Co to jest niedokrwienie i jak wpływa na krioprezerwację

Trudność krioprezerwacji nie polega na bardzo niskiej temperaturze osiąganej pod koniec procedury. Polega na tym, co dzieje się w pierwszych godzinach po śmierci. W tych pierwszych godzinach głównym zagrożeniem jest niedokrwienie. To właśnie z jego powodu poważny dostawca usług krioprezerwacji przypomina bardziej pogotowie ratunkowe niż firmę magazynową. Zrozumienie niedokrwienia wyjaśnia, dlaczego w tej procedurze liczy się każda sekunda i dlaczego wyścig z rozpadem komórek zaczyna się w chwili zatrzymania serca.

Co to jest niedokrwienie

Komórki potrzebują tlenu do wytwarzania energii. W procesie oddychania komórkowego wykorzystują tlen do wytwarzania energii z substancji odżywczych. Proces ten umożliwia funkcjonowanie tkanek. Niedokrwienie oznacza ustanie lub znaczne ograniczenie przepływu krwi. Komórki tracą wtedy dostęp nie tylko do tlenu, lecz także do glukozy, a produkty przemiany materii przestają być skutecznie usuwane. Przechodzą na mniej wydajny metabolizm, który dostarcza znacznie mniej energii i prowadzi do gromadzenia szkodliwych produktów przemiany materii. Komórka pozbawiona energii przestaje prawidłowo zasilać pompy jonowe utrzymujące równowagę elektrolitową. Do jej wnętrza napływa wapń, a następnie komórka pęcznieje i ulega uszkodzeniu.

W codziennej praktyce medycznej niedokrwienie leży u podstaw udaru niedokrwiennego i zawału serca. Tkanka za zamkniętym naczyniem może zacząć obumierać już po kilku minutach. W krioprezerwacji działa ten sam mechanizm, a tkanką, na której zależy najbardziej, jest mózg.

Dlaczego niedokrwienie jest największym zagrożeniem dla krioprezerwacji

Warto przypomnieć główną tezę artykułu „Pamięć, tożsamość i mózg”: tożsamość człowieka wiąże się ze strukturą mózgu i precyzyjną organizacją połączeń neuronalnych. Niedokrwienie atakuje właśnie tę strukturę. Z każdą minutą niedokrwienia po stwierdzeniu zgonu narasta ryzyko uszkodzenia struktur mózgowych związanych z pamięcią i osobowością. Nie jest to wyłącznie problem teoretyczny. Oznacza to stopniowe uszkadzanie informacji zapisanej w strukturze mózgu, którą krioprezerwacja ma chronić.

To określa cel pierwszego etapu procedury. Procedurę krioprezerwacji można rozpocząć dopiero po formalnym stwierdzeniu zgonu. Jej jakość zależy przede wszystkim od skali uszkodzeń niedokrwiennych, które powstaną przed schłodzeniem i zabezpieczeniem mózgu. Skrócenie tego okresu do minimum jest najważniejszym zadaniem zespołu ratunkowego.

Jak procedura wyprzedza czas

Właśnie z tego powodu Tomorrow.bio utrzymuje wyszkolone zespoły pogotowia, stabilizacji i transportu (SST), zamiast traktować krioprezerwację jako proces, który zaczyna się dopiero w miejscu długoterminowego przechowywania. Po formalnym stwierdzeniu zgonu zespół działa równocześnie w kilku obszarach, aby ograniczyć skutki niedokrwienia, które zdążyły już wystąpić:

• Podtrzymać krążenie. Urządzenie do mechanicznej kompresji klatki piersiowej podtrzymuje przepływ krwi, dzięki czemu tlen i leki mogą docierać do tkanek.
• Szybko schłodzić ciało. Ciało umieszcza się w kąpieli lodowej, aby szybko obniżyć jego temperaturę. Obniżenie temperatury spowalnia metabolizm, zmniejsza zapotrzebowanie tkanek na tlen i ogranicza tempo narastania uszkodzeń. Obniżenie temperatury spowalnia metabolizm: przy każdych 10°C spadku temperatury jego tempo zmniejsza się mniej więcej o połowę, co ogranicza zapotrzebowanie tkanek na tlen i spowalnia narastanie uszkodzeń. Temperaturę utrzymuje się powyżej punktu zamarzania, aby przed podaniem środków ochronnych nie doszło do tworzenia się lodu w tkankach.
• Podać leki ochronne. Leki podaje się, aby zmniejszyć zapotrzebowanie metaboliczne mózgu, zapobiegać zakrzepom, wspierać krążenie podczas mechanicznego wspomagania oraz ograniczać uszkodzenia związane z wolnymi rodnikami i stanem zapalnym. Łącznie mają ograniczać kaskadę uszkodzeń wywołanych niedokrwieniem.

Dopiero po stabilizacji rozpoczyna się perfuzja krioprotektantów, a po zabezpieczeniu tkanek następuje dalsze schładzanie do -196°C. Uszkodzenia związane z niedokrwieniem mogą narastać aż do witryfikacji, ponieważ dopiero wtedy metabolizm komórkowy i związane z nim zapotrzebowanie na tlen praktycznie ustają.

Niedokrwienie ciepłe, niedokrwienie zimne i dlaczego czas reakcji decyduje o wszystkim

Nie każde niedokrwienie jest takie samo. Niedokrwienie ciepłe to niedokrwienie występujące w temperaturze ciała. Jest szczególnie szkodliwe, ponieważ ciepła tkanka pozostaje aktywna metabolicznie, a uszkodzenia szybko narastają. Niedokrwienie zimne występuje w schłodzonej tkance. Jest mniej szkodliwe, ponieważ niska temperatura spowalnia reakcje chemiczne prowadzące do uszkodzeń. Celem wczesnej fazy procedury jest jak najszybsze schłodzenie tkanek, zanim dojdzie do rozległych uszkodzeń związanych z niedokrwieniem ciepłym.

To także najsilniejszy argument za posiadaniem własnego zespołu pogotowia. Dostawca korzystający z pomocy podmiotów zewnętrznych może później dotrzeć do pacjenta, co wydłuża okres niedokrwienia ciepłego. Organizacje działające w tej dziedzinie wskazują, że zaangażowanie nieprzygotowanych lokalnych służb może dodatkowo opóźnić rozpoczęcie procedury. Zespół dyżurny ma przede wszystkim skracać czas reakcji. Granica między uszkodzeniem odwracalnym a nieodwracalnym może być mniej wyraźna, niż sądzono jeszcze niedawno. Badania nad przywracaniem funkcji komórkowych po długotrwałym niedokrwieniu ciepłym wskazują, że część uszkodzeń uznawanych dotąd za nieodwracalne może być możliwa do częściowego odwrócenia. Najwyraźniejszym przykładem jest system OrganEx z Yale. W 2022 roku system perfuzyjny umożliwił przywrócenie krążenia i części funkcji komórkowych w organizmach świń godzinę po zatrzymaniu pracy serca. System BrainEx z 2019 roku osiągnął podobny efekt w izolowanych mózgach świń cztery godziny po śmierci. Żaden z tych eksperymentów nie doprowadził do przywrócenia oznak świadomości. Oba podważają założenie, że po kilku godzinach niedokrwienia ciepłego nie pozostaje już żadna możliwość odzyskania funkcji komórkowych.

Z tego faktu wynika niemal cały sposób działania poważnego dostawcy usług: gotowość 24/7, szybka reakcja oraz procedury ratunkowe i stabilizacyjne. Szybkie ograniczenie niedokrwienia zwiększa szansę na zachowanie struktury mózgu. Jeśli w pierwszych minutach dojdzie do rozległych uszkodzeń, późniejsze schłodzenie ciekłym azotem ich nie odwróci.

Dalsze materiały

• Co to jest SST i dlaczego jest ważne
• Wyścig z rozpadem komórek
• Medyczny środek przeciw zamrażaniu (krioprotektanty)
• Dlaczego wskrzeszenie nie jest obecnie możliwe?