Als je tijdens een etentje vertelt dat je in de cryonicabranche werkt, krijg je bijna altijd de vraag: "Dus jullie vriezen mensen in?" Dat is de meest voorkomende misvatting over dit vakgebied, en dat onderscheid is essentieel. Cryonica vriest geen mensen in. Wie hersenweefsel wil behouden, moet juist voorkomen dat het bevriest. Het proces heet vitrificatie. Het verschil met invriezen is dat ijsvorming structuren kan beschadigen, terwijl vitrificatie het weefsel in een glasachtige toestand brengt.
Waarom dat onderscheid zo belangrijk is, blijkt uit wat er met water gebeurt bij afkoeling. Het lichaam bestaat grotendeels uit water; bij de hersenen is dat ongeveer 73% van hun gewicht. Juist dat water vormt bij invriezen het probleem.
Wat invriezen werkelijk doet
Water heeft een voor cryopreservatie ongunstige eigenschap: het zet uit wanneer het bevriest. Wanneer vloeibaar water tot 0 °C afkoelt en bevriest, vormen de moleculen een stijf kristalrooster. Dat neemt ongeveer 9% meer ruimte in dan vloeibaar water. Daarom barst een vergeten flesje open in de vriezer. En daarom is invriezen zo schadelijk voor levend weefsel.
Wanneer grotere stukken weefsel bevriezen, ontstaat het meeste ijs tussen de cellen, niet erin. Dat heeft twee schadelijke gevolgen. Het groeiende ijs drukt de cellen in steeds kleinere ruimtes en vervormt het omliggende weefsel. Tegelijkertijd wordt de overblijvende vloeistof steeds sterker geconcentreerd, doordat zuiver water ijskristallen vormt. Daardoor kunnen zouten en andere opgeloste stoffen concentraties bereiken die schadelijk zijn voor cellen. Zo ontstaan tegelijk mechanische schade en schadelijke concentraties van opgeloste stoffen.
Je hebt het resultaat op kleine schaal al gezien. Een ingevroren en vervolgens ontdooide aardbei wordt slap en papperig, doordat ijskristallen de celwanden beschadigen en de structuur haar stevigheid verliest. Stel je nu diezelfde schade voor in het orgaan waarin structuur allesbepalend is. In de hersenen hangen herinneringen en persoonlijke kenmerken samen met uiterst fijne verbindingen tussen zenuwcellen, zoals we uitleggen in ‘Geheugen, identiteit en het brein’. Dergelijke schade door ijskristallen is onverenigbaar met het doel om hersenweefsel te behouden.
Vitrificatie: vast zonder ijs
Vitrificatie is de uitweg. Het woord is afgeleid van het Latijnse vitrum, dat 'glas' betekent: het materiaal gaat over in een glasachtige toestand. Een gevitrificeerde stof is vast en zeer koud, zonder dat daarbij ijskristallen ontstaan. De moleculen blijven daarbij ongeordend, zoals in een vloeistof. Daardoor ontstaan geen ijskristallen die het weefsel kunnen beschadigen. De oorspronkelijke structuur blijft behouden, zonder dat het weefsel tot ijs bevriest.
Om een menselijk lichaam te vitrificeren in plaats van te laten bevriezen, zijn cryoprotectanten nodig. Via een proces dat perfusie heet, wordt het grootste deel van het lichaamswater vervangen door cryoprotectanten, stoffen die werken als medische antivriesmiddelen. Deze stoffen verminderen de kans dat de resterende vloeistof kristalliseert en bevorderen de overgang naar een glasachtige toestand. Tijdens het afkoelen gaat het lichaam bij de glasovergangstemperatuur, rond de −120 °C tot −130 °C, over in een vaste, glasachtige toestand. Vanaf dat punt is het gevitrificeerd en verlopen chemische afbraakprocessen vrijwel niet meer.
Hoe vitrificatie er in de praktijk uitziet
Vitrificatie bestaat niet uit het simpelweg onderdompelen van een lichaam in een koude vloeistof. Het is een zorgvuldige, gefaseerde medische procedure die zo snel mogelijk begint. Nadat het overlijden wettelijk is vastgesteld, gaat er met elke minuut structurele integriteit verloren. Snelheid is daarom essentieel in de strijd tegen celverval, de race tegen celverval waar dit hele vakgebied om draait. Een stand-byteam stabiliseert de overledene, brengt de bloedsomloop kunstmatig weer op gang en begint met snelle koeling. Daarbij blijft het lichaam boven het vriespunt, zodat geen ijs ontstaat voordat de beschermende stoffen zijn toegediend.
Daarna volgt de perfusie: cryoprotectanten worden in geleidelijk toenemende concentraties in de bloedbaan gebracht, terwijl het lichaamswater stap voor stap wordt vervangen en de temperatuur daalt. Pas wanneer het weefsel volledig met cryoprotectanten is doordrongen, wordt de overledene verder afgekoeld tot uiteindelijk −196 °C voor langdurige opslag in een dewarvat. Elke stap is erop gericht vitrificatie te bereiken en ijsvorming te voorkomen.
Dus wie de volgende keer vraagt of je "dode mensen invriest", kan een precies antwoord krijgen. Nee. We doen juist het tegenovergestelde van invriezen, met opzet, omdat invriezen precies datgene zou vernietigen wat we willen behouden.
TL;DR: Bij invriezen ontstaan ijskristallen die weefsel beschadigen. Bij vitrificatie worden cryoprotectanten en gecontroleerde koeling gebruikt om ijsvorming sterk te beperken en een glasachtige toestand te bereiken.
Ontdek dit praktische hulpmiddel
Gebruik het interactieve hulpmiddel om de vraag in dit artikel te onderzoeken.
De interactieve tool wordt geladen...
Meer lezen