Lymphozyten - Department für Chemie

Blut
und
Blutgerinnung
22. 5. 2013
1
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. 02732 893 2632
[email protected]
2
Vorlesungsunterlagen
Slides
Originalarbeiten und Review-Artikel
Bücher
Internet
3
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
Prüfungsmodus
• mündlich
• Termine nach Vereinbarung
• Erarbeitung und Präsentation von Reviews
5
Termine
Mi, 22. 05. 2013
Mi, 29. 05. 2013
Mi, 05. 06. 2013
Mi, 12. 06. 2013
Do, 13. 06. 2013
14:00 - 16:30
16:45 - 19:00
14:00 - 16:30
14:00 - 16:30
13:00 - 15:30
6
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
Darwin’s “thinking path”, at
Down House, Village of
Downe, Kent, England.
8
I
Bestandteile und Funktionen
des Blutes
9
70 bis 80 ml Blut/kg Körpergewicht
5 - 6 Liter Blut
10
Begriffe
Plasma:
flüssige (nicht-zelluläre)
Blutbestandteile
Serum:
Plasma ohne
Gerinnungsfaktoren
11
Flüssigkeitsräume des Körpers
12
Funktionen des Blutes
• Transport
- Atemgase
- Nährstoffe
- Metabolite
- Wirkstoffe
- Wärme
• Milieu
• Schutz
- Homöostase -Blutverlust
-Immunabwehr
13
Zusammensetzung
rote Blutkörperchen
ca. 44% Zellen
weiße Blutkörperchen
Plättchen
Erythrozyten
Leukozyten
Thrombozyten
ca. 56% Plasma
Plasma
weiße Blutzellen
(buffy coat)
rote Blutzellen
14
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
Blut
Plasma
ca. 300 Bestandteile
Zellen
I. Proteine (8%)
Albumin
Immunoglobuline
Fibrinogen
(60%)
(35%)
( 5%)
II. Wasser
III Anorganische Salze
IV. Mediatoren
Erythrozyten
4-5 x 1012/I
Thrombozyten 200-300 x 109/l
Leukozyten
6 - 8 x 109/l
Hormone, Fette, Enzyme
16
400g Blut
200g Plasma
Proteins
16g Plasmaproteine
Coagulationfactors
Immunoglobulins
Plasma
Red cells
hematocrit
water
Albumin
17
Plasma
Dichte: 1,027 g/ml
pH-Wert: 7,37 - 7,43
Synthese der Plasmaproteine erfolgt vor allem in der Leber
18
Plasma
• klare, strohgelbe Flüssigkeit
• 90% Wasser
• Proteine
60-80 g/l
Albumin, Enzyme, Gerinnungsfaktoren, Immunglobuline,...
•
•
•
•
Lipide
Glucose
Elektrolyte
Organische Säuren
4,5-8,5 g/l
4,5-5,5 mmol/l
4-6 mmol/l
Lactat, Pyruvat, Citrat
19
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
20
Anteile der Plasmaproteine
21
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
Auftrennung der Plasmaproteine
Elektrophorese
Gelchromatographie
23
Gelchromatographie
24
Gelchromatographie
25
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
Anode
Negativ geladene Proteine bewegen sich
zur Anode
Je stärker die negative Ladung, desto
rascher wandert das Protein.
Kathode
27
Serumglobuline:
wandern in der Reihenfolge
• Alpha-Globuline
• Beta-Globuline
• Gamma-Globuline
28
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)
29
Bindungsstellen von Albumin
30
Globuline
36 kDa – 1,3 MDa
Einteilung in vier Gruppen nach elektrophoretischer Wanderung
α-Globuline
– α1-Globuline
– α2-Globuline
β-Globuline
γ-Globuline
saures α1-Glykoprotein
α1-Antitrypsin
α1-Chymotrypsin
Transcortin
Thyroxin-bindendes Protein
α1-Fetoprotein
α1-Lipoprotein (HDL)
Haptoglobin
Caeruloplasmin
α2-Makroglobulin
Antikörper:
IgG,IgM,IgA,IgD,IgE
Lysozym
Transferrin
Fibrinogen (Gerinnungsfaktor I)
Komplementproteine
C-reaktives Protein
31
Abwehr
• Spezifische Abwehr: γ-Globuline (Antikörper)
• Unspezifische Abwehr: Lysozym, C-reaktives Protein,
Komplementproteine
32
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
33
Immunglobuline
34
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
Struktur eines Antikörpers
36
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
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
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
IgD
Nur geringe Mengen in der Blutflüssigkeit. Hauptsächlich auf der Oberfläche
von Lymphozyten.
