לפני כמה שבועות הגיעה המגיפה COVID-19 (קיצור של (disease 2019, הנגרמת על-ידי וירוס SARS-CoV-2, אל עולמנו. אמנם הרופאים והצוותים הרפואיים, אני ביניהם, לומדים לאתר, לאבחן ולטפל, אך מאוד מעניין לראות את המיזמים המדעים השונים העוטפים את הסיטואציה ומנסים להתמודד עם המצב. בין כל שאר מיזמי המדע, אמנם מנסים לרכז מאמצים למציאת תרופות וחיסון לנגיף, אך ישנו גם מחקר אפידמיולוגי רב המנסה להבין את השוני בתחלואה ובמיתות בין אנשים וגם בין מדינות.

מחקר חדש מעניין שכזה, אם כי מחקר ראשוני מאוד שעדיין לא עבר ביקורת עמיתים, הוא מחקר אשר איתר קשר בין סוג הדם של האדם לבין רגישותו למחלה ולחומרתה (בהקשר לסוגי דם- תאי דם שעליהם מוצג סוכר מסוים נקראים סוג A, ותאים שבהם מוצג הסוג השני הם B. כשתא דם אדום מציג על פניו את שני סוגי הסוכרים ביחד הוא ייקרא AB ותאים שלא מציגים אף אחד משניהם נקראים סוג O).

במחקר, אשר בוצע על-ידי אפידמיולוגים סינים בראשותו של Jiao Zhao משלושה בתי חולים מאזורי ההתפרצות (Wuhan, Shenzhen), בהם אושפזו חולי הקורונה, נבדקו 2,173 חולי COVID-19 (מתוכם נפטרו 206 אנשים) אשר אושרו לנשיאת הנגיף SARS-CoV-2 מול 27,080 אנשים מאותם איזורים אשר משום מה לא נדבקו או לא הראו סימני מחלה. תוצאות המחקר הראו מובהקות סטטיסטית לסיכון גבוה יותר להידבקות ב- COVID-19 לכאלו בעלי סוג דם A ביחס לכאלו שאינם בעלי סוג דם A. בנוסף, אלו בעלי סוג דם O היו בעלי סיכון נמוך להידבקות או ליצירת המחלה אצלם ביחס לאלו שלא היו בעלי סוג דם O. אותן תוצאות התגלו גם בהקשר לאוכלוסיית התמותה מהמחלה- לבעלי סוג דם A היה סיכון גבוה יותר למות מ- COVID-19מאשר אלו שלא היו בעלי סוג דם A, ואילו לבעלי סוג דם O היה סיכון נמוך יותר למות מ- COVID-19 מאשר אלו שלא היו בעלי סוג דם O. חשוב לציין שסוג דם הינו תכונה גנטית (גן בשם ABO), כך שיש מדינות או איזורים שיש בהם הרבה יותר אנשים בעלי סוג דם מסוים מבעלי סוג דם אחר.

אמנם מדובר במחקר ראשוני בעל מגבלות רבות (ראו במחקר עצמו- ניתן להוריד את קובץ ה-PDF שלו) ושלא עבר ביקורת עמיתים, אך הוא בהחלט פותח פתח למחקרים נוספים על מנת להבין את הקשר בין סוגי הדם לבין רגישות למגיפת COVID-19.

 

קישור למחקר- אתר medrxiv למדעי הבריאות

על סוגי הדם של בני האדם- מכון דוידסון

עתיד תחום ה-MRI הינו אחד התחומים הכי מבטיחים בתחום הדימות הרפואי, והמחקר בתחום זה גדל והולך כאשר מדינת ישראל מצטיינת בעיקר בתחום זה. לפני מספר שנים קיים העתידן, ד”ר רועי צזנה, מסיבת השקה לספרו החדש, כאשר במהלך המסיבה הוטמנה קפסולת זמן עם פתקי תחזיות לעתיד, קפסולה אשר תיפתח 20 שנה לאחר הטמנתה. בתוך אותה הקפסולה ביקשתי להטמין גם תחזית לגבי עתיד ה-MRI, ואחת מהתחזיות היתה שבעתיד ה-MRI כבר לא יהיה רק בדמות מכשיר ענקי כפי שהוא כיום, אלא יהיו מכשירים קטנים אשר משובצים במחלקות של בתי חולים- למשל מכשיר MRI מוח במחלקת נוירולוגיה, מכשיר MRI לדימות גפיים במחלקת אורתופדיה וכיוצא בזה. התחזיות כולן נמצאות בפרק “מה צופן העתיד?” בספר “MRI המדריך המלא-רפואה ופיזיקה נפגשות“, ביחד עם סקירת המחקרים הרבים בתחום ה-MRI בארץ ובעולם.

