Table Of ContentFORSCHUNGSBERICHTE DES LANDES NORDRHEIN-WESTFALEN
Nr. 1340
Herausgegeben
im Auftrage des Ministerpräsidenten Dr. Franz Meyers
von Staatssekretär Professor Dr. h. c. Dr. E. h. Leo Brandt
DK 616.15:539.16:546.7
Prof. Dr. med. Wal/her Pribilla
Medizinische Klinik der Städtischen Krankenanstalten Köln-Merheim
Direktor: Prof Dr. H. Schuiten
Erythrokinetik
(Untersuchungen über die Destruktion und Produktion der
Erythrozyten mit Cr5! und Fe59)
WESTDEUTSCHER VERLAG· KÖLN UND OPLADEN 1964
ISBN 978-3-663-06299-8 ISBN 978-3-663-07212-6 (eBook)
DOI1 0.1007/978-3-663-07212-6
Verlags-Nr.011340
© 1964 by Westdeutscher Verlag, Köln und Opladen
Gesamtherstellung: Westdeutscher Verlag
Inhalt
Methodischer Teil
1. Untersuchungen über die Destruktion der Erythrozyten mit radioaktivem
Chrom..................................... ................... 7
a) Bestimmung der scheinbaren halben Erythrozytenlebensdauer ...... 7
b) Topographische Untersuchungen über die Hämolyse durch Messung
der Cr5LRadioaktivität an der Körperoberfläche ................. 10
c) Ergebnisse bei Normalen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 13
2. Untersuchungen über die Produktion der Erythrozyten mit radioaktivem
Eisen.......................................................... 17
a) Bestimmung des Plasmaeisen-Turnovers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 18
b) Bestimmung der Fe59-Inkorporationsrate ........................ 20
c) Topographische Untersuchungen über die Erythrozytenproduktion
durch Messung der Fe59-Radioaktivität an der Körperoberfläche .... 21
d) Ergebnisse bei Normalen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 23
3. Untersuchungen über die Destruktion und Produktion der Erythrozyten
durch simultane Anwendung von radioaktivem Chrom und radioaktivem
Eisen.......................................................... 26
a) Messung der Blutproben, in denen Fe59 und Cr5l enthalten sind .... 26
b) Messung an der Körperoberfläche von Personen nach der Inkorpora-
tion von Cr5l und Fe59 • • • • • • • . • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • . • • • •• 31
c) Ergebnisse bei Normalen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 32
Klinischer Teil
1. Untersuchungsergebnisse bei hämolytischen Anämien ................ 35
a) Corpusculär bedingte hämolytische Anämien ....... . . . . . . . . . . . . .. 36
ot) Hereditäre sphärozytäre hämolytische Anämie ................. 36
~) Kongenitale nichtsphärozytäre hämolytische Anämie ........... 43
y) Paroxysmale nächtliche Hämoglobinurie ...................... 45
b) Extracorpusculär bedingte hämolytische Anämien . . . . . . . . . . . . . . . .. 47
5
2. Untersuchungsergebnisse bei aplastischen Syndromen. . . . . . . . . . . . . . .. 51
a) Idiopathisches aplastisches Syndrom mit leerem Mark ............. 54
b) Idiopathisches aplastisches Syndrom mit vollem Mark. . . . . . . . . . . .. 59
3. Untersuchungsergebnisse bei Osteomyelofibrosen . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 60
Zusammenfassung ................................................. 69
Anhang .......................................................... 73
Literaturverzeichnis ................................................ 83
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Methodischer Teil
Obschon die Erythrozyten eine begrenzte Lebensdauer haben, bleibt die Erythro
zytenmasse eines gesunden Menschen konstant. Das bedeutet, daB die in der
Zeiteinheit zugrunde gehenden Erythrozyten durch eine entsprechende Neu
bildung ersetzt werden. Unter normalen Bedingungen sind demnach Abbau und
Aufbau der Erythrozyten gleich. Bei einer Dekompensation dieses normalerweise
gut einregulierten - a11erdings in seinen Einzelheiten noch keineswegs aufge
klärten - V organges kann es zu einer Vermehrung oder zu einer Verminderung
der Erythrozytenmasse kommen. Die genaue Erfassung der Erythrozytende
struktion und -produktion ist daher für die klinische Forschung von groBem
Interesse und mit Hilfe von Isotopenuntersuchungen möglich. Solche Unter
suchungen wurden von uns seit 1957 durchgeführt. Über die bisher gewonnenen
Ergebnisse und ihre klinische Bedeutung sol1 unter Berücksichtigung der Literatur
und unserer eigenen früheren Mitteilungen berichtet werden.
