Сколиозата като естествено отношение - Идиопатична сколиоза: стари и нови концепции, клиничен случай

Редактирано от д -р Джовани Чета

От биохимия до биомеханика

Човек не може да мисли за разбиране, поне отчасти, на сколиотичния (и постурален) проблем без достатъчно познания за биомеханиката на човека и от своя страна не може да разбере биомеханиката, без да премине през биохимия, физика и математика.

Извънклетъчна матрица (MEC)

Описанието, макар и малкото, което знаем днес, на ECM (извънклетъчната матрица) е от съществено значение за по -доброто разбиране на значението на промените в гръбначния стълб и стойката за здравето.
Всяка клетка, както всеки многоклетъчен жив организъм, трябва да „усети“ и да взаимодейства с околната среда, за да изпълнява жизнените си функции и да оцелее. В многоклетъчен организъм клетките трябва да координират различното поведение като в общност от човешки същества.

Всъщност в многоклетъчните организми клетките използват стотици извънклетъчни молекули (протеини, пептиди, аминокиселини, нуклеотиди, стероиди, производни на мастни киселини, газове в разтвор и т.н.) за непрекъснато изпращане на съобщения, както близки, така и далечни. По този начин във всеки многоклетъчен организъм всяка клетка е изложена на стотици различни сигнални молекули, присъстващи вътре и отвън, свързани с нейната повърхност и свободни или свързани в ECM. Клетките влизат в контакт с много сложната външна среда чрез своята повърхност, плазмената мембрана, през множество специализирани области (от няколко десетки до над 100 000 за всяка клетка). Различните мембранни рецептори са чувствителни към много сигнали, идващи както отвътре, така и от ECM и са в състояние, разпознавайки и свързвайки сигнална молекула (например невротрансмитер), да задействат специфични реакции вътре в клетката: секреция, клетъчно делене, имунни реакции и т.н. (Генис, 1989).

ECM обикновено се описва като съставен от няколко големи класа биомолекули:

Структурни протеини (колаген и еластин)
Специализирани протеини (фибрилин, фибронектин, ламинин и др.)
Протеогликани (агрегани, синдекани) и глузаминогликани (хиалуронани, хондроитин сулфати, хепаран сулфати и др.)

Сред структурните протеини, т.е. колаген образуват най -представеното семейство гликопротеини в животинското царство. Те са най -присъстващите протеини в ECM (но не и най -важните) и са основните съставки на собствените съединителни тъкани (хрущяли, кости, фасции, сухожилия, връзки).
Колагените се синтезират предимно от фибробласти, но епителните клетки също могат да ги синтезират.
Колагеновите влакна непрекъснато взаимодействат с огромно количество други молекули на ECM, съставляващи биологичен континуум, основополагащ за живота на клетката. Свързаните колагени във фибрилите заемат преобладаваща роля при образуването и поддържането на структури, способни да устоят на силите на напрежение, които са почти нееластичният колаген се произвежда и метаболизира отново в зависимост от механичното натоварване и неговите виско-еластични свойства оказват голямо влияние върху стойката на човека.
Колагеновите влакна благодарение на своето PG / GAG покритие (протеогликани / глюкозаминогликани) притежават биосензорни и биопроводими свойства. Ние всъщност знаем, че всяка механична сила, способна да генерира структурна деформация, натоварва междумолекулярните връзки, произвеждащи лек електрически поток, т.е. пиезоелектричния ток (Атенщад, 1969). Следователно триизмерната и повсеместна колагенова мрежа също притежава особената характеристика за провеждане на биоелектрични сигнали в трите измерения на пространството, въз основа на относителното подреждане между колагенови фибрили и клетки, в аферентна посока (от ECM към клетките) или порок обратно еферентно.
Всичко това представлява MEC-клетъчна комуникационна система в реално време и такива електромагнитни биосигнали могат да доведат до важни биохимични промени, например в "костните остеокласти не могат да" смилат "пиезоелектрично заредена кост (Oschman, 2000).
И накрая, трябва да се подчертае, че не е изненадващо, че клетката произвежда непрекъснато и със значителен разход на енергия (приблизително 70%) материал, който задължително трябва да бъде изхвърлен чрез изключителното съхранение на протоколаген (биологичен прекурсор на колаген) в специфични везикули ( Албергати, 2004).

По -голямата част от гръбначните тъкани изискват едновременно наличие на две жизненоважни характеристики: здравина и еластичност. Истинска мрежа от еластични влакна, разположени вътре в ECM на тези тъкани, позволява да се върне към първоначалните условия след силни издърпвания.Еластичните влакна са в състояние да увеличат разтегливостта на орган или част от него поне пет пъти. Дълги, нееластични колагенови влакна са разпръснати между еластичните влакна с точната задача да ограничат „прекомерната деформация чрез сцепление на тъканите.“ Еластинът представлява основният компонент на еластичните влакна и се намира в особено голямо количество в кръвоносните съдове с еластични характеристики ( представлява повече от 50% от общото сухо тегло на аортата), в лигаментите, в белия дроб и в кожата.Клетките на гладките мускули и фибробластите са основните производители на неговия предшественик, тропоеластин.