התחזיות אכן מתחילות להתגשם, כבר כיום יש שימוש בסורקי MRI קטנים, למשל בחדרי ניתוח או לשם דימות בעלי חיים, אך לאחרונה אישר ה-FDA בפעם הראשונה סורק MRI קטן נייד לשימוש בבתי חולים, לשם דימות מוח מטופלים שאינם יכולים לצאת ממיטתם. הסורק פותח על-ידי חברת Hyperfine לאנשים בגיל שנתיים ויותר, ומשקלו בערך כעשירית ממשקלו של MRI קבוע. כמו מכשיר האולטרסאונד, סורק ה-MRI הקטן יכול להתנייד ממקום למקום בקלות. הוא משתמש במגנטים קבועים (permanent magnets) שאינם דורשים כוח נוסף או קירור, כאשר המערכת כולה פועלת משקע בקיר רגיל כדי לייצר סריקת מוח.

אמנם לא ממש מדובר בטכנולוגיה חדשה, האיכות של התמונות איננה כפי שהיא בסורק MRI גדול, אבל בהחלט מדובר בתהליך מתקדם שבו ה-MRI כבר איננו מכשיר ענקי, אלא התקן המסוגל להתנייד בין מיטות מטופלים. אני מאמין שהמגמה הזו תימשך, התמונות יהפכו להיות איכותיות יותר ואנחנו נראה בעוד מספר שנים סורקי MRI קטנים זמינים בכל מחלקה בבית חולים ואפילו בתוך כל קופת חולים לשימוש מיידי (בדיוק כפי שקורה כיום עם מכשירי האולטרסאונד).

 

קישור לידיעה על אישור ה-FDA- אתר Fiercebiotech

סרטון המתאר את אופן פעולת סורק ה-MRI הקטן- אתר youtube

 

 

צבע השיער על ראשנו ועל גופנו מתחיל להשתנות לצבע אפור-לבן, גם אצל גברים וגם אצל נשים, לרוב החל מאמצע שנות השלושים. שינוי צבע השיער לרוב קשור למאפיינים גנטיים, משמע מתי שצבע השיער השתנה אצל ההורים, כך יחוו גם הילדים שינוי דומה בערך באותו הזמן – כמו כן לרוב תוך כ-10 שנים, השיער יהפוך ברובו להיות לבן. למרות נתונים אלו, לפעמים אנחנו פוגשים אנשים, לאחר או תוך כדי מצב סטרס, ששערם הפך בתוך זמן קצר מאוד מצבעו הרגיל לצבע אפור-לבן, כך שכנראה גם לסטרס יש תפקיד בעניין. לאחרונה צוות מחקר מאוניברסיטאות הרווארד בארה”ב, בראשותו של פרופ’ יא-צייה-הסו (Ya Chieh Hsu), ובשיתוף חוקרים מאוניברסיטת סאו פאולו בברזיל טוען במאמר בכתב העת Nature, שהוא איתר את הסיבה לכך וגם מצא פתרון להקל על התופעה.

צוות המחקר חשף עכברים לסטרס ממושך, ושם לב לכך שתאי הגזע השולטים בצבע העור והשיער (מלנוציטים -Melanocyte stem cells התאים המייצרים מלנין ואחראים לצבע העור והשיער) נפגעו, כך שתוך מספר שבועות, צבע השיער של העכברים הפך לצבע אפור-לבן. התהליך מתרחש כך- הסטרס גרם לשחרור של אדרנלין וקורטיזול אצל העכברים, מה שגרם ללב להגביר את קבצו והעלה את לחץ הדם. אלו השפיעו על מערכת העצבים וגרמו לסטרס אקוטי שפגע בתאי הגזע שמייצרים מלנין בזקיקי השיער והשיער הפך לאפור-לבן. בהמשך המחקר, מצא הצוות שתרופה כנגד יתר לחץ דם חסמה את השינויים בצבע השיער בזכות דיכוי פעולתו של חלבון בשם CDK (cyclin-dependent kinase).

החוקרים הציעו לנסות לייצר תרופה שתדחה את הלבנת השיער על ידי התמקדות בטיפול בחלבון ה-CDK, אם כי הדרך להפסיק קליל את הפיכת השיער לאפור-לבן הינה ארוכה. מחקר זה מצטרף לשלל מחקרים אחרים אשר מעידים על השפעות הסטרס על גופנו.

 

קישור למאמר באתר Nature

קצת על השיער וצבעו

פעולות פולשניות ברפואה, בהם מכשור רפואי מתוחכם מוחדר לתוך הגוף, מבוצע לרוב תחת שיקוף על מנת לכוון את המיכשור למקום הבעייתי המתאים בגוף- לדוגמה צינתור לב הנעשה על מנת לאתר ולשחרר את החסימה בכלי הדם המזרימים דם ללב. פעולות אלו לרוב מחליפות את הצורך בפעולה כירורגית פולשנית יותר. שיקוף הרנטגן הרציף בפעולות אלו מלווה בחשיפה לקרינת רנטגן שהיא פי 100-1000 מכמות הקרינה בצילום חזה. לנבדק היא יכולה לגרום בסיכון של 1:10,000 לפגיעה בעור (אדמומיות, כוויות) ולעלייה קטנה בסיכון להתפתחות סרטן בעתיד (לכן חשוב לרופאי עור להימנע מביצוע ביופסיה בנגעים כאלו, כיוון שאם הנזק עמוק, הפצע יתקשה להחלים ואז ייווצר זיהום). הקרינה גם משפיעה על אנשי הצוות, אשר אמנם מוגנים באמצעי הגנה שונים, אך עדיין חשופים לה. אחת ההשפעות הידועות על אנשי צוות העובדים עם קרינה, אשר נבדקת בבדיקות תקופתיות, הינה עכירות הקרנית על רקע חשיפה לקרינה.

בכנס ה-RNSA (Radiological Society of North America) האחרון, כנס רדיולוגים בינלאומי, דווח על רקע מחקרים אחרונים בתחום, שעכירות העדשה, כאשר היא על רקע חשיפה לקרינה, מופיעה לרוב בחלק האחורי של העין. למשל מחקר משנת 2010 מצא כי במחצית מהקרדיולוגים ההתערבותיים וב-45% מהאחיות שהשתתפו בפרוצדורות ההתערבותיות הייתה עדות לעכירות של הקרנית. מחקרי המשך משנת 2012 ומשנת 2013 אישרו את הממצאים הללו בקרב הקרדיולוגים ההתערבותיים ואנשי צוותם.

עכירות כזו, אשר אולי בשלב הראשוני איננה משפיעה על הראיה, יכולה להתקדם ולהחמיר עם הזמן, ובסופו של דבר להתבטא בצורת קטרקט. עם זאת, לא ידוע כמה זמן ההתקדמות הזו אורכת- ואם מדובר בתהליך המתרחש לאורך שנה, עשור, או יותר מכך. חשוב לציין שמשקפי עופרת יכולים למנוע את מקרי הקטרקט על רקע קרינה ב-100%.

מה באשר לסיכויי ממאירות כתוצאה מחשיפה לקרינה?

במחקר עוקבה גדול משנת 2017, אשר כלל למעלה מ-45,000 רופאים אשר ביצעו פרוצדורות התערבותיות בהנחיית שיקוף, סך מקרי התמותה עקב ממאירות ומסיבות אחרות לא היה גבוה יותר באוכלוסיה זו, בהשוואה לפסיכיאטרים שלא נחשפים לקרינה במהלך עבודתם. אם זאת, מחקר פרוספקטיבי (מחקר שבו בוחנים את שיעור התפתחות מחלה ומשווים אותה בין קבוצות אנשים החשופים לגורם סיכון לבין קבוצת אנשים שאינם חשופים- ע.ב.ח.) אשר בוצע על 90,957 רנטגנאים בארצות הברית בשנים 1994-2008 ופורסם לראשונה בשנת 2016 דיווח על עליה של למעלה מכפליים בשיעורי תמותה עקב סרטן המוח בקרב טכנאי רנטגן, כמו גם היארעות גבוהה יותר משמעותית של מלנומה וסרטן שד באוכלוסיה זו. מהסיבה הזו דורשים הרופאים ההתערבותיים מחקרים פרוספקטיביים נוספים בנושא לפני שניתן יהיה לשלול סיכון בעניין הקרינה.

לסיכום- לקרינה יכולות להיות השפעות מזיקות על אנשי הצוות ולכן יש להשתמש באמצעי מגן ולהתרחק ככל שניתן ממקור הקרינה.

 

ביבליוגרפיה

 

מחקרים אשר מצאו שבמחצית מהקרדיולוגים ההתערבותיים וב-45% מהאחיות שהשתתפו בפרוצדורות ההתערבותיות הייתה עדות לעכירות של הקרנית (מהשנים 2010, 2012 ו-2013 בהתאמה):

Risk for radiation-induced cataract for staff in interventional cardiology: is there reason for concern?

Radiation-induced eye lens changes and risk for cataract in interventional cardiology

Radiation-associated lens opacities in catheterization personnel: results of a survey and direct assessments

 

מחקר עוקבה גדול משנת 2017, אשר כלל למעלה מ-45,000 רופאים שביצעו פרוצדורות התערבותיות בהנחיית שיקוף, ולא גילה שוני בשיעורי הממאירות בקרב אותם רופאים:

Mortality in U.S. Physicians Likely to Perform Fluoroscopy-guided Interventional Procedures Compared with Psychiatrists, 1979 to 2008

 

מחקר פרוספקטיבי, אשר בוצע על 90,957 רנטגנאים מארצות הברית בין השנים 1994 ל-2008 (פורסם לראשונה בשנת 2016), ודיווח על עליה של למעלה מכפליים בשיעורי תמותה עקב סרטן המוח בקרב טכנאי רנטגן, כמו גם היארעות גבוהה יותר משמעותית של מלנומה וסרטן שד באוכלוסיה זו.

