Knochenmark und Blutbildung

Das Knochenmark ist das Weichgewebe, das die Hohlräume aller Knochen ausfüllt. Es ist nach der Geburt als einziges Organ für die Blutbildung (=Hämatopoese) zuständig und zählt zu den primären lymphatischen Organen. Je nach hämatopoetischer Aktivität werden zwei Formen unterschieden: das rote (blutbildende) Knochenmark und das gelbe (nicht-blutbildende, fettspeichernde) Knochenmark. Bei Kindern kommt nur rotes Knochenmark vor, ab dem fünften Lebensjahr beginnt sich das blutbildende Mark aus den meisten Knochen zurückzuziehen und wird durch fettgewebig durchsetztes Mark ersetzt. Rotes Knochenmark findet sich beim gesunden Erwachsenen nur in den Epiphysen der Röhrenknochen sowie in den Knochen des Achsenskeletts.

Histologisch besteht das Knochenmark aus einer besonderen Bindegewebsform, dem retikulären Bindegewebe, das sich nur im Knochenmark und den sekundären lymphatischen Organen findet. Die hier vorkommenden Retikulumzellen bilden zusammen mit der an retikulären Fasern reichen, zytokinspeichernden Matrix die notwendigen Voraussetzungen für Proliferation und Differenzierung der hämatopoetischen Stammzellen sowie die Migration der reifen Zellen ins Blut.

Aus den multipotenten hämatopoetischen Stammzellen des roten Knochenmarks entstehen unter dem Einfluss von Signalstoffen (Stammzellfaktor, SCF) die determinierten Vorläuferzellen (colony forming units, CFU), deren weitere Differenzierung auf ein bis zwei nah verwandte Zelltypen festgelegt ist. Unter dem Einfluss spezifischer Wachstumsfaktoren (colony stimulating factors, CSF) reifen sie schließlich zu den terminal differenzierten Blutzellen heran und verlassen das Knochenmark.

Die Blutbildung (Hämatopoese) findet im Knochenmark statt. Um die Hämatopoese zu verstehen, hilft es, den Aufbau des Knochenmarks näher kennenzulernen.

Steckbrief zum Knochenmark

• Definition: Weichgewebe, das die inneren Hohlräume aller Knochen ausfüllt und zu den primären lymphatischen Organen zählt
• Funktionen
  • Blutbildung (= Hämatopoese)
  • Abbau gealterter Erythrozyten
  • Reifung der B-Lymphozyten
• Gewicht: Ca. 4% des Körpergewichts eines Erwachsenen
  • Rotes Mark: Ca. 2%
  • Gelbes Mark: Ca. 2%
• Gefäßversorgung: Äste der A. nutricia des zugehörigen Knochens

Makroskopische Anatomie

Beim Knochenmark kann man makroskopisch anhand der Schnittfläche das rote, hämatopoetisch aktive Mark vom gelben, hämatopoetisch inaktiven Fettmark unterscheiden.

Beim Erwachsenen findet sich das rote Knochenmark nur noch in den Knochen des Achsenskeletts: Die Blutbildung findet daher vor allem in den Knochen von Schädel, Wirbelsäule und Thorax (Scapula, Sternum und Rippen) statt! Das gelbe Mark findet man dagegen vor allem in den Diaphysen der Extremitäten!

Mikroskopische Anatomie

Sowohl das gelbe als auch das rote Knochenmark lässt sich in zwei Kompartimente unterteilen, das Hämatopoesekompartiment, in dem die eigentliche Reifung der Blutzellen stattfindet, und das Blutkompartiment, in dem die gereiften Zellen ins Blut übertreten können. Befinden sich im Hämatopoesekompartiment besonders viele Fettzellen, wird es als gelbes Knochenmark bezeichnet, befinden sich dort eher wenige Fettzellen, kann man es als rotes Knochenmark bezeichnen.

