Jagten på de store hjerters hemmelighed

Elefanten var ikke blevet mindre af at blive bedøvet. Nu stod den bare sådan lidt vævende og flyttede roligt sine mange ton mellem de fire ben. Det største af de landlevende dyrs hjerter ventede, og det ville ikke blive lettere, hvis bedøvelsen begyndte at aftage.

- Jeg stod og kiggede og tænkte lidt. Hold da op, hvor er den stor. Men jeg kom om bag scenen og ind i det store elefantbur og fik gjort klar til min Eindhoven-konfiguration. Mads havde instrueret mig i, at man selvfølgelig skulle passe på, fordi den kan sparke med alle fire ben, og så er der også en snabel. Desuden kan en bedøvet elefant gå hen og vælte.

Vi sidder i frokoststuen i fysiologibygningen ved Sektion for Patobiologi (Institut for Veterinær- og husdyrvidenskab, KU SUND, -red.), hvor Kirstine Callø er sektionsleder. Jeg har faktisk fået historien fra elefantburet før, men sidst nåede jeg ikke at få den på bånd, og jeg har derfor spurgt, om ikke hun vil fortælle den igen. Med samme intensitet tager hun mig nok engang med ind til det store dyr. Hendes øjne lyser ved genoplevelsen, især i fortællingen om det øjeblik, hvor det går op for hende, at den eneste vej til elefantens venstre side, hvor den sidste elektrode skal være, er bagom.

- Her måtte jeg sådan snige mig mellem elefant og væg for at kunne komme hen og klistre elektroden på. Det lykkedes, så jeg tænkte, det næsten var et mirakel, siger hun.

Ude af buret får forskerholdet de første signaler ind på monitoren, og det går op for Kirstine, at elefanten måske ikke er det mest egnede dyr til en standard-Eindhoven.

- De første EKG-signaler, vi fik, var fuldstændig rædsomme. Jeg tænkte: »Nå, jeg skal aldrig mere ind til en elefant. Det kan ikke lade sig gøre. Tjek - vi har prøvet det!«, griner hun og puster ud, inden hun slår ansigtet om i en alvorlig mine.

- Så sagde min kollega fra Panum Morten sådan: »Hey, prøv lige at vente. Jeg tror altså, vi har byttet om på nogle af elektroderne, og jeg kan ikke rigtig klare det herfra. Kan du lige gå ind og bytte dem om igen Kirstine?«

Hun ser måbende på mig og bryder derefter ud i et stort grin. Ind i buret igen. Men så fik Kirstine også sit elefant-EKG, og det kunne ikke have været meget smukkere, fortæller hun.

Hundehjerter og karma

Kirstine Callø har længe været fascineret af hjertet, men begyndte sin forskertilværelse med at kigge på det med en afstand, der for de fleste ville gøre hjertet lettere uhåndgribeligt.

- Jeg er biolog som baggrund. Så blev jeg humanbiolog og har derefter specialiseret mig indenfor elektrofysiologi. Så jeg startede med at arbejde med proteiner, der blev udtrykt i celler. Egentlig meget reduktionistisk og virkelig på molekylært biologisk- og celleniveau. Så jeg synes, jeg manglede det store billede. Det her med at sætte det hele ind i nogle rammer.

Der skulle dog gå nogle år under mikroskopet, før Kirstine endte i elefantstalden. På Panum studerede hun i mange år cellernes ionkanaler, og hvordan forskellige mutationer i de gener, der koder for dem, kan føre til hjertearytmier hos mennesker. Her undersøgte hun, hvordan små ændringer i udtrykte proteiner kan få betydning for ionkanalens funktion og dermed for aktionspotentialerne i hjertets celler.

Hjerteforskningen førte Kirstine til Masonic Medical Research Laboratory i USA, som er et privat og meget anerkendt laboratorie indenfor hjerteforskningen, hvor de blandt andet arbejder med hunden som dyremodel. Et forhold som Kirstine lige skulle afstemme med sig selv.

