Kiedy podczas towarzyskiej rozmowy mówi pan, że zajmuje się krioniką, prawie na pewno usłyszy pan jakąś wersję pytania: „To zamrażacie ludzi?”. To najczęstsze nieporozumienie dotyczące tej dziedziny, a jego konsekwencje są istotne. W krionice nie zamraża się ludzi. Zamrażanie należy do najbardziej destrukcyjnych metod postępowania z mózgiem, który ma zostać zachowany. Stosowany proces nazywa się witryfikacją, a zasadnicza różnica polega na tym, że zamrażanie uszkadza strukturę tkanki, natomiast witryfikacja ogranicza powstawanie lodu.
Aby zrozumieć znaczenie tego rozróżnienia, trzeba przyjrzeć się zachowaniu wody pod wpływem niskiej temperatury. Organizm człowieka w dużej mierze składa się z wody, a mózg w około 73%, dlatego to właśnie woda stanowi główne źródło problemu.
Co faktycznie robi zamrażanie
Woda ma właściwość szczególnie niekorzystną dla tkanek: podczas zamarzania zwiększa objętość. Gdy ciekła woda schładza się do 0 °C, jej cząsteczki tworzą sztywną sieć krystaliczną, która zajmuje około 9% więcej miejsca niż ciecz. Z tego powodu zapomniana w zamrażarce butelka pęka. Z tego samego powodu zamrażanie jest tak niszczące dla żywej tkanki.
Gdy tkanka zamarza, większość lodu powstaje w przestrzeniach międzykomórkowych, co uruchamia dwa szkodliwe procesy. Rosnący lód wciska komórki w coraz mniejsze przestrzenie i odkształca otaczającą je tkankę. Jednocześnie, gdy woda wytrąca się z roztworu w postaci kryształów, sole i inne rozpuszczone substancje zagęszczają się w pozostałej cieczy, aż jej skład chemiczny staje się toksyczny dla komórek. Mechaniczne uszkodzenie i chemiczne zatrucie następują razem.
Skutki tego zjawiska łatwo zaobserwować na zwykłych produktach spożywczych. Po rozmrożeniu truskawka jest miękka i rozpada się, ponieważ kryształy lodu uszkodziły jej ściany komórkowe, a tkanka utraciła swoją strukturę. Podobne uszkodzenia byłyby szczególnie poważne w mózgu, gdzie zachowanie struktury ma kluczowe znaczenie. W mózgu tożsamość i pamięć zależą od precyzyjnej organizacji połączeń nerwowych, opisanej w tekście jest „Pamięć, tożsamość i mózg”, dlatego uszkodzenia wywołane przez kryształy lodu są szczególnie niepożądane.
Witryfikacja: ciało stałe bez lodu
Witryfikacja ma na celu rozwiązanie tego problemu. Nazwa pochodzi od łacińskiego słowa vitrum, czyli „szkło”, ponieważ w tym procesie materiał przechodzi w stan szklisty. Zwitryfikowana substancja jest stała i bardzo zimna, ale nigdy nie krystalizuje. Jej cząsteczki zachowują nieuporządkowany układ charakterystyczny dla cieczy, dzięki czemu nie powstają kryształy lodu ani związane z nimi uszkodzenia tkanki. Struktura tkanki może zostać zachowana w znacznie lepszym stanie niż podczas zwykłego zamrażania.
Doprowadzenie ludzkiego ciała do witryfikacji, a nie zamrożenia, wymaga chemii. Podczas perfuzji do układu krążenia wprowadza się krioprotektanty, czyli substancje ograniczające tworzenie się lodu w tkankach. Substancje te obniżają temperaturę krystalizacji pozostałej cieczy i umożliwiają jej przejście w stan szklisty. W miarę schładzania ciało przechodzi przez temperaturę zeszklenia, wynoszącą w przybliżeniu od -120 °C do -130 °C. Od tego momentu znajduje się w stanie witryfikacji, a procesy chemiczne związane z rozkładem są silnie spowolnione.
Jak witryfikacja wygląda w praktyce
To nie jest jednorazowe zanurzenie w czymś zimnym. To ostrożna, wieloetapowa procedura medyczna, którą należy rozpocząć możliwie szybko po stwierdzeniu zgonu. Po stwierdzeniu zgonu każda minuta może pogarszać stan zachowywanej struktury, dlatego najważniejsze jest szybkie ograniczenie procesów prowadzących do uszkodzeń komórkowych, wyścig z rozpadem komórkowym, wokół którego zorganizowana jest cała ta dziedzina. Zespół medyczny stabilizuje pacjenta, wspomaga krążenie i rozpoczyna szybkie chłodzenie, utrzymując temperaturę ciała powyżej punktu zamarzania do czasu podania substancji ochronnych.
Następnie przeprowadza się perfuzję: krioprotektant podaje się do układu krążenia w stopniowo zwiększanym stężeniu, równocześnie obniżając temperaturę. Dopiero po nasyceniu tkanek krioprotektantem pacjenta schładza się dalej, aż do -196 °C w przypadku długotrwałego przechowywania w naczyniu Dewara. Każdy etap służy temu samemu celowi: uzyskaniu stanu szklistego zamiast tworzenia lodu.
Gdy ktoś zapyta, czy w krionice „zamraża się zmarłych”, odpowiedź wymaga doprecyzowania. Nie. W krionice dąży się do uniknięcia zwykłego zamrażania, ponieważ kryształy lodu mogłyby uszkodzić strukturę, którą chce się zachować.
W skrócie: Zamrażanie tworzy kryształy lodu, które uszkadzają tkankę. Witryfikacja wykorzystuje krioprotektanty i kontrolowane chłodzenie, aby uzyskać stan szklisty przy minimalnym tworzeniu się lodu.
Narzędzie praktyczne w szczegółach
Interaktywne narzędzie pomaga zbadać pytanie poruszone w tym artykule.
Wczytywanie narzędzia interaktywnego...
Dalsza lektura