Skolios som en naturlig attityd - Idiopatisk skolios: gamla och nya begrepp, kliniskt fall

Redigerad av Dr Giovanni Chetta

Från biokemi till biomekanik

Man kan inte tänka på att förstå, åtminstone delvis, det skoliotiska (och posturala) problemet utan tillräcklig kunskap om mänsklig biomekanik och i sin tur kan man inte förstå biomekanik utan att gå igenom biokemi, fysik och matematik.

Extra-cellulär matris (MEC)

En beskrivning, om än av det lilla vi vet idag, av ECM (extracellulär matris) är avgörande för att bättre förstå vikten av förändringar i ryggraden och hållning för hälsan.
Varje cell, liksom alla flercelliga levande organismer, behöver "känna" och interagera med sin omgivning för att kunna utföra sina vitala funktioner och överleva. I en multicellulär organism måste cellerna samordna de olika beteenden som i en gemenskap av människor.

Faktum är att i flercelliga organismer använder celler hundratals extracellulära molekyler (proteiner, peptider, aminosyror, nukleotider, steroider, derivat av fettsyror, gaser i lösning, etc.) för att kontinuerligt skicka meddelanden, både nära och avlägsna. I varje multicellulär organism utsätts således varje cell för hundratals olika signalmolekyler som finns på insidan och utsidan, bundna till dess yta och fria eller bundna i ECM. Cellerna kommer i kontakt med den mycket komplicerade yttre miljön genom deras yta, plasmamembranet, genom många specialiserade områden (från några tiotals till över 100 000 för varje cell). De olika membranreceptorerna är känsliga för många signaler som kommer både inifrån och från ECM och kan, känna igen och binda en signalmolekyl (t.ex. neurotransmittor), utlösa specifika reaktioner inuti cellen: utsöndring, celldelning, immunreaktioner etc. (Gennis, 1989).

ECM beskrivs generellt som att det består av flera stora klasser av biomolekyler:

Strukturella proteiner (kollagen och elastin)
Specialiserade proteiner (fibrillin, fibronektin, laminin etc.)
Proteoglykaner (aggrecaner, syndecaner) och glusaminoglykaner (hyaluronaner, kondroitinsulfater, heparansulfater, etc.)

Bland de strukturella proteinerna, dvs. kollagen bildar den mest representerade familjen av glykoproteiner i djurriket. De är de mest närvarande proteinerna i ECM (men inte de viktigaste) och är de grundläggande beståndsdelarna i korrekta bindväv (brosk, ben, fascia, senor, ligament).
Kollagener syntetiseras mestadels av fibroblaster men epitelceller kan också syntetisera dem.
Kollagenfibrerna interagerar kontinuerligt med en enorm mängd andra molekyler i ECM som utgör en biologisk kontinuum som är grundläggande för cellens liv.De associerade kollagenerna i fibriller spelar en dominerande roll i bildandet och underhållet av strukturer som kan motstå spänningskrafter som nästan är oelastiskt kollagen produceras och metaboliseras om som en funktion av den mekaniska belastningen och dess viskoelastiska egenskaper har stor inverkan på människans hållning.
Kollagenfibrer tack vare deras PG / GAG -beläggning (proteoglykaner / glukosaminoglykaner) har biosensor och bioledande egenskaper. Vi vet faktiskt att varje mekanisk kraft som kan generera en strukturell deformation spänner de intermolekylära bindningarna som producerar ett litet elektriskt flöde, det vill säga den piezoelektriska strömmen (Athenstaedt, 1969). Därför besitter det tredimensionella och allestädes närvarande kollagennätverket också den säregna egenskapen att leda bioelektriska signaler i rymdets tre dimensioner, baserat på det relativa arrangemanget mellan kollagenfibriller och celler, i afferent riktning (från ECM till cellerna) eller vice versa efferent.
Allt detta representerar ett MEC-cellkommunikationssystem i realtid och sådana elektromagnetiska biosignaler kan leda till viktiga biokemiska förändringar, till exempel i "ben-osteoklaster kan inte" smälta "piezoelektriskt laddat ben (Oschman, 2000).
Slutligen bör det betonas att cellen, inte överraskande, producerar kontinuerligt och med en betydande energiförbrukning (cirka 70%) material som nödvändigtvis måste utvisas genom exklusiv lagring av protokollagen (biologisk föregångare till kollagen) i specifika vesiklar ( Albergati, 2004).

De allra flesta ryggradsdjur vävnader kräver samtidig närvaro av två vitala egenskaper: styrka och elasticitet. Ett riktigt nätverk av elastiska fibrer, som ligger inuti ECM för dessa vävnader, gör det möjligt att återgå till de ursprungliga förhållandena efter kraftiga drag. De elastiska fibrerna kan öka töjbarheten för ett organ eller en del av det minst fem gånger. Långa, oelastiska kollagenfibrer varvas mellan de elastiska fibrerna med den exakta uppgiften att begränsa en "överdriven deformation genom dragning av vävnaderna." Elastin representerar huvudkomponenten i elastiska fibrer och finns i särskilt stora mängder i blodkärl med elastiska egenskaper ( utgör mer än 50% av aortans totala torrvikt), i ligamenten, i lungan och i huden. Glatta muskelceller och fibroblaster är de viktigaste producenterna av dess föregångare, tropoelastin.

