פרופסורבֶּרְטסַקְמַןזכהבפרסנוֹבֶּללפיזיולוגיהאולרפואהלשנת1991年במשותףעםפרופסורדוקטוראֶרְוִויןנֵהֶר,עבורתגליותיהםבנוגעלתפקודןשלתעלותיוניםבודדותבתאים。

►►►►►►►►►►►►►►►►►►►►►►►►►►►►►►►►►►►►►►►►►►►►

הגוףהאנושי,וכלגוףחיאחר,מורכביםמִתָּאִים——אבניהבנייןהבסיסיותשלהחיים。כלתאהואהןיחידהפרטנית,בעלתתפקודיםעצמאיים,הןחלקמאיבררב——תאיגדוליותר(כמוהמוחאוהלב),אשרנדרשלפעולבאופןמתואםעםשארמערכותהגוףואיבריו。כלתאמוקףעלידיגבולפיזיברור,שנקראהַמֶּמְבְּרָנָהשלהתא,המפרידביןתכולתהתאלביןהסביבההחוץ——תאיתותאיםאחרים。הממברנהמאפשרתלכלתאלהיותבעלסביבהפנימיתמוגדרת,ולבצעאתתפקודיוהייחודיים。אולם,מאחרשתאיםאינדיבידואליםהםחלקממבנהגדוליותר,מַרבּיתהתאים——ובמיוחדתאיעצב——צריכיםלתקשרעםתאיםאחרים。כיצדתאיםמְתַקְשְׁרִיםזהעםזהאםהםמופרדיםעלידימחסוםבדמותממברנתהתא吗?ישנםכמהמנגנוניםהמאפשריםתקשורתביתן——אית。אחתהדרכיםהשכיחוֹתביותרהיאזושבהנתמקדבמאמרזה——תאהשולחחומרשליחלתאהמקבל[1］．עלידיאיתורהחומרהאמור,התאהמקבל”יודע”שנשלחאליואותמתאאחר,ומגיבבהתאם。

ק

תאיעצב,אבניהַמַּסָּדשלהמוח,“מְדַבְּרִים”בשפהחשמלית。בכלרגענתון,כלתאעצבמפגיןפעילותחשמליתמסוימת,ומייצרמַעֲרָךְשלאותותחשמלייםקצריםהמכונים”סְפַּיְיקִים”。בשיתוףעםרשתותגדולותאחרותשלתאיעצבפעילים,נוצרתבמוח”סימפוֹניהחשמלית”שלמה。פעילותחשמליתזוברשתותעצביםגדולותבמוחותשלנו,מקושרתלכלהיבטשלההתנהגותוהחוויההאנושיות:הפעולות,המחשבות,הרגשות,והזיכרונותשלנו。

כיצדתאיעצבמְתקשריםזהעםזהכדיליצור”סימפוניהחשמלית”מתואמתכזו吗?תקשורתביןתאיעצבמורכבתיותרמתקשורתביןסוגיתאיםאחרים,מאחרשהיאכוללתהןרכיביםכימייםהןרכיביםחשמליים。תקשורתזומתרחשתבאזורמגעמסויםביןתאיעצבשנקראסִינַפְּסָה，דיים。ר，מוליךעצבִּי(נוירוטרנסמיטר)(1]אלהחללהחוץ——תאי(הַמִּרְוָח)שביןהתאהשולחלתאהמקבל。לאחרמכן,כאשרהמוליךהעצבימגיעלתאהמקבל,דרךדיפוזיה,הואנִקשרשָׁםאלקוֹלטניםמסוימים,ועקבכךיוניםמתחיליםלזרוםדרךהממברנהשלאותוהתא。(איור1)．

