Teknologien bag diagnostik og behandling

Kapitel 1

Mikroorganismer:

Svære at leve med, umulige at leve uden

Kapitel3

Denlangevejfra sygdomtilmedicin

Kapitel 2

En megastor by bruger megameget vand

Kapitel 4

Medicinsk billeddannelse - stiller skarpt på din sygdom og behandling

Sundhedssektoren er forbruger af noget af den mest avancerede højteknologi til diagnostik, monitorering og behandling ikke mindst i forbindelse med patientspecifikke forløb. Samtidig er markedet for sundhedsteknologi globalt ekspanderende,” siger DTU´s prorektor Rasmus Larsen.

Sundhed og teknologi hører nu tæt sammen –man kan ligefrem tage en uddannelse specifikt i sundhedteknologi.

Er sundhed det samme i alle lande?

5

Gamle problemstillinger må tages op igen

1.0 Er sundhed en teknisk betegnelse? 04

1.1 Er sundhed det samme i alle lande? 05

1.2 Vores levealder afspejles i vores adgang til teknik og viden 06

1.3 Gamle problemstillinger må tages op igen 08

1.4 Kontrol over tilværelsen 09

2.0 Udviklingen inden for sundhed og sygdoms bekæmpelse –Hvordan sker den i praksis? 09

2.1 Videnskabelig arbejdsmetode 10 3.0 God fornøjelse 14

Videnskabelig arbejdsmetode

8 10

Teknik der redder liv?

Teknik og videnskab har i den grad ændret vores hverdag. Vi er gået fra at være et landbrugssamfund til at være en moderne blanding af industri, teknologi, information og service. I de fire kapitler, som følger dette introduktionskapitel kan du læse om, hvordan teknologi, forskning og udvikling kan bruges til at løse store problemer i forbindelse med vores sundhed og sygdomsbekæmpelse. Du kan også læse om og diskuterer begrebet sundhed og, hvad det vil sige at arbejde efter en videnskabelig arbejdsmetode.

1.0 Er sundhed en teknisk betegnelse?

Er en sund person det samme som en rask person?

Er du og din klasse sund, hvis I ser på WHO´s definition?

I 1975 lancerede WHO’s daværende generaldirektør, Halfdan Mahler, sloganet ”Sundhed for alle i verden i år 2000” og erklærede, at han ikke var i tvivl om, at dette mål ville nås før 2000. Halfdans Mahlers mål blev ikke nået. Tror du, at det er muligt, at alle får et sundt liv?

Sundhed er blevet defineret meget forskelligt på forskellige tidspunkter og af forskellige personer. Det er dog altid brugt som et udtryk for noget positivt om personen. At du ikke er syg betyder ikke nødvendigvis, at du er særlig sund. Sundhed er mere og andet end fravær af sygdom. Du kan i vores del af verden selv gøre noget ved din sundhed, men du kan ikke sikre dig mod sygdom.

Da Verdenssundhedsorganisationen WHO blev stiftet (1948) definerede den, at “Sundhed er en tilstand af fuldstændig fysisk, mental og social velbefindende og ikke blot fravær af sygdom eller svækkelse”. Det er dog de færreste af os, der oplever at have det sådan ret tit – er vi så usunde?

I vores del af verden kan vi gøre meget for at holde os sunde, men vi kan ikke sikre os mod sygdomme. Foto: pxhere.

1.1 Er sundhed det samme i alle lande?

Gennemsnitslevealderen i mange fattige lande ligger mellem 50 og 60 år. For dem handler sundhed primært om adgang til rent vand, toiletter og et fungerende sundhedssystem. Her er det en stor lettelse, når både mor og barn overlever en fødsel i god behold. I disse lande er en femårs fødselsdag en milepæl i livet. Ikke fordi de starter i skole, men fordi der en stor risiko for at barnet dør af en infektion eller

fejlernæring, inden det fylder fem år. Efter denne alder er immunforsvaret mere udviklet og chancen for at overleve til man bliver voksen stiger. Det siger sig selv, at med så barske realiteter, så tidligt i livet er sundhed noget andet end i Danmark, hvor det ofte er en diskussion om man spiser den rigtige sundhedsdiæt og dyrker den rigtige type motion.

Adgang til rent drikkevand er afgørende for din sundhed. Foto: Pixnio

FAKTA

En lav gennemsnitslevealder i et land er ofte udtryk for en høj børnedødelighed.

1.2 Vores levealder afspejles i vores adgang til teknik og viden

Den forskel vi ser i sygdomme for hundrede år siden til i dag i Danmark, og andre lande med god økonomi, ser vi nu som en forskel mellem fattige og rige lande. For selv om der nu både er bedre behandling af en lang række sygdomme og stort kendskab til hygiejne og ernæring er der stadigt dele af verden, hvor adgangen til disse fornødenheder ikke er tilgængelig i tilstrækkelig grad.

Tilgangen til disse fornødenheder afspejles direkte i et lands gennemsnitslevealder. I Danmark lever vi i gennemsnit 9 år længere end vi gjorde for 70 år siden. I 1950 blev en dansker i gennemsnit 71 år og i dag bliver vi i gennemsnit 80 år. Andre steder er forskellen langt større. Som for eksempel Maldiverne. Her blev man i gennemsnit 34 år i 1950, hvor man nu kan glæde sig over at kunne forvente en levealder på 79 år.

Byen Malé I Madiverne. Maldiverne er et af de lande, hvor levealderen er steget meget de sidste 50 år. Foto: wikipedia.

Efterhånden som levevilkår er forbedret og levealderen er steget i vores del af verdenen er andre sygdomme blevet mere dominerende her. Det er blandt andet kræft, allergi, hjertekar sygdomme og diabetes. Derfor har disse sygdomme været i fokus for forskningen de sidste årtier. Det har gjort os bedre til at behandle disse sygdomme. I disse år er det sygdomme i nervesystemet, som er i fokus. Det skyldes igen, at vi bliver ældre og at vi derfor ser, at antallet af personer, som rammes af sygdomme i nervesystemet stiger, såsom forskellige former for demens.

På den måde følges vores problemer og forskning og udvikling ad.

Faldet i infektionssygdomme skyldes i høj grad vores forståelse for hygiejne og dermed udviklingen af systemer, der kan give borgerne rent drikkevand (dybe vandboringer og vandværker), toiletter til alle hjem og kloakering, som fører snavset vand væk fra boliger og gader og hen til et rensningsanlæg, hvor det behandles forsvarligt.

Nedenfor ses en oversigt over de emner, der er afgørende for vores sundhed og sygdomsbekæmpelse.

Du kan gå ind på hjemmesiden https://www.globalis.dk/Statistik/Levealder og se på levealderen i forskellige lande til forskellige tider.

Hvordan ligger Danmarks forventede levealder i forhold til andre lande. For eksempel Japan, Norge og Vietnam?

Hvordan er den generelle udvikling af levealderen på verdensplan. Bliver verdens befolkning ældre?

Er der lande hvor levealderen er faldet over de sidste 20 – 70 år?

FAKTA

Stigningen i levealderen på verdensplan skyldes hovedsageligt faldet i infektionssygdomme, så som kolera, mæslinger og influenza.

Du kan også se filmen om, hvorfor verdens befolkning måske, når over 10 milliarder: https://www.youtube.com/ watch?v=QsBT5EQt348&t

FAKTA

Antibiotika: Lægemidler, som dræber eller hæmmer mikroorganismer. Stofferne dannes naturligt af svampe, bakterier og planter. Som lægemiddel er de dog oftest produceret i en kemisk proces i et laboratorie. Du kan læse mere om antibiotika i kapitel 1.

1.3 Gamle problemstillinger må tages op igen

Men trods vores store fremskridt er der områder, hvor vi må stoppe op og tage gamle emner op igen. Det gælder blandt andet antibiotika . Antibiotika har reddet millioner af mennesker fra at dø af infektioner. Desværre bliver flere og flere mikroorganismer modstandsdygtige over for antibiotika. Det betyder at, hvis ikke vi tager affære og finder løsninger risikerer vi at flere af os får infektioner, som ikke kan behandles.

På andre områder ser vi også at ba-

sale levevilkår udfordres. Klimaforandringer, befolkningstilvækst og større byer giver udfordringer med hensyn til at skaffe nok rent drikkevand og komme af med de mange menneskers og virksomheders spildevand. Det vil sige problemer som vi har haft før og troede at vi havde løsningen på.

Derfor arbejdes der til stadighed på at finde gode teknologiske løsninger, så vi kan opretholde et velfungerende og trygt samfund på disse områder.

Kloaknettet som vi kender det i dag i Danmark er fra slutningen af 1800 tallet. Det bliver udfordret med øgede regnmængder og flere tilkoblinger fra det øgede antal boliger. Derfor bygges der ny nye og meget større kloakker og tunneller der leder regnvandet uden om kloakkerne, så de aflastes.

1.4 Kontrol over tilværelsen

Med den øgede viden om, at man kan mindske sin risiko for sygdom ved at undgå, rygning, alkohol og i øvrigt spise sundt og få sig noget motion har vi fået et fænomen, der hedder sundhedisme. Her betragter man faktisk det at leve som en risiko i sig selv og at vi altid er potentielt syge. Derfor går man højt op i forebyggelse og selvansvar i forbindelse med sygdomme.

Inden for sundhedisme kan man have en tendens til at se ned på personer, der ikke lever efter, hvad sundheds-

styrelsen siger er sundt. De kan blive betragtet som mindre intelligente, manglende selvdisciplin og man kan syntes, at det er deres egen skyld, hvis de bliver syge.

I vores del af verdenen kan det være en hårdfin balance mellem at at tage ansvar og have overskud til at træffe nogle sunde valg i hverdagen og til ikke at lade sig styre af diverse sundhedsråd i frygt for at blive syg eller føle skam over sine valg.

2.0 Udviklingen inden for sundhed og sygdomsbekæmpelse

– Hvordan sker den i praksis?

Den store udvikling inden for teknologi og lægevidenskab, som de sidste hundrede år, er sket ved videnskabelige arbejdsmetoder. Man har observeret, hvad der skete omkring en, undret sig og været undersøgende og systematisk. Du kan nu læse mere om denne meget systematiske arbejdsmetode.

En person har brug for behandling fordi hun har røget og fået dårlige lunger.

En anden person har brug for en behandling fordi han har ødelagt sit knæ på en skiferie. Har de to personer lige meget ret til hjælp af sundhedsvæsenet? ?

Er idrætsskader en livsstilsygdom? ?

Kan man blive for optaget af sygdom?

Er det fair, at patienter med livstilsygdomme har lavere prioritet i sundhedssystemet eller ligefrem nægtes behandling? ?

Du kan høre mere om den videnskabelige arbejdsmetode her:

https://videnskab.dk/miljo-naturvidenskab/hvorfor-skal-vi-stolepa-videnskaben

2.1 Videnskabelig arbejdsmetode

Videnskabelige arbejdsmetoder er en måde at sikre, at forskerne undersøger et spørgsmål eller en hypotese uden at deres egne meninger og håb om resultatet påvirker undersøgelsen. Her kommer to eksempler.

Eksempel 1: Der er en opskrift på en chokoladekage. Den er god, men hvad ville det betyde, hvis der kom noget appelsinskal i? For at kunne sammenligne om det er en god ide at komme appelsinskal i chokoladekagen skal bageren bage en chokoladekage nøjagtig efter den traditionelle opskrift

og en der er helt magen til på nær appelsinskallen. Det nytter ikke noget, at han samtidigt vil prøve at komme kaffe eller mynte i. Hvis bageren gør det kan han ikke vide, hvilken af de nye ingredienser, der gør kagen bedre eller dårligere. I stedet skal han først bage en traditionel chokoladekage, derefter en med appelsinskal, bagefter en med mynte, og til sidst en med kaffe.

På den måde vil bageren gå systematisk til opgaven og finde ud af, hvad appelsinskal, mynte og kaffe betyder for smagen af chokoladekagen.

En videnskabelig metode er altså med til at sikre, at man ved hvad man undersøger. Sagt på en anden måde: I en videnskabelig metode prøver man at fastholde nogle faktorer, for at andre fremstår tydeligere. For eksempel som at bage den traditionelle chokoladekage og derefter prøve at komme én ny smag i ad gangen og se hvilken effekt det har.

Foto: Pixnio

Eksempel 2: En biolog undrer sig –det gør den slags tit.

Denne gang er biologen på vandretur i Sverige sammen med nogle venner. De lægger mærke til, at det er meget forskelligt, hvor mange myggestik de hver i sær får. Et spørgsmål opstår. Kan myg bedre lide at stikke nogle personer frem for andre?

De opstiller en hypotese: Myg vil hellere stikke nogle personer frem for andre.

Så satte vennerne sig til at tænke over, hvordan de mon kunne teste hypotesen. De skulle jo være sikker på, at hvis de så en forskel i antallet af myggestik skyldtes det personen og ikke forskelligt, tøj, parfume, eller måske, at de havde spist nogle særlige krydderier, som kunne duftes i deres ånde eller hud.

De første dage efter hjemkomsten, spiste de den samme mad, brugte samme sæbe og undgik parfume. De indsamlede også en mindre bestand af myg, som de gemte i et lukket terrarie. Efter tre dages forberedelse tog vennerne hver et stykke køkkenrulle og gned det godt rundt på maven og i nakken og lagde det ind i terrariet.

Det viste sig faktisk, at myggene sværmede meget mere om nogle af papirstykkerne end andre. Det kunne tyde på, at myg bliver tiltrukket særligt meget af stofferne i nogle menneskers kropsdufte.

De havde skrevet navn på papirstykkerne, så de kunne se om der var overensstemmelse mellem de papirstykker myggene sværmede særligt meget om og de personer, som havde fået flest myggestik i Sverige. Det var ikke de samme personer!

Spørgsmål: er hypotesen så bekræftet eller afkræftet?

Hvad gør gode videnskabelige venner så? Sætter sig ned og kigger tomt ud i luften….nej, for det var jo faktisk både spændende og sjovt og at arbejde sammen om det her projekt, så de fortsatte naturligvis. Undersøgelsen havde åbnet op for en del spørgsmål.

- Har danske og svenske myg forskellig smag i kropsduft?

- Kunne det have noget med temperaturen i terrariet?

- Kunne hudens temperatur have betydning?

- Kunne de have duftet forskelligt af andre årsager, da de var på vandretur?

Du og din klasse kan sikkert finde på flere spørgsmål. I kan opstille hypoteser og diskuterer hvordan I vil teste dem.

Foto: flickr

Foto: Pixnio

Som du kan se, er den naturvidenskabelige metode som udgangspunkt meget enkel: Du undrer dig – du tænker dig frem til et muligt svar – du laver et forsøg, som undersøger, om svaret kan være rigtigt.

Men alt efter hvilket problem, som du vil undersøge, bliver ‘opskriften’ gjort mere detaljeret.

Forskerne bruger mange kræfter på at tænke over, hvornår en metode er god. De tilpasser hele tiden deres metoder alt efter, hvad de vil undersøge. Men man kan sagtens forestille sig, at en metode ikke er god nok.

Heldigvis samarbejder videnskabsfolk om at forbedre hinandens metoder. De forholder sig kritisk til metoderne, på samme måde, som de forholder sig kritisk til hinandens forskningsresultater.

Når en forsker fremlægger sine resultater i en artikel, skal hun eller han altid redegøre for sin metode. På den måde kan kollegaerne se, om metoden er god – hvis ikke den er god nok bliver det kommenteret eller måske bliver forskningsresultatet ligefrem dømt utroværdigt.

Nedenfor kan du læse om de enkelte trin i den videnskabelige proces.

Hypotese

En hypotese er et forslag til en forklaring på et fænomen. En forklaring, der umiddelbart lyder logisk fornuftig i forhold til, hvad du allerede ved om emnet. Hypoteser er altså ikke tilfældige ideer, der falder ned fra himlen i

et inspireret øjeblik. Den skal formuleres med udgangspunkt i, hvad andre eller du selv allerede har lært.

I eksempel to om myggene er hypotesen: Myg vil hellere stikke nogle personer frem for andre.

Data

Data er ens målinger og observationer. I eksemplet med myggene er data, hvilke papirstykker myggene sværmer om.

Det kan også være, at man gerne vil måle luftkvaliteten i klasseværelserne på skolen, så er data de tal, der er blevet målt af temperatur, luftfugtighed, støj og CO2 niveau i lokalerne.

Måleusikkerhed

Til enhver måling vil der være en vis måleusikkerhed. Måleusikkerheden kan skyldes upræcise måleinstrumenter, eller måden du udfører målingerne på. Hvis du gerne vil vide, hvor stor måleusikkerheden er kan du måle flere gange og se hvor forskellige resultaterne er. Det kaldes dobbeltbestemmelse. Man kan også lave flere sideløbende forsøg og sammenligne dem.

Resultater

Resultater er, når man har sine data og beregner gennemsnit og kigger på værdier før og efter man har ændret noget. Resulter i myggeforsøget er om myggene sværmer om papiret fra de personer, som fik mange myggestik i Sverige. Altså om myggene var glade for de samme personer i Sverige og i Danmark.

Fejlkilder

Når du har udført et forsøg og ser på dine resultater. Skal du altid vurderer forsøgets fejlkilder. Der vil altid være flere årsager til det resultat man får. Årsager som du skal være opmærksom på, når du overvejer, hvad dine resultater betyder. Det kan være den temperatur, som du måler ved, luftfugtigheden eller forstyrrelser. Der kan måske også være kommet snavs ned i forsøget og så videre, og så videre.

Disse forstyrrelser kalder man fejlkilder og de er vigtige at være bevidst om, når man skal konkludere – det vil sige beslutte – hvad resultaterne betyder.

Fejlkilderne kan nogle gange udelukkes ved at lave kontrollerede forsøg i laboratoriet, hvor man holder nogle faktorer konstante.

Kildekritik

- en disciplin i sig selv

Ordet kildekritik handler om at forholde sig til den information man finder om et emne. Du skal forholde dig til, hvorfor du tror på informationen eller hvorfor du ikke tror på den. Der er en række spørgsmål du kan stille dig selv, når du overvejer om en kilde er troværdig:

• Hvem er forfatteren? Hvor er denne ansat?

Hvis der ikke står navn på, hvem der har skrevet den information du har fundet vil man som hovedregel sige, at det er en utroværdig kilde.

• Vil forfatteren gerne have dig til at mene noget bestemt?

Det kan være forfatteren udtaler sig vældigt positivt om danske gulerødder. Det du så skal være opmærksom på er om forfatteren har gulerodsgartneri i Danmark. Så er forfatteren pludselig ikke så troværdig længere. Godt nok ved gartneren meget om gulerødder, men forfatteren har også en økonomisk grund til at tale særligt godt om danske gulerødder.

• Er der politiske eller ideologiske synspunkter til baggrund for teksten.

• Er det forskeren selv, som skriver om det, eller er det bearbejdet til en artikel i en avis eller hjemmeside?

Hvis det er tilfældet kan der være sneget sig misforståelser og fejlfortolkninger ind i teksten, som gør den mindre troværdig end hvis det var forskeren, som selv havde skrevet artiklen.

• Undersøgelsens grundlag og metoder Hvordan har forfatteren fundet ud af den viden hun eller han har opnået?

Har forfatteren blot læst én enkelt artikel eller har forfatteren læst mange artikler og udført undersøgelser selv?

• Er der andre, der har citeret forfatteren?

Typisk er det et godt tegn, hvis der er mange andre som henviser til en tekst. Dog skal du være opmærksom på hvordan de andre skriver om den – er det kritisk. Du skal også være opmærksom på, at der deles til højre og venstre på sociale medier. Nogle tek-

FAKTA

En kildehenvisning er en måde at fortælle, hvor man har sin viden fra.

ster bliver delt og henvist til uden, at de er specielt troværdige. Det er altså ikke altid at mange henvisninger til en tekst gør den mere troværdig.

• Er der andre kilder, der fortæller det samme?

Hvis andre har fundet ud af det samme, som der står i den tekst du har fundet og vil bruge øger det troværdigheden.

• Årstallet på kilden. Er der kommet ny viden siden den blev udgivet?

Kort sagt kan du tro på oplysningerne i kilden og ved du hvorfor du kan det?

3.0 God fornøjelse

Du har nu kunnet læse om sundhed og sygdom som begreber og hvordan du griber opgaven an, hvis du vil undersøge et emne på videnskabelig måde. I de fire næste kapitler kan du læse om fire afgørende emner for vores sundhed og hvilke problemstil-

Diskussion: Stemmer fund overens med tidligere fund I diskussionen diskuterer du dine resultater, hvad viste dine resultater? Giver de mening? Hvad har andre fundet? Hvilke fejlkilder var der og betyder de noget for konklusionen på resultaterne?

Konklusion

I konklusionen fortæller du den, der læser din undersøgelse, hvad du har fundet ud af og hvorfor det er vigtigt.

linger, der i disse er år arbejdes intens med. Du vil kunne læse om forskernes forslag til løsninger og du vil kunne arbejde med øvelser, hvor du selv får mulighed for at undersøge og komme med ideer til løsninger – God fornøjelse!

Kapitel 1

Mikroorganismer: Svære at leve med, umulige at leve uden

Mikroorganismer: Svære at leve med, umulige at leve uden

Små organismer med stor betydning

Bakterier, vira og skimmelsvampe er blandt de mindste og de ældste organismer på jorden. De findes overalt, til vands, til lands og i luften. Nogle gør os syge, andre holder os sunde og raske. I dette kapitel kan du læse om kampen mod de farlige organismer. Men også hvordan vi kan udnytte dem som bakteriefabrikker for medicin og mad.

Når nødhjælp skaber nød 16 18

Flytoiletter giver nyttig viden En lys ide 24

Hvad sker der i dette kapitel?

 Hvad er en mikroorganisme?

 Hvor findes de?

 De kan gøre os syge.

 Hvordan undgår vi at blive syge?

 Hvordan bliver vi raske, hvis vi er blevet syge?

 Antibiotika – alt med måde.

 Med vaccine kan nogle sygdomme helt udryddes.

 Mange mikroorganismer er også gode for os.

 Forskerne prøver at sikre vores helbred i fremtiden.

2.0

Mikroorganismer:

1.0 Mikroorganismer – ældgamle, men topmoderne

Du tænker måske ikke teknologi, når du hører ordene bakterier, vira og mikrosvampe. Det vil du efter dette kapitel.

FAKTA

FAKTA

En mikroorganisme er en organisme, der er så lille, at den kun kan ses i et mikroskop. Mikroorganismer omfatter vira, bakterier, mikroskopiske svampe samt mange encellede alger og encellede dyr.

Bakterier og vira opstod for cirka 3,8 milliarder år siden og er dermed nogle af de første former for liv på jorden. Mikrosvampene kom til meget senere (430 millioner år siden), men alle tre organismer er altså ældgamle. De har alle en utrolig evne til at tilpasse sig deres omgivelser. De har overlevet alt, hvad de selv og andre har udsat dem for - sult, sygdomme, naturkatastrofer, at være føde for andre organismer, ja selv mennesker og vores brug af medicin mod dem!

Bakterier, vira og mikrosvampe findes overalt. Til vands, til lands og i luften. Fra de dybeste have til de højeste

bjergtinder. Som belægning på dine tænder, i den mørke muldjord og i de store yoghurttanke på mejerierne. For eksempel er der cirka 10-12 millioner bakterier i et gram jord – cirka dobbelt så mange som der er mennesker i Danmark!

Når vi bliver syge af forkølelse eller influenza er det en virus, som har invaderet os og kapret vores celler. Men vi mennesker kan også udnytte deres taktik og evner til for eksempel at lave cellefabrikker. Cellefabrikker, som kan producere smagsstoffer, medicin og mad til os.

Virus hedder vira i flertal.

Brugen af bakterier og mikrosvampe går faktisk flere tusinde år tilbage. Mange kulturer har benyttet dem til brødbagning, fremstilling af ost, alkohol og til at syrne mælk og grøntsager. Man vidste bare ikke, hvad der reelt foregik. Men for bare 150 år siden opdagede Louis Pasteur bakterierne. Siden da er vores viden om mikroorganismer eksploderet.

I dette kapitel går vi tæt på bakterier, vira og mikrosvampe. Tilsammen kalder vi dem ofte mikroorganismer. Du vil opdage, at når man arbejder med mikroorganismer handler det ikke kun om biologi. Viden inden for fysik/ kemi, geografi og matematik er vigtig for at kunne forstå og arbejde med mikroorganismer.

Kapitlet lægger også op til en diskussion om vores brug af antibiotika. I vores iver efter at holde os raske og at have en høj produktion i landbruget, risikerer vi, at antibiotika ikke virker mere. Det kan blive et meget alvorligt problem for verdenssundheden.

Efter at have arbejdet med dette kapitel vil du vide, hvor vigtigt viden om mikroorganismer er for vores levestandard.

Vi vil lægge ud med et afsnit om bakterier, et om vira og et om mikrosvampe, så du er godt klædt på til de gode historier, der kommer bagefter.

Antibiotika: Lægemidler, som dræber eller hæmmer mikroorganismer. Stofferne dannes naturligt af svampe, bakterier og planter. Som lægemiddel er de dog oftest produceret i en kemisk proces i et laboratorie.

Mikrosvamp

Størrelse: Den enkelte svampecelle kan variere mellem 0,2 og 30 µm. Du kan skelne hver enkelt celle, fordi der er septa (en væg) mellem cellerne. Sporerne er også celler.

Billedet viser størrelsen på de tre typer mikroorganismer, hvor virus er den mindste og skimmelsvampen den største.

Bakterie

Størrelse: 1-3 µm.

Virus Størrelse: 0,01 - 0,3 µm

Faktisk er der omtrent lige så mange bakterier i en menneskekrop (ca. 40 billioner) som der er menneskeceller (ca. 30 billioner). Så er vi egentlig mennesker eller bakterier?

Mikroorganismer:

1.1 Portræt af en bakterie

Du hører sikkert ofte om bakterier. Måske forbinder du dem mest med en slem mavepine eller betændelse i et sår. Men hvad er en bakterie egentlig? Hvordan ser de ud, hvordan vokser de og hvordan lever de? Det kan du læse mere om i dette afsnit.

Bakterier er singler….

Vi mennesker er sat sammen af billioner (1012) af specialiserede celler. For eksempel hudceller, leverceller og nerveceller. Alle cellerne er nødvendige for, at kroppen kan fungere. En bakterie består derimod kun af en enkelt celle. Hver celle indeholder alt det, bakterien skal bruge for at leve.

….og ret små

Figur 2. Bakterier kan have forskellige former. De kan være stavformede som for eksempel Lactobacillus, eller kugleformede som for eksempel Staphylococcus. Der er også nogle, der har et skrue- eller spiralformet udseende. Det har for eksempel Campylobacter.

Bakterier er 1-3 mikrometer (0,001 mm), hvilket er cirka 10 gange mindre end menneskeceller. Derfor kan de heller ikke ses med det blotte øje. Afhængig af arten kan bakterier være formet som kugler, spiraler, stave eller tråde. Udenpå kan bakterien have små tråde, som gør den i stand til at bevæge sig rundt i sine omgivelser.

Bakterieceller er enklere opbygget end menneske- og dyreceller. Yderst består bakterier af en cellevæg og en cel-

En enkelt Staphylococcus og Staphylococcus der sidder sammen i en kæde.

lemembran, som holder sammen på bakterien og beskytter den mod omgivelserne. Cellemembranen styrer også, hvilke stoffer, der får lov til at komme ind og ud af cellen. Inde i bakterien er der både strengformet og ringformet DNA. Det strengformede DNA har samme funktion som vores. Det indeholder information, som kendetegner dens art og står for daglig drift af bakterien. Det ringformede DNA fungerer lidt som en app til din telefon. Det indeholder ekstra evner, som bakterien har fået med sig fra sin moderbakteriecelle eller fra andre bakterier den har mødt på sin vej. De ekstra evner kan for eksempel være evnen til at producere forskellige enzymer. Det kan for eksempel være enzymer, der kan nedbryde antibiotika og dermed gøre bakterien resistent overfor antibiotika.

Lider ikke af ensomhed

En bakterie er sjældent alene, for den deler sig og bliver hurtigt til flere. Inden en deling laver bakterien en kopi af sit DNA (DNA-replikation). Samtidigt vokser cellen i størrelse og deler sig i to. Resultatet er to ens bakterier. Denne form for formering kaldes ukønnet formering.

Lactocacillus

Campylobacter

Under gode forhold kan bakterier dele sig hvert 20. minut, så en bakterie bliver til to efter 20 minutter og to bliver til fire efter 40 minutter. Antallet af bakterier fordobles altså hele tiden – en såkaldt eksponentiel vækst. Efter otte timer vil der være dannet over 16 millioner bakterier!

Biofilm

Bakterier lever ofte i store fællesskaber, som klumper i en tynd slimet film. Det kaldes for biofilm. For eksempel har du biofilm på tænderne. De findes også på rådne madvarer, i akvarier, vandlåse, og på skroget af skibe. I biofilm organiserer bakterierne sig i lag, hvor de yderste lag danner en slimet og hårdfør ydre kappe. På den måde

kan bakterierne leve en mere beskyttet tilværelse, hvor de er bedre beskyttet mod medicin og kroppens immunforsvar. Med en biofilm kan bakterierne også klistre sig rigtigt godt fast på en overflade, så de bliver meget svære at skrubbe af. Se figur 3 og 4.

Spore

Nogle bakterier kan også danne sporer og gå i hviletilstand. Det er en overlevelsesstrategi som de bruger under ekstreme forhold, såsom udtørring, for meget varme eller kulde eller for lav eller høj pH. I sporestadiet er bakteriens DNA beskyttet af en stærk kapsel. Når forholdene bliver gode igen kan den lille hårde kapsel igen blive til en bakterie.

Prøv at kigge ind i et vandrør på skolen eller hjemme hos dig selv. Her vil du se en slimet belægning – det er biofilm. ?

Du kan i denne Powerpoint se hvor hurtigt én bakterie bliver til 16 millioner bakterier.

Biofilm vokser alle vegne, hvor der er fugtigt. F.eks. vandrør, på badebroer og i køleskabe. Kan du finde andre steder med biofilm?

Undersøg plakken på dine tænder (Øvelse nr. 1.6 i opgavehæftet).

Figur 3 A.

På risten i din håndvask opstår der hurtigt en slimet belægning. Det er en biofilm.

Figur 3 B.

På dine tænder dannes også biofilm. Her kalder vi det plak. Det er plak, som vi skal børste væk, for at undgå huller i tænderne.

Figur 4. Figuren viser, hvordan en gruppe bakterier kan gå fra at bevæge sig rundt enkeltvis til hæfte sig i en hob og danne en biofilm. Forløbet kan tage mellem dage og måneder alt efter typen af bakterier og forholdene. 1) Bakterier bevæger sig rundt enkeltvis. Det kan være i en vandstrøm i naturen, i vandrør, blodbanen, lungerne. Ja, det er næsten kun fatasien, der sætter grænser her. 2) Bakterierne hæfter sig enkeltvis. 3) Bakterierne deler sig og danner en hob. 4) Bakterierne begynder at udskille proteiner, der klistrer bakterierne sammen og danner en slimet overflade af hoben af bakterier - den er nu en biofilm. 5) Nogle gange bryder der hul på en biofilm og bakterier frigøres og kan føres væk og danne ny biofilm et nyt sted.

A B

Mikroorganismer:

1.2 Ekstremofiler - et liv på kanten

Bakteriers evne til at tilpasse sig de mest ekstreme og mærkværdige miljøer er dybt imponerende. Det er svært at forestille sig et miljø, hvor der ikke er bakterier. Selv i svovl- og saltsøer, under høje tryk på flere kilometers havdybde og i varme kilder med temperaturer op mod 95° C støder man på bakterier. Bakterier, der lever så ekstreme steder, kalder man ekstremofiler.

FAKTA

Ekstremofiler er organismer, som kan leve i ekstreme miljøer, som er dødelige for andre organismer på Jorden. Det kan være miljøer, som er ekstremt kolde, tørre, salte eller varme.

OPGAVE HÆFTE ?

Osmose: Læs mere om osmose og få et æg til at vokse (Øvelse nr. 1.2 i opgavehæftet).

Deres evne til at leve i ekstreme miljøer gør bakterierne interessante for alverdens forskere. Biologer, ingeniører, og astronomer kigger på de ekstremofile bakterier, når de skal forstå livets alsidighed, ”opfinde” nye produkter eller lede efter liv i rummet. Nedenfor kan du læse om nogle af de mange besynderlige og imponerende evner bakterier kan have.

De saltelskende

Nogle bakterier lever i meget høje saltkoncentrationer som i søen Great Salt Lake i den amerikanske stat Utah. Her lever de såkaldte halofile bakterier. Mens almindelige bakterier ville dø eller gå i hviletilstand på grund af udtørring, kan de halofile bakterier klare en saltkoncentration på op mod 40% dvs. over ti gange så høj som i almindeligt havvand.

Bakterier, der ikke tåler meget salt udtørres, fordi det osmotiske tryk inden i dem er langt lavere end uden for dem. Vand suges derfor ud af deres indre. Saltelskende bakterier har derimod sikret sig mod dette. De kan danne en masse proteiner og sukkerstoffer, som kun har til formål at ligge i deres cellevæske og holde et ligeså højt osmotisk tryk inde i cellen som uden for den. På den måde tørrer bakterien ikke ud.

Luftfoto af en saltsø. Alt det hvide og lyserøde er salt.

Halofil betyder ’salteelskende’.

Halofil bakterie.

De varmeelskende

Termofile bakterier trives i et miljø med temperaturer over 40 °C. Det er varmere, end hvad de fleste andre organismer kan overleve i længere tid. Vi mennesker fungerer for eksempel bedst med en krops-temperatur på omkring 37 grader. Over denne temperatur begynder vores proteiner at denaturere. Man finder da også de termofile bakterier på golde og ufrugt-

bare steder som i varme kilder eller ørkener, hvor andre organismer ikke kan leve. Enkelte termofile bakterier kan leve i temperaturer helt op til 95 °C. Hvis vandet er under tryk og dermed har et højere kogepunkt kan nogle bakterier endda tåle temperaturer over 100 grader. For eksempel lever bakterien Pyrodictium occultum i 105 °C varmt vand i nogle undersøiske varme kilder ud for Italiens kyst.

bakterie.

Termofil betyder ’varmeelskende’.

