Erythrozyten
Erythrozyten sind bikonkav geformt, rot gefärbt und transportieren Sauerstoff im Blut.
Was genau sind Erythrozyten? Welche Rolle spielen Erythrozyten im Blut? Welche Funktionen übernehmen die Erythrozyten im Körper? Erythrozyten werden auch rote Butkörperchen genannt.
Der Name leite sich aus dem Altgriechischen „erythrós “ für „rot“ und „kýtos“ für „Gefäß, Hülle, Höhlung“ ab. Sie bilden die häufigste Zellen im Blut von Wirbeltieren dar. Nur Krokodileisfische im Südpolarmeer tragen keine Erythrozyten im Blut.
Die Aufgabe der Erythrozyten im Blut ist der Transport von Sauerstoff zu Lunge und bzw. zu den Kiemen und Gewebszellen. Dabei transportieren sie Kohlendioxid zurück, der über die Lunge ausgeatmet wird.
Schon 1685 beschrieb Jan Swammerdam die flachovalen Teilchen im Froschserum.
Ausgereift erscheinen die Erythrozyten unter dem Mikroskop als blasse, runde große Scheiben.
Sie haben in der Mitte eine Vertiefung auf beiden Seiten, sind also bikonkav.
Fakten über die Erythrozyten
Zu dem tragen sie keinen Zellkern. Organellen wie Ribosome oder Mitochondrien fehlen ebenfalls. Bei Fischen und Amphibien fehlen sie ebenfalls, können aber auch bei Wirbeltieren mit 2 Zellkernen auftreten. Die Größe variiert um den Faktor 200 je nach Gattung.
Beim Menschen sind sie 2 µm am Rand und 1 µm im Zentrum breit und beinhalten ein Volumen von 90 fl (also 90 µm³). Zu 90% bestehen sie aus dem Sauerstoff bindenden Hämoglobin, der den Körperchen die rote Färbung verschafft.
Die Konzentration im Blut beträgt bei Männern 4,6–5,9·106/µl und bei Frauen 4,0–5,2·106/µl. Dabei sind 106/µl etwa 1012/l und 1/pl. In der Praxis werden 1012/l auch als Tera/l abgekürzt.
Die Gesamtanzahl im Blut beträgt 24–30 Billionen = 24–30·1012. Entwickelt werden die roten Blutkörperchen in etwa in 7 Tagen und haben eine durchschnittliche Lebensdauer von etwa 120 Tagen oder 4 Monaten.
Pro Tag werden etwa 1 % als gut 200 Milliarden/Tag in etwa 2 Millionen/Sekunde neugebildet. Die gesamte Oberfläche im Körper beträgt 4000 bis 4500 m² mit einer osmotische Resistenz bis 180 mosmol/l und einem Membranpotential von -10 mV.
Durch serologisch nachweisbare genetische Merkmale an der Oberfläche der Zelle werden die Körperchen definiert.
Formen der roten Blutkörperchen
Rote Blutkörperchen können unterschiedliche Formen haben.
Ein Membranskelett führt zu der Scheibenform mit einem Netz aus Spektrin-Filamenten. Beim Austausch von Sauerstoff ist die bikonkave Form von Vorteil. So ist das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen groß und die Diffusionsstrecke der Zellmembran zum Inneren der Zell verkürzt.
Zu dem können sie sich stark verformen und so durch kleinste Kapillaren gelangen. Der Gasaustausch erfolgt zwischen Endothel der Gefäße und den Erythrozyten.
Es gibt auch sichelförmige Erythrozyten, die Sichelzellenanämie die durch ein erblich abnormes Hämoglobin, das Sichelzell-Hämoglobin, bedingt ist (HbS). Es benötigt bei Sauerstoffmangel weniger Volumen und kann bei Malaria schlechter von Plasmodien angegriffen werden.
Auch Becherformen, Kugelformen oder Stechapfelformen sind möglich. Jedoch wird die grundlegende Plattenform beibehalten.
Diese Formen können durch Austrockung und andere Faktoren bedingt entstehen wie Niereninsuffizienz, Vitamin-E-Mangel (Hypovtaminose), Vergiftungen etc.
Bei geschädigten Erythrozyten spricht man auch von Schistozyt oder Framentozyt.
Man spricht von einer Geldrollenbildung, wenn sich Erythrozyten aneinander heften und Ketten bilden, bedingt durch geringe Fließgeschwindigkeiten im Blut. Ebenso ist eine Agglomeration möglich die zur Thrombose führen kann.
Auch Herzinfarkte durch den enstehenden Sauerstoffmangel sind hier möglich sowie Schlaganfälle im Gehirn. Ein Mittel hiergegen ist ASS (Acetylsalicylsäure), Phenoprocoumon (Marcumar) oder Clpiogrel.
Die Erythrozyten bei Säugetieren stoßen im Verlauf der Reifung vom Erythroblasten ihren Zellkern und ihre Organellen aus, anders als bei anderen Wirbeltier-Klassen. Ohne Zellkern fehlt hier auch die DNA, man findet lediglich mRNA in der geringen Mengen in der Zelle vor.
