Überblick über das blutbildende System

Autor:  Dr. med. habil. Gesche Tallen, Maria Yiallouros, Redaktion:  Maria Yiallouros, Zuletzt geändert: 05.06.2020 https://kinderkrebsinfo.de/doi/e4986

Stammzellen

Blutstammzellen‎ (hämatopoetische Stammzellen, HSZ) sind Vorläuferzellen der blutbildenden Zelle‎n. Sie verfügen über zwei wesentliche Eigenschaften:

1. Sie können sich selbst erneuern.
2. Sie können zu Zellen der verschiedenen Blutzellreihen ausreifen.

Aufgrund dieser Eigenschaften werden Blutstammzellen auch "pluripotente" Zellen genannt. Sie befinden sich im Knochenmark‎ (nicht zu verwechseln mit dem Rückenmark, welches ein Teil des zentralen Nervensystems ist und mit der Blutbildung nichts zu tun hat). Das Knochenmark ist ein weiches, schwammartiges Gewebe im Inneren vieler Knochen (Wirbelkörper, Becken-, Oberschenkelknochen, Rippen, Brustbein, Schulterblatt, Schlüsselbein). Dort bilden die Blutstammzellen einen Stammzell-Vorrat, den so genannten Stammzell-Pool.

Gut zu wissen: Im Beckenknochen ist das Knochenmark nur durch eine relativ dünne Knochenschicht von der Haut getrennt. Aus diesem Grund kann aus diesem Knochen ohne wesentliche Risiken Knochenmark für Untersuchungszwecke und zur Transplantatgewinnung entnommen werden (Beckenkammstanze, Beckenkammpunktion).

Differenzierung

Jede Stammzelle kann viele Millionen von Nachkommen bilden. Diese reifen heran, um die natürlich absterbenden, lebensnotwendigen Blutzellen – mehrere Milliarden am Tag – regelmäßig wieder zu ersetzen.

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Wenn der Reifungsprozess einer Stammzelle begonnen und eine bestimmte Richtung eingeschlagen hat, zum Beispiel in die Zellreihe der roten Blutkörperchen, dann geht sie allmählich als Vorratszelle verloren. Ihre weitere Zukunft ist vorprogrammiert und sie kann sich nicht mehr in eine andere Richtung, zum Beispiel in die Zellreihe der weißen Blutkörperchen, entwickeln. Dieser Entwicklungsprozess wird Differenzierung‎ genannt.

Nach heutigem Wissen sind verschiedene wachstumsstimulierende Faktoren, so genannte Zytokine‎, mit unterschiedlichen Mechanismen an der Differenzierung der Blutstammzellen beteiligt. Manche dieser Zytokine, beispielsweise G-CSF‎ (engl.: "growth-colony-stimulating-factor"), Erythropoetin‎ und Thrombopoetin‎, können bereits künstlich hergestellt werden. In der Transplantationsmedizin können sie zur Stimulation des Knochenmark‎s, also zur Anregung der Stammzelldifferenzierung eingesetzt werden.

Wenn die Blutzellen ausgereift sind, gelangen sie aus dem Knochenmark in das in unseren Blutgefäßen fließende Blut. Dieses "periphere Blut" setzt sich aus einem flüssigen Anteil (Blutplasma‎) und aus den Blutzellen zusammen. Es werden drei Hauptgruppen von Blutzellen unterschieden:

• rote Blutkörperchen (Erythrozyten)
• weiße Blutkörperchen (Leukozyten)
• Blutplättchen (Thrombozyten)

Rote Blutkörperchen (Erythrozyten)

Die roten Blutkörperchen, auch rote Blutzellen oder Erythrozyten‎ genannt, bilden den Hauptanteil an den Zellbestandteilen des Blutes. Sie machen 99 % aller Blutzellen aus. Die roten Blutzellen und der in ihnen enthaltene rote Blutfarbstoff, das Hämoglobin‎, geben dem Blut seine rote Farbe.

Die wichtigste Aufgabe der Erythrozyten ist es, den Sauerstoff von der Lunge in die Organe und Gewebe des Körpers zu transportieren. Wenn die Zahl der roten Blutkörperchen verringert ist (Anämie), erhalten Körperorgane nicht genügend Sauerstoff. Leistungsminderung, Müdigkeit und Kurzatmigkeit bei nur geringen Belastungen können die Folge sein.

