שאלון מערכת: שיעורי בית פיזיולוגיה 3

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).

במה השאלה עוסקת: מבנה הסרקומר (Sarcomere)

תשובה ד. הפילמנט העבה, כלומר סיבי מיוזין, קשור לקו ה-Z באמצעות חלבון בשם טיטין. טיטין הוא חלבון גדול מאוד ואלסטי. כנראה לחלבון זה תפקידים נוספים כמו ביטוי גנים והרס חלבונים (דרך קשירתו למבנים תאיים נוספים) ותפקידים אלו נובעים מהיותו mechanosensor.

שלילת מסיחים:

א. טרופונין C הוא תת-יחידה של החלבון טרופונין והוא אחראי על קישור סידן. תת היחידות הנוספות הן טרופונין T שתפקידו קישור לטרופומיוזין וטרופונין I שמתווך את האינהיביציה שנעשית בפועל על ידי טרופומיוזין ומונעת את קישור מיוזין לאקטין. נוח לזכור את תפקיד תת היחידות באמצעות קישור האות שמסמלת כל תת יחידה לתפקיד שלה. האות C מרמזת על המילה Calcium (סידן), האות T מרמזת על המילה Troponin והאות I מרמזת על המילה Inhibition (חשוב לזכור שמי שבפועל עושה את האינהיביציה הוא טרופומיוזין).

ב. טרופומיוזין הוא חלבון שנקשר לאקטין באותו איזור שבו מיוזין נקשר לאקטין ובכך מפריע לקישור מיוזין לאקטין. טרופומיוזין פועל כדימר וכל דימר מכסה שבע מולקולות של אקטין. כאשר סידן מגיע לאיזור, הוא נקשר לטרפונין C והדבר גורם לתזוזה של טרופומיוזין. כאשר טרופומיוזין זז ממקומו, אתרי הקישור למיוזין על גבי האקטין נחשפים ומיוזין מסוגל להיקשר לאקטין.

ג. חלבון capZ אחראי על עיגון הקשר של הסיב הדק (סיבי אקטין) לקו ה-Z.

להרחבה – Bern & Levy, מהדורה 8 עמודים 239-241.

במה השאלה עוסקת: ארגון שריר שלד

תשובה ב. כדי לענות על השאלה נפרט את הסידור של מרכיבי השריר. 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-10-80 mµ) אבל הוא יכול להיות מאוד ארוך. כל סיב 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. אפימיזיום היא המעטפת החיצונית ביותר של השריר כולו, ושכבה זו אינה מכילה את כלי הדם המספקים את השריר.

ג. מעטפת המיאלין היא מעטפת המכסה את האקסון של מערכת העצבים ומאפשרת הולכה מהירה יותר של פוטנציאל פעולה. כלומר, היא אינה קשורה כלל לארגון וסידור השרירים.

ד. אנדומיזיום היא מעטפת של סיב (=תא) שריר והיא נמצאת פנימית לפרימיזיום.

להרחבה – Bern & Levy, מהדורה 8 עמודים 238-239 (ארגון שריר שלד).

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).

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).

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)

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).

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).

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).

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).

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 .

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.
טוקסין הטטנוס חותך את synaptobrevin ולכן אנו מחפשים באיור אחר חלבון SNARE. קיים רק חלבון אחד כזה והוא מסומן באות ב’. חשוב לציין שאמנם סינפטוברבין הינו חלבון שנמצא על גבי הוסיקולה (v-SNARE), אך הוא יכול להימצא גם על גבי הממברנה לאחר איחוי הוסיקולה עם הקצה הטרמינלי של האקסון ולפני המחזור של הוסיקולה למשל באמצעות אנדוציטוזה שמתרחשת בקצה האקסון.

להרחבה – Bern & Levy, מהדורה 8 עמודים 88-89 .

במה השאלה עוסקת: סינפסה כימית

תשובה ג. Myasthenia gravis הינה מחלה אוטואימונית שבבסיסה עומדים נוגדנים כנגד רצפטורים לאצטיל כולין בצומת-עצב שריר. לאצטיל כולין רצפטורים מוסקריניים וניקוטיניים והנוגדנים במחלה זו נקשרים לרצפטורים הניקוטיניים בלבד ולא מאפשרים להם לעבוד וכן גורמים לדגרדציה שלהם. בסופו של דבר התהליך מוביל למצב קשה ולשיתוק השרירים. אחת הסכנות במחלה זו היא שיתוק הסרעפת ולפיכך חוסר היכולת לבצע נשימה תקינה. על מנת לטפל במחלה ניתן להשתמש במעכבים של האנזים אצטיל כולין אסטראז שתפקידו לפרק את אצטיל כולין במרווח הסינפטי. עקב כך, ריכוז אצטיל כולין במרווח הסינפטי גדל ומפצה במידה מסוימת על המחסור ברצפטורים בתא הפוסט סינפטי. כיון שהנוגדנים מופנים כנגד הרצפטור לאצטיל כולין, כלומר הרצפטור הפוסט סינפטי שיקלוט את הנוירוטרנסמיטורים לאחר שאלו השתחררו למרווח הסינפטי, הנקודה שתפגע היא נקודה ג’ שמתארת בדיוק מצב זה. מחלה זו אינה נמצאת בסילבוס ולכן מה שחשוב לקחת משאלה זו הוא לא המחלה עצמה, אלא המחלה כאמצעי לוודא הבנה של איזה מרכיבים תאיים נמצאים במרווח הסינפטי ושל תהליך יצירת ה-EPP (end plate potential).

להרחבה – Bern & Levy, מהדורה 8 עמוד 96, “IN THE CLINIC”.

במה השאלה עוסקת: סינפסה כימית

תשובה א. כיון שנתון שהנוגדנים חוסמים תעלות סידן תלויות מתח, נחפש באיור את האזור שמתאים לכך ביותר. ניתן לראות שסעיף א’ מתאים לפירוט זה כיון שהוא מצביע על תעלת סידן הנמצאת במיקום הנכון, שהוא בבוטון התא הפרה-סינפטי. תעלות סידן תלויות מתח נפתחות כאשר מתח הממברנה עולה (בעקבות פוטנציאל פעולה) והן מאפשרות כניסת סידן לתוך התא שבתורו גורם לשחרור וסיקולות למרווח הסינפטי. מחלה זו תגרום למצב דומה אצל החולים למחלה Myasthenia gravis (מיאסטמיה גרביס), אך עם הבדלים מסוימים. אולם, מנגנון הפעולה של מחלה זו שונה בכך שהיא תוקפת תעלות סידן, בעוד מיאסטמיה גרביס תוקפת את הרצפטורים הפוסט-סינטפטיים לאצטיל כולין. מחלה זו אינה נמצאת בסילבוס ולכן מה שחשוב לקחת משאלה זו הוא לא המחלה עצמה, אלא המחלה כאמצעי לוודא הבנה של איזה מרכיבים תאיים נמצאים במרווח הסינפטי ושל מנגנון שחרור הנוירוטרנסמיטרים.

להרחבה – Bern & Levy, מהדורה 8 עמודים 84-92 .

במה השאלה עוסקת: סינפסה כימית

תשובה ד. acetylcholinesterase הוא אנזים שחותך את אצטיל-כולין למרכיביו שהם אצטט וכולין ובכך הוא מפסיק את פעולתם של הנוירוטרנסמיטרים על התא הפוסט סינפטי. אנזים זה הכרחי כיון שלולא הוא, הרצפטורים היו מופעלים ביתר. הנשק הכימי Sarin (סרין) גורם לעיכוב של האנזים acetylcholinesterase ולפיכך לפגיעה בפירוק הנוירוטרנסמיטר אצטיל-כולין. באופן זה הגז סרין מרעיל את התאים בפעילות יתר של הרצפטורים לאצטיל-כולין, עקב המצאותם של הנוירוטרסמיטרים לזמן רב יותר במרווח הסינפטי. באיור נחפש את עיכובו של תהליך פירוק הנוירוטרנסמיטר, כאשר נתרכז באזור שבו אנו חושבים שהוא אמור להתרחש שהוא המרווח הסינפטי. הסיבה לכך היא שאצטיל-כולין נשפך למרווח הסינפטי ועל כן הוא גם חייב לעבור פירוק באזור זה. בתמונה אכן ניתן לראות שהאנזים יושב על גבי הממברנה של התא הפוסט סינפטי, שם הוא אמור להיות ממוקם, ומפרק את אצטיל-כולין למרכיביו.

