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I fondamenti dell’ibernazione

Fino a non molti decenni fa per un soggetto che andava incontro ad un arresto cardiaco non vi era alcuna speranza di poter sopravvivere.

Oggi la rianimazione cardio polmonare e l’uso dei moderni defibrillatori hanno invece dimostrato che questo fenomeno è pressoché reversibile e che una persona può essere riportata facilmente indietro da questo stato di morte clinica [1]

Ciò che non è ancora cambiato invece da allora è che in molti continuano a sostenere che con il verificarsi di un arresto cardiaco il cervello di un individuo sia inevitabilmente destinato ad andare incontro a danni irreversibili.

In letteratura sono descritti tantissimi casi di persone che sono riuscite a recuperare completamente l’attività neurologica anche dopo arresti cardiaci prolungati (da 20 minuti fino a un’ora e anche di più) e, tra questi, soprattutto bambini e soggetti in condizioni ipotermiche (per esempio dopo annegamento nell’acqua fredda). [2,3].

E’ chiaro che in assenza di ossigeno i livelli di ATP iniziano progressivamente a diminuire cosicché all’interno della cellula i livelli di Na+ tendono ad aumentare mentre quelli del K+  a diminuire; tutto ciò porta ad una progressiva perdita del potenziale di membrana ma impiega del tempo per verificarsi.

Nel 1986 fu fatto un esperimento. Dopo un`ora di ischemia celebrale furono riperfusi i cervelli di alcuni gatti utilizzando norepinefrina o dopamina, eparina, insulina e restringente ad acido al 50%. Sei dei quindici gatti sottoposti alla terapia intensiva recuperarono la respirazione spontanea mentre uno di questi visse addirittura un anno intero con buone funzioni neurologiche (salvo una leggera atassia) [4].

I limiti temporali dell’ischemia, così come noi li conosciamo, non sono quindi un epifenomeno neurologico ma sembrano essere piuttosto legati all’aumento delle resistenze vascolari che si instaura a seguito dell’arresto cardiaco, fenomeno che può essere invece superato (almeno parzialmente) con un aumento della pressione di perfusione [5].

Quando la circolazione del sangue viene ad essere ripristinata dopo un lungo periodo ischemico (20 minuti o anche di più) si verifica inoltre il cosiddetto danno da riperfusione caratterizzato dall’istaurarsi di un rapido processo infiammatorio il quale obbliga l`ossigeno a formare radicali liberi, forme attive dell’ossigeno (come lo ione superossido) [6]. Generato con aiuto di xantina ossidasi, lo ione superossido danneggia il tessuto endoteliale più di parenchima [7]. Nelle condizioni di infiammazione che vengono a crearsi dopo riperfusione, le NOS-i possono far aumentare le concentrazioni di monossido di azoto di mille volte rispetto al livello normale [8]. Durante la riperfusione quindi una grande quantità di ione superossido trasforma quasi tutto monossido di azoto in perossinitrito, il quale è causa delle rotture nelle cellule endoteliali dei capillari del cervello [9].

Nonostante l`azione dannosa di questa eccitotossicità [10], la struttura celebrale rimane però in buone condizioni piuttosto a lungo, molto di più di quello che siamo abituati a pensare. Dopo una ischemia celebrale protratta per circa 6 ore, nella corteccia celebrale dei ratti sono stati infatti ritrovati necrotizzati solo 15% dei neuroni; la maggior parte di essi (65%) necrotizza invece entro le 12 ore successive all’arresto cardiaco [11].

Neuroni, prelevati durante autopsia dal cervello di persone anziane, morte circa 2 ore e mezzo prima, hanno inoltre mostrato una vitalità pari al 70-90% dopo la loro preservazione extracorporea [12].

Un’altra delle cause per cui in assenza di battito cardiaco cominciano a manifestarsi dei deficit neurologici, è il fatto che l’ischemia avvii il processo di autodistruzione dei neuroni (apoptosi), il quale fortunatamente dura anch’esso molte ore.

Anche una totale assenza dell`attività elettrica nel cervello non impedisce il recupero neurologico del paziente [13, 14],e ciò condivide la supposizione che, la coscienza abbia una natura strutturale e dinamica e questo significa che essa potrà essere preservata alle temperature criogene. La maggior parte di neurobiologi suppone difatti che la base anatomica dello stato di coscienza sia decifrata nelle strutture fisiche del cervello, soprattutto nelle rete del neuropilo e nella forza di composti a sinapsi [15] e, può darsi, nella struttura epigenetica dei neuroni [13]. Il fatto che anche una totale assenza dell`attività elettrica nel cervello non impedisca il recupero neurologico del paziente [13,14], condivide la supposizione che, la base di coscienza ha una natura strutturale e non quella dinamica, e questo significa che essa potrà essere preservata alle temperature criogene.

Un buon recupero della corteccia celebrale dopo un ictus può inoltre essere dovuto alla quantità di informazione salvata nel cervello [16, 17, 18].