י

מַרבּיתהזרמיםהחשמלייםבמוחמיוצריםעלידיקבוצהקטנהשליונים—r / r / r / r / r / r / r / r / r / r / r / r / r / r / rשלושהמבּיןהיוניםהאלהטעוניםחיובית(נתרןNa⁺,אשלגןK⁺,וסידן（Ca⁺⁺ואחדמהםטעוןשלילית(כלורCl^-)．היוניםהאלהנכנסיםויוצאיםדרךהממברנותשלתאיעצב。כשהםעושיםזאת,הםמשניםאתהפוטנציאלהחשמלי►י。השינוייםהמהיריםבפוטנציאלהחשמלילאורךממברנתתאהעצבעומדיםבבסיסיצירתה”מילה”החשמליתהיסודית(אוה”ביט”)שתאיעצבמשתמשיםבה。'ספייקים' (איור1)．תוכלולחשובעלספייקיםבתורהבזקיםקצריםביותרשלבְּרָקִים——אותותחשמלייםמהירים(נמשכיםכמילישנייהאחת,שהיאאלפיתהשנייה),וזעירים(בגודלשלעשיריתוולט,או100מיליוולטים),המתרחשיםבתאיעצבכשהתאיםפעילים。

כיצדהיוניםהאלהחוציםאתמחסוםהממברנהשלתאיעצבכדילייצרפעילותחשמלית?וכיצדהמוליךהעצבישמשוחררמתאאחד——התאהשולח,מתורגםלפעילותחשמליתבתאשני——התאהמקבל吗?חייבלהיותנתיבכלשהושדרכּוֹיוניםיכוליםלחצותאתממברנתהתאהמקבל,שאחרתהיאמְבֻדֶּדֶת。כשהתחלתילחקוראתהתחוםהזה,המנגנוןשבאמצעותויוניםנעיםדרךממברנותשלתאיעצבלאהיהברור。

באמצעותשיטהניסוייתמיוחדתשפיתחתיעםעמיתי,פרופד”ראֶרְוִויןנֵהֶר[2]，גילינניםאכןעובריםביןשניצידיהממברנה,לפיהגְּרַדִיאֶנְטִיםהכימייםשלהם。מצאנושיוניםחוציםאתהממברנהדרך”חורים”קטניםהמצוייםבה,שמכוניםנקבוּביוֹת(孔)。נקבוביותאלהבממברנהבנויותמחלבונים,המשמשיםבתורתעלותהמְּחַבְּרוֹתאתהחלקיםהחיצוניוהפנימישלהתא。מאחרשהחומריםהעובריםדרךהתעלותהאלההםיונים,הןמכונותתעלותיונים（איור2)．גילינוכיתעלותיוניםנפתחותונסגרותבמהירוּתבתגובהלמוליכיםעצביים。הפתיחהוהסגירהשלתעלותיוניםמסוימות(לדוגמה,תעלותשהןספציפיותליוֹנֵינתרןאואשלגן),מאפשרותאתהזרימהשליוניםדרךממברנתהתא。זרםזה,בתורו,משנהאתהפוטנציאלהחשמליעלפניהממברנה。בתגובה,התאהמקבלמייצראתניצוץה”ספייק”——ה”מילה”החשמליתהיסודיתשלהמוח。

גילינים:יט

כאשרפרופד”רנֵהֶרואניהתחלנולחקורזרימהשליוניםבתאיעצב,שקלנושנימנגנוניםאפשרייםשלתנועתיונים,שיכלולפעולבתאיםאלה。המנגנוןהראשוןהתבססעלמולקולותהוֹבלה。לפירעיוןזה,מולקולותמסוימותבממברנה”תופסות”יוןאחדבכלפעם,מעבירותאותומהסביבההחוץ——תאיתאלפְּנִיםהתא,ומשחררותאותושם。כשהתחלנואתמחקרנוהיהידועכימנגנוןזהפועלבתהליכיםגופנייםאחרים,כמולמשלבייצוראנרגיתה——הליךשבּומולקולותשלחומרימזוןעוברותדרךממברנתהתאבאמצעותמולקולותהובלה。

