Frontiers for Young Minds

Frontiers for Young Minds
תפריט
רעיון מרכזי פורסם: 25 בינואר, 2019

מדוע המוח אינו מַחְלִים כמו העור שלכם?

תַקצִיר

פציעות עור כגון שריטות וחתכים עלולות לגרום לכאב, אבל בדרך כלל הן מחלימות באופן מושלם. במקרה הגרוע ביותר, אולי תישאר צלקת. לעומת זאת כאשר המוח נפצע, לעיתים האדם נשאר נכה לשארית חייו. מה כל כך שונה במוח, ואיך הוא מתקן את עצמו? לאחר פציעה, למשל, על-ידי זעזוע מוח או שָׁבָץ מוחי, עומדים בפני תאי המוח אתגרים ייחודיים. כדי להתמודד עם אתגרים אלה יש למוח אסטרטגיה מתוחכמת להתמודדוּת עם פציעות.

המוח פגיע במיוחד

המוח וחוט הַשִּׁדְרָה יוצרים יחד את מה שנקרא מערכת העצבים המרכזית. כאשר התבוננתם בשלד, האם אי פעם שאלתם את עצמכם מדוע המוח וחוט השדרה הם האיברים היחידים בגוף שלנו שסגורים בתוך עצם? האמת היא שגם הריאות והלב מוגנים היטב על-ידי קשת הצלעות, אבל, כאשר אתם מתבוננים בגולגולת – ביסודו של דבר מדובר בקופסת עצמות שיש בה כמה חורים כדי לאפשר לעצבים לצאת מהמוח. בהשוואה לאיברים רבים אחרים, מערכת העצבים היא ייחודית בכך שאיננה מתרחבת או מתכווצת כמו הלב, הריאות והמעיים. היות שאין לה תנועה משמעותית, אין בעיה בכך שמערכת העצבים המרכזית סגורה לחלוטין בעצם. מדוע מערכת העצבים המרכזית מוגנת טוב כל כך? התשובה פשוטה: בגלל היותה רגישה במיוחד ופגיעה מאוד.

איזה איבר בגוף, לדעתכם, נפגע בתדירוּת הכי גבוהה? כנראה העור. חשבו על אותה פעם שנפלתם, העור שלכם נקרע ונפתח ולמשך זמן מה היה לכם פצע כגון שריטה או חתך. אם עבר זמן מה מאז פציעה זו, רוב הסיכויים שכבר לא תראו כלל את נקודת הפציעה על העור שלכם או אולי תראו רק צלקת. בעיקרו של דבר, העור מסוגל לתקן את עצמו באופן כמעט מושלם. לרוע המזל, המוח וחוט השדרה שונים מהעור במהותם. אם המוח נפצע, חלק מהנזק עלול להישאר לכל החיים.

מדוע המוח אינו יכול לתקן את עצמו כפי שעושה העור?

תאי עצב אינם מְחַדְּשִׁים את עצמם

תאי העור שלכם ממשיכים להתחלק – הם מתים ויוצרים תאים חדשים כל הזמן, גם כאשר אינכם פצועים. אחרי פציעה, העור מייצר הרבה תאים חדשים ומשתמש בהם לריפוי הפצע. עם זה תאי העצב שבמוח שלכם, הנקראים גם נוירונים, אינם מחדשים את עצמם. הם אינם מתחלקים כלל. יש רק מעט יוצאי דופן לכלל זה – רק בשני מקומות מיוחדים במוח נוצרים נוירונים חדשים – אבל, ברוב האזורים המוח אינו יכול לְחַדֵּשׁ את מלאי הנוירונים המתים. הדבר מדאיג במיוחד היות שהנוירונים הם תאים רגישים מאוד, והם מתים מכל מיני סיבות. כאשר נחבלים בראש ויש זעזוע מוח, נוירונים מתים. כאשר יש תקלה באספקת הדם למוח, הנקראת גם שבץ מוחי, נוירונים מתים. נוירונים מתים גם כאשר חלים שינויים בתפקוד שלהם, דבר הקורה במחלות נוֹירולוגיוֹת ניווּניוֹת כגון פרקינסון ואלצהיימר.

והנה החדשות הטובות. היות שאובדן נוירונים הוא בדרך כלל לַנֶּצַח, מדענים עובדים על שתי אסטרטגיות חשובות כדי לעזור למוח לאחר פציעה. דרך אחת היא לְהָגֵן על מערכת העצבים מיד לאחר שמתרחש הנזק. נזק זה יכול להיות שבץ מוחי, זעזוע מוח חמוּר או כל פציעה אחרת. אם איכשהו נצליח להגביל את מספר הנוירונים שמתים בשלב מוקדם אחרי הפציעה, נצליח לשמור על נזק מינימלי. דרך שנייה היא לעזור בתיקון הנזק בשלב מאוחר יותר של הפציעה, אחרי שהנזק כבר נגרם. יש מדענים המנסים להשתמש בתאי גזע כטיפול באובדן נוירונים במוח1 תאי גזע אלה הם תאים צעירים שעדיין לא התפתחו לתאים “מִתְמַחִים”. יש להם יכולת להתפתח לנוירונים חדשים לגמרי, כאשר המדענים מטפלים בהם בעזרת מולקולות מיוחדות. הדבר דומה מעט לתלמידי בית ספר יסודי שעדיין אינם רופאים או שרברבים, אבל יש בהם את היכולות לעסוק בכל מקצוע אפשרי בעתיד אם יקבלו את הָאִמּוּן הנכון. האתגר הגדול ביותר של החלפת נוירונים מתים בתאי גזע הוא לגרום לאותם נוירונים חדשים להתמזג נכון עם רשת הנוירונים שכבר קיימת במוח או להתאים את עצמם אליה. הנוירונים החדשים אינם יכולים סתם להיות במוח, אנו צריכים שהם ייצרו קשרים עם תאים אחרים ויבצעו את העבודה שכֹּל הנוירונים מְבַצְּעִים: עיבוד אותות.

תאי עצב מתקשים לגדל מחדש חלקים שניזוקו

אם תתבוננו במבנה של נוירון תראו שהוא מורכב מגוף התא ומכמה זרועות המשמשות אותו כדי להיקשר לנוירונים אחרים ו“לדבֵּר” עימם (איור 1, שמאל). הזרוע הארוכה ביותר השולחת אותות לנוירונים אחרים נקראת אקסוֹן, והאקסונים יכולים להיות ממש ארוכים. אם אקסון נפגע בדרכו לתא אחר, הַחֵלֶק שניזוק באקסון ימות (איור 1, ימין), בעוד שהנוירון עצמו עשוי לשרוד עם גֶּדֶם במקום זרוע. הבעיה היא שנוירונים במערכת העצבים המרכזית מתקשים לגדל מחדש אקסונים מהגדמים שנותרים. מדוע לתאי עור אין בעיה כזו? המבנה של תאי העור פשוט הרבה יותר. היות שהם יכולים להתחלק לתאים חדשים לגמרי, הם אינם צריכים להתמודד עם הצורך לתקן חלקים של עצמם.

איור 1 - שמאל: מבנה תא מוח.
  • איור 1 - שמאל: מבנה תא מוח.
  • שימו לב לזרועות דמויות ההסתעפוּת שנמתחות מגוף התא (פינה שמאלית עליונה). זרועות אלה מקבלות אותות נכנסים. הזרוע הארוכה ממש הנמתחת למטה מימין נקראת אקסון, והיא שולחת אותות לתא מקבל. האקסון מכוסה בקרום מיאלין (בסגול כהה יותר), המסייע לאותות לעבור מהר יותר לאורך האקסון ואל התא המקבל. ימין: כאשר אקסון נפצע קצהוּ מת ונותר גֶּדֶם של האקסון. הגדמים מתקשים לגדול חזרה אחרי הפציעה. Arms = זרועות Cell body = גוף התא Neuron = נוירון Myelin sheath = קרום המיאלין Axon = אקסון Receiving cell = תא מקבל Healthy axon = אקסון בריא Site of damage = אזור הנזק Dying axon = אקסון מת.

אם כך, מדוע נוירונים שניזוקו מתקשים לגדל מחדש את האקסונים?

