שאלון: Quiz
פיזיולוגיה 1 שאלה 18
מטופל הגיע למיון כאשר הוא נחשף לרעלן שפוגע בתהליך שרשרת מעבר האלקטרונים. מי מהתהליכים הבאים לא ייפגע עקב כך?
במה השאלה עוסקת: טרנספורט ממברנלי
תשובה ג. פגיעה בתהליך שרשרת העברת אלקטרונים תגרום לפגיעה בייצור ה-ATP ובמאגרי האנרגיה בתא. עקב כך, יפגעו כל התהליכים בתא הזקוקים לאנרגיה. טרנספורט ממברנלי נחלק למספר סוגים מבחינת הצריכה האנרגתית- טרנספורנט ממברנלי פסיבי (כלומר, שלא צורך אנרגיה), טרנספורט ממברנלי אקטיבי ראשוני (המשתמש ישירות ב-ATP) וטרנספורט ממברנלי אקטיבי שניוני (המשתמש באנרגיה של העברת חומר אחד כנגד מפל הריכוזים על מנת להעביר חומר אחר עם מפל הריכוזים. יצירת מפל ריכוזים של חומר מסוים תמיד דורשת אנרגיה). טרנספורט GLUT2 הוא נשא יוניפורט המעביר גלוקוז לתוך התאים עם מפל הריכוזים שלו, כך שהוא נשא פסיבי שאינו דורש ATP.
שלילת מסיחים:
א. משאבת נתרן אשלגן הינה משאבה המשתמשת באופן ישיר בהידרוליזה של ATP על מנת להעביר 2 יוני נתרן מחוץ לתא ולהכניס 3 יוני אשלגן לתוך התא ולכן נחשבת טרנספורט אקטיבי ראשוני
ב. הסינפורט המעביר גלוקוז ונתרן בכליה משתמש באנרגיה של הכנסת נתרן לתא עם מפל הריכוזים על מנת להכניס גלוקוז לתוך התא כנגד מפל הריכוזים. כלומר, מדובר על טרספורט אקטיבי שניוני. שימו לב כי מספיק לדעת את משמעות המושג סימפורט על מנת לענות על השאלה, גם אם לא זכרתם את הנשא הספציפי.
ד. אנטיפורט NHE-1 נמצא על ממברנת כל תאי הגוף ומשמש תפקיד חשוב ברגולצית ה-PH בתוך התא וכן משמש את התא במהלך מנגנון ה- RVI. הטרנספורט מכניס יון נתרן במקביל להוצאת פרוטון החוצה מהתא. האנרגיה לפעילותו מגיעה ממפל הריכוזים של התנרן שנוצר בעזרת משאבת נתרן אשלגן הדורשת ATP. כלומר, מדובר בטרנספורט אקטיבי שניוני. שימו לב כי מספיק לדעת את משמעות המושג אנטיפורט על מנת לענות על השאלה, גם אם לא זכרתם את הנשא הספציפי.
ה. אנטיפורט סידן- נתרן נמצא גם כך על ממברנת כל תאי הגוף ומשחק תפקיד חשוב בשמירה על ריכוזים נמוכים של סידן בתוך התא. הטרנספורט מכניס שלושה יוני נתרן לתוך תא ומוציא יון סידן מחוץ לתא. האנרגיה לפעולתו מגיעה ממפל הריכוזים של הנתרן שנוצר בעזרת משאבת נתרן אשלגן הדורשת ATP, כלומר מדובר בטרנספורט אקטיבי שניוני.
להרחבה – Bern & Levy, מהדורה 8 עמודים 6-8 (טרנספורט ממברנלי).
פיזיולוגיה 1 שאלה 1
תמיסת סליין 0.9% NaCl מכילה 150 mmol/Kg של NaCl. מה האוסמולליות של התמיסה בהינתן ש-NaCl אינו עובר פירוק מלא בתמיסה (n = 1.5)?
תשובה ג. אוסמול (osmol) היא יחידת מידה למספר המומסים בתמיסה. כך למשל, אם יש מול אחד של מלח (NaCl), יש שני אוסמול חלקיקים כיון שכל מולקולה של NaCl מתפרקת ל-Na ו-Cl. אוסמולליות היא מדד לריכוז המומסים בתמיסה, כלומר מספר המומסים (אוסמול) בק”ג אחד של ממס. לצורך התזכורת, אוסמולריות היא מספר המומסים (אוסמול) בליטר אחד של ממס. אוסמולליות היא מדד יותר מדויק כיון שנפח משתנה בהתאם לטמפרטורה בעוד מסה אינה משתנה. בהמשך הפתרון נתמקד רק באוסמולליות כיון שעליה נשאלתם. במידה ומולקולה אינה מתפרקת בתמיסה לשתי מולקולות (או יותר), מידת האוסמולליות שלה פרופורציונאלית לריכוזה בק”ג אחד של ממס. כאשר מולקולה מתפרקת באופן חלקי ניתן לכפול את מידת הפירוק שלה (במקרה שלנו 1.5) בריכוז שלה, כדי לקבל את מידת האוסמולליות. בשאלה זו החישוב נעשה כך:
כלומר, מידת האוסמולליות של התמיסה בשאלה זו היא 225mOsmol/Kg. חשוב לציין בהקשר לשאלה זו שאוסמולריות ואוסמולליות מתייחסות לכלל המומסים בתמיסה, בעוד שכאשר אנו מדברים על לחץ אוסמוטי, אנו מתייחסים למומסים שאינם חדירים את הממברנה. מומסים כאלו אפקטיביים ביצירת לחץ אוסמוטי ולכן שמם הוא מומסים אפקטיביים.
להרחבה – Bern & Levy, מהדורה 8 עמודים 12-16 (אוסמוזה).
פיזיולוגיה 4 שאלה 10
לאן יזרום כלור בהינתן שמתח השיווי משקל שלו -80mV ומתח הממברנה ?-70mV
במה השאלה עוסקת: ECF (ElectroChemical Force)
תשובה א. בשאלה זו קיימים שני נתונים, האחד הוא פוטנציאל שיווי המשקל של היון והשני הוא מתח הממברנה. שני נתונים אלו צריכים להדליק אצלכם נורה שאולי מדובר במשוואת הכוח המניע (ECF). משוואה זו מתייחסת לכיוון התנועה של יון בודד דרך הממברנה. להלן המשוואה:
ECF = Vm-Eion. במקרה של שאלה זו: ECF = -70 – (-80) = 10. כלומר שהכוח המניע של כלור הוא חיובי. בנקודה זו חשוב להזכיר את ההבדל בין זרם חיובי לזרם שלילי. זרם חיובי מאופיין בכך שהוא הופך את חוץ התא לחיובי יותר, ולכן כולל בתוכו יציאה של קטיון טעון חיובית החוצה מהתא או כניסה של אניון טעון שלילית לתוך התא. זרם שלילי גם הוא מתייחס לחוץ התא והוא מאופיין ביציאה של אניון מהתא או כניסה של קטיון לתוך התא.
כעת כאשר מדובר באניונים כמו כלור, כאשר ה-ECF חיובי, הזרם של האניון יהיה לתוך התא, כלומר זרם חיובי. מקרה זה מסכם את התשובה לשאלה אך נמשיך לתאר את כל שאר האפשרויות. כאשר ה-ECF הינו שלילי, כיוון התנועה של אניון היא כלפי חוץ, כלומר זרם שלילי. כעת נעבור בקצרה מה קורה כאשר מדובר בקטיונים. כאשר ה-ECF חיובי, הקטיון יצא מהתא, כלומר זרם חיובי. כאשר ה-ECF שלילי, הקטיון יכנס לתא, כלומר זרם שלילי.
שלילת מסיחים:
ב. כלור טעון שלילית ולכן ב-ECF חיובי הוא יצור זרם חיובי, כלומר יכנס לתוך התא. כמו כן יש במסיח זה הגדרה שגויה של זרם חיובי, כיון שיציאה של כלור מחוץ לתא תגרום לחוץ התא להיות שלילי יותר – כלומר זרם שלילי.
ג. כלור אכן יכנס לתוך התא אך זה יגרום לזרם חיובי (על פי ההגדרה) ולא לזרם שלילי.
ד. יציאה של כלור מחוץ לתא היא אכן זרם שלילי, אך כיון שה-ECF שלנו יצא חיובי, כיוון הזרם של כלור יהיה חיובי, כלומר לתוך התא.
להרחבה – Bern & Levy, מהדורה 8 עמודים 22-26 (שמירה על הומאוסטזיס).
פיזיולוגיה 1 שאלה 4
חוקר גילה טרנספורטר (transporter) חדש בחיידק Namibienssis אשר מעביר גם טריפטופן (Tryptophan) וגם גליצין (Glycine) דרך דופן תא החיידק, שניהם באותו כיוון. מה נכון?
תשובה ב. טרנספורטרים ניתנים לשתי סוגי חלוקות (כמעט) בלתי תלויות: חלוקה ראשונה בהתאם לדרישות האנרגטיות (פסיבי, אקטיבי שניוני ואקטיבי ראשוני) וחלוקה שניה בהתאם למנגנון הפעולה (תעלות – חור סלקטיבי בממברנה, נשאים – אנזימים ומשאבות – אנזימים עם פעילות ATPase). בפתרון זה נדון בעיקר בסוג החלוקה הראשון, כלומר בחלוקה על פי דרישות אנרגטיות. תחילה נבדיל בין טרנספורט פסיבי לטרנספורט אקטיבי: טרנספורט פסיבי הוא מעבר של חומר עם המפל האלקטרוכימי שלו, ללא השקעת אנרגיה. טרנספורט פסיבי שמתרחש דרך טרנספורטר מכונה גםfacilitated diffusion (מונח זה מתייחס למעבר פאסיבי דרך כל טרנספורטר, בין אם נשא ובין אם תעלה). טרנספורט אקטיבי דורש השקעת אנרגיה ומחולק לשניים: טרנספורט אקטיבי ראשוני (primary active transport) וטרנספורט אקטיבי שניוני (secondary active transport). טרנספורט אקטיבי ראשוני הוא שימוש בהידרוליזת ATP לצורך העברת חומר מסוים לצד השני של הממברנה כנגד המפל האלקטרוכימי שלו (הטרנספורטרים שמבצעים זאת מכונים גם משאבות). טרנספורט אקטיבי שניוני הוא מעבר שיש בו שימוש במפל ריכוזים של חומר אחר (אשר הושג באמצעות הידרוליזת ATP), לצורך העברת חומר מסוים לצידה השני של הממברנה כנגד המפל האלקטרוכימי שלו.
כעת, מתוך שלושת מנגנוני הפעולה (תעלות, נשאים ומשאבות) נתמקד בנשאים ונעבור על עוד כמה מושגים בסיסיים הנוגעים אליהם. ישנם שלושה מנגנוני העברה של נשאים: יוניפורטר (Uniporter), סימפורטר (co-transporter/symporter) ואנטיפורטר (antiporter). במנגנון מסוג יוניפורטר, נשאים מעבירים מולקולה אחת מצד אחד של הממברנה לצידה השני. נשא מסוג זה תמיד מעביר מולקולות עם המפל האלקטרוכימי שלהן. חשוב להדגיש שהעברה באמצעות יוניפורטר היא אינה העברה אקטיבית ראשונית כיון שיוניפורטר מעביר לפי המפל האלקטרוכימי של המולקולה, כלומר באופן פסיבי. במנגנון סימפורטר נשאים מעבירים בו זמנית מספר מולקולות לאותו הכיוון. נשא מסוג זה תמיד מעביר לפחות מולקולה אחת בניגוד למפל האלקטרוכימי שלה “על חשבון” מולקולה אחרת שנעה עם מפל הריכוזים שלה. במנגנון אנטיפורטר נשאים מעבירים בו זמנים מספר מולקולות אך לכיוונים הפוכים. כמו סימפורטר, נשא מסוג זה תמיד מעביר מולקולה אחת בניגוד למפל האלקטרוכימי שלה.
בשאלה מוצג מצב בו טריפטופן (Tryptophan) וגליצין (Glycine) מועברים דרך דופן התא באותו כיוון. כיון שמדובר בשתי מולקולות שמועברות באותו הכיוון, ניתן להסיק שמדובר בסימפורטר ולא באנטיפורטר או ביוניפורטר. כעת בהסתמך על הידע שלנו אודות העברה אקטיבית שניונית, אנחנו יכולים להסיק שהסיבה שהתא מכניס את שתי המולקולות באותו טרנספורטר, היא שימוש במפל האנרגטי של אחת מן המולקולות בכדי להכניס את המולקולה הנוספת כנגד המפל האלקטרוכימי שלה. סוג כזה של העברה מכונה העברה אקטיבית שניונית.
שלילת מסיחים:
א. הטרנספורטר הוא אכן מסוג סימפורטר אך ההעברה היא העברה אקטיבית שניונית. העברה אקטיבית ראשונית דורשת שימוש ישיר על ידי הטרנספורטר ב-ATP לצורך המעבר. במידה וזה היה המקרה, אין סיבה ששני החומרים יועברו יחדיו דרך אותו טרנספורטר. העובדה שמדובר בשני חומרים שמועברים יחדיו אמורה לרמוז כי מדובר בסימפורטר ובהעברה אקטיבית שניונית.
ג. הטרנספורטר הוא אכן מסוג סימפורטר אך בניגוד לכתוב במסיח יש שימוש באנרגיה בעת ההעברה. כאמור, העובדה שמדובר בשני חומרים שמועברים יחדיו אמורה לרמוז כי מדובר בסימפורטר ובהעברה אקטיבית שניונית. דוגמה להעברה אקטיבית שניונית ע”י סימפורטר היא באמצעות הנשא SGLT1 שמעביר נתרן וגלוקוז מהמעי הדק והכליה, פנימה אל תאי האפיתל. במקרה זה, הסימפורטר משתמש בכוח המניע של נתרן לתוך התא, כדי להכניס גלוקוז כנגד מפל הריכוזים שלו. הריכוז הנמוך של נתרן בתוך התא נשמר על ידי משאבת נתרן-אשלגן, שבעזרת ATP מוציאה נתרן מהתא ומכניסה אשלגן, כנגד מפל הריכוזים של שניהם.
ד. אמנם ההעברה היא אקטיבית שניונית אך הטרנספורטר הוא סימפורטר ולא אנטיפורטר וזאת כיון שהוא מעביר את שתי המולקולות באותו הכיוון, דרך דופן התא, ולא בכיוונים מנוגדים.
פיזיולוגיה 1 שאלה 11
מה נכון לגבי אוסמולריות (Osmolarity) ואוסמולליות (Osmolality)?
במה השאלה עוסקת: אוסמוזה, אוסמולריות, אוסמולליות ולחץ אוסמוטי
תשובה א. כדי לענות על שאלה זו נתחיל בלהכיר מונח בסיסי יותר והוא אוסמול (osmol). אוסמול הוא יחידת מידה למספר המומסים בתמיסה. כך למשל, אם יש מול אחד של מלח (NaCl), יש שני אוסמול חלקיקים כיון שכל מולקולה של NaCl מתפרקת ל-Na ו-Cl בתמיסה מימית. אוסמולליות היא מדד לריכוז המומסים בתמיסה, כלומר מספר המומסים (אוסמול) בק”ג אחד של ממס. אוסמולריות היא מספר המומסים (אוסמול) בליטר אחד של ממס. אוסמולליות היא מדד יותר מדויק כיון שנפח משתנה בהתאם לטמפרטורה בעוד מסה אינה משתנה. למשל בטמפרטורה גבוהה, אוסמולריות התמיסה עלולה לרדת (מכיוון שנפח התמיסה גדל) אך האוסמולליות תישאר אותו דבר (מכיוון שמסת התמיסה לא השתנה) .
אוסמוזה היא מעבר מים ממקום בו הלחץ האוסמוטי נמוך למקום בו הלחץ האוסמוטי גבוה. חשוב להבדיל בין לחץ אוסמוטי ובין אוסמולריות ואוסמולליות. תחילה כיון שהם מודדים דברים שונים, לחץ אוסמוטי מודד את מידת הלחץ שמופעל על הממברנה על ידי המומסים הבלתי חדירים. אוסמולריות ואוסמולליות הם מדדים לריכוז המומסים בתמיסה. סיבה נוספת להבחנה בין המונחים היא שלחץ אוסמוטי נוצר על ידי מומסים שאינם חודרים את הממברנה (מומסים אפקטיביים), בעוד אוסמולריות ואוסמולליות מודדים את כלל המומסים, ללא הבחנה אם הם חודרים או שאינם חודירם את ממברנת התא.
שלילת מסיחים:
ב. אוסמולריות אומדת את ריכוז החלקיקים ב-1 ליטר של ממס.
ג. אוסמולליות אומדת את ריכוז החלקיקים ב-1 ק”ג של ממס.
ד. כאמור קיים הבדל בין שני המונחים כפי המתואר בתשובה לסעיף א’.
פיזיולוגיה 1 שאלה 23
מטופל הגיע למיון עקב אירוע מוחי. הרופאים במיון חששו כי בעקבות האירוע יצטברו נוזלים בחלל המוח ותיווצר בצקת מסכנת חיים. איזה עירוי על הרופאים לתת למטופל על מנת למנוע ככל הניתן את מצב זה?
במה השאלה עוסקת: תמיסות בשימוש קליני
תשובה א. שבץ מוחי פעמים רבות מלווה בהצטברות נוזלים בחלל המוח והתנפחות של נוירונים. בצקת מוחית יכולה לגרום ללחץ תוך גולגולתי, לפגוע בתפקוד הנוירונים ולגרום אף למוות או קומה. על מנת למנוע מצב זה משתמשים בתמיסת Manitol. מניטול אינו חודר את ה-BBB, כך שהוא מהווה אוסמוליט אפקטיבי, והוא יעלה את הלחץ האוסמוטי בגוף ויגרום למעבר של מים באוסמוזה מתוך חלל המוח.
שלילת מסיחים:
ב. Dextran היא מולקולה בעלת משקל מולקולרי גבוהה, והיא אינה חוצה את תאי האנדותל ונשארת בפלזמה. ניתן להשתמש בתמיסה זו כאשר רוצים להעלות, למשל את האוסמולריות של הפלזמה.
ג. Dexterose הינו סוכר המתפרק במים לפחמן דו חמצני ולמים ועל כן אינו מייצר לחץ אוסמוטי כלל. תמיסת דקסטרוז בכל האחוזים המשקליים תהייה תמיסה היפוטונית ותגרור כניסת מים לתאים.
ד. תמיסת סליין היא תמיסה איזוטונית של נתרן כלוריד שאינה משנה את מאזן האוסמולריות במדורי הגוף ולא גוררת תנועה של מים נטו לאף כיוון.
להרחבה – Bern & Levy, מהדורה 8 עמודים 19-22 (משק המים בגוף); 22 (In The Clinic).
פיזיולוגיה 1 שאלה 2
כיצד יושפע הנוזל התוך תאי מהוספה של תמיסה היפרטונית לפלסמה? הנח כי האוסמלליות המקורית של הפלסמה הינה 300 mOsm /Kg.
במה השאלה עוסקת: טוניות ומדורי המים בגוף
תשובה א. מדורי המים בגוף מחולקים לשניים, תוך התא וחוץ התא ויחד הם מהווים כ-60% ממשקל הגוף. המדור החוץ תאי מחולק גם הוא לשני תת מדורים, הפלסמה (plasma) והנוזל הבין רקמתי (interstitial fluid). תתי המדורים במדור החוץ תאי מופרדים על ידי קירות מערכת הדם שחדירות ליונים ומולקולות קטנות ואינן חדירות לחלבונים. כעת, כדי לענות על השאלה נזכר במשמעות המושג טוניות. טוניות היא מדד לריכוז מומסים אפקטיביים בתמיסה, כלומר מומסים שאינם חוצים את הממברנה. זהו מונח השוואתי בין שתי תמיסות שונות. תמיסות איזוטוניות הן תמיסות עם אותה כמות מומסים אפקטיביים, תמיסה היפרטונית היא תמיסה עם יותר מומסים אפקטיביים ביחס לתמיסה אחרת ותמיסה היפוטונית היא תמיסה עם פחות מומסים אפקטיביים ביחס לתמיסה אחרת. מונח נוסף שחשוב להבינו בהקשר לשאלה הוא אוסמולליות. אומולליות היא מדד לריכוז המומסים בתמיסה, כלומר מספר המומסים (אוסמול) בק”ג אחד של ממס.
בשאלה הוכנסה לפלסמה תמיסה היפרטונית, כלומר תמיסה שמכילה יותר מומסים אפקטיביים ביחס לערכים נורמליים בתא. כיון שהפלסמה והנוזל הבין רקמתי מופרדים ע”י קרום חדיר, ניתן לייחס לכל הנוזל החוץ תאי אוסמולליות זהה כמו לפלסמה, כלומר גבוהה יותר מפנים התא. בשלב הבא, כיון שחוץ התא היפרטוני ביחס לתוך התא מים ינועו מתוך התא החוצה בכדי להגיע לשיווי משקל. תנועה זו של המים תוריד את ערכי האוסמולליות במדור החוץ תאי ותעלה את ערכי האוסמולליות במדור התוך תאי. חשוב לציין שהתנועה מתבצעת ע”י מים ולא ע”י המומס כיון שמדובר במומסים אפקטיביים שלא יכולים לחצות את הממברנה. כמו כן מעבר המים מתוך התא החוצה, יגרום לתא לאבד מנפחו. לפיכך יציאת המים מובילה לשתי תוצאות: הקטנת נפח הפלסמה והגדל האוסמולליות.
שלילת מסיחים:
ב. בשאלה מוצג מצב בו לפלסמה מוזרקת תמיסה היפרטונית, קרי בעלת ריכוז מומסים אפקטיביים גבוה יותר ביחס לתוך התא. מצב כזה מחייב את התא להוציא מים והוצאה זו תגרום להקטנת נפחו. בכדי שנפח המדור התוך תאי יגדל, יש להכניס לפזמה תמיסה היפוטונית, קרי תמיסה בעלת ריכוז מומסים אפקטיביים נמוך ביחס לתוך התא. במצב זה מים יכנסו לתוך התא וזאת בכדי להפוך את התמיסות לתמיסות איזוטוניות.
ג. האוסמולליות התוך תאית תקטן במידה ותוכנס תמיסה היפוטונית לפלסמה, כלומר תמיסה בעלת ריכוז נמוך יותר של מומסים אפקטיביים. במצב זה, מים יכנסו לתא בכדי להפוך את התמיסות לאיזוטוניות. הכניסה של המים לתוך התא תגרום לתוך התא להקטין את האוסמולליות שלו, אולם זה לא המצב המתואר בשאלה.
ד. כפי מתואר בתשובה לסעיף א’, האוסמולליות תגדל וזאת באמצעות הוצאה של מים מהתא. יחד עם זאת, הוצאת המים מהתא תגרום לתא לאבד מנפחו, כלומר ההפך ממה שכתוב במסיח זה.
להרחבה – Bern & Levy, מהדורה 8 עמודים 12-16 (אוסמוזה); 19-22 (מדורי המים בגוף).
פיזיולוגיה 2 שאלה 18
נתונים הנתונים הבאים: Ecl= -30, Ek= -90, ENa=+60. חוקר מעוניין לקבע את מתח הממברנה על מתח שבו כל היונים שחדירים את הממברנה יצאו החוצה מהתא. מה יכול להיות המתח שבו צריך החוקר לקבע את הממברנה?
במה השאלה עוסקת: פוטנציאל אלקטרוכימי
תשובה ד. על מנת להבין את כיוון תנועת היון, יש להשוות בין מתח הממברנה לבין פוטנציאל נרנסט של היון. כל עוד פוטנציאל נרנסט של היון שונה ממתח הממברנה, ליון יש כוח מניע ותנועה נטו לכיוון מסוים. היון “מנסה” להביא את מתח הממברנה לפוטנציאל נרנסט שלו. נעבור על כל התשובות בניסיון להבין מה תהייה כיוון התנועה של כל אחד מהיונים, וניווכח כי לא קיים מתח ממברנה בו תנועת כל היונים תהייה כלפי חוץ התא.
