چیستان میکروسکوپی، این عکس میکروسکوپی چیست؟!
به گزارش مجله سرگرمی، دنیای زیر میکروسکوپ همواره عجیب و شگفت انگیز بوده است، چون وقتی با زوم چند هزار برابری به ساده ترین اشیای اطرافتان نگاه می کنید، دنیا به یکباره تغییر شکل می دهد. اشیای کاملاً روزمره و آشنا، زیر لنزهای پیشرفته چنان ظاهر غریب و شگفت انگیزی به خود می گیرند که حتی با تجربه ترین زیست شناسان را هم به شک می اندازند. در این پست می خواهیم با هم ببینیم که چطور یک تصویر میکروسکوپی با رنگ های صورتی و بنفش، فکر هزاران مخاطب را به چالش کشیده است. آیا بافت نرمی که در عکس می بینید پوست یک خزنده است یا ساختار پیچیده بدن خودمان؟ با هم جزئیات این تصویر عجیب را آنالیز می کنیم تا ببینیم ساختارهای ریز میکروسکوپی چطور تمام حرکات روزمره ما را راهنمایی می نمایند.
???? لیست بخش های این نوشته
(کلیک کنید)
- چالش تشخیص تصاویر در معماهای میکروسکوپی
- پاسخ معما؛ ساختار خیره نماینده بافت عضله اسکلتی
- جادوی میکروسکوپ الکترونی روبشی و تکنیک رنگ آمیزی دیجیتال
- سلول های ماهواره ای و اهمیت فعالیت بدنی در بازسازی عضله
- تاریخچه عکس برداری از بافت های زیستی با پرتو الکترونی
- تفاوت های بنیادی عضلات اسکلتی، صاف و قلبی در نمایه میکروسکوپی
- علت اصلی آسیب سلول های عضلانی هنگام ورزش سنگین چیست؟
چالش تشخیص تصاویر در معماهای میکروسکوپی
نگاه کردن به دنیا از زاویه ای که چشم انسان به طور طبیعی توانایی تماشا آن را ندارد، همیشه با حدس و گمان های خنده دار و جالب همراه است. وقتی جزئیات یک جسم صدها یا هزاران برابر بزرگ می گردد، بافت های سطحی آن خطای دید شدیدی ایجاد می نمایند. برای مثال، سطح منظم یک پنل خورشیدی ممکن است در نگاه اول شبیه به بیسکویت به نظر برسد یا غده های تولیدنماینده عطر روی گلبرگ گل رز، شبیه به پرزهای چشایی سوخته روی زبان باشند. این خطاهای شناختی به ما یادآوری می نمایند که فکر ما همیشه تمایل دارد فرم های ناشناخته را به الگوهای آشنای روزمره ربط دهد. در تازهترین معمای بصری مطرح شده، تصویری با بافت صورتی و شبکه بنفش منتشر شده که در نگاه اول شباهت زیادی به یک چشم انداز طبیعی یا حتی کاشی کاری های ترک خورده دارد. برای حل این معما، گزینه هایی مثل اسفنج دریایی، فلس کوسه، عضله اسکلتی و زبان مارمولک مطرح شد که هرکدام پیچیدگی های بافتی خاص خود را دارند.
پاسخ معما؛ ساختار خیره نماینده بافت عضله اسکلتی
پاسخ صحیح این چیستان علمی، گزینه بافت عضله اسکلتی (Skeletal muscle) است. در این عکس، بلوک های صورتی و قرمز رنگی که می بینید، در واقع فیبرهای عضلانی تک به تک هستند. هرکدام از این فیبرها یک سلول فوق العاده تخصصی و بسیار طولانی به شمار می روند که در بعضی از عضلات بدن می توانند تمام طول عضله را طی نمایند. وقتی چند صد عدد از این فیبرهای سلولی کنار هم دسته بندی می شوند، ساختاری به نام دسته عضلانی یا فاسیکل (Fascicle) را می سازند. حالا اگر چند صد دسته عضلانی دوباره کنار هم متراکم شوند، همان عضلات آشنایی شکل می گیرند که هر روز در بدن خود می بینید؛ مانند عضله دوسر بازو یا عضله همسترینگ. شبکه بنفش رنگی که میان این فیبرها تنیده شده، بافت همبندی به نام پری میزیوم (Perimysium) است. این بافت همبند فقط نقش چسب نگهدارنده را بازی نمی نماید، بلکه مسیر عبور رگ های خونی و انشعابات عصبی است. بافت همبند دور هر فیبر پیچیده می گردد تا کل دسته عضلانی بتواند به شکل هماهنگ منقبض گردد، بدون اینکه سلول ها بر اثر اصطکاک دچار پارگی شوند. اگر دقیق تر به بخش بالایی مرکز تصویر نگاه کنید، یک بیضی کوچک با بافت خاص نمایان است که یک مویرگ (Capillary) را نشان می دهد. این مویرگ ها یکی از هزاران آوندی هستند که در اعماق بافت عضلانی ریشه دوانده اند تا اکسیژن لازم برای سوخت وساز سلول ها را هنگام تحرک تامین نمایند.
