Skoliose som en naturlig holdning - Idiopatisk skoliose: gamle og nye begreber, klinisk case

Redigeret af Dr. Giovanni Chetta

Fra biokemi til biomekanik

Man kan ikke tænke på at forstå, i det mindste delvist, det skoliotiske (og posturale) problem uden et tilstrækkeligt kendskab til menneskelig biomekanik, og til gengæld kan man ikke forstå biomekanik uden at gå igennem biokemi, fysik og matematik.

Ekstra-cellulær matrix (MEC)

En beskrivelse, omend af det lille, vi ved i dag, af ECM (ekstracellulær matrix) er afgørende for bedre at forstå betydningen af ændringer i rygsøjlen og kropsholdning i sundhed.
Hver celle, som enhver multicellulær levende organisme, skal "føle" og interagere med sit miljø for at kunne udføre sine vitale funktioner og overleve. I en multicellulær organisme skal cellerne koordinere den forskellige adfærd som i et fællesskab af mennesker.

Faktisk anvender celler i multicellulære organismer hundredvis af ekstracellulære molekyler (proteiner, peptider, aminosyrer, nukleotider, steroider, derivater af fedtsyrer, gasser i opløsning osv.) Til kontinuerligt at sende beskeder, både tætte og fjerne. I hver multicellulær organisme udsættes hver celle således for hundredvis af forskellige signalmolekyler, der er til stede inde og ude, bundet til dens overflade og frie eller bundne i ECM. Cellerne kommer i kontakt med det meget komplicerede ydre miljø gennem deres overflade, plasmamembranen, gennem talrige specialiserede områder (fra nogle få tiere til over 100.000 for hver celle). De forskellige membranreceptorer er følsomme over for mange signaler, der kommer både indefra og fra ECM og er i stand til at genkende og binde et signalmolekyle (f.eks. Neurotransmitter) til at udløse specifikke reaktioner inde i cellen: sekretion, celledeling, immunreaktioner osv. (Gennis, 1989).

ECM beskrives generelt som værende sammensat af flere store klasser af biomolekyler:

Strukturelle proteiner (kollagen og elastin)
Specialiserede proteiner (fibrillin, fibronectin, laminin osv.)
Proteoglycaner (aggrecaner, syndecaner) og glusaminoglycaner (hyaluronaner, chondroitinsulfater, heparansulfater osv.)

Blandt de strukturelle proteiner, dvs. kollagen danner den mest repræsenterede familie af glykoproteiner i dyreriget. De er de mest tilstedeværende proteiner i ECM (men ikke de vigtigste) og er de grundlæggende bestanddele i korrekt bindevæv (brusk, knogle, fascia, sener, ledbånd).
Kollagener er for det meste syntetiseret af fibroblaster, men epitelceller er også i stand til at syntetisere dem.
Kollagenfibrene interagerer kontinuerligt med en enorm mængde andre molekyler i ECM, der udgør et biologisk kontinuum, der er grundlæggende for cellens liv.De associerede kollagener i fibriller indtager en dominerende rolle i dannelsen og vedligeholdelsen af strukturer, der er i stand til at modstå spændingskræfter, der næsten er uelastisk kollagen fremstilles og metaboliseres igen som en funktion af den mekaniske belastning og dens viskoelastiske egenskaber har stor indflydelse på menneskets kropsholdning.
Kollagenfibre takket være deres PG / GAG -belægning (proteoglycaner / glucosaminoglycaner) besidder biosensor og bioledende egenskaber. Vi ved faktisk, at enhver mekanisk kraft, der er i stand til at generere en strukturel deformation, understreger de intermolekylære bindinger, der producerer en lille elektrisk flux, det vil sige den piezoelektriske strøm (Athenstaedt, 1969). Derfor besidder det tredimensionelle og allestedsnærværende kollagennetværk også den særegne egenskab ved at lede bioelektriske signaler i rumets tre dimensioner, baseret på det relative arrangement mellem kollagenfibriller og celler, i den afferente retning (fra ECM til cellerne) eller vice omvendt efferent.
Alt dette repræsenterer et real-time MEC-celle kommunikationssystem, og sådanne elektromagnetiske bio-signaler kan føre til vigtige biokemiske ændringer, for eksempel i "knogle-osteoklaster kan ikke" fordøje "piezoelektrisk ladet knogle (Oschman, 2000).
Endelig skal det understreges, at cellen, ikke overraskende, producerer kontinuerligt og med et betydeligt energiforbrug (ca. 70%) materiale, der nødvendigvis skal udvises gennem den eksklusive opbevaring af protocollagen (biologisk forløber for kollagen) i specifikke vesikler ( Albergati, 2004).

Langt de fleste hvirveldyr væv kræver samtidig tilstedeværelse af to vitale egenskaber: styrke og elasticitet. Et rigtigt netværk af elastiske fibre, der er placeret inde i ECM for disse væv, gør det muligt at vende tilbage til de oprindelige forhold efter stærke trækninger.De elastiske fibre er i stand til at øge strækbarheden af et organ eller en del af det mindst fem gange. Lange, uelastiske kollagenfibre er spredt mellem de elastiske fibre med den præcise opgave at begrænse en "overdreven deformation ved træk i vævene." Elastin repræsenterer hovedkomponenten i elastiske fibre og findes i særligt rigelige mængder i blodkar med elastiske egenskaber ( udgør mere end 50% af aortas samlede tørvægt), i ledbåndene, i lungen og i huden. Glatte muskelceller og fibroblaster er de største producenter af dets forløber, tropoelastin.

