Skolióza jako přirozený postoj - Idiopatická skolióza: staré a nové pojmy, klinický případ

Upravil Dr. Giovanni Chetta

Od biochemie k biomechanice

Bez dostatečných znalostí lidské biomechaniky nelze myslet na alespoň částečné pochopení skoliotického (a posturálního) problému a na druhé straně nelze pochopit biomechaniku bez průchodu biochemií, fyzikou a matematikou.

Extracelulární matrix (MEC)

Popis, i když toho dnes málo víme, ECM (extracelulární matrix) je nezbytný pro lepší pochopení důležitosti změn v páteři a držení těla ve zdraví.
Každá buňka, stejně jako každý mnohobuněčný živý organismus, potřebuje „cítit“ a komunikovat se svým prostředím, aby mohla plnit své životní funkce a přežít. V mnohobuněčném organismu musí buňky koordinovat různé chování jako ve společenství lidských bytostí.

Ve skutečnosti u mnohobuněčných organismů buňky používají stovky extracelulárních molekul (bílkoviny, peptidy, aminokyseliny, nukleotidy, steroidy, deriváty mastných kyselin, plyny v roztoku atd.) K nepřetržitému odesílání zpráv, blízkých i vzdálených. V každém mnohobuněčném organismu je tedy každá buňka vystavena stovkám různých signálních molekul přítomných uvnitř i vně, vázaných na svůj povrch a volných nebo vázaných v ECM. Buňky přicházejí do styku s velmi komplikovaným vnějším prostředím prostřednictvím svého povrchu, plazmatické membrány, prostřednictvím mnoha specializovaných oblastí (od několika desítek do více než 100 000 pro každou buňku). Různé membránové receptory jsou citlivé na mnoho signálů přicházejících jak zevnitř, tak z ECM, a jsou schopné, rozpoznávat a vázat signální molekulu (např. Neurotransmiter), spouštět specifické reakce uvnitř buňky: sekreci, buněčné dělení, imunitní reakce atd. (Gennis, 1989).

ECM je obecně popisován jako složený z několika velkých tříd biomolekul:

Strukturální proteiny (kolagen a elastin)
Specializované proteiny (fibrillin, fibronectin, laminin atd.)
Proteoglykany (agregány, syndekany) a glusaminoglykany (hyaluronany, chondroitin -sulfáty, heparansulfáty atd.)

Mezi strukturálními proteiny, tj kolagen tvoří nejvíce zastoupenou rodinu glykoproteinů v živočišné říši. Jsou to nejvíce přítomné proteiny v ECM (ale ne nejdůležitější) a jsou základními složkami vlastních pojivových tkání (chrupavky, kosti, fascie, šlachy, vazy).
Kolageny jsou většinou syntetizovány fibroblasty, ale mohou je syntetizovat také epiteliální buňky.
Kolagenová vlákna nepřetržitě interagují s obrovským množstvím dalších molekul ECM, které tvoří biologické kontinuum zásadní pro život buňky. Přidružené kolageny ve fibrilech zaujímají převládající roli při tvorbě a údržbě struktur schopných odolávat napínacím silám, přičemž jsou téměř nepružný Kolagen se vyrábí a přeměňuje v závislosti na mechanickém zatížení a jeho viskoelastické vlastnosti mají velký vliv na držení těla.
Kolagenová vlákna díky povlaku PG / GAG (proteoglykany / glukosaminoglykany) mají biosenzorové a biovodivé vlastnosti. Ve skutečnosti víme, že jakákoli mechanická síla schopná generovat strukturální deformaci namáhá mezimolekulární vazby vytvářející mírný elektrický tok, tj. Piezoelektrický proud (Athenstaedt, 1969). Proto má trojrozměrná a všudypřítomná kolagenová síť také zvláštní vlastnosti vedení bioelektrických signálů ve třech dimenzích prostoru, založené na relativním uspořádání mezi kolagenovými vlákny a buňkami, v aferentním směru (od ECM k buňkám) nebo vice naopak eferentní.
To vše představuje komunikační systém buněk MEC v reálném čase a takové elektromagnetické biosignály mohou vést k důležitým biochemickým změnám, například u „kostních osteoklastů nelze„ strávit “piezoelektricky nabitou kost (Oschman, 2000).
Na závěr je třeba zdůraznit, že buňka nepřekvapivě produkuje nepřetržitě a se značným výdejem energie (přibližně 70%) materiálu, který musí být nutně vyloučen výhradním uložením protokolagenu (biologického prekurzoru kolagenu) ve specifických vezikulách ( Albergati, 2004).

Drtivá většina tkání obratlovců vyžaduje současnou přítomnost dvou životně důležitých vlastností: síly a pružnosti. Skutečná síť elastická vlákna, umístěný uvnitř ECM těchto tkání, umožňuje návrat do počátečních podmínek po silných tahech. Elastická vlákna jsou schopna zvýšit roztažnost orgánu nebo jeho části nejméně pětkrát. Mezi elastická vlákna jsou proložena dlouhá, nepružná kolagenová vlákna s přesným úkolem omezit „nadměrnou deformaci tahem tkání“. Elastin představuje hlavní složku elastických vláken a nachází se ve zvláště hojném množství v cévách s elastickými charakteristikami ( představuje více než 50% celkové suché hmotnosti aorty), ve vazech, v plicích a v kůži .. Hlavními producenty jejího prekurzoru, tropoelastinu, jsou buňky hladkého svalstva a fibroblasty.

