Scoliosis sebagai sikap semula jadi - Skoliosis idiopatik: konsep lama dan baru, kes klinikal

Disunting oleh Dr. Giovanni Chetta

Dari biokimia hingga biomekanik

Seseorang tidak dapat memikirkan untuk memahami, sekurang-kurangnya sebahagiannya, masalah scoliotik (dan postural) tanpa pengetahuan yang cukup mengenai biomekanik manusia dan, pada gilirannya, seseorang tidak dapat memahami biomekanik tanpa melalui biokimia, fizik dan matematik.

Matriks ekstra selular (MEC)

Huraian, walaupun sedikit yang kita ketahui hari ini, mengenai ECM (ekstraselular matriks) adalah penting untuk lebih memahami pentingnya perubahan pada tulang belakang dan postur dalam kesihatan.
Setiap sel, seperti setiap organisma hidup multiselular, perlu "merasakan" dan berinteraksi dengan persekitarannya untuk menjalankan fungsi vitalnya dan bertahan. Dalam organisma multisel, sel mesti menyelaraskan tingkah laku yang berbeza seperti dalam komuniti manusia.

Sebenarnya, dalam organisma multisel, sel menggunakan beratus-ratus molekul ekstraselular (protein, peptida, asid amino, nukleotida, steroid, turunan asid lemak, gas dalam larutan, dan lain-lain) untuk terus menghantar mesej, baik yang dekat maupun yang jauh. Dalam setiap organisma multisel, setiap sel terdedah kepada ratusan molekul isyarat yang berlainan yang terdapat di dalam dan di luar, terikat ke permukaannya dan bebas atau terikat di ECM. Sel-sel bersentuhan dengan persekitaran luaran yang sangat rumit melalui permukaannya, membran plasma, melalui banyak bidang khusus (dari beberapa puluhan hingga lebih 100,000 untuk setiap sel). Pelbagai reseptor membran sensitif terhadap banyak isyarat yang datang dari dalam dan dari ECM dan mampu, mengenali dan mengikat molekul isyarat (contohnya neurotransmitter), untuk mencetuskan reaksi tertentu di dalam sel: rembesan, pembahagian sel, reaksi imun dll. (Gennis, 1989).

ECM secara amnya digambarkan terdiri daripada beberapa kelas biomolekul besar:

Protein struktur (kolagen dan elastin)
Protein khas (fibrillin, fibronectin, laminin dll)
Proteoglycans (aggrecans, syndecans) dan glusaminoglycans (hyaluronans, chondroitin sulfate, heparan sulfat, dll.)

Antara protein struktur, i kolagen membentuk keluarga glikoprotein yang paling banyak diwakili di kerajaan haiwan. Mereka adalah protein yang paling banyak terdapat di ECM (tetapi bukan yang paling penting) dan merupakan unsur asas tisu penghubung yang betul (tulang rawan, tulang, fasia, tendon, ligamen).
Kolagen kebanyakannya disintesis oleh fibroblas tetapi sel epitelium juga dapat mensintesisnya.
Serat kolagen terus berinteraksi dengan sejumlah besar molekul ECM yang lain yang merupakan asas biologi asas bagi kehidupan sel. Kolagen yang berkaitan dalam fibril memainkan peranan utama dalam pembentukan dan penyelenggaraan struktur yang mampu menahan daya ketegangan hampir kolagen inelastik dihasilkan dan dimetabolismekan semula sebagai fungsi beban mekanikal dan sifat elastik visco-nya memberi kesan yang besar pada postur manusia.
Serat kolagen berkat lapisan PG / GAG mereka (proteoglikan / glukosaminoglikan) mempunyai sifat biosensor dan biokonduktor. Kita tahu sebenarnya bahawa sebarang kekuatan mekanikal yang mampu menghasilkan ubah bentuk struktur menekankan ikatan antara molekul yang menghasilkan sedikit aliran elektrik, iaitu arus piezoelektrik (Athenstaedt, 1969). Oleh itu, rangkaian kolagen tiga dimensi dan di mana-mana juga mempunyai ciri khas melakukan isyarat bioelektrik dalam tiga dimensi ruang, berdasarkan susunan relatif antara kolagen fibril dan sel, dalam arah aferen (dari ECM ke sel) atau maksiat sebaliknya berkesan.
Semua ini mewakili sistem komunikasi sel MEC masa nyata dan isyarat bio elektromagnetik seperti itu boleh membawa kepada perubahan biokimia penting, misalnya, dalam "osteoklas tulang tidak dapat" mencerna "tulang yang diisi secara piezoelektrik (Oschman, 2000).
Akhirnya, perlu ditekankan bahawa sel, tidak menghairankan, menghasilkan secara berterusan dan dengan perbelanjaan tenaga yang besar (kira-kira 70%) bahan yang semestinya diusir melalui penyimpanan eksklusif protokolagen (prekursor biologi kolagen) dalam vesikel tertentu ( Albergati, 2004).