ראשית, הם זקוקים להנעה. ישנן מולקולות מיוחדות העוזרות להפעיל את תהליך גידול הנוירונים. ככל שהנוירונים פעילים יותר כך נוצרת כמות רבה יותר של המולקולות המניעות האלה. היות שכך, אם תקפידו שהמוח שלכם יהיה פעיל יש סיכוי טוב יותר שהנוירונים שלכם יגדלו. הדבר נכון הן לאחר פציעה הן במוח בריא.

שנית, בפני האקסונים ניצבת סביבה עוינת, עשירה ב“תמרורי עצוֹר” מולקולריים המאותתים לאקסונים: “אין להסיג גבול”. אחדים מתמרורי עצור אלה הם חלק מהקרום (העטיפה) שסביב אקסונים שכנים, הנקרא קְרוּם המיאלין (איור 1, שמאל). תמרורי עצור אחרים הם חלק מצלקת שנבנית כחומת מגן סביב אזור הפציעה, במאמץ למנוע את התפשטות הנזק. צלקות אלה מיוצרות על-ידי תאי מוח הנקראים אסטרוֹציטים (תאי כוכב, עקב צורתם דמוית הכוכב). האסטרוציטים בוני הצלקת רק מנסים לעזור, אבל הם גם משחררים לסביבתם חומר כימי המקשה על האקסונים לגדול (איור 2).

איור 2 - אקסונים גְּדֵלִים (ירוק, בפינות העליונה מימין והתחתונה משמאל) המחפשים תאי מטרה חדשים להיקשר אליהם מתקשים לעשות זאת בסביבה פצועה.
  • איור 2 - אקסונים גְּדֵלִים (ירוק, בפינות העליונה מימין והתחתונה משמאל) המחפשים תאי מטרה חדשים להיקשר אליהם מתקשים לעשות זאת בסביבה פצועה.
  • הדבר נובע חלקית מתאי תמיכה דמויי כוכב (אסטרוציטים, בצהוב), המשחררים חומרים כימיים (אדום). חומרים כימיים אלה עוצרים את גידול האקסון. Stop = עצור Growing axons = אקסונים גדלים Astrocytes = אסטרוציטים Site of injury = אזור הפציעה

אבל, גם כאן יש חדשות טובות. מדענים עובדים על אסטרטגיות שיעזרו להניע נוירונים פצועים לגדול, על-ידי שימוש במולקולות גידול מיוחדות. הם גם עובדים על סילוק תמרורי העצוֹר של האקסונים כדי שסביבת הפציעה תהיה תומכת יותר לגידול תאי העצב [1].

תגובת החיסון במוח שונה מזו שבעוֹר

לתגובת החיסוּן תפקיד חיוני בכל סוג של תיקון אחרי פציעה. בעור פצוע, תאי חיסון יאוצו מהדם אל אזור הפציעה, ויעזרו לתאי החיסון המקומיים לנקות שאריות של תאים מתים. ברגע שתהליך הניקוי מסתיים תאי החיסון מתים ומפסיקים להילחם. גם במוח יש תאי חיסון מקומיים, והם יופעלו כאשר יחושו סכנה או נזק. בעיה נפוצה במוח היא שלעיתים קרובות תאי החיסון המופעלים אינם יודעים מתי להפסיק להילחם. אם הם ממשיכים לשחרר חומרים כימיים רעילים למשך תקופות זמן ארוכות, הם עלולים לגרום ליותר נזק מאשר תועלת בגלל הֶרֶג של נוירונים בריאים. לכן, מדענים מנסים להבין מה מפעיל את תאי החיסון שבמוח ומה מפסיק את פעולתם, ומנסים לפענח איך הם יכולים לשנות את התגובה של תאי חיסון אלה כדי שיועילו ולא יגרמו נזק [2].

אם כך, כיצד המוח מתקן את עצמו?

