Die Lebensdauer der gebildeten Elemente ist sehr kurz. Obwohl eine Art von Leukozyten, die so genannten Gedächtniszellen, jahrelang überleben können, leben die meisten Erythrozyten, Leukozyten und Blutplättchen normalerweise nur einige Stunden bis wenige Wochen. Daher muss der Körper schnell und kontinuierlich neue Blutzellen und Blutplättchen bilden. Wenn Sie bei einer Blutspendeaktion eine Einheit Blut spenden (ca. 475 ml), ersetzt Ihr Körper das gespendete Plasma normalerweise innerhalb von 24 Stunden, aber es dauert etwa 4 bis 6 Wochen, bis die Blutzellen ersetzt sind. Dies schränkt die Häufigkeit ein, mit der Spender ihr Blut zur Verfügung stellen können. Der Prozess, durch den dieser Ersatz erfolgt, wird Hämopoese oder Hämatopoese (von der griechischen Wurzel haima- = „Blut“; -poiesis = „Produktion“) genannt.

Orte der Hämopoese

Vor der Geburt findet die Hämopoese in einer Reihe von Geweben statt, beginnend mit dem Dottersack des sich entwickelnden Embryos und weiter in der fetalen Leber, der Milz, dem lymphatischen Gewebe und schließlich dem roten Knochenmark. Nach der Geburt findet der größte Teil der Blutbildung im roten Knochenmark statt, einem Bindegewebe in den Zwischenräumen des spongiösen (spongiösen) Knochengewebes. Bei Kindern kann die Hämopoese in der Markhöhle der langen Knochen stattfinden; bei Erwachsenen ist der Prozess weitgehend auf die Schädel- und Beckenknochen, die Wirbel, das Brustbein und die proximalen Epiphysen des Oberschenkels und des Oberarmknochens beschränkt.

Auch im Erwachsenenalter behalten Leber und Milz ihre Fähigkeit, die gebildeten Elemente zu erzeugen. Dieser Prozess wird als extramedulläre Hämopoese bezeichnet (d. h. Hämopoese außerhalb der Markhöhle des erwachsenen Knochens). Wenn eine Krankheit wie Knochenkrebs das Knochenmark zerstört, so dass die Hämopoese ausfällt, kann die extramedulläre Hämopoese eingeleitet werden.

Differenzierung der gebildeten Elemente aus Stammzellen

Alle gebildeten Elemente entstehen aus Stammzellen des roten Knochenmarks. Es sei daran erinnert, dass Stammzellen eine Mitose plus Zytokinese (Zellteilung) durchlaufen, um neue Tochterzellen hervorzubringen: Eine davon bleibt eine Stammzelle, die andere differenziert sich in einen der vielen verschiedenen Zelltypen. Stammzellen können als ein hierarchisches System betrachtet werden, bei dem die Fähigkeit zur Diversifizierung auf jeder Stufe etwas verloren geht. Die totipotente Stammzelle ist die Zygote, also die befruchtete Eizelle. Aus der totipotenten (toti- = „alle“) Stammzelle gehen alle Zellen des menschlichen Körpers hervor. Die nächste Stufe ist die pluripotente Stammzelle, aus der mehrere Zelltypen des Körpers und einige der unterstützenden fötalen Membranen hervorgehen. Unterhalb dieser Ebene ist die mesenchymale Zelle eine Stammzelle, die sich nur zu Bindegewebsarten entwickelt, darunter faseriges Bindegewebe, Knochen, Knorpel und Blut, aber nicht zu Epithel, Muskeln und Nervengewebe. Eine Stufe tiefer in der Hierarchie der Stammzellen steht die hämopoetische Stammzelle oder der Hämozytoblast. Alle Bestandteile des Blutes stammen von diesem speziellen Zelltyp ab.

Die Hämopoese beginnt, wenn die hämopoetische Stammzelle geeigneten chemischen Reizen ausgesetzt wird, die als hämopoetische Wachstumsfaktoren bezeichnet werden und die sie zur Teilung und Differenzierung veranlassen. Eine Tochterzelle bleibt eine hämatopoetische Stammzelle und ermöglicht die Fortsetzung der Hämopoese. Die andere Tochterzelle wird zu einer von zwei Arten spezialisierterer Stammzellen (Abbildung 1):

• Aus den lymphoiden Stammzellen entsteht eine Klasse von Leukozyten, die als Lymphozyten bezeichnet werden und zu denen die verschiedenen T-Zellen, B-Zellen und natürlichen Killerzellen (NK) gehören, die alle eine Funktion bei der Immunität haben. Die Hämopoese der Lymphozyten verläuft jedoch etwas anders als der Prozess der anderen gebildeten Elemente. Kurz gesagt, wandern die lymphatischen Stammzellen schnell vom Knochenmark in das lymphatische Gewebe, einschließlich der Lymphknoten, der Milz und des Thymus, wo ihre Produktion und Differenzierung fortgesetzt wird. Die B-Zellen werden so genannt, weil sie im Knochenmark reifen, während die T-Zellen im Thymus reifen.
• Aus den myeloischen Stammzellen entstehen alle anderen gebildeten Elemente, einschließlich der Erythrozyten, der Megakaryozyten, die Blutplättchen produzieren, und einer Myeloblastenlinie, aus der Monozyten und drei Formen von granulären Leukozyten hervorgehen: Neutrophile, Eosinophile und Basophile.

Lymphoide und myeloische Stammzellen teilen sich nicht sofort und differenzieren sich in reife gebildete Elemente. Wie in Abbildung 1 zu sehen ist, gibt es mehrere Zwischenstufen von Vorläuferzellen (wörtlich: Vorläuferzellen), von denen viele an ihren Namen mit der Endung -blast zu erkennen sind. Zum Beispiel sind Megakaryoblasten die Vorläufer von Megakaryozyten, und Proerythroblasten werden zu Retikulozyten, die ihren Zellkern und die meisten anderen Organellen ausstoßen, bevor sie zu Erythrozyten heranreifen.

Hämatopoetische Wachstumsfaktoren

Die Entwicklung von Stammzellen über Vorläuferzellen zu reifen Zellen wird wiederum durch hämatopoetische Wachstumsfaktoren eingeleitet. Dazu gehören die folgenden:

• Erythropoietin ist ein Glykoprotein-Hormon, das von den interstitiellen Fibroblastenzellen der Nieren als Reaktion auf einen niedrigen Sauerstoffgehalt ausgeschüttet wird. Es regt die Produktion von Erythrozyten an. Einige Sportler verwenden synthetisches Erythropoietin als leistungssteigerndes Mittel (so genanntes Blutdoping), um die Anzahl der Erythrozyten zu erhöhen und damit die Sauerstoffversorgung des Gewebes im ganzen Körper zu verbessern. Erythropoietin ist in den meisten organisierten Sportarten eine verbotene Substanz, wird aber auch medizinisch zur Behandlung bestimmter Anämien eingesetzt, insbesondere solcher, die durch bestimmte Krebsarten ausgelöst werden, sowie bei anderen Erkrankungen, bei denen eine Erhöhung der Erythrozytenzahl und des Sauerstoffgehalts wünschenswert ist.
• Thrombopoietin, ein weiteres Glykoprotein-Hormon, wird von der Leber und den Nieren produziert. Es löst die Entwicklung von Megakaryozyten zu Blutplättchen aus.
• Zytokine sind Glykoproteine, die von einer Vielzahl von Zellen abgesondert werden, darunter rote Knochenmarkzellen, Leukozyten, Makrophagen, Fibroblasten und Endothelzellen. Sie wirken lokal als autokrine oder parakrine Faktoren, stimulieren die Proliferation von Vorläuferzellen und tragen dazu bei, sowohl die unspezifische als auch die spezifische Krankheitsabwehr zu fördern. Es gibt zwei Hauptunterarten von Zytokinen, die als koloniestimulierende Faktoren und Interleukine bekannt sind.
  • Koloniestimulierende Faktoren (KSF) sind Glykoproteine, die lokal als autokrine oder parakrine Faktoren wirken. Einige lösen die Differenzierung von Myeloblasten in granuläre Leukozyten aus, nämlich Neutrophile, Eosinophile und Basophile. Diese werden als Granulozyten-LSF bezeichnet. Ein anderer Liquor induziert die Produktion von Monozyten, die als Monozyten-Liquor bezeichnet werden. Sowohl Granulozyten als auch Monozyten werden durch GM-CSF stimuliert; Granulozyten, Monozyten, Blutplättchen und Erythrozyten werden durch Multi-CSF stimuliert. Synthetische Formen dieser Hormone werden häufig Patienten mit verschiedenen Krebsarten verabreicht, die eine Chemotherapie erhalten, um die Anzahl ihrer Blutkörperchen wieder zu erhöhen.
  • Interleukine sind eine weitere Klasse von Zytokin-Signalmolekülen, die für die Blutbildung wichtig sind. Ursprünglich nahm man an, dass sie nur von Leukozyten ausgeschüttet werden und nur mit anderen Leukozyten kommunizieren, weshalb sie auch entsprechend benannt wurden, aber inzwischen weiß man, dass sie von einer Vielzahl von Zellen, einschließlich Knochenmark und Endothel, produziert werden. Die Forscher vermuten nun, dass Interleukine noch andere Funktionen im Körper übernehmen, darunter die Differenzierung und Reifung von Zellen, die Erzeugung von Immunität und Entzündungen. Bislang wurden mehr als ein Dutzend Interleukine identifiziert, und weitere werden wahrscheinlich folgen. Sie werden im Allgemeinen als IL-1, IL-2, IL-3 usw. bezeichnet.