Pyro betyder ild.

Hvorfor er det lettere at overleve frost end varme?

Planococcus halocryophilus. Ud fra dens navn kan du se at bakterien både er salt (halo) og kulde (cryo) elskende (philus).

Termofil

Figur 6 Foto af en varm kilde. I en varm kilde kan du finde termofile bakterier og ofte også halofile bakterier.

Kan du komme på produkter, hvor vi mennesker kan udnytte bakteriernes evne til at leve ekstremt?

Mikroorganismer: Svære at leve med, umulige at leve uden

Der kan være gode grunde til at undersøge termofile bakterier nærmere. Hvis vi kan forstå, hvordan disse bakteriers enzymer kan bevare deres form og egenskaber ved høje temperaturer, kan vi bruge det til at udvikle nye enzymer. Det kunne være et vaskemiddel med enzymer, der også virker ved høje temperaturer.

Modsat termofile bakterier findes der også kuldeelskende bakterier, cryofile bakterier. Mange bakterier kan tåle frost. Men kun cryofile bakterier kan leve og dele sig ved frostgrader. For eksempel kan bakterien Planococcus ha-

locryophilus leve og dele sig ved temperaturer ned til -15 °C og overleve helt ned til -25 °C. Den er naturligvis fundet i arktiske egne.

Den hårdnakkede

Deinococcus radiodurans er nok den mest modstandsdygtige bakterie, vi kender. Den kan overleve kulde, syre, udtørring, vakuum og stråling tusind gange kraftigere, end det vi mennesker kan overleve. Hemmeligheden bag denne lille hårdnakkede sag er dens ekstreme evne til at reparere sit DNA efter det er blevet ødelagt.

Billedet er taget fra Ellesmere Island i det nordligste af Canada. Et meget koldt og ugæstfrit sted. Dog er det netop her, at canadiske forskere har fundet en anden hårdfør bakterie kaldet Planococcus halocryophilus.

Den hårdnakkede.

1.3 Virus - er den levende?

Nu har du læst en hel del om bakterier. Blandt gruppen af mikroorganismer finder du også viruspartiklerne. På flere punkter er der ligheder mellem bakterier og vira. Vira findes, ligesom bakterier, stort set overalt. De kan forårsage smitsomme sygdomme – både dem du kender, forkølelse, influenza og skoldkopper, og så de mere fremmedartede som Zika-virus og Ebola.

Nogle typer virus kan være kræftfremkaldende. Det gælder blandt andet human papilloma-virus (HPV), der kan give livmoderhals-kræft.

Men vira er også meget forskellig fra bakterier. Man betragter for eksempel ikke vira som levende. De kan hverken optage næring, bevæge sig eller formere sig uden for en celle. I stedet kaprer de andre organismers celler og udnytter deres replikationssystem, når de skal formere sig. Fordi vira typisk er aktive inde i vores egne celler, gør det også virussygdomme svære at bekæmpe.

Hvordan ser de ud?

En virus-partikel består af en beskyttende proteinmembran, der omgiver en kerne med DNA eller RNA. Nogle vira, for eksempel influenzavirus, har desuden en ydre kappe af fedtstoffer og proteiner.

Hvis vira ikke er levende, kan man så kalde dem mikroorganismer? ?

Stilistisk tegning af et virus, som optages i en celle og hvordan DNAet inkorporeres med cellens DNA og virus bliver mangfoldiggjort.

virus. For eksempel influenza. Komplekst virus. Det kan være en bakteriofag. Det vil sige et virus som inficerer bakterier.

Spiralformet virus. Det kan være tobakmosaik virus. Det inficerer en lang række planter blandt andet tobaksplanter.

Kubisk

Medicinen penicillin kommer oprindeligt fra en skimmelsvamp, der hedder Penicillium Chrysogenum.

Mikroorganismer i hjemmet?

(Øvelse nr. 1.5 i opgavehæftet).

En pakke gær som du bruger til at bage brød med. Gær er svamp og den du bager med hedder Saccharomyces cerevisiae.

På mugne appelsiner er det ofte skimmelsvampen Penicillium digitatum og Penicillium Italicum, der vokser.

Hvor langt kan en ost flyve?

(Øvelse nr. 1.7 i opgavehæftet).

Mikroorganismer:

1.4 Svampe – er det en mikroorganisme?

Den sidste mikroorganisme vi kommer omkring i dette kapitel er mikrosvampene. Svampe kan deles ind i tre grupper:

• Hatsvampe

• Gærsvampe

• Skimmelsvampe

Hatsvampene er dem, hvor vi kan plukke frugtlegemerne som champignon og kantareller og de er ikke en mikroorganisme. De to sidste grupper, gær og skimmelsvampe, er derimod mikroorganismer og har begge stor betydning i vores hverdag. Gærsvampene hjælper blandt andet til ved bagning af brød og fremstilling af øl. Skimmelsvampene giver oste som brie, Camembert og Roquefort. Der er dog også nogle, som gør os syge. Det er for eksempel skimmelsvamp i boliger. Andre igen bruger vi til fremstilling af medicin til dig og mig. Det kommer vi tilbage til senere i kapitlet.

Opbygning

Svampe er eukaryote celler i modsætning til bakterierne, som er pro-

karyote. Det vil sige, at svampenes celler har en cellekerne ligesom plante og dyreceller. De er også meget større end bakterier og vira (Se tegning s. 11). De fleste svampeceller har også en cellevæg uden på deres cellemembran. Gærsvampene er encellede og dermed uafhængige af hinanden. Skimmelsvampene, derimod består af mange celler og danner strukturer. De består overordnet af tre dele; Mycelium, stilk og en sporestand. Myceliet er et forgrenet netværk, der ligner rødder og gror ned i det materiale, svampen gror på. Det er myceliet, som nedbryder materialet. Nedbrydningsprodukterne bruger svampen som næring. Oven for myceliet er en stilk. Stilken gør, at sporestanden løftes højere op. Sporestanden indeholder skimmelsvampens sporer. Sporerne er ligesom frugters kerner og frø. Så når sporerne blæses væk fra sporestanden, kan de vokse op til en ny skimmelsvamp, der hvor de lander.

Senere i dette kapitel kommer vi ind på, hvordan svampe kan bruges til fremstilling af antibiotika og anden medicin.

Til venstre ses en model af en prokaryot celle. Bakterier er prokaryote. Til højre ses en eukaryot celle. Svampe-, plante- og dyreceller er eukaryote.

2.0 The bad guys: Hvorfor bliver

Vi ved, at vi kan blive syge, når vi bliver smittet med bakterier eller vira. Hele kroppen gør ondt, hovedet dunker, næsen løber og vi får feber. Men hvordan er det lige, at de får os til at føle os så skidt tilpas?

Langt hen ad vejen skyldes det faktisk vores egen krop. Symptomerne ovenfor fremkaldes nemlig af reaktionerne fra vores immunforsvar, når det opdager de fremmede viruspartikler eller bakterier.

Feber skyldes for eksempel, at kroppens immunforsvar arbejder mest ef-

vi syge?

fektivt ved en temperatur på omkring 38-39 grader. Samtidigt får bakterier og vira svært ved at formere sig.

Bakterier kan også udskille giftstoffer, som får dig til at føle dig skidt tilpas. Giftstofferne kan påvirke slimhinden i tarmen, så du får diarré eller din hud så du får udslet som i skarlagens-feber. De kan også ødelægge dine muskelceller og det giver ømhed. Nogle bakterier er ekstremt giftige. For eksempel udskiller bakterien Clostridium botulinum nervegiften botulinum, som lammer den syge.

Figur 13. En person glemmer at vaske hænder efter toiletbesøg og du kan følge, hvor han sætter hænderne umiddelbart efter.

Hver femte dansker vasker ikke hænder med sæbe, hver gang de har tisset.

Hvordan spredes influenza på din skole?

En god håndvask (Øvelse 1.3 i opgavehæftet).

Hvor langt når dit nys? (Øvelse 1.4 i opgavehæftet).

Mikroorganismer i hjemmet (Øvelse 1.5 i opgavehæftet).

2.1 Hvordan spredes bakterier og vira?

Vira og bakterier spredes i det store hele på samme måde: Hvis du eller din klassekammerat er syge, kan I sprede smitten både ved håndtryk, kram, når I rører et håndtag eller når I hoster og nyser ud i klassen. En anden og meget udbredt smittevej er den, der går fra din - eller en andens numse - til din

mad, hvis ikke I får vasket ordentligt hænder efter et toiletbesøg! Kort sagtvi mennesker er mikroorganismernes transportmiddel.

For at undgå spredning er det derfor sund fornuft at nyse og hoste ned i ærmet, vaske hænder og være omhyggelig med hygiejnen, når du laver mad.

Se filmen: Køkkenhygiejne

Se også filmen: Køkkenhygiejne - god animation på engelsk

De fleste bakterier og vira kan godt tåle en tur i fryseren –husk det, når du laver din næste smoothie.

OPGAVE HÆFTE ?

Fang en virus. (Øvelses nr. 1.10 i opgavehæftet).

Mikroorganismer:

2.2 Bekæmpelse af bakterier og vira

Der findes heldigvis en række metoder til at fjerne bakterier og virus-partikler i omløb. For eksempel har du helt sikkert hørt, at du skal bruge sæbe, når du vasker hænder. Her kan du læse om en række midler, der kan forhindre, at mikroorganismer smitter dig.

Sæbe

Sæbe har sin faste plads ved enhver håndvask. Den kan løsne snavs fra hænder, tøj, tallerkner og så videre. Når vi vasker hænder, virker sæbe hovedsageligt ved at løsne snavs og mikroorganismer fra hænderne, så det bliver skyllet med vandet ud. Meget snavs indeholder fedt, men vi har også en tynd fedtfilm på huden, så når sæbe opløser dette fedt, skylles det hele med vandet ud. Sæbe er derfor ikke desinfi-

cerende, men fjerner snavs og mikroorganismer fra hænderne. Sæbe har denne løsnende egenskab, fordi det indeholder både vandelskende og vandafvisende evner. Sæbe mindsker også overfladespændingen, så blandingen af vand og sæbe når ind i selv de fineste furer og revner i huden.

Håndsprit

Man kan også rense sine hænder med håndsprit. Håndsprit virker ved at udtørre bakterierne. Det er godt, hvis du er på farten og ikke har mulighed for at vaske hænder. På hospitaler, hvor man skal være ekstra renlig vasker man først hænder og bruger derefter håndsprit. Håndsæbe er dog nok i en almindelig dagligdag.

Når nødhjælp skaber nød

Ingen ved det med sikkerhed, men 38-årige Jean Salgadeau Pelette var formentlig det første offer for den koleraepidemi, der hærgede Haiti efter jordskælvet i 2010. Da Jean vågnede, gik han som sædvanlig ned til floden, Latem River, for at vaske sig. Få timer efter blev Jean fundet ved bredden. Stærkt afkræftet og ude af stand til at gå hjem på grund af et voldsomt og pludseligt opstået maveonde. Han døde senere på eftermiddagen.

Ingen skænkede kolera en tanke, for trods Haitis utallige problemer havde der ikke tidligere været koleraudbrud på den lille ø. Men hvor kom kolerabakterierne så fra?

Lidt længere oppe ad floden holdt nogle FN-soldater til. De var kommet til landet for at hjælpe det nødlidende haitianske folk efter jordskælvet. Desværre var nogle af soldaterne raske bærer af kolerabakterien og desværre ledte soldaterne deres kloakvand ud i den haitianske flod. Dermed startede de formentlig den koleraepidemi, hvor Jean Salgadeau Palette langtfra var det eneste offer. De følgende uger og måneder oplevede Haiti verdens største udbrud af kolera.

Varme

Opvarmning til over 60 ˚C vil i langt de fleste tilfælde slå både bakterier og vira ned. Varme virker fordi det ødelægger proteiners struktur og DNA-strenge går fra hinanden. Ved bakteriesporer skal du dog op på temperaturer på over 120 °C, for at slippe af med dem.

UV-C lys

Man kan også bruge UV-lys til at dræbe bakterier og vira. Der er flere typer UV-lys. UV-A, UV-B og UV-C. Ultraviolet lys med en bølgelængde i området 200-280 nm kaldes UV-C lys (se elektromagnetisk spektrum nedenfor). UV-C lys er effektivt til at desinficere luft, væsker og overflader. På grund af den korte bølgelængde indeholder UV-C lys meget energi. Den høje energi ødelægger DNA´et i bakterier og vira, så de går til grunde.

Elektromagnetisk spektrum, der viser lys med bølgelængder fra 10 nm til 700 nm. Bølgelængder mellem 400 og 700 nm er lys, som vi kan se, hvor de længste er rødlige farver og de korteste er blålige farver. Lys med kortere bølgelængder kalder vi stråling. Det indeholder energi nok til at kunne skade celler. UV-A og UV-B trænger gennem atmosfæren og det beskytter vi os mod med solcreme. UV-C trænger ikke gennem atmosfæren., men lamper med UV-C kan bruges til at desinficerer med.

Klorin

Klorin er et rengøringsprodukt, som indeholder klor. Klor er et grundstof og er i sin frie form en gulgrøn gas. Det er et meget effektivt desinfektionsmiddel, der kan dræbe alle former for liv som planter, dyr, bakterier og virus. Det er altså yderst giftigt!

I klorin er klor bundet i flydende basiske opløsninger af natriumhydroxid. Det gør det mindre farligt at transportere og arbejde med. Klor er her omdannet til hypoklorit og minder de fleste af os om lugten i en svømmehal.

struktur for Klorin. Klorins kemiske navn er Natriumhypoklorit, NaClO.

FAKTA

Førhen indeholdt et gram krydderi 1-100 millioner bakterier og vira. Nogle få af dem kunne man blive syg af. Derfor renser man nu krydderier før de når forbrugeren.

FAKTA

HUSK! Klorin og andre klorholdige produkter må ALDRIG blandes med produkter med lav pH. Det vil danne frit klor, som kan være dødelig.

FAKTA

I forbindelse med Ebola-udbruddet brugte man baljer med klorin til at skylle sine støvler i, når man kom ud fra et område med syge/ felthospital.

Jo kortere bølgelængde lyset har, jo mere energi indeholder det.

FAKTA

Kemisk

Symbolet

Mikroorganismer: Svære at leve med, umulige at leve uden

2.3 Bakterier og vira kender ingen grænser

Vi rejser mere og importerer og eksporterer varer fra andre lande. Med på flyene er dog ikke kun os mennesker, men også bakterier og vira. Vores store rejseaktivitet og handel betyder, at mikroorganismer og dermed også smitsomme sygdomme spredes langt hurtigere end tidligere, hvor de kun blev spredt via landjorden. I dag er det derfor ikke nok at følge et sygdomsudbrud lokalt. Vi er nødt til at overvåge globalt, så læger og myndigheder kan reagere hurtigere, når smitsomme sygdomme krydser landegrænser.

Flytoiletter giver nyttig viden

Når vi rejser, tager vi ”prøver” med hjem fra de lande, vi har besøgt. Det gør vi gennem vores tarme. Når vi så benytter flytoiletterne på rejsen til og fra et land, efterlader vi noget af prøven i toilettet. Det har professor Frank Aarestrup fra DTU Fødevareinstituttet udnyttet i en undersøgelse af global smittespredning.

Sammen med kollegaer tog professoren prøver af afføring fra 18 flytoiletter. Forskerne oprensede DNA’et fra prøverne og kørte det igennem en stor database med alle kendte DNA-sekvenser. Analysen viste, hvilke bakterier, der var i de forskellige afføringsprøver og at flere bakterier havde gener med resistens over for antibiotika.

Forskerne kunne også konstatere, at passagerer fra fly fra USA havde spist meget kød og at dem fra Islamabad ikke havde spist svinekød. Endnu vigtigere kunne de se, at der var flest Salmonellabakterier i prøver fra fly fra Sydasien. Passagerer fra fly fra Nordamerika donerede til gengæld flest Clostridium difficile, som kan give dødelig tyktarmsbetændelse.

Ved at tage prøver fra flytoiletter vil vi altså hurtigt kunne identificere og måske forhindre spredningen af farlige bakterier og vira, der er med på flyet. Analyserne kan også bruges til at kortlægge, hvor hvilke antibiotikaresistente bakterier findes.

3.0 Når

vi så er blevet syge

Når skaden er sket og vi er blevet syge, hvad kan vi så gøre for at blive raske igen?

3.1 Behandling af virusinfektioner

Ofte når vi går til lægen med ondt i halsen, siger lægen, at det er en virusinfektion og at der ikke er andet at gøre end at vente på, at infektionen er overstået. Frustrerende, når man bare gerne vil være rask. Men desværrebehandling af virusinfektioner er ikke nået så langt som behandling af bakterielle infektioner.

Ingen effektiv behandling

Bortset fra lægemidler, der kan hæmme visse virusinfektioner, så findes der ingen effektiv behandling af disse infektioner.

Forklaringen på de modstandsdygtige viruspartikler ligger i deres opbygning. Som du tidligere har læst, kan vira ikke formere sig udenfor en celle. De har heller ikke noget stofskifte, før de er trængt ind i dine celler. Derfor kan man ikke give dem ”gift” uden også at ramme dine egne celler. Lægen må derfor overlade behandlingen af virussygdomme til dit eget immunforsvar.

Vaccinationer

Fremfor at behandle kan man dog heldigvis forebygge en del virus- og bakteriefremkaldte sygdomme med vaccinationer. Blandt virussygdommene gælder det blandt andet børnesygdommene mæslinger, røde hunde og fåresyge.

Siden 2006 er danske piger og kvinder desuden blevet tilbudt at blive vaccineret mod HPV-virus, der kan give livmoderhalskræft.

I Danmark er det frivilligt, om man vil lade sig vaccinere. Men for at et vaccinationsprogram skal virke, kræver det, at næsten alle lader sig vaccinere. Så vil de få personer, der ikke kan vaccineres være beskyttet. De er beskyttet fordi det vil være usandsynligt, at de møder en syg person. Det kalder man flok-immunitet.

Ligesom i dag var der også førhen nogle, som ikke ville vaccineres. Det brød den tidligere danske konge, Frederik den VI, sig ikke om og indførte i 1810 en lov om, at der skulle fremvises en gyldig vaccinationsattest for at komme i skole og for at blive gift af præsten. Sådan er det ikke i dag i Danmark, men i flere amerikanske skoler er det et krav.

OPGAVE HÆFTE

Fang en virus (øvelse 1.10 i opgavehæftet) ?

OPGAVE HÆFTE ?

Hvorfor er vaccinationsprogrammet forskelligt i Danmark og USA? (Øvelse 1.11 i opgavehæftet).

Et antibiotikum, flere antibiotika.

Mikroorganismer:

3.2 Behandling af bakterieinfektioner

Antibiotika er lægemidler, der kan bruges til behandling af infektioner med bakterier hos mennesker og dyr. De virker ved enten at dræbe bakterier eller hæmme deres vækst. Antibiotika virker ikke mod virusinfektioner.

Verdens første antibiotikum

Den skotske biolog Alexander Fleming opdagede i 1928, at skimmelsvampen Penicillium notatum virkede bakteriedræbende. Den udskiller et stof, der ødelægger bakteriernes cellevægge. Stoffet blev døbt penicillin. Efter mange års forsøg lykkedes det at producere penicillin i så store mængder, at det kunne tages i brug som det allerførste antibiotikum. I dag findes der mange forskellige typer bakteriedræbende stoffer, som går under betegnelsen antibiotika. Alexander Flemming modtog i 1945 Nobelprisen for sin opdagelse.

Svækker eller dræber

Forskellige typer antibiotika virker på forskellig vis, men overordnet kan de deles op i to grupper. Den ene gruppe hæmmer bakteriernes vækst, så vores immunsystem selv kan klare det mindre antal bakterier. Den anden gruppe antibiotika dræber ganske enkelt bakterierne. Da antibiotika langt hen ad vejen også påvirker vores egne gode bakterier - eksempelvis tarmbakterier - kan en behandling med antibiotika give maveproblemer i form af kvalme og diarré.

Der er forskellige typer af antibiotika og de angriber bakterier forskelligt. Billedet viser en model af, hvor i bakterien de forskellige antibiotika påvirker, så bakterien enten hæmmes eller dræbes.

Hæmmer dannelse af cellevæg

Hæmmer dannelse af arvemasse (DNA)

Hæmmer dannelse af RNA og protein

4.0

Antibiotikaresistens

er et alvorligt problem

Lige siden penicillinens opdagelse har vi kunnet helbrede langt de fleste bakteriefremkaldte sygdomme. Desværre har både læger, patienter og landbruget i årevis brugt meget store mængder antibiotika. Det har ført til, at mange bakterier er blevet resistente over for antibiotika. Når bakterier er blevet resistente har de udviklet forsvarsmekanismer mod antibiotika, så de ikke længere virker.

Hvis de resistente bakterier spreder sig eller mange flere sygdomsfremkaldende bakterier bliver resistente, har verden et alvorligt problem. Faktisk har Verdens-sundheds-organisationen WHO, udråbt antibiotikaresistens som en af de største trusler mod menneskers sundhed.

Hvordan opstår resistens?

Bakterier har alle dage været gode til at tilpasse sig sine omgivelser. Det er simpelthen årsagen til, at de har overlevet så længe som de har. Derfor burde det heller ikke komme som nogen overraskelse, at de også tilpasser sig et miljø med antibiotika.

Når bakterier deler sig, sker der ind imellem en ændring i bakteriens DNA. Dette kan både give fordele og ulemper for den enkelte bakterie. Dette sker

også for bakterier, der udsættes for antibiotika. Enkelte af disse tilfældige ændringer kan give bakterien evnen til at overleve en antibiotikabehandling. Den kan så dele sig og blive til en ny og resistent bakteriekoloni.

Når en koloni af antibiotikaresistente bakterier kommer ud blandt andre bakterier, har vi balladen. Især hvis det er miljøer, hvor der bruges antibiotika. For ikke nok med, at de resistente bakterier kan sprede sig vidt omkring. De deler også gladeligt deres nyerhvervede evne med alle andre bakterier. Det gør de ved konjugering, som er en proces, hvor bakterier kan udveksle ringformet DNA. Dermed vil flere typer bakterier udvikle antibiotikaresistens.

Hvis antibiotika mister sin effekt, kan sygdomme som vi i dag betragter som ufarlige –halsbetændelse og betændelse i et sår – gå hen og blive dødelige.

selv antibiotika ( Øvelse 1.8 i opgavehæftet).

Se filmen:

“Hvordan en bakterie overfører en kopi af sit ringformede DNA til en anden bakterie”

Mikroorganismer:

4.1 Debat – antibiotikaresistens, hvor skal vi sætte ind?

Landmand:

»Når det gælder smågrisene, bruger vi medicin for at behandle dem for diarré, som smågrise kan få, når de skal vænnes fra at have fået modermælk til at spise korn og sojaprotein. Får de ikke antibiotika, dør de.«

»Vi giver jo også små børn antibiotika, hvis de bliver meget syge. Det er lidt det samme. Vi ligger altså rigtig flot i forhold til vores kollegaer i andre lande. Og hos mig har vi et rigtig højt sundhedsniveau. Vi gør rigtig meget for at holde vores sygdomsniveau nede.«

Sundhedsvæsenet:

»– Jeg tror at grunden til, at der er et stigende antal af behandlinger med antibiotika af børn i Danmark handler om, at der er et stort forældreønske om raske børn og at vi har svært ved, at se når vores børn har det skidt. Det kan skabe et pres i venteværelset. Her skal nogle læger måske være bedre til at holde lidt igen med at give antibiotika og følge de retningslinjer, der ligger på området, siger han.«

Alle er sådan set enige om, at antibiotikaresistens er et stort problem og at antibiotikaforbruget skal ned. Det man ikke er enige om er, hvem der bruger for meget antibiotika og derfor bør sænke sit forbrug. Politikere må derfor udarbejde handlingsplaner og eventuelt love. For at kunne det hører de meninger og gode råd fra de forskellige parter.

Jeres klasse skal nu lægge en handlingsplan for at mindske problemet med antibiotikaresistens. Start med at inddele klassen i fire grupper. Tre af grupperne skal tage udgangspunkt i citaterne i taleboblerne. Citaterne stammer fra tre personer med forskellig baggrund for at udtale sig om problemet (praktiserende læge, forsker og landmand). Hver af de tre grupper får et citat at arbejde med. Gruppen prøver at forstå, hvilken baggrund personen har og hvorfor personen udtaler sig som han eller hun gør.

Den fjerde gruppe er politikere. Denne gruppe skal tage stilling til, hvad der er den mest korrekte måde at løse problemet med antibiotikaresistens på.

Efter at have arbejdet ude i grupperne samles de fire grupper til en debat. I

Forskeren:

»Hvis udviklingen fortsætter, risikerer selv unge og stærke patienter om 15 år at dø af en simpel infektion.«

debatten fremlægger politikerne problemet. Grupperne 1,2 og 3 er de tre personer fra citaterne, som prøver at få indflydelse på politikernes beslutning.

Politikerne afslutter debatten med at fortælle om deres beslutning om fremtidige tiltag og love på området.

Start: Arbejd i hver jeres gruppe.

Gruppe 1-3:

Politiker:

»…. bruger Danmark meget eller lidt antibiotika, skal vi gøre mere eller er det de andre lande, der skal gøre noget?«

»Hvad vil det koste landmanden og dermed staten, hvis landmanden mindsker produktionen? Det vil i sidste ende også koste staten penge, hvis forældre skal blive hjemme fra arbejde i længere tid på grund af syge børn?«

A. Hvilken person fra taleboblerne er jeres gruppe?

B: Hvorfor har personen den holdning til eller interesse i antibiotika?

C. Syntes personen at antibiotikaresistens er et problem?

D. Syntes personen at forbruget af antibiotika skal mindskes – hvem skal i så fald mindske forbruget?

Gruppe 4: Sammensæt en handlingsplan for, hvordan I vil mindske problemet med antibiotikaresistens.

A. Hvad er problemet?

B. Hvordan er problemet opstået?

C. Hvordan kan problemet mindskes?

D. Hvordan vil jeres handleplan se ud?

D. Hvilke konsekvenser vil jeres handleplan få for de berørte? For eksempel økonomisk.

Fremlæggelse af handleplan og debat:

A. Gruppe 4: Fremlægger handleplan.

B. Gruppe 1-3 Holder et kort oplæg, hvor de fortæller om deres persons holdning og argumenterer for deres forslag til en løsning af problemet.

C. Der debatteres.

Konklusioner fra politikerne

B. Fremlæg jeres konkrete lovforslag baseret på, hvad I syntes er bedst for samfundet.

A. Hvem syntes I har argumenteret bedst for sin sag og kommet med de bedste konkrete løsningsforslag.

Efter debat:

A. Kunne I nå til enighed om en handlingsplan for Danmarks fremtidige brug af antibiotika?

B. Havde det betydning for debatten, om I diskuterede antibiotika til brug hos dyr eller mennesker?

Mikroorganismer:

5.0 Forskernes nye våben mod antibiotikaresistens

Prøv at lave jeres egen oplysningskampagne på skolen.

Som du lige har læst, kan resistens mod antibiotika hos bakterier blive et meget alvorligt problem. Selv milde sygdomme kan blive farlige, hvis vi ikke længere har medicin, der virker. Derfor arbejder forskere verden over på at udvikle nye metoder og ny antibiotika til at bekæmpe resistente bakterier.

Men hvad med dig? Kan du selv gøre noget? Du kan være med til ikke at gøre problemet større. Ifølge EU ved halvdelen af Europas befolkning ikke, at antibiotika kun virker på bakterier – og altså ikke på virussygdomme som forkølelse og influenza. Nu, da du har lært det, kan du hjælpe med at lære andre det – din familie og venner.

Forskernes fede forslag

Men selvom vi hver især lærer at være mere omhyggelige med, hvornår og hvordan vi bruger antibiotika, så er der allerede så mange resistente bakterier, at vi har brug for helt nye løsninger. Her kan du læse om fire gode bud fra forskerne på, hvordan vi bekæmper bakterierne.

Forslag 1: En lys ide

På DTU Fotonik arbejder Professor Paul Michael Petersen. Han ved en hel del om lys – også at kortbølget ultraviolet lys, det vi kalder UV-C, kan slå bakterier ihjel.

Men professor Petersen ville gerne vide, om nogle dele af UV-C lyset måske var mere effektive end andre til at slå bakterier ihjel. Derfor begyndte han sammen med sine studerende at lave forsøg med UV-C-lys. Lidt for sjov tog

Billedet viser hvordan bølgelængden og frekvensen af elektromagnetisk stråling afgør hvilke typer lys der er tale om.

de også nogle lamper med UV-B-lys med i deres forsøg. Ret overraskende fandt de ud af, at UV-B-lys faktisk også er ret godt til at bekæmpe bakterier. Og mens UV-C-lys er ret skrapt og ødelægger menneskevæv og DNA, så er UV-B-lys knap så aggressivt.

Nu arbejder forskerne på at udvikle behandlinger med UV-B-lys i forbindelse rodbehandlingaf tænder. De regner også med, at metoden kan bruges i forbindelse med resistente bakterier andre steder, eksempelvis ved kroniske sår, infektioner i lungevæv eller implantater.

Forslag 2: Hurtig sporing af hvor smitten kommer fra

Efter koleraepidemien på Haiti i 2010 blev der sat en undersøgelse i gang for at finde ud af, hvor bakterierne stammede fra. Ved at analysere deres DNA kunne Fødevareinstituttet på DTU afsløre, at bakterierne med størst sandsynlighed stammede fra FN-soldater. De havde båret den med sig hjemmefra i deres tarme. Konklusionen vakte stor international opmærksomhed og har vist potentialet i at analysere mikroorganismers DNA. Denne metode kaldes for genomsekventering. Man kan sammenligne det med at identificere personer ved hjælp af deres fingeraftryk. I dette tilfælde er det bakteriernes DNA man sammenligner.

Siden 2010 er der kommet et nyt apparat til at sekventere DNA. Det hedder en MinIon og er ikke meget større end en USB-nøgle og forholdsvis billig. Det er et kæmpe fremskridt, for så kan man udføre sekventering i felten. Om det er identifikation af personer i et katastrofeområde, inficeret mad i en kantine eller måske er man på felttur i en regnskov og ser en spændende frøkan det være en ukendt art?

Bare man har sin MinIon og sin computer eller smartphone kan man få svar på sine spørgsmål.

Hvordan virker en MinIon

Det er forskere fra Oxford University, der har udviklet MinIon og de har virkelig været smarte. Princippet er i grunden ret simpel. DNA er bygget op af 4 baser (Adenin, Guanin, Cytosin og Thymin). De har forskellig størrelse, hvor Guanin er den største og Cystosin er den mindste. MinIon bygger på ideen om at aflæse DNA-basernes størrelse og på den måde finde ud af, hvilken base, der er tale om. MinIon måler basernes størrelse ved at trække DNA-strengen gennem et lillebitte hul (en pore), som sidder i en membran (se tegning). I membranen løber en let strøm, men når DNA-strengen træk-

Model, der viser princippet i MinIon apparatet.

Kender du forskellen på UV-A, UV-B og UV-C lys?

Byg en model af en MinIon (Øvelse nr. 1.9 i opgavehæftet).

En MinIon koblet på en PC.

Membran

OPGAVE HÆFTE ?

Sæt krydderi på tilværelsen. (Øvelse nr. 1.8 i opgavehæftet).

Mikroorganismer: Svære at leve med, umulige at leve uden

kes gennem poren forstyrres strømmen og alt efter, hvor stor en base, der er på vej gennem poren ændres strømmen forskelligt. Ved at aflæse de forskellige ændringer i strømmen ved man hvilken base der er tale om. Informationen fra den lille MinIon går til en PC, hvor den omsættes til ATCG sekvenser og kan sammenlignes med DNA-sekvenser i et DNA-bibliotek.

På den måde kan man hurtigt finde ud af hvad det pågældende DNA-stykke koder for.

Forslag 3:

Lad dem slå hinanden ihjel

Pencillin er et naturligt antibiotika, der stammer fra penicillinsvampen. Den bruger giftstoffet til at forsvare sig

mod bakterier. På samme måde kan bakterier også udskille giftstoffer til at bekæmpe hinanden med. Det vil Professor Lone Gram ved DTU Bioengineering gerne udnytte. Derfor leder hun og hendes kolleger hele tiden efter nye og spændende bakterier.

Lone Gram er især interesseret i havbakterier. Vi ved nemlig meget lidt om bakterierne i havet. Derfor er der en god chance for, at der her findes helt nye stoffer. For eksempel et nyt antibiotikum, som kan slå resistente bakterier ihjel.

Forslag 4:

Biofilm skal klippes i stykker

En anden strategi kan være at finde ud af, hvordan bakterier overlever en behandling med antibiotika. Hvis man ved, hvordan de beskytter sig, kan man måske ødelægge denne evne, så bakterien ikke længere er resistente.

Et af de steder, det kan være effektivt at ramme resistente bakterier, er ved at forhindrer dem i at danne biofilm. Bakterier er meget bedre beskyttet mod medicin, når de samler sig i biofilm. Derfor giver det god mening at prøve at ødelægge denne evne.

En vigtig bestanddel af biofilm er proteiner og andre celledele fra døde bakterier, som danner en klistret masse. Vil man af med biofilm, kan man derfor tilsætte enzymer, som nedbryder proteiner og DNA. Enzymerne fungeret som en saks, der klipper molekylerne over, så bakterierne slipper taget i hinanden.

6.0 The good guys: Vi kan ikke leve uden bakterier og vira

Dine personlige husdyr

Måske føler du dig nogen gange lidt ensom. Men faktisk er du aldrig helt alene. For hver celle i din krop er der også mindst en bakterie og endnu flere viruspartikler. Langt de fleste mikroorganismer findes i dine tarme, i munden og luftvejene, på huden og ved kønsdelene.

Tilsammen udgør mikroorganismer omkring halvandet kilo af din kropsvægt. Og selvom du måske ikke er specielt begejstret ved tanken om bakterier og vira, der kribler og krabler rundt i din krop, så er de fleste af dem faktisk gode for os.

I vores kroppe er der trillioner (10^18) af viruspartikler, men forskerne er endnu langt fra at forstå deres betydning. Det er dog sikkert, at de både har en skadelig og gavnlig effekt på vores helbred, blandt andet ved at fremme og hæmme bakterieinfektioner.