Cancer Risks in U.S. Radiologic Technologists Working With Fluoroscopically Guided Interventional Procedures, 1994-2008

לבצע סריקת MRI איננה דבר קל לכולם, הסורק מרעיש, לעיתים מעורר תחושות קלאוסטרופוביה והבדיקה נמשכת זמן רב. אז מה היה קורה אם היו מבקשים ממכם לישון לילה שלם בתוך סורק ה-MRI? זו בדיוק ההוראה שנתנו חוקרים מאוניברסיטת בוסטון לנחקרים במהלך מחקר, שהדגים בפעם הראשונה בצילום שגלים של נוזל CSF (נוזל מוחי-שדרתי- ע.ב.ח.) שוטפים את מוחנו במהלך הלילה תוך תיאום עם פעילות גלי המוח וזרימת הדם במוח.

המחקר פורסם בסוף אוקטובר השנה (שנת 2019) בכתב העת הנחשב Science, ובמהלכו 13 נבדקים בין גילאי 23 ל-33 התבקשו לישון בתוך סורק ה-MRI כשלראשם כובעי EEG (כובעים הבודקים פעילות חשמלית במוח). תוצאות המחקר הראו שניתן לזהות אדם ישן רק על פי פעילות ה-CSF במוחו, השונה מפעילות ה-CSF אצל אדם ער. כמו כן התברר שקודם כל מתרחש שינוי עצבי בגלי המוח, לאחר מכן מתרחשת זרימת דם במוח ולאחר מכן גל של CSF. אחד ההסברים האפשריים לכך הוא שכאשר הנוירונים מכובים, הם אינם זקוקים לחמצן רב, כך שדם עוזב את האזור. כאשר הדם עוזב, הלחץ במוח יורד ואז ה-CSF זורם פנימה במהירות על מנת לשמור על לחץ מוחי ברמה בטוחה.

כפי שהוזכר, זהו המחקר הראשון שצילם אי פעם CSF בזמן השינה. החוקרים מתכוונים לבצע מחקר נוסף, גדול יותר, הפעם על נבדקים מבוגרים יותר מהנבדקים במחקר הנוכחי. עצם החיבור של גלי המוח עם זרימת הדם ו-CSF עשוי לספק תובנות באמצעות מחקרי המשך לגבי ליקויים תקינים הקשורים להזדקנות המוח וגם לתובנות על מגוון הפרעות נוירולוגיות ופסיכולוגיות הקשורות לעיתים קרובות לדפוסי שינה משובשים, כולל אוטיזם ומחלת אלצהיימר.

 

קישור לתקציר המאמר- אתר sciencemag

כתבה על המחקר (אנגלית)

אתר MRI המדריך המלא-רפואה ופיזיקה נפגשות

מחלות לב הינן גורם התמותה השני בישראל. מידי שנה כ-30,000 ישראלים לוקים בהתקף לב וכ-7,000 מתים ממחלות לב. אחת ממחלות הלב נקראת אי-ספיקת לב, מחלה בה הלב, לרוב בשל בעיה בחדר השמאלי של הלב, מתקשה לספק את הדרישות המטבוליות של האיברים השונים בגוף – דבר הגורם לקוצר נשימה, עייפות ובצקת.

דימות הלב בעזרת MRI הוא תחום מתפתח אשר נחקר רבות בשנים האחרונות. מחקר גנטי חדש, אשר בוצע על-ידי חוקרים מאוניברסיטת קווין מרי שבלונדון בראשות ד”ר ניי אוונג ( (Dr Nay Aungופורסם בכתב העת Circulation, ביצע ל-17 אלף מתנדבים מיפוי גנטי ואז סרק את ליבם בעזרת MRI. הסריקות נותחו בעזרת תוכנת בינה מלאכותית (AI), כאשר התוכנה מיפתה במהירות ובדייקנות את ההבדלים בגודל ובתפקוד החדר השמאלי של הלב וזיהתה מספר איזורים בגנום האנושי שככל הנראה משפיעים על התכונות האלו.

מחקר זה מאפשר את הבסיס לזיהוי מוקדם של אנשים הנמצאים בסיכון לאי-ספיקת לב ואז פיתוח טיפולים מתאימים להם בזכות הבנת הגנטיקה שמאחורי גודל ותפקוד החדר השמאלי של הלב. בנוסף, מנקודת מבט טכנית, השימוש בתוכנת בינה מלאכותית ככלי מחקרי למעבר מהיר ומדוייק על אלפי תמונות MRI והסקת תוצאות הינו מרשים וחוסך זמן רב ועלויות. השיטה בה ביצעו את המחקר הנ”ל גם פותחת פתח למחקרים אחרים, אשר עושים שימוש ב-MRI ככלי מחקרי ונזקקים למעבר על תמונות רבות במהירות ובדייקנות.