1. Untersuchungen über die Destruktion der Erythrozyten
mit radioaktivem Chrom
a) Bestimmung der scheinbaren halben Erythrovtenlebensdauer
(Obersicht und Methode)
Die Lebensdauer der Erythrozyten, d. h. die Zeit von der Bildung im Knochen
mark bis zur Elimination aus dem strömenden Blut, beträgt rd. 120 Tage. Dieser
Wert wurde erstmals von ASHBY (1919) mit Hilfe der Differentialagglutination
bestimmt. Bei dies er Methode wird das zu untersuchende Blut auf einen gesunden
Empfänger übertragen, der eine gegenüber dem Testblut zwar verträgliche,
jedoch unterschiedliche Blutgruppen- oder Faktoreneigenschaft aufweist. Die
Zirkulationsdauer der übertragenen Ze11en im Kreislauf des Empfängers wird
dadurch festgeste11t, daB in regelmäBig entnommenen Blutproben die eigenen
Erythrozyten des Empfängers durch entsprechende Antiseren agglutiniert werden
und die Zahl der nicht agglutinierten Erythrozyten des Spenders gezählt werden.
Das Verfahren ist umständlich und hat den grundsätzlichen Nachteil, daB die
Erythrozyten, deren Lebensdauer interessiert, nicht in ihrem eigenen Milieu
untersucht werden können. Die Methode hat sich deshalb nicht a11gemein durch
gesetzt. Es ist auch versucht worden, die Erythrozytenlebensdauer aus der
Retikulozytenreifungszeit (BAAR und LLOYD) oder aber auch durch Messung der
Stoffwechselprodukte des Blutfarbstoffs (HEILMEYER und OETZEL u. a.) zu er
rechnen. Diese Methoden geben nur indirekte Hinweise auf die Erythrozyten-
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lebensdauer und haben u. U. recht beträchtliche Fehlerquellen. Es hat deshalb
nicht an Versuchen gefehlt, andere Methoden zur Bestimmung der Erythrozyten
lebensdauer zu entwickeln. Dazu wurden besonders verschiedene radioaktive
Isotope herangezogen, wob ei zwei verschiedene Wege eingeschlagen wurden: die
in-vivo-Markierung neugebildeter Erythrozyten während ihrer Entwicklung im
Knochenmark bzw. auch reifer Erythrozyten des Blutes oder die in-vivo-Mar
kierung von Erythrozyten des zirkulierenden Blutes. Das Prinzip der in-vivo
Markierung besteht darin, dem Knochenmark zu einem bestimmten Zeitpunkt
radioaktive Stoffe zuzuführen, die dann fest in die reifenden Erythrozyten einge
baut werden. Zu diesem Zweck eignet sich die Verabreichung von N15_ oder
C14-markiertem Glycin (SHEMIN und RITTENBERG u. a.) oder auch der Eisen
isotope 55 und 59 (Ross und CHAPIN; GIBSON und Mitarb. u. a.). Der Vorteil
der Methode besteht darin, daG ein Kollektiv gleichaltriger Erythrozyten markiert
wird, deren Schicksal nach der Ausschwemmung aus dem Knochenmark im
zirkulierenden Blut verfolgt werden kann. Gewisse Nachteile dieser Methoden
- z. B. der technische Aufwand bei der Verwendung von NI5 und 0 4 bzw. die
lange Verweildauer des einmal inkorporierten radioaktiven Eisens, das immer
wieder bei der Neubildung von Eryhtrozyten Verwendung findet - erlauben es
nicht, diese Art der Markierung als Routinemethode in der Klinik anzuwenden.
Eine in-vivo-Methode steilt auch die Markierung der Erythrozyten mit p32
markiertem Diisopropylfluorphosphat dar, welches nach intramuskulärer oder
intravenöser Injektion sowohl in den Erythrozyten als auch in den Granulo
zyten und Thrombozyten irreversibel gebunden und nach Abbau der Zeilen
nicht reutilisiert wird (CO HEN und WARRINGA; KLAUS und LEY; POLLYCOVE,
DAL SANTO und LAWRENCE u. a.). Die geringe spezifische Aktivität des z. Z. ver
fügbaren Präparates läGt das Verfahren noch wenig geeignet erscheinen. Bei der
intravenösen Anwendung von radioaktivem Chrom ist es ebenfails möglich,
Erythrozyten zu markieren (GRAY und STERLING; SUTHERLAND und MCCALL
u. a.). Diese Methode hat den Nachteil, daG nur etwa 10% der verabreichten
Radioaktivität in die Erythrozyten eingebaut wird. Sie wird daher wenig ange
wandt, empfiehlt sich aber u. U. bei Patienten mit Kälteagglutininkrankheit oder
bei Fällen mit hämolytischer Anämie, deren Erythrozyten ei ne hohe mechanische
Fragilität aufweisen (HUGHES JO NES und MOLLISON; SUTHERLAND und MCCALL).
