מיאלין הוא חומר שומני שתפקידו העיקרי הוא לעזור לאותות החשמליים לנוע במהירות וביעילות דרך מערכת העצבים ובכך לאפשר לנו לשלוט בתנועות הגוף. הוא מגן על שלוחות ארוכות דמויות חוט של תאי עצב (אקסונים) ויוצר שכבת 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 נפח המוח שלנו עשויה ממיאלין, ולמעשה הוא הממברנה (מעטפת התא) הנפוצה ביותר בגוף האדם.
במחקר חדש שערכנו במעבדת הנוירופיזיולוגיה בפקולטה למדעי הבריאות באוניברסיטת בן-גוריון בנגב ופורסם בכתב העת PNAS, הצלחנו להראות יעילות אנרגטית במיאלין השולט בתנועות הגוף. גילינו שהמיאלין הקיים בחומר האפור של המוח מאפשר לו לחסוך באנרגיה מטבולית.
המחקר מאתגר את התפיסה המסורתית שלפיה 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, בחנו 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: המיאלין הפחית ב-50% את כניסת יוני הנתרן במהלך קפיצות חשמליות. 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.
תרשים מתוך המאמר המציג את מדידת מהירות ההתפשטות באקסונים שאינם בעלי מיאלין (משמאל - P6) ובעלי מיאלין (מימין - P34)
(מתוך המחקר, באדיבות אוניברסיטת בן גוריון)
כדי להבין מדוע המיאלין מפחית את עלויות האנרגיה מבלי להגביר את המהירות, ביצענו מודל של המסלולים החשמליים מתחת למעטפת המיאלין. בעצבים היקפיים, אטמים הדוקים סביב מקטעים ארוכים ומבודדים ממקסמים את המהירות. לעומת זאת, אקסונים של החומר האפור כוללים מקטעים קצרים מבודדים וצמתים "דולפים" יחסית.
פרופ' איליה פליידרבישצילום: דני מכליס, אוניברסיטת בן-גוריון מצאנו שתכנון זה מייצג פשרה אבולוציונית: אם המיאלין בחומר האפור היה אטום לחלוטין כדי למקסם את המהירות, החלל שמתחת היה נלכד ללא יוני האשלגן הנחוצים, מה שהיה פוגע ביכולתו של התא לאפס את המטען החשמלי שלו ולשמור על איזון כימי בריא. במקום זאת, המיאלין בחומר 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 שאקסון יכול לפנות נתרן בבטחה ולשמור על יציבות לטווח ארוך.
המוח הוא האיבר שצורך הכי הרבה אנרגיה בגוף, והוא צורך חלק משמעותי מהקלוריות המטבוליות היומיות. חשיבה מחדש על חלוקת משאבי האנרגיה במוח מראה כי המיאלין בחומר האפור מעדיף שימור אנרגיה ואמינות מעגלים על פני מהירות העברה גולמית, ומציע תובנות בסיסיות לגבי האופן שבו המוח מנהל את תקציב האנרגיה שלו.
אורון קוטלרצילום: ברט קוטלרהמיאלין בחומר האפור מארגן את זרמי החשמל בקנה מידה ננומטרי, באופן המאפשר העברת אותות יעילה תוך שמירה על פעילותן התקינה של תעלות היונים ומשאבות היונים. 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.
פרופ' איליה פליידרביש והדוקטורנט אורון קוטלר הם חוקרים במעבדת הנוירופיזיולוגיה בפקולטה למדעי הבריאות באוניברסיטת בן-גוריון בנגב.