ECM innehåller ett stort (och fortfarande inte väldefinierat) antal specialiserade icke-kollagenproteiner som vanligtvis har specifika bindningsställen för andra ECM-molekyler och cellytreceptorer. På detta sätt fungerar varje komponent i dessa proteiner som en "förstärkare" av kontakter, både mellan liknande och olika molekyler, vilket skapar ett oändligt biokemiskt nätverk som kan generera, modulera, variera och sprida sig även på avstånd miljontals och miljontals biokemisk information (och energi).
Ett viktigt "specialiserat protein i den extracellulära matrisen är fibronektin, glykoprotein med hög molekylvikt som finns i alla ryggradsdjur. Fibronektin verkar kunna påverka celltillväxt, intercellulär vidhäftning och med ECM, cellmigration på olika sätt (cellen kan röra sig upp till 5 cm per dag - Albergati, 2004) etc. Den mest kända isoformen, typ III, binder till integriner . De senare är en familj av transmembranproteiner som fungerar som mekanoreceptorer: de transducerar selektivt och på ett modulerbart sätt mekaniska drag och tryck från ECM inuti cellen och vice versa, vilket inducerar en rad reaktioner i cytoplasman som involverar cytoskelet och andra proteiner som de reglerar celladhesion, tillväxt och migration (Hynes, 2002).

Glukosaminoglykaner (GAGS) och proteoglykaner (PG) bildar en mycket hydratiserad gelliknande substans definierad i bindväven, inom vilka de fibrillära proteinerna är inrymda och imbrikerade. Denna form av polysackaridgel kan å ena sidan låta ECM motstå betydande tryckkrafter och å andra sidan tillåta en snabb, konstant och selektiv diffusion av näringsämnen, metaboliter och hormoner mellan blod och vävnader.
Polysackaridkedjorna hos glukosaminoglykaner är volymetriskt för styva för att vikas inuti de kompakta globulära strukturerna som är typiska för polypeptidkedjor, dessutom är de mycket hydrofila. Av dessa skäl (och förmodligen också för andra okända för oss) tenderar GAG: erna att ha extrema konformationer. upptar en stor volym i förhållande till deras massa och bildar således avsevärda mängder gel även vid låga koncentrationer Den höga mängden negativa laddningar (GAG: erna representerar de talrikaste anjoniska cellerna, vanligtvis sulfaterade, producerade av djurceller) lockar till sig många katjoner; bland dessa spelas en dominerande roll av Na + som ger hela osmotiska kapaciteten och fångar en enorm mängd vatten i ECM. På detta sätt genereras svullnader (turgorer) som gör att ECM kan motsätta sig även viktiga tryckkrafter (tack vare detta kan till exempel höftens brosk under fysiologiska förhållanden perfekt motstå ett tryck på flera hundra atmosfärer).
Inuti bindväven representerar GAGs mindre än 10-12% av den globala vikten, men tack vare deras egenskaper fyller de många av de extracellulära utrymmen som bildar porer av hydratiserad gel av olika storlekar och densiteter av elektriska laddningar och fungerar således som selektiva viktiga punkter eller "servrar" genom vilka trafiken av molekyler och celler inuti MEC regleras, baserat på deras storlek, vikt och elektriska laddning.
Hyaluronsyra (hyaluronan, hyaluronat) representerar kanske den enklaste av GAG: erna. Experimentella och molekylärbiologiska data bekräftar att det spelar en grundläggande roll på nivå av ben och leder när det gäller motståndskraft mot betydande tryck. Fyllning av utrymmen i ECM under embryonisk utveckling : det skapar tomma utrymmen mellan cellerna som de kommer att migrera till i senare skeden (Albergati, 2004).
Inte alla PG utsöndras av ECM, vissa är integrerade komponenter i plasmamembran (Alberts, 2002).

Extra-Cellular Matrix kan därför betraktas som ett mycket komplext nätverk där proteiner, PGS och GAG tillhandahåller otaliga funktioner, inklusive strukturellt stöd och reglering av varje vävnad och organisk aktivitet. Global cellulär homeostas bör betraktas som ett komplex av mekanismer som kan uppstå och utvecklas inuti cellen eller utanför ECM; i det senare fallet kan cellen representera det mellanliggande eller slutliga målet. De extracellulära komponenterna, förutom att representera fysiska stödstrukturer för cellställningen, fungerar också som verkliga platser för initiering, utveckling och avslutning av vitala processer som rör både den endocellulära miljön och organ och system. Vi står inför ett oändligt biokemiskt nätverk som kan generera, modulera, variera och sprida sig, även på avstånd, miljoner och miljontals information.
Varje cell i kroppen interagerar ständigt med ECM, både under de mekaniska och kemiska och energiska aspekterna, med "dramatiska" effekter på vävnadernas statiska och dynamiska arkitektur. Enligt P.A. Bacci representerar den interstitiella matrisen verkligen livsmoderns reaktioner, platsen där först och främst utbytet mellan materia och energi äger rum. Alla vävnader är anslutna och funktionellt integrerade med varandra inte i slutna men öppna system; kontinuerliga utbyten äger rum mellan dem, som kan ske både lokalt och systemiskt och utnyttjar biokemiska, biofysiska och elektromagnetiska meddelanden, det vill säga med hjälp av de olika energiformerna.
Som F. G. Albergati bekräftar representerar cellen och den extracellulära matrisen två tydligen separata världar som nödvändigtvis under hela livslängden måste interagera i varje ögonblick för att fungera på ett korrekt och synergistiskt sätt. Detta kräver en extraordinär serie signaler följt av en lika otrolig serie molekylärbiologiska aktiviteter.