En kraftig stötvåg får cellens egen byggnadsställning att rasa

Cellerna på blodkärlens insida kan visa vägen till bättre skydd för soldater

Av B Thomas Kjellström

Skador av högenergiskott och explosionstryckvågor, splitterskador, brännskador! Exploderande minor, sprängladdningar och robotstridsdelar! Det kan tyckas, att man i en krigssituation (eller vid terroristattacker i fred) har att göra med nog så självklara skademekanismer. Hud slits upp eller bränns sönder, muskelvävnad mosas, nerver och blodkärl slits av och tom de hårda skelettbenen bryts sönder av högenergiprojektilen eller splittersvärmen, som överför sin rörelseenergi till vävnaden vid träff. Men är det så enkelt? Låt oss skärskåda det hela mera i detalj!

Skada kan nå ner till molekylnivå
All vävnad byggs upp av celler. Det finns oräkneliga mängder celler i en människokropp. Alla celler är uppbyggda efter samma grundprincip men är trots det mycket olika till utseende och funktion. Det är tex stor skillnad på de muskelceller (myocyter) som bygger upp våra muskler, och de vita blodkroppar (leukocyter) som sköter om delar av vårt immunförsvar. Men båda sorterna är exempel på celler.

Vid de ovan beskrivna skadorna är det förstås åtskilliga celler som direkt slits sönder eller skadas så svårt, att de snart nog dör och faller sönder. Hur påverkar dessa döda eller döende och sönderfallande celler sina grannceller och vilken effekt har detta på funktionen hos det skadade organet eller vävnaden (lokaleffekt)? Vad händer med cellerna i gränszonen mellan död och mindre skadad eller oskadad vävnad? Vilka effekter har de mer eller mindre skadliga produkter (mediatorer), som frisätts från de skadade cellerna och sprids med blodet, på oskadade celler i andra organ på avstånd från själva skadeområdet (systemeffekt)? Vilken effekt kan de tryckvågor, som efter en explosion eller en träff med högenergiskott sprids genom kroppen, ha på cellerna i viktiga organ, som tex hjärnan eller lungorna?

Tidigare har skademekanismen hos tex explosionstryckvågor tillskrivits dess direkta fysiska påverkan på kroppen, med åtföljande mekaniska skador. Det är emellertid inte alls säkert att detta är hela sanningen. Alltmer talar för att biokemiska förändringar och störningar på cellnivå, ja tom på molekylnivå, mycket väl kan ha betydelse för skadeuppkomsten eller följdverkan efter skadan. Att förstå dessa subtila skademekanismer kan leda till effektivare omhändertagande och bättre behandlingsmetoder.

En urmakare kan inte med framgång reparera en klocka som tappats i golvet och slutat fungera, om han inte känner till funktionen hos de beståndsdelar som klockan är uppbyggd av. Urmakaren måste också veta hur de olika komponenterna samverkar med varandra för att resultatet ska bli en klocka som går någorlunda rätt.

För att förstå helheten, måste man ha kännedom om detaljerna.

Som bollar och prinskorvar
Cellernas form och storlek varierar mycket. De kan vara klotrunda, platta, avlånga, mer eller mindre cirkulära, månghörniga etc. De största cellerna hos människa är äggcellerna, som ju som bekant regelbundet bildas i äggstockarna hos kvinnan i fruktsam ålder. Den obefruktade äggcellen kan vara ungefär 0,15 mm i diameter. Detta motsvarar storleken hos ett sandkorn; äggcellen är alltså fullt möjlig att se med blotta ögat! De flesta celler är dock betydligt mindre. En vanlig cellstorlek är ungefär 50 mikrometer (en mikrometer = en tusendels millimeter). För att kunna se celler av den storleken krävs mikroskop.

Grundkonstruktionen är den samma hos alla celler. Det gäller i princip också organismer, där varje individ består av bara en enda cell, tex bakterier och amöbor.