40
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
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
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
43
Puffersysteme des Blutes:
44
Die Puffersysteme müssen rasch regeneriert
werden können.
Dies erfolgt über die Abgabe von CO2 in der Lunge
durch 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.
45
Störungen des Säure-Basen Haushalts
• Unter pathologischen Bedingungen kann es sein, dass die
Regelsysteme des Körpers nicht mehr in der Lage sind, den pHWert 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
Acidose & Alkalose
• Acidosen und Alkalosen können jeweils durch
Lungenfunktionsstörungen (respiratorisch) oder durch
Stoffwechselstörungen (metabolisch) verursacht werden.
47
• 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 nichtflüchtiger Säuren, erhöht sich primär die HCO3–Konzentration und es kommt zur metabolischen
Alkalose.
48
400g Blut
200g Plasma
Proteins
16g Plasmaproteine
Coagulationfactors
Immunoglobulins
Plasma
Red cells
hematocrit
water
Albumin
49
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
50
Hämatokrit
Volumsanteil der Blutzellen am Blut
≈ Erythrozytenanteil des Blutes
Männer
Frauen
ca. 40 - 54 %
ca. 37 - 47 %
51
Zelluläre Blutbestandteile
52
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
Blutausstrich
Neutrophiler
Granulozyt
Lymphozyt
Plättchen
Erythrozyt
Eosinophiler
Granulozyt
54
Blutausstrich
- ungefärbt: Parasitennachweis
- gefärbt: Gestalt und Aussehen der Leukozyten
55
56
• Erythrozyten
• Thrombozyten
• Leukozyten
Monozyten – Makrophagen
Lymphozyten
Granulozyten
neutrophile (PMN, polymorphonuclear leukocytes)
basophile
eosinophile
PBMC = PBMNC
Peripheral blood mononuclear cells
Lymphozyten, Monozyten
57
Granulozyten
basophil
neutrophil
eosinophil
Granula enthalten Enzyme u. antimikrobiell wirkende Proteine (Defensine)
http://de.wikipedia.org/wiki/Neutrophiler_Granulozyt
58
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
59
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
Neutrophil extracellular traps
NETs
63
Lymphozyten
umfassen B-Zellen, T-Zellen, natürliche Killerzellen
64
Monozyten
Vorläufer der Makrophagen in den Geweben
Aufgaben:
Zerstörung körperfremder Substanzen (Phagozytose),
Antigenpräsentation
Speicher: Milz
Typischer Oberflächenmarker : CD14
65
Blutbild:
Zählung der zellulären Blutbestandteile
66
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
67
Kleines Blutbild
Abkürzung
Leukos
Parameter
Leukozyten
Hb
Hämoglobinkonzentration
Hk
Hämatokrit
Ery
Erythrozyten
MCH
mittleres corpuskuläres Hämoglobin
MCV
mittleres corpuskuläres Volumen
MCHC
Thrombos
MPV
mittlere corpuskuläre HbKonzentration
Thrombozyten
mittleres Thrombozyten-Volumen
Frauen
Männer
4.000-10.000 /µl
12-16 g/dl
14-18 g/dl
37-47%
40-54%
4,3-5,2 Mio/µl
4,8-5,9 Mio/µl
28-34 pg
78-94 fl
30-36 g/dl
150.000-400.000 /µl
7-12 fl
68
Großes Blutbild
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
25-45
1500-3000
Lymphozyten
69
Erythrozyten
scheibenförmig
verformbar
2µm dick (Mitte 1 µm)
7.5 µm Durchmesser
kein Zellkern, daher keine Zellen im eigentlichen Sinn
Gesamtoberfläche ca. 4000 m²
70
71
72
Erythropoese
•
•
•
•
im Knochenmark
Stimulation durch Erythropoietin
7 d Bildungsdauer
100-120 d Zirkulation im Blut
• Störungen der Erythropoese: Anämie
73
normal: 5-10 Retikulozyten pro 1000 Erythrozyten
