Blut ist rot, warum sind Adern blau?

In Europa war „blaues Blut“ einst ein Symbol für den Adelsstatus.

Im 9. Jahrhundert n. Chr. versuchten spanische Adlige, die Iberische Halbinsel von den Mauren zurückzuerobern. Der Historiker Robert Lacey beschreibt, dass vor dem Krieg Adlige ihre Arme hoben und die blauen Adern auf ihrer hellen Haut besonders auffällig waren. Sie taten dies, um zu zeigen, dass ihre Blutlinie rein war und nicht von den dunkelhäutigen Mauren verunreinigt worden war.

Ursprünglich wurde dies möglicherweise getan, um die Moral zu stärken. Die Spanier hätten damals vielleicht nicht gedacht, dass sich die Vorstellung, dass „edles Blut nicht rot, sondern blau ist“, in der ganzen Welt verbreiten würde. Da die Menschen der Oberschicht ihre Haut selten der Sonne aussetzten, war die Haut der Adligen heller und ihre blauen Adern traten deutlicher hervor als bei den einfachen Leuten, die durch die ganztägige Arbeit im Freien braungebrannten Teint bekamen. Früher war es in ganz Europa üblich, den Begriff „blaues Blut“ zu verwenden, um den Unterschied zwischen der Ober- und der Unterschicht zum Ausdruck zu bringen.

Wir wissen heute, dass menschliches Blut, unabhängig von Stand und Klasse, normalerweise nicht blau ist. Aber warum sind die Adern an Ihrem Handgelenk blau?

Welche Farbe hat Blut?

Im Biologieunterricht der Mittelstufe lernen wir, dass arterielles Blut vom Herzen Sauerstoff in alle Teile des Körpers transportieren kann. Nach der Sauerstoffabgabe fließt das Blut über die Venen auf allen Ebenen zurück zum Herzen. Die Farbe des arteriellen oder venösen Blutes in den Augen von Menschen hängt mit dem Blutkreislauf bzw. dem Licht zusammen, das dabei vom Blut reflektiert und absorbiert wird .

Ein weißer Lichtstrahl ist eine Mischung aus Licht verschiedener Wellenlängen, beispielsweise Rot, Orange, Gelb, Grün, Cyan, Blau und Violett. Der Grund, warum arterielles Blut hellrot ist, liegt darin, dass Hämoglobin nach der Verbindung mit Sauerstoff mehr rotes Licht in die Augen des Menschen reflektieren kann. Im Gegensatz dazu verliert das Hämoglobin im venösen Blut etwas Sauerstoff, absorbiert mehr rotes Licht und reflektiert weniger rotes Licht , wodurch es schwierig wird, die leuchtend rote Farbe des arteriellen Blutes aufrechtzuerhalten. Auch das dunkelrote Blut, das wir bei der Blutabnahme sehen, ist venöses Blut.

Die beiden Schläuche oben enthalten venöses Blut (Bildquelle: Wesalius via Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0)

Genauer gesagt ist der Teil des Hämoglobins, der seine Farbe bestimmt, tatsächlich Häm . Häm ist eine eisenhaltige Porphyrinverbindung. Die Ringstruktur um das Eisenatom herum enthält eine große Zahl konjugierter Doppelbindungen, die es dem Molekül ermöglichen, sichtbares Licht zu absorbieren und eine spezifische Farbe anzunehmen.

Wenn Sauerstoff auf Hämoglobin trifft, muss er sich mit dem Eisen im Hämoglobin verbinden, bevor er zu anderen Geweben oder Organen transportiert werden kann. Ein Hämoglobinmolekül kann bis zu vier Sauerstoffmoleküle transportieren. Der Wellenlängenbereich des vom Hämoglobin absorbierten Lichts variiert je nach Anzahl der gebundenen Sauerstoffmoleküle. Daher unterscheidet sich die Farbe von venösem Blut mit niedrigem Sauerstoffgehalt von der von arteriellem Blut mit hohem Sauerstoffgehalt.