שלילת מסיחים:
א. במידה ומתח הממברנה יקובע על -50mV: פוטנציאל נרנסט של יון הנתרן יהיה גבוהה יותר ממתח הממברנה, ומכיון שנתרן הוא יון חיובי, הוא ייכנס לתא במטרה להביא לדה-פולריזציה ולקרב את מתח הממברנה לפוטנציאל נרנסט שלו. לעומתו, אשלגן יצא מהתא במטרה להביא להיפר-פולריזציה (כיון שהוא טעון חיובית) ולקרב את מתח הממברנה לפוטנציאל שיווי המשקל של אשלגן.
ב. במידה ומתח הממברנה יקובע על -100mV: פוטנציאל נרנסט של אשלגן ושל נתרן יהיה גבוה יותר ממתח הממברנה. כיוון שהם יונים חיוביים, הם ייכנסו אל התא על מנת לגרום לדה-פולריזציה ולקרב את מתח הממברנה לפוטנציאל נרנסט של כל אחד מהם. לעומתם, כלור טעון שלילית ולכן הוא יצא מן התא כדי לגרום לדה-פולריזציה ולקרב את מתח הממברנה לפוטנציאל שיווי המשקל שלו.
ג. במידה ומתח הממברנה יקובע על +80mV: פוטנציאל נרנסט של כלור יהיה נמוך יותר ממתח הממברנה, ומכיוון שכלור טעון שלילי, הוא יכנס אל התא על מנת לגרום להיפר-פוריזציה במטרה לקרב את מתח בממרנה לפוטנציאל נרנסט שלו. נתרן ואשלגן במקרה זה יצאו כיון שפוטנציאלי שיווי המשקל שלהם נמוכים ממתח הממברנה, ובעזיבתם הם למעשה גורמים להיפר-פולריזציה.
להרחבה – Berne& Levy, מהדורה 8, עמודים 22-27 (פוטנציאל הממברנה).
פיזיולוגיה 3 שאלה 4
מה נכון בנוגע לפעילות הסקרומר בשריר השלד?
במה השאלה עוסקת: Cross-Bridge cycle
תשובה ג. כדי להבין שאלה זו נעבור על שלבי ה-Cross-Bridge cycle. נתחיל ממצב שראש המיוזין אינו קשור לאקטין ונכנה אותו כמצב ההתחלתי (מצב a כפי שהוא מכונה בספר). לפי הספר, ה-ATP נמצא במצב של הידרוליזה חלקית. בשלב הבא (שלב b) מיוזין נקשר לאקטין, כאשר הטריגר לקישור המיוזין הוא שחרור של סידן מה-SR (sarcoplasmic reticulum). השלב הבא (שלב c) הוא שלב ה-power stroke ובו ADP ו-Pi משתחררים ופעולה זו למעשה מובילה לתנועה של ראשי המיוזין. בשלב האחרון (שלב d) מתרחש קישור ATP חדש אשר גורם לשחרור ראש המיוזין מחלבון האקטין עקב ירידה באפיניות בין החלבונים. לאחר השחרור ראש המיוזין מבצע הידרוליזה חלקית ל-ATP אשר מחזירה את ראש המיוזין למצבו הטבעי. חשוב לציין שמחזור אחד מזיז את סיב האקטין כ-10nm והמחזורים ימשכו עד שריכוז הסידן בציטופלסמה ירד. לצורך הבהרה, בספר מצוין כי מבוצעת הידרוליזה חלקית של ATP בשלב d גורמת לחזרה של ראש המיוזין למצבו ההתחלתי. כיון שזה מצוין בספר הכנסנו זאת לפתרון, אולם אינו מצוין בספר מתי מתבצע המשך ההידורליזה שמוביל להידרוליזה המלאה. לפיכך, לצורך העניין מה שחשוב שתזכרו הוא שההידרוליזה של ATP גורמת לראש המיוזין לחזור למצבו המקורי.
שלילת מסיחים:
א. ריגור מורטיס נגרם כיון שלאחר המוות לא מיוצרות מולקולות ATP חדשות שיכולות להיקשר לראש המיוזין ולהפר את הקישור שלו מאקטין. עקב כך, מיוזין ואקטין נשארים מחוברים והשריר מכווץ ואינו נרפה במשך מספר שעות.
ב. כאשר מיוזין מחובר ל-ATP האפיניות הינה מינימלית וראש המיוזין משתחרר מאקטין. האפיניות בין החלבונים גדלה כאשר ATP עובר הידרוליזה ל-ADP ו-Pi, ובמידה ויש סידן בסרקופלסמה מיוזין יקשר לאקטין.
ד. הקישור של ATP גורם לשחרור ראש המיוזין מחלבון האקטין עקב ירידה באפיניות בין החלבונים. ההידרוליזה של ATP למעשה מחזירה את ראש המיוזין למצבו הטבעי לאחר שהוא כבר נותק מאקטין.
להרחבה – Bern & Levy, מהדורה 8 עמודים 247-249 (Cross-Bridge cycle).
פיזיולוגיה 1 שאלה 19
מה הלחץ האוסמוטי של תמיסה בעלת M5 גז מתאן ו- M2 קלציום כלוריד בהינתן כי מכפלת קבוע הגזים בטמפרטורה שווה ל-25?
במה השאלה עוסקת: משוואת הלחץ האוסמוטי
תשובה ג’. נשתמש במשוואת הלחץ האוסמוטי: כאשר:
n – מספר החלקיקים המסיסים במולקולה (למשל עבור CaCl מדבור בשלושה). נקרא גם המקדם הסטויכיומטרי
C – ריכוז המולקולה [mol / L].
R – קבוע הגזים [L * atm / (K * mol] 8.205*102. לא צריך לזכור את הערך הממשי.
T – טמפרטורה בקלווין [T(K)].
נתמקד בפתרון רק בכלציום כלוריד ולא במתאן כיון שגזים חודרים את הממברנה ולכן אינם יוצרים לחץ אוסמוטי. כלציום כלוריד היא מולקולה המתפרקת בתמיסה לשלושה חלקיקים (2 יוני כלור ויון סידן) ולכן המקדם הסטויכומטרי הוא 3. נכפיל את מקדם הסטויכומטרי בריכוז הנתון ובמכפלת קבוע הגזים בטמפרטורה לפי הנוסחה: π=3x2x25=150.
להרחבה – Bern & Levy, מהדורה 8 עמודים 12-16 (אוסמוזה).
פיזיולוגיה 2 שאלה 16
למה תגרום פתיחת תעלות כלור בנוירון שפוטנציאל הממברנה במנוחה= -80 mv ונתונים פוטנציאלי שיווי המשקל הבאים: mV Ena= +50, Ek= -100 mv, Ecl= -70 vm ?
במה השאלה עוסקת: פוטנציאל אלקטרוכימי
תשובה א. אם פוטנציאל שיווי המשקל של יון הכלור הוא -70mV אז כאשר מתח הממברנה נמוך מפוטנציאל שיווי המשקל, כלור יזרום החוצה (כיון שכלור הוא שלילי ומטרתו להפוך את מתח הממברנה לחיובי יותר). בעקבות יציאת הכלור מתח הממברנה יעלה כך שתיוצר דה-פולריזציה בממברנה.
שלילת מסיחים:
ב. מכיוון שכלור הוא יון שלילי, שטף של כלור החוצה יעלה את מתח הממברנה ויצור דה-פולריזציה.
ג. כאשר מתח הממברנה יהיה מעל פוטנציאל שיווי המשקל, הכלור יזרום פנימה.
ד. מכיוון שכלור הוא יון שלילי, שטף של כלור פנימה יוריד את מתח הממברנה ויצור היפר-פולריזציה.
להרחבה – Bern& Levy, מהדורה 8 עמודים 22-27 (שמירה על הומאוסטזיס).
פיזיולוגיה 1 שאלה 15
המערכת הבאה מתארת מערכת דונן הנמצאת בש”מ בטמפרטורת החדר (27oC). יוני הנתרן והכלור חדירים דרך הממברנה, ואילו החלבון (P2-) אינו חדיר. מה ריכוז הכלור בתא
A?
במה השאלה עוסקת: שיווי משקל גיבס דונן
תשובה ד. במערכת גיבס דונן שמתוארת בשאלה ישנם שני מיכלים: מיכל A המכיל חלבונים שאינם חודרים את הממברנה, נתרן וכלור, ומיכל B המכיל נתרן וכלור. נתון לנו שהמערכת נמצאת בשיווי ולכן חשוב לציין שבמקרה זה קיים הפרש אוסמולריות בין התאים, אך לא קיים הפרש מטענים וזאת כיון שכל תא הוא אלקטרוניטרלי (כלומר מכיל את אותה כמות של מטענים חיוביים ושליליים). כלומר, כל תא בנפרד מאוזן מבחינת המטענים, אולם כן יש הבדלי ריכוזים של היונים שבמערכת בין התאים. על פי עקרון האלקטרוניטרליות ניתן להסיק שריכוזו של נתרן במיכל B הוא 10mM. כשמערכת גיבס דונן נמצאת בשיווי משקל, מכפלת שני היונים במיכל A שווה למכפלת שני היונים במיכל B. כלומר ניתן לנסח את המשוואה באופן הבא:
ומכאן ניתן להסיק כי ריכוז כלור הוא כ- 2mM בתא A. כעת נרצה להבין את הדינמיקה בין היונים במערכת שלב אחר שלב. תחילה כלור, שנמצא במכיל B ולא נמצא במיכל A, רוצה לעבור למיכלA בגלל הבדלי ריכוזים. נתרן, בעקבות ההפרש החשמלי שנוצר לאחר מעבר כלור, נע גם הוא ממיכל B למיכל A. אולם, על נתרן פועלים שני כוחות, האחד חשמלי שמושך אותו להיכנס למיכל A והשני נובע מהנתרן שכבר נמצא במיכל A לפני המעבר ומקשה על נתרן נוסף להיכנס. בסופו של דבר המערכת מגיעה לשיווי משקל וריכוז זהה של נתרן וכלור עוברים ממיכל B למיכל A.
שלילת מסיחים:
א. מסיח זה מבלבל כיון שהוא מציג מצב בו ריכוז כלור שווה בשני התאים שזה לכאורה מצב בו כלור נמצא בשיווי משקל. אולם, חשוב להבין את מה שמתואר בפתרון לסעיף ד’, לפיו נתרן שבמיכל A מתנגד לכניסה של נתרן ממיכל B. נתרן חייב לעבור עם כלור ממיכל B למיכל A בגלל עקרון האלקטרוניטרליות. לפיכך, במצב שיווי משקל ריכוז כלור לא יהיה זהה בין שני המיכלים ומיכל B יכיל ריכוז גבוה יותר של כלור.
ב. במערכת גיבס דונן אנו מתחילים עם אניון (למשל כלור) וקטיון (למשל נתרן) בתא מסוים ובתא האחר ישנה מולקולה טעונה שלילית שאינה חודרת את הממברנה (למשל חלבונים) וקטיון זהה לזה שבתא האחר. כלור עובר לעבר התא בו נמצאים החלבונים, ונתרן יחד איתו, עד להגעה לשיווי משקל. בגלל שילוב הכוחות שפועלים על נתרן, כפי שמתואר בסעיף ד, היינו מצפים למצוא ריכוז נמוך יותר של כלור במיכל A, לעומת מיכל B, ולא ריכוז גבוה של 20mM. כמו כן, במידה ובמיכל A היה ריכוז כלור של 20mM לא היה מדובר בשיווי משקל כיון שאין כוח שיתנגד מכלור ונתרן לעבור מתא A לתא B.
ג. אוסמול (Osmol) הוא מדד למספר המומסים בתמיסה ולא לריכוז המולקולה. כך למשל, אם יש מול אחד של מלח (NaCl), יש שני אוסמול חלקיקים כיון שכל מולקולה של NaCl מתפרקת ל-Na ו-Cl. בשאלה נשאלתם על ריכוז כלומר אנחנו מחפשים ערכים של מולר. על אף שבשאלה המולקולה אינה מתפרקת לחלקיקים נוספים, לא ניתן להשתמש באוסמול במקום במולר. להלן רענון היחידות השונות: במולר הכוונה היא מספר מולים לליטר (mol/L), אוסמול (Osmol) היא מספר החלקיקים אליה המולקולה מתפרקת ואוסמולריות היא מספר אוסמול לליטר Osmol/L.
ה. במערכת גיבס דונן אנו מתחילים עם אניון (למשל כלור) וקטיון (למשל נתרן) בתא מסוים ובתא האחר ישנה מולקולה טעונה שלילית שאינה חודרת את הממברנה (למשל חלבונים) וקטיון זהה לזה שבתא האחר. כלור עובר לעבר התא בו נמצאים החלבונים, ונתרן יחד איתו, עד להגעה לשיווי משקל. בגלל שילוב הכוחות שפועלים על נתרן, כפי שמתואר בסעיף ד, היינו מצפים למצוא ריכוז נמוך יותר של כלור במיכל A, לעומת מיכל B, ולא ריכוז גבוה של 50mM. כמו כן, במידה ובמיכל A היה ריכוז כלור של 50mM לא היה מדובר בשיווי משקל כיון שאין כוח שיתנגד מכלור ונתרן לעבור מתא A לתא B.
להרחבה – Bern & Levy, מהדורה 8 עמודים 10-12 (דיפוזיה).
מומלץ לקרוא על מערכת גיבס דונן בספר הקורס שנמצא באתר ולקריאה נוספת ניתן לקרוא מהמקורות המצוינים שנמצאים בספריה של אוניברסיטת תל אביב. Bern & Levy אינם המקור המועדף בנושא זה.
Aidley, David J. The Physiology of Excitable Cells. Cambridge University Press, 1998. pp. 26-28
Sperelakis, Nicholas. Cell Physiology Sourcebook: A Molecular Approach. Gulf Professional Publishing, 2001. pp. 243-246.
פיזיולוגיה 2 שאלה 19
במה מאופיין החלק היורד של פוטנציאל הפעולה?
במה השאלה עוסקת: פוטנציאל פעולה
תשובה ג. בשלב הרה-פולריזציה מוליכות האשלגן מתגברת בעוד שמוליכות הנתרן ממשיכה להצטמצם משלב הדה פולריזציה. יציאת המטענים החיוביים החוצה מחזירה את מתח הממברנה לערכים השליליים. שימו לב, למרות שתעלות הנתרן נפתחות מהר, הן גם נסגרות (עוברות אינאקטיבציה) מהר. זאת בעוד תעלות האשלגן נפתחות באיחור אך נשארות פתוחות למשך זמן רב יותר. הבדלים אלו בקינטיקה יוצרים את שלב הרה-פולריזציה ואת שלב ה-after hyperpolarization. מצורפת תמונה שכדאי להכיר המכילה (מלמעלה למטה) את הפוטנציאל פעולה עצמו, המוליכויות של נתרן ואשלגן ואת הזרמים של שני יונים אלו.
להרחבה – Bern& Levy, מהדורה 8 עמודים 63-72 (פ”פ).
פיזיולוגיה 1 שאלה 34
מה מהבאים אינו מהווה תפקיד של תאי האפיתל?
במה עוסקת השאלה: העברה אפיתלאלית
תשובה ד’. תאי האפיתל מהווים את החוצץ בין הסביבה החיצונית לבין הסביבה הפנימית. תפקידיהם המרכזיים של תאי האפיתל הם להוות מחסום בפני מיקרוארגניזמים, למנוע איבוד מים ולשמור על סביבה פנימית קבועה. את התפקיד האחרון הם מצליחים למלא על ידי תהליכי טרנספורט מבוקרים- העברה וקטוריאלית מצד אחד של תאי האפיתל לצד השני.
להרחבה – Bern & Levy, מהדורה 8 עמודים 27-33 (טרנספורט דרך תאי אפיתל).
פיזיולוגיה 2 שאלה 11
התאם את הסעיף (א’-ה’) למונח: תקופה רפרקטורית מוחלטת.
במה השאלה עוסקת: שלבי פוטנציאל פעולה
תשובה א. פוטנציאל פעולה (סעיף ד’) מאופיין בעלייה פתאומית במתח הממברנה ובחזרה מהירה למתח המנוחה. הוא נוצר בעקבות זרמי נתרן ואשלגן ובעקבות שינויים במוליכויות הממברנה עבור יונים אלה המתרחשים במהלך פוטנציאל הפעולה. בתחילת פוטנציאל הפעולה המוליכות של נתרן (סעיף ג’) גדולה ופוחתת יחסית מהר, בעוד שהמוליכות של אשלגן (סעיף ה’) נמוכה ביחס לנתרן, אך נמשכת לפרק זמן ארוך יותר.
למעשה פוטנציאל פעולה (פ”פ) נוצר בעקבות זרם חיובי של נתרן לתוך התא דרך תעלות נתרן תלויות מתח, הנפתחות בעקבות גירוי ראשוני. לתעלות נתרן תלויות מתח שני שערים: שער התעלה ושער האינאקטיבציה. נעבור כעת על מצב השערים בכל שלב של פוטנציאל הפעולה. כאשר מתח הממברנה במנוחה שער האינאקטיבציה פתוח ושער התעלה סגור ולכן אין כניסה של נתרן לתוך התא. גירוי דה-פוליזטורי גורם לשער התעלה להיפתח ולנתרן להיכנס לתא (שער האינאקטיבציה עדיין פתוח). במהלך הפ”פ ובעיקר לאחר שיאו שער האינאקטיבציה נסגר ולמרות ששער התעלה עדיין פתוח, התעלה סגורה ומצויה באינאקטיבציה. כאשר מתח הממברנה יורד, שער האינאקטיבציה נפתח, אולם כעת שער התעלה סגור בעקבות ירידת מתח הממברנה ולכן לא נכנס נתרן לתא. כלומר, התעלה פתוחה ומזרימה נתרן לתוך התא רק לזמן קצר שבו שני השערים פתוחים. אינאקטיבציה של תעלות הנתרן היא הסיבה לירידה המהירה במוליכות התא לנתרן וכן אחת משלושת הסיבות לפאזה היורדת של פוטנציאל הפעולה. סיבה נוספות לפאזה היורדת היא פתיחה של תעלות אשלגן תלויות מתח, שמורידות את מתח הממברנה לכיוון פוטנציאל שיווי המשקל של אשלגן (שהוא שלילי יותר ממתח המנוחה). סיבה שלישית לפאזה היורדת היא קיומן של תעלות דלף לאשלגן שמוציאות אשלגן מהתא, באופן פסיבי, בזמן מנוחה ובזמן פ”פ.
האינאקטיבציה של תעלות הנתרן תלויות המתח יוצרות שלב בפ”פ המכונה תקופה רפרקטורטית ושלב זה מחולק לשניים: התקופה הרפרקטורית המוחלטת והתקופה הרפרקטורית היחסית. התקופה הרפרקטורית המוחלטת (סעיף א’), הקודמת ליחסית, היא שלב בו לא משנה איזו עוצמת גירוי תנתן, תעלות הנתרן נמצאות באינאקטיבציה מלאה ולא יכול להיווצר פ”פ. התקופה הרפרקטורית היחסית (סעיף ב’) היא שלב בו גירוי חזק מהרגיל יכול ליצור פ”פ ולהתגבר על אינאקטיבציה חלקית של תעלות הנתרן. בתקופה הרפרקטורית היחסית אין כמעט מוליכות לנתרן וישנה מוליכות לאשלגן בעקבות פתיחה חלקית של תעלות אשלגן תלויות מתח (הקינטיקה האיטית של התעלות אלו גורמת לסגירה איטית של שלהן). חשוב לציין שכאשר מדברים על תעלות תלויות מתח מדובר באוכלוסייה של תעלות שבה לכל תעלה יש סף פתיחה וספי כניסה ויציאה מאינאקטיבציה שונים. יחד עם זאת במהלך התקופה הרפרקטורית המוחלטת, הרוב המוחלט של תעלות נתרן תלויות מתח נמצאות תחת אינאקטיבציה ולכן לא יכול להיוותר פ”פ נוסף. ההטרוגניות של תעלות תלויות מתח, מאפשרת את החצי השני של התקופה הרפרקטורית והיא התקופה הרפרקטורית היחסית בה חלק מהתעלות יצאו כבר מאינאקטיבציה.
להרחבה – Bern & Levy,מהדורה 8 עמודים 63-81 (פ”פ);מקור קריאה נוסף בנושא – Kandel,מהדורה 5, עמודים 148-159 (פ”פ).
פיזיולוגיה 2 שאלה 1
מה נכון בנוגע לתקופה הרפרקטורית בתאים אקסיטבילים?
במה השאלה עוסקת: תקופה רפרקטורית
תשובה ג. תקופה רפרקטורית היא שלב בפוטנציאל פעולה (פ”פ) הנגרם בעקבות התכונות של תעלות נתרן תלויות מתח ומחולק לשני חלקים. החלק הראשון הוא התקופה הרפרקטורית המוחלטת, בשלב זה לא משנה מהי עוצמת גירוי שתנתן, תעלות הנתרן נמצאות באינאקטיבציה מלאה ולא יכול להיווצר פ”פ. השלב השני הוא התקופה הרפרקטורית היחסית, בשלב זה גירוי חזק מהרגיל יכול ליצור פ”פ ולהתגבר על האינאקטיבציה החלקית של תעלות הנתרן. בתקופה הרפרקטורית היחסית (השלב השני) חלק מן התעלות נמצאות עדיין באינאקטיבציה וחלק כבר חזרו למצב סגור ולכן גירוי חזק מהרגיל יכול ליצור פ”פ. בנוסף, בזמן התקופה הרפרקטורית היחסית חלק מתעלות האשלגן תלויות המתח נסגרו. כיון שחלק מתעלות האשלגן תלויות המתח נסגרו, ישנו פחות זרם של אשלגן מתוך התא החוצה. כלומר, אשלגן פחות מושך את מתח הממברנה לכיוון פוטנציאל שיווי המשקל שלו והדבר יכול להקל על זרם הנתרן ליצור פ”פ נוסף. חשוב לציין שהסיבה לתקופה הרפרקטורית היא שלתעלות נתרן תלויות מתח יש שני שערים: שער האקטיבציה (השער הסטנדרטי של תעלות יונים, לצורך מניעת בלבול נכנה אותו שער התעלה) ושער האינאקטיבציה. נעבור כעת על מצב השערים בכל שלב של פוטנציאל הפעולה. כאשר מתח הממברנה במנוחה שער האינאקטיבציה פתוח ושער התעלה סגור ולכן אין כניסה של נתרן לתוך התא. גירוי דהפוליזטורי גורם לשער התעלה להיפתח ולנתרן להיכנס לתא (שער האינאקטיבציה עדיין פתוח). במהלך הפ”פ ובעיקר לאחר שיאו שער האינאקטיבציה נסגר ועל אף ששער התעלה עדיין פתוח, התעלה סגורה ולמעשה נמצאת באינאקטיבציה. כאשר מתח הממברנה יורד, שער האינאקטיבציה נפתח, אולם כעת שער התעלה סגור והתעלה חוזרת למצב מנוחה. כלומר, התעלה פתוחה ומזרימה נתרן לתוך התא רק לזמן קצר שבו שני השערים פתוחים.
שלילת מסיחים:
א. בתקופה הרפרקטורית המוחלטת כל תעלות הנתרן נמצאות במצב אינאקטיבציה ולכן גירוי גדול ככל שיהיה לא יצור פ”פ.
ב. תעלות אשלגן תלויות מתח אינן אחראיות על יצירת פ”פ, אלא על החזרת מתח הממברנה למנוחה. בנוסף, לתעלות אשלגן אין שער אינאקטיבציה (נקודה זו נכונה לחומר של מבחן הידע, בפועל יש מגוון רחב של תעלות אשלגן). לסיום, בזמן התקופה הרפרקטורית המוחלטת תעלות אשלגן תלויות מתח פתוחות ותפקידן להוריד את מתח הממברנה למתח המנוחה באמצעות הוצאה של אשלגן מהתא.
ד. מתן גירוי איטי לא יגרום לפ”פ בתקופה הרפרקטורית היחסית, אולם כפי שמוסבר מעלה, מתן גירוי חזק מן הרגיל כן יגרום לכך.
להרחבה – Bern & Levy, מהדורה 8, עמודים 72-73; מקור קריאה נוסף בנושא – Kandel,מהדורה 5, עמודים 148-159 (פ”פ).