Hämatopoesekompartiment (= Extravasalraum des Knochenmarks)

• Hämatopoetische Stammzellen
  • Aus ihnen entwickeln sich alle Zellen des Blutes
  • Stammzellart: Multipotent
• Unreife und reife Blutzellstadien (wie z.B. Erythroblasten): Machen den Großteil der Zellen im roten Knochenmark aus
• Plasmazellen (reife B-Zellen)
• Stroma: Besteht aus retikulärem Bindegewebe
  • Zellen im Stroma
    • Fibroblastische Retikulumzellen
    • Makrophagen
    • Fettzellen (Adipozyten)
      • Geringer Fettzellgehalt im roten Knochenmark
      • Hoher Fettzellgehalt im gelben Knochenmark
  • Extrazellulärmatrix: Insb. retikuläre Fasern

Blutkompartiment (= Intravasalraum des Knochenmarks)

• Weitlumige, blutgefüllte Sinusoide
  • Diskontinuierliches Endothel
  • Ausläufer der Retikulumzellen

Die Blutbildung (Hämatopoese) findet beim Ungeborenen vor allem in Milz und Leber, beim Erwachsenen ausschließlich im Knochenmark statt. Die Hämatopoese beschreibt die einzelnen Reifungsschritte, ausgehend von der Knochenmarksstammzelle bis zur reifen Blutzelle.

Steckbrief zur Hämatopoese

• Definition: Hämatopoese ist der Überbegriff für die Entwicklung der verschiedenen Blutzelllinien
• Unterteilung: Zwei Hauptlinien, aus denen alle Zelltypen des Bluts entstehen
  • Myeloische Reihe
    • Vorläuferzelle: Myeloische Progenitorzelle (common myeloid precursor = CMP)
    • Stammzellart: Oligopotent
    • Ausreifung: Erythropoese , Thrombopoese , Granulopoese , Monopoese
  • Lymphatische Reihe
    • Vorläuferzelle: Lymphatische Progenitorzelle (common lymphoid precursor = CLP)
    • Stammzellart: Oligopotent
    • Ausreifung: Lymphopoese
• Lokalisation
  • Fetale Hämatopoese
    1. Ab 3. SSW: Dottersack (Extraembryonale Phase = syn. Megaloblastäre Phase)
    2. 6. SSW - 4. Entwicklungsmonat: Leber und Milz (Hepatolienale Phase)
    3. Ab 5. Entwicklungsmonat: Rotes Knochenmark (Medulläre Phase)
  • Adulte Hämatopoese: Rotes Knochenmark
• Ablauf
  1. Hämatopoetische Stammzelle (multipotent)
  2. Myeloische oder lymphatische Progenitorzelle (oligopotent)
  3. CFU-Zelle
     • Vorläuferzelle, die schon einer bis zwei Zellarten zugeordnet ist (uni- oder bipotent)
     • Beispiele: CFU-E (Vorläuferzelle der Erythrozyten), CFU-G/M (Vorläuferzelle für Granulozyten und Monozyten)

Die fünf Reihen der Hämatopoese

Erythropoese

• Dauer und Schritte der Entwicklung: Siehe: Erythrozyten (Erythropoese)
• Stimulierende Hormone: Erythropoetin (EPO)

Thrombopoese

• Dauer: 5–10 Tage
• Entwicklungsschritte: CMP → CFU-Meg. → Megakaryoblast → Promegakaryozyt → Megakaryozyt → Thrombozyt
• Stimulierende Hormone: Thrombopoetin (TPO) aus der Leber, IL-11
• Besondere Zellen
  • Promegakaryozyt
    • Vorläuferzelle der Thrombozyten
    • Besitzt zahlreiche Granula, die Cofaktoren der Gerinnung enthalten (ADP, Ca²⁺)
  • Megakaryozyt
    • Vorläuferzelle der Thrombozyten
    • Großer Zellkern (=„megakaryo“) mit polyploidem Chromosomensatz (bis zu 64n!)
    • Thrombozyten entstehen durch Abschnürung von Granula-haltigen, kernlosen Zytoplasmaanteilen
    • Bis zu 5000 Thrombozyten entstehen aus einem Megakaryozyt