جادوی میکروسکوپ الکترونی روبشی و تکنیک رنگ آمیزی دیجیتال
یکی از نکات مهمی که باید درباره این تصویر بدانید، واقعی نبودن رنگ های آن است. این نما به وسیله میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) ثبت شده است. این دستگاه به جای نور مرئی، پرتو فشرده ای از الکترون ها را به سمت نمونه شلیک می نماید. چون طول موج الکترون ها بسیار کوتاه تر از نور است، تصویر به دست آمده جزئیات و بزرگ نمایی بسیار بالاتری نسبت به میکروسکوپ های نوری معمولی دارد. تصویر خروجی SEM همیشه سیاه و سفید است و این طیف های صورتی، بنفش و قرمز بعداً به یاری نرم افزارهای دیجیتال به آن اضافه شده اند. هدف از این رنگ آمیزی مصنوعی، تنها زیبایی بصری نیست؛ بلکه این کار به کادر پزشکی و پژوهشگران یاری می نماید تا در یک نگاه، فیبرهای عضلانی را از بافت همبند و رگ های خونی تشخیص دهند. اندازه بزرگ نمایی این تصویر 3,000 برابر است؛ یعنی اگر عکس روی کاغذی به عرض 10 سانتی متر چاپ گردد، ابعاد واقعی آن سه هزار بار کوچک تر از چیزی است که با چشم می بینید.
سلول های ماهواره ای و اهمیت فعالیت بدنی در بازسازی عضله
ساختار عضله اسکلتی تنها یک فیزیولوژی ایستا و ثابت نیست، بلکه ماشین خودترمیم شونده ای است که برای بقا به حرکت مداوم احتیاج دارد. سلول های ویژه ای به نام سلول های ماهواره ای (Satellite cells) در اطراف فیبرهای عضلانی قرار دارند که وظیفه اصلی آن ها ترمیم و بازسازی بافت های آسیب دیده است. وقتی ورزش می کنید یا فشاری به عضلات وارد می گردد، این سلول ها فعال شده و شروع به تقسیم سلولی می نمایند تا بافت تازه بسازند. نکته شگفت انگیز اینجاست که سلول های ماهواره ای تنها در صورت تحرک مداوم بدن آماده به کار می مانند. اگر بدن برای مدت طولانی بی تحرک بماند یا فرد دچار فقر حرکتی گردد، این سلول ها به مرور توانایی تقسیم خود را از دست می دهند و روند تحلیل رفتن عضلات با سرعت بیشتری شروع می گردد. بنابراین هر بار که دست خود را خم می کنید یا برای گرم کردن بدن ناخودآگاه می لرزید، شبکه ای فوق العاده پیچیده از هزاران فیبر و مویرگ در حال همکاری هستند؛ شبکه ای که با کمی زوم کردن، شبیه به یک کف پوش کاشی کاری شده به نظر می رسد.