Ytterst finns cellmembranet (= cellväggen), som avgränsar cellen mot omgivningen. Cellväggen är inte ogenomtränglig. Transport av olika substanser, t ex joner, näringsämnen, slaggprodukter mm kan ske (både aktivt och passivt) i båda riktningar över detta. Innanför cellmembranet finns den halvflytande cytoplasman och utspridda i den finns ett stort antal olika organeller , ”små organ”. Likaväl som människokroppen innehåller olika specialiserade organ, innehåller också varje cell olika specialiserade enheter med olika funktion.

Den största organellen är cellkärnan. (Det finns faktiskt celler som saknar kärna; ett exempel är röda blodkroppar). Kärnans viktigaste innehåll är DNA - våra gener - arvsmassan som bestämmer vår biologiska identitet, men som också styr den enskilda cellens utveckling, så att en nervcell blir en nervcell och inte en vit blodkropp.

Andra organeller ser ut som prinskorvar, mitokondrierna, som är cellens energigeneratorer. Åter andra ser ut som små runda bollar - ribosomerna - som är cellens fabriker för tillverkning av olika äggviteämnen, proteiner. Stora, vätskefyllda organeller - vakuoler - innehåller näringsämnen eller slaggprodukter. Det finns åtskilliga andra organelltyper, men ovanstående får tjäna som exempel.

Tunna fibrer cellens skelett
Kors och tvärs genom cytoplasman löper dessutom ett system av tunna fibrer, fibriller, uppbyggda av olika äggviteämnen. Detta är cellskelettet; cellens egen ”byggnadsställning” som svarar för att bibehålla cellens geometriska form och har betydelse för cellens vidhäftning vid underlaget. Cellskelettet svarar också för transporten av organeller inom cellen samt för dess förmåga att på ett ändamålsenligt sätt ändra form och röra sig. Det har dessutom stor betydelse för cellens möjligheter att dela sig och bilda dotterceller.

Det är alltså tydligt, att cellskelettet är en mycket viktig beståndsdel i cellen och det är en av anledningarna till att vi har ägnat mycket tid åt att studera hur det påverkas av stöt- och tryckvågor och därmed sammanhängande fenomen, som tex kavitation.

Endotelet täcker ett par tennisplaner
Det finns inget bra ord på svenska för endotel. En mer eller mindre ordagrann översättning från grekiska och latin skulle kunna bli något i stil med ”inre hinnan” eller ”inre vävnaden”. Endotelcellerna är de celler som bekläder den inre ytan av alla blodkärl i kroppen, från insidan av hjärtats förmak och kammare, via stora kroppspulsådern och alla dess förgreningar och ut i de allra minsta hårkärlen, kapillärerna. Även insidan av de ådror som för blodet tillbaka till hjärtat, venerna, är utklädda med endotelceller. (Det finns också några specialfall av endotelceller som sitter på andra ställen i kroppen än i blodkärl, men dem lämnar vi därhän.)

På sätt och vis kan man säga, att endotelet är kroppens största organ. Den sammanlagda vikten av allt endotel hos en vuxen människa kan vara cirka två kg och sammanlagda ytan som ett par tennisplaner. Bara endotelet i lungans hårkärl har en yta som en skaplig Östermalmsvåning, cirka 120 kvadratmeter.

Endotelcellerna är ellipsformade eller polygonala, bara några få mikrometer tjocka, kanske 40-50 ggr 20-30 mikrometer stora. Cellkärnan finns ungefär i mitten, och där är cellen tjockare, 8-10 mikrometer. Detta gör, att man brukar säga att cellen ser ut som ett ”stekt ägg” i mikroskopet.

Gränssnittet mellan kroppen och blodet
Endotelcellerna utgör det gränssnitt över vilket all kommunikation mellan det cirkulerande blodet och kroppen i övrigt måste ske! Tala om strategisk lokalisation! Varenda syreatom som ska tas upp av de röda blodkropparna måste passera endotelet i lungans hårkärl innan den når blodet. Varje kolhydratmolekyl som tas upp från födan under dess passage genom matsmältningskanalen måste passera endotelet innan den kan transporteras vidare med blodet till kroppens övriga celler. Varenda vit blodkropp som ska ut i vävnaden för att bekämpa ett bakterieangrepp måste samverka med endotelet för att kunna ta sig ut ur blodbanan och nå sitt mål.