Il recupero celebrale dai danni causati da ischemia, tossine o criopreservazione può essere potenziato con una terapia di cellule staminali neuronali [19].

Dopo un arresto cardiaco la struttura del cervello si distrugge durante ore o giorni con una velocità che dipende dalla temperatura.

Tutte queste considerazioni aumentano il limite dei danni che i pazienti potrebbero tollerare alle condizioni subottimali di crioconservazione.

La morte non è un processo già avvenuto ma un processo che sta solo per iniziare al verificarsi di un arresto cardiaco.

Nonostante la necessità legale di definire un confine rigido tra la vita e la morte, dal punto di vista biologico e fisiologico non possiamo parlare di vita e di morte come di una semplice realtà dicotomica. La morte è un processo graduale e impiega del tempo per verificarsi.

Essere quindi morto dal punto di vista giuridico non significa essere morto dal punto di vista biologico e soprattutto irreversibilmente.

Su queste basi scientifiche fonda i suoi principi l’ibernazione.

 

 

Letteratura

  1. Cobb LA, Fahrenbruch CE, Walsh TR, Copass MK, Olsufka M, Breskin M, Hallstrom AP. Influence of cardiopulmonary resuscitation prior to defibrillation in patients with out-of-hospital ventricular fibrillation. 1999 Apr 7;281(13):1182-8.
  2. Eich C, Brauer A, Kettler D. Recovery of a hypothermic drowned child after resuscitation with cardiopulmonary bypass followed by prolonged extracorporeal membrane oxygenation. Resuscitation. 2005 Oct;67(1):145-8.
  3. Bolte RG, Black PG, Bowers RS, Thorne JK, Corneli HM. The use of extracorporeal rewarming in a child submerged for 66 minutes. 1988 Jul 15;260(3):377-9.
  4. Hossmann KA. Resuscitation potentials after prolonged global cerebral ischemia in cats. Crit Care Med. 1988 Oct;16(10):964-71
  5. Shaffner DH, Eleff SM, Brambrink AM, Sugimoto H, Izuta M, Koehler RC, Traystman RJ. Effect of arrest time and cerebral perfusion pressure during cardiopulmonary resuscitation on cerebral blood flow, metabolism, adenosine triphosphate recovery, and pH in dogs. Crit Care Med. 1999 Jul;27(7):1335-42.
  6. de Groot H, Rauen U. Ischemia-reperfusion injury: processes in pathogenetic networks: a review. Transplant Proc. 2007 Mar;39(2):481-4.
  7. Ratych RE, Chuknyiska RS, Bulkley GB. The primary localization of free radical generation after anoxia/reoxygenation in isolated endothelial cells. 1987 Aug;102(2):122-31.
  8. Brown GC, Borutaite V. Nitric oxide inhibition of mitochondrial respiration and its role in cell death. Free Radic Biol Med. 2002 Dec 1;33(11):1440-50.
  9. Wu S, Tamaki N, Nagashima T, Yamaguchi M. Reactive oxygen species in reoxygenation injury of rat brain capillary endothelial cells. Neurosurgery. 1998 Sep;43(3):577-83.
  10. Lipton P. Ischemic cell death in brain neurons. Physiol Rev. 1999 Oct;79(4):1431- 568.
  11. Garcia JH, Liu KF, Ho KL. Neuronal necrosis after middle cerebral artery occlusion in Wistar rats progresses at different time intervals in the caudoputamen and the cortex. 1995 Apr;26(4):636-42.
  12. Konishi Y, Lindholm K, Yang LB, Li R, Shen Y. Isolation of living neurons from human elderly brains using the immunomagnetic sorting DNA-linker system. Am J Pathol. 2002 Nov;161(5):1567-76.
  13. Arshavsky YI. “The seven sins” of the Hebbian synapse: can the hypothesis of synaptic plasticity explain long-term memory consolidation Prog Neurobiol. 2006 Oct;80(3):99-113.
  14. Rothstein TL. Recovery from near death following cerebral anoxia: A case report demonstrating superiority of median somatosensory evoked potentials over EEG in predicting a favorable outcome after cardiopulmonary resuscitation. 2004 Mar;60(3):335-41.
  15. Abraham WC, Robins A. Memory retention–the synaptic stability versus plasticity dilemma. Trends Neurosci. 2005 Feb;28(2):73-8.
  16. Dancause N, Barbay S, Frost SB, Plautz EJ, Chen D, Zoubina EV, Stowe AM, Nudo RJ. Extensive cortical rewiring after brain injury. J Neurosci. 2005 Nov 2;25(44):10167- 79.
  17. Carmichael ST. Cellular and molecular mechanisms of neural repair after stroke: making waves. Ann Neurol. 2006 May;59(5):735-42.
  18. Nudo RJ. Postinfarct cortical plasticity and behavioral recovery. 2007 Feb;38(2 Suppl):840-5.
  19. Savitz SI, Dinsmore JH, Wechsler LR, Rosenbaum DM, Caplan LR. Cell therapy for stroke. NeuroRx. 2004 Oct;1(4):406-14.