Um die Erythrozytenfunktion zu überprüfen, wird nicht in erster Linie die Zahl der Zellen im Blut untersucht; entscheidend sind vielmehr ihr Volumen, der so genannte Hämatokrit‎ (abgekürzt: "Hk-Wert"), und die Menge des Hämoglobins, das sie enthalten (abgekürzt: "Hb-Wert"). Wenn diese Werte deutlich sinken und Zeichen einer Anämie‎ auftreten, kann eine Übertragung (Transfusion) von Erythrozytenkonzentraten (abgekürzt: "EK-s") notwendig sein, um die fehlenden Blutzellen zu ersetzen. Je nach Ursache der Anämie kann in manchen Fällen auch die Gabe von Erythropoetin‎ angezeigt sein. Die Substanz regt die Bildung roter Blutkörperchen an.

Blutgruppenmerkmale

Die Erythrozyten‎ tragen an ihrer Oberfläche die so genannten Blutgruppenmerkmale (Blutgruppenantigene). Es handelt sich dabei um bestimmte Strukturen (zum Beispiel Eiweiß-Zucker-Molekül‎e), die – je nach Blutgruppe‎ – charakteristisch sind und die man von den Eltern geerbt hat. Beim Menschen unterscheidet man unter anderem die Blutgruppen A, B, AB und 0 (Null).

Gut zu wissen: Ein Mensch mit Blutgruppe A trägt auf der Oberfläche der roten Blutkörperchen das Antigen A. Bei Blutgruppe B befindet sich auf der Erythrozytenoberfläche das Antigen B. Menschen mit der Blutgruppe AB haben auf ihren roten Blutzellen Antigen A und Antigen B. Blutgruppe Null bedeutet, dass der Mensch weder Antigen A noch B hat.

Im Blutplasma‎ jedes Menschen befinden sich bestimmte Abwehrzellen, die Antikörper‎ gegen fremde Blutgruppen-Antigen‎e bilden. Wenn solche Blutgruppen-Antikörper mit fremden Antigenen in Kontakt kommen, binden sie sich an diese und können so eine Abwehr- und damit Unverträglichkeitsreaktion auslösen. Experten sprechen auch von einer Antigen-Antikörper-Reaktion. Kein Mensch hat Antikörper gegen die Antigene seiner eigenen Blutgruppe. Aber:

• Menschen mit der Blutgruppe A haben Antikörper gegen Blutgruppe B (Anti-B).
• Menschen mit der Blutgruppe B haben Antikörper gegen Blutgruppe A (Anti-A).
• Menschen mit der Blutgruppe Null haben Antikörper gegen die Blutgruppen A und B.
• Menschen mit der Blutgruppe AB haben keine Blutgruppenantikörper.

Bevor Erythrozytenkonzentrate (und ebenso Leukozyten- und Thrombozytenkonzentrate) von Spendern mit der Blutgruppe A, B oder AB übertragen (transfundiert) werden, muss der Arzt mit Hilfe einer einfachen labortechnischen Methode, der so genannten Kreuzprobe‎, sicherstellen, dass die Blutgruppe des Empfängers mit der des Spenders übereinstimmt.

Gut zu wissen: Blutprodukte der Blutgruppe Null nennt man auch "Universalspenderblut", da gegen dieses Blutgruppenmerkmal keine Antikörper existieren. (zur Erinnerung: Erythrozyten mit der Blutgruppe Null besitzen weder Antigen A noch B auf ihrer Oberfläche. Dadurch kann es auch zu keiner Antigen-Antikörper-Reaktion kommen). „Universalempfänger“ für Erythrozytenkonzentrate sind Menschen mit Blutgruppe AB, da ihr Blutplasma keine Antikörper gegen Erythrozyten anderer Blutgruppen enthält

Blutgruppenwechsel

Im Rahmen einer allogenen Stammzelltransplantation‎ (SZT) ist es für viele Betroffenen überraschend, dass zwar die Gewebemerkmale von Spender und Empfänger übereinstimmen müssen, nicht aber deren Blutgruppenmerkmale (Blutgruppenantigene). Das heißt, dass Patient und Spender völlig unterschiedliche Blutgruppe‎n haben können.

