Skolióza ako prirodzený postoj - Idiopatická skolióza: staré a nové koncepcie, klinický prípad

Upravil Dr. Giovanni Chetta

Od biochémie k biomechanike

Bez dostatočných znalostí o ľudskej biomechanike nemožno uvažovať o aspoň čiastočnom pochopení skoliotického (a posturálneho) problému a na druhej strane nemožno porozumieť biomechanike bez toho, aby sme prešli biochémiou, fyzikou a matematikou.

Mimobunková matrica (MEC)

Popis, aj keď toho málo, čo dnes vieme, ECM (extracelulárnej matrice) je zásadný pre lepšie pochopenie dôležitosti zmien v chrbtici a držaní tela v zdraví.
Každá bunka, rovnako ako každý mnohobunkový živý organizmus, potrebuje "cítiť" a interagovať so svojim prostredím, aby mohla vykonávať svoje životné funkcie a prežiť. V mnohobunkovom organizme musia bunky koordinovať odlišné správanie ako v spoločenstve ľudských bytostí.

V skutočnosti v mnohobunkových organizmoch bunky používajú stovky extracelulárnych molekúl (proteíny, peptidy, aminokyseliny, nukleotidy, steroidy, deriváty mastných kyselín, plyny v roztoku atď.) Na nepretržité odosielanie správ, blízkych aj vzdialených. V každom mnohobunkovom organizme je teda každá bunka vystavená stovkám rôznych signálnych molekúl prítomných vo vnútri aj zvonku, viazaných na svoj povrch a voľných alebo viazaných v ECM. Bunky prichádzajú do kontaktu s veľmi komplikovaným vonkajším prostredím prostredníctvom svojho povrchu, plazmatickej membrány, prostredníctvom mnohých špecializovaných oblastí (od niekoľkých desiatok po viac ako 100 000 pre každú bunku). Rôzne membránové receptory sú citlivé na mnoho signálov prichádzajúcich zvnútra aj z ECM a sú schopné rozpoznať a viazať signálnu molekulu (napr. Neurotransmiter) vyvolať špecifické reakcie vo vnútri bunky: sekréciu, delenie buniek, imunitné reakcie atď. (Gennis, 1989).

ECM sa všeobecne opisuje ako zložený z niekoľkých veľkých tried biomolekúl:

Štrukturálne proteíny (kolagén a elastín)
Špeciálne proteíny (fibrilín, fibronektín, laminín atď.)
Proteoglykány (agregáty, syndekany) a glusaminoglykány (hyaluronany, chondroitínsulfáty, heparánsulfáty atď.)

Medzi štruktúrnymi proteínmi, t.j. kolagénu tvoria najviac zastúpenú rodinu glykoproteínov v živočíšnej ríši. Sú to najprítomnejšie proteíny v ECM (ale nie najdôležitejšie) a sú základnými zložkami vlastných spojivových tkanív (chrupavka, kosť, fascia, šľachy, väzy).
Kolagény sú väčšinou syntetizované fibroblastmi, ale syntetizovať ich môžu aj epiteliálne bunky.
Kolagénové vlákna nepretržite interagujú s obrovským množstvom ďalších molekúl ECM, ktoré predstavujú biologické kontinuum zásadné pre život bunky. Priradené kolagény vo vláknach zohrávajú vedúcu úlohu pri tvorbe a údržbe štruktúr schopných odolávať napínacím silám, pričom sú takmer nepružný Kolagén sa produkuje a metabolizuje v závislosti od mechanického zaťaženia a jeho viskoelastické vlastnosti majú veľký vplyv na držanie tela.
Kolagénové vlákna vďaka povlaku PG / GAG (proteoglykány / glukozaminoglykány) majú biosenzorové a biovodivé vlastnosti. V skutočnosti vieme, že akákoľvek mechanická sila schopná generovať štrukturálnu deformáciu stresuje medzimolekulové väzby vytvárajúce mierny elektrický tok, to je piezoelektrický prúd (Athenstaedt, 1969). Preto má trojrozmerná a všadeprítomná kolagénová sieť tiež zvláštnu vlastnosť vedenia bioelektrických signálov v troch dimenziách priestoru, založenú na relatívnom usporiadaní medzi kolagénovými vláknami a bunkami v aferentnom smere (od ECM k bunkám) alebo naopak naopak eferentné.
To všetko predstavuje komunikačný systém MEC-buniek v reálnom čase a takéto elektromagnetické biosignály môžu viesť k dôležitým biochemickým zmenám, napríklad v „kostných osteoklastoch nemôže“ stráviť ”piezoelektricky nabitú kosť (Oschman, 2000).
Na záver je potrebné zdôrazniť, že bunka neprekvapuje, že produkuje nepretržite a so značným výdajom energie (približne 70%) materiálu, ktorý musí byť nevyhnutne vypudený výhradným ukladaním protokolagénu (biologického prekurzora kolagénu) do špecifických vezikúl ( Albergati, 2004).

Prevažná väčšina tkanív stavovcov vyžaduje súčasnú prítomnosť dvoch životne dôležitých vlastností: pevnosti a pružnosti. Skutočná sieť elastické vlákna, umiestnená vo vnútri ECM týchto tkanív, umožňuje vrátiť sa do pôvodných podmienok po silných trakciách. Elastické vlákna sú schopné zvýšiť roztiahnuteľnosť orgánu alebo jeho časti najmenej päťkrát. Dlhé, nepružné kolagénové vlákna sú rozptýlené medzi elastickými vláknami s presnou úlohou obmedziť „nadmernú deformáciu ťahom tkanív“. Elastín predstavuje hlavnú zložku elastických vlákien a nachádza sa v obzvlášť hojnom množstve v cievach s elastickými vlastnosťami ( tvorí viac ako 50% celkovej suchej hmotnosti aorty), vo väzivách, v pľúcach a v koži Bunky hladkého svalstva a fibroblasty sú hlavnými producentmi jeho prekurzora, tropoelastínu.

ECM obsahuje veľký (a stále nie je dostatočne definovaný) počet špecializovaných nekolagénových proteínov, ktoré majú typicky špecifické väzbové miesta pre iné molekuly ECM a receptory na povrchu buniek. Týmto spôsobom každá jedna zložka týchto proteínov funguje ako „zosilňovač“ kontaktov, medzi podobnými aj rôznymi molekulami, čím vytvára nekonečnú biochemickú sieť schopnú generovať, modulovať, variovať a šíriť aj na diaľku milióny a milióny biochemických informácií. (a energie).
Dôležitým „špecializovaným proteínom extracelulárnej matrice je fibronektín, glykoproteín s vysokou molekulovou hmotnosťou, ktorý sa nachádza vo všetkých stavovcoch.Zdá sa, že fibronektín je schopný ovplyvniť rast buniek, medzibunkovú adhéziu a pomocou ECM migráciu buniek rôznymi spôsobmi (bunka sa môže pohybovať až 5 cm za deň - Albergati, 2004) atď. Najznámejšia izoforma typu III sa viaže na integríny . Posledne uvedené sú rodinou transmembránových proteínov, ktoré pôsobia ako mechanoreceptory: selektívne a modulovateľne transponujú mechanické trakcie a tlačia z ECM do bunky a naopak, pričom v cytoplazme vyvolávajú sériu reakcií, ktoré zahŕňajú cytoskelet a iné proteíny, ktoré regulujú adhéziu, rast a migráciu buniek (Hynes, 2002).