Sebilangan besar tisu vertebrata memerlukan kehadiran dua ciri penting secara serentak: kekuatan dan keanjalan. Rangkaian sebenar gentian elastik, terletak di dalam ECM tisu-tisu ini, memungkinkan untuk kembali ke keadaan awal setelah daya tarikan yang kuat.Fiber elastik mampu meningkatkan kepanjangan organ atau sebahagiannya sekurang-kurangnya lima kali. Serat kolagen panjang yang tidak elastik diselingi antara gentian elastik dengan tugas tepat untuk mengehadkan "ubah bentuk berlebihan oleh daya tarikan tisu." Elastin mewakili komponen utama serat elastik dan terdapat dalam jumlah yang banyak dalam saluran darah dengan ciri elastik ( merangkumi lebih daripada 50% daripada berat kering keseluruhan aorta), di ligamen, di paru-paru dan di kulit.Sel otot licin dan fibroblas adalah pengeluar utama pendahulunya, tropoelastin.

ECM mengandungi sejumlah besar protein bukan kolagen khusus (dan masih belum ditentukan dengan baik) yang biasanya mempunyai laman web pengikatan khusus untuk molekul ECM lain dan reseptor permukaan sel. Dengan cara ini, setiap komponen protein ini bertindak sebagai "penguat" kenalan, antara molekul yang serupa dan berbeza, mewujudkan rangkaian biokimia tanpa batas yang mampu menghasilkan, memodulasi, mengubah dan menyebarkan walaupun pada jarak berjuta-juta dan berjuta-juta maklumat biokimia (dan tenaga).
Protein khusus matriks ekstraselular yang penting adalah fibronektin, glikoprotein dengan berat molekul tinggi yang terdapat di semua vertebrata. Fibronectin nampaknya dapat mempengaruhi pertumbuhan sel, lekatan antar sel dan dengan ECM, penghijrahan sel dengan cara yang berbeza (sel dapat bergerak hingga 5 cm sehari - Albergati, 2004) dll. Isoform yang paling terkenal, jenis III, mengikat integrin . Yang terakhir adalah keluarga protein transmembran yang bertindak sebagai reseptor mekanik: mereka melakukan transduksi, secara selektif dan dengan cara yang dapat diubahsuai, daya tarikan mekanikal dan desakan dari ECM di dalam sel dan sebaliknya, mendorong serangkaian reaksi dalam sitoplasma yang melibatkan sitoskeleton dan protein lain yang mereka mengatur lekatan sel, pertumbuhan dan penghijrahan (Hynes, 2002).