Doch egal ob leuchtend rot oder dunkelrot, gesundes Blut ist rot, nicht blau. Woher kommen die blauen Adern, die wir sehen?

Welche Farbe sehen Sie?

Es sind zwei verschiedene Situationen, sich ein Röhrchen mit venösem Blut vor die Augen zu halten oder die Venen durch die Haut zu betrachten.

Ein weißer Lichtstrahl, der auf die Haut scheint, ist etwas anderes als ein Strahl, der auf einen durchsichtigen Glasbehälter scheint. Unter den verschiedenen Lichtfarben, aus denen weißes Licht besteht, liegt die Wellenlänge des roten Lichts ungefähr zwischen 625 und 750 Nanometern und die Wellenlänge des blauen Lichts ungefähr zwischen 450 und 485 Nanometern. Generell gilt, dass Licht mit längeren Wellenlängen Medien leichter durchdringen kann. Rotes Licht kann problemlos durch die Haut dringen, blaues Licht hingegen wird nach dem Eindringen in die Haut leicht in alle Richtungen gestreut , sodass es schwieriger ist, tief in die Haut einzudringen.

Es ist, als ob die Sonne Licht verschiedener Wellenlängen aussendet, der Himmel, den wir sehen, aber oft blau ist. In der Atmosphäre gibt es viele winzige Partikel, deren Durchmesser kürzer ist als die Wellenlänge des sichtbaren Lichts. Entweder rotes oder blaues Licht trifft auf diese winzigen Partikel und wird gestreut, aber blaues Licht streut aufgrund seiner kürzeren Wellenlänge stärker. Dieses Phänomen wird Rayleigh-Streuung genannt. Der Himmel wird durch das gestreute Licht erhellt, wodurch er für den Menschen blau erscheint.

Ähnlich verhält es sich mit der Haut: Ein Teil des blauen Lichts wird in die Augen zurückgeworfen, bevor es in die Haut eindringt . Im Vergleich zu blauem Licht, das leicht gestreut wird, kann ein beträchtlicher Anteil des roten Lichts die Venen unter der Haut erreichen und einen umfassenderen Weg zurücklegen.

Natürlich besteht sowohl bei rotem als auch bei blauem Licht die Möglichkeit, dass es beim Durchgang durch die Haut absorbiert wird, und beide haben die Möglichkeit, die Venen zu erreichen und dort absorbiert zu werden. Der einzige Unterschied besteht darin, dass unterschiedliche Mengen an rotem und blauem Licht letztendlich in die Augen zurückreflektiert werden können. Die Farbe der Adern, die wir sehen, hängt auch mit dem Verhältnis des roten und blauen Lichts zusammen, das zum Auge zurückkehrt. Tatsächlich wird, wenn weißes Licht auf den Venenbereich gerichtet wird, normalerweise mehr rotes als blaues Licht zurückgegeben. Nun, selbst wenn man durch die Haut schaut, sollten die meisten Menschen keine blauen Adern sehen.

Wie kommt es also, dass wir denken, die Adern, die wir sehen, seien blau? Die Venen werden nicht auf ein weißes Blatt Papier gezeichnet, sondern sind von rosa Haut umgeben. Wissenschaftler fanden heraus, dass der darunterliegende Hautbereich ohne Venen fast die gleiche Menge an blauem Licht reflektiert wie der Venenbereich, jedoch deutlich mehr rotes Licht reflektiert als der Venenbereich – wodurch er röter erscheint. Die durch die Haut sichtbaren Venen sind nicht dunkelrot, können aber im Vergleich zur benachbarten Haut blauer erscheinen , sodass sie vom Gehirn als blau erkannt werden.