Granulopoese

• Dauer: 7-10 Tage
• Entwicklungsschritte: CMP → CFU-G/M → Myeloblast → Promyelozyt → Myelozyt → Metamyelozyt → Stabkerniger Granulozyt → Segmentkerniger Granulozyt
• Stimulierende Hormone: G-CSF, GM-CSF, Interleukine (IL-1, IL-3, IL-5 und IL-6)

Monopoese

• Dauer: ca. 8 Tage
• Entwicklungsschritte: CMP → CFU-G/M → Monoblast → Promonozyt → Monozyt (→ Makrophagen, Reifung erst im Zielorgan)
• Stimulierende Hormone: GM-CSF, M-CSF, IL-3
• Besondere Zellen
  • Monoblast
    • Erste eigene Vorläuferzelle der Monopoese
    • Können im Knochenmarksausstrich nicht von Myeloblasten unterschieden werden
  • Monozyt
    • Größte Zelle im Blutausstrich (ca. 15 μm Durchmesser!)
    • Bohnenförmiger Zellkern und viel Granula-haltiges Zytoplasma
    • Reifen im Gewebe zu Makrophagen und Osteoklasten

Lymphopoese

• B-Zell-Reihe
  • Lokalisation: Die antigenunabhängige Proliferation sowie die Reifung der B-Lymphozyten läuft im roten Knochenmark ab. Der abschließende Differenzierungsprozess zur naiven B-Zelle findet jedoch in den sekundären lymphatischen Organen statt.
  • Dauer: Variabel
  • Entwicklungsschritte: Lymphatische Progenitorzelle (CLP) → Pro-B-Lymphozyt → Prä-B-Lymphozyt → Unreifer B-Lymphozyt → Reifer (= naiver) B-Lymphozyt
  • Stimulierende Hormone: Mehrere Interleukine
• T-Zell-Reihe
  • Lokalisationen: Sowohl die ersten Zellteilungen der lymphoiden Stammzellen als auch die Determinierung zu Vorläufern der T-Zell-Reihe geschieht (wie bei der B-Zell-Reihe) im Knochenmark. Unmittelbar danach wandern die Pro-T-Zellen jedoch auf dem Blutweg in den Thymus aus.
  • Dauer: Variabel
  • Entwicklungsschritte
    • Knochenmark: Lymphatische Progenitorzelle (CLP) → Pro-T-Lymphozyt
    • Thymus: Pro-T-Lymphozyt → Prä-T-Lymphozyt → Doppelt pos. T-Zell-Vorläufer → Naiver CD4⁺-T-Lymphozyt ODER naiver CD8⁺-T-Lymphozyt
  • Stimulierende Hormone: Mehrere Interleukine

Während die B-Zellen auch ihre Reifung größtenteils im Knochenmark vollziehen (B-Lymphozyten - Bone marrow), wandern die unreifen T-Lymphozyten zur Reifung in den Thymus aus (T-Lymphozyten - Thymus).

Knochenmark

Beschreibe die wesentlichen mikroskopischen Unterschiede zwischen rotem und gelbem Knochenmark.

Blutbildung

In welche drei Phasen lässt sich die pränatale Hämatopoese aufteilen?

Wodurch zeichnen sich Megakaryocyten aus? Welches Hormon stimuliert ihre Bildung und wo wird es synthetisiert?

Benenne die einzelnen Schritte der Granulopoese am Beispiel des segmentkernigen Granulozyten.

Wie entstehen Makrophagen?

Eine Sammlung von allgemeineren und offeneren Fragen zu den verschiedenen prüfungsrelevanten Themen findest du im Kapitel Beispielfragen aus dem mündlichen Physikum.

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Knochenmark und Blutbildung

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