weniger:
mehr:
Schädigung des Knochenmarks
Hinweis auf Doping
74
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
Neubildung der Erythrozyten
1.6 x 108
pro min
stimuliert durch Absinken des O2-Partialdruckes im Gewebe
76
Regulation der Erythropoese
Erythropoietin (EPO)
ἐρυθρός erythros „rot“ und ποιεῖῖν „machen“
• Hormon, stimuliert die Erythropoese
• Glykoprotein, ca. 40% Glykananteil
• Synthese: 85-90% Nieren, 10-15% Leber
77
Gehalt an Sialinsäuren (N-Acetyl78
Neuraminsäuren) beeinflusst Halbwertszeit
Erythropoetin als Therapeutikum
• Renale Anämie
• Chemotherapie
(chronische Niereninsuffizienz: EPOBildung gestört)
(Schädigung der Blutzellen)
79
EPO-Präparate
rekombinant hergestelltes Erythropoetin
• Amgen 1989
Epogen, Epoetin a
• Expression in CHO- bzw BHK-Zellen
unterschiedliches Glykosylierungsmuster
80
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
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
82
EPO und Doping
Nachweis an Hand des
Glykosylierungsmusters
unterschiedlicher
Acetylierungsgrad der
terminalen NAcetylneuraminsäuren
unterschiedlicher
isoelektrischer Punkt
83
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
Funktion der Erythrozyten
85
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
Hämoglobin
Myoglobin
86
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
87
Hämoglobin
88
Max Perutz
1914-2002
1962 Nobelpreis Chemie
mit John Kendrew
Laboratory of Molecular
Strukturanalyse von Hämoglobin
Biology, Cambridge
89
90
Häm
prosthetische Gruppe
Protoporphyrin IX
Fe2+
koordinativ an 4 Stickstoff-Atome
(Häm-Ebene)
zusätzlich Bindung an
einen Histidinrest und an O2
(„proximales Histidin“
normal auf Häm-Ebene)
Mr Hämoglobin 64500
91
Oxigenation – Oxidation
• Hb + 4 O2
• Fe2+
Hb(O2)4
Fe3+
Oxigenation
Oxidation
Hämiglobin, Methämoglobin
92
Sauerstoff-Bindung
1 mol Hb
64500 g Hb
1 g Hb
4 mol O2
4 x 22.4 Liter O2
1.39 mL O2
1.34 mL O2 (gemessen)
Hüfner-Zahl
93
Rolle des Proteinanteils im Hämoglobin?
94
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
95
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
96
distales Histidin
verhindert lineare
Anlagerung von CO
CO entsteht auch endogen
besetzt ca. 1% der Bindungsstellen
bei Rauchern: bis zu 10% !
97
Sauerstoff-Sättigung:
Oxygeniertes Blut: 96 - 97%
Desoxygeniertes Blut: 75%
98
Bohr-Effekt
saures Milieu und höhere CO2-Konzentration
begünstigen die Sauerstoff-Abgabe von Hämoglobin
Gewebe mit intensivem Stoffwechsel (kontrahierender
Muskel)
99
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+
Hydratisierung durch Carboanhydratase
Hämoglobin nimmt bei der Sauerstoffabgabe die beim CO2-Transport
entstehenden Protonen im Gewebe auf und gibt sie in der Lunge wieder ab
100
• 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
101
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
Anämie
griech. anaimos, „blutlos“
Verminderte Sauerstoff-Transportkapazität
– Verminderung von Hämoglobin
– Verminderung des Hämatokrits
– Verminderung der Erythrozyten
Gründe:
Störung der Erythrozytenbildung oder
verstärkter Abbau
103
Symptome
allgemein:
•Leistungsabfall, schnelle Ermüdbarkeit
•Blässe
•Kopfschmerzen, Schlaflosigkeit,
•beschleunigte Atmung, erhöhte Herzfrequenz
104
Diagnose
wichtigstes Hilfsmittel:
Blutbild
105
Bezeichnung
Erythrozyten
Anzahl je µl Blut
Frauen
Männer
4,3 bis 5,2 Mio.
4,8 bis 5,9 Mio.
