Erythropoese

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Erythropoese (auch Erythropoiese, von altgriechisch ἐρυθρός (rot) und ποίησις (Bildung)) ist das Fachwort für Bildung und Entwicklung der Roten Blutzellen, der Erythrozyten. Sie erfolgt vor der Geburt eines Säugers in Dottersack, Leber, Milz und Knochenmark, nach der Geburt nur noch im roten Knochenmark der platten und kurzen Knochen. Die Erythropoese wird durch das Hormon Erythropoetin stimuliert, das in der Niere gebildet wird. Störungen der Erythropoese führen zu Blutarmut (Anämie).

In der 10. Woche der Embryonalentwicklung beträgt der Anteil der Leber am Körpergewicht 10 %, bei der Geburt nur noch die Hälfte davon. Diese Veränderung bedeutet, dass die Leber im Fötus vorrangig als blutbildendes Organ funktioniert.

Die Ausbildung der Roten Blutzellen ist eine von mehreren Entwicklungslinien im Rahmen der Hämatopoese, aus der die verschiedenen Zelltypen im Blutserum hervorgehen.

Zelldifferenzierung

Blutbildung der Säugetiere beginnt aus multipotenten hämatopoetischen Stammzellen. Im Teilereignis Erythropoese entwickelt eine Zelllinie Rote Blutzellen. Gelb: Knochenmark; rot: Blut; grün: Gewebe, Organe

Vorläufer aller Blutzellen entstehen aus Mesenchymzellen, die sich zunächst noch zu jedem Typ von Blutzellen differenzieren können. Sie sind vielfältig entwicklungsfähig und werden deshalb als multipotente Stammzellen bezeichnet. Ist eine Entwicklungsrichtung einmal eingeschlagen, kann die Zelle nicht mehr in andere Entwicklungswege wechseln. Als unipotente Stammzelle (oder Proerythroblast) ist sie festgelegt. Sie hat das Entwicklungsziel Erythrozyt, reagiert deswegen auf den Wachstumsfaktor Erythropoetin und wird als erythropoetin responsive cell (ERC) beschrieben. Die weitere Entwicklung geht über Erythroblast, Normoblast und Retikulozyt. Erst wenn bei den Säugern der Zellkern ausgeschleust ist, liegt ein reifer Erythrozyt (Normozyt) vor.

Die Entwicklung im Knochenmark (bis zum Retikulozyt) dauert fünf bis neun Tage. Täglich werden zum Ersatz überalterter Erythrozyten beim Menschen etwa 200 Milliarden (0,8 % der Gesamtzahl) Rote Blutzellen neu gebildet.

Proerythroblast

Proerythroblasten (auch: Präerythroblast von griech. blastos „Keim“) sind rundliche, 18–22 µm große Zellen mit großem, hellem Kern, der zwei Nucleoli und zunehmend basophiles (durch basische Farbstoffe anfärbbares) Zytoplasma enthält. Ein Proerythroblast führt durch die Zellteilungen in der weiteren Differenzierung zur Bildung von 16 Erythrozyten. Nach der Teilung der Proerythroblasten entstehen zunächst basophile Erythroblasten.

Erythroblast

Die erste Entwicklungsstufe sind die basophilen Erythroblasten. Ihre Zellkerne sind relativ klein und enthalten verklumptes Chromatin. Unter weiterer Verringerung der Kerngröße und Abnahme der Basophilie entstehen nun die polychromatischen Erythroblasten (auch Makroblasten). Diese synthetisieren an den Polyribosomen den roten Blutfarbstoff Hämoglobin und häufen ihn in der Zelle an, wodurch das Zytoplasma zunehmend für saure Farbstoffe anfärbbar (azidophil) wird und schließlich der Normoblast entsteht.

Normoblast

Als Normoblasten werden zwei Zellformen zusammengefasst, denen ein relativ kondenser, runder Kern und homogen graurosa wirkendes Zytoplasma gemein sind. Die noch teilungsfähige unreife Zelle mit graublaustichigem Zytoplasma wird heute als polychromatischer und die teilungsunfähige, stärker hämoglobinhaltige Form mit schon beginnender Rosafärbung des Zytoplasma als orthochromatischer Normoblast bezeichnet. In dieser letzten Form kondensiert der Kern bis zu einem kleinen, schwarzen und strukturlosen Kügelchen, das schließlich ausgestoßen wird. Der nun kernlose junge Erythrozyt ist reich an Ribosomen, die sich durch Spezialfärbungen zu netzartigen Gebilden (Substantia reticulo-filamentosa) ausfällen lassen, dem Retikulozyt.

Retikulozyt

Reticulozyten, mikroskopisches Bild nach Vitalfärbung
Menschliche reife Rote Blutzellen; Zellkerne abgegeben

Retikulozyten sind jugendliche rote Blutkörperchen und entstehen ein bis zwei Tage nach der Entkernung aus den Normoblasten im Knochenmark. Im Gegensatz zu Erythrozyten enthalten sie noch RNA und Zellorganellenreste und sind noch etwas größer als jene. Diese RNA-Reste nennt man auch Substantia granulofilamentosa. Ihren Namen verdanken die Retikulozyten der Anfärbung des Ribonukleoproteins der Ribosomen, das sich in der Supravitalfärbung oder der Färbung mit Brillantkresylblau als feine netzförmige (reticulum ist die Verkleinerungsform von rete „Netz“) Zeichnung im Zytoplasma darstellt.