Glucosaminoglycans (GAGS) dan proteoglycans (PGs) membentuk zat seperti gel yang sangat terhidrat yang ditentukan dalam tisu penghubung, di mana protein fibrillar ditempatkan dan disekat. Bentuk gel polisakarida ini di satu pihak membolehkan ECM menahan daya tekan yang cukup besar dan di sisi lain untuk membolehkan penyebaran nutrien, metabolit dan hormon yang cepat, berterusan dan selektif antara darah dan tisu.
Rantai polisakarida glukosaminoglikan secara volumetrik terlalu kuat untuk dilipat di dalam struktur globular padat khas rantai polipeptida, di samping ia sangat hidrofilik. Atas sebab-sebab ini (dan mungkin juga bagi orang lain yang tidak kita ketahui) GAG cenderung menganggap konformasi yang sangat luas. menempati isipadu yang besar sehubungan dengan jisimnya dan dengan demikian membentuk sejumlah besar gel walaupun pada kepekatan rendah. Kuantiti cas negatif yang tinggi (GAG mewakili sel anionik yang paling banyak, biasanya sulfat, dihasilkan oleh sel haiwan) menarik banyak kation; antaranya peranan utama dimainkan oleh Na + yang memberikan keseluruhan kapasiti osmotik dan memerangkap sejumlah besar air di ECM. Dengan cara ini, pembengkakan (turgor) dihasilkan yang membolehkan ECM menentang kekuatan mampatan yang penting (berkat ini, misalnya, tulang rawan pinggul dapat, dalam keadaan fisiologi, dengan sempurna menahan tekanan beberapa ratus atmosfera).
Di dalam tisu penghubung, GAG mewakili kurang dari 10-12% dari berat global, namun, berkat ciri-cirinya, mereka memenuhi banyak ruang ekstraselular yang membentuk liang-liang gel terhidrat dari pelbagai saiz dan ketumpatan cas elektrik sehingga bertindak selektif titik utama atau "pelayan" di mana lalu lintas molekul dan sel di dalam MEC diatur, berdasarkan ukuran, berat dan cas elektrik mereka.
Asid hyaluronik (hyaluronan, hyaluronate) mewakili mungkin yang paling sederhana dari GAG. Data eksperimental dan molekul-biologi mengesahkan bahawa ia memainkan peranan penting pada tahap tulang dan sendi mengenai ketahanan terhadap tekanan yang cukup. Mengisi ruang di ECM semasa perkembangan embrio : ia mewujudkan ruang kosong di antara sel-sel ke mana ia akan berpindah pada peringkat kemudian (Albergati, 2004).
Tidak semua PG dirembeskan oleh ECM, ada juga komponen integral membran plasma (Alberts, 2002).

Matrik Ekstra Selular oleh itu dapat dianggap sebagai rangkaian yang sangat kompleks di mana protein, PGS dan GAG memberikan fungsi yang tidak terkira banyaknya termasuk sokongan struktur dan pengawalan setiap tisu dan aktiviti organik. Homeostasis selular global harus dianggap sebagai kompleks mekanisme yang dapat berasal dan berkembang di dalam sel atau di luar ECM; dalam kes terakhir, sel dapat mewakili sasaran perantaraan atau akhir. Komponen ekstraselular, selain mewakili struktur sokongan fizikal untuk perancah selular, juga bertindak sebagai situs nyata untuk memulai, mengembangkan dan menghentikan proses penting mengenai persekitaran endoselular dan organ dan sistem. Kami berhadapan dengan rangkaian biokimia tanpa batas yang mampu menghasilkan, memodulasi, mengubah dan menyebarkan, bahkan berjuta-juta dan berjuta-juta maklumat.
Setiap sel tubuh sentiasa berinteraksi dengan ECM, baik di bawah aspek mekanikal dan kimia dan bertenaga, dengan kesan "dramatik" pada seni bina statik dan dinamik tisu. Menurut P. A. Bacci, matriks interstisial benar-benar mewakili ibu reaksi vital, tempat di mana, pertama-tama, pertukaran antara jirim dan tenaga berlaku. Semua tisu disambungkan dan disatukan secara fungsional antara satu sama lain tidak dalam sistem tertutup tetapi terbuka; pertukaran berterusan berlaku di antara mereka, yang dapat berlaku baik secara tempatan dan sistemik, memanfaatkan pesan biokimia, biofisik dan elektromagnetik, iaitu dengan menggunakan pelbagai bentuk tenaga.
Seperti yang ditegaskan oleh F. G. Albergati, sel dan matriks ekstraselular mewakili dua dunia yang nampaknya terpisah yang semestinya sepanjang masa hidup mesti berinteraksi setiap saat agar dapat beroperasi dengan cara yang betul dan sinergis. Ini memerlukan rangkaian isyarat yang luar biasa diikuti dengan rangkaian aktiviti molekul-biologi yang sama hebatnya.