På de næste sider kan du læse om bakterier, der kan hjælpe os med at holde os sunde og raske.

Mikroorganismer:

FAKTA

Pro-biotika er fødevarer, der indeholder levende bakterier, som er gavnlige for vores helbred. Præ-biotika er stoffer i maden, der stimulerer væksten af de gode bakterier i tarmen.

Eksempel 1:

Brun er det nye sort Tarmbakterier spiller en stor rolle for, at fedtstoffer i dine tarme kan blive optaget i kroppen. Flere vitaminer dannes også af tarmbakterier. De seneste år har desuden vist, at en persons tarmmikrobiom måske også har indflydelse på dit humør, din vægt, sandsynligheden for at du får sukkersyge, hvor godt dit immunforsvar virker og meget mere.

Forskere fra DTU besluttede sig for at undersøge, hvordan tarmbakterier påvirker kropsvægten. Til deres undersøgelse brugte de mus helt uden bakterier i tarmene. Det kaldes for kimfri mus. Fordelen ved kimfri mus er, at man kan give dem tarmbakterier fra mennesker (eller andre dyr) og på den måde undersøge effekten af bakterierne.

Forskerne delte musene op i to grupper. Den ene gruppe mus fik tarmbakterier fra overvægtige børn (gruppe A). Den anden gruppe mus fik tarmbakterier fra normalvægtige børn (gruppe

B). Forskerne fulgte derefter musenes vækst over noget tid. Det viste sig, at musene i gruppe A tog mere på i vægt end musene i gruppe B. Selvom begge grupper mus havde fået præcis den samme mad og spiste lige meget. For at kalorieregnskabet skal gå op, må de to grupper mus altså omsætte deres mad forskelligt.

Forskerne gik derefter i gang med at undersøge musenes afføring og her fandt de svaret! Tarmbakterierne hos de normalvægtige mus (gruppe B) fordøjede ikke maden ligeså godt som de tykkere mus i gruppe A. Der kom simpelthen mere ufordøjet mad ud med afføringen hos gruppe B. Tarmbakterierne hos gruppe A var altså bedre til at omsætte maden til stoffer, der let kunne optages i kroppen og sætte sig på sidebenene.

Undersøgelsen viste, at tarmbakterier har en større betydning for vores kropsvægt, end man hidtil har troet. Ikke sådan forstået, at vores vægt alene afgøres af vores tarmbakterier. Mange andre faktorer spiller ind – eksempel-

Figur 20. Vi skal være glade for, at det er vores mikrobiom og ikke vores makrobiom, der kan være problemer med. XKCD.com

vis hvor meget vi bevæger os. Men måske kan kost eller medicin, der ændrer vores tarmflora, hjælpe overvægtige med at tabe sig.

Eksempel 2: Tænk brunt, når det ser sortest ud

I den mere alvorlige afdeling af historier fra tarmbakteriernes verden har vi alvorlige diarré-sygdomme. Indtagelse af antibiotika kan fjerne hele eller store dele af din tarm-mikrobiom således at sygdomsfremkaldende bakterier kan få fodfæste. En af dem er Clostridium difficile. Flere af os går rundt med den i tarmen og mærker ikke til den. Problemet kan opstå efter en behandling med antibiotika. Den er nemlig resistent overfor langt de fleste antibiotika, så når mange andre og gode bakterier i tarmen dør under behandlingen, vokser Clostridium Difficile op og gør os voldsomt syge. I sådan en situation er gode råd dyre – og dog for behandlingen viser sig at være forholdsvis simpel og ret så praktisk orienteret. Man giver patienten en ny bakteriebestand i tarmen, som kan udkonkurrere den sygdomsfremkaldende. Hvordan gør man så det? Jo, man giver en afføringstransplantation. Patienten får simpelthen afføring fra en rask donor. Det virker! Langt de fleste bliver raske herefter.

Eksempel 3: Bakterier kan erstatte tandbørsten Ifølge ny forskning kan du måske slippe bedre fra en gang imellem at glemme at børste dine tænder. Noget tyder nemlig på, at hvis vi udskifter de

bakterier, som giver huller i tænderne med bakterier, som ikke gør, så er der måske ingen grund til at frygte tandlægens bor længere.

Huller i tænderne dannes af bakterier som Streptococcus mutans. De danner en biofilm på tænderne, som vi kalder plak. Du kan mærke biofilmen, hvis du lader tungen glide hen over tænderne, inden du børster dem. Tænderne vil føles mere ru før tandbørstningen end efter.

Bakterierne i plak lever af sukker fra din mad. Sukkeret omdanner de til syre, der nedbryder dine tænder og giver huller i tænderne. Hvis man kan udskifte de syredannende bakterier i munden med gode bakterier, der ikke producerer syre, kan man derfor nedsætte risikoen for huller i tænderne.

Transplantation af afføring redder syge med livstruende diarré: https://www.dr.dk/nyheder/ viden/naturvidenskab/videotransplantation-af-affoeringredder-syge-med-livstruendediarre

Undersøg om du har syredannende bakterier i munden (Øvelse nr. 1.6 i opgavehæftet).

Mikroorganismer:

Eksempel 4: Bakterier laver mad til astronauter

Proteiner er en livsnødvendig del af vores kost. Så hvis der en dag skal bo mennesker på Mars, er de nødt til selv at kunne dyrke proteiner. Da det ikke er nemt at holde høns eller andre dyr i rummet, må proteinerne komme et andet sted fra. Måske fra bakterier!

Bakterier bruges allerede i dag som små fabrikker, der kan producere en lang række kemikalier og medicin. Det kan lade sig gøre ved hjælp af gensplejsning. Bakterierne får indsat gener i deres DNA, der koder for det ønskede stof. Herefter får de nogle gode forhold, så de kan vokse og dele sig.

En af dem der forsker i emnet er ph.d. studerende Mike Vestergaard fra DTU Fødevareinstituttet. Han har udvalgt nogle bakterier, som er effektive og kan leve under vanskelige forhold (nærings- og iltfattigt).

Derefter har han udstyret bakterierne med nye gener. De nye gener kan for eksempel få bakterierne til at udskille proteiner som dem, man ellers kender fra køer.

Et bud på en velegnet bakterie kunne være cyanobakterier, der ligesom planter bruger fotosyntese til at danne stoffer, herunder ilt, som astronauterne også kan bruge. Cyanobakterier er normalt ikke kræsne og gnasker gerne både sten og Mars-støv i sig. Marsjorden indeholder nemlig alle kritiske stoffer som kulstof, brint, ilt, nitrogen, fosfor og svovl samt mindre mængder af bl.a. magnesium, jern, calcium og zink. Så alle de rette ingredienser for at bakterierne kan ånde og spise, er til stede.

I princippet kunne cyanobakterier derfor både levere mad, ilt og brændstof til en eventuel hjemtur til jorden. Planen er, at astronauterne kan medbringe små rør, der indeholder en ’surdej’ af modificerede cyanobakterier, som kan

Figur 21. Astronaut spiser en dejlig ret dyrket af bakterier.

producere lidt af hvert. De udviklede teknologier har stort potentiale, da de med stor sandsynlighed også vil kunne gøre nytte i udviklingslande og under tørkeperioder.

Der er dog endnu en del overvejelser og problemer, der skal løses før bakterierne er klar til at levere mad og andre fornødenheder. Spiller det en rolle, at bakterierne skal vokse i et miljø, hvor effekten af tyngdekraften er meget mindre end på jorden? Hvad gør det ved den proces, som fungerer fint her på Jorden? Er kvaliteten af de bakterier, som dyrkes i vægtløshed den samme som på Jorden? Hvordan sik-

rer vi, at bakterierne mod det højere strålingsniveau, som er rummet? Det er bare nogle af de spørgsmål, der skal besvares i den nærmeste fremtid.

Selv hvis kolonialiseringen af Mars aldrig skulle lykkes, så er det som med så meget anden rumteknologi; den ender ofte med at blive brugt i ganske jordiske sammenhænge. Vidste du for eksempel, at teknikken til frysetørring blev opfundet for at holde astronauternes mad frisk og velsmagende? På samme måde kan astronauternes bakteriefabrikker ende med at gøre stor nytte, når der skal sikres mad til den stigende befolkning i verden.

7.0 TEST DIG SELV – Hvad har du læst

 Hvad er en prokaryot?

 Hvad er en eukaryot?

 Nævn fem områder, hvor vi har gavn af bakterier.

 Nævn tre sygdomme, der skyldes bakterier.

 Hvordan behandles virussygdomme?

 Hvor stammer den første antibiotika fra?

 Nævn tre områder, hvor samfundet skal gribe ind for at mindske antibiotikaresistens.

 Nævn tre forsknings-projekter, der kan hjælpe på problemet med antibiotikaresistens.

 Hvordan virker UV-C lys på bakterier og virus?

 Hvorfor virker hydrogenperoxid desinficerende?

 Nævn to måder bakterier kan udvikle antibiotikaresistens på.

 Hvorfor er det interessant at lede efter nye bakterier og svampe, når man vil udvikle ny medicin?

 Hvilken betydning har evolution for antibiotikaresistens

 Hvilke mekanismer benytter en halofil bakterie for at leve i et saltholdigt miljø?

 MinIon har gjort det billigere, hurtigere og meget nemmere at sekventere DNA. Hvordan virker den?

Mikroorganismer: Svære at leve med, umulige at leve uden

Antibiotika: Lægemidler, som dræber eller hæmmer mikroorganismer. Stofferne dannes naturligt af svampe, bakterier og planter. Som lægemiddel er de dog oftest produceret i en kemisk proces i et laboratorie.

Bredspektret antibiotika: Antibiotika, som virker mod flere typer bakterier.

Cellemembran: En celle-membran er den hinde, som holder sammen på en celle. Den beskytter cellen mod omgivelserne og sørger for, at kun de rigtige stoffer kommer ind og ud af cellen.

Cellevæg: En celle-væg er en hård skal, der omgiver cellemembranen hos bakterier, planteceller og mange svampe. Cellevæggen afstiver cellen, så den kan holde sin form og kan danne strukturer, når flere celler sidder sammen.

Cytoplasma: Geleagtig væske, der fylder bakteriens indre ud.

Denaturering: En proces, hvor den tre-dimensionale struktur af proteiner, DNA og RNA, ødelægges. Det sker for eksempel ved opvarmning eller tilsætning af syre. Nedbrydningen ses tydeligt ved kogning af æg, hvor æggehviden går fra at være flydende og næsten gennemsigtig til fast og helt hvid. Når molekylerne mister deres struktur mister de også deres egenskaber.

Desinfektion middel: Midler, der kan dræber mikroorganismer.

Desinficere: At dræbe mikroorganismer i et område. Eller at fjerne mikroorganismer fra et område.

DNA: DNA er forkortelsen af det engelske ord de-oxy-ribo-nucleic acid. På dansk kaldet de-oxy-ribo-nuklein-syre. Det er et stort molekyle, der ligner lidt en mussetrappe. Det indeholder vores gener og udgør vores arvemateriale.

DNA sekvenser: Stykker af DNA.

Enzym: Enzymer er proteiner, der virker som katalysatorer. Katalysatorer er stoffer, der får en kemisk proces til at foregå hurtigere og med et lavere energiforbrug end uden katalysatoren. Katalysatoren bliver ikke selv forbrugt under processen, men kan genbruges igen og igen. Du danner selv mange forskellige enzymer. Nogle af dem indgår i din fordøjelse. Der er for eksempel, et der hedder amylase. Det klipper stivelse (lange kulhydrater) til mindre stykker kulhydrater.

Epidemi: Stor forekomst af en bestemt sygdom hos et større antal mennesker inden for kort tid kaldes en epidemi. Ordet anvendes som regel om infektionssygdomme. For eksempel influenza, roskildesyge, skoldkopper, kolera eller aids.

Eukaryot: Eu-karyot betyder ”med kerne”. Dyre-, svampe- og plante-celler kaldes eukaryoter. Det er fordi deres kromosomale DNA er beskyttet af en membran rundt om det. Når man så kigger på cellen i mikroskop ser det ud som om cellen har en kerne.

Genom: Den samlede genetiske information, der er i en persons DNA.

HIV: HIV er forkortelsen for Human-immundefekt-virus. Et virus, som angriber en persons immunforsvar.

Immunforsvar: Immunforsvaret er kroppens forsvar mod infektioner og fremmede eller unormale celler. Det består af en række specialiserede celler, som genkender og angriber mikroorganismer, parasitter og vores egne celler, hvis de får det dårligt. På den måde beskytter immunforsvaret os mod sygdomme.

Implantater: Implantat er her en betegnelse for materialer man kan sætte ind i kroppen for at erstatte dele, som ikke virker mere. Det kan for eksempel være en tand eller en hofte.

Kolera: Diarrésygdom forårsaget af bakterien Vibrio cholerae. Patienten kommer på grund af den voldsomme diarré hurtigt i underskud af væske og salte (dehydrering). I disse tilfælde kan dødeligheden være op til 50 %, men med den rette behandling i form af væsketerapi er dødeligheden under 1 %. I dele af verden, hvor kolera er almindeligt forekommende er der mange mennesker, som bærer bakterien uden symptomer.

Kronisk: En kronisk sygdom er en langvarig sygdom eller en sygdom, som kommer igen gang på gang. Det kan også være en uhelbredelig om sygdom.

Louis Pasteur: En fransk biolog, der levede fra 1822 til 1895. Han bidrog med afgørende viden om, hvordan gærceller og bakterier indgår i gærings og syrningsprocesser. Han opfandt også pasteurisering. En proces, som dræber bakterier i fødevarer. For eksempel mælk.

Modificerede bakterier: Bakterier, hvor mennesker har ændret i deres DNA, så de har opnået en ny egenskab. For eksempel kan de få indsat et gen fra en vandmand, så de kan lyse eller et gen, der får dem til at producerer et stof man kan bruge i medicinal industrien.

Open-Source: Betegnelsen open-source bruges om computerprogrammer, som er frit tilgængelige for alle. At alle har adgang til programmet betyder, at alle i princippet kan ændre og forbedre programmerne.

Osmolalitet: Osmolalitet, er et mål for det antal molekyler, som er opløst i et kilo af opløsningen.

Osmotisk tryk: Det tryk en opløsning skal påføres for at bringes i ligevægt med en ren væske (Hvis du er særligt interesseret kan du læse mere i kapitel 2).

Probiotika: Pro-biotika er levende bakterier, som bliver tilsat fødevarer eller kosttilskud. De menes at være gode for vores helbred.

Prokaryot: Pro-karyot betyder ”før kerne”. Bakterier kaldes pro-karyote, fordi deres DNA ikke er omkranset af en membran som det er i eu-karyote celler. Pro-karyote celler opstod før de eu-karyote celler.

Protein: Proteiner er sammensat af en lang række af aminosyrer. Kæden af aminosyrer er foldet i en tre-dimensionel struktur, som er særlig for hver type protein og er vigtig for deres funktion. Opskriften til dine proteiner ligger i dit DNA. Proteiner har mange forskellige egenskaber. De bestemmer din hårfarve. De virker som enzymer, der nedbryder din mad. De er byggestenen i dine muskler samt mange andre ting.

Præbiotika: Præ-biotika er fødevare, der stimulerer væksten af de gode bakterier i tarmen som vi allerede har.

Proteinmembran: Tynd hinde, som hovedsageligt består af proteiner.

Replikationssystem: De processer der indgår i kopieringen (replikationen) af en celles DNA umiddelbart før den deler sig.

Resistens: Resistens er en organismes evne til modstand. For eksempel en bakteries evne til at overleve behandling med antibiotika.

Ringformede-DNA: Ring-formet-DNA hedder også et plasmid. Det er et lille, ring-formet stykke DNA. DNAet kan indeholde forskellige typer gener og kan derfor give organismen forskellige egenskaber. Det kan være evnen til at modstå antibiotika. Ring-formet-DNA findes især hos bakterier og kan overføres mellem bakterier.

RNA: RNA er forkortelsen af det engelske ord ribo-nucleic-acid. På dansk kaldet ribo-nuklein-syre. Det er et aflangt molekyle. Det er en vigtig del af alle cellers maskineri. Det er blandt andet bindeled mellem DNA og dannelsen af proteiner. Dog har mange virus har RNA som arvemasse og altså ingen DNA.

Mikroorganismer: Svære at leve med, umulige at leve uden

Sekventere: Sekventere er en metode til at bestemme rækkefølgen af de fire baser (Adenin, Guanin, Cytosin, Thymin) i et stykke DNA eller RNA.

Skarlagensfeber: Udslæt på huden og tungen i forbindelse med halsbetændelse. Udslettet skyldes bestemte bakterierne kaldet streptokokker, der danner et giftstof. Man kan kun få skarlagensfeber én gang i livet.

Smal-spektret antibiotika: Antibiotika, som kun virker mod en type bakterier.

Stofskifte: Stofskifte er betegnelsen for omsætning af energi hos levende organismer. Alle levende organismer har et stofskifte, som omsætter energi til basale funktioner som vejrtrækning, kredsløb, stoftransporter og varme eller ydre arbejde som muskel-arbejde.

Strengformet DNA: Streng-formet DNA er kromosomale DNA hos bakterier.

Svovl og saltsøer: Søer og områder med højt indhold af grundstoffet svovl eller forskellige salte.

Symbiose: Symbiose er et ord for at to forskellige arter lever sammen. De bekæmper ikke hinanden. Derimod har de gavn af hinanden. Enten i form af beskyttelse eller nærringsstoffer.

Tarmmikrobiom: Antallet og typen af bakterier,vira og mikro-svampe, der lever i dine tarme. I daglig tale kalder vi det ofte tarm-flora, men det har altså ikke noget med blomster at gøre.

WHO: WHO er forkortelsen for World Health Organization. På dansk hedder den Verdens-sundheds-organisationen. WHO hjælper regeringer med at forbedre deres sundhedsvæsen. De bekæmper smitsomme sygdomme, som for eksempel malaria, tuberkulose, aids og influenza. De koordinerer flere børne-vaccinations-programmer og så har de startet en større kampagne for at mindske problemet med antibiotika-resistens.

En megastor by bruger megameget vand

Rent vand til alle også i fremtiden I Danmark har vi stadig nok drikkevand, men klimaforandringer, voksende global befolkningstal og stadigt større byer udfordrer drikkevandsforsyningen og spildevandshåndteringen globalt. Dette kapitel giver indblik i fremtidens megabyer. Vi kommer ind på de udfordringer, der opstår, når der skal skaffes rent drikkevand til flere milloner indbyggere. Kapitlet kommer også ind på, hvordan vi kan sikre byerne mod tørke og oversvømmelse i takt med klimaforandringer.

Foto: Getty images.

Jakarta 19 30

Stinkende slam giver varme i huse og gødning på markerne

Fremtidens by kan klare fremtidens klima 31

Hvad sker der i dette kapitel?

 Hvad er megabyer?

 Hvilke udfordringer er der ved at bo i en megaby?

 Hvordan får vi drikkevand i Danmark?

 Hvordan får de drikkevand i andre lande?

 Hvordan skaffer man nok rent drikkevand til alle i en megaby?

 Hvordan håndterer man spildevand fra flere millioner indbyggere?

 Hvordan sikrer vi vores byer mod ændringer i nedbør?

 Hvordan får vi drikkevand i fremtiden?

 Hvad gør vi ved alt vores spildevand i fremtiden?

Se en film der introducerer dig til klimaforandringer:

https:// www.youtube.com/watch? v=4NIyBTQX dro&t=

1.0 Vi flytter til byen

Verdens befolkning flytter i stigende grad mod byerne, hvor mulighederne for job og investeringer er størst. Faktisk er vi så ivrige efter at bo i en by, at FN i 2009 konstaterede, at over halvdelen (54%) af Jordens befolkning nu bor i byområder. I 1950 boede 30% af Jordens befolkning i byområder. Man regner med, at i 2050 vil 66% af verdens befolkning bo i byområder (Kilde: FN).

En så stor og tæt befolkning udfordrer drikkevandsforsyningen og giver større mængder spildevand, der skal håndteres.

Samtidigt står verden over for klimaforandringer. Nogen steder giver det

øget nedbør, som skal håndteres for ikke at give oversvømmelser, men øget nedbør kan også blive en del af vandforsyningen i byen. Andre steder giver klimaforandringerne lange tørre perioder uden regn. Det er skidt for afgrøder og nogen steder også drikkevandsforsyningen.

At løse disse udfordringer kræver en tværfaglig indsats. Der sidder derfor personer med meget forskellige uddannelser og prøver at sikre, at byerne har nok drikkevand af god kvalitet. De sikrer også, at byerne kan håndtere de store mængder spildevand og kan modstå kraftig regn og øget havniveau.

I Danmark vokser de store byer. På billedet ses Ørestad Syd, som er en ny bydel i København. Billedet viser byggepladser, hvor der bygges tusindvis af nye boliger. Foto; ørestad.dk

2.0 Hvad er en megaby?

En megaby er en by, hvor der bor over 10 millioner indbyggere og der bor over 2000 mennesker per kvadratkilometer. I dag er der cirka 31 megabyer. Tokyo i Japan er den største og har et indbyggertal på 38 millioner. Antallet af megabyer er i stadig vækst. De sidste 30 år er der kommet 20 nye megabyer til og man regner med, at der vil komme 10 mere inden 2030.

Hvornår en by når over 10 millioner indbyggere ved man ikke altid med sikkerhed. Det kan nemlig være svært at vide, hvor mange indbyggere, der præcist bor i en by. Ofte vokser store byer sammen med deres nabobyer. Derfor er det svært at finde ud af,

hvor den ene by slutter og den anden begynder. Det gør det svært at afgøre, hvor mange mennesker, der bor i byen. En anden faktor er også, at det ikke er alle, der flytter til byen eller forlader den igen, som registreres.

Alt i alt betyder det, at der er flere forskellige bud på antallet af megabyer i verden.

Hvor ligger megabyerne?

FN forventer, at de fremtidige megabyer hovedsageligt vil ligge i Asien, Afrika og Sydamerika. FN kalder det ”Det globale syd”. Her sker en voldsom urbanisering. Mennesker flytter fra fattige landområder for at få del i væksten i byerne.

Kortet viser 15 af verdens megabyer. De blå runde cirkler er byernes placering. Fra hver cirkel går der en streg ud til navnet på megabyen. Med blåt står der antallet af indbyggere i 2011. Under det blå tal står der med sort, hvor mange indbyggere man forventer megabyen har i år 2025. Tallet i parantesen er væksten i indbyggere angivet i procent. Illustration: statista.com

FAKTA

Mennesker har gennem historien flyttet mod byerne, men tilflytningen steg kraftigt i forbindelse med industrialiseringen i slutningen af 1800-tallet og har været høj siden.

Hvilken indflydelse tror I, at de sociale medier kan have på tilflytningen til større byer?

FAKTA

I 2007 boede der for første gang flere mennesker i byer end på landet. Dette årstal står derfor som en milepæl i urbaniseringens historie.

(Kilde: FN’s rapport ”World Urbanization Prospects 2014”).

FAKTA

I 1950 var verdens befolkning på 2,6 milliarder mennesker, hvoraf 0,8 milliarder, svarende til 30 %, boede i byerne.

(Kilde: FN’s rapport ”World Urbanization Prospects 2014”).

FAKTA

I 2014 var verdens befolkning på 7,2 milliarder mennesker, hvoraf 3,9 milliarder, svarende til 54 %, boede i byerne. (Kilde: FN’s rapport ”World Urbanization Prospects 2014”).

Se en film om hvorfor vi flytter til byen: https://www.youtube.com/ watch?v=fKnAJCSGSdk

Hvorfor vokser byerne?

Når byerne vokser, skyldes det, at folk flytter fra landet og mindre byer og ind til de store byer. Det kaldes urbanisering. Urbanisering skyldes ofte, at folk er fattige og håber at kunne få arbejde og tjene penge i de store byer. Mange flytter også til byerne for at få en uddannelse. Det er dog ikke altid, at det lykkes for dem. Mange mennesker ender med at blive fattige og bo i de store byers slumområder. I slumområderne mangler der ofte kloakker. Det betyder, at mange mennesker bliver syge, fordi de kommer i kontakt med toiletaffald. Husene kan også være dårligt byggede og indbyggerne er derfor meget udsatte ved for eksempel en oversvømmelse.

Meget af den nuværende vækst af byerne i udviklingslandene foregår derfor ikke som følge af statslige planer. Det er snarere en konsekvens af en nærmest ustyrlig proces. Tilflyttere slår sig ned, hvor de nu har mulighed for det. Ofte må de bosætte sig i slumområder. Typisk er der ikke nogen registrering af hvem, der flytter til byen og hvor de slår sig ned. I flere lande er der ingen velfungerende politisk styring, der kan lede og fordele bosætningen på en hensigtsmæssig måde.

Liste over megabyer

Der findes flere lister over de største byer i verden. Denne liste over megabyer er fra FN-udgivelsen ”The World’s Cities in 2016”.

Figuren viser stigningen i andelen af mennesker, som bor i byerne og faldet af mennesker, der bor på landet. De mørke personer er byboer og de gule er personer, som bor på landet eller i mindre byer. Illustration: GeoKnow.net

1 Tokyo, Japan 38,1 mio

2 Delhi, Indien 26,5 mio.

3 Shanghai, Kina 24,5 mio.

4 Mumbai (Bombay), Indien 21,4 mio

5 São Paulo, Brasilien 21,3 mio.

6 Beijing, Kina 21,2 mio.

7 Ciudad de México (Mexico City), Mexico 21,2 mio

8 Kinki M.M.A. (Osaka), Japan 20,3 mio.

9 Al-Qahirah (Cairo), Egypten 19,1 mio.

10 New York-Newark, USA 18,6 mio

11 Dhaka, Bangladesh 18,2 mio.

12 Karachi, Pakistan 17,1 mio.

13 Buenos Aires, Argentina 15,3 mio.

14 Kolkata (Calcutta), Indien 15,0 mio.

15 Istanbul, Tyrkiet 14,4 mio.

16 Chongqing, Kina 13,7 mio.

17 Lagos, Nigeria 13,7 mio.

18 Manila, Filippinerne 13,1 mio

19 Guangzhou, Guangdong, Kina 13,1 mio.

20 Rio de Janeiro, Brasilien 13,0 mio.

21 Los Angeles-Long Beach-Santa Ana, USA 12,3 mio

22 Moskva (Moscow), Rusland 12,3 mio.

23 Kinshasa, DR Congo 12,1 mio.

24 Tianjin, Kina 11,6 mio

25 Paris, Frankrig 10,9 mio.

26 Shenzhen, Kina 10,8 mio.

27 Jakarta, Indonesien 10,5 mio

28 Bangalore, Indien 10,5 mio.

29 London, Storbritannien 10,4 mio.

30 Chennai (Madras), Indien 10,2 mio

31 Lima, Peru 10,1 mio.

Fremtidens megabyer?

Samtidigt med, at de nuværende megabyer vokser sig større, forventer FN, at der i 2030 vil være 41 megabyer i verden, altså ti flere end i 2016. De nye megabyer vil ifølge FN højst sandsynligt være:

• Lahore, Pakistan

• Hyderabad, Indien

• Bogotá, Colombia

• Johannesburg, Sydafrika

• Bangkok, Thailand

• Dar es Salaam, Tanzania

• Ahmanabad, Indien

• Luanda, Angola

• Ho Chi Minh City, Vietnam

• Chungdu, Kina

I Danmark planlægges og bygges flere nye kvarterer i forbindelse med de store byer. Hvilke overvejelser forestiller I jer, at der gøres i forbindelse med etableringen af et nyt kvarter?

Den blå boks viser FN s liste over megabyer i 2016.

Kilde: ”The World’s Cities in 2016”.

2.0 Det van(d)vittige ved vand

FAKTA

Man har vedtaget, at 1 kubikdecimeter vand (ved 4 °C) fylder 1 liter og vejer 1 kilogram.

FAKTA

En kemisk binding, hvor to atomer bidrager med en elektron hver, kaldes også en kovalent binding.

FAKTA

Et atom består af en lille, men meget tung kerne. Rundt om kernen er der en sky af en eller flere elektroner.

FAKTA

Jo flere elektroner et atom har jo højere et nummer har atomet i det periodiske system.

Dette kapitel handler om, hvordan vi skaffer rent drikkevand til alle og sikrer os mod oversvømmelse. Men al den snak om vand giver en oplagt mulighed for at kigge nærmere på vand som materiale. Vand er nemlig et ret specielt materiale og det at kende til dets egenskaber kan være med til at give dig kreative ideer, når du arbejder med teksten og opgaverne. At du kender vands egenskaber vil også hjælpe dig til at forstå vandets kredsløb og betydningen af vand i din krop. Hvis vi starter med os selv, så består vi af ca. 65-70% vand og skal have tilført vand hver dag. Vandet i vores krop fungerer som opløsningsmiddel, så stoffer kan transporteres rundt i hele kroppen. Vandet i kroppen hjælper også til at fordele varme rundt i kroppen. Transporten af stoffer og varme rundt i kroppen sker hovedsageligt via blodet.

Hvordan ser det ud?

At det netop er vand, som er blevet livets molekyle, er nok ikke så underligt, hvis man kigger nærmere på dets egenskaber.

Vand er et af de mindste molekyler. Molekylet: Det er bygget af tre atomer, nemlig to hydrogenatom (brint) og et oxygenatom (ilt) atom.

Hydrogenatomet har en elektron omkring sig og oxygen har otte.

Når atomer danner molekyler, vil elektronerne helst sidde sammen som par. Når elektronen i hvert hydrogen atom danner par med hver sin elektron fra oxygenatomet dannes den kemiske

binding, som holder vandmolekylet sammen Denne type binding kaldes en kovalent binding. De tre atomer sidder nu sammen og danner et vandmolekyle. De kovalente bindinger er meget stærke, de brydes først ved temperaturer over 3000 grader celsius.

Ladning: Vandmolekylet er egentligt neutralt ladet, da det har 10 positive protoner og 10 negative elektroner. Men ladningen er ulige fordelt, så den side af atomet, hvor hydrogenatomerne sidder, er positivt ladet og den side af molekylet, hvor oxygenatomet sidder, er negativt ladet.

En-to-mange vandmolekyler

Når to eller flere vandmolekyler sidder sammen, sidder de sammen med hydrogenbindinger. De er svage bindinger og er årsag til vands helt særlige egenskaber. Derfor vil du igen og igen høre, at svaret på en given egenskab ligger i de svage hydrogenbindinger.

Hydrogenbindinger: Når flere vandmolekyler sætter sig sammen, har den negative ende af vandmolekylerne en tendens til gerne at ville binde sig til den positive ende af deres nabo-vandmolekyler - de tiltrækkes af hinanden. Derved opstår der en binding mellem vandmolekylerne, og det er dem, vi kalder hydrogenbindinger. Se tegning nedenfor.

Overfladespænding

Overfladespænding er et fænomen du kender fra runde vanddråber på et blad. Du ser det også tydeligt, når du hælder et glas vand op til lidt over kanten af glasset, så står vandet som en bue uden at løbe ud over kanten.

Årsagen, til at det kan lade sig gøre, er vandmolekylernes tiltrækning af hinanden. Vandmolekyler i midten af en mængde vand tiltrækkes af vandmolekyler fra alle retninger og danner hydrogenbindinger. Vandmolekyler ved overfladen tiltrækkes af vandmolekyler fra siden og under sig, men ikke fra oven. Netop fordi der ikke trækkes i vandmolekylerne ovenfra kommer overfladen til at krumme. Prøv at se på pilene på tegningen nedenunder.

Tegningen viser vandmolekyler i overfladen og i midten af et glas vand. De blå bolde illustrerer vandmolekyler og de røde pile hydrogenbindingerne mellem vandmolekylerne. Du kan se, at vandmolekylet i midten af glasset hives i fra alle sider, hvor vandmolekylerne i toppen af glasset kun tiltrækkes nedefra og fra siden. Det giver den runde overflade som du også kan se på et blad med vanddråber.

FAKTA

En hydrogenbinding mellem to vandmolekyler holder i cirka et picosekund. (10-12 sekund).

Se en film om vands overfladespænding: https://www.youtube.com/ watch?v=pmagWO-kQ0M

OPGAVE HÆFTE ?

Prøv øvelse 2.3 om vands varmekapacitet.

?

Din krop består af ca. 70% vand. Hvad ville der ske med din kropstemperatur hvis vands varmekapacitet var lavere?

FAKTA

Der skal 33,5 KJ til for at opvarme vand fra stuetemperatur (20 ˚C) til 100 ˚C, hvorimod, der kun skal 13,3 KJ til for at opvarme olivenolie fra 20 ˚C til 100 ˚C.

Varmekapacitet

Vand har en meget høj varmekapacitet. Det betyder, at det koster meget energi at varme vand op og at varmt vand indeholder meget energi, som det skal afgive igen for at køle ned. Det betyder, at vand er fantastisk til at udligne temperaturer. Det kan du opleve i et område langt fra kysten (fastlandsklima). Her svinger temperaturen meget mere end ved et kystområde (kystklima), hvor havets varmekapacitet modvirker store temperaturudsving.

Et andet eksempel på, hvor du kan opleve vands varmekapacitet er i din krop. Vands høje varmekapacitet sikrer også vores krop mod for store temperaturudsving. Vores kropstemperatur skal helst holdes indenfor nogle tiendedele af en grad, mellem 36.5-37.5 grader celcius. Hvis vands varmekapacitet var lavere (eller hvis vi indeholdt langt mindre vand) ville det være meget mere kompliceret at holde så jævn en kropstemperatur.

Fordampningsvarme

Fordampningsvarmen er præcis den mængde energi, der skal bruges for at få et gram af et stof til at fordampe. Fordampningsvarmen af vand er særligt høj.

Den høje fordampningsvarme gør, at vi kan komme af med store mængder varme og kun bruge en relativ lille mængde vand på det. Det mindsker risikoen for dehydrering

Vands høje fordamningsvarme er også årsagen til, at du fryser, når du står ud af badet og indtil du får fat i håndklædet. Vandet optager nemlig varme fra kroppen, så det i sidste ende fordamper, hvis altså du ikke tørrer det af med håndklædet.

Den energi, der bruges til at få et gram vand til at fordampe, er præcist den samme, som der frigives, når det kondenserer (fortætter) igen. På den måde er vand med til at transportere varme rundt i atmosfæren.