להרחבה – Bern & Levy, מהדורה 8 עמודים 84-85 (סינפסה כימית).

במה השאלה עוסקת: סינפסה כימית

תשובה ג. הרעלת Sarin גורמת לפעילות יתר של הרצפטורים של אצטיל-כולין כיון שהוא אינו עובר פירוק במרווח הסינפטי. בכדי להתגונן מהרעלה זו ניתן לתת אטרופין אשר מתפקד כאנטגוניסט של אצטיל-כולין. עקב כך, אטרופין נקשר לרצפטורים לאצטיל-כולין, באופן הפיך, ובכך מונע מאצטיל-כולין להקשר ומפחית את ההשפעה שלו על הרצפטורים. כלומר, חומר זה מעכב את הרצפטור הפוסט סינפטי לאצטיל-כולין, כאשר באיור חלק זה ממוקם בסעיף ג’. חשוב לציין שאטרופין משפיע רק על רצפטורים מוסקריניים (muscarinic) של אצטיל כולין ולא על רצפטורים ניקוטיניים (nicotinic). הרצפטורים המוסקריניים מצויים בשריר הלב בעוד הניקוטיניים מצויים בשרירי השלד. כיון שהסרעפת הינה שריר שלד ומכילה רצפטורים ניקוטיניים, אטרופין אינו משפיע עליה ולכן לשם הוצאה מכלל סכנה יש צורך בתרופה נוספת.

להרחבה – Bern & Levy, מהדורה 8 עמודים 84-85 (סינפסה כימית)

במה השאלה עוסקת: סינפסות חשמליות בתאי שריר הלב.
תשובה- ד’. זרם יונים דרך gap junction- תאי שריר הלב שונים משריר משורטט במספר מובנים, בין היתר באופן בו התאים מאורגנים בשריר. בשריר הלב התאים אינם מחולקים ליחידות מוטוריות ואלא מחוברים ביניהם על ידי מבנים הנקראים intercalated disks. מבנים אלה מאפשרים חיבור מכני וגם חשמלי, החיבור החשמלי מתאפשר על ידי Gap junctions- צמתים המחברים בין תאים סמוכים ומורכבים מחלבונים הנקראים קונקסינים (connexins). כל 12 קונקסינים יוצרים תעלה המחברת בין שני תאים ומאפשרת מעבר מהיר של יונים ביניהם. צמתים אלה מהווים סינפסה חשמלית הנבדלת מסינפסה כימית במספר פרמטרים כגון העברת גירויים תת סיפיים, העברה דו כיוונית של סיגנל, העברת שינויי מתח איטיים (low pass filter) ומהירות הולכה גבוהה מאוד ביחס לסינפסה כימית. בשריר הלב ישנה חשיבות גבוהה למעבר סיגנל מהיר כיוון ויש צורך בכיווץ סינכרוני של השריר על מנת לאפשר שאיבה והזרקת דם יעילה. תודות לסינפסה החשמלית הגירוי החשמלי יכול לעבור במהירות גבוהה לכל תאי הלב כמעט ולאפשר כיווץ אחיד שלו.
שלילת מסיחים:
א. הפעלה על ידי מתח פיזי הינו מנגנון אפשרי לפתיחת תעלות יונים. פתיחת התעלות במנגנון זה אינו איטי ביחס לסינפסות החשמליות ולכן לא מתאים לתפקד כמנגנון שמאפשר את מעבר הסיגנל המהיר והכיווץ הסינכרוני של שריר הלב.
ב. תעלות אלה פועלות כחלק מסינפסה כימית, בין היתר בצומת עצב שריר בשרירים משורטטים. ההולכה בסינפסה כימית היא איטית יותר בצורה משמעותית בהשוואה לסינפסה חשמלית כיוון והיא תלויה במעבר כימי בין התאים המתווך על ידי מוליכים עצביים ולכן יוצר דיליי במעבר פוטנציאל הפעולה בין התא הפרה-סינפטי לתא הפוסט- סינפטי. מעבר זה אינו מהיר מספיק בהשוואה למעבר בסינפסה חשמלית ולכן הוא אינו מנגנון אפשרי למעבר סינגל בשריר הלב.
ג. מסיח מבלבל, ניתן לחשוב שבמידה וכלל התאים בשריר הלב היו מקבלים גירוי סימולטני מתאי הקוצב כיווץ השריר היה אחיד אולם לא זה המצב. הכיווץ הסימולטני מתאפשר הודות לאופן החיבור בין תאי שריר הלב והימצאותן של סינפסות חשמליות המאפשרות מעבר סיגנל מהיר בין התאים והתפשטות מהירה של האות החשמלי.
להרחבה-
Alberts, מהדורה 7, עמודים 1121-1123 (Gap junctions).
Berne and levy, מהדורה 8, עמודים 265-268(הולכה בשריר הלב), עמודים 82-83 (סינפסה חשמלית), עמוד 84 (סינפסות כימיות).

