لماذا يعتبر الكالسيوم مهمًا جدًا للقلب؟

يوجد الكالسيوم في معظم الأطعمة، لا سيما منتجات الألبان، مثل الحليب والجبن، وغالبًا ما يوجد في الأسماك الصغيرة وبعض الخضراوات. ولطالما كان معروفًا منذ فترة طويلة أن الكالسيوم مفيد من أجل قوة عظامنا. وبالإضافة إلى ذلك، اكتشف العلماء أن الكالسيوم يلعب أيضًا دورًا مهمًا في القلب (الشكل 1). فالقلب ينبض أكثر من ملياري نبضة خلال حياة الشخص العادي لتحريك الدورة الدموية، وهو أمر ضروري لتوفير الطاقة لكل جزء من أجزاء الجسم. ويتكون القلب، من بين أشياء أخرى كثيرة، من ثلاثة مليارات خلية عضلية للقلب تنضغط معًا (تنقبض) خلال كل نبضة قلبية، وتكون مسؤولة معًا عن وظيفة ضخ الدم الخاصة بالقلب. ولضمان انقباض كل خلية في اللحظة المناسبة، يستخدم القلب إشارات كهربائية تنتقل من خلية إلى أخرى، مثل الموجة في الاستاد، حيث يعمل نشاط الشخص الواحد على تنشيط الأشخاص المجاورين له. وقد كشفت الأبحاث التي أجريت خلال العقود الماضية أن جزيئات الكالسيوم هي المسؤولة عن الارتباط بين النشاط الكهربائي والانقباض الميكانيكي (الشكل 1). حيث تدخل جزيئات الكالسيوم، التي تحتوي على شحنة كهربائية، خلايا عضلة القلب أثناء كل نبضة وتُسهم في إصدار الإشارة الكهربائية. بالإضافة إلى ذلك، تبدأ هذه الجزيئات من الكالسيوم في الانقباض عن طريق الارتباط بآلية متخصصة داخل الخلية. وعندما يرتبط الكالسيوم، تبدأ الآلية في التحرك وتجعل الخلية تنضغط معًا. ومن ناحية أخرى، عندما تتم إزالة جزيئات الكالسيوم من خلايا القلب، يؤدي ذلك إلى الانبساط، مما يسمح للقلب بأن يُعاد ملؤه بالدم قبل بدء النبضة القلبية التالية. وبالتالي، بدون الكالسيوم ستتوقف قلوبنا عن النبض على الفور، وهو ما تم إيضاحه بالفعل تجريبيًا بواسطة الدكتور Sydney Ringer في أوائل ثمانينيات القرن التاسع عشر.

خلية عضلة القلب: منزل متعدد الأبواب والغرف

تشبه خلية عضلة القلب منزلًا كبيرًا به أبواب وغرف متعددة (الشكل 2). فيمكن لجزيئات الكالسيوم أن تتدفق داخل الخلية وخارجها من خلال هياكل تشبه البوابة تسمى القنوات الأيونية [1]. وتساعد هذه القنوات الأيونية الخلية على التحكم في كمية الكالسيوم بداخلها. وبالإضافة إلى توفير الكالسيوم من خارج الخلية، توجد غرفة كبيرة داخل الخلية، يُطلق عليها الشبكة الساركوبلازمية، تخزن معظم الكالسيوم اللازم لانقباض القلب كما تحتوي حجرة الشبكة الساركوبلازمية أيضًا على بوابات لدخول الكالسيوم وخروجه. وتسمى بوابات الدخول للشبكة الساركوبلازمية SERCA، بينما يُطلق على بوابات الخروج مستقبلات الريانودين. ويعمل الكالسيوم الذي يدخل خلية القلب من خلال قناة أيون الكالسيوم على تنشيط مستقبلات الريانودين لإطلاق ما يكفي من الكالسيوم من الشبكة الساركوبلازمية لبدء عملية انقباض عضلة القلب. ويتم ذلك عن طريق الارتباط ببنية أخرى، تسمى التروبونين، داخل خلية عضلة القلب. وأثناء الانبساط، يجب فصل الكالسيوم عن التروبونين وطرده من الخلية أو تخزينه مرة أخرى داخل الشبكة الساركوبلازمية.