Tilstandsformer

Vand kan som andre materialer befinde sig i tre tilstandsformer: flydende (vand), på fast form (is) eller som gas (vanddamp).

Flydende (vand): Når vand er i sin flydende tilstandsform bevæger molekylerne sig rundt mellem hinanden og danner og bryder hydrogenbindinger mellem sig.

Gas (vanddamp): Når der skrues op for temperaturen kommer der så meget fart på vandmolekylerne, at de ikke kan danne bindinger med hinanden og de kommer længere væk fra hinanden. Den længere afstand mellem molekylerne gør, at massefylden bliver mindre end for flydende vand. Fast form (is): Omvendt, når temperaturen sænkes til 0 ˚C, bevæger vandmolekylerne sig næsten ikke. De danner bindinger til nabomolekylerne, så der opstår en gitterform. Gitterformen gør, at de fylder mere end de gør i flydende form, hvor de godt kan flette sig

Vands tre tilstandsformer

lidt ind mellem hinanden. Derfor er massefylden af is også lavere, end den er for flydende vand.

Det er temperatur og tryk, som afgør hvilken af de tre tilstandsformer et stof befinder sig i. Jo lavere trykket er, jo lavere temperatur behøves før vand koger og går på gasform. Omvendt, jo højere tryk, jo højere temperatur skal der til før vand begynder at koge og går på gasform. For eksempel koger vand ved en lavere temperatur på toppen af Mount Everest. Og der kan være varme kilder på bunden af oceaner, hvor trykket er så højt, at vand først koger og går på gasform over 100 ˚C. I det daglige befinder vi os ved 1 atmosfæres tryk og her koger vand (går på gasform) ved 100 ˚C og fryser til is (går på fast form) ved 0 ˚C.

Kan vand trykkes sammen?

Du har helt sikkert observeret, at vand ikke lige lader sig presse sammen. Du kan ikke lige presse lidt ekstra vand i vandflasken og så skynde dig at lukke den. Det går bare ikke. Men hvad nu, hvis man gjorde sig virkelig umage, kunne man så trykke vand lidt sammen? Få vandmolekylerne flettet tættere sammen? Faktisk så er vandet på bunden af Marianergraven under så stort tryk fra alt vandet over det, at det er presset lidt sammen – ca. 5%.

Årsagen til, at det er så svært at trykke sammen ligger igen i hydrogenbindingerne mellem vandmolekylerne. For selvom hydrogenbindingerne holder vandmolekylerne tæt sammen er de også årsag til, at der er en vis afstand mellem dem, så de enkelte molekyler ikke kan pakkes tættere.

FAKTA

Ved kysterne er der mindre udsving i temperaturerne. Det skyl des vands høje varmekapacitet, men også at der er større omrøring i havet, så der hele tiden kommer nyt vand til som udligner luftens temperatur. Længere inde i landet ændrer de øverste jordlag hurtigt temperatur alt efter indstråling og derfor ændrer luftens temperatur sig også hurtigere.

Når du tænker på vands varmekapacitet. Hvor i Danmark eller i verden vil du mene, at der er store temperaturudsving henover døgnet og året?

FAKTA

Det er vinklerne mellem hydrogenatomerne og længden på hydrogenbindingerne, som er afgørende for strukturen af iskrystaller og hvordan vandmolekyler kan pakkes.

Hvis du er bjergbestiger og sidder højt oppe ad bjerget Mount Everest. skal dit æg koge i længere eller kortere tid, før det er klar til at spise?

Fast form (is) Flydense form (vand) Gasform (damp)

Se en film om havstrømme: https://www.youtube.com/ watch?v=UuGrBhK2c7U

Hvordan ville havstrømmene være, hvis vand var tungest i fast form?

Densitet – kun toppen af isbjerget

En liter vand vejer cirka 1 Kg. Det vil sige, at densiteten er 1 gram/cm3. Det gælder dog kun for vand, som er 4 ˚C. Vand, der er varmere eller koldere end 4 ˚C er lidt lettere. At vand er tungest ved 4 ˚C er afgørende for, at vand fryser fra overfladen. Vand, der er koldere end 4 ˚C vil altså flyde ovenpå og derfor vil det altid være oppefra, at isen dannes. Denne egenskab har været afgørende for udviklingen af det biologiske liv. Det frosne vand har lagt sig som en isolerende iskappe ovenpå det flydende vand.

Det, at vand har sin højeste densitet ved 4 ˚C har stor betydning for, hvordan varmt og koldt vand transporteres rundt på kloden – havstrømme.

Vand som opløsningsmiddel

Vand er et godt opløsningsmiddel. Prøv bare at tænke på, hvor mange væsker du kan komme i tanke om, som egentligt er ”noget” opløst i vand - mælk og andre drikkevarer, havvand, dit eget blod og så videre. Vands evne til at opløse stoffer skyldes, at den elektriske ladning af vandmolekylerne er ulige fordelt - molekylet er polært.

Grafen viser vands densitet ved forskellige temperaturer. Den blå del af grafen er densiteten under frysepunktet. Den orange del af grafen viser vands densitet ved temperaturer over frysepunktet. En del af den orange graf er mørkere. Den mørke del er vist forstørret, så det er lettere at se, at densiteten er højest ved 4 ˚C. Under frysepunktet falder densiteten brat. Det er dette fald i densitet, der gør, at is flyder. Illustration: Robert Jensen

Tegningen viser salt opløst i vand ionen Na+ binder sig ved den negative side af vandmolekylet og ionen Cl- ved positive side af vandmolekylet. Tegning: Lykke Bianca Petersen.

Vands densitet ændrer sig, når et stof opløses i det. For eksempel er densiteten af saltvand højere end ferskvand Hvis vi tager saltvand som et eksempel på en opløsning. Hvad sker der i vandet, når vi kommer salt i og det ”forsvinder” ud i vandet? Salt er en ionforbindelse. Natrium og chlorid er ioner

-Cl- og Na+. Som almindeligt bordsalt sidder Cl- og Na+ sammen i et krystalgitter. Når du kommer salt i vand opløses gitteret ved, at natriumionerne søger mod den negativt ladede del af vandmolekylet og chloridionerne mod den positive del af vandmolekylet.

Hvad driver vandets kredsløb? ?

3.0 Vandets kredsløb

Hvorfor begynder en sky at regne?

Hvad betyder det for vandets kredsløb, at gletchere og indlandsis smelter med øget hastighed? ?

Alt jordens vand indgår i et stort dynamisk kredsløb. Havets vand fordamper og danner skyer, der driver ind over land. Her falder det ned som regn, sne eller andet nedbør. Noget fordamper igen, noget løber ud i havet eller i vandløb og søer. Endeligt siver noget af det også ned i jorden og bliver til grundvand.

Langt det meste af jordens vand (97 %) befinder sig i havene. Herfra er der et

Se også en film om vandets kredsløb: https://vandetsvej.dk/ vandets-kredsloeb

stort hop ned til andenpladsen, som er vand i fast form. To procent af jordens vand er bundet som is i gletchere og ved polerne. Under 1% af vandet ligger som grundvand i vores undergrund. En endnu mindre del strømmer i floder, vandløb og søer. Den mindste andel af jordens vand er som vanddamp i luften omkring os, skyer på himlen eller som nedbør.

På tegningen kan du se, hvordan vand ændrer tilstandsform og flyttes rundt i atmosfæren, jordoverfladen og i undergrunden. Hvis du gerne vil se tegningen i en større udgave, så klik her: https://prd-wret.s3-us-west-2.amazonaws.com/assets/palladium/ production/s3fs-public/atoms/files/water-cycle-schools-danish.pdf

Sublimation

Snesmeltning Afstrømning jordoverfladenpå

tror

hver eneste regndråbe fra skyerne eller hver eneste glas vand du drikker, er helt nyt, men det har altid været her og er en del af vandkredsløbet.

Atmosfære Fordampning

Afstrømning jordoverfladenpå

Udsivning

Fortætning

Fordampning

Grundvandsstrømning

4.0 Drikkevand

En af de store udfordringer ved megabyer er at skaffe nok rent drikkevand til mange mennesker på et forholdsvis lille areal. Derfor ser vi nu på de forskellige måder at skaffe drikkevand til en befolkning. Både de traditionelle og senere på nye metoder. Overordnet kan man få drikkevand fra følgende:

• Grundvand

• Overfladevand (søer, kilder og floder)

• Havvand

Grundvand

Danmark er faktisk speciel i det, at vi får næsten alt vores vand fra grundvand. Grundvand hentes fra vores undergrund. Det dannes, når nedbør siver ned gennem jordlagene. Det kan tage lang tid for vandet at sive ned gennem jorden. I Danmark er der meget ler i jorden. Vand har svært ved at trænge gennem ler, så hvis der er et jordlag med ler forhindrer det vandet i at sive længere ned. Derfor ophobes vandet over områderne med ler. I andre lande kan det være klippe, der forhindrer vandet i at trænge længere ned. Det er disse vandmættede jordlag, vi kalder grundvandsspejlet og her henter vi vores grundvand.

Tabellen viser, hvor forskellige lande får deres drikkevand fra. Du kan se tabellen i større udgave her: https://vandetsvej.dk/drikkevand-i-resten-af-verden

Grundvand er betegnelsen for det vand, der er under kontinenternes overflade.

I opgave 2.5 i opgavehæftet kan du bygge din egen model af et vandværk.

Se en film om grundvand: https://vandetsvej.dk/ grundvand

FAKTA

Læs mere om vandværkerkets omdannelse af grundvand til drikkevand på: https://www. vandetsvej.dk/normal-vandbehandling og https://vandetsvej.dk/vandbehandling

Se også en film om et vandværk: https://vandetsvej.dk/ vandvaerk

Indhold i grundvandet

Mens vandet siver ned gennem jordlagene filtreres det og afgiver stoffer til jordlagene, men det modtager også nye stoffer. Hvilke stoffer, der ender med at være i vandet afgøres af den jord, det siver gennem. De fleste af stofferne er mineraler, metaller og salte, som er ufarlige eller ligefrem gavnlige for os i de rette mængder. Hvis vandet var helt fri for salte og mineraler ville det ikke smage af noget. Derudover har planter og dyr brug for nogle af de mineraler og salte, der er opløst i vandet.

Det kan dog ske, at usunde stoffer finder vej ned til grundvandet. Det kan være sprøjtemidler fra landbrug og private haver eller fra en forurenet grund.

Rensning af grundvand

Når vi i Danmark pumper grundvand op, indeholder det relativt få opløste stoffer. På vandværket gennemgår vandet derfor kun to simple processer før det kan sendes ud til vores vandhaner. Først iltes vandet og bagefter filtreres det. Ved iltningen fjernes gasser som metan og svovlbrinte. I filteret fjernes jern og mangan.

Tegningen viser vandets vej fra vores undergrund til det komer ud af vandhanen hjemme i vores boliger. Tegning Niels Poulsen, vandetsvej.dk

Jakarta – byen der synker

Jakarta er hovedstaden i Indonesien. Den er en megaby på over 10 millioner indbyggere. Men byen har et stort problem. Byen synker under indbyggerne. Byen ligger i dag 4 meter lavere end for 30 år siden og synker fortsat med 7-10 cm om året. Årsagen til, at byen synker skyldes det store forbrug af grundvand, der pumpes op fra undergrunden under Jakarta. Det gør undergrunden ustabil. Samtidigt er Jakarta en by i rivende udvikling og der bygges mange høje bygninger, som får den ustabile undergrund til at falde sammen på grund af bygningernes vægt. Halvdelen af byen ligger derfor under havniveau. Et havniveau, der oven i købet stiger omkring en halv centimeter om året på grund af global opvarmning.

Jakarta er allerede nu beskyttet af en mur, der holder havvandet tilbage, men muren er desværre ved at være for lav. Den er også slidt og utæt flere steder. Noget skal derfor gøres.

En løsning kunne være at bygge en ny mur, der er større og stærkere. Det har der været en stor plan om, Den store Søvæg (The great Garuda). Planen var, at der skulle laves små øer ud i vandet. Øerne skulle virke som et netværk af diger, som kunne beskytte byen mod havstigningerne. Men projektet er ikke uden konsekvenser for lokalbefolkningen og har fået stor kritik. Fiskere i området vil miste muligheden for at fiske og lokale miljø organisationer er bekymret for miljøkonsekvenserne af de store landindvindinger og store byggerier. Miljøorganisationer kritiserer desuden planen for kun at tage sig af havstigningen og ikke af det største problem - at Jakarta synker.

En anden løsning kunne derfor være at forhindre, at Jakarta synker endnu mere. Det er dog svært, da en så stor by har brug for meget vand. Vandforbruget er tilmed stigende. Først og fremmest fordi befolkningstallet stiger. Men Jakarta oplever også økonomisk vækst samt øget velstand, selvom der også er meget fattigdom. De mere velstillede indbyggere bruger mere vand i husholdningen. Mere velstand giver også mere industri, som igen øger forbruget af vand. Det er derfor ikke nogen let opgave at mindske vandforbruget i Jakarta. Byen er nødt til at finde andre kilder til vand. Det kunne være at hente grundvand længere væk fra byen via lange rør, rense større mængder flodvand eller afsalte havvand.

FAKTA

Hinduguden Garuda skulle oprindeligt have beskyttet Jakarta mod oversvømmelser.

FAKTA

Byen Beijing i Kina synker op mod 11 cm om året.

Kvinde, der kører på scooter langs den gamle mur i Jakarta. Man kan se, at vandet på yddersiden af muren når næste op til toppen af muren. Der skal altså ikke meget havstigning til at give oversvømmelse, der hvor kvinden kører. Foto: Getty Images.

FAKTA

London får sit drikkevand fra floden Themsen, der løber gennem byen.

FAKTA

Læs mere om behandling af overfladevand: https://vandetsvej.dk/overfladevand-somdrikkevand

Andre kilder til drikkevand

Ikke alle lande har grundvand, som de kan pumpe op og bruge til drikkevand. Men alle lande har brug for drikkevand. Hvordan skaffer de det?

Det er en mulighed at bruge overfladevand. Det gør man i mange lande. For eksempel Sverige, Norge, Tyskland og

CO2 fjerner ubudne gæster på vandværket

England henter størstedelen af deres drikkevand fra overfladevand. Overfladevand er vand fra søer og kilder. Overfladevand kan indeholde bakterier, virus og parasitter fra dyr og planter, der har levet i vandet. Derfor kræver det mere behandling af vandet inden det kan bruges til drikkevand.

Tænk, hvis der kom en lang orm ud af vandhanen, når du åbnede den for at få et dejligt glas koldt vand – Ikke lækkert vel? Det sker heller ikke særligt tit i Danmark, men når det gør, må vandværket lukke i et halvt år!

Det er en alvorlig sag. Den lange lukketid skyldes, at sandfiltrene i vandværket skylles igennem med klor, for at fjerne ormene. Kloren dræber dog ikke kun ormene, men også de gode bakterier i sandfiltrene, der omsætter kvælstofforbindelser i vandet.

Det kan tage op mod et halvt år, før populationen af de nyttige bakterier igen har vokset sig stor nok til at kunne holde det uønskede kvælstof nede. Derfor var vandværkerne også glade, da de hørte om en ny metode til at bekæmpe orm på. Den gode ide kom fra en ung ingeniørstuderende, Sarah C. B. Christensen, som studerede på DTU Miljø. Hun huskede på et godt gammeldags trick i laboratorierne. Hvis man gerne ville have et godt billede af et lille bitte dyr, som for eksempel en orm, kunne man hælde danskvand over det. Kulsyren H2CO3 bedøvede dyret, mens man fik billedet i kassen. Effekten af danskvand var dog ikke stor nok til at fjerne orm i et stort sandfilter på et vandværk. Sammen med et vandværk afprøvede de derfor at gennemboble sandfiltrene med ren CO2. Det virkede! Ormene døde og kunne fjernes efter blot en gennembobling med CO2. Processen skal dog gentages efter nogle måneder, da æg kan have gemt sig i sandfiltret. Men det gør ikke så meget, for metoden er billig og de nyttige bakterier overlever behandlingen, så vandværket skal slet ikke lukke ned. Problemet med orm i sandfiltrene er ikke så stort i Danmark, men andre steder, hvor man i højere grad bruger overfladevand som drikkevand er problemet langt større. Derfor vil Sarah C. B. Christensen gerne rådgive både danske og udenlandske vandværker om brug af CO2, hvis de støder på orm i anlægget.

I dag arbejder Sarah som forsker og rådgiver inden for drikkevandskvalitet.

Kulsyre er en syre med formlen H2CO3. Kulsyre dannes, når CO2 opløses i vand. Processen kan både gå fra venstre mod højre og fra højre mod venstre. I det mellemste led dannes en fri brintion (H+) og en bicarbonation (HCO3-).

Det er CO2-trykket der bestemmer, hvilken vej reaktionen går.

CO2 + H2O  H+ + HCO3-  H2CO3

Reaktionen ses ved sodavand, hvor CO2 tilført under tryk reagerer med vandet i flasken og danner kulsyre (reaktion mod højre).

Når kapslen tages af sænkes trykket og reaktionen går mod venstre og du kan se bobler med CO2 stige op.

Tegning: Lykke Bianca Petersen.

Afsaltning af havvand:

En anden mulighed for at skaffe sig drikkevand er fra verdens største vandreserve, nemlig havvand. Havvand skal renses af samme årsager som det ferske overfladevand beskrevet tidligere. Men ved havvand skal salten også fjernes. Det kan man godt, men det er dyrt og derfor benyttes havvand kun steder, hvor andre muligheder er begrænsede og hvor man har råd til at holde et afsaltningsanlæg kørende. Det er blandt andet i Spanien, Israel, De forenede Arabiske Emirater og Australien.

Afsaltningen foregår ved omvendt osmose. Her leder man vandet under højt tryk gennem rør med membraner. Membranerne har en masse små huller, som er så små, at kun vand-

molekyler kan komme igennem. Metoden betyder, at det rensede vand er meget rent. Det indeholder ingen kalk eller mineraler som grundvand og til en vis grad overfladevand gør. Ved omvendt osmose bliver 70-80 % af havvandet omdannet til rent vand. De sidste 20-30 % af havvandet er nu stærkt opkoncentreret.

Det kræver et højt tryk at få vandet gennem membranerne og det gør den både dyr og en belastning for miljøet.

Hvor meget energi, der bruges på at fremskaffe en liter rent vand ved omvendt osmose, afhænger i høj grad af, hvor salt havvandet er. At afsalte vand fra Middelhavet eller Atlanterhavet koster derfor langt mere energi, end hvis det er vand fra Østersøen.

FAKTA

Saltindholdet: Atlanterhavet ca. 3,5-4 % Middelhavet ca. 3,5 % Østersøen ca. 1 %. Vesterhavet ca. 3.3 %

FAKTA

Læs mere om afsaltning af havvand: https://vandetsvej.dk/ havvand-som-drikkevand

Anlæg, der afsalter og renser havvand til drikkevand. Foto: Getty Images.

Prøv omvendt osmose med membranen fra et æg, øvelse 2.6.

FAKTA

Osmose kan også foregå med andre væsker end vand og det kan være andet end salt, som er opløst i væsken.

Prøv osmose med salt og sukker, øvelse 1.2 i kapitel 1.

Hvad er omvendt osmose?

For at forstå omvendt osmose må du først forstå osmose.

Osmose

Osmose er en strømning af vandmolekyler fra en side af en membran til den anden side af membranen. Membranen er lavet, så vand kan passere

næsten frit frem og tilbage gennem den, hvorimod større molekyler og salte ikke kan komme igennem. Hvis du så kommer salt, eller et andet stof i vandet på den ene side af membranen (se a i figuren) vil vandmolekyler fra den anden side af membranen strømme til saltvandet i et større antal, end der strømmer den anden vej.

Strømningen af vandmolekyler fra saltvandet ind til ferskvandet vil næsten gå i stå og vandstanden på saltvandssiden vil stige (se b i figuren). Er salt en svamp? Hmm, tænker du måske. Hvad er det ved saltet, som får vandmolekylerne til at bevæge sig anderledes? Virker salt som en svamp på vandmolekylerne? Nej, det gør saltionerne ikke. Men de er for store til at komme gennem hullerne i membranen. Så når vandmolekylerne og saltionerne bevæger sig rundt i væsken, vil saltionerne blive skubbet tilbage, når de rammer membranen. Ligesom en bold mod en mur. Men når saltionen skubbes tilbage i væsken, skubber den samtidigt til vandmolekylerne i væsken, så de ændrer retning og ikke rammer membranen og ikke går gennem til ferskvandssiden. Vandmolekylerne på ferskvandssiden rammer derimod uforhindret membranen og dermed også hullerne i membranen, hvorfra de kommer over på saltvandssiden. På den måde kommer der flere og flere vandmolekyler ind på saltvandssiden og færre på ferskvandssiden.

Omvendt osmose

Ved omvendt osmose er der saltvand på den ene side af en membran og ferskvand eller ingenting på den anden side. Saltvandet sætter man under tryk, så vandet presses gennem membranens små huller (se c i figuren). Det er kun vandmolekylerne, der kan komme igennem membranen. På den

måde filtreres saltvandet til ferskvand. Er det ikke bare filtrering? Efter den forklaring tænker du måske – jamen, hvad har det i grunden med osmose at gøre? Når man egentligt bare filtrerer vandet gennem en membran. Her skal vi igen kigge på, hvordan osmose virker på molekyleniveau. Her blev mængden af vandmolekyler på saltvandssiden øget, fordi vandmolekyler på denne side kun i lille grad kom hen til membranen og gennem hullerne, hvorimod vandmolekylerne på ferskvandssiden frit kunne gå gennem til saltvandssiden. På den måde ender der langt flere vandmolekyler på saltvandsiden.

Ved omvendt osmose er der i bund og grund samme proces i gang som ved almindelig osmose. Ved omvendt osmose tilsætter man et ydre mekanisk tryk på saltvandssiden af membranen, som igen får vandmolekylerne i retning mod membranen og gennem hullerne i den. Saltionerne kan stadigt ikke komme igennem og dermed får man saltvandet omdannet til ferskvand (se d i figuren).

Afsaltning af havvand Ved afsaltning af havvand skal der fastholdes et højt tryk, så længe processen forløber – helt op til 50 atmosfæres tryk! Det er derfor energitungt og dyrt at drive omvendt osmose. Membranerne, der bruges, er højteknologiske, da de skal kunne holde til det høje tryk. De små porer må for eksempel ikke udvide sig under trykket, så der kan komme større molekyler igennem.

4.1 Spildevand

FAKTA

Læs mere om spildevand: https://vandetsvej.dk/introduktion-5

Se en film om et rensningsanlæg: https://www.youtube.com/ watch?v=bCrQG1q6kl0

?

Kan du komme på faktorer, som vil ændre sammensætningen af spildevand?

Nu har vi været omkring, hvor vores drikkevand kommer fra. Og som det er nu, kommer alt vandet ind i vores boliger, skoler og fabrikker i drikkevandskvalitet. Når vi så har brugt vandet til diverse formål, har det fået tilført stoffer som sæbe, snavs, madrester, afføring, tis og så videre. Nu kalder vi det spildevand. Spildevandet indeholder de tilførte stoffer og mikroorganismer, som kan forurene omgivelserne og medføre sygdomme. Spildevand indeholder de stoffer, vi omgiver os med og varierer derfor i dets indhold fra land til land og hen over året og gennem historien. For eksempel kunne man måle på spildevandet, at vi i 1990’erne fik nye vaskemidler uden fosfat. Man kan også se, når der har været Roskildefestival eller Distortion. Så er der flere nedbrydningsprodukter efter narkotiske stoffer i spildevandet i det område.

Mange steder på jorden renses spildevandet ikke, før det ledes ud i havet eller i vandløb. Det betyder, at vandet indeholder for mange næringsstoffer, sygdomsfremkaldende mikroorganismer og sundhedsskadelige stoffer. Det er ofte fattige lande, som ikke får renset spildevandet, da det er dyrt at anlægge kloakker og holde rensningsanlæg kørende. I disse lande må dele af befolkningen også hente deres drikkevand fra samme vandløb, som spildevandet løber ud i og det giver øget forekomst af sygdomme som for eksempel diarre.

I Danmark er rensning af spildevand forbedret betydeligt de sidste 30 år. Førhen blev spildevandet ofte ledt urenset ud i vandløb og havet. Det betød, at man mange steder ikke kunne bade på grund af risiko for sygdomsfremkaldende mikroorganismer.

Billedet viser et luftfoto af Mariagerfjord Rensningsanlæg. Et rensningsanlæg modtager spildevand fra byens kloakker og renser det gennem flere trin, så det er rent, når det ledes ud i hav og fjorde. Foto: mariagerfjordvand.dk

Klimaforandringer

Jorden er inde i en periode, hvor dens gennemsnitstemperatur stiger. Der har gennem jordens historie været både kolde og varme perioder, men det har også altid haft konsekvenser for dyr og planter, når klimaet ændrede sig. Temperaturstigningen vi oplever i disse årtier, skyldes højst sandsynligt de store mængder af fossile brændstoffer, vi brænder af. Denne afbrænding skaber en drivhuseffekt, som får temperaturen til at stige. At jordens gennemsnitstemperatur stiger giver ikke kun et varmere klima. Det giver også ændringer i mængden af nedbør og kraftigere storme. Vejret bliver i det hele taget mere ekstremt.

Se også en introduktionsfilm om vand og klimaændringer: https://vandetsvej.dk/ klima-0

Havniveauet stiger, men hvor kommer den øgede mængde havvand fra? ?

Kollage af forskelligt vejr.

Foto: Pexels

Foto: Lisa Risager

Foto: Flick

Foto: WikiCommons

© Copyright David Baird and licensed for reuse under this Creative Commons Licence.

FAKTA

Golfstrømmen er en varm havstrøm. Den flytter enorme mængder varmt vand fra den sydlige halvkugle mod nord. Den er derfor årsag til, at vi har et lunt klima, i forhold til hvor nordligt vi ligger.

FAKTA

El Niño er et vejrfænomen, der med års mellemrum giver store temperaturudsving på store dele af kloden. Det resulterer i, at nogle områder rammes af tørke, mens andre får store mængder nedbør, der giver oversvømmelser.

FAKTA

I Danmark har man målt op til 70 mm regn på 15 min.

5.1 Ændrede mængder nedbør – hvordan

håndterer vi det?

Mængden af nedbør vil ændre sig over hele kloden. Nogen steder vil der falde langt mindre regn og andre steder vil der komme mere regn fremover. Der vil komme længerevarende tørker, hvor regntiden udebliver. Andre steder vil det både regne oftere og kraftigere. Der vil være flere deciderede skybrud. Hvor stor ændringen bliver er meget

Hvad er oversvømmelse?

svært at forudsige. Mange forskellige faktorer spiller ind, såsom hvor stor bliver temperaturstigningen? Her i Norden er det afgørende om temperaturstigningen svækker Golfstrømmen. Andre steder i verdenen er det ændringen af El niño, der er afgørende for ændringen i mængden og hyppigheden af nedbør.

Det ekstreme vejr fører til flere oversvømmelser. Men begrebet oversvømmelse dækker bredt. Lige fra vand i kælderen til, at folk må klatre op på taget og vente på hjælp. Når vi hører om oversvømmelser i medierne er det oftest i forbindelse med skybrud, langvarig nedbør eller tøsne. Det kan også være afsmeltning af gletsjeris om foråret, som får floder til at løbe over sine breder og oversvømme lavereliggende områder. Storme kan også forårsage oversvømmelser, når den kraftige blæst skubber vand ind i fjorde.

Skybrud

Den øgede mængde nedbør kommer hovedsageligt i form af regn. Nogle af bygerne vil være skybrud. Skybrud er en voldsom regnbyge. Den meteorologiske definition er en regnbyge, hvor der falder mere end 15 mm nedbør på 30 min. I et tropisk klima kan skybrud dog være 5-6 gange kraftigere. Danmarks dyreste skybrud kostede forsikringsselskaberne ca. 3 mia. kr. Det var den 2. juli 2011 i København, hvor der faldt over 100 mm regn på et par timer. Det kraftigste skybrud i Danmark forekom den 20. august 2007 i Gråsten. Her faldt der 142 mm regn på halvanden time. Skybrud kan komme som enlige byger, men de kan også komme som ekstra kraftig regn i løbet af et almindeligt langvarigt regnvejr – som en slags byge inde i regnvejrssystemet. Det er svært at forudsige, hvor sådan en byge vil falde. Byger dækker et lille landområde – de er lokale, så om bygen lige rammer den ene eller anden del af byen eller måske i en helt anden by eller ikke bliver til noget, er svært at beregne.

Oversvømmelse efter en storm

Oversvømmelser ses også efter en storm og kaldes stormflod. Her har kraftig vind presset store vandmasser ind over land. Stormfloder forekommer hyppigst i lavtliggende områder. I Danmark er det især marskområder som vadehavet i Sønderjylland og fjorde som Roskilde Fjord, der er udsat. Her vil kraftig blæst presse vandmasser ind mod land.

Kilde: Den Store Danske og DMI.

Tørke - Hvad præcist er tørke? - og hvordan håndterer vi det?

Når vi hører tørke, tænker de fleste af os på afsvedne marker, hvor jorden revner. Men tørke er også et problem i byer.

Tørke er ikke defineret som en bestemt lille mængde nedbør, men handler om at tilførslen af vand over en længere periode er mindre end behovet for vand til planter, dyr og mennesker. Tørken kan altså opstå selv i perioder med gennemsnitlig eller over gennemsnitlig nedbør, når et øget forbrug mindsker de vandreserver, som er tilgængelige i søer, floder og grundvand.

Der findes forskellige former for tørke:

• Agrikulturel tørke. Nogle gange kan ændrede jordforhold give tørke. Der kan være trængt salte op, som gør jorden ufrugtbar eller jorden kan være blevet for sandet til at kunne holde på fugten. Denne tilstand kan altså opstå selv i perioder med almindelig eller gennemsnitlig nedbør.

• Meteorologisk tørke. Hvis tørken opstår, fordi mængden af nedbør falder til under det almindelige gennemsnit for området, kaldes det for meteorologisk tørke. Det er den type tørke, vi oftest hører om i nyhederne.

• Hydrologisk tørke. En type tørke, der ofte hænger sammen med byer. Den opstår i takt med, at man henter drikkevand til mange mennesker, der befinder sig på et forholdsvis lille areal. Her kan forbruget af vand overstige tilgangen af nyt vand.

Når ordet “tørke” bliver brugt, er det almindeligvis i forbindelse med den meteorologiske tørke. Men når ordet bruges af byplanlæggere, er det ofte hydrologisk tørke, der refereres til.

Lukket svømmestadion på grund af tørke. Foto: Flickr.

De to billeder viser forkellige typer belægning i et byområde. Området med græs kan optage meget vand, hvorimod området med fliser er afhængig af kloakering til at lede regnvand væk.

Foto: Ørestad. Sine Arvedsen.

6.0 Byplanlægning

Byernes tætte befolkning og megen asfalt gør dem særligt udsat for både oversvømmelser og tørke.

Hvad er løsningen? Skal vi helt lade være med at have byer i kystnære områder? Eller skal vi bygge diger og høj-

vandsmure og udnytte havet som drikkevandsforsyning?

I det følgende vil der være eksempler på løsninger, som kan hjælpe megabyerne med deres udfordringer.

6.1 Byens overflader

Når der bygges huse og anlægges veje, fortove og torve, er belægningen mest asfalt, fliser, teglsten og tagpap. Disse materialer er ikke gennemtrængelige for vand. Ved kraftig regn strømmer regnvandet derfor henover overfladerne og ledes væk via afløbssystemet. Der er også større risiko for oversvømmelse, hvis kloaksystemet ikke kan håndtere store regnmængder. Der vil også kun være en lille del af regnvandet, som siver ned gennem jorden til grundvandet.

På tegningen på næste side kan du se, hvor stor forskel der er i mængden af regnvand, der siver ned i jorden. Hvis regnvandet rammer græs, siver meget vand ned i jorden (tyk blå pil). Hvis jorden er dækket af fliser eller asfalt, siver langt mindre ned i jorden (tynd blå pil).

Planter, der gror i områder med jord og sand, vil også bidrage til at optage regnvand, som så vil fordampe væk gennem planternes blade. Flere af byernes problemer med vand kan derfor blive mindre, hvis byernes overflader ændres.

Tegningen viser, hvor regn ledes hen, når det rammer enten jord og græs eller asfalt og fliser. Pilenes størrelse er et udtryk for mængden af vand. For eksempel er pilen for nedsivning størst ved jord og græs i forhold til asfalt og fliser. Tegning: Lykke Bianca Petersen.

Tegningen viser forskellige områder, hvor nedsivning af regnvand er forskellig. A) Et landligt område med god mulighed for nedsivning. B) Her vises en landsby. Her er der kommet fliser og asfalt, men der er stadig god mulighed for nedsivning af regn på græsarealer og til søen. C) Her vises et byområde med meget asfalt og fliser. Her er området afhængig af kloakering til at lede regnvandet væk.

Tegning: Lykke Bianca Petersen.

6.2 Fremtidens by kan klare fremtidens klima

Se også filmen, der viser, hvordan skybruddet den 2. juli 2011 så ud i København: https://www.youtube.com/ watch?v=EMrYjwzbEmQ

FAKTA

Sommeren 2018 har været en særlig varm og tør sommer i Danmark. Sommeren 2017 var derimod særlig våd og kold. Regnvandsmagasiner, der gemmer regnvand fra en våd sommer, til en tør sommer kunne være en mulighed.

http://www.dmi.dk/nyheder/ arkiv/nyheder-2018/juli/ ekstremt-hoejt-toerkeniveaufortsaetter/

http://www.dmi.dk/nyheder/ arkiv/nyheder-2017/ december/2017-saetter-danmarks-kedeligste-vejrrekord/

FAKTA

Før der kom kloaksystemer i Danmark brugte man toiletaffaldet til gødning på markerne.

Parkeringsplads på Østerbro i København, der er oversvømmet efter et skybrud den 2. juli 2011. Foto Wiki Commons.