Bei der in-vitro-Methode wird dagegen ein dem zirkulierenden Blut entnommenes
Kollektiv verschieden alter Erythrozyten mar kiert, dessen Verweildauer im
Kreislauf nach Reinjektion untersucht wird. Unter der für normale Verhältnisse
wo hl zutreffenden Annahme, daG die Lebensdauer der einzelnen Erythrozyten
gleich ist, kann so ein Hinweis auf die Erythrozytenlebensdauer gewonnen werden.
Das für diese Art der Markierung geeignete Isotop ist Chrom 51 in Form von
sechswertigem Natriumchromat, das im Gegensatz zum dreiwertigen Chrom
chlorid, welches sich bevorzugt an Plasmaproteine bindet, ei ne besondere Affinität
zu den Erythrozyten besitzt. Es wurde zuerst von GRAY und STERLING (1950) und
dann von zahlreichen anderen Untersuchern (EBAUGH, EMERSON und Ross;
WEINSTEIN und LE Roy; NECHELES, WEINSTEIN und LE Roy; DORNHoRsT;
READ, WILS ON und GARDNER; STRUMIA, TAYLOR, SAMPLE, COLWELL und DUGAN;
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DONOHUE, MOTULSKY, GIBLETT, PIRZIO-BIROLI, VIRANUVATTI und FINCH;
EADIE und BROWN; MOLLISON und VEALL; SUTHERLAND und MCCALL; ]OHN
SON, HUGHES, BIRD und PATRICK; BIRKELAND; PRIBILLA, ERNST und RÖTTGEN;
SCHEITLIN und FRICK; HEIM PEL, FRANZ, KEIDERLING und SCHUBOTHE; AUF
DERHEIDE; GEHRMANN u. v. a.) angewandt. Natriumchromat hat die Fähigkeit,
die Erythrozytenmembran leicht zu durchdringen. lm Erythrozyten erfolgt
- nach Umwandlung in dreiwertiges Chrom - ei ne ziemlich feste Bindung an den
Globinanteil des Hämoglobins. Abgesehen von der technisch relativ einfachen
Anwendbarkeit der Methode hat sie den Vorteil, daB die Erythrozyten in ihrem
eigenen Milieu geprüft werden, daB das nach dem Zerfall der Erythrozyten und
dem Abbau des Hämoglobins freiwerdende radioaktive Chrom nach vorüber
gehender Ablagerung im Gewebe renal ausgeschieden wird - ei ne Reutilisation
also nicht stattfindet - und daB dadurch die Strahlenbelastung recht klein gehalten
werden kann. Ein Nachteil z. B. der DFp32-Methode gegenüber ist es ab er, daB
nicht die tatsächliche Erythrozytenlebensdauer gemessen wird (s. u.). Alle unsere
Untersuchungen wurden mit radioaktivem Natriumchromat durchgeführt.
Methode: Die in-vitro-Markierung der Erythrozyten mit radioaktivem Chrom
kann in verschiedener Weise erfolgen. Die von uns (PRIBILLA, ERNST und RÖTT
GEN) angewandte Methode ist im folgenden Abschnitt dargestellt: Etwa 30-35 ccm
Venenblut der zu untersuchenden Pers on wurden in ein silikoniertes, mit
GummiverschluB versehenes, sterilisiertes Fläschchen eingefüllt, das etwa 10 ccm
einer sterilen pyrogenfreien ACD-Lösung enthielt. Da der Markierungsvorgang
durch ein saures Milieu gefördert wird, ist eine ACD-Lösung als Antikoagulans
besser geeignet als Heparin. Nach kurzem Zentrifugieren wurden das Plasma und
die ACD-Lösung abgehebert und dem Erythrozytenkonzentrat die notwendige
Menge von Natriumchromat (s. u.) zugesetzt. Danach wurde das Gemisch für
etwa 1 Stunde bei Zimmertemperatur aufbewahrt, wob ei ein Sedimentieren der
Erythrozyten durch gelegentliches leichtes Schwenken des Behälters vermieden
wurde. Durch Aufbewahrung der Blutprobe bei einer Temperatur von 37 Grad
kann der Markierungsvorgang initial beschleunigt werden; doch sind auch bei
Zimmertemperatur nach 30-60 min etwa 85-95% des Chroms an die Erythrozyten
gebunden. Der Rest befindet sich im Plasma. Nach der lnkubationszeit wurde
ohne weitere Manipulation entweder mit einer Spritze oder mit einem Schlauch
system der lnhalt des Fläschchens dem Spender intravenös reinjiziert. Wenn bei
den Patienten eine Messung der Radioaktivität an der Körperoberfläche geplant
war (s. u.), wurden die markierten Erythrozyten vor der lnjektion zwei mal mit
physiologischer Kochsalzlösung gewaschen; bei einer einfachen Bestimmung der
Erythrozytenlebensdauer wurden dagegen ungewaschene Erythrozyten injiziert.
