חדשות

מחלות לב וכלי דם הן גורם המוות המוביל בעולם המפותח, ומהוות כמעט 30% מכלל מקרי המוות מדי שנה. אך למרות זאת, תחום הרפואה עדיין לא יודע את כל מה שיש לדעת על האיבר המורכב הזה. ד"ר גיל מרום מבית הספר להנדסה מכנית בפקולטה להנדסה ע"ש איבי ואלדר פליישמן פיתח כלי, שיכול לייצר סימולציות ממחושבות, המאפשרות לזהות שינויים במבנה הרקמות של המסתמים בלב, וכך להבין טוב יותר את הביומכניקה של פעולת הלב, לזהות בעיות אצל חולים ולשפר את הטיפול בהם.

ניסויים וירטואליים שישפרו טיפול בחולה בזמן אמת

"המורכבות הפיזיקלית של מערכת הלב היא סיבה מרכזית לצורך בשימוש במודלים חישוביים, הנקראים גם סימולציות", מסביר ד"ר מרום. "פעולת שאיבת הדם בלב נגרמת על ידי התכווצות שריר הלב, כיוון זרימת הדם נקבע על ידי מסתמי הלב, בעוד התכווצות השריר נשלטת על ידי מערכת ההולכה החשמלית של הלב. סימולציות ממוחשבות מאפשרות לערוך ניסויים וירטואליים ולבחון אפשרויות שונות לטיפול באותו חולה".

בניגוד להשוואת מקרים ממספר חולים שונים, היכולת להשוות מקרים אצל אותו חולה מאפשרת ללמוד את ההשפעה של פרמטר מסוים על התפקוד, לבודד אותה מגורמים אחרים, וכך למצוא מגמות המאפיינות את הבעיה.

^{דוגמה למודלים של פעילות הלב במצב מכווץ ורפוי (צד ימין) ושל זרימת הדם דרך מסתם תותב (צד שמאל)}

המכניקה של מחלות מסתמי לב

בנוסף להשלכות הרפואיות החשובות של המחקר, הוא מרתק גם מבחינה הנדסית. "שלא כמו במחקרים הנדסיים 'רגילים' בהם מאפייני הבעיה ידועים, במקרה של הגוף האנושי יש שונות גדולה במחלות ובאוכלוסייה", אומר ד"ר מרום. מהנדסים רבים מתכננים שסתומים ומשתמשים בהם, אבל ד"ר מרום טוען ששסתומי הלב הם סוג מיוחד של שסתומי-על: העלים הגמישים של מסתמי הלב צריכים לעבור עיוותים גדולים בכל מחזור לב (משך מחזור אחד הוא שנייה), לעמוד בלחצים גבוהים ביחס לחוזקם המכני, ובעצם לעבוד ללא הפסקה במשך הרבה מאוד זמן (כל חיינו).

לכן, אין זה מפתיע שחלק גדול ממחלות הלב המוכרות הן למעשה בעיות בשסתומי הלב. לבעיות הללו יש כבר טיפול - תיקונים או החלפת המסתם בניתוחי לב פתוח, ובשנים האחרונות נוספה גם אפשרות להשתלת מסתם בצנתור. אך עד כה היו צריכים רופאים לעבוד בשיטת ה"ננסה ונראה": על בסיס המידע הקיים מבצעים ניתוח או צנתור אחד בחולה.

"המודלים החישוביים שאנחנו מפתחים מאפשרים להבין טוב יותר את הביומכניקה של הטיפול, להעריך את הסיכויים לסיבוכים שונים ובעצם לבחון אופציות לטיפול עוד לפני המגע עם החולה", אומר ד"ר מרום ומסביר "לדוגמה, המודלים שלנו יכולים לעזור למנתחים לבחור את הקוטר הרצוי שאליו יש להקטין את קוטר המסתם החולה, על מנת להביא אותו לתפקוד תקין. גם במסתמים המושתלים בצנתור, לטיפול בהיצרות מסתם אבי העורקים, אנחנו יכולים על פי תוצאות הסימולציות להמליץ על גודל המסתם המתאים, מיקום ההשתלה האופטימלי ודרכי ההשתלה, כדי להפחית את הסיכוי לדליפות, תזוזה של המסתם המושתל בגלל התכווצות הלב, ופגיעה בהולכת החשמל בלב בגלל לחצי מגע, שהשתל מפעיל על הלב. אותן מסקנות יכולות לעזור גם בתכנון מסתמים תותבים חדשים, בעלי תפקוד טוב יותר וסיכוי מופחת להתפתחות הסיבוכים לאחר ההשתלה".

להגביר את סיכויי הצלחת ההשתלות

כעת מנסים ד"ר מרום וצוותו להבין את פעילות מנגנוני קרישת הדם על עלי מסתמים מושתלים, במטרה לתת מענה לחולים רבים, שכיום אינם מקבלים טיפול בגלל סיכון ניתוחי גבוה. "המטרה שלנו היא להבין במלואם את כל תפקודי הלב, כדי לשפר טיפולים קיימים ולפתח שתלים חדשים, שיצליחו לעמוד בעומסים המכניים הפועלים באיבר המורכב הזה, וכך לשפר את איכות חיי החולים", מסכם ד"ר מרום.

