Сколіоз як природна установка - Ідіопатичний сколіоз: старі та нові концепції, клінічний випадок

Під редакцією доктора Джованні Четти

Від біохімії до біомеханіки

Неможливо подумати, принаймні частково, про сколіотичну (і постуральну) проблему без достатнього знання біомеханіки людини, і, в свою чергу, неможливо зрозуміти біомеханіку без проходження біохімії, фізики та математики.

Позаклітинна матриця (MEC)

Опис, хоча і небагато того, що ми сьогодні знаємо, про ECM (позаклітинний матрикс) має важливе значення для кращого розуміння важливості змін у хребті та постави для здоров’я.
Кожна клітина, як і кожен багатоклітинний живий організм, має "відчувати" та взаємодіяти з навколишнім середовищем, щоб виконувати свої життєві функції та виживати. У багатоклітинному організмі клітини повинні координувати різну поведінку, як у спільноті людей.

Фактично, у багатоклітинних організмах клітини використовують сотні позаклітинних молекул (білки, пептиди, амінокислоти, нуклеотиди, стероїди, похідні жирних кислот, гази в розчині тощо) для безперервної передачі повідомлень, як близьких, так і віддалених. Таким чином, у кожному багатоклітинному організмі кожна клітина піддається впливу сотень різних молекул сигналу, присутніх всередині і зовні, зв’язаних з її поверхнею та вільних або зв’язаних у ECM. Клітини контактують із дуже складним зовнішнім середовищем через свою поверхню, плазматичну мембрану, через численні спеціалізовані зони (від кількох десятків до понад 100 000 для кожної клітини). Різні мембранні рецептори чутливі до багатьох сигналів, що надходять як зсередини, так і від ECM, і здатні розпізнавати та зв'язувати молекулу сигналу (наприклад, нейромедіатор), викликати специфічні реакції всередині клітини: секрецію, поділ клітини, імунні реакції тощо. (Генніс, 1989).

ECM зазвичай описується як складається з кількох великих класів біомолекул:

Структурні білки (колаген та еластин)
Спеціалізовані білки (фібрилін, фібронектин, ламінін тощо)
Протеоглікани (агрегани, синдекани) та глузаміноглікани (гіалуронани, хондроїтину сульфати, гепаран сульфати тощо)

Серед структурних білків, тобто колаген утворюють найбільш представлене сімейство глікопротеїнів у царстві тварин. Вони є найбільш присутніми білками в ECM (але не найважливішими) і є основними складовими власних сполучних тканин (хрящі, кістки, фасції, сухожилля, зв'язки).
Коллагени в основному синтезуються фібробластами, але епітеліальні клітини також здатні їх синтезувати.
Колагенові волокна безперервно взаємодіють з величезною кількістю інших молекул ECM, що становить біологічний континуум, фундаментальний для життя клітини. Пов'язані колагени у фібрилах займають переважну роль у формуванні та підтримці структур, здатних протистояти силам натягу, майже нееластичний колаген виробляється і повторно метаболізується як функція механічного навантаження, а його в'язко-еластичні властивості мають великий вплив на поставу людини.
Колагенові волокна завдяки своєму покриттю PG / GAG (протеоглікани / глюкозаміноглікани) мають біосенсорні та біопровідні властивості. Насправді ми знаємо, що будь-яка механічна сила, здатна викликати структурну деформацію, напружує міжмолекулярні зв’язки, що виробляють невеликий електричний потік, тобто п’єзоелектричний струм (Афінштадт, 1969). Тому тривимірна і повсюдна колагенова мережа також володіє особливою характеристикою проведення біоелектричних сигналів у трьох вимірах простору на основі відносного розташування між колагеновими фібрилами та клітинами, в аферентному напрямку (від ECM до клітин) або пороку навпаки еферентний.
Все це являє собою систему зв’язку з клітинами МЕК у реальному часі, і такі електромагнітні біосигнали можуть призвести до важливих біохімічних змін, наприклад, у “кісткових остеокластах не можна“ перетравлювати ”п’єзоелектрично заряджену кістку (Oschman, 2000).
Нарешті, слід підкреслити, що клітина, як не дивно, виробляє безперервно і зі значними витратами енергії (приблизно 70%) матеріал, який необхідно обов’язково вигнати за рахунок ексклюзивного зберігання протоколагену (біологічного попередника колагену) у специфічних везикулах ( Альбергаті, 2004).

Переважна більшість тканин хребетних вимагає одночасної наявності двох життєво важливих характеристик: міцності та еластичності. Справжня мережа еластичні волокна, розташовані всередині ECM цих тканин, дозволяють повернутися до початкових умов після сильних тяг.Еластичні волокна здатні збільшити розтяжність органу або його частини щонайменше в п'ять разів. Довгі нееластичні колагенові волокна вкраплені між еластичними волокнами з чітким завданням обмежити "надмірну деформацію при розтягуванні тканин". Еластин являє собою основний компонент еластичних волокон і міститься в особливо великій кількості в кровоносних судинах з еластичними характеристиками ( становить більше 50% загальної сухої маси аорти), в зв’язках, легенях і шкірі. Клітини гладких м’язів і фібробласти є основними виробниками його попередника - тропоеластіну.

ECM містить велику (і ще недостатньо чітко визначену) кількість спеціалізованих не-колагенових білків, які зазвичай мають специфічні сайти зв'язування для інших молекул ECM та рецепторів клітинної поверхні. Таким чином, кожен окремий компонент цих білків діє як "підсилювач" контактів між подібними та різними молекулами, створюючи нескінченну біохімічну мережу, здатну генерувати, модулювати, змінювати та поширювати навіть на відстані мільйони та мільйони біохімічної інформації (та енергії).
Важливим "спеціалізованим білком позаклітинного матриксу є фібронектин, високомолекулярний глікопротеїн, виявлений у всіх хребетних. Схоже, що фібронектин може впливати на ріст клітин, міжклітинну адгезію та з ECM, міграцію клітин різними способами (клітина може рухатися до 5 см на день - Albergati, 2004) тощо. Найвідоміша ізоформа типу III зв’язується з інтегринами . Останні являють собою сімейство трансмембранних білків, які діють як механорецептори: вони перетворюють, вибірково та модульовано, механічні тяги та поштовхи з ECM всередині клітини і навпаки, викликаючи низку реакцій у цитоплазмі, які залучають цитоскелет та інші білки, які вони регулюють адгезію, ріст і міграцію клітин (Hynes, 2002).

Глюкозаміноглікани (GAGS) і протеоглікани (PG) утворюють високогідратовану гелеподібну речовину, визначену у сполучних тканинах, всередині якої розміщені та імбриковані фібрилярні білки. Ця форма полісахаридного гелю здатна, з одного боку, дозволити ЕКМ протистояти значним стискаючим силам, а з іншого - дозволити швидку, постійну та вибіркову дифузію поживних речовин, метаболітів та гормонів між кров’ю та тканинами.
Полісахаридні ланцюги глюкозаміногліканів об’ємно занадто жорсткі, щоб їх можна було скласти всередині компактних кулястих структур, характерних для поліпептидних ланцюгів, крім того, вони дуже гідрофільні. З цих причин (і, ймовірно, також з інших, невідомих нам) ГАГ мають тенденцію приймати надзвичайно конформації. займають великий об'єм по відношенню до їх маси і таким чином утворюють значну кількість гелю навіть при низьких концентраціях.Велика кількість негативних зарядів (ГАГ являють собою найчисленніші аніонні клітини, які зазвичай сульфатуються, продукуються клітинами тварин) притягує численні катіони; серед них переважну роль відіграє Na +, який надає всій осмотичній ємності і затримує величезну кількість води в ECM. Таким чином генеруються набряки (тургори), які дозволяють ЕКМ протистояти навіть важливим зусиллям стиску (завдяки цьому, наприклад, хрящ стегна може за фізіологічних умов чудово протистояти тиску в кілька сотень атмосфер).
Усередині сполучної тканини GAG складають менше 10-12% від загальної ваги, однак завдяки своїм характеристикам вони заповнюють багато позаклітинних просторів, утворюючи пори гідратованого гелю різного розміру та густини електричних зарядів, таким чином діючи як селективні ключові точки або "сервери", за допомогою яких регулюється рух молекул і клітин всередині МЕК, виходячи з їх розміру, ваги та електричного заряду.
Гіалуронова кислота (гіалуронан, гіалуронат) являє собою, мабуть, найпростіший з GAG.Експериментальні та молекулярно-біологічні дані підтверджують, що вона відіграє фундаментальну роль на рівні кісток та суглобів щодо стійкості до значного тиску. Заповнення просторів у ECM під час ембріонального розвитку : він створює порожні проміжки між клітинками, в які вони будуть мігрувати на пізніх стадіях (Albergati, 2004).
Не всі PG виділяються ECM, деякі є невід’ємними компонентами плазматичних мембран (Альбертс, 2002).

Тому позаклітинну матрицю можна розглядати як дуже складну мережу, в якій білки, PGS та GAG забезпечують незліченні функції, включаючи функції структурної підтримки та регуляції кожної тканини та органічної активності. Глобальний клітинний гомеостаз слід розглядати як комплекс механізмів, які можуть виникати і розвиватися всередині клітини або за її межами в ECM; в останньому випадку клітина може являти собою проміжну або кінцеву мішень. Позаклітинні компоненти, крім того, що вони представляють фізичні опорні структури для клітинної ешафоту, також діють як реальні місця для ініціювання, розвитку та припинення життєво важливих процесів, що стосуються як внутрішньоклітинного середовища, так і органів та систем. Ми стикаємося з нескінченною біохімічною мережею, здатною генерувати, модулювати, змінювати та поширювати навіть на відстані мільйони та мільйони інформації.
Кожна клітина тіла постійно взаємодіє з ECM, як у механічному, так і в хімічному та енергетичному аспектах, з «драматичним» впливом на статичну та динамічну архітектуру тканин. На думку П. А. Баччі, міжтканева матриця справді представляє «матір життєво важливих реакцій», місце, де, перш за все, відбуваються обміни між речовиною та енергією. Усі тканини з'єднані і функціонально інтегровані між собою не в замкнутих, а у відкритих системах; між ними відбуваються безперервні обміни, які можуть відбуватися як локально, так і системно, використовуючи біохімічні, біофізичні та електромагнітні повідомлення, тобто з використанням різних форм енергії.
Як стверджує Ф. Г. Альбергаті, клітина та позаклітинна матриця являють собою два, мабуть, окремі світи, які обов’язково протягом усього життя повинні взаємодіяти в кожну мить, щоб діяти коректно та синергетично. Для цього потрібна надзвичайна серія сигналів, за якою слід не менш неймовірна серія молекулярно-біологічної активності.