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).

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)

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).

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).

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).

במה עוסקת השאלה: malignant hyperthermia
תשובה א’. Malignant hyperthermia – מחלה זו באה לידי ביטוי במהלך ניתוחים, כאשר חומרי הרדמה מסוימים כדוגמת סוקסיניל כולין 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.
להרחבה – Berne and Levy, Physiology , מהדורה 8, עמוד 248

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

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.

במה עוסקת השאלה: Duchenne’s muscular dystrophy
תשובה א: 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 and Levy, Physiology , מהדורה 8, עמוד 242.

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.

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.

במה עוסקת השאלה: מבנה וארגון שריר שלד
תשובה א’. כוח הכיווץ של סיב השריר מועבר גם בצורה אורכית- לאורך הסרקומר, לכיוון הגיד וגם לטרלית- לכיוון רקמת החיבור החוץ תאית.
העברת הכוח אורכית:
סיבי השריר מחוברים לסיבי קולגן שמאפשרים את העברת כוח הכיווץ ממרכז השריר לעבר הגיד בצורה אורכית. Myotendinous junction- אזור ספציפי של קצה סיב השריר בו השריר קשור לגיד. צומת זו מאופניינת בקיפולים של הסרקולמה אשר מאפשרים את שזירת השריר והגיד יחד. ישנן מחלות ניווניות של השריר המקושרות למספר קיפולים מועט בצומת השריר-גיד
החלבונים בצומת גיד-שריר אשר משתתפים בהעברת כוח הכיווץ בצורה אורכית הם- קומפלס Talin- vinculin-integrin ו- dystrophin-glycoprotein. בנוסף הצומת מכילה חלבוני Z dick.
העברת הכוח לטרלית:
Costameres הינם חלבונים שנמצאים באסוציאציה עם ה-Z DISC ואחראים על עיגון המיופיבריל לסרקולמה ולסביבה החוץ תאית. בכך הם עוזרים בקיבוע הסרקולמה ומתווכים את העברת כוח הכיווץ לטרלית.
Desmin- חלבון סיבי ביניים של שלד התא. לחלבון תפקיד חשוב בארגון הסרקומר והוא נמשך מקו ה-Z לעבר האינטגרינים שמעגנים את ממברנת התא לשלד החוץ תאי. באופן זה החלבונים תורמים לקיבוע הסרקומרים וכן להעברה הלטרלית של כוח הכיווץ.
להרחבה – Berne and Levy, Physiology , מהדורה 8, עמוד 241-242.