Øget nedbør og skybrud, men ingen oversvømmede gader og kældre

Hvis man skal minimere skaderne ved oversvømmelser, handler det i høj grad om at designe byens overflader, så vandmasserne ledes hen til områder, hvor de gør mindst skade. Det er ikke altid store indgreb, der skal til. Det kan være højere kantsten og kanter omkring kældernedgange og metronedgange. Byens overflader kan ændres, så regnen bedre kan sive ned i jorden. Det kan gøres ved at lægge grus og græs fremfor fliser og asfalt. Andre tiltag er mere omfattende og nytænkende. Man renoverer gamle parker og anlægger nye med fordybninger, som kan opsamle regnvand, så der dannes søer og vandløb i regnvejr. Opsamlingen af regnvand kan også være i underjordiske anlæg, hvor man kan gemme regnvandet til tørre perioder og bruge det til vanding af parkområder eller toiletskyl.

Kloaknet

En større by stiller større krav til kloaknettet. Ikke kun fordi asfalt og fliser gør, at mere regnvand havner i kloakken. Men når byen vokser modtager afløbssystemet også større mængder vand. Både på grund af tættere bebyggelse, men også fordi kloaknet i nye boligområder kobles på det gamle net, for at lede spildevandet til rensningsanlægget.

Kloakker har meget lang levetid og er dyre at udskifte. Derfor bruger man dem så længe som muligt. Men med byernes vækst og den øgede hyppighed af kraftig regn må kloakkerne udskiftes for at øge kapaciteten.

Stormflod og øget havniveau

Det øgede havniveau og kraftigere storme, der følger med klimaændringerne, giver større risiko for stormflod Nogle byområder ligger i dag meget lavt i forhold til hav og fjorde. Det kan derfor blive nødvendigt at bygge diger omkring områderne.

6.3 Spildevand

I takt med at byer vokser, bliver der produceret mere spildevand. Det skal de være i stand til at håndtere. Heldigvis ser det ud til, at spildevand kan blive en vigtig resource af energi, næringsstoffer og vand, som kan genbruges.

Spildevandet kan også fortælle os, hvor raske og sunde beboerne i din by er. På rensningsanlægget kan man undersøge, hvilke sygdomsfremkaldende

mikroorganismer det indeholder. Det er nyttig viden om, hvad der rør sig i din by.

Det er også vigtig viden for rensningsanlægget, for så kan de bedre tilpasse rensningen af spildevandet, så uheldige stoffer ikke når ud i vandmiljøet. At rense spildevand for medicinrester er dog stadig en udfordring for et rensningsanlæg. Det skal der findes løsninger på.

Stinkende slam giver varme i huse

og gødning på markerne

Når spildevandet på et rensningsanlæg er filtreret og renset gennem diverse processer er det ikke kun rent vand, der er tilbage. Der er også en masse slam. Det er snask fra husholdninger, kloakrør og døde bakterier fra rensningsanlægget.

Slam er faktisk ikke sådan lige at komme af med. Det gærer og kan indeholde sygdomskim. Der kan også være medicinrester og metaller i. De store mængder vand i slammet gør også, at det er meget dyrt at varmebehandle, så slammet tørrer ind og sygdomskim bliver dræbt.

Nu er der udviklet en løsning på problemet. Claus Thylstrup er kemiker og sad en dag og hyggesnakkede med sin ven, som er direktør for et fiskeopdræt. Vennen beklagede sig over de store mængder slam, der blev dannet ved fiskeopdræt. Claus ved en hel del om pyrolyse og tænkte, at det måtte kunne bruges til at få has på slammet. Sammen kom de på en løsning, hvor de tørrede slammet på en helt bestemt måde, hvor tørring kombineres med damp og pyrolyse. Den proces fjerner al vand, lugt og nedbryder alle sygdomskim. Slammet var uskadeliggjort og dermed var opgaven sådan set løst. Der er imidlertid yderligere to store fordele ved metoden. Processen danner varme, som kan opvarme boliger og det tørre restprodukt fra slammet kan bruges som gødning i landbruget.

I første omgang ruges fiskeopdræt. Herefter vil de gå ind på markedet for spildevand, men i princippet kan teknologien bruges alle steder, hvor der dannes slam. Det kan være krydstogtsskibe, festivaler, flygtningelejre, bryggerier og militærlejre.

Kilde: Jesper Ahrenfeldt, Seniorforsker, DTU Kemiteknik og Ulrik Birk Henriksen, Seniorforsker, DTU Kemiteknik

FAKTA

Pyrolyse kommer af græsk, hvor pyr betyder ild og lysis betyder spalte eller dele. Ved pyrolyse spaltes organiske forbindelser ved opvarmning, men uden at der er ilt. Der sker for eksempel pyrolyse inde i mad, når du steger det. Men ikke på overfladen, hvor der er ilt.

Tegning: Lykke Bianca Petersen.

Bakterier guffer medicin

FAKTA

0mkring 95% af alle medicinrester i spildevand kommer fra private hjem.

FAKTA

GFP står for Green Fluorescent Protein. Det vil sige, et protein som fluorescerer i grønne farver. Proteinet kommer oprindeligt fra en vandmand, der hedder Aequorea victoria.

Forrest ser du en biocarrier. Det er en plastikplade, hvor bakterier kan sætte sig fast. Pladen har mange huller, så overfladen bliver stor. En stor overflade giver mulighed for, at ekstra mange bakterier kan hæfte sig på plastikpladen. Baggrundsbilledet viser biocarriers flyde rundt i spildevand, hvor bakterier hjælper med at rense vandet for medicinrester. Foto: DTU.

Rensningsanlæg er gennem de sidste 30 år blevet langt bedre til at rense vores spildevand. Men det har vist sig, at der er andre stoffer i vores spildevand end blot tis og kartoffelvand, der kan give problemer, hvis de ikke nedbrydes og renses fra inden vandet ledes ud i havet. Nogle af de problematiske stoffer er sprøjtegifte, de aktive stoffer i p-piller, antibiotika og andre lægemidler samt kemikalier fra plastindustrien. Nogle af stofferne mistænkes for at være kræftfremkaldende, mens andre forstyrrer mennesker og dyrs hormonsystemer. Vores rensningsanlæg kan ikke nedbryde og fjerne disse problematiske stoffer. Derfor skal der tænkes nyt, så de uheldige stoffer ikke ledes ud i havet igen. Her kan de skade livet i vandmiljøet, men også vende tilbage til dig med drikkevandet og når du spiser fisk.

Der er flere måder at nedbryde problematiske stoffer på. To måder er ved oxidering ved hjælp af ozon eller kraftig UV-lys, men det er begge dyre processer.

En billigere måde er at genmanipulere nogle bakterier til at spise og omsætte medicinrester. Når bakterierne omsætter de uønskede stoffer, omdannes de til nye stoffer, som ikke er skadelige. At udvikle den slags bakterier åbner op for at kunne rense spildevandet for mange forskellige stoffer. Metoden vil altså gøre det muligt for rensningsanlæggene at tilpasse sig ændringer i spildevandet, i takt med at samfundet ændrer sig.

Metoden består i nogle særligt udviklede bakterier, som godt kan lide at gnaske diverse medicinrester i sig. Masser af små hjulformede plastskiver – kaldet biocarriers –flyder rundt i det vand, der skal renses. De mange huller i biocarriers giver dem en stor overflade, så ekstra mange af de medicingnaskende bakterier kan hæfte sig på dem.

Haletudser afslører medicinrester

Det kunne jo så være rart at vide om bakterierne rent faktisk omsætter medicinen, så vandet renses. En ny måde at tjekke det på er at bruge haletudser, der lyser op, når de svømmer i vand med medicinrester. Haletudserne har fået indsat to nye gener. Et som reagerer på bestemte typer medicin og et andet som producerer et lysende protein. De to gener hænger sammen, så når det første gen aktiveres, aktiveres gen to også. Det får haletudsen til at lyse op.

Rensningsanlægget sætter små beholdere med de særlige haletudser ud i anlægget.

Hvis haletudserne lyser op, så er der stadig medicinrester i vandet. På den måde afslører haletudserne, hvor godt rensningen virker.

Kilde: Lektor Henrik Rasmus Andersen, DTU Miljø

Hvis du vil vide noget om din bys narkotikamisbrug, så kig i kloakken

Narkotika bliver brugt i det meste af verden. Men hvor meget og hvilke typer er forskelligt fra sted til sted. Det Europæiske Overvågningscenter for Narkotika og Narkotikamisbrug (EMCDDA) følger med i udbredelsen af narkotiske stoffer i Europa. De er ved at tage en ny teknologi i brug – spildevand!

Når indbyggerne indtager narkotika og senere tisser, kommer narkotikaen med ud igen og havner i kloakken. Det Europæiske Overvågningscenter er derfor begyndt at bruge spildevandsprøver fra forskellige rensningsanlæg i europæiske byer for at få et overblik over det europæiske narkotikaforbrug.

I København indsamles der prøver fra rensningsanlægget Lynetten. Pedram Ramin, som er forsker ved DTU Miljø, har været med til at indsamle prøver og udvikle metoden.

Men som med så meget andet er det ikke så let, som det lige lyder. For de narkotiske stoffer omdannes og ændrer sig kemisk på deres tur gennem kloakken. Derfor leder forskerne ikke efter ecstasy eller kokain i spildevandet, men efter nedbrydningsstofferne fra dem.

En anden faktor forskerne skulle have i tankerne, når de opstillede deres forsøg og analyserede data var, at det ikke er sikkert, at folk går på toilettet dér, hvor de indtog stoffet. Måske tisser de først på gaden eller når de kommer hjem. Derfor havner stoffet måske i et rensningsanlæg langt fra, hvor stoffet er indtaget. For at få en bedre forståelse af problemerne opstillede forskerne et forsøg i laboratoriet, der lignede forholdene i de københavnske kloakker. For at sikre den rigtige sammensætning af biofilm og andet i ’forsøgskloakken’ blev rigtigt spildevand hentet ind. For at kunne følge og undersøge nedbrydningsprodukterne kom de også medicinsk heroin i den kunstige kloak. Den kunstige kloak gav dem oplysninger om, hvordan nedbrydning af narkotikaen er afhængig af pH og temperatur.

Alle informationerne fra Lynetten og laboratoriets egen forsøgskloak blev samlet. Nu skulle der opsættes matematiske modeller. Modellerne kan regne baglæns og give en ide om, hvor meget narkotika, der er indtaget i et bestemt område. Men de nuværende modeller er stadig under udvikling.

Denne form for spildevandsanalyser kan bruges til meget andet end at fortælle om narkomisbrug. Men hvert stof kræver sin egen matematiske model, som passer til kemien af det stof, man vil undersøge.

Kilde: Pedram Ramin, postdoc ved DTU Miljø.

Fotos: kulturarv.dk og DTU.dk.

Regnvand

Regnvand løber i byerne ofte i kloakken og videre til rensningsanlægget, hvor det behandles sammen med spildevand fra toiletter, bad, køkkenvaske og virksomheder. Men regnvand kunne også bruges til at vande planter med, vaske tøj og toiletskyl. Det ville spare meget på drikkevandet. Der er dog nogle ting, du skal være opmærksomme på ved regnvandsopsamling. Det er fugleklatter og andre

urenheder, der kommet i regnvandsbeholderen. Det gør ikke så meget, hvis man kun bruger vandet til at vande blomster med. Men hvis du for eksempel vil bruge vandet til at:

- vande grøntsager

- vaske tøj

- pudse vinduer

- vaske cykler og bil med skal du sikre dig, at du ikke spreder smitte.

Er regnvand spildevand?

Tegningen viser et anlæg til opsamling af regnvand. Beholderen i husets kælder opsamler vand fra taget gennem nedløbsrøret. I beholderen er der et blåt rør, som fører ud i et regnvandsbed. Røret leder vand ud af beholderen, hvis vandniveauet i beholderen bliver for højt. Der er også et blåt rør ned i vandet, som fører op til en rød cirkel. Den røde cirkel er en pumpe, som pumper vand fra beholderen gennem et apparat med UV-Lys og derefter et brintoverilte apparat, så vandet ikke indeholder sygdomskim. Derefter ledes vandet op til brug i boligen og haven. Personerne på tegningen viser de måder, man kan anvende regnvand. Læs eventuelt boksen HPNow på næste side. Tegning: Lykke Bianca Petersen.

UV-lys H2O2

FAKTA

Brintoverilte (H2O2) er en farveløs væske. Brintoverilte bruges blandt andet til rensning af vand og overflader.

FAKTA

Elektrokatalyse er en kemisk reaktion, som kun foregår på en overflade. Reaktionen drives ved hjælp af en elektrisk spænding, der får reaktionen til at gå i den retning, man ønsker.

Først dannes brint og ilt fra vand og luft.

Luft

H2O → H2 +O2

Et brintmolekyle fratages sine elektroner, og bliver til løse protoner og elektroner: 2H2O → 2H2 +O2

H2 → 2H+ + 2e-

Disse elektroner og protoner kan nu sammen med ilt enten danne brintoverilte eller vand: O2 + 2H+ + 2e- → H2O2 (Brintoverilte)

O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O (Vand)

HPNow

Ny metode til produktion af brintoverilte er både billigere og mere miljøvenlig Brintoverilte (H2O2) er en simpel forbindelse, som bruges rigtigt mange steder. For eksempel til vandrensning og øvrig desinficering. På verdensplan produceres der over tre millioner tons brintoverilte om året. Traditionelt fremstilles brintoverilte i storskala på få centrale anlæg. Brintoverilte bliver derefter transporteret over store afstande og forbrugeren køber større mængder af gangen, som de skal opbevare og fortynde, når det skal bruges.

Med en ny metode kan man selv producere brintoverilte i den mængde, man skal bruge. Metoden benytter elektrokatalyse og kan samles i et lille aparat, som kun skal tilføres luft, vand og strøm for at producere brintoverilte. Apparatet kan stå lokalt hos enhver, der ofte har brug for brintoverilte, og producere brintoverilten, når der er brug for det. Forbrugeren skal altså ikke opbevare og håndtere større mængder brintoverilte.

Der er flere oplagte steder, hvor den nye teknologi vil være nyttig:

• Landmænd og drivhusejere vil fremover slippe for at håndtere farlige kemikalier, når de renser vandslanger og andet udstyr fri for biofilm og alger.

• Regnvand kan desinficeres, så det kan bruges til drikkevand til dyr.

• Regnvand kan desinficeres, så det kan bruges til toiletskyl, vanding af planter, drikkevand til dyr og tøjvask.

Rasmus Frydendal og Arnau Casadevall er folkene bag opfindelsen. Om opfindelsen siger de: ”Globalt set er adgangen til rent vand under pres. Utraditionelle vandkilder, som genanvendt spildevand og åbne reservoirer, er derfor interessante alternativer. Men vandet skal behandles før brug. Derfor fokuserede vi fra starten på at udvikle metoder med global indvirkning, som også er enkle for forbrugeren”.

Kilde: Rasmus Frydendal, HPNow

6.4 Drikkevand

Flere storbyer har store problemer med at få tilstrækkeligt drikkevand til befolkningen. Cape Town i Sydafrika har restriktioner på vandforbruget og det er blevet strammet op flere gange. Fra 1. februar 2018 må hver husstand (3 personer) maximalt bruge 50 L om dagen. Sao Paulo i Brasilien har netop gennemlevet den værste tørke i 80 år.

Hvor skal vi få nok rent drikkevand fra i fremtiden? Ikke nok med at byerne vokser. Befolkningen får generelt også flere penge. Den øgede indtægt får folk til at bruge mere vand. De bor i huse med bad og vaskemaskine, de har bil, der skal vaskes og så videre og så videre.

Det er fantastisk, at befolkninger generelt får en bedre levestandard, men hvordan løser vi problemet med den begrænsede mængde vand?

Vi kunne sænke vores vandforbrug. Som det er nu, spildes meget drik-

kevand i hullede vandrør og uhensigtsmæssig brug af vand. Der er stor forskel på vandforbruget forskellige steder i verden og mange steder vil det helt klart hjælpe meget at mindske vandspildet.

I sidste afsnit læste du om brug af regnvand til toiletskyl, tøjvask og så videre. Det er en mulighed, der vil spare meget på drikkevandet og få det til at række til flere personer.

Det er teoretisk også muligt at bruge spildevand som drikkevand. Det skal bare renses rigtigt. Hvordan vil du have det med at skulle drikke vand, som lige har været spildevand?

Der kunne også tages nye vandressourcer i brug. Hvis vi blev bedre til at afsalte og rense havvand, så det bliver billigere i drift, vil det give mulighed for meget store mængder vand og der vil muligvis ingen vandmangel være.

På grund af tørken i Sydafrika er der lukket for vandet og beboere må hente vand fra tankvogne. En hustand på tre personer må få 50 liter vand om dagen. Foto: LATIMES.com.

FAKTA

Cape Town er en by i Sydafrika og har ca. 3,5 millioner indbyggere.

FAKTA

I gennemsnit bruger én person i Danmark 106 L vand om dagen (DANVA, 2015).

FAKTA

Sao Paulo er den største by i Brasilien med ca. 12,5 millioner indbyggere. Den er centrum for et metropolområde med over 20 millioner indbyggere.

Hvad kan du selv gøre og hvad kan Danmark som land gøre for at spare mere på vandet? ?

FAKTA

97% af jordens vand er saltvand.

Hvordan vil du have det med at skulle drikke vand, som lige har været spildevand? ?

Aquaporin

Naturen har løsningen – vi skal bare lige opdage det

En ny og mindre energiforbrugende metode til at rense vand er kommet i produktion efter at være udviklet ud fra principper i naturen. Denne fremgangsmåde kaldes biomimetik. Udviklingen af den nye metode til vandrensning startede med en banebrydende opdagelse indenfor biologien – aquaporiner!

Aquaporiner er de porer, der sidder i cellemembranen i alle celler hos både planter, dyr, bakterier og svampe - altså alle levende organismer. Ofte skal der ske en hurtig regulering af cellens vandindhold og her er det aquaporiner, der står for opgaven. Aquaporinerne transporterer kun vandmolekyler ind og ud af cellerne. Dermed sikrer de også, at der ikke slipper skadelige stoffer ind i cellen og cellen ikke mister vigtige stoffer.

Aquaporinernes egenskab vakte interesse hos en gruppe ingeniører. De var specialister i osmose og udfordringerne ved omvendt osmose. Aquaporiner måtte kunne bruges til en ny og forberet metode til omvendt osmose, tænkte de. I stedet for de traditionelle membraner i omvendt osmosesystemer, hvor vandet presses gennem små huller, ville ingeniørerne udvikle membraner med aquaporiner fremfor blot huller. Det var nu ikke sådan ligetil at få lavet en membran med aquaporiner i. De blev nødt til at kende cellemembranen, som aquaporinerne sidder i. Opbygning, styrke, hvordan den gendanner sig og hvordan sidder membranproteinerne fast i membranen og så videre. Men de kom i mål og fik udviklet en membran, som var stærk nok og som aquaporinerne kunne sidde fast i.

De nye membraner kan transportere vandmolekylerne langt hurtigere over membranen end de traditionelle membraner. Der behøves derfor ikke at påføres så højt et tryk for at få samme mængde vand gennem membranen. Når metoden ikke behøver så højt et tryk, bruger den også mindre energi og er dermed både billigere og mere klimavenlig. To gode egenskaber.

Ideen er blevet til firmaet Aquaporin. I første omgang producerer de produkter, der kan filtrere spildevand fra virksomheder, lave ultrarent vand til industrien, opkoncentrere juice og rensning af vand til privatbrug. Det sidste er specielt aktuelt steder, hvor man ikke helt stoler på, at ens drikkevandsforsyning er ren nok. Men det er helt klart planen også at kunne opskalere til filtrering af havvand til drikkevand. Det ville være banebrydende.

Kilde: Professor Claus Helix ved DTU Miljø.

FAKTA

I 2003 fik Peter Agre Nobelprisen i medicin for opdagelsen af aquaporiner.

Illustrationen viser den højteknologiske membran, der er udviklet til omvendt osmose. Aquaporinerne sidder i det øverste lyseblå lag. Foto: aquaporin.

TEST DIG SELV – Hvad har du læst

 Hvor mange mennesker forventer man, der vil være på jorden omkring år 2100?

 Hvilke udfordringer er der i forhold til vand, når flere mennesker flytter til byerne?

 Nævn, hvilke muligheder man har for at skaffe vand i forskellige lande.

 Se filmene: https://vandetsvej.dk/vandets-kredsloeb-0 https://vandetsvej.dk/grundvand https://vandetsvej.dk/vandvaerk https://vandetsvej.dk/renseanlaeg

Brug eventuelt også figuren om vandets kredsløb på side 16. Lav derefter en tegning, der forklarer, hvordan vandets kredsløb fungerer. Prøv at indtegne dit eget hus i kredsløbet og overvej, hvor vandet kommer fra, og hvor spildevandet løber hen.

 Forklar begrebet bæredygtighed. Hvordan kan man tænke bæredygtigt i forhold til vand i byer?

 Hvor mange liter vand bruger en dansker i gennemsnit om dagen?

 Hvad kan man gøre som by for at spare på vandet og for at mindske vandspild?

 Hvorfor er det blevet vigtigt at være opmærksom på, om byer er robuste i forhold til regn, tørke og oversvømmelser?

 Forklar, hvad drivhusgasser er; hvilken sammenhæng er der mellem et drivhus og disse gasser?

 Se første del af filmen om det fremtidige klima. Beskriv, hvordan klimaændringerne påvirker jorden, og hvilke udfordringer vores byer kan stå overfor i fremtiden.

 Se filmen om det fremtidige klima: https://www.youtube.com/watch?v=4NIyBTQXdro Tænk over, hvor mange byer I kender, der ligger i nærheden af havet. Hvad kan man gøre for at forebygge, at byer oversvømmes af havet?

 Forklar, hvad der kendetegner et klimakvarter. Hvad er fordelene ved at indrette en by sådan?

 Hvad kan man gøre for at undgå, at de store mængder regnvand ender i kloakkerne? Og hvorfor vil man gerne holde regnvandet væk fra kloakkerne?

 Hvilke fordele kan der være ved at lave bassiner over jorden? Og hvilke fordele er der ved at lave dem under jorden?

 Hvilke fordele er der ved at have grønne områder i byen?

Formidling

Når I har læst kapitlet, kan I give jeres viden videre til andre. Det kan være spændende for de andre at høre og du vil bedre forstå og huske de mange nye informationer, du har fået. Vælg et emne i kapitlet, du finder særligt interessant og overvej en spændende måde at formidle din viden videre. Det kan være en planche, en video eller noget helt tredje. Formålet med planchen eller videoen er at gøre andre opmærksomme på, hvilke problemstillinger der kan være forbundet med vandet i megabyer. Det kan også være, at I vælger at gå i dybden med en af problemstillingerne.

Urbanisering: En betegnelse for, at en stigende andel af befolkningen flytter til byerne.

Dehydrering: En tilstand, hvor man har fået for lidt vand og derfor er blevet dårlig.

Cellemembran: En fedtholdig hinde, der omkranser cellens indhold.

Dige: Diger er volde, mure eller dæmninger, som forhindrer vand i at flyde ind over et stykke land.

FN: De Forenede Nationers Organisation (FN). FN arbejder for at sikre freden på Jorden. FN blev grundlagt den 24. oktober 1945 af 51 lande, herunder Danmark. I dag er antallet af medlemslande næsten 200. Den 24. oktober er officiel FN-dag.

Ferskvand: Vand i søer, vandløb, grundvand og nedbør, mens saltvand omfatter hav- og brakvandsområder.

Katalyse: Betegnelse for en kemisk reaktion, som forløber ved hjælp af katalysator. En katalysator øger hastigheden af en kemisk reaktion uden selv at blive forbrugt. Mange kemiske reaktioner forløber meget langsomt eller slet ikke, selv ved høje temperaturer. Derimod forløber samme reaktioner hurtigt, når en katalysator er tilsat.

Marianergraven: Marianergraven er det dybeste sted på Jorden. Det dybe hul ligger i Stillehavet ud for Japan, Kina og Filippinerne. Marianergraven er på det dybeste punkt 10.911 meter dybt – altså næsten 11 km.

Mount Everest: Mount Everest ligger i Nepal og er verdens højeste bjerg. Dets tinde er 8.848 meter over havets overflade. Mount Everest er en del af bjergkæden Himalaya.

Polært molekyle: Molekyler, som er negativt ladet i den ene side og positivt ladet i den anden side. I gennemsnit er molekylet dog neutralt. Det er blot ladningen som er ujævnt fordelt. Vand er polært.

Upolært molekyle: Molekyler som er neutralt over hele molekylet.

Pyrolyse: Er en kemisk nedbrydning af et materiale ved hjælp af varme, uden tilførsel af ilt. Det sker for eksempel i forbindelse med madlavning, inde i madvarer, der bages eller steges.

Opløsningsmiddel: Et stof, som kan opløse mange andre stoffer.

Osmose: se side 22.

Omvendt osmose: se side 23.

Stormflod: En oversvømmelse forårsaget af kraftig vind, som presser store vandmasser fra havet ind over land. Stormflod sker oftest i lavtliggende områder, hvor vinden kan presse vandet ind over land, uden at det har mulighed for at komme ud igen. Det er blandt andet ved Vadehavet og fjorde, at der sker stormflod.

Den lange vej fra sygdom til medicin

Lille pille – stor udfordring Medicin kommer ofte i form af piller. Men det betyder, at medicinen skal gennem den sure mavesæk, optages i tarmen og føres rundt med blodet i hele kroppen før den kan gøre gavn. På denne rejse rundt i kroppen risikerer medicinen at blive nedbrudt undervejs. Det kan også være, at det viser sig, at medicinen virker på en sygdom, men at den har nogle uheldige bivirkninger. Kapitlet handler om alle de udfordringer, der er ved at udvikle ny medicin.

Forskningsfasen

8

Hey, er du placebo? Er det ikke dig? 12

Ikke alle lægemidler følger en struktureret udvikling 15

Hvad sker der i dette kapitel?

 Hvad er medicin?

 Hvordan udvikles ny medicin?

 Hvem udvikler ny medicin?

 Hvor lang tid tager det?

 Hvordan sikrer man, at det virker?

 Hvordan sikrer man, at det ikke er giftigt?

 Hvad er fremtidens medicin?

1.0

1.0 Hårdt arbejde, møj besværligt – men Über cool!

FAKTA

Hvorfor kigge efter stoffer til medicin i naturen?: I barske miljøer har planter, dyr og mikroorganismer ofte udviklet særlige stoffer for at overleve. Stoffer vi ikke kender og som måske kan virke mod en sygdom.

FAKTA

Der findes enkelte tilfælde, hvor et lægemiddel er godkendt langt hurtigere end normalt. Det sker typisk ved alvorlige epidemier. Det skete med et middel (AZT) mod AIDS der i blev godkendt på 1,5 år (1985-1987). Her stod man I en voldsom epidemi af den dødelige sygdom. Afrika, Europa og USA var særligt hårdt ramt. Et andet eksempel er et midlet Zmapp mod Ebola. Det blev godkendt af WHO til brug under epidemien brugt selvom det endnu ikke var godkendt i de enkelte lande.

Nogle gange hører vi spændende fortællinger om forskere, der tager på ekspedition i regnskoven eller dykker blandt koraler for at finde nye stoffer til at helbrede sygdomme. Det lyder vildt sejt og som et fedt job. Dette er dog kun en meget lille del af at udvikle et nyt lægemiddel. Disse ekspeditioner er lidt som at deltage i et lotteri for spændende stoffer. Har denne plante et brugbart stof. Næ…måske denne her, nææ og først 2000 planter senere jaaa! Men faktisk er det kun få lægemidler, der starter deres udvikling med eksotiske rejser. Når det sker ligger der ofte flere års arbejde bagefter for at finde ud af om stoffet kan bruges. Et af de helt store punkter for at få et virksomt stof ud på markedet og gøre gavn for patienter er at få produceret det i store

nok mængder og at være i stand til at pakke det virksomme stof ind så det kan nå hen til det sted i kroppen det skal gøre gavn. Man skal også være helt sikker på at stoffet ikke har bivirkninger. Det vil sige, at det ikke må gøre patienten dårlig eller syg, når de tager stoffet.

I det hele taget må man væbne sig med tålmodighed, når der udvikles lægemidler. Selv hvis forskerne, lægerne og virksomheden ved, hvad der er galt i kroppen og har et virksomt stof som kan behandle eller dæmpe sygdommen kan der gå fra 10 til 20 år inden der kommer et middel på markedet. Som du nok kan regne ud er det heller ikke billigt. Det koster i gennemsnit 4 milliarder kroner at udvikle et nyt lægemiddel.

Forskere på ekspedition i regnskoven. Foto: Pixnio

FAKTA

Det er ofte i regnskoven og tropiske egne, at man går på udkig efter egnede stoffer til nye lægemidler. Det er fordi der findes langt flere arter i tropiske egne og derfor er chancen for at finde et egnet middel større.

Hvad er et lægemiddel:

Et lægemiddel er et produkt, der kan gives til mennesker eller dyr for at forebygge, lindre, behandle eller helbrede sygdom, sygdomssymptomer og smerter, eller for at påvirke legemsfunktioner.

I dette kapitel kan du få et indblik i, hvor mange trin, der er på vejen til at udvikle et nyt lægemiddel. At udvikle en ny type medicin kræver meget forskellig viden og er derfor en tværfaglig proces. Der er også altid store problemer undervejs, der kræver kreative løsninger. Problemerne kan opstå på alle trin i udviklingen. Det kan være at stoffet let går i stykker, ikke kan laves til en pille eller har bivirkninger. Måske virker stoffet i mus, men ikke i mennesker eller har bivirkninger man ikke opdagede i museforsøgene.

Fire hurtige om udviklingen af et nyt lægemiddel:

Fra ide til produkt er der:

• I gennemsnit gået 15 år.

• Det nye lægemiddel er testet på mellem 2.000 og 5.000 mennesker inden det kommer på markedet.

• Omkring 500.000 stoffer er undersøgt og kasseret, fordi kunne helbrede

• Det har kostet 15-20 milliarder kroner. Hvor de 8 milliarder var til stoffer man endte med ikke at kassere af den ene eller anden årsag.

Hvad tror du, at forskellen er på det at have en sygdom, og det at have symptomer ?

FAKTA

Forskningsfasen tager 3-5 år, men kan også tage længere tid.

FAKTA

Udviklingsfasen tager 6-7 år, men kan også tage længere tid.

2.0 Den lange proces er nøje panlagt

Når man udvikler et nyt lægemiddel er der en række arbejdstrin alle lægemidler kommer igennem.

Fra at ville behandle en konkret sygdom til, at man står med et stof, man vil prøve at få på markedet skal man i reglen igennem to overordnede perioder; en forskningsfase og en udviklingsfase. Forskningsfasen har fem trin og udviklingsfasen har fire trin.

Forskningsfasen:

1) Hvilken medicin bør udvikles?

2) Hvorfor får man sygdommen?

3) Hvilket stof mildner symptomerne eller ligefrem behandler sygdommen?

4) Afprøvning af stoffet i dyr.

5) Virker stoffet?

Udviklingsfasen:

1) Test på raske personer

2) Test på en mindre gruppe patienter.

3) Test på en større gruppe patienter.

4) Følge virkningen af det nye lægemiddel gennem måneder og måske år. Samt godkendelse hos myndighederne.

2.1 Forskningsfasen

FAKTA

De største udviklingsområder er i disse år:

- Diabetes

- Hjertekar sygdomme

- Sygdomme i central nervesystemet

- Kræft

Læs mere om antibiotika i kapitel 1.

Vi kigger nu nærmere på de enkelte trin i forskningsfasen.

Trin 1. Hvilken sygdom vil man udvikle medicin mod?

Hvad det næste udviklingsprojekt skal være bestemmes delvist af læger og forskere i virksomheden, men også fra et stort netværk af læger rundt om i verden. Tilsammen ved de en masse om hvilke sygdomme det halter med at få behandlet og om ny forskning, der gør nye tilgange mulige.

I sidste ende handler det også om der er tale om en type medicin de vil kunne tjene penge på. Er sygdommen sjælden er der kun en lille chance for at der bliver startet et stort udviklingsprojekt. Lægemidler, der skal holdes

tilbage og bruges så lidt som muligt har også en dårlig chance for at blive virksomhedens nye projekt. Det gælder blandt andet antibiotika, som kan miste sin virkning, hvis man bruger det meget og længe.

Trin 2. Hvorfor får man sygdommen?

Her prøver man at forstå, hvorfor folk bliver syge. Hvad er det i kroppen, der ikke fungerer som det skal. Det er en meget svær og tidskrævende proces. Her trækkes på viden fra flere steder udenfor virksomheden. I høj grad universiteter. Nogle gange giver virksomheden ligefrem penge til universiteter for at få dem til at hjælpe med at forstå en sygdom.

Der er overordnet to måder at undersøge sygdommen på:

A) Forskere kan prøve at forstå hvordan forskellige celletyper og væv fungerer. De kan påføre gnavere sygdommen og undersøge dem. Hvordan ændrer kroppen sig hos den syge gnaver. Bliver hormoner påvirkede? Har de for meget fedt i blodet? Er der stoffer de mangler? Og så videre og så videre. Alle disse oplysninger danner et mønster eller kort over den syge krop. Ved at studere dette kan man forhåbentligt finde en årsagen til sygdommen.

B) En anden mulighed er at undersøge generne hos personer som lider af sygdommen. Har de nogle mutationer eller variationer i deres gener, som gør dem sårbare over for nogle miljøfaktorer?

En anden vigtig detalje er at forskerne også bliver nødt til at kende, hvordan sygdommen ser ud hos de arter af dyr som de kunne finde på at bruge som forsøgsdyr. Hvis dyrenes fysiologi er

helt anderledes på det her punkt end hos mennesker kan man ikke bruge dem som forsøgsdyr. Det er vigtig viden.

Trin 2 i forskningsfasen er et af de dyreste og mest tidskrævende trin i både forsknings og udviklingsfaserne.

Trin 3. Hvilket stof mindsker sygdommen?

Nu har man forstået, hvad der gør personerne syge. Nu prøver man at forstå, hvad der skal til for at rette op på fejlen. Hvilket stof kan aktivere de rigtige receptorer og processer i kroppen. Det kan være ét ud af tusindvis af stoffer, som viser sig at virke. Nogle gange prøver man bare fra en ende af. Men oftest har man en ide om hvilke stoffer, der er interessante at se nærmere på. Det foregår i trin 3 i forskningsfasen.