Nachteilige Auswirkungen von Blutdoping

Der einfache Akt der Erhöhung der Anzahl roter Blutkörperchen im Blut kann mit dem Hyperviskositätssyndrom in Verbindung gebracht werden, das durch eine erhöhte Blutviskosität und eine verringerte Herzleistung und Blutflussgeschwindigkeit gekennzeichnet ist, was zu einer Verringerung der peripheren Sauerstoffversorgung führt. Dies erhöht das Risiko von Herzinfarkten, Schlaganfällen, Venenentzündungen und Lungenembolien, die in Fällen beobachtet wurden, in denen zu viel Blut in den Blutkreislauf zurückgeführt wird. Da das Blutdoping das Volumen der roten Blutkörperchen erhöht, führt es zu einer so genannten Polyzythämie, einer Blutkrankheit, die bekanntermaßen zu Herzinfarkten oder Schlaganfällen führt. Ein weiteres Problem ist die Kontamination des Blutes während der Zubereitung oder Lagerung. Im Jahr 2002 wurde bei 1 von 500.000 Transfusionen roter Blutkörperchen eine Verunreinigung festgestellt. Eine Verunreinigung des Blutes kann zu einer Septikämie oder einer Infektion führen, die den ganzen Körper befällt.

-Wikipedia

Knochenmarkentnahme und -transplantation

Manchmal ordnet ein Arzt eine Knochenmarksbiopsie an, einen diagnostischen Test einer Probe des roten Knochenmarks, oder eine Knochenmarktransplantation, eine Behandlung, bei der das gesunde Knochenmark eines Spenders – und dessen Stammzellen – das fehlerhafte Knochenmark eines Patienten ersetzt. Diese Tests und Verfahren werden häufig zur Unterstützung der Diagnose und Behandlung verschiedener schwerer Formen von Anämie, wie Thalassämie major und Sichelzellenanämie, sowie einiger Krebsarten, insbesondere Leukämie, eingesetzt.

Wenn früher eine Knochenmarkentnahme oder -transplantation erforderlich war, musste für den Eingriff eine großkalibrige Nadel in die Region nahe dem Beckenkamm (os coxae) eingeführt werden. Diese Stelle wurde bevorzugt, da sie aufgrund ihrer Lage nahe der Körperoberfläche leichter zugänglich und von den meisten lebenswichtigen Organen relativ isoliert ist. Leider ist der Eingriff recht schmerzhaft.

Die direkte Entnahme von Knochenmark kann heute oft vermieden werden. In vielen Fällen können Stammzellen in nur wenigen Stunden aus einer Blutprobe des Patienten isoliert werden. Die isolierten Stammzellen werden dann in Kulturen mit den entsprechenden hämatopoetischen Wachstumsfaktoren gezüchtet und analysiert oder manchmal für eine spätere Verwendung eingefroren.