Die radioaktive Natriumchromatlösung wurde steril und isotonisch von ver
schiedenen Herstellern bezogen. lnfolge der hohen spezifischen Aktivität (6,5-
97,3 mCfmg Chrom) ist der Chromgehalt der Lösung recht gering (15-200 i/ccm);
im allgemeinen enthielten 2 ccm der Lösung z. Z. der Lieferung etwa 1000 mikro C
Chrom51. Die Halbwertszeit des Cr5! beträgt 27,8 Tage. Chrom wird dabei in
Vanadium umgewandelt. Die Gammastrahlung macht nur 8-10% der radioakti
ven Strahlung aus. Die zur Markierung benötigte Aktivitätsmenge wurde mög-
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liehst klein gehalten. Im allgemeinen wurden etwa 20-50 mikroC benutzt. Eine
Sehädigung der Erythrozyten dureh das Chrom ist erst bei einer Konzentration
von mehr als 20-25 y Chromfeem Erythrozytenkonzentrat zu erwarten (MOLLI
SON und VEALL; DONOHUE und Mitarb.). Die Strahlenbelastung der Patienten ist
bei Verwendung der hier angegebenen Cr5LDosen gering. COOPER, STROEBEL
und OWEN sowie DONOHUE und Mitarb. und MOLLISON und VEALL haben er
rechnet, daG bei Anwendung einer Cr5LDosis von 390 mikroC die blutbildenden
Organe einer Strahleneinwirkung von weniger als 300 milliRfWoche ausgesetzt
wären bzw. daG die Verwendung von 100 mikroC bei einem 70 kg sehweren
Menschen zu einer Strahleneinwirkung von nur 0,003 repfTag führt.
Die Messung der in den Blutproben enthaltenen Radioaktivität erfolgte mit einem
bleiabgeschirmten Bohrlochkristall mit Scintillationszähler und einem Strah
lungsmeGgerät. In der ersten Zeit unserer Untersuchungen betrug das Volumen
der Blutproben 2 ccm, später - nach Beschaffung eines gröGeren Bohrlochkri
stalles - konstant 4 cern. Die MeGzeiten richteten sich nach der Impulszahl und
dem Nulleffekt. Vor der Messung wurden die Blutproben durch Saponin hämoly
siert. Auf möglichst gleichmäGig gearbeitete und gut in das Bohrloch passende
Reagensgläser wurde geachtet.
Zur Durchführung der Erythrozytenlebensdauerbestimmung ohne oder mit
Oberflächenmessung (s. u.) wurde bei Verwendung von ungewaschenen Erythro
zyten 24 Stunden nach der Injektion des markierten Blutes, bei Verwendung von
gewaschenen Erythrozyten eine halbe Stunde nach Injektion die ers te Blutprobe
abgenommen und gemessen. Aus der Impulszahl dies er Probe wurde unter
Berücksichtigung des Nulleffektes die ImpulszahlfminfVolumeneinheit errechnet.
Dieser Wert galt jeweils als Ausgangswert (100%-Wert) für alle weiteren Messun
gen. Da zu diesem Zeitpunkt das Plasma keine Radioaktivität mehr enthielt,
stammte die in der hämolysierten Blutprobe gemessene Aktivität aus den mar
kierten Erythrozyten. Weitere Blutproben wurden in den folgenden Tagen und
Wochen in regelmäGigen Abständen, deren Intervall urn so kürzer war, je stärker
die vermutete Hämolyse war, abgenommen und in der gleichen Weise und unter
stets gleichbleibenden Bedingungen gemessen. Mit zunehmendem zeitlichen
Abstand vom Termin der Injektion des markierten Blutes wird die Radioaktivität
der Blutproben kleiner. Es ist üblich und zeitsparend, die Messungen nur so lange
fortzusetzen, bis nur noch 50% der ursprünglichenAktivität in der Blutprobe vor
handen waren. Bei der Berechnung der Prozentwerte für jede Blutprobe ist ei ne
Korrektur entsprechend der Halbwertszeit des radioaktiven Chroms vorzunehmen.