Retikulozyten wandern aus dem Knochenmark in das Blut und reifen hier zu den Erythrozyten. Normal in Größe, Form und Färbeverhalten ausgebildete Erythrozyten werden auch als Normozyten bezeichnet.

Eine Veränderung der Retikulozytenzahl im peripheren Blut (normal 3–18 ‰) kann Hinweise auf eine verstärkte oder fehlende Erythropoese geben, was zur Unterscheidung der Anämieformen von praktischer Bedeutung ist.

Regulation

Die Neubildung wird über das Enzym renaler Erythropoesefaktor (REF) reguliert, wenn es im Gewebe zu Sauerstoffmangel (Hypoxie) oder zu verminderter Sauerstoffsättigung des Blutes kommt. REF wird von den Nieren ins Blut abgegeben. Dieses Enzym spaltet aus einem Protein des Blutplasmas das Hormon Erythropoetin (EPO) ab, das die Vermehrung der Erythroblasten stimuliert.

Bei erhöhtem Bedarf an Erythrozyten kann die Bildung im Knochenmark um das Acht- bis Zehnfache der Normalproduktion gesteigert werden.

Erythropoese im Labor

In der humanmedizinischen Praxis herrscht mitunter Mangel an Blutkonserven. Dabei geht es nicht um Vollblut, sondern vor allem um Erythrozyten-Konzentrat, das nur begrenzt auf Vorrat haltbar ist. Der Nachschub durch Blutspenden ist in Organisation und Durchführung aufwändig. Kultivierung Roter Blutzellen unter Laborbedingungen würde die Transfusionsmedizin unterstützen und absichern. Dazu meldete ein Pekinger Institut Erfolg. Aus Blut von gespendeten menschlichen Nabelschnüren wurden Stammzellen mit einem Zellkern gewonnen und in Bioreaktoren vermehrt. Anschließend bekamen bestrahlte Mäuse Transfusionen mit diesen noch unreifen Blutzellen. Nach zwei Stunden waren sie nachweislich in Knochenmark, Leber und Milz der Mäuse (in vivo) zu Erythrozyten herangereift.

Störungen und Erkrankungen des erythropoetischen Systems

Durch gestörte Bildung von Erythrozyten (etwa durch Eisenmangel) kann es zu einer Anämie kommen, ebenso bei Blutverlust und bei gesteigerter Hämolyse. Vermehrung der Roten Blutzellen führt zu einer Polyglobulie oder Polyzythämie. Erhöhter Bedarf an Erythrozyten kann durch deren vermehrtes Absterben (Hämolytische Anämie, Hämolyse), durch Blutungen oder bei Aufenthalt in größeren Höhen mit dem dadurch erniedrigten Sauerstoff-Partialdruck eintreten.

Verabreichung von Erythropoetin (EPO) erhöht den Hämatokrit und gilt im Sport als Doping. Seit den 1980er-Jahren steht rekombinantes menschliches Erythropoetin zur Verfügung. Es sollte die Behandlung von Anämie erleichtern. Weil es die Anzahl der Roten Blutzellen und damit den Sauerstoff-Transport des Blutes erhöht, ist die Versuchung groß, damit die Ausdauer der Leistungssportler zu steigern. Allerdings erhöht EPO-Doping das Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen.

Die Anzahl der Retikulozyten lässt sich außerdem durch die Gabe von G-CSF über das natürliche Maß hinaus erhöhen.

Literatur

Einzelnachweise

  1. ↑ Rolf Brandes, Florian Lang (Hrsg.): Physiologie des Menschen: Mit Pathophysiologie. 32. Auflage; Springer, Berlin 2019. ISBN 3-662-56467-X.
  2. ↑ Robert F. Schmidt, Florian Lang: Physiologie des Menschen. 30. Auflage; Springer-Verlag, Berlin, S. 531.
  3. ↑ Lei Xu, Z Yang, L Liang, J Zhang, X Yuan, P Liu, Q Dong, X Pei, M Qu, W Yue, Xiaoyan Xie: Tracing the in vivo behavior of nucleated cultured red blood cells generated from hematopoietic stem and progenitor cells. In: Stem Cell Res Ther 17, 1, 2026: 195. PDF.
  4. ↑ Ludwig Heilmeyer, Herbert Begemann: Blut und Blutkrankheiten. In: Ludwig Heilmeyer (Hrsg.): Lehrbuch der Inneren Medizin. Springer-Verlag, Berlin/Göttingen/Heidelberg 1955; 2. Auflage ebenda 1961, S. 376–449, hier: S. 395–419 (Die Erkrankungen des erythropeotischen Systems).
  5. ↑ Gabriela Chlebowska, K Michalak, Ł Mazur, Wioletta Szczurek-Wasilewicz: Erythropoiesis-targeted doping in sports: From improved oxygen transport to cardiovascular risk. In: Pathophysiology 33, 3, 2026: 62. PDF.