הוא נושא את החמצן בנאמנות לכל רקמות גופנו וחיוני לנו כמו אוויר לנשימה, אבל זה לא הכל: תכונות ומצבים שונים של ההמוגלובין הם הבסיס לבדיקות רפואיות ולעקרונות הפעולה של מכשור רפואי ומדעי בעל חשיבות רבה.

בסדרה "החיים", הוצגו כדוריות הדם האדומות כיצורים חמודים שנושאים על גבם בועיות חמצן. בועיות החמצן מילאו את הכיס על גבן של הכדוריות ונשארו בו כאילו מעצמן. במציאות, עלינו להודות לחלבון מיוחד שנקרא המוגלובין. המוגלובין  הוא הרכיב המרכזי בכל אחד מתאי הדם האדומים שלנו. זהו חלבון שמכיל ברזל, כך שהוא יכול לקשור חמצן ולהעבירו מהריאות לשאר הגוף [1]. ההמוגלובין הכרחי לתהליכי נשימה וחילוף חומרים בתאים, אך מעבר לכך הוא בעל תכונות מעניינות המשמשות לאבחון רפואי ולמחקר מדעי.

ראשית, ההמוגלובין מאפשר לנו ללמוד על פעילות המוח בשיטת ה- fMRI, דימות תהודה מגנטית תפקודי. שיטה לא פולשנית זו היא כלי חשוב בחקר המוח, שבעזרתו אנחנו יכולים לענות על שאלות כגון: איזה אזור במוח אחראי על זיהוי פרצופים? אילו מערכות מוחיות מעורבות בתהליכי התמכרות? ואפילו - מה עושה המוח כשאנחנו כביכול לא עושים כלום? לשיטה יש גם שימוש קליני - למשל, למיפוי תפקודי של מוח המטופל לפני ניתוח מוח כדי להימנע מפגיעה באזורים קריטיים, או למעקב אחר התפקוד המוחי של חולים במחלות נוירולוגיות.

מה תפקיד ההמוגלובין בכל זה? שיטת ה-fMRI מסתמכת על העקרון לפיו פעילות מוחית באזור מסויים תוביל להגברת זרימת הדם לאזור זה [2]. לאזור שהופעל, יגיע יותר דם עם המוגלובין נושא חמצן ויסולק דם עם המוגלובין שאינו נושא חמצן. אנו יכולים למדוד את השינוי ביחס בין שתי צורות ההמוגלובין האלה בזכות העובדה שהן נבדלות במגנטיות שלהן: המוגלובין שאינו נושא חמצן מגיב לשדה מגנטי ויוצר בו הפרעות. זאת משום שלאטומי הברזל שבו יש אלקטרונים שאינם מזווגים. לעומתו, להמוגלובין נושא חמצן אין אלקטרונים לא מזווגים, ולכן הוא כמעט ואינו משפיע על השדה המגנטי. סריקת fMRI מתבצעת בסורק דימות תהודה מגנטית (MRI), שהאות המתקבל בו מושפע מהפרעות לשדה המגנטי שמשרה המכשיר. היות והמוגלובין נושא חמצן פחות מפריע, הוא מאפשר אות חזק יותר. לכן, באזור במוח שהופעל ושעלתה בו רמת ההמוגלובין נושא החמצן, נראה עליה באות הנמדד ב- fMRI באותו זמן. באמצעות ניתוח ההבדלים בין האותות המתקבלים באזורי מוח שונים בתגובה לגירוי או לפעולה, אנחנו יכולים לקשר בין תפקודים למבנים מוחיים וללמוד על אופי פעולתם של אזורים במוח [3].

שימוש בתכונות ההמוגלובין אפשר למצוא גם במכשיר קטן ונגיש הרבה יותר מסורק ה-fMRI: האוקסימטר. זהו מכשיר לא-פולשני המודד את רוויית החמצן בדם, כלומר את אחוז ההמוגלובין נושא החמצן בדם. המדידה הזו חשובה לנו כי ישנם מצבים הדורשים ניטור רציף של רוויית החמצן כדי שלא תרד מעבר לערך קריטי. למשל, במהלך ניתוחים בהרדמה, באשפוז, בהשגחה על פגים, ולעתים גם בבית - במצבים רפואיים כרוניים הדורשים מעקב יומיומי.