Eine solche Korrektur wird unnötig, wenn am Ende der Lebensdauerbestimmung
die gesammelten Blutproben eines FalIes hintereinander gemessen werden.
b) Topographische Untersuchungen über die Hämo!yse
durch Messung der Cr5LRadioaktivität an der Kijrperoberfläche
Der Abbau der roten Blutkörperchen vollzieht sich normalerweise intravasal,
wob ei man sich vorstellt, daG die Stoffwechselvorgänge in den alternden Ery-
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throzyten nach einer bestimmten Zeit nachlassen und diese Zellindividuen
dann durch die mechanischen Belastungen des Zirkulierens zerstört werden. Der
frei werdende Blutfarbstoff wird im retikuloendothelialen System abgebaut, wobei
Eisen frei wird und Bilirubin gebildet wird. Während das Eisen über das Serum
weitgehend wieder dem Knochenmark zugeführt wird und hier zur Hämoglo
binneubildung zur Verfügung steht, werden das Bilirubin und seine Abbau
produkte mit der Galle in den Darm sezerniert und zum Teil mit dem Stuhl und
zum Teil nach enteraier Resorption mit dem Urin eliminiert. Die Milz spielt
entgegen früheren Auffassungen unter normalen Bedingungen bei dieser Ery
throzytenmauserung keine Rolle (HAYHOE und WHITBY u. a.), was z. B. aus der
Beobachtung hervorgeht, daB sonst gesunde milzlose Menschen (Entfernung der
Milz nach Trauma) eine normale Erythrozytenlebensdauer haben (SINGER und
WEISZ u. a.). Unter pathologischen Bedingungen kann nun dieser intravasale
Erythrozytenabbau gesteigert sein; doch kommt auch eine aktive Beteiligung der
MHz oder auch der Leber, evd. auch dieser beiden Organe am Erythrozytenabbau
vor. Es ist nun versucht worden, durch Messung der Cr5LRadioaktivität an der
Körperoberfläche von Menschen, denen radioaktiv markierte Erythrozyten intra
venös injiziert worden waren, Hinweise auf den Ort der Erythrozytenzerstörung
zu gewinnen. Dabei hatte man die V orstellung, daB die Radioaktivität eines
Organs, in dem eine groBe Zahl markierter Erythrozyten zugrunde geht, höher
sein muB, als es normalerweise in diesem Organ der Fall zu sein pflegt, und daB
es möglich sein müBte, diese Anreicherung der Radioaktivität auch von der
Körperoberfläche aus zu registrieren. Als MeBpunkte wählte man dabei Areale
der Körperoberfläche über der Milz, der Leber, dem Knochenmark und dem
Herzen. Die ersten derartigen Messungen wurden von KORST, CLATANOFF und
SCHILLING; JANDL, GREENBERG, YONEMOTO und CASTLE ausgeführt (Übersicht
bei HEIMPEL, KEIDERLING, SCHOEPPE, REICHOLD und HOFFMANN).
Methode: Die Markierung der Erythrozyten erfolgte in der gleichen Weise wie
zur Lebensdauerbestimmung; die beiden Methoden können deshalb kombiniert
werden. Urn ei ne ausreichende Impulsausbeute bei der Oberflächenmessung zu
haben, wurde allerdings bei dicken Menschen die Cr5LDosis etwas höher ge
wählt (50-80 mikroC). Die erste Blutprobe wurde nicht nach 24 Stunden, sondern
Z. Z. der ersten Oberflächenmessung, d. h. 15-30 min nach Beendigung der
Erythrozyteninjektion entnommen, urn eine frühzeitige Erfassung der Cr5L
Verteilung im Körper sicherzustellen. Es ist deshalb notwendig, gewaschene
Erythrozyten zu nehmen, urn eine in dieser Zeit störende Radioaktivität des
Plasrnas zu vermeiden. Die Radioaktivität der zu dieser Zeit entnommenen Blut
probe galt als 100%-Wert für die gleichzeitig durchgeführte Bestimmung der
Erythrozytenlebensdauer. Die Messung an der Körperoberfläche wurde mit einem
Scintillationszähler mit Plankristall, der mit einer Bleiabschirmung versehen war,
am liegenden Patienten durchgeführt. Dabei wurde der Kristall parallel zur
Körperoberfläche der Haut aufgesetzt. Die MeBpunkte wurden bei jedem Patien
ten durch genaue klinische Untersuchung festgelegt und entsprachen für das Herz
etwa dem vierten Intercostalraum links parasternal und für die Leber einem Punkt
dicht oberhalb des rechten Rippenbogens in der Medioclavicularlinie. Bei normalen
11