בהבנת מגבלוֹת הנוירונים לעומת תאי העור, אתם עלולים להתאכזב מכך שנראה כי איבר חשוב כל כך כמו המוח אינו ערוך לאירועים מזיקים. האמת היא שלמערכת העצבים המרכזית יש אסטרטגיה מתוחכמת לתקן את עצמה, שונה לגמרי מהאסטרטגיה שבָּה משתמשים שאר האיברים. המוח אף פעם לא יחזור להיות כפי שהיה לפני הנזק, אבל הוא ינסה לפצות על ההפסדים שלו. נוירונים במוח מסוגלים לשנות את הַקְּשָׁרִים שלהם אלו עם אלו. תהליך זה נקרא פלסטיוּת, והוא מסייע למוח להתאים את עצמו למצב של אובדן נוירונים. תשכחו לרגע מִתָּאִים מתים, האחריות לפלסטיוּת היא לחלוטין על התאים ששׂרדו. איך זה פועל?

היות שתפקידו הראשוני של הנוירון הוא לשלוח אותות, נוירונים טובים במיוחד בְּחִישַׁת “נכסי דְלָא נָיְדֵי פנויים” (נוירונים אחרים), שאליהם הם יכולים להיקשר. מלבד גידול זרועות חדשות כדי להיקשר לתאים חדשים, נוירונים יכולים גם לשנות את עוצמת הקשרים הקיימים עם נוירונים אחרים (איור 3). הם יכולים הן לחזק את הקשרים האלה הן להחלישם, והתוצאה היא רשת קשרים במוח חדשה לחלוטין. פלסטיות זו נובעת מפעילוּיוֹת שאנו מְבַצְעִים, ומכוּוֶנת על ידיהן. אחרי שבץ מוחי או פציעת מוח חולים בדרך כלל משתפרים עד לרמה מסוימת, הודות לביצוע סוגים שונים של פיזיותרפיה. השיפור אינו נובע כל כך מגידול של תאים חדשים, כפי שלמדתם למעלה, אלא בגלל שחולים אלה ממשיכים לגרוֹת את הפלסטיות, וכך לִבְנוֹת קשרים חדשים בין הנוירונים ששרדו במוח שלהם!

איור 3 - בתגובה לפציעה, תא מוח יכול להתאים את עצמו על-ידי גידול זרועות חדשות (הסתעפוּת אקסון על רקע ירוק), וגם על-ידי הגברה של עוצמת הקשרים הקיימים או הפחתתה (קשר בין אקסון לתא מקבל על רקע ירוק בתחתית מימין).
  • איור 3 - בתגובה לפציעה, תא מוח יכול להתאים את עצמו על-ידי גידול זרועות חדשות (הסתעפוּת אקסון על רקע ירוק), וגם על-ידי הגברה של עוצמת הקשרים הקיימים או הפחתתה (קשר בין אקסון לתא מקבל על רקע ירוק בתחתית מימין).
  • New axon branch = הסתעפות אקסון חדשה Stronger existing connection = חיזוק קשר קיים

לרוע המזל, הפלסטיות כמנגנון תיקון מוגבלת. היא תלויה לחלוטין בתאים ששורדים, כך שככל ששורדים תאים רבִּים יותר, המצב עדיף. אם מישהו סובל מנזק מוחי חמוּר או משבץ מוחי ענקי שהורג כמות משמעותית של תאי מוח, יש פחות נוירונים שׂורדים שזמינים לפלסטיות, לעומת מה שקורה בזעזוע מוח קל. ככל שאפשר לעבוד עם יותר תאים שזמינים לפלסטיות, כך תופעת הפלסטיות תתרחש יותר. לכן, פציעות חמוּרוֹת במערכת העצבים המרכזית מסתיימות בדרך כלל בנכויות מתמשכות. היות שהתוצאה של פציעות חמורות אלה היא נוראית כל כך, מדענים עובדים קשה בניסיון להגן על הנוירונים מתמותה, להחליף תאים אבודים בתאי גזע, לעזור לנוירונים פצועים לגדול ולהמריץ את תהליך הפלסטיות.

מילון מונחים

חוט השִּׁדְרָה (Spinal cord): חלק במערכת העצבים המרכזית הנמצא בעמוד השדרה, שהוא מִבְנֶה העצם לאורך הגב. חוט השדרה אחראי בעיקר לקליטת תחושות שונות מהגוף ושליחתן למוח לעיבוד, כמו גם לשליחת פקודות תנועה מהמוח לזרועות ולרגליים.

