Skolioze kā dabiska attieksme - Idiopātiska skolioze: veci un jauni jēdzieni, klīnisks gadījums

Rediģējis Dr Giovanni Chetta

No bioķīmijas līdz biomehānikai

Nevar iedomāties vismaz daļēji skoliozes (un posturālās) problēmas izpratni, ja nav pietiekamu zināšanu par cilvēka biomehāniku, un, savukārt, nevar saprast biomehāniku, neizmantojot bioķīmiju, fiziku un matemātiku.

Āršūnu matrica (MEC)

Lai labāk izprastu mugurkaula un stājas izmaiņu nozīmi veselībā, ir būtiski aprakstīt ECM (ārpusšūnu matricu), lai gan to maz, ko mēs šodien zinām.
Katrai šūnai, tāpat kā jebkuram daudzšūnu dzīvam organismam, ir nepieciešams "justies" un mijiedarboties ar savu vidi, lai veiktu savas dzīvībai svarīgās funkcijas un izdzīvotu. Daudzšūnu organismā šūnām jāsaskaņo atšķirīga uzvedība kā cilvēku kopienā.

Faktiski daudzšūnu organismos šūnas izmanto simtiem ārpusšūnu molekulu (olbaltumvielas, peptīdi, aminoskābes, nukleotīdi, steroīdi, taukskābju atvasinājumi, gāzes šķīdumā utt.), Lai nepārtraukti sūtītu ziņojumus - gan tuvus, gan attālus. Katrā daudzšūnu organismā katra šūna tādējādi tiek pakļauta simtiem dažādu signālu molekulu, kas atrodas iekšpusē un ārpusē, ir saistītas ar tās virsmu un brīvas vai saistītas ECM. Šūnas nonāk saskarē ar ļoti sarežģīto ārējo vidi caur to virsmu, plazmas membrānu, caur daudzām specializētām zonām (no dažiem desmitiem līdz vairāk nekā 100 000 katrai šūnai). Dažādi membrānas receptori ir jutīgi pret daudziem signāliem, kas nāk gan no iekšpuses, gan no ECM, un spēj, atpazīstot un saistot signāla molekulu (piemēram, neirotransmiteru), izraisīt īpašas reakcijas šūnā: sekrēciju, šūnu dalīšanos, imūnās reakcijas utt. (Gennis, 1989).

Parasti ECM sastāv no vairākām lielām biomolekulu klasēm:

Strukturālie proteīni (kolagēns un elastīns)
Specializētas olbaltumvielas (fibrilīns, fibronektīns, laminīns utt.)
Proteoglikāni (agrekāni, sindekāni) un glusaminoglikāni (hialuronāni, hondroitīna sulfāti, heparāna sulfāti utt.)

Starp strukturālajiem proteīniem, t.i kolagēns veido vispārstāvētāko glikoproteīnu saimi dzīvnieku valstībā. Tie ir visvairāk sastopamie proteīni ECM (bet ne vissvarīgākie) un ir galveno saistaudu (skrimšļu, kaulu, fasciju, cīpslu, saišu) galvenās sastāvdaļas.
Kolagēnus galvenokārt sintezē fibroblasti, bet epitēlija šūnas arī spēj tos sintezēt.
Kolagēna šķiedras nepārtraukti mijiedarbojas ar milzīgu daudzumu citu ECM molekulu, kas veido bioloģisku nepārtrauktību šūnas dzīvībai. Saistītie kolagēni šķiedrās ieņem dominējošu lomu tādu struktūru veidošanā un uzturēšanā, kas spēj gandrīz izturēt spriedzes spēkus. neelastīgais kolagēns tiek ražots un atkārtoti metabolizēts atkarībā no mehāniskās slodzes, un tā viskoelastīgajām īpašībām ir liela ietekme uz cilvēka stāju.
Kolagēna šķiedrām, pateicoties to PG / GAG pārklājumam (proteoglikāni / glikozaminoglikāni), piemīt biosensoru un biovadošas īpašības. Patiesībā mēs zinām, ka jebkurš mehānisks spēks, kas spēj radīt strukturālu deformāciju, uzsver starpmolekulārās saites, radot nelielu elektrisko plūsmu, tas ir, pjezoelektrisko strāvu (Athenstaedt, 1969). Tāpēc trīsdimensiju un visuresošajam kolagēna tīklam piemīt arī īpatnība bioelektrisko signālu vadīšanai trīs telpas dimensijās, pamatojoties uz relatīvo izvietojumu starp kolagēna šķiedrām un šūnām aferentajā virzienā (no ECM līdz šūnām) vai otrādi. otrādi efferent.
Tas viss atspoguļo reālā laika MEC šūnu sakaru sistēmu, un šādi elektromagnētiskie bio signāli var izraisīt būtiskas bioķīmiskas izmaiņas, piemēram, "kaulu osteoklasti nevar" sagremot "pjezoelektriski uzlādētu kaulu (Oschman, 2000).
Visbeidzot, jāuzsver, ka šūna, kas nav pārsteidzoši, ražo nepārtraukti un ar ievērojamiem enerģijas izdevumiem (aptuveni 70%) materiālu, kas obligāti jāizraida, ekskluzīvi uzglabājot protokologēnu (kolagēna bioloģisko prekursoru) īpašās vezikulās ( Albergati, 2004).

