Kryopreservaatio ei ole kytkin, jolla elämä asetetaan säilöntätilaan. Kyse on kilpajuoksusta aikaa vastaan, joka alkaa sydämen pysähtyessä.
Sydämen pysähtymisen ja kryogeenisten lämpötilojen saavuttamisen välillä kudoksissa etenee vaurioita aiheuttavia kemiallisia prosesseja. Nämä prosessit jatkuvat keskeytyksettä. Tämä tosiasia määrittää koko toimenpiteen.
Mitä ensimmäisten tuntien aikana tapahtuu
Aivot kuluttavat energiaa suhteettoman paljon. Ne muodostavat noin 2 % kehon painosta mutta kuluttavat noin 20 % hapesta.
Energiasta vain pieni osa kuluu varsinaiseen tiedonkäsittelyyn. Suurin osa energiasta kuluu solujen toimintakyvyn ylläpitämiseen ja ionien pumppaamiseen solukalvojen läpi pitoisuusgradientteja vastaan.
Kun verenkierto pysähtyy, hapensaanti katkeaa sekunneissa. Neuronien käytettävissä oleva happi ehtyy nopeasti, ja niiden viestintä häiriintyy lähes välittömästi.
Minuuteissa varastot ehtyvät. Pumput lakkaavat toimimasta, sähköinen tasapaino romahtaa, ja hermovälittäjäaineita valuu ympäröivään kudokseen.
Hapenpuutteessa aineenvaihdunta happamoittaa kudoksia. Kalsiumia kertyy soluihin liikaa. Solun rakenteita pilkkovia entsyymejä vapautuu solun osista, joihin ne ovat normaalisti eristyneinä.
Kymmenissä minuuteissa tai tunneissa kudosten järjestynyt rakenne alkaa hajota. Nopeus riippuu voimakkaasti lämpötilasta.
Tämä vaurioketju on nimeltään iskemia. Iskemia on ensimmäisten tuntien keskeinen ongelma, sillä se vaurioittaa muistille ja identiteetille olennaisia aivorakenteita, kuten kuvataan artikkelissa muisti, identiteetti ja aivot.
On tärkeää hahmottaa, millaisesta ongelmasta on kyse. Kyse ei ole abstraktista kuoleman käsitteestä. Kyse on tarkasti mitattavasta ja hyvin dokumentoidusta tapahtumaketjusta.
Jäähdytys hidastaa vaurioita
Kemialliset reaktiot nopeutuvat usein noin kaksinkertaisiksi lämpötilan noustessa 10 °C ja hidastuvat vastaavasti lämpötilan laskiessa 10 °C.
Lämpötilan laskeminen vaiheittain hidastaa reaktioita huomattavasti. Ruumiinlämpötilassa vakavia vaurioita voi syntyä minuuteissa.
Jääkaappilämpötilassa vaurioita syntyy hitaammin, tuntien kuluessa. Kuivajään lämpötilassa prosessit hidastuvat vuorokausien mittakaavaan, ja nestemäisen typen −196 °C:n lämpötilassa ne ovat käytännössä pysähdyksissä hyvin pitkään.
Siksi kaikissa menetelmissä pyritään jäähdyttämään aivot mahdollisimman nopeasti olosuhteiden sallimissa rajoissa. Kylmyys on jarru koko tapahtumaketjulle.
Jäähdytys ei voi tapahtua holtittomasti. Liian nopea tai hallitsematon jäähdytys voi aiheuttaa uudenlaista vauriota, kuten jääkiteiden muodostumista, jota toimenpiteellä pyritään välttämään.
Kylmyydellä on toinenkin merkitys. Kryoprotektantit ovat myrkyllisiä pitoisuuksissa, joita vitrifikaatio edellyttää.
Niiden myrkyllisyys vähenee lämpötilan laskiessa, koska kemialliset reaktiot hidastuvat. Siksi perfuusio tehdään lähellä 0 °C:ta.
Jäähdytys parantaa kudosten sietokykyä kryoprotektanteille, mutta sillä on myös haittapuolensa. Jäähdytys hidastaa myös kryoprotektanttien kulkeutumista kudoksiin, joten suoja-aineiden annostelussa joudutaan tasapainoilemaan nopeuden ja turvallisuuden välillä.
Suoja-aine on saatava kudoksiin ennen kuin vaurio etenee liian pitkälle, mutta riittävän hallitusti, ettei aine vahingoita säilytettävää kudosta. Kumpaakaan tavoitetta ei voida toteuttaa täydellisesti.
Koko prosessi jäähdytyksen aloittamisesta kryogeenisten lämpötilojen saavuttamiseen koostuu aikapaineessa tehdyistä kompromisseista.
Korjattavissa olevan ja peruuttamattoman vaurion raja
Kaikki vauriot eivät ole samanlaisia. Tämä on artikkelin keskeinen ajatus.
Informaation kannalta vahinko jakautuu kahteen luokkaan. Vaurio voi joko vaikeuttaa rakenteen tunnistamista tai hävittää rakenteen kokonaan.
