MITEN PALJON ELIMISTÖMME SIETÄÄ JÄÄHDYTTÄMISTÄ?

29.01.2016 Miten paljon elimistömme sietää jäähdyttämistä

Selvitäkseen hengissä vuodenaikojen vaihtelussa useimpien eliöiden on pitänyt sopeutua mm. suuriin lämpötilan muutoksiin.

Eläinkunnasta on löytynyt muutamia alkeellisia ryhmiä, joiden sietokyky erilaisiin ympäristötekijöihin on yllättänyt tutkijatkin. Ihmeellisin näistä on noin 700 lajin alkeellinen eläinryhmä Karhukaiset (Tardigrada). Näitä noin millimetrin pituisia, nivelikkäitä, toukkamaisia eläimiä on elänyt maapallolla kaikenlaisissa olosuhteissa jo noin 500 miljoonan vuoden ajan. Niitä on edelleen runsaasti lähes kaikkialla kosteissa paikoissa, ei kuitenkaan merissä. Puolen litran näytteessä otettuna suon sammalikosta tai järven liejuisesta rannasta karhukaisia voi olla tuhatmäärin.

Näitä töppöjalkaisia eläimiä tutkijat ovat altistaneet mitä hurjimpiin ääriolosuhteisiin. Niiden lepomuotoja on jäädytetty yli 250 celsiusasteen pakkaseen, pantu paljon yli 100 asteen kuumuuteen ja säteilytetty UV- ja röntgensäteilläkin, mutta aina ne ovat selvinneet kokeista hengissä. Voi hyvin uskoa, että kun ne muinoin ilmestyivät maapallolle ensimmäisten monisoluisten eläinten joukossa, tulevat ne varmasti olemaan täällä myös viimeisten joukossa.

Useimmat eläimet, edes selkärangattomat, eivät kuitenkaan kestä missään olotilassa noin hurjia lämpötiloja, ja siksi niiden on kylmillä alueilla eläessään haettava suojaa talven pakkasilta ja kuivattavilta tuulilta.

Kylmänsiedossa on kuitenkin selvä raja eläimen aktiivisen liikehdinnän ja liikkumattoman horroselämän välillä. Täällä Pohjolassa selkärangattomat ötökät lopettavat liikkumisen yleensä pienten pakkasten tultua. Monia lajeja voi kuitenkin nähdä metsässä puiden rungoilla mönkimässä tai jopa lumihangella hyppimässä (lumikirput) myös leudoilla talvisäillä monen asteen pakkasilla. Kylmänsietoa auttaa niiden kudoksiin talveksi muodostuva ”pakkasneste”, joka on glyserolia tai väkevää sokeriliuosta. Ne estävät soluja jäätymästä, ja vielä mahdollisen jäätymisen alettuakin ne estävät soluja särkevien jääkiteiden muodostumisen.

Vaihtolämpöisillä selkärankaisilla, eli kaloilla, sammakoilla ja matelijoilla, aktiivisen elämän raja on nolla-asteen tuntumassa. Esimerkiksi sammakot kerääntyvät talveksi lampien pohjalle, missä jäätymisvaaraa ei ole.

    Joillain kaloilla, kuten kultakalalla ja ruutanalla, on oma erikoinen tapansa selvitä talven yli matalissakin lammikoissa, jotka usein jäätyvät pohjaa myöten. Suurin ongelma niille on silloin veden hapettomuus. Ne eivät kuitenkaan tukehdu jään alla hapen puutteeseen, sillä niiden aineenvaihdunta on siinä tilassa anaerobista. Toisin sanoen ne saavat vähäisen tarvitsemansa energian reaktioista, joissa ei tarvita happea ja joiden lopputuloksena syntyy etanolia. Niinpä nämä kalat ovat talviaikaan todellisia kännikaloja. Etanoli toimii myös pakkasnesteenä, mutta on siinä merkityksessä aika heikko, sillä kala ei siedä sitä suuria määriä, vaan erittää koko ajan ylimäärää ulos. 