MCH
28–34 pg
mean corpuscular hemoglobin
MCHC
30–36 g/dl
mean corpuscular hemoglobin
concentration
MCV
78–94 fl
mean corpuscular volume
Retikulozyten
Hämatokrit
Ferritin
1 % der Erythrozyten
37–47 %
40–54 %
22–112 µg/l
34–310 µg/l
Transferrin
212–360 mg/dl
Vitamin B12
>300 ng/l
Folsäure
>2,5 ng/ml
106
Einteilung
• Anämien durch Bildungsstörungen
hyporegenerative Anämien
• Anämien durch erhöhten Abbau
regenerative Anämien
107
Hyporegenerative Anämien (I)
(gestörte Bildung)
• normochrom, normozytär
– Zellen morphologisch normal
renale Anämie (Erythropoietinsynthese vermindert)
aplastische Anämie (selten, Verlust der Stammzellen)
108
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
Zahl
Price-Jones Kurve
Größe (µm)
110
Hyporegenerative Anämien (III)
• hypochrom, mikrozytär
Eisenmangel oder schlechte Eisennutzung
Chronischer Blutverlust
bei weitem häufigste Form der Anämie (80%)
111
Regenerative Anämien (I)
(erhöhter Abbau)
• durch akute oder chronische Blutungen
– Blutungsanämien
• durch hohe Zerstörung der Erythrozyten
– Hämolytische Anämien
112
Regenerative Anämien (II)
Blutungsanämien
3 Phasen
i)
ii)
iii)
hämodynamische Kompensation
Mobilisation von Erythrozyten aus der
Milz
plasmatische Kompensation
Einstrom von Gewebsflüssigkeit
Verdünnung des Blutes
zelluläre Kompensation
Ausschüttung von Erythropoietin
Bildung neuer Erythrozyten
113
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
Hämoglobinopathien
Sichelzellanämie
115
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.
119
• Abstract
• Sickle human hemoglobin (Hb) confers a survival advantage to
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
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-E2related 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
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
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
Leukozyten
7 µm (Lymphozyten) – 20 µm (Monozyten)
Zellkern
Lebensdauer: wenige Tage bis Monate
amöboid beweglich
können aus Blut in Gewebe einwandern
124
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
125
Begriffe
Leukozytose
>10000/µl
Leukopenie
<4000/µl
Leukozytose:
bei entzündlichen Erkrankungen, Leukämie
126
Aufgabe
Infektionsbekämpfung
127
• 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
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
129
Einteilung der Lymphozyten
B-Lymphozyten
Vorläufer der Plasmazellen im Blut
Plasmazellen
Spezialisierung auf Antikörperproduktion
B-Gedächtniszellen
langlebige B-Zellen mit einem Gedächtnis
für spezielle Antigene
T-Helferzellen
aktivieren Plasmazellen und Killerzellen
erkennen Antigene auf den Antigen
präsentierenden Zellen
T-Regulatorzellen
bremsen die Immunantwort, hemmen die
Funktion der B-Zellen und anderen TZellen
T-Gedächtniszellen
langlebige 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
130
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
Monozyten
über Rezeptoren:
Erkennung von bakteriellen Zellwandkomponenten, Lipoprotein,
Lipopolysaccharid
„Pathogen-associated molecular patterns“ (PAMPS)
-> Signalweiterleitung
-> Sekretion von Zytokinen, Phagozytose
132
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
1845 Rudolf Virchow
134
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
Thrombozyten
(Blutplättchen)
Abschnürung von Megakaryozyten im Knochenmark
(Thrombopoietin)
1.5-3 µm (kleinste Blut“zellen“)
linsenförmig, im aktivierten Zustand Pseudopodien
Lebensdauer 8 – 12 d
136
Thrombozyten
wichtige Rolle in der Blutgerinnung
während der Gerinnung:
Aktivierung durch ADP, Kollagen, Prothrombin
-> Ausstülpung von Pseudopodien
(Oberflächenvergrößerung)
->
Plättchenaggregation, Thrombusbildung
137
Funktionen von Plättchen jenseits der Gerinnung
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
•
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
Plättchen und Gerinnung
Plättchen im Blut
Adhäsion &
Aktivierung
Aggregation
141
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
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 (TReg) cells to the site of the thrombus. This
prevents the establishment of an anti-inflammatory milieu that would normally stabilize
143
the thrombus. TGFβ, transforming growth factor-β.
Zelluläre und plasmatische Gerinnung
144