Bildung roter Blutkörperchen (Erythropoese)
Rote Blutkörperchen werden kontinuierlich im Knochenmark bestimmter Knochen gebildet. Wie bereits erwähnt, sind beim Erwachsenen die Hauptorte der Erythropoese genannten Erythrozytenproduktion die Markräume der Wirbel, Rippen, des Brustbeins und des Beckens. Im Knochenmark entsteht die rote Zelle aus einem primitiven Vorläufer, dem Erythroblasten, einer kernhaltigen Zelle ohne Hämoglobin. Die Proliferation erfolgt durch mehrere aufeinanderfolgende Zellteilungen. Während der Reifung bildet sich in der Zelle Hämoglobin, und der Zellkern wird immer kleiner. Nach einigen Tagen verliert die Zelle ihren Kern und wird dann über die Gefäßkanäle des Knochenmarks in den Blutkreislauf eingeschleust. Jeden Tag wird fast 1 Prozent der roten Blutkörperchen gebildet, und das Gleichgewicht zwischen der Produktion roter Blutkörperchen und der Entfernung alternder roter Blutkörperchen aus dem Kreislauf wird genau eingehalten. Wenn Blut aus dem Kreislauf verloren geht, nimmt die erythropoetische Aktivität des Knochenmarks zu, bis die normale Anzahl der zirkulierenden Zellen wiederhergestellt ist.
Bei einem normalen Erwachsenen werden jede Woche die roten Zellen von etwa einem halben Liter Blut vom Knochenmark produziert. Für diesen Vorgang werden eine Reihe von Nährstoffen benötigt. Einige Nährstoffe sind die Bausteine, aus denen die roten Zellen zusammengesetzt sind. So werden beispielsweise Aminosäuren im Überfluss für den Aufbau der Proteine der roten Zelle, insbesondere des Hämoglobins, benötigt. Auch Eisen ist ein notwendiger Bestandteil des Hämoglobins. Etwa ein Viertel Gramm Eisen wird für die Herstellung eines halben Liters Blut benötigt. Andere Stoffe, die in Spuren benötigt werden, sind notwendig, um die chemischen Reaktionen zu katalysieren, durch die rote Zellen produziert werden. Dazu gehören verschiedene Vitamine wie Riboflavin, Vitamin B12 und Folsäure, die für die Reifung der sich entwickelnden Erythrozyten erforderlich sind, sowie Vitamin B6 (Pyridoxin), das für die Synthese von Hämoglobin benötigt wird. Die Sekrete mehrerer endokriner Drüsen beeinflussen die Produktion der roten Blutkörperchen. Bei einer unzureichenden Versorgung mit Schilddrüsenhormonen wird die Erythropoese verzögert und es kommt zu einer Anämie. Das männliche Sexualhormon Testosteron stimuliert die Produktion roter Blutkörperchen; aus diesem Grund ist die Zahl der roten Blutkörperchen bei Männern höher als bei Frauen.
Die Kapazität des Knochenmarks, rote Blutkörperchen zu produzieren, ist enorm. Wenn es zu Höchstleistungen angeregt und ausreichend mit Nährstoffen versorgt wird, kann das Knochenmark den Verlust von mehreren Litern Blut pro Woche ausgleichen. Eine Blutung oder eine beschleunigte Zerstörung von Erythrozyten führt zu einer erhöhten Aktivität des Knochenmarks. Das Knochenmark kann seine Erythrozytenproduktion bis auf das Achtfache der üblichen Rate steigern. Hält der Blutverlust danach an, entwickelt sich eine Anämie. Die Geschwindigkeit der Erythropoese ist abhängig von der Sauerstoffspannung des arteriellen Blutes. Wenn die Sauerstoffspannung sinkt, werden mehr Erythrozyten produziert und die Zahl der Erythrozyten steigt an. Aus diesem Grund haben Menschen, die in großer Höhe leben, höhere Erythrozytenzahlen als Menschen, die auf Meereshöhe leben. So besteht beispielsweise ein kleiner, aber signifikanter Unterschied zwischen der durchschnittlichen Anzahl roter Blutkörperchen von Personen, die in New York City auf Meereshöhe leben, und Personen, die in Denver, Colo, mehr als 1,5 km über dem Meeresspiegel leben, wo der atmosphärische Druck niedriger ist. Eingeborene in den Anden, die fast 5 km über dem Meeresspiegel leben, haben extrem hohe Erythrozytenzahlen.
Die Produktionsrate der Erythrozyten wird durch das Hormon Erythropoietin gesteuert, das hauptsächlich in den Nieren produziert wird. Wenn die Zahl der zirkulierenden Erythrozyten abnimmt oder wenn der vom Blut transportierte Sauerstoff abnimmt, erkennt ein noch nicht identifizierter Sensor die Veränderung und die Produktion von Erythropoetin wird erhöht. Diese Substanz wird dann durch das Plasma zum Knochenmark transportiert, wo sie die Produktion roter Zellen beschleunigt. Der Erythropoetin-Mechanismus funktioniert wie ein Thermostat, der die Erythrozytenproduktion je nach Bedarf erhöht oder verringert. Wenn sich eine Person, die in großer Höhe gelebt hat, in eine Umgebung auf Meereshöhe begibt, wird die Produktion von Erythropoetin unterdrückt, die Produktionsrate der roten Blutkörperchen nimmt ab, und die Anzahl der roten Blutkörperchen fällt, bis der normale Wert auf Meereshöhe erreicht ist. Mit dem Verlust von einem halben Liter Blut wird der Erythropoietin-Mechanismus aktiviert, die Produktion roter Blutkörperchen wird gesteigert, und innerhalb weniger Wochen ist die Zahl der zirkulierenden roten Blutkörperchen wieder auf den Normalwert angestiegen. Die Präzision der Steuerung ist außerordentlich hoch, so dass die Zahl der neu gebildeten roten Blutkörperchen die Zahl der verlorenen oder zerstörten Zellen genau ausgleicht. Erythropoietin wird in vitro (außerhalb des Körpers) mit Hilfe der Gentechnik (rekombinante DNA) hergestellt. Das gereinigte, rekombinante Hormon ist vielversprechend für Personen mit chronischem Nierenversagen, die aufgrund eines Mangels an Erythropoietin eine Anämie entwickeln.