Das Knochenmark ist ein Gewebe, das sich im Zentrum der Knochen befindet .
Es gibt zwei Formen: rotes Knochenmark, in dem Blutzellen produziert werden (Hämatopoese ) und gelbes Knochenmark, das hauptsächlich aus Fett besteht.
Rotes Knochenmark produziert alle verschiedenen Arten von Blutkörperchen: rote Blutkörperchen (notwendig für den Transport von Sauerstoff von der Lunge zu den Zellen und Kohlendioxid von den Zellen in die Lunge), weiße Blutkörperchen (die Zellen, die den Körper vor Fremdkörpern schützen) Substanzen) und Blutplättchen (Zellen, die sich während einer Verletzung aufbauen, um Blutungen zu stoppen).
Die Knochen bestehen aus einer kompakten Substanz, die sich außerhalb des Knochens befindet, und einer schwammartigen Substanz, die sich im Inneren des Knochens befindet. Diese schwammartige Substanz sieht aus wie ein starrer Schwamm und reserviert mehr oder weniger große Hohlräume zwischen der Knochensubstanz (den Knochenbälkchen ). Diese Hohlräume sind mit einem Material namens Knochenmark gefüllt.
Knochenhöhlen sind mit knochenbildenden Zellen ( Osteoblasten) und weniger knochenzerstörenden Zellen ( Osteoklasten) ausgekleidet . Diese Aktivität des Knochenaufbaus und -abbaus ist in allen Lebensphasen dauerhaft und für starke Knochen notwendig. Die Hohlräume sind mit einem faserigen Gel, der extrazellulären Matrix , gefüllt , die die verschiedenen Bestandteile des Knochenmarks unterstützt. Diese Matrix enthält ein Netzwerk aus kleinen Arterien und Venen ( Kapillaren) , Stützzellen ( Fibroblasten ), Nervenzellen, Fettzellen ( Adipozyten) , Blutzellen in verschiedenen Reifungsstadien ( hämatopoetische Zellen) und Retikulin , ein kollagenähnliches Stützprotein . Darüber hinaus sind auch Stromazellen vorhanden; diese Zellen scheinen eine wichtige Rolle bei der Bildung von Blutzellen zu spielen.
Es gibt zwei Arten von Knochenmark:
Das Blut gelangt durch ein Blutgefäß, das in der Mitte des Knochens in den Knochen eintritt, zum Knochenmark. Dieses Gefäß verzweigt sich immer mehr und gelangt nach der Drainage durch kleine Gefäße, die Kapillaren, in das Knochenmark . Ihre Wand (das Endothel ) besteht aus flachen Zellen, zwischen denen die reifen Blutkörperchen ins Blut gelangen.
Die Gesamtmasse des Knochenmarks ist größer als die der Leber , letztere hat eine Masse von 1,5-2 kg . Die gelbe Knochenmasse macht 50 bis 70 % der Knochenmasse eines 25-jährigen Menschen aus. Dieser Anteil ist jedoch nicht festgelegt, er nimmt beispielsweise mit Alter, Wechseljahren, Alkoholmissbrauch und Krankheiten zu; kann aber auch durch mehr Sport oder Kälte abnehmen.
Neugeborene haben nur rotes Knochenmark. Im Erwachsenenalter findet man rotes Knochenmark nur in den Wirbeln, Rippen, Schlüsselbeinen, Brustbein, Becken- und Schädelknochen sowie an den Enden, die dem Rumpf der Oberschenkelknochen und des Oberarmknochens am nächsten sind. Das rote Knochenmark ist stark vaskularisiert, weil die hämatopoetischen Zellen dort die Blutzellen produzieren.
Das gelbe Knochenmark besteht hauptsächlich aus Adipozyten (Fettzellen). Beim erwachsenen Menschen macht es etwa 10 % der gesamten Körperfettmasse aus. Diese Adipozyten unterscheiden sich von Fettzellen in anderen Teilen des Körpers und spielen eine wichtige Rolle bei der Regulierung des natürlichen inneren Gleichgewichts des Körpers, der Homöostase .
