Blut als Organ: Zusammensetzung und Plasmaproteine

Kein Laborwert wird im Operationssaal und auf der Intensivstation häufiger abgefragt als das Hämoglobin, und kaum einer wird häufiger falsch gelesen. Der Wert beschreibt eine Konzentration, nicht eine Menge. Ein Patient, der innerhalb von zwanzig Minuten anderthalb Liter Blut verliert, kann in der ersten Blutgasanalyse ein nahezu unverändertes Hämoglobin zeigen, weil er Zellen und Plasma im gleichen Verhältnis verloren hat und die Verdünnung aus dem Interstitium erst beginnt. Umgekehrt fällt das Hämoglobin nach zwei Litern Vollelektrolytlösung, ohne dass ein einziger Erythrozyt verloren gegangen wäre. Wer den Unterschied zwischen Konzentration und Bestand nicht mitdenkt, transfundiert zu spät oder zu früh.

Dasselbe gilt für das Eiweiß. Albumin ist Träger für Medikamente, Hauptursache des kolloidosmotischen Drucks, Puffer und Eiweißreserve in einem. Fällt es, verschiebt sich die freie Fraktion vieler Wirkstoffe, die Bindung von Calcium ändert sich, und die Rückhaltekraft für Wasser in der Strombahn sinkt. Die Kenntnis der Blutbestandteile ist deshalb keine Vorbereitung auf eine Prüfung, sondern die Grundlage dafür, den nächsten Beutel richtig auszuwählen und den nächsten Laborwert richtig zu deuten.

Das Blutvolumen des Erwachsenen korreliert eng mit dem fettfreien Körpergewicht, nicht mit dem Gesamtgewicht. Fettgewebe ist vergleichsweise schlecht durchblutet und trägt entsprechend wenig zum zirkulierenden Volumen bei. Im Mittel liegt das Blutvolumen bei Frauen zwischen 4 und 4,5 Liter, bei Männern zwischen 4,5 und 5 Liter, jeweils bezogen auf einen Körper von etwa 70 Kilogramm. Als grobe Faustregel entspricht das rund 70 Milliliter je Kilogramm beim Mann und rund 65 Milliliter je Kilogramm bei der Frau. Genauer arbeiten lineare Näherungsformeln, die das Körpergewicht in Kilogramm einsetzen: beim Mann 0,041 mal Körpergewicht plus 1,53 Liter, bei der Frau 0,047 mal Körpergewicht plus 0,86 Liter.

Die Formeln zeigen eine Eigenart, die klinisch bedeutsam ist: Der konstante Summand ist groß, der Faktor je Kilogramm klein. Das Blutvolumen wächst also unterproportional zum Körpergewicht. Bei ausgeprägter Adipositas führt die einfache Multiplikation mit 70 Millilitern je Kilogramm daher zu einer deutlichen Überschätzung, und ein tolerierbarer Blutverlust wird zu hoch veranschlagt. Beim Neugeborenen und beim Säugling liegt der Anteil dagegen höher, bei etwa 80 bis 90 Millilitern je Kilogramm, sodass ein absolut kleiner Verlust bereits einen erheblichen Anteil ausmacht. Für die Praxis folgt daraus, den geschätzten Blutverlust immer als Anteil eines individuell berechneten Blutvolumens auszudrücken und nicht als absolute Milliliterzahl. Ein Verlust von 600 Millilitern ist beim 90 Kilogramm schweren Mann ein knappes Zehntel des Volumens, beim 8 Kilogramm schweren Säugling weit mehr als die Hälfte.

Blut besteht aus einem zellulären und einem flüssigen Anteil. Zu den Zellen zählen die Erythrozyten, die Leukozyten in ihren Untergruppen und die Thrombozyten. Zahlenmäßig dominieren die Erythrozyten so stark, dass sie praktisch allein den zellulären Volumenanteil bestimmen; Leukozyten und Thrombozyten bilden nach der Zentrifugation nur eine schmale helle Schicht zwischen Zellsäule und Überstand. Der flüssige Anteil ist das Plasma, eine wässrige Lösung aus Elektrolyten, Nährstoffen, Stoffwechselprodukten, Vitaminen, gelösten Gasen und Proteinen.

Das Verhältnis von Blutzellvolumen zu Gesamtblutvolumen heißt Hämatokrit. Er wird als dimensionslose Verhältniszahl angegeben, etwa 0,42, oder gleichbedeutend als Prozentangabe, also 42 Prozent. Die Referenzbereiche sind geschlechtsabhängig und liegen beim Mann zwischen 0,40 und 0,54, bei der Frau zwischen 0,37 und 0,47. Klassisch wird der Hämatokrit durch Zentrifugation eines Kapillarröhrchens bestimmt und als Länge der Zellsäule im Verhältnis zur Gesamtlänge abgelesen. Diese Methode überschätzt den wahren Zellanteil geringfügig, weil zwischen den gepackten Erythrozyten Plasma eingeschlossen bleibt. Moderne Hämatologieautomaten messen stattdessen Erythrozytenzahl und mittleres Zellvolumen und berechnen den Hämatokrit als Produkt der beiden Größen.

Entscheidend für das Verständnis ist, dass der Hämatokrit ein Quotient ist. Er steigt, wenn Zellen zunehmen, und er steigt ebenso, wenn Plasma verschwindet. Bei Exsikkose mit unverändertem Erythrozytenbestand kann er in den oberen Normbereich klettern, während bei rascher Infusion kristalloider Lösungen ein unveränderter Erythrozytenbestand einen scheinbar bedrohlichen Abfall erzeugt. Innerhalb des Gefäßsystems ist der Hämatokrit außerdem nicht überall gleich, weil die Erythrozyten in kleinen Gefäßen bevorzugt in der schnellen Achse strömen. Der Hämatokrit in den Kapillaren liegt daher unter dem venösen Wert, und der Ganzkörperhämatokrit ist niedriger als der aus der peripheren Vene gemessene.

Die erste und offensichtlichste Aufgabe ist der Transport. Blut befördert Sauerstoff und Kohlendioxid, Nahrungsstoffe aus dem Darm, Stoffwechselprodukte zur Ausscheidung, Vitamine, Spurenelemente und Elektrolyte. Der Gastransport selbst mit Bindungskurve, Sauerstoffgehalt und Hämoglobinformen wird in Kachel 03 Atmung und Kreislauf ausführlich behandelt und hier vorausgesetzt. Die zweite Aufgabe ist der Wärmetransport. Blut verteilt die in Leber und Muskulatur anfallende Wärme über den Körper und gibt sie an der Hautoberfläche ab; die Steuerung der Hautdurchblutung ist damit zugleich die wichtigste Stellgröße der Körpertemperatur. Unter Allgemeinanästhesie geht genau diese Steuerung verloren: Die anfängliche Umverteilung von Wärme aus dem Körperkern in die vasodilatierte Peripherie erklärt den charakteristischen raschen Temperaturabfall in der ersten Stunde.

Die dritte Aufgabe ist die Signalübermittlung. Hormone erreichen über den Blutweg auch Zellen, zu denen keine Nervenfaser zieht; dasselbe Prinzip nutzt jede intravenös verabreichte Substanz. Die vierte Aufgabe ist die Pufferung. Blut hält den pH-Wert in einem engen Bereich, wobei das Bicarbonatsystem des Plasmas, die Proteinpuffer und vor allem das Hämoglobin der Erythrozyten zusammenwirken. Der Beitrag des Hämoglobins ist beträchtlich, weshalb eine ausgeprägte Anämie nicht nur den Sauerstofftransport, sondern auch die Pufferkapazität vermindert. Die fünfte Aufgabe ist die Abwehr. Sie wird von Zellen und von gelösten Proteinen gemeinsam getragen: Neutrophile Granulozyten übernehmen die unspezifische Abwehr, Monozyten und Lymphozyten die spezifischen Reaktionen, und im Plasma stehen Immunglobuline, Komplementfaktoren und Lysozym bereit. Die sechste Aufgabe schließlich ist die Blutstillung durch Thrombozyten und plasmatische Gerinnungsfaktoren, der die folgenden Unterkapitel dieser Kachel gewidmet sind.

Plasma gewinnt man, indem Blut durch Zusatz eines Gerinnungshemmers ungerinnbar gemacht und anschließend zentrifugiert wird. Der zellfreie Überstand ist Plasma und enthält sämtliche löslichen Bestandteile einschließlich des Fibrinogens und der übrigen Gerinnungsfaktoren. Serum entsteht dagegen, wenn man Blut gerinnen lässt und das entstandene Gerinnsel abtrennt. Dabei wird Fibrinogen zu Fibrin umgesetzt und mit dem Koagel entfernt; auch andere Faktoren werden verbraucht. Serum ist also Plasma ohne Fibrinogen und ohne die im Gerinnungsvorgang aufgebrauchten Faktoren.

Der Unterschied ist nicht nur begrifflich. Gerinnungsanalysen verlangen zwingend Plasma, gewonnen mit Citrat, das Calciumionen bindet und so die Gerinnung blockiert; das Mischungsverhältnis von Citratlösung und Blut muss eingehalten werden, sonst werden die Zeiten falsch. Für viele klinisch-chemische Bestimmungen ist Serum das Standardmaterial. Die Wahl des Röhrchens verändert außerdem einzelne Messwerte: Bei der Gerinnung setzen Thrombozyten Kalium frei, sodass das Serumkalium regelhaft etwas höher liegt als das Plasmakalium. Bei ausgeprägter Thrombozytose oder bei Hämolyse während der Abnahme kann daraus eine Pseudohyperkaliämie werden, die zu unnötiger und potenziell gefährlicher Therapie verleitet.

Gelöst sind im Plasma neben den Proteinen vor allem Elektrolyte, Nährstoffe, Stoffwechselprodukte, Vitamine und Gase. Die Summe aller gelösten Teilchen ergibt eine Osmolalität von etwa 290 Milliosmol je Kilogramm Wasser. Den Hauptanteil daran tragen bei den Kationen das Natrium, bei den Anionen Chlorid und Bicarbonat. Die Proteine tragen zwar viele negative Nettoladungen, ihr osmotischer Beitrag ist jedoch klein, weil für die Osmolalität die Teilchenzahl und nicht die Ladungszahl zählt. Genau weil das Endothel die großen Proteine weitgehend zurückhält, während es Ionen frei passieren lässt, entfalten sie dennoch eine gerichtete Wirkung auf die Wasserverteilung zwischen Plasma und Interstitium. Dieser kolloidosmotische Druck und der zugehörige Reflexionskoeffizient sind in Kachel 01 Homöostase und Zellfunktion hergeleitet und werden hier vorausgesetzt.

Die Gesamteiweißkonzentration des Blutes liegt zwischen 66 und 85 Gramm je Liter. Elektrophoretisch trennt sich dieses Gemisch in fünf Fraktionen: Albumin sowie Alpha-1-, Alpha-2-, Beta- und Gammaglobuline. Albumin stellt mit etwa 35 bis 46 Gramm je Liter die mit Abstand größte Einzelfraktion und macht deutlich mehr als die Hälfte des Gesamteiweißes aus. Es wird in der Leber gebildet, hat eine Halbwertszeit von etwa drei Wochen und erfüllt vier Aufgaben zugleich. Erstens ist es Träger: Bilirubin, freie Fettsäuren, Calcium, viele Hormone und zahlreiche Medikamente von Thiopental über Benzodiazepine bis zu den sauren Analgetika zirkulieren überwiegend albumingebunden. Zweitens ist es mit seinen zahlreichen negativen Ladungen ein bedeutender Puffer im Plasma. Drittens dient es bei Eiweißmangel als mobilisierbare Aminosäurereserve. Viertens ist es die Hauptursache des kolloidosmotischen Drucks, der das Wasser in der Strombahn hält; dieser Zusammenhang wurde in Kachel 01 Homöostase und Zellfunktion gemeinsam mit Reflexionskoeffizient und Glykokalix entwickelt und wird hier nur benutzt.

Die Globuline sind funktionell heterogen. Die Alpha- und Betafraktionen enthalten vor allem Transportproteine mit hoher Spezifität: Apolipoproteine für Lipide, Haptoglobin für freies Hämoglobin, Hämopexin für freies Häm, Apotransferrin für Eisen, Transcortin für Cortisol, Transcobalamin für Cobalamine. Diese Bindung erfüllt drei Zwecke zugleich. Sie macht wasserunlösliche Stoffe transportfähig, sie schützt kleine Moleküle vor der glomerulären Filtration und vor vorzeitigem Abbau, und sie senkt deren osmotische Wirksamkeit, weil ein beladenes Trägermolekül osmotisch nur ein Teilchen bleibt. In derselben Gruppe finden sich die meisten Gerinnungsfaktoren und die Proteine der Fibrinolyse. Die Gammafraktion besteht im Wesentlichen aus den Immunglobulinen, den Abwehrproteinen des Plasmas; unter ihnen hat das Immunglobulin G mit 7 bis 15 Gramm je Liter die höchste Konzentration und ist als einzige Klasse plazentagängig, wodurch der Neugeborene einen mütterlichen Leihschutz erhält.

Klinisch folgt daraus eine einfache Lesehilfe. Ein Abfall des Gesamteiweißes bei normaler Verteilung der Fraktionen spricht für Verdünnung oder Verlust. Ein isolierter Albuminabfall bei erhaltenen oder erhöhten Globulinen spricht für Synthesestörung, Verlust über Niere oder Darm oder für eine akute Entzündung, in der die Leber die Synthese zugunsten der Akutphaseproteine umstellt. Eine breitbasige Vermehrung der Gammafraktion spricht für eine chronische Immunstimulation, eine schmale für eine monoklonale Erkrankung.

Denken Sie das Blut als Suspension mit drei unabhängigen Stellgrößen. Die erste Stellgröße ist die Zellmasse, also die Gesamtzahl der zirkulierenden Erythrozyten. Sie ändert sich langsam, über Tage bis Wochen, und nur durch Bildung, Abbau, Blutung oder Transfusion. Die zweite Stellgröße ist das Plasmavolumen. Es ändert sich in Minuten, durch Infusion, durch Verlust nach außen, durch Umverteilung ins Interstitium und durch renale Ausscheidung. Die dritte Stellgröße ist der Eiweißgehalt des Plasmas, der die Rückhaltekraft für Wasser, die Transportkapazität für gebundene Stoffe und einen Teil der Pufferkapazität bestimmt.

Jeder Laborwert des Blutbildes misst ein Verhältnis dieser Stellgrößen und nie eine einzelne von ihnen. Hämoglobin und Hämatokrit setzen Zellmasse ins Verhältnis zum Gesamtvolumen. Gesamteiweiß setzt Eiweißmasse ins Verhältnis zum Plasmavolumen. Daraus ergibt sich eine belastbare Faustregel: Bewegen sich Hämoglobin und Gesamteiweiß in dieselbe Richtung, liegt meist eine Volumenänderung vor, also Verdünnung oder Eindickung. Bewegen sie sich getrennt, liegt eine Änderung der zugehörigen Masse vor, also Blutverlust ohne Eiweißverlust oder Eiweißverlust ohne Blutverlust.

Der zeitliche Verlauf ergänzt dieses Bild. Unmittelbar nach einer akuten Blutung sind Zellmasse und Plasmavolumen gleichsinnig vermindert, der Quotient bleibt zunächst unverändert, und das Hämoglobin täuscht Normalität vor. Erst wenn Flüssigkeit aus dem Interstitium nachströmt oder infundiert wird, sinkt die gemessene Konzentration und zeigt das wahre Ausmaß des Verlustes. Der Wert wird also nicht erst richtig, wenn der Patient sich stabilisiert, sondern er wird erst dann aussagekräftig, wenn das Plasmavolumen wieder aufgefüllt ist.

Was verändert die Anästhesie?

• Einleitung und Sympathikolyse erweitern das venöse Reservoir. Das Blutvolumen bleibt gleich, doch der zu füllende Raum wächst; der Patient wirkt hypovoläm, ohne etwas verloren zu haben.
• Jede Infusion verdünnt Erythrozyten, Gerinnungsfaktoren und Plasmaeiweiß im gleichen Zug. Ein Hämoglobinabfall nach großzügiger Volumengabe belegt keinen Blutverlust.
• Die anästhesiebedingte Vasodilatation verteilt Wärme vom Kern in die Peripherie um. Der frühe Temperaturabfall ist eine Verteilungsstörung des Wärmetransports, nicht ein Wärmeverlust nach außen.
• Sinkt das Albumin, steigt die freie und damit wirksame Fraktion stark eiweißgebundener Substanzen. Die Dosierung orientiert sich an der Wirkung, nicht an der Standardtabelle.
• Bei Adipositas führt die pauschale Rechnung mit 70 Millilitern je Kilogramm zu einem deutlich überschätzten Blutvolumen und damit zu einem zu hoch angesetzten tolerierbaren Verlust.

Wann wird diese Physiologie klinisch sichtbar?

• Normales Hämoglobin bei erheblicher akuter Blutung, weil Zellen und Plasma gemeinsam verloren gehen und die Verdünnung noch aussteht. Die Kreislaufzeichen sind in dieser Phase führend, nicht das Labor.
• Verdünnungsanämie und Verdünnungskoagulopathie nach großen kristalloiden Volumina, erkennbar am gleichzeitigen Abfall von Hämoglobin, Gesamteiweiß und Fibrinogen.
• Scheinbar hoher Hämatokrit bei Exsikkose, der sich nach Rehydratation als maskierte Anämie entpuppt.
• Pseudohyperkaliämie aus Serum bei ausgeprägter Thrombozytose oder bei Hämolyse während der Abnahme. Die Kontrolle erfolgt aus Plasma oder als Blutgasanalyse.
• Hypalbuminämie bei Sepsis und großen Eingriffen mit verstärkter Wirkung eiweißgebundener Medikamente und gleichzeitig verminderter Rückhaltekraft für Wasser in der Strombahn.
• Erniedrigtes Gesamtcalcium bei normalem ionisiertem Calcium, weil ein Teil des Calciums albumingebunden ist. Therapierelevant ist die ionisierte Fraktion.

• Ein normales Hämoglobin schließe eine relevante Blutung aus. Bei akutem Verlust gehen Zellen und Plasma gemeinsam verloren, die Konzentration bleibt zunächst gleich und fällt erst mit der Verdünnung.
• Der Hämatokrit messe die Erythrozytenmasse. Er misst einen Volumenanteil. Jede Änderung des Plasmavolumens verändert ihn, ohne dass sich die Zellzahl bewegt.
• Plasma und Serum seien dasselbe. Serum ist Plasma ohne Fibrinogen und ohne die bei der Gerinnung verbrauchten Faktoren; Gerinnungsanalysen aus Serum sind unbrauchbar.
• Albumin sei in erster Linie ein Ernährungsmarker. Im akuten Krankheitsgeschehen fällt es vor allem durch Verdünnung, Umverteilung ins Interstitium und die Umstellung der Lebersynthese, nicht durch Kalorienmangel.
• Das Blutvolumen lasse sich pauschal mit 70 Millilitern je Kilogramm berechnen. Es folgt dem fettfreien Gewicht; bei Adipositas wird es so überschätzt, beim Säugling unterschätzt.

Merksätze

• Das Blutvolumen folgt dem fettfreien Körpergewicht, nicht der Waage. Rechnen Sie den Verlust als Anteil des individuellen Volumens, nicht in absoluten Millilitern.
• Der Hämatokrit ist ein Quotient. Er steigt, wenn Zellen zunehmen, und ebenso, wenn Plasma verschwindet.
• Plasma enthält Fibrinogen, Serum nicht. Gerinnung wird aus Citratplasma bestimmt, im richtigen Mischungsverhältnis.
• Albumin ist Träger, Puffer, Reserve und Ursache des kolloidosmotischen Drucks in einem einzigen Molekül.
• Gleichsinnige Bewegung von Hämoglobin und Gesamteiweiß spricht für Volumenänderung, getrennte Bewegung für Änderung der jeweiligen Masse.

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