Wie viele Zellen verträgt unser Blut?

„Blut ist dicker als Wasser“, sagt der Volksmund und hat damit sprichwörtlich Recht: Denn der lebensnotwendige Saft besteht fast zur Hälfte aus festen Bestandteilen. Den größten Anteil daran – insgesamt rund 40 Prozent des Blutes – haben die roten Blutzellen. Sie enthalten den roten Farbstoff Hämoglobin und sind für den Transport von Sauerstoff zuständig.

„Erstaunlich ist, dass dieser Anteil nicht nur bei allen Menschen in etwa gleich ist, sondern auch bei vielen anderen Wirbeltieren“, sagt Prof. Dr. Stefan Schuster von der Friedrich-Schiller-Universität Jena. Die Vermutung liege daher nahe, dass dieser Wert ein in der Evolution bewährtes Optimum darstelle. „Bei einem niedrigeren Volumenanteil der roten Blutzellen wird weniger Sauerstoff transportiert“, erklärt der Inhaber des Lehrstuhls für Bioinformatik der Biologisch-Pharmazeutischen Fakultät. „Bei einem höheren Anteil würde zwar der Sauerstofftransport erhöht. Da das Blut dann aber dickflüssiger wäre, würde gleichzeitig die Transportgeschwindigkeit sinken.“

Wie Prof. Schuster und sein Kollege Dr. Heiko Stark nun herausgefunden haben, lässt sich der optimale Hämatokritwert – der den Volumenanteil der roten Blutzellen angibt – mit einer Gleichung berechnen, die auf niemand Geringeren als Albert Einstein zurückgeht. Der geniale Forscher hatte sich neben Relativitätstheorie und Quantenphysik auch mit der Viskosität von Flüssigkeiten beschäftigt. „In der Fachliteratur gibt es bereits mehrere theoretische Ansätze zur Berechnung des optimalen Hämatokritwertes“, so Schuster. Die Bioinformatiker der Uni Jena haben untersucht, welche dieser Gleichungen am besten geeignet ist, die Abhängigkeit der Viskosität der Flüssigkeit (Blut) vom Volumenanteil der Partikel (Blutzellen) auszudrücken und wurden bei Einstein fündig. Ihre Ergebnisse haben die Jenaer Forscher in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift „Journal of Applied Physiology“ veröffentlicht (DOI: 10.1152/japplphysiol.00369.2012).

Demnach hängt die Viskosität einer Flüssigkeit von der Viskosität des Lösungsmittels und dem Volumenanteil ihrer festen Bestandteile ab. Außerdem enthält Einsteins Gleichung noch den Faktor 2,5. „Setzt man eine von Arrhenius vorgeschlagene Modifikation dieser Gleichung in die Gleichung für die Strömungsgeschwindigkeit ein und bestimmt das Maximum, erhält man ein Optimum von exakt 40 Prozent“, sagt Dr. Stark und rechnet vor: 1 geteilt durch 2,5 ist gleich 0,4 oder eben 40 Prozent. Der normale Hämatokrit des Menschen scheint also auch aus strömungsphysikalischer Sicht optimal zu sein. Das erkläre auch, warum sich derselbe Wert auch bei vielen Tierarten finden lässt, etwa bei Löwen, Antilopen, Ziegen, Elefanten und Kaninchen.

In ihrem Artikel haben die Bioinformatiker die experimentell ermittelten Hämatokrit-Werte von insgesamt 57 Wirbeltierarten aus der Literatur aufgeführt. „Darunter finden sich aber auch einige Abweichungen vom Optimum“, macht Stark deutlich. So liegt der Hämatokrit bei Robben mit 63 Prozent deutlich darüber. „Hier kommen vermutlich zusätzliche Kriterien zum Tragen.“ Zum Beispiel brauchen Meeressäuger wegen der langen Tauchzeiten eine größere Speicherkapazität für Sauerstoff.

Nebenbei stellen die Jenaer Forscher mit ihren Ergebnissen auch die illegale Praxis des Blutdopings im Sport in Frage. Dabei wird versucht, die Konzentration des sauerstofftransportierenden Hämoglobins im Blut und somit die Leistungsfähigkeit des Sportlers zu erhöhen. Dadurch steigt der Hämatokritwert künstlich an. „Doch das ist nicht nur kriminell, sondern ist, so folgt es aus unseren Berechnungen, auch vom physiologischen Effekt her mehr als fragwürdig“, resümiert Prof. Schuster.

Original-Publikation:
H. Stark, S. Schuster, Comparison of various approaches to calculating the optimal hematocrit in vertebrates, J. Appl. Physiol. 2012, DOI: 10.1152/japplphysiol.00369.2012

Kontakt:
Prof. Dr. Stefan Schuster, Dr. Heiko Stark
Lehrstuhl für Bioinformatik der Friedrich-Schiller-Universität Jena
Ernst-Abbe-Platz 2, 07743 Jena
Tel.: 03641 / 949580, 03641 / 949584
E-Mail: stefan.schu[at]uni-jena.de, heiko[at]starkrats.de