Erythrozyt

Bedeutung und Grundbau

Erythrozyten (rote Blutzellen oder rote Blutkörperchen) sind die häufigsten Zellen im Blut von Wirbeltieren. Ihre wichtigste Aufgabe ist der Transport von Sauerstoff: Sie nehmen ihn in Lunge oder Kiemen auf, bringen ihn über das Blut zu Geweben und Organen und geben ihn dort an die Zellen ab. Hämoglobin, ein eisenhaltiges Protein im Inneren der Zellen, bindet den Sauerstoff und transportiert teilweise auch Kohlendioxid aus den Geweben zurück.

Krokodileisfische des Südpolarmeers sind die einzige bekannte Wirbeltiergruppe ohne Erythrozyten. Bei Säugetieren sind reife Erythrozyten kernlose, runde und in der Mitte beidseitig eingedellte Scheiben. Sie besitzen außerdem keine Mitochondrien und Ribosomen. Die Erythrozyten anderer Wirbeltiergruppen haben meist einen Zellkern.

Die bikonkave, also beidseitig eingedellte Form vergrößert das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen und verkürzt die Diffusionsstrecke für Sauerstoff. Erythrozyten können sich stark verformen; dadurch gelangen sie durch kleinste Kapillaren und enge Spalten in der Milz. Ihr Membranskelett besteht aus Spektrin-Filamenten, die durch kurze Aktin-Filamente verbunden sind. Adapterproteine wie Ankyrin verankern dieses Netz in der Zellmembran. Zu deren integralen Proteinen gehören der Anionen-Austauscher 1 und Glykophorin. Glykoproteine auf der Oberfläche, etwa Blutgruppen-Antigene, bestimmen serologisch nachweisbare genetische Merkmale.

Zahlen beim Menschen

Beim Menschen haben Erythrozyten durchschnittlich einen Durchmesser von 7,5 μm. Sie sind am Rand 2 μm und im Zentrum 1 μm dick; ihr Volumen beträgt etwa 90 fl.

• Männer haben durchschnittlich 4,6–5,9 · 10^6 Erythrozyten pro μl Blut, Frauen 4,0–5,2 · 10^6/μl. Dies entspricht 10^12/l beziehungsweise 1/pl.
• Insgesamt befinden sich 24–30 Billionen (24–30 · 10^12) Erythrozyten im Blut.
• Ihre Entwicklung dauert etwa 7 Tage, ihre durchschnittliche Lebensdauer etwa 120 Tage beziehungsweise 4 Monate.
• Täglich werden etwa 1 % ersetzt: ungefähr 200 Milliarden pro Tag oder etwa 2 Millionen pro Sekunde.
• Die Gesamtoberfläche aller Erythrozyten beträgt 4000–4500 m².
• Die osmotische Resistenz reicht bis 180 mosmol/l, das Membranpotential beträgt −10 mV.

Entstehung, Abbau und Regulation

Die Bildung roter Blutzellen heißt Erythropoese. Im Embryo ist die Leber der wichtigste Bildungsort, später erfolgt die Produktion kontinuierlich im roten Knochenmark größerer Knochen. Teilungsfähige Stammzellen bilden zunächst kernhaltige Erythroblasten. Daraus entstehen durch Ausstoßung des Zellkerns Retikulozyten und schließlich reife Erythrozyten.

Makrophagen, eine Gruppe weißer Blutkörperchen, unterstützen die Reifung im Knochenmark. Unreife Erythrozyten ordnen sich dabei als „Inseln“ um einen Makrophagen an. Dieser versorgt sie und verdaut ausgeschiedene Zellorgane. Laut Artikel benötigt dieser Vorgang auf noch nicht näher bekannte Weise das Retinoblastom-(Rb)-Protein; der Abschnitt ist insgesamt als nicht hinreichend belegt gekennzeichnet.

Mit zunehmendem Alter verlieren Erythrozyten ihre Verformbarkeit. Phagozyten bauen sie dann in Leber, Milz und Knochenmark des retikuloendothelialen Systems (RES) ab; die Abbauprodukte werden zu Galle verarbeitet. Die Milz kann Erythrozyten speichern, beim Menschen jedoch nur begrenzt. Bei Hund und Pferd können bei Stress große Mengen aus der Milz in den Blutkreislauf gelangen und die Sauerstofftransportkapazität erhöhen.

Das Hormon Erythropoetin (EPO), das ständig in den Nieren neu gebildet wird, steuert die Produktion. Sinkt der Sauerstoffgehalt des Blutes, wird mehr EPO gebildet. Dies hilft bei Aufenthalten über 1500 m über NN, etwa beim Höhentraining. Synthetisches EPO kann als Dopingmittel verwendet werden.

Formen, Inhaltsstoffe und Unterschiede zwischen Wirbeltieren

90 % der Trockenmasse eines Erythrozyten bestehen aus Hämoglobin. Das entspricht etwa 35 % seiner Gesamtmasse. Die Hämoglobinkonzentration im Vollblut beträgt bei Frauen 120–160 g/l und bei Männern 140–180 g/l. Der eisenhaltige Häm-Anteil verursacht die rote Farbe von Erythrozyten und Blut.

Säugetier-Erythrozyten stoßen während ihrer Reifung Zellkern und Organellen aus. Daher enthalten sie keine DNA, aber geringe Mengen mRNA. Der frei gewordene Platz kann mit Hämoglobin gefüllt werden. Energie gewinnen sie ohne Mitochondrien durch Glykolyse mit anschließender Milchsäuregärung. Ihre Glucoseaufnahme wird nicht durch Insulin gesteuert, sondern erfolgt über Glucosetransporter wie GLUT-1.

Der Java-Kantschil besitzt mit durchschnittlich 1,65 μm Durchmesser und 0,83 μm Dicke besonders kleine Erythrozyten. Vogel-Erythrozyten sind meist oval und kernhaltig; bei Hausenten verschwanden markierte Zellen nach 42, bei Haushühnern nach 35 und bei Felsentauben nach 48 Tagen. Reptilien-Erythrozyten sind ähnlich groß, leben aber länger: Für Schildkröten werden 500 Tage, für die Carolina-Dosenschildkröte 600 bis 800 Tage angegeben.

Die größten bekannten Wirbeltier-Erythrozyten besitzen Aalmolche der Gattung Amphiuma. Beim Dreizehen-Aalmolch wurden 70 μm × 41 μm gemessen. Erythrozyten der Aga-Kröte leben 2 bis 4 Jahre. Bei echten Knochenfischen ähneln die Größen denen von Vögeln, etwa 12 μm × 7 μm bei Hecht und Karpfen. Knorpelfische erreichen etwa 25 μm × 16 μm, der Westafrikanische Lungenfisch 45 μm × 27 μm.

Sonderformen und Krankheiten

Sphärozyten sind kugelförmige, Echinozyten oder Stechapfelzellen mit 10–30 stumpfen Fortsätzen und Stomatozyten becherförmige Erythrozyten. Solche Veränderungen können durch Austrocknung oder andere Einflüsse entstehen. Bleiben Echinozyten trotz sorgfältiger Verarbeitung nachweisbar, können Pyruvatkinaseinsuffizienz, Niereninsuffizienz, Vitamin-E-Mangel oder eine Vergiftung Ursachen sein. Fragmentozyten oder Schistozyten sind geschädigte oder im Abbau befindliche Erythrozyten beziehungsweise Zellfragmente.

Bei geringer Blutfließgeschwindigkeit können Erythrozyten kettenförmig aneinander haften; dies heißt Geldrollenbildung oder Agglomeration. Agglomeration kann Thrombosen verursachen und dadurch in Herzkranzgefäßen zu Herzinfarkt oder im Gehirn zu Schlaganfall führen.

Bei einer Anämie ist die Zahl der Erythrozyten meist vermindert. Eisenmangel hemmt die Häm-Synthese und führt zu hypochromen, besonders im Zentrum schwächer gefärbten, sowie mikrozytären, also kleineren, Erythrozyten. Bei Porphyrien beeinträchtigen Enzymdefekte die Häm-Synthese. Bei Polyglobulie sind Erythrozyten vermehrt; das Blut wird dickflüssiger und das Risiko für Thrombose und Embolie steigt. Hämolyse, ein verstärkter Erythrozytenabbau, kann durch Bilirubin zu Gelbsucht und Pigmentsteinen führen.

Bei Sichelzellkrankheit führt Sichelzell-Hämoglobin (HbS) bei Sauerstoffmangel zur Kristallisation und zu sichelförmigen Zellen. Diese passieren Kapillaren schlecht und werden verstärkt abgebaut. Homozygote Träger haben eine deutlich verkürzte Lebenserwartung; heterozygote Träger sind begrenzt vor Malaria geschützt. Weitere Erkrankungen sind Thalassämie, Kugelzellenanämie durch ein gestörtes Zytoskelett und Favismus: Bei Glucose-6-phosphat-Dehydrogenase-Mangel können Acetylsalicylsäure oder Saubohnen Erythrozyten zum Platzen bringen.