Tasalämpöisiin eläimiin kuuluvilla nisäkkäillä ja linnuilla aktiivisen elämän alaraja on yleensä noin 35 asteen tienoilla.

    Talviunta nukkuvilla nisäkkäillä, kuten karhulla, mäyrällä ja supikoiralla, raja on hieman alempi. Elimistön valmistauduttua syksyllä pitkää unitilaa varten ne nukahtavat syvään talviuneen kun niiden ruumiinlämpö laskee noin 33 asteen paikkeille, ja siinä se pysyy unen aikana. Talviunta nukkuvat eläimet heräävät ja pystyvät kuitenkin toimimaan heti, jos ne jostain syystä häiriintyvät.

    Hyvin pienillä nisäkkäillä ja linnuilla saattaa ruumiinlämpö laskea talvella öisin jopa 30 asteen tienoille, jolloin niiltä säästyy niukkana aikana energiaa.

Ihmisen jäähtymisen siedosta on saatu runsaasti tietoa hankeen sortuneiden ja hukuksiin vaipuneiden virvoittamisesta. Tieto on osoittautunut tärkeäksi paitsi elvytyshoidon kannalta myös kirurgian menetelmien kehittelylle.

    Nykyään tiedetään melko hyvin, mitä tapahtuu kun ihmisen lämpötila laskee eli ihminen tulee alilämpöiseksi, hypotermiseksi. Tässä sisäinen eli ydinlämpötila on ratkaiseva. Iholla, esimerkiksi jaloissa ja käsissä, lämpötilat laskevat kylmyydessä nopeasti lähelle nollaa elimistön yrittäessä estää lämmön karkaamista kehosta.

    Seuraavanlaisia muutoksia on havaittu, kun ihmisen ruumiinlämpö alkaa laskea kylmyydessä normaalista 36-37 asteen lämpötilasta.

-         *     36 asteen alapuolella ihminen tuntee jo palelevansa kunnolla; lihasvärinä alkaa leuoista tuoden lisälämpöä elimistöön; verisuonet iholla supistuvat ja aineenvaihdunta nousee lisäten lämmöntuottoa. Se tarkoittaa, että aivoissa toimiva ”termostaatti” yrittää pitää lämpötilan normaalina.

-          *    35 asteessa lihasvärinä leviää koko kehoon ja saavuttaa horkan asteen; iho alkaa sinertyä ja tunto heiketä.

-         *     34 asteessa mieli alkaa tuntua sekavalta ja uneliaalta, muisti pätkii ja lihakset alkavat kouristella.

-         *     33 asteessa em. reaktiot voimistuvat.

-         *     32 asteessa esiintyy jo harhoja ja muistikuvat häviävät; kouristelu ym. lihastoiminta heikkenee voimakkaasti, sydämessä esiintyy rytmihäiriöitä.

-         *     31 asteessa tietoisuus alkaa hämärtyä.

-         *     30 asteessa menee taju kankaalle ja hengitys heikkenee jyrkästi välillä kuitenkin kiihtyen.

-         *     28 asteessa pulssi on täysin epäsäännöllinen ja hidas, hengitys harva ja heikko, lihakset alkavat lamaantua.

-         *     noin 25 – 24 asteessa sydän ja hengitys pysähtyvät.

Siis ihminen sietää noin kymmenen asteen jäähtymisen, mikä talven hyisessä vedessä tapahtuu noin 15-20 minuutissa. Sanomalehdistä voi joskus lukea, että ihmisiä on saatu pelastetuksi jopa alle 20 asteen hypotermiasta, mutta todennäköisesti silloin mittausta ei ole tehty ydinlämpötilan syvyydestä.

