השפעת הלחץ על מערכת העצבים – והאם נוכל לחיות על קרקע הים

.
מגמת הגידול באוכלוסיית העולם, דוחפת מדענים מתחומים שונים
לחפש מרחבי מחייה חדשים למין האנושי. תוכניות ל"הארצה" של כוכבי-לכת
במערכת השמש שלנו (הדוגמה הנפוצה בעניין זה היא מאדים), מתקבלות
בהתלהבות בחוגים ידועים, ובעקימת אף בחוגים אחרים. מבלי להיכנס לעובי
הקורה של שאלת הייתכנות של יצירת אקולוגיה דמויית ארץ על-פניהם של
מאדים וכוכבי-לכת אחרים, אפשר לקבוע בביטחון שמבצע מסוג זה עשוי
להימשך אלפי, ואפילו מאות אלפי שנים.
.
לפיכך, מופנה תשומת ליבם של מחפשי הפתרונות המהירים, יחסית,
לעובדה הידועה, שכמעט שני שלישים משטח פניו של כדור-הארץ, מכוסים
מים. אילו רק יכולנו לחיות מתחת לפני המים, על קרקעית הים, או לפחות
לנצל את המשאבים המצויים שם, יכולנו לקבל דחייה משמעותית מאוד
במועד הביצוע של גזר דינה של התפוצצות האוכלוסיה.
.
העובדה שאנשים אינם מסוגלים לנשום מים, אינה צריכה להפריע
לבני-אדם להקים ערים ויישובים על קרקעית הים. הגורם העיקרי המונע את
ההתפתחות הזאת, הוא הלחץ, לחצם האדיר של המים, הגובר ככל שמעמיקים
יותר לרדת במצולות.
.
שינויים מנטליים
.
,צפיות רבות מאוד הראו כי צלילה למעמקים גורמת שינויים מנטליים
והתנהגותיים. בעיקר מדובר בשינויים של פעילות יתר במערכת העצבים הנובעת
מהפרעות קלות בתפקודי המוח. בתחילה סברו שההפרעות האלה נובעות משינוי
בתכונותיהם של הגזים מרכיבי האוויר, המתחולל כשהגזים האלה (בעיקר חנקן
וחמצן), נתונים ללחץ פיסי, הנובע מהירידה למעמקים.
.
כידוע, ככל שהצולל מעמיק לצלול, הוא חייב לנשום את גז הנשימה
שלו בלחץ השווה ללחץ החיצוני של הים (לחץ זה עולה בשיעור של
אטמוספירה אחת לכל 10 מטרים עומק). הגדלת הלחץ הפנימי החלקי של
הגזים הננשמים גורמת בהם שינויים, השונים מגז לגז. חמצן, למשל,
שחלקו היחסי באוויר הטבעי הוא כ-21%, מתחיל להיות רעיל כשהוא מגיע
ללחץ של אטמוספירה אחת או שתי אטמוספירות. לדוגמה, לחצו של החמצן
באוויר החופשי הוא 21% אטמוספירה, אבל ככל שנושמים אוויר דחוס יותר,
בעומק רב יותר, עולה גם לחצו החלקי של החמצן. מכיוון שכאמור, רצוי
שלא להביא את החמצן ללחץ של יותר מאטמוספירה אחת או שתיים, עומק
הצלילה שאליו אפשר להגיע באמצעות מיכלי חמצן נקי, הוא מוגבל למדי
()עד כ-10 מטרים בלבד). מצד שני, חנקן, ששיעורו באוויר החופשי הוא
כ-79%, מתחיל לגרום תופעות נרקוטיות (מרדימות), כשהוא מגיע ללחץ חלקי
של ארבע עד חמש אטמוספירות. מעבר לגבול הזה, הוא עלול לגרום "שכרון
מעמקים".
.
