Skolioza kot naravna naravnanost - idiopatska skolioza: stari in novi pojmi, klinični primer

Uredil dr. Giovanni Chetta

Od biokemije do biomehanike

Človek si ne more zamisliti vsaj delnega razumevanja skoliotičnega (in posturalnega) problema brez zadostnega poznavanja človeške biomehanike, biomehanike pa ne more razumeti, ne da bi šel skozi biokemijo, fiziko in matematiko.

Izvencelični matriks (MEC)

Opis, čeprav tega, kar danes malo vemo, ECM (zunajcelični matriks) je bistven za boljše razumevanje pomena sprememb v hrbtenici in drže za zdravje.
Vsaka celica, tako kot vsak večcelični živ organizem, se mora "počutiti" in sodelovati s svojim okoljem, da lahko opravlja svoje vitalne funkcije in preživi. V večceličnem organizmu morajo celice usklajevati različna vedenja kot v skupnosti ljudi.

Pravzaprav celice v večceličnih organizmih uporabljajo več sto zunajceličnih molekul (beljakovine, peptidi, aminokisline, nukleotidi, steroidi, derivati maščobnih kislin, plini v raztopini itd.) Za neprekinjeno pošiljanje sporočil, tako bližnjih kot oddaljenih. V vsakem večceličnem organizmu je tako vsaka celica izpostavljena stotinam različnih signalnih molekul, prisotnih znotraj in zunaj, vezanih na njeno površino in prostih ali vezanih v ECM. Celice pridejo v stik z zelo zapletenim zunanjim okoljem preko svoje površine, plazemske membrane, skozi številna specializirana področja (od nekaj deset do več kot 100.000 za vsako celico). Različni membranski receptorji so občutljivi na številne signale, ki prihajajo iz notranjosti in iz ECM -ja, in lahko prepoznajo in vežejo signalno molekulo (npr. Nevrotransmiter), da sprožijo specifične reakcije v celici: izločanje, delitev celic, imunske reakcije itd. (Gennis, 1989).

Na splošno je ECM sestavljen iz več velikih razredov biomolekul:

Strukturne beljakovine (kolagen in elastin)
Specializirani proteini (fibrilin, fibronektin, laminin itd.)
Proteoglikani (aggrekani, sindekani) in glusaminoglikani (hialuronani, hondroitin sulfati, heparan sulfati itd.)

Med strukturnimi beljakovinami, tj kolagena tvorijo najbolj zastopano družino glikoproteinov v živalskem svetu. So najbolj prisotne beljakovine v ECM (vendar ne najpomembnejše) in so temeljne sestavine lastnega vezivnega tkiva (hrustanec, kost, fascija, kite, vezi).
Kolagene večinoma sintetizirajo fibroblasti, vendar jih lahko sintetizirajo tudi epitelijske celice.
Kolagenska vlakna nenehno sodelujejo z ogromno drugih molekul ECM, ki tvorijo biološki kontinuum, ki je bistven za življenje celice. Povezani kolageni v fibrilih imajo prevladujočo vlogo pri oblikovanju in vzdrževanju struktur, ki se lahko upirajo napetostnim silam, ki so skoraj neelastičen kolagen se proizvaja in ponovno presnavlja kot funkcija mehanske obremenitve, njegove viskoelastične lastnosti pa močno vplivajo na človekovo držo.
Kolagenska vlakna imajo zaradi svoje prevleke PG / GAG (proteoglikani / glukozaminoglikani) biosenzorske in bioprevodne lastnosti. Dejansko vemo, da vsaka mehanska sila, ki lahko povzroči strukturno deformacijo, obremenjuje medmolekularne vezi, ki proizvajajo rahel električni tok, to je piezoelektrični tok (Athenstaedt, 1969). Zato ima tridimenzionalno in vseprisotno kolagensko omrežje tudi posebno značilnost prevajanja bioelektričnih signalov v treh dimenzijah prostora, ki temelji na relativni razporeditvi med kolagenskimi vlakni in celicami, v aferentni smeri (od ECM do celic) ali vice obratno eferenten.
Vse to predstavlja komunikacijski sistem MEC s celicami v realnem času in takšni elektromagnetni biosignali lahko vodijo do pomembnih biokemičnih sprememb, na primer v "kostnih osteoklastih ne morejo" prebaviti "piezoelektrično nabite kosti (Oschman, 2000).
Nazadnje je treba poudariti, da celica ne preseneča, da proizvaja neprekinjeno in s precejšnjo porabo energije (približno 70%) materiala, ki ga je treba nujno izločiti z izključnim shranjevanjem protokolagena (biološkega predhodnika kolagena) v specifičnih mehurčkih ( Albergati, 2004).

Velika večina vretenčarjev zahteva hkratno prisotnost dveh vitalnih značilnosti: moči in elastičnosti. Prava mreža elastična vlakna, ki se nahajajo znotraj ECM teh tkiv, omogočajo vrnitev v začetne pogoje po močnih vlekah.Elastična vlakna lahko vsaj petkrat povečajo razteznost organa ali njegovega dela. Dolga, neelastična kolagenska vlakna so razpršena med elastičnimi vlakni z natančno nalogo, da omejijo "prekomerno deformacijo z vlečenjem tkiv." Elastin predstavlja glavno sestavino elastičnih vlaken in ga najdemo v zelo velikih količinah v krvnih žilah z elastičnimi lastnostmi ( predstavlja več kot 50% celotne suhe teže aorte), v ligamentih, pljučih in koži.Gledek mišične celice in fibroblasti so glavni proizvajalci njegovega predhodnika, tropoelastina.