 

קישור למאמר החוקרים- כתב העת Circulation

קצת על אי-ספיקת לב

על סריקת MRI לב וכלי דם (CVMRI)

תמונות מעבר העובר בתעלה ב-MRI- קרדיט לחוקרים

לידה היא תהליך טבעי ומדהים. במהלכה ראש העובר אמור לצאת מהרחם ולעבור בתעלת צוואר הרחם. תעלה זו עוברת תהליך של פתיחה ומחיקה תוך התכווצויות של שריר הרחם, כתוצאה מהפרשת הורמון האוקסיטוצין מבלוטת ההיפופיזה. כל ציר גורם לסיבי השריר להתקצר וכך מתקדם התינוק. במהלך הלידה ראש התינוק ואף מוחו מותאמים למעבר הצר, MRI עוברי הינה סריקה שמבוצעת כבר מספר שנים, אך הפעם, בפעם הראשונה, הצליחו חוקרים מצרפת להדגים את הדרך בה זה מתרחש בעזרתו של סורק MRI.

החוקרים, בראשותה של ד”ר אוליבר אמי (Olivier Ami) מאוניברסיטת קלרמונט-פראנד שבצרפת, הצליחו לקבל תמונות זמן-אמת מסורק MRI של חברת פיליפס בעת תהליך יציאתו של העובר מהרחם אל אויר העולם, והצליחו להדגים כיצד חלקי הגולגולת ומוחו של העובר מתאימים את עצמם על מנת שיוכלו לעבור בתעלה הצרה.

הם גילו שהמוח ממש נמחץ בתהליך הלידה והמטרה היתה לזהות את אותם עוברים נדירים שתהליך זה עלול לגרום להם לדימומים במוח, ואז לסבול מבעיות התפתחות כגון שיתוק מוחין ועוד. תוכנת הדמייה מתאימה יכולה לנטר מצב כזה ואז להתריע בצורך מידי בניתוח קיסרי.

התמונות עובדו לתמונות תלת-מימד ובהם אפשר לראות כיצד משנה הגולגולת את צורתה לצורת חרוט במהלך המעבר, צורה שחוזרת למצבה האפליפסי הרגיל לאחר הלידה.

 

קישור לכתבה על המאמר- אתר eurekalert

קישור למאמר- אתר Plos One

על MRI עוברי- אתר MRI המדריך המלא

שינה היא דבר חשוב לתפקודנו. זמן השינה בין אדם לאדם הוא שונה, אך ההמלצה היא כ-7-9 שעות שינה לאדם בוגר – פחות מכך וישנה עלייה בסיכון למחלות לב, דיכאון ולקיצור תוחלת החיים. כמו כן, ככל שמזדקנים, כך השינה מתקצרת ומלווה בפרקי ערות גדולים יותר. מחקר חדש שפורסם לאחרונה גילה מוטציה נוספת, המצטרפת למוטציה ראשונה שהתגלתה עוד בשנת 2009, אשר מאפשרת לאדם הנושא אותה לקצר את שנתו ל-6 שעות ואף פחות מכך, ועדיין להישאר פעיל ועירני.

בשנת 2009 גילה מחקר מוטציה בגן DEC2 אצל אם ובתה. גן זה מייצר חלבון אשר עוזר להתבטאות גנים אחרים, כולל גן המייצר את הורמון האורקסין (Orexin), הורמון המווסת את הערות שלנו. כעת, המחקר החדש גילה משפחה נוספת עם מוטציה בגן ADRB1 , אשר נמצאת אצל בערך 4 מתוך 100,000 אנשים, אשר גם כן מאפשרת לישון שעה פחות מהמומלץ ולתפקד באופן יעיל. גן זה מקודד חלבון רצפטור למוליך העצבי נוראדרנלין, וכשיצרו את המוטציה בגן זה אצל עכברים, התגלה שהיא משפיעה על פעילות תאי העצב בגזע המוח הפעילים במצב ערות וכנראה מגבירה את פעילותם ביחס לגן ללא המוטציה (וכך העכבר/האדם יכול לישון פחות שעות ועדיין לתפקד טוב).

מחקרי המשך על השפעת גן יכולים לעזור לשפר את הטיפול בהפרעות שינה ואפילו אולי לספק דרכים להבין טוב יותר את תהליך השינה.

 

המאמר על המחקר- אתר sciencedirect

קישור למידע על גן ADRB1

 

סריקת ה-fMRI, ראשי תיבות של Functional Magnetic Resonance Imaging (בעברית “דימות תהודה מגנטית תפקודי”), היא טכנולוגייה או שיטת דימות יחסית חדשה, אשר המצאתה הביאה למהפכה של ממש בעולם המחקר והפסיכיאטריה, ויש הטוענים כי הוא עתיד להיות אחת מטכנולוגיות המחקר המובילות בעשורים הבאים.

אז מה זה בעצם fMRI?