פיזיולוגיה 2 שאלה 21
חוקר שם תא עצב בתמיסה פיזיולוגית ובדק את פוטנציאל הממברנה. החוקר העלה את ריכוז האשלגן החוץ תאי מ- 2mM ל- 80mM ובדק את פוטנציאל הממברנה במשך 5 דקות. התגובה שנמדדה הייתה התפרצות של פוטנציאל פעולה מרובים כאשר לאחר זמן מה, החוקר לא הצליח לגרום לפוטנציאל פעולה נוסף במתן גירוי באותה עוצמה. מה סביר להניח שהסיבה לכך שהחוקר לא הצליח להשרות פוטנציאלי פעולה נוספים בעצב?
במה השאלה עוסקת: אקומודציה והיפרקלמיה
תשובה ב’. התופעה שהתרחשה דומה לתופעת היפרקלצמיה (ריכוז גבוהה של אשלגן בדם) המשפיעה על כיווץ השרירים: ריכוז האשלגן החוץ תאי גורם לדה-פולריזציה של ממברנת תאי השריר, הדה-פולריזציה מקרבת את התא למתח הסף כך שמתקבלת פעילות ספונטנית (התקפים) אך לאחר זמן מה מתרחשת אקומודציה המונעת התפרצות פוטנציאלי פעולה נוספים ופעילות השריר מפסיקה (שיתוק). מהי תופעת האקומודציה? במידה והתא עובר דה-פולריזציה איטית, עד לשלב שבו מגיעים למתח הסף ליצירה פוטנציאל פעולה, חלק מהתעלות נתרן שגייסנו נכנסו לאינאקטיבציה והן כבר אינן זמינות. במקביל תעלות אשלגן תלויות מתח נפתחות עקב הדה-פולריזציה והן אינן עוברות אינאקטיביציה. כאשר שני התהליכים הללו מתרחשים במקביל, מתח הסף עולה וקשה לתא ליצור פוטנציאל פעולה. תופעה זו נקראת אקומודציה (accommodation).
שלילת מסיחים:
א. בעקבות הדה-פולריזציה הממושכת תעלות הנתרן עוברות אינ-אקטיבציה ותעלות האשלגן תלויות המתח נפתחות, כך שמתח הסף לפריצת פוטנציאל פעולה דווקא עולה (הופך ליותר חיובי). כלומר, דרוש גירוי גדול יותר על מנת לגרום לפוטנציאל פעולה.
ג. עליית ריכוז האשלגן החוץ תאי מקשה על האשלגן לצאת החוצה מהתא, כך שיותר ממנו יישאר בתוך התא. כתוצאה מכך תהייה דווקא דה-פולריזציה ממושכת ולא היפר-פולריזציה.
ד. תעלות אשלגן תלויות אינן עוברות אינאקטיבציה. תכונת האינאקטיבציה שמורה לתעלות נתרן תלויות מתח בלבד.
להרחבה – Bern& Levy, מהדורה 8 עמוד 24 (“In The Clinic”); עמודים 72-73 (אקומודציה).
פיזיולוגיה 1 שאלה 22
איזה תהליך יפגע כתוצאה ישירה מהמוטציה הנקודתית בעמדה 508 של החלבון במחלת ה-Cystic Fibrosis?
במה השאלה עוסקת: מחלת ה-Cystic Fibrosis
תשובה ג’. במחלת הציסטיק פיברוזיס קיימת מוטצית מחיקה של חומצת האמינו פניל-אלנין בעמדה 508, בגן המקודד ל-CFTR (Cystic fibrosis transmembrane conductance regulator). החלבון הואABC טרנספורטר המתפקד כתעלת כלור ואחראי על בקרה על טרנספורטרים נוספים. בשל קיפול שגוי נמנעת ההגעה שלו לממברנה. כל הולכת היונים בתא נפגעת- לא מייצרים מוקוזה בריאות, בעיית ספיגה ממערכת העיכול, עקרות, זיהומי ריאות חוזרים, זיעה מלוחה (הכלור לא נספג).
להרחבה – Bern & Levy, מהדורה 8 עמוד 8 (ציסטיק פיברוזיס).
פיזיולוגיה 1 שאלה 35
מי מהבאים אינו מהווה מנגנון דרכו הקפילרות יכולות להעביר מים?
במה עוסקת השאלה: מעבר נוזלים בין מדורי נוזל בגוף
תשובה ג’. מעבר מים ומומסים בין הנימים (קפילרות) משתנה בהתאם לסוג האיבר. למשל בכבד ישנם נימים בעלי רווחים גדולים המכונים discontinuous capillary, דרכם מים ואלמנטים תאיים יכולים לעבור. בכליה למשל יש נימים בעלי חרירים המכונים fenestrations בקוטר של 80-100 nm ובמוח ישנו מחסום המאפשר מעבר של מים, יונים ומולקולות הקטנות מ-4 nm. בנוסף תאי האנדותל המרכיבים את הנימים מכניסים מים באמצעות פינוציטוזה.
להרחבה – Berne & Levy Physiology, מהדורה 8, עמודים 19-20
פיזיולוגיה 2 שאלה 6
במהלך ניסוי העלו את הריכוז החוץ תאי של אשלגן בסביבת נוירון. מה הכי סביר שיקרה?
במה השאלה עוסקת: קביעת מתח המנוחה
תשובה ב. כאשר מעלים את הריכוז של יוני האשלגן מחוץ לתא, מתח הממברנה יקבע בהתאם להפרשי הריכוזים ולחדירות הממברנה לאשלגן. ניתן לחשב את מתח הממברנה בהתאם לחדירויות היונים השונים ולהפרשי הריכוזים שלהם באמצעות משוואת גולדמן: Vm= RTFlnPkK+o+PNaNa+o+PClCl-oPk{K+]i+PNaNa+i+PClCl-i , כאשר Px מייצגת חדירות ליון x, R הוא קבוע הגזים, F קבוע פארדיי ו-T טמפרטורה בקלווין. היונים העיקריים שקובעים את מתח הממברנה במנוחה הם אשלגן ונתרן וזאת כיון שהחדירות של כלור נמוכה מאוד במתח מנוחה. בגלל שבשאלה ריכוז הנתרן אינו משתנה, ניתן לבודד את אשלגן ולברר כיצד ישפיע שינוי ריכוזו על מתח הממברנה. חשוב לציין שבגלל שהחדירות לאשלגן היא הגבוהה ביותר מבין היונים, לשינוי בריכוזו תהיה ההשפעה הגדולה ביותר על מתח הממברנה. בידוד אשלגן ממשוואת גולדמן נעשה באופן הבא: Vm= RTFlnPkK+oPk{K+]i . כאשר מעלים את ערך האשלגן החוץ תאי, מתח הממברנה יהיה חיובי יותר. ניקח רק את הרכיב הלוגריתמי וננסה להבין מה מתרחש כאשר משנים את ריכוז האשלגן. ככל שמנת החילוק בין הריכוז החוץ תאי של אשלגן לריכוזו התוך תאי תהיה גדולה יותר, כך הערך של הרכיב הלוגריתמי (lnPkK+oPk{K+]i ) יהיה גדול יותר. כמו כן במידה ומנת הריכוזים תהיה בין 0 ל-1, הערך של הרכיב הלוגריתמי יהיה שלילי. ריכוז סטנדרטי הוא כ-5mM בחוץ התא ו-140mM בתוך התא, יתן לנו תוצאה של -3.33 עבור הרכיב הלוגריתמי. כאשר מעלים את הריכוז לצורך הדוגמה ל- 40mMהתוצאה היא -1.25. כיון שהרכיב הראשון של המשוואה (RTF) אינו משתנה, ניתן לראות שככל שריכוז האשלגן בחוץ התא גבוה יותר, כך גם פוטנציאל הממברנה חיובי יותר.
ניתן גם לפתור את השאלה לפי ‘ההגיון’ ולא רק על סמך הנוסחא- אם ריכוז האשלגן החוץ תאי עולה, לאשלגן יהיה פחות כוח מניע לצאת החוצה מהתא. יותר יונים של אשלגן יישארו בתוך התא ויגרמו לעליית מתח הממברנה.
שלילת מסיחים:
א. במנוחה, מוליכות יוני הנתרן נמוכה מאוד, אולם בממברנה ישנן תעלות נתרן תלויות מתח. במידה ומתח הממברנה במנוחה יעלה, הדבר יכול להשפיע על אופן התנהגותן של התעלות תלויות מתח. למשל, ייתכן והוא יעלה מספיק בשביל שרק גירוי חלש יעורר את הממברנה ליצירת פוטנציאל פעולה (פ”פ).
ג. מתח הממברנה השתנה וכן פוטנציאל שיווי המשקל של אשלגן השתנה, ולכן בהכרח יש שינוי בזרם של האשלגן. ניתן לראות זאת גם במשוואת הזרם: Iion=gion(Vm-Eion) כאשר gion היא מוליכות ליון, Vm מתח הממברנה ו-Eion פוטנציאל נרנסט של יון מסוים.
ד. כפי שראינו בתשובה לסעיף ב’, מתח המנוחה של הממברנה מושפע מהפרשי הריכוזים של אשלגן וכלור ולכן הוספה של אשלגן חוץ תאי, תשנה את מתח הממברנה.
להרחבה –Kandel ,מהדורה 5, עמוד 135 (משוואת גולדמן);Bern & Levy, מהדורה 8 עמודים 63-81 (פ”פ).
פיזיולוגיה 1 שאלה 13
נתון תא אפיתל מסוים שעל גביו משאבות נתרן-אשלגן ותעלות אשלגן בצד הבאזולטרלי, ותעלות נתרן בצד האפיקלי. נתרן נכנס לתוך התא בהתאם למפל האלקטרוכימי שלו. אין תעלות נוספות על גבי הממברנה מעבר לאלו המצויינות. בתא זה כלור עובר מהצד האפיקלי לצד הבאזולטרלי במנגנון פארא-צלולארי (paracellular). מה עשוי להיות נכון אודות מערכת זו?
במה השאלה עוסקת: העברה טרנסצלולארית ופאראצלולארית
תשובה א. בתאי אפיתל יש טרנספורטרים שונים בכל צד וטרנספורטרים אלו קובעים את הפרשי המתח בין הממברנה האפיקלית והבאזולטרלית. הסיבה לכך היא שהם מכניסים או חוסמים את כניסתם של יונים מסוימים שהם היוצרים של מטען חשמלי בממברנה. בשאלה מוצג מצב סטנדרטי בתא אפיתל בו בצד האפיקלי יש תעלות נתרן ובצד הבאזולטרלי יש משאבות נתרן-אשלגן ותעלות אשלגן. תעלות נתרן בצד האפיקלי מלמדות על כך שקיים גרדיאנט של נתרן לתוך התא. הגרדיאנט הוא לתוך התא כיון שריכוז הנתרן בתא נשמר נמוך מאוד. תאי אפיתל שמבטאים תעלות נתרן בצד האפיקלי קיימים למשל בכליה ובמעי ומטרתם לספוג מחדש נתרן בכדי שלא יופרש. לאחד כניסתו של נתרן לתא, משאבת נתרן אשלגן מוציאה אותו לצד הבאזולטרלי בעזרת אנרגיה מ-ATP. סוג כזה של מעבר, שחוצה את הממברנה האפיקלית ואת הממברנה הבאזולטרלית, מכונה מעבר טרנסצלולארי (trnascellular).
כאשר נתרן עובר לצד הבאזולטרלי נוצר הפרש מתחים בין הממברנות והסיבה לכך היא שמטען חיובי עזב את הממברנה האפיקלית ועבר לממברנה הבאזולטרלית. כלומר, הממברנה האפיקלית היא כעת שלילית יותר ביחס לממברנה הבאזולטרלית. חשוב לציין שהפרש מתחים נמדד בדרך כלל בין שני צדי הממברנה, אולם במקרה זה בו מודדים שתי ממברנות, משווים בין חוץ התא של כל ממברנה. הפרש המתחים גורם לכלור לעבור גם הוא את שתי הממברנות וזאת כדי לאזן את הפרש המטענים שנוצר. האופן שבו כלור עובר הוא פאראצלולארי (paracellular). במעבר מסוג זה חומרים אינם עוברים דרך ממברנות התא, אלא דרך חלבונים שנמצאים במרווחים שבתאי האפיתל ומכונים tight junctions. מעבר פאראצלולארי הוא תמיד מעבר פסיבי, כלומר עם המפל האלקטרוכימי של החומר.
שלילת מסיחים:
ב. בשאלה, כלור עובר בעקבות נתרן והסיבה לכך היא שנתרן גורם להפרש מטענים משני צדי הממברנה. הפרש המטענים יוצר עבור כלור כוח מניע חשמלי שמושך אותו לעבור באופן פאראצלולארי.
ג. הממברנה האפיקלית שלילית יותר מהממברנה הבאזולטרלית וזאת עקב מעבר נתרן לצדו השני של תא האפיתל. כאשר מטען חיובי עוזב את הממברנה האפיקלית הוא למעשה הופך אותה לשלילית יותר וכמו כן כאשר הוא עובר לממברנה הבאזולטרלית הוא הופך אותה לחיובית יותר.
ד. רקמת אפיתל מפרישה היא רקמה שמוציאה חומר מהתא דרך הממברנה האפיקלית. לדוגמה, במקרה של מערכת הכלייה, הNaCl- שיצא מהתא יופרש בשתן. תהליך זה הוא אינו מה שמוצג בשאלה כיון שבשאלה מוצג תרחיש בו יש כניסה של נתרן לתוך התא (מהצד האפיקלי). תהליך זה מכונה ספיגה כיון שהוא מונע הפרשה של נתרן ומחזיר אותו לתוך הגוף. דוגמה למכניזם בו מתרחשת הפרשה היא העברה של כלור מהצד הבאזולטרלי אל עבר הצד האפיקלי באופן טרנסצלולארי. לאחר המעבר נתרן עוקב אחרי כלור, אך הפעם הוא זה שעובר באופן פאראצלולארי ו-NaCl מופרש מהגוף.
פיזיולוגיה 4 שאלה 5
מדוע כדוריות דם אדומות מתנפחות כאשר מקררים אותן ל-4 מעלות צלזיוס?
במה השאלה עוסקת: שמירה על נפח תאים בתנאים איזוטונים
תשובה ד’. השאלה הזאת מציגה לנו את החשיבות של משאבת נתרן אשלגן בשמירת נפח התא בסביבה איזוטונית. במידה ואנחנו מצננים את התמיסה, הקצב המטבולי של התא יורד כיון שאנזימים פועלים לאט יותר בקור ולכן מיוצר פחות ATP בתא. כלומר, יש פחות ייצור אנרגיה בתא ויש פחות ATP זמין למשאבת נתרן/אשלגן. כאשר המשאבה פועלת לאט יותר, ריכוזי המומסים משתנים והדבר משפיע גם על תנועת המים. כתוצאה מכך התאים מתנפחים בגלל אפקט דונן שהחלבונים התוך תאיים גורמים לו. למדנו שעל מנת שהתאים לא יתפוצצו, הם פיתחו שיטה להגן על עצמם והיא לא להיות חדירים לנתרן ובכך לשמור על ריכוז מומסים גבוה מחוץ לתא (אפקט גיבס דונן כפול). נתרן חדיר קצת לתא ולכן במצב תקין, המעט נתרן שכן מצליח להיכנס יוצא החוצה על ידי המשאבה. כיון שהמשאבה פעילה פחות, מים יכנו לתא בעקבות תנועת נתרן והתאים מתנפחים.
להרחבה – Bern & Levy, מהדורה 8, עמ’ 25, Isotonic Cell Volume Regulation.
פיזיולוגיה 1 שאלה 25
נתונות ארבעת תמיסות שונות של 10% אחוז משקלי: תמיסת אוראה (g\mol Mw=60), תמיסת NaCl (g\mol Mw=58), תמיסת סוכרוז (Mw = 342 g\mol) ותמיסת גלוקוז (g\mol Mw = 180). מי מבין התמיסות היא בעלת האוסמולריות הגדולה ביותר?
במה השאלה עוסקת: אוסמולריות
תשובה ב. אוסמולריות מוגדרת כמספר החלקיקים לליטר ממס, והיא מחושבת על ידי מכפלה של ריכוז החומר במספר החלקיקים שהמולקולה מתפרקת אליהם בתמיסה. בשאלה לא נתון הריכוז, אלא האחוז המשקלי. אנחנו צריכים להסיק מהאחוז המשקלי מידע בנוגע לריכוז. כאשר אנו נשאלים על תמיסות בעלי אותו אחוז משקלי, יש שני כללי אצבע שחשוב לזכור:
1. כאשר משווים בין מולקולות המתפרקות לאותה כמות חלקיקים – תמיסה המכילה חלקיקים בעלי משקל מולקולרי נמוך יותר, בהכרח תהייה בעלת אוסמולריות גבוהה יותר. הסיבה לכך היא שכדי שחלקיקים בעלי מסה קטנה יותר יגיעו לאותו אחוז משקלי כמו תמיסה המכילה חלקיקים בעלי מסה גדולה יותר, דרושים יותר חלקיקים.
2. כאשר משווים בין תמיסות בעלות משקל מולקולרי דומה – תמיסה המכילה מולקולות המתפרקות ליותר חלקיקים, בהכרח תהייה בעלת אוסמולריות גבוהה יותר.
תמיסת הגלוקוז והסוכרוז אינן מתפרקות לחלקיקים נוספים בתמיסה והמשקלים המולקולריים של הגלוקוז והסוכרוז הם הגדולים ביותר בהשוואה ליתר התמיסות. לכן, אפילו ללא חישוב אנו יכולים להסיק כי אלו הן שתי התמיסות בעלות האוסמולריות הנמוכה ביותר. אוראה היא בעלת משקל מולקולרי גדול יותר מ-NaCl ובנוסף אינה מתפרקת בתמיסה ולכן האוסמולריות שלה נמוכה יותר מתמיסת NaCl בעלת אותו אחוז משקלי. כלומר, NaCl הינה התמיסה בעלת המשקל המולקולרי הנמוך ביותר וכן מתפרקת להכי הרבה חלקיקים, ולכן היא התמיסה בעלת האוסמולריות הגבוהה ביותר ביחס לשאר התמיסות.
להרחבה – Bern & Levy, מהדורה 8 עמודים 12-16 (אוסמוזה).
פיזיולוגיה 3 שאלה 10
מה יהיה סדר הרקמות אותו נעבור כאשר ניכנס מחוץ לשריר פנימה (מימין לשמאל(?
במה השאלה עוסקת: מבנה וארגון שריר שלד
תשובה ד. כדי לענות על השאלה נפרט את הסידור של מרכיבי השריר מבחוץ כלפי פנים. השכבה החיצונית ביותר של השריר מכונה אפימיזיום (epimysium) והיא מכסה את השריר כולו. פנימית לה ישנם צרורות (fascicles) שכל אחד מהם עטוף בשכבה המכונה פרימיזיום (perimysium), כאשר בשכבה זו מצויים כלי הדם המספקים דם לשריר. פנימית לשכבה זו מצויים סיבי השריר (מכונים גם תאי שריר) אשר כל אחד מהם עטוף בשכבה נוספת המכונה אנדומיזיום (endomysium). תא השריר הוא יחסית צר (קוטרו כ- 10-80µm) אבל הוא יכול להיות מאוד ארוך. כל תא שריר מכיל מקבץ של פילמנטים שמכונים מיופיבריל (myofibril) אשר רצים לאורך תא השריר ומכילים יחידות רבות של סרקומרים. לצורך החזרה נעבור על כך שוב, השריר כולו עטוף באפימיזיום. השריר מכיל צרורות שעטופות בפרימיזיום (שכבה שמכילה גם את כלי הדם). הצרורות מכילות את תאי השריר שעטופים באנדומיזיום. חשוב לציין שפנימית וקרוב לאנדומיזיום ישנה מעטפת נוספת המכונה סרקולמה (sarcolemma) והיא ממברנת הפלסמה של תאי השריר.
שלילת מסיחים:
א. אנדומיזיום היא השכבה המקיפה את תא השריר ולכן לא ייתכן שהיא תהיה השכבה החיצונית ביותר כפי שמתואר במסיח.
ב. בכדי שמסיח זה יחשב לנכון המעטפת אפימיזיום צריכה להיות החיצונית ביותר ואז סידור השכבות יהיה מדויק.
ג. במסיח זה סידור השכבות משובש לחלוטין. כעת בכדי לוודא הבנה, מומלץ לנסות לכתוב בעצמכם את סידור השכבות ללא הסתכלות בתשובה ואז להשוות זאת לסעיף ד’ שהוא הסעיף הנכון.
להרחבה – Bern & Levy, מהדורה 8 עמודים 238-241 (ארגון שריר שלד).
פיזיולוגיה 3 שאלה 20
חוקר ניסה לגרום לכיווץ שריר שלד במעבדה. הוא הכניס לתמיסה חסרת סידן נוריון פרה-סינפטי ואת סיב השריר אותו הוא מעצבב. איזו מהאפשרויות הבאות תיתכן?
במה השאלה עוסקת: צימוד אלקטרוכימי
תשובה ב. נזכר בתהליכים שגורמים לכיווץ שריר השלד החל מגירוי הנוירון הפרה סינפטי: התקדמות פ”פ לאורך הנוריון הפרה-סינפטי והגעה לבוטון-> פתיחת תעלות סידן תלויות מתח וכניסה של סידן חוץ תאי לקצה האקסון-> איחוי הוסיקולות ושחרור אצטיל כולין למרווח הסינפטי-> קישור אצטיל כולין לרצפטור ע”ג ממברת תא השריר -> דה פולריזציה (EPP) של ממברנת השריר ופריצת פוטנציאל פעולה המתקדם לאורך ממברנת השריר -> הגעת פ”פ לאזור הטרמינל ציסטרנה ובעזרת תעלות ה-DHPR וה-RYR שחרור סידן מהמאגרים התוך תאיים של תא השריר אל הציטופלזמה -> קישור הסידן לטרופונין וכיווץ הסרקומרים. כלומר, מחסור בסידן חוץ תאי יגרום לכך שלא יהיה איחוי של הוסיקולות עם הממברנה של הנוירון הפרה-סינפטי ולא יהיה שחרור של אצטיל כולין למרווח הסינפטי. אם כך- גירוי הנוירון לא יתקדם הלאה ולא יגרום לכיווץ השריר. לעומת זאת, גירוי ישיר של ממברנת תא השריר יוביל לפריצת פ”פ שיוביל לכיווץ השריר. נזכיר כי לטובת כיווץ הסרקומר יש צורך בסידן תוך תאי ולא סידן חוץ תאי.
שלילת מסיחים:
א. גירוי הנוירון הפרה סינפטי יגרום לפוטנציאל פעולה שיתקדם לאורך ממברנת העצב ויגיע לבוטון. בעקבות הגעת פוטנציטל הפעולה לבוטון יפתחו תעלות סידן תלויות מתח, אך מכיוון שאין סידן חוץ תאי- לא יהיה איחוי של הווסיקולות ולא יהיה שחרור של הנוירוטרנסמיטור אל המרווח הסינפטי.
ג. מצב זה יתרחש במידה ותהייה בעיה, למשל, בייצור חדש של ווסיקולות או נוירוטרנסמיטור. במקרה זה, עם הגירוי הראשוני ישתחררו הווסיקולות שעברו priming ו-docking לממברנה של הנוריון הפרה-סינפטי ולאחר מכן לא יהיה ייצור של ווסיקולות חדשות\מיחזור שלהן וייפסק כיווץ השריר.
ד. נזכיר כי לטובת כיווץ הסרקומר יש צורך בסידן תוך תאי ולא סידן חוץ תאי, לכן גירוי ישיר של השריר כן יוביל לשחרור של סידן מהמאגרים התוך תאיים ולכיווצו.
להרחבה – Bern& Levy, מהדורה 8 עמודים 84-91 (סינפסה כימית)
פיזיולוגיה 2 שאלה 3
מה מבין הבאים אינו נכון בנוגע לשיא המתח של פוטנציאל פעולה?