ECM съдържа голям (и все още не добре дефиниран) брой специализирани неколагенови протеини, които обикновено имат специфични места за свързване за други ECM молекули и рецептори на клетъчната повърхност. По този начин всеки отделен компонент на тези протеини действа като "усилвател" на контакти, както между сходни, така и различни молекули, създавайки безкрайна биохимична мрежа, способна да генерира, модулира, променя и разпространява дори на разстояние милиони и милиони биохимична информация (и енергия).
Важен „специализиран протеин от извънклетъчния матрикс е фибронектин, гликопротеин с високо молекулно тегло, открит при всички гръбначни животни.Изглежда, че фибронектинът може да повлияе на клетъчния растеж, междуклетъчната адхезия и с ECM, клетъчната миграция по различни начини (клетката може да се движи до 5 cm на ден - Albergati, 2004) и др. Най -известната изоформа, тип III, се свързва с интегрини . Последните са семейство трансмембранни протеини, които действат като механорецептори: те трансдуцират, избирателно и по модулиран начин, механични сцепления и изтласквания от ECM вътре в клетката и обратно, предизвиквайки поредица от реакции в цитоплазмата, които включват цитоскелета и други протеини, които регулират клетъчната адхезия, растежа и миграцията (Hynes, 2002).

Глюкозаминогликаните (GAGS) и протеогликаните (PGs) образуват силно хидратирано гелоподобно вещество, определено в съединителните тъкани, в което се помещават и имбрицират фибриларните протеини. Тази форма на полизахариден гел е в състояние от една страна да позволи на ECM да устои на значителни сили на натиск, а от друга да позволи бърза, постоянна и селективна дифузия на хранителни вещества, метаболити и хормони между кръвта и тъканите.
Полизахаридните вериги на глюкозаминогликаните са обемно твърде твърди, за да се сгънат вътре в компактните кълбовидни структури, характерни за полипептидните вериги, освен това са силно хидрофилни. Поради тези причини (и вероятно също и за други непознати за нас) GAGs приемат изключително конформации, разширени. заемат голям обем по отношение на тяхната маса и по този начин образуват значителни количества гел дори при ниски концентрации.Високото количество отрицателни заряди (GAGs представляват най -многобройните анионни клетки, обикновено се сулфатират, произвеждани от животински клетки) привлича множество катиони; сред тях преобладаваща роля има Na +, който придава на целия осмотичен капацитет и улавя огромно количество вода в ECM. По този начин се генерират отоци (тургори), които позволяват на ECM да се противопостави дори на важни сили на натиск (благодарение на това например хрущялът на тазобедрената става при физиологични условия може перфектно да устои на налягане от няколкостотин атмосфери).
Вътре в съединителната тъкан, GAGs представляват по-малко от 10-12% от глобалното тегло, но благодарение на техните характеристики, те запълват много от извънклетъчните пространства, образувайки пори от хидратиран гел с различни размери и плътности на електрически заряди, като по този начин действат като селективни ключови точки или „сървъри“, чрез които трафикът на молекули и клетки вътре в MEC се регулира, въз основа на техния размер, тегло и електрически заряд.
Хиалуроновата киселина (хиалуронан, хиалуронат) представлява може би най-простият от GAGs. Експерименталните и молекулярно-биологични данни потвърждават, че тя играе фундаментална роля на нивото на костите и ставите по отношение на устойчивостта на значително налягане. Запълване на пространства в ECM по време на ембрионалното развитие : създава празни пространства между клетките, в които те ще мигрират на по -късни етапи (Albergati, 2004).
Не всички PG се секретират от ECM, някои са неразделни компоненти на плазмените мембрани (Alberts, 2002).

Следователно Извънклетъчната матрица може да се разглежда като много сложна мрежа, в която протеините, PGS и GAGs осигуряват безброй функции, включително тези за структурна подкрепа и регулиране на всяка тъкан и органична активност. Глобалната клетъчна хомеостаза трябва да се разглежда като комплекс от механизми, които могат да възникнат и да се развият вътре в клетката или извън нея в ECM; в последния случай клетката може да представлява междинна или крайна цел. Извънклетъчните компоненти, освен че представляват физически поддържащи структури за клетъчното скеле, действат и като реални места за иницииране, развитие и прекратяване на жизненоважни процеси, засягащи както ендоклетъчната среда, така и органите и системите. Изправени сме пред безкрайна биохимична мрежа, способна да генерира, модулира, променя и разпространява дори на разстояние милиони и милиони информация.
Всяка клетка на тялото постоянно взаимодейства с ECM, както от механичен, така и от химически и енергиен аспект, с „драматични“ ефекти върху статичната и динамичната архитектура на тъканите. Според P. A. Bacci, интерстициалната матрица наистина представлява майката на жизнените реакции, мястото, където на първо място се осъществява обменът между материя и енергия. Всички тъкани са свързани и функционално интегрирани помежду си не в затворени, а в отворени системи; между тях се осъществява непрекъснат обмен, който може да се осъществява както локално, така и системно, използвайки биохимични, биофизични и електромагнитни съобщения, тоест използвайки различните форми на енергия.
Както твърди Ф. Г. Албергати, клетката и извънклетъчната матрица представляват два очевидно отделни свята, които задължително през целия живот трябва да взаимодействат във всеки един момент, за да функционират по правилен и синергичен начин. Това изисква изключителна поредица от сигнали, последвана от също толкова невероятна поредица от молекулярно-биологични дейности.