وفضلًا عن بوابات الكالسيوم، خلايا عضلة القلب مجهزة أيضًا ببوابات أخرى مسؤولة عن حركات الجزيئات الأخرى داخل الخلية وخارجها، مثل الصوديوم والبوتاسيوم والكلوريد. وقد اكتشف العلماء مؤخرًا أن الكالسيوم قادر على تنظيم نشاط تلك البوابات الأخرى، فيجعل فتحها أسهل أو أصعب، مما يوضح المسؤولية الكبرى للكالسيوم في خلايا عضلة القلب [2].

ماذا يحدث إذا خرج الكالسيوم عن السيطرة؟

في بعض الحالات، تتعطل البوابات التي تتحكم في حركة الكالسيوم، مما يتسبب في دخول الكثير من الكالسيوم أو القليل منه إلى الخلية. وفي بعض الأحيان، يحدث هذا الخلل بسبب التقدم في العمر أو الإصابة بأمراض أخرى. ومن جهة أخرى، يمكن للتغييرات / الاختلافات في جيناتنا (ويُطلق عليها الطفرات الجينية) أن تغير شكل القناة الأيونية التي قد تمنع القناة من الفتح أو الغلق بشكل صحيح، وذلك في الحالات الخطيرة. و يمكن أن يؤدي ذلك إلى إصدار إشارات كهربائية غير طبيعية، قد تسبب مجموعة من أمراض القلب تسمى اضطراب نُظم القلب.

يحدث اضطراب نظم القلب عندما يصبح الاتصال الكهربائي بين الخلايا غير منسق أو عندما تنتج مجموعات من الخلايا تلقائيًا إشارات كهربائية إضافية. وكما ذكرنا سابقًا، فإن الاتصالات الكهربائية في القلب تشبه الموجة في استاد كرة القدم، والتي تعتمد أيضًا على الاتصال الواضح فيما بينها. فإذا كانت الأنوار مغلقة ولا يستطيع المتفرجون رؤية بعضهم البعض، فلن يحدث الاتصال ولن يكون من الممكن صنع موجة جيدة. ولا تعمل الموجة أيضًا بشكل صحيح إلا إذا تحرك الناس فقط عندما تصل الموجة إلى مقاعدهم. ويُطلق على النشاط الكهربائي غير المنسق والفوضوي للقلب اسم الرجفان. ويجعل الرجفان القلب يضخ الدم على نحو غير فعال، مما يؤدي إلى انخفاض إمداد الطاقة لأعضاء جسم الشخص.

فضلًا عن ذلك، قد تؤدي حركة الكالسيوم غير الطبيعية إلى إضعاف انقباض القلب أو انبساطه مباشرةً، مما يعيق وظيفة الضخ الطبيعية. وفي ظل ظروف كهذه، يمكن أن تصبح خلايا القلب في النهاية “متعبة” وتفشل. ويمكن أن يسبب فشل القلب مجموعة كبيرة من المشكلات؛ تتراوح من مشكلات طفيفة (السعال والإرهاق) إلى مشكلات شديدة (ضيق في التنفس وتورم الأعضاء). وبالطبع سيقلل هذا الأمر من إنتاجية الشخص. وقد اكتشف العلماء مؤخرًا أن الكالسيوم يرتبط ارتباطًا وثيقًا بتطور فشل القلب. ويؤدي فشل القلب أيضًا إلى زيادة احتمالية حدوث اضطرابات ضربات القلب المميتة [3].

