תאי שריר הלב אינם פועמים כמקשה אחת

המשורר הרומנטי ג'ון קיטס כתב על שני לבבות הפועמים כאחד, אך תא בודד של שריר לב עשוי לפעום כיותר משני תריסרים. כך גילו מדעני מכון ויצמן למדע, בשיתוף עם חוקרים מאוניברסיטת פנסילבניה, במחקר שהתפרסם בכתב-העת המדעי Nature Communications ומבהיר את הקשר בין פעימות תאי שריר הלב לבין תכונותיהם המבניות והמכניות. המחקר מספק הצצה מפורטת למנגנון כיווץ תא שריר הלב, במצב תקין ובלתי-תקין כאחד. מחקר זה עשוי לסייע בהבנת המגבלות של הטיפולים הקיימים לאי-סדרים בקצב לב, ולהצביע, אולי, על דרכים לפיתוח טיפולים חדשים.

 

שריר הלב עשוי ממקבצי תאים המכילים, כל אחד ואחד מהם, סיבים הבנויים מיחידות החוזרות על עצמן. כאשר הלב פועם כדי לשאוב דם, מתכווץ כל אחד מהסיבים, דבר המוביל להתכווצות התא.

 

הלב היה פועל בצורה הטובה ביותר אם כל הסיבים היו יכולים להתכווץ יחדיו – כלומר בתזמון מושלם – ובכך להבטיח כי כל תא יתכווץ בעוצמה מירבית. מצב כזה יכול להוביל לכך שבסופו של דבר, יהיו פעימות הלב חזקות ויעילות ביותר. אך מודל תיאורטי חדש – שפיתחו פרופ' שמואל שפרן והחוקר הבתר-דוקטוריאלי ד"ר קינג'ל דסביווס, מהמחלקה לחומרים ופני השטח במכון ויצמן למדע, מראה כי הסיבים מתכווצים יחד אך ורק כאשר היחידות שמהם הם מורכבים, והגבולות בין יחידות אלה, מתואמים אלה עם אלה. מכיוון שמספר מוגבל בלבד של סיבים שכנים מתואם בצורה הזאת, פועמים הסיבים המתואמים יחד כצרור אחד, אך כל צרור פועם בנפרד מהאחרים – וללא תזמון. כתוצאה מכך, אין תא שריר הלב פועם בהכרח כמקשה אחת, אלא מספר היחידות הפועמות בנפרד בכל תא תלוי במספר הצרורות, שעשוי להגיע ליותר משני תריסרים.

 

התיאוריה, המתבססת על פיסיקה סטטיסטית, ניבאה גם כי תיאום בין מיקומם של הסיבים בתא שריר הלב תלוי בסביבה הפיסית של התא, ובעיקר ברמת הגמישות של המבנה התומך, הקרוי תבנית חוץ-תאית. היישור מרבי רק כאשר המבנה אינו רך מדי ואינו קשה מדי. ניבוי זה נעשה באמצעות חישוב הכוחות השונים הפועלים בקנה מידה מיקרוסקופי, ובעיקר הכוחות המכניים אותם מפעילים הסיבים השכנים על כל אחת מיחידות הסיב באמצעות התבנית החוץ-תאית.

 

בהתבסס על ההנחה כי רק הסיבים המתואמים זה עם זה פועמים יחד, פיתחו מדעני המכון הסבר כמותי לממצאי הניסויים שביצעו עמיתיהם מאוניברסיטת פנסילבניה, פרופ' דניס דישר וד"ר סטפני מג'קוט. בניסוייהם, הניחו המדענים תאי לב עובריים של אפרוחים על משטחים ברמות גמישות שונות, וגילו כי שתי תכונות שונות לגמרי – התיאום המבני של הסיבים ועוצמת פעימות התא – היו תלויות בקשיחות המשטח. המודל שפיתחו מדעני המכון הסביר מדוע וכיצד תואם המידע על המבנה את מדידות עוצמת הפעימות.

 

המודל עשוי להסביר כיצד תאי שריר הלב מתארגנים בתיאום אחד עם השני במהלך התפתחות העובר, וכיצד תיאום זה משפיע על פעילות השריר בלב הבוגר. השפעה זו מצביעה על כך כי הצלחתם של תרופות, קוצבי לב חשמליים ואמצעים נוספים להסדרת קצב הלב תלויה במידה מסוימת בסדר המבני של סיבי שריר הלב. אם הסיבים אינם מתואמים – הצלחת אמצעים אלה עלולה להיות מוגבלת. עם זאת, ההבנה החדשה עשויה, בעתיד, לעזור בשיפור הטיפול במחלות לב. לדוגמה, אם יגדלו המדענים תאי לב חדשים במקום אלה שנפגעו במחלה, אפשר יהיה, אולי, לשלוט בסביבת ההתפתחות כך שהמבנה שלהם יהיה מסודר, ובדומה לאמרת קיטס, כל הסיבים שלהם יפעמו כאחד.