טכנולוגיה שפותחה בטכניון תגן על דרכי הנשימה של פגים הזקוקים להנשמה

חוקרים בפקולטה להנדסה ביו-רפואית מצביעים לראשונה על נזקיו של סילון האוויר היוצא מצינור ההנשמה

מודל מלאכותי חדש של דרכי הנשימה של פגים, וניסויים שנעשו בו, צפויים להפחית את הפגיעה הנגרמת לתינוקות מונשמים. המחקר שהתפרסם ב- Interface Journal of The Royal Society נערך על ידי הדוקטורנט אלירם נוף ופרופ' ג'וזואה שניטמן מהפקולטה להנדסה ביו-רפואית בטכניון ופרופ' דני וייסמן, מנהל יחידת היילודים במרכז הרפואי כרמל.

יותר מ-10% מן התינוקות בעולם נולדים בטרם עת. תינוקות אלה בכלל, ופגים בפרט, מוגבלים בתפקודם בהיבטים שונים מאחר שהמערכות בגופם לא הספיקו להתפתח כראוי. אחת המערכות האלה היא מערכת הנשימה, המגיעה לתפקוד מלא רק בשלב מאוחר בהתפתחות העוברית. זו הסיבה שלידה מוקדמת מאופיינת במקרים רבים במצוקה נשימתית, בין השאר בשל העדרו של חומר שומני ייחודי, סורפקטנט (surfactant), שמונע את קריסת נאדיות הריאה ומקל על הנשימה.  

למרבה המזל, הרפואה המודרנית יודעת להתמודד עם בעיה זו ולהציל את הפגים, בעיקר במתן סורפקטנט חיצוני המשולב בהנשמה באמצעות מנשם – מכונת הנשמה המזרימה אוויר לקנה הנשימה של התינוק דרך צינור המוחדר דרך הפה.

אולם במתכונתו הנוכחית, השימוש במנשם אינו חף מבעיות. אחת מתופעות הלוואי האפשריות של הנשמת פגים היא הפגיעה ברקמות הריאה. בפעולת ההנשמה אין סטנדרטיזציה, שכן כל תינוק מצריך התאמה אישית של נתוני ההנשמה המלאכותית – אחוז החמצן באוויר המוחדר, נפח האוויר, הלחץ, הקצב ועוד. הרופאים עושים כמיטב יכולתם כדי להתאים נתונים אלה לצורכי התינוק ולצמצם את הפגיעה בו, ועדיין, תינוקות רבים נפגעים בתהליך הזה, החיוני להצלת חייהם.

כאן נכנס לתמונה המודל הייחודי שפיתחו חוקרי הטכניון. לאחר פעילות מחקרית ממושכת ברמת המודל המתמטי פיתחו נוף ופרופ' שניטמן מודל פיזי, עשוי סיליקון, המדמה – בתלת-ממד ובגודל אמיתי – את דרכי הנשימה העליונות בגופו של הפג.

החוקרים הופתעו לגלות תופעה שאינה מוזכרת כלל בספרות הרפואית: סילון אוויר ביציאה מהצינור המוחדר לפיו של הפג. "עד כה ידעו שהצינור עלול לפצוע ישירות את הרקמה העדינה, אך לא התייחסו כלל להשפעת זרימת האוויר," אומר נוף. "במחקר הנוכחי גילינו לראשונה שבשל מיקומו מפעיל סילון זה כוחות חיכוך חזקים על רקמת האפיתל – שכבת התאים שמצפה את דרכי הנשימה העליונות. הכוחות האלה עלולים לגרום נזקים ובהם דלקת, המהווים סיכון ממשי לפג."

את הממצא האמור בחנו החוקרים במודל הסיליקון וגילו כי אכן, הסילון מפעיל על רקמת הריאה לחץ העלול לגרום לה נזק משמעותי. בהמשך המחקר הם מתכוונים לזרוע על הרקמה תאים ביולוגיים חיים ולבחון את השפעתו של הסילון עליהם.

החדשות הטובות, בכל אופן, הן שמתוך הממצאים הסיקו החוקרים המלצות באשר לנתוני ההנשמה הרצויים. להערכתם, התאמת נתוני ההנשמה לתצורת הזרימה במערכת הנשימה של התינוק עשויה למנוע את הנזקים המתוארים כאן ולשפר את סיכוייהם של תינוקות אלה לפתח מערכת נשימה תקינה.

מסקנות אלה תואמות את המגמה הכוללת במחלקת הפגים בקריה הרפואית רמב"ם – מגמה של צמצום הפולשנות בטיפול ושל הפחתת השימוש בהנשמה פולשנית ככל האפשר.

לדברי ד"ר לירון בורנשטיין, רופאה בכירה במחלקה לטיפול נמרץ ילודים ופגים ברמב"ם, "עם ההתקדמות ברפואה אנו מצליחים כיום לטפל בפגים צעירים יותר ובתחלואות מורכבות יותר. עם זאת, התחלואה הנשימתית עדיין מהווה גורם משמעותי בתמותה ובתחלואת פגים. הטכנולוגיה שמוצגת במאמר זה – יצירת מודל של אזור ספציפי בריאה וחקר הכוחות שמפעיל על הרקמה סילון האוויר הנוצר בהנשמה פולשנית – יכולה לקדם אותנו בהבנת המנגנונים המובילים לנזקי ההנשמה שאנו רוצים למנוע ובפיתוח טכניקות הנשמה עדינות יותר, המתאימות לאוכלוסיית הפגים."

פרופ' ג'וזואה שניטמן נולד בצרפת וגדל בארה"ב ובשוויץ. בקיץ 2010, עם דוקטורט מ-ETH ציריך, עלה לישראל והצטרף לסגל הטכניון. הוא זכה בפרסים רבים ובהם פרס החוקר הצעיר מטעם האגודה הבינלאומית לאירוסולים ברפואה (ISAM) לחוקרים מתחת לגיל 40. כיום הוא עומד בראש המעבדה לביו-זורמים בפקולטה להנדסה ביו-רפואית. פרופ' שניטמן פיתח את כלי האיבחון הראשון המאפשר מעקב כמותי אחר הדינמיקה של חלקיקים במערכת הנשימה. זוהי "ריאה על שבב" (acinus-on-chip) הרלוונטית הן להערכת סיכונים בריאותיים (זיהום וכיו"ב) והן להערכה ותכנון של תרופות למערכת הנשימה.

אלירם נוף עלה ארצה לבד בגיל 18 מארה"ב כדי להתגייס לצה"ל. לאחר תום שירותו הצבאי השלים תואר ראשון ושני במסלול מהיר בפקולטה להנדסת מכונות באוניברסיטת בן גוריון. גם את התואר השני עשה בבן גוריון, בהנחיית פרופ' אורן שדות ופרופ' גבי בן-דור במעבדה לחקר גלי הלם – חקר השפעות של זרימה על-קולית בשיתוף משרד הבטחון. לקראת הדוקטורט החליט אלירם ליישם את הרקע שרכש בתחום הזרימה עבור בעיות בעולם הרפואה, וכך נוצר הקשר עם פרופ' שניטמן, המנחה אותו בעבודת הדוקטורט.