Erhält der Patient Blutstammzellen von einem Spender mit anderer Blutgruppe, so kommt es im Verlauf der Transplantation zu einem langsamen Wechsel der Blutgruppenmerkmale. Etwa sechs Monate nach der Stammzelltransplantation weist der Patient schließlich die Blutgruppe des Stammzellspenders auf. Wenn während der Übergangszeit eine Bluttransfusion notwendig ist, muss Blut der Blutgruppe Null übertragen werden, damit keine Unverträglichkeitsreaktionen auftreten können.

Achten Sie gemeinsam mit dem Transplantationsteam darauf, dass Ihr Kind bei Bedarf und zum gegebenen Zeitpunkt einen neuen Blutgruppenausweis erhält.

Blutplättchen (Thrombozyten)

Die Blutplättchen, auch Thrombozyten‎ genannt, machen gemeinsam mit den weißen Blutkörperchen (Leukozyten) lediglich 1 % aller Blutzellen aus. Sie sind hauptsächlich für die Blutgerinnung‎ und somit für die Blutstillung verantwortlich. Die Thrombozyten sorgen dafür, dass bei einer Verletzung die Wände der Blutgefäße innerhalb kürzester Zeit abgedichtet werden und somit die Blutung zum Stillstand kommt. Sie erfüllen diese Aufgabe im Zusammenwirken mit bestimmten Gerinnungsfaktoren, die im Blutplasma‎ enthalten sind.

Wenn die Zahl der Thrombozyten im Blut stark abfällt, bedeutet dies, dass die Gefahr für Blutungen erhöht ist. Hinweise auf eine erhöhte Blutungsgefährdung durch Blutplättchenmangel, beispielsweise im Rahmen einer Chemotherapie‎, sind kleine punktförmige Haut- oder Schleimhautblutungen. Durch die Übertragung (Transfusion) von Blutplättchen (Thrombozytenkonzentraten, abgekürzt: "TK-s") kann in den meisten Fällen eine ausreichende Thrombozytenzahl aufrecht erhalten werden.

Bei Patienten, die schon viele Transfusion‎en erhalten haben, kann es gelegentlich zu einer so genannten „Sensibilisierung“ gegen die Oberflächenmerkmale fremder Thrombozyten kommen sind. Sensibilisierung bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der Körper des Patienten Antikörper‎ gegen diese Art von Thrombozyten gebildet hat. Dies hat wiederum zur Folge, dass die übertragenen Thrombozytenkonzentrate nach der Transfusion schnell wieder abgebaut werden und daher nur in geringem Maße ihre Aufgabe erfüllen können. In solchen Fällen werden Thrombozyten von ausgewählten Spendern transfundiert, deren Gewebemuster eng mit dem des Patienten übereinstimmt.

Wenn die Thrombozytenzahl nach einer Transfusion nur geringfügig ansteigt, muss dies jedoch nicht in jedem Fall auf eine Sensibilisierung hindeuten. In vielen Situationen, die im Rahmen einer Stammzelltransplantation‎ auftreten können, beispielsweise bei Infektion‎en oder Schleimhautschäden, werden Thrombozyten einfach schneller verbraucht, so dass entsprechend häufiger Thrombozytenkonzentrat transfundiert werden muss.

Weiße Blutkörperchen (Leukozyten)

Die weißen Blutkörperchen oder Leukozyten‎ machen gemeinsam mit den Blutplättchen lediglich 1 % aller Blutzellen aus. Sie werden – abhängig von ihren Aufgaben – in weitere Untergruppen aufgeteilt: Mit einem Anteil von 60 bis 70 % am stärksten vertreten sind die so genannten Granulozyten‎; 20 bis 30 % sind Lymphozyten‎ und 2 bis 6 % Monozyten‎ („Fresszellen“). Diese Unterteilung und auch die Auszählung erfolgt im Blutausstrich durch mikroskopische Betrachtung der Blutzellen nach einer speziellen Anfärbung (Differentialblutbild‎).

Granulozyten

Die Granulozyten‎ sind wesentlich für die Abwehr von Infektion‎en, insbesondere von Bakterien‎ und Pilzen. Je nach ihrem Färbeverhalten unterscheidet man basophile, eosinophile und neutrophile Granulozyten.

Die Zahl der Granulozyten im peripheren Blut spielt allgemein bei der Krebsbehandlung eine wesentliche Rolle. Nach allgemeiner Erfahrung kann man davon ausgehen, dass der Patient bei einer Granulozytenzahl von unter 500 bis 1000 pro Mikroliter deutlich gefährdet ist, auch durch Krankheitserreger, die für einen gesunden Menschen harmlos sind.

Gut zu wissen: Im Rahmen einer Stammzelltransplantation‎ nennt man die Zeit, in der die Granulozytenzahlen des Patienten entsprechend erniedrigt sind, Aplasie‎phase. Während dieser Phase ist es wichtig, dass der Patient vor Infektion‎en geschützt wird. Diese Vorbeugung wird durch Isolationsmaßnahmen und durch Behandlung mit Antibiotika‎ erzielt, bis die Granulozytenzahlen wieder ansteigen.

Monozyten

Monozyten‎ sind Blutzellen, die in die Gewebe wandern und dort als „große Fresszellen“ (Makrophagen‎) Krankheitserreger, Fremdkörper und abgestorbene Zellen aufnehmen und beseitigen. Außerdem präsentieren sie Teile der aufgefressenen und verdauten Organismen auf ihrer Oberfläche und regen auf diese Weise die Lymphozyten‎ zur Immunabwehr‎ an.

Lymphozyten

Die dritte Untergruppe der weißen Blutkörperchen sind die Lymphozyten‎. Diese Blutzellen lassen sich nicht nach ihrem Aussehen, jedoch nach ihren Aufgaben weiter unterteilen. Mit Hilfe bestimmter (immunologischer) Labormethoden werden T-Lymphozyten‎, B-Lymphozyten‎ sowie einigen weitere, seltenere Untergruppen unterschieden.

Bei einer Stammzelltransplantation spielen insbesondere die T-Lymphozyten eine bedeutende Rolle: Ihre Hauptaufgabe ist zum einen die Bekämpfung von Virus‎infektionen, zum anderen die Unterscheidung zwischen fremden und eigenen Körperzellen. Somit sind die T-Lymphozyten die Zellen, die wesentlich sowohl für eine Abstoßung des Transplantats als auch für eine Reaktion der Spenderzellen gegen den Organismus des Empfängers (Transplantat-gegen-Wirt-Krankheit‎, GvHD) verantwortlich sind.

T-Helferzellen, T-Killerzellen und T-Suppressorzellen

Eine Abwehrreaktion des Körpers (Immunantwort) läuft in mehreren Schritten und unter Beteiligung verschiedener Arten von T-Lymphozyten‎ (T-Zellen) ab:

1. Zunächst erkennen so genannte "T-Helferzellen" die eingedrungenen fremden Zellen, also beispielsweise Krankheitserreger oder fremde menschliche Körperzellen. Sie regen daraufhin die Bildung von "T-Killerzellen" an.
2. Die T-Killerzellen spüren den Eindringling auf und zerstören ihn.
3. Sobald die Killerzellen erfolgreich waren, sorgen so genannte "T-Suppressorzellen" dafür, dass die Immunantwort unterdrückt und beendet wird.
4. Die T-Helferzellen haben noch eine weitere Fähigkeit: Sie können die Tätigkeit von B-Lymphozyten‎ anregen, indem sie diesen die Eigenschaften der fremden Zellen (Antigene) präsentieren.
5. Die B-Lymphozyten können daraufhin gezielt Antikörper‎ produzieren.
6. Die Antikörper wiederum binden an die körperfremden Strukturen (Antigene) und aktivieren eine Gruppe bestimmter Eiweiße im Blut (das so genannte Komplementsystem) dazu, die fremde Zelle zu attackieren und aufzulösen.
7. Sobald diese Auflösung (Lyse) beendet ist, nähern sich andere weiße Blutkörperchen (Makrophagen‎, Monozyten‎), die die Abfallprodukte der Lyse beseitigen.
8. Gleichzeitig beenden die T-Suppressorzellen die Antikörperproduktion.

Der Mensch produziert im Laufe seines Lebens Millionen von Antikörper durch die Tätigkeit der B-Lymphozyten. Sobald einmal ein bestimmter Antikörper als Reaktion auf eine bestimmte Fremdzelle produziert wurde, kann er sich über mehrere Jahre im Blutkreislauf aufhalten und dadurch vor einer erneuten "Attacke" durch diese bestimmte Zellart schützen.