זהו בעצם סורק MRI בעל תוכנה מיוחדת המאפשרת לו לנטר את יכולת התפקוד של המוח. ה-fMRI משמש כיום לא רק למחקר, אלא גם לאבחון מחלות שונות כגון פיברומיאלגיה, לאיתור איזורי מוח ספצפיים לפני ניתוח ועוד. בפוסט להלן נסביר כיצד עובד ה-fMRI וגם נסביר את המחקר שהציג את תמונת דג הסלמון המת המפורסמת- בה ראו פעילות מוחית ב-fMRI במוח של דג מת (!?!).

 

כיצד עובד ה-fMRI? (כן, טיפונת פיזיקה וביולוגיה)

 

סריקת ה-fMRI, אשר הוצגה לראשונה בשנת 1990, נועדה על מנת לאתר איזורים אשר מופעלים במוח כתוצאה מביצוע משימות או כתוצאה מגירוי חושי- למשל נגיעה באף או כיווץ של שריר מבטאים את עצמם במוח, וה-fMRI נועד לזהות את האיזור המופעל במוח בתגובה לכך.

בשנת 1913, מנתח מוח בשם וילדר פינפילד (Wilder Penfield) הגיש את עבודת הדוקטורט שלו באוניברסיטת פרינסטון, ובה הוא הציג את ההומונקולוס, תמונת האדם הקטן אשר משורטטת בתוך המוח. תמונה זו משמשת כאילוסטרציה של גוף האדם במוח, ואת איברי הגוף השונים כפי שמשתקפים בעיבוד המידע העצבי בקליפת המוח (תוך הגדלת איזורי הידיים, השפתיים והלשון כיוון שהם זוכים ליותר מקום עיבוד במוח). ה-fMRI מאפשר בעצם לאשש את המחקר הזה, אבל בדרך שאיננה פולשנית.

כיצד הוא עושה זאת?

על מנת לתפקד, זקוקים תאי גופנו לאספקת חמצן וחומרי תזונה באופן תמידי, חומרים המועברים אליהם באמצעות כלי הדם בגופנו. יש בגופנו איברים כמו הכבד ושרירי הגוף, אשר יודעים לאגור חומרי תזונה (בדמות גליקוגן- Glycogen) וחמצן (בדמות מיוגלובין- Myoglobin). מחסנים אלו נועדו לספק יותר חמצן וגלוקוז מהיכולת של כלי הדם לספק, זאת על מנת לעמוד בדרישות. למוח אין מחסנים כאלו ולכן הוא מתבסס אך ורק על אספקת הדם לשם חמצן ומוצרי תזונה. כלי הדם במוח (וכמובן גם בגוף), הם בעלי יכולת להתרחב בקוטרם כתגובה לשינויים ביוכימיים מסוימים וכך, במידת הצורך, הם יודעים לספק יותר חמצן וגלוקוז לתאים ברקמות – במקרה של המוח- לתאי הנוירונים.

סורק ה-MRI מסוגל למדוד באופן לא ישיר את פעילות הנוירונים בהתבסס על פעילות כלי הדם האזורית כאשר הוא מתבסס על הבדלי ההשפעות שיוצר סיגנל התהודה המגנטית של המוגלובין מחומצן (Oxyhemoglobin) אל מול סיגנל התהודה המגנטית של המוגלובין לא מחומצן (deoxyhemoglobin).

 

 

על מנת שנוכל להבין טוב יותר את השוני בסיגנל, נקדיש כמה מילים על מנת לתאר את חלבון ההמוגלובין (Hemoglobin).

ההמוגלובין הוא חלבון השייך למשפחת חלבונים שנקראת מטאלופרוטאינים (Metalloprotein- חלבון המעיל יון מתכת), כאשר תפקידו העיקרי הוא נשיאת חמצן אל תאי הגוף במערכת הדם. השם “המוגלובין” מכיל בתוכו את שני המבנים המרכיבים אותו- קבוצת “הם” (Heme), מולקולה לא-חלבונית המורכבת ממבנה טבעתי שבמרכזו אטום ברזל המוקף בארבעה אטומי חנקן, וחלבון הגלובין (Globin protein), חלבון שבתוכו משובצת מוליקולת ה”הם” בקשר קוולנטי. מוליקולת ההמוגלובין כולה מורכבת מארבעה תת-יחידות, שהם בעצם יחידות גלובין הקשורות האחת לשנייה, ומארבע קבוצות “הם” המצויות בתוך חלבוני הגלובין. כל קבוצת “הם” יכולה לקשור מולקולת חמצן אחת, ולכן מולקולת המוגולבין אחת בעלת פוטנציאל קשירה של עד ארבע מולקולות חמצן.

האוקסיהמוגלובין (oxyhemoglobin) הוא המוגלובין מחומצן אשר נראה כחומר אדום-בהיר הנוצר כאשר המוגלובין בתאי דם אדומים מתחבר עם חמצן. זו הצורה בה החמצן מועבר אל הרקמות, שם הוא משתחרר.  דאוקסיהמוגלובין (Deoxyhemoglobin) הוא המוגלובין לא מחומצן, ללא אטומי חמצן, ובשל כך הוא בעל צבע כחול סגלגל.