במה השאלה עוסקת: שיא מתח פוטנציאל הפעולה
תשובה ד. ניתן לפתור שאלה זו באמצעות שלילת מסיחים גם אם לא מכירים את העצבים מסוג II (Aᵦ). עצבים מסוג זה מעורבים בין היתר במעבר מידע המושג באמצעות מגע דרך mechanoreceptors. יחד עם זאת במידה ומכירים את הגורמים שמייצרים את צורתו של פוטנציאל הפעולה, ניתן לענות על השאלה גם ללא היכרות עם סוגי תאים ספציפיים.
פוטנציאל פעולה (פ”פ) מתחיל בעליה במוליכות לנתרן שנובעת מגירוי ראשוני אשר יוצר מעגל משוב חיובי. תחילה, בעקבות הגירוי, מתח התא עולה ובתגובה נפתחות תעלות נתרן תלויות מתח. בהמשך, תעלות אלו גורמות לעלייה נוספת במתח ועליה זו פותחת תעלות נתרן תלויות מתח נוספות וכן הלאה. במהלך המשוב החיובי נפתחות גם תעלות אשלגן תלויות מתח, שלהן קינטיקה איטית יותר מלתעלות נתרן ולכן הן נפתחות מאוחר יותר. למעשה, בשיא פוטנציאל הפעולה הזרמים של אשלגן ונתרן שווים בגודלם והפוכים בכיוונם ולכן בנקודה זו אין שינוי במתח. שיא פוטנציאל הפעולה מתרחש בסביבות ה-+40mv כלומר נמוך מפוטנציאל שיווי המשקל של נתרן שהוא כ-+55mv, אך לא מתקבלת עליה נוספת במתתח הממברנה. למעשה, ישנן שלוש סיבות לעצירת הדה-פולאריזציה של הממברנה לפני הגעתה לפוטנציאל שיווי המשקל של נתרן. הראשונה היא אינאקטיבציה מהירה של תעלות נתרן שמפחיתה את זרם הנתרן הנכנס לתא (שלילת מסיח ב’). לתעלות נתרן תלויות מתח יש שלושה מצבים: פתוח, סגור ואינאקטיבציה, כאשר לאחר שהן נפתחו הן יעברו למצב אינאקטיבציה, ורק בהמשך כשמתח הממברנה ירד הן יסגרו. השנייה, שהוזכרה קודם, היא פתיחתן של תעלות אשלגן תלויות מתח שמוציאות אשלגן מהתא וגורמות לירידה במתח הממברנה (שלילת מסיח ג’). הסיבה השלישית היא קיומן של תעלות דלף לאשלגן אשר פתוחות גם במנוחה ומוציאות אשלגן מהתא, מה שמוריד את מתח הממברנה ומקרב אותה לפוטנציאל שיווי המשקל של אשלגן שהוא בקירוב -90mv (שלילת מסיח א’). שלוש סיבות אלו מונעות מפ”פ להגיע למתח שיווי המשקל של נתרן.
להרחבה – Bern & Levy, מהדורה 8 עמודים 63-81 (פוטנציאל פעולה).
פיזיולוגיה 3 שאלה 22
איזו תכונה מהתכונות הבאות מאפיינת סינפסה במערכת העצבים המרכזית?
במה השאלה עוסקת: סינפסה כימית
תשובה ג. כדי שנוירון ירה פוטנציאל פעולה, הגירוי שהוא מקבל צריך לעבור את מתח הסף בתחילת האקסון, שם מצויות תעלות נתרן תלויות מתח בריכוז גבוה, אך ידוע לנו כי כל EPSP שנוירון מקבל הוא קטן וממוקם הרחק בעץ הדנדריטי. כדי לעבור את מתח הסף למרות זאת, מספר רב של גירויים צריכים להיות מסונכרנים היטב כך שיעברו סכימה (summation).
שלילת מסיחים:
א. פוטנציאל פעולה פורץ באופן של “הכל או כלום”. כל עוד הגירוי לא מביא את מתח הממברנה מעל מתח הסף, לא יתפרץ פוטנציאל פעולה. ברגע שהגירוי הביא את המתח הממברנה מעל מתח הסף, אין זה משנה אם בהרבה או במעט, יתקבל אותו פוטנציאל פעולה- בעל אותה צורה ואותה אמפליטודה.
ב. התגובה הפוסט סינפטית לגירוי שהגיע מנוריון פרה-סינפטי במערכת העצבים המרכזית יכולה להיות אחת משני סוגים: EPSP- כלומר, העלאת הסיכוי שיפרוץ פוטנציאל פעולה בתלולית האקסון (ואז הסינפסה תחשב אקסיטטורית) ו-IPSP – הורדת הסיכוי שיפרוץ פוטנציאל פעולה בתלולית האקסון (ואז הסינפסה תחשב אינהיבטורית). חשוב לציין שבשונה ממערת העצבים המרכזית, סינפסה במערכת העצבים הפריפרית (סינפסת עצב- שריר) תמיד תהייה אקסיטטורית.
ד. נוירוטרסמיטר אחד יכול להקשר גם לרצפטורים מטבוטרופים וגם לרצפטורים יוניוטרופים על גבי הממברנה הפוסט סינפטית ולגרום לתגובה.
להרחבה – Bern & Levy, מהדורה 8 עמודים 84-91 (סינפסה כימית).
פיזיולוגיה 4 שאלה 4
תא דם אדום הוכנס לתמיסת אוריאה איזואוסמוטית. אוריאה חוצה ממברנה בקלות. מה מהבאים יתרחש?
במה השאלה עוסקת: אוסמוזה
תשובה ג. תא דם אדום הוכנס לתמיסה איזואוסמוטית של אוראה. כיון שקיימים טרנספורטרים לאוראה בדופן התא, אוראה תיכנס בעקבות מפל הריכוזים שלה. לאחר כניסת אוראה מים יכנסו כדי להשוות את האוסמולריות התאית לזו שמחוץ לתא. למעשה, כניסת האוראה העלתה את אוסמולריות התא וכניסת המים נועדה להשוות בין חוץ ותוך התא. אולם, לאחר כניסת המים ריכוז האוראה בתוך התא יורד כיון שלמעשה האוראה “נמהלה” בכך שמים נכנסו לתוך התא. לפיכך, אוראה נוספת נכנסת לתא במטרה להשוות את ריכוז האוראה משני הצדדים והמעגל הזה ממשיך בכניסה נוספת של מים ואוראה עד שהתא מתפוצץ.
שאלה נוספת שנרצה לענות עליה היא מדוע מים עוברים אחרי אוראה אם היא אינה מומס אפקטיבי. מומס אפקטיבי הוא מומס שאינו חודר את הממברנה ולכן יוצר לחץ אוסמוטי וכן המושג טוניות מתייחס רק לריכוז המומסים האפקטיביים בתמיסה. התשובה לכך היא שאוראה אמנם אינה מומס אפקטיבי אבל הפרשי הריכוזים שלה הופכים את התנועה שלה לחד כיוונית, כלומר לתוך התא ולא החוצה ממנו. למעשה, אפשר לחשב על זה כאילו מפל הריכוזים של אוראה הופך אותה להיות מומס בלתי חדיר. לסיכום, למרות שאוריאה היא (בהגדרה) מומס לא אפקטיבי, היא יכולה להוביל לאוסמוזה במצבים כמו אלו המתוארים מעלה.
שלילת מסיחים:
א. נפח התא יגדל וזה בגלל מפל הריכוזים של אוראה וכן בגלל קיומם של טרנספורטרים לאוראה בדופן התא. במידה ולא היו טרנספורטרים לאוראה, נפח התא לא היה משתנה כיון שפנים וחוץ התא הינם איזואוסמוטיים. חשוב לציין שבשונה מהכתוב במסיח, בשאלה זו מדובר באיזואוסמוטיות (ולא באיזוטוניות) וזה כיון שאוראה יכולה להיכנס לתוך התא, בעוד שבטוניות המומס אינו יכול לחדור את הממברנה ומתייחסים רק לתנועת מים.
ב. מסיח זה שגוי משני היבטים. תחילה התא כן חדיר לאוראה וזהו נתון שמצוי בשאלה. שנית, במידה והתא לא היה חדיר לאוראה, הוא לא היה מתכווץ כי פנים וחוץ התא הם איזואוסמוטים, ולכן לא תהיה תנועה של מים.
ד. ההגעה לשיווי משקל לא תתרחש כיון שאוראה תמשיך להיכנס ובכך לגרום להגדלת אוסמולריות התא שתוביל לכניסת מים ולהקטנת ריכוז אוראה בתא וחוזר חלילה. תא דם יכול לגדול בערך עד פי 1.5 מגודלו ולכן בנקודה מסוימת בתהליך זה הוא יתפוצץ.
להרחבה – Bern & Levy, מהדורה 8 עמודים 12-13 (אוסמוזה).
פיזיולוגיה 3 שאלה 9
תסמונת למברט-איתון הינה מחלה אוטואימונית בה נפגעות תעלות סידן פרה-סינפטיות בסינפסות שריר-עצב. מה מהבאים סביר שיתרחש בתסמונת זו?
במה השאלה עוסקת: NMJ (neuromuscular junction)
תשובה ג. מחלות אוטואימוניות מתאפיינות בכך שהגוף מייצר נוגדנים כנגד עצמו. בשאלה זו הפגיעה מתרחשת בתעלות סידן הנמצאות בסינפסה וכתוצאה מכך יהיו פחות תעלות סידן פעילות באותה הסינפסה. עצם קיום המחלה אינו שולל את העובדה שישנן תעלות תקינות אך כנראה והן נמצאות בכמות פחותה ונקודה זו חשובה להמשך השאלה. בהינתן גירוי לעצב, המתח החשמלי יגיע לקצה האקסון ויגרום לדה-פולריזציה של הממברנה באזור זה. השלב הבא בקסקדת האירועים הוא פתיחה של תעלות סידן רגישות למתח המכניסות סידן לתא וגורמות להתאחות של וסיקולות עמוסות בנוירוטרנסמיטרים עם ממברנת התא ושחרור תוכנן לחלל הסינפטי. במחלה זו, כיון שתעלות הסידן פגומות, שלב זה בתהליך עלול להיפגע. במידה וחלק מתעלות הסידן אכן נפגעו הדבר יכול להוביל ל-EPP (end plate potential) נמוך מהרגיל. EPP נורמלי יתקבל במידה ודווקא בסינפסה זו לא הגיעו הנוגדנים והיא נותרה בשלמותה. אובדן EPP לחלוטין יתקבל במידה וכלל תעלות הסידן תלויות המתח נפגעו. בסעיף זה מתואר התרחיש בו ה-EPP נפגע באופן חלקי וזאת עקב פגיעה חלקית בתעלות סידן תלויות מתח.
שלילת מסיחים:
א. אצטילכולין מיוצר ע”י האנזים Choline acetyltransferase מהסובסטרטים כולין ואצטיל קו-A, בטרמינל הפרה סינפטי של האקסון. אולם, ייצור מולקולה זו לא יפגע בעקבות הפחתה במספר תעלות הסידן שנמצאת בסינפסה. האלמנט שכן יפגע הוא כמות הוסיקולות המכילות אצטילכולין אשר יעברו איחוי עם הממברנה וישתחררו למרווח הסינפטי.
ב. ייתכנו מספר אפשרויות לתגובה של התא הפוסט סינפטי במחלה זו כפי מתואר בתשובה לסעיף ג’. יחד עם זאת התרחיש לפיו המחלה תגביר את ה-EPP אינו אפשרי כיון שהשינוי היחידי שהמחלה יכולה לעורר הוא הפחתה של ה-EPP ולא הגברתו.
ד. התרחשות פוטנציאל פעולה (פ”פ) בתא השריר מעידה על כך שאצטיל-כולין השתחרר למרווח הסינפטי באופן תקין. במילים אחרות, נתון שהתרחש פ”פ בתא הפוסט סינפטי וזאת בשונה מסעיף ג’ בו ה-EPP היה נמוך מכרגיל. כמו כן כיון שהמחלה בשאלה פוגעת בתעלות סידן בתא הפרה סינפטי, במידה ופ”פ הצליח להתרחש בשריר (התא הפוסט סינפטי) היינו מצפים שהתגובה תהיה נורמלית וזאת כיון שפ”פ מאופיין בתכונה של הכל או כלום. עצם העובדה שהתגובה אינה נורמלית במסיח זה, מעידה על כך שיש בעיה אחרת בהמשך הקסקדה ולא בתא הפרה סינפטי. במילים אחרות, במידה וכבר התרחש פ”פ, היינו מצפים לכיווץ שריר רגיל והעובדה שזה לא מתרחש מעידה על בעיה אחרת שאינה עולה בקנה אחד עם מנגנון המחלה שמתואר בשאלה.
להרחבה – Bern & Levy, מהדורה 8 עמודים 84-92 (סינפסה כימית).
פיזיולוגיה 3 שאלה 37
כיצד ניתן להסביר את החלק העולה בעקומת אורך-מתח המודדת את עוצמת הכיווץ האקטיבית בשריר שלד?
במה עוסקת השאלה: ניסוי איזומטרי
תשובה ב. נסתכל על מערך ניסוי איזומטרי – כאשר מותחים שריר מבלי לגרות אותו (חלק B באיור למטה, עקומה שחורה Passive), החלקים האלסטיים בשריר (למשל טיטין) מתנגדים למתיחה באופן פאסיבי. כאשר השריר רפוי לחלוטין הכוח הפסיבי שהוא מפעיל שווה לאפס, ככל שנמתח את השריר יותר, החלקים האלסטיים יתנגדו יותר והכוח הפסיבי הנמדד יתגבר. כלומר בניסוי זה אנו מותחים את השריר למספר אורכים שונים ובודקים כמה כוח השריר מפעיל בחזרה. ניתן לראות בגרף כי היחס בין אורך השריר והכוח הפסיבי הנוצר אינו לינארי. כאשר נחזור על הניסוי אך נוסיף גירוי חשמלי לשריר המתוח באורכים שונים (חלק B באיור למטה, עקומה שחורה Total), נראה כי בנוסף לכיווץ הפסיבי (התנגדות למתיחה) יש התכווצות אקטיבית (משיכת אקטין על ידי מיוזין). כאשר אנו מודדים את הכוח האקטיבי שהשריר יוצר, אין לנו דרך להפרידו מהכוח הפסיבי הנוצר במקביל. לכן בניסוי מסוג זה צריך לבצע שתי מדידות, האחת של הכוח הפסיבי בלבד והשנייה של שני הכוחות יחד. עבור אורך מסוים, נוכל לחסר את הכוח הפסיבי מהכוח המשולב ולקבל את הכוח האקטיבי חלק B באיור למטה, עקומה אדומה (Active) עליו נשאלנו בשאלה.
ניכר כי ישנו אורך אידיאלי (L0) בו עוצמת כיווץ השריר היא מקסימאלית. שריר קצר או ארוך יותר יתכווץ בעוצמה נמוכה יותר. האורך האידיאלי הוא האורך בו החפיפה בין האקטין למיוזין חלקית כך שנשאר להם מרחב לנוע אחד על גבי השני (האורך האידיאלי של סרקומר הוא 2µm). סרקומר קצר מידיי הוא כזה בו סיבי אקטין חוצים את ה-M-line, מתנגשים זה בזה “ומתבזבזים” כיוון שלמיוזין אין גישה אליהם. סרקומר ארוך מידיי הוא כזה בו חלק מסיבי האקטין כה רחוקים שלראשי המיוזין אין גישה אליהם.
להרחבה Bern & Levy מהדורה 8 – עמודים 260-262
פיזיולוגיה 4 שאלה 9
מטופל קיבל תמיסה בעירוי. כתוצאה מכך נפח כל מדורי המים בגוף עלה. איזו תמיסה קיבל המטופל?
במה השאלה עוסקת: תמיסות בשימוש קליני
תשובה ב. בשאלה זו מטופל קיבל תמיסה בעירוי דרך הוריד. נתון שנפח כל מדורי המים בגוף עלה (הפלזמה, הנוזל הבין תאי והנוזל התוך תאי). החומר שיכול ליצור אפקט כזה צריך להיות חומר היפוטוני, אשר גורם למעבר של מים באוסמוזה ממדור הפלזמה (אליו הוא הוכנס) למדורים הנוספים בגוף. תמיסת Dextrose 5%, היא למעשה תמיסה היפוטונית על אף האחוז הגבוה. הסיבה לכך היא שדקסטרוז מתמוסס ל-CO2 ומים ולכן זה דומה להכנסה של מים מזוקקים. כיון שמדובר בתמיסה היפוטונית, התמיסה תיצור לחץ אוסמוטי יחסי גבוה במדור ה- ICF עקב כך שהתמיסה הפכה את הפלסמה להיפוטונית, ונראה מעבר של מים למדור זה. התוצאה תהייה עלייה בנפח כל מדורי הגוף וירידה באוסמולריות שלהם.
שלילת מסיחים:
א. סליין (Saline) היא תמיסה איזוטונית לנוזלי הגוף המכילה ריכוז של NaCl 0.9%. המשמעות היא שב-100ml תמיסה יש NaCl 0.9g, ויותר נוח לטעון שב-1L תמיסה יש NaCl 9g. כיון שהתמיסה איזוטונית לגוף היא רק תגדיל את הנפח של המדור החוץ תאי ולא תגרום לשינוי במדור התוך תאי. הסיבה לכך היא שגם לאחר הכנסת התמיסה חוץ התא ופנים התא עדיין איזוטוניים אחד לשני ולכן לא יהיה מעבר מים ביניהם. אולם, כיון שנתרן וכלור עוברים את קירות כלי הדם, העלייה בנפח תתרחש גם בנוזל הבין תאי ולא רק בפלסמה, או במילים אחרות בכל המדור החוץ תאי ולכן מסיח זה נפסל.
ג. כזכור, קירות כלי הדם מחוררים ומאפשרים מעבר של מולקולות קטנות, ולכן ישנו מעבר חפשי של מים ומולקולות (עד גודל מסוים), בין התווך הבין תאי והפלסמה המרכיבים יחד את ה-ECF. Dextran 5% הוא פולימר גדול עשוי מגלוקוז. החומר הוא גדול, כך שאינו עובר את כלי הדם ולא עובר בדיפוזיה לנוזל הבין תאי. בנוסף, החומר הוא היפרטוני ביחס לשאר המדורים. כלומר- הכנסתו תגרום לעלייה באוסמולריות של המדור אליו הוא הוכנס בלבד (הפלזמה) מכיוון שאינו חוצה את דפנות כלי הדם. לחץ אוסמוטי גבוה בפלזמה יוביל למעבר של מים מיתר המדורים למדובר הפלזמה. כתוצאה מכך נפח הפלזמה יעלה בעוד שנפח המדור הבין תאי והתוך תאי יפחתו (מים עזבו את המדורים הללו ונכנסו לפלסמה שנפחה עלה).
ד. תמיסת 5% NaCl היא אכן תמיסה היפרטונית לפלסמה, אך בשונה מדקסטרן היא תוביל לעלייה באוסמולריות של כל המדור החוץ תאי ולא רק של הפלסמה. הסיבה לכך היא חדירות כלי הדם לנתרן וכלור. בשאלה זו חפשנו תמיסה שתעלה רק את נפח הפלסמה ולא את נפח המדור החוץ תאי כולו ולכן מסיח זה נפסל.
להרחבה – Bern & Levy, מהדורה 8 עמוד 22 (“In The Clinic”).
פיזיולוגיה 3 שאלה 34
מה אינו מייחד את הקומפלקס (SH3-cysteine richdomain 3 protein (Stac3?
במה עוסקת השאלה: צימוד אלקטרומכני
תשובה ג’. -(SH3-cysteine richdomain 3 protein (Stac3 חלבון הכרחי ליצירת האינטראקציה בין ה DHPR-וה-RYR- חלבון זה לא נמצא בשריר הלב, שכן בשריר הלב הצימוד הפיזי של -RYR ו- DHPR איננו קיים כפי שכבר למדנו. לעומתו- -Phospholamban, Sarcolipin, myoregulin מיקרופפטידים אנדוגנים המבקרים את פעילותה של SERCA על ידי הפחתת הרגישות של המשאבה לסידן ובכך הרפיית השריר מעוכבת. Phospholamban נמצא בסיבי שריר איטיים בעוד (MLN) myoregulin נמצא בשני סוגי השרירים.
להרחבה – Berne & Levy, מהדורה 8, עמודים 242-247
פיזיולוגיה 2 שאלה 2
נוירוביולוגית חוקרת את תכונות הבידוד (insulation properties) של שני אקסונים. היא חושדת שלאקסון A קבוע זמן גדול יותר מאשר לאקסון .B בהינתן שהנוירולוגית צודקת, מה מבין הבאים בהכרח אינו נכון?
במה השאלה עוסקת: קבוע הזמן
תשובה ד. קבוע הזמן מתאר את הזמן שלוקח למתח ממברנה להגיע ל-63% מערכו המקסימאלי או הזמן שלוקח למתח ממברנה לדעוך ל-37% מערכו המקסימאלי. קבוע הזמן מסומן בטאו ומבוטא על ידי הנוסחה הבאה: τ=rm*Cm, כאשר rm היא התנגדות הממברנה ו-Cm היא קיבוליות הממברנה. ערכים אופיניים לקבוע הזמן הם בין 20-50ms. כדי להגדיל את מהירות ההולכה באקסון, נרצה להקטין את טאו. ניתן לראות זאת גם על פי המשוואה של מהירות ההולכה: θ=2λ/τ, כאשר למדא במונה הוא קבוע המרחק (ראו הסבר לסעיף ב’), טאו במכנה כאמור הוא קבוע הזמן ותטא, היא מהירות ההולכה. המהירות מחושבת באופן סטנדרטי (דרך חלקי זמן) וניתן לראות שלפי המשוואה ככל שמקטינים את טאו, מהירות ההולכה גדלה. אפשר להבין זאת גם אינטואיטיבית, במידה והזמן שלוקח למתח הממברנה לדעוך או להיטען הוא מהיר יותר, משתמע מכך כי מהירות ההולכה גדולה יותר. כעת נרצה להבין את חשיבותו של טאו בסומציה טמפורלית (temporal summation). סומציה טמפורלית היא סכימה של כל הקלטים שנוירון מקבל בטווח זמן מסוים והיא מתרחשת בדנדריטים. בעת סומציה טמפורלית, ככל שמהירות ההולכה איטית יותר, כלומר לוקח למתח יותר זמן לדעוך, כך יש יותר סיכוי לסכימה של קלטים. הסעיף מציג את הטענה הלא נכונה, ואילו הטענה הנכונה היא שבאקסון A ישנו סיכוי גדול יותר להתרחשות סומציה טמפורלית מאשר באקסון B. כאמור, הסיבה לכך היא ערך טאו גדול יותר, שמייצג דעיכה איטית יותר של מתח ובכך מאפשר סכימה יעילה יותר של קלטים. כיון שנשאלתם מהי התשובה הלא נכונה, סעיף ד’ הוא הסעיף הנכון.
שלילת מסיחים:
א. טענה זו יכולה להיות נכונה כיון שלאקסון A קבוע זמן גדול יותר מאקסון B ולפיכך לוקח לו יותר זמן להגיע למקסימום מתח. חשוב לשים לב שאנחנו לא יודעים מה הוא המקסימום מתח בכל אחד מהתאים ולכן הטענה לא בהכרח נכונה. יחד אם זאת כיון שהטענה אפשרית מסיח זה נפסל.
ב. קבוע המרחק למדא, 𝜆, מייצג את המרחק בו לוקח למתח לדעוך ל-37% מערכו המקסימאלי, כאשר ערכים אפיניים לקבוע המרחק נעים בין 0.1-1.0mm. קבוע המרחק מתואר באופן הבא: כאשר rm היא התנגדות ממברנאלית ו-ra התנגדות אקסיאלית. ניתן לראות שקבוע המרחק וקבוע הזמן חולקים נתון משותף והוא התנגדות הממברנה. אולם, לא ניתן להסיק מקבוע הזמן על קבוע המרחק, כיון שיש משתנים נוספים עבור כל אחד מהקבועים. לפיכך, טענה זו יכולה להיות נכונה אך יכולה גם להיות שגויה. קבוע הזמן הוא פונקציה של קיבוליות הממברנה והתנגדות הממברנה (τ=rm*Cm ). על אף שלאקסון A קבוע זמן גודל יותר, ייתכן והדבר נובע מהתנגדות הממברנה, rm, וייתכן שהוא נובע בעיקר מקיבוליות הממברנה, cm. כיון שאין נתונים מפורטים, השאלה למי יש קבוע זמן גדול יותר נותרת פתוחה.
ג. בהתאם לתשובה בסעיף הקודם, אמנם לאקסון A קבוע זמן גודל יותר, אך לא ניתן לדעת אם הדבר נובע מהתנגדות הממברנה או מקיבוליות הממברנה. יחד עם זאת, כיון שמסיח זה מציג טענה אפשרית, הוא נפסל.
להרחבה – Bern & Levy, מהדורה 8 עמודים 92-93 (סכימה בזמן ובמרחב); Kandel, מהדורה 5, עמודים 227-230 (סכימה בזמן ובמרחב); עמודים 142-143 (קבוע הזמן והמרחק).
פיזיולוגיה 1 שאלה 21
זרקו כדורית דם לתוך מיכל עם תמיסה, נפח הכדורית גדל ואז התייצב בשיווי משקל. אילו מן התמיסות הבאות יכולה לגרום לכך?
במה השאלה עוסקת: תמיסות בשימוש קליני
תשובה ה. על מנת שנפח הכדוריות יגדל, התמיסה אליה מוכנס תא הדם האדום צריכה להיות תמיסה היפוטונית (תמיסה בה ריכוז החלקיקים האפקטיביים נמוך מריכוזים בתוך התא). תמיסה היפוטונית מדללת את הסביבה החוץ תאית כך שהלחץ האוסמוטי בתוך התא עולה. בעקבות כך מים ינועו לתוך התא על מנת להשוות את הלחץ האוסמוטי שנוצר. כתוצאה מכך נפח התא יעלה והאוסמולריות של הנוזל בתוכו תרד.
שלילת מסיחים:
א. תמיסת אוריאה איזואוסמוטית הינה תמיסה שאינה מייצרת לחץ אוסמוטי כלל, כיוון שאוריאה חוצה את ממברנת התא האדום בחופשיות. כלומר, המצב מקביל להכנסת האריתרוציט לתמיסת מים מזוקקים. אוריאה תכנס לתוך התא על מנת להשוות את מפל הריכוזים. מים ייכנסו לתוך התא, אל עבר המקום בו ריכוז החלקיקים האפקטיביים והלחץ האוסמוטי הוא גבוהה יותר. מכיוון שהתמיסה דומה לתמיסת מים מזוקקים ואין בה כלל לחץ אומסוטי, ייכנסו מים לתוך התא עד כדי פיצוץ שלו והמערכת לא תספיק להגיע לשיווי משקל.
ב. תמיסת סליין היא תמיסה איזוטונית ביחס לנוזל התוך תאי. מכאן, שהיא אינה מייצרת לחץ אוסמוטי יחסי כלשהו באף אחד מהמדורים. בעקבות הכנסת הכדורית לתמיסה, לא תהייה תנועה נטו של מים לאף כיוון ולא יהיה שינוי בנפח התא.
ג. תמיסת גלוקוז 10% היא תמיסה היפר-טונית ביחס לפנים התא. כלומר, התמיסה תייצר לחץ אוסמוטי יחסי מחוץ לתא שיגרור יציאה של מים מתוך התא אל עבר המקום שבו ריכוז המומסים האפקטיביים הוא גובהה יותר. כתוצאה מכך נפח התא יקטן.
ד. גזים חוצים את ממברנת התא בדיפוזיה פשוטה ולכן חדירים לחלוטין את הממברנה. מכאן, שהתמיסה לא מייצרת לחץ אוסמוטי כלל והתגובה שתתרחש עקב הכנסת תא הדם האדום לתמיסת מתאן תהייה זהה לזו של הכנסת התא לתמיסת אוריאה (מסיח א’).
להרחבה – Bern & Levy, מהדורה 8 עמודים 12-16 (אוסמוזה); עמודים 18-22 (מדורי המים בגוף).
פיזיולוגיה 2 שאלה 23
נתונה ממברנה החדירה לנתרן ולאשלגן בלבד ונתונים פוטנציאלי המשקל הבאים: Ek= -70, ENa= +50. מתח הממברנה במנוחה הוא 0mV. מה נכון בהכרח?
במה השאלה עוסקת: מתח הממברנה במנוחה
תשובה ב. מתח התא תלוי בפוטנציאלי שיווי המשקל של היונים ובמוליכות שלהם. ניתן לראות זאת במשוואת ה-chord conductance equation:
מבחינה מעמיקה של המשוואה ניתן לראות כי מתח הממברנה יהיה קרוב יותר לפוטנציאל שיווי המשקל של היון בעל החדירות הגבוהה ביותר. במידה ולממברנה בשאלה הייתה מוליכות שווה לנתרן ולאשלגן, מתח הממברנה היה צריך להיות ממוצע של שני פוטנציאלי נרנסט של היונים (קרי -10mV). ניתן לראות כי מתח הממברנה קרוב יותר לפוטנציאל נרנסט של נתרן, כלומר המוליכות של הממברנה לנתרן גבוהה יותר ולכן יש לנתרן השפעה גבוהה יותר על מתח הממברנה.
להרחבה – Berne& Levy, מהדורה 8, עמודים 23-25 (פוטנציאל הממברנה).
פיזיולוגיה 1 שאלה 26
מה מנגנון הפעילות של הנשא NHE-1 הנמצא בכל תא בגוף?
במה עוסקת השאלה: טרנספורט ממברנלי
תשובה ג’. הנשא NHE-1 הוא אנטיפורטר הנמצא בכל תאי הגוף ומכניס יון נתרן במקביל להוצאת פרוטון . האנרגיה לפעילותו מגיעה ממפל הריכוזים של הנתרן שנוצר בעזרת פעילות משאבת הנתרן אשלגן הדורשת ATP. הנשא משחק תפקיד חשוב בקביעת ה-PH בתוך התא.
להרחבה – Berne & Levy, מהדורה 8, עמוד 7, 26-27
פיזיולוגיה 3 שאלה 29
מה משותף לכל סוגי השרירים שיש בגוף?
במה עוסקת השאלה: סוגי סיב שריר
תשובה ג’. ישנם שלושה סוגי שרירים בסיסיים: שריר שלד, שריר לב ושריר חלק. שריר שלד כשמו, פועל על השלד ומזיז מפרקים שונים בגוף. שריר זה ניתן להפעלה באופן רצוני ויש לו תפקידים חשובים ביציבה, תנועה, דיבור ונשימה. מאפיין נוסף של שריר שלד הוא שהשריר נראה משורטט במיקרוסקופ, ולכן מכנים אותו גם “שריר משורטט”. שריר הלב משורטט גם כן אך הוא איננו ניתן להפעלה רצונית. שריר חלק אינו משורטט ואינו רצוני, וניתן למצוא אותו באזורים חלולים כמו למשל במעיים ובכלי הדם. למעשה, שריר הלב מכיל מאפיינים משני סוגי השריר האחרים – מחד הוא משורטט, כמו שריר שלד, ומאידך הוא איננו רצוני, כמו שריר חלק. מכנה משותף לכל שלושת סוגי השרירים הוא שכולם מתכווצים בעזרת אקטין ומיוזין ולשם כך דרוש עלייה בריכוז הסידן התוך תאי.
הערה: שריר חלק ושריר הלב לא חלק מהסילבוס אבל עוזר להבין את התמונה המלאה.
להרחבה על שריר שלד – Berne and Levy, Physiology , מהדורה 8, עמוד 238.
פיזיולוגיה 1 שאלה 30
הומאוסטזיס הוא מצב של-
במה עוסקת השאלה: שמירה על הומאוסטזיס
תשובה ב’. הומאוסטזיס – תהליך שמירת נפח, תכולה וטמפרטורות מדורי המים בגוף קבועים. הומאוסטזיס נשמר באמצעות השקעת אנרגיה, כלומר מדובר במצב יציב (steady state).
פיזיולוגיה 2 שאלה 20
באיזה סיב ההולכה הפסיבית מהירה יותר?
במה השאלה עוסקת: תכונות חשמליות פאסיביות של ממברנת התא
תשובה ג. מהירות ההולכה הפסיבית של הממברנה מושפעת משני קבועים – קבוע המרחק וקבוע הזמן. כדי להגביר את מהירות ההולכה הפסיבית נרצה להגדיל את קבוע המרחק, להקטין את קבוע הזמן או גם וגם. ישנן שתי אסטרטגיות עיקריות המשמשות את בעלי החיים השונים בהגברת מהירות הולכת הסיגנלים:
1. הגדלת קוטר האקסון תגדיל את קבוע המרחק: , כאשר גם התנגדות הממברנה, Rm, וגם ההתנגדות האקסיאלית, Ra, קטנות ככל שקוטר האקסון גדל. אולם, Ra קטן יותר מאשר Rm ולכן הגדלת קוטר הצינור בסופו של דבר מגדילה את קבוע המרחק ובהתאם את מהירות ההולכה. הסיבה לכך היא ש-Rm פרופורציונאלי לרדיוס, בעוד ש-Ra פרופורציונאלי לרדיוס בריבוע. עוד כדאי לציין שמהירות ההולכה פרופורציונלית לשורש הרדיוס של האקסון.
2. ציפוי האקסון במיאלין – הוספת מעטפת מיאלין לאקסונים מגדילה את קבוע המרחק בצורה משמעותית יותר. לכן מעטפת המיאלין מגבירה את מהירות ההולכה יותר מאשר הגדלת הקוטר בלבד. מעטפת המיאלין מגדילה את קבוע המרחק מכיוון שמתחת למעטפת המיאלין כמעט ולא קיימות תעלות, כך ש-Rm גדל לעומת Ra שאינו משתנה.
לסיכום, האקסון בעל המהירות ההולכה הגבוהה ביותר יהיה אקסון בעל קוטר גדול (אקסון עבה) ומכוסה במטעפת מיאלין.
להרחבה – Bern & Levy, מהדורה 8 עמודים 66 (קבוע המרחק); 73-76 (הולכה של פ”פ).
פיזיולוגיה 3 שאלה 35
מה כוללת סכימה מרחבית (spatial summation) של עוצמת הכיווץ?
במה עוסקת השאלה: אינטגרציה סינפטית
תשובה ב’. סכימה מרחבית- כדי לקבל עוצמת כיווץ גבוהה יותר, נרצה שיותר סיבי שריר יתכווצו. כיוון שהפעלת יחידה מוטורית מפעילה את כל סיבי השריר השייכים אליה, צריך לגייס יחידות מוטוריות נוספות. גיוס יחידות מוטוריות נוספות נקרא סומציה מרחבית (spatial summation). סכימה טמפורלית (temporal summation)- דרך נוספת להגברת עוצמת הכיווץ היא ע”י סומציה בזמן (temporal summation) שמתקבלת בעזרת הפעלה חוזרת ומידית של השריר.
להרחבה – Berne & Levy, מהדורה 8, עמודים 92-93
פיזיולוגיה 4 שאלה 7
נתונה שכבת אפיתל. ממברנת הצד האפיקלי של התאים מכילה תעלות החדירות ליוני נתרן בלבד, בעוד שממברנת הצד הבזו- לטרלי מכילה תעלות חדירות ליוני אשלגן בלבד ומשאבות .Na/K ATPase פרט לכך הממברנות אינן חדירות ליונים אחרים. לתמיסות שמשני צידי האפיתל יש אותו הרכב: 13mM KCl + 150mM NaCl ואילו בתוך תאי האפיתל ריכוז יון האשלגן הוא 130mM וריכוז יון הנתרן הוא 15mM . איזה מתח חשמלי נמדד משני צידי האפיתל(=VmA מתח על גבי הצד האפיקלי,= VmB מתח על גבי הצד הבאזולטרלי(?
מה השאלה עוסקת: מתח הממברנה
תשובה א. בשאלה זו נתון תא אפיתל כאשר בצד האפיקלי הוא חדיר רק לנתרן ואילו בצד הבאזולטרלי התא חדיר רק לאשלגן. מתח הממברנה נקבע לפי המשוואה הבאה:
מתח הממברנה נקבע לפי היונים החדירים בלבד, לכן עבור הממברנה האפיקלית נחשב מתח ממברנה השווה לפוטנציאל שיווי המשקל (נרנסט) של נתרן ואילו בצד הבאזולטרלי נחשב פוטנציאל שיווי משקל של אשלגן בלבד. חשוב לציין שאמנם משאבת נתרן/אשלגן היא משאבה אלקטרוגנית, אבל התרומה שלה למתח הממברנה היא קטנה יחסית ולכן לא נתחשב בה בחישוב מתח הממברנה. כלומר החישוב עבור הצד האפיקלי יהיה באופן הבא:
ואילו עבור הצד הבאזולטרלי מתח הממברנה יחושב באופן הבא:
חשוב לציין שבשני המקרים המוליכות של כל אחד מהיונים הינה 1 כיון שבכל צד הם היון היחידי החודר את הממברנה (כאמור הזנחנו את ההשפעה של משאבת נתרן/אשלגן).
לפיכך נחשב את פוטנציאל נרנסט של נתרן שהוא למעשה מתח הממברנה בצד האפיקלי:
וכעת נחשב את פוטנציאל נרנסט של אשלגן שהוא למעשה מתח הממברנה בצד הבאזולטרלי:
שלילת מסיחים:
ב. מתח הממברנה בצד האפיקלי נקבע על פי נתרן כיון שהוא היון היחידי שהחודר את הממברנה בצד זה. על פי הפרשי הריכוזים של נתרן בין חוץ התא ותוך התא בצד האפיקלי פוטנציאל שיווי המשקל שלו הוא חיובי (+60).
ג. מתח הממברנה בצד האפיקלי נקבע על פי נתרן כיון שהוא היון החודר את הממברנה בצד זה. על פי הפרשי הריכוזים של נתרן בין חוץ התא ותוך התא בצד האפיקלי, פוטנציאל שיווי המשקל שלו הוא חיובי (+60). במסיח זה אפשר לטעון דבר דומה בנוגע לצד הבאזולטרלי בו מתח הממברנה נקבע על פי אשלגן כיון שהוא היון החודר את הממברנה בצד זה. על פי הפרשי הריכוזים של אשלגן בין חוץ התא ותוך התא בצד הבאזולטרלי, פוטנציאל שיווי המשקל שלו הוא שלילי (-60mv).
ד. במסיח זה הסימנים (פלוס ומינוס) נכונים בשני הצדדים אך גודל הפוטנציאל בצד הבאזולטרלי אינו נכון. הסיבה האפשרית לבחירה במסיח זה היא ניסיון להתחשב בפעילות משאבת נתרן אשלגן, אך כפי שכבר טענו בתשובה לסעיף א’, מזניחים את ההשפעה שלה בקביעת מתח הממברנה. משאבת נתרן/אשלגן עוזרת בלשמור על ריכוז יונים קבוע משני צדי הממברנה וזו ההשפעה שלה על מתח הממברנה.
להרחבה – Berne & Levy,מהדורה 8, עמודים 11-12 (גרדיאנט אלקטרוכימי);23-24 (פוטנציאל הממברנה).
פיזיולוגיה 2 שאלה 25
שינוי במתח הממברנה כתוצאה מהזרמת זרם של יונים דרכה נצפה בתמונה הבאה. מה גורם להבדל הנצפה בין הזרם שניתן (התמונה התחתונה) לבין השינוי במתח הממברנה (התמונה העליונה)?
במה השאלה עוסקת: תכונות חשמליות פאסיביות של הממברנה
תשובה א. ניתן לראות כי על אף שהזרם הוזרק לתא באופן מידי (לא בהדרגתיות), שינוי מתח הממברנה הדרגתי. הסיבה לכך היא תכונת הממברנה כקבל. הממברנה מתנהגת כקבל ואוגרת מטענים חיוביים מצד אחד ומטענים שליליים בצד השני. בעקבות כך, שינוי חד בזרם (למשל, הזרמת זרם של נתרן לתוך התא) לא תצור שינויי מידי במתח הממברנה. ראשית כל, יוני הנתרן יימשכו למטענים השליליים שנמצאים בצידה הפנימי של הממברנה ומטענם ינוטרל. בשלב מסוים, הממברנה לא תוכל לנטרל יוני נתרן נוספים והם יתחילו לזרום לאורך הממברנה תוך שינוי המתח שלה.
מהירות השינוי במתח תלויה בתכונות הממברנה ומחושבת כך:
כאשר Rm הוא התנגדות הממברנה ו-Cm הוא קיבולה. מה משמעות קבוע הזמן טאו? זהו הזמן הלוקח למתח הממברנה להגיע ל-63% מערכו המקסימאלי או הזמן הלוקח למתח לדעוך ל-37% מערכו המקסימאלי.
להרחבה – Bern & Levy, מהדורה 8 עמודים 63-66 (פוטנציאל הממברנה).
פיזיולוגיה 2 שאלה 17
מה קורה בהוספת TEA לתמיסה פיזיולוגית בה נמצא תא עצב?
במה השאלה עוסקת: פוטנציאל פעולה
תשובה ד. TEA נקשר אל תעלות אשלגן תלויות מתח בצד הציטוזולי וחוסם אותן. שימוש בחומר זה יגרום לפוטנציאל הפעולה להיות רחב יותר ולשיא פוטנציאל הפעולה להיות חיובי יותר. מדוע? כיוון שהחומר מבטל את זרמי האשלגן (מתעלות תלויות מתח) המתנגדים לדה-פולריזציה. עם זאת פוטנציאל הפעולה לא ימשך לנצח כיוון שתעלות הנתרן נכנסות מעצמן לאינאקטיבציה.
שלילת מסיחים:
א. זרם אשלגן החוצה מהתא אחראי לשלב היורד של פוטנציאל הפעולה ולהחזרת מתח הממברנה למתח המנוחה לאחר הדה-פולריזציה. אם כך, היעדר זרם של אשלגן החוצה מהתא דרך תעלות תלויות המתח, דווקא יאריך את משך הזמן של פוטנציאל הפעולה.
ב. בהיעדר זרם של אשלגן, דרך תעלות תלויות מתח, המתנגד לזרם הנתרן, משרעת פוטנציאל הפעולה דווקא תעלה.
ג. מכיוון שתעלות נתרן תלויות המתח אחראיות לפריצת פוטנציאל הפעולה, לא תהייה פגיעה ביכולת של התא לייצר פוטנציאל פעולה בעקבות פגיעה בתעלות אשלגן תלויות מתח.
להרחבה – Bern & Levy, מהדורה 8 עמוד 72 (at the cellular level).
פיזיולוגיה 4 שאלה 3
מה יכול להסביר את העובדה שחומר עובר דיפוזיה איטית בנוזל הפסלמה, אך דיפוזיה מהירה דרך ממברנת התא?
במה השאלה עוסקת: דיפוזיה
תשובה א’. ניזכר במשוואת הדיפוזיה המלאה-
ניתן לראות כי דיפוזיה דרך ממברנה מתרחשת מהר יותר (וביחס לינארי) במקרים הבאים:
ככל ששטח הפנים דרכו מתבצעת הדיפוזיה גדול יותר (במקרה של דיפוזיה דרך ממברנה).
ככל שמפל הריכוזים משני צדי הממברנה חד יותר.
ככל שהטמפרטורה גבוהה יותר.
ככל שמקדם החלוקה של המולקולה גדול יותר (במקרה שך דיפוזיה דרך ממברנה. מקדם החלוקה = מסיסות החומר בשמן לעומת מסיסות החומר במים).
ככל שמרחק הדיפוזיה קטן יותר (במקרה של דיפוזיה דרך מממברנה- ככך שעובי הממברנה קטן יותר).
ככל שהמדיום פחות צמיגי.
ככל שהמולקולה יותר קטנה.
אנו מוסיפים את הפרטמטרים A ו-B למשוואת שטף הדיפוזיה רק כאשר אנחנו מודדים דיפוזיה דרך ממברנה. בהחלט ייתכן כי חומר יעבור דיפוזיה איטית יותר שלא דרך ממברנה, אך מכיוון שהוא יתמוסס טוב בשמן (בעל מקם חלוקה גבוה), הוא יחצה את הממברנה בקלות ומהירות הדיפוזיה שלו דרך ממברנה תהייה מהירה יותר.
שלילת מסיחים:
ב. טמפרטורה גבוהה משפרת את מהירות הדיפוזיה ולכן התוצאה תהייה הפוכה במקרה זה- מהירות הדיפוזיה אמורה להיות מהירה יותר בפלסמה.
ג. צמיגות נמוכה משפרת את מהירות הדיפוזיה ולכן התוצאה תהייה הפוכה במקרה זה- מהירות הדיפוזיה אמורה להיות מהירה יותר בפלסמה.
ד. שטח הדיפוזיה (A) הוא פרמטר המתאר את שטח הפנים של הממברנה ולא נכון להוסיף אותו בדיפוזיה פשוטה.
להרחבה- , Bern & Levy מהדורה 8 עמוד 10 (דיפוזיה).
פיזיולוגיה 1 שאלה 3
כיצד יושפע הנוזל התוך תאי והנוזל החוץ תאי מהוספה של מים מזוקקים לפלסמה? הנח כי האוסמלליות המקורית של הפלסמה הינה 300 mOsm / L.
במה השאלה עוסקת: טוניות ומדורי המים בגוף
תשובה ג. מים מזוקקים הם מים ללא מומסים כלל ולכן ערך האוסמולליות שלהם הוא אפס. תמיסה של מים מזוקקים היא היפוטונית לפלסמה. טוניות היא מדד לריכוז מומסים אפקטיביים בתמיסה, כלומר מומסים שאינם חוצים את הממברנה. זהו מונח השוואתי בין שתי תמיסות שונות. תמיסות איזוטוניות הן תמיסות עם אותה כמות מומסים אפקטיביים, תמיסה היפרטונית היא תמיסה עם יותר מומסים אפקטיביים ביחס לתמיסה אחרת ותמיסה היפוטונית היא תמיסה עם פחות מומסים אפקטיביים ביחס לתמיסה אחרת. הכנסה של תמיסה היפוטונית תוריד את ערך האוסמולליות בפלסמה (plasma) ובכל המדור החוץ תאי. לצורך תזכורת המדור החוץ תאי מחולק לשני מדורים, הפלסמה והנוזל הבין רקמתי (interstitial fluid). תתי מדורים אלו מופרדים על ידי קירות מערכת הדם שחדירות ליונים ומולקולות קטנות ואינן חדירות לחלבונים. כלומר, ההשפעה על המדור החוץ תאי היא הורדת האוסמולליות ונוסף לכך הגדלת הנפח. הנפח החוץ תאי יגדל כיון שהוספנו תמיסה ודבר זה לבדו גורר עלייה בנפח.
כעת ננסה להבין את ההשפעה על המדור התוך תאי. המדור התוך תאי מופרד על ידי ממברנה בררנית, אולם מים עוברים בממברנה זו באמצעות תעלות המכונות אקוופורינים (aquaporins). מיד לאחר הוספת התמיסה האוסמולליות בחוץ התא קטנה והתמיסה החוץ תאית נהייתה היפוטונית ביחס לתמיסה התוך תאית. לפיכך, הכוח המניע של המים הוא להיכנס לתא וזאת כדי להפוך את התמיסות לאיזוטוניות. כניסה של מים לתוך התא מעלה את כמות הממס (מים) בתוך התא בעוד כמות המומס נשארת זהה. מים נכנסים לתא עד שחוץ התא ופנים התא מגיעים לשיווי משקל חדש בו שני המדורים הם איזוטונים אחד לשני. כפי שקרה לחוץ התא, הכניסה של מים לתוך התא גרמה לנפח התוך תאי לגדול ולאוסמולליות התוך תאית לקטון.
שלילת מסיחים:
א. מסיח זה נכון בחלקו, אמנם הנפח החוץ תאי יגדל עקב הוספת התמיסה, האוסמולליות דווקא תקטן. הסיבה לכך היא שהוספנו תמיסה היפוטונית כלומר בעלת מספר מומסים קטן יותר (ובשאלה זו ללא מומסים כלל). פעולה זו מגדילה את כמות הממס ולא משנה את כמות המומס. אוסמולליות היא מספר מומסים, אוסמול, לקילו ממס. כיון שהגדלנו את כמות הממס, מספר המומסים לקילו ממס ירד. כמו כן הנפח התוך תאי יגדל ולא יקטן עקב כניסה של מים לתא כפי שמתואר בתשובה לסעיף ג’.
