Eftersom jag tror att många bär på en föreställning om livet som bestående av olika ”fasta storheter” är det synnerligen viktigt att betona motsatsen. Allt levande är delar av ett obegripligt stort flöde av materia. Tiden är en intressant faktor när vi studerar dessa flöden. Nyss läste jag att en ”normal” människa stoppar i sig cirka 50 ton mat under en livstid. En fråga dök då upp. Hur mycket och snabbt förnyar vi våra vävnader? Vad väger det som har varit kroppsliga vävnader etc. om vi ser till en ”normal” människas ”materialflöde” under ett liv?
Dina frågor är så pass intressanta att jag ville skriva en artikel för webben. Texten blev mycket lång och det har varit en knepig uppgift. Men här är omsider resultatet. I sinom tid kommer denna artikel att postas i sin helhet på Fråga en Zoofysiolog, här.
VAD ÄR EN MÄNNISKA?
Vad är en människa? Det finns många aspekter och många svar på den frågan, men här ska jag diskutera två besläktade aspekter. För det första. Består en människa under livets lopp av samma celler? Eller förnyas cellerna ständigt? För det andra. Består en människa under livets lopp av huvudsakligen av samma atomer? Eller omsättes atomerna ständigt?
Enligt legenden, räddade den grekiske hjälten Theseus staden Aten genom att döda den monstruöse minotauren, en man med tjurhuvud bosatt i en labyrint på Kreta. Theseus seglade sedan tillbaka till Aten och hyllades för sitt heroiska dåd. Som ett minnesmärke sparade atenarna hans båt. Men tiden gick och båtens virke drabbades av röta. Men man bytte ständigt ut det rötskadade virket. Till slut fanns det enligt legenden inget kvar i båten härstammande från Theseus tid. Atenska filosofer debatterade då frågan om detta fortfarande var Theseus båt eller en helt ny båt. Inget av materialet från Theseus tid fanns ju kvar, men båten var ändå likadan som den var, då Theseus seglade den.
De 10 augusti 1628 sjönk regalskeppet Vasa i Stockholms ström på sin jungfrufärd. År 1961 lyftes skeppet ur djupet, för att så småningom hamna på Vasamuseet. Orsaken till att Vasa är så välbevarad är att det syrefattiga vattnet skeppet befunnit sig i förhindrat virket att röta och att den träätande skeppsmasken saknas i Östersjön. När Vasa lyftes upp bestod skeppet därför av samma virke och till övervägande del av samma molekyler och atomer som då den sjönk. Den var samma båt som år 1628.
Är en människa som Theseus skepp eller som regalskeppet Vasa?
CELLERS LIVSLÄNGD, CELLDELNINGAR OCH CELLDÖD
Nya celler bildas naturligtvis i kroppen genom celldelning (mitos) så länge vi tillväxer. Men även under vuxenlivet bildas nya celler. Oftast är det gamla celler som dör och genom celldelning ersättes av nya. Men det har ofta varit svårt att bestämma hur länge olika celler lever. Först år 2005 publicerades en bra metod att bestämma livslängden på kroppens celler. Under slutet av 1950-talet och början av 1960-talet utfördes ett antal atmosfäriska kärnvapenprov, som upphörde 1963. Då tillfördes atmosfären stora mängder av den radioaktiva kolisotopen kol-14. Detta ledde till att kol-14 därefter byggdes in i delande cellers DNA i mycket högre grad än tidigare. Efter år 1963 har emellertid halten av kol-14 i atmosfären successivt minskat följande en jämn, så kallat exponentiell, kurva. Man har kunnat mäta halten av kol-14 i cellernas DNA hos människor av olika ålder. Dessa data har sedan utnyttjas till att mäta livslängden hos olika celltyper i människokroppen. Nytt DNA bildas nämligen bara då celler delar sig. Dessutom medför de reparationer av befintligt DNA som sker bara försumbar tillförsel av nya atomer. Det görs allt fler studier med denna nya metod, men en del tidsangivelser nedan har gjorts med andra metoder och är mer eller mindre osäkra,
Det finns stora variationer i genomsnittlig livslängd hos kroppens celler. Här följer några exempel.
Nervceller i storhjärnans bark delar sig inte efter det att de bildats under fosterstadiet och de tidiga barnaåren. Därefter bildas inte heller några nya nervceller från andra celler i storhjärnbarken. Storhjärnbarkens nervceller är således nästan lika gamla som vi själva. Detsamma gäller för lillhjärnans bark. I några andra delar av hjärnan bildas dock nya nervceller hela livet. Andra celler som är ungefär lika gamla som individen är de döda cellerna i ögats lins och oocyterna i kvinnors äggstockar, som utvecklas till äggceller.
Till de celler som omsättes allra mest genom celldelning och celldöd hör de celler som är i ständig kontakt med vår omgivning. Dessa celler finns i tre avgränsande cellskikt, så kallade epitel. De är: 1) cellerna i överhuden (epidermis), 2) cellerna i det epitel som gränsar till mag-tarmkanalens hålrum, samt 3) epitelcellerna i lungblåsorna, som gränsar till andningsluften. Magtarmkanalens och lungblåsornas epitel är visserligen inuti oss, men vi transporterar ju in ”omgivning” i dess hålrum när vi äter och andas. Andra celler med kort livslängd är bland annat röda blodkroppar och många vita blodkroppar.
Överhudens celler finns i överhuden under några veckor till cirka en månad, olika länge på olika kroppsdelar och vid olika hudslitage. Under denna tid delar sig de levande överhudscellerna, dottercellerna dör och bildar hudens hornlager, för att slutligen falla av från hudens yta. Magsäckens och tarmarnas epitelceller lever bara några dagar till en vecka, varefter de dör och ersätts av nya celler genom celldelning. Epitelcellerna som avgränsar lungornas lungblåsor blir ungefär lika gamla, innan de ersätts av nya celler.
Den största delen av kroppsvikten upptas av tre vävnader: skelettet, skelettmuskulaturen och, i varierande grad, fettvävnaden.
Skelettet innehåller huvudsakligen en utanför cellernas belägen bärande grundsubstans, som består av mineralet hydroxiapatit och proteinet kollagen. Men det innehåller också celler som ständigt bryter ned och bygger upp grundsubstansen. Dessa celler förnyas och lever sannolikt bara några veckor. Cirka 10 procent av skelettets grundsubstans omsätts varje år. Broskets grundsubstans omsätts förvånande nog inte efter det att det har bildats under uppväxttiden, åtminstone i skelettleder.
Tidigare trodde man att fettceller inte förnyades i vuxen ålder, men det är fel. Fettceller dör och ersättes av nya celler, om än långsamt. Det tar cirka 8 år för hälften av fettcellerna att ersättas av nya celler.
Skelettmuskelcellerna är jättestora långa och tjocka celler, som innehåller många cellkärnor per cell, så kallade muskelfibrer. Då vi tillväxer under fostertiden och barnaåren bildas nya muskelfibrer genom att många så kallade satellitceller smälter ihop. Därefter delar sig inte muskelfibrer och samma fibrer finns alltså i princip kvar resten av livet. Men de underhålls då och då genom att satellitceller smälter ihop med dem och bland annat tillför nya kärnor. Så man kan påstå att muskelfibrer i viss mån förnyas, om än inte genom celldelning. I vissa fall, framför allt vid muskelskador, kan dock nya muskelfibrer bildas också hos vuxna. Hjärtmuskelceller har en enda kärna och förnyas under livets gång, men mycket långsamt, mindre än 1 procent av cellerna byts ut varje år.
I en undersökning med den nya. ovan beskrivna. metoden fann man märkligt nog att cellerna i skelettmuskel hade en genomsnittlig ålder på cirka 15 år. Detta skulle kunna innebära att många skelettmuskelceller bildas även i vuxen ålder. Man undersökte dock bara två personer. Och en skelettmuskel innehåller inte bara muskelfibrer, utan också satellitceller och bindvävsceller, som kan dela sig.
För att sammanfatta, så har olika celltyper i kroppen mycket olika livslängd innan de delar sig eller dör. En del lever några dygn, andra i tiotals år och åter andra i det närmaste hela livet. Ser man till cellerna som byggstenar och jämför med båtarna ovan så liknar människokroppen både Theseus skepp och regalskeppet Vasa. Men hos gamla människor har förmodligen de flesta av kroppens celler bytts ut, undantagandes de flesta nervceller och sannolikt skelettmuskelcellerna.
ATOMER, JONER OCH MOLEKYLER I MÄNNISKOKROPPEN
Atomerna i kroppen finns i form av molekyler och joner. Det finns ofta upprepad gammal uppgift att 98 procent av kroppens atomer byts ut varje år. Den bygger på undersökningar från 1940-talet, då man märkte in människor med olika radioaktiva isotoper (!). Jag kan inte se annat än att denna uppgift är osäker. Den motsäges bland annat av uppgiften att skelettets grundsubstans skulle förnyas med så lite som 10 procent per år, samt att broskets grundsubstans inte förnyas alls. Den motsäges också av det finns många långlivade proteiner. Jag har också svårt att tro att fettmolekylerna i fettcellernas stora fettfyllda vakuoler (”blåsor”) skulle förnyas särskilt snabbt. Atomerna i DNA byts inte alls eller bara delvis ut i de celler som aldrig eller sällan delar sig under loppet av ett människoliv.
Det har dock visats att små molekyler, proteiner och RNA i regel omsätts snabbt, genom nedbrytning och ny syntes. Molekylernas livslängd rör sig inom spannet sekunder till månader. Vissa proteiner kan dock bli äldre än ett år. Kroppens vattenmolekyler, cirka 60 procent av kroppsvikten, byts rimligen också ut mycket snabbt, liksom de oorganiska jonerna (natrium, klorid calcium m.fl.). Vatten och oorganiska joner lämnar kroppen via urinen och ersättes av nya via födan. En stor del av nedbrytningen av organiska ämnen ger koldioxid, som avges via lungorna, samt vatten och urea, som främst avges via njurarna. Jag hittar dock inte mycket sammanfattande litteratur. Men det förefaller vara rätt klart är att merparten av kroppens atomer byts ut åtskilliga gånger under livets gång och att många atomer byts ut mycket snabbt. Men jag vågar inte tro på siffran 98 procents utbyte per år.
Om kroppens kemiska beståndsdelar till största delen byts ut, består en människa efter några decennier väsentligen av helt annan materia än hon gjorde från början, precis som Theseus skepp. Man kan då hävda att hon inte är samma individ. Men det är svårt att försvara den ståndpunkten, eftersom hon förändras relativt lite av miljöns påverkan och av ålder och dessutom bibehåller sin personlighet.
VAD ÄR EN DÅ MÄNNISKA?
Om det inte är materien, vad är det då som konstituerar en människa? För det första är det organisation. En människas uppbyggnad bibehålles förvånande väl under lång tid, trots att delarna har byts ut. Detsamma gällde för Theseus skepp.
För det andra är det information. För att upprätthålla organisationen krävs det information, som via styrmekanismer bibehåller organisationen och försvarar den mot miljöns påverkan. Information finns i alla cellers DNA. DNA innehåller den kod som översätts till en proteinkod, när cellen ständigt bildar nya proteiner. Information finns i hjärnan, medveten och omedveten, i form av modifierbara program och minnen. Information finns i immunsystemet i form av minnen som förbättrar kroppens försvar mot sjukdomar. Informationen och styrmekanismerna för Theseus skepp fanns i hjärnan och händerna hos de skickliga båtbyggare som bevarade skeppet.
Många vill som en bestående del av människokroppen tänka sig en själ, som inte lyder materiens lagar, och eventuellt styr kroppen. Religionerna har gjort det i alla tider. Filosofen Descartes gjorde det och postulerade att kroppen kommunicerade med den utomvärldsliga själen via tallkottkörteln. Det finns emellertid inga som helst vetenskapliga bevis för existensen av en själ. ”Extraordinary claims require extraordinary evidence” (Carl Sagan). Den naturvetenskapliga förklaringen av människans funktioner stöds däremot av experiment och observationer, även om det är mycket som vi inte förstår. Men det är inte helt omöjligt att vi inom några decennier åtminstone delvis ska kunna förklara medvetandet, ”the hard problem”.
Man kan dock inte upphöra att förundras över är hur atomer, som en gång uppkommit i en stjärna, organiseras till en människa. hur organisationen bibehålls med hjälp av energi från födan, trots att atomerna byts ut, och hur atomerna till slut återvänder till grundämnenas eviga kretslopp i universum.
– Anders Lundquist, gästexpert från Fråga en Zoofysiolog
Kommentarer