לכן, כשמדובר בצלילות לעומקים גדולים, מחפשים החוקרים תערובות
שונות של גזים, שיוכלו להחליף את האוויר. תערובת אחת כזאת, כוללת גז
הליום, שאינו נרקוטי, שבא במקומו של החנקן המסולק כליל מתערובת
הנשימה (בתערובת הזאת, כשהיא נתונה בלחץ בעת הצלילה, מגיע לחצו
החלקי של החמצן לשיעורו המקורי באוויר). אלא שגם כאשר הצוללים
מצוידים בתערובות גזים שמאפשרות להם, לכאורה, לרדת למעמקים ללא
חשש מרעילות או מהירדמות, עדיין גופם ומוחם מושפעים מהלחץ
ההידרוסטטי העולה, ככל שהם מעמיקים לצלול. השפעות אלה גורמות (לפי
סדר עולה) לתופעות כמו הירדמות פתאומית לפרקי זמן קצרים מאוד, כאבי
ראש, בחילות, הקאות, הפחתה בקואורדינציה, רעידת גפיים, התכווצות
שרירים, ובסופו של דבר, "קרוסת מערכות" הדומה להתקף של אפילפסיה.
.
פעפוע
.
בעיה נוספת העומדת לפני הצוללן, היא העלייה מהמעמקים אל פני
המים. כאשר צוללן צולל לעומק רב, הוא נושם, כאמור, תערובת גזים בלחץ
גבוה מאוד. הגזים האלה מתמוססים בדם וחודרים לנוזל הבין-תאי. כאשר
הצולל מבקש לעלות אל פני הים, פוחת הלחץ על גופו, והגזים האלה
מפעפעים אל מחוץ לרקמות גופו. אבל, קצב הפינוי של הגזים האלה,
המבוצע בריאות הצולל, הוא מוגבל, ובכך הוא מגביל את הקצב שבו הצולל
יכול לעלות מהמעמקים. קצב העלייה נקבע לפי עומק הצלילה והגזים
השונים הכלולים בתערובת הנשימה שלו. עלייה מהירה מדי , עלולה לגרום
להצטברות בועיות גז ברקמות ובכלי הדם, מה שעלול לגרום חסימות בכלי
דם שונים. מצד שני, מעבר לגבול ידוע, הגוף נעשה רווי בגזי הנשימה,
ואינו יכול לספוג מהם כמויות נוספות. צלילה שבה הגוף מגיע למצב הזה,
קרויה צלילת רוויה. צלילות כאלה מבוצעות, לרוב, לצורך מחקרים
גיאולוגיים (חיפושי נפט ומחצבים שונים), או למחקרים פיסיולוגיים
הבוחנים את התהליכים המתרחשים בגוף בעת הצלילה עצמה.
.
צלילת רוויה לעומק של 200 מטרים, למשל, ניתנת לביצוע ביום אחד,
אבל החזרה אל פני הים מצלילה כזאת, נמשכת עשרה ימים. לפיכך, כאשר
מבצעים צלילות רוויה (המגיעות לעתים לעומק של 500 מטרים), משתדלים
להשאיר את הצוללן על קרקע הים זמן רב ככל האפשר, כדי לנצל את מצב
הרוויה שבו נמצא גופו. לעתים נמשכות צלילות כאלה שבועיים ויותר,
כאשר בשעות המנוחה, שוהה הצוללן בפעמון צלילה המורד למענו אל קרקע
הים. בשעות העבודה, הוא יוצא מן הפעמון אל קרקע הים.
.
החיפוש אחר תערובות נוספות של גזי נשימה לצוללים, נמשך ללא הרף.
תערובת חדשה אחת כזאת, מחזירה את החנקן הנרקוטי לתמונה. הרעיון
שעליו מבוססת התערובת הזאת אומר, שאם הלחץ גורם פעילות יתר במערכת
העצבים, ואילו החנקן מרדים ומרגיע, ייתכן שאפשר ליצור שיווי משקל
בין שתי התופעות המנוגדות האלה. החנקן ירגיע את תופעות הלוואי של
הלחץ, והלחץ ימנע את ההשפעה הנרקוטית של החנקן. תערובת גזי נשימה
נוספת, הנבחנת באחרונה, כוללת גז מימן במקום גז ההליום (שבא במקום
רוב החנקן שבאוויר הטבעי). המימן קל מן ההליום, וקל יותר לפנותו
מרקמות הגוף. התערובת מימן-חמצן היא בדרך-כלל דליקה ומסוכנת, אך
כשהיא נתונה בלחצים חלקיים ידועים, סכנת ההתלקחות אינה קיימת.
.
תא העצב הבודד
.
