מדע הביו-חשמל
זרימה חשמלית בגוף (ביו-חשמל), ממלאת תפקיד משמעותי במצבים פיזיולוגיים ופתופיזיולוגיים רבים (בתפקוד רגיל ובמחלות). עצבים מעבירים מידע ומתווכים תפקודי גוף על ידי העברת דחפים חשמליים: אותות ביו-חשמליים.
ביו-חשמל מתייחס לזרמים חשמליים המתרחשים בתוך גוף האדם או מיוצרים על ידו. זרמים ביו-חשמליים נוצרים על ידי מספר תהליכים ביולוגיים שונים, ומשמשים את התאים להובלת פולסים לאורך סיבים עצביים, לוויסות תפקודי רקמות ואיברים ולשליטה בחילוף החומרים.
זרמים ביו-חשמליים (ופוטנציאלים) של רקמה אנושית, המתועדים משטח העור באמצעות אלקטרוקרדיוגרף (E.C.G.), אלקטרואנצפלוגרף (E.E.G.), אלקטרומיוגרפיה (E.M.G.) והתקנים רגישים דומים, נמצאים בשימוש נרחב ברפואה לאבחון מצבם של איברים חיוניים שונים.
ההבדל החשוב ביותר בין זרימת זרם ביו-חשמלי באורגניזמים החיים לבין סוג הזרם החשמלי המשמש לייצור אור, חום או כוח הוא שזרם ביו-חשמלי הוא זרימה של יונים (אטומים או מולקולות הנושאות מטען חשמלי), בעוד חשמל במכשירים הוא תנועה של אלקטרונים.
ביו-חשמליות של העור
לעור הרגיל (השלם; הבריא) יש פעילות ביו-חשמלית, שנמצאת בשונות מתמדת, קלה, וניתן למדוד אותה ולשרטטה. הפוטנציאל החשמלי של העור חלש יחסית וניתן למדוד אותו במכשירים רגישים ביותר בטווח של מיקרו-וולט. המוליכות הביו-חשמלית של העור משתנה בהתאם למצבים גופניים מסוימים כגון לחות, רגשות, מתח ומחלות.
לפני עשרות שנים הוסבר פוטנציאל העור כפונקציה של מאפייני הממברנה וריכוז יונים בגוף ביחס לריכוז היונים באלקטרוליט החיצוני. קרום האפידרמיס (השכבה החיצונית של העור) מתנהג כאילו יש לו מטען שלילי קבוע. הוא חדיר לקטיונים (יונים בעלי מטען חיובי; +ve) העוברים דרכו ומשאירים עודף של אניונים (יונים בעלי מטען שלילי; -ve) באלקטרוליט החיצוני לפני השטח. הבדל פוטנציאלי מופיע על פני הממברנה; משטח העור החיצוני נראה שלילי (-) והרקמות הרכות הפנימיות חיוביות (+). תופעה זו הידועה בשם Galvanic Skin Response סיפקה את הבסיס לתובנה שהעור מתנהג כמו סוללה, כלומר יונים ספציפיים נעים על פני העור בצורה חד כיוונית, כמו זרם ישר - DC (Direct Current). בתנאים רגילים יונים חיוביים כגון נתרן (Na+) מועברים לכיוון העור, בעוד שיונים שליליים כגון כלוריד (Cl-) נעים החוצה.
רק בתחילת שנות ה-60, Becker ואחרים, הציעו שיש לייחס את פוטנציאל העור של DC לתפקוד עצבי [1-4]. עצבים תחושתיים מעצבבים את העור ותפקודם יוצר את שטף היונים ואת פוטנציאל ה-DC של העור.
בעוד שלמחקר על זרם ישר (DC) בביו-חשמל של העור יש היסטוריה ארוכה, שדות חשמליים של זרם חילופין (AC) עם שדה חשמלי מורכב בהרבה נחקרו הרבה פחות.
פגיעה בעור וביו-חשמל
הפעילות הביו-חשמלית הקשורה לעור ולרקמות הרכות הבסיסיות נסקרת בהרחבה בביו-רפואה. למדע זה יש רלוונטיות ישירה לריפוי פצעים כאשר הוא מתרכז בהשפעה של פציעה, טראומה ומחלות על הביו-חשמליות של העור.
לפני המאה השמונה עשרה, רופאים ופילוסופים אירופאים האמינו בדרך כלל שפולסים עצביים זורמים אל המוח באמצעות נוזל אורגני מסוג כלשהו. הניסויים של שני איטלקים, הרופא לואיג'י גלוואני והפיזיקאי אלסנדרו וולטה, הוכיחו שההסבר האמיתי של הולכה עצבית הוא ביו-חשמל. דחפים בתוך מערכת העצבים נישאים על ידי חשמל שנוצר ישירות על ידי רקמה אורגנית.
במאה התשע-עשרה, חוקרים בשם אמיל דו בוי-ריימונד המציאו ושיכללו מכשירים שהיו מסוגלים למדוד את הפוטנציאלים והזרמים החשמליים הקטנים מאוד שנוצרו על ידי רקמה חיה.
על ידי שימוש בטכניקות מדידה אלו, אמיל דו בוי-ריימונד זיהה פוטנציאל חשמלי ייחודי שהופעל במהלך פגיעה ברקמות. הוא כינה את הזרם הביו-חשמלי הזה כ"זרם הפציעה", ממצא מדעי שסיפק את הבסיס למחקר מקיף ולמחקרים רבים על תפקידה של ביו-חשמל בריפוי פצעים.
מחקרים רבים חשפו כיצד הביו-חשמליות של העור משפיעה על ריפוי פצעים על ידי משיכת תאי התיקון, כמו מקרופאגים, נויטרופילים הממריצים את התפשטות התאים, או פיברובלסטים, המשפרים את ההפרשה התאית דרך ממברנות התא ומכוונים את מבני התא. תופעה זו ידועה בשם Galvanotaxis והיא מבוססת על DC "מודל הסוללה" של העור.
זרם ישר (DC) המכונה "זרם פציעה" נוצר בין העור לרקמות הפנימיות כאשר יש נזק בעור. הזרם יימשך עד לתיקון הפגם בעור. ריפוי הרקמה הפגועה נעצר או לא יהיה שלם אם הזרמים הללו לא זורמים עוד כשהפצע פתוח. במשך שנים, תפיסת הDC יצרה את הרציונל הבסיסי לשימוש באלקטרותרפיה בריפוי פצעים. הזרמת אותות חשמליים מחקה את הזרם הטבעי של הפציעה ומאיצה את תהליך הריפוי של הפצע [5-9].
Refrences:
1. Becker, R.O. Search for evidence of axial current flow in peripheral nerves of the salamander. Science 1961; 134:101
2. Becker, R.O. Some observations indicating the possibility of longitudinal charge carrier flow in peripheral nerves. In Biological prototypes and synthetic systems, eds. E.E. Bernard, and M.R. Kare, pp. 31-37. New York: Plenum 1962.
3. Becker RO. Stimulation of partial limb regeneration in rats. Nature1972;235:109-111.
4. Becker RO. The basic biological data transmission and control systeminfluenced by electrical forces. Ann N Y Acad Sci 1974;238: 236-241.
5. NP UAP –EP UAP Guidelines for Pressure Ulcer Prevention and Treatment 2019.
6. Wolcott, L.E., Wheeler, P.C., Hardwicke, H.M., Rowley, B.A. Accelerated healing of skin ulcer by electrotherapy: preliminary clinical results. South Med J 1969; 62: 7, 795-801.
7. Carley, P.J., Wainapel, S.F. Electrotherapy for acceleration of wound healing: low intensity direct current. Arch Phys Med Rehabil 1985; 66: 7, 443-446.
8. Gardner, S.E., Frantz, R. A., Schmidt, F.L. Effect of electrical stimulation on chronic wound healing: a meta-analysis. Wound Rep Reg 1999; 7: 495-503.
9. Kloth, L. Electrical stimulation for wound healing: a review of evidence from in vitro studies, animal experiments, and clinical trials. Int J LowExtreme Wounds 2005; 4: 1, 23-44.