Her i den tidlige fase af udviklingen af et nyt lægemiddel er viden om organisk kemi afgørende. Fra den første ide om hvilket stof, der er det aktive molekyle og måske kan helbrede. Her sidder den organiske kemiker og kigger på molekylet. Hvordan ser mole-

FAKTA

Når forskerne gennemgår tusindvis af stoffer for at finde et velegnet molekyle, gør de det ved hjælp af særlige biblioteker. Der findes biblioteker over alle kendte stoffer. Her kan forskeren gå ind og søge på stoffer med bestemte egenskaber og strukturer og så finde frem til et udvalg af stoffer som er værd at gå videre med.

FAKTA

Organisk kemi er den del af kemien, hvor man arbejder med molekyler der er bygget op omkring kulstof atomer.

Figuren viser processen med at udvikle et nyt lægemiddel. Den øverste del af figuren viser trinene i forskningsfasen. Den nederste del af figuren viser udviklingsfasen. De sidste tre trin i figuren er samlet i trin fire her i kapitlet.

Læs mere om medicinen vej gennem kroppen i afsnit 2.0 Vores kroppe er en forhindringsbane for lægemidler.

2.0 Det van(d)vittige ved vand

kylet ud, hvordan passer det ind i en bestemt receptor eller cellens kemiske processer og ikke mindst hvordan fremstilles stoffet.

Læs mere om hvordan man pakker et molekyle ind, så det bliver til et lægemiddel: Afsnit 5.0 ikke alt i medicin er medicin.

FAKTA

PET –Skanning er en billedundersøgelse, hvor du får sprøjtet et radioaktivt mærket sporstof ind i kroppen, inden du bliver scannet. Det er ofte et sukkerstof. Vores krop bruger sukker og derfor kan man følge det radioaktive sukker rundt i kroppen. På samme måde kan man radioaktivt mærke det molekyle man gerne vil undersøge i forbindelse med udviklingen af et lægemiddel og følge det rundt i kroppen og se hvor det hæfter sig.

Kemikerne sidder ofte ved en computer, hvor de kan se 3D billeder af molekylet. De kan dreje på det og se hvordan det passer ind på det sted på molekylet, hvor stoffet skal hæfte sig for at virke. På den måde kan de faktisk teste op mod 500.000 stoffer uden at forlade deres kontorstol. De steder molekylet/det aktive stof skal hæfte sig kan være flere forskellige steder:

• Fedtstoffer som kolesterol

• Proteiner

• RNA & DNA

• Glykoproteiner

Trin 4. Stoffet afprøves i dyr

Når man har fundet et eller flere stoffer, der kan hjælpe på sygdommen,

skal de testes i dyr. Her kan opstå et væld af problemer.

- Kan man få stoffet hen hvor det skal gøre gavn? Vores krop prøver at nedbryde alt hvad der kommer udefra. Derfor skal stoffet beskyttes, så det når frem til sit mål i hel tilstand.

-Kan man få nok derhen? Hvis stoffet kommer rundt med blodbanen i hele kroppen, kan det være at alt for lidt af stoffet når frem til sit mål.

-Hvor længe virker stoffet?

Stoffet skal også kunne virke et stykke tid så den kommende patient ikke skal tage medicinen hele tiden.

- Reagerer stoffet med andre stoffer og receptorer end ønsket, så det kan give bivirkninger?

Fejler stoffet på nogle af disse punkter, kan stoffet ikke bruges.

Trin 5. Virker stoffet?

Det aktive stof blev i trin fire testet, for hvordan det opfører sig inden i kroppen på et dyr, men her i trin fem undersøger man om stoffet virker mod sygdommen - det er jo nok så vigtigt. For at undersøge om stoffet virker mod sygdommen kan man bruge flere forskellige undersøgelser.

-Man kan afprøve stoffet på cellekulturer.

- Give det til dyr, som man har påført den konkrete sygdom. Det kan være en kræfttype, hvor man kan måle om svulsten bliver mindre efter dyret har modtaget medicin.

Hvis resultater i trin fem er gode. Det vil sige at stoffet virker mod den pågældende sygdom i dyr. Kan det gå videre til udviklingsfasen.

Marsvin som få målt størrelsen af en svults. Foto: wiki commons.

2.2 Udviklingsfasen

Hvis stoffet er nået godt frem gennem de fem trin i forskningsfasen, går man til udviklingsfasen. Udviklingsfasen, som du kan læse om her i afsnit 1.2 består af fire trin. I denne fase står man med et virksomt stof, der i princippet kan behandle sygdommen. Det aktive stof er pakket ind, så det kan gives som en pille.

Der sker altså det afgørende skift, at man går fra at teste det aktive molekyle i dyr og cellekulturer til at teste et lægemiddel. I løbet af udviklingsfasens trin testes stoffet først på raske personer. Herefter på personer, som fejler det medicinen skal virke mod. Til sidst skal myndighederne sige ja til at stoffet må sælges til patienter med den bestemte sygdom.

Trin 1. Test på raske personer

Det er et kæmpeskridt at gå fra forsøg på dyr og celler til at give stoffet til mennesker.

I trin 1 tester man lægemidlet på 50200 raske testpersoner, som får penge for at deltage. Disse forsøg er for at teste om lægemidlet er giftigt for mennesker eller giver bivirkninger. Testpersonerne får derfor kun en lav dosis af lægemidlet i starten. Senere bliver dosis langsomt øget til et niveau, som har vist sig effektivt i dyreforsøg. Der bliver holdt nøje øje med testpersonerne om de viser tegn på forgiftning eller bivirkninger. De følger et nøje skema, hvor de ofte får taget blodprøver, urinprøver målt hjerterytme og så videre.

Nogle gange ved lægerne godt, hvad de skal holde øje med hos personerne andre gange aner de ikke, hvad der kan

ske, når man indtager stoffet. Derfor er det utroligt vigtigt at give meget lave dosis i starten og kun langsomt øge mængden af lægemidlet. Testene kører typisk i et til to år. Kun tolv procent af stoffer, der er nået til trin 1, går videre til trin 2.

Trin 2. Test på en mindre gruppe patienter

Her afprøver man lægemidlet på 200600 patienter, der frivilligt melder sig som testpersoner. Der holdes øje med virkningen af stoffet over længere tid. Nogle gange viser bivirkninger sig først efter længere tids påvirkning. Det kan være, at stoffet lige så stille ophobes i kroppen og en effekt først ses efter noget tid. Det kan også være at virkningen aftager efter noget tid, så dosis hele tiden skal øges for at opnå effekt. Begge dele er skidt. Måden man holder øje med testpersonerne kan være forskellige og mange. Det kan være blodog urinprøver, skanninger, synstest og balancetest. Patienterne skal også udfylde en række spørgeskemaer eller blive interviewet.

Forsøgene foregår i mange lande. Det er både for at få nok patienter og for at teste om virkningen er ens for alle folkeslag. Forskellig genetik kan have indflydelse på effekten af et lægemiddel.

Trin 2 varer 2-3 år. Cirka 21 % af de lægemidler, der er nået til trin 2 går videre til trin 3.

Japanere med depression har mindre gavn af de fleste typer antidepressiv medicin end andre folkeslag.

FAKTA

Bivirkninger: Medicin har den virkning som den er udviklet til at have, som for eksempel smertestillende eller mod allergi. Men ofte har medicin samtidigt andre virkninger på kroppen, som ikke er ønskede. De kaldes bivirkninger.

FAKTA

Placebomiddel er et middel, som ligner et lægemiddel på udseendet. Det kan være en pille. Men det indeholder ingen lægemidler. Placebomidler anvendes mest ved afprøvning af om et lægemiddel har den ønskede effekt. Man opstiller kontrollerede forsøg, hvor nogle testpersoner får lægemidlet og andre får det uvirksomme placebo

Læs mere links: https://www. youtube.com/watch?v=z03FQGl Ggo0&feature=youtu.be http://illvid.dk/mennesket/5overraskende-sandheder-omplacebo

Trin 3. Test på en større gruppe patienter

I trin 1 og 2 så man på om det nye lægemiddel var giftigt, havde bivirkninger i mennesker, men også om det overhovedet virkede mod sygdommen. I trin tre går man mere i detaljer. De patienter, som afprøver lægemidlet må kun fejle den sygdom, som man vil behandle med lægemidlet. Det giver et mere klart indtryk af, hvordan det nye lægemiddel virker på sygdommen. Man tester også medicinen i det man kalder en dobbelt-blind test. Du har måske hørt om, at når man gerne vil vide, hvor godt et lægemiddel virker, så prøver man at give et placebo middel til en gruppe patienter og det rigtige lægemidlet til en anden gruppe patienter. På den måde kan man se, om tanken om et nyt lægemiddel alene kan have en positiv effekt på sygdom-

men. Hvis det er tilfældet. Er det nye lægemiddel måske slet ikke så virksomt som man troede. Oftest gør man sådan, at man har en gruppe patienter, som får det nye lægemiddel, en gruppe som får det gamle lægemiddel (hvis der findes et) og en gruppe, som får et uvirksomt placebo stof (en kalkpille eller en indsprøjtning med saltvand). Oftest ved, hverken patient eller læge, hvilken gruppe den enkelte patient er i. Der er en særlig kode på den pakke medicin patienten modtager, som behandler og patient ikke har løsningen på. Det kaldes dobbeltblind test.

Alle detaljer om forsøgspersonerne i de tre grupper noteres. Det er både deres fysiske og psykiske helbred, og alle detaljer om effekten af den givne behandling noteres i detaljer.

Hey, er du placebo?

FAKTA

Placeboeffekt: Den virkning patienter får, når de føler sig bedre efter stoffer og behandlinger, som beviseligt ikke har nogen medicinsk virkning.

Er det ikke dig?

Trin 4. Følge virkningen af det nye lægemiddel gennem måneder og måske år. Samt godkendelse hos myndighederne Imens de sidste test på patienter foregår, begynder processen med at få det nye lægemiddel godkendt i forskellige lande. Myndighederne i forskellige lande skal godkende, hvert trin læge-

midlet har været i gennem. De kigger efter de enkelte trin er udført korrekt og hvilke bivirkninger, der er observeret, men de er også interesseret i, hvor effektivt midlet er i forhold til andre midler mod den pågældende sygdom. De kan undersøge alt dette fordi hver eneste handling i helle processen er skrevet ned. Hver gang en person har

FAKTA

Ringbind med dokumenter fra de første tre trin i udviklingsfasen kan fylde en hel lastbil, hvis det er skrevet ud på papir.

Billedet viser et apotek. Her sælges de lægemidler, der er nået hele vejen gennem forskning og udviklingsfasen og er blevet godkendt af landets myndigheder. Foto: wiki commons.

modtaget et stof, i forbindelse med udviklingen af lægemidlet, har det haft et nummer, så man altid kan gå tilbage og læse i detaljer, hvad der er sket i de enkelte trin. Det betyder, at hvis en person fra myndighederne siger, at fire testpersoner har for højt blodtryk eller for høje levertal, så kan man hurtigt gå tilbage i data og finde oplysninger om, hver enkelt patient.

Hvis der er noget myndighederne ikke er tilfreds med kan de bede virksomheden om at gå tilbage og lave nye forsøg eller ekstra dokumentation af et tidligere trin. At have disse omfattende trin er nødvendige både af menneskelige årsager, men også fordi virksomheden mister troværdighed, hvis de sender et dårligt produkt på markedet. At bruge så store summer penge og så fejle på markedet er en meget alvorlig situation for en lægemiddelvirksomhed. Derfor kan det betale sig at gå gennem det lange møjsommelige arbejde med en Forskningsfase og udviklingsfase.

Hvad skal lægemidlet koste?

I denne fase skal man også finde ud af, hvad en behandling med det nye lægemiddel vil koste patienten. Vil det kunne betale sig for patienten at skifte fra et ældre produkt til et nyt. Er produktet, så meget bedre, at det er en eventuel højere pris værd? Virksomheden forhandler også med de enkelte landes myndigheder om, hvad medicinen skal koste i det pågældende land. Prisen på et lægemiddel kan derfor være forskellig fra land til land.

Men selv om der stadigt er noget usikkerhed om det nye lægemiddel rent faktisk kommer på markedet begynder medicinalvirksomhedens marketingafdeling at sprede nyheden om den nye medicin til læger rundt omkring i verden. Når en virksomhed har brugt så mange penge og så lang tid på at udvikle et nyt produkt vil de sikre sig at køberne står parat, så snart det kan købes.

Denne sidste fase kan vare alt fra måneder til år. Det afhænger meget af om myndighederne beder om flere test af lægemidlet inden det kommer på markedet.

Men det er 89 % af de midler der er nået til fase fire som bliver endeligt godkendt til markedet.

Som du kan se får de forskellige trin i forskningsfasen og udviklingsfasen brudt den store opgave ned i mindre dele. Det hjælper til at få et overblik over processen. Oftest støder man dog ind i problemer eller får viden udefra som gør at man må springe frem og tilbage i trinene eller arbejde på flere af dem på samme tid. I afsnit 3.0 kan du læse om eksempler på lægemidler, der ikke har fulgt forsknings- og udviklingstrinene efter bogen.

3.0 Ikke alle lægemidler følger en struktureret udvikling

I afsnit 1.1 og 1.2 har du læst, hvordan man arbejder meget struktureret, når man udvikler nye lægemidler. Ofte undersøger man systematisk en lang række forskellige stoffer. Ind imellem finder man dog tilfældigt ud af, at et stof har en gavnlig effekt på en sygdom, uden at vide, hvorfor det virker. Det er for eksempel tilfældet med aspirin.

Det tager lang tid at udvikle et nyt lægemiddel – Men 2400 år!

Du har nok hørt, at der findes forskellige piller, som man kan tage mod hovedpine eller til at mildne symptomerne under en influenza. Aspirin er det første af disse typer stoffer, som blev udviklet. Det findes i Kodigmagnyl og Treo. Disse praktiske piller har en meget lang historie. Faktisk over 2400 år! For 2400 år siden levede Hippokrates. Hippokrates fandt ud af, at saften i barken fra det hvide piletræ kunne dæmpe kløe, hovedpine og feber. Stoffet kaldte Hippokrates for Salicin. I mange år blev denne viden om Salicin mest brugt af fødende kvinder til at lindre smerterne under fødslen. Stoffet blev dog ikke et udbredt middel. Måske, fordi det smager meget bittert og kan give mavesmerter og blødninger.

Det var først over 2400 år senere, at der blev fundet en løsning på Salicins bivirkninger, så det blev en succes. I 1897 arbejdede de to tyske kemikere Arthur Eichengrün og Felix Hoffmann ved en større kemivirksomhed. Felix havde en far, der led af smerter på grund af gigt, og Arthur vidste en del om at ændre på strukturen af stoffer ved hjælp af det man kalder syntese. Så de gik sammen og fandt ud af, at hvis de omdannede en hydroxylgruppe i Salicin til en acetylgruppe, var stoffet knap så surt. De håbede, at det ville mindske bivirkningerne ved Salicin, men at stoffet stadigt virkede ligegodt.

FAKTA

Navnet Aspirin er dannet ved sammensætte ”A” for a i acetyl og ”spir” fordi Salicin isoleres fra planter, som hører til Spirea plantefamilien. Der i blandt piletræer. Endelsen ”in” skyldes blot at man næsten altid sluttede lægemidler på ”in” førhen.

FAKTA

Hippókrates var en græsk læge, der levede for godt 2000 år siden. Hans tanker om sygdom og lægekunst har gjort så stort indtryk, at han betragtes som lægekunstens far.

Tegningen viser den kemiske struktur for salicylsyre (A) og acetylsalicylsyre (B). Ved salisylsyre er hydroxylgruppen markeret med en rød ring. Denne kemiske gruppe som blev udskiffet med en acetylgruppe, for at gøre stoffet mindre surt. Acetylgruppen er markeret med en rød ring i (B) og er den der giver acetylsalicylsyre sit navn.

FAKTA

Det aktive stof i piletræsbark er salicin, og er opkaldt efter det latinske navn for det hvide piletræ, nemlig Salix alba.

FAKTA

Lægemidler kan også være farlige.

Hvert år dør mennesker efter en overdosis med aspirin. Store mængder af aspirin sætter lever og nyre ud af funktion og kan give indre blødninger.

Felix var som sagt meget optaget af at få udviklet et brugbart stof, der kunne hjælpe hans far. Han ville dog ikke bare sådan uden videre give sin far et nyt uprøvet stof. Arthur og Felix lod derfor nogle rotter på loftet smage på det først. De så ikke ud til at tage skade af at spise stoffet, så nu var næste afprøvning altså faren.

Faren fik noget af den nye udgave af stoffet, før han skulle sove. Det var nemlig især nattesøvnen, der blev ødelagt af smerterne.

Da faren vågnede næste morgen, var de begge meget glade. Det nye middel virkede og faren havde haft sin første smertefrie nat i mange år. Der var oven i købet ingen bivirkninger. Det nye stof fik navnet Aspirin.

Måden Arthur og Felix arbejdede på under udviklingen af Aspirin, dannede grundlaget for den farmaceutiske industri, som vi kender den i dag. Felix afprøvede stoffet i den rækkefølge, som man også afprøver lægemidler i dag – først på dyr og bagefter på mennesker, og Arthur Eichengrün havde ændret strukturen af det naturligt forekommende stof Salicin ved hjælp af syntese, det gav nye muligheder inden for udviklingen af andre lægemidler.

I dag forskes der stadig i Aspirin. Det ader nemlig til at stoffet kan bruges til andet end at dæmpe smerter og feber. Det tyder på at aspirin kan bruges til forebyggelse af kræft. Så hvem ved, måske når udviklingen af lægemidler ud fra Salicin at holde 2500 års fødselsdag.

Man troede at man havde fundet et middel mod kræft, men…. Her kommer en anden historie om udviklingen af et lægemiddel. Den her foregår i 1980érne. På det her tidspunkt udvikles lægemidler gennem en streng systematisk proces, ligesom de gør i dag. Men i den her historie tager udviklingen en uventede omvej og man ender med at have udviklet et andet lægemiddel, end man havde sat sig for i første omgang.

Det starter med en særlig type kræftceller og vitaminet D-vitamin. I 1980érne så man, at D-vitamin mindskede væksten af en bestemt type kræftceller. Derfor tænkte man, at denne kræftform kunne behandles med D-vitamin. Men her kommer første problem. D-vitamin hjælper kalcium ind i knoglerne og det er godt. Det giver stærke knogler. Men ved stort indtag af Dvitamin aflejres kalk også andre steder i kroppen. Blandt andet nyrerne. For at virke mod kræftcellerne skulle patienten spise store mængder D-vitamin. Dermed ville patienten få behandlet kræften, men desværre også få kalkaflejringer i kroppen og muligvis ødelagt deres nyrer. Det går ikke. Så kan medicinen ikke bruges. Man var derfor nødt til at se på D-vitamins struktur og se på om det kunne ændres, så det stadigvæk virkede på kræftcellerne, uden at øge optaget af kalcium i kroppen. Dette undersøgte man ved at kigge på D-vitamin som molekyle og tage enkelte sidgrene og grupper af og på en efter en og så se, hvad det gjorde ved egenskaberne af D-vitamin.

Kemikeren Felix Hoffmann.

Kemikeren Arthur Eichengrün.

Man fandt ud af, at den ønskede effekt af D-vitamin ligger i D-vitaminets grundstruktur, mens kalciumeffekten ligger i en sidegren af molekylet. Nu kunne man så bygge et nyt molekyle som, virkede på kræftcellerne, uden at patienten blev helt kalket til. Det nye stof hed calcipotriol. Virkede det nye stof?

Det virkede faktisk ikke særligt godt. Altså problem nummer 2.

Men hvorfor virkede det ikke? Man kiggede nu på, hvad der skete med det nye molekyle på dets vej rundt i kroppen. Det viste sig, at det ikke nåede ret langt. Det blev nemlig nedbrudt i leveren, og nåede derfor aldrig ud til kræftcellerne. Det var i øvrigt også den korte levetid, der gjorde, at stoffet ikke oplagrede kalk i kroppen.

Man prøvede med en ny variant af Dvitamin molekylet. Denne gang fik det navnet Seocalcitol. Det virkede faktisk hæmmende på kræftcellerne.

Men ak ja ved lang behandling og med store doser, så øgede dette stof optaget af kalcium i kroppen. Dette stof måtte

Figuren viser molekylstrukturen af calcipotriol, som var det stof der først var et lovende middel mod kræft, men endte med at blive et middel mod psoriasis.

derfor også kasseres som medicin mod kræftcellerne.

Alt i mens denne forskning og udvikling foregik med nedslående resultater, blev en japansk patient behandlet med D-vitamin mod knogleskørhed. Han led tilfældigvis også af hudsygdommen psoriasis. Det viste sig at behandlingen med D-vitamin hjælp vældigt på mandens hudsygdom. Samtidigt, et andet sted i verdenen, havde man fundet ud af, at huden har receptorer for D-vitamin. Den viden læste man om på Leo Pharma og derfor tog de fat i deres første produkt igen (calcipotriol) og kom det i en creme i stedet for i piller. Endnu en gang måtte stoffet igennem flere af forskningstrinene og alle udviklingstrinene. Nu som creme og mod en anden sygdom. Da leveren er det sted, der nedbryder de fleste fremmede stoffer, tilsatte man calcipotriol til noget leverekstrakt og undersøgteundersøgte nedbrydningsprodukterne af Calcipotriol. Det blev nedbrudt til en alkohol og en keton. Det var ok, så kunne man gå videre i processen.

FAKTA

Knogleskørhed: Svage knogler på grund af mangel på kalcium i knoglerne.

FAKTA

Psoriasis: Hudsygdom der giver skællet og kløende eksem.

FAKTA

Antabus er et middel mod alkoholisme. Det virker ved, at man får det dårligt kort tid efter, at man har indtaget noget med alkohol i.

FAKTA

Penicillin:

Penicillin blev opdaget i 1929 af bakteriologen Alexander Flemming og behandler sygdomme, der skyldes bakterier. Selvom man hurtigt blev klar over Penicillins muligheder tog 29 år inden det kunne købes på apoteket. Årsagen var, at det aktive stof i penicillin er så skrøbeligt, at man kun kunne producere meget lidt af det.

Hvis du vil vide mere om penicillin. Kan du læse kapitel 1.

Næste trin var dyreforsøg. I dyreforsøgene gav de rotter og minigrise radioaktivt-mærket calcipotriol. Det gjorde de, for at kunne følge stoffet rundt i kroppen på dyret. På den måde kunne de se om det nu også var rigtigt, at stoffet blev nedbrudt til de stoffer de havde fundet i laboratoriet. Det viste sig, at der blev dannet præcis de samme metabolitter i dyrene, som blev fundet i forsøget med leverekstrakt. Endnu et skridt i den rigtige retning var taget. Da de havde set, at lægemidlet havde den ønskede effekt i dyr, og at det ikke gav bivirkninger, var næste trin at teste lægemidlet på mennesker. Da man testede calcipotriol på raske menneskers hud, fandt man ud af, at der ikke var nogle alvorlige bivirkninger ved stoffet, og ingen af personerne ophobede kalk i kroppen. Da man testede calcipotriol på en stor gruppe psoriasispatienter, så man en stor forbedring af huden. Det var nu tid til at få godkendt og markedsført calcipotriol.

Det, der var tænkt som en ny pille mod kræft, endte dermed som en creme mod psoriasis.

Man starter et sted for at komme et andet sted hen men havner et helt femte sted

På den måde udvikles lægemidler langt fra altid efter planen. Flere lægemidler er udviklet med ønsket om at kurere en bestemt sygdom, men er endt med at blive et middel mod en helt tredje sygdom. Dette gælder for eksempel midlet mod psoriasis og antabus, som i senere kan læse om. I andre tilfælde er man slet ikke i gang med at tænke på medicin og sygdomme, men falder tilfældigvis over en observation, der har betydning. Det gælder blandt andet penicillin, som du kan læse om i kapitel 1.

Calcipotriol blev nedbrudt til en keton og en alkohol i leveren. Her ses et eksempel på en keton (acetone) og en alkohol (propanol). Illustrationer: Wikimedia.

Acetone (keton)

Peopanol (alkohol)

4.0 Vores krop er en forhindringsbane for lægemidler

Du har nu hørt om den lange proces det er at finde det rette stof, der skal indgå i et lægemiddel. Du har måske læst nogle af historierne om, hvor kringlet vejen kan være før, der er en brugbar medicin til patienterne. En af de store udfordringer ved at udvikle lægemidler er at beskytte det aktive stof, så det når hen, hvor det skal gøre gavn. Hvordan beskytter man medicin, som vi synker som en pille og som lander samme sted som vores frokost? Vores krop er et barskt miljø for aktive medicinske stoffer. Kroppen er nemlig kun ude på at opløse og nedbryde stofferne.

Dette afsnit handler om, hvilke miljøer og barriere et lægemiddel skal krydse, for at nå hen, hvor det skal gøre gavn. Den viden, der kommer i dette afsnit, bruges i høj grad i trin fire i forskningsfasen.

For de fleste lægemidler gælder det om at nå blodbanen, så det kan fordeles rundt i hele kroppen. Der er som hovedregel fire punkter, som er vigtige at overveje:

• Optagelsen: Hvordan kommer lægemidlet ind blodbanen

• Fordelingen: Hvordan fordeles lægemidlet, når det er i kroppen

• Metabolismen: Hvordan forsøger kroppen at nedbryde lægemidlet.

• Udskillelsen: Hvordan udskilles lægemidlet fra kroppen.

Optagelsen

Når et lægemiddel skal optages kan det foregå på mange forskellige måder, afhængig af, hvor det skal hjælpe. Nedenfor ses en oversigt over de forskellige måder, man kan få medicin ind i kroppen:

• Via munden

• Tabletter

• Kapsler

• Miksturer

• Via blodet

• Indsprøjtning i et blodkar

• Indsprøjtning i underhuden eller muskel

• Via Huden og slimhinderne

• Creme

• Plaster

• Øjendråber

• Øredråber

• Under tungen

• Via luftvejene

• Næsespray

• Suges via munden ned i lungerne

Vi kigger nu lidt nærmere på udfordringerne ved de enkelte måder at få medicin på.

FAKTA

Fordøjelsesenzymer nedbryder normalt den mad vi spiser. Meget medicin er imidlertid proteiner og andre stoffer, som er opbygget ligesom vores mad. Derfor kan medicin også blive nedbrudt af fordøjelsesenzymer.

Igennem munden

Ved indtagelse gennem munden skal lægemidlet kunne overleve det sure miljø i mavesækken. Mavesækken udskiller også flere typer fordøjelsesenzymer, der kan klippe lægemidlet i stykker. Overlever lægemidlet turen i mavesækken, når det frem til tarmene, hvor det igen udsættes for et hav af enzymer, der kun er ude på at klippe medicinen i småstykker. Hvis medicinen har været beskyttet godt nok til at overleve denne barske rutschetur kan det nu krydse tarmvæggens celler og nå over i blodbanen. Vores tarme er omgivet af et tæt netværk af tynde blodkar. Det er i dem næringsstofferne fra maden, men også lægemidler optages. Når stoffet så er optaget i blodbanen er udfordringerne dog langt fra slut. Leveren! Alle blodårer, der omkranser tarmene, samles til en stor blodårer, der går til leveren. Det er smart for så kan eventuelle giftige ting fra maden blive uskadeliggjort, men for medicin, der helst skal nå længere ud i kroppen, er leveren slet ikke for sjov. Medicin vil se fremmed ud og være i stor risiko, for at blive nedbrud af leveren. Et stof, der er kommet ud på den anden side af leveren har nu fri adgang rundt i blodbanen.

Lipofilt eller hydrofilt, hvad er bedst, når man er et lægemiddel?

Når et lægemiddel skal krydse cellemembraner, og transporteres rundt med blodet, er det vigtigt, om det er lipofilt eller hydrofilt. Er det meget hydrofilt, har det svært ved at komme over cellevæggene i tarmen og over i blodbanen, men det skal

alligevel være lidt hydrofilt for ellers kan det ikke opløses i blodet og transporteres rundt i vores krop.

Hvis stoffet er meget lipofilt risikerer man også, at stoffet ophober sig i fedtvævet og kun frigives meget langsomt. Derfor er der i høj grad en afvejning af, hvor lipofilt eller hydrofilt et lægemiddel skal være.

Blod hjerne barrieren

Når medicin er kommet ud i blodbanen, har det adgang til det meste af kroppen. Men et sted er det stadigt en udfordring at komme hen. Hjernen! Hjernen er særlig sart, og har ikke godt af at alt, hvad der føres rundt i blodet kan komme ind til den. Heldigvis har blodkar i hjernen et ekstra tæt cellelag. Det tætte cellelag har to funktioner 1) Det sikrer effektivt at uønskede stoffer ikke smutter ind til hjernen. 2) de meget tætsiddende celler i blodkarene transporterer aktivt sukkerstoffer og få andre stoffer, som hjernen har brug for over på den anden side af blodkaret og ind til hjernen.

Det er derfor vigtigt, at være opmærksom på, hvorvidt et lægemiddel kan krydse blod-hjerne barrieren eller ej. I nogle tilfælde kan lægemidlet være skadeligt for hjernen, og derfor ønsker man ikke, at det skal krydse barrieren. I andre tilfælde er det derimod meningen, at lægemidlet skal have sin virkning i hjernen. Måden, at styre om et stof kan krydse blod-hjerne barrieren er ved at ændre på stoffets polaritet. Stoffer skal typisk være upolære for at kunne krydse barrieren.

Igennem indsprøjtning

En hurtig og effektiv måde at få medicin ind og fordelt i kroppen er ved at give en indsprøjtning med lægemidlet direkte i blodbanen. Det er en metode, der kan bruges, hvis behandlingen skal gå hurtigt eller hvis lægemidlet er sart og ville blive nedbrudt i af fordøjelsessystemet eller i leveren, hvis det blev spist som pille. En indsprøjtning kan også være ind i en muskel eller i de nederste lag af huden. Det gør man typisk, hvis lægemidlet ikke skal nå blodbanen med det samme. I musklen skal lægemidlet først krydse flere cellemembraner, før det når blodbanen og det tager lidt tid. Det gælder for eksempel for insulin til sukkersygepatienter. Insulin er et protein og vil blive nedbrudt af fordøjelsesenzymer, hvis det blev spist som en pille. Insulin må heller ikke blive frigivet for hurtigt til blodet, for så kan patienten få det dårligt. Derfor bliver insulin givet som en insprøjtning i underhuden.

Huden og slimhinderne

Når man giver medicin på huden er det oftest, for at behandle lokalt. Det kan være en creme eller gele mod eksem, fodvorte eller et svampeangreb. Det kan også være mod kløe ved myggestik og så videre. Der er også nogle plastrer, som kan afgive lægemidler ind i kroppen. Det er blandt andet nogle vacciner, midler mod transportsyge eller nikotin til rygestop. Slimhindrne har derimod små blodkar tæt ved overfladen og kan derfor hurtigt optage små molekyler. Det kan være en næsespray mod stoppet næse, når man er forkølet eller har allergi.

Lungerne

Indtagelse af lægemidler kan også ske ved suge medicinen ned i lungerne og er hovedsageligt brugt ved astma. Her virker medicinen lokalt i lungerne og hjælper personen til at kunne trække vejret normalt igen.

Lægemidler kan også optages i lungerne ved at suge et forstøvet lægemiddel ind. Her ses en pige tage astma medicin. Foto: flickr.

Figuren viser mange af de forskellige måder du kan få medicin på.

Indsprøjtning: Ved indsprøjtninger bliver lægemidlet givet direkte i blodbanen eller til muskelvævet. Her er fordelen at virkningen kommer hurtigt, og at stoffet kommer uden om fordøjelsen. Hvilke ulemper kan der være ved at få det aktive stof ved en indsprøjtning?

Piller: Piller er en af de mest almindelige lægemidler. Nogen af jer kender måske at have fået en Panodil, når I har været syge med feber og hovedpine. Hvorfor tror du, at piller er den mest almindelige måde at få medicin på?

Inhalator: Inhalatorer anvendes dagligt af for eksempel astmapatienter, som bruger dem til hurtigt at mindske problemer med vejrtrækningen.

Øjendråber: Øjendråber kan for eksempel anvendes i forbindelse med øjengener ved allergi eller øjenbetændelse.

Næsespray: Næsespray kan anvendes mod stoppet næse, hvis du er forkølet. Fordi medicinen sprøjtes direkte på de hævede slimhinder virker medicinen hurtigt.

Kapsler: Kapsler kan indeholde pulver, olier eller væsker. Kapslen kan for eksempel være fremstillet, så den først opløses ved en bestemt pH, og derved kan lægemidlet undgå at blive opløst af mavesyren. Kapsler kan have den fordel, at de er gode til at skjule dårlig lugt og smag. Hvis det aktive er svært at blande med hjælpestoffer kan kapsler også være en løsning.

Stikpiller: Stikpiller placeres lokalt, hvor den skal behandle. Dette kan for eksempel være i endetarmen, skeden eller urinrøret.

Cremer: Cremer kan indeholde medicin. Det kan være hormoner, antibiotika eller vitaminer mod eksem. Det kan også være smertestillende midler til lokale smerter eller hævelser, som kan smøres på, hvor der er et behov.

Miksturer: Miksturer betegner flydende medicin, som hældes op på en ske eller et lille bæger og drikkes. Flydende medicin kan være en fordel for børn og voksne, som har svært ved at sluge piller. Ulempen ved miksture er, at det kan være svært at skjule en grim smag og lugt fra det aktive stof.

5.0 Den rette dosis til enhver patient

Hvor stor en dosis medicin en patient skal tage er endnu et vigtigt punkt, når et nyt lægemiddel udvikles. Hvor meget medicin skal der til før det hjælper patienten.

Kan man få for meget, så patienten op-

lever bivirkninger eller kan stoffet ligefrem blive giftigt i for store mængder. Der er derfor vigtigt at vide præcist, hvor meget en person skal have af medicinen, for at få udbytte af den, men heller ikke får for meget.

FAKTA

Dosis er et udtryk, der bruges om den mængde medicin du skal tage, hvis du skal i behandling for en sygdom.

Grafen viser, hvordan koncentrationen af lægemidlet stiger i blodet, hver gang dosis øges. Når dosis når første stiplede linje har man nået en virksom dosis. Det vil sige, at du får en dosis, der har en effekt på sygdommen. Ved den næste stiplede linje er dosis blevet så stor, at lægemidlet får en giftig effekt. Mellem de to stiplede linier er dosis så høj, at der ses en effekt, men lav nok til, at lægemidlet ikke er giftigt.