Während die Transfusion‎ von Erythrozyten‎ und Thrombozyten‎ heute technisch kein Problem mehr darstellt, stehen für den Ersatz von Leukozyten im Falle einer Mangelsituation noch keine vergleichbaren Verfahren zur Verfügung.

Die Gabe von künstlich hergestellten Wachstumsfaktoren (Zytokinen) kann in bestimmten Situationen helfen, die Stammzell-Differenzierung‎ im Knochenmark zu beschleunigen. Die Aplasie‎phase (nach einer Stammzelltransplantation) kann aber mit den derzeit verfügbaren Techniken nicht verhindert werden. Möglicherweise können in Zukunft Verfahren zur Vermehrung von Stammzellen und Vorläuferzellen außerhalb des Körpers (so genannte "Ex-vivo-Expansionen") dazu beitragen, diese Aplasiephase weiter zu verkürzen.

HLA-Merkmale

Jedes Lebewesen erbt bestimmte körperliche Eigenschaften von seinen Vorfahren. Manche dieser erblichen Eigenschaften, beispielsweise die Haut- oder Augenfarbe, sind für jedermann mit dem bloßen Auge erkennbar. Andere vererbte Merkmale wiederum, wie die Blutgruppe‎ und die HLA‎-Merkmale, müssen mit Hilfe bestimmter labortechnischer Methoden nachgewiesen werden.

Der Begriff "HLA-System‎" steht für "human leukocyte-antigen system" – das ist die englische Bezeichnung für das Zusammenwirken verschiedener erblicher Merkmale auf den Leukozyten‎ des Menschen. Diese Merkmale bestehen aus vielen verschiedenen Kombinationen von Paaren zahlreicher Eiweiße (HLA-Antigene), die sich an unterschiedlichen Orten (genannt A, B, C, E, DP, DQ, DR) auf der Oberfläche der weißen Blutkörperchen befinden.

Von den Orten HLA-A, HLA-B und HLA-DR weiß man, dass sie eine wichtige Rolle bei der Abwehr von Infektionserregern und körperfremden Stoffen spielen (Letzteres zeigt sich zum Beispiel auch als Transplantat-gegen-Wirt-Reaktion bei der allogenen Stammzelltransplantation‎). Ein Partner eines solchen Eiweißpaares wird jeweils von der Mutter, der andere vom Vater vererbt.

Zum heutigen Zeitpunkt sind ungefähr 20 verschiedene HLA-A, 50 verschiedene HLA-B- und 20 verschiedene HLA-DR-Antigene bekannt. Da jeder Mensch über zwei dieser Antigene an jedem HLA-Ort verfügt, kann man sich kaum vorstellen, wie viele Kombinationen (mehr als 600 Millionen) von HLA-Antigenen in der Gesamtbevölkerung theoretisch möglich sind.

Um bei einer allogenen Stammzelltransplantation Abstoßungsreaktionen vorzubeugen, wird der richtige, also "passende" Spender durch eine so genannte Gewebe-Typisierung (HLA-Typisierung‎) ermittelt.

CD34-Antigen und Stammzellzählung

Im Knochenmark‎ kann noch eine weitaus größere Zahl von Blutzellen unterschieden werden. Es handelt sich hierbei um unreife Vorläuferzellen aller zuvor beschriebenen Zellen des peripheren Blutes.

Die unreifsten Zellen des Knochenmarks sind die mehrfach erwähnten Blutstammzellen‎, aus denen sich alle Zellen des peripheren Blutes entwickeln. Gerade wegen ihrer Unreife können diese Zellen allerdings nicht aufgrund ihres Aussehens allein bestimmt werden. Mit einer immunologisch‎en Methode, nämlich dem Nachweis eines bestimmten Eiweißes auf den Stammzellen – dem so genannten CD34-Antigen – ist es jedoch möglich, deren Anzahl ungefähr abzuschätzen.

Dies ist besonders bei der Transplantation von Stammzellen aus dem peripheren Blut von Bedeutung, da durch die Bestimmung der CD34-positiven Zellen sicher-gestellt werden kann, dass das Transplantat eine ausreichende Menge an Stammzellen enthält. Vor der Transplantation von Stammzellen aus dem Knochenmark ist dieser Nachweis nicht zwingend. Hier reicht es in der Regel, die Gesamtzahl aller kernhaltigen Zellen zu bestimmen.