- De har et program med hunde, der er blevet doneret fra forskellige shelters, og som af den ene eller anden grund allerede skal aflives. Ofte skyldes det, at de har været aggressive, er meget syge og overvægtige eller er ældre hunde, som ingen har været interesserede i at adoptere. I stedet for bare at aflive dem bliver de forinden lagt i bedøvelse, så vi kan tage hjertet. For hunden er skæbnen præcis den samme. De bliver aflivet enten eller. På den måde, har jeg tænkt, at det var okay for min karma, nikker hun og smiler lettere undskyldende.

Fra hundehjertet kan dele af hjertekamrene udtages og et EKG måles på tværs af hjertevæggen, samtidigt med at aktionspotentialer kan måles i alle dele af hjertevæggen. Hjertevævet holdes varmt og gennemstrømmes med saltvand, så det kan paces, og på den måde slå, som var det stadig en del af den levende hund. På mange måder minder disse målinger om et »rigtigt« EKG, hvor man sætter elektroder på det levende dyrs lemmer, men fordelen er, at man kan ændre på den væske, vævet ligger i, forklarer Kirstine.

- Så kan sådan et hjerte ligge og slå i flere timer. Det gør, at man kan teste alle mulige stoffer, for at se, hvordan det påvirker de elektriske signaler, fortæller hun.

Det er jo ret imponerende

Ved at sætte skarpe glaselektroder på de enkelte celler kan man måle deres aktionspotentialer og se, hvordan disse ændrer sig med de stoffer, man tilfører. Disse resultater gav stof til eftertanke hos Kirstine, og tanker, der senere skulle udvikle sig til forskningsprojekter, begyndte at slå rødder.

Jeg begyndte at tænke meget over det her. For et eller andet sted, når hjertevæggen nu er så tyk, så er det jo ret imponerende, at den kan trække sig sammen samtidigt, siger hun fascineret.

Når hjertet begynder sin sammentrækning, rejser signalerne inderst fra endocardiet ud til epicardiet, og her vil der i et typisk hundehjerte være en forsinkelse på 20-30 milisekunder, fortæller Kirstine.

Denne forsinkelse skal opvejes, for at hjertevæggen kan trække sig sammen samtidigt. Hendes forsøg med hundehjerter tydede på, at forsinkelsen opvejes af forskelle i aktionspotentialernes form på tværs af hjertevæggen. Denne hypotese ville hun gerne arbejde videre med, og der viste sig, at være et sted, som netop søgte en forsker med en forkærlighed for cellens ionkanaler og hjertets elektriske signalering. Landbohøjskolen havde opslået et lektorat, som skulle bane vejen for Kirstines videre forskning og doktorgrad.

- Jeg ville fortsætte med at se på de elektriske signaler, calcium og på, hvordan hjertet trækker sig sammen. Jeg havde hørt, at der her var adgang til hestevæv, så jeg tænkte, det bliver megagodt det her!

Svaret i det uventede

Kirstine begyndte sit lektorat under professor Dan Arne Klærke i veterinær fysiologi i 2013. Forruden adgang til store hjerter, fik hun her mulighed for at samarbejde med stedets anatomer og især kollegaen Vibeke Sødring Elbrønd, bedre kendt som Bibs, er fortsat med i Kirstines mange hjerteprojekter.

Med stor taknemmelighed nævner Kirstine desuden de ansatte slagtere Jan og Vibe, med hvis hjælp Kirstine har fået adskillige hestehjerter ud i god behold. For det skal gå hurtigt med at få hjerterne fra de aflivede dyr ned i et organbad. Går der for lang tid, dør vævet og kan ikke bruges, så da det lykkedes første gang var Kirstine spændt.

- Jeg fik lavet sådan et lille snit af ventrikelvæggen fra en hest og glædede mig til at komme i laboratoriet og se på det. Den er jo ret tyk sådan en hestehjertevæg. Altså, hvis en hunds er omkring 2 cm, så er hestens venstre ventrikel vel 7 cm. Det, tænkte jeg, ville betyde, at der var en lang forsinkelse og dermed kæmpestore forskelle på aktionspotentialernes udseende.