ב. כיון שהאוסמולליות בחוץ התא קטנה בעקבות הוספת התמיסה, מים יכנסו לתוך התא כדי להשוות את ערכי האוסמולליות בין המדורים. הדבר יוביל לכך שנפח התא יגדל והאוסמולליות בו תרד וזאת בניגוד למתואר במסיח זה.
ד. מסיח זה מתאר נכונה שהאוסמולליות בחוץ ובתוך תאית תקטן, אולם נפחם של מדורים אלו יגדל. נפחם יגדל בעקבות הוספת התמיסה לחוץ התא וכן כניסה של מים לתוך התא.
פיזיולוגיה 3 שאלה 11
התאם את הסעיף (א’-ה’) למחולל המחלה: טוקסין הבוטוליניום ,(Botulinum) אשר מופק מהחיידק ,Clostridium Botulinumחותך חלבוני SNARE.
במה השאלה עוסקת: סינפסה כימית
תשובה ב. כדי להבין שאלה זו נדון תחילה בתהליך של שחרור נוירוטרנסמיטרים לחלל הסינפטי. הוסיקולות הממתינות בבוטון הפרה-סינפטי לא יכולות להתאחות עם הממברנה הפרה-סינפטית בכל נקודה, אלא רק באזורים ייעודיים הנקראים .active zones כדי שוסיקולה תוכל לעבור איחוי, היא צריכה לעבור את שלב העגינה (docking) ולאחר מכן את שלב ההבשלה .(priming) לא כל הוסיקולות העגונות עוברות הבשלה, ועל כן רק חלקן (אלו שכן בשלות) עוברות איחוי עם ממברנת התא כאשר ריכוז הסידן התוך תאי עולה. ישנו קומפלקס חלבוני המשתתף באיחוי והוא נקרא :SNARE
.(soluble N-ethyl maleimidesensitive factor attachment protein receptor)
בקטגוריה זו ישנם חלבונים הנמצאים על ממברנת הפלסמה של התא הפרה סינפטית (t-SNARE) וישנם חלבונים הנמצאים על ממברנת הוסיקולה (v-SNARE). כאשר חלבונים אלו נפגשים הם נסגרים כמו ריץ’-רץ’ אחד על גבי השני ומקבעים את הוסיקולה ל-active zones. חלבוני ה-v-SNARE מורכבים בעיקר מ-synaptobrevin וחלבוני ה-t-SNARE מורכבים מ-syntaxin ו-SNAP-25. Synaptotagmin הוא חיישן הסידן של הקומפלקס והוא זה שמאפשר את איחוי הוסיקולה לאחר כניסת הסידן. גם חלבון זה נמצא על הוסיקולה. תעלות הסידן נמצאות גם הן ב active zone-בסמוך לוסיקולות הבשלות. המרחק בין תעלות הסידן לוסיקולות קטן מאוד ונקרא microdomain, באזור נקודתי זה יהיו עליות חדות בריכוז הסידן, בעת הגעת הסיגנל, והן אלו שיאפשרו את איחוי הוסיקולות.
הרעלן botulinum חותך חלבוני SNARE ובכך פוגע בעגינה של וסיקולות על גבי הממברנה ובאיחוי שלהן ולפיכך משבש הולכה סינפטית. באיור לא ניתן למצוא תשובה אחרת שעונה לתיאור של חלבון SNARE שכולל המצאות החלבון על גבי הוסיקולה או בקצה הטרמינלי של האקסון, כפי שמתואר ע”י נקודה ב’ באיור.
להרחבה – Bern & Levy, מהדורה 8 עמודים 88-89 .
פיזיולוגיה 4 שאלה 1
מה נכון בנוגע לכוחות הפועלים על מים בכלי הדם?
במה השאלה עוסקת: מעבר מים בין מדורי הגוף
תשובה ב. מים יכולים לעבור בחופשיות בין מדורי הגוף השונים, כאשר שני כוחות מניעים אותם: לחץ אוסמוטי/אונקוטי ולחץ הידרוסטטי. לחץ הידרוסטטי, בהקשר למערכת הקרדיווסקולרית, מתייחס לכוח שמפעילה הפלזמה על קירות כלי הדם. לחץ הידרוסטטי זה מונח מאד חשוב “לחיים האמיתיים” כאשר מדברים על מעבר מים אל ומתוך הנימים, אך פחות למבחן ידע היות ובמצב התקין אין הבדל בלחץ ההידרוסטטי בין שני צדי ממברנת התא. בהתאם, הגורם העיקרי למעבר מים בין תוך התא לחוץ התא זה הלחץ האוסמוטי. יחד עם זאת בשאלה זו נשאלתם על מעבר מים דרך נימים ולא דרך תא בודד וניתן לענות עליה על פי העקרונות שאנו מכירים. נתאר כעת את הכוחות העיקריים הפועלים על המים בנימים ובכך נבין מדוע סעיף זה נכון. הלחץ ההידרוסטטי בתוך הנימים בהתחלה חזק מאוד ומתגבר על הלחץ האוסמוטי בכלי הדם ולכן מים עוזבים את התא. ככל שמים יוצאים מהתא הלחץ ההידרוסטטי בכלי הדם קטן והלחץ האוסמוטי שבכלי הדם גובר עליו וגורם למים להיכנס לקפילרה. לפיכך בצד הורידי של הנימים, הלחץ האוסמוטי הגבוה מתגבר על הלחץ ההידרוסטטי וגורם לכניסת מים לתוך הנימים.
שלילת מסיחים:
א. תחילה כדאי לזכור שהתווך הבין רקמתי מפריד את נוזל הפלסמה מתוך התא. כעת נבין את השוני בין לחץ הידרוסטטי לבין לחץ אוסמוטי בהקשר של תנועת המים. לחץ אוסמוטי גבוה במדור מסוים גורם לכניסה של מים לאותו מדור, בעוד לחץ הידרוסטטי גבוה במדור מסוים גורם ליציאה של מים ממדור זה. לפיכך, לחץ הידרוסטטי גבוה בתווך הבין רקמתי יוביל לדחיפה של מים לנימים ולא למשיכה של מים לתווך הבין רקמתי.
ג. כפי שהוסבר במסיח א’, לחץ הידרוסטטי גבוה גורם ליציאה של מים מאותו מדור. לכן, לחץ הידרוסטטי גבוה בנימים יוביל ליציאה של מים מהנימים ולא לכניסתם.
ד. לחץ אוסמוטי גבוה בתווך הבין רקמתי יגרום למים להיכנס לתווך זה בעקבות הפרשי לחצים, ולא לצאת ממנו.
להרחבה – Bern & Levy, מהדורה 8 פרק 2 (מדורי המים בגוף).
פיזיולוגיה 2 שאלה 7
מהו האזור העיקרי בו מתרחשת סכימה של פונטציאלים המתקבלים מנוירונים שכנים?
במה השאלה עוסקת: מבנה ותפקוד חלקי תא העצב
תשובה א. תלולית האקסון (axon hillock) היא האיזור בו האקסון מתחבר לגוף התא ובו מתרחשת הסכימה של פוטנציאלים המגיעים מנוירונים שכנים. פוטנציאל פוסט סינפטי (post synaptic potentials, EPSP) מגיע מהסתעפויות שונות של העץ הדנדריטי של התא, לו יש סינפסות רבות עם תאים אחרים. כל המטענים הללו עוברים אינטגרציה בתלולית האקסון. תלולית האקסון היא גם האזור בו נוצר פוטנציאל הפעולה, כיון שהאיזור מאופיין בצפיפות גדולה של תעלות נתרן תלויות מתח. צפיפות זו של תעלות נתרן מאפשרת סף נמוך יותר של גירוי ראשוני, כיון שבאמצעות מעגל משוב חיובי, תעלות הנתרן מגבירות בעצמן את המתח החיובי. לפיכך, ככל שיש יותר תעלות נתרן תלויות מתח, הגברת המתח מתרחשת יותר מהר וביעילות גבוהה יותר.
שלילת מסיחים:
ב. קצה האקסון (Terminal Button) הוא האיזור בו פוטנציאל הפעולה מוביל לשחרור וסיקולות עם נוירוטרנסמיטור לחוץ התא. כיון שמדובר באיזור הסופי אליו מגיע פוטנציאל הפעולה, הוא אינו מתאים להיות איזור שסוכם קלטים עד להיווצרותו של פוטנציאל פעולה (פ”פ). המכניזם שבאמצעותו נוירוטרנסמיטורים נשפכים לחלל הבין סינפטי מתחיל בפתיחת תעלות סידן תלויות מתח (עקב הגעת פ”פ לבוטון) ובהמשך כניסת יוני סידן המאפשרות את שחרור הוסיקולות.
ג. הסומה (soma) היא גוף התא של הנוירון והיא מכילה את תלולית האקסון שבה האינטגרציה מתרחשת. גוף התא היא הגדרה רחבה מדי כי יש בה עוד רכיבים תאיים רבים כמו למשל גרעין התא.
ד. הסכימה של הפוטנציאלים מתרחשת לפני שנוצר פ”פ שמועבר דרך האקסון, ומיקום הסכימה הוא בתלולית האקסון. יחד עם זאת מסיח זה יכול לבלבל כי הוא מרמז על היבט אחר של האקסון לפיו הזרם שעובר בו זהה לאורכו. הסיבה לכך, בחלק מן התאים, היא קיומה של שכבת מיאלין שעוטפת את האקסון ולא מאפשרת זליגת זרם החוצה מן התא. כמו כן יש איזורים בהם פוטנציאל הפעולה מתחדש המכונים nodes of ranvier, כך שאם נאבד בכל זאת חלק מהזרם, הוא מתחדש באיזורים אלו.
להרחבה – Bern & Levy, מהדורה 8 עמודים 50-55, 92-93
פיזיולוגיה 1 שאלה 16
המערכת הבאה מתארת מערכת דונן הנמצאת בש”מ בטמפרטורת החדר (27oC). יוני הנתרן והכלור חדירים דרך הממברנה, ואילו החלבון (P2-) אינו חדיר. מה ריכוז Pr2- בתא A?
במה השאלה עוסקת: שיווי משקל גיבס דונן
תשובה ג. במערכת גיבס דונן שמתוארת בשאלה ישנם שני מיכלים: מיכל A המכיל חלבונים שאינם חודרים את הממברנה, נתרן וכלור, ומיכל B המכיל נתרן וכלור. נתון לנו שהמערכת נמצאת בשיווי ולכן חשוב לציין שבמקרה זה קיים הפרש אוסמולריות בין התאים, אך לא קיים הפרש מטענים וזאת כיון שכל תא הוא אלקטרוניטרלי (כלומר מכיל את אותה כמות של מטענים חיוביים ושליליים). כלומר, כל תא בנפרד מאוזן מבחינת המטענים, אולם כן יש הבדלי ריכוזים של היונים שבמערכת בין התאים. על פי עקרון האלקטרוניטרליות ניתן להסיק שריכוזו של נתרן במיכל B הוא 10mM. כשמערכת גיבס דונן נמצאת בשיווי משקל, מכפלת שני היונים במיכל A שווה למכפלת שני היונים במיכלB . כלומר ניתן לנסח את המשוואה באופן הבא: 50mMNa+*XmMcl-=10mMNa+*10mMcl-, ומכאן ניתן להסיק כי ריכוז כלור הוא כ- 2mM בתא A. ניתן לחשב את ריכוז החלבון על סמך ריכוז הכלור והנתרן שבתא. חשוב לשים לב כי החלבון בעל ערכיות של -2 ולכן בחישוב המטענים על פי עקרון האלקטרוניטראליות, יש לחלק את מספר המטענים הדרושים לאיזון החשמלי פי 2, כדי למצוא את ריכוז החלבון. על פי עקרון האלקטרונטרליות חסרים עוד 48 מטענים שליליים בכדי לאזן את תא A חשמלית, כלומר ריכוז של 24mM חלבון. כעת נרצה להבין את הדינמיקה בין היונים במערכת שלב אחר שלב. תחילה כלור, שנמצא במכיל B ולא נמצא במיכל A, רוצה לעבור למיכלA בגלל הבדלי ריכוזים. נתרן, בעקבות ההפרש החשמלי שנוצר לאחר מעבר כלור, נע גם הוא ממיכל B למיכל A. אולם, על נתרן פועלים שני כוחות, האחד חשמלי שמושך אותו להיכנס למיכל A והשני נובע מהנתרן שכבר נמצא במיכל A ומקשה על נתרן נוסף להיכנס. בסופו של דבר המערכת מגיעה לשיווי משקל וריכוז זהה של נתרן וכלור עוברים ממיכל B למיכל A.
שלילת מסיחים:
א. במסיח זה, סך המטענים השליליים שהחלבון תורם הם 30- ולכן כאשר מחשבים יחד עם התרומה של נתרן אנו רואים כי חסרים עדיין מטענים שליליים בשביל לאזן חשמלית את מיכל A. כמות המטענים שחסרים היא מתאימה לריכוז של 20mM כלור, אולם אנו יודעים כי ריכוז כלור הינו רק 2mM ולכן מסיח זה נפסל.
ב. סך המטענים השליליים שהחלבון תורם הם 40- ולכן כאשר מחשבים יחד עם התרומה של נתרן אנו רואים כי חסרים עדיין מטענים שליליים בשביל לאזן חשמלית את מיכל A. כמות המטענים שחסרים מתאימה לריכוז של 10mM כלור. כיון שאנו יודעים כי ריכוז כלור הוא 2mM מסיח זה נפסל גם הוא.
ד. סך המטענים השליליים שהחלבון תורם הם 50- ולכן כאשר מחשבים יחד עם התרומה של נתרן אנו רואים כי לא חסרים מטענים שליליים בשביל לאזן חשמלית את מיכל A. כאמור, כיון שידוע לנו כי קיים כלור בתא A בריכוז של 2mM מסיח זה גם הוא נפסל.
ה. סך המטענים השליליים שהחלבון תורם הם 80- ולכן כאשר מחשבים יחד עם התרומה של נתרן אנו רואים כי חסרים מטענים חיוביים בשביל לאזן חשמלית את התא. מצב זה גם הוא אינו אפשרי במערכת גיבס דונן כיון שעקרון האלקטרוניטראליות נפגם.
להרחבה – מומלץ לקרוא על מערכת גיבס דונן בספר הקורס שנמצא באתר ולקריאה נוספת ניתן לקרוא מהמקורות המצוינים שנמצאים בספריה של אוניברסיטת תל אביב. Bern & Levy אינם המקור המועדף בנושא זה.
Aidley, David J. The Physiology of Excitable Cells. Cambridge University Press, 1998. pp. 26-28
Sperelakis, Nicholas. Cell Physiology Sourcebook: A Molecular Approach. Gulf Professional Publishing, 2001. pp. 243-246.
פיזיולוגיה 3 שאלה 5
ממה מורכב ה- I band של סרקומר (Sarcomere)?
במה השאלה עוסקת: מבנה הסרקומר
תשובה ד. ה-I band מכיל בתוכו את החלק חסר המיוזין, החל מקצה המיוזין עד לקו ה-Z (שהוא קצה הסרקומר). בחלק זה נמצאים החלבונים טיטין ואקטין. טיטין קשור מצד אחד לקו ה-Z ומצדו השני לסיבי המיוזין. חלקים נוספים שחשוב להכיר בסרקומר הם קו ה-M שהוא האמצע של הסרקומר. במצב מנוחה (כלומר כאשר הסרקומר אינו מכווץ) קו ה-M מכיל רק מיוזין. האזור A הוא כלל הסרקומר ללא האזור I, כלומר מכיל בתוכו גם את אזור החפיפה בין אקטין ומיוזין וגם מיוזין בלבד. האזור שבו יש רק מיוזין נקרא אזור H. הערה: מומלץ לעבוד עם שרטוט מספר 12-3 שבעמוד 235.
שלילת מסיחים:
א. אקטין ומיוזין יחדיו קיימים באזור A, וכפי שכתוב בתשובה לסעיף קודם איזור A הוא כלל הסרקומר ללא האזור I.
ב. שלד התא הוא רשת תוך תאית שמורכבת מסוגים שונים של חלבונים. ישנם שלושה סוגי פילמנטים שמרכיבים את שלד התא: actin filaments, microtubules, intermediate filaments. אמנם אקטין משמש גם כמרכיב עיקרי בשריר וגם בשלד התא, אולם בשריר הוא מסודר יחד עם מיוזין וחלבונים נוספים במבנה של סרקומר בעוד בשלד התא אין זה כך.
ג. מיוזין לבדו קיים באזור H ולא באזור I עליו נשאלתם.
להרחבה – Bern & Levy, מהדורה 8 עמודים 238-241 (ארגון שריר שלד).
פיזיולוגיה 3 שאלה 23
מי מהבאים מקנה את אנרגיה הדרושה לפעולת הכיווץ (power stroke) במעגל ה- cross- bridge cycle?
במה השאלה עוסקת: cross bridge cycle
תשובה ג. תנועת האקטין על גבי המיוזין נקראת sliding filament theory, התהליך בו ראשי המיוזין נקשרים לאקטין ומשתחררים נקרא cross-bridge cycle:
1. ראש המיוזין קושר ADP+Pi ומתחבר לסיב האקטין.
2. הקישור לסיב האקטין גורם לשחרור ADP+Pi ועקב כך לשינוי זווית ראש המיוזין, זוהי תנועת הכיווץ (power stroke). כל תנועה של ראש המיוזין מזיזה את סיב האקטין כ-10nm. שימו לב כי שחרור הפוספט הוא זה שמקנה את האנרגיה הדרושה לתנועת הכיווץ.
3. קישור ATP חדש גורם לניתוק ראש המיוזין מסיב האקטין והחזרתו לזווית המקורית.
4. הידרוליזת ה-ATP החדש מובילה אותנו לשלב a.
להרחבה – Bern& Levy, מהדורה 8 עמודים 247-248 (Cross Bridge Cycle).
פיזיולוגיה 2 שאלה 26
חוקר גירה נוירון על ידי הזרמת זרמים דה-פוליזרטוריים דרך הממברנה. מה הסיבה לתגובה האקספננציאית של עליית מתח הממברנה, כפי שהיא נצפית בחלק העליון של הגרף השמאלי?
תשובה ב’. בחלק העליון של איור A ניתן לראות כי בהזרקת זרם דה-פוליזטורי חזק יחסית, מתקבלת תגובה שונה שאינה מתאימה לתגובה הרגילה שראינו. תגובה זו מתקבלת הודות לרכיבים האקטיביים שמצויים בממברנה, כמו תעלות הנתרן תלויות מתח, והיא הבסיס ליצירת פוטנציאל פעולה.
להרחבה – Berne&Levy, מהדורה 8, עמוד 67
פיזיולוגיה 3 שאלה 7
מה מאפיין את הצימוד האלקטרו-מכני (Excitation-contraction coupling) בהתכווצות שריר?
במה השאלה עוסקת: צימוד אלקטרו-מכני (Excitation-Contraction coupling)
תשובה ב. כדי להבין את עקרונות הצימוד האלקטרו-מכני יש להיזכר בכמה מושגים. תחילה ה-t tubule הן האינווגינציות של ממברנת הסרקולמה לתוך תא השריר והן באות במגע עם אזור המכונה terminal cisterne, שהוא הקצה של ממברנת ה-SR (sarcoplasmic reticulum) של תא השריר. כל t-tubules בא במגע עם שתי טרמינלות (אחת מכל צד). שתי ה-terminal cisternae יחד עם ה-t-tubules מכונות יחדיו ה-triad.
בצימוד האלקטרו-מכני פוטנציאל הפעולה שמגיע לסרקולמה של תאי השריר גורם לפתיחה של תעלת סידן רגישה למתח המכונה DHPR. תעלה זו גורמת לתעלת ה-RYR שנמצאת על גבי ה- terminal cisternae להיפתח ובכך סידן יוצא מה-SR אל תוך התא. מעניין לציין ש-DHPR היא תעלת סידן רגישה למתח שכלל אין צורך שתוליך סידן ואילו RYR היא תעלת סידן רגישה למתח שכלל אין צורך שתחוש במתח כיון שהיא נפתחת באמצעות DHPR. שתי תעלות אלו מרכיבות ביחד קומפלקס המכונה feet וזאת בהתאם לצורה שלהם במיקרוסקופ אלקטרונים. כאשר סידן נמצא בתא הוא נקשר לתת היחידה C של החלבון טרופונין שנמצא על גבי סיב האקטין. קישור סידן מאפשר לחשוף את אתרי הקישור של ראשי המיוזין בחלבון אקטין ובכך מאפשר את פעולת ה-contraction. כדאי לציין ש-excitation-contraction בשריר הלב מכונה אלקטרו-כימי (בניגוד לצימוד אלקטרו-מכני בשריר שלד) וזאת כיון שמנגנון שחרור הסידן מה-SR בתאי שריר הלב הוא שונה משריר שלד.
שלילת מסיחים:
א. הידרוליזת ה-ATP ב-cross bridge cycle גורמת להחזרת ראש המיוזין לקונפרומציה בה הוא יכול להיקשר לאקטין. לאחר מכן ובמידה וסידן נמצא בסרקופלסמה ראש המיוזין יתחבר לאקטין. כלומר, הידרוליזת ה-ATP לא מובילה לקישור מיוזין לאקטין באופן ישיר אלא באופן עקיף כחלק ממעגל ה- cross bridge. כמו כן, הידרוליזת ה-ATP אינה תוצאה ישירה של האקסיטציה אלא תוצאה עקיפה, בעוד שכניסתו של סידן לתוך התא היא כן תוצאה ישירה.
ג. יציאת סידן מהציטוזול היא תוצאה מפעילות משאבת serca ואינה מתארת את הצימוד האלקטרו-מכני.
ד. בתא מתרחש מנגנון הפוך מהמתואר, פוטנציאל פעולה בתא השריר גורם ליציאת סידן מה-SR, במנגנון שתואר בתשובה לסעיף ב.
להרחבה – Bern & Levy, מהדורה 8 עמודים 242-248 (צימוד אלקטרו-מכני).
פיזיולוגיה 3 שאלה 36
מי מבין המחלות הבאות מאופיינת בקושי בהרפיית השרירים לאחר פעילות גופנית?
במה עוסקת השאלה: הפרעות גנטיות המשפיעות על שריר השלד
תשובה ג’. hyperthermia Brody’s disease – במחלה זו ישנם כיווצי שרירים וקושי בהפריית השרירים במהלך אימון. למשל, בעת עלית מדרגות בריצה השרירים עלולים להישאר נוקשים ומכווצים. המחלה משפיעה על שרירי הידיים, רגליים והעפעפיים ומחמירה במזג אוויר קר. ככל הנראה המחלה נובעת מפעילות מופחתת של SERCA 1 הנמצאת בשרירי השלד המהירים (fast-twitch).
שלילת מסיחים:
Malignant hyperthermia – מחלה זו באה לידי ביטוי במהלך ניתוחים, כאשר חומרי הרדמה מסוימים גורמים לשחרור בלתי נשלט של סידן מה-SR. השחרור גורם לכיווץ שרירים קבוע, הפרעות בקצב הלב, היפר-ונטילציה ועליה בחום הגוף (hyperthermia). המחלה נגרמת לרוב עקב מוטציה ב-RYR שהופכת אותו לרגיש לחומרי ההרדמה, עם זאת ישנם מקרים של המחלה הנגרמים מפגמים ב-DHPR וב-T-tubules.
Central core disease – אוטוזומלית דומיננטית. במחלה זו יש חולשה של השרירים, אובדן מיטוכונדריות בשרירי השלד ואף התפרקות של סיבי שריר. ככל הנראה המחלה גורמת לספיגת יתר של סידן על ידי המיטוכונדריות, דבר הגורם לקריסתן. במחלה יכולה להיות בנוסף מוטציה ב-RYR כך שמתייחסים לחולים כסובלים גם מ-Malignant hyperthermia.
Duchenne’s muscular dystrophy הינה מחלת ניוון שרירים קשה הפוגעת בעיקר בגברים (רצסיבי בתאחיזה ל-X). רוב החולים מרותקים לכיסא גלגלים עד גיל 12 ומתים מכשל נשימתי עד גיל 30-40. במחלה ישנו מחסור בחלבון dystrophin אשר במצבו התקין נמצא בצידה התוך תאי של הסרקולמה ויוצר קומפלקסים עם הגליקופרוטאנים הנמצאים מצידה החיצוני.