המנגנוןהאפשריהשנישבחנּוּ,אשרמאוחריותראֻשַּׁשׁבניסויינו,התבססעלכךשתעלותיוניםקיימותבממברנהעבוריוניםמסוימים。。כשהןפתוחות,זֶרֶםיוֹנִייכוללזרוםביןשניצידיהממברנה,אשרמְחַבֶּרֶתאתהסביבההחיצוניתשלהתאלסביבתוהפנימית(איור2)．ביקשנולבחוןאםמנגנוןזהאחראילתעבורתיוניםלתוךהתאיםומחוץלהםבמהלךייצורהספייקים。לְשֵׁםכךהיינוצריכיםלחקוראתהפעילותהחשמליתשנובעתממַעֲבַריוניםעלפניהממברנהדרךתעלותיוניםבודדות。כדילעשותזאת,היהעלינולבודדאזורקטןמאוד,אופיסה,שלממברנתתאעצב,בתקווהשנצליחלמדודאתהזרםהחשמלישעוברדרךתעלתיוניםבודדתשעשויהלהתקייםבאותהפיסהקטנהשלהממברנה。אםתעלותיוניםקיימות,היינומצפיםלמדודתבניתמסוימתשלפעילותחשמליתהקשורהלפתיחתתעלתהיוניםולסגירתה。תבניתזואמורהלהיותשונהמתבניתהפעילותהחשמליתשצפויהאםנעשָהשימושבמולקולותההובלהבמטרהלהניעיוניםעלפניהממברנה。

לצורךעריכתסוגזהשלמדידתזרם,נדרשנולהתגברעלשניאתגריםעיקריים。ראשית,היינוצריכיםלמדודזרימהשליוניםעלפניתעלתממברנהבפיסהקטנהמאודשלהממברנה,בלילאבדאףחלקמהזרםהזה。משימהזוכרוכהבקושימאחרשאםמכשירהמדידהאינומוצמדבחוזקהאלהממברנה,יוניםשחוציםאתהממברנהדרךהתעלהעלולים”לברוח”לצדדיםלפניהגיעםאלמכשירהמדידה。לכן,היהעלינולוודאכיהיוניםשחוציםאתהממברנהנאלציםלזרוםדרךמכשירהמדידה。

האתגרהשניהיהלהבחיןביןשניסוגיזרםשזורמיםדרךממברנתתאהעצב。מתבררכיהממברנהתמידפעילהחשמלית——תופעהאשרמכונה”רעשרֶקַע”。רעשרקעמופיעבתורפעילותחשמליתקבועה,השונהמהפעילותהחשמליתשקשורהלזרימתיוניםדרךהממברנהבתגובהלמוליכיםעצביים。רעשהרקעעשוילהיותנרחבמאודבהשוואהלזרםשרצינולמדודמפתיחהשלתעלותממברנליוֹתבודדות。לכן,היינוצריכיםלמצואדרךלהפחיתאתרעשהרקעכךשלאיתגבר,או”יְמַסֵּךְ”אתהזרםשזורםדרךתעלותיוניםבודדות。

פתרנואתשניהאתגריםהללובאמצעותשימושבצינוריתזכוכיתדקהביותרשנקראתפִּיפֶּּטָה,בעלתקצהבקוטרשלמיקרוֹמטראחד(אלפיתהמילימטר,איור3)．בקצההשנישלהפיפטההיהמַד——זֶרֶם(אַמְפֶּרְמֶטֶר),אשרמודדזרםחשמלי。קצההפיפטה,בעלהקוטרהזעיר,הוצמדבחוזקהכנגדפיסהקטנהשלממברנתהתא。עלידיביצועפעולתשאיבהנוצרצימודהדוקביןקצההפיפטהלביןהממברנה,במטרהלוודאשלאתתרחשדליפתיונים。רישומיםמפיסהקטנהכלכךשלממברנהאףהפחיתואתרעשהרקע,ולכןשיפרואתרישוםזרימתהיוניםדרךתעלתהיונים。

זרינים

ללאנוכחוּתמוליךעצבי,מצאנושלאעברזרםדרךהתעלה,ונצפהרקרעשרקעשׁוּלִי(איור3 b)．כאשרמוליךעצבינִקשרלממברנה,תעלתהיוניםנפתחהבמהירותרבה,בצורהדמוית——מדרגה,מהשאִפשרזרימתזרםזעירשלכמהפִּיקוֹ——אַמְפֶּרִים¹►►►►►►►►►►►►►2- - - - - -4］．פירוקהמוליךהעצבימהממברנהגרםלתעלהלהיסגרבשנית(איור3 b)．מצאנוכיתעלתהיוניםנשארהפתוחהאוסגורהבמשךמילישניותבודדות。כמוכןגילינוכימֶשֶׁךְהמצבהפתוחשלהתעלהומִרווחהזמןשביןשתיפתיחותעוקבותשלהתעלההשתנו,כתוצאהמהיקשרוּתבלתיסדירהשלמולקולותהמוליכיםהעצבייםאלהממברנה。פיאיור3 b,כאשרהַזֶּרֶםזָרַםדרךהתעלההפתוחה,הַמִּשְׂרַעַתשלוהייתהקבועהלְמַדַּי。

לאחרמדידתהזֶּרםהזעירשזָרםדרךפיסתהממברנה,וביצועכמהחישובים,הערכנוכיכ-10000。יוניםחצואתהפיסההקטנהשלהממברנהבכלמילישנייה。מכאןלמדנוכיפתיחתןשלתעלותיונים,ולאנשׂיאתהיוניםעלידימולקולותהובלה,היאהמנגנוןהמאפשרליוניםלעבורדרךממברנתהתא!מולקולותהובלההןאיטיוֹתמִדַּימכדילהעביריוניםעלפניהממברנהבקצבמהירכלכך。זוהייתהתגליתחשובה,מאחרשהיאאיששהאתקיומןופעולתןשלתעלותיוניםכמנגנוןהבסיסישמייצרפעילותחשמלית,לרבּותהספייק,בתאיעצב。תעלותיוניםאלהאחראיותגםעליצירתפעילוּתחשמליתברקמותאחרות”בְּנוֹתהפעלהחשמלית’,כלומרשישלהןיכולתעִירוּרחשמלית,כמולמשלשריריםהיקפייםוהלב。

יתרהמזו,תגליתנוהייתהחשובהלהבנתהתפקודשלתעלותיוניםממבּרנליותמאחרשהפרעותנוירולוגיותרבות,כמוגםהפרעותבקצבהלבוברקמותגוףאחרות,נובעותמלקויותבתפקודתעלותיונים。כפועליוצאנטבעהמונחהחדשChannelopathy²“לתיאורמשפחהרחבהמאודשלמחלותהנגרמותעקבפגמיםבתפקודןשלתעלותיונים。עבורהתגליתשלתעלותיוניםממברנליותותפקידן,עמיתי,פרופד”רנֵהֶר,ואניזכינובפרסנובּללפיזיולוגיהאולרפואהלשנת1991。

המלצותלמוחותצעירים

אתחילבכךשאשתףאתכםבדברהחשובביותרשלמדתימהמנחההמדעישלי,פרופ”ברנרדכץ,שזכהבפרסנובללפיזיולוגיהאולרפואהלשנת1970。הואלימדאותישעלינולהיותביקורתייםמאודבאשרלתוצאותשאנומקבלים,ותמידלהתכונןלאפשרותשממצאיםחדשיםיפריכוממצאיםישניםשלנו——עדכמהשזהעשוילהיותבלתינעים。אנימנסהלהעביראתהמסרהזהלסטודנטיםשלי,וללמדאותםלהיותביקורתייםבנוגעלתוצאותשלהם。במיוחדבתחוםשלרקמותביולוגיות,ישנןהשפעותרבותשאיננויכוליםלשלוטבהן,וצריךלהביאןבחשבון。לכן,כשתלמידיימגליםממצאחדש,אנימייעץלהםלשמוראותולעצמםבמשךזמןמה,ולחזורעלהניסוייםשלהםכדילנסותלְאַשְׁרֵראתתוצאותיהםפעםאחרפעם。אנימבקשמהםלפרסםאתתוצאותיהםרקלאחרשהםמשוכנעיםלחלוטיןבנכונותן。