Lägg därtill, att endotelcellerna är veritabla ”metaboliska maskiner” som bildar diverse olika ämnen t ex med betydelse för blodets förmåga att hålla sig flytande, respektive att levra sig när det behövs. De kan också ta upp, omvandla eller bryta ned andra substanser, t ex stresshormonet noradrenalin och mediatorn serotonin. Endotelcellerna reglerar också blodkärlens sammandragning och utvidgning.

Samverkan mellan endotelcellerna och de vita blodkropparna är av stor betydelse vid inflammation, allergiska reaktioner och vid kroppens reaktion på skador och yttre våld, tex efter trafikolyckor med vävnadsskada och blödningschock. Det finns all anledning att anta, att detta gäller även efter krigsskador.

FOAs endotelcellsforskning
Det borde vara svårt att studera celler som finns på blodkärlens insida. Det är det också, men dessbättre lämpar sig endotelcellerna väl att odla i cellodlingssystem och på så sätt kan man göra dem tillgängliga för studium. Man måste dock hela tiden vara medveten om att man har ett artificiellt system, när cellerna finns i en cellodlingsskål och inte på sin naturliga plats i kroppen.

Vi har i vårt cellodlingslaboratorium odlat endotelceller från lungpulsåder på ko, stora kroppspulsådern på gris, navelsträngsven från människa och till och med från människolungans hårkärl. Den celltyp som vi har rutinmässigt gående i odling är endotelceller från navelsträngsven från människa. Dessa celler är lätta att ”skörda” från vilken navelsträng som helst från en normal förlossning och vi samarbetar härvidlag med Södersjukhuset och Huddinge Sjukhus.

Vi har utsatt cellkulturerna för stötvåg med eller utan åtföljande kavitation genom att ”beskjuta” odlingsskålarna med en minimal kopparskiva (en millimeter i diameter och mikrometer tjock) som med hjälp av en Neodymium-YAG-laser accelereras till en hastighet av cirka 1500 m/sek.

Vi har sedan framför allt studerat effekterna av stötvågen och kavitationen på cellskelettet. För att göra detta, har vi använt oss av sk immunocytokemi. Cellkulturerna har behandlats med antikroppar riktade mot de olika äggviteämnen som bygger upp cellskelettet. Genom att därefter använda en andra antikropp, riktad mot den första, och försedd med en signalmolekyl som fluorescerar i grön färg när den belyses med ljus av en specifik våglängd, har vi i mikroskopet kunnat synliggöra de förändringar som stötvågsfenomenen åstadkommer på cellskelettet.

Normalt är cellskelettet mycket välordnat. När cellerna utsätts för stötvågsfenomenen, blir det till en grötig massa i stället. Se grafik här. Eftersom cellskelettet har stor betydelse både för cellens formstabilitet och funktion (se ovan!) finns det all anledning att förmoda, att ett skadat cellskelett är deletärt för cellen.

Man vet sedan tidigare, att stötvågor kan ge skador på tex tarm, hjärna och lunga. Genom att studera skeendet på cellnivå och tom på organellnivå, har vi påvisat en specifik skademekanism, dvs skada på cellskelettet. I och med detta finns också, kanske, möjligheten att på sikt utveckla effektivare skydd och behandling mot stötvågsutlösta skador. Utan att förstå mekanismerna i detalj, finns inte denna möjlighet (jmfr. urmakaren!). Detta projekt bedrivs i samarbete med Karolinska Institutet och en del av det utgör ett avhandlingsarbete. Resultaten har presenterats vid flera internationella kongresser, senast i USA i juni i år. Vår grupp tycks vara den enda som håller på med just den här modellen för cellskada, och våra resultat har väckt internationellt intresse. Och en välrenommmerad internationell tidskrift planerar att publicera en artikel i vilken vi beskriver vårt sätt att arbeta.

Från FOA-tidningen nr 4-1998 - www.foi.se/framsyn