Der Übergang vom lebenden zum konservierten Organismus lässt sich nicht auf Knopfdruck vollziehen. Sobald das Herz stehen bleibt, beginnt ein Wettlauf gegen die Zeit.
Bis die molekularen Vorgänge durch die Kühlung praktisch zum Stillstand kommen, schädigen chemische Reaktionen das Gewebe. Diese Reaktionen laufen ununterbrochen weiter. Das bestimmt den gesamten Ablauf des Verfahrens.
Was die Uhr tatsächlich misst
Das Gehirn hat einen hohen Energiebedarf. Es macht etwa 2 Prozent des Körpergewichts aus und verbraucht rund 20 Prozent des Sauerstoffs.
Das Gehirn benötigt Energie nicht nur zum Denken. Der Großteil der Energie wird benötigt, um Ionen entgegen ihren elektrochemischen Gradienten durch Zellmembranen zu transportieren und so die Zellen funktionsfähig zu halten.
Bei einem Kreislaufstillstand bricht die Versorgung binnen Sekunden ab. Den Nervenzellen fehlt schon nach kurzer Zeit Sauerstoff, und sie stellen ihre elektrische Aktivität ein.
Innerhalb von Minuten sind die Reserven aufgebraucht. Die Ionenpumpen versagen, die Spannungsunterschiede an den Zellmembranen brechen zusammen, und große Mengen an Neurotransmittern werden in den Raum zwischen den Zellen freigesetzt.
Der Stoffwechsel stellt sich auf die Energiegewinnung ohne Sauerstoff um, wodurch das Gewebe übersäuert. Calciumionen strömen ins Zellinnere und stören dort wichtige Abläufe. Enzyme, die Zellbestandteile abbauen, treten aus den abgegrenzten Zellbereichen aus, in denen sie normalerweise eingeschlossen sind.
Im Verlauf von mehreren zehn Minuten bis zu einigen Stunden zerfallen die geordneten Strukturen des Gewebes, wobei die Temperatur den zeitlichen Verlauf stark beeinflusst.
Auslöser dieser Kaskade ist die fehlende Blutversorgung, die sogenannte Ischämie. In der ersten Stunde bedroht sie vor allem jene Strukturen, deren Bedeutung der Artikel „Gedächtnis, Identität und das Gehirn“ beschreibt.
Entscheidend ist, worin das Problem besteht. Es geht dabei nicht um den Tod als abstrakten Begriff. Es geht um eine konkrete, messbare und gut dokumentierte Abfolge von Abbauprozessen.
Wie Kälte den Abbau verlangsamt
Als Faustregel gilt: Chemische Reaktionen laufen bei einem Temperaturanstieg um 10 Grad Celsius ungefähr doppelt so schnell ab, bei einem Temperaturabfall um 10 Grad Celsius ungefähr halb so schnell.
Bei wiederholter Halbierung nimmt die Reaktionsgeschwindigkeit insgesamt stark ab. Bei Körpertemperatur bleiben nur Minuten, bevor erhebliche Schäden entstehen.
Bei Kühlschranktemperatur sind es Stunden, bei Trockeneistemperatur Tage. Bei der Temperatur von flüssigem Stickstoff, also −196 °C, wären es praktisch Jahrtausende.
Deshalb ist jedes Protokoll darauf ausgerichtet, das Gehirn so schnell wie möglich zu kühlen. Kälte ist die Bremse für die gesamte Kaskade.
Die Kühlung muss kontrolliert erfolgen. Eine unsachgemäße Kühlung kann das Gewebe auf andere Weise schädigen, etwa durch die Bildung von Eiskristallen, die das Verfahren gerade verhindern soll.
Die niedrige Temperatur ist noch aus einem weiteren Grund wichtig. Kryoprotektiva wirken in den für die Vitrifikation erforderlichen Konzentrationen toxisch.
Bei niedrigeren Temperaturen wirken sie deutlich weniger toxisch, weil die zugrunde liegenden chemischen Reaktionen langsamer ablaufen. Deshalb läuft die Perfusion nahe 0 °C ab.
Dadurch verträgt das Gewebe die Kryoprotektiva besser, doch die niedrige Temperatur hat auch einen Nachteil. Bei Kälte verteilen sich die Kryoprotektiva langsamer im Gewebe, was unter dem bestehenden Zeitdruck ein zusätzliches Problem darstellt.
Das Kryoprotektivum muss das Gewebe erreichen, bevor der Abbau zu weit fortgeschritten ist, darf aber nur so langsam zugeführt werden, dass es das Gewebe nicht durch seine toxische Wirkung schädigt. Beide Anforderungen lassen sich nicht uneingeschränkt erfüllen.
Die gesamte Abfolge, von der Ankunft bis zur Abkühlung auf kryogene Temperaturen, besteht aus einer Reihe solcher Kompromisse unter Zeitdruck.