להרחבה – Berne & Levy, מהדורה 8, עמוד 248
פיזיולוגיה 3 שאלה 30
מי מהחלבונים הבאים משמש לעיגון סיב האקטין ל-z-line?
במה עוסקת השאלה: מבנה וארגון שריר שלד
תשובה ג’. α-actinin ו- capZ protein – משמשים לעיגון סיב האקטין ל-Z-line.
Nebulin – חלבון מבני הנמצא לאורך סיבי האקטין ואחראי על קביעת אורכם.
Tropomodulin– נמצא בקצה סיב האקטין לכיוון מרכז הסרקומר. כנראה דרוש לקביעת אורך הסיב.
Myomesin – משתתף בסידור סיבי המיוזין.
להרחבה – Berne and Levy, Physiology , מהדורה 8, עמוד 238-241.
פיזיולוגיה 1 שאלה 20
מה לא ניתן לבדוק על ידי בדיקת דם פשוטה?
במה השאלה עוסקת: מדורי המים בגוף
תשובה ב. חשוב לזכור כי קיים מעבר מים חופשי בין מדורי הגוף השונים, האוסמולליות של כל המדורים תהייה זהה. מכאן, ניתן יהיה להעריך את אוסמולליות הנוזל התוך תאי על ידי בדיקת האוסמולליות של הפלזמה. מכיוון שמעבר המים הוא חופשי, ניתן לומר שהתמיסות בכל המדורים הן איזוטוניות אחת ביחס לשנייה. עם זאת, הרכב המומסים בפלזמה הוא שונה מזה שבתוך התא וזאת כתוצאה מכך שהממברנה של התא היא בררנית ולא מאפשרת מעבר של ישיר של חומרים דרכה.
שלילת מסיחים:
א. מכיוון שמדורי הגוף איזוטונים אחד ביחס לשני, אוסמולליות הנוזל התוך תאי זהה לאוסמולליות הפלזמה.
ג. ריכוז המומסים שאינם חדירים (האפקטיביים) שווה בכל אחד מהמדורים. מכאן שריכוז החלבונים שאינם חדרירים בתוך התאים יהיה שווה לריכוזים בפלזמה. אחרת, יהיה מעבר של מים אל עבר המדור בעל הלחץ האוסמוטי הגדול יותר עד שהמצב יגיע לשיווי משקל וריכוזם יתאזנו.
ד. מכיוון שמדורי הגוף איזוטונים אחד ביחס לשני, אוסמולליות הנוזל התוך תאי זהה לאוסמולליות המדור הבין תאי.
להרחבה – Bern & Levy, מהדורה 8 עמודים 18-22 (מדורי המים בגוף).
פיזיולוגיה 4 שאלה 6
נתונות שתי תמיסות המופרדות על ידי ממברנה החדירה ליוני כלור, נתרן ולמים, אך לא חדירה לחלבון (P-). מה מהבאים נכון בתנאים של שיווי משקל של המערכת?
במה השאלה עוסקת: מערכת גיבס דונאן
תשובה א’. בתמונה מתואר המצב ההתחלתי בו שתי תמיסות מופרדות ע”י ממברנה החדירה לנתרן, כלור ומים, אך אינה חדירה לחלבון (P-). אוסמולריות תמיסה A זהה לזו של תמיסה B.
לאחר שנמתין זמן מה, יתרחשו התנועות הבאות:
כלור יעבור בדיפוזיה מתמיסה B לתמיסה A במורד מפל הריכוזים שלו ← דיפוזיה זו גורמת לתמיסה A להיות טעונה שלילית ביחס לתמיסה B← הכלור יוצר הפרש מתחים הגורם לנתרן לעבור בדיפוזיה מתמיסה B לתמיסה A ← עובר אותו מספר מולקולות נתרן כמו מולקולות הכלור שעברו, שכן מטרת הנתרן היא לסתור את המטענים השליליים של הכלור ← כעת יש מפל אוסמוטי כאשר תמיסה A בעלת אוסמולריות גבוהה יותר ולכן יעברו מתא B לתא A, נשים לב כי מעבר המים יוריד את הריכוז של כלל היונים בצד A (כולל החלבון), מה שיצור כוח מניע לכלור לעבור מתא B לתא A וחוזר חלילה. ברגע שתנועת המים תעצר (למשל- אם הכלים סגורים ומלאים) הגענו ל-“שיווי משקל גיבס-דונן”. נשים לב כי בשיווי משקל זה ישנו הפרש אוסמולריות בין התמיסות (תמיסה A בעלת אוסמולריות גבוהה יותר).
להרחבה – מומלץ לקרוא על מערכת גיבס דונן בספר הקורס שנמצא באתר ולקריאה נוספת ניתן לקרוא מהמקורות המצוינים שנמצאים בספריה של אוניברסיטת תל אביב. Bern & Levy אינם המקור המועדף בנושא זה.
Aidley, David J. ThePhysiology of Excitable Cells. Cambridge University Press, 1998. pp. 26-28
Sperelakis, Nicholas. CellPhysiology Sourcebook: A Molecular Approach. Gulf Professional Publishing,2001. pp. 243-246.
פיזיולוגיה 3 שאלה 6
הגרף הבא מתאר את חוק סטרלינג של הלב (Frank-Starling relationship) לפיו ככל שהלב מתמלא ביותר דם במהלך הדיאסטולה, כך הלחץ שנוצר (עוצמת התכווצות) בזמן הסיסטולה גדל. יחס זה נכון עד לנקודה מסוימת. מעבר לנקודה זו (מסומן בחץ) עוצמת ההתכווצות תקטן ככל שהלב ימשיך להתמלא בדם. לאילו מהמאפיינים של שריר שלד מתאים חוק סטרלינג של הלב?
במה השאלה עוסקת: חוק סטרלינג
תשובה ב. כדי לענות על שאלה זו תחילה נבין את הצירים שבתרשים. ציר ה-X מתאר אורך ראשוני (לפני הכיווץ) של סיבי שריר הלב. אפשר לנסח ציר זה גם כנפח הדם שנמצא בלב לפני כיווצו (end diastolic volume). ציר ה-Y מתאר את הכוח שהתפתח בשריר או את הלחץ בלב. ניתן לראות שישנו חץ שמסמן את הנקודה הגבוהה ביותר בתרשים. נקודה זו היא הנקודה בה הלב פועל ביעילות הגבוהה ביותר. בהקבלה לשריר השלד, עקומה זו דומה (אם כי לא זהה לחלוטין) לעקומת אורך-מתח וההיגיון גם הוא דומה. בשריר השלד יש חפיפה אופטימלית בין סיבי האקטין לסיבי המיוזין. כאשר החפיפה קטנה מדי, אין מספיק אזורי מגע בין הפילמנטים בכדי להניע את השריר. כאשר החפיפה גדולה מדי, גם אין מגע מספיק בין הפילמנטים וזאת כיון שסיבי הקטין מתקרבים עד כדי כך שהם חוצים את קו ה-M. כלומר, קיימת נקודה שבה הסרקומר מאורגן בצורה כזו שתפיק את הכיווץ החזק ביותר, נקודה זו היא בערך 2µm ומכונה L0. אמנם שריר הלב מסודר באופן שונה ולא בסרקומרים (חומר שאינו למבחן הידע), אך ניתן להבין נקודה זו גם לגביו: כאשר הוא אינו מתמלא מספיק בדם, לא נוצר מספיק לחץ בכדי לעורר כיווץ משמעותי. יחד עם זאת כאשר הוא מתמלא יותר מדי בדם, הוא כבר אינו מסוגל ליצור כיווץ בחוזק מקסימלי.
שלילת מסיחים:
א. יחס כוח מהירות מוצג בגרף כמגמת ירידה לא ליניארית, בשונה מהעקומה שבשאלה, כאשר השיא הוא בראשית הצירים (X=0) ולא בנקודה מאוחרת יותר בציר ה-X. כעת ננסה להבין מדוע הגרף נראה באופן זה. היחידות בציר ה-X הן של משקל (load), ונקודה זו הגיונית כיון שהכוח שמפעיל השריר גדל ככל שהעומס עליו גדל. לפי העקומה, ככל שהעומס גדל כך המהירות של השריר קטנה (מתוארת בציר ה-y), ולמעשה המהירות היא מקסימלית כאשר המשקל הינו 0. נקודה זו הגיונית כיון שהשרירים שלנו פועלים הכי מהר כאשר הם לא מתנגדים לעומס כלשהו. בהמשך הגרף רואים מצב בו המהירות היא 0. במצב זה המשקל והעוצמה שהשריר מפעיל שווים ואין תזוזה כלל של השריר. כאשר המשקל גדל מעבר לכך השריר אינו מסוגל להפעיל מספיק כוח ובמקום להתקצר הוא מתארך.
ב. בספר אין עקומה שמתארת את היחס בין שני סוגי סיבי השריר. בסעיף זה קשה לתאר כיצד תראה העקומה כיון שכדי לעשות כך צריך לתאר מה הם הפרמטרים הנבדקים. בין שני סוגי סיבי השריר ישנם הבדלים רבים ובכדי לנסות לענות על סעיף זה נחוצה הכוונה נוספת אודות מהם הפרמטרים הנבדקים.
ג. חוב חמצן הוא תיאור למצב המתרחש בעת פעילות כאשר השריר משתמש במאגרי האנרגיה שלו ואף יוצר תוצרי פסולת אשר סילוקם דורש אנרגיה. עקב כך, לאחר סיום הפעילות אנחנו פעמים רבות ממשיכים לנשום בכבדות והסיבה לכך היא יצירת הובלה מספקת של חמצן לשריר לצורך ייצור אנרגיה. האנרגיה הזו תשמש לבנייה מחודשת של מאגרים אנרגטיים וסילוק הפסולת. דוגמה לחומר פסולת הוא לקטט שמיוצר בעת הגליקוליזה. בחוב חמצן ישנן שתי עקומות, אחת מתארת את ניצול האנרגיה ממטבוליזם אוקסידטיבי והשנייה מתארת את כמות האנרגיה שנצרכה בעת הפעילות. בשונה מהעקומה בשאלה, מה שמעניין בעקומות אלו הוא ההפרש ביניהן. בגרף מספר 12-18 שבעמוד 247 Bern & Levy ניתן לראות שההפרש בין העקומות צבוע. בחצי השני של הגרף (בשלב ה-recovery) ההפרש מתאר את חוב החמצן, אשר שווה בקירוב להפרש בין העקומות בחצי הראשון של הגרף (בשלב ה-exercise). נקודה זו הינה הגיונית כיון שכמות האנרגיה שהגוף משלים לאחר הפעילות צריכה להיות שווה בקירוב לאנרגיה שהוא צרך. לסיכום, עקומות אלו אינן מזכירות את העקומה בשאלה ונוסף על כך בחוב חמצן מעניין אותנו היחס בין שתי עקומות בעוד בשאלה קיימת עקומה בודדת.
להרחבה –, Bern & Levy, מהדורה 8 עמודים 248-252 (סוגי סיבי שריר)
פיזיולוגיה 2 שאלה 22
ביצעו ניסוי קיבוע מתח, patch clamp, בתעלת אשלגן תלויות מתח מסוג delayed rectifier (התעלות הנפתחות במהלך פוטנציאל פעולה). במהלך הניסוי הוקפץ המתח למשך 50 שניות ממתח הידוק של100mV , לטווח מתחים מ-mV40- עד mV50+. מה מבין הבאים מתאר נכונה את התצפית שתתקבל בניסוי?
במה השאלה עוסקת: פוטנציאל אלקטרוכימי והתנהגות של תעלה בודדת
תשובה ב. כדי לחקור התנהגות של תעלה בודדות משתמשים בשיטת ה-patch electrode. בשיטה זו מייצרים פיפטת זכוכית צרה מאוד, לתוך הפיפטה מחדירים אלקטרודה ותמיסה ומצמידים את המבנה לדופן הנוירון. ממברנת התא סותמת את פתח הפיפטה וניתן למדוד את פעילות התעלה (או מספר תעלות) הנמצאות באותה נקודה. זרם דרך תעלות מושפע ממוליכות היון ומהכוח המניע ומתואר על ידי המשוואה הבאה: I= gx(Vm-Ex).
תעלות מסוג delayed rectifier הן התעלות שנפתחות כתוצאה מעליית המתח במהלך פוטנציאל הפעולה. מתח ההיפוך של תעלות אלו הוא כ-90mV-. פוטנציאל ההיפוך של היון הוא מתח הממברנה שבו היון נמצא בשיווי משקל (כלומר, שתנועתו דרך התעלה נטו שווה ל-0). כאשר פוטנציאל נרנסט של היון לא שווה למתח הממברנה, יש ליון כוח מניע ותנועה לכיוון מסוים. הכוח המניע של היון מתואר על פי המשוואה הבאה: ECF=Vm-Ex. ככל שמתח הממברנה רחוק יותר מפוטנציאל נרנסט של היון, הכוח המניע של היון עולה והזרם שלו דרך התעלה עולה גם כן.
בנוסף, הזרם של היון משופע גם ממוליכות היון (g). ככל שיותר תעלות פתוחות, המוליכות של הממברנה ליון עולה. תעלות אשלגן תלויות מתח נפתחות עם העלייה במתח. כאשר חוקרים תעלות חשוב להבין כי תעלות יונים עוברות באופן ספונטני ממצב פתוח וסגור. כאשר מדובר בתעלות תלויות מתח, ההסתברות להימצא בכל מצב תלויה במתח הממברנה (לדוגמא עבור תעלות האשלגן, ככל שהמתח חיובי יותר ההסתברות להימצא במצב פתוח עולה). העלאת מתח הממברנה במהלך הניסוי גורמת להרחקת פוטנציאל נרנסט של היון ממתח הממברנה כך שהכוח המניע של היון עולה. בנוסף, עולה גם ההסתברות לפתיחת התעלה ובהתאמה עולה הזרם של יוני האשלגן דרך התעלה עם העלייה במתח.
שלילת מסיחים:
א. תעלות אשלגן תלויות מתח נפתחות כתוצאות מהעלייה במתח הממברנה. כלומר, ככל שמתח הממברנה עולה, יותר תעלות אשלגן תלויות מתח ייפתחו כאשר אנו מודדים אוכלוסייה של תעלות. בניסוי patch clamp מודדים זרם דרך תעלה בודדת. במקרה זה, ככל שמתח הממברנה יעלה- כך יעלה הסיכוי שהתעלה תפתח.
ג. מרגע שהתעלה תפתח, יהיה זרם דרך התעלה. זרם זה יתגבר עם העלייה במתח בשל העליה בכוח המניע של היון.
להרחבה – Bern& Levy, מהדורה 8 עמודים 68-72
פיזיולוגיה 1 שאלה 24
הקטנה של איזה מהערכים הבאים תקטין את השטף של CO2 החוצה מן התא?
במה השאלה עוסקת: דיפוזיה דרך ממברנה
תשובה ה. נתונה משוואת הדיפוזיה:
ככלל, הקטנת ערך שנמצא במונה או הגדלת ערך שנמצא במכנה במשוואה, תגרום להקטנת שטף הדיפוזיה הכולל. אותה נקודה נכונה גם למשוואת מקדם הדיפוזיה:
שהינה חלק ממשואת הדיפוזיה. בחלק שלילת המסיחים נבין מדוע כל מסיח אינו נכון.
שלילת מסיחים:
א. פחמן דו חמצני הינה מולקולה סימטרית וללא מטען חשמלי כלל. מסיבה זו פחמן דו חמצני חוצה את ממברנת התא בדיפוזיה פשוטה בקלות יתרה. ככלל, ככל שהמולקולה פחות טעונה היא דווקא תחצה את הממברנה בקלות יותר ושטף הדיפוזיה דרך הממברנה יגדל.
ב. הקטנת ריכוז הפחמן הדו חמצני מחוץ לתא, תגדיל את הכוח המניע של המולקולה לצאת החוצה מהתא וזאת על מנת להשוות את מפל הריכוזים. כלומר, יצירת C△ – מפל ריכוזים שיגרור שטף גדול יותר של פחמן דו חמצני לחוץ התא.
ג. הקטנת עובי הממברנה תקטין את ה-X△ במשוואת שטף הדיפוזיה. כלומר, יקטן המרחק אותו המולקולה צריכה לעבור ובעקבות כך יגדל השטף של הפחמן הדו חמצני לחוץ התא.
ד. הצמיגות (אתא) נמצאת במכנה במשוואת שטף הדיפוזיה (בתוך מקדם הדיפוזיה). הקטנת הצמיגות תקל על המולקולות לנוע במדיום ותגדיל את שטף הדיפוזיה.
להרחבה – Bern & Levy, מהדורה 8 עמודים 10-12 (דיפוזיה).
פיזיולוגיה 1 שאלה 32
מי מהתמיסות הבאות תשמש כטיפול במטופל מיובש שהתייצג עם נוזלי גוף היפרטונים?
במה עוסקת השאלה: שמירה על הומאוסטזיס
תשובה ב’.
אוסמולריות תקינה של נוזלי הגוף סביב 300 מיליאוסמולר. ולכן המטופל התייצג עם נוזלי גוף היפרטונים.
דקסטרוז – תמיסה היפוטונית (דקסטרוז הוא סוכר שמתפרק למים ולפחמן דו חמצני שחדיר את ממברנות מדורי הגוף). מתן תמיסה של דקסטרוז מגדילה את נפח ה-ECF וה-ICF וגורמת לירידה באוסמולריות נוזלי הגוף.
הרחבה על יתר התמיסות בסרטון ‘מדורי המים בגוף’ ובערכי הידע בערך זהה.
שלילת מסיחים –
דקסתרן- תמיסה היפרטונית (סוכר גדול מאוד) שלא חודר את ממברנת הפלסמה. ניתנת במקרה שיש צורך להעלות את נפח הפלזמה בלבד, וגורמת לעלייה באוסמולריות של נוזלי הגוף של המטופל.
נתרן כלוריד 5%- תמיסה היפרטונית שחודרת את ממברנת הפלסמה (אך לא את ממברנת התא) ניתנת במקרה של נוזלי גוף היפוטונים על מנת להעלות את אוסמולריות נוזלי הגוף. גורמת למעבר של נוזלים מה-ICF ל-ECF ובכך להגדלת נפל מדור ה-ECF והקטנת נפח המדור התוך תאי.
מניטול- כאשר מטופל עובר ניתוח מוח או סובל משבץ, לרוב יש הצטברות של נוזל בין רקמתי במוח (בצקת). בגלל קשיחות הגולגולת לא ניתן להגיל את נפח המדור ומתחיל להיווצר לחץ הפוגע בנוירונים. נוזל המוח מופרד משאר הגוף ע”י ה-BBB (blood brain barrier) אשר חדיר למים ולמעט מאוד חומרים נוספים. כאשר ישנה הצטברות נוזלים במוח נרצה להעלות את האוסמולליות של שאר המדורים בגוף, כך שתיווצר זרימה של מים מהמוח החוצה. לצורך כך משתמשים הרופאים במניטול שהינו סוכר שלא חודר לתאים או למוח (אינו חוצה את ה-BBB). המניטול מעלה את האוסמולליות של הנוזל החוץ תאי (לא כולל את סביבת המוח) ומוביל לזרימת מים מהמוח החוצה.
להרחבה – Berne&Levy, מהדורה 8, עמודים 18-22 (מדורי מים בגוף)
פיזיולוגיה 4 שאלה 8
נתונות ארבע תמיסות שונות של 1% אחוז משקלי- תמיסת אוראה, (Mw=60 ) תמיסת KCl (Mw=4 ) , תמיסת HCl(Mw=3 ) ותמיסת גלוקוז. (Mw=180 ) מי מבין התמיסות היא בעלת האוסמולריות הנמוכה ביותר?
במה השאלה עוסקת: אוסמולריות
תשובה ד. תמיסה המכילה 1% משקלי מכילה גרם אחד ב-100ml. כמובן שזה יכול להיות גם עשרה גרם ב-1L אבל נשאר עם הדוגמה של 1g/100ml. כמו כן לשם התזכורת, אוסמולריות נמדדת ב-osmol/L, כאשר osmol היא יחידת מידה למספר החלקיקים בתמיסה. בשאלה זו למשל החומר KCl יתפרק לאשלגן וכלור ולכן בתמיסה בריכוז של 1 mol/L של KCl נקבל אוסמולריות של 2 Osmol/L. כלומר ניתן לחשב בקלות את אוסמולריות התמיסה על ידי הכפלת הריכוז במספר החלקיקים שהמולקולה מתפרקת אליה בתמיסה. כעת אנחנו מחפשים את התמיסה עם האוסמולריות הנמוכה ביותר, כלומר עם הכי פחות חלקיקים. לשם כך נבחר את המולקולה הכבדה ביותר שלמעשה “תיכנס” הכי מעט פעמים בתוך 1g. לפיכך נבחר בגלוקוז כיון שהיא המולקולה הכי כבדה וכן אינה מתפרקת בתמיסה (מה שהיה מוביל להגדלה של האוסמולריות). כיון שגלוקוז הכי כבדה, פחות מולקולות גלוקוז נכנסות בגרם אחד ולכן זו התשובה הנכונה. ניתן לראות זאת גם בחישוב מספרי, אולם לצורך המבחן ההבנה האינטואיטיבית עדיפה. MW מבוטא בגרם למול אך כדי לחשב ריכוז, ניתן לכפול את התמיסה בהופכי של MW (כלומר מול חלקי גרם). כמו כן שימו לב שמטעמי נוחות הוחלפו היחידות מ-100ml ל-0.1L.
כדי לחשב את האוסמולריות אין צורך לכפול את הריכוז שקבלנו, כיון שגלוקוז אינו מתחלק בתמיסה ולכן האוסמולריות של גלוקוז היא הקטנה ביותר:
שלילת מסיחים:
א. אוראה כמו גלוקוז אינה מתחלקת לעוד מולקולות ולכן גם אותה לא צריך לכפול אותה בעת חישוב האוסמולריות. ניתן לראות שכיון שהמשקל שלה נמוך פי 3 מאשר של גלוקוז (60=MW), הרבה יותר מולקולות של אוראה יכנסו בתוך גרם אחד ולכן האוסמולריות שלה תהיה גבוהה יותר מאשר של גלוקוז. כאמור עדיפה ההבנה אך נראה זאת גם באמצעות החישוב:
כעת את הריכוז שקבלנו אין צורך להכפיל כיון שאוראה לא מתחלקת בתמיסה והאוסמולריות שלה:
ב. החומר KCl כן מתחלק לשני יונים ולכן צריך לכפול בשניים בעת חישוב האוסמולריות. גם אם לא מחשבים את האוסמולריות, המשקל של KCl נמוך מאוד (4=MW), ולכן גם במקרה זה הרבה יותר מולקולות של KCl יכנסו בתוך גרם אחד. כלומר, האוסמולריות של חומר זה תהיה גבוהה יותר מאשר של גלוקוז. הבא נראה זאת בחישוב:
כעת את הריכוז שקבלנו צריך להכפיל פי 2 כיון ש-KCl מתחלקת בתמיסה לשני יונים ולכן האוסמולריות היא:
ג. החומר HCl גם הוא מתחלק לשני יונים ולכן גם אותו צריך לכפול בשניים בעת חישוב האוסמולריות. גם אם לא מחשבים את האוסמולריות, המשקל של HCl נמוך מאוד (3=MW), ולכן גם במקרה זה הרבה יותר מולקולות של KCl יכנסו בתוך גרם אחד. כלומר, האוסמולריות של חומר זה תהיה גבוהה יותר מאשר של גלוקוז. בחישוב:
את הריכוז שקבלנו צריך להכפיל פי 2 כיון ש-HCl מתחלקת בתמיסה לשני יונים והאוסמולריות היא:
להרחבה – Bern & Levy, מהדורה 8 עמודים 12-15 (אוסמוזה).
פיזיולוגיה 1 שאלה 9
היכן בתא האפיתליאלי (Epithelial cell) ממוקמת ברוב המקרים המשאבה Na-K-ATPase?