Lielākajai daļai mugurkaulnieku audu ir nepieciešama divu būtisku īpašību vienlaicīga klātbūtne: izturība un elastība. Īsts tīkls elastīgās šķiedras, kas atrodas šo audu ECM iekšpusē, pēc spēcīgas vilces ļauj atgriezties sākotnējos apstākļos.Elastīgās šķiedras spēj vismaz piecas reizes palielināt orgāna vai tā daļas izstiepjamību. Garās, neelastīgās kolagēna šķiedras mijas starp elastīgajām šķiedrām ar precīzu uzdevumu ierobežot "pārmērīgu deformāciju audu vilkšanas dēļ". Elastīns ir elastīgo šķiedru galvenā sastāvdaļa, un tas ir atrodams īpaši daudzos asinsvados ar elastīgām īpašībām ( veido vairāk nekā 50% no kopējā aortas sausā svara), saitēs, plaušās un ādā.Gludās muskuļu šūnas un fibroblasti ir galvenie tā prekursora - tropoelastīna - ražotāji.

ECM satur lielu skaitu (un joprojām nav precīzi definētu) specializētu ne-kolagēna proteīnu, kuriem parasti ir specifiskas saistīšanās vietas citām ECM molekulām un šūnu virsmas receptoriem. Tādā veidā katra šo proteīnu sastāvdaļa darbojas kā kontaktu "pastiprinātājs" gan starp līdzīgām, gan dažādām molekulām, radot bezgalīgu bioķīmisko tīklu, kas spēj ģenerēt, modulēt, variēt un pavairot pat miljoniem un miljoniem bioķīmiskās informācijas (un enerģiju).
Svarīgs "ārpusšūnu matricas specializētais proteīns ir fibronektīns, augstas molekulmasas glikoproteīns, kas atrodams visos mugurkaulniekos. Šķiet, ka fibronektīns spēj ietekmēt šūnu augšanu, starpšūnu adhēziju un ar ECM, šūnu migrāciju dažādos veidos (šūna var pārvietoties līdz 5 cm dienā - Albergati, 2004) utt. Vispazīstamākā III tipa izoforma saistās ar integrīniem . Pēdējie ir transmembrānu proteīnu saime, kas darbojas kā mehānoreceptori: tie selektīvi un modulējamā veidā pārveido mehāniskās vilces un spiedienus no ECM šūnas iekšienē un otrādi, izraisot virkni reakciju citoplazmā, kas ietver citoskeletu un citi proteīni, kas regulē šūnu adhēziju, augšanu un migrāciju (Hynes, 2002).