Wann Schäden Strukturen unkenntlich machen und wann sie sie zerstören
Entscheidend ist, welche Art von Schaden vorliegt.
Aus informationstheoretischer Sicht gibt es zwei Kategorien. Schäden können Strukturen unkenntlich machen oder vollständig zerstören.
Ein Neuron kann geschädigt und völlig funktionsunfähig sein. Bleiben seine Verbindungen identifizierbar, ist die Information, die es trug, im Prinzip noch vorhanden.
Ist eine Zelle zerstört und lassen sich ihre Verbindungen auch anhand der verbliebenen Bruchstücke nicht mehr rekonstruieren, ist die Information verloren. Vollständig verlorene Information lässt sich auch mit künftiger Technologie nicht wiederherstellen.
Es geht also nicht darum, jeden Schaden zu vermeiden. Es geht darum, den Abbau aufzuhalten, bevor Strukturen unwiederbringlich zerstört werden.
Diese Unterscheidung erklärt, warum auch eine unvollkommene Konservierung sinnvoll sein kann und warum die Qualität der Konservierung abgestuft beurteilt werden muss.
Der unwiederbringliche Verlust dieser Information wird als informationstheoretischer Tod bezeichnet. Damit ist der Zustand gemeint, in dem sich die Information, die eine Person ausmacht, auch theoretisch nicht mehr wiederherstellen lässt.
Dieser Zustand ist vom klinischen Tod zu unterscheiden, also dem Stillstand von Kreislauf und Atmung.
Die Kryonik beruht auf der Annahme, dass nach dem klinischen Tod ein Zeitraum bleibt, in dem eine Kryokonservierung den informationstheoretischen Tod noch verhindern könnte.
Daraus ergibt sich auch, was gemessen werden muss. In der Forschung wird inzwischen versucht, die Belastung durch Ischämie direkt zu quantifizieren, etwa mit der S-MIX-Metrik.
Um diese Belastung gezielt zu verringern, muss man sie messen. Ein Messwert zur Belastung durch Ischämie ist aussagekräftiger als die bloße Versicherung, die Konservierung sei gut verlaufen.
Grenzen, die Technik allein nicht überwinden kann
Neben den biologischen Grenzen gibt es weitere Einschränkungen, die offen benannt werden müssen.
Die erste betrifft die vorgeschriebene Feststellung des Todes. Aus biologischer Sicht wäre ein Beginn vor der Feststellung des Todes günstiger, doch Maßnahmen, die dabei den Tod herbeiführen würden, wären rechtlich unzulässig.
Also wartet man, wohl wissend, dass das Warten Qualität kostet. Diese notwendige rechtliche Grenze wird in einem eigenen Artikel erläutert.
Eine weitere Einschränkung sind behördlich angeordnete Obduktionen. In manchen Todesfällen ist zunächst eine Obduktion vorgeschrieben, die die Konservierung verzögert und das Gehirn unmittelbar schädigen kann.
Diese und weitere Fälle behandelt der Artikel „Wann eine Kryokonservierung nicht möglich ist“.
Die dritte ist die Geografie. Kein Geld der Welt bringt ein Team augenblicklich überallhin, also entscheidet der Ort des Todes mit, wie gut eine Konservierung gelingen kann.
Ist der Tod eines Patienten im Hospiz absehbar, kann sich das Bereitschaftsteam darauf vorbereiten und rechtzeitig beginnen. Ein plötzlicher Herzstillstand fernab eines Teams bringt Stunden Verzögerung mit sich.
Beeinflussen lassen sich die Standorte der Teams, die Schulung des Krankenhauspersonals und die Transportlogistik, von der abhängt, wie schnell ein Patient die Einrichtung erreicht.
Diese Einschränkungen ergeben sich aus den praktischen Rahmenbedingungen. Weil sich die zeitlichen Anforderungen biologischer Prozesse in der Praxis nicht immer erfüllen lassen, fällt die Qualität der Konservierung von Patient zu Patient unterschiedlich aus.
Warum sollte man trotz dieser Schwierigkeiten eine Konservierung versuchen? Weil der Versuch zumindest die Hoffnung bietet, die entscheidenden Strukturen zu erhalten.
Auch unter ungünstigen Bedingungen kann eine Konservierung noch Informationen über die Gehirnstruktur erhalten, die bei einer Erdbestattung oder Einäscherung verloren gehen. Die Abwägung zwischen einer kleinen Chance und gar keiner betrifft damit schon die erste Stunde, nicht erst eine mögliche Wiederbelebung in ferner Zukunft.
Kurz gesagt: Zellschäden beginnen rasch, nachdem der Kreislauf stoppt. Ein rasch verfügbares Bereitschaftsteam sowie eine schnelle Kühlung und Stabilisierung können diese Schäden begrenzen, doch Verzögerungen können die Qualität der Konservierung dauerhaft beeinträchtigen.
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