Neuroni voi olla pahoin vaurioitunut ja täysin toimintakyvytön. Jos sen yhteydet muihin soluihin ovat edelleen tunnistettavissa, soluun tallentunut informaatio voi periaatteessa olla edelleen pääteltävissä.
Kun solu on revennyt ja sen yhteydet ovat hajonneet tunnistamattomiksi, informaatio on menetetty. Mikään tuleva teknologia ei voi palauttaa informaatiota, joka on hävinnyt solurakenteiden hajotessa.
Tavoitteena ei siis ole välttää kaikkea vauriota. Kilpailu käydään siitä, ehditäänkö pysäyttää prosessi ennen kuin vahinko siirtyy ensimmäisestä luokasta toiseen.
Erottelu selittää, miksi myös epätäydellinen säilöntä voi olla perusteltua ja miksi säilönnän laatua on syytä tarkastella jatkumona, ei joko-tai-kysymyksenä.
Tätä rajaa voidaan kutsua informaatioteoreettiseksi kuolemaksi. Sillä tarkoitetaan tilannetta, jossa henkilön identiteetin kannalta olennainen informaatio on hävinnyt niin, ettei sitä voida enää periaatteessakaan palauttaa.
Se on selvästi myöhempi raja kuin kliininen kuolema, jossa verenkierto on pysähtynyt eikä sydän käynnisty itsestään.
Kryoniikan lähtökohta on, että kliinisen kuoleman ja informaatioteoreettisen kuoleman välillä on aikaa, jolloin olennaista informaatiota voidaan vielä säilyttää.
Tämä korostaa myös mittaamisen merkitystä. Ala pyrkii nykyään mittaamaan iskeemiselle vauriolle altistumista suoraan, esimerkiksi S-MIX-mittarin avulla.
Sellaista ilmiötä on vaikea hallita, jota ei mitata. Yksittäistapauksen iskemiaa kuvaava mittaustulos kertoo enemmän kuin yleisluonteinen vakuuttelu toimenpiteen onnistumisesta.
Rajoitukset, joita ei voida poistaa suunnittelulla
Biologisten rajoitusten lisäksi prosessiin liittyy käytännön rajoitteita ja lainsäädännön asettamia ehtoja, jotka on syytä tunnistaa.
Ensimmäinen rajoite liittyy kuoleman toteamiseen. Biologisesti paras hetki aloittaa olisi ennen laillista kuolemaa, mutta silloin aloittaminen olisi henkirikos.
Odotus on välttämätön, ja se voi heikentää säilönnän laatua. Kyse on pysyvästä ja perustellusta rajoitteesta, jota käsitellään tarkemmin omassa artikkelissaan.
Toinen rajoite liittyy ruumiinavauksen aiheuttamiin viiveisiin. Joissakin kuolemantapauksissa lain edellyttämä ruumiinavaus voi viivästyttää säilöntää ja lisätä aivovaurioita.
Näitä tapauksia ja muita tilanteita, joissa säilöntää ei voida toteuttaa, käsitellään artikkelissa milloin kryopreservaatio ei ole mahdollinen.
Kolmas rajoite on maantieteellinen etäisyys. Tiimi ei voi päästä välittömästi kaikkialle, joten kuolinpaikka vaikuttaa säilönnän toteutukseen.
Saattohoidossa ennakoitava kuolema helpottaa päivystysryhmän valmistautumista ja nopeaa toimintaa. Äkillinen sydänpysähdys kaukana tiimistä voi pidentää viivettä useilla tunneilla.
Hallittavia tekijöitä ovat tiimien sijoittelu, lääkäreiden koulutus ja kuljetuslogistiikka. Ne vaikuttavat siihen, kuinka nopeasti vainaja saadaan laitokseen.
Kyse ei ensisijaisesti ole tieteellisen tiedon puutteesta. Kyse on biologisten aikarajojen ja käytännön olosuhteiden ristiriidasta, minkä vuoksi säilönnän laatu vaihtelee tapauksittain.
Miksi toimenpide tehdään näistä rajoitteista huolimatta? Koska ilman säilöntää lopputulos on varmasti huonompi, kun taas säilöntä voi säilyttää osan informaatiosta.
Säilöntä voi huonoissakin olosuhteissa säilyttää enemmän informaatiota kuin hautaaminen tai tuhkaus, joissa biologinen rakenne ei säily. Tämä on saman laskennan sovellus kuin pieni mahdollisuus nollaa vastaan, sovellettuna ensimmäiseen tuntiin kaukaisen tulevaisuuden sijaan.
Lyhyesti: Solutuho alkaa nopeasti verenkierron pysähtymisen jälkeen. Nopea valmius, jäähdytys ja vakauttaminen vähentävät vaurioita, mutta viiveet voivat heikentää säilönnän laatua pysyvästi.
Tutustu tähän käytännön työkaluun
Käytä interaktiivista työkalua tarkastelemaan tämän artikkelin kysymystä.
Interaktiivista työkalua ladataan.
Lisää aiheesta