ממבטרחביותרעלהחיים,לדעתיחייםטוביםהםכאלהשבהםישלכםדברמהלחשובעליו,שמעניקלכםהזדמנותלעקובאחרסקרנותכם,ואוליגםלגלותמשהוחדש。מנקודתהמבטשלאנשיםאחרים,חייםטוביםמשמעותםלהרוויחהרבהכסףאולהיותמפורסמיםוּמֻכָּרִיםעלידיאחרים,וזהגםבסדרגמור。אניחושבשלהיותמדעניםזוהבחירההטובהביותרשביכולתכםלעשות,אבלרקאםאתםסקרניםלגביהטבע。אלתנסולהיותמדעניםכיווןשאתםסבוריםכיזהמקצוע”נוצץ”。אםאינכם”בוערים”מבפנים,עםדחףבלתינשלטלגלותדברים,עדיףשתבחרומקצועאחר——כזהשכּןגם'ל。

חומריםנוספים

• פרסנ1991．
• שיטתקיבועהפיסה．

מילוןמונחים

神经细胞(神经细胞)：↑迎新迎新，迎新迎新，迎新迎新。תאיעצבמייצריםאתהפעילותהחשמליתשלהמוח。

סינפסה(突触)：↑נקודתמגעביןשניתאיעצ,בהמכילהמִרווחקטןשבוחומרכימי——המוליךהעצבי——עוברמהתאהשולח(התאהפרה——סינפטי)לתאהמקבלה(תאהפוסט——סינפטי)。

神经递质ליך神经递质צ神经递质י：↑נוֹיְרוֹטְרַנְסְמִיטֶר——חומרכימישמשוחררמתאעצבאחדונקלטעלידיתאעצבאחר。חומרזהמאפשרתקשורתביןתאיעצב。

דיפוזיה(扩散)：↑תהליךשלתנועהספונטניתשבאמצעותוחלקיקיםנעיםבאופןבלתימכווןממקוםאחדלאחר。

יון(离子)：↑㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢㈢

פטנציללי(电势)：↑הבדלבמִטעןביןשתינקודות,במקרהשלנוביןשניצִדֵּיהממברנה。יוניםעםמטעןחיובייזרמומהצדהחיובייותרשלהממברנהלצדהפחותחיובישלה。

גרדי□□נט□□י□□י(化学梯度)：↑。בהחומרים,מקרהשלנויוניםמשניצידיהממברנה,נעיםב”מורד”הגרדיאנט,מהצדבעלהריכוזהגבוהיותרלצדבעלהריכוזהנמוךיותר。

(离子通道)：↑חור(נקבובית)קטןשמורכבמחלבוניםבממברנתהתא。כאשרהואנפתחמתאפשרמַעֲבָרשליוניםאלפְּניםהתאומחוץלו。

ינטרסים

המחבּרמצהירכיהמחקרנערךבהיעדרכלקשרמסחריאוכלכלישיכוללהתפרשׁכניגודאינטרסיםפוטנציאלי。

תודות

ברצונילהודותלנועהשגבעלעריכתהריאיוןשהיווהאתהבסיסלמאמרזה,ועלכתיבהמשותפתשלהמאמר。תודהלשרוןעמלניעלהאיורים。

הערתשוליים

1.↑פִּיקוֹ——אַמְפֶּרִיםפִּיקוֹ——אַמְפֶּרִים(pA)משמשיםלמדידתזרמיםחשמלייםזעיריםביותר。פיק^-12年אמפר。

2.↑לקרילחצוכאן．

---

מקורות

[1]↑卡茨，1971。神经递质释放的量子机制。科学．173:123-6。

[２]↑Neher, E.和Sakmann, B. 1992。膜片钳技术。科学。点。266:44-51。

[3]↑哈米尔，O. P.和萨克曼，B. 1981。胚胎肌细胞中单个乙酰胆碱受体通道的多导态。自然．294:462-4。

[4]↑鲍曼，J.，哈米尔，O. P.和萨克曼，B. 1987。甘氨酸和γ -氨基丁酸在小鼠培养脊髓神经元通道中阴离子渗透的机制。j .杂志。385:243 - 86。