ECM indeholder et stort (og stadig ikke veldefineret) antal specialiserede ikke-kollagenproteiner, der typisk har specifikke bindingssteder for andre ECM-molekyler og celleoverfladereceptorer. På denne måde fungerer hver enkelt komponent i disse proteiner som en "forstærker" af kontakter, både mellem lignende og forskellige molekyler, hvilket skaber et uendeligt biokemisk netværk, der er i stand til at generere, modulere, variere og forplante sig selv på afstand millioner og millioner af biokemisk information (og energi).
Et vigtigt "specialiseret protein i den ekstracellulære matrix er fibronectin, glycoprotein med høj molekylvægt fundet i alle hvirveldyr.Fibronectin ser ud til at kunne påvirke cellevækst, intercellulær adhæsion og med ECM, cellemigration på forskellige måder (cellen kan bevæge sig op til 5 cm om dagen - Albergati, 2004) osv. Den bedst kendte isoform, type III, binder sig til integriner . Sidstnævnte er en familie af transmembrane proteiner, der fungerer som mekanoreceptorer: de transducerer selektivt og på en modulerbar måde mekaniske træk og skubber fra ECM inde i cellen og omvendt, hvilket fremkalder en række reaktioner i cytoplasmaet, der involverer cytoskelet og andre proteiner, som de regulerer celleadhæsion, vækst og migration (Hynes, 2002).

Glucosaminoglycaner (GAGS) og proteoglycaner (PG'er) danner et stærkt hydreret gellignende stof, der er defineret i bindevævet, inden for hvilket de fibrillære proteiner er opbevaret og imbreret. Denne form for polysaccharidgel er på den ene side i stand til at tillade ECM at modstå betydelige trykkræfter og på den anden side muliggøre en hurtig, konstant og selektiv diffusion af næringsstoffer, metabolitter og hormoner mellem blod og væv.
Polysaccharidkæderne af glucosaminoglycaner er volumetrisk for stive til at folde inde i de kompakte kugleformede strukturer, der er typiske for polypeptidkæder, derudover er de meget hydrofile. Af disse årsager (og sandsynligvis også for andre ukendte for os) har GAG'erne en tendens til at antage ekstremt konformationer. optager et stort volumen i forhold til deres masse og danner således betydelige mængder gel selv ved lave koncentrationer Den høje mængde negative ladninger (GAG'erne repræsenterer de mest talrige anioniske celler, der normalt er sulfateret, produceret af dyreceller) tiltrækker mange kationer; blandt disse spilles en dominerende rolle af Na +, som giver hele den osmotiske kapacitet og fanger en enorm mængde vand i ECM. På denne måde genereres hævelser (turgorer), som gør det muligt for ECM at modsætte sig selv vigtige trykkræfter (takket være dette kan f.eks. Hoftebrusk under fysiologiske forhold perfekt modstå et tryk på flere hundrede atmosfærer).
Inde i bindevævet repræsenterer GAG'erne mindre end 10-12% af den globale vægt, men takket være deres egenskaber fylder de mange af de ekstracellulære rum, der danner porer af hydreret gel i forskellige størrelser og densiteter af elektriske ladninger og fungerer således som selektive nøglepunkter eller "servere", hvorigennem trafikken af molekyler og celler inde i MEC reguleres, baseret på deres størrelse, vægt og elektriske ladning.
Hyaluronsyre (hyaluronan, hyaluronat) repræsenterer måske den enkleste af GAG'erne. Eksperimentelle og molekylærbiologiske data bekræfter, at det spiller en grundlæggende rolle på knogler og led med hensyn til resistens over for betydelige tryk. Fyldning af rum i ECM under embryonisk udvikling : det skaber tomme mellemrum mellem cellerne, som de vil migrere ind i senere stadier (Albergati, 2004).
Ikke alle PG'er udskilles af ECM, nogle er integrerede komponenter i plasmamembraner (Alberts, 2002).

Ekstra-cellulær matrix kan derfor betragtes som et meget komplekst netværk, hvor proteiner, PGS og GAG'er leverer utallige funktioner, herunder strukturel støtte og regulering af hvert væv og organisk aktivitet. Global cellulær homeostase bør betragtes som et kompleks af mekanismer, der kan stamme og udvikle sig inde i cellen eller udenfor i ECM; i sidstnævnte tilfælde kan cellen repræsentere det mellemliggende eller endelige mål. De ekstracellulære komponenter udover at repræsentere fysiske understøttelsesstrukturer til det cellulære stillads fungerer også som reelle steder for initiering, udvikling og afslutning af vitale processer vedrørende både det endocellulære miljø og organer og systemer. Vi står over for et uendeligt biokemisk netværk, der er i stand til at generere, modulere, variere og udbrede, selv på afstand, millioner og millioner af oplysninger.
Hver celle i kroppen interagerer konstant med ECM, både under de mekaniske og kemiske og energiske aspekter, med "dramatiske" virkninger på vævs statiske og dynamiske arkitektur. Ifølge P. A. Bacci repræsenterer den interstitielle matrix virkelig moderen til vitale reaktioner, stedet, hvor først og fremmest udvekslingen mellem stof og energi finder sted. Alle væv er forbundet og funktionelt integrerede med hinanden ikke i lukkede, men åbne systemer; der foregår kontinuerlige udvekslinger mellem dem, som kan foregå både lokalt og systemisk og udnytter biokemiske, biofysiske og elektromagnetiske meddelelser, det vil sige ved hjælp af de forskellige energiformer.
Som F. G. Albergati bekræfter, repræsenterer cellen og den ekstracellulære matrix to tilsyneladende adskilte verdener, der nødvendigvis i hele livets varighed skal interagere i hvert øjeblik for at fungere korrekt og synergistisk. Dette kræver en ekstraordinær række signaler efterfulgt af en lige så utrolig række molekylær-biologiske aktiviteter.