تاریخچه عکس برداری از بافت های زیستی با پرتو الکترونی
قبل از اختراع میکروسکوپ الکترونی در دهه 1930 میلادی به وسیله ارنست روسکا (Ernst Ruska) و ماکس نول (Max Knoll)، تمام دانش بشر از ساختار بافت های بدن به توان لنزهای نوری محدود بود. میکروسکوپ های نوری به علت حدود پراش نور، هرگز نمی توانستند جزئیات ریزتر از 200 نانومتر را نشان دهند. با ورود پرتوهای الکترونی به دنیای آزمایشگاه، درهای تازه ای به روی زیست شناسی سلولی باز شد. ساختارهایی مثل پری میزیوم یا مویرگ های مویرگی در عضلات که پیش از آن فقط به صورت فرضیه روی کاغذ ترسیم می شدند، ناگهان با وضوح خیره نماینده و به صورت سه بعدی زیر تصویربرداری SEM ظاهر شدند. این جهش فن آوری انقلابی در درک بیماری های دیستروفی عضلانی و آسیب های ورزشی ایجاد کرد، چرا که دانشمندان توانستند برای اولین بار اختلال در ساختار غشای سلول های عضلانی را به چشم ببینند.
تفاوت های بنیادی عضلات اسکلتی، صاف و قلبی در نمایه میکروسکوپی
احتمالاً این سوال در فکرتان ایجاد شده که آیا همه عضلات بدن زیر میکروسکوپ ظاهر یکسانی دارند؟ پاسخ قطعاً منفی است. بدن انسان از سه نوع بافت عضلانی متفاوت تشکیل شده که نمایه میکروسکوپی آن ها کاملاً با یکدیگر فرق دارد. عضلات اسکلتی که ارادی هستند و در این تصویر هم دیدید، دارای خطوط و راه راه های معینی هستند که ناشی از آرایش منظم پروتئین های اکتین و میوزین است. اما عضلات صاف (Smooth muscle) که در دیواره دستگاه گوارش و رگ ها قرار دارند، فاقد این خطوط بوده و سلول های آن ها دوکی شکل و تک هسته ای هستند. در مقابل، عضله قلبی (Cardiac muscle) ساختاری کاملاً انشعاب یافته دارد و سلول های آن به وسیله صفحاتی به نام صفحات بینابینی به هم متصل شده اند تا پیغام الکتریکی ضربان را فوراً منتقل نمایند. بنابراین اگر زیر میکروسکوپ به جای فیبرهای موازی، ساختاری شاخه شاخه شده می دیدیم، بلافاصله معین می شد که با بافت قلب سر و کار داریم.
علت اصلی آسیب سلول های عضلانی هنگام ورزش سنگین چیست؟
سوال هوشمندانه دیگری که هنگام آنالیز این فیبرهای عضلانی مطرح می گردد این است که چطور یک فعالیت ورزشی شدید باعث رشد این ساختارها می گردد؟ وقتی وزنه سنگینی می زنید یا تمرین شدیدی انجام می دهید، در واقع همین فیبرهای صورتی رنگی که در تصویر میکروسکوپی دیدید دچار پارگی های میکروسکوپی (Micro-tears) می شوند. این آسیب های جزئی به هیچ وجه خطرناک نیستند، بلکه سیگنالی هشداردهنده به سیستم ایمنی بدن می فرستند. در پاسخ به این سیگنال، پروتئین های تازه به منطقه گسیل شده و سلول های ماهواره ای دست به کار می شوند تا فیبرهای آسیب دیده را ضخیم تر و قوی تر از قبل بازسازی نمایند. این همان فرآیندی است که در علم فیزیولوژی به آن هیپرتروفی عضلانی یا رشد عضله می گویند؛ فرآیندی که بدون وجود آن شبکه خونی و بافت همبند پشتیبان ممکن نبود.
جمع بندی نهایی
تصاویر میکروسکوپی یادآور این واقعیت هستند که بدن انسان شاهکاری از مهندسی بیولوژیک است. تصویری که در نگاه اول مانند یک کاشی کاری بنفش و صورتی به نظر می رسید، در واقع نمای 3,000 برابری از بافت عضله اسکلتی بود؛ جایی که فیبرهای سلولی، بافت همبند پری میزیوم و مویرگ های خونی در کناری هم قرار گرفته اند تا حرکت ارادی را ممکن سازند. حفظ سلامت این ماشین پیچیده به تحرک مداوم وابسته است، چرا که سلول های بازسازی نماینده عضلات تنها با فعالیت بدنی فعال می مانند. نگاه دقیق به این جزئیات میکروسکوپی، اهمیت ورزش و مراقبت از ساختارهای ظریف بدن را بیش از پیش برای ما روشن می سازد.
منبع: یک پزشک