– Mange tror vi alltid må ned på molekylærnivå for å finne ut noe nytt om menneskekroppen. Men slik er det ikke. Ved å studere samspillet mellom hjerte, blodstrøm, blodtrykk og kroppstemperatur hos friske menneskser, har vi kommet fram til helt ny kunnskap om hvordan kroppen regulerer seg selv, sier Karin Toska.

Bare i løpet av én dag utsettes vi for uendelig mange forskjellige påvirkninger: Stadige skift mellom hvile og arbeid, varme og kulde, sult og metthet, avslapping og stress skjer hver eneste dag livet igjennom. Allikevel gir dette lite utslag i det indre miljøet i kroppen vår.

Tilstanden av et velregulert og forholdsvis konstant indre miljø, kalles homeostase. En rekke mekanismer sørger for at kroppstemperaturen, blodtrykket, væskevolumet og konsentrasjonen av salter holder seg innenfor stramme rammer, eller endres på en kontrollert måte når det er behov for det.

– I kroppen vår registrerer ’sensorer’ et hvert avvik fra idealtilstanden og vil automatisk sørge for å gjenopprette balansen. Under våre forsøk forstyrrer vi dette systemet og ser hva som da skjer, forteller førsteamanuensis Karin Toska ved Avdeling for fysiologi, Institutt for medisinske basalfag, Universitetet i Oslo.

Hjemmelagde metoder

Kroppens reguleringssystem er uhyre komplekst, og nøyaktig hvordan organismen reagerer på ulike ytre påvirkninger, er ennå i stor grad en gåte for forskerne.

– Gjennom å bruke modeller og metoder vi i stor grad har utviklet selv, har vi greid å fravriste menneskekroppen noen av dens hemmeligheter, sier Toska, som nå leder forskningsgruppen.

De fleste apparatene forskerne bruker, er laget på avdelingen og er enestående i sitt slag. Laboratorium for human sirkulasjonsfysiologi er bygd opp og ledet av professor emeritus Lars Walløe gjennom nærmere tretti år.

– Mye av originaliteten vår kommer fra det vi har funnet opp selv. Mens forskningsmiljøer i Norge ofte importerer metodene de bruker, eksporterer vi metodene våre til andre land, forteller Toska.

Forsøk med vippeseng

Men hvordan er så disse metodene, nærmere bestemt? Apollon avla visitt under ett av de mange laboratorieforsøkene som utføres med vippeseng.

Midt i rommet står en tilsynelatende ganske enkel seng i tre, oppi ligger en kvinne på blått lerretsstoff og omkring går ledninger på kryss og tvers mellom ulike apparater, måleinstrumenter og datamaskiner. Kvinnens venstre arm er delvis pakket inn.

– Vi studerer menneskets sirkulasjonssystem, det vil si organsystemet som lar blod sirkulere i kroppen. Selv om det er hjerte, blod og blodårer vi forsker på, inngår ikke én dråpe blod i våre forsøk, understreker hun.

Når forsøket begynner, ligger kvinnen helt vannrett. Så vipper Toska og doktorgradsstipendiat Ahmed Elsais senga slik at den får noen graders helning.

Blodtrykket synker. Kroppen reagerer spontant for å kompensere for det fallende trykket og sørge for nok blod til vitale organer som hjernen.

– Den passive endringen i kroppsstilling gjør at kroppens sirkulasjon legges om. Vi studerer tidsforløpet av denne omleggingen.

Hva skjer i løpet av de første ti, tjue, tretti sekundene? Hvordan blir blodtrykket til hodet så raskt gjenopprettet, og hva er det som svikter når det svartner for øynene og man besvimer?

 Fokus på slagvolum

Avansert utstyr gjør det mulig for forskerne å følge med på hva som skjer når kroppens autonome nervesystem regulerer blodtrykket til riktig nivå. Blodtrykket måler forskerne i en arterie på fingeren, og endringene registreres fra sekund til sekund.

Blodtrykket er nært forbundet med hjerterytme og slagvolum. Slagvolum er mengden blod som hjertet pumper ut ved hvert hjerteslag.

– Vi er ganske alene om å ha en metode for å måle alle disse variablene kontinuerlig. Vi registrerer minuttvolumet, det vil si mengden blod hjertet pumper ut i kroppen hvert minutt, og vi registrerer hjerterytmen. Det gjøres med et elektrokardiogram, forkortet til EKG.

Endringer i slagvolum er ikke like godt kartlagt som de to andre variablene.

– Jeg mener at slagvolum betyr mye mer i sirkulasjonen enn tidligere antatt, sier Toska.

Lege og stipendiat Maja Elstad nikker og er enig. I sin ferske doktoravhandling viser hun i flere artikler hvor viktig det er å kjenne til hvordan hjertets slagvolum endrer seg, både ved vanlig pusting og ved ulike typer fysisk arbeid.

Fra hjerteslag til hjerteslag

For å måle blodstrømmen nøyaktig, bruker forskerne såkalt Doppler ultralyd-teknologi. Noe av den ultralyden som sendes ut, blir reflektert fra blodlegemer som beveger seg i blodårene.

Forskjellen i frekvens mellom utsendt og reflektert lyd registreres. Dette fenomenet kalles Dopplereffekten, etter fysikeren og matematikeren J.C.A. Doppler (1803–1853).

– Vi sender ut en jevn lydstråle mot hovedpulsåren ut fra venstre hovedkammer og beregner hastigheten på blodstrømmen like utenfor hjertet. Ut fra dette kan vi beregne nøyaktig slagvolum.

– Å måle slagvolum er rett og slett en kunst. Jeg har trent lenge for å få gode signaler, medgir Elsais, som veiledes av Toska.

– Den gode tidsoppløsningen gjør at vi kan følge endringer i blodstrømmen fra ett hjerteslag til det neste, forteller han.

Forsøkspersonen får så beskjed om å klemme på en håndkraftmåler. Hun klemmer med circa 100 N (Newton) og holder det i to minutter. Dette statiske muskelarbeidet får blodtrykket til å stige. En slik blodtrykksstigning kan være en belastning, for eksempel for hjertepasienter som bærer tunge kofferter.

Det går signaler fra alt registreringsutstyr til en datamaskin som lagrer hele forsøket.

– Den enorme datamengden analyserer vi ved hjelp av dataprogrammer vi selv har programmert.

Hele undersøkelsesforløpet inneholder mye informasjon om kroppens reguleringssystemer. Vi bruker også matematiske modeller av systemet for å kunne ta hensyn til alle delene ved analysen, framholder Toska.

Kroppen tror den blør

Noen dager seinere er Apollon igjen på besøk, denne gangen for å overvære et forsøk med bruk av et helt spesielt kammer.
 
En ung mann, medisinerstudent Trym Døviken, ligger med hele underkroppen stukket inn i noe som likner på et tunnelformet drivhus, iført en slags månestøvler. Hva gjør han der?

– Vi er nå i ferd med å utsette kroppen hans for en stor, indre blødning. Eller rettere sagt:
 
Vi skal få kroppen hans til å tro at den mister blod. Og vi vil nøye observere hvordan kroppens sirkulasjonssystem reagerer på dette innbilte blodtapet, forklarer doktorgradsstipendiat Erling Bekkestad Rein.

– Vi forsker på alvorlig skadede pasienter i tiden før de rekker fram til sykehus. Hvert år utsettes mange mennesker for ulykker, og den aller første behandlingen de får – på vei til sykehus i luftambulanse eller sykebil – er ofte helt avgjørende for om livet kan reddes og skadene begrenses, sier Rein, som leder forsøket.

Dårlige indikatorer

Ambulansepersonellet vil alltid spørre seg om pasienten er påført en indre blødning. Puls og blodtrykk blir målt. Men har den forulykkede for eksempel en blødning i leveren, lar den seg ikke påvise ved disse målingene.

Ofte vil pulsen øke og blodårene i kroppen trekke seg sammen. På den måten klarer kroppen å opprettholde blodtrykket over en viss tid. Pulsen påvirkes dessuten av stress, angst og smerte.

– Blodtrykket kan være en dårlig indikator på om det er blødning. Dette skyldes at kroppen mobiliserer alle mekanismer den har, for å kompensere for tapet av blod og på den måten holdes trykket oppe. Når blodtrykket først faller, kan det være for seint å gjøre noe, understreker Rein.

En kontrollert blødning vil kunne gi forskerne ny kunnskap om hvordan sirkulasjonen endrer seg når det blør i indre organer. Mange forsøk har vært gjort på dyr.

– Men dyremodeller kan aldri erstatte en blødning i en menneskekropp. Det er her det såkalte LBNP-kammeret vårt kommer inn, Lower body negative pressure. 
 

Simulerer blødning

Kammeret er utviklet på Avdeling for fysiologi. Det består blant annet av en støvsugermotor og en varmtvannstank som brukes som undertrykksreservoar.

– Den unge, friske forsøkspersonen vår ligger nå med hofter og bein inne i kammeret. Vi har tettet til, og nå suger vi ut luften.

På denne måten bygger vi opp et undertrykk. Vi øker undertrykket gradvis til det er 60 millimeter kvikksølv (mmHg) lavere trykk inni kammeret enn utenfor. Snart vil mer og mer blod samle seg omkring hoftene og i beina til forsøkspersonen, forteller Rein.

Blodårene i underkroppen fylles med blod. Inntil 1,5 liter blod vil bli værende i bein- og hofteområdet. Kroppens nedre del blir dermed et reservoar for blod.

– For resten av kroppen er det som om dette blodet er borte. Det tilsvarer med andre ord en blødning, framholder stipendiaten.
Hjertet, lungene og hodet får mindre blod enn normalt.

– Av og til besvimer forsøkspersonene våre under forsøkene vi gjør. Andre symptomer de kan få, er kvalme, susing fra ørene og tunnelsyn. Vi ser at forsøkspersonene blir askegrå og leppene helt hvite. Men vi har svært god kontroll, forsikrer han.

Noe å måle?

Hvorfor gjør så forskere dette?

– Vi vet at under en blødning faller blodtrykket svært seint. Kroppen kompenserer for blodtapet ved blant annet å endre hjertefrekvensen.

Men fins det da noe vi kan måle som indikerer en uoppdaget, indre blødning?

Vi vet at slagvolumet faller med blødningen. Det er imidlertid vanskelig å måle slagvolum utenfor sykehus og laboratorium. Nå forsøker vi å finne ut om det er andre fysiologiske variabler som endrer seg på samme måte.

Blant annet skal vi analysere variasjoner i hjertefrekvens og EKG-mønster og hudsirkulasjon.

Helt ny teknologi

– I dag prøver vi ut et apparat som bruker radarteknologi, nemlig såkalt ultra bredbånd (UWB).
 
Dette er en teknikk for rask, trådløs overføring av mye informasjon over korte strekninger, og den er utviklet i Norge. Ved hjelp av radarsignaler kan vi måle hjertefrekvens og respirasjon.

Fordelen med denne teknologien er at vi ikke trenger å berøre pasienten. Radarsignalene går gjennom klær og annet som omgir den skadede.

Hvis pasienten sitter fast i et bilkrasj, er det nok å holde nær pasienten. Det er også mulig å overvåke flere samtidig. Vi samarbeider med Ullevål universitetssykehus og prøver det med anestesilegene og ambulansepersonell.

Vi har også apparatur for kontinuerlig registrering av blodtrykk, respirasjonsbevegelser og temperatur flere steder på kroppen, framholder Rein.

Jobber tett med sykehusene

Forskergruppen ved Avdeling for fysiologi regnes blant de beste humanfysiologiske miljøene i verden, og har hatt flere besøk av utenlandske forskere som vil gjøre avanserte forsøk på friske forsøkspersoner uten å bruke teknikker der instrumenter blir ført inn i blodåresystemet.

– Vi samarbeider framfor alt med mange kliniske miljøer; med kirurger, radiologer og anestesileger. Vi sitter med basalkunnskapen og metodene, de har kliniske problemstillinger, og vi utveksler spennende ideer og hypoteser som vi kan teste ut.
 
At problemstillingene våre favner så bredt som de gjør, skyldes at forskningsgruppen vår dekker forskjellige områder av fysiologien. Vi er svært avhengige av hverandre, understreker Toska.

Forskerne studerer flere systemer samtidig.

– Vi forsøker å se alt i sammenheng. Om ett system ikke virker, eller vi tar bort virkningen for eksempel ved medikamenter, står andre mekanismer klare til å ta over. Vi registrerer blodtrykk, hudsirkulasjon, hudtemperatur og respirasjonsbevegelser kontinuerlig.

Dette gir oss eksklusiv tilgang på svært spennende data, avslutter Karin Toska.