl Größe (µm) 75

76 Hyporegenerative Anämien (III) hypochrom, mikrozytär Eisenmangel oder schlechte Eisennutzung Chronischer Blutverlust bei weitem häufigste Form der Anämie (80%) 76

77 Regenerative Anämien (I) durch akute oder chronische Blutungen Blutungsanämien durch hohe Zerstörung HämolytischeAnämien 77

78 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 78

79 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 79

80 Sichelzellanämie Hämoglobinopathien Thalassämie 80

81 Sichelzellanämie Austausch einer einzigen Aminosäure (β-kette: Glu ->Val) Sichelzellhämoglobin in deoxygenierter Form schlecht löslich Verformung der Erythrozyten durch Präzipitatbildung besonders häufig in der schwarzen Bevölkerung (heterozygote Form: Schutz gegen Malaria) 81

82 Thalassämie Biosynthese der Hämoglobinketten verlangsamt α- und β-thalassämie 82

83 Leukozyten 7 µm (Lymphozyten) 20 µm (Monozyten) Zellkern Lebensdauer: wenige Tage bis Monate amöboid beweglich können aus Blut in Gewebe einwandern 83

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

85 Begriffe Leukozytose >10000/µl Leukopenie <4000/µl Leukozytose: bei entzündlichen Erkrankungen, Leukämie 85

86 Aufgabe Infektionsbekämpfung 86

87 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 87

88 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 88

89 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 89

90 Monozyten über Rezeptoren: Erkennung von bakteriellen Zellwandkomponenten, Lipoprotein, Lipopolysaccharid Pathogen-associated molecular patterns -> Signalweiterleitung -> Sekretion von Zytokinen, Phagozytose 90

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92 Leukämie griech. Λευχηαιµια, weißes Blut Blutkrebs, Leukose Stark vermehrte Bildung von Leukozyten(vorstufen) Leukämiezellen breiten sich im Knochenmark aus Treten auch stark vermehrt im peripheren Blut auf Infiltration von Leber, Milz, Lymphknoten Mangel an Erythrozyten, Thrombozyten & funktionsfähigen Leukozyten 92

93 1845 Rudolf Virchow 93

94 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) Ursachen noch nicht geklärt 94

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96 Thrombozyten (Blutplättchen) Abschnürung von Megakaryozyten im Knochenmark (Thrombopoietin) µm (kleinste Blut zellen ) linsenförmig, im aktivierten Zustand Pseudopodien Lebensdauer 8 12 d 96

97 Thrombozyten wichtige Rolle in der Blutgerinnung während der Gerinnung: Aktivierung durch ADP, Kollagen, Prothrombin -> Ausstülpung von Pseudopodien (Oberflächenvergrößerung) -> Plättchenaggregation, Thrombusbildung 97

98 Plättchen im Blut Adhäsion & Aktivierung Aggregation 98

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100 Thrombozyten Plasmamembran enthält Thromboplastin (tissue factor) tissue-factor haltige Mikropartikel schnüren sich ab und zirkulieren im Blut 100

101 Blutplasma Serum: Plasma ohne Gerinnungsfaktoren 101

102 Blutplasma 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 102

103 Elektrolyte 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 103

104 ph ph-wert 7.4 <7.37 Azidose >7.43 Alkalose Blutpuffersysteme: Kohlensäure-Hydrogencarbonatpuffer Hämoglobinpuffer Phosphatpuffer Proteinatpuffer 104

105 Plasmaproteine Albumin Globuline Trennung durch Elektrophorese bei ph 8.6: Plasmaproteine negativ geladen wandern zur Anode 105

106 Plasmaproteine Aufgaben Plasmavolumen Transport Blutgerinnung Fibrinolyse Infektionsabwehr Albumin Albumin Fibrinogen, Prothrombin Plasminogen γ-globuline, Lysozym, C-reaktives Protein, Komplementfaktoren 106

107 Albumin wichtigstes Transportprotein nicht veresterte Fettsäuren Tryptophan verschiedene Medikamente Stoffwechselprodukte (zb Bilirubin) Kationen (Ca 2+, Mg 2+ ) 107

108 Die Blutgruppen 108

109 Die Blutgruppen verschiedene Systeme am wichtigsten: AB0-System Rhesus-System Karl Landsteiner 1901 Nobelpreis für Medizin

110 Agglutination Vermischung inkompatibler Blutgruppen führt zur Agglutination Glykolipide auf Erythrozyten: Hämagglutinogene Antikörper im Blut Hämagglutinine 110

111 Häufigkeit der Blutgruppen Häufigkeit Rhesusfaktor weltweit Rh + Rh - Blutgruppe A 34 % 6% 0 38 % 7% B 9% 2% AB 3% 1% 111

112 AB0-System 4 Blutgruppenantigene (A, B, AB und 0/H) auf Erythrozyten Antikörper gegen Blutgruppensubstanzen werden im 1. Lj. Gebildet A antib B antia AB keine 0 antib, antia 112

113 Blutgruppe Antikörper im Serum Antigen auf Erythrozyten A+ anti-b Antigen A und das RH Antigen A- anti-b Antigen A B+ anti-a Antigen B und das Rh Antigen B- anti-a Antigen B AB+ keine Antikörper Antigen A, Antigen B und das Rh Antigen AB- keine Antiköper Antigen A und Antigen B O+ anti-a, anti-b Rh Antigen O- anti-a,anti-b keine Antigene 113

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115 Rhesusfaktor Rhesus-Antigen etwa 17% der Europäer sind Rh- 115