אבל, כל האמצעים האלה, עדיין אינם נותנים תשובה לבעיית הלחץ
ההידרוסטטי המשפיע על מערכת העצבים. מדענים שבוחנים את השאלה
הזאת מנסים לבדוק, כיצד משפיע הלחץ ההידרוסטטי על תא העצב הבודד,
ועל מערכת התקשורת שלו עם תאי העצב האחרים. לצורך המחקר הזה,
מוכנסים תאי עצב של סרטנים למיכלי לחץ. בתנאים אלה, בוחנים החוקרים
את השינויים שגורם הלחץ ביכולת העברת האותות החשמליים של תאי העצב.
.
ממצאים ראשוניים הראו, שלחץ של 100 אטמוספירות ויותר, מפחית
בכ-15% את כמות יוני הנתרן הנכנסים לתאי העצב מן התווך הבין-תאי
(באמצעות תעלות הנתרן). הפחתה זו מקטינה את הדחף העצבי ואת יכולת
ההולכה החשמלית של תא העצב. אבל, התופעה הזאת אין בה די כדי להסביר
את כל ההפרעות בתפקוד המוח, הנגרמות כתוצאה מהלחץ ההידרוסטטי.
.
לפיכך, פנו החוקרים לבחון את השפעת הלחץ על מעבר האותות בצמתים
העצביים (סינפסות). הצמתים העצביים שנחקרו הם צמתי עצב-שריר
בסרטנים. שלא כמו בצמתים דומים בגוף האדם, לצמתים האלה מגיעות
שלוחות משני תאי עצב תנועתיים "משדרים". אחד מהם, מעביר את המסר שלו
באמצעות הפרשת מתווך עצבי (נוירוטרנסמיטר) שמדכא תקשורת, והשני מעביר
את המסר שלו באמצעות הפרשת מתווך עצבי שמעורר תקשורת. כאשר נבחנה
פעולתם של צמתי העצבים האלה תחת לחץ של כ-100 אטמוספירות, נמצא
שהמסר המגיע אל התא הקולט, מהווה כ-30% בלבד מהמסר המשודר על-ידי
שני העצבים התנועתיים המשדרים (המעורר והמדכא כאחד). כלומר, הלחץ בולם
70% מהתקשורת העוברת בצמתים האלה. תופעה דומה באדם, עלולה לגרום
הפרעות מנטליות.
.
שיעור הדיכוי
.
לכאורה, עשוי ההסבר הזה להעלות שאלה: אם הלחץ מדכא את מערכת
העירור ואת מערכת הדיכוי באותו שיעור, הרי שהיחס ביניהם נשמר, ולכן,
לא צריכה להתבטא הפרעה כלשהי בתקשורת העצבים. אלא שמערכת העצבים
אינה "מדברת" במלים בודדות, אלא ב"צרורות" של עשרות או מאות דחפים בשנייה,
המתבטאים בתדר של המסר העצבי. מצד שני, לסינפסה המעבירה מסר מסוים,
דרוש "זמן החלמה", כדי שתוכל להעביר עוד מסר עצבי כזה.
.
כאשר הלחץ ההידרוסטטי בולם במידה שווה את העברת המסר המעורר
והמסר המדכא, נשמר לכאורה שיווי משקל ביניהם (ולא צריכה להיגרם
הפרעה תפקודית). אלא ש"זכרונה" של הסינפסה הוא, במידה ידועה,
סלקטיבי. עובדה זו מתבטאת בכך, שכאשר הסינפסה מתחילה "להחלים"
בתנאי לחץ, מערכת העירור שלה "מקבלת פיצוי" ומגבירה את תגובתה,
ואילו מערכת הדיכוי לא מקבלת פיצוי כזה. כך נוצר אי שיווי משקל בין
המסר העצבי המדכא (הפוחת יחסית), למסר העצבי המעורר (המתגבר,
יחסית). בדרך זו גורם הלחץ ההידרוסטטי לעירעור שיווי המשקל במערכת
התקשורת העצבית, מה שמוליך להפרעות המנטליות והתנועתיות המתרחשות
בעת שהצולל נתון בלחצים גבוהים.
.
עכשיו מחפשים החוקרים דרכים להבטיח את יציבותו של שיווי המשקל
העצבי גם בעת שהסינפסות "מחלימות" תחת לחץ. פתרון הבעיה הזאת, עשוי
לאפשר לצוללנים אנושיים להגיע לעומקים של 1,000 מטרים ויותר, במקומות
שכף רגל אדם לא דרכה בהם.
.