נוירונים (Neurons): תאי עצב במוח המקבלים אותות מתאי עצב אחרים, מעבדים אותם ואז שולחים אותות חדשים לתאי עצב שונים. רשת זו של קשרי נוירונים היא הבסיס לכל העבודה שמבצעת מערכת העצבים המרכזית, כך שאתם יכולים לחשוב, לנוּע ולחוּש דברים.

זעזוע מוח (Concussion): זעזוע מוח מתרחש כאשר הראש מקבל מכה חזקה, והמוח נחבט בגולגולת. אם זעזוע המוח חמוּר האדם עלול לראות כוכבים מול עיניו, הוא עלול לא לזכור איזה יום היום והוא עלול לחוש בחילה.

שָׁבָץ מוחי (Stroke): שבץ מוחי מתרחש כאשר אספקת הדם לאזור המוח נפגעת. תאי העצב באותו אזור מתים במהירות אם הם מפסיקים לקבל מהדם את החומרים החיוניים להם כגון סוכר וחמצן.

מחלות נוֹירולוגיוֹת ניוּוניוֹת (Neurodegenerative diseases): מחלות שבהן נוירונים מתים (או מתנוונים, שפירושו כי הם מתים), היות שאינם יכולים להתמודד עם אתגרים העומדים מולם. רוב האתגרים האלה הם תהליכים כימיים מורכבים.

תאי גזע (Stem cells): תאים בלתי מפותחים שלא התפתחו לתאי עור “מתמחים” או לתאי עצב או לכל סוג תא אחר בגוף. יש להם יכולת להתפתח לכל סוג של תא בגופכם, וההתמחוּת העתידית שלהם נקבעת על-ידי סוג המולקולות שבסביבתם, כאשר הם מתפתחים. הם יכולים להתפתח לכל תא “מתמחה”, כולל נוירונים, כאשר מדענים מטפלים בהם במולקולות מסוימות.

קְרוּם המיאלין (Myelin sheath): כיסוי שומני סביב האקסונים, המאפשר לאותות לנוע לאורך האקסון מהר ככל האפשר. למשל, קרום זה מאפשר לכם להגיב במהירות כאשר אתם פוצעים את עצמכם, כמו במשיכת היד לאחור לאחר נגיעה בתנור חם.

אסטרוֹציטים (Astrocytes): מתורגמים ל“תאי כוכב”, עֵקֶב צורתם דמוית הכוכב של תאים אלה. אסטרוציטים הם תאי עֵזֶר במוח, והם שונים לגמרי מהנוירונים. הם עוזרים לנוירונים בדרכים רבּוֹת כגון הרחקת מולקולות מזיקות.

תגובת חיסוּן (Immune response): תגובת הגוף לפציעה. תגובת חיסון תשלח תאים מתמחים, חלקם מאזור הפציעה וחלקם מזרם הדם, כדי לעזור לנקות ולתקן.

פלסטיוּת (Plasticity): היכולת של תאי עצב לשנות את הקשרים שלהם עם תאי עצב אחרים. פלסטיות היא התהליך שבּוֹ נוירונים בונים זרועות חדשות כדי להיקשר לנוירונים אחרים, או פשוט להחלשה של קשר קיים עם תא עצב אחר, או חיזוקו.

הצהרת ניגוד אינטרסים

המחברים מצהירים כי המחקר נערך בהעדר כל קשר מסחרי או פיננסי שיכול להתפרש כניגוד אינטרסים פוטנציאלי.

הערת שוליים

[1] http://www.eurostemcell.org/commentanalysis/stem-cell-therapies-and-neurological-disorders-brain-what-truth


מקורות

[1] Silver, J., Schwab, M. E., and Popovich, P. G. 2015. Central nervous system regenerative failure: role of oligodendrocytes, astrocytes, and microglia. Cold Spring Harb. Perspect. Biol. 7(3):a020602. doi: 10.1101/cshperspect.a020602

[2] Loane, D. J., and Kumar, A. 2015. Microglia in the TBI brain: the good, the bad, and the dysregulated. Exp. Neurol. 275(Pt 3):316–27. doi: 10.1016/j.expneurol.2015.08.018