איך מצליח סורק ה-MRI להבדיל בסיגנל השונה של המוגלובין מחומצן להמוגלובין לא מחומצן?

סיגנל התהודה המגנטית מושפע באופן משמעותי על ידי מספר האלקטרונים המזווגים (Paired electrons, שני אלקטרונים שנמצאים באותו האורביטל אבל יש להם ספינים מנוגדים) ומספר האלקטרונים הלא-מזווגים (unpaired electrons, אלקטרון שנמצא לבד באורטיבל, מסיבה הזו האטום או המוליקולה תגובתיים יותר לריאקציות כימיות).

אלקטרונים מזווגים הם אלקטרונים שאין להם אפקט מגנטי (מה שקרוי Diamagnetic) ולכן הם לא משפיעים על סיגנל התהודה המגנטית המקומי, בעוד שאלקטרונים לא מזווגים מתמגנטים (מה שקרוי Paramagnetic), ולכן הם מסוגלים להשפיע על סיגנל התהודה המגנטית המקומי, ובריכוזים גבוהים אף להפוך את איזור הדימות כולו לכהה (ברצפי ספין אקו סטנדרטיים).

לאוקסיהמוגלובין, המוגלובין מחומצן, אין אלקטרונים לא מזווגים ולכן אין לו השפעה על סיגנל התהודה המגנטית המקומי (הוא דיאמגנטי). כאשר הוא משחרר את אטומי החמצן שלו, הוא הופך להיות דאוקסיהמוגלובין, המוגלובין לא מחומצן, עם ארבעה אלקטרונים לא מזווגים. כעת ההמוגלובין הופך להיות פאראמגנטי והריכוז הגבוה של דאוקסיהמוגלובין בדם גורם לחוסר הומוגניות בשדה המגנטי וארטיפקטים בתמונה, אלמנטים הפוגעים בעוצמת סיגנל התהודה המגנטית המקומי. מהסיבה הזו אוקסיהמוגלובין נראה בהיר יותר מדאוקסיהמוגלובין בתמונת T2 ב-MRI.

אבל מה שתואר עד עכשיו זה רק חצי מהתמונה.

כפי שהוזכר קודם, במוח אין מאגרי חמצן ואנרגיה (כמו למשל בכבד ובשרירים) ולכן הוא תלוי אך ורק באספקת הדם אליו. בעורקי המוח זורם לו האוקסיהמוגלובין, שכפי שנאמר, מאחר שהוא לא מתמגנט, דיאמגנטי, אין לו השפעה על סיגנל התהודה המגנטית המקומי. במצב רגיל, נניח מצב מנוחה, הנוירונים מחלצים את מה שהם זקוקים לו מכלי הדם, משאירים בנימים הורידים בעיקר את הדאוקסיהמוגלובין הכחלחל בעל ההשפעה המגנטית ואז ישנה ירידה משמעותית של הסיגנל באיזור המוח המופעל או מעט אחריו.

עם זאת, במצב פעולה של נוירונים, משמע כאשר הם מאוקטבים, ההימצאות המקומית של נוירוטרנסמטורים גורמים לתאי תמיכה סביבם, אשר קרויים אסטרוציטים (התאים הגדולים והנפוצים במערכת העצבים המרכזית, צורתם כצורת כוכב והם ממלאים תפקידים תומכים רבים ברקמות המוח וחוט השדרה), לשחרר כימיקלים לתוך העורקים אשר גורמים לכלי הדם להתרחב ואז לספק יותר חמצן וחומרים תזונתיים לנוירונים באיזור המופעל במוח.

בעקבות כך, העלייה בנפח הדם היא יותר ממספיקה לצורך המטבוליטי שנדרש, וכך אנחנו בעצם מגיעים למצב של פרדוקס שבו ישנה עלייה בכמות האוקסיהמוגלובין האדמדם גם בנימים הורידיים, לאחר מעברם דרך הנוירונים באיזור המוח המופעל. מאחר שאוקסיהמוגלובין הוא חומר דיאמגנטי (לא מתמגנט ולא משפיע על סיגנל התהודה המגנטית), יש עלייה בסיגנל התהודה המגנטית האיזורית ביחס לאיזורי הנוירונים הלא- מאוקטבים, מה שמייצר איזור בהיר יותר של סיגנל תהודה מגנטית באיזור הנוירונים המאוקטבים (או יותר נכון, מעט אחריו, נגיע לכך בהמשך).

כך, מה שקורה בפועל הוא שרזולוצית הסיגנל בין הנוירונים המאוקטבים לבין הנוירונים במצב מנוחה (הנוירונים שאינם מאוקטבים) מתבסס על הריכוז היחסי של אוקסיהמוגלובין בנימים הורידיים ולכן סוג דימות זה נקרא BOLD- Blood Oxygen Level Dependent functional MRI.