Blut besteht aus einer Flüssigkeit, Blutplasma , die Blutzellen und andere Materialien wie Proteine , Nährstoffe, Gase und andere Substanzen trägt. Bei Frauen 42%, bei Männern 45% besteht das Blut aus Blutkörperchen, davon 99% aus roten Blutkörperchen, Erythrozyten . Die anderen Zellen sind weiße Blutkörperchen, Leukozyten , die in 5 Varianten existieren ( Neutrophile , Eosinophile , Basophile , Monozyten und Lymphozyten) und Blutplättchen , die genau genommen keine Zellen sind, sondern Zellfragmente.
Alle diese Zellen werden im Knochenmark von hämatopoetischen Stammzellen produziert. Vor der Geburt, Blutzellen im Knochenmark produziert, aber erst in dem Dottersack und die Leber , die Milz und Lymphgewebe und schließlich aus den 4 - ten Monat im Knochenmark rot; der 6 th Monat der Schwangerschaft ist die Produktion durch das Knochenmark vorherrschend. Wenn die Produktion von Blutzellen jedoch dringend angeregt werden muss, können Leber und Milz diese Produktion auch im Erwachsenenalter wieder aufnehmen. Das gelbe Knochenmark kann sich bei Bedarf auch wieder in rotes Knochenmark verwandeln.
Im roten Knochenmark bilden durchschnittlich 18% der vorhandenen Zellen rote Blutkörperchen und fast 80% bilden weiße oder reife weiße Blutkörperchen.
Hämatopoetische Stammzellen produzieren alle Arten von Blutzellen. Diese Zellen sind zahlreich und repräsentieren nur eine Zelle von 10.000 bis 15.000 Zellen im Knochenmark. Sie können auch ins Blut entweichen, stellen aber in diesem Fall nur eine Zelle von 100.000 Blutkörperchen dar. Spezifische Proteine, je nach Bedarf, regen diese Zellen an, sich zu teilen und die verschiedenen Blutzellen zu produzieren. Darüber hinaus teilen sie sich auch, um sich zu vermehren und sorgen so für die kontinuierliche Produktion von Blutzellen.
Hämatopoetische Stammzellen teilen sich zunächst in zwei verschiedene Zelltypen, myeloische Vorläuferzellen, die rote Blutkörperchen, weiße Blutkörperchen und Blutplättchen erzeugen, und lymphoide Vorläuferzellen, die Lymphozyten erzeugen. Wenn die Blutzellen reifen, werden sie ins Blut abgegeben. Diese Vorläufer können viele Zellen produzieren, aber nur für eine begrenzte Zeit nach ihrer Entstehung. Es wird geschätzt, dass es zwischen 15 und 20 Tage dauert, bis die Blutzellen reifen, aber diese Zeit kann je nach Bedarf variieren.
Hämatopoetische Stammzellen oder Vorläuferzellen werden sich je nach Standort unterschiedlich spezialisieren. Diese Orte, die Stammzellnischen (in) , werden durch die umgebenden Zellen wie Adipozyten, Osteoblasten, Blutgefäße und Stromazellen definiert.
Rote Blutkörperchen sind abgeflachte Zellen, die für den Transport von Sauerstoff (O 2 ) von der Lunge zu den Zellen und eines Großteils des Kohlendioxids von den Zellen in die Lunge verantwortlich sind. Jeder Kubikmillimeter (mm 3 ) Blut enthält 5 Millionen rote Blutkörperchen. Diese Zellen haben keine Kerne oder andere Organellen und sind im Wesentlichen mit Hämoglobinmolekülen gefüllte Säcke . Sie haben eine Lebensdauer von etwa 4 Monaten und werden jede Sekunde durch 2 bis 3 Millionen neue rote Blutkörperchen ersetzt. Die Milz eliminiert zu alte rote Blutkörperchen.