Yllä esitetty kuvaus sopii aika hyvin suurimpaan osaan nisäkkäistä. Selvän poikkeuksen muodostavat kuitenkin jotkin kylmähorrokseen painuvat linnut (mm. tervapääskyn poikaset) ja nisäkkäät (esim. lepakot ja siili). Viimeksi mainituilla ruumiinlämpö voi talvihorroksen aikana painua 4-5 asteeseen ja pysyä siinä talven ajan. Talvihorroksen aikana eläimen aivoissa toimiva ”termostaatti” huolehtii kuitenkin siitä, että lämmöntuotto lisääntyy voimakkaasti ja jopa herättää eläimen, jos jäätyminen uhkaa.

Koska hypotermiassa aineenvaihdunta ja erityisesti aivojen hapentarve laskee voimakkaasti, kirurgit käyttävät sitä hyväksi ihmisiä operoidessaan. He eivät halua tyytyä edes toimimaan tuon normaalin kuolemanrajan eli 25 asteen yläpuolella, vaan yrittävät kehitellä menetelmiä siirtää turvallisen hypotermian rajaa alemmaksi. Hypotermiaan vaivuttaminen tehdään kontrolloidusti jäähdyttämällä elimistö nopeasti verenkierron kautta ja estämällä lääkeaineilla elimistön lämpöä tuottavat vastareaktiot.

Äskettäin yksi amerikkalainen kirurgiryhmä onkin erikoisluvalla päässyt vaivuttamaan tapaturmaan joutuneen potilaan 18-20 asteen hypotermiaan, jossa tilassa potilasta jouduttiin pitämään lähes tunnin ajan. Hypotermian avulla operaatio onnistui ja potilas toipui täysin.

Hypotermian avulla säästetään etenkin aivoja vaurioitumiselta hapenpuutteen vuoksi. Normaalisti ne vaurioituvat peruuttamattomasti 5-6 minuutissa ja 10 minuutissa seuraa kuolema, jos verenkierto aivoissa pysähtyy. Aivosolut ja niistä riippuvat säätelyjärjestelmät näyttävätkin olevan rajoittava tekijä kokonaisen ihmisen jäähdytyksessä. Esimerkiksi käsien ja raajojen solut eivät ole moksiskaan jäähtymisestä lähelle nolla astetta. Myös monet eristetyt solut sietävät tällaista jäähdytystä, ja tietyissä liuoksissa ne voidaan säilyttää pitkään nestetypessä (-196 astetta) ja herättää vielä sen jälkeen henkiin. Ensimmäisiä käytännön sovellutuksia tästä havainnosta oli keinosiemennyksen käyttöön saaminen karjatilojen hyödyksi.

Kerrotaan, että vastaavassa syväjäässä odottelee henkiin herättämistä myös vuonna 1966 kuollut Walt Disney kymmenien muiden ruumiiden kanssa. Ilmeisesti epäilijöiden joukko on kuitenkin entisestään suurentunut, koska tällainen suunnattoman kallis jäädytysbisnes on viime aikoina lähes kokonaan loppunut.

Tulevaisuus näyttää, miten kehitys kirurgian alalla tässä mielessä jatkuu. Joka tapauksessa jo tähän mennessä hypotermiaa apuna käyttävien operaatioiden avulla on pelastettu suuri joukko etenkin tapaturman uhreiksi joutuneita ihmisiä.

Tutkimus ihmisen hypotermiasta jatkuu intensiivisesti ja lisäpanoksensa siihen tuo myös horrokseen painuvien eläinten tutkiminen.

LOPUKSI

Vaikka vanhanajan filosofit kiteyttivät viisauksiaan yleensä kammioissaan mietiskellen, osuivat he toisinaan asian ytimeen jo paljon ennen kuin asia tuli todistetuksi konkreettisin tutkimuksin.

Näin lausui esimerkiksi filosofi James Allen noin 130 vuotta sitten:

”Niin kauan suonissamme virtaa paha veri kuin suosimme itsessämme myrkyllisiä ajatuksia”,

Myös vanha kansa osasi lukea luontoa todetessaan:

”Huh hellettä, sanoi jänis pakkasta.”

Kirjani löytyvät os. adlibris/rauno tirri