איך זה עובד? בגלל השוני המבני ביניהם, המוגלובין נושא חמצן והמוגלובין שאינו נושא חמצן נבדלים גם ביכולות בליעת האור שלהם: המוגלובין נושא חמצן בולע יותר אור באורכי גל בטווח האינפרא-אדום ומעביר יותר אור בטווח האדום. לעומתו, המוגלובין שאינו נושא חמצן בולע יותר אור בטווח האדום ומעביר יותר אור בטווח האינפרא-אדום. האוקסימטר הוא תופסן שמולבש על קצה האצבע או על תנוך האוזן, כך שבצד אחד שני מקורות אור הפולטים קרן בטווח האדום וקרן בטווח האינפרא-אדום לסירוגין. קרניים אלו עוברות דרך הרקמה ונקלטות על ידי חיישן שנמצא בצד השני. היחס בין עוצמת האור האדום לעוצמת האור האינפרא-אדום משקף את היחס בין שתי צורות ההמוגלובין, והוא מתורגם לערך רוויית החמצן בדם [4,5]. זוהי שיטת ניטור פשוטה שחוסכת בדיקות דם אינסופיות ולכן מקלה על חייהם של המטופלים ושל הצוות הרפואי כאחד.

ההמוגלובין בא לעזרתנו גם במצב רפואי נפוץ יותר: מחלת הסוכרת. מטרה מרכזית של הטיפול בסוכרת היא שמירה על רמת סוכר מאוזנת בדם, כדי לצמצם ככל האפשר את סיבוכי המחלה. בעוד שניתן למדוד ישירות את רמת הסוכר בדם, בדיקה זו נותנת מידע חלקי משום שהיא משקפת רק את הרמה בעת נטילת הדגימה. ההמוגלובין נכנס לתמונה כשדרוש לנו מידע מקיף על בקרת הסוכר בדם, שלא מושפע מתנודות זמניות ברמת הסוכר. אנחנו מסתמכים על התהליך בו הסוכר גלוקוז נקשר לקצה השרשרת החלבונית של ההמוגלובין ליצירת המוגלובין מסוכרר - המוגלובין A1c. זהו תהליך בלתי-הפיך התלוי ברמת הגלוקוז בדם ובמשך החשיפה של תאי הדם לגלוקוז - ככל שיש יותר גלוקוז במשך יותר זמן נראה יותר המוגלובין מסוכרר. אורך החיים הממוצע של תא דם אדום הוא 120 יום. מכאן, שרמת ההמוגלובין המסוכרר הנמדדת בבדיקת דם, מהווה "יומן סוכר" כי היא מייצגת את ריכוז הגלוקוז הממוצע בשלושת החודשים שקדמו לבדיקה [6]. משום כך, המוגלובין מסוכרר הוא מדד יעיל למעקב אחר רמת הסוכר במצבי סוכרת וטרום-סוכרת, וכן להערכת יעילות הטיפול במחלה. בנוסף, הוא משמש כמדד לאבחון סוכרת כמו גם מדד המנבא את הסיכון להתפתחות סיבוכי המחלה.

לסיכום, ראינו שבין שיטה מתקדמת לחקר המוח, מכשיר למדידת רוויית חמצן בדם ובדיקה רפואית נפוצה עובר חוט מקשר של הסתמכות על תכונות ההמוגלובין. זו גם דוגמא מצויינת לאופן בו משכיל המדע לרתום תופעות פיזיקליות ותהליכים פיזיולוגיים המתרחשים מאליהם בגוף, למחקר ולשיפור חיינו.

מקורות:

1. על מבנה חלבון ההמוגלובין באתר מדע גדול, בקטנה
2. מאמר על צימוד פעילות עצבית לשינויים בזרימת הדם
3. מראשוני המאמרים שתיארו את הבסיס לשיטת הfMRI
4. עקרונות פעולת האוקסימטר
5. מאמר סקירה על שיטת האוקסימטריה
6. בדיקת המוגלובין מסוכרר - הסבר ומשמעות הערכים

לקריאה נוספת:
על תגובת מייאר שעיקרה קישור סוכרים לחלבונים, באתר מדע גדול, בקטנה

האתר של אלברט בארייה, מפיק הסדרה "החיים"