Rote Blutkörperchen werden im Knochenmark in verschiedenen Stadien produziert und erst im letzten Stadium werden rote Blutkörperchen ins Blut freigesetzt. Das Knochenmark wird durch spezifische Proteine, Erythropoietin (EPO), stimuliert , die in den Nieren bei O 2 -Mangel gebildet werden . Jedes rote Blutkörperchen enthält über 250 Millionen Hämoglobinmoleküle, von denen jedes 4 Eisenatome enthält. Knochenmark, Leber und Milz können Eisen als Ferritin oder Hämosiderin speichern . Wenn Erythropoietin die Produktion von roten Blutkörperchen stimuliert, werden Eisenatome mit einem Transportprotein, Transferrin , verbunden, das über das Blut in das Knochenmark transportiert wird, damit neue rote Blutkörperchen gebildet werden können.
Die gebildeten roten Blutkörperchen agglutinieren um einen Makrophagen und bilden so Inseln von Erythroblasten. Diese Inseln befinden sich in der Nähe der Kapillaren. Die Zellen, die den Makrophagen am nächsten sind, sind am wenigsten reif. Der Makrophage nimmt die defekten Zellen auf und entfernt auch die Kerne der roten Blutkörperchen, bevor sie die Blutgefäße erreichen.
Die Rolle der weißen Blutkörperchen besteht darin, uns vor körperfremden Substanzen (Bakterien, Viren, Pilze usw.) zu schützen, indem sie diese zerstören. Sie töten auch abnormale Zellen wie Krebszellen und reinigen den Körper von verbrauchten Zellen und Geweberesten. Es gibt weit weniger weiße Blutkörperchen als rote Blutkörperchen, jeder mm 3 enthält etwa 7.000. Weiße Blutkörperchen verwenden das Blut nur als Transportmittel, an ihrem Bestimmungsort verlassen sie es durch die Kapillaren, die kleineren Blutgefäße, die sich dazwischen weben Zellen in der Gefäßwand. Die Lebensdauer von körnigen weißen Blutkörperchen wird in Tagen oder sogar Stunden gezählt.
Es gibt 5 Arten von weißen Blutkörperchen, die nach ihrem Aussehen unter dem Mikroskop klassifiziert werden:
Alle körnigen weißen Blutkörperchen und Monozyten werden nur im Knochenmark produziert, wo sie mehrere Phasen durchlaufen; ihre Produktion wird durch entsprechende Proteine stimuliert.
Die Rupturen kleiner Gefäße (Arteriolen, Kapillaren und Venolen) sind recht häufig und werden durch die Zellen der Gefäßwände leicht repariert. Wenn eine Verletzung in größeren Gefäßen auftritt, findet ein dreistufiger Prozess statt, um die Blutung zu stoppen:
Thrombozyten bilden nicht nur den Thrombozytennagel, sondern führen auch zur Kontraktion der Gefäße und zur Blutgerinnung.
Blutplättchen sind keine Zellen, sondern Fragmente großer Zellen, die Megakaryozyten genannt werden, die in drei Phasen von hämatopoetischen Stammzellen im Knochenmark produziert werden. Thrombozyten mit einer Größe von 0,002 bis 0,004 mm werden von wenig Zytoplasma und Membran gebildet . Ein Megakaryozyt, 0,05 bis 0,1 mm , produziert 2.000 bis 3.000 Blutplättchen, von denen etwa ein Drittel in der Milz gespeichert wird, um während einer Gefäßruptur verfügbar gemacht zu werden. Blut enthält zwischen 150.000 und 350.000 Blutplättchen pro mm 3 ; sie überleben etwa 10 Tage und werden von Milz und Leber recycelt. Das von der Leber sezernierte Thrombopoietin reguliert die Produktion von Blutplättchen im Knochenmark.
Bei Säugetieren und Vögeln findet die Produktion von Blutkörperchen (rote Blutkörperchen, weiße Blutkörperchen und Thrombozyten oder Blutplättchen) wie beim Menschen im Knochenmark statt, wo die hämatopoetischen Stammzellen vorkommen. Niere und Milz produzieren Blutzellen bei Amphibien und Knochenfischen. Bei niederen Fischen werden hämatopoetische Stammzellen im Blut gefunden.
