לב העניין

המשורר הרומנטי ג'ון קיטס כתב על שני לבבות הפועמים כאחד, אך תא בודד של שריר לב עשוי לפעום כיותר משני תריסרי תאים – כך גילו מדעני מכון ויצמן למדע, בשיתוף עם חוקרים מאוניברסיטת פנסילבניה, במחקר שהתפרסם באחרונה בכתב-העת המדעי Nature Communications. המחקר איפשר להתבונן מקרוב במנגנון כיווץ תא שריר הלב, במצב תקין ולא-תקין כאחד, והבהיר את הקשר בין פעימות תאי שריר הלב לבין תכונותיהם המבניות והמכניות. הוא עשוי לסייע בהבנת מגבלות הטיפולים הקיימים כיום לאי-סדירות בקצב לב, ואולי אף להצביע 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 אילו יכלו כל הסיבים להתכווץ יחדיו – כלומר בתזמון מושלם – ובכך להבטיח כי כל תא יתכווץ בעוצמה מרבית. 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 – מלמד כי הסיבים מתכווצים יחד אך ורק כאשר היחידות שמהן הם מורכבים, והגבולות בין יחידות אלו, מתואמים אלה עם אלה. היות שרק מעט סיבים שכנים מתואמים בצורה זו, פועמים הסיבים המתואמים יחד כצרור אחד, אך כל צרור פועם בנפרד מהאחרים – וללא תזמון. כתוצאה מכך, אין תא שריר הלב פועם בהכרח כמיקשה אחת, ומספר 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 יהיה 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 שמפעילים הסיבים השכנים על כל אחת מיחידות הסיב באמצעות התבנית החוץ-תאית.

בהתבסס על ההנחה שרק הסיבים המתואמים זה עם זה פועמים יחדיו, פיתחו מדעני המכון הסבר כמותי לממצאי הניסויים שביצעו עמיתיהם מאוניברסיטת פנסילבניה, פרופ' דניס דישר וד"ר סטפני מג'קוט. במסגרת ניסוייהם 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 זה עם זה במהלך התפתחות העובר, וכיצד תיאום זה משפיע על פעילות השריר בלב הבוגר. השפעה זו מצביעה על כך שהצלחתם 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. לפיכך, ייתכן כי בעתיד, בזכות ממצאי המחקר, אפשר יהיה לשפר את 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 לאימרתו של קיטס, כל הסיבים שלהם יפעמו כאחד.