במה השאלה עוסקת: טרנספורט אפיתליאלי
תשובה א. תאי האפיתל חוצצים בין הסביבה החיצונית לסביבה הפנימית של הגוף. דוגמאות לכך הן תאי אפיתל העור שחוצצים בין הבגדים שאנו לובשים לבפנוכו, תאי אפיתל המעי שחוצצים בין האוכל שאנו אוכלים למחזור הדם וכמובן שיש דוגמאות נוספות. הצד שמופנה לסביבה הפנימית, כלומר לתוך הגוף, הוא הצד הבזאלי ואילו הצד שמופנה לסביבה החיצונית, כמו האויר והמעי, הוא הצד האפיקלי. תפקיד נוסף שיש לתאי האפיתל הוא להוות מחסום בררני שמכניס חומרים שצריך לספוג בחזרה לגוף ולא מכניס חומרים שיש להוציא מהגוף. לדוגמה, נתרן כמעט אינו מופרש בשתן ורובו נספג בחזרה על ידי תאי האפיתל שבכליות. האופן שבו הוא נספג חזרה הוא באמצעות תעלות נתרן שמכניסות נתרן עם המפל האלקטרוכימי שלו. מבחינת הפרשי ריכוזים, כיון שבתוך התא ריכוז הנתרן נשמר נמוך, יש לנתרן כוח מניע להיכנס לתא. מבחינה חשמלית, תוך התא יותר שלילי ביחס לחוץ התא והסיבה לכך הן תעלות הדלף לאלשגן שמוציאות אשלגן באופן קבוע מן התא (מהממברנה הבאזולטרלית) ובכך משפיעות על מתח הממברנה. כלומר, המפל האלקטרוכימי של נתרן הוא פנימה לתוך התא ולכן לא נדרשת השקעת אנרגיה כדי להכניסו ומספיק לבטא תעלות בצד האפיקלי בכדי שנתרן יכנס לתא. כדי לשמור על ריכוזי יונים קבועים, התא מבטא משאבות נתרן אשלגן והוא עושה זאת בצד הבאזולטרלי. הסיבה לכך היא שהתא לא מעוניין להפריש נתרן החוצה מהגוף ואף להפך, הוא מעוניין לספוג נתרן שהופרש. ביטוי משאבות נתרן-אשלגן בצד הבאזולטרלי מאפשר מעבר של נתרן מהסביבה החוץ תאית, דרך הממברנה האפיקלית עד הממברנה הבאזולטרלית שם משאבות נתרן-אשלגן מוציאות אותו מהתא ומחזירות אותו לגוף. סוג כזה של מעבר, שחוצה את הממברנה האפיקלית ואת הממברנה הבאזולטרלית, מכונה מעבר טרנסצלולארי (trnascellular). ישנו סוג מעבר נוסף דרך תאי אפיתל המכונה פאראצלולאר (paracellular). במעבר מסוג זה חומרים אינם עוברים דרך ממברנות התא, אלא דרך חלבונים שנמצאים במרווחים שבתאי האפיתל ומכונים tight junctions. חשוב לסייג את הנאמר בכך שמשאבות נתרן אשלגן ממוקמות בצד הבאזולטרלית, כיון שעקרון זה נכון לכל תאי האפיתל בגוף מלבד התאים ב-choroid plexus. ה-choroid plexus זה מבנה השייך לחדרי המוח והוא אחראי על יצירה והפרשה של ה-cerebrospinal fluid (CSF). בתאי אפיתל אלו, משאבת הנתרן-אשלגן נמצאת בצד האפיקלי.
שלילת מסיחים:
ב. התא מעוניין לספוג נתרן מהצד האפיקלי ועל כן זה יחשב בזבזני מצדו לבטא משאבות נתרן-אשלגן בצד זה. כמו כן, ביטוי המשאבות בצד הבאזולטרלי מאפשר לספוג את הנתרן בחזרה לגוף.
ג. התא מעוניין לספוג נתרן מהצד האפיקלי ועל כן זה יחשב בזבזני מצדו לבטא משאבות נתרן-אשלגן בצד זה. כמו כן, ביטוי המשאבות בצד הבאזולטרלי מאפשר לספוג את הנתרן בחזרה לגוף.
ד. כפי שכתוב בתשובה לסעיף א’, משאבות נתרן-אשלגן קיימות רק בצד הבאזולטרלי.
פיזיולוגיה 1 שאלה 14
אילו מהמשפטים הבאים נכון בנוגע לתעלות יוניות?
במה השאלה עוסקת: טרנספורטרים – תעלות ונשאים
תשובה ב. קצב הטרנספורט דרך תעלה הוא מהיר יותר כיון שתעלה לא נדרשת לבצע שינוי קונפורמציה, בעוד שנשא, לאחר קישור הסובסטרט, חייב לשנות קונפורמציה ולשחרר את החומר בצדה השני של הממברנה. תעלה היא למעשה חור סלקטיבי בממברנה ולכן חומרים עוברים דרכה באופן מהיר יותר. הבדל נוסף בין שני הטרנספורטרים הוא האופן שבו כל אחד מגיב לריכוזי סובסטרט עולים. עבור חומר שעובר בדיפוזיה דרך תעלות, קצב הדיפוזיה יגדל באופן ליניארי כתלות בריכוזי סובסטרט עולים. לעומת זאת, דיפוזיה דרך נשא מתנהגת באופן דומה לקינטיקת מיכאליס מנטן. במודל מיכאליס מנטן, בריכוזי סובסטרט גבוהים האנזים (או הנשא) מגיע לרוויה כאשר הוספה של סובסטרט נוסף לא תגדיל את המהירות. למעשה המהירות בנקודה זו היא המהירות המקסימלית.
שלילת מסיחים:
א. חוק פיק מודד דיפוזיה פשוטה ולא דיפוזיה דרך תעלות או נשאים. דיפוזיה פשוטה היא דיפוזיה שלא נעזרת באף חלבון לצורך המעבר ומתרחשת עם מפל הריכוזים. ניתן לחשב קצב מעבר דרך תעלה אבל הדבר נובע מהתכונות של התעלה, מטען חשמלי וכדומה, חישובים שאינם רלוונטים עבורכם. כן חשוב להבין שעבור חומר שחודר את הממברנה בקלות בדיפוזיה פשוטה, קצב הדיפוזיה יתנהג באופן דומה לדיפוזיה דרך תעלות. ככלל, קצב הדיפוזיה יגדל באופן ליניארי כתלות בריכוזי סובסטרט עולים. יחד עם זאת יש הבדלים בין דיפוזיה פשוטה ודיפוזיה דרך תעלה כמו למשל שתעלה יכולה להיסגר, וכן כפי שציינתי תכונות נוספות שיש לתעלות.
ג. ישנם מצבים בהם חומרים נעים כנגד מפל הריכוזים שלהם כמו למשל במקרה של יונים שהן מולקולות טעונות. עבור יונים ישנם שני כוחות שקובעים את כוון תנועתם, הכוח החשמלי והפרשי הריכוזים. כאשר הכוח החשמלי למשל גדול יותר מהכוח הנובע ממפל הריכוזים, היון ינוע כנגד מפל הריכוזים שלו עד אשר שני הכוחות יתאזנו. פוטנציאל אלקטרוכימי הוא ערך שמשלב את שני הכוחות הללו וניתן להסתכל עליו ככמות האנרגיה הפוטנציאלית שתשתחרר בעת העברת המולקולה בין צדדי הממברנה (מחושב ב-Juole). ניתן לחשב פוטנציאל אלטקרוכימי של חומר באמצעות הנוסחה הבאה: μx= RTlnXiXo+ZxFVm, כאשר R הוא קבוע הגזים, T טמפרטורה, Xi ריכוז בתוך התא, Xo ריכוז מחוץ לתא, Zx ערכיות היון,F קבוע פאראדיי ו- Vm מתח הממברנה. כאשר שני הכוחות משתווים היון מגיע לשיווי המשקל שלו והפוטנציאל האלקטרוכימי משתווה ל-0.
ד. ישנם נשאים שמעבירים חומרים עם מפל הריכוזים וכנגד מפל הריכוזים. נשאים שמעבירים חומר כנגד מפל הריכוזים צורכים לשם כך אנרגיה וטרנספורט מסוג זה מכונה טרנספורט אקטיבי. נשאים שדורשים אנרגיה לצורך ההעברה והאנרגיה שלהם אינה מגיעה מ-ATP, פועלים במנגנון המכונה טרנספורט אקטיבי שניוני. בטרנספורט אקטיבי שניוני יש שימוש במפל ריכוזים של חומר X (אשר הושג באמצעות הידרוליזת ATP), לצורך העברת חומר Y לצידה השני של הממברנה כנגד המפל האלקטרוכימי שלו. מנגנון העברה זה יכול להיות סימפורטר (co-transporter/symporter) או אנטיפורטר (antiporter). תעלות בהכרח מעבירות חומרים באופן פסיבי, כלומר עם המפל האלקטרוכימי של המולקולה ולכן לא צורכות אנרגיה לשם כך.
ה. תעלות ונשאים הם טרנספורטרים בררניים ולכן אינם יכולים להעביר דרכם מספר סוגים של יונים. בתעלות למשל יש סלקציה לפי גודל היון וצפיפות המטען החשמלי שלו ולכן הן סלקטיביות ליון מסוים. חשוב לסייג אמירה זו בכך שישנן תעלות שפחות בררניות ויכולות להעביר יונים בעלי מכנה משותף כמו למשל יונים חיוביים- נתרן ואשלגן.
פיזיולוגיה 3 שאלה 18
איזה מהמשפטים הבאים מתאר בצורה נכונה יחידה מוטורית מהירה?
במה השאלה עוסקת: סוגי יחידות מוטוריות
תשובה ד. את סיבי השריר ניתן לחלק לבעלי כיווץ מהיר (fast-twitch נקראים גם סוג 2) ובעלי כיווץ איטי (slow-twitch נקראים גם סוג 1). מהיר\איטי בהקשר זה מתייחס לכמה זמן לוקח לשריר להתכווץ לאחר גירוי. עוצמת הכיווץ של סיבים איטיים היא נמוכה לעומת סיבים מהירים, ככל הנראה המאמץ המאוזן של השריר הוא חלק מהיכולת שלו לפעול לזמן ממושך. נלמד עוד על סיבי השריר ע”י שלילת המסיחים.
שלילת מסיחים:
א. סיבי שריר מהירים מעוצבבים תמיד על ידי נוירונים בעלי קוטר ומהירות הולכה גדולה, אך בעלי סף הפעלה גבוה (ולכן פחות אקסיטבילים). סיבי שריר איטיים מעוצבבים תמיד על ידי נוירונים בעלי קוטר קטן והולכה (יחסית) איטית והם בעלי סף הפעלה נמוך. בהתאם, בעת גירוי שני סוגי היחידות המוטוריות, דווקא סיבי השריר האיטיים יפעלו ראשונים, שכן סיבי שריר איטיים מסוגלים לפעול למשך זמן ארוך יותר ועל כן נעדיף לגייס אותם ראשונים.
ב. ראו הסבר למסיח א’.
ג. סיבים המתבססים על פוספורילציה אוקסידטיבית זקוקים לחמצן רב. חמצן מגיע לשרירים בעזרת חלבון נושא החמצן myoglobin. מיוגלובין נותן לשריר את צבעו האדום ולכן סיבים איטיים הינם אדומים בעוד שסיבים מהירים המתבססים על גליקוליזה הינם לבנים.
להרחבה – Bern& Levy, מהדורה 8 עמודים 248-252 (סוגי שרירי שלד).
פיזיולוגיה 3 שאלה 21
איזה מהמשפטים הבאים בנוגע ליחידה המוטורית ייתכן?
במה השאלה עוסקת: היחידה המוטורית
תשובה א. יחידה מוטורית היא הנוירון המוטורי וכל סיבי השריר אותם הוא מעצבב. מכיוון שהעצבוב קובע את סוג הסיב, כל סיב שריר יכול להיות מעוצבב ע”י נוירון אחד בלבד. עם זאת- כל נוירון מעצבב מספר תאי שריר שונים. מסיבה זו, כל יחידה מוטורית מורכבת מסוג סיבים זהה (1 או 2) הנקבע לפי סוג הנוירון ביחידה.
להרחבה – Bern& Levy, מהדורה 8 עמוד 242 (יחידה מוטורית).
פיזיולוגיה 3 שאלה 8
מי ממקטעי הסרקומר הבאים נותר ללא שינוי באורכו בעת כיווץ שריר שלד?
במה השאלה עוסקת: מבנה הסרקומר
תשובה ב. אזור ה-A מוגדר כאזור שבין שני I bands והוא למעשה מכיל את כל סיב המיוזין, כולל החלקים החופפים שלו עם סיב האקטין, וללא החלבון טיטין. לצורך התזכורת אזור ה-I מכיל רק את סיב האקטין ואת טיטין. בעת התכווצות, אזורי ההשקה בין אקטין ומיוזין גדלים אך החלבון מיוזין עצמו אינו מתקצר. למעשה מה שמתקצר הם שני ה-I bands בצידי הסרקומר והתקצרות זו גורמת להגדלת איזורי ההשקה בין אקטין ומיוזין. כלומר, למרות שגדלה השקה בין שני הסיבים ה-A band עצמו אינו מתקצר.
שלילת מסיחים:
א. ה-I band מתקצר בפעולת ההתכווצות. בעת התככוצות אקטין מגדיל את החפיפה שלו עם מיוזין משני צדדיו וכן האופי הקפיצי של החלבון טיטין מאפשר התכווצות זו.
ג. ה-H zone מוגדר כאזור המכיל רק סיב עבה והוא נמצא במרכז הסרקומר. כיון שטענו שאזורי ההשקה בין אקטין ומיוזין גדלים עקב ההתכווצות, הגיוני שהאזור המכיל רק סיב עבה יקטן עקב פלישת הסיב הדק לשטחו.
ד. המקטע שבין שני קווי Z קטן אף הוא עקב ההתכווצות ולמעשה ללא הקטנה של מרחק זה לא היה כיווץ של השריר כלל. המקטע שבין שני קווי Z מכיל בתוכו את ה- I bandsוכאשר הם מתקצרים המקטע שבין שני קווי Z מתקצר גם הוא.
להרחבה – Bern & Levy, מהדורה 8 עמודים 238-241 (ארגון שריר שלד).
פיזיולוגיה 3 שאלה 1
מה מקיף כל סיב שריר (Muscle fiber)?
במה השאלה עוסקת: מבנה השריר
תשובה ג. סיב שריר הוא תא השריר ולפיכך בדומה לכל תא אחר מוקף בממברנה המכונה סרקולמה (Sarcolemma). סיב השריר הוא איחוי של מספר תאים ולכן הוא למעשה תא מרובה גרעינים. סוג תא ממין זה מכונה syncytium. בכדי להבין את המונחים שבשאלה זו כדאי לזכור שמשמעות המילה סרקו (Sarco) היא שריר בשפה היוונית והמילה מיו (Myo) היא שריר בלטינית. כעט נבין את שאר המרכיבים הבונים את השריר כולו. סיב שריר הוא לא היחידה הקטנה ביותר בשריר, ובתוך כל סיב שריר ישנן יחידות רבות של מיופיבריל (Myofibril). מיופיבריל הם חוטים שמאורגנים לאורך השריר ומכילים את המיופילמנט (Myofilament). מיופילמנט היא יחידת ההתכווצות הבסיסית והיא כוללת בתוכה את הפילמנט הדק המורכב בעיקר מהחלבון אקטין והפילמנט העבה שהוא החלבון מיוזין. כל סיב שריר המוקף בסרקולמה, מוקף במעטפת נוספת המכונה אנדומיזיום (Endomysium). מקבץ של סיבי שריר יוצר מבנה המכונה צרור (Fascicle), המכוסה בשכבה נוספת בשם פרימיזיום (Perimysium). מספר צרורות יוצרים את השריר שמכוסה בשכבה נוספת המכונה אפימיזיום (Epimysium).
שלילת מסיחים:
א. פרימיזיום היא השכבה המכסה מספר סיבי שריר יחדיו המכונים צרור (fasiclse).
ב. מעטפת מיאלין היא שכבה שומנית המכסה אקסונים ומאפשרת הולכה מהירה יותר בשם הולכה סלטטורית. כלומר, מדובר במעטפת המכסה חלק מתא העצב ולא את תא השריר.
ד. המילה סרקפולזמה (Sarcoplasm) היא למעשה ציטופלזמה של תא השריר. כלומר היא התווך הפנימי של סיב השריר ולא המעטפת החיצונית.
להרחבה – Bern & Levy, מהדורה 8 עמודים 238-239 (ארגון שריר שלד).
פיזיולוגיה 3 שאלה 25
מה מאפיין (paired-pulse facilitation (PPF?
במה עוסקת השאלה: Paired- Pulse Facilitation (PPF)
תשובה א’. שאלה שהתווספה בעקבות שאלה של מועד א’ 2020 על אף שאיננה בחומר בצורה חד משמעית. החלטנו להכניס את הנושא ליתר ביטחון לקראת המועד השני. הרחבה על הנושא:
פעילות סינפטית יכולה להשתנות בעקבות תדר גירויים גבוהה.
מדולוציות קצרות טווח של פעילות סינפטית:
Paired- Pulse Facilitation (PPF)
תדר גבוה מספיק של גירוי פרה-סינפטי, יכול להוביל לפאסיליטאציה- כלומר, התגובה הפוסט סינפטית הולכת וגדלה. הגורם הוא ככל הנראה שחרור מוגבר של סידן בבוטון והצטברות שלו בין גירוי לגירוי אשר מוביל לשחרור מוגבר יותר של ווסיקולות בגירוי העוקב.
Posttetanic potentiation (PTP)
באופן דומה ל-PPT, כאשר ניתן גירוי יחיד לשריר לאחר גירוי טטני (שקופית 52) הצטברות הסידן בבוטון תוביל לתגובה פוסט סינפטית גדולה יותר. נשים לב שככל שמשך הזמן בין הגירוי הטטני לגירוי הבודד גדול יותר, כך התגובה המתקבלת קטנה יותר.
Synaptic Depression- בתדר גירויים גבוהה, עקב שחרור מוגבר של ווסיקולות, יכולה להיות דווקא ירידה בכמות הווסיקולות הזמינות לשחרור בתא הפרה-סינפטי ולכן התגובה הפוסט סינפטית שתימדד תהייה קטנה יותר.
גם פוטנציאציה וגם depression יכולים לקרות באותה הסינפסה.
ככלל, סינפסות עם הסתברות גבוהה לשחרור ווסיקולות יטו יותר לכיוון Postimulus depression, בעוד שסינפסות בעלות הסתברות נמוכה יותר לשחרור ווסיקולות יאופיינו ביותר פוטנציאציה.
להרחבה – Berne and Levy, Physiology , מהדורה 8, 93-96
פיזיולוגיה 1 שאלה 8
מה כוללת התגובה של תא לתמיסה היפוטונית וכיצד היא נקראת?
במה השאלה עוסקת: תגובות מסוג RVI ו-RVD
תשובה א. טוניות היא מדד השוואתי לריכוז מומסים אפקטיביים בשתי תמיסות שונות. מומסים אפקטיביים הם מומסים שיוצרים לחץ אוסמוטי כיון שאינם חוצים את הממברנה. כאשר מדברים על טוניות קיימים שלושה יחסים בין שתי תמיסות: איזוטוני, היפרטוני והיפוטוני. תמיסות איזוטוניות הן תמיסות עם אותה כמות מומסים אפקטיביים, תמיסה היפרטונית היא תמיסה עם יותר מומסים אפקטיביים ביחס לתמיסה אחרת ותמיסה היפוטונית היא תמיסה עם פחות מומסים אפקטיביים ביחס לתמיסה אחרת. כאשר מכניסים תא לתמיסה היפוטונית (כלומר תמיסה בעלת פחות מומסים אפקטיביים), מים נכנסים באופן כמעט מידי לתוך התא כדי להגיע למצב שתוך התא וחוץ התא הם איזוטונים אחד לשני. בכדי למנוע התנפחות נוספת של התא בעקבות כניסת מים, קיים מנגנון המכונה RVD (regulatory volume decrease). במנגנון זה מוצאים מומסים אפקטיביים מהתא ובכך מופחת הלחץ האוסמוטי בתוך התא ונפח התא חוזר לנפח נורמלי. לאחר הוצאת המומסים מהתא, שתי התמיסות (חוץ ופנים התא) הן איזוטוניות, כאשר האוסמולליות שלהן נמוכה מהערכים הסטנדרטים של התא. ישנם טרנפורטרים רבים שמוערבים בתגובה זו וכמו כן מולקולות רבות הכוללות יונים ומולקולות אורגניות שונות. דוגמה ליונים שיוצאים מהתא כחלק מתגובת RVD היא יציאה של אשלגן וכלור (KCl), בין אם זה באמצעות סימפורטר או באמצעות תעלות ספציפיות לכל יון.
שלילת מסיחים:
ב. בתגובת RVD התא מוציא מומסים ומים ובכך מפחית את גודלו וכל זאת כיון שהוא נחשף לתמיסה היפוטונית. בתמיסה היפוטונית יש ריכוז מומסים אפקטיביים נמוך באשר בתא, ומים נכנסים כדי להשוות ריכוזים. התא רוצה למנוע התנפחות נוספת והמנגנון לעשות זאת הוא באמצעות הוצאת מומסים. במידה והתא יכניס מומסים התוצאה תהיה הפוכה כיון שמים יוסיפו להיכנס לתא ונפחו יגדל. תהליך זה של גדילת התא מכונה RVI (regulatory volume increase) והוא מתרחש באופן טבעי בתגובה לחשיפת התא לתמיסה היפרטונית. במקרה של חשיפת התא לתמיסה היפרטונית, בתמיסה החיצונית של התא יש יותר מומסים אפקטיביים ומים נעים החוצה מהתא כדי ליצור מצב בו התמיסות איזוטוניות. ביציאת מים יש סכנה של איבוד נפח ולכן התא מכניס מומסים כגון נתרן וכלור (NaCl). הכנסת המומסים מעלה את הלחץ האוסמוטי בתא כיון שהמומסים גוררים אחריהם מולקולות מים. חשוב לציין שהכנסה זו של מומסים מעלה את אוסמולליות התא לערך גבוה מהערך הסדנרטי של התא. כלומר, אמנם חוץ ופנים התא איזוטוניים, אך לשניהם ערכים אוסמולליים גבוהים מהנורמה וזאת בעקבות חשיפת התא לתמיסה היפרטונית.
ג. ב-RVD יש תנועה של נוזלים החוצה מן התא אך הנוזלים נעים בעקבות המומסים. הרעיון המרכזי בתגובה זו הוא מעבר מהיר של מומסים אפקטיביים החוצה מהתא או הכנסתם לתוך התא. ניתן להניח שבמידה ונוזלים היו הרכיב המרכזי בתגובה, היינו מצפים למנגנון אחר כמו למשל רגולציה על תעלות מים.
ד. ב-RVI יש תנועה של נוזלים פנימה אל התא אך הנוזלים נעים בעקבות המומסים. הרעיון המרכזי בתגובה זו הוא מעבר מהיר של מומסים אפקטיביים החוצה מהתא או הכנסתם לתוך התא. ניתן להניח שבמידה ונוזלים היו הרכיב המרכזי בתגובה, היינו מצפים למנגנון אחר כמו למשל רגולציה על תעלות מים.
פיזיולוגיה 3 שאלה 26
מה מייחד פוטורצפטורים מרצפטורים אחרים?
במה השאלה עוסקת: קידוד סנסורי
תשובה ד’. פוטורצפטורים קולטים גירויים חזותיים. באופן מפתיע, הפוטורצפטורים ברשתית יורים פוטנציאלי פעולה כל עוד הם נמצאים בחושך ודווקא האור משתיק אותם. המידע שעובר ל-CNS הוא של השתקת הרצפטורים והפסקת פוטנצאלי הפעולה.
פיתרון מלא/הסבר:
חשוב לזכור
מקור
רפרנס
התפלגות תשובות
יצירת קשר
שירות לקוחות
03-656-1234
דוא"ל
תפריט מהיר
תקנון ומדיניות
- תקנון מוצרים
- תקנון מנויים
- מדיניות פרטיות
- מדיניות ביטולים
- תקנון האתר
לא ניתן להעתיק