ד"ר אופיר לוי מבית הספר לזואולוגיה חוקר כיצד שינויי אקלים משפיעים על בעלי חיים. הנחקר העיקרי שלו הוא חרדון סיני, שנפוץ באזורים סלעיים בנגב, בערבה ובבקעת ים המלח, ונחשב למטפס מעולה. ביחד עם הצוות שלו הוא יוצא לשטח דווקא בימים חמים במיוחד כדי לעקוב אחר הלטאה החמקמקה, שפעילה בעיקר בשעות האור. מעבר לכובע רחב שוליים והרבה סבלנות, הם מפתחים דרכים יצירתיות ונעזרים גם בטכנולוגיות מתקדמות לאיסוף מידע. אחת מהן היא צילומי טמפרטורות הנעשות על ידי רחפן, שמתעד את השטח בדרך המסורתית וגם בצילום משולב.

מה עושה החרדון כשחם לו?

"החלטנו להתחיל לחקור באזורים מדבריים, שם התנאים קיצוניים מלכתחילה, כדי להבין איך בעלי חיים מותאמים לסביבות חמות כל כך, ואיפה תהיה הפגיעה הקשה ביותר אם הטמפרטורות יעלו עוד. לכן בחרנו לחקור את אוכלוסיית חרדון סיני באזור עין גדי", מסביר ד"ר לוי. "המטרה שלנו היא למשדר פרטים כדי לעקוב אחר התטולה שלהם ושרידות הצאצאים. למשל, אם לחרדון חם מדי והוא לא יוצא לצוד מספיק, יתכן שהוא לא יצליח לאגור די שומן בשביל לשרוד את עונת החורף הקרה, שהיא תקופת המנוחה שלו, או אם נגלה שבגלל עליית הטמפרטורות כמות החרקים באזור המחיה של החרדונים קטנה – נדע שהם יאכלו פחות או שיצטרכו למצוא מקורות מזון אחרים".

מכיוון שהחרדון הוא חשדן מטבעו ולא מתפתה למלכודות, הדרך היחידה לתפוס אותו היא בידיים חשופות, בזמן שהוא לא מתחבא בנקיקים או בחגווי סלע. כדי להתחקות אחר סדר יומו נעזרים ד"ר לוי וצוותו ברחפן שמפיק צילומי טמפרטורה ובסימולציות מחשב, הניזונות מהדאטה שנאסף בשטח. הם ממפים תנאים אקלימיים באזורים נבחרים בשעות שונות של היום לאורך זמן ובמשך עונות שונות. כך הם יכולים ליצור תמונה רוחבית מתמשכת של האזור, ולבודד את השפעת שינויי האקלים על התנהגות בעלי החיים אותם הם חוקרים. את הנתונים הם מכניסים למודל שפיתחו וכך הם מקווים לצפות מראש את התנהגות החרדון ובעלי חיים נוספים.

^{עושה מה שהוא יודע לעשות. חרדון סיני מתחרדן על סלע}

אחד הדברים שהם גילו בזכות השימוש ברחפן הוא שלמרבה ההפתעה, את השעות הלוהטות מעדיף החרדון להעביר דווקא על סלעים חשופים. "בעזרת צילומי הטמפרטורה גילינו שהסלעים פחות חמים מהקרקע, ולכן הוא מעדיף לנוח דווקא עליהם", אומר ד"ר לוי. "הבנו שנצטרך להצטייד בהרבה קרם הגנה, במים ובסבלנות". לאחר הלכידה ממשדר הצוות את הפרט ומשחרר אותו בחזרה לסביבתו הטבעית. הנתונים המתקבלים מוזנים גם הם למערכת המידע ההמוחשבת, ותורמים להבנת התנהגותה של אוכלוסיית חרדוני סיני באזור ולסיכויי ההשרדות שלה בעתיד.

לחזות את הצעד הבא של בעלי החיים

המחקר של ד"ר לוי מתקיים באזורים נוספים בארץ ועוסק בבעלי חיים אחרים. בימים אלה הוא ממפה תנאים אקלימיים ותנועת חזירי בר באזור זיכרון יעקב בחיפושם אחר מקומות מרבץ, מים ומזון, וגם מצלם נוכחות חרקים במקומות שונים, שמהווים מקור מזון לבעלי חיים רבים, ולכן נחשבים לחוליה חשובה בשרשרת המזון. נוכחותם או אי נוכחותם יכולה להשפיע על מארג החיים באותו אזור, וד"ר לוי רוצה להבין עד כמה משמעותית השפעת ההתחממות הגלובלית בנושא. "העבודה שלנו חשובה. איסוף הנתונים ומיחשובם לצד האקולוגיה הקלאסית יוכלו להוביל לתובנות חדשות ולחיזוי פעילותם של מינים רבים לצד שינויי האקלים", הוא מסכם.

^{מתחמם... מתחמם... פארק אלונה בקרבת זכרון יעקב בצילום משולב. הנקודה הלבנה למעלה היא הרכב של החוקרים}