במה עוסקת השלאה: מבנה וארגון שריר שלד
תשובה ג’. דיסטרופין הוא חלבון גדול (427 kDa) הנמצא באסוציאציה עם גליקופרוטאינים על גבי ממברנת תא השריר, והוא מהווה קישור בין חלבוני שלד התא (לפי התמונה בעמ’ 236, מדובר בקישור לאקטין) וחלבוני ה-ECM (extracellular matrix) בתיווך חלבוני ממברנה. עקב האסוציאציה שלו עם גליקופרוטאינים בממברנה מתייחסים אליו כקומפלקס dystrophin-glycoprotein. קומפלקסים אלו מאפשרים קישור בין שלד התא התוך תאי למטרקיס החוץ תאי ובכך סיבי השריר מיוצבים תפקיד הדיסטרופין הוא תמיכה מכנית לתא השריר ועקב הקישור שלו לממברנת התא הוא מונע את קריעתה. כמו כן ייתכן ויש לו תפקיד נוסף בקסקדה הקשורה להישרדות התא (cell survival signaling).
להרחבה – Berne and Levy, Physiology , מהדורה 8, עמוד 242.

במה עוסקת השאלה: מבנה סיב שריר
תשובה ד’. דיסטרופין הוא חלבון גדול (427 kDa) הנמצא באסוציאציה עם גליקופרוטאינים על גבי ממברנת תא השריר, והוא מהווה קישור בין חלבוני שלד התא (לפי התמונה בעמ’ 236, מדובר בקישור לאקטין) וחלבוני ה-ECM (extracellular matrix) בתיווך חלבוני ממברנה. עקב האסוציאציה שלו עם גליקופרוטאינים בממברנה מתייחסים אליו כקומפלקס dystrophin-glycoprotein. קומפלקסים אלו מאפשרים קישור בין שלד התא התוך תאי למטרקיס החוץ תאי ובכך סיבי השריר מיוצבים תפקיד הדיסטרופין הוא תמיכה מכנית לתא השריר ועקב הקישור שלו לממברנת התא הוא מונע את קריעתה. כמו כן ייתכן ויש לו תפקיד נוסף בקסקדה הקשורה להישרדות התא (cell survival signaling).
להרחבה – Berne and Levy, Physiology , מהדורה 8, עמוד 241-242

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

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

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

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

במה עוסקת השאלה: ניסוי איזוטוני
תשובה ב. נסתכל על מערך ניסוי איזוטוני; מתחילים כשהשריר באורך מסוים ונותנים לו גירוי טטני (בתדר גבוה). חוזרים על הניסוי ובכל פעם מגדילים את העומס (משקל) שהשריר נושא. מודדים את המהירות שבה השריר מתכווץ. שימו לב שבפועל אנו מודדים את האורך אליו התכווץ השריר והזמן שלקח לו להתכווץ ומתוך שני נתונים אלו מחלצים את מהירות הכיווץ. כאשר השריר מתכווץ ללא משא כלל הוא מתכווץ במהירות המקסימלית הנקראת V0 (ממנה ניתן להסיק את המהירות המקסימאלית שלcross-bridge cycle . נזכור כי השלב קובע הקצב של המעגל הוא הידרוליזת ה-ATP על ידי ראש המיוזין). ככל שנגדיל את המשקל אותו השריר צריך להרים נראה ירידה במהירות הכיווץ עד אשר נגיע למשקל אותו השריר כלל אינו מסוגל להרים – מהירות אפס (maximal isometric tension). כל הגדלה נוספת של המשקל תגרום להתארכות השריר (כלומר מהירות התכווצות שלילית).
לאחר שאספנו את המדידות ניתן להכפיל בין ציר X (הכוח שהופעל על ידי השריר בכדי להרים משקל מסוים) לציר Y (מהירות כיווץ) ולקבל את ההספק של השריר כפונקציה של העומס (עקומה אדומה בתמונה ). ובכן מה זה הדבר הזה הספק? הספק זו כמות העבודה (אנרגיה) שהשריר מבצע בשנייה (היחידות של הספק זה Watt = J / s). ניכר שהשריר מבצע הכי הרבה עבודה לשנייה במעמס בינוני ובמהירות כיווץ בינונית.
להרחבה Bern & Levy מהדורה 8 – עמודים 260-262