שריר השלד הוא רקמה פלסטית, הטרוגנית מאוד, המתאימה כל העת את גודלה ותפקודה בהתאם לגירויים חיצוניים ופנימיים. זהו גם המאגר העיקרי של חלבונים בכל בעלי החוליות, לפיכך מסת השריר מבוקרת ביותר מבחינת הסינתזה (יצור, תהליך אנבולי) ופרוק החלבון (תהליך קטבולי). שני התהליכים הללו רגישים לגורמים כגון, מצב תזונתי, איזון הורמונלי, פעילות גופנית/פעילות גופנית מופחתת/חוסר פעילות גופנית, וכן למצבי פציעה או מחלה קשה.

שינויים זמניים בסינתזה ו/או בפירוק החלבון גורמים לתוספת או לאובדן נטו של חלבון שריר. שיטה מוכרת לחקר המטבוליזם של חלבון בשרירי שלד של בני אדם חיים היא עירוי תוך-ורידי מתמשך של חומצות אמינו המסומנות באיזוטופ יציב עם דגימות תכופות של דם ורקמות שריר תוך שימוש בטכניקת ביופסיה באמצעות מחט. שיטת האיזוטופ היציב שנמצאת בשימוש מזה כמה עשורים הראתה שמחזור רקמת השריר מתרחש בשעור של כ-1%-2% ליממה. על אף ששיטה זו מיושמת באופן נרחב בחקר שרירי שלד, ובמידה פחותה במחקר של גידים, ישנם מעט מאוד נתונים על שיעורי סינתזת החלבון ברקמות חיבור אחרות במערכת השריר-שלד בבני אדם חיים.

שריר שלד אינו פועל לבדו. מחקרים אחרונים ביססו את הרלוונטיות של מבני קולגן תוך-שריריים (המטריצה החוץ-תאית של שריר, אנדומיזיום,פרימיזיום) וחוץ-שריריים (אפימיזיום, אפונרוזות) הנדרשים להולכה תקינה של כוח שנוצר כתוצאה מהתכווצות שרירים. ברור כי הפלסטיות של רקמות חיבור אלה ממלאת תפקיד חשוב בקביעת החוזק והיכולת התפקודית של מכלול השריר-שלד. יתר על כן, נזק כתוצאה מפציעה או ניתוח כולל בדרך כלל מגוון של רקמות באזור. רקמת השריר מציגה שיפוץ נרחב תוך שבועות עד חודשים, אך ברור כי החלמה ושיקום מצריכים פלסטיות של כל הרקמות המעורבות.

מספר מחקרים בדקו את שיעורי סינתזת החלבון בגידים בבני אדם חיים באמצעות שיטת האיזוטופ היציב. היישום של שיטת זו להערכת שיעורי סינתזת החלבון ברקמות חיבור כגון, גיד, רצועה, עצם וסחוס מוגבל בשל מגבלות אתיות לוגיסטיות ורפואיות הכרוכות בדגימת הרקמות. בהקשר הזה, המחקר הבא הוא יחודי. כדי להשמיט מגבלות אלה, חוקרים מהמרכז הרפואי של אוניברסיטת מאסטריכט, הולנד, בחרו 3 גברים ו-3 נשים בריאים בגילאי 62-65, מועמדים לעבור ניתוח להחלפת מפרק מלא של הברך, כדי להעריך את שיעורי סינתזת החלבון הבסיסית במגוון רחב של רקמות כולל, שריר, גיד, רצועה, עצם, סחוס, מניסקוס, שומן וסינוביום (רקמת חיבור רכה המרפדת את החלל התוך-מפרקי) באמצעות שיטת האיזוטופ היציב.

תוצאות המחקר הפתיעו את החוקרים שכן הם הניחו כי שיעורי סינתזת החלבון הבסיסית של רקמות החיבור הללו יהיו שונים בהשוואה לשריר, אך ממוצע שיעורי סינתזת החלבון הבסיסית של רקמות חיבור שונות נמצא בטווח דומה לשיעורי סינתזת החלבון בשריר, עם שיעורי סינתזת חלבון בשריר, גיד, עצם, סחוס, רצועה, מניסקוס, שומן וסינוביום שנעים בטווח שבין 0.02% ל-0.13% לשעה בבני אדם חיים.