Glikozaminoglikāni (GAGS) un proteoglikāni (PG) veido ļoti hidratētu, želejveidīgu vielu, kas definēta saistaudos, un tajā atrodas fibrilārie proteīni. Šī polisaharīda gēla forma, no vienas puses, ļauj ECM pretoties ievērojamiem saspiešanas spēkiem, un, no otras puses, ļauj ātri, pastāvīgi un selektīvi izplatīt barības vielas, metabolītus un hormonus starp asinīm un audiem.
Glikozaminoglikānu polisaharīdu ķēdes ir tilpuma ziņā pārāk stingras, lai tās varētu salocīt polipeptīdu ķēdēm raksturīgajās kompaktajās lodveida struktūrās, turklāt tās ir ļoti hidrofilas. Šo iemeslu dēļ (un, iespējams, arī citiem, mums nezināmiem), GAG mēdz uzņemties ārkārtīgi konformācijas. aizņem lielu tilpumu attiecībā pret to masu un tādējādi veido ievērojamu daudzumu gēla pat zemā koncentrācijā.Liels negatīvo lādiņu daudzums (GAG pārstāv vislielākās anjonu šūnas, parasti tiek sulfatētas, ko ražo dzīvnieku šūnas) piesaista daudzus katjonus; starp tiem dominējošo lomu spēlē Na +, kas nodrošina visu osmotisko spēju un aiztur milzīgu ūdens daudzumu ECM. Tādā veidā tiek ģenerēti pietūkumi (turgori), kas ļauj ECM pretoties pat svarīgiem saspiešanas spēkiem (pateicoties tam, piemēram, gūžas skrimšļi fizioloģiskos apstākļos var lieliski izturēt vairāku simtu atmosfēras spiedienu).
Saistaudu iekšpusē GAG veido mazāk nekā 10–12% no pasaules svara, tomēr, pateicoties to īpašībām, tie aizpilda daudzas ārpusšūnu telpas, veidojot dažāda lieluma un blīvuma elektriskā lādiņa hidratēta gēla poras, tādējādi darbojoties kā selektīvi galvenie punkti jeb "serveri", caur kuriem tiek regulēta molekulu un šūnu satiksme MEC iekšienē, pamatojoties uz to lielumu, svaru un elektrisko lādiņu.
Hialuronskābe (hialuronskābe, hialuronāts), iespējams, ir vienkāršākais no GAG. Eksperimentālie un molekulāri bioloģiskie dati apstiprina, ka tai ir būtiska loma kaulu un locītavu līmenī attiecībā uz izturību pret ievērojamu spiedienu. : tas rada tukšas vietas starp šūnām, kurās tās migrēs vēlākos posmos (Albergati, 2004).
Ne visi PG izdalās ECM, daži ir plazmas membrānu neatņemamas sastāvdaļas (Alberts, 2002).

Tāpēc ārpusšūnu matricu var uzskatīt par ļoti sarežģītu tīklu, kurā olbaltumvielas, PGS un GAG nodrošina neskaitāmas funkcijas, ieskaitot strukturālo atbalstu un visu audu un organisko darbību regulēšanu. Globālā šūnu homeostāze jāuzskata par mehānismu kompleksu, kas var rasties un attīstīties šūnā vai ārpus tās ECM; pēdējā gadījumā šūna var attēlot starpposma vai gala mērķi. Ārpusšūnu komponenti papildus šūnu sastatņu fiziskajām atbalsta struktūrām darbojas arī kā reālas vietas dzīvībai svarīgu procesu sākšanai, attīstībai un izbeigšanai gan attiecībā uz endocelulāro vidi, gan orgāniem un sistēmām. Mēs saskaramies ar bezgalīgu bioķīmisko tīklu, kas spēj ģenerēt, modulēt, mainīt un pavairot pat no attāluma miljoniem un miljoniem informācijas.
Katra ķermeņa šūna pastāvīgi mijiedarbojas ar ECM gan mehāniskajā, gan ķīmiskajā un enerģētiskajā aspektā, radot "dramatisku" ietekmi uz audu statisko un dinamisko arhitektūru. Pēc P. A. Bači domām, starpšūnu matrica patiesi attēlo vitālo reakciju māti, vietu, kur, pirmkārt, notiek apmaiņa starp matēriju un enerģiju. Visi audi ir savienoti un funkcionāli integrēti viens ar otru nevis slēgtās, bet atvērtās sistēmās; starp tām notiek nepārtraukta apmaiņa, kas var notikt gan lokāli, gan sistēmiski, izmantojot bioķīmiskos, biofizikālos un elektromagnētiskos ziņojumus, tas ir, izmantojot dažādus enerģijas veidus.
Kā apstiprina F. G. Albergati, šūna un ārpusšūnu matrica attēlo divas šķietami nošķirtas pasaules, kurām obligāti visu dzīves laiku ir jāsadarbojas katrā brīdī, lai tās darbotos pareizi un sinerģiski. Tam nepieciešama ārkārtas signālu sērija, kam seko tikpat neticami virkne molekulāri bioloģisku darbību.