Mitochondrien fehlen hier ebenfalls. Durch Glykolyse mit Milchsäuregärung erhalten sie Energie. Rezeptoren für Insulin fehlen ebenfalls, so das die Aufnahme nicht über Insulin, sondern über Glucosetransporter geregelt wird.
Bildung der Erythrozyten
Gebildet werden die Erythrozyten bei der Erythropoese. Beim Embryo stammen sie aus der Leber, später kommen sie aus dem roten Knochenmark. Es enstehen teilungsfähigen Stammzellen mit kernhaltigen Erythroblasten. Der Zellkern wird dann ausgestoßen und es enstehen Retikulozyten und dann Erythrozyten aus diesen.
Makrophagen, eine Klasse der Leukozyten, also der weißen Blutkörperchen, unterstützen die Reifung der roten Blutkörperchen. Unreife Erythrozyten bilden hier Inseln (islands auf Englisch) um einen Makrophagen herum. Dieser versorgt die Zellen und verdaut anschließend die ausgeschiedenen Zellorgane.
Hierbei wird das Retinoblastom-(RB)-Protein benötigt. Die Zellen reifen in 7 Tagen heran, leben 4 Monate lang und werden im Alter unverformbarer und später in Milz, Leber, Knochenmark von Phagozyten abgebaut und zu Galle umgewandelt.
Auch das Hormon Erythorpoetin (EPO) stimuliert die Produktion und stammt aus der Niere. In Höhenluft bei Sauerstoffmangel wird EPO durch Bioynthese erhöht, diesen Effekt nutzen Ausdauersportler beim Höhentraining (ab 1500 Meter über NN) aus. Auch als Dopingmittel gibt es EPO in synthetischer Form.
In der Milz werden die Erythrozyten gespeichert und können so bei Stress ausgeschieden werden und so die Sauerstoffversorgung verbessern. Gerade bei Hunden und Pferden ist dieser Effekt stark ausgeprägt.
Das Sauerstoff bindende Protein ermöglich den Transport von Sauerstoff über lange Strecken in die Zellen hinein. So konnte man durch die Evolution der Wirbeltiere die Transportwege verlängern und auch große Organismen wie Blauwale mit Sauerstoff versorgen, anders als es der Fall bei der direkten Lösung in Körperflüssigkeit wäre.
Andere Tiere nutzen die Proteine Hämerythrin, Erythrocruorin, Hämocyanin.
Krankheiten bedingt durch rote Blutkörperchen
Kommt es zur Blutarmut oder Anämie liegt häufig an Mangel an Erythrozyten vor. Dieser wird häufig durch Eisenmangel bedingt. So ist die Häm-Synthese gehemmt.
So werden die Zellen hypochrom und in ihrem Zentrum nur noch schwach gefärbt. Auch werden sie kleiner (mikrozytär). Bei Porphyrien (Stoffwechselkrankheiten) entfallen die Enzyme der Hämgruppen-Synthese teilweise und es wird weniger Hämoglobin in den roten Blutkörperchen gebildet.
Folgen sind hier Lichtempfindlichkeit der Haut, Bauchschmerzen etc., da Eisen nicht vollständig in die Häm-Vorläufer (Porphyrine) eingebaut werden kann.
Bei einer Polyglobulie wie der Polycythaemia rubra hypertonica, der Polycythaemia vera kommt es zur vermehrten Bildung von Erythrozyten der Neugeborenen. Das Blut wird durch mehr Erythorzyten und Thrombozyten dicker und es besteht die Gefahr einer Thrombose mit folgende Embolie.
Eine Gelbsucht ist die Folge von einer Hämolyse, also dem starken Abbau der Erythrozyten. Hierfür ist das Abbauprodukt Bilirubin des Hämoglobin verantwortlich. Auch Gallensteine können so entstehen (Bilirubinsteine).
Mutieren die Globinketten kann es zu Thalassämie oder Sichelzellenanämie kommen. Letztere tritt vor allem im Zusammenhang mit Malaria auf. Durch Sauerstoffmangel kommt es zur Sichelform. Die kleinen Kapillaren können nicht mehr durchquert werden und die Erythrozyten werden zerstört (Hämolyse).
Heterozygote Träger haben eine kürzere Lebenserwartung, sind aber vor Malaria-Erkrankung geschützt. Hier kann sich der Erreger, Plasmodium falciparum, nicht vermehren.
Ein genetischer Defekt ist die Kugelzellenanämie mit kugelförmigen Erythrozyten, den Sphärozyten mit geschädigtem Zytoskelett.
Bei einem Favismus kommt es zu einem genetischen Mangel an einem Enzym, dem Glucose-6-phosphat-Dehydroenase, bedingt durch die Einnahme von Medikamenten wie Acetylsalicylsäure oder Nahrung wie Saubohnen platzen die Erythrozyten auf.