 

המגבלות של BOLD fMRI ועל הפעילות המוחית של דג הסלמון המת

 

טכנולוגיית BOLD fMRI הינה כלי עוצמתי במחקר תפקודי של המוח, אך יש לה גם מגבלות ברורות מעצם צורת רכישת הסיגנל שלו- אלו בעיקר קשורות לרזולוציה זמנית (Temporal resolution-TE) ולדיוק מרחבי. רזולוציה זמנית מתייחסת לרזולוציה של מדידה ביחס לזמן. מאחר שאנחנו בודקים באופן עקיף פעילות הנוירונים המתבססת על העלייה האזורית בנימים הורידים של אוקסיהמוגלובין לאחר מיקום הנוירונים המאוקטבים, הדבר תלוי באורינטציה של ניקוז הורידים הפולטים סיגנל, ולכן מיקום הסיגנל יכול להתגלות כמה מילימטרים אחרי איזור הנוירונים המאוקטבים.

מקרה נוסף, יחסית מפורסם, שהציג לעולם את מגבלה של BOLD fMRI, קשור לרעשי הרקע שמהם הוא יכול להיות מושפע.

בשנת 2009, בנט (Bennett) ושותפיו  הציגו תמונה, כיום די מפורסמת, בתוך מאמר ששמו: Neural correlates of inner species perspective-taking in the post mortem Atlantic salmon

בתמונה נראית פעילות מוחית אצל דג סלמון מת ב- BOLD fMRI בתגובה להצגת תמונות של אנשים בסיטואציות חברתיות שונות. לפחות בתמונה אחת הצליחו החוקרים להדגים סיגנל משמעותי בתוך מוחו של הסלמון, אשר אמור להיות חסר פעילות.

 

התמונה והמאמר שסיכם אותה, לא נועדו להתנגד או ללעוג לטכנולוגיית ה-fMRI, אלא להעלות את המודעות לתוצאות מזוייפות בסריקות fMRI, אשר יכולות להיגרם מרעשי רקע אקראיים, אם תיקונים סטטיסטיים מסוימים לא נעשות באופן שגרתי כאשר מנתחים את נתוני תוצאות ה-fMRI. כותבי המאמר תקפו תוצאות מחקרים רבים שעשו שימוש ב-fMRI אשר נתוניהם יכולים להיות שגויים בעקבות אי-שימוש בתוכנות תיקון של בעיית ההשוואות המרובות (Multiple comparisons problem- בעיה סטטיסטית הנגרמת כאשר מבצעים מספר הסקות סטטיסטיות במקביל, או כשאומדים במקביל קבוצה של פרמטרים על בסיס נתונים שניצפו. לפעמים גם התיקונים יכולים לגרום לבעיות ולדחות את השערת האפס, גם כאשר היא נכונה). בעיה זו נובעת ספציפית מהמגבלות המתודולוגיות של שימוש ב- BOLD fMRI.

לסיכום, ה-fMRI הינו כלי מרתק שפתח אופציות רבות בפני עולם המחקר. הוא אמנם אינו חסר חסרונות, אך הוא כלי מחקרי אשר אין ספק שעתידו עוד לפניו.

 

ביבליוגרפיה ולקריאה נוספת:

 

Neural correlates of inner species perspective-taking in the post mortem Atlantic salmon

פורטל ה-fMRI והדימות המוחי- https://fmri.co.il/

אתר הספר MRI המדריך המלא-רפואה ופיזיקה נפגשות

 

נבדקים רבים, כאשר הם מבצעים סריקת MRI, מתלוננים על הרעש החזק. לשם כך הם מקבלים אטמי אוזניים ולעיתים גם אוזניות המשמיעות את המוזיקה אותה הם בחרו. מסתבר שקבוצת מהנדסים אמריקאיים מאוניברסיטת Case Western Reserve University אשר בקליבלנד החליטו לעשות משהו קצת יותר קיצוני ולגרום לסורק עצמו לנגן מוסיקה קלאסית!

כאשר סריקת ה-MRI מתבצעת, נשמעות נקישות ורעשים מכניים מהגרדיאנטים של הסורק בעקבות כוח הנקרא כוח לורנץ (הכוח הפועל על מטען חשמלי עקב נוכחותם של שדה חשמלי ושדה מגנטי). על מנת להפוך את הרעש למוזיקה, החוקרים המירו קובץ MP3 של יצירתו של באך (Cello Suite No. 1) לנתוני קידוד עבור הגרדיאנטים של סורק MRI של חברת פיליפס. המוזיקה שיצרו הגרדיאנטים היתה נפלאה, אך יותר מכך, הסריקה שהופקה בעקבות נגינה זו היתה סריקה אבחנתית. כך, אולי בעתיד, סוגי הסריקות עצמם יוכלו להישמע כמו מוזיקה ערבה לאוזן להנאת הנבדקים ומבצעי הבדיקה.

 

סורק ה-MRI מנגן מוסיקה קלאסית- מתוך אתר YouTube

MRI- כיצד הוא עובד?