Smeets et al 2019

איור 1. המחשה אנטומית של רקמות שריר-שלד ושיעורי סינתזת החלבון בהתאמה (Credit: Smeets et al., 2019).

שיעורי סינתזת החלבון שנצפו בשריר במחקר הנוכחי היו בממוצע של 0.04% ± 0.01% לשעה, עם שיעורי סינתזת חלבון שנעים בין 1%-2% במהלך יממה.

שיעורי סינתזת חלבון גיד הפיקה במחקר זה עמדו על 0.06% ± 0.01% לשעה, התואמים נתונים קודמים שתארו ​​את שיעורי סינתזת החלבון בגיד זה. נתונים אלה מצביעים על כך שרקמת גיד היא בעלת מאפייני סינתזת חלבון דומים לרקמת שריר, ולכן אלה עשויים לבטא גם רמת פלסטיות מסוימת לגירויים חיצוניים, ואכן, דווח כי פעילות גופנית מגבירה את שיעורי סינתזת החלבון בגיד.

הניתוח להחלפת מפרק מלא של הברך סיפק הזדמנות ייחודית לדגום את הרצועות הצולבות הקדמית והאחורית של הברך. עם שיעורי סינתזה בממוצע של 0.07% ± 0.02% ו-0.04% ± 0.01% לשעה עבור הרצועות הצולבות הקדמית והאחורית, בהתאמה. מעניין לציין כי שיעורי סינתזת החלבון של רקמת גיד הפיקה נמצאו דומים לשיעור סינתזת החלבון של הרצועה הצולבת הקדמית. בנוסף, שיעורי סינתזת החלבון של הרצועה הצולבת הקדמית נטו להיות גבוהים יותר בהשוואה לרצועה הצולבת האחורית. נדרש מחקר נוסף כדי לבחון האם הבדל זה בשיעורי סינתזת החלבון בין הרצועות הצולבות משקף את ההבדלים בשכיחות של פציעות או את יכולת התיקון של הרקמה.

איכות רקמת העצם נקבעת על סמך תכונות מכניות רבות כגון, אלסטיות, התנגדות לכפיפה וקשיחות. אף על פי שרקמות העצם נחשבו תמיד לבעלות יכולת שיפוץ מוגבלת, מעטים המחקרים שחקרו זאת בפועל. מחקרים קודמים סיפקו הערכות כמותיות למחצה על שיפוץ עצמות במבוגרים של 3%–25% לשנה ועל מחזור סידן העצם של כ-8%–15% לשנה. במחקר זה נבדקו שיעורי סינתזת החלבון של רקמת עצם הירך באופן ישיר. שיעורי סינתזת חלבון רקמות העצם שנבדקו נעו בין 0.02% ל- 0.03% לשעה. נתונים אלה מצביעים על כך שרקמת העצם עשויה להיות בעלת יכולת שיפוץ גדולה בהרבה ממה שהוערך בעבר. למרות שבמחקר זה, מרבית דגימות רקמות העצם הראו שיעורי סינתזת חלבון הדומים לרקמת שריר, שיעורים גבוהים בהרבה (0.06 ± 0.01% לשעה) של סינתזת קולגן העצם נצפו במחקר שנערך בעבר באמצעות מתודולוגיה איזוטופ יציב. אי התאמה זו בשיעורי הסינתזה עלולה להיגרם על ידי סוג החלבון שנחקר. ברור כי שיעורי סינתזה של חלבונים עשויים להיות שונים באופן מהותי בין חלבונים ושברים שונים של חלבון.

החוקרים טוענים כי למיטב ידיעתם, אף מחקר קודם לא השתמש בשיטת האיזוטופ היציב כדי להעריך את שיעורי הסינתזה של שברירי חלבון בסחוס ובמניסקוס בבני אדם חיים. הוצע כי מבנים אלה עוברים שיפוץ איטי, במיוחד, סחוס אנושי נחשב למבנה קבוע במהותו עם יכולת מועטה של שיפוץ לאחר גיל מסוים. אולם הממצאים במחקר זה הראו כי שיעורי סינתזת חלבון רקמת הסחוס נעו בממוצע של 0,04% ± 0.01% לשעה. בנוסף, החוקרים מציינים שגם במניסקוסים הפנימי והצידי נמצאו שיעורי סינתזת חלבון של 0.04% ± 0.01% ו-0.04% ± 0.01% לשעה, בהתאמה.