Für eine Person, die eine Transplantation benötigt, ist ein passender Spender unerlässlich, um zu verhindern, dass das Immunsystem die Spenderzellen zerstört – ein Phänomen, das als Gewebeabstoßung bekannt ist. Um Patienten mit Knochenmarktransplantaten zu behandeln, muss zunächst das eigene kranke Knochenmark des Patienten durch Bestrahlung und/oder Chemotherapie zerstört werden. Anschließend werden die Knochenmarkstammzellen des Spenders intravenös infundiert. Über den Blutkreislauf siedeln sie sich im Knochenmark des Empfängers an.

Kapitelüberblick

Durch den Prozess der Hämopoese werden die Bestandteile des Blutes ständig neu gebildet und ersetzen die relativ kurzlebigen Erythrozyten, Leukozyten und Blutplättchen. Die Hämopoese beginnt im roten Knochenmark mit hämopoetischen Stammzellen, die sich in myeloische und lymphoide Linien differenzieren. Aus den myeloischen Stammzellen entstehen die meisten der gebildeten Elemente. Aus den lymphoiden Stammzellen entstehen nur die verschiedenen Lymphozyten, die als B- und T-Zellen sowie als NK-Zellen bezeichnet werden. Hämopoetische Wachstumsfaktoren, einschließlich Erythropoietin, Thrombopoietin, koloniestimulierende Faktoren und Interleukine, fördern die Vermehrung und Differenzierung der gebildeten Elemente.

Selbsttest

Beantworten Sie die folgende(n) Frage(n), um zu sehen, wie gut Sie die im vorherigen Abschnitt behandelten Themen verstehen.

Glossar

Knochenmarksbiopsie: diagnostischer Test einer Probe des roten Knochenmarks

Knochenmarktransplantation: Behandlung, bei der das gesunde Knochenmark eines Spenders mit seinen Stammzellen das kranke oder geschädigte Knochenmark eines Patienten ersetzt

Koloniestimulierende Faktoren (CSF): Glykoproteine, die die Proliferation und Differenzierung von Myeloblasten in granuläre Leukozyten (Basophile, Neutrophile und Eosinophile) auslösen

Zytokine: Klasse von Proteinen, die als autokrine oder parakrine Signalmoleküle wirken; im kardiovaskulären System stimulieren sie die Proliferation von Vorläuferzellen und tragen dazu bei, sowohl die unspezifische als auch die spezifische Krankheitsabwehr zu fördern

Erythropoietin (EPO): Glykoprotein, das das Knochenmark zur Produktion von Erythrozyten anregt; wird von der Niere als Reaktion auf einen niedrigen Sauerstoffgehalt ausgeschüttet

Hämozytoblast: hämatopoetische Stammzelle, aus der sich die Bestandteile des Blutes bilden

Hämopoese: Produktion der gebildeten Elemente des Blutes

Hämatopoetische Wachstumsfaktoren: chemische Signale wie Erythropoetin, Thrombopoetin, koloniestimulierende Faktoren und Interleukine, die die Differenzierung und Vermehrung bestimmter Blutvorläuferzellen regulieren

Hämatopoetische Stammzelle: Typ einer pluripotenten Stammzelle, aus der die Bestandteile des Blutes (Hämozytoblasten) hervorgehen

Interleukine: Signalmoleküle, die bei der Hämopoese, bei Entzündungen und bei spezifischen Immunreaktionen eine Rolle spielen können

Lymphoide Stammzellen: Typ der hämopoetischen Stammzellen, aus denen Lymphozyten hervorgehen, einschließlich verschiedener T-Zellen, B-Zellen und NK-Zellen, die alle eine Funktion bei der Immunität haben

myeloide Stammzellen: Art von hämopoetischen Stammzellen, aus denen einige Elemente entstehen, darunter Erythrozyten, Megakaryozyten, die Blutplättchen produzieren, und eine myeloblastische Linie, aus der Monozyten und drei Formen von granulären Leukozyten (Neutrophile, Eosinophile und Basophile) hervorgehen

pluripotente Stammzelle: Stammzelle, die aus totipotenten Stammzellen hervorgeht und in der Lage ist, sich in viele, aber nicht alle Zelltypen zu differenzieren

totipotente Stammzelle: embryonale Stammzelle, die in der Lage ist, sich in alle Zellen des Körpers zu differenzieren; ermöglicht die vollständige Entwicklung eines Organismus

Thrombopoietin: von der Leber und den Nieren ausgeschüttetes Hormon, das die Entwicklung von Megakaryozyten zu Thrombozyten (Blutplättchen) anregt)