אלקטרופיזיולוגיה

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש

אלקטרופיזיולוגיהאנגלית: Electrophysiology) היא תחום מחקר בביולוגיה המאופיין במדידת זרמים חשמליים בעזרת אלקטרודות מתבחינים ביולוגיים.

עיקרו של התחום התפתח החל ממחצית המאה העשרים ואילך בתחום של מדעי העצב (נוירוביולוגיה). נושא המטען החשמלי בגוף החי הוא היון, כלומר אטום שיש לו חוסר או עודף של אלקטרון אחד או יותר בקליפה החיצונית. מוליכים אופייניים הן יוני האשלגן, הנתרן, הכלור והסידן. תנועת היונים מעבר לקרומי התא ופיזורם השונה באזורים החוץ תאיים והתוך תאיים יוצרים הבדלי פוטנציאליים חשמליים בין פנים וחוץ התא (ערך אופייני בתא שריר הוא כ־90- מיליוולט). בהתאפשר זרימה של יונים מעבר לקרום התא (ממברנת התא) ייווצר זרם חשמלי הניתן למדידה. זרמים אלו והשינויים בהם ניתנים למדידה בעזרת סדרה של טכניקות אלקטרופיזיולוגיות.

הזרמים החשמליים, הנישאים על ידי יונים, עוברים בקרום התא דרך חלבוני ממברנה ("תעלות יונים") החוצים את הקרום. החדירות (ובהתאם המוליכות החשמלית) של ה"תעלות" למעבר יונים, שונה מיון ליון ויכולה להיות מותנה במתח התא או בחומר (הורמון, מוליך עצבי) המתחבר אליהן.

ניתן להציג מודל חשמלי (הנקרא מודל הודג'קין-הקסלי) לקרום התא כמעגל חשמלי שיש לו קבל ונגד מקבילים. הקבל מייצג את חלוקת המטענים משני צדי הקרום ואילו הנגד מייצג את המוליכות החשמלית של ה"תעלות היוניות". בסדרת משוואות דיפרנציאליות שפותחו על ידי הודג'קין והקסלי בשנות הארבעים של המאה העשרים, הוצג מודל מתימטי של זרמי הנתרן והאשלגן בתא העצב, המתבסס על התכונות החשמליות של קרום העצב ומהווה מודל בסיסי להבנת דרך פעולתו של תא רגנרטיבי, כלומר תא הפועל כאשר הבדל הפוטנציאלים בין החוץ והפנים עובר סף מסוים. על כך זכו בפרס נובל בשנת 1963.

מדידת המתחים והזרמים על ידי אלקטרודות נעשית בעזרת כלים אלקטרונים כדוגמת משקף תנודות (אוסצילוסקופ) לאחר הגברה בסדרת מגברים רגישים. בגלל רמת האות הקטנה דרושה זהירות רבה להפקת אותות נקיים ללא "רעש אלקטרוני" דבר המחייב עבודה בתוך כלוב פאראדיי והארקות שונות.

ניתן להפריד באופן גס את שיטות העבודה לשנים: רישומים מתבחינים ביולוגים המתקיימים במעבדה בתבחינים מבודדים in vitro ובשיטות מדידה מאיבר שלם ומתפקד in vivo.

טכניקות שונות[עריכת קוד מקור | עריכה]

רישום חוץ תאי 
רישום המתבצע על ידי שתי אלקטרודות מתכת המצופות בכסף כלורי והמונחות במרחק זמ"ז מחוץ לתא עצב או שריר. עם התקדמות פוטנציאל הפעולה הוא נרשם בזמנים שונים על ידי שתי האלקטרודות ברמות מתח חשמלי שונות. זוהי טכניקת רישום פשוטה המאפשרת רישום פעילות חשמלית של תאים כדוגמה: תגובת תא עצב לסדרה של גירויים חשמליים לדוגמה.
רישום תוך תאי 
רישום מתח ושינויי זרם הנעשה על ידי החדרת אלקטרודת זכוכית המלאה בתמיסה יונית לתוך תא ומדידת הפרש הפוטנציאלים מעבר לקרום התא בין פנים התא והחלל החוץ תאי. קוטר האלקטרודה הוא בסדר גודל של מיקרון, דבר המאפשר את חדירתו לתא.
קיבוע מתח 
טכניקה של רישום תוך-תאי המקבעת את הפרש המתחים של התא ברמות שונות על פי קביעת הנסיין, כדי לאפשר גילוי פעילות של "תעלות" הרגישות למתח מסוים (כלומר מופעלות בתחום מתחים מסוים וחדלות בתחום אחר או לאחר זמן מסוים). בדומה קיימת שיטה של קיבוע זרם בה מערכת הניסוי שומרת על זרם קבוע ועוקבת אחר השינויים במתח קרום התא.
קיבוע פיסה 
שיטה בה אלקטרודת זכוכית המלאה בתמיסה "מוצמדת" לקרום התא ורושמת פעילות של מספר מצומצם ביותר של "תעלות יוניות". בתצורות שונות של קיבוע פיסה ניתן לבחון מאפיינים רבים של פעילות התעלה ואת רגישותה לחומרים שונים.
רישום מתא יחידני (Single Cell) 
רישום על ידי אלקטרודה המוחדרת לקליפת המוח דרך פתח בגלגלת ורישום פעילות חשמלית ספונטנית או תגובתית מיחידה אחת (נוירון).
אלקטרו-אנצפלו-גרם (EEG
רישום של פעילות מאלפי תאים בקליפת המוח הנעשית בהצמדת אלקטרודות שטח לפנים החיצוניים של הגולגולת. הרישום יכול להיות ספונטני או בתגובה לגירוי קול או אור. האות המתקבל לאחר עיבוד וסינון האותות הנקלטים משמשים לאבחנה ומחקר.
אלקטרו-קרדיו-גרם (ECG) 
רישום הפעילות החשמלית של שריר הלב הנרשם מסדרה של אלקטרודות המונחות בנקודות מסוימות על בית החזה. הרישום מתבצע באופן שגרתי על ידי טכנאי ומפוענח על ידי רופא ומתקבלת ממנו מידע רב על מצבו של הלב ועל הופעת תופעות פתולוגיות בפעילותו.
אלקטרו-מיו-גרם (EMG) 
רישום חשמלי משרירי השלד. בעזרת אלקטרודת שטח אפשר לרשום פעילות משריר שלם ובעזרת אלקטרודת מחט אפשר לרשום פעילות של קבוצת תאי שריר. הרישומים משמשים רופאים ומומחים לאבחון מחלות או לבדיקת כושרו ופעילותו של השריר.
אלקטרו-ניסטגמו-גרם (ENG) 
רישום חשמלי בטכניקה דומה משרירים המזיזים את גלגלי העיניים. הרישום משמש רופאים ומומחים לבדיקת כושרם ופעילותם של שרירי העיניים ומידת הדיוק של המוח בהפעלתם.

ראו גם[עריכת קוד מקור | עריכה]