Nach West, Todd, Mason und Bruggen (1966) sind Erythrozyten oder rote Blutkörperchen (RBC) a-nukleierte, bikonkave, scheibenförmige Zellen mit einem Durchmesser von 6 bis 9 µm (Durchschnitt = 7,5 µm). Die Dicke der Erythrozyten beträgt ca. 1 µm in der Mitte und ca. 2 bis 2,4 µm im peripheren Teil. Im Blut sind durchschnittlich 1012 Erythrozyten vorhanden. Hämoglobin, ein Häm-Protein, das aus vier Globin-Peptidketten besteht, befindet sich in den Erythrozyten in einem engen Stroma-Geflecht. Seine Aufgabe ist es, O2 aus den Lungen mit hohem pO2 zu allen Geweben mit niedrigem pO2 zu transportieren. Bei Vorhandensein von CO2 in den Geweben erhöht sich der Säuregehalt, was zur Freisetzung von O2 führt, und das protonierte Hämoglobin sorgt für die Freisetzung von Bikarbonat-Ionen in der Lunge.
Nach Scott (1993) ändert sich das Zellvolumen nicht, wenn die Erythrozyten in eine isotonische Lösung gegeben werden, die die gleiche Konzentration an nicht-penetrierenden gelösten Stoffen und Lösungsmitteln aufweist wie das Zytoplasma, obwohl sich Wasser und gelöste Stoffe ungehindert hinein- und hinausbewegen. In hypotoner Lösung (Konzentration der gelösten Stoffe ist geringer als im Zellinneren) tritt Wasser ein und die Zellen schwellen an und hämolysieren. In hypertonischen Lösungen (Konzentration der gelösten Stoffe höher als im Inneren) würden die Zellen schnell schrumpfen und verkrusten. Die osmotische Stärke der Erythrozyten kann entweder durch Messung der Konzentration der hämolysierenden Lösung und/oder durch Aufzeichnung der Hämolysezeit bestimmt werden. In hypotonen Lösungen würden Nichtelektrolyte (Zucker) und Elektrolyte (NaCl, Na+, Cl-) in relativ hohen Konzentrationen die Erythrozyten hämolysieren.
Erythrozyten von Tieren wurden direkt oder indirekt in der medizinischen Wissenschaft verwendet. Während die meisten Erythrozyten von Säugetieren reich an K+ sind, weisen erwachsene Hunde eine höhere Na+-Konzentration auf. Diese Eigenschaft hat Auswirkungen auf Untersuchungen des Na+/K+-Antiports (Transport) und der Na+/K+-ATPase, insbesondere bei unterschiedlichen Tonizitäten (Parker, 1973). Eine weitere wichtige Untersuchung betraf die Erythrozytenagglutination als Reaktion auf pathogene Viren wie Röteln, für die Tiermodelle zur Nachahmung des menschlichen Blutes verwendet wurden (Ponzi, Pugliese und Peutusio, 1978). In jüngster Zeit wurden tierische Erythrozyten als “künstliches” oder “universelles” Blut getestet, das für Transfusionen beim Menschen verwendet werden soll.
Normalerweise würde tierisches Blut vom Menschen wegen der Unverträglichkeit von ABO- und D-Typ-Antigen-Antikörpern abgestoßen werden. Es ist nun möglich, die nicht übereinstimmenden Oberflächenantigene der Erythrozyten durch Abschirmung der Zellen mit Methoxypolyethylenglykol (MPEG) immunologisch zu tarnen. Eine solche Beschichtung ermöglicht die Maskierung von Oberflächenantigenen, ohne die osmotischen und O2-Bindungsfähigkeiten der Erythrozyten zu beeinträchtigen (Lublin, 2000; Tan et al., 2006).
Ein weiteres Problem, das bei solchen Transfusionen auftreten kann, ist die unterschiedliche Tonizität des Serums. Optimalerweise wären die Erythrozyten, die den geringsten hypotonen Stärken standhalten, das am besten geeignete System für die Transfusion beim Menschen. Die Hämolysezeit bei 0,3 M Glycerin + 0,12% NaCl ist die höchste (850 Sekunden) unter den getesteten Säugetieren (Scott, 1993), was bedeutet, dass die Membran eine höhere Turgidität als die anderen aushalten kann.
Das hämolytische Verhalten gegebener Erythrozyten, das für die Unversehrtheit der Membran steht, wurde mit abgestuften Konzentrationen von NaCl und einer Kontrolle ohne Salz getestet. Das Blut wurde gemischt und nach einer Inkubationszeit von 37oC zentrifugiert. Die mit einem Kolorimeter gemessene Freisetzung von Hämoglobin (rosa Farbe) steht für Hämolyse und keine Ablagerung (Pellet), und die Zellen, die geschrumpft, aber intakt geblieben waren, setzten kein Hämoglobin frei und fielen wie normale Zellen aus.
Bei der Kontrolle deuteten die rosa Farbe und die fehlende Ablagerung darauf hin, dass die Hämolyse wie erwartet stattfand, da die Lösung tatsächlich hypoton war. Bis zu einer NaCl-Konzentration von 0,6 % wurde das gleiche Phänomen beobachtet (% Hämolyse = 89,5±6,5). Bei einer Konzentration von 0,7 % kam es ebenfalls zu einer teilweisen Freisetzung von Hämoglobin, was darauf zurückzuführen sein könnte, dass die Permeabilitätsbarriere nicht für die Hämolyse verantwortlich ist. Bei Konzentrationen > 0,7 % war die Hämolyse jedoch vernachlässigbar und die Ablagerung von geschrumpften Zellen zu beobachten. Daher scheinen ca. 7% NaCl (1,23 M) isotonische, < 7% hypo- und > 7% hypertonische Lösungen für die gegebenen Erythrozyten zu sein.
Referenzen
West, Edward S., Wilbert R. Todd, Howard S. Mason, und John T.V. Bruggen. Lehrbuch der Biochemie (4. Aufl.). New York: Macmillan Publishing Co. Inc. 1966.
Scott, Linda, A. “Diffusion durch eine Schafsmembran aus roten Blutkörperchen”. Erprobte Studien für den Laborunterricht, Bd. 14 (Goldman, C.A. Ed.). Verband für Biologielaborunterricht. Web.
Parker, John C. “Dog red blood cells: Regulierung des Salz- und Wassergehalts in vitro”. The Journal of General Physiology 62 (1973): 147-156. Web.
Ponzi, Alessandro N., Agostino Pugliese, und Patrizia Peutusio. “Hämagglutination des Rötelnvirus mit menschlichen und tierischen Erythrozyten: Effect of age and trypsinization”. Journal of Clinical Microbiology 7 (5) (1978): 442-447. Web.
Lublin, Douglas M. “Universal RBCs”. Transfusion 40 (2000): 1285-1289. Web.
Tan, Yingxia, Yan Qiu, Hua Xu, Shouping Ji, Subo Li, Feng Gong, und Yangpei Zhang. “Verminderte Immunabstoßung bei unangepassten Bluttransfusionen durch Anlagerung von Methoxy-Polyethylenglykol an menschliche rote Blutkörperchen und die Auswirkungen auf das D-Antigen”. Transfusion 46 (2006): 2122-2127. Web.