נבדקו גם הבדלים בהרכב חומצות האמינו בין הרקמות השונות. נמצא כי תכולת חומצות האמינו החיוניות בגיד הפיקה, הסחוס ועצם הירך הייתה נמוכה בהרבה בהשוואה לשריר, ואילו חומצות האמינו גליצין ופרולין נמצאו בשפע במידה רבה יותר בגיד, סחוס ועצם הירך בהשוואה לשריר. פרולין וגליצין הן שתיהן חומצות אמינו הידועות כחשובות במטבוליזם הקולגן ברקמות שריר-שלד. דרוש מחקר עתידי כדי להעריך את ההשפעה של הבדלים כאלה בתכולת חומצות האמינו על שיעורי סינתזת החלבון הבסיסית ברקמה, וחשוב מכך, לאחר ארוחה במצבים שונים.

פרט לרקמות השריר-שלד המאפשרות תנועה והעברת כוחות, מפרק הברך האנושי מכיל גם רקמות רכות תוך-מפרקיות אשר פעילות מטבולית, כגון, כרית השומן על שם הופה וסינוביום. כרית השומן על שם הופה ידועה כחולקת קווי דמיון מורפולוגיים עם השומן התת-עורי, מקבלת אספקת דם בשפע, והוצע כי היא ממלאת תפקיד מאפנן בדלקת מפרקים ניוונית של הברך (אוסטאוארתריטיס). רקמת הסינוביום מרפדת את פני השטח הפנימיים של מפרק הברך ומייצרת בעיקר נוזל סינוביאלי לסיכוך המפרק. עם זאת, ידוע שהיא נעשית מודלקת במטופלים עם שלבים שונים של דלקת מפרקים ניוונית בברך. במחקר הנוכחי שיעורי הסינתזה של חלבון כרית השומן על שם הופה והסינוביום היו בממוצע 0.11% ± 0.03% ו-0.13% ± 0.03% לשעה, בהתאמה, שהם שיעורי סינתזת חלבון גבוהים בהרבה בהשוואה לשיעורי סינתזת החלבון בשריר. שיעורי סינתזת החלבון הגבוהים יותר של כרית השומן על שם הופה ורקמת הסינוביום עשויים לשקף את האופי הפעיל מטבולית של רקמות אלה או את תפקידן המוצע בתהליכי מחלה. החוקרים מדגישים כי הם דאגו לכך שהדגימות נלקחו מכל החלקים הבלתי-מושפעים של הרקמות, ובכך דאגו לדגום רק רקמה בריאה, אך באותה עת מציינים כי אין להתעלם מההשפעה הפוטנציאלית של תהליכים תלויי מחלה על המדידות של שיעורי סינתזת החלבון בכרית השומן על שם הופה ובסינוביום. עם זאת, תצפיות אלה מראות בפעם הראשונה את שיעורי סינתזת החלבון של רקמות רכות תוך-מפרקיות בהשוואה לשריר ורקמות חיבור אחרות בבני אדם חיים.

מנקודת מבט מחקרית, המחקר הנוכחי מספק נתונים מעניינים על מטבוליזם החלבון במגוון רחב של רקמות שריר ושלד בברך האנושית. בעוד שמחקרים אחרים העריכו את שיעור סינתזת החלבון בכמה מהרקמות שהוזכרו, אף מחקר לא העריך ישירות את שיעורי סינתזת החלבון של כל רקמות השריר-שלד הללו במחקר בודד בבני אדם חיים. היכרות עם שיעורי סינתזת החלבון הבסיסית ברקמות שריר-שלד מאפשרת לנו לחקור עוד יותר את הפלסטיות שלהן, כלומר, את היכולת של רקמות אלה להתחדש. מנקודת מבט קלינית, זיהוי אילו חלבונים או שברי חלבון ספציפיים מגיבים לגירויים חיצוניים עשוי לאפשר לפתח דרכים יעילות יותר לטיפול ו/או להפחתת הסיכון לפציעות.

 

תמונה ראשית: dreamstime

מקור:

Protein synthesis rates of muscle, tendon, ligament, cartilage, and bone tissue in vivo in humans., Joey S. J. Smeets ID, Astrid M. H. HorstmanI D, Georges F. Vles, Pieter J. Emans, Joy P.B. Goessens, Annemie P. Gijsen, Janneau M. X. van Kranenburg, Luc J. C. van Loon., 2019