ECM obsahuje velký (a stále není dobře definovaný) počet specializovaných nekolagenových proteinů, které mají typicky specifická vazebná místa pro jiné molekuly ECM a receptory na povrchu buněk. Tímto způsobem funguje každá jednotlivá složka těchto proteinů jako „zesilovač“ kontaktů, a to jak mezi podobnými, tak i různými molekulami, a vytváří nekonečnou biochemickou síť schopnou generovat, modulovat, měnit a šířit i na dálku miliony a miliony biochemických informací (a energie).
Důležitým „specializovaným proteinem extracelulární matrix je fibronektin, glykoprotein s vysokou molekulovou hmotností nacházející se u všech obratlovců. Fibronektin se zdá být schopen ovlivnit buněčný růst, mezibuněčnou adhezi a pomocí ECM migraci buněk různými způsoby (buňka se může pohybovat až 5 cm za den - Albergati, 2004) atd. Nejznámější izoforma typu III se váže na integriny . Ty jsou rodinou transmembránových proteinů, které působí jako mechanoreceptory: selektivně a modulovatelně přenášejí mechanické tahy a tlačení z ECM uvnitř buňky a naopak, což vyvolává sérii reakcí v cytoplazmě, které zahrnují cytoskelet a další proteiny, které regulují buněčnou adhezi, růst a migraci (Hynes, 2002).

Glukosaminoglykany (GAGS) a proteoglykany (PGs) tvoří vysoce hydratovanou gelovitou látku definovanou v pojivových tkáních, ve kterých jsou uloženy a imbrovány fibrilární proteiny. Tato forma polysacharidového gelu je na jedné straně umožněna ECM odolávat značným tlakovým silám a na druhé straně umožňuje rychlou, konstantní a selektivní difúzi živin, metabolitů a hormonů mezi krví a tkáněmi.
Polysacharidové řetězce glukosaminoglykanů jsou volumetricky příliš tuhé na to, aby se mohly skládat uvnitř kompaktních globulárních struktur typických pro polypeptidové řetězce, navíc jsou vysoce hydrofilní. Z těchto důvodů (a pravděpodobně i pro nás neznámé) mají GAG tendenci předpokládat extrémní konformace. zabírají velký objem v poměru k jejich hmotnosti a tvoří tak značné množství gelu i při nízkých koncentracích.Vysoké množství negativních nábojů (GAG představují nejpočetnější aniontové buňky, které jsou obvykle sulfátovány, produkované zvířecími buňkami) přitahuje četné kationty; mezi nimi hraje hlavní roli Na +, který dává celou osmotickou kapacitu a zachycuje obrovské množství vody v ECM. Tímto způsobem se generují otoky (turgory), které umožňují ECM odolat i důležitým tlakovým silám (díky tomu například chrupavka kyčle dokáže za fyziologických podmínek dokonale odolat tlaku několika stovek atmosfér).
Uvnitř pojivové tkáně představují GAG méně než 10–12% celkové hmotnosti, ale díky svým vlastnostem vyplňují mnoho extracelulárních prostorů a tvoří póry hydratovaného gelu různých velikostí a hustot elektrických nábojů, a působí tak selektivně klíčové body neboli „servery“, jejichž prostřednictvím je regulován provoz molekul a buněk uvnitř MEC, na základě jejich velikosti, hmotnosti a elektrického náboje.
Kyselina hyaluronová (hyaluronan, hyaluronát) představuje snad nejjednodušší z GAG. Experimentální a molekulárně biologická data potvrzují, že hraje zásadní roli na úrovni kostí a kloubů, pokud jde o odolnost vůči značným tlakům. Vyplňování prostorů v ECM během embryonálního vývoje : vytváří prázdné prostory mezi buňkami, do kterých budou v pozdějších fázích migrovat (Albergati, 2004).
Ne všechny PG jsou vylučovány ECM, některé jsou nedílnou součástí plazmatických membrán (Alberts, 2002).

Extracelulární matici lze tedy považovat za velmi komplexní síť, ve které proteiny, PGS a GAG poskytují nespočet funkcí, včetně strukturální podpory a regulace každé tkáně a organické aktivity. Globální buněčnou homeostázu je třeba považovat za komplex mechanismů, které mohou vznikat a vyvíjet se uvnitř buňky nebo vně v ECM; v druhém případě může buňka představovat střední nebo konečný cíl. Extracelulární složky, kromě toho, že představují struktury fyzické podpory pro buněčné lešení, také působí jako skutečná místa pro zahájení, vývoj a ukončení životně důležitých procesů týkajících se jak endocelulárního prostředí, tak orgánů a systémů. Stojíme před nekonečnou biochemickou sítí schopnou generovat, modulovat, měnit a šířit, i na dálku, miliony a miliony informací.
Každá buňka těla neustále interaguje s ECM, a to jak z mechanického, tak z chemického a energetického hlediska, s „dramatickými“ efekty na statickou a dynamickou architekturu tkání. Podle P. A. Bacciho intersticiální matice skutečně představuje matku životně důležitých reakcí, místo, kde se v první řadě uskutečňují výměny mezi hmotou a energií. Všechny tkáně jsou propojeny a navzájem funkčně integrovány ne v uzavřených, ale otevřených systémech; Probíhá mezi nimi kontinuální výměna, která může probíhat lokálně i systémově, využívající biochemické, biofyzikální a elektromagnetické zprávy, to znamená pomocí různých forem energie.
Jako F. G.Sídlí, buňka a extracelulární matice představují dva pouze zdánlivě oddělené světy, které nutně po celou dobu života musí interagovat v každém okamžiku, aby fungovaly správným a synergickým způsobem. To vyžaduje mimořádnou sérii signálů následovanou stejně neuvěřitelnou sérií molekulárně-biologických aktivit.