Glukozaminoglykány (GAGS) a proteoglykány (PG) tvoria vysoko hydratovanú gélovitú látku definovanú v spojivových tkanivách, v ktorej sú umiestnené a imbrované fibrilárne proteíny. Táto forma polysacharidového gélu je na jednej strane schopná umožniť ECM odolávať značným tlakovým silám a na druhej strane umožňuje rýchlu, konštantnú a selektívnu difúziu živín, metabolitov a hormónov medzi krvou a tkanivami.
Polysacharidové reťazce glukozaminoglykánov sú volumetricky príliš tuhé na to, aby sa mohli skladať vo vnútri kompaktných globulárnych štruktúr typických pre polypeptidové reťazce, navyše sú vysoko hydrofilné. Z týchto dôvodov (a pravdepodobne aj pre nás iných neznámych) majú GAG tendenciu nadobúdať extrémne konformácie. zaberajú veľký objem v pomere k ich hmotnosti a tým vytvárajú značné množstvá gélu aj pri nízkych koncentráciách.Vysoké množstvo negatívnych nábojov (GAG predstavujú najpočetnejšie aniónové bunky, zvyčajne sulfátované, produkované živočíšnymi bunkami) priťahuje množstvo katiónov; medzi nimi prevládajúcu úlohu zohráva Na +, ktorý dáva celú osmotickú kapacitu a zachytáva obrovské množstvo vody v ECM. Týmto spôsobom sa generujú opuchy (turgory), ktoré umožňujú ECM odolávať aj dôležitým kompresným silám (vďaka tomu napríklad chrupavka bedrového kĺbu môže za fyziologických podmienok dokonale odolávať tlaku niekoľko stoviek atmosfér).
Vo vnútri spojivového tkaniva predstavujú GAG menej ako 10-12% globálnej hmotnosti, vďaka svojim vlastnostiam však vyplňujú mnohé extracelulárne medzery a tvoria póry hydratovaného gélu rôznych veľkostí a hustôt elektrických nábojov, a pôsobia tak selektívne. kľúčové body alebo „servery“, prostredníctvom ktorých je regulovaný prenos molekúl a buniek vo vnútri MEC, na základe ich veľkosti, hmotnosti a elektrického náboja.
Kyselina hyalurónová (hyaluronan, hyaluronát) predstavuje možno najjednoduchší z GAG. Experimentálne a molekulárno-biologické údaje potvrdzujú, že hrá zásadnú úlohu na úrovni kostí a kĺbov, pokiaľ ide o odolnosť voči značným tlakom. Vyplnenie medzier v ECM počas embryonálneho vývoja : vytvára prázdne priestory medzi bunkami, do ktorých budú v neskorších štádiách migrovať (Albergati, 2004).
Nie všetky PG sú vylučované ECM, niektoré sú neoddeliteľnou súčasťou plazmatických membrán (Alberts, 2002).

Extracelulárnu matricu je preto možné považovať za veľmi komplexnú sieť, v ktorej proteíny, PGS a GAG poskytujú nespočetné množstvo funkcií vrátane štruktúrnej podpory a regulácie každého tkaniva a organickej aktivity. Globálnu bunkovú homeostázu je potrebné považovať za komplex mechanizmov, ktoré môžu vznikať a vyvíjať sa v bunke alebo mimo ECM; v druhom prípade môže bunka predstavovať stredný alebo konečný cieľ. Extracelulárne zložky, okrem toho, že predstavujú štruktúry fyzickej podpory pre bunkové lešenie, pôsobia aj ako skutočné miesta na iniciáciu, vývoj a ukončenie životne dôležitých procesov týkajúcich sa endocelulárneho prostredia, orgánov a systémov. Stojíme pred nekonečnou biochemickou sieťou schopnou generovať, modulovať, variovať a šíriť milióny a milióny informácií, a to aj na diaľku.
Každá bunka tela neustále interaguje s ECM, a to z mechanického, chemického i energetického hľadiska, s „dramatickými“ účinkami na statickú a dynamickú architektúru tkanív. Podľa P. A. Bacciho intersticiálna matica skutočne predstavuje matku životne dôležitých reakcií, miesto, kde v prvom rade dochádza k výmenám medzi hmotou a energiou. Všetky textílie sú navzájom spojené a funkčne integrované nie v uzavretých, ale otvorených systémoch; Medzi nimi prebieha nepretržitá výmena, ktorá môže prebiehať lokálne aj systémovo, pričom sa využívajú biochemické, biofyzikálne a elektromagnetické správy, to znamená pomocou rôznych foriem energie.
Ako tvrdí F. G. Albergati, bunka a extracelulárna matrica predstavujú dva zdanlivo oddelené svety, ktoré nevyhnutne počas celého života musia interagovať v každom okamihu, aby fungovali správnym a synergickým spôsobom. To si vyžaduje mimoriadnu sériu signálov, po ktorej nasleduje rovnako neuveriteľná séria molekulárno-biologických aktivít.