Man kann sagen, dass es sich hierbei um eine optische Täuschung handelt, die mit der Farbkonstanz zusammenhängt. Farbkonstanz ist eine Eigenschaft des menschlichen Farbwahrnehmungssystems, die es uns ermöglicht, die Farbe von Objekten unter verschiedenen Lichtbedingungen zu beurteilen. Das Bild unten simuliert beispielsweise die Wirkung von gelbem und blauem Licht auf den Zauberwürfel. Von dort aus können die Leute den Standort des Roten Platzes leicht finden.

Bildquelle: Purves et al., 2016

Wenn diese „roten Quadrate“ jedoch aus ihrer ursprünglichen Umgebung herausgelöst und auf einen weißen Hintergrund gesetzt werden, haben die Leute das Gefühl, dass sie nicht mehr rot, sondern orange und violett sind. Tatsächlich hat sich die Farbe des Quadrats nicht geändert, aber das Ergebnis unserer Erkennung hat sich geändert. Welche Farbe wir als Objekt erkennen, hängt nicht nur vom reflektierten Licht ab, sondern auch von Berechnungen des Gehirns. Daher ist es nicht überraschend, dass von rötlicher Haut umgebene Adern als blau wahrgenommen werden, während wir diese Farbe auf einem weißen Hintergrund möglicherweise nicht als blau wahrnehmen.

Derjenige, dessen Blut blau wird

Obwohl menschliches Blut unter normalen Umständen nicht blau ist, gibt es einige Krankheiten, die zu einer Blaufärbung des Blutes führen können. Methämoglobinämie ist eine solche Störung.

Im Blut eines gesunden Menschen besteht das Eisen im Hämoglobin fast ausschließlich aus zweiwertigem Eisen (Fe2+), das für die Bindung von Sauerstoff verantwortlich ist. Im Methämoglobin wird jedoch ein Teil des Eisens in dreiwertiges Eisen (Fe3+) umgewandelt, das nur schwer Sauerstoff binden kann. Allerdings haben die verbleibenden zweiwertigen Eisenionen in diesem Hämoglobinmolekül eine erhöhte Affinität zu Sauerstoff, wodurch eine normale Sauerstoffabgabe an das Gewebe unmöglich wird.

Normalerweise macht Methämoglobin weniger als 1 % des Blutes aus. Wenn der Methämoglobinanteil im Blut 10 % übersteigt, kann es im menschlichen Körper zu verschiedenen Symptomen aufgrund von Sauerstoffmangel kommen, wie etwa Kurzatmigkeit, Zyanose (bläulich-violette Verfärbung der Haut oder Schleimhäute), Veränderungen des Geisteszustands, Kopfschmerzen, Müdigkeit usw. Wenn der Methämoglobinanteil im Blut etwa 70 % erreicht, besteht für den Menschen die Gefahr eines Komas oder sogar des Todes.

Dunkelblaues Blut (Bildquelle: NEJM) Das vielleicht bekannteste Symptom bei Patienten mit dieser Krankheit ist die Veränderung der Blutfarbe. Wenn das Blut deutlich weniger Sauerstoff transportiert, kann es braun oder sogar blau erscheinen. Im Jahr 2019 berichtete das New England Journal of Medicine über eine 25-jährige Patientin, deren Blutsauerstoffsättigung deutlich niedriger als normal war, der Methämoglobinanteil betrug bis zu 44 % , ihr Blut war dunkelblau verfärbt und auch ihre Hautfarbe hatte sich leicht verändert.

Nach eigener Aussage hatte die Patientin am Abend vor ihrem Arztbesuch Zahnschmerzen und nahm zur Schmerzlinderung eine große Menge Benzocain ein. Dies könnte der Grund für ihre plötzliche Erkrankung sein. Am nächsten Morgen fühlte sie sich kurzatmig und schwach und ging in die Notaufnahme. Nach der intravenösen Behandlung mit Methylenblau verbesserte sich die Atmung des Patienten deutlich und die Hautverfärbung nahm ab. Schließlich ließen die Symptome vollständig nach.

„Edles“ blaues Blut zu haben, ist für den Menschen wirklich keine gute Sache.