Til hendes overraskelse lignede hund og hest ikke hinanden.

- Hos hesten var der ingen forskel på aktionspotentialerne på tværs af hjertevæggen. Hos hunden var der, ligesom hos mennesket, tydelige forskelle på aktionspotentialerne i forskellige dele af hjertevæggen, fortæller hun.

Samtidig var der store forskelle på hesten og hundens EKG.

- Hestens transmurale EKG så mærkværdigt ud. I stedet for at have en smuk positiv R-tak som hunden, så gik QRS-komplekset nærmest i alle retninger, og det ændrede sig hele tiden. Det var meget mærkeligt. Så jeg tænkte: »Åhr, hvad er det for noget det her. Det er altså et dårligt dyr«, griner hun.

Indimellem skal den store opdagelse netop findes i det uventede, i ligningen, der ikke går op. Tidligere havde Kirstine i sine projekter med hunde forsket i forskelle i formen på aktionspotentialer på tværs af hjertevæggen; i endokardiet er den tidlige repolarisering af aktionspotentialet fraværende, mens den i midt- og epikardiet er større.

Den tidlige repolarisering af aktionspotentialet styrer, hvornår calcium frigives og derved hjertecellernes kontraktion. Forskellen på størrelsen af den tidligere repolarisering skyldes en gradient i det, Kirstine kalder sin yndlingsstrøm, »den udadgående kaliumstrøm«. Den havde hun sådan set tænkt, at hun skulle arbejde videre med på Landbohøjskolen. Det viste sig dog, at de mange heste og køer, hun kom til at arbejde med, manglede hendes yndlingsstrøm.

- Jeg tænkte, det er da godt nok mærkeligt. Nu har jeg gået og fortalt alle, at den her strøm er det vigtigste i hele verden, for at hjertevæggen kan trække sig sammen koordineret - og så findes den ikke i de her store dyr!

Der var en brik, der manglede hos de store grøntspisere.

- For det bliver nødt til at være sådan, at hjertet trækker sig sammen synkront. Ellers så mister man for meget energi. Energibalancen bliver skæv, og det tror jeg ikke, at fysiologien vil finde sig i, konstaterer hun smilende.

De higer og søger i gamle bøger

På Zoologisk Museum står et hvalhjerte i sprit. Det er et af de større hjerter på planeten, men skal som alle andre hjerter trække sig synkront sammen for at kunne pumpe de enorme mængder blod rundt. Det fik forskeren til at tænke. Hvad ville denne gigants hjerte kunne afsløre?

- Hvis jeg skal gætte, så er hvalens venstre ventrikelvæg nok tæt på en 15-20 cm. Så jeg tænkte, kan formen i aktionspotentialer virkelig være nok? Det tror jeg ikke, at det kan. Det er simpelthen for lang en afstand til, at man kan få synkroniseret kontraktionen ved hjælp af små ændringer i elektriske signaler, fortæller Kirstine i sit tilbageblik.

Svaret måtte være et sted. Så Kirstine begyndte at lede. I nogle gamle veterinære studier fandt hun resultater, som ingen af kollegaerne på Panum kendte til. Forholdsvis velbeskrevet viden, men glemt i gamle bøger. Svaret på hendes spørgsmål var: Purkinjefibre.

- Det er jo motorvejen for elektriske signaler i vores hjerter. I de her studier var det sådan set velbeskrevet, at hos primater og carnivorer ligger Purkinjecellerne hovedsageligt på indersiden af hjertevæggen. Derfor skal de elektriske signaler hoppe fra hjertecelle til hjertecelle på tværs af væggen, og det er det, der giver forsinkelsen. Dette er nemlig en langsom proces, mens udbredelse i Purkinjefibre er lynhurtig og vil aktivere alle dele af hjertevæggen samtidig.

Forskellen fra hunden til hesten skulle altså findes i Purkinjefibrenes histologi, for hvor hundens Purkinjefibre ligger i endokardiet, skulle hesten vise sig at have en anden anatomi.

- Hvis man så kigger på litteraturen om de større dyr som hvaler og mange af vores hov- og klovdyr, ligger Purkinjefibrene ikke kun i endokardiet, men har afstikkere, der ligger dybt inde i hjertevæggen. Dette kan forklare de ens aktionspotentialer, de meget underlige QRS-komplekser på EKG’et fra hestevæv, og hvordan hjertevæggen kan aktiveres på samme tid.

Kirstine måtte undersøge, om de gamle studier holdte vand, når man begyndte at efterprøve dem med histologiske undersøgelser og EKG’er på levende dyr. Her blev det en fordel, at hun var endt på Institut for Veterinær- og Husdyrvidenskab, for selvom fysiologen nok havde haft masser med hjerteceller at gøre, var anatomien og det at arbejde med levende dyr noget helt nyt. Med et hold af gode kollegaer gik hun i gang.

- Jeg manglede sådan set bare dyrene, og jeg tænkte, at det skulle være de store dyr. Hest kunne vi godt klare, og gris og hund var også rimelig indenfor rækkevidde. Men hvis det skulle være rigtig spændende, var det altså de helt store dyr vi skulle kigge på - for jo større hjerte, jo mere ekstremt må det her være. Så vi kontaktede zoologisk have.

De store rovdyrs små hjerter

Dyrlæge Mads Bertelsen fra København Zoo havde nogle løver, som skulle aflives, og under bedøvelsen kunne Kirstine få lov at tage EKG’er. Derefter ville der også være friske løvehjerter, hun kunne se på.

- Det var en fantastisk mulighed, fordi en løve jo er et relativt stort dyr. Sådan en ung hanløve ligger typisk på en 120 kg. Hjerterne er ikke voldsomt store, men det er ligesom med andre katte, at hjerte til kropsvægt-ratioen ikke er særlig høj. Histologisk kan vi se at Purkinjefibrene i løvehjertet hovedsageligt ligger i endokardiet. Der er få eller ingen fibre, der løber dybt ind i hjertet, og det afspejles på EKG’et og særligt i QRS-komplekset. Det er vi glade for, da det passer med vores hypotese.

Selvom Kirstine gerne ville teste hypotesen med en bjørn, findes der allerede nogle svenske studier, der peger i retning af, at mønstret er det samme som løvens. Meget større carnivorer findes ikke. Men måske er netop Purkinjefibrene rovdyrenes begrænsning?

- Det kan sagtens være grunden til, at vi ikke har større rovdyr end dem. Fordi det simpelthen ikke kan lade sig gøre rent hjertefysiologisk, da hjertet så ikke længere kan få en ordentlig kontraheret sammentrækning. Men vi mangler stadig at se på de andre dyr med meget store hjerter.

Kirstine er dog godt på vej. Elefantens EKG er i hus, og histologien af Purkinjefibrene på vej. Andre dyr er også kommet til studiet, for indimellem er man heldig som komparativ hjerteforsker. Som da et næsehorn forleden måtte lade livet. Det gik så hurtigt, at der ikke var tid til et EKG, men Kirstine fik lov at hente et hjerte på størrelse med sin egen overkrop, som hun siger.

Lige nu venter hun på at få fikseret væv fra en pukkelhval, der strandede i Skagen i oktober. Men selvom der er nok hjerter at tage fat på, begynder spørgsmålet nu at blive, hvor det giver mening at lægge kræfterne, fortæller hun.

- Det, vi skal til nu, er at se på fylogenien og de evolutionære træer, så vi bedre kan gå ind og vælge, hvilke arter der ville være interessante at kigge på og få systematiseret vores undersøgelser mere.

Den selvransagende forsker

Kirstine forsvarede sin doktorgrad i veterinærvidenskab i januar 2019. Løverne nåede med, mens elefanten må vente til en senere publikation. Hvor mange dyr, der ender i det store hjerteprojekt, er endnu uvist. Når det kommer til eksotiske dyrehjerter, handler det om at være tålmodig, men man må også stoppe på et tidspunkt.

- Selvom vi har en ønskeliste over store dyr, vi godt kunne tænke os, er vi også nødt til at sige, at nu har vi nok til, at vi kan sende det første studie afsted. Der er jo også en risiko for, at man bliver ved med at tage nye dyr ind og ikke rigtig får afsluttet det, man er i gang med.

Som resultaterne finder vej fra laboratorie til publikation, kan man spørge, hvem denne viden om de specifikke artsforskelle kommer til gode? Kirstine er ikke i tvivl om vigtigheden af den komparative hjertefysiologi og anatomi. Med sin baggrund i humanfysiologien, mener hun faktisk, at det er en pligt at forske i området.

- Hvis man skal bruge dyr som modeller for mennesker, er man som minimum forpligtet til at finde ud af, hvad forskellene er, og hvor meget man egentlig kan tillade sig at translatere fra dyremodellerne til det humane. Hvis man undersøger sygdomsmekanismer i en dyremodel, er det ikke nødvendigvis det samme, man vil finde humant.

Kirstine har flere eksempler fra hendes egen forskning på, at artsforskellene kan være afgørende, når der anvendes dyremodeller i hjerteforskningen.

- Fx min yndlingsstrøm - den langsomt udadgående kaliumstrøm - den findes ikke i grisen. Noget af det første, der sker ved kardiomyopati hos mennesker, er, at man mister den strøm. Det er med til at forværre den kontraktile dysfunktion, som man finder ved hjertesvigt. Desuden har grisen dybtliggende Purkinjefibre, som gør, at hjertearytmierne kan opføre sig anderledes, fordi der er andre muligheder for »reentry arytmier«, altså hvordan de elektriske signaler kan ligge og cirkulere rundt i vævet. Det er man nødt til at overveje konsekvenserne af, hvis man bruger grisen som dyremodel til at undersøge disse sygdomme, siger hun og konkluderer:

- Man bør have mekanismerne for øje: Hvad kan vi forvente? Kan vi translatere fra den ene til den anden, og hvis vi gør det, hvad vil der så være af begrænsninger og muligheder for fejlfortolkninger?

Grundlæggende skal man som forsker altid huske at undersøge sig selv og stille kritiske spørgsmål til det videnskabelige udgangspunkt, man starter fra. Det har Kirstine erfaret ved selv at glemme det.

- Man skal altid huske at spørge sig selv - giver det mening i den her dyreart? De spørgsmål, jeg startede med at stille med min yndlingsstrøm i de her heste, det gav jo absolut ikke mening. Og det var egentlig ret tilfældigt, jeg opdagede det. Ellers var jeg glad gået videre og tænkt, at den var vigtig i alle dyr.

Hjertet er en drivende kraft

I frokoststuen har mørket sænket sig udenfor vinduerne. Med den glæde Kirstine fortæller, har man dog svært ved at stoppe med at stille flere spørgsmål. Hun deler gerne ud af sin kærlighed til undervisningen, de flittige elever og de fantastiske kollegaer.

Som halve timer bliver til hele og novemberaftenen træder til, tænker man, at det ikke er tilfældigt, at alle Kirstine fortæller om, lyder så venlige og rare. Hun lader til at tage imod det, der kommer til hende, med begejstring, mennesker som dyr.

Denne artikels fokus kunne derfor have handlet om mange af alle de ting, der optager hende. Det endte med at være hjerterne, der rendte med fokus. For selv ved interviewets slutning er der ingen tvivl om, at Kirstines fascination af hjertet er en drivende kraft, der ikke lige er sådan at stoppe.

- Det er et eller andet sted helt utroligt, at det lykkes for hjertet at slå mellem 60 og 100 hjerteslag i minuttet, 24 timer i døgnet, året igennem. At det kan gå så godt, så mange hjerteslag i træk er egentlig et mirakel i sig selv. Og jo større hjerter man kigger på, jamen jo mere fascinerende, synes jeg egentlig, det er. At få de her elektriske signaler fordelt ud i så stort et væv og få det til at trække sig sammen på samme tid. Hvordan kan det overhovedet lade sig gøre? Det synes jeg er så interessant. ♦