Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie viele Zellen verträgt unser Blut?

14.06.2012
Bioinformatiker der Universität Jena berechnen mit Einsteins Gleichung optimalen Hämatokritwert
„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

Dr. Ute Schönfelder | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-jena.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Was die Zelle entarten lässt
23.10.2018 | Julius-Maximilians-Universität Würzburg

nachricht Chemie aus der Luft: atmosphärischem Stickstoff als Alternative
22.10.2018 | Leibniz-Institut für Katalyse e. V. an der Universität Rostock

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Mit Gravitationswellen die Dunkle Materie ausleuchten

Schwarze Löcher stossen zusammen, Gravitationswellen breiten sich durch die Raumzeit aus - und ein riesiges Messgerät ermöglicht es, die Struktur des Universums zu erkunden. Dies könnte bald Realität werden, wenn die Raumantenne LISA ihren Betrieb aufnimmt. UZH-Forschende zeigen nun, dass LISA auch Aufschluss über die schwer fassbaren Partikel der Dunklen Materie geben könnte.

Dank der Laserinterferometer-Raumantenne (LISA) können Astrophysiker Gravitationswellen beobachten, die von Schwarzen Löchern ausgesendet werden. Diese...

Im Focus: Auf dem Weg zu maßgeschneiderten Naturstoffen

Biotechnologen entschlüsseln Struktur und Funktion von Docking Domänen bei der Biosynthese von Peptid-Wirkstoffen

Mikroorganismen bauen Naturstoffe oft wie am Fließband zusammen. Dabei spielen bestimmte Enzyme, die nicht-ribosomalen Peptid Synthetasen (NRPS), eine...

Im Focus: Größter Galaxien-Proto-Superhaufen entdeckt

Astronomen enttarnen mit dem ESO Very Large Telescope einen kosmischen Titanen, der im frühen Universum lauert

Ein Team von Astronomen unter der Leitung von Olga Cucciati vom Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) Bologna hat mit dem VIMOS-Instrument am Very Large...

Im Focus: Auf Wiedersehen, Silizium? Auf dem Weg zu neuen Materalien für die Elektronik

Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung (MPI-P) in Mainz haben zusammen mit Wissenschaftlern aus Dresden, Leipzig, Sofia (Bulgarien) und Madrid (Spanien) ein neues, metall-organisches Material entwickelt, welches ähnliche Eigenschaften wie kristallines Silizium aufweist. Das mit einfachen Mitteln bei Raumtemperatur herstellbare Material könnte in Zukunft als Ersatz für konventionelle nicht-organische Materialien dienen, die in der Optoelektronik genutzt werden.

Bei der Herstellung von elektronischen Komponenten wie Solarzellen, LEDs oder Computerchips wird heutzutage vorrangig Silizium eingesetzt. Für diese...

Im Focus: Goodbye, silicon? On the way to new electronic materials with metal-organic networks

Scientists at the Max Planck Institute for Polymer Research (MPI-P) in Mainz (Germany) together with scientists from Dresden, Leipzig, Sofia (Bulgaria) and Madrid (Spain) have now developed and characterized a novel, metal-organic material which displays electrical properties mimicking those of highly crystalline silicon. The material which can easily be fabricated at room temperature could serve as a replacement for expensive conventional inorganic materials used in optoelectronics.

Silicon, a so called semiconductor, is currently widely employed for the development of components such as solar cells, LEDs or computer chips. High purity...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Lehren und Lernen mit digitalen Medien im Fokus

22.10.2018 | Veranstaltungen

Natürlich intelligent

19.10.2018 | Veranstaltungen

Rettungsdienst und Feuerwehr - Beschaffung von Rettungsdienstfahrzeugen, -Geräten und -Material

18.10.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Chemie aus der Luft: atmosphärischem Stickstoff als Alternative

22.10.2018 | Biowissenschaften Chemie

Gebirge bereiten Boden für Artenreichtum

22.10.2018 | Geowissenschaften

Neuer Wirkstoff gegen Anthrax

22.10.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics