כששני אנשים רוקדים צמוד, הקצב של שניהם מסתנכרן, כך ששניהם נעים על הרחבה בתיאום. תאי שריר הלב פועלים באופן דומה: למעשה, כאשר מגדלים תאי לב עובריים במעבדה, אפשר לא רק לחזות בתיאום הזה – אלא אף להגביר או להאט את מקצב הפעימות שלהם על-ידי ניעור התאים. אבל, משום מה, יש לנער את התאים במשך זמן רב כדי לגרום להם לשנות את המקצב, וכאשר פוסק הניעור – יעבור משך זמן דומה עד שיחזרו למקצבם המקורי. אם מחזור פעימות של תא שריר לב מתרחש בערך כל שנייה, מדוע משך הזמן הנחוץ לוויסות המקצב ארוך הרבה יותר?
תאי שריר לב פועמים במעבדתה של פרופ' שלי צליל מהטכניון
(צילום: מתוך מסע הקסם המדעי, מכון ויצמן למדע)
התגלית בדבר הפער בין משך ויסות המקצב לבין מקצב הפעימות עצמו, עלתה מניסויים שבוצעו בעבר במעבדתה של פרופ' שלי צליל מהטכניון. אך פרופ' שמואל (סאם) שפרן, פיזיקאי תיאורטי מהמחלקה לפיסיקה כימית וביולוגית במכון ויצמן למדע, תהה מהו פשר הפער. יחד עם תלמיד המחקר אוהד כהן, פרופ' שפרן כבר הראה בעבר שאת הפעימות הספונטניות של תאי שריר הלב - המתרחשות בערך כל שנייה – אפשר לתאר באמצעות הקבלה למערכת מכנית המזכירה קפיץ. אבל אם המאפיין היחיד של פעימות שריר הלב היה מנגנון הקפיץ, הפיסיקה של מערכת מסוג זה הייתה מכתיבה אימוץ המקצב החדש בתוך כמה רגעים – ולא לאחר דקות ארוכות. "כאשר ישנו כזה חוסר התאמה, ראשית יש לבדוק את התכונות הפנימיות של המערכת – אפילו בהעדר כוחות שמשנים את המקצב - ולשאול האם מעורב גורם נוסף", אומר פרופ' שפרן.
פרופ' שפרן וכהן חשדו שזמן התגובה הארוך קשור לוויסות הפנימי של התא לרעש חיצוני – מאפיין שנצפה לעתים קרובות בנתונים המתקבלים ממערכות חיות. כלומר: אם תאי שריר הלב פועמים בערך כל שנייה – כאשר המחזור יכול להתקצר או להתארך בעשירית השנייה – האם ייתכן שמנגנון נוסף, איטי יותר, פועל בתא כדי לווסת את הקצב, ולוודא שהוא קרוב ככל האפשר למחזור של שנייה?
2 צפייה בגלריה
אוהד כהן ופרופ' שמואל (סאם) שפרן. לא החסירו פעימה
(צילום: מסע הקסם המדעי, מכון ויצמן למדע)
כדי לבחון השערה זו, פרופ' צליל גידלה תאי שריר לב במעבדה, ובשיתוף פעולה עם כהן ופרופ' שפרן, התחקתה אחר פעימות התאים הטבעיות – ללא כל שינוי במקצב. בחינת הנתונים שהתקבלו במהלך דקה איפשר למדענים להבין את הדקויות בין המקצב הממשי לבין המקצב הממוצע האידאלי. אבל האתגר הגדול היה לעקוב אחר הפעימות במשך שעות, ובדיקה זו חשפה דפוס חדש: הפעימות שהיו איטיות או מהירות יותר מהממוצע הופיעו במקבצים – הרבה פעימות איטיות יותר יחדיו, ואחריהן, הרבה פעימות ארוכות אחת אחר השנייה. אורכם של המקבצים האלה היה בין עשר לשלושים דקות.
היה זה כאילו יד נעלמה, גם אם מעט מגושמת, מווסתת את התדר במכשיר רדיו – מסובבת את החוגה ושואפת למצוא את איכות השידור המיטבית. כאשר השוותה קבוצת המחקר את משך הוויסות בין תאי שריר לב שונים שגדלו במעבדה (בניכוי הבדלים מסוימים, שאיפשרו להשוות, למשל, בין מחזור של 15 דקות למחזור בן 25 דקות), הם גילו שהגרפים דומים למדי – רמז לקיומו של מנגנון ויסות פנימי בתא, החיוני לתפקודו – וללא קשר למקצב הפעימות.
2 צפייה בגלריה
מדידת פעימות תאי שריר לב במשך כמה דקות (משמאל) חושפת אמנם סטיות ממקצב הפעימות האידאלי – פעימה בכל שנייה – אך כאשר זו מתבצעת לאורך כמה שעות (מימין) נחשף דפוס חדש: פעימות איטיות או מהירות יותר מהממוצע המופיעות במקבצים של 10 עד 30 דקות
(צילום: מסע הקסם המדעי, מכון ויצמן למדע)
כיצד "יודע" התא שהוא פועם מהר מדי או לאט מדי, ומדוע הוא מתעכב בוויסות מקצב הפעימות? "אף על פי שעדיין איננו מבינים את התהליכים הביוכימיים ששולטים בוויסות הפעימות", אומר פרופ' שפרן, "קצב השינוי האיטי מעיד על מעורבות אפשרית של תהליכי שיעתוק גנים ותרגום חלבונים". ניסויים עתידיים עשויים להכריע אם ייתכן שמשך ויסות ארוך מהרגיל מעיד על פגם בתיפקוד התא. מעבר לכך, הרחבת הניסוי לרקמות לב עשויה להסביר את חשיבותו של ויסות ארוך מהרגיל לרקמה הפועמת, ואולי בעתיד, אף ללב עצמו.
