Hvorfor fryser vores øjne ikke?

Det er vinter og 40 minusgrader i Karasjok centrum.

Forskeren Jon Klokk Slettedal går og fryser i gaderne i den nordligste del af Norge. Han har hørt, at det er koldest nede ved elven. Så han søger væk derfra.

I hånden holder han et måleinstrument, som han retter mod forbipasserende. Det viser, at deres kropstemperatur er kold på overfladen, der hvor de ikke er dækket af tøj.

Ansigter viser faretruende farver på billederne fra det infrarøde kamera. Men der er to lysende undtagelser: øjnene.

I dagens udgave af Spørg Videnskaben får du svar på, hvordan det kan være, at øjnene aldrig fryser - når alt andet på kroppen gør.

Kroppen bliver kold, men øjnene forbliver varme

Fingre og tæer kan blive forfrosne. Du kan endda tabe næsen af kulde. Men øjet består.

»Mens der kan opstå forfrysninger i næse, ører, fingre og andre kropsdele, så er der nærmest ingen øjen- eller synsproblemer i kulde,« siger Jon Klokk Slettedal, lektor i medicin og overlæge ved Øjenafdelingen hos Oslo Universitetssygehus.

Sammen med Amund Ringvold, pensioneret professor i medicin, bestemte Jon Klokk Slettedal sig for at finde ud af, hvorfor øjet ikke fryser.

Sammen har de målt øjets overfladetemperatur i alt fra det kolde Karasjok til en sauna. De opdagede, at øjet holder en overraskende stabil temperatur.

Mens andre kropsdele fryser i vinterkulden, er øjets temperatur, som på en gennemsnitlig sommerdag, 23 grader.

Forskere blev inspireret af polarhelte

Det hele startede, da Ringvold læste beretningerne fra polarhelte som Roald Amundsen under polaråret i 2011, 100 år efter at Amundsen plantede det norske flag på Sydpolen.

Heltene klagede over forfrysninger en lang række steder, men ingen af dem skrev, at de fik problemer med øjnene.

Det er besynderligt, synes de to forskere, da hornhinden i øjet er i direkte kontakt med den kolde luft.

Hornhinden er det yderste lag i øjet, som er gennemsigtigt og vigtigt for synet.

»Hornhinden er en tynd væg uden blodårer til at varme den op, så den burde jo være udsat. Vi pønsede på, om den fungerede som et slags isoleringsglas,« siger Slettedal.

Hvordan kan øjet så holde sig så varmt?

Men isolere gør den ikke, hornhinden. Det fandt forskerne hurtigt ud af.

Tværtimod er hornhinden utrolig god til at lede varme og slippe en masse varme ud.

Forklaringen skal derfor findes i en væske, som cirkulerer bag hornhinden, kammervæsken. Den holder en god kropstemperatur.

»Øjet er som en radiator. Den holder overfladen varm, selv i ekstrem kulde.«

På indersiden af øjenvæggen har vi rigeligt med blodårer, som holder væsken i øjet varm, omkring 37 grader. Væsken varmer hornhinden op. Selvom der er et stort varmetab, er overfladen altså varm på grund af opfyldning af væsken, som cirkulerer bag.

Øjet KAN godt fryse - men gør det ikke

Der er også blodårer, som holder gang i andre dele af kroppen, men i hænder og fødder kan de trække sig sammen, når det er koldt, så kroppen sparer energi.

Det gør de ikke i øjet, og blodforsyningen er lige så god, når det er iskoldt.

Væsken i øjet består af vand med salt, sukker og andre stoffer. Slettedal og Ringvold mener ikke, at væskens indhold har nogen betydning for, at øjet holder sig varmt. Salt bliver ganske vist brugt til snesmeltning, men 20 grader er langt fra frysepunktet.

Hvis du lægger et øje i fryseren, bliver hornhinden til gengæld hvid. Øjet kan altså godt fryse, men ikke hos levende mennesker. Det er først, når øjet bliver koldt indefra, at det fryser. Den varme væske cirkulerer ikke længere.

Vi har alle forskellige tilbøjeligheder til at fryse på kroppen, men når det gælder øjet, er der ikke så stor forskel mennesker imellem.

Folk med glasøje klager ofte over kulden - glas leder nemlig kulde. Men hos folk med almindelige øjne føles 23 grader godt og varmt i et ellers koldt ansigt.

Forskning på et fryselager og i en sauna

Der er faktisk ikke nogen, som tidligere har undersøgt øjets tilpasningsevne til bunds.

I 1960'erne opdagede nogle forskere øjenskader hos skiløbere. Men de fandt ingen frostskader og konkluderede, at det var friktionen fra snekrystaller, som forårsagede skaderne.

I over to år har Slettedal og Ringvold grebet problemstillingen an på forskellige måder for at komme til bunds i mysteriet. Kameraet, de brugte til at måle infrarød stråling, var effektivt til at undersøge temperaturen uden at stikke noget ind i øjet på folk.

De trak forsøgspersoner med til de mærkeligste steder:

• Til et fryselager på et slagteri for at måle hvor lang tid det tager for øjet at tilpasse sig kulden. Temperaturen i øjet faldt, men i løbet af 10-15 minutter havde den stabiliseret sig på omkring 25-26 grader.
  
• I en sauna med 83 grader klarede øjet sig også godt.
  
• Udendørs om sommeren og om vinteren.
  
• Forskerne fremstillede også et kunstigt øje, hvor de indsatte en kunstig hornhinde, fyldte vand på, som var 37 grader, og sørgede for, at vandet cirkulerede på samme måde som i et ægte øje.
  
• De pakkede øjet ind i tøris for at gøre det tilstrækkeligt koldt. Her var resultaterne de samme som ved målingerne ude i naturen.

Forskning kan bruges til fremstilling af kunstige hornhinder

Hvorfor er kroppen så optaget af at beskytte øjet?

Hvis man er vant til at kunne se, er synet formentlig meget vigtigt, hvis man skal overleve i en krisesituation.

Øjnene er desuden tæt forbundet med hjernen.

»Hvis først hjernen bliver kølet ned, er det farligt, mens man godt kan ofre en fod,« forklarer Slettedal.

Den viden, som forskerne nu har opnået, er først og fremmest grundforskning. Den skal lægge grund for at finde ud af mere om, hvordan vores krop fungerer.

Men Slettedal håber også, at deres opdagelser kan bidrage til det svære arbejde med at udvikle kunstige hornhinder.

Indtil videre er det ikke lykkedes at fremstille en hel hornhinde, men dele dyrkes fra celler. Her er det vigtigt at kunne efterligne kroppens eget væv bedst muligt.

Hvordan klarer øjet sig i ekstrem varme?

Næste skridt er at måle i kulde med vind. Det tror forskerne heller ikke, at øjet tager skade af.

Derefter skal de se nærmere på, hvordan øjet klarer sig i varmen.

Saunaeksperimenterne viser, at øjet kan klare temperaturer, som ville være skadelige indvendigt. De færreste kan tåle at have 42 i feber, som det var på øjets overflade. Sandsynligvis køler øjenvæsken overfladen ned.

Men hvad med sol og tør varm vind på øjet? Det har de ikke undersøgt.

Ringvold og Slettedal pakker kufferterne og måleinstrumenterne og rejser til Sahara-ørkenen i Afrika for at undersøge dette nærmere.

Hvis du også har et spørgsmål til forskerne, så send det til sv@videnskab.dk - så kan det være, vi finder svar.

© forskning.no Oversat af Anna Bestle