Det er godt, hvis afstanden mellem de to stiplede linjer er stor. Da vi er forskellige og vi kan reagere forskelligt på samme dosis, men hvis det område hvor dosis virker uden at være giftigt er stort, så er risikoen for at give en giftig dosis til en person mindre.

Historien om Antabus

Antabus er et stof, der kan være en hjælp til alkoholikere, til at holde op med at drikke alkohol. Det blev opfundet i 1948 af lægerne Erik Jacobsen og farmakologen Jens Hald. De to forskere arbejdede på det tidspunkt i en medicinalvirksomhed, hvor deres opgave var at finde en kur mod fnat og indvoldsorm, som var udbredte lidelse på det tidspunkt.

De havde fundet frem til stoffet disulfiram, som de gerne ville afprøve. Erik og Jens havde imidlertid ingen forsøgspersoner at afprøve stoffet på, så pligtopfyldende som de var testede de midlet på sig selv. Umiddelbart efter de havde spist stoffet gik de til frokost og fik en kold øl til maden. Det var helt almindeligt dengang. Men efter en ellers dejlig frokost begyndte hyggen at forsvinde. Erik og Jens fik det skidt. De fik hjertebanken, åndenød, kvalme, hovedpine og ja, det var ikke for sjov.

Da Jens og Erik var kommet sig over den ubehagelige oplevelse var de tilbage på arbejdsbænken. De var nemlig udmærket klar over hvad de lige havde opdaget. Et muligt middel mod misbrug af alkohol. Midlet fik navnet Antabus. Stoffet virker ved at forhindre nedbrydelsen af alkohol i leveren og derfor vil kun en lille mængde alkohol give kraftige tømmermænd.

Antabus er dannet af en sammentrækning af ordene anti og abusus. Anti betyder i mod og abusus betyder misbrug på latin. Det virker i øvrigt også mod fnat og indvoldsorm. Men bruges ikke til det på grund af effekten ved indtagelse af alkohol.

Tegning: Sissel Bergfjord.

6.0 Ikke alt i medicin er medicin

Når man designer, hvordan det aktive stof skal pakkes ind og blive til et lægemiddel, bruger man forskellige andre stoffer, som kaldes hjælpestoffer. Ofte er det aktive stof kun en lille del af lægemidlet. Resten er hjælpestoffer. Selvom disse stoffer ikke behandler sygdomme, skal de vælges med omhu. Hjælpestofferne har andre og vigtige funktioner. De skal kunne beskytte det aktive stof, så det når derhen, hvor det skal gøre gavn og de skal skjule eventuelle dårlige smage og lugte. Hjælpestofferne må naturligvis ikke være giftige og kroppen skal kunne udskille dem indenfor et rimeligt tidsrum. Udviklerne af lægemidler er alt i alt interesseret i at gøre det lettest muligt for patienten at tage den nødvendige medicin.

En anden vigtig del af udformningen af et lægemiddel er, at man skal have tænkt over målgruppen. Hvem skal have medicinen? Det har stor betydning, for hvordan medicinen udformes. Hvis medicinen er til børn, er sprøjter og piller ikke gode. Børn er af mange gode grunde bange for sprøjter og de har ikke lært af sluge piller endnu. Derfor er førstevalg til børn at prøve at få medicin til at være en mikstur der kan drikkes.

Mikstur

Miksture er ofte til børn, og her vil man særligt gerne fjerne den dårlige smag, som meget medicin har. Det er bare svært, for her kan man ikke indkapsle smag og lugt, som man kan ved en pille. I stedet prøver man ofte at overdøve smagen med sødestoffer og andre smagsgivere.

Piller

Piller er den mest almindelige form at levere et lægemiddel på. Når man fremstiller piller er det vigtigt, at det aktive stof kan blandes godt sammen med hjælpestofferne til en god pulverblanding, så det kan sammenpresses til en fast pille, der ikke smuldrer mellem fingrene.

Man kommer hjælpestoffer i piller af flere grunde:

• For at beskytte det aktive stof.

• For at gøre pillen større, så den er lettere at håndtere.

• Give den en glat overflade, så den er lettere at synke.

• Give pillen en overflade som maskerer lugt og smag af pillen.

• Nogle gange giver man en pille en farve, så den er lettere at kende fra andre piller. Måske ved man, at patienter, der får denne type medicin også ofte får andet medicin og så kan det være en fordel, at de er lette at kende fra hinanden.

Er det altid smart at et lægemiddel kommer rundt i hele kroppen?

Kapsler

Det kan være svært at få blandet det aktive stof med hjælpestoffer. Det kan blandt andet skyldes stoffets pH eller polaritet. Hvis det ikke er muligt at få stoffet på pilleform kan man komme medicinen ind i kapsler i stedet. Kapslen er god til at skjule en grim smag eller lugt. En kapsel kan beskytte et aktivt stof mod luftens ilt og fugtighed eller mavens sure miljø med mange nedbrydende enzymer. En anden egenskab ved kapsler er, at man kan man undgå mange fyldstoffer og der-

med levere en større dosis i en kapsel end en pille af samme størrelse. Ulempen ved kapsler er imidlertid, at produktionen af en kapsel er langt dyre end en pille.

Creme

I en creme kan det være nødvendigt med konserveringsmidler. En hud med eksem eller sår er sart og modtagelig overfor svampe- eller bakterier. Derfor er det vigtigt at holde cremen ren.

Pilletrillere

I dag bliver al den medicin, vi køber på apoteket, lavet på store fabrikker, men i gamle dage lavede apotekeren det hele selv i sit laboratorium. Pillebrættet brugte han, når der skulle trilles piller, og dem skulle der laves mange af. Derfor blev apotekeren tit kaldt for en pilletriller. Først blandede apotekeren medicinen i en masse, som mindede om småkagedej eller moddelervoks. Så blev massen rullet ud på pillebrættet i lange tynde pølser, og skåret i lige store stykker mellem de to rillede pilleknive. Til sidst blev pillerne trillet til perfekte kugler under den runde træskive. Det var meget vigtigt, at alle pillerne blev præcist lige store, så den syge fik lige meget medicin hver gang de slugte en pille. For at pillerne ikke skulle klistre sammen, blev de puttet i den kugleformede dåse og rystet med heksemel. Heksemel er et underligt pulver... men den historie må du høre en anden gang.

I dag er pilletrillere farmaceuter og produktionen af piller foregår under helt andre forhold.

Apoteker igang med at trille piller.

7.0 Forskningens vilde ideer, der kan blive fremtidens medicin

I de forrige afsnit blev den systematiske fremgangsmåde og de udfordringer man går igennem for at udvikle lægemidler beskrevet. I det her afsnit kan du læse om en anden måde at prøve at forbedre måden at give medicin på.

Det vil blandt andet handle om nye måder at behandle type 1 diabetes, men vi kommer også omkring nanomedicin til hjerte-karsygdomme og nervesystemet.

7.1 En sikker hverdag for sukkersygepatienter

Personer med type 1 diabetes producerer ikke insulin. Derfor skal de have en indsprøjtning med insulin i forbindelse med deres måltider. Det er dog svært for sukkersygepatienten at regne den nøjagtige mængde insulin ud. Det afhænger nemlig af tre vigtige faktorer: 1) Hvor meget sukker er der i det mad, jeg lige har spist, 2) hvornår er det fordøjet, så det når blodbanen, og 3) hvor meget bevæger jeg mig nu og i de næste timer.

Det er let at forstå, at det er svært at regne præcist ud, hver dag og flere gange om dagen. Konsekvenserne ved at regne forkert er desværre ret store. Hvis patienten får for meget insulin falder blodsukkeret for meget og patienten får det rigtigt dårlig og kan i værste fald dø. Får patienten for lidt insulin vil blodsukkeret blive for højt og det har nogle meget uheldige følge virkninger på lang sigt. Det er blandt andet blindhed og amputationer. Derfor arbejder forskere over hele verdenen på at forbedre behandlingen af sukkersyge. En mulig måde, der vil gøre en stor forskel er at udvikle en ”kunstig

bugspytkirtel”, der giver patienten lige præcis den mængde insulin hun eller han har brug for på et hvert tidspunkt. Der er allerede insulinpumper på markedet, men der ligger fortsat et stort arbejde i at forbedre dem, så de bliver bedre til at holde blodsukkeret stabilt. Forskere rundt om i verden er i fuld gang med at udvikle den kunstige bugspytkirtel. I Danmark sidder blandt andet John Bagterp Jørgensen, som er lektor ved DTU Compute og leder et projekt, hvor de prøver at forbedre de algoritmer, der regner mængden af insulin ud, der skal gives til patienten. Deres måde at hjælpe sukkersygepatienter er altså udelukkende ved hjælp af matematiske modeller. Derudover vil de gerne have, at pumpen også indeholder hormonet glukagon, så pumpen også kan give patienten glukagon. Glykagon virker ved at frigive sukkerstoffer fra leveren. Det vil være en stor fordel for diabetikere under sportsaktiviteter eller, hvis de for eksempel har glemt madpakken, så vil glukagonet forhindre, at blodsukkeret bliver for lavt.

Prøv at bygge en kunstig bugspytkirtel i øvelse 3.4 i opgavehæftet.

FAKTA

I Danmark er der cirka 270.000 diabetes 2 patienter og cirka 30.000 diabetes 1 patienter. Tallet er dog stigende for begge grupper.

FAKTA

Insulin er et hormon, du producerer i din bugspytkirtel. Insulin hjælper sukker fra dit blod ind i dine celler, så det kan bruges som energi i alle kroppens celler..

FAKTA

Der er overordnet to typer diabetes. Type 1 og type 2. Du kan læse mere om diabetes her: https://diabetes.dk/diabetes-1/ fakta-om-diabetes-1.aspx

FAKTA

Bugspytkirtlen producerer hormonerne insulin og glukagon. De spiller en central rolle i reguleringen af vores blodsukker. Bugspytkirtlen er en aflang, tynd kirtel, som sidder lige under mavesækken.

Den kunstige bugspytkirtel skal placeres i maven på sukkersygepatienten. Den består af en sensor, der hele tiden måler blodsukkeret. Herefter sender den besked til en computer, der regner den præcise portion af insulin og glukagon ud, som patienten har brug for nu og her. Computeren informerer en pumpe, der indeholder insulinen eller glukagon. Pumpen sender den beregnede mængde insulin ud i kroppen. Pumpen kan også sende insulin ud flere gange og i mindre mængder. Det giver mindre udsving i blodsukkeret, og det er netop det, der vil være så godt, hvis det kan ungåes.

Flere andre steder i verdenen er forskere ved at udvikle en kunstig bugspytkirtel. John Bagterp Jørgensen på DTU Compute har udviklet nogle særlige forbedringer ved hjælp af matematiske modeller.

Det matematiske arbejde med algoritmerne går ud på at gøre modellen bedre til at håndtere variationer fra patient til patient. En sukkersygepatients behov for insulin er nemlig specifik. Desuden skal modellen kunne modstå variationer fra uge til uge, så den virker lige godt hele tiden.

Modellen er blevet rigtig godt til at regulere blodsukkeret om natten. Næste skridt er reguleringen om dagen. Det er straks sværere, da der er mange flere variationer i løbet af dagen.

John Bagterps gruppe har valgt at lægge alle deres data og viden åbent tilgængeligt for virksomheder og andre forskergrupper i håb om, at de kan bruge deres viden til at gøre afgørende fremskridt inden for insulinpumper. Billede af en person der bærer en insulinpumpe. Foto: Wikimedia

7.2 Insulin på kapsler

Sukkersygepatienter har brug for insulin, men insulin tåler ikke turen gennem fordøjelsessystemet. Derfor må diabetikere tage insulin med en sprøjte. Men med den nye kapsel kan insulinen sluges.

Professor Anja Boisen ved DTU NANOTECH er leder af et forskningsprojekt, der udvikler mikrobeholdere, som kan beskytte insulinen på dens vej gennem fordøjelsessystemet og ud til blodbanen, hvor insulinen skal frigives. Størrelsen af mikrobeholder er mindre end en enkel sukkerkrystal, der har en gennemsnitlig størrelse på 550 mikrometer.

Når medicinen fyldes i mikrobeholderne, sker det gennem tre trin:

• Trin 1: En mikrobeholder af cellulose, der kan beskytte insulinen gennem den sure mavesæk.

• Trin 2: Insulin kommes i den sikre beholder.

• Trin 3: Der sættes låg på beholderen med insulin i. Låget tåler den sure pH i mavesækken. Men opløses ved en neutral pH (pH=7), som der i tyndtarmen, hvor Insulin optages.

Læg mærke til at der bruges cellulose til at bygge kapslen. Det er det sukkerstof i planter, som vi mennesker ikke kan nedbryde. Det er jo smart, for det ved man er uskadeligt og kan tåle turen gennem mavesækken, hvor der både har en lav pH og mange enzymer, der elsker at klippe ting i stykker. Mikrobeholderne er ved at blive testet omhyggeligt, inden de kan gives til mennesker. Hvis mikrobeholderen virker kan den bruges til andet end insulin. Det kan for eksempel være gavnlige bakterier, der kan helbrede tarmsygdomme.

Billedet viser en lille ske fyldt med små kapsler med insulin i. Ved siden af er tegnet en forstørret udgave af mikrokapslen, hvor det grønne illustrerer insulinen. Foto og illustration: DTU, Nanotech.

Fotoet viser en kapsel, som er fyldt med de små mikrokapsler. Foto: DTU, Nanotech.

7.3 Blodhjerne-barrieren bliver mindre udfordrende i fremtiden

Forskere har i disse år stor fokus på den udfordring, som blod-hjerne barrieren giver, når det kommer til medicinsk behandling af sygdomme i hjernen.

Sygdomme i hjernen og det øvrige nervesystem er alvorlige, men som det er nu, kan vi næsten kun se passivt til, mens patienten får det dårligere og dårligere. I disse år har man for alvor rettet forskningsblikket mod disse sygdomme og taget udfordringen op. Forskere over hele verdenen prøver at løse den svære kode det er at helbrede syg-

Nervesystemet

Nervesystemet er en slags styresystem, der består af nerveceller. Det sørger for kontakt og overførsel af information i kroppen. Det er ansvarlig for bevægelser, sanser, indlæring, følelser og tanker. Styringen foregår ved kemiske og elektriske nerveimpulser.

Impulserne løber hurtigt langs nervecellen. Faktisk med op til 360 km/t.

Nervesystemet indeles i to dele:

• det centrale nervesystem (CNS)

• det perifere nervesystem (PNS).

CNS udgøres af hjernen og rygmarven, mens PNS hos mennesker består af nerver, som går fra hjerne og rygmarv ud til kroppens øvrige dele og tilbage igen. PNS inddeles igen efter om nevebanerne går til muskler vi selv kan styre (somatisk nervesystem) eller om det går til organer og sanser som vi ikke kan styre bevidst (autonome nervesystem).

Blodhjernebarrieren

CNS er meget sårbart. Heldigvis er det også særligt godt beskyttet. Rundt om alle blodkar i hjernen ligger et tæt lag af celler, som kaldes blodhjerne-barrieren. Det er et beskyttende lag, som kun tillader passage af glukose og aminosyrer, og forhindrer skadelige stoffer at komme ind. Denne meget selektive barriere ind til hjernen er den store udfordring, når man forsøger at få medicin derind.

domme i nervesystemet. Der er store menneskelige omkostninger ved disse sygdomme. Nogle af disse sygdomme er mest udbredt hos ældre personer, og eftersom vores gennemsnitlige levealder stiger er der også flere, som får disse sygdomme. Det betyder, at de økonomiske omkostninger ved sygdommene stiger – og så kommer der penge til forskningen i disse sygdomme. Det er også en bedre investering fra medicinal virksomhederne at udvikle medicin til de pågældende sygdomme, når der er flere patienter.

Billedet viser nervebanerne i vores krop. Du skal ikke kunne nervernes navne, men ved at se på billedet kan du få et indtryk af hvordan det når ud i alle afkroge af kroppen.

Sygdomme i hjernen og medicinske udfordringer

Flere mennesker lider af CNS-sygdomme end antallet af mennesker, som lider af hjertekarsygdomme. Alligevel er der meget mere medicin på markedet til hjertekarsygdomme, end der er til sygdomme i CNS. Hovedårsagen hertil er blod-hjerne barrieren. Den tillader kun meget små molekyler, som er let opløselige i fedt (upolære). Det er krav, som kun opfyldes af 5% af alt tilgængeligt medicin. Det er medicin, der bliver brugt til at behandle sygdomme som depression, Skizofreni og Epilepsi.

En lys ide

Professor Jenny Emnéus sidder på

DTU Nanotech og er med til at udvikle en stav af optisk fiber og kul, som kan opereres ind i patientens hjerne. På staven fastgøres celler, som producerer

Illustration af en telefon som kommunikerer med et dopaminproducerende stang inde i hjernen. Illustration: DTU, Naotech

stoffet dopamin. På den måde kommer man udenom at få medicin til at krydse blod hjerne barrieren, for man sætter simpelthen en lille medicin fabrik ind i hjernen.

Det specielle ved disse celler på staven er, at de kun producerer dopamin, når de udsættes for lys. Nu er der jo ikke meget lys inde i ens hoved. Men staven af optisk fiber kan udsende lys, som aktiverer cellerne til at producerer dopamin. For at cellerne ikke producerer dopamin hele tiden, kan patienten styre lysmængden fra staven ved hjælp af en app på sin telefon. Når patienten føler sig sløj på grund af et underskud af dopamin, kan patienten med et par klik på sin mobiltelefon sende et signal til cellerne. Cellerne vil derved udløse en dosis af dopamin, og patienten vil få det godt igen.

FAKTA

Dopamin: Dopamin er et signalstof i hjernen, som er vigtig for alle handlinger som hjernenen opfatter positivt. Dopamin udvikles når du oplever noget godt, for eksempel hvis du spiser noget du godt kan lide, hvis du bliver forelsket, eller hvis når du vinder i dit yndlings computerspil. Dopamin udløses også at mange former for narkotika og er med til at gøre det svært at komme ud af et misbrug.

Billedet viser en blodåre i hjernen, som er omgivet af blodhjernebarriere (lyserødt lag). Det ses at guldnanopartikler slipper gennem barrieren og når ud til nervevævet (illustreret med blå).

Illustration: DTU, Nanotech.

7.4 En smutvej ind i hjernen

Thomas Lars Andresen professor ved DTU NanoTech er ved at udvikle nanomedicin, der kan krydse blodhjerne-barrieren, og gøre det muligt for den nødvendige medicin at komme ind og gøre gavn i hjernen.

Projektet er ikke udviklingen af en bestemt type medicin, men udviklingen af en måde at leverer medicin på. Ideen i det her projekt er, at udvikle en lille beholder, der kan snyde sig gennem blodhjerne-barrieren, og på den måde levere en hvilken som helst medicin man gerne vil have ind på den anden side. Når vi taler om en lille beholder, er det en virkelig lille beholder. Tusind gange mindre end spidsen af et enkelt menneskehår. Det er især overfladen af denne nanoskopiske beholder forskerne arbejder på at forfine. Det er den rigtige overflade, der kan skaffe adgang gennem barrieren. Derfor er det vigtigt at undersøge nanopartiklernes overflade samt egenskaber og til

det benytter forskerne guldnanopartikler.

Guld nanopartikler er hårde nanopartikler. De er formede som små kugler. De kan ikke indeholde medicin, men bruges kun til at forske i, hvilken overflade der virker.

Når de har fundet det rette overflade, der kan snyde sig gennem barrieren er planen, at guldet skal udskiftes af et andet materiale, som er hult. Forskerne har prøvet med liposomer, som er små bobler af fedtsyrer. Samme materiale som cellemembraner. Liposomer er hule og derfor kan de fyldes med medicin. De har faktisk allerede prøvet om det virker, men det viste sig, at det var under 1% af medicinen, der rent faktisk kom ind igennem blodhjernebarrieren. Der er derfor lang vej endnu.

7.5 Hjerte rimer på smerte og karsygdomme

Aflejringer af fedt i vores blodårer giver forsnævringer i blodåren, så blodet har sværere ved at løbe igennem. Desuden kan ophobningen medføre skarpe krystaller af kolesterol, som kan ødelægge arterievæggene indefra ved at stikke huller heri. Det ses i tilfælde af fremskreden åreforkalkning og det giver betændelse og blodpropper, der kan forårsage hjerteanfald eller dødsfald.

Nanomedicin mod hjerteanfald og hjertekarsygdomme

Hjertekarsygdomme er den gruppe af sygdomme, som er årsag til langt de fleste dødsfald i den vestlige verden. Derfor er der både store menneskelige og økonomiske omkostninger ved disse sygdomme. Bedre behandling er derfor nødvendig.

Forskeren Nazila Kamaly har arbejdet flere steder i verden og hentet stor inspiration og viden fra de mennesker hun har arbejdet sammen med. Nu

sidder hun på DTU Nanotech og arbejder på at få hendes ide til at virke. Ideen er at udvikle en ny type nanomedicin mod åreforkalkning. Der findes allerede en del medicin, som kan sænke kolesteroltallet i blodet, men der er et behov for medicin, der kan hjælpe ved fremskreden åreforkalkning. Her er der dannet krystaller af kolesterol, som er sylespidse og kan ødelægge blodkarret, fortæller Nazila Kamaly.

I sit projekt vil Nazila Kamaly udnytte de fordele, der er forbundet med stoffer i nanoskala. Fordelene er for eksempel den meget lille størrelse og muligheden for at give medicinen en særlig overflade. Det er to egenskaber, der er afgørende for, at medicinen kan finde frem til åreforkalkningen i blodkaret og behandle den. Når den når frem, skal den både opløse den i forvejen krystalliserede kolesterol og samtidigt behandle betændelsen, som gør blodkarret svagt.

Hør Nazila fortælle om sit projekt: https://www.youtube. com/watch?v=6uMxbIcFOo&feature=youtu.be

Stoffet Nazila arbejder med er et kendt stof, der hedder Annexin A1. Det er et naturligt menneskeprotein, der kan behandle betændelser i arterierne. Men annexin A1 er et stort molekyle og der er fordele i kun at bruge dele af molekylet. Forskere flere steder i verden har allerede påvist effekten af små dele af Annexin A1 på mus med fedtaflejringer i blodårerne. Musene blev behandlet med små dele af det store molekyle Annexin A1. Forsøgene viste, at musenes arterier blev helbredte. Der er dog stadig lang vej endnu, inden man kan sige, at mennesker med åreforkalkning kan få gavn af denne nanomedicn. For eksempel er det ikke

muligt direkte at overføre resultaterne fra dyreforsøg i laboratoriet til mennesker. Der er behov for at omdanne medicinen og bruge medicin med større styrke. Der skal nemlig tages højde for biologiske forskelle mellem mennesker og mus.

Nazila regner med, at den nye behandling kan nedsætte risikoen for hjerteanfald og slagtilfælde hos patienter med hjertesygdomme langt bedre end de lægemidler, der er på markedet nu. Desuden kan den nye metode bruges til at udvikle lægemidler til andre sygdomme.

TEST DIG SELV – Hvad har du læst

 Hvad er et lægemiddel?

 Hvorfor blev aspirin ikke en succes på Hippokrates tid?

 Hvad er en bivirkning?

 Hvad består en pille mest af - aktivt stof eller hjælpestoffer?

 Hvad er placebo?

 Hvorfor kan al medicin ikke være piller?

 Hvad er udfordringen ved at udvikle lægemidler mod sygdomme i nervesygstemet?

 Hvad er udfordringerne ved behandlingen af type 1 diabetes?

 Hvad er fordele og ulemper ved mikstur fremfor piller?

 Hvor mange forskellige typer lægemidler har du fået i dit liv?

 Hvilke overvejelser gør en lægemiddelproducent sig, når den skal vælge, hvilken sygdom den vil udvikle et lægemiddel mod?

 Hvis du har læst om antibiotika resistens i kapitel 1 og så tænker på, hvad der afgør, hvilke lægemidler virksomheder vælger at udvikle, tror du så at der bliver udviklet nye antibiotika?

 Hvilke sygdomme synes du, at der mangler gode lægemidler mod?

 Hvordan ville du have det med at melde dig som testperson, for at afprøve et lægemiddel?

 Syntes du, at det er i orden at virksomheder kan få patent på et lægemiddel i 20 år?

Bivirkninger: Lægemidler har den virkning, som den er udviklet til at have. Det kan være et smertestillende middel eller måske et middel mod allergi. Ofte har lægemidler samtidigt andre virkninger på kroppen, der ikke er ønskede. De kaldes bivirkninger.

Glykoproteiner: Proteiner, der indeholder sukkerkæder. Der sidder blandt andet glykoproteiner i cellemembraner.

Hydrofilt: Er betegnelse for en egenskab ved stoffer eller grupper på molekyler, der let opløses i vand. Hydrofil er en modsætning til hydrofob.

Kolesterol: Kolesterol er et fedtstof, der indgår i alle kroppens celler og er nødvendigt for en lang række funktioner i kroppen. Vores krop kan selv danne kolesterol, men vi får også kolesterol fra vores mad. Har vi for meget kolesterol i blodet, kan det give fedtaflejringer i vores blodårer, og føre til åreforsnævring og blodpropper.

Lipofilt: Lipofilt er det samme som hydrofobt. Det er en betegnelse for en egenskab ved stoffer eller grupper på molekyler, der afviser vand. Fedtstoffer og silikone er eksempler på lipofile stoffer.

pH: En skala, der bruges til beskrivelse hvor sur en opløsning er. Opløsninger med en pH under 7 er sure, og dem over 7 er basiske. En opløsning med værdien 7 er neutral.

Medicinsk billeddannelse - stiller skarpt på

din sygdom og behandling

Under huden

De fleste sygdomme foregår inde i os – under huden, hvor vi ikke kan følge med i hvad der sker. På hospitaler har de forskellige apparater, der kan danne billeder af vores indre, så vi kan undersøge hvad der gør os syge. Men hvordan virker de her apparater? Hvordan kan de danne billeder af vores indre, så vi kan se vores hjerte slå eller, at lillebror bevæger foden inde i mors mave. I dette kapitel kan du læse om, hvordan det kan lade sig gøre at se ind i vores krop.

Hvad er billeddannelse 6

Røntgenbilleder er skyggebilleder

Kan du høre min lever?

– billeddannelse med lyd 15

Hvad sker der i dette kapitel?

 Du kan læse om hvad billeddannelse er.

 Du vil opdage at billeddannelse er meget tværfagligt.

 Du kan læse om forskellige teknikker og hvilken fysik der ligger bag.

 Du vil lære at udviklingen inden for hardware og software er vigtigt for at få bedre billeddannelse.

 Du kan læse om nye udviklingsprojekter indenfor billeddannelse.

Havde han ondt?

Ja, men jeg kunne ikke se hvorfor.

7.1 Magnetisk sukker fremmer forståelsen

7.2 Nye typer ultralydsapparater er afhængige af nytænkning

FAKTA

Røntgen blev opfundet/opdaget i 1895 og allerede i 1896 åbnede den første røntgenafdeling i Danmark.

1.0 Introduktion

Hvad er billeddannelse?

Læger har til alle tider været afhængige af deres øjne og ører, når de skulle finde ud af, hvad en person fejler. Langt de fleste sygdomme foregå dog inde i kroppen, hvor man ikke lige kan se ind og få et overblik over, hvad der er galt. Derfor er udviklingen af teknikker til at se ind kroppen altafgørende for at kunne finde ud af, hvad en person helt præcist fejler og, hvordan man behandler sygdommen. Det kan være, at du har slået dit ben og skal have under-

søgt om det er brækket eller forstuvet? Hvis det er brækket sidder knoglen så skævt, så der skal opereres? Begge spørgsmål er vigtige at få det rigtige svar på, så du kommer til at gå og løbe ligesom før ulykken.

Til at se om et ben er brækket bruger man røntgen. Røntgen er en af de ældste billeddannelsesteknikker, men også en teknik, som har udviklet sig meget og som i dag bruges til meget avancerede undersøgelser. Det er undersøgel-

Havde han ondt?

Ja, men jeg kunne ikke se hvorfor.

ser, hvor man kan tage billeder af store dele af kroppens indre på kort tid. Denne teknologi kaldes computerbaseret tomografi (CT). CT bruges især til undersøgelse af kræftsygdomme. En anden teknik kaldet magnetisk resonans imaging (MRI) danner også en serie af tværsnitsbilleder af dit indre. Denne metode udnytter de magnetiske egenskaber af brintatomer i din krop. En anden metode er ultralyd, som benytter lyd til at danne billeder af dit indre. Andre metoder igen kan følge molekyler rundt i kroppen. Der er altså flere og meget forskellige teknikker til at se ind i dit indre. Når du senere i kapitlet læser om teknikkerne og ideer til nye teknikker, vil du nok også blive imponeret over den opfindsomhed, der ligger bag apparater til medicinsk billeddannelse.

Nogle af apparaterne er så avancerede (MR og PET-CT), at de kræver et helt hold af fysikere og ingeniører til at stå for den daglige drift af dem på hospitalet. Derudover skal der læger til at tolke billederne, så patienten kan få svar.

Tværfagligt

Den viden, der indgår i apparaterne er ofte delt mellem selve fysikken i at få data ud fra kroppens indre og den signal- og billedbehandling, der er nødvendigt for at få brugbart billede ud af signalet. For eksempel ved et røntgenbillede ligger fysikken i at have en viden om, hvordan en radioaktiv kilde sender stråling gennem kroppen, som stoppes forskelligt alt efter om det møder muskel eller knogle i kroppen. Den anden del af opgaven er så at skabe brugbare billeder. Her bruger

man viden fra matematik og datalogi til at sætte informationerne/signalerne sammen, så de giver et meningsfyldt billede for lægen. Ingeniører, som udvikler apparater til medicinsk billeddannelse har derfor både viden om fysik, elektriske systemer og signalbehandling.

At se ind i kroppen og danne sig et billede af knogler og forskellige organer kræver altså meget forskellig viden i forhold til både udvikling og brug af apparaterne.

• Fysik og fysiologi: Der skal være en viden om både fysik og fysiologi for at kunne få ideen til et apparat.

• Programmering: De fleste apparater til billeddannelse har store softwareprogrammer, der behandler den information, der kommer fra apparatet til billeder vi kan forstå.

• I CT bruges ioniserende stråling og i magnetisk resonans bruges elektromagnetisme. Ingeniører, der medvirker til udvikling eller i driften af disse skannere, skal derfor også have en solid viden om ioniserende stråling og dens vekselvirkning med biologisk væv, om elektromagnetisme og lydudbredelse.

• Fysiologi og Anatomi: Det kræver viden om kroppens anatomi og fysiologi at forstå hvad billederne viser.

De forskellige billeddannelsesteknikker fremhæver forskellige væv og kan derfor bruges til forskellige formål. På den måde kan man ikke sige, at den ene teknik er bedre end den anden. De har forskellige fordele og ulemper og bruges til forskellige formål.

FAKTA

Vi har 639 muskler i kroppen

FAKTA

Vi har 206 knogler i kroppen.

FAKTA

Muskler indeholder mere fedt med alderen. Det øger evnen til udholdenheds sport. Unge muskler er bedre til sprint og eksplosiv sport.

2.0 Fysiologi

Inden du læser om de enkelte billeddannelsesteknikker tager vi et kig på vores krop og hvad den består af. Det er nemlig forskellen i de forskellige vævs sammensætning, som er afgørende, for at vi kan se forskel på dem ved billeddannelse. Der er forskel i andelen af vand, fedt, protein, sukkerstoffer og mineraler i de forskellige væv. For at du kan forstå billeddannelse er det derfor en fordel, hvis du ved lidt om nogle af de forskellige væv du har i din krop. Nedenfor er en liste af væv vi ser lidt nærmere på.

• Muskelvæv

• Knoglevæv

• Nervevæv

• Epithelvæv

• Bindevæv

Vi ser kort på, hvad der kendetegner de nævnte typer væv.

Muskelvæv: Muskler er det væv, der giver os styrke. Musklerne indeholder cirka 20 procent protein og cirka 75 procentvand og er altså den type væv, der har det højeste indhold af protein. Der er også fedt i muskler, cirka 1-10 procent afhængig af, hvilken muskel der er tale om og alderen på personen. Muskler indeholder også en mindre del sukker og mineraler.

Illustrationen viser, hvordan cellerne i muskelvæv ser ud. Illustration: Wikimedia.commons.

Knogler: Knoglerne er hårde og fungerer som kroppens stativ. En knogle består hovedsageligt af proteinet kollagen og mineralet, kalcium. Kollagenet gør knoglen fleksibel, mens kalcium afstiver knoglen og gør den hård.

Inde i knoglens hulrum findes knoglemarven. Knoglemarven er blød og lidt blævrende. Der er to former for knoglemarv;

1) Gul marv, som mest består af gule fedtceller.

2) Rod marv, som mest består af blodlegemer og forstadier til blodlegemer. Den rode marv får sin farve fra rode blodlegemer.

Børn har stort set kun rød marv i deres knogler, hvor voksne personer hovedsageligt har gul knoglemarv.

Knogle uden kalk

Knogle uden kollagen

Foto: slideshare.net.

Nervevæv: Nervevæv består af nerveceller og danner vores nervesystem. Nervesystemet kontrollerer kropslige funktioner, der modtager og sender impulser til andre nerveceller muskelceller, sanser og kirtler. Mellem nervecellerne i hjernen ligger der gliaceller. De bidrager til effektivisering af nerveimpulserne og dannelse af et ernærende miljø til nervecellerne. Rundt om nervebaner ligger fedtceller, som gør transporten af impulser langs en nervebane hurtigere.

Illustrationen viser, hvordan cellerne i nervevæv ser ud. Illustration: Wikimedia.commons.

Epithelvæv:

Til daglig går vi ikke og taler om vores epithelvæv, men det er et fællesord for det væv, der dækker kroppens ydre og indre overflader. Det er kirtler, slimhinder, de øverste lag af huden. Cellerne i epithelvæv ligger som regel meget tæt sammen.