ما الذي قام به العلماء حتى الآن لتحسين فهمنا لدور الكالسيوم في قلب الإنسان؟

بالنظر إلى تأثير أمراض القلب، قد نتساءل عما يمكن للعلماء فعله لمنع حدوث تلك الأمراض. فلعدة عقود، كان العلماء يدرسون دور الكالسيوم في خلايا عضلة القلب. والآن هم يعرفون أن الخلل في تنظيم الكالسيوم يلعب دورًا رئيسيًا في بعض أمراض القلب مثل الرجفان وفشل القلب [2]. وفي الوقت الحالي، يمكن للعلماء دراسة حركة الكالسيوم عن طريق أخذ خلية واحدة من خلايا عضلة القلب من الحيوانات أو المرضى ودراسة هذه الخلايا المفردة باستخدام طريقة معقدة تسمى الالتقاط الرقعي، والتي تمكنهم من قياس الإشارات الكهربائية التي تمر عبر قنوات أيونية معينة. ويُجرى ذلك عن طريق ربط إبرة زجاجية صغيرة للغاية (أصغر من الشعرة الواحدة بأكثر من 20 مرة) بسطح الخلية. كما يمكن للعلماء أيضًا قياس عدد القنوات داخل خلية القلب وتحديد أماكنها عن طريق ربط مؤشرات باعثة للضوء بالقنوات، يمكن رؤيتها تحت المجهر. وفي الآونة الأخيرة، بدأ العلماء في استخدام نماذج الكمبيوتر لتجميع كل هذه المعلومات معًا، لمساعدتهم في التنبؤ بالتأثير الذي تحدثه التغييرات في تنظيم الكالسيوم داخل خلايا القلب [4].

ساعد تحسين فهم اضطرابات ضربات القلب على التنبؤ بالمرضى المعرضين لخطر الإصابة بهذه المشكلات كما أدى أيضًا إلى اكتشاف علاجات أفضل [5]. فعلى سبيل المثال، يمكن استخدام الأدوية لإغلاق القنوات الأيونية بحيث تظل البوابات مغلقة ويتم التحكم في كمية الكالسيوم داخل الخلية. ومن ناحية أخرى، يمكن للأطباء المتخصصين إدخال جهاز صغير في القلب، من خلال الأوعية الدموية، لإخراج خلايا القلب التي تنتج إشارات غير مرغوب فيها بحيث لا تتسبب في حدوث الرجفان (الشكل 3). وعلى الرغم من التطورات المذهلة في التقنيات الطبية (الحيوية)، فإنه لا تزال توجد الكثير من الأسئلة المهمة حول الآليات الخاصة بمشكلات الكالسيوم داخل خلايا عضلة القلب وعلاجها. وتعمل العديد من مجموعات البحث في جميع أنحاء العالم بجد واجتهاد للإجابة على هذه الأسئلة.

مسرد للمصطلحات

الانقباض (Contraction): ↑ انضغاط خلايا عضلة القلب معًا، مما يجعل القلب يضخ الدم.

القنوات الأيونية (Ion channel): ↑ بُنى تشبه البوابة موجودة في خلايا عضلة القلب تسمح للجسيمات المشحونة بالدخول إلى الخلية أو مغادرتها.

مستقبلات الريانودين (Ryanodine receptor): ↑ بوابة مهمة للكالسيوم موجودة داخل خلايا عضلة القلب على مخازن الكالسيوم داخل الخلايا في الشبكة الساركوبلازمية.

الطفرة الجينية (Genetic mutation): ↑ تغير يحدث في الجين قد يغير وظيفة البروتين الناتج.

اضطراب نظم القلب (Heart rhythm disorder): ↑ نشاط كهربائي غير طبيعي للقلب.

الرجفان (Fibrillation): ↑ اضطراب خطير في ضربات القلب مع حركة سريعة غير منتظمة لخلايا عضلة القلب.

فشل القلب (Heart failure): ↑ هي حالة يكون فيها القلب غير قادر على ضخ كمية كافية من الدم في الجسم.

الالتقاط الرقعي (Patch-clamp): ↑ تقنية لقياس نشاط القنوات الأيونية في خلايا عضلة القلب.

إقرار تضارب المصالح

يعلن المؤلفون أن البحث قد أُجري في غياب أي علاقات تجارية أو مالية يمكن تفسيرها على أنها تضارب محتمل في المصالح.