ECM vsebuje veliko (in še vedno ni natančno opredeljeno) število specializiranih beljakovin brez kolagena, ki imajo običajno specifična vezna mesta za druge molekule ECM in receptorje na celični površini. Na ta način vsaka posamezna komponenta teh beljakovin deluje kot "ojačevalnik" stikov med podobnimi in različnimi molekulami ter ustvarja neskončno biokemično mrežo, ki lahko generira, modulira, spreminja in širi tudi na daljavo milijone in milijone biokemičnih informacij (in energije).
Pomemben "specializiran protein zunajceličnega matriksa je fibronektin, glikoprotein z visoko molekulsko maso, ki ga najdemo pri vseh vretenčarjih.Zdi se, da lahko fibronektin vpliva na rast celic, medcelično adhezijo in z ECM, na celično migracijo na različne načine (celica se lahko premakne do 5 cm na dan - Albergati, 2004) itd. Najbolj znana izoforma tipa III se veže na integrine . Slednji so družina transmembranskih beljakovin, ki delujejo kot mehanoreceptorji: selektivno in na moduliran način prenašajo mehanske vleke in potiske iz ECM -ja v celici in obratno ter povzročajo vrsto reakcij v citoplazmi, ki vključujejo citoskelet in druge beljakovine, ki uravnavajo adhezijo, rast in migracijo celic (Hynes, 2002).

Glukozaminoglikani (GAGS) in proteoglikani (PG) tvorijo visoko hidrirano gelu podobno snov, opredeljeno v vezivnem tkivu, v katerem so nameščeni in imbricirani fibrilarni proteini. Ta oblika polisaharidnega gela lahko po eni strani omogoči ECM -ju, da se upre precejšnjim tlačnim silam, po drugi strani pa omogoči hitro, stalno in selektivno difuzijo hranil, presnovkov in hormonov med krvjo in tkivi.
Polisaharidne verige glukozaminoglikanov so volumetrično preveč toga, da bi jih lahko zložili v kompaktne kroglaste strukture, značilne za polipeptidne verige, poleg tega pa so zelo hidrofilne. zavzemajo velik volumen glede na njihovo maso in tako tvorijo znatne količine gela tudi pri nizkih koncentracijah.Velika količina negativnih nabojev (GAG predstavljajo najštevilčnejše anionske celice, ki so običajno sulfatirane, ki jih proizvajajo živalske celice), pritegne številne katione; med temi ima prevladujočo vlogo Na +, ki daje celotni osmotski zmogljivosti in zadržuje ogromno vode v ECM. Na ta način nastanejo otekline (turgors), ki ECM -ju omogočajo, da se upira celo pomembnim tlačnim silam (zahvaljujoč temu se lahko na primer hrustanec kolka v fizioloških pogojih popolnoma upre pritisku nekaj sto atmosfer).
Znotraj vezivnega tkiva GAG predstavljajo manj kot 10-12% svetovne teže, vendar zahvaljujoč svojim značilnostim zapolnjujejo številne zunajcelične prostore, ki tvorijo pore hidriranega gela različnih velikosti in gostote električnih nabojev, zato delujejo selektivno ključne točke ali "strežnike", prek katerih se regulira promet molekul in celic znotraj MEC na podlagi njihove velikosti, teže in električnega naboja.
Hialuronska kislina (hialuronan, hialuronat) predstavlja morda najpreprostejši GAG.Eksperimentalni in molekularno-biološki podatki potrjujejo, da ima na ravni kosti in sklepov temeljno vlogo pri odpornosti na znatne pritiske. Zapolnitev prostorov v ECM med embrionalnim razvojem : ustvarja prazne prostore med celicami, v katere se bodo preselile v kasnejših fazah (Albergati, 2004).
ECM ne izloča vseh PG, nekateri so sestavni deli plazemskih membran (Alberts, 2002).

Zunajcelično matriko lahko zato obravnavamo kot zelo zapleteno mrežo, v kateri proteini, PGS in GAG zagotavljajo nešteto funkcij, vključno s tistimi, ki podpirajo strukturo in uravnavajo vsako tkivo in organsko aktivnost. Globalno celično homeostazo je treba obravnavati kot kompleks mehanizmov, ki lahko nastanejo in se razvijejo znotraj celice ali zunaj nje v ECM; v slednjem primeru lahko celica predstavlja vmesni ali končni cilj. Zunajcelične komponente poleg tega, da predstavljajo fizične podporne strukture celičnega odra, delujejo tudi kot prava mesta za začetek, razvoj in prekinitev vitalnih procesov, ki zadevajo tako znotrajcelično okolje kot organe in sisteme. Soočeni smo z neskončnim biokemičnim omrežjem, ki lahko generira, modulira, spreminja in širi, tudi na daljavo, milijone in milijone informacij.
Vsaka telesna celica nenehno sodeluje z ECM, tako v mehanskem kot kemičnem in energetskem smislu, z "dramatičnimi" učinki na statično in dinamično arhitekturo tkiv. Po mnenju P. A. Baccija intersticijska matrica resnično predstavlja mater vitalnih reakcij, kraj, kjer se najprej odvijajo izmenjave med materijo in energijo. Vsa tkiva so povezana in funkcionalno integrirana med seboj ne v zaprtih, ampak odprtih sistemih; med njimi potekajo stalne izmenjave, ki lahko potekajo lokalno in sistemsko, pri čemer se izkoriščajo biokemična, biofizikalna in elektromagnetna sporočila, to je z uporabo različnih oblik energije.
Kot trdi F. G. Albergati, celica in zunajcelični matriks predstavljata dva navidez ločena sveta, ki morata nujno ves čas življenja medsebojno delovati v vsakem trenutku, da delujeta pravilno in sinergistično. To zahteva izjemno vrsto signalov, ki jim sledi prav tako neverjetna serija molekularno-bioloških aktivnosti.