Epithelvævets egenskaber: Hudens epithelvæv har mange cellelag, hvoraf de yderste er forhornede og beskytter mod fordampning og fysisk beskadigelse. Tyndtarmens overflade er dækket af epithelvæv, som kun er et cellelag tykt. Det tynde epithelvæv sikrer optagelse af næringsstoffer fra tarmindholdet.

Kirtlernes epithelceller producerer enzymer eller hormoner og udskiller dis-

se til legemets ydre og indre overflader eller til blodet.

Illustrationen viser, hvordan cellerne i bindevæv ser ud. Illustration: Wikimedia.commons.

Bindevæv: Bindevæv findes mange steder i kroppen. Det er en gruppe af væv, som kan se meget forskellige ud og have meget forskellig funktion. Ledbånd, sener, huden, fedtvæv, slimhinder, hinder omkring musklerne og organerne. Hinderne gør, at organerne bedre bevarer deres form. Bindevævets celler producerer forskellige proteinfibre. Du har måske hørt om dem i reklamer for forskellige cremer til huden. Fibrene hedder kollagen og elastin. Kollagen giver struktur og styrke og er ikke særlig elastisk, men gør vævet stærkt. Elastin er mere elastisk og gør vævet smidigt og eftergiveligt. Der findes i store mængder kollagen i ledbånd og sener, som skal være stærke. Hvorimod der er mere elastin i huden, som er smidig.

Til sidst skal det nævnes, at blodceller faktisk også er en del af bindevævet.

Illustrationen viser, hvordan cellerne i epithelvæv ser ud. Illustration: Wikimedia.commons.

Se en film om en røntgenundersøgelse af et håndled

3.0 Røntgenbilleder er skyggebilleder

FAKTA

Røntgenstråling er opkaldt efter fysikeren Wilhelm Conrad Röntgen. I 1901 modtog Wilhelm Nobel prisen for sin opdagelse af Røntgenstråler.

Læs mere om opdagelsen af Røntgen: https://illvid.dk/fysik/ hvordan-virker-roentgenstraaler

Nu har du fået en kort introduktion til, hvilke væv du består af. Nu kan du læse om de forskellige billeddannelsesmetoder. I første afsnit handler det om røntgen. Du har måske prøvet at få røntgenfotograferet din arm eller noget andet du har slået, for at undersøge om knoglen var brækket. Men hvordan kan man kan se knoglen på et billede ved at lyse på din arm?

Teknik

Når der tages røntgenbilleder fungerer det i bund og grund på samme måde som et almindeligt kamera. I et røntgenapparat bruger man bare røntgenstråler til at eksponere filmen frem for synligt lys, som bruges i et almindeligt kamera. Røntgenstråler og synligt lys er begge elektromagnetiske bølger, men røntgenstråler har kortere bølgelængde og dermed et højere energiniveau. Røntgenstråler kan trænge gennem materialer som almindeligt lys ikke kan. Det er for eksempel alle de typer væv du har læst om i sidste afsnit.

Illustrationen viser et elektromagnetisk spektrum og hvor i spektret rønrgen befinder sig. Illustration: wikimedia.

Når et røntgenapparat sender stråler gennem menneskekroppen og ud på en detektor på den anden side af kroppen, er det forskelligt, hvor meget de forskellige væv stopper strålerne. Det er knoglernes kalk, der stopper strålerne mest. Derfor kommer der kun me-

Fotoet viser et røntgenbillede taget i 1896. Foto: Wikimedia. commons.

Fotoet viser et røntgenbillede taget i 2017. Foto: pxhere.com.

get lidt stråling frem til detektoren bag en knogle. Derfor er et røntgenbillede som udgangspunkt mørkt der, hvor der er knogler. Men ved fremkaldelse af billedet fremstår knoglerne hvide og det omkringliggende væv mørkt.

Alle nuancer af grå

Moderne røntgendetektorer skelner selv små forskelle i mængden af optaget stråling og det gør det muligt at danne detaljerede billeder med mange forskellige nuancer på gråtoneskalaen, så forskellige væv står tydeligt frem og man kan se forandringer i vævet som for eksempel en svulst.

Boksene herover viser, hvilken grå nuance forskelligt væv har på et røntgenbillede. Illustration: DTU.

Nedenfor er nogle HU-værdier.

Sort → luft eller lungevæv

Mørkegrå → fedt

Gråt → bindevæv

Lysegråt/hvidt → knogle eller metalgenstande

Hvidt → Metal eller kontraststof

Men vores øjne kan kun skelne omkring 100 gråtoner. For at læger kan se alle detaljer i et billede kan de indstille CT-billedet, så det kun viser et udsnit af gråtoneskalaen. Ofte ved man hvilke gråtoner, der er relevante for lunger, knogler og nerver og så frasorterer man alle andre grå nuancer, når man ser på dem.

Hvorfor er røntgen farlig?

Hvis du som barn har fået taget et røntgenbillede på skadestuen ved du også at dine forældre skulle gå udenfor røntgenrummet eller have et blyforklæde på mens billedet blev taget. Men hvorfor i grunden det. Er det far-

ligt og hvad så med dig som fik taget billedet?

Som sagt så er røntgenstråling lys med meget energi og det kan skade kroppen på to måder. Den første skade er forbrændinger og celledød. Der skal dog meget højere doser røntgenstråling til at få en forbrænding, end du får ved en undersøgelse. Den anden type skade ses ved mindre strålingsmængde og først efter længere tid – op til 20 år efter man er blevet udsat for stråling. Skaden sker i dit DNA og giver en øget risiko for kræft. Den mængde stråling, der bruges til at tage et røntgenbillede er dog meget lille og risikoen for at udvikle kræft efter et røntgenbillede er derfor også meget lille. Sammenlignet med kosmisk stråling i forbindelse med at flyve er der ikke meget forskel på at flyve til Spanien eller få taget et røntgenbillede af sin hånd. Det ene er dog nok sjovere end det andet.

Røntgenstråling (foton med kort bølgelængde)

FAKTA

Sivert

Sievert er en måde at måle, hvor farlig en dosis stråling er. Hvor farlig ioniserende /røntgenstråling er afhænger nemlig ikke kun af mængden, men også af typen og hvor den rammer. Der er med andre ord forskel på om det er alfa-, beta- eller gammastråling og om det er maven eller storetåen, der bliver ramt.af stråling. En Sievert svarer til 1000 millisievert (mSv).

FAKTA

Ved et røntgenbillede af lungerne bliver du udsat for 0,1 (mSv) millisievert. Det kan sammenlignes med den mængde kosmisk stråling du får ved at flyve en tur fra Danmark til Californien.

Røntgenstråling skader vores DNA, fordi strålingen rammer DNAmolekylet og kan slå hul på strukturen. Derved går DNAmolekylet i stykker det sted strålingen rammer. Røntgenstrålingen kan også spalte vandog andre molekyler omkring DNAet og gøre dem til frie radikaler, der kan skade DNAet. Skader på DNAet øger risikoen for at udvikle kræft. Illustration: wikimedia.commons

Før Efter

Det at stråling skader vores celler og kan give kræft bruges også til at helbrede kræft. Det lyder umiddelbart helt forkert, men hvis man har en svulst, som består af kræftceller kan man rette en meget nøjagtig røntgen-

Historie

stråle mod kræftsvulsten, så kræftcellerne dør og svulsten svinder ind. Det kalder man strålebehandling. Her anvender man højere doser stråling end ved røntgenbilleder, for her skal der netop ske en skade.

Røntgenstråler blev opdaget ved et tilfælde af den tyske fysiker Wilhelm Conrad Röntgen i 1895, da han under et forsøg med andre stråler pludselig opdagede, at en fluorescerende skærm i hans laboratorium lyste op, hver gang han tændte for strålerne. Og det på trods af, at strålekilden var omgivet af tykt, sort pap. Röntgen placerede flere forskellige ting mellem strålernes udladningsrør og skærmen – og opdagede, at den blev ved med at lyse op, ligegyldigt hvad han gjorde. Til sidst anbragte han sin hustrus venstre hånd foran strålerne fra røret og så til sin overraskelse, at en silhuet af knoglerne lyste op på skærmen. Den 50-årige professor gav det nye fænomen navnet X-stråler. I den engelsksprogede del af verden er røntgenstråler stadig kendt som X-rays – altså x-stråler, for han ikke rigtigt vidste hvad de var. I 1901 modtog Wilhelm Conrad Röntgen nobelprisen i fysik for sin opdagelse. Siden Wilhelms tid har man erfaret at man ikke skal passe på med at udsætte sig selv for røntgen. Derfor går mennesker, der arbejder med røntgen, altid ud af rummet under en optagelse.

Wilhelm Conrad Röntgen. Foto: wikipedia

Foto af det rum, hvor Wilhelm Conrad Röntgen opdagede røntgenstrålerne, som han på det tidspunkt kaldte x-stråler. Foto: wikipedia.

Kontraststoffer:

Kontraststoffer er kemiske stoffer, som kan bruges ved røntgen-, ultralyd- og MRundersøgelser, for at væv og organer står tydeligere frem ved undersøgelsen. Man skal altså have kontraststoffet ind i kroppen. Det får man ved enten at drikke det, få det sprøjtet ind i blodkar eller gennem endetarmen. Kontraststoffer består af forskellige stoffer alt efter, hvilken billeddannelsesteknik man skal have og hvor man skal undersøges.

Ved røntgen og CT skanning indeholder kontraststofferne stoffer, som bremser røntgenstrålingen mere end kroppens væv gør. Det er ofte tunge grundstoffer som barium og jod. Der hvor kontrasten samler sig i kroppen vil derfor fremstå hvidt som knogle på billedet. På den måde kan man for eksempel se formen af et kar og se om det ser ud som det skal. Det kan også være lettere at se en kræftsvulst, fordi de ofte har mange blodkar og vævet er anderledes her.

Ved MRI skanning er kontraststoffet magnetisk, så det påvirkes af skannerens magneter og radiobølger. Ved ultralyd påvirkes vævets akustiske egenskaber, så ultralyden reflekteres kraftigere, der hvor kontrasten er. Ved ultralyd kan kontrasten for eksempel være bittesmå luftbobler, som reflekterer lyden kraftigt.

Billedet er fra en CT skanning, hvor et kontraststof har fremhævet tarmene, så de fremstår hvide. Foto: Wikipedia.

Prøv at tegne et æble og del det op i små firkanter som du skal farve med grå toner, så det kommer til at ligne et sort-hvid billede af æblet.

Film hvordan en CT Skanning foregår: http://www.regionsjaelland.dk/ sundhed/geo/holbaeksygehus/ afdelinger/bda/holct/Sider/ CT-scanning-med-vand.aspx

FAKTA

CT skanneren:

CT skanneren blev opfundet I 1972 af elektro ingeniøren Sir Godfrey Newbold Hounsfield og fysikeren Allan McLeod Cormack. De delte 1979 Nobel Prisen I fysiologi og medicin.

FAKTA

Ved en CT-skanning tages der mange billeder. Derfor får du også en større mængde røntgenstråling end, ved et røntgenbillede af din arm.

4.0 CT skanning

Røntgenstråler

Sundhedspersonale

Briks

En CT skanning er en avanceret røntgenundersøgelse, der giver detaljerede billeder af de forskellige væv inde i din krop. CT-skanneren sender røntgenstråler hele vejen rundt om kroppen, så der dannes billeder fra alle sider. Ved et almindeligt røntgenbillede er der taget ét billede ned gennem alle væv i for eksempel hånden, så alle lag i hånden ligger oven i hinanden på røntgenbilledet. Det gør det svært at se detaljer. Ved CT-skanning tages der mange billeder, fra mange vinkler, som via matematiske modeller kan sammensættes

CT - skanner

til nye billeder af forskellige lag/snit af kun få millimeters tykkelse af dit indre. Helt som var man skåret i skiver. De matematiske modeller kan også bruges til at sammensætte billederne til 3-D billeder af eksempelvis en fod eller et organ. Det giver mulighed for at se langt flere detaljer og få et rummelig overblik over problemet. Fordi en CT-skanning tager mange flere billeder af din krop får du også en større mængde røntgenstråling end, hvis du skal have taget et billede af din arm. Når CT skanneren optager billeder til et enkelt snitbillede tager det cirka 1-3 sekunder. På den tid overføres i alt 1 mio. aflæsninger (pixels/voxels), som hver i sær fortæller hvor meget stråling, der er optaget i vævet på det sted og i den bestemte retning. Fordi strålingen kører rundt om personen, måles det samme punkt fra flere vinkler. På baggrund af alle aflæsningerne danner scannerens software et billede af en skive af din krop bestående af godt 260.000 billedpunkter.

En CT skanner. Foto: Flickr.

Billedet viser en CT skanner. Foto: Flickr

5.0 Kan du høre min lever?

– billeddannelse med lyd

Ultralyd

Ja den er god nok. Du kan danne et billede af dit indre ved hjælp af lyd. Du kan dog ikke få et billede frem af din kammerats indre ved at råbe ham ind i hovedet. For at danne billeder ved hjælp af lyd bruger man højfrekvente toner kaldet ultralyd. Ultralyd (UL) er lyd med frekvenser over hvad du kan høre. Det vil i praksis sige frekvenser, der er over ca. 20.000 Hz.

Ultralyd er altså ikke fysisk anderledes end den lyd du kan høre. Dine ører og hjerne er bare ikke i stand til at registrere den.

Hvad har højfrekvente lyde med billeder at gøre?

Lydbølger udbredes som ringe i vand. Du har måske selv prøvet at kaste en sten i et vandet og set ringene brede sig. Når ringene rammer en anden stor sten, en båd eller lignende i vandet bliver nogle af ringene reflekteret og går den modsatte vej – tilbage mod udgangspunktet. Refleksionen ligner dog ikke helt den bølge den kom fra. Den kan ændre sig både i styrke og retning. Det der sker er en kombination af tre fænomener. Tre fænomener som også gælder for lyd og er vigtige i forbindelse med billeddannelse med ultralyd:

Transmission: En lille del af lyden bliver transmitteret (fortsætter) gennem det den har ramt. Det er de transmitterede lydbølger, der gør at man nogle gange kan høre gennem væggen, at naboen spiller musik.

Absorption: En del af lyden vil også blive absorberet og afsat som varmeenergi i den overflade lyden rammer. I visse materialer, for eksempel en dyne, absorberes hovedparten af lyden. I andre materialer, eksempelvis en væg, absorberes meget lidt.

Reflektion: Den del af lyden, som hverken transmitteres eller absorberes, reflekteres. Det vil sige, at lyden kastes tilbage. Det kender du fra et ekko.

Ved et ultralydsapparat er det specielt transmission og refleksion af lyden, der er relevant.

Ultralydsapparatet

Et ultralydsapparat består overordnet af tre dele. En transducer, et softwareprogram til at omdanne signaler til billeder og en skærm til at vise billederne. Vi vil tage et ekstra kig på transduceren. Transduceren er den del af ultralydsapparatet, som sundhedspersonalet holder mod din hud. Det er den, som udsender ultralyden, modtager reflekterede lydbølger og sender informationen videre til softwareprogrammet, som ved at anvende matematiske modeller på de opsamlede data, danner et billede, du kan se på skærmen. Ultralydsbølgerne dannes af små piezoelektriske krystaller, der sidder i transducerhovedet. Disse krystaller har nogle helt særlige egenskaber. Krystallerne vibrerer, når de påføres vekselspænding. Denne vibration skubber til de små partikler i materialet foran-

Se film om ultralyd: http://www.regionsjaelland. dk/sundhed/geo/holbaeksygehus/afdelinger/bda/holul/ Sider/Genereol-informationom-ultralydsscanning.aspx

Se filmen om hvordan et ultralydsapparat virker. https://www.youtube.com/ watch?v=cI7ULKNhVcw

Fotoet viser en transducer. Foto: Flickr

Fotoet viser en ultralydsundersøgelse af en gravid kvinde. Ved en ultralydsundersøgelse får man smurt gele på huden, for at fjerne luft mellem huden og tranduceren. Dette skyldes at en luftlomme er en stor kontrast til kroppen, og signalet mellem luft og krop er derfor mange, mange gange større end signalet inde fra kroppen. Gelen er altså afgørende for billedkvaliteten. Foto: U.S. Air Force photo by Staff Sgt. Erin M. Peterson

altså i din krop - og der dannes en lydbølge i kroppen. På den måde virker de piezoelektriske krystaller som en højtaler, som udsender ultralyd.

Illustrationen viser hvordan ultralyd udsendes fra transduceren og reflekteres tilbage til transduceren.

Illustration: Lykke Bianca Petersen

Når lydbølgerne fra transduceren sendes gennem kroppen på det sted man vil undersøge, møder lydbølgerne forskellige væv, som har forskellig tæthed. Overgangen mellem de forskellige væv virker som en mur på lydbølgen og noget af den reflekteres tilbage til transduceren. Når lyden kommer tilbage og rammer krystallerne begynder de at vibrere. Denne vibration danner elektricitet, som kan måles – altså virker krystallerne nu som en mikrofon. Lyden der opfanges af mikrofonen omdannes til et billede af softwaren i computeren.

Den del af ultralyden, som transmitteres gennem en overgang fra et væv til et andet væv kan møde en ny overgang længere inde i kroppen og blive reflekteret igen. Er der refleksioner fra flere dybder kan det gøre billedet svært at tolke. Derfor kan man typisk indstille softwaren til at forsøge kun at bruge refleksioner fra en bestemt dybde.

Hvad er lyd?

Når du lytter til musik fra en højtaler, bevæger lyden sig ud i rummet som små trykbølger, det vil sige små ændringer i lufttrykket, som bevæger sig fra højtaleren og ud i lokalet, hvor nogle af de små bølger vil ramme dit øre. At der er tale om små svingninger i lufttrykket skal virkelig tages bogstaveligt. Selv ved en lyd, der er så kraftig, at man skal bruge høreværn, svinger trykket kun en hundredetusindedel af atmosfæretrykket. Altså svingninger op og ned mellem 0,99999 og 1,00001 gange atmosfæretrykket. Den svageste lyd vi kan høre, er på 0,0000000002 gange atmosfæretrykket!

Illustrationen viser hvor ultralyd ligger i forhold til den lyd vi kan høre.

Illustration: hifiklubben.dk

Lydens tone, altså om det er en høj og skinger lyd eller en dyb og brummende lyd, er bestemt af, lydens frekvens, den måles i Hertz, som forkortes Hz. Dybe toner har længere mellem lydbølgerne og dermed en lav frekvens (få Hz). Ved høje toner er lydbølgerne tæt efter hinanden og dermed har de en høj frekvens (mange Hz). Lavfrekvente lyde kaldes bas og har frekvenser fra ca. 20 Hz til 200 Hz. Højfrekvente lyde kaldes diskant med frekvenser fra ca. 2000 Hz til 20000 Hz. Imellem de højfrekvente og lavfrekvente lyde har man mellemtonerne, hvor almindelig tale blandt andet er placeret. Digital musik, eksempelvis en CD eller Spotify, kan typisk gengive lyde op til ca 21.000Hz, altså lidt højere end de fleste mennesker kan høre.

Definitionen af ultralyd er alene fastsat på baggrund af menneskets hørelse og starter derfor fra frekvenser på 20.000 Hz og opefter uden en egentlig teoretisk øvre frekvensgrænse. På samme måde kaldes lyde, som er for dybe til at vi kan høre dem, det vil sige under ca. 20Hz, for infralyd.

Piezoelektriske krystaller

En piezoelektriske krystal, er en krystal som ændrer størrelse, når den udsættes for en elektrisk spænding. Omvendt vil der opstå en elektrisk spænding i krystallen, hvis den udsættes for et mekanisk tryk, for eksempel hvis den rammes af en lydbølge. På den måde kan en piezoelektrisk krystal fungere både som en mikrofon og en højtaler; først påvirkes krystallen af en vekselspænding med høj frekvens, så den udsender ultralyd. Når lydbølgen er udsendt skifter man straks til at bruge krystallen som mikrofon, når den reflekterede lydbølge rammer krystallen og danner en elektrisk spænding i krystallen. Ordet piezo kommer af græsk piezein ’trykke’.

Illustration af en transducer, hvor du kan se, hvordan de piezoelektriske krystaller sidder inden i transduceren.

FAKTA

MR skanneren.

Kemikeren Paul Christian Lauterbur og fysikeren Sir Peter Mansfield udviklede i 1970’erne MR skanneren. De første billeder taget med en MR-skanner blev taget I 1977. De blev tildelt Nobelprisen i fysiologi eller medicin i 2003.

6.0 Magneter danner billeder af dit indre

Den sidste metode vi kommer omkring i dette kapitel er Magnetisk resonans også kaldet MRI. Det er en temmeligt avanceret metode. Metoden virker ved hjælp af magneter og viser kroppens bløde væv som muskler, sener, blodkar og organer, hvorimod knogler er meget svære at tage billeder af. Ligesom ved CT skanning kan man se alle ønskede snitbilleder af væv og organer i enhver del af kroppen og præcis den vinkel man ønsker. Men fysikken bag er en helt anden.

Billedet viser en MRI skanner, hvor der er en briks du kan ligge på. Du kan også se den store runde magnet briksen kan køre gennem, mens du bliver skannet. Foto: Wikimedia.Commons

Når du lærer om MR er der fire begreber du skal kende:

• Brintatomer

• Magnetisme

• Radiobølger

• Fancy software

Brint: Vi starter ved brintatomerne. Vi indeholder rigtigt mange brintatomer. Brint indgår i stort set alle molekyler i kroppen heriblandt vand. Derudover har brint den egenskab, at det er magnetisk. Brint opfører sig faktisk som små stangmagneter med en nordpol og en sydpol. Det at vi indeholder meget brint og at brint har magnetiske egenskaber gør brint velegnet til billeddannelse. MRI er derfor i praksis en teknik, som tager billeder af brint.

Magnetfelt: Første trin til at danne et MR billede er at få alle de små stangmagneter til at pege i samme retning. Når vi mennesker går rundt i vores almindelige liv, er der ingen orden på vores brintatomer, og de peger derfor i helt tilfældige retninger. Men hvis vi udsætter kroppen for et ekstremt kraftigt magnetfelt, vil de små stangmagneter alle pege i næsten samme retning, fordi de indretter sig efter det kraftige magnetfelt. I praksis betyder det, at du ligger på en seng, der kan kører frem og tilbage gennem en stor donutformet magnet. Det er sjovt at tænke på, at når du ligger i skanneren kan du overhovedet ikke mærke, at brintatomerne i din krop ændrer retning på samme tid.

Radiobølger: Det at brintatomerne peger i samme retning giver dog ikke noget billede af dit indre. De skal først have et puf af nogle radiobølger. Radiobølgerne får brintatomerne til at svinge/dreje rundt om sig selv og udsende radiobølger. De udsendte radio-

bølger opfanges af en pick-up spole inde i den donutformede magnet. Men ligesom ved en gynge på en legeplads bliver brintatomerne ikke ved med at svinge, hvis ikke man giver dem et puf igen og igen. Det gør man ikke her. Derimod måler man den tid det tager for brintatomerne at falde til ro igen. Den tid det tager for signalet at dø ud, fortæller hvad brintatomet er bundet til, altså om det er en del af et vandmolekyle, sidder i fedtvæv, i en knogle eller måske i en svulst. Den tid det tager brinatomet at falde til ro afgør også den grå nuance billedet får i det område. Ved at lade en computer analysere alle de forskellige signaler er det muligt at fjerne eller forstærke signalet fra forskellige typer væv, og det er derved muligt at få billeder som nøjagtigt fokuserer på det man leder efter, det kan for eksempel være, at man gerne vil se blodkar, hvis der er mistanke om en svaghed på et kar, eller måske vil man gerne kunne se forskel på forskellige vævstyper, hvis man leder efter en kræftknude.

Derfor falder brintatomet ikke til ro på samme tid i alle væv: For at forstå det, giver det mening at sammenligne brintatomet med en gynge. En gynge ville holde hurtigere op med at svinge, hvis du gyngede under vand, og den ville gynge ekstremt længe, hvis du prøvede på månen. Det skyldes, at under vand er modstanden fra vandet stor, og på månen er der næsten ingen modstand. På samme måde er det med brintatomerne – tiden det tager for brintatomet at falde til ro afhænger af, hvilken type væv atomet sidder i, og på den måde er det altså muligt at skelne et brintatom i vand fra et i fedt, et i en knogle eller måske et i en kræftknude.

Magnetisk gradient fortæller, hvor signalet er målt

Nu har vi signaler fra kroppens indre, Vi kan bestemme hvilket væv signalet kommer fra, men hvor i kroppen sidder det væv vi måler på? Man ved godt om det er maven eller knæet, man er ved at se på, for det er den del af kroppen, som er inde i skanneren. Men for at kunne danne MRI-billeder af de ønskede snit i kroppen, skal man vide helt præcist, hvor hvert signal kommer fra. Det kan man ved at lægge endnu et magnetisk felt ned over dig. Men denne gang ændrer magnetfeltets styrke sig langs kroppen, så det er forskelligt alt efter, hvor på kroppen og i, hvilken vinkel man måler. Ved at kombinere disse oplysninger kan man programmere en computer til at beregne, hvor på kroppen signalerne kommer fra.

Ikke alle må få en MR undersøgelse Det er ikke alle, som kan få en MR undersøgelse. Personer, der har magnetiske materialer eller elektronik i kroppen må ikke komme i en MR skanner. Det kan være, at de har haft brækket armen eller benet og fået indsat noget metal i knoglen. Andre har fået sat metalclips på blodkar, fordi de var svage eller der var gået hul på dem. Det kraftige magnetfelt kan nemlig trække så meget i metallet, at der kan opstå risiko for blødning fra blodkar eller store smerter i knoglen med metal. Andre igen har fået indopereret elektronik. Det kan være en pacemaker, der hjælper hjertet med at slå rigtigt. De må heller ikke få en MR-undersøgelse, radiosignalerne kan forstyrre pacemakerens funktion.

FAKTA

Frekvensen kaldes typisk for en såkaldt radiofrekvens. Det hedder den fordi den ligger i samme område som den almindelige FMradioer arbejder i, typisk mellem 10 og 100MHz, prøv, selv at se på en radio derhjemme eller i en bil og se, at frekvensen for de forskellige radiostationer ligger i dette område.

7.0 Helt nye metoder

De teknikker du har læst om indtil nu er ret avancerede og giver gode muligheder for at hjælpe os med at finde ud af, hvad vi fejler. Men der er naturligvis stadigt tekniske udfordringer, som der

arbejdes på at løse. I dette afsnit kan du læse om nogle få af de mange forskningsprojekter, der arbejdes på og som kan give nye imponerende muligheder indenfor billeddannelse.

7.1 Magnetisk sukker fremmer forståelsen

En ny avanceret teknik er på trapperne, hvor molekyler, som normalt indgår i vores stofskifte gøres magnetiske, så man kan følge stoffernes vej rundt i kroppen i en MRI-skanner. Det vil være en måde at udskifte andre metoder, som bruger radioaktive stoffer til at danne billeder af stofskifteprocesser.

Den nye teknik ændrer ikke ved MRI skanneren. Det handler om en ny måde at bruge skanneren på, som fremhæver det man gerne vil se. I den nye metode gør man et sukkerstof, der hedder pyruvat, magnetisk på en særlig perfekt måde, så det lyser kraftigere op på en MRI skanning, end kroppens væv. Det smarte ved at gøre pyruvat magnetisk er, at det omsættes i kroppen til to forskellige stoffer alt efter om der er ilt til stede eller ej. Hvis ikke der er ilt bliver pyruvat omdannet til mælkesyre. Det sker blandt andet i musklerne under hård træning, men det sker også inde i kræftsvulster. Det betyder, at når

magnetisk pyruvat sprøjtes ind i en person, som ligger helt afslappet, vil der kun dannes mælkesyre, hvis der er en svulst. På den måde gør metoden kræftsvulster særligt tydelige - også små svulster som man ellers ikke ville have set. Det er også muligt at se hvor aktiv en svulst er. Jo mere pyruvat de omdanner og der med - jo mere laktat, der opstår, jo mere vil cellerne lyse op på MRI-skanningen. På den måde kan lægerne se, hvor aktive kræftcellerne i en svulst er før og efter en behandling. En patient vil således kunne scannes både inden og umiddelbart efter en behandling med kemoterapi for at se, om kræftcellerne er blevet svækket. I dag er det typisk nødvendigt at vente flere måneder, før man kan måle, om tumoren er blevet mindre og dermed se, om behandlingen har virket.

Der er flere fordele ved metoden: 1) Hurtig, en scanning tager kun et par minutter. 2) Ingen vævsprøver, 3) Ingen skadelige eller giftige stoffer, så man kan udfører flere skanninger af patienten.

Billedet viser en MRI skanning, hvor en person har fået indsprøjtet magnetisk kontraststof, som lyser op på billedet. Foto: DTU.

7.2 Nye typer ultralydsapparater er afhængige af nytænkning inden for databehandling

I afsnittet om ultralyd kan du læse, at denne billeddannelsesmetode er basseret på at sende lyd gennem kroppen og måle på refleksionen af lydbølgerne. På sin vis en enkel metode. Men som ved meget billeddannelse ligger det store arbejde i databehandlingen. Du kan nu læse om to særlige ultralydsapparater, som på grund af deres særlige evne til at behandle data på, kan løse særlige opgaver.

Det ene ultralydsapparat er kæmpestor, men kan vise detaljerede billeder og behandle utrolige mængder data. Det store apparat hedder Sarus.

Den anden er lille og fiks og kan derfor åbne op for, at man kan lave ultralydsundersøgelser andre steder end på hospitalet.

Sarus er som sagt stor - to meter bred, to meter høj og to meter lang. På sin vis skyldes den store størrelse Sarus’ transducer, som kan udsende og optage 1024 forskellige ultralydsfrekvenser, hvor en almindelig transducer kun kan arbejde med 192 forskellige frekvenser. Det giver mulighed for et langt mere detaljeret billede, som for eksempel kan bruges, hvis en person har fået opereret en ny hjerteklap ind i hjertet. Så kan man se i detaljer, hvor godt operationen er lykkedes. Man kan se nøjagtigt, hvordan den nye klap sidder i hjertet, holder den tæt på de rigtige tidspunkter og hvordan blodet flyder forbi hjerteklappen. Meget bedre end man kan nu.

På

billedet ses Sarus. Verdens kraftigste ultralydsskanner. Foto: DTU

Fotoet viser en forsker, som arbejder på at udvikle nogle særlige små og præcise piezoelektriske krystaller i silicium i stedet for bly som man bruger i almindelige ultralydsapparater. Foto: DTU

Men alle disse data fra transduceren kræver en computer med en voldsom regnekapacitet og det er her vi kommer tilbage til Sarus’ store størrelse. Den har nemlig, hvad der svarer til over 50.000 processorer, som tilsammen kan beregne 25.000 milliarder beregninger i sekundet. Saurus behandler 140GB pr sekund, hvilket omtrent svarer til at behandle data fra 70.000 tvkanaler samtidigt. Behandlingen af så store mængder data kræver meget køling af processorerne. Derfor skyldes noget af den store størrelse også kølere, der forhindrer computeren i at blive for varm.

Det har foreløbig taget syv år at udvikle og bygge Sarus.

Den lille

Samme gruppe som arbejder med Sarus har sat sig for også at udvikle et bærbart ultralydsapparat. For at gøre ultralydsinstrumenterne bærbare skal både teknologien i transduceren, den komplicerede elektronik og signalbehandlingen i skanneren ændres, så der kan dannes gode billeder af færre data. Gruppen har set på om billeder kan dannes på en smartere og enklere måde, så der dannes færre data, der skal behandles, men som giver samme mulighed for gode billeder. Det kan blandt andet gøres ved at få transduceren til at være endnu mere præcis med de frekvenser den danner. Det danner mindre støj, som skal sorteres fra af et billedbehandlingsprogram. Der ud over ser forskningsgruppen på om der kan udvikles nogle beregningsmetoder, som kræver mindre computerkapacitet. De er kommet så langt at ved flere opgaver kan data behandles og blive til gode billeder blot ved hjælp af en smartphone eller tablet. Hvis der er brug for mere avanceret billedbehandling kan ultralydsapparatet benytte internettet til sende data hen til en anden computer. På den måde behøver den ikke at have en stor computer indbygget i det bærbare apparat.

Begge ultralydsapparater udspringer fra DTU Elektro, men er et samarbejde mellem flere institutter, virksomheder og hospitaler.

8.0 TEST DIG SELV – Hvad har du læst

 Hvad er billeddannelse? Nævn tre forskellige typer billeddannelse.

 På side 10 kan du se et billede af en hånd, der er røntgenfotograferet. Hvorfor er knoglerne hvide på det ene billede og sort på det andet?

 Hvilke fag bruges der til billeddannelse?

 Hvilken fysisk egenskab bruges til ultralyd?

 Kan du høre ultralyd?

 Hvilket grundstof i din krop er vigtigst, hvis du skal have en MRI skanning?

 Hvad er en piezoelektrisk krystal?

 Er der personer, som ikke må få en MRI undersøgelse?

 Hvordan tror du et blyforklæde virker?

 Hvilken funktion har et kontraststof?

 Diskuter med dine klassekammerater, hvad I syntes var det vildeste ved billeddannelse.

 Hvorfor er databehandling så vigtig for billeddannelse?

 Hvilke billeddannelsesteknikker har du og dine klassekammerater prøvet?

 Kan man få stråling på anden måde end ved røntgenbilleder og ct-skanning?

 Hvad sker der i kroppen, når den bliver udsat for stråling?

Kosmisk stråling: Partikler med høj energi, der rammer Jorden fra verdensrummet.

Blyforklæde: Et forklæde, som indeholder blyplader, der beskytter personen mod røntgenstråling. Bruges på røntgenafdelinger. Det bruges ofte til forældre, som står ved siden af deres barn, som skal have taget et røntgenbillede.

Detektor: Sensorer som opfanger røntgenstråler, der er kommet gennem personen i en CT-skanner. Denne betydning gælder for CT-skannere.

Hjerteklap: I vores hjerte sidder klapper af bindevæv, som sørger for at blodet ikke løber tilbage, hvor det kom fra, når det er pumpet fremad af hjertet.

Pickup spole: En pickup er en elektromagnetisk transducer, der omsætter radiobølger til et analogt elektrisk signal.

Transducer: I forbindelse med ultralyd betyder ”transducer” den del af apparatet, som holdes mod patientens hud og udsender og modtager ultralydsfrekvenser. Se også afsnittet om ultralyd.