נמצאה יעילות אנרגטית בחומר המיאלין השולט בתנועות הגוף התגלית עשויה לסייע בטיפול במחלות נוירולוגיות
תפקיד המיאלין בגוף הוא לסייע לאותות חשמליים לנוע במהירות וביעילות דרך מערכת העצבים ובכך לאפשר לנו לשלוט בתנועות הגוף. מחקר חדש שנערך באוניברסיטת בן-גוריון בנגב מגלה שהמיאלין הקיים בחומר האפור של המוח מאפשר חיסכון באנרגיה, איבר הצורך יותר מהקלוריות המטבוליות היומיות. ממצאי המחקר פורסמו בכתב העת היוקרתי PNAS.
מיאלין הוא חומר שומני שתפקידו העיקרי הוא לעזור לאותות חשמליים לנוע במהירות וביעילות דרך מערכת העצבים. הוא מגן על שלוחות ארוכות דמויות חוט של תאי עצב (האקסונים) ויוצר שכבה הגנה הבנויה כמעטפת סביבם. ללא מיאלין, הדחפים החשמליים השולטים בכל מה שאנחנו עושים, החל מהזזת אצבעות ועד להעלאת זיכרון, לא היו יוצאים לפועל. יותר ממחצית של נפח המוח שלנו עשוי מיאלין, ולמעשה הוא מבנה הממברנה (מעטפת התא) הנפוץ ביותר בגוף האדם.
הדוקטורנט אורון קוטלר והחוקר הראשי, פרופ' איליה פליידרביש, ממעבדת הנוירופיזיולוגיה בפקולטה למדעי הבריאות באוניברסיטת בן-גוריון בנגב, הצליחו להראות יעילות אנרגטית בחומר המיאלין השולט בתנועות הגוף. המחקר מאתגר את התפיסה המסורתית לפיה תפקידו העיקרי של המיאלין מתמקד בהאצת אותות התקשורת החשמלית.
במערכת העצבים ההיקפית, המיאלין פועל כמו בידוד חשמלי כבד העוטף סיבי עצב כדי להאיץ את העברת האותות עד פי מאה תוך הפחתה דרמטית של צריכת האנרגיה. עם זאת, בתוך החומר האפור של המוח, שבו סיבי עצב עדינים ודקים (אקסונים) יוצרים מעגלים מקומיים צפופים, התפקיד המדויק של המיאלין נותר קשה למדידה.
באמצעות הדמיה אופטית מתקדמת, טכניקות הקלטה חשמלית ומידול חישובי ביופיזיקלי, צוות המחקר בחן אקסונים דקים בקליפת המוח כדי להשוות סיבים לא-מיאלינים וסיבים מיאלינים. נראה שמהירות ההולכה נותרה ללא שינוי: אותות חשמליים נעו במהירויות זהות כמעט, כ-0.32 מטר לשנייה, הן באקסונים לא-מיאלינים והן באקסונים מיאלינים.
לגבי הוצאות האנרגיה, התוצאות היו חצויות: מיאלין הפחיתה את כניסת יוני הנתרן במהלך קפיצות חשמליות ב-50%. מכיוון שתאי עצב חייבים לשרוף אנרגיה תאית (ATP) כדי לשאוב נתרן ולהחזיר את האיזון הכימי, הפחתה זו חותכת את העלות המטבולית של התפשטות האות בחצי.
כדי להבין מדוע מיאלין קורטיקלי מפחית את עלויות האנרגיה מבלי להגביר את המהירות, הצוות ביצע מודל של המסלולים החשמליים מתחת למעטפת המיאלין. בעצבים היקפיים, אטמים הדוקים סביב מקטעים ארוכים מבודדים ממקסמים את המהירות. לעומת זאת, אקסונים של חומר אפור כוללים מקטעים קצרים מבודדים וצמתים "דולפים" יחסית.
החוקרים מצאו שתכנון זה מייצג פשרה אבולוציונית; אם מיאלין החומר האפור היה אטום לחלוטין כדי למקסם את המהירות, החלל שמתחת היה נלכד ללא יוני אשלגן נחוצים, מה שיפגע ביכולתו של התא לאפס את המטען החשמלי שלו ולשמור על איזון כימי בריא. במקום זאת, מיאלין החומר האפור פועל כמסנן סלקטיבי. באותות בתדר גבוה: זרמים חשמליים מהירים המפעילים קפיצות עצבים, עוברים ישירות דרך מעטפת המיאלין, ומשמרים אנרגיה. באותות בתדר נמוך: זרמים איטיים יותר לאיפוס דולפים דרך הצמתים, ומבטיחים שהאקסון יכול לפנות נתרן בבטחה ולשמור על יציבות לטווח ארוך.
חשיבה מחדש על חלוקת משאבי אנרגיה במוח ומחלות המוח הוא אחד האיברים הצורכים ביותר אנרגיה בגוף, והוא צורך חלק משמעותי מהקלוריות המטבוליות היומיות. המחקר מראה כי מיאלין בחומר האפור מעדיף שימור אנרגיה ואמינות מעגלים על פני מהירות העברה גולמית, ומציע תובנות בסיסיות לגבי האופן שבו המוח מנהל את תקציב האנרגיה שלו.
"המיאלין בחומר האפור מארגן את זרמי החשמל בקנה מידה ננומטרי, באופן המאפשר העברת אותות יעילה תוך שמירה על פעילותן התקינה של תעלות היונים ומשאבות היונים", מסביר פרופ' פליידרביש. "נתון זה מצביע על כך שתפקידו של המיאלין במערכת העצבים המרכזית שונה מאוד מזה שבמערכת העצבים ההיקפית".
ההבנה כי מיאלין מתפקד בעיקר כחוסך אנרגיה ולא כמגביר מהירות מספקת נקודת מבט חדשה לחקר מצבים ניווניים של מערכת העצבים וטרשת נפוצה שבהם נזק למעטפות עדינות אלו משאיר נוירונים פגיעים לתשישות מטבולית ולאובדן תפקוד מתקדם. נתון זה עשוי אפוא להעניק תובנות חדשות לגבי מנגנוני המחלה ולסייע בפיתוח אסטרטגיות טיפוליות עתידיות.
קבוצת המחקר כללה גם את: יאנה חרפונסקי מהמחלקה לפיזיולוגיה וביולוגיה של התא, הפקולטה למדעי הבריאות ומרכז זלמן לחקר מדעי המוח באוניברסיטת בן-גוריון בנגב, ישראל מלמד מהמחלקה לנוירוכירורגיה, המרכז הרפואי האוניברסיטאי סורוקה, אליאור פלס מהמחלקה לביולוגיה מולקולרית של התא, מכון ויצמן למדע, וויליאם נ. רוס מהמחלקה לפיזיולוגיה, המכללה הרפואית של ניו יורק.
מחקר זה (מענקים מס' 1384/19 ו-822/25) נתמך ע"י הקרן הישראלית למדע (ISF) וע"י הקרן הדו-לאומית למדע ארצות הברית-ישראל (BSF) (מענק מס' 2017163).