Die roten Blutkörperchen von Säugetieren sind scheibenförmig mit einer zentralen Vertiefung und ohne Kerne. Bei den meisten Wirbeltieren sind diese Zellen größer, haben eine eiförmige Form und einen Kern. Die Produktion von roten Blutkörperchen wird durch Erythropoietin kontrolliert, das von den Nieren bei Säugern und möglicherweise bei anderen Wirbeltieren produziert wird.
Säugetiere produzieren Blutplättchen, die Fragmente von Zellen sind. Andere Wirbeltiere produzieren ganze Zellen, sogenannte Thrombozyten, die im Blut zirkulieren und auf eine Verletzung warten und sich zu diesem Zeitpunkt auflösen, um die Blutgerinnung zu unterstützen.
Die Milz eliminiert alte rote Blutkörperchen und kann sie auch speichern, sowie weiße Blutkörperchen und Blutplättchen, um sie bei Bedarf zur Verfügung zu stellen.
Lange Zeit ging man davon aus, dass die Einwanderung der Blutzellenproduktion in die Knochen eine Anpassung an das Leben auf der Erde sei, um diesen lebenswichtigen Prozess vor möglichen Schäden durch UV-Strahlung und Temperaturschwankungen zu schützen . Nach sorgfältiger Analyse der Extremitätenknochen und der Existenz von inneren Hohlräumen wird angenommen, dass die ersten Tiere, die eine Hämatopoese im Knochenmark ermöglichten, Seymouria und Diskosauriscus waren, die vor etwa 280 Millionen Jahren im Unterperm lebten.
Wenn das Blut den benötigten Sauerstoff nicht mehr transportieren kann, spricht man von Anämie. Dieser Zustand kann auf einen Mangel oder eine Anomalie von roten Blutkörperchen oder Hämoglobin zurückzuführen sein. Es gibt mehr als 400 Arten von Anämie und die WHO schätzt, dass ein Viertel der Weltbevölkerung darunter leidet, besonders betroffen sind Kinder im Vorschulalter und Frauen in Entwicklungsländern.
Die verschiedenen Ursachen der Anämie lassen sich in folgende Kategorien einteilen:
Das Blut kann mehr rote Blutkörperchen als normal enthalten; temporär zum Beispiel bei Dehydration oder chronisch bei Rauchern, weil bei ihnen Hämoglobin den Sauerstoff nicht mehr so effizient transportiert, oder bei Menschen, die in der Höhe leben. Polycythemia vera ist eine Erkrankung des Knochenmarks, die durch eine Überproduktion von roten Blutkörperchen gekennzeichnet ist; Diese Situation führt zu einer signifikanten Erhöhung der Viskosität des Blutes, was für die Organe schädlich ist, die Blutgerinnsel , Herzinfarkte und Schlaganfälle verursachen können .
Bei Leukämie kommt es in verschiedenen Reifungsstadien der weißen Blutkörperchen zu einer Überproduktion abnormer Zellen. In diesem Fall können die weißen Blutkörperchen ihre Aufgabe nicht mehr normal erfüllen. Diese abnormalen Zellen dringen in das Knochenmark ein und andere Zellen können keine roten Blutkörperchen oder Blutplättchen mehr bilden. Patienten sterben oft an schweren Infektionen oder an Blutungen.
Zu hohe Blutplättchenproduktion, Thrombozytose oder zu geringe Blutplättchenproduktion, Thrombozytopenie , die entweder zu unerwünschten Blutgerinnseln oder Blutungen führen kann, die nicht aufhören. Diese Funktionsstörungen sind meist auf die Zerstörung von Thrombozyten nach ihrer Entstehung zurückzuführen, können aber auch auf Erkrankungen des Knochenmarks zurückzuführen sein.
Bei Störungen in der Produktion von Blutzellen kann es notwendig sein, das Knochenmark zu punktieren, d. h. das Knochenmark durch Absaugen mit einer Spritze zur Anfertigung eines Abstrichs ( Myelogramm ) oder durch Entnahme eines Teils zu entnehmen harvest mit einem Trokar , um seine Struktur zu analysieren.
Die Punktion ist für den Patienten ein sehr schmerzhafter Eingriff und erfordert eine örtliche Betäubung oder Vollnarkose . Der Patient wird auf die Seite gelegt, um an die Rückseite des oberen Teils des Beckenknochens, den Beckenkamm, zu gelangen . Es wird ein Hautschnitt gemacht und mit einer Nadel wird der Knochen bis ins Mark punktiert. Wenn die Stelle erreicht ist, wird eine Spritze an der Nadel angebracht und eine Aspiration von ca. 2 ml des Knochenmarks vorgenommen. Wenn eine Biopsie erforderlich ist (dh es ist notwendig, die Struktur des Knochenmarks zu erhalten), wird ein Trokar an der gleichen Stelle in Höhe der Haut, jedoch in einem anderen Winkel in den Knochen eingeführt; Normalerweise werden 2 cm Knochenmark entnommen. Komplikationen sind selten.
Dieses Verfahren ist relativ einfach durchzuführen und kann ambulant durchgeführt werden. Die Analyse der Probe ermöglicht eine sichere und schnelle Diagnose der Funktionsstörung.
Bei Erkrankungen, die die Produktion von Blutzellen beeinträchtigen, wie Leukämie oder Sichelzellanämie, ist die hämatopoetische Stammzelltransplantation eine Behandlungsoption.
Diese Zellen können von einer autologen Probe stammen , also vom Patienten selbst vor der Behandlung, oder von einem allogenen Spender , also einer anderen Person. Wenn die Zellen vom Patienten selbst stammen, sind Abstoßungsprobleme sehr selten (möglich z. B. bei multiplen Myelomen ).
Ist eine Gewinnung eigener blutbildender Zellen nicht möglich, wird zunächst innerhalb der Familie, dann aus der Liste der registrierten potentiellen Spender ein geeigneter Spender gesucht. Es ist wichtig, einen Spender zu finden, der die größte Kompatibilität mit den humanen Leukozyten-Antigenen (HLA) des Patienten aufweist.
Es ist auch möglich, hämatopoetische Zellen aus Nabelschnüren zu verwenden; sie haben den Vorteil, dass sie keine sehr hohe HLA-Kompatibilität erfordern und schnell verfügbar sind, setzen sich aber oft weniger schnell durch. Diese Zellen werden unmittelbar nach der Geburt eines Kindes gesammelt und sofort eingefroren.
Die Gewinnung von Stammzellen von einer Person kann auf zwei Arten erfolgen:
Vor der Übertragung von Stammzellen an Patienten muss das erkrankte Knochenmark durch Chemo- und Strahlentherapie vollständig entfernt und das Immunsystem stimuliert werden. Während dieser Behandlung muss der Patient isoliert werden, da sein Immunsystem zerstört ist.
Vom Spender entnommene Stammzellen werden durch Infusion wieder in das Blut injiziert. Sie werden das Knochenmark mehr oder weniger schnell wieder bevölkern.
Die Zunahme der roten Blutkörperchen im Blut ermöglicht es, den Zellen, insbesondere den Muskelzellen, mehr Sauerstoff zuzuführen, was den Sportlern eine bessere Leistung ermöglicht. Vor der Entdeckung des synthetischen EPO wurde beim Doping das Blut des Athleten entnommen, um die roten Blutkörperchen zu extrahieren, die eingefroren und dann vor einem Wettkampf wieder injiziert wurden. Die Verwendung von synthetischem EPO hat dieses Verfahren vereinfacht. Eine Studie hat gezeigt, dass diese Praxis die Leistung im Ausdauersport um 7 bis 10 % steigern kann.
Eine zu starke Zunahme der roten Blutkörperchen verdickt das Blut, was zu Blutgerinnseln , Herzinfarkten und Schlaganfällen führen kann . Die wiederholte Einnahme von EPO kann auch eine Resistenz gegen EPO verursachen, was zu Anämie führt. In Anbetracht dessen, dass das synthetische EPA seit 1987 für den Tod von zwanzig europäischen Radfahrern verantwortlich ist.
Seit den Olympischen Spielen in Sydney im Jahr